北邮 移动通信 课件 王文博老师
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北邮移动通信 王文博课件第四章
Mobile Communication Theory
14
4.2.3 分集的合并方式及性能
在下面的讨论中假设：
① 每支路的噪声与信号无关，为零均值、功率恒定的加性噪 声。 ② 信号幅度的变化是由于信号的衰落，其衰落的速率比信号 的最低调制频率低许多。 ③ 各支路信号相互独立，服从瑞利分布，具有相同的平均功 率。
3
ctg -1
1
29
Mobile Communication Theory
4.2.5 分集对数字移动通信误码的影响
10 0
Pb
10 -1
无 分集
10
-2
10
-3
等增益合并 最大比值合并 选择合并
10
-4
10
-5
10 -6 0 5 10 15
dB
20 25 30
图 4.2-16 M=2各种合并方式DPSK的平均误码率
5
信道均衡
当传输的信号带宽大于无线信道的相关带宽时，信号产生 频率选择性衰落，接收信号就会产生失真，它在时域表现 为接收信号的码间干扰。 所谓信道均衡就是在接收端设计一个称之为均衡器的网络， 以补偿信道引起的失真。 均衡器的参数必须能跟踪信道特性的变化而自行调整。
Mobile Communication Theory
2 . 采用最大比值合并器的DPSK误码特性
Pb
0
1 mr 1 e p mr dmr 2 2 1
M
3. 采用等增益合并器的DPSK误码特性
1 eq Pb e p eq d eq 0 2 1 2(1 ) 2
1
北邮通信原理课件 (9)(全)
a. 在检测的前后窗口的参考音能量大 小,若两窗口能量均大于某个门限时,同 步处于跟踪模糊区内,就自动向固定方向 调一个样点,使同步头脱离跟踪模糊区. b. 在条件①不满足的条件下,检测两 窗口内参考音能量差值,依据前述准则判 别.
(3) Doppler
在通信过程中,由于多种因素的影响 会导致频率漂移,若不对此进行校正,将
在误码率为10 -2 的情况下采用该种校 验方式后,其误码率小于10 -11,可以认为 是无差错传输.另外采用了 S-ARQ技术, 即重发有错的小组,大大地提高了通过率. 另外在ARQ工作方式下,实现了自动 降速的功能,共分为两档:300bit/s以上及 150bit/s以下.在每一挡下,通信速率可以 根据信道的实际情况实现自动的速率升降, 以获得大的通过率.
(1) 电离层的衰耗随时间变化及多 径效应所引起的衰落. (2) 多径效应所引起的波形展宽.
(3) 电离层快速运动和反射层高度 变化所引起的多普勒频移.
一般情况下,短波高速数字通信系统
框图如图9-1所示.
图9-1 短波无线数字通信系统框图
9.2 TCT-301短波高速调制解 调器的基本原理
图9-2和图9-3分别是短波高速 调制解调器的发送端和接收端的 原理框图.
3. 群同步建立,位同步跟踪,
(1)
这里所指的群同步是指译码同步.在 位同步建立之后,抽样的位置确定了.
(2)
在通信过程中,由于时钟等各种因素 的影响,位同步的位置会发生变化,如果 不跟踪其变化,则在通信建立一段时间之 后因同步位置丢失而导致通信中断.
① 上下帧相位突跳点附近有比较好的 线性关系, Diff>0, Diff=0, Diff<0,同步滞后. ② 上,下帧相位突跳点同时位于两窗 口内,则存在一个同步跟踪的模糊区.
