优选信道传输特性
极端天气环境下无线信号传输特性分析
极端天气环境下无线信号传输特性分析随着技术的发展和社会的进步，信息传输已成为现代社会必不可少的一部分，而无线通信技术已成为现代通信技术中最主要的方式之一。
然而，极端天气环境对无线通信会产生一定的影响，这对无线通信的普及和应用带来了一定的限制。
因此，本文旨在分析极端天气环境下无线信号传输的特性，以期为协调天气环境下的无线传输提供参考。
一、极端天气环境的分类极端天气环境是指在特定时期或区域内出现的比较罕见和特殊的自然环境现象，包括高温、低温、暴风雨、雷电、台风、沙尘暴、冰雪等。
不同的极端天气对无线通信的影响也不尽相同。
二、极端天气环境下的无线信号传输特性在极端天气环境下，无线信号传输存在以下主要特性：1. 衰减严重在极端天气环境下，由于大气中水分子或其他物质的存在，会对无线信号造成较大的衰减，会导致信号的传输距离下降或数据传输速率减慢。
2. 故障率高极端天气环境下，信号的传输中断或数据传输错误率会变高，容易导致出现数据包丢失、传输错误等问题，从而导致通信质量下降。
3. 天线方向性差在极端天气环境下，天线的方向性差，容易造成信号的散射或反射，导致信号的干扰或衰减。
4. 传输速率低在极端天气环境下，传输速率会降低，因为大气对信号的传输会造成阻碍，会使数据传输变得缓慢和不稳定。
三、解决方案为了解决极端天气环境下的无线通信问题，需要采取以下措施：1.采用更高的天线在极端天气环境中，可以采用更高的天线。
高纵比的天线可以增加接收天线和发射天线之间的高度差，从而避免或减少信号反射和干扰，提高无线信号稳定性和抗干扰能力。
2. 优选信道在极端天气环境下，不同的信道受到的干扰不同，可以采用信道扫描技术，通过信道选择来避免信号碰撞和干扰，提高通信质量。
3. 采用增强算法在极端天气环境下，通过使用增强算法可以提高无线网络传输的成功率，例如冗余校验（FEC）技术、自适应调制等。
4. 确保设备安全在极端天气环境下，由于雷电或其他灾害造成的电源故障或设备故障会影响无线通信设备的正常使用，因此需要在设备布置、线路走向等方面特别注意，保障设备安全。
无线通信中的信道特性分析方法
无线通信中的信道特性分析方法在无线通信系统中，信道特性是评估系统性能和设计通信方案的关键因素。
无线信道中存在多种传播特性，如多径传播、噪声干扰、多普勒效应等，这些因素都会对信号的传输质量和可靠性产生影响。
因此，对无线信道的特性进行准确分析和建模，能够为无线通信系统的优化和设计提供重要的参考依据。
本文将介绍几种常用的无线通信中的信道特性分析方法。
首先，最常见的信道特性分析方法是通过实验进行测量。
这种方法通过在特定环境中搭建无线通信系统并进行实际的信号传输，收集并分析接收信号的参数。
例如，可以利用专业的测量设备对电磁波强度、信号延迟、频率选择性衰落等参数进行测量。
这种实验测量方法能够直接获取实际的信道特性，具有较高的准确性和可靠性。
其次，还可以利用无线信道建模进行特性分析。
无线信道建模是基于实际测量数据或理论模型进行信道特性分析的一种方法。
通过收集大量的实测数据并进行统计分析，可以得到信道模型的参数，例如衰落幅度、衰落时延、功率谱密度等。
同时，也可以利用理论模型，如瑞利衰落模型、莱斯衰落模型等来描述信道特性，通过对模型参数的估计，来分析信道的性能。
这种建模方法具有一定的简化性，能够在缺乏大量实测数据的情况下进行信道分析，但准确性可能会有所降低。
另外，网络仿真技术也是一种常用的信道特性分析方法。
通过建立网络仿真模型，模拟无线通信系统中的各个组成部分，并对信道进行仿真分析，可以评估系统性能和优化通信方案。
网络仿真可以考虑到多种影响因素，如多径传播、噪声干扰、多普勒效应等，并能够模拟不同的环境条件，如城市、农村等，对信道进行全面的分析。
仿真方法具有灵活性和可控性，能够方便地进行不同参数的调整和对比分析，为无线通信系统的设计和优化提供有效的工具。
此外，还可以利用数据挖掘和机器学习算法进行信道特性分析。
通过对大量的信道数据进行处理和分析，挖掘其中的模式和规律，从而得到信道特性的潜在模型。
数据挖掘和机器学习方法能够自动从数据中提取信息，并能够从复杂的信道数据中发现隐藏的关系和规律。
无线传输信道的特性
通信工程专业研究方法论无线传输信道的特性学院：电子信息工程学院专业：通信工程班级：学号：学生：指导教师：毕红军2014年8月目录一、引言： (2)二、无线电波传播频段及途径 (3)2.1无线电波频段划分 (3)2.2无线电波的极化方式 (3)2.3传播途径 (4)三、无线信号的传播方式 (4)3.1直线传播及自由空间损耗 (5)3.2 反射和透射 (6)3.2.1斯涅尔（Snell）定律 (6)d 功率定律 (7)3.2.2 43.2.3断点模型 (8)3.3绕射 (9)3.3.1单屏或楔形绕射 (9)3.3.2多屏绕射 (10)3.4散射 (12)四、窄带信道的统计描述 (14)4.1不含主导分量的小尺度衰落 (14)4.2含主导分量的小尺度衰落 (16)4.3多普勒谱 (16)4.4大尺度衰落 (17)五、宽带信道的特性 (18)5.1多径效应对宽带信道的影响 (18)5.2多普勒频移对宽带信道的影响 (21)六、总结 (22)七、参考文献 (23)一、引言：各类无线信号从发射端发送出去以后，在到达接收端之前经历的所有路径统称为信道。
如果传输的无线信号，则电磁波所经历的路径，我们称之为无线信道。
信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机结合。
