无线通信技术-第二章 无线电的传播(二)
无线通信传输原理
无线通信传输原理
无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。
无线通信技术自身有很多优点，成本较低，无线通信技术不必建立物理线路，更不用大量的人力去铺设电缆，而且无线通信技术不受工业环境的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通信的设置与维修，无线网络的维修可以通过远程诊断完成，更加便捷；扩展性强，当网络需要扩展时，无线通信不需要扩展布线；灵活性强，无线网络不受环境地形等限制，而且在使用环境发生变化时，无线网络只需要做很少的调整，就能适应新环境的要求。
常见的无线通信（数据）传输方式及技术分为两种：“近距离无线通信技术”和“远距离无线传输技术”。
现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常 用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔 关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型 考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论 分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供 传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型 采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性， 然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分 析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易 于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
d12
+
F2 1
+
d
2 2
+
F2 1
2
第二章 无线通信中的调制技术与
调频信号的产生
直接法： 载波的频率直接随着输入的调制信号的 变化而改变； 间接法 先用平衡调制器产生一个窄带调频信号， 然后通过倍频的方式把载波频率提高到 需要的水平。
F动通信中，调频是更为普 遍应用的角度调制，这是因为FM不管信 号的幅度如何，抗干扰能力都很强; 而在调幅中，正如前面所说的那样，抗 干扰能力要弱得多。
0
1
0
ASK调幅 FSK调频
PSK调相
编码技术
为什么要采用编码技术 减小信源信息的冗余（信源编码：无损 编码/有损编码） 增强信息传输中的抗干扰性（信道编码： 纠错码） 保证信息传输中的保密性（加密编码）
语音编码与语音识别
移动通信中的信源编码技术
在数字通信中，通信质量比模拟通信时有了很 大提高； 但在移动通信中，由于信道环境等因素的影响， 必须采用其它方法来提高传输质量，所以要采 用编码技术；
调制 vs. 解调
调制是通过改变高频载波的幅度、相位 或者频率，使其随着发送者（信源）基 带信号幅度的变化而变化来实现的； 而解调则是将基带信号从载波中提取出 来以便预定的接收者（信宿）处理和理 解的过程。
调制在无线通信的作用
频谱搬移：将调制信号转换成适合于传 播的已调信号； 调制方式往往决定一个通信系统的性能
5. 外层空间传播
电磁波由地面发出（或返回），经低空 大气层和电离层而到达外层空间的传播， 如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远 距离传播 电磁波穿过电离层外面的空间的传播， 基本上当作自由空间中的传播。
各个波段的传播特点
1. 长波传播的特点 长波的波长很长(传播比较稳定) 地面的凹凸与其他参数的变化对长波 传播的影响可以忽略； 长波穿入电离层的深度很浅，受电离 层变化的影响很小，电离层对长波的吸 收也不大。 能以表面波或天波的形式传播
无线通信技术第二章无线电的传播一.pdf
（
（
（（
例：已知基站处天线增益为10dB, 发射功率为10W, 移动台接
路径损耗：表示信号衰减，定义为有效发射功率和接收功（1）远场预测
的天线的远场
S偏振P偏振
上述两种情况下，对于理想导体界面有：
S偏振：反射电场与入射电场大小相等，相位连续。
P偏振：反射电场与入射电场大小相等，相位相差半个波长。
（
不同无线环境下的路径损耗指数：
数正态分布，即
）
参考距离d0、路径损耗指数n和标准方差 ，系统地描述了具有特定距离的位置的路径损耗模型。
该模型可用于无线系统设计和分析过
为 处的接收功率，
为使用路径损耗模型对 的估计值。
那么测量与估计值的均方差之和为 ∑
,使该值最小。
）利用（*）式计算 ： = 10nlog /
=-3n, =-10n, =-14.77n
=6525-2887.8n+327.15n 2
距离处，载波频。
无线电通信-1.-2-无线电信号传输原理课件
30
1.2.4 无线电信号的接收
u无线电发射机和接收机原理框图
发射机
消息 信号源
放大器
调制器
已调波 放大器
发射 天线
高频 振荡 器
解调器
谐振放大器 或倍频器
中频 放大 器
放大器
混频器
视频显示器 扬声器等等
本地 振荡 器
高频 放大器
接收机
接收 天线
选择 电路