北邮移动通信第五章PPT课件
6 ×
×
4
1
5
6
×
×
×
可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾
图5－3 N=7 频率复用设计示例
Mobile Communication Theory
14
推导载波干扰比与小区簇的关系
假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调
节。若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示
为
C
I
5
5.1.2 蜂窝式组网理论
多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量
的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用 技术 越区切换
当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务 信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过 程
Mobile Communication Theory
6
5.2 频率复用和蜂窝小区
实际形状
由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实 际无线覆盖是一个不规则的形状
Mobile Communication Theory
11
同频干扰
小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系
Mobile Communication Theory
12
小区簇的意义
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个 小区，每个小区分配K个信道（k<S）
切换和位置管理
Mobile Communication Theory
7
5.2.1 大容量的小区制
频率复用和覆盖方式
带状服务覆盖区 面状服务覆盖区
•簇 • 小区的覆盖形状 • 同频干扰
同频相邻小区的找法
Mobile Communication Theory
北邮 移动通信原理课件
10
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• 在前三代移动通信中，除了上述物理层关键技术的不 断发展外，在网络层其功能也在逐步完善。它主要体 现有： • 1)网络协议逐步走向规范化，到了第三代(3G)已初步形 成了横向三层：物理层、链路层、网络高层；纵向两 个平面：用户业务平面与控制平面的初步规范结构。 • 2)逐步增强并完善网络层辅助物理层实现对三重动态 性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性 管理以及接入分配、调度算法的实现。 • 3)第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的 分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
4
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
1.2 移动通信的发展
•移动通信，确切地说蜂窝式移动通信，就正式商业运营 而言，至今也不过只有20多年的历史，就其发展历程 看，大约每十年更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三 代(3G)交接期。 •自上世纪八十年代我国引入模拟式(TACS)移动通信网以 来，经过短短二十多年的发展，截止2002年底，我国已 拥有2亿以上的移动通信用户，成为全球头号移动用户大 国。我国的第一代移动通信TACS系统目前已完成其历史 任务而被淘汰；第二代移动通信GSM系统是全球第一， 规模最大、用户最多，CDMA系统目前也是数一数二， 并即将成为全球第一；第三代移动通信，我国目前还处 于即将投入运营的阶段。
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• 在前三代移动通信中，除了上述物理层关键技术的不 断发展外，在网络层其功能也在逐步完善。它主要体 现有： • 1)网络协议逐步走向规范化，到了第三代(3G)已初步形 成了横向三层：物理层、链路层、网络高层；纵向两 个平面：用户业务平面与控制平面的初步规范结构。 • 2)逐步增强并完善网络层辅助物理层实现对三重动态 性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性 管理以及接入分配、调度算法的实现。 • 3)第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的 分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
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BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
1.2 移动通信的发展
•移动通信，确切地说蜂窝式移动通信，就正式商业运营 而言，至今也不过只有20多年的历史，就其发展历程 看，大约每十年更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三 代(3G)交接期。 •自上世纪八十年代我国引入模拟式(TACS)移动通信网以 来，经过短短二十多年的发展，截止2002年底，我国已 拥有2亿以上的移动通信用户，成为全球头号移动用户大 国。我国的第一代移动通信TACS系统目前已完成其历史 任务而被淘汰；第二代移动通信GSM系统是全球第一， 规模最大、用户最多，CDMA系统目前也是数一数二， 并即将成为全球第一；第三代移动通信，我国目前还处 于即将投入运营的阶段。
