无线通信工程--第03讲-信道
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信道在无线通信中起到了什么作用？
信道在无线通信中起到了什么作用？一、提供传输媒介信道作为无线通信的传输媒介，对于信息的传递起到至关重要的作用。
正如我们常听到的“无线电波传输”一词，无线通信中的信息通过电磁波的形式在信道中传输。
信道可以是空间中的自由传播媒介，比如空中的电磁波传播。
也可以是物理媒介，比如光纤或者电缆等。
无论是哪种形式的信道，它们都是信息传输不可或缺的一环。
二、传输信息信道不仅起到传输媒介的作用，更为重要的是它能够将信息有效地传输给接收方。
无线通信系统由发送端和接收端构成，在传输过程中，信道承载着发送端发送的信息，并将其传输到接收端。
信道在传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响，这就需要设计合理的通信方案来提高信道的传输质量，以确保信息能够被准确地接收和理解。
三、保障通信可靠性信道在无线通信中还起到了保障通信可靠性的作用。
由于无线信号的传输特性，信道中常常存在多径效应、阴影效应等问题，这些都会导致信号质量下降，甚至无法正常传输。
为了提高通信的可靠性，我们需要利用编码、调制、差错控制等方法来对信号进行处理，以克服信道中的干扰和失真，保证信息能够准确地传输。
四、提供通信容量信道还为无线通信系统提供了通信容量。
通信容量是指在单位时间内能够传输的信息量的大小。
信道的不同特性会对通信容量产生影响，而通信容量的大小又决定了无线通信系统能够承载的数据量。
为了提高通信容量，我们可以利用多址技术、多天线技术等手段来充分利用信道资源，提高系统的传输速率和容量。
综上所述，信道在无线通信中起到了传输媒介、传输信息、保障通信可靠性和提供通信容量等重要作用。
在无线通信技术的发展中，我们需要不断地优化信道设计，提高信道的传输质量和容量，以满足人们日益增长的通信需求。
《无线通信的信道》课件
MIMO技术
要点一
空间复用
通过多天线传输不同数据流，提高信道容量和频谱效率。
要点二
空间分集
利用多天线接收信号，降低信道衰落的影响，提高信号的 可靠性。
OFDM技术
频谱效率
通过将频谱划分为多个子载波，实现并 行传输，提高频谱利用率和传输速率。
VS
抗多径干扰
采用循环前缀等措施，有效抵抗无线信道 的多径干扰，提高信号的可靠性。
多径传播
无线信号在传播过程中可 能会经过多个路径到达接 收端，形成多径效应。
无线信道的传输模型
调制与解调
在无线通信中，调制和解调是实 现信号传输的关键过程，调制是 将信息加载到载波信号上，解调 则是从载波信号中提取出信息。
信道编码与解码
为了提高通信的可靠性和效率， 通常会对信息进行编码，并在接 收端进行解码。
03
由于无线信号经过多个路径到达接收端，可能会产生多径干扰
，影响信号的正确接收。
03
无线信道的分类与特 性
自由空间信道
总结词
自由空间信道是指无线信号在真空或无障碍物的空间中传播的信道。
详细描述
自由空间信道的特点是传播损耗小，信号强度随距离的增加而线性衰减。由于 没有障碍物的干扰，信号的传播较为稳定，适用于卫星通信和远距离无线通信 。
复用与解复用
为了在同一信道上传输多路信号 ，通常会采用复用技术，接收端 则需要解复用技术来分离各路信 号。
无线信道的噪声与干扰
噪声01Biblioteka 无线信道中的噪声主要由环境因素和信道本身特性引起，如热
噪声、人为噪声等。
干扰
02
无线信道中的干扰主要来自于其他无线信号、电磁波等，会对
3-2 无线信道通信原理
第三讲信道的概念和实际信道第二节无线信道1无线信道一、电磁波频谱划分二、电磁波的特性三、电波传播的主要模式23⏹ 按工作波段分类毫米波厘米波分米波VSW 甚短波SW 短波MW 中波LW 长波VLW 甚长波EHF 极高频 SHF 超高频 UHF 特高频 VHF 甚高频 HF 高频 MF 中频 LF 低频 VLF 甚低频 3KHz 30KHz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz105m 104m 103m 102m 101m 1m 10-1m 10-2m 10-3m频率波长无线信道一、电磁波频谱划分4⏹国际通用的频段名称频段名称 VHF UHF L S C X Ku K Ka F E V 频段 (GHz)0.03 ~ 0.3 0.3 ~ 1.01.0 ~2.02.0 ~ 4.04.0 ~ 8.08.0 ~ 12.512.5 ~ 18.018.0 ~ 26.526.5 ~ 40.040.0 ~ 60.060.0 ~ 90.090.0 ~ 140.无线信道5无线信道二、电磁波的特性电磁波频率越高，则同样的天线，通信波束越窄，功率 利用越充分电磁波频率越高，则其它条件不变的情况下，天线发射（接收）效率越高，天线口径可越小如：Ku 波段卫通设备的天线比C 波段天线小得多 电波频率越高，其穿透能力越强、绕射能力越弱； 反之，电波频率越低，则其穿透能力越弱、绕射能 力越强。