同时，电波在各种路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时会使信号难以恢复。
无线信号在传播时，不仅存在自由空间固有的传输损耗，还会受到建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减和相位的失真，这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。
下面将讨论无线传输信道的主要特性。
二、无线电波传播频段及途径2.1无线电波频段划分现代的数字通信系统频谱主要集中在300KHz到5GHz之间，尤其是500KHz到2GHz之间的频段使用更密集，比如GSM系统使用的是900MHz和1800MHz，WCDMA系统使用的是1940MHz—1955MHz和2130MHz—2145MHz。
通信系统中的传输介质和信道特性
通信系统中的传输介质和信道特性通信系统是现代社会中不可或缺的重要组成部分。
作为信息传递的桥梁，传输介质和信道的特性在通信系统的可靠性和性能中起着决定性的作用。
本文将探讨通信系统中常见的传输介质和信道特性，帮助读者了解并正确选择合适的传输介质和信道。
一、传输介质的分类传输介质是指电信号在传输过程中所需要经过的物质介质，在通信系统中起着传递信号的作用。
根据传输介质的性质和使用方式的不同，可以将其分为有线传输介质和无线传输介质两大类。
1. 有线传输介质有线传输介质主要包括光纤、双绞线和同轴电缆等。
其中，光纤的主要特点是传输速度快、带宽大、抗干扰能力强，适用于长距离和大容量数据传输。
双绞线则被广泛应用于局域网和电话线路等，其优点是造价低廉、安装方便、适用于近距离传输。
同轴电缆则适用于电视信号传输等领域。
2. 无线传输介质无线传输介质主要指无线电波，包括广播电波、微波和红外线等。
这些介质具有传输距离远、适用于移动通信、无需铺设线缆等特点。
然而，无线传输介质也存在传输速度较慢、受到环境影响较大的弱点。
二、信道特性的影响因素信道特性是指在传输介质中传输信号时，受到噪声、干扰、衰减等因素的影响而发生的变化和损耗。
以下将介绍一些常见的影响因素：1. 干扰和噪声干扰和噪声是信号传输过程中最常见的问题之一。
干扰是指外来电磁信号或其他无关信号的窜入，导致接收到的信号发生变形或丧失部分信息。
噪声是指信号中不可避免的随机波动，使信号在传输过程中发生抖动或混杂，影响信号的完整性和准确性。
2. 衰减和延迟衰减是指信号在传输过程中随着距离的增加而逐渐减弱的现象。
信号衰减会导致信号接收端接收到的信号强度下降，从而影响通信质量。
延迟是指信号从发送端到接收端所需要的时间，延迟时间较长会影响通信的实时性和响应速度。
三、传输介质和信道特性选择的重要性在设计和部署通信系统时，选择合适的传输介质和了解信道特性至关重要。
以下是选择合适传输介质和信道特性的几个考虑因素：1. 传输距离不同的传输介质适用于不同距离的传输。
第2章移动信道的传播特性
超视距传播
假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是 和地球相切的一条射线。若要接收到来波，接收天线
的架高必须超出这条切线。
A
d1 C d2 B
H1
H2
➢OO
视线传播极限距离
PT GT GR2 (4 )2 d 2
PT
➢ PT = 发射功率 (W) ➢ GT = 发射天线增益 ➢ GR = 接收天线增益 ➢ = c/f 波长(m)，c = 光速 (3×108 m/s)
➢ d = 发射机和接收机之间的距离(m)
自由空间传播损耗
自由空间传播损耗可以定义为：(不考虑天线增益)
前言
无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述，也 可以建立电波传播模型，如图表、近似计算公式或计算 机仿真模型等。
本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上，重点讨论 陆地移动通信信道的特征、场强（或损耗）的计算方法 ，并对移动通信信道仿真作简要介绍。
内容安排
2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型
Lfs
PT PR
4d
2
以dB计，得到：
或
L fs
(dB)
10
lg
4d
2
Lfs(dB) 32.44 20 lg d (km) 20 lg f (MHz )
可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传 播距离 d 有关。
2.1.3 大气中的电波传播
在实际移动通信信道中，电波在低层大气中传播。 整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平
无线通信信号的传输特性和衰减规律
无线通信信号的传输特性和衰减规律引言：无线通信已经成为现代社会中不可或缺的一部分，它提供了人们互相沟通、信息传递和数据传输的便利。
然而，了解无线通信信号的传输特性和衰减规律对于优化信号传输和提高通信质量非常重要。
本文将详细介绍无线通信信号的传输特性和衰减规律的内容和步骤。
一、无线通信信号的传输特性：1. 传输速率：无线通信信号的传输速率是指在单位时间内传输的信息量。
传输速率主要受到信道带宽和调制方式的影响。
例如，高带宽和高阶调制方式可以提高传输速率。
2. 传输距离：无线通信信号的传输距离是指一个信号从发送端到接收端所需的距离。
传输距离主要受到发射功率、接收器灵敏度和环境干扰等因素的影响。