北邮通信工程专业大三课程《移动通信》课件
实现方式
网络切片可以通过软件定义网络 （SDN）、网络功能虚拟化（ NFV）等技术实现。
边缘计算技术在核心网中应用
边缘计算概念
边缘计算是一种将计算、存储和网络等资源部署在网络边 缘的技术，以减少数据传输时延和提高处理效率。
01
在核心网中应用
通过边缘计算技术，可以将部分核心网 功能下沉到网络边缘，降低数据传输时 延和减少网络拥塞。
传统核心网架构回顾
基于TDM的PSTN/ISDN网络
01
采用时分复用技术，提供语音和低速数据业务。
基于ATM的B-ISDN网络
02 采用异步传输模式，支持多媒体业务，但因复杂性高
而未得到广泛应用。
基于IP的软交换网络
03
采用分组交换技术，实现语音、数据和视频业务的融
合。
EPC/5GC核心网架构演进趋势
多用户检测技术
介绍多用户检测的基本原理和 方法，如最大比合并（MRC） 、最小均方误差（MMSE）等 算法。
多址接入技术性能分析
分析不同多址接入技术的性能 特点和应用场景，如吞吐量、 时延、抗干扰能力等。
03
CATALOGUE
蜂窝网络规划与优化
蜂窝网络拓扑结构
蜂窝网络的基本概念
由基站和移动台组成，基站负责提供无线覆盖，移动台在基站覆盖 范围内进行通信。
LTE-Advanced系统原理
在LTE基础上引入载波聚合（CA）、多用户MIMO（MU-MIMO）、协同多点传输（CoMP）等先进技术，进一步 提高数据传输速率和系统性能。
特点
LTE/LTE-Advanced系统具有高速数据传输、低时延、高可靠性等优点，支持丰富的移动应用和智能终端 设备，是未来移动通信的主流技术之一。
北邮信通王文博导师组介绍
2
王文博教授
• 国务院“信息与通信工程”学科评议组成员 • 北京邮电大学研究生院常务副院长 •“泛网无线通信”教育部重点实验室副主任 • 工业与信息化部“ TD-SCDMA 科研开发和产业化项目”专家组 成员、中国通信学会理事、国防通信分委员会副主任 • 长期从事无线移动通信研究和教学工作。近年来主持或作为 主研人完成包括国家重大科技专项、国家自然科学基金、科技 部 863/973 项目等多项国家和部级科研项目，获原邮电部、信 息产业部、中国通信学会、北京市和教育部等多项科研和教学 成果奖励 • 已 在 包 括 国 际 国 内 权 威 学 术 刊 物 如 IEEE Communications Magazine、IEEE Trans. Communications.、IEEE Trans. Wireless Communications.、IEEE Trans. Vehicular Technology、电子学报 等国际权威学术会议上发表 200 余篇论文，提交技术标准文稿 70余篇，申请专利130余项，授权专利近60项。
12 10 8 6 4 2 0
已有成果数
IPR Domestic Academic Journal Paper IEEE Journal/ Transaction Paper Famous Conferences’ Paper
0 50 100 150 200 250
5
6
国家奖学金 助研津贴 实验室助管津贴 优秀论文奖 专利奖 提案奖 开发奖 先进个人奖 小蜜蜂奖
无线系统研究开发组 主要教师 彭涛、郭文彬、全庆 一、胡春静、孙卓
研究方向 认知无线电及其 应用 D2D通信与混合网 络 C-RAN与基站资源 虚拟化技术 软件无线电、无 线通信系统及应 用研发
北邮移动通信第七章(2024版)
采用SSL/TLS等协议对传输数据进行加密，确保数据在传输过程 中的安全性。
数据加密与身份认证技术应用
数据加密技术
对称加密（如AES）、非 对称加密（如RSA）、混 合加密等。
身份认证技术
基于用户名/密码的身份认 证、基于数字证书的身份 认证、多因素身份认证等。
应用场景
移动支付、在线银行、电 子商务等需要保证数据传 输和身份认证安全性的场 景。
作将影响用户体验和市场接受度。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
负责制定以美国为主导的第三代移动通信技术标准。
中国通信标准化协会（CCSA）
负责制定中国通信行业标准和推动国内通信技术发展。
02 无线传输技术
无线电波传播特性
无线电波的基本特性
阐述无线电波的基本属性，如频率、 波长、传播速度等。
传播损耗
分析无线电波在传播过程中的损耗， 包括自由空间损耗、大气吸收损耗、 多径效应等。
解调技术
介绍相干解调和非相干解调 的原理、性能比较和适用条 件。
03 蜂窝网络结构与设计
蜂窝网络基本概念
01
02
03
蜂窝网络定义
由一系列六边形小区组成， 每个小区设有一个基站， 负责与用户终端进行通信。
蜂窝网络特点
频率复用、小区分裂、越 区切换等。
蜂窝网络发展历程
从第一代模拟蜂窝网络到 第五代数字蜂窝网络的演 进过程。
据传输和低延迟的无线通信服务。
无线广域网（WWAN）技术
3GPP标准
UMTS技术
定义了WWAN的物理层、 MAC层、RLC层、PDCP层和 RRC层规范，包括UMTS、 GSM和LTE等多种技术标准。
一种基于WCDMA的3G移动 通信技术，采用电路交换和 分组交换两种方式，提供语 音和数据业务。
数据加密与身份认证技术应用
数据加密技术
对称加密（如AES）、非 对称加密（如RSA）、混 合加密等。
身份认证技术
基于用户名/密码的身份认 证、基于数字证书的身份 认证、多因素身份认证等。
应用场景
移动支付、在线银行、电 子商务等需要保证数据传 输和身份认证安全性的场 景。
作将影响用户体验和市场接受度。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
负责制定以美国为主导的第三代移动通信技术标准。