•1969年，威斯康辛州建WTF 台，十字型天线，各长22.5公里，300A ； • 1981年，密歇根州又建MTF 台，天线各长45公里，150A ；• 1986年，WTF/MTF 台正式投入使用，共指挥161艘潜艇。
美国超长波对潜通信系统威斯康辛州密歇根州无线信道三、电波主要传播模式无线电通信依赖于电波在空间的传播。
依据不同的频段及外部环境，无线电波具有天波传播、地波传播、散射传播与视距传播等不同的传播模式，由此决定了无线电通信的不同应用方式。
第3章-信道
信道中的干扰：
有源干扰 ：噪声 无源干扰：传输特性不良
本章重点：
介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于 信号传输的影响。
第2-3页
3
3.1 狭义信道
定义：
连接发送端设备和接收端设备的传输媒质。
分类：
有线信道：对称电缆、同轴电缆、光纤及波导。
无线信道：利用电磁波在空间中的传播来传输信号，常
见的有地波传播、天波传播、视距传播、散射传播等。
3.3.1
无失真传输条件
y(t ) Kx(t td )
无失真传输定义：信号经过理想信道传输后，波形 没有发生失真（畸变），仅有固定的时延。即 对上式两端同时求傅里叶变换，可得
H (） = Y ( ) Ke j td X ( )
14
第2-14页
3.3 恒参信道及其对信号传输的影响
群时延失真－群时延特性在信号频带范围内不是常数。
16
无失真传输的时域条件： h(t ) K (t td )
第2-16页
3.3 恒参信道及其对信号传输的影响
3.3.2 幅频失真
由实际信道幅度-频率特性不理想引起的，表现为在 信号的频率范围内，信道对信号的不同频率衰耗不同。 电话信道的幅度-频率特性总是不理想的，下图(a)
解决办法：线性网络补偿
3.3.3
相频失真
相频特性偏离线性关系将使信号产生相频失真; 群时延特性不是常数将使信号发生群时延失真。
上图(b)示出了典型电话信道的群迟延特性。
对语音影响不大，对数字信号影响大
解决办法：相位均衡 其他失真： 非线性畸变、频率偏移、相位抖动…
第2-18页
18
3.3 恒参信道及其对信号传输的影响
3-1、无线移动通信信道解读
S0 (t ) ai Si t i (t )
i 1 N
式中， ai是第i条路径的衰减系数；τi(t)为第i条路径 的相对延时差。
27
3.5 多普勒频移
• 当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发
移 动 通 信 原 理
生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频
移称为多普勒频移（Doppler Shift），造成多
移 动 通 信 原 理
则
或
2π (t ) 1 Bc 2 (t )
由此可见，两相邻场强为最小值的频率间隔是与相对多 径时延差Δ(t)成反比的，通常称Bc为多径时散的相关带 宽。 若所传输的信号带宽较宽，以至与 Bc 可比拟时，
则所传输的信号将产生明显的畸变。
35
实际上， 移动信道中的传播路径通常不止两条， 而是多
图
多径时散示例
25
多径效应
移 动 通 信 原 理
•假设基站发射一个极短的脉冲信号 Si(t)=a0δ(t)， 经过多径信道后， 移动台 接收信号呈现为一串脉冲， 结果使脉冲 宽度被展宽了。 • 这种因多径传播造成信号时间扩散的现 象， 称为多径时散。
26
移 动 通 信 原 理
• 一般情况下， 接收到的信号为 N 个不同路 径传来的信号之和， 即
S0 (t ) Si (t )(1 re
j (t )
)
31
移 动 通 信 原 理
双射线信道等效网络
32
双射线信道等效网络的传递函数为
移 动 通 信 原 理
S0 (t ) j ( t ) H e ( , t ) 1 re Si (t )