3. 传输延迟：无线通信信号的传输延迟是指一个信号从发送端到接收端所需的时间。
传输延迟主要受到传输距离和信号处理时间等因素的影响。
二、无线通信信号的衰减规律：1. 自由空间衰减：自由空间衰减是指无线通信信号在自由空间中由于传输距离增加而衰减。
自由空间衰减的规律遵循反比关系，即信号功率与传输距离的平方成反比。
2. 多径衰落：多径衰落是指无线通信信号在传输过程中遇到多条路径的干扰而产生的衰减现象。
多径衰落的规律较为复杂，常见的有瑞利衰落和莱斯衰落等。
3. 阴影衰落：阴影衰落是指由于地形、建筑物或其他物体对信号传播的遮挡而产生的衰减现象。
阴影衰落的规律取决于遮挡物的位置和信号频率。
4. 天线增益和方向性：天线增益和方向性是指通过优化天线设计和调整天线方向来提高信号的传输距离和减小衰减。
天线增益和方向性可以根据具体需求进行调整。
步骤：1. 选择合适的频段和调制方式：根据通信需求和环境条件选择合适的频段和调制方式，以提供更高的传输速率和更好的通信质量。
2. 优化发射功率和天线设计：通过合理设置发射功率和优化天线设计，可以提高信号的传输距离和减小衰减现象，以增强通信性能。
3. 考虑多径衰落和阴影衰落：在通信系统设计中，应考虑多径衰落和阴影衰落对信号传输的影响，并采取相应的调整措施，如使用天线阵列、均衡器等。
移动通信电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
P
x T
d1 h1
x 为菲涅尔余隙
T d1
d2
R d2
h2
x
h1
P
R h2
(a)
(b)
图 3 - 3 障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
第3章 移动信道的传播特性
t ＝ t0 t＝ t0＋
t1 t1＋ 1 1 t1＋ 1 2 (a)
t2 t2＋ 2 2t2＋ 2 3 t2＋ 2 1 (b)
t＝ t0＋
t3
(c)
图 3 - 11 时变多径信道响应例如 (a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
t3＋ 3 4
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.2.4 多径时散与相关带宽 ——续
时延扩展Δ：最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后 一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值， 实际上就是脉冲展宽的时间。
表示时延扩展的程度。
归一化时延信号的包络E(t)：将移动通信中接收机接收 到的多径的时延信号强度进行归一化。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1 无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型 思考题与习题
第3章 移动信道的传播特性
引言
三种研究无线移动通信信道的根本方法： 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动
环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实
信道传输特性详解演示文稿
4.2 电缆信道性能指标
按照国际布线标准ISO/IEC 11801-2002、ANSI/TIA/EIA 568及 国家标准GB 50311-2007、YD/T 1092-2001，描述平衡电缆信道 （Balanced Cabling Links）性能的电气特性参数有直流环路电阻、 特征阻抗、回波损耗、衰减、串扰、时延等，其中与信道长度 有关的参数，如衰减、直流环路电阻、时延等；与对绞电缆纽 距相关的参数有：特征阻抗、衰减、串扰和回波损耗等。按照 GB 50311-2007关于综合布线电缆系统A、B、C、D、E和F的分 级情况，不同布线系统级别的具体性能指标也不相同。
表 4.1 对绞电缆带宽
电缆级别 支持带宽范围/MHz
5类
1～100
5e类 6类 7类
1～100 1～250 1～600
图 4.5 吞吐率
2．传输速率
(1)调制速率
调制速率表示信号在调制过程中，单位时间内调制信号波 形的变换次数，即单位时间内所能调制的次数，简称波特 率，其单位是波特(Baud)，它是以电报电码的发明者法国人 波特(Baud)的名字来命名的。如果一个单位调制信号波的时 间长度为T(s)，那么调制速率RB定义为：
图 4.4 光缆经电信间直接连接至设备间
4.1.2 数据传输的主要指标
1.带宽或吞吐率
带宽（Bandwidth）本来是指某个信号具有的频带宽度。由于一个特定的信号往往 是由许多不同的频率成份组成的，因此一个信号的带宽是指某个信号的各种不同
频率成份所占据的频率范围。目前常用对绞电缆带宽等级如表4.1所示。
信道传输特性详解演示文稿
优选信道传输特性
4.1.1信道和链路
1．信道和链路的概念
信道（Channel）是通信系统中必不可少的组成部分。通俗地说，信道是指以 传输介质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供 的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给 信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。 在数据通信系统中，对信道可以从下面两种不同的角度进行理解：一种是将 传输介质与完成信号变换功能的设备都包含在内，统称为广义信道。另一种 是仅指传输介质(如对绞电缆、同轴电缆、光纤、微波、短波等)本身，这类 信道称为狭义信道。 对信道分类的方法很多，按照信道所采用传输介质的不同，可将信道分为有 线信道和无线信道。 从综合布线系统的角度讲，信道是指连接两个应用设备的端到端的传输通道， 它包括了设备电缆、设备光缆和工作区电缆、工作区光缆。