中国通信标准化协会（CCSA）
负责制定中国通信行业标准和推动国内通信技术发展。
02 无线传输技术
无线电波传播特性
无线电波的基本特性
阐述无线电波的基本属性，如频率、 波长、传播速度等。
传播损耗
分析无线电波在传播过程中的损耗， 包括自由空间损耗、大气吸收损耗、 多径效应等。
解调技术
介绍相干解调和非相干解调 的原理、性能比较和适用条 件。
03 蜂窝网络结构与设计
蜂窝网络基本概念
01
02
03
蜂窝网络定义
由一系列六边形小区组成， 每个小区设有一个基站， 负责与用户终端进行通信。
蜂窝网络特点
频率复用、小区分裂、越 区切换等。
蜂窝网络发展历程
从第一代模拟蜂窝网络到 第五代数字蜂窝网络的演 进过程。
据传输和低延迟的无线通信服务。
无线广域网（WWAN）技术
3GPP标准
UMTS技术
定义了WWAN的物理层、 MAC层、RLC层、PDCP层和 RRC层规范，包括UMTS、 GSM和LTE等多种技术标准。
一种基于WCDMA的3G移动 通信技术，采用电路交换和 分组交换两种方式，提供语 音和数据业务。
北邮通信方向的研究生导师都有哪些？
北邮通信方向的研究生导师都有哪些？一、信息理论与技术教研中心一）田宝玉、林家儒导师组：2）周炯槃，男，中国工程院院院士、北京邮电大学教授、博士生导师；泛网无线通信教育部重点实验室学术委员会名誉主任；中国信息论奠基人，长期以来从事信息论、通信理论等领域研究，主持完成了“中国信息技术发展战略与政策”、“高速信息网中关键基础问题”等国家和国家自然科学基金重大项目多项；获得全国科学大会奖、原邮电部“七五”期间重大科研一等奖、原邮电部科技进步一等奖等多项；专著《信息理论基础》、《通信网基础》分别获得原邮电部全国邮电院校优秀教材特等奖、原国家教委全国优秀教材特等奖、原国家教委国家级优秀教学成果奖等。
2）吴伟陵，男，北京邮电大学信息与通信工程学院教授、博士生导师。
主要研究方向为变参信道的信息传输、移动通信及信息理论与编码。
长期从事信息与通信领域教学和科研工作，作为项目负责人主持和承担973、863及自然科学基金等国家级科研项目十余项，获国家奖励两次、部级奖励四次。
近年来公开发表论文200余篇，专利7项，出版国家级规划教材和专著4本：《信息处理与编码》、《移动通信原理》、《通信原理》和《移动通信中的关键技术》。
曾任中国电子学会理事、信息论分会主席，广电总局科技部专家委员。
3）田宝玉，男，1946年8月出生；北邮信息与通信工程学院信息理论与技术教研中心责任教授、博士生导师；1969年毕业于哈尔滨军事工程学院电子工程系，1982年获北邮信息论专业硕士学位；长期从事科研和教学工作，主要研究方向：信号与信息处理、数字移动通信、信源编码理论与技术；完成多项部队、国家、部级以及横向合作科研项目，多次获军队科技成果奖，发表多篇学术论文，编写《工程信息论》、《信息论基础》（教育部十一五规划教材）、《通信原理》（教育部十一五规划教材）等教材。
现任中国通信学会通信理论与信号处理委员会委员，中国通信学会高级会员。
二）曾志民导师组：1）曾志民，男，1956年生，教授，博士生导师。
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Mobile Communication Theory
4
Mobile Communication Theory
5
天线的电气特性
天线的方向性 波瓣宽度 天线增益 天线极化
6
天线方向图
z
Pt
y
x
7
天线电磁波
设某个方向上的功率密度为 U , ，如果天线 无损耗且理想匹配，则总功率Pt将由天线辐射出 去，即
再入大 气层时 的通信； 波导通 信
2
通信系统的基本组成
信源
变换器
信道
反变换器
信宿
广义信道
噪声源
点到点单向通信系统构成模型
3
3
天线知识
天线: 辐射和接收无线电波 发射时，把高频电流转换为电磁波 接收时把电磁波转换为高频电流 天线是无线通信系统中无线传播媒介的关口 天线的电气特能表征 天线的增益、方向图、天线极化、天线功率和 天线配置 天线的物理特性 天线形状、天线材料
电波传播特 性的研究
应用成果 •支持网络规划的传播预测模型的建立 •为建立链路信号处理提供基础 基本方法 •理论分析方法（如射线跟踪法） •现场测试方法（如冲激响应法）
Mobile Communication Theory
19
射线跟踪法
用射线表示电磁波束的传播，在确定收发天线位置及周围建筑等 环境特性后，根据反射、绕射和散射等波动现象直接寻找出可能 的主要传播路线，并计算出路径损耗及其它反映信道特性的参数 应用电磁传播理论来建立预测模型, 具有普遍意义
越洋通 信；中 海岸潜艇 距离通 通信；远 信；地 主要 距离通信； 用途 下岩层 超远距离 通信； 导航 远距离 导航
船用通信； 业余无线 电通信； 移动通信； 中距离导 航;
远距离 短波通 信；国 际定点 通信
电离层散 小容量 大容量微 射；流星 微波中 波中继通 余迹通信； 继通信； 信；数字 人造电离 对流层 通信；卫 层通信； 散射通 星通信； 对空间飞 信；中 国际海事 行体通信； 容量微 卫星通信） 移动通信 波通信
直射波
2 2
相位差 多径传播模型
2
Pr Pt G r G t 1 Re 4 d 2l
l ( AC CB ) AB
2 i
其中，N为路径数。当N很大时，无法用公式准确计算出 接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
衰落的 原因
复杂的无线 电波传播环 境
衰落的 表现
传播损耗和色散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
Mobile Communication Theory
15
一种典型的信号传播环境
Mobile Communication Theory
16
信道的分类
信道的分类