31
1.2.5 信号及其频谱
6
1.2.2 通信系统简介
u2 发送设备
➢两大任务
✓调制： 将基带信号转换成适合信道传输特性 的频带信号； ✓放大： 是指对调制信号和已调信号的电压和 功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信 道足够大的已调信号功率。
➢对基带信号进行变换的原因
✓由于要传输的信息种类多样，其对应的基带 信号特性各异，这些基带信号往往并不适合 信道的直接传输。
✓地波 ✓天波
10
1.2.2 通信系统简介
u (2)无线通信信道
➢① 地波
✓地面波： 沿地面传播的无线电波。 适用于长 波和超长波。 ✓空间波： 在发射天线与接收天线间直线传播 的无线电波, 发射天线和接收天线较高，接收 点的电磁波由直接波和地面反射波合成。 适 用于超短波。
➢② 天波
11
1.2.2 通信系统简介
➢相应的波长为：
λ= c/f = 3×108/f = 106~105m
1.2.3 无线电信号的产生和发射
u基带信号
➢无线通信系统中传输的信号可以是声音、 图像、数据等，其波形复杂，有连续信号， 也有离散信号，但都具有一定的频率范围， 这种信号称为基带信号。 ➢基带信号不可能直接发射出去，只有利 用高频信号作为“载波”才能有效地将有 用信号用电磁波的形式发射出去。
无线网络技术第2章无线传输技术基础
• 无线传输技术概述 • 电磁波与天线基础 • 调制与解调技术 • 信道编码与差错控制技术 • 多址接入与扩频通信技术 • 无线传输标准与协议
01
无线传输技术概述
无线传输技术定义
• 无线传输技术：利用电磁波在自由空间中传播的特性进行 信息交换的通信方式，无需依赖实体线路进行数据传输。
02
电磁波与天线基础
电磁波基本概念
电磁波定义
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁 场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂 直于电场与磁场构成的平面，有效地传递能 量。
电磁波产生
电磁波性质
电磁波为横波，具有偏振性、反射性、 折射性、干涉性、衍射性、多普勒效 应等性质。
变化的电场和磁场交替产生，形成电 磁波。电磁波从发生的区域向远处的 空间传播形成无线电波。
复出原始信号。
扩频通信分类
根据扩频方式的不同，可以分为直接序列扩频（DSSS）、跳频扩频（FHSS）、跳时扩 频（THSS）以及混合扩频等。
多址接入与扩频通信技术应用场景
移动通信系统
在移动通信系统中，多址接入技 术用于区分不同的移动用户，实 现多用户同时通信。扩频通信技 术则用于提高抗干扰能力和通信 可靠性，保证移动用户在复杂电 磁环境下的通信质量。
天线分类
按工作性质可分为发射天线和接收天线；按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等；按工作波 长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等；按结构形式和工作原理可分 为线天线和面天线等；按维数来分可以简单分为一维天线和二维天线。
03Байду номын сангаас
调制与解调技术
调制技术原理及分类
第二章无线电通信的基础知识
第三章 MF/HF单边带通信设备第一节电波与天线的基本知识GMDSS系统中，无论是地面系统还是空间系统，都属于无线电通信系统，任何无线电通信系统都包括发射端、接收端、传输信道三全环节，其中无线电波的传播对通信质量有重大的影响，作为通信人员首先应了解无线电波的传播规律。
一、无线电波的基本概念1、无线电波的产生与传播无线电波实质上就是一种电磁波：频率10Hz~1023Hz2、波长、速度、频率的关系λf=c3、无线电波的波段划分二、无线电波的传播途径及其特点1、地波传播沿地表面绕射传播的波：传播距离与频率有关，波长越长，距离越远与地表导电性有关稳定性好，基本不受气候条件影响2、空间传播在地表面上空至少一个波长以上的空间传播3、电离层传播（天线）通过电离层传播：不稳定，有衰落现象；存在盲区（寂静区）三、常用船舶天线1、天线基本理论（1）天线的方向性（2）天线的效率（3）天线的辐射电阻（4）天线的电流分布2、船舶常用天线介绍（1）T型（2）倒L型（3）直立桅杆式天线（4）鞭状天线第三章MF/HF单边带通信设备一、MF/HF单边带通信设备概述GMDSS系统是原有遇险系统的自然发展，是在原有的MF/HF/VHF通信系统进行改造而形成的，在GMDSS系统中，MF/HF不仅要完成无线电话业务，而且还要完成遇险报警，搜救协调通信，搜救现场通信及日常通信，为了保证GMDSS地面通信系统各种功能的实现。
对MF/HF设备提出新的要求：1、设备应形成组合式结构2、设备应有一个合理的操作程序，最重要的是：自动报警；自动值守；自动通信；技术上收发信机能遥控；有频率扫描及频率预置功能，能自动调谐。
3、开机1分钟就能工作，频率转换时间不超过15S4、可靠性高，能连续工作24小时5、发射类型增加了J2B或F1B发射种类：由三个符号组成的第一个符号：主载波调制的种类例：J：单边带抑制载波；第二个符号：调制载波的信号性质“1”：无调制副载波长包含数字信息的单信道“2”、有调调制副载波长包含数字信息的单信道“3”、包含有模拟信息的单信道第三个符号：表示所发射的信息种类B：自动接收电报E：电话C：传真二、通信的一般概念信息源——发射设备——信道——接收设备——接收终端三、单边带信号的特点1、调幅波ωc ωc+ Ωωc- Ω讨论：信息包含在两个边带中包含信息部分和不含信息部分的比例B=2Ω调幅波的包络与调制信号的波形完全一样结论：为了减小功率浪费，只用单边带，就能满足通信的整个过程。
