第二章 2 无线通信信道 电磁波的传播损耗
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
无线通信基础知识
折射
电磁波在传播时，遇到墙体等障碍物，就会穿过障碍物继续传播，这种现象就称为折射，电磁波的折射和光线 在透明物体中的折射有很强的类似性。如图2.4所示：
2.2.2 无线电磁波的衰落和分集技术
• 无线信号从天线到用户之间的信道衰落，按 照衰落特性的不同，可以分为慢衰落和快衰 落两种。
11
慢衰落
由地形和障碍物阻挡而造成的阴影效应，致使接收到的信号强度下降，信号强度随地理环境的改变而缓慢变化，这 种衰落称为慢衰落，又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置和地点相关，衰落的速度取 决于移动台的速度，它反映了传播在空间距离的接收信号电平值的变化趋势。
CONTENTS 无线通信基础知识
第二章
传输介质 无线传播理论 无线信道简介 信道复用 扩频通信技术 无线通信系统重要概念 我国无线电业务频率划分
02 无线通信基础知识 1. 传输介质 核桃AI
2.1 传输介质
• 传输介质是连接通信设备，为通信设备 之间提供信息传输的物理通道；是信息 传输的实际载体。有线通信与无线通信 中的信号传输，都是电磁波在不同介质 中的传播过程，在这一过程中对电磁波 频谱的使用从根本上决定了通信过程的 信息传输能力。
无线自组织网络技术
无线自组织网络是一种特殊的无线移动网 络。一般由一组具有自主能力的无线终端相 互协作形成的一种独立于固定基础设施、采 用分布式管理的多跳网络；网络中所有节点 的地位都是平等的，无需任何预设的基础设 施和任何中心控制节点；网络中的节点具有 普通移动终端的功能；节点间可通过空中接
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
图8.3 冲突情形1
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
1）隐藏终端与暴露终端问题
电磁波的传播损耗如何计算？
电磁波的传播损耗如何计算？在我们的日常生活中，电磁波无处不在。
从手机信号到无线网络，从广播电视到卫星通信，电磁波的应用已经深入到我们生活的方方面面。
然而，在电磁波的传播过程中，不可避免地会存在损耗。
了解如何计算电磁波的传播损耗对于优化通信系统、提高信号质量以及合理规划无线通信网络等方面都具有重要意义。
要计算电磁波的传播损耗，首先我们需要了解一些基本的概念。
电磁波在空间中传播时，其能量会随着距离的增加而逐渐减弱，这种能量的减弱就被称为传播损耗。
传播损耗的大小受到多种因素的影响，包括传播环境、频率、发射功率以及接收端的特性等。
其中，自由空间传播损耗是一个基础且重要的概念。
在理想的自由空间中，也就是没有任何障碍物和干扰的情况下，电磁波的传播损耗可以通过以下公式计算：＼L_{fs} ＝ 3244 ＋ 20\log_{10}（d) ＋ 20\log_{10}（f)＼在这个公式中，＼（L_{fs}＼）表示自由空间传播损耗（单位为dB），＼（d\）表示传播距离（单位为千米），＼（f\）表示电磁波的频率（单位为 MHz）。
例如，如果电磁波的频率为 24GHz（即 2400MHz），传播距离为 1 千米，那么自由空间传播损耗大约为：＼L_{fs} ＝ 3244 ＋ 20\log_{10}（1) ＋ 20\log_{10}（2400) ＼approx 10004dB\但实际情况中，电磁波很少在完全自由的空间中传播，通常会受到各种障碍物的影响，比如建筑物、山脉、树木等。
这时候，就需要考虑更多的因素来计算传播损耗。
在城市环境中，建筑物的阻挡和反射会导致额外的损耗。
这种损耗被称为建筑物穿透损耗。
不同类型的建筑物，其穿透损耗的大小也不同。
例如，混凝土结构的建筑物穿透损耗通常比木质结构的建筑物要大。
此外，电磁波在传播过程中还可能会因为多径传播而产生损耗。
多径传播是指电磁波在到达接收端时，可能通过多条不同的路径，这些路径的长度和传播条件不同，导致信号在接收端相互叠加，有时会增强信号，有时则会削弱信号，从而产生多径衰落。
电磁波的传播特性与衰减现象分析
电磁波的传播特性与衰减现象分析电磁波是一种横波，它由电场和磁场的相互作用产生。
在自然界中，电磁波的传播无处不在，它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
然而，电磁波的传播特性和衰减现象对人们的生活产生了巨大的影响。
在本文中，我们将对电磁波的传播特性和衰减现象进行深入分析。
首先，电磁波的传播特性与波长有着密切的联系。
根据波长的不同，电磁波可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同类型。
每一种电磁波都有其独特的传播特性。
例如，无线电波具有较长的波长，可以穿透建筑物等障碍物，使得电视、收音机等设备能够在城市和乡村间进行通信。
而可见光则是人眼能够感知的电磁波，其波长较短，不能穿透障碍物，因此在室内使用遥控器时，需要指向电视机，以保证信号的稳定传输。
其次，电磁波的传播特性与频率也息息相关。
频率是电磁波单位时间内的振动次数，与波长呈倒数关系。
根据频率的不同，电磁波可以分为辐射型和非辐射型。