大尺度衰落 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 小尺度衰落 长期慢衰落 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
Mobile Communication Theory
26
Pr Pt GrGt 1 4 d
N 1 i 1
R
exp( j i )
2.3.2 绕射
惠更斯－菲涅尔 原理
菲涅尔区
基尔霍夫公式
电磁波在传播过程中，行进中的波前(面)上的每 一点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波 组合起来形成传播方向上新的波前(面)。
d 2 / 2
菲涅尔区同心半径
n d1d 2 rn d1 d 2
d /2
P"
r1 P '
r3
r2
第一菲涅尔区半径（n=1）特点
• 在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半 • 发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到 接收机。
基尔霍夫公式 从波前点到空间任何一点的场强 式中，E是波面场强，
11
波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，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两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密 度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度
3dB 主瓣
波瓣宽度
旁瓣
12
天线的极化
天线辐射时形成的电场强度方向 当电场方向垂直于地面时，称为垂直极化； 当电场方向水平于地面时，称为水平极化。
h为表面高度h的标准差，h是具有局部平均值的高斯分布 式中， 的随机变量。 用粗糙表面的修正反射系数表示反射场强
rough s
Mobile Communication Theory
U , U ave
9
天线增益dBi
如果式
U , G , U ave
中 U ave 1 ，则 G , 的最大值，即为 相对理想点源天线的增益，用dBi表示。
10
天线的方向性
理想点源天线 电磁波辐射强度各向均匀（三维） 全向天线 垂直方向有一定宽度、水平360o电磁波辐射 定向天线 水平、垂直方向辐射波束具有一定的宽度
分贝表示
L 32.45 20log f 20logd
传播 损耗
P r (dBm) 10log P r (mW)
P r (dBW) 10log P r (W)
21
Mobile Communication Theory
2.3 3种基本电波传播机制 直射：LOS 无直射：NLOS
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体 产生多径衰落的 主要因素
z 0 cos 2 （水平极化）
为介电常数
25
Mobile Communication Theory
2.3.1 多径信号
A
两径传播模型 接收信号功率
2
d B hm
hb C
简化后
2 Pr Pt G r G t 1 Re ( 1 R ) Ae .... 4d
绕射 阻挡体为尖利边缘
Mobile Communication Theory
散射 产生于粗糙表面、小物体或其 它不规则物体
22
2.3.1 反射
极化特性
理想介质表面反射Байду номын сангаас
多径信号
Mobile Communication Theory
23
极化特性
极化 电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变 化的状态 电磁波的极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化 相对地面线极化的两种特殊情况 水平极化（电场方向平行于地面）
大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落（阴影衰落） 描述 原因 影响 长距离上信号强度的缓慢变化 信道路径上固定障碍物的阴影 业务覆盖区域
Mobile Communication Theory
小尺度衰落（多径衰落） 短距离上信号强度的快速波动 移动台运动和地点的变化 信号传输质量
17
衰落特性的算式描述 衰落特性的算式描述 r(t) m(t) r0 (t)
Mobile Communication Theory
27
惠更斯－菲涅尔原理
原理
波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面） 绕射由次级波的传播进入阴影区而形成 场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和
说明
任一P’点，只有夹角为θ （即 TP ' R ）的次级波前 能到达接收点R θ在0º到180º之间变化 θ的变化决定了到达接收 点辐射能量的大小 （P”点的二次辐射波对R处接 收信号电平的贡献小于P’点的 ）
Mobile Communication Theory
30
表面光滑度的判定
表面平整度的参数高度 平面上最大的突起高度 hc
hc
8 sin i
粗糙表面下的反射场强
散射损耗系数
s exp 8
小于h c 表面光滑 大于h c 表面粗糙
2 h s in i
13
目录
1 2 3 4 5 6
概述 自由空间的电波传输 3种基本电波的传播机制 阴影衰落的基本特性 移动无线信道及特性参数 电波传播损耗预测模型
Mobile Communication Theory
14
2.1.1 电波传播的基本特性