第二章 移动信道传播特性
第二章 移动信道的传播特性
图2-43
孤立山岳修正因子Kjs
第二章 移动信道的传播特性
（3）斜波地形修正因子Ksp
斜坡地形系指在5～10km范围内的倾斜地形。若在
电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角 为 +θm；反之为负斜坡，倾角为−θm。
第二章 移动信道的传播特性
图2-44
斜坡地形修正因子Ksp
第二章 移动信道的传播特性
例：某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线 高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天 线增益为0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地形， 通信距离为l0km，试求： （1）传播路径损耗中值； （2）基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动 台天线得到的信号功率中值。 解：（1）根据巳知条件，KT = 0，LA = LT，
引入随着环境而改变的路径损耗指数n
（2~6），可以修正自由空间路径损耗模型—
—对数距离路径损耗模型。
d LLD (dB) LFS (d0 ) 10n1og10 d0
d0——参考距离，n=2对应自由空间情况。
2、奥村模型（ Okumura ）
Okumura模型是通过广泛实验得到的应用
2
自由空间传播损耗Lfs为 以dB计，得： 或：
PT 4 πd Lfs PR λ
2
2
4 πd 4 πd (dB) Lfs (dB) 101og10 (dB) 201og10 λ λ
Lfs (dB) 32.44 201og10 d (km) 201og10 f (MHz)
Gb：基站天线增益； Gm：移动台天线增益； Am(f, d)：中等起伏的市区的基本损耗中值， Hb(hb, d)：基站天线高度增益因子 Hm(hm, f)：移动台天线高度增益因子
通信系统中的信号传输与传播特性
通信系统中的信号传输与传播特性随着科技的发展和互联网的普及，通信系统在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。
而在通信系统中，信号的传输和传播特性起着至关重要的作用。
本文将介绍通信系统中信号传输的基本概念和传播特性，并探讨其对通信质量的影响。
一、信号传输的基本概念在通信系统中，信号是信息的载体，其传输是指将信号从发送端通过信道传输到接收端的过程。
信号传输的基本概念包括以下几个方面：1.1 发送端与接收端发送端是指信号的发出地，也就是信息的来源；接收端是指信号的接收地，也就是信息的目的地。
在信号传输过程中，发送端将信息编码成信号后发送到信道，而接收端则从信道接收信号并将其解码成原始信息。
1.2 信号编码和解码信号编码是指将原始信息转换为可传输的信号的过程，常用的编码方式包括模拟信号与数字信号。
模拟信号是连续的信号，而数字信号是离散的信号。
在信号传输过程中，模拟信号常通过调制的方式转换为数字信号进行传输。
1.3 信道和噪声信道是指信号从发送端到接收端的传输媒介，可以是导线、光纤、无线电波等不同的媒介。
而噪声是指信号传输过程中产生的干扰信号，会对信号的质量产生影响。
为了保证信号传输的质量，需要采取一定的信号处理技术来降低噪声的影响。
二、信号传播特性信号在传输过程中会受到各种因素的影响，从而导致信号的失真和衰减。
因此，了解信号的传播特性对于优化通信系统的设计和性能提升具有重要意义。
以下是常见的信号传播特性：2.1 衰减信号在传输过程中会遇到各种衰减现象，如传输媒介的阻抗、传输距离和信号频率等因素会导致信号的衰减。
衰减会使信号的幅度减小，影响信号的可靠性和传输距离。
2.2 延迟信号在传输过程中会产生一定的传播延迟，即信号从发送端到接收端的时间间隔。
延迟会导致时序失真，影响信号的准确性和实时性。
在某些应用场景中，如实时语音通话和视频传输中，需要控制延迟在可接受的范围内。
2.3 多径效应多径效应是指信号在传播过程中由于经过不同路径导致的多次反射、散射和干涉等现象。
信道特性对信号传输的影响
信道特性对信号传输的影响1．无失真传输要求（1）振幅-频率特性要求振幅特性与频率无关，即其振幅-频率特性曲线是一条水平直线。
（2）相位-频率特性要求相位特性是一条通过原点的直线，或其传输群时延（即系统在某频率处的相位对频率的变化率）与频率无关，等于常数。
2．失真（1）线性失真①频率失真a．定义：频率失真是指信道的振幅-频率特性曲线不满足呈一条理想水平直线而引起的失真。
b．影响：使模拟信号的波形产生畸变。
在传输数字信号时，造成码间串扰。
c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿，使其频率特性与信道的频率特性之和在信号频谱占用的频带内为一条水平直线。
②相位失真a．定义：相位失真是由信道的相位特性不满足群时延为常数的理想特性而引起的失真。