无线通信基础知识
（五）网络间的干扰 在同一区域内，往往存在着隶属于不同系 统的许多通信网，每个网络自成体系。这 些网络之间的相互影响就形成了网间干扰。
第十节 天线
无线电发射机输出的射频信号功率，通过 馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁 波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后， 由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分 功率），并通过馈线送到无线电接收机。 可见，天线是发射和接收电磁波的一个重 要的无线电设备，没有天线也就没有无线 电通信。
（一）工作频率范围 （二）频率间隔（频率分辨率） 频率间隔（频率分辨率） （三）频率转换时间（越小越好） 频率转换时间（越小越好） （四）频率稳定度与准确度 （五）频谱纯度
二、锁相环（PLL）基本原理 锁相环（PLL）
锁相环PLL是一个相位反馈控制系统。它 锁相环PLL是一个相位反馈控制系统。它 由鉴相器PD、环路滤波器LF和压控振荡 由鉴相器PD、环路滤波器LF和压控振荡 器VCO三个基本部件组成。 VCO三个基本部件组成。
第九节 噪声和干扰
一、噪声 噪声是一种随机信号，其频谱分布于整个 无线电工作频率范围，因此它是影响各类 收信机性能的主要因素之一。 一般可分为：① 内部噪声；②自然噪声； ③ 人为噪声。
二、干扰
在无线电通信网中，由于众多电台之间的 相互作用，相互影响，可产生互调干扰、 阻塞干扰、邻道干扰和同频干扰，其中互 调干扰、阻塞干扰和同频干扰对通信网影 响较严重，应格外注意。
（一）对无线电接收机的主要技术要 求
1．应工作于规定的波段和采用适当的解调方式， 并应根据系统设计与实际情况决定。 2．应具有高的接收灵敏度。 3．应有好的选择性。 4．应有好的保真度。 5．应有高的工作稳定度。
（二）无线电接收机的工作过程
第2章 无线传输技术基础PPT课件
精选PPT课件
1
内容提要
2．1 无线传输媒体 2．2 天线 2．3 传播方式 2．4 直线传输系统中的损伤 2．5 移动环境中的衰退 2．6 多普勒效应 2．7 信号传输技术 2．8 扩频技术 2．9 差错控制技术
精选PPT课件
2
2．1 无线传输媒体
❖ 传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的 物理路径。
易受环境因素影响 微波的传播性能有时也会受到恶劣气候的影响，如雨水天气。因为微波只有几厘米的波长， 因而容易被水吸收。
安全性差
与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
维护难度大
对大量中继站的使用和维护要耗费一定精的选人PP力T课和件物力。
9
典型的数字微波性能
波段/GHz 2 6 11 18
精选PPT课件
3
无线传输媒体
❖ 数据传输的特性及传输质量取决于传输媒体的性质和传输信 号的特性
❖ 对于导向媒体，传输受到的限制主要取决媒体本身。 ❖ 对非导向传输媒体，发送天线生成的信号带宽比媒体更重要。 ❖ 比如天线发射的信号有一个重要属性是方向性，通常低频信
号是全向的，当频率较高时信号能被聚集成为有向波束 人耳对2000－5000HZ的频率范围感受力最强，但人说话声
带宽/MHz 7 30 40
220
数据率/Mb/s 12 90 135 274
精选PPT课件
10
地面微波（续1）
❖ 微波传输的主要损耗来源于衰减。
❖ 微波(以及无线电广播频段)的பைடு நூலகம்耗公式
4d
2
L 10lg
❖ 微波的损耗随距离的平方而变化
❖ 损伤的另一个原因是干扰，随着微波应用的 不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个
无线电波传播第二讲电波传播基本理论
对于均匀、各向同性介质， 式中 v ( 0 0 )1 / 2 /( )1 / 2 c / n ，代表电磁波在介质中的
1/ 2 n ( ) 传播速度，n代表介质的折射指数， 。
Principle of EM waves
平面波解
亥姆霍兹方程有多种解：平面波解，球面波解，高斯波 解等等。其中最简单、最基本的形式为平面波解。 平面电磁波：传播方向一定，波阵面与传播方向垂直的 一种波 设电磁波沿z轴传播，此时可用一维模型替代： d2 1 2 E ( z, t ) E ( z, t ) 2 0 2 2 dz c t 它的一个解是：
Principle of EM waves
无线电通讯是利用电磁波的辐射和传播、经过空间传送信息的通信方式。 1831年，英国法拉第发现电磁感应。1865年，英国麦克斯韦从理论上预言 了电的任何波动可以在远处产生感应即电磁波的存在、并且电磁波能够从 产生的地方以光的速度辐射出去，但他本人未能亲自作出实验验证。1887 年，德国物理学家赫兹（Hertz,H.R., 1857～1894）利用静电的火花放电 实验，证明了电磁波的存在，激起了人们利用电磁波的念头，而赫兹却英 年早逝，未能在电磁波的应用技术方面开展科研工作。敏感的发明家们已 经意识到电磁波可以用于无线电通讯。以意大利的马可尼和俄国的波波夫 为代表的科学家、发明家，在前人已掌握的电磁学和电磁波知识的基础上， 大胆探索、奋勇实践，开启了电磁波应用的大门并开创了无线电通信这门 新技术。