辐射型的电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光等，它们能够以空气为介质，进行传播。
非辐射型的电磁波主要指电磁场，它们无法直接在空气中传播，而是通过物体接触传递。
这种传播方式广泛应用于通信技术、无线电频谱和无线电技术等领域。
然而，无论是辐射型还是非辐射型的电磁波，在传播过程中都会受到衰减现象的影响。
衰减是指电磁波在传播过程中逐渐减弱的现象。
衰减现象主要有自由空间路径损耗、衍射、反射、折射、散射、云、大气湿度和大气压力等因素引起。
首先，自由空间路径损耗是指电磁波在自由空间中传播时由于空间距离增大而逐渐减弱的现象。
根据电磁波传播的特点，当传输距离增大时，电磁波能量在空间中逐渐分散，导致信号衰减。
这种衰减现象在无线通信中尤为常见，信号质量的好坏与传输距离密切相关。
其次，衍射是指电磁波遇到障碍物时，产生波前弯折而绕过障碍物继续传播的现象。
衍射现象使得电磁波能够沿着障碍物的阴影区域传播，从而扩大了通信范围。
然而，这种扩散也伴随着能量的逐渐减弱，导致信号质量下降。
第2讲-大尺度衰落信道
概述（2） 移动通信信道中的3种电磁波传播：
反射：当电磁波遇到比其波长大得多得物体时发生 反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。 绕射：当接收机与发射机之间的无线路径被尖利的 边缘阻挡时发生绕射。 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且 单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。 散射产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。
Okumura模型
Okumura模型
丘陵地的修正因子Kh 丘陵地的地形参数用地形起伏高度Δh表征。它的 定义是：自接收点向发射点延伸10 km的范围内， 地形起伏的90%与10%的高度差即为Δh。这一定 义只适用于地形起伏达数次以上的情况，对于单 纯斜坡地形将用后述的另一种方法处理。
Okumura模型
Okumura模型
Okumura模型 移动台天线修正因子Hm(hm,f)
当移动台天线高度不是 3m时，需用移动台天线高度增益因子 Hm(hm,f)加 以修正，见上页右图。当hm ＞3m时，Hm(hm, f)＞0 dB；反之，当hm＜ 3m时，Hm(hm, f)＜0 dB。 当移动台天线高度大于5 m以上时，其高度增益因子Hm(hm, f)不仅与天线 高度、频率有关，而且还与环境条件有关。例如，在中小城市， 因建筑 物的平均高度较低，故其屏蔽作用较小，当移动台天线高度大于4m时， 随天线高度增加，天线高度增益因子明显增大；若移动台天线高度在1～ 4m范围内，Hm(hm, f)受环境条件的影响较小，移动台天线高度增高一倍 时，Hm(hm,, f)变化约为3 dB。
Okumura模型
适用范围：适用于城市宏小区。 频率f：150～1500MHz 距离d：1～100km 基站天线高度 hb：30～100m
Okumura模型
电磁波的衰减与传输损耗
电磁波的衰减与传输损耗电磁波是一种广泛存在于自然界中的物理现象，它在无线通信、雷达探测、医学诊断等领域都发挥着重要的作用。
然而，在电磁波的传输过程中，由于各种因素的作用，电磁波会发生衰减与传输损耗。
本文将探讨电磁波的衰减机制和传输损耗，并介绍一些常见的衰减和传输损耗的缓解方法。
电磁波在传输过程中会遇到三种主要的衰减机制：自由空间衰减、传播介质吸收和反射散射。
首先，自由空间衰减是指电磁波在自由空间中传输时由于距离的增加而导致的能量损失。
根据无线电通信的路径损耗模型，自由空间中的电磁波衰减与传输距离的平方成正比。
在实际应用中，为了减小自由空间衰减，通信系统会采取增加天线高度、增加发射功率或者使用中继站等方法。
其次，传播介质的吸收也是电磁波衰减的主要因素之一。
当电磁波通过传播介质时，介质的材料特性会影响电磁波的能量传输。
不同的电磁波频率在材料中的吸收程度也不同，这就导致了在特定频率的电磁波传输中，能量的损失和衰减。
例如，微波炉会选择2.45GHz频率的微波，因为水分子在这个频率下吸收能量较高，能够有效加热食物。
在实际应用中，为了减小传输介质的吸收损耗，可以选择合适的频率进行传输或者改变传输介质。
另外，电磁波在传输过程中会发生反射和散射，导致能量的损耗和衰减。
反射是指电磁波在传输过程中遇到边界时，一部分波会发生反射，使得传输方向发生改变。
散射是指电磁波在传输过程中与物体表面的小尺寸障碍物相互作用，导致波的传输方向改变。
这些反射和散射会导致能量的损失和衰减。
在实际应用中，可以采取减少反射和散射的方法，如使用吸波材料或者设计合理的传输路径。
除了衰减机制外，电磁波的传输过程中还存在传输损耗。
传输损耗主要包括信号衰减、传输介质特性损耗和接口损耗等。
首先，信号衰减是指信号在传输过程中由于噪声、干扰等原因而受到的能量损失。
这种损耗会导致传输信号的质量下降，影响通信质量。
其次，传输介质特性损耗是指传输介质本身对信号能量的吸收和散射造成的能量损失。
移动通信原理与技术第2章 移动通信电波传播及损耗模型