b．影响：相位失真对于数字信号的传输影响很大，引起码间串扰，使误码率增大。
c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿。
（2）非线性失真①定义非线性失真是指信道输入和输出信号的振幅关系不是直线关系的失真。
②分类a．谐波失真定义：非线性特性使信号产生新的谐波分量。
产生原因：由信道中的元器件特性不理想造成。
b．频率偏移失真定义：信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。
产生原因：由发送端和接收端中用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起。
c．相位抖动失真定义：信道输入信号的相位谱经过信道传输不稳定。
产生原因：由振荡器的频率不稳定产生。
③特性图图4-10 非线性特性（3）衰落①衰落的定义衰落是指信号的包络因传播而产生起伏变化的现象。
②衰落的分类快衰落：由多径效应引起的衰落。
慢衰落：由于移动台的不断运动，电波传播路径地形地貌的不断变化，路径上季节、日夜、天气等的变化使得衰落的起伏周期较长的一种衰落。
频率选择性衰落：衰落和频率有关，不同频段上衰落特性不一样，当频率超过相干带宽时发生频率选择性衰落。
（4）多径效应①产生原因信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变。
第3章 oy移动信道的传播特性-2-移动信道的特征(衰落)
数据传输速率高，则码元宽度小，带 频率选择性衰落（ 200kHz ） 宽宽，多径信号干扰码元程度高，信号 带宽大于信道相关带宽。
数字移动通信 3-24
3.2.4 时延扩展和相关带宽
相关带宽的意义
从频域来看多径现象将导致频率选择性衰落，即 信道对不同频率成分有不同的响应 在相关带宽内信号传输失真小，若信号带宽超过
根据发送信号与信道变化快慢程度（多普勒扩展）
快衰落（信号带宽Bs <多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts >相干时间Tc）
慢衰落（信号带宽Bs >多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts <相干时间Tc）
数字移动通信 3-32
一、平坦衰落与频率选择性衰落
平坦衰落
在信号带宽范围内，各频点的幅度有基本相同的增益， 即发送信号的频谱基本保持不变；
动，易受时间选择性衰落影响。
数字移动通信 3-31
3.2.3 多径衰落信道的分类
移动信道中的时间色散和频率色散产生衰落效应： 根据信号带宽和信道相关带宽的比较（多径衰落）
频率选择性衰落（码元间隔Ts <时延扩展Δ，即信号带宽Bs >相关
带宽Bc）
平坦衰落 （码元间隔Ts >时延扩展Δ，即信号带宽Bs <相关带宽Bc）
多径衰落
在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电 平变化和剧烈的相位摆动
数字移动通信
3.2.2 移动环境的多径传播
1.多径衰落(幅度快衰落)
衰落的分布：没有直射播的N个路径传播时，每径信号的 幅度服从高斯分布，相位在0~2π 间服从均匀分布的各径 信号的合成信号的包络分布为瑞利分布。 幅度快衰落包络概率密度函数p(r)为
第3章移动信道的传播特性
P
x T
d1
h1
R d2
h2
(a)
T d1
d2
R
x
h2
h1
P
(b)
图 3 - 3 障碍物与余隙 (a) 负余隙； (b) 正余隙
绕 射 损 耗 / dB
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 3 - 4 所示。
－4 －2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2.5－ 2.0－ 1.5－ 1.0－ 0.50 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
H0
30PT GT
120d
( A/ m)
S
PT GT
4d2
(W / m2 )
(3 - 4) (3 - 5) (3 - 6)
接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有 效面积， 即
PR = S AR
(3 - 7)
式中， AR为接收天线的有效面积， 它与接收天线增益GR满足下列关 系：
c r j60
(3 - 25)
对于地面反射， 当工作频率高于150MHz(λ＜2m)时， θ＜1°， 由式(3 - 23)和式(3 - 24)可得
Rv=Rh = -1
(3 - 26)
即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度， 而相位差为 180°。
在图 3 - 5 中， 由发射点T发出的电波分别经过直射线 (TR)与地面反射路径(ToR)到达接收点R， 由于两者的路径 不同， 从而会产生附加相移。 由图 3 - 5 可知， 反射波与 直射波的路径差为：
——当x＜0， 即直射线低于障碍物顶点时， 损耗急剧增加；
——当x/x1＞0.5 时， 附加损耗约为0dB， 即障碍物对直射波传 播基本上没有影响。 为此， 在选择天线高度时， 根据地形 尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙x＞0.5x1;
信道特性对信号传输的影响.