连续性方程
J 0 t
• 运动的电荷形成电流。连续性方程规定电荷 密度和电流密度之间的关系
Principle of EM waves
E B / t H D / t J / t J 0
无线电信号传输原理
无线电信号传输原理一、引言无线电信号传输是指通过无线电波将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。
无线电信号传输是现代通讯技术的基础，广泛应用于无线电通信、广播、卫星通信、雷达等领域。
本文将介绍无线电信号传输的原理。
二、无线电波的产生1. 电磁波无线电波是一种特殊的电磁波，由交变电场和交变磁场相互作用而产生。
当交变电流通过导体时，会产生交变磁场，而交变磁场又会产生交变电场，两者相互作用形成了一种能够在空间中传播的电磁波。
2. 无线电发射机为了产生无线电波，需要使用一种叫做“发射机”的设备。
发射机将直流或交流电转换成高频振荡信号，并通过天线辐射出去。
3. 天线天线是将发射机输出的高频振荡信号转换成空间中传播的无线电波的装置。
天线可以看作是一个能够辐射和接收无线电波的装置。
三、调制和解调1. 调制调制是指将要传输的信息信号（例如语音、图像等）与高频振荡信号相结合，形成一个新的复合信号。
这个新的复合信号被称为“载波”，它将携带着原始信息信号一起传输。
2. 解调解调是指从接收到的复合信号中分离出原始信息信号的过程。
在接收端，需要使用一个叫做“解调器”的设备来完成这个过程。
四、无线电波的传播1. 自由空间传播当无线电波在自由空间中传播时，会遇到以下几种情况：（1）衰减：随着距离的增加，无线电波会逐渐衰减；（2）散射：当无线电波遇到物体时，可能会发生散射现象；（3）反射：当无线电波遇到物体表面时，可能会反射回来。
2. 多径传播多径传播是指无线电波在经过不同路径后，在接收端形成多个不同强度和相位的信号。
这种现象主要是由于反射、绕射和散射等原因引起的。
3. 衍射传播衍射是指当无线电波遇到物体边缘时，会发生弯曲和扩散的现象。
衍射现象可以使无线电波绕过障碍物传播。
五、调制方式1. AM调制AM调制是指将信息信号的振幅（即信号大小）变化与载波振荡信号相结合。
AM调制被广泛应用于广播和短波通信等领域。
2. FM调制FM调制是指将信息信号的频率变化与载波振荡信号相结合。
无线通信技术-第二章 无线电的传播(二)
多普勒频移
由于移动台与基站的相对运动，每个多径波都经历了明显的频移过程。 移动引起的接收机信号频移被称为多普勒频移。
2013年效应
影响小尺度衰落的因素
(1) 多径传播
信道中反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量的环境，导致接收信号幅度、相位以 及到达时间的变化。多径传播常常延长信号基带部分到达接收机所用的时间，由码间干扰引 起信号模糊。 (2) 移动台的运动速度 移动台相对于基站运动，会引起随机频率调制，这是由多径分量存在的多普勒频移引起 的。多普勒频移是正频移还是负频移取决于相对运动的方向。 (3)环境物体的运动速度 如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时变多普勒频移。如果环境物体以大于 移动台的移动速度运动，那么这种运动将对小尺度衰落起决定作用。否则，可仅考虑移动台 运动速度的影响，而忽略环境物体运动速度的影响。 (4) 信号的传输带宽 如果无线信号的传输带宽大于多径信道带宽，接收信号将会失真，但是接收信号的强度 不会衰落很多。后面将会看到，信道带宽可用相关带宽量化。相关带宽是一个频率范围，在 此范围内，传输信号的幅度保持很强的相关性。若相对于信道带宽来说，传输信号为窄带信 号，则信号幅度就会迅速改变，但信号不会出现时间失真。
慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏、建 筑物的分布与高度、街道走向、基站天线的位置与高度、移动台行进速度， 而与频率无关。
2013年4月25日 22
2.2小尺度衰落和多径效应
2013年4月25日
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2.2小尺度衰落和多径效应
2013年4月25日
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2.2小尺度衰落和多径效应
那么由路程差造成的接收信号相位变化为
2013年4月25日
无线电传输原理
无线电传输原理
无线电传输是利用无线电波将信息转化为电磁波，然后通过空气传播到接收设备的过程。
它是通过调制和解调无线电信号来实现信息的传输。
无线电传输的原理基于电磁学和调制解调技术。
首先，信息源会产生模拟信号或数字信号。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的信号。
然后，调制器将模拟信号或数字信号与载波信号相结合。
载波信号是高频振荡信号，用于携带信息。
调制过程的目的是将信息信号转化为与载波信号相结合的处理过程。
这样做是为了增加信号的频率范围，使其能够在空气中传播。