理论分析表明：通过第I菲涅耳区到达接收天线R 的电磁波能量约占R点接收到的总能量的1/2。如 果在这个区域内有障碍物存在，将会对电波传播 产生较大的影响。
2．电波传播的绕射损耗
为了衡量障碍物对传播通路的影响程度，定 义了菲涅尔余隙的概念。设障碍物与发射点和 接收点的相对位置如图2.7所示。
这种由大气折射率引起电波传播方向发生 弯曲的现象，称为大气对电波的折射。
· 在实际传输中，大气最典型的折射出现 在电波的水平传播中。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通 常用地球等效半径来表征，即认为电波依然 按直线方向行进，只是地球的实际半径 R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
• 可以推出，无方向性接收天线的有效接 收面积为
（2.3）
• 由式（2.1）、式（2.2）和式（2.3）可 得接收功率为
（2.4）
· 发送功率Pt与接收功率Pr之比定义为传 输损耗，或称系统损耗。 · 经推导可得出传输损耗Ls的表达式为
（2.5a）
Gt和Gr为发射和接收天线增益（dB）
· 损耗常用分贝表示。 · 式（ 2.5a ）也可表示成
· 按收信号功率可表示为
(2.24)
式中，d 表示移动台与基站的距离。
· 式（2.21）是信道对传输信号作用的 一般表示式。
·这些作用有3类。
n
（1）传播损耗，又称为路径损耗。其值用 d 表示。 其中n为路径衰减因子，自由空间传播时n=2，一般 情况下n=3~5。
（2）阴影衰落，用 S (d ) 表示。
· 移动信道复杂、恶劣的传播条件这一特征是由在运动 中进行无线通信这一方式本身所决定的。
· 对移动信道进行研究的基本方法有3种。
第2章移动信道电波传播理论详解
自由空间路径损耗或自由空间基本传输损 耗可以表示为 （2.4） · Lbs单位：dB(分贝)。表示自由空间中两个 理想点源天线（增益系数G=1的天线）之间 的传输损耗。 · 自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。
2.1.4 反射波传播
当电波在传播中遇到两种不同介质的光滑面 时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生 镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所 以入射波会在界面上产生反射，如图2.3所示。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通
常用地球等效半径来表征，即认为电波依然
按直线方向行进，只是地球的实际半径
R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
等效地球半径示意图
等效地球半径：电波在以等效地球半径Re为半径的球面 上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。
· 定义K为等效地球半径系数，即
· 移动环境中电波传播特性研究的结果 往往用两种方式给出。 方式一：对移动环境中电波传播特性 给出某种统计描述。
方式二：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。
2.1.2 无线电波的传播方式
无线电波传播特性
波 长波 段 波 长 频 率 主 要 用 途 — 调幅无线电广播 10km～1km 30kHz～300kHz
中波 短波
米波（VHF）
1km～100m 100m～10m
10m～1m
300kHz～3MHz 3MHz～30MHz
30MHz～300MHz 调频无线电广播
微波
分米波（UHF）
厘米波 毫米波
1m～0.1m
10cm～1cm 10mm～1mm
300MHz～3GHz
3GHz～30GHz 30GHz～300GHz
电磁波的传播与衰减
研究方法：可以通过建立数学模型、仿真实验和现场测量等方法研究多径传播特性。
应用：多径传播模型广泛应用于无线通信、雷达、遥感等领域。
特点：多径传播会导致信号强度波动、时延扩展和频率选择性衰落等现象。
定义：电磁波在传播过程中遇到障碍物时，会发生反射、散射和绕射等现象，形成多径传播。
电磁波的衰减应用
地面反射损耗：电磁波在地面反射时的能量损耗
多径效应损耗：电磁波在传播过程中受到多径效应的影响导致的能量损耗
建筑物穿透损耗：电磁波在建筑物中穿透时的能量损耗
穿透损耗
穿透损耗的定义：电磁波在传播过程中，由于介质的吸收和散射作用，导致能量损失的现象
穿透损耗的影响因素：介质的性质、电磁波的频率、传播距离等
波动方程的形式：∂²Φ/∂t² = c²ΔΦ
波动方程的解：Φ(r,t) = A*exp(-i(ωt-k·r))
波动方程的应用：分析电磁波的传播、反射、折射等现象
传输线方程
传输线方程的定义：描述电磁波在传输线中的传播特性
传输线方程的解：可以求解出电磁波的传播速度和衰减
传输线方程的应用：用于分析电磁波的传播和衰减，以及设计传输线
有线传输系统的优点：传输速度快、稳定性高、抗干扰能力强
有线传输系统的缺点：建设成本高、灵活性差、维护困难
有线传输系统的应用：电话、电视、互联网等
无线传输系统
无线传输系统的组成：发射器、接收器、天线、信道等