1、信号不失真传输条件
对于信号传输而言，我们追求的是 信号通过信道时不产生失真或者失 真小到不易察觉的程度。 由《信号与系统》课程可知，网络 的传输特性 H ( )通常可用幅度-频 率特性 H () 和相位-频率特性 ( ) 来表征
H () H () e
j ( )
要使任意一个信号通过线性网络不产 生波形失真，网络的传输特性应该具 备以下两个理想条件： （1）网络的幅度－频率特性 H ( ) 是 一个不随频率变化的常数，如图（a） 所示； （2）网络的相位－频率特性 ( )应 与频率成直线关系，如图（b）所示。 其中t0为传输时延常数。
j 0
(1 e
j
)
上式两端分别是接收信号的时间函数和频 谱函数
故得出此多径信道的传输函数为
AF ( )e j 0 (1 e j ) j 0 j H ( ) Ae (1 e ) F ( )
上式右端中，A － 常数衰减因子， j 0 e － 确定的传输时延， j (1 e ) － 和信号频率有关的复因子，其模为
此外也还存在其它一些因素使信道的此外也还存在其它一些因素使信道的输出与输入产生差异亦可称为失真输出与输入产生差异亦可称为失真例如非线性失真频率偏移及相位抖动例如非线性失真频率偏移及相位抖动非线性失真主要由信道中的元器件如非线性失真主要由信道中的元器件如磁芯电子器件等的非线性特性引起磁芯电子器件等的非线性特性引起造成谐波失真或产生寄生频率等
二、随参信道及其对所传信号 的影响
本节知识要点： 多径传播 多径衰落 频率弥散 选择性衰落 相关带宽 分集接收：空间分集，频率分集，角度分集， 极化分集
无线信道传播特性分析总结
无线信道传播特性分析总结无线信道传播特性是指信号在无线通信中传播过程中受到的传播环境和传播介质的影响，包括传播损耗、多径效应、衰落效应等。
对于无线通信系统的设计与性能分析来说，了解和分析无线信道传播特性非常重要。
下面是对无线信道传播特性的分析总结。
1.传播损耗传播损耗是指电磁波在传播过程中由于衰减、散射和阻塞等原因而导致信号强度减弱的现象。
传播损耗和距离的关系一般符合简单的自由空间传播模型，即传播损耗随着距离的增加而呈指数衰减。
但在实际的无线通信中，信号还会受到多种因素的干扰，如建筑物、障碍物、电子设备等影响，导致传播损耗不仅与距离有关，还与环境有关。
2.多径效应多径效应是指信号在传播过程中由于经过多条路径传播而导致相位差和时间延迟的现象。
多径效应是无线通信中的主要问题之一，会导致信号的多普勒频移、传播路径的时延扩展，从而对信号的接收造成干扰。
多径效应对于室内环境而言尤为明显，因为信号在室内会经过多次反射和散射，导致接收信号的时延扩展和衰落增强。
3.衰落效应衰落效应是指信号在传播过程中由于多径衰弱、干扰和噪声等原因而导致信号强度的瞬时变化。
衰落效应分为快衰落和慢衰落两种，快衰落主要由于多径效应引起，时间尺度在微秒级别；慢衰落主要由于大尺度的传播环境变化引起，时间尺度在毫秒级别。
衰落效应对于无线通信系统的性能有很大影响，会导致信号的误码率增加和传输速率下降。
4.多普勒效应多普勒效应是指信号源或接收器移动引起的频率偏移。
当信号源或接收器相对于介质移动时，由于多路径传播，信号在传播过程中会发生频率偏移。
多普勒效应对于高速移动的通信系统尤为重要，因为当通信节点间的相对速度较大时，多普勒频移会对信号的相干性和传输性能产生显著影响。
5.阴影效应阴影效应是指传播路径上的一些障碍物对信号的遮挡和衰弱所引起的信号强度不均匀的现象。
阴影效应是由于介质的不均匀性或者障碍物造成的，会导致接收信号的强度产生明显的空间变化。
一文读懂无线信道传播的各种特性
多径。
图1是一位沿公路驾车的典型移动用户的图形。
该图描述了从发射机到接收机的众多信号路径中的三条。
这些路径源自环境中物体对辐射能的散射、反射和衍射或者媒介中的折射。
各种传播机制对路径损耗和衰落模型产生不同的影响。
图1. 典型的多径衰落现象。
接收信号的功率会因为三种效应而发生变化: 平均传播(路径) 损耗、宏观(大型或“缓慢”) 衰落和微观(小型或“快速”) 衰落，如图 2 中所示。
平均传播损耗与距离有关，由水、植物的吸收以及地面的反射效应产生。
宏观衰落是由于建筑物和自然地物的阴影效应所产生的。
微观衰落是由于多径的相长、相消组合所产生，由于微观衰落的幅度波动快于宏观衰落的幅度波动，所以也将其称为快衰落。
图2. 无线信道中的信号功率随距离的变化。
多径传播会导致信号随着时间的推移而扩展，这些时间时延或“时延扩展” 导致频率选择性衰落。
多径的特征由信道脉冲响应来描述，使用抽头时延线实现方式为多径建模。
抽头变化的特征用多普勒频谱来描述。
除了时延扩展和多普勒展宽之外，角度扩展是无线信道的另一个重要特性。
接收机端的角度扩展是指在接收天线阵列处多径组件到达角的展宽。
与此类似，发射机端的角度扩展是指这些最终到达接收机的多径信号离开角的扩展。
角度扩展会导致空间选择性衰落，这意味着信号幅度会依赖于发射天线与接收天线的空间位置。
当无线通信系统中使用多根天线时，由于角度扩展、天线辐射方向图和周围环境所导致的空间效应，各个发射-接收天线对之间可能具有不同的信道脉冲响应。
由于MIMO 系统需要信道之间具有低相关度，所以理解这些空间特性可能如何影响系统性能是非常重要的。
在此应用指南的后续部分中，将会对所有无线信道中都存在的基本特性进行回顾，例如时延扩展和多普勒扩展，此外，还将引入空间效应，作为一种为高性能信道仿真器创建改进模型的手段。
1.无线传播特性平均传播损耗信号强度的总平均损耗是距离的函数，它遵循1/d n 律，其中 d 是发射机和接收机之间的距离，n 是取值范围为2 至 6 的斜度指标，其具体取值与环境有关。
通信原理(Ⅱ)信道特性对传输的影响
两T(条发路射径机的)接收信c 号为：
传播衰减
A
Ei
f(t - E0)L和OSA f(t
第一条路径 的时延
-
b
0
- )
ETOT=ELOS +Eg 两条路径R的(接时收延差机)
h2t.求：此多径信道的传输函E数dr2=Eg
hr
设f (t)的傅里叶θ变i 换（即其θ频0谱）为F()：
f (t) F()
2、相位失真：相位～频率特性不良引起的
对语音影响不大，对数字信号影响大 解决办法：同上
3
4.4 信道特性对信号传输的影响
3、非线性失真：
可能存在于恒参信道中
定义：
输入电压～输出电压关系
是非线性的。
4、其他失真：
频率偏移、相位抖动…
输
出
电
压
直线关系
非线性关系
输入电压
图4-16 非线性特性
2）、相位～频率特性：
要求其为通过原点的直线， 即群时延为常数时无失真
群时延定义： () d d
群（
延
迟）
ms
0
相位～频率特性
频率(kHz)
(b) 群延迟～频率特性
2
4.4 信道特性对信号传输的影响
1、频率失真：振幅～频率特性不良引起的
频率失真 波形畸变 码间串扰 解决办法：线性网络补偿
4.4 信道特性对信号传输的影响
一、恒参信道的影响
恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道… 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系