调制技术常见的方法包括振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
这些调制技术根据输入信号的特点来选择合适的方法。
一旦信号被调制，它就会成为一个模拟无线电波或数字无线电波。
这些波会通过天线发射出去，沿着空气中的传播路径前进。
空气中的无线电波可以传输长距离，但也受到距离、地形和其他电磁干扰的影响。
接收设备的天线会接收到这些波，并通过解调器将它们转化为原始的模拟信号或数字信号。
解调过程与调制相反，它将无线电波中的信息分离出来，并将其恢复为原始信号。
解调技术根据调制技术的不同而不同。
振幅解调、频率解调和相位解调等技术用于不同类型的调制信号。
总的来说，无线电传输是通过调制和解调信号来实现信息的传
输。
它利用无线电波在空气中传播，并在接收端将波转化为原始信号。
无线电传输的原理是基于电磁学和调制解调技术的应用。
现代无线通信第二章无线电波传播原理2
小尺度衰落 大尺度衰落
5
2.阴影衰落的基本特性
阴影衰落（慢衰落）
地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成
特点
与传播地形和地物分布、高度有关
表达式
m l ( r , ) r 10 传播路径损耗和阴影衰落 10 log l ( r , ) 10m log r 分贝式 式中 r 移动用户和基站的距离 ζ 由阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏 差σdB的对数正态分布 m 路径损耗指数 实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB是合理的
18
多径信道的信道模型
推导冲击响应
只考虑多径效应 再考虑多普勒效应 多径和多普勒效应对传输信号的影响 多径信道的冲击响应
Mobile Communication Theory
19
只考虑多径效应
传输信号 x(t ) Re s(t )exp( j 2 f ct ) 假设第i径的路径长度为 xi 、衰落系数（或反射系数）为 ai 接收信号
如果假设信道冲激响应至少在一小段时间间隔或距离具有不变性，信道冲 击响应可以简化为 j i ( t )
h( ) ai e
i
i
此冲击响应完全描述了信道特性，相位 i 服从 0, 2 的均匀分布
22
描述多径信道的主要参数
由于多径环境和移动台运动等影响因素，使得移动信道对 传输信号在时间、频率和角度上造成了色散。 通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色 散
大尺度衰落与小尺度衰落
2. 无线信号的传播
2. 干扰
在移动通信中，存在着各种各样的干扰， 如互调干扰、邻道干扰、同频干扰、组合频率 干扰和副波道干扰、阻塞和倒易混频、发射机 寄生辐射、接收机寄生灵敏度等。对于后几种 干扰，在引进相关设备时，只要按要求满足指 标即可。而互调干扰、邻道干扰和同频干扰， 是组网中应考虑的主要干扰。
互调干扰
两个或多个干扰信号作用于非线性器件，产 生与有用信号频率相接近的组合频率，从而对接 收机造成的干扰即为互调干扰。 在移动通信中，由于发射机末级和接收机前 端电路的非线性，造成了发射机互调和接收机互 调。此外，在发射机强射频场的作用下，金属接 触不良等非线性因素也会产生互调，称为外部互 调。
差值阵列法
判别信道组是否存在三阶互调时，应首先将 给定的信道序号依次排列；然后计算任意两信道 序号之差，构成差值数字三角形，即差值阵列； 最后再检查差值阵列（不包括序号）中是否有相 等的数字，若所有数字均不重复，则此信道组为 无三阶互调信道组。
发射机互调
为了提高效率，发射机的末级通常工作于C 类 非线性状态。当两个或多个干扰信号进入到发射机 的输出端，就会产生很多互调产物，并通过天线发 射出去，从而对工作于互调产物频率的接收机产生 干扰。
大家或许已经明白在各类电子及无线电电路中 （尤其是接收方面），这类倍数之差别比比皆 是（比如一部发射机的抗干扰能力是优于一百 万倍就标示成better than 60dB）。如果每次 都要在各个层面（例如说明书，规格表）内都 标示出数百万以至千万甚至亿倍的数字将会是 何等的不方便啊！
dB
dB是比值的单位，表示一个相对值。
多信道系统的三阶互调
实际的移动通信系统采用多信道同时工作， 相邻无线信道以等间隔（25KHz）分布，其值与信 道载频（900MHz）相比很小。因此在这种情况下， 产生三阶互调的频率源，是网内的多信道频率。 根据上面的推导，多信道系统的三阶互调的表达 式为: fx = fi ＋ fj －fk（i ≠ j ≠ k） fx = 2fi－ fj（i ≠ j） 式中，fx 、fi、fj、fk分别为x、 i 、 j 、 k 信道的载频。
无线电波的传播机制
接收天线获取的电波功率：
PR = SAR AR与GR关系为：
λ2 AR 4π GR
λ2/4π为各向同性天线的有效面积。
可以得到：
PR
PTGTGR
λ 4πd
2
第2章 移动信道的传播特性
当GR = GT = 1时，
PR
PT
λ 4πd
2
自由空间传播损耗Lfs为
Lfs
PT PR
4πd λ
2
以dB计，得：
第2章 移动信道的传播特性
图2-6 惠更斯-菲涅尔原理
第2章 移动信道的传播特性
图2-7 菲涅尔区的概念
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nd1d2