电磁波的传播介质：空气、真空、固体、液体等
电磁波的传播速度：与介质的电导率、磁导率、电场强度、磁场强度等因素有关
穿透损耗的计算：可以通过公式计算得出，与介质的吸收系数和散射系数有关
穿透损耗的应用：在无线通信、雷达、遥感等领域，需要考虑穿透损耗对信号传输的影响，并采取相应的措施减少损耗。
第二章 移动通信无线电波传播
Lbs 32.45 20lg d (km) 20lg f ( MHz)dB
其中,d为距离(km),f为工作频率(MHz)。
(3.1)
2.1.2 视距传播的极限距离
图2-3 视距传播的极限距离
2.1.2 视距传播的极限距离
视线所能到达的最远距离称为视线距离 d0。 已知地球半径为R=6370km，设发射天 线和接收天线高度分别为hT和hR(单位 m)，理论上可得视距传播的极 hT (m))km
2.1.2 视距传播的极限距离
当考虑空气的不均匀性对电波传播轨 迹的影响后，等效为地球半径 R=8500km，可得修正后的视距传播的 极限距离：
d0 4.12( hR (m) hT (m))km
2.1.3 反射波
图2-4 反射波和直射波
2 G r 天线垂直于通量的有效面积等于 A r 4 2
t t r r 2
4d
所以天线接收功率为 P S * A P G G 。通过上式可 (4d ) 以看出天线接收功率与波长有关，与发送端到接收 端距离有关。
2.1.1 自由空间的电波传播
Pt L 我们把自由空间的传播损耗L定义为： Pr
图2-1 典型的移动信道电波传播路径
传播模型的建立：
通常人们在分析研究无线信道时，常常将无 线信道分为大尺度传播模型和小尺度传播模 型： 1 大尺度传播模型：描述发射机和接收机之间 （T-R）在长距离（几百米或几千米）上的 信号强度的变化模型。 2 小尺度传播模型：描述短距离（几个波长） 或短时间（秒级）内的信号强度的快速波动 的传播模型。
2.1.5 散射
散射：当波穿行的介质中存在小于波长的 物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨 大时，发生散射。 散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不 规则物体。在实际的通信系统中，树叶、 街道标志和灯柱等会引发散射。
电磁波的损耗与传播机制解析
电磁波的损耗与传播机制解析电磁波是一种横波，由电场和磁场相互耦合而成，它在空间中传播时会发生一定程度的损耗。
本文将深入探讨电磁波的损耗机制和传播机制，帮助读者对电磁波的性质有更深入的了解。
首先，我们来了解电磁波的损耗机制。
电磁波的损耗可以分为导体损耗和无导体损耗两种情况。
导体损耗主要发生在导体材料中，当电磁波与导体接触时，会发生电磁波能量向导体转化的过程。
这是由于导体内部存在大量自由电子，电磁波与导体相互作用时会引起电子的振动和摩擦，从而将电磁波的能量转化为热能。
导体的特性和频率对导体损耗有很大影响，通常情况下，导体的电导率越高，导体损耗也就越大。
无导体损耗主要发生在介质材料中，介质材料可以是固体、液体或气体。
当电磁波通过介质时，介质的分子结构会导致电磁波的能量损失。
这种损耗机制被称为分子摩擦损耗。
其中，固体介质的分子结构比较稳定，所以损耗较小，而液体和气体介质的分子结构较为松散，分子间的相互作用力较小，因此损耗较大。
接下来我们探讨电磁波的传播机制。
电磁波在传播过程中会受到以下几种因素的影响：衍射、反射、折射和散射。
衍射是电磁波在遇到物体边缘时发生弯曲的现象。
当波长大于或接近于物体尺寸时，波就会绕过物体边缘传播。
这种现象利用到了波的特性，使得电磁波能够传播到遮挡物的背后。
反射是指电磁波遇到界面时，部分能量被界面反射回去的现象。
反射的程度取决于入射角、入射介质和反射介质的特性。
这一现象被广泛应用于无线通信中，如卫星通信和雷达。
折射是指电磁波在不同介质之间传播时改变传播方向的现象。
折射的程度由两种介质的折射率决定。
正是由于介质折射的现象，使得光能够在水面或镜片上折射出漂亮的景象。
散射是指电磁波遇到物体表面或介质中的不均匀性时发生方向变化的现象。
这种现象导致了电磁波在传播过程中的能量散失，进而导致信号衰减和传输距离的减小。
散射经常会发生在大气中，如云、雨和雾等天气现象都会散射电磁波。
总之，电磁波的损耗与传播机制是一个复杂的过程。
电磁波的传播与衰减知识点总结
电磁波的传播与衰减知识点总结电磁波是由电场和磁场相互耦合产生的一种波动现象。
它在真空中传播速度恒定，但在介质中传播速度会发生变化，并且受到衰减的影响。
本篇文章将围绕电磁波的传播和衰减两个方面进行详细的知识点总结。
一、电磁波的传播1. 电磁波的定义与特性电磁波是由振荡产生的电磁场的传播，具有波动性和粒子性的特点。
它包括电场和磁场两个相互垂直且相互耦合的波动。
2. 电磁波的频率和波长电磁波的频率指的是单位时间内波动的次数，通常用赫兹（Hz）表示。
波长则是电磁波在单位时间内传播的距离，通常用米（m）表示。
它们之间的关系为：波速 = 频率 ×波长。
3. 电磁波的传播速度在真空中，电磁波的传播速度为光速，约等于每秒 30 万公里。
这是因为真空中不存在物质，电磁波的传播不受阻碍。
而在介质中，电磁波的传播速度会减小，这是由于介质中的原子和分子与电磁场的相互作用导致的。
4. 电磁波的传播路径电磁波可以通过空间中的直线传播、反射和折射等方式传播。
