项目1：短距离无线通信基础认知 第三讲

无线介质的特性有线介质和无线介质的比较

有线介质提供了一种可靠的、定向的（guided）连接，它把携带信息的电信号从一个固定终端传输到另一个固定终端（双绞线、同轴电缆、光缆）。与有线介质相比，无线介质是不可靠的，带宽低并且有广播特性。但是由于无线介质具有无束缚的特点，它可以被用在无线通信中（常用的无线频率有1GHz—蜂窝电话、2GHz—PCS和WLAN、5GHz—WLAN、28～60GHz—本地多点分布业务[LMDS]和点到点的基站连接以及用于光通信的IR频率）。随着时间的推进，无线网络在电子设备上的费用变得越来越不重要，而进入建筑物的穿透能力和区分需要许可证的频段和免许可证的频段变得十分重要。当无线通信采用频率为2.4GHz或5GHz等频率时，这些频率属于微波频段。中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。短波具有较强的电离层发射能力，适用于环球通信。与中波、短波不同，微波的特点是频率高、波长短、直线传播，在传播方向上它几乎绕不开障碍物。频率与无线信号穿透能力的矛盾强行限制了无线通信中对合适频率的选择。有线介质和无线介质的比较如图1.7所示，在无线通信过程中，接收点接收到的信号一般是直射波、反射波和地表面波的合成波。但是地表面波随着频率的升高衰减增大，传播距离有限，所以分析无线通信信道时，主要考虑直射波和反射波的影响。电波传播机制图1.7典型移动信道电波传播路径无方向性天线接收场强的有效值与辐射功率和距离的关系为：电波传播机制——直射波

式中，为辐射功率，单位为瓦；为距离辐射天线距离为d（单位为米）处的场强。若考虑到收发信机天线的增益GR和GT时，则距离发射天线d处的电场强度为此时接收天线上的功率为式中λ为电磁波的波长。电波在自由空间的传播损耗Lfs定义为在自由空间中，收发天线一般可以看作两个理想的点源天线，故增益系数。工程上对传播损耗常以dB表示，即故电波在自由空间的传播损耗为（dB）

直射波传播的最大距离由收、发天线的高度、地球的曲面半径，以及大气折射影响共同决定。图1.8示出了视线传播的极限距离。图1.8视线传播的极限距离设收、发信机的天线高度分别为hR和hT，通过计算可以得到视线传播的极限距离为

将R=6370km代入，令hR和hT的单位为m，则有实际上，电波在传播过程中会受到空气不均匀性的影响，则直射波传播所能到达的视线距离应作修正，在标准大气折射情况下，R=8500km，则有（km）

（km）

可见，视线传播的极限距离取决于收发天线架设的高度，所以在系统设置中，应尽量利用地形、地物把天线适当架高。在实际情况下，除了考虑电波在自由空间中的传播损耗之外，还应考虑各种障碍物对电波传播所引起的损耗，通常把这种损耗称之为绕射损耗。设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图1.9所示

电波传播机制——绕射损耗

费涅尔余隙：图中x表示障碍物顶点P至直线TR之间的垂直距离，在传播理论中，x称为费涅尔余隙。费涅尔半径：费涅尔半径x1可以表示为根据费涅尔绕射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与费涅尔余隙之间的关系如图1.10所示（a）负余隙（b）正余隙图1.9费涅尔余隙由图1.10可见，当x/x1>0.5时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响；当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约为6dB；当x<0时，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加。图1.10绕射损耗与余隙的关系电波在传播过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，就会发生反射现象。因此，从发射天线到接收天线的电波包含有直射波和反射波，如图1.11所示。电波传播机制——反射波

由图可知，反射路径a+b要比直射路径c长，它们的差值Δd经过计算和近似可以写为图1.11反射波与直射波式中d=d1+d2由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间差Δt可换算为相位差由于地面反射时大都要发生一次反相，所以实际的两路电波相位差为式中，称为相移常数，决定于电磁波的波长。传播性能的指标表示传播性能的指标主要是发射机的发射能量（单位为瓦或者毫瓦）和接收机的灵敏度。系统对发射机所发射的能量的要求是自相矛盾的。灵敏性是指在信道中满足规定的通信质量的前提下可以被接收机接受的最弱信号。这个数值意味着接收机的性能好坏，该数值越低，接收机越灵敏（绝对性能愈高）。例：已知一个100mW的系统，若有-80dB的灵敏度，求①该系统的发射功率（单位是dBm）；②该系统发射机和接收机之间信号功率最大可能的衰减值。它的发射功率是系统的最大衰减值解：1.6噪声无线电通信所受干扰和噪声的分类按性质分

周期性的（如电台干扰）非周期性的

脉冲干扰

起伏干扰（平滑干扰）

脉冲干扰的电压波形是相互间隔较长的短脉冲，这种干扰的频谱能量主要集中在f<1/τ（τ为脉冲宽度）范围内。脉冲干扰的主要来源之一是各种工业设备产生的电脉冲，如电焊火花、汽车、飞机启动和行驶中的打火，各种医疗、电气设备产生的火花等。

起伏干扰的波形是杂乱的，没有一定的变化规律，但它们的最大值和最小值之间差别很小，这种干扰可认为是许多脉冲干扰衔接组成的。按来源分

接收机内部噪声

天电噪声宇宙噪声

人为噪声无线电台干扰

外部噪声干扰对工作在VHF和UHF频段的无线通信系统来说，影响较大人为噪声是指各种电气装置中发生的电流或电压急剧变化而形成的电磁辐射，如马达、电焊机、高频电器装置、医疗X光机、电器开关等所产生的火花放电就伴有电磁场的辐射。这类噪声电磁波除直接辐射外，还可以通过电力线传播，并由电力线与接收机天线间的电容耦合而进入接收机，直接辐射距离不超过100～200m，而电力线传播可达几公里。例：已知工作频率为400MHz，k=1.38×10-23J/K，T0为参考绝对温度（290K），接收机带宽Br=16kHz，求接收机输入端