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第2章 移动信道的传播特性
（2）刃形绕射模型 当障碍物是单个物体，且障碍物的宽度与其高度
相比很小，称为刃形障碍物。
图2-8 障碍物与余隙
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第2章 移动信道的传播特性
由电磁场理论可知，若各向同性天线（亦称全向
天线或无方向性天线）的辐射功率为PT W，则距辐 射源d（单位m）处的电场有效值Eo为：
E0
磁场有效值H0为：
30PT (V / m) d
H0
30PT 120πd
d 2ht hr d
第2章 移动信道的传播特性
由路径差Δd 引起的附加相移Δφ为
2π d
式中，2π/λ称为传播相移常数。 这时接收场强E可表示为：
E E0 (1 R ej ) E0 (1 R ej() )
可见，直射波与地面反射波的合成场强将随反射 系数以及路径差的变化而变化，有时会同相相加，有 时会反相抵消，这就造成了合成波的衰落现象。|R|越 接近于1，衰落就越严重 。
无线电通信教案
无线电通信教案导言：无线电通信是一门重要的技术和学科，它在现代通信领域起着举足轻重的作用。
本教案旨在为学生提供基本的无线电通信知识，并介绍其应用领域和未来发展趋势。
通过本教案的学习，学生将能够对无线电通信有一个全面的认识，并对其在日常生活和职业领域中的应用有所了解。
第一节：无线电通信简介1.1 什么是无线电通信无线电通信是一种利用无线电波传输信息的通信方式，通过调制和解调技术，将声音、图像、数据等信息转化为无线电信号，经过传播后再解调还原为原始信息的过程。
1.2 无线电通信的基本原理无线电通信主要基于电磁波传播的原理。
当电流通过导体时产生的振荡会产生电磁波，通过调制和解调技术，可以在一定距离内传播并传递信息。
1.3 无线电通信的应用领域无线电通信广泛应用于各个领域，包括广播电视、移动通信、卫星通信、航空航天通信等。
它在信息传输速度、传输距离和传输稳定性等方面具有独特的优势。
第二节：无线电通信技术2.1 调频调制技术调频调制技术是无线电通信中常用的调制技术之一，通过改变载波信号的频率来传输信息。
例如，广播电台通过调整频率来播放不同的电台节目。
2.2 数字调制技术数字调制技术是无线电通信中越来越重要的技术，它将模拟信号转化为数字信号进行传输和处理。
数字调制技术具有传输效率高、抗干扰性强等优点。
2.3 天线技术天线是无线电通信系统中的重要组成部分，它负责接收和发送电磁波信号。
不同类型的天线适用于不同的通信场景，如定向天线、全向天线等。
第三节：无线电通信的未来发展3.1 5G通信技术5G通信技术是目前无线电通信领域的热点和趋势，它将大幅提升通信速度和网络容量，为物联网和人工智能等领域的发展提供强有力的支撑。
3.2 射频识别技术射频识别技术是一种将无线电通信和物联网相结合的技术，通过射频信号实现对物品的识别和跟踪。
它在物流、零售、医疗等领域具有广阔的应用前景。
3.3 智能化无线电通信系统未来的无线电通信系统将趋向智能化，通过人工智能算法提高通信效率和性能，并且能够自动感知和调整信号传输参数，提供更好的用户体验。
无线通信信号传播机理
无线通信信号传播机理无线通信信号传播机理无线通信技术的发展，极大地改变了人们的生活和工作方式。
从最初的无线电通信到现在的移动通信，其背后有一个重要的机理：无线通信信号的传播。
无线通信信号传播机理是指无线电波或者其他无线信号在传播过程中的物理现象和规律。
了解这个机理，可以帮助我们更好地理解无线通信的原理，也有助于优化无线通信系统的设计和性能。
首先，无线通信信号的传播是通过电磁波进行的。
电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的一种波动现象。
在无线通信中，电磁波通过天线发射出去，然后经过空间传播到达接收设备。
在传播过程中，电磁波会受到多种因素的影响，包括传播距离、传播介质和障碍物等。
首先，传播距离对无线通信信号的传播有很大的影响。
通常来说，无线通信的传播距离越远，信号的衰减越严重。
这是因为电磁波在传播过程中会受到自由空间损耗的影响，即随着距离增加，信号的功率会逐渐减弱。
因此，在设计无线通信系统时，需要考虑传播距离，并采取相应的措施来增强信号的传播能力。
其次，传播介质也会对无线通信信号的传播产生一定的影响。
传播介质可以是空气、水、建筑物等。
不同的介质对电磁波的传播速度和衰减程度都有影响。
例如，电磁波在空气中的传播速度要比在水中慢，同时在建筑物内传播时会受到反射、折射和散射等现象的干扰。
因此，在不同的传播环境下，需要根据介质的特性来优化无线通信系统的设计。
最后，障碍物也是影响无线通信信号传播的重要因素之一。
障碍物会对电磁波的传播路径产生遮挡和反射，从而影响信号的传播质量和覆盖范围。
大型建筑物、山脉和树木等都可能成为无线通信信号传播的障碍物。
因此，在无线通信系统的规划和设计中，需要充分考虑障碍物的位置和高度，并采取相应的措施来优化信号的传播路径。
总而言之，了解无线通信信号传播机理对于提高无线通信系统的性能和覆盖范围具有重要意义。
通过理解传播距离、传播介质和障碍物等因素对信号传播的影响，可以更好地设计和优化无线通信系统，以满足人们日益增长的通信需求。
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多普勒频移