当电磁波遇到介质的边界时，会发生反射和折射现象，根据入射角和介质的折射率可以计算反射角和折射角。
二、电磁波的衰减1. 衰减的概念电磁波在传播过程中会遇到衰减，即波幅和能量的减弱。
衰减的原因主要包括吸收、衍射和散射等。
吸收是指电磁波能量被介质吸收转化为其他形式的能量；衍射是指电磁波绕过障碍物传播时发生的波动现象；散射是指电磁波遇到物体表面的微观不均匀性而发生的偏离原来传播方向的现象。
2. 衰减的影响因素电磁波的衰减程度与许多因素相关，包括频率、距离、传播介质和天线增益等。
频率越高，衰减越大；传播距离越远，衰减越明显；不同介质对电磁波的衰减情况也不同；天线增益高可以降低衰减程度。
3. 衰减的衡量和补偿措施衰减可以通过衰减系数来进行衡量，该系数为单位距离内电磁波强度的减小量。
在实际应用中，为了减少衰减带来的影响，常采取补偿措施，如增加发送功率、使用增益较高的天线和采用合适的传输介质等。
电磁波的自由空间损耗
电磁波的自由空间损耗
电磁波的自由空间损耗（Free space path loss，简称FSPL）指的是电磁波在没有障碍物阻隔的情况下，从发射端到接收端之间传播
时所遇到的信号弱化现象。
自由空间损耗主要是由于电磁波在空气中传播过程中产生的辐射
损耗、反射损耗、散射损耗、绕射损耗等各种因素所导致的。
其中辐
射损耗是指电磁波通过空气传输时因为辐射而产生的能量消耗，随着
距离的增加而增加；反射损耗是指电磁波在经过物体表面时发生反射，部分能量被反射回去而未形成有效信号，从而进一步减弱传输信号的
强度；散射损耗是指电磁波在穿过物体时不断地发生散射，导致信号
传输的强度不断地减小；绕射损耗是指电磁波在穿过物体的边缘时产
生的绕射现象，导致信号传输的强度不断地减少。
电磁波的自由空间损耗与频率、距离、天线高度、功率等因素都
有关系。
一般来说，电磁波的频率越高，信号的穿透力越弱，自由空
间损耗也就越大。
同时，随着距离的增加，自由空间损耗也会逐渐增大。
天线的高度和功率也会影响自由空间损耗，一般来说，天线高度
越高、功率越大，自由空间损耗就会越小。
在无线通信系统设计中，我们需要根据需要的通信距离和信号强
度来计算自由空间损耗，并根据连续波和脉冲调制两种不同的情况，
选择不同的传输功率和技术来满足通信需求。
总之，电磁波的自由空间损耗是无线通信中一个非常重要的参数，对于无线通信系统的设计和优化都有着重要的影响。
无线通信 第2章内容小结
总结汇报最近两周我学习了无线通信第二章的关于路径损耗和阴影衰落的相关内容，下面我对其进行一定的概述和总结：在无线通信中，无线信道易受噪声、干扰和其他因素的影响，且由于用户的移动和信道的动态变化，也会对接收的功率有影响。
其中路径损耗是由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成的。
阴影衰落是由发射机和接收机之间的障碍物造成的，障碍物通过吸收、反射、散射、绕射等方式衰减信号，甚至阻断信号。
由于二者引起了较长距离的功率变化，称之为大尺度传播效应。
而多径信号引起的接收功率的变化在波长数量级上，称为小尺度传播效应。
1首先介绍发送功率和接收功率模型。
发送信号的表示式为：s(t)=Re{u(t)2cj f t e π}=Re{u(t)cos(2c f t π)}-Im{u(t)sin(2c f t π)= ()cos(2)sin(2)I c Q c s t f t s f t ππ- (1)其中u(t)=()I s t222224[]44sin sin 4[]cj f t r t t r t r r te P P h h Zd Z h h P P d πλπλππθλθπλ+==-+==是一个复基带信号，其()I s t 是同相分量，()Q s t 是正交分量，带宽为Bu,功率为Pu 。
u(t)称为s(t)的复包络或等效基带信号。
而对于接收信号来说，接收信号只是叠加了噪声，为r(t)=Re{v(t) 2cj f t e π}+n(t) （2）其中v(t)=u(t)*c(t),c(t)是等效基带信号的冲激响应。
r(t)表示经过信道传播之后的发送信号和信道噪声之和。
2多普勒效应当发射机和接收机中有一方在移动时，接收信号将会有一个多普勒频移Df =vcos(θ)/λ,θ是入射波相对于移动方向上的角度，v 是接收机沿其移动方向的速度。
在时间间隔∆t 内，发射机或接收机的移动将产生∆d=v ∆tcos(θ)的行程差，相位变化为∆Φ=2πv ∆tcos(θ)/λ。
信道损耗计算公式
信道损耗计算公式信道损耗计算公式是在无线通信中用于估计信号在传输过程中所遭受的损耗程度的数学公式。
在无线通信中，信号经过传输过程中会受到多种因素的影响，如传输距离、传输介质、天线增益等，这些因素都会导致信号的衰减和损失。
了解信道损耗计算公式可以帮助我们更好地设计无线通信系统，提高信号的传输质量。
在无线通信中，信号在传输过程中会受到两种主要的损耗：自由空间路径损耗和多径衰落损耗。
自由空间路径损耗是指信号在自由空间中传输时由于距离的增加而导致的信号强度衰减。
根据自由空间路径损耗计算公式，信号的功率衰减与传输距离的平方成反比。
公式如下：L = 20log(d) + 20log(f) + 20log(4π/c)其中，L表示路径损耗（单位为dB），d表示传输距离（单位为米），f表示信号的频率（单位为赫兹），c表示光速（单位为米/秒）。