基站天线、移 移动通信 动用户天线和 信道 两付天线之间 的传播路径 移动信道的 基本特性 衰落特性 直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成 无线电 波传播 方式
垂直极化（电场方向垂直于地面）
Mobile Communication Theory
24
理想介质表面反射
如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回 来 反射系数（R） 反射波与入射波的比值
sin z R sin z
0 j 60
σ
为电导率
0 cos 2 (垂直极化） z 0
ER
1 e jkr e jkr Es Es ds 4 n r r n s
Es 是与波面正交的场强导数。 n
29
Mobile Communication Theory
2.3.3 散射
粗糙表面，反射能量于所有方向 表面光滑度的判定 粗糙表面下的反射场强
Pt
2
0
0
U , sin d d
平均功率密度为(或360度各向均匀)
U ave
Pt 1 4 4
4
Mobile Communication Theory
5
天线的电气特性
天线的方向性 波瓣宽度 天线增益 天线极化
6
天线方向图
z
Pt
y
x
7
天线电磁波
设某个方向上的功率密度为 U , ，如果天线 无损耗且理想匹配，则总功率Pt将由天线辐射出 去，即
再入大 气层时 的通信； 波导通 信
2
通信系统的基本组成
信源
变换器
信道
反变换器
信宿
广义信道
噪声源
点到点单向通信系统构成模型
3
3
天线知识
天线: 辐射和接收无线电波 发射时，把高频电流转换为电磁波 接收时把电磁波转换为高频电流 天线是无线通信系统中无线传播媒介的关口 天线的电气特能表征 天线的增益、方向图、天线极化、天线功率和 天线配置 天线的物理特性 天线形状、天线材料
电波传播特 性的研究
应用成果 •支持网络规划的传播预测模型的建立 •为建立链路信号处理提供基础 基本方法 •理论分析方法（如射线跟踪法） •现场测试方法（如冲激响应法）
Mobile Communication Theory
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射线跟踪法
用射线表示电磁波束的传播，在确定收发天线位置及周围建筑等 环境特性后，根据反射、绕射和散射等波动现象直接寻找出可能 的主要传播路线，并计算出路径损耗及其它反映信道特性的参数 应用电磁传播理论来建立预测模型, 具有普遍意义
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电离层散 小容量 大容量微 射；流星 微波中 波中继通 余迹通信； 继通信； 信；数字 人造电离 对流层 通信；卫 层通信； 散射通 星通信； 对空间飞 信；中 国际海事 行体通信； 容量微 卫星通信） 移动通信 波通信
直射波
2 2
相位差 多径传播模型
2
Pr Pt G r G t 1 Re 4 d 2l
l ( AC CB ) AB
2 i
其中，N为路径数。当N很大时，无法用公式准确计算出 接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
衰落的 原因
复杂的无线 电波传播环 境
衰落的 表现
传播损耗和色散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
Mobile Communication Theory
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一种典型的信号传播环境
Mobile Communication Theory
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信道的分类
信道的分类
大尺度衰落 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 小尺度衰落 长期慢衰落 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
Mobile Communication Theory
26
Pr Pt GrGt 1 4 d
N 1 i 1
R
exp( j i )
2.3.2 绕射
惠更斯－菲涅尔 原理
菲涅尔区
基尔霍夫公式
电磁波在传播过程中，行进中的波前(面)上的每 一点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波 组合起来形成传播方向上新的波前(面)。
d 2 / 2
菲涅尔区同心半径
n d1d 2 rn d1 d 2
d /2
P"
r1 P '
r3
r2
第一菲涅尔区半径（n=1）特点
• 在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半 • 发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到 接收机。
基尔霍夫公式 从波前点到空间任何一点的场强 式中，E是波面场强，
11
波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，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两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密 度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度
3dB 主瓣
波瓣宽度
旁瓣
12
天线的极化
天线辐射时形成的电场强度方向 当电场方向垂直于地面时，称为垂直极化； 当电场方向水平于地面时，称为水平极化。
h为表面高度h的标准差，h是具有局部平均值的高斯分布 式中， 的随机变量。 用粗糙表面的修正反射系数表示反射场强