由于移动台与基站的相对运动，每个多径波都经历了明显的频移过程。 移动引起的接收机信号频移被称为多普勒频移。
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2.2小尺度衰落和多径效应
影响小尺度衰落的因素
(1) 多径传播
信道中反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量的环境，导致接收信号幅度、相位以 及到达时间的变化。多径传播常常延长信号基带部分到达接收机所用的时间，由码间干扰引 起信号模糊。 (2) 移动台的运动速度 移动台相对于基站运动，会引起随机频率调制，这是由多径分量存在的多普勒频移引起 的。多普勒频移是正频移还是负频移取决于相对运动的方向。 (3)环境物体的运动速度 如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时变多普勒频移。如果环境物体以大于 移动台的移动速度运动，那么这种运动将对小尺度衰落起决定作用。否则，可仅考虑移动台 运动速度的影响，而忽略环境物体运动速度的影响。 (4) 信号的传输带宽 如果无线信号的传输带宽大于多径信道带宽，接收信号将会失真，但是接收信号的强度 不会衰落很多。后面将会看到，信道带宽可用相关带宽量化。相关带宽是一个频率范围，在 此范围内，传输信号的幅度保持很强的相关性。若相对于信道带宽来说，传输信号为窄带信 号，则信号幅度就会迅速改变，但信号不会出现时间失真。
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第二章总结
本章学习重点 （1）大尺度路径损耗模型 （2）小尺度衰落类型 本章学习难点 描述小尺度衰落的参数
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2.2小尺度衰落和多径效应
多普勒频移
当移动台以速率 在长度为 ，端点为X和Y的路径上运动时，收到来自S 源的信号。无线电波从S发出，在X点和Y点分别被移动台接收时所经历的 路径差为
l d cos vt cos
2 l 2 v t cos
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2.2小尺度衰落和多径效应
频率选择性衰落 信号中各分量的衰落情况与频率有关，即传输信道对信 号中不同频率成分有不同的随机的响应。 产生条件: Bs Bc Ts σ τ 对接收信号的影响： 冲激响应具有多径时延扩展，同时，接收信号包括了衰 减和时延的多径波，信号接收波形失真。
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2.2小尺度衰落和多径效应
多径传播的频率色散—多普勒扩展 由于移动台的运动，接收信号会在接收端产生多普勒频移。 如果接收信号为N条路径来的电波，其入射角不尽相同。当N 较大时，多普勒频移就成为占有一定宽度的多普勒扩展。 多普勒扩展BD：是频谱展宽的测量值，代表一个频率范围， 在此范围内，多普勒频谱非零，当发射信号是频率为fc的纯正 弦波时，接收到的信号频谱会在fc+fd到fc-fd范围内都存在。 相干时间TC 是多普勒扩展在时域的表示，用于描述信道频率 色散的时变特性，与多普勒频移成反比关系:
宽带无线通信技术
上海大学通信与信息工程学院 2012年10月
第二章 无线电传播
2.2小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落： 简称衰落，是指无线电信号在经过短时间或短距离传播后 其幅度快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略 不计。 原因：同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时 间差到达接收机，多个信号互相叠加。接收机天线将之合 成为一个幅度和相位都急剧变化的信号，其变化程度取决 于多径的强度、相对时延和信号带宽
多径信道的冲激响应模型
时变信道 时变冲激响应特性的线性滤波器 信道的冲激响应可用于预测和比较不同移动通信系统的性能，以及传 输带宽 冲激响应记作： h(t , )
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2.2小尺度衰落和多径效应
移动多径信道的参数 （1）时间色散参数 （2）频率色散参数 时间色散参数
（a）平均附加时延 （b）RMS时延扩展 （c）相干带宽：是从RMS时延扩展得出的一个信道参量 含义：是一个频率范围，该范围内的频率分量有很强的幅度相关性 相关值取0.9 相关值取0.5：
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2.2小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落：
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2.2小尺度衰落和多径效应
无线信道的多径导致了小尺度衰落的产生 小尺度衰落的三个主要表现:
(1) 经过段距离或短时间传播后信号强度急剧快速变化; (2) 在不同的多径信号上，存在着时变的多普勒频移所引起的随机频率调 制; (3) 不同的传播时延引起的时间扩展;
. .