多径衰落损耗是指信号在传输过程中由于多个路径的信号叠加导致的信号干扰和衰减。
多径衰落损耗的计算较为复杂，通常使用统计模型进行估计。
其中最常用的模型是瑞利衰落模型和莱斯衰落模型。
这些模型可以根据信号的频率、传输距离和环境条件等参数来估计多径衰落损耗。
除了自由空间路径损耗和多径衰落损耗外，还有其他一些因素也会对信号的传输质量产生影响，如传输介质的衰减、天线增益和功率控制等。
这些因素可以通过信道损耗计算公式进行综合考虑。
了解信道损耗计算公式对于无线通信系统的设计和优化至关重要。
通过合理地选择传输距离、频率和天线增益等参数，可以有效地降低信道损耗，提高信号的传输质量。
此外，通过使用信道损耗计算公式，还可以对无线通信系统进行仿真和优化，提前评估系统的性能并进行改进。
信道损耗计算公式是无线通信中的重要工具，可以用于估计信号在传输过程中所遭受的损耗程度。
了解和应用信道损耗计算公式可以帮助我们更好地设计和优化无线通信系统，提高信号的传输质量，实现更可靠和高效的通信。
第二章 1 无线通信信道 电磁波的传播
波长µm
可见光
2006年9月
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电磁波的频率
电波频段的划分
频段名称 极低频(ELF: Extra Low Frequency) 超低频(SLF: Super Low Frequency) 特低频(ULF: Ultra Low Frequency) 甚低频(VLF: Very Low Frequency) 低 中 高 频(LF: Low Frequency) 频(MF: Middle Frequency) 频(HF: High Frequency) 频段范围(含上限) 3Hz~30Hz 30Hz~300Hz 300Hz~3000Hz 3KHz ~30KHz 30KHz~300KHz 300KHz~3000KHz 3MHz~30MHz 30MHz~300MHz 300MHz~3000MHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz 频段名称 极长波 超长波 特长波 甚长波 长 中 短 米 波 波 波 波 波长范围(含上限) 100兆米[1]~10兆米 10兆米~1兆米 100万米~10万米 10万米~1万米 10千米~1千米 1000米~100米 100米~10米 10米~1米 10分米~1分米 10厘米~1厘米 10毫米~1毫米 10丝米[2]~1丝米
信道的重要性
Y=Hx+n
2006年9月
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目录
1. 电磁波的频率 2. 电磁波的传播 3. 电磁波基本传播机制的应用 4. 小结
2006年9月
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引言
无线信道在无线通信中的位置：
发基带 单元
发中频 单元
发射频 单元
发天线 单元 无线传播 信道 收天线 单元
收基带 单元
电磁波传输损耗
电磁波传输损耗及远场区的场强预测广播电视无线电波的频段较高，电磁波信号传输时以直射波为主，但是也存在反射、绕射和散射等。
电磁波在空间传播时，向外传输的电磁波以球面波的形式向外发射，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。
另外，电磁波在空间传播的过程中会受到空气中的尘埃、水滴、水汽等物质的影响，造成反射和散射；电磁波在接近地表传输时，会由于地表不是绝对光滑，而是存在高低起伏、树木遮挡、建筑物遮挡、大型水面或湖面的影响，而产生反射、绕射等情况，这样，电磁波信号到达接收天线时就会由各种传播方式传播到的所有信号叠加而成。
因为各个地区的地形存在很大差异，同一地区各个方向上的建筑物、树木、河流湖泊等情况也不尽相同，因此这种不是由于空间球面扩散而产生的损耗就是很难预测的；同时，由于各个区域的电磁覆盖情况都不一样，随之带来的电磁干扰情况也不一样，这就更为场强覆盖预测带来难度。
一、球面传播的电磁波的空间损耗Pr ：接收信号功率Pt ：发射信号功率Gt ：发射天线增益Gr ：接收天线增益d ：接收和发射天线之间的距离λ：射频信号波长有球面面积可计算得自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为：可以看出，传输距离越大，空间损耗越大，频率越高，传输损耗越大。
二、 实际电磁波的传播损耗电磁波在空间传播时，都会受到空气中的粒子、地面建筑物、地面植被等其他物体的影响，而产生反射、折射、绕射、散射等。
电磁波通常不会按照球面波的传输损耗到达接收天线。
这样，实际电磁波的传播损耗，在自由空间传播路径损耗的基础上还要加上一些修正值。
传播损耗按照性质分类可分为：经验模型、半经验模型、确定性模型。
MHZmi MHZ Km r t fs f d f d d d P P dB L 1010222log 20log 2058.36log 20log 2045.324log 20)4(log 10log 10)(1010++=++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==λππλ()/24t r r t G G P P d πλ=经验模型：根据大量结果统计后分析而得出的模型，例如，Okumura-Hata 模型，COST231-Hata 模型等。