rough s
Mobile Communication Theory
U , U ave
9
天线增益dBi
如果式
U , G , U ave
中 U ave 1 ，则 G , 的最大值，即为 相对理想点源天线的增益，用dBi表示。
10
天线的方向性
理想点源天线 电磁波辐射强度各向均匀（三维） 全向天线 垂直方向有一定宽度、水平360o电磁波辐射 定向天线 水平、垂直方向辐射波束具有一定的宽度
分贝表示
L 32.45 20log f 20logd
传播 损耗
P r (dBm) 10log P r (mW)
P r (dBW) 10log P r (W)
21
Mobile Communication Theory
2.3 3种基本电波传播机制 直射：LOS 无直射：NLOS
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体 产生多径衰落的 主要因素
z 0 cos 2 （水平极化）
为介电常数
25
Mobile Communication Theory
2.3.1 多径信号
A
两径传播模型 接收信号功率
2
d B hm
hb C
简化后
2 Pr Pt G r G t 1 Re ( 1 R ) Ae .... 4d
绕射 阻挡体为尖利边缘
Mobile Communication Theory
散射 产生于粗糙表面、小物体或其 它不规则物体
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2.3.1 反射
极化特性
理想介质表面反射Байду номын сангаас
多径信号
Mobile Communication Theory
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极化特性
极化 电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变 化的状态 电磁波的极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化 相对地面线极化的两种特殊情况 水平极化（电场方向平行于地面）
大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落（阴影衰落） 描述 原因 影响 长距离上信号强度的缓慢变化 信道路径上固定障碍物的阴影 业务覆盖区域
Mobile Communication Theory
小尺度衰落（多径衰落） 短距离上信号强度的快速波动 移动台运动和地点的变化 信号传输质量
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衰落特性的算式描述 衰落特性的算式描述 r(t) m(t) r0 (t)
Mobile Communication Theory
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惠更斯－菲涅尔原理
原理
波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面） 绕射由次级波的传播进入阴影区而形成 场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和
说明
任一P’点，只有夹角为θ （即 TP ' R ）的次级波前 能到达接收点R θ在0º到180º之间变化 θ的变化决定了到达接收 点辐射能量的大小 （P”点的二次辐射波对R处接 收信号电平的贡献小于P’点的 ）
Mobile Communication Theory
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表面光滑度的判定
表面平整度的参数高度 平面上最大的突起高度 hc
hc
8 sin i
粗糙表面下的反射场强
散射损耗系数
s exp 8
小于h c 表面光滑 大于h c 表面粗糙
2 h s in i
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目录
1 2 3 4 5 6
概述 自由空间的电波传输 3种基本电波的传播机制 阴影衰落的基本特性 移动无线信道及特性参数 电波传播损耗预测模型
Mobile Communication Theory
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2.1.1 电波传播的基本特性
基站天线、移 移动通信 动用户天线和 信道 两付天线之间 的传播路径 移动信道的 基本特性 衰落特性 直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成 无线电 波传播 方式
垂直极化（电场方向垂直于地面）
Mobile Communication Theory
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理想介质表面反射
如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回 来 反射系数（R） 反射波与入射波的比值
sin z R sin z
0 j 60
σ
为电导率
0 cos 2 (垂直极化） z 0
ER
1 e jkr e jkr Es Es ds 4 n r r n s
Es 是与波面正交的场强导数。 n
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Mobile Communication Theory
2.3.3 散射
粗糙表面，反射能量于所有方向 表面光滑度的判定 粗糙表面下的反射场强
Pt
2
0
0
U , sin d d
平均功率密度为(或360度各向均匀)
U ave
Pt 1 4 4