第一章讲义无线通信基础

3.短波信道特性及其对系统性能的影响 1）多径时延差
发端发射的电波可能通过多条路径传播到收端。不 同路径的信号到达收端的时间也各不相同，最长和最短 路径的时延之差称为多径时延差。 2）衰落
由于多径信号在接收段可以形成叠加（干涉），使 接收信号强度随机起伏，称为衰落。 3）多普勒频移和时延扩展
1.4.1 无线信道的特点
★传播的开放性，不确定因素多 ★接收地理环境的复杂性和多样性 ★某些通信用户具有随机的移动性 呈现出无线信道的多样性和复杂性
1.4.3 短波信道分析
1.短波信道模型 短波信道利用电离层对电波的反射来传送信息，由于
电离层是不均匀（分层、且各层内电子密度不均匀）、各 向异性、随机变化的传输介质，因此将形成复杂的多径传 播，引起接收信号的衰落、时延扩展和频谱扩散。
1.3.1 电磁波的极化
无线电波是以横向电磁波（TEM）形式在 空间中传播的，其中电场磁场跟无线电波的传 播方向是相互垂直的。
1.3.2 无线电波的传播方式
1. 地波传播 地波是沿地球表面传播的一种电磁波，属于
绕射波。地波传播的频率一般限制在2MHZ以 下。
地波传播的优点：若提供足够大的功率，则 可以在世界上任何两地之间进行长距离通信， 而且，大气条件的改变基本不影响地波传播。 其缺点是需要很大的发射功率，传输信号的频 率受限。
第易丝城建立了世界上第一 个公用汽车电话系统。
1947年，美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概 念，可采用多小区制构成蜂窝移动通信系统。
1948年，晶体管问世；香农提出信息论，并成 为信息论的奠基人，半个多世纪以来无人超越。
20世纪60年代初，集成电路问世。 1962年，世界上第一颗商业同步卫星‘‘晨 鸟’’上天，标志同步卫星通信进入实用阶段，美 国成功研制了脉码调制设备，应用于电话的多路化 通信。 20世纪80年代，超大规模集成电路出现，商用 移动通信迅速发展。
1.2.3 单工与双工通信
半双工系统 允许双向通信，但发送和接收 都使用相同的无线信道，在同一时间，用户只 能发送或接受信息。
双工通信 是指通信双方可同时进行发送和 接收的工作方式，是通过提供两条同样的但相 互独立的信道(FDD)，或一条无线信道上相邻的 时隙(TDD)进行发送和接收。
频分双工(FDD)方式，在基站使用独立的发 送和接收天线来容纳两个独立的信道。但是在用 户单元只有一根天线用来和基站之间进行发送和 接收，用户单元内部使用双工器来使一根天线能 同时进行发送和接收。
2. 空间波传播
电磁波在靠近地面的低空大气层中传播， 由直射波和地面反射波相叠加，因此接收点的 场强为二者之和。这种传播方式用于超短波和 微波通信。
频率在30MHZ以上的调频广播和电视信号 发射都是空间波传播。
3. 天波传播 天波传播的优点是损耗小，传播距离远。
一次或数次反射可达近10000km。但是电离层 状态容易变化，会随着昼夜或季节的变化而变 动，使天波传播不够稳定。
1.4 无线信道特性
电磁波传播所经过的路径，就称为无线信道 ◆ 恒参信道是指表征其传输特性的参数变 化极微，且变化速度极慢，在相当长的时间内 可以把它们看成是基本不变的，例如有线信道 以及无线信道中地表波的传播。 ◆ 变参信道是指传输特性随时间变化比较 快速或急剧，信号在传输中的衰减值不稳定， 存在衰落、传输时延、多径传输效应等。移动 信道是典型的变参信道。
质在空中传递信号。原始的信息如语音、数据、 图像等都是频率比较低的信号，例如音频信号在 300Hz~3.4KHz，视频信号不超过6MHz。这样的 信号不利于天线的辐射和电磁波的传播。
因此发信设备要将低频信息加到高频载波信号
上，这个过程叫调制；频率变换器进一步将信号 变换成发射电波所需要的频率（如短波频率、微 波频率），经过功率放大，再通过天线辐射出去 进行传输。
时分双工(TDD)方式，在时间上分享同一信 道，将其一部分时间用于从基站向用户发送信息， 而其余的时间用于从用户向基站发送信息。
同频单工方式
双频双工方式
1.2.4 无线通信网络
1.3 无线电波的传输特性
无线电波是一种电磁波，与光波一样在自 由空间中以直线方式传播，传播速度为3108 m/s ，同时也具有折射、反射、绕射和干涉等 波的特性。
信道中还存在两种加性噪声：高斯噪声和信道干扰 （在短波通信系统中，出现同频道干扰并不罕见）。
可将短波多径效应分为‘‘粗多径’’效应和‘‘细 多径’’效应。‘‘粗多径’’效应是电波通过不同的反 射点所形成的多条传输路径；而‘‘细多径’’效应是由 电波反射点(区域)介质的非均匀性和随机性行程得多径传 播。
在接收设备中也要经过信号放大，频率变换，
最后通过解调的过程再将原始信息恢复出来，从 而完成无线通信的过程。
1.2.2 无线通信系统特点
无线通信系统具有独特的特点 ① 省去铺设线缆的费用； ② 很容易跨越水域，克服山脉峡谷等造成的
传输障碍，利用自由空间进行通信使它具有 了不可替代的灵活性； ③ 比较容易获得较远的通信距离。 ④ 开放的信道易受外界因素的影响。
无线通信技术的发展 宽带、数字、复用、高速、覆盖广、
终端小、大容量
无线通信发展趋势 宽带、高速、多媒体业务、移动网络、
智能化、个性化。
1.2 无线通信系统的基本构成
1.2.1无线通信系统的组成
根据传输介质的不同，可以分为有线通信和无 线通信。有线通信利用导线（传输线路）来传递信 息。
无线通信系统，是利用空间电磁波作为传输介
4. 对流层传播 从地面上升到离开地面大约10Km的范围称
为对流层。
1.3.3 传播路径损耗模型
1.自由空间传播模型
p l 1 0 lg 42 c f2 2 d 2 3 2 .4 4 2 0 lgf 2 0 lg d 1 .1
距离增加，则传输损耗增加；频率越高，损 耗越大。
实际中，由于移动通信系统分布于很不规则 的地区，电磁波的传输环境非常复杂，在估算传 播路径损耗时，必须对不同的频段使用不同的电 波传播模型，室内和室外电波传输环境也有很大 的不同，因此选用的模型也有很大差异。