电磁波的传播与衰减机制研究
电磁波的传播与衰减机制研究电磁波是一种无线电波，它是由电场和磁场交替变化而产生的。
电磁波的传播与衰减机制是电磁学领域的一个重要研究方向。
在无线通信、雷达、卫星通信等领域中，了解电磁波的传播与衰减机制对于设计和优化通信系统至关重要。
一、电磁波的传播机制电磁波的传播机制可以分为地面传播、空间传播和散射传播三种。
地面传播是指电磁波在地面上的传播，主要包括地面直射、地面衍射和地面反射。
地面直射是指电磁波直接从发射天线到达接收天线，适用于近距离通信。
地面衍射是指电磁波绕过地面障碍物传播，适用于中距离通信。
地面反射是指电磁波被地面反射后再到达接收天线，适用于远距离通信。
空间传播是指电磁波在自由空间中的传播，主要包括直射传播和散射传播。
直射传播是指电磁波直接从发射天线到达接收天线，适用于远距离通信。
散射传播是指电磁波在自由空间中遇到障碍物后发生散射，再到达接收天线，适用于中距离通信。
二、电磁波的衰减机制电磁波在传播过程中会发生衰减，主要包括自由空间路径损耗、多径衰落和大气衰减。
自由空间路径损耗是指电磁波在自由空间中传播时由于能量扩散而产生的损耗。
路径损耗与传播距离成正比，与频率成反比。
在实际应用中，为了减小路径损耗，需要选择合适的传输频率和增加发射功率。
多径衰落是指电磁波在传播过程中由于遇到多个反射和散射物体而产生的衰减。
多径衰落会导致信号的时延扩展和频率选择性衰减。
为了解决多径衰落带来的问题，可以采用等化技术和多天线技术。
大气衰减是指电磁波在穿过大气层时由于吸收、散射和折射等作用而产生的衰减。
大气衰减与频率和传播路径有关，通常在较高频率下衰减较大。
为了减小大气衰减，可以选择合适的传输频率和增加发射功率。
三、电磁波传播与衰减机制的研究进展电磁波传播与衰减机制的研究已经取得了许多重要进展。
近年来，随着无线通信技术的不断发展，对电磁波传播与衰减机制的研究需求越来越大。
在地面传播方面，研究人员通过理论分析和实验研究，对地面传播的特性进行了深入研究。
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End & Thanks!
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天线增益定义为：
9 发射天线：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想 全向辐射天线在空间同一点处所产生的信号的功率密度 之比。 接收天线：理想全向辐射天线发射的无线信号，在空间 同一点处，实际天线与理想全向辐射天线所接收到的信 号功率之比。
9
z
一般来说，同一付天线，作为发射天线或接收天线 时，其天线增益是相同的。
z
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天线的方向性—波瓣宽度
z
天线的波瓣宽度又称波束宽度、主瓣宽度、或半功 率角。 波瓣宽度越窄，表明方向图越尖锐，辐射的能量越 集中，作用距离越远，能力越强。 窄的波瓣宽度，在某种意义上等效于增加了发射机 的发射功率。
z
z
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11/26
天线的方向性—天线增益
z
9
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非自由空间中电磁波的传播损耗
z
非自由空间中的电磁波传播损耗
λ 2 PT GT GR 1 × αN , 2 (4π ) d PR = ( h h ) 2 P G G × 1 , T R T T R d αF d < db d ≥ db
αN
发射机
αF
45 40 35 30 25
GT
20 15 10 fc=3GHz fc=2GHz fc=1GHz
0.2
0.7
1.2
1.7
D
2.2
2.7
3.2
3.7
4.2
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自由空间中电磁波的传播损耗
z
接收机接收到无线信号的功率与其它参数的关系：
λ PR = PG G 2 T T R (4π d )
Ae d
面
积
d
发射机
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自由空间中电磁波的传播损耗
z
接收机接收到的发射机全向天线发射的无线信号功 率：
Ae P = P 2 T 4π d
e R
发射天线增益为 GT
Ae PR = PG 2 T T 4π d
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自由空间中电磁波的传播损耗
z
天线的有效面积与天线的口径的关系为：
EIRP = PT GT
其中 PT 为发射机的发射功率， GT 为发射天线的天线 增益。
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目录
1. 2. 3.