统的分析方法。线性系统中无失真条件：
1）、振幅～频率特性：为水平直线时无失真
无线传输信道的特性
通信工程专业研究方法论无线传输信道的特性学院：电子信息工程学院专业：通信工程班级：学号：学生：指导教师：毕红军2014年8月目录一、引言：....................................................错误!未定义书签。
二、无线电波传播频段及途径....................................错误!未定义书签。
无线电波频段划分..........................................错误!未定义书签。
无线电波的极化方式........................................错误!未定义书签。
传播途径..................................................错误!未定义书签。
三、无线信号的传播方式........................................错误!未定义书签。
直线传播及自由空间损耗....................................错误!未定义书签。
反射和透射...............................................错误!未定义书签。
斯涅尔（Snell）定律...................................错误!未定义书签。
4d 功率定律.........................................错误!未定义书签。
断点模型..............................................错误!未定义书签。
绕射......................................................错误!未定义书签。
单屏或楔形绕射........................................错误!未定义书签。
随参信道及其传输特性-推荐精选PPT
来表征。
k=
re r0
式中，k称为地球等效半径系数， r0=6370km为地球实际
半径， re为地球等效半径。在标准大气折射情况下， 地球等 效半径系数k= 4 ， 此时地球等效半径为
3
rek0r4 3637 804k9m 3
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离 层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信 道。 由于太阳辐射的紫外线和X射线，使离地面60~600 km的 大气层成为电离层。电离层是由分子、原子、离子及自由电 子组成。 当频率范围为3~30 MHz (波长为10~100m)的短波 (或称为高频)无线电波射入电离层时， 由于折射现象会使电波 发生反射，返回地面，从而形成短波电离层反射信道。
电离层厚度有数百千米，可分为D、E、F1和F2四层， 如 图3 - 20所示。由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也 随时间随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。
在白天，由于太阳辐射强，所以D、E、F1和F2四层都存在。 在夜晚，由于太阳辐射减弱，D层和F1层几乎完全消失，因 此只有E层和F2层存在。由于D、E层电子密度小，不能形成 反射条件，所以短波电波不会被反射。D、E层对电波传输的 影响主要是吸收电波，使电波能量损耗。F2层是反射层，其 高度为250~300 km，所以一次反射的最大距离约为4000 km。
在白天，电离层较厚，F2层的电子密度较大，最高可用频 率较高。 在夜晚，电离层较薄，F2层的电子密度较小，最高 可用频率要比白天低。
短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播， 多径传 播有以下几种形式:
(1) 电波从电离层的一次反射和多次反射； (2) 电离层反射区高度所形成的细多径； (3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波； (4) 电离层不均匀性引起的漫射现象。 以上四种形式如图 3 - 21 所示。
无线信道传播特性分析总结
无线信道传播特性分析总结班级学号姓名随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们的生活工作有着巨大的影响。
在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。
1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道。
信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。
信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。
与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。
不同的环境,其传播特性也不尽相同。
无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。
在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30。
对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。
这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。
移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。
另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。
所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。
2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。
同时，电波在各条路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，包括加性噪声(如高斯白噪声)、乘性噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时，会使有用信号难以恢复。
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4．时延