∗
∗
0.161
（1） （2） （3）
0, 1800, 900,
0 97.22 0.161 97.22 0.161
603 1800 900
,fc 1850.000603MHz,
603 0 , fc 1849.999397Hz,
, fc 1850MHz
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2.2小尺度衰落和多径效应
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2.2小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落：
例题：若一发射机发射载频为1850MHz，一列火车（载有接收机）以 350Km/h的速度运动，计算在以下情况下接收到的信号的载频： （1）火车沿直线朝向发射机运动； （2）火车沿直线背向发射机运动； (3）汽车运动方向与入射波方向成直角 解答：
∗
97.22 / ，
那么由路程差造成的接收信号相位变化为
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2.2小尺度衰落和多径效应
由此可以得出频率变化值，即多普勒频移 : 1 ∆ 2 ∆ 说明： 1、 是相对速度； 2、与速度大小、方向都有关； 3、可正可负， = / 称为最大多普勒频移； 4、多普勒扩展增加了信号带宽。
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慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏、建 筑物的分布与高度、街道走向、基站天线的位置与高度、移动台行进速度， 而与频率无关。
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2.2小尺度衰落和多径效应
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2.2小尺度衰落和多径效应
例题3：计算图所给出的多径分布的平均附加时延、rms时延 扩展。设信道相干带宽取50％，则该系统在不使用均衡器的 条件下对GSM业务是否合适？
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2.2小尺度衰落和多径效应
时延扩展和相干带宽是用于描述本地信道时间色散特性的两 个参数； 那么时变特性如何描述呢？ 频率色散特性 多普勒扩展和相干时间
Bc
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2.2小尺度衰落和多径效应
例题2：一个多径信道的冲击响应模型如下图所示，计算该信 道模型的平均附加时延和时延扩展。
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2.2小尺度衰落和多径效应
由相干带宽分类的两种衰落类型 （1）频率选择性衰落 B信号<B相关 （2）平坦衰落(非频率选择性衰落） B信号>B相关 如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生符号间 干扰(ISI)，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻 符号； 均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应产生的符号间干 扰(ISI)。
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2.2小尺度衰落和多径效应
快衰落 根据发送的基带信号与信道变化的快慢的比较，衰落信道 可分为快衰落信道和慢衰落信道。 在快衰落信道中，信道的冲激响应在一个符号周期内就会 发生变化，即信道的相干时间小于符号周期 产生条件： > ，或者 Bs< 慢衰落 接收天线处的场强中值随移动台运动是周围地形、建筑物 等的变化而出现的波动，其变化速率较为缓慢。 Ts Tc 产生条件： Bs BD
Tc
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0 .4 2 3 fd
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2.2小尺度衰落和多径效应
相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均 值，也就是说，相干时间是个时间间隔，在此间隔内，两 个到达信号具有很强的幅度相关性。 如果基带信号带宽的倒数大于信道的相干时间，那么传输 中基带信号很可能就会发生失真。 表征时变信道对信号的衰落节拍，即信道在时域上具有选 择性。 小尺度衰落类型
衰落类型取决于信号的特性和信道的特性，信号参数和信道参数的关 系决定了信号将经历的衰落类型。 移动无线信道的时间色散和频率色散可能引起四种衰落
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2.2小尺度衰落和多径效应
衰落类型：
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18Hale Waihona Puke 2.2小尺度衰落和多径效应
平坦衰落 如果无线信道带宽大于发射信号带宽，并且信道频率响 应的幅度近似为常数，相位为线性，那么信号的频谱会保持 不变，但是信道增益会随时间而变化（多径造成的）。这种 衰落是最为常见的一种。 条件: Bs Bc 或者 Ts σ τ
作业题: 1、确定从一个静态GSM发射机接收到的最大和最小的频谱频率，该发射 机的中心频率为1950.000 000MHz。假设接收机的移动速率为（a） 1km/h（b）5km/h （c）100km/h（d）1000km/h。 2、下图示意了900MHz的功率延迟分布的本地空间平均值，试确定： （1）信道平均附加时延和rms延迟扩展 （2）若在此信道传输的调制符号的周期小于10 时就需要均衡器， 试确定不需要均衡器所能传输的最大符号速率。 （3）若一个以30Km/h行驶的移动台接收经信道传播的信号，试确 定信道呈静态的时间。
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2.2小尺度衰落和多径效应
平坦衰落信道有可能引起幅度的深度衰落。这样，为克服 这种衰落，通常需要增加20-30dB的发射功率。 平坦衰落信道的瞬时增益分布对设计无线链路是非常重要 的，最常见的瑞利分布。瑞利平坦衰落信道引起的幅度随 时间的变化服从瑞利分布。