功率的定义 天线的方向性 自由空间中电磁波的传播损耗
2006-9-1
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自由空间中电磁波的传播损耗
z
自由空间中电磁波的传播损耗有什么特点?
接收机天 线等 效
9 由于无线通信接收机的随机性，当它移动或布置到某些 位置上时，无线通信发射机发射的信号，可能通过多次 反射、散射、绕射、穿透后才到达无线通信接收机。
2006-9-1
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非自由空间中电磁波的传播损耗
z
无直射路径信道
9 无线通信接收机天线看不到发射机天线的环境，称为无 直射路径(NLOS: Non-Line Of Sight)环境，或称无直 射路径信道。 无线通信系统所遇到的NLOS环境，是一种十分恶劣的信 道。
传播断点 接收机
db
d
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非自由空间中电磁波的传播损耗
z
非自由空间中的电磁波传播损耗
λ 2 PT GT GR 1 × αN , 2 (4π ) d PR = ( h h ) 2 P G G × 1 , T R T T R d αF d < db d ≥ db
2006-9-1
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天线的方向性—天线增益
z z
天线增益定量的描述了一个发射天线辐射出的功率 的集中程度，或定量的描述了一个接收天线接收空 间信号的能力。 天线增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣 越窄，副瓣越小，天线增益越高。
2006-9-1
13/26
天线的方向性—全向有效辐射功率
z z z
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3/26
功率的定义
z
无线通信发射机发射的信号，通过无线信道后，到 达接收机天线：
1 T PR = lim ∫ 2T r 2 (t )dt T →∞ T − 2
其中r (t ) 为接收机接收信号。 PR 的单位为瓦(Watts， 本文其余部分简称为W)。
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功率的定义
① ② ③ ④ 方向图 波瓣宽度 天线增益 全向有效辐射功率
z2006-9-1 Nhomakorabea7/26
天线的方向性—方向图
z
天线方向图是描述天线空间辐射特性的三维图形， 可以用天线的方向性 f (θ ,ϕ ) 因子来描述：
E (θ ,ϕ ) f (θ ,ϕ ) = Emax
z
其中 E (θ ,ϕ ) 表示不同方向上的场强值， Emax 表示场 强最强方向的最大场强值。显然：
GR = 4π Ae
λ2
其中 λ 为天线辐射信号的载波中心频率波长 。 如果天线是圆形的，则：
4 其中 D 为圆形天线的直径。天线的直径与增益的关 2 系为： π D GR = λ
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Ae =
π D2
自由空间中电磁波的传播损耗
z
天线增益与天线直径的关系
2
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目录
1. 2. 3. 4.
功率的定义 天线的方向性 自由空间中电磁波的传播损耗 非自由空间中电磁波的传播损耗
2006-9-1
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非自由空间中电磁波的传播损耗
z z z
自由空间中的电磁波传播，它是一种较理想的信道。 无线通信中的非自由空间是指存在反射物或障碍物 的空间。 在非自由空间中，由于现实的无线通信发生位置的 随机性，无线通信信道均比自由空间信道复杂。
z
工程常用dBm来表示功率的大小：
PR × 1000 PR (dBm) = 10log 1mW
1w = 30dBm
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目录
1. 2.
功率的定义 天线的方向性
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天线的方向性
z
天线的方向性是无线通信系统中的一项重要技术指 标，影响无线电磁波的传播损耗。 天线的方向性的主要参数有：
无线通信接收机收到的信号，不仅与发射机天线的 输入功率有关，而且与发射机天线增益有关。 从纯数学的角度来看，提高天线增益与增加发射机 发射功率等价。 在无线通信工程中，为了衡量干扰的强度，以及发 射机发射强信号的能力，有必要定义一个名词: 全向 有效辐射功率(EIRP: Effective Isotropic Radiated Power)：
目录
1. 2. 3. 4. 5.
功率的定义 天线的方向性 自由空间中电磁波的传播损耗 非自由空间中电磁波的传播损耗 小结
2006-9-1
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引言
z
无线信道在无线通信中的位置：
发基带 单元 发射中 频单元 发射频 单元 发天线 单元 无线传播 信道 收天线 单元
收基带 单元
接收中 频单元
收射频 单元
0 ≤ f (θ ,ϕ ) ≤ 1
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天线的方向性—方向图
z
3dB 主瓣
Emax
HP
副瓣 副瓣
ϕ θ
x
y
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天线的方向性—波瓣宽度
z
天线的方向图通常都有两个或多个指向或多个瓣， 其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副 瓣或旁瓣。 在主瓣最大辐射方向上，天线辐射信号功率密度降 低一半(3dB)的任两点间的夹角中，最大的夹角定义 为波瓣宽度(HP: Half Power beamwidth)。
α N 代表在传播断点内的衰减因子，一般取2； α F 代 表在传播断点外的衰减因子，不同的信道环境取值 不同，一般取3~5，对应于不同的信道特性； d b 为 传播断点(break point)： 1 d b = 4π hT hR λ
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目录
1. 2. 3. 4. 5.
功率的定义 天线的方向性 自由空间中电磁波的传播损耗 非自由空间中电磁波的传播损耗 小结