(1)发送时延 ：结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输媒体所需的时间， 也就是从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需 的时间。发送时延又称为传输时延
发送时延=数据块长度/信道带宽
(2)传播时延 ：指从发送端发送数据开始，到接收端收到数据（或者从接收端发送确认帧，
到发送端收到确认帧），总共经历的时间。实际上这一来一回所经历的时间相加
Rc=1200×60/（8＋2）=7200(字符/分) 分母括号中的“2”是在一个字符的前后分别附加的一个起始比特和 终止比特。
3．频带利用率 频带利用率是描述传输速率与带宽之间关系的一个指标，这也是一 个与数据传输效率有关的指标。频带利用率定义式如下：
R/B
式中，R表示系统的传输速率，B表示系统所占的频带宽度。当传输 速率采用调制速率RB时，其频带利用率的单位为Baud/Hz；当传输 速率采用数据信号速率Rb时，其频带利用率的单位为bps/Hz。
②光纤信道的第二种构成方式是，由水平光缆和主干光缆在 楼层电信间做端接(熔接或机械连接) 构成，FD只设光纤之间 的连接点，如图4.3所示。
图 4.3 光缆在电信间做端接
③光纤信道的第三种构成方式是，由水平光缆经过电信间直 接连接至大楼设备间光配线设备构成，FD安装于电信间，只 作为光缆路径的场合，如图4.4所示。
②比特和比特/秒。
③调制速率与数据信号速率的关系。
Rb=RHale Waihona Puke log2M（3）数据传输速率
数据传输速率又称信道速率，是指信源入/出口处单位时间内传送的 二进制脉冲的信息量，单位可以是比特、字符、码组等；时间单位 可以是秒、分、小时等；通常用字符/分为单位。 数据传输速率和数据信号速率之间的关系需要考虑用多少比特来表 示一个字符；另外，如果采用起止同步方式传输，还需要考虑在数 据以外附加传输的比特数。 例如：在使用数据信号速率为1200bit/s的传输电路时，按起止同步 方式来传送ASCII码数据时，数据传输速率Rc为：
传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率 如图4.6所示阐释了传播时延这个概念。
(3)排队时延
排队时延是指数据在交换节点的缓存队列中排队等 候发送所经历的时间。这种时延的大小主要取决于 网络中当时的数据流量。当网络的数据流量很大时， 还会发生队列溢出，使数据丢失，这相当于排队时 延为无穷大。 显然，数据传输经历的总时延是以上三种时延之和， 即：
4.2 电缆信道性能指标
按照国际布线标准ISO/IEC 11801-2002、ANSI/TIA/EIA 568及 国家标准GB 50311-2007、YD/T 1092-2001，描述平衡电缆信道 （Balanced Cabling Links）性能的电气特性参数有直流环路电阻、 特征阻抗、回波损耗、衰减、串扰、时延等，其中与信道长度 有关的参数，如衰减、直流环路电阻、时延等；与对绞电缆纽 距相关的参数有：特征阻抗、衰减、串扰和回波损耗等。按照 GB 50311-2007关于综合布线电缆系统A、B、C、D、E和F的分 级情况，不同布线系统级别的具体性能指标也不相同。
2．布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型
如图4.1所示是布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型。
图 4.1 布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型
3．光纤信道构成方式
①光纤信道的第一种构成方式是，由水平光缆和主干光缆至楼层电 信间的光纤配线设备经光纤跳线连接构成，如图4.2所示。
图4.2 光缆经电信间经光纤跳线连接
综合布线系统(第2版)
第4章 信道传输特性
优选信道传输特性
2020年9月5日
4.1.1信道和链路
1．信道和链路的概念
信道（Channel）是通信系统中必不可少的组成部分。通俗地说，信道是指以 传输介质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供 的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给 信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。 在数据通信系统中，对信道可以从下面两种不同的角度进行理解：一种是将 传输介质与完成信号变换功能的设备都包含在内，统称为广义信道。另一种 是仅指传输介质(如对绞电缆、同轴电缆、光纤、微波、短波等)本身，这类 信道称为狭义信道。 对信道分类的方法很多，按照信道所采用传输介质的不同，可将信道分为有 线信道和无线信道。 从综合布线系统的角度讲，信道是指连接两个应用设备的端到端的传输通道， 它包括了设备电缆、设备光缆和工作区电缆、工作区光缆。
图 4.4 光缆经电信间直接连接至设备间
4.1.2 数据传输的主要指标
1.带宽或吞吐率
带宽（Bandwidth）本来是指某个信号具有的频带宽度。由于一个特定的信号往往 是由许多不同的频率成份组成的，因此一个信号的带宽是指某个信号的各种不同
频率成份所占据的频率范围。目前常用对绞电缆带宽等级如表4.1所示。
表 4.1 对绞电缆带宽
电缆级别 支持带宽范围/MHz
5类
1～100
5e类 6类 7类
1～100 1～250 1～600
图 4.5 吞吐率
2．传输速率
(1)调制速率
调制速率表示信号在调制过程中，单位时间内调制信号波 形的变换次数，即单位时间内所能调制的次数，简称波特 率，其单位是波特(Baud)，它是以电报电码的发明者法国人 波特(Baud)的名字来命名的。如果一个单位调制信号波的时 间长度为T(s)，那么调制速率RB定义为：
RB(Baud)=1/T(s)
(2)数据信号速率
①数据信号速率。数据信号速率，又称信息速率，通常称之为 传输速率。它表示通过信道每秒传输的信息量，单位是比特/秒， 用bit/s或bps表示。数据信号速率Rb可定义为：
Rb
m t 1
1 Ti
log 2 Ni
式中，m表示并行传输的通路数；Ti表示第i路一个单位调制信号 波的时间长度(用s表示)；Ni表示第i路调制信号波的状态数。
总时延=发送时延＋传播时延＋排队时延
4.1.3 电磁干扰与电磁兼容性
1．电磁干扰
电磁干扰EMI（Electro Magnetic Interference）也称为噪声， 指在铜导线中由电磁场引起的电噪声，是电子系统辐射的寄 生电能。
2．电磁兼容性
电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）是指系统 发出的最小辐射和系统能承受的最大外部噪声，即设备或者 系统在正常情况下运行时，不会产生干扰同一空间中其他设 备、系统电信号的能力。