信道的幅频特性为
A(, t ) 1 r cos(t ) jr sin (t )
i 1 N
式中， ai是第i条路径的衰减系数；τi(t)为第i条路径 的相对延时差。
27
3.5 多普勒频移
• 当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发
移 动 通 信 原 理
生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频
移称为多普勒频移（Doppler Shift），造成多
移 动 通 信 原 理
则
或
2π (t ) 1 Bc 2 (t )
由此可见，两相邻场强为最小值的频率间隔是与相对多 径时延差Δ(t)成反比的，通常称Bc为多径时散的相关带 宽。 若所传输的信号带宽较宽，以至与 Bc 可比拟时，
则所传输的信号将产生明显的畸变。
35
实际上， 移动信道中的传播路径通常不止两条， 而是多
图
多径时散示例
25
多径效应
移 动 通 信 原 理
•假设基站发射一个极短的脉冲信号 Si(t)=a0δ(t)， 经过多径信道后， 移动台 接收信号呈现为一串脉冲， 结果使脉冲 宽度被展宽了。 • 这种因多径传播造成信号时间扩散的现 象， 称为多径时散。
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移 动 通 信 原 理
• 一般情况下， 接收到的信号为 N 个不同路 径传来的信号之和， 即
S0 (t ) Si (t )(1 re
j (t )
)
31
移 动 通 信 原 理
双射线信道等效网络
32
双射线信道等效网络的传递函数为
移 动 通 信 原 理
S0 (t ) j ( t ) H e ( , t ) 1 re Si (t )
信道的幅频特性为
A(, t ) 1 r cos(t ) jr sin (t )
信道的定义及分类ppt课件
其中，Si (t) 为输入的已调信号；So (t) 为信道总输 出波形；n(t) 为加性噪声/干扰，且与 Si (t) 相互 独立。
f si t 表示已调信号通过网络所发生的(时变)
线性变换。
若设 f si t k(t)si (t) ，则有 so t k(t)si (t) nt
7
调制信道对信号的影响
22
Communication Theory
典型音频电话信道的相对衰耗
23
Communication Theory
影响：不均匀衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸 变，引起信号波形的失真；传输数字信号，还会引 起相邻码元波形在时间上的相互重叠，造成码间串 扰。 抑制措施：为了减小幅度—频率畸变，在设计总的 电话信道传输特性时，一般都要求把幅度—频率畸 变控制在一个允许的范围内；即通过一个线性补偿 网络，使衰耗特性曲线变得平坦，这一措施通常称 之为“均衡”；在载波电话信道上传输数字信号时， 通常要采取均衡措施。
29
Communication Theory
2.5 随参信道举例
1、短波电离层反射信道 短波的定义：波长为100～10m(相应的频率为3～ 30MHz)的无线电波； 短波信道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射 传播； 地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围； 天波传播：借助于电离层的一次反射或多次反射可 传输几千公里，乃至上万公里的距离；
k
k
0
0
理想 的 相位-频率特性及群时延-频率特性 26
Communication Theory
实际的信道特性总是偏离理想的相位—频率特性及群 时延-频率特性，下图给出一个典型的电话信道的群迟 延－频率特性。
27
无线通信工程--第03讲-信道
在地球上空60km以上是电离层，可以分为D层、E层、F层。 D层能吸收电波，E层能反射电波，然而在晚上都会消失。 对电波起良好反射作用的是F层，并且能够在昼夜都保持 一定的通信功能。
电离层反射传播（续）
存在严重的多径效应，最 大传播延时差可达毫秒量 级。
存在严重的时变性，电离 层的特性随时变化，并且 很难准确预测
S ＝ PT / 4 d2
球面上的功率流
d PT
自由空间传播（2）
由于天线有方向性（设发射 天线增益为GT），故在主波 束方向通过单位面积的功率 为：
S = GT PT / 4 d2 设接收天线的有效面积为A， 则接收天线所截获的功率为： Pr = S A = A GT PT / 4 d2 对于抛物面天线，假定天线 口面场具有等相、等幅分布， 则天线的有效面积为：
LS = 92.4 + 20 lg f(GHz) +20 lg d(km) dB
地面视距传播
简介
地面微波通信属于视 距传播。
视距传播的主要特点 是收发天线都在视距 范围内。
视距传播要考虑大气 效应和地面效应。
视距和天线高度的关系
由于地球是一个曲面， 天线高度h1、h2和视距 d之间存在以下关系：
通信距离可达几百－ 上千公里。
散射信道不存在电波的直 射分量，是典型的瑞利衰 落信道。
根据测试结果，接收电平 小于其均方根值10dB, 20dB, 30dB的概率分别为 10％，1％，0.1%。
快衰落服从瑞利分布。
慢衰落服从对数正态分布。
克服散射信道衰落的主要 方法是采用分集接收技术。
电离层反射传播
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室
2001年11月17日
电离层反射传播（续）
存在严重的多径效应，最 大传播延时差可达毫秒量 级。
存在严重的时变性，电离 层的特性随时变化，并且 很难准确预测
S ＝ PT / 4 d2
球面上的功率流
d PT
自由空间传播（2）
由于天线有方向性（设发射 天线增益为GT），故在主波 束方向通过单位面积的功率 为：
S = GT PT / 4 d2 设接收天线的有效面积为A， 则接收天线所截获的功率为： Pr = S A = A GT PT / 4 d2 对于抛物面天线，假定天线 口面场具有等相、等幅分布， 则天线的有效面积为：
LS = 92.4 + 20 lg f(GHz) +20 lg d(km) dB
地面视距传播
简介
地面微波通信属于视 距传播。
视距传播的主要特点 是收发天线都在视距 范围内。
视距传播要考虑大气 效应和地面效应。
视距和天线高度的关系
由于地球是一个曲面， 天线高度h1、h2和视距 d之间存在以下关系：
通信距离可达几百－ 上千公里。
散射信道不存在电波的直 射分量，是典型的瑞利衰 落信道。
根据测试结果，接收电平 小于其均方根值10dB, 20dB, 30dB的概率分别为 10％，1％，0.1%。
快衰落服从瑞利分布。
慢衰落服从对数正态分布。
克服散射信道衰落的主要 方法是采用分集接收技术。
电离层反射传播
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室
2001年11月17日
第三章 无线移动通信信道_初稿_武刚
第三章
4
3.1 概述
为什么研究无线信道的电波传播特性？ 为什么研究无线信道的电波传播特性？
无线信道与有线信道的根本区别 决定了无线通信可能采用的无线传输技术 关系到无线通信系统的通信能力和服务质量
如何研究无线移动通信信道？ 如何研究无线移动通信信道？
理论分析： 理论分析：用数学模型描述 现场电波预测：实验测量、验证、 现场电波预测：实验测量、验证、校正 计算机模拟
v
，有 Sr ( t ) = TC ( t )cos ωc t − TS ( t )sin ωc t N－>∞
1
2 2πσ C
TC ( t ) = ∑ ai cos θ i
i =1 N
N
TS ( t ) = ∑ ai sin θ i
TC(t)和TS(t)为高斯随机过程
−
2 TC 2 2σ C
其概率密度函数为: p(TC ) =
第三章
18
3.2 自由空间的无线电传播
传播损耗，也称为路径损失表示为 传播损耗，
L=PT/PR 当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为 时 L=(4πd/λ)2 L(dB)=32.45+20lgf+20lgd
注意： 注意：
1) f的单位为 的单位为MHz，d的单位为 的单位为Km; 的单位为 ， 的单位为 2) d需要满足 >>D (D为天线最大物理直线 需要满足d 需要满足 为天线最大物理直线 尺寸)和 尺寸 和d>>λ;
第三章
16
3.2 自由空间的无线电传播
自由空间电波传播
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播， 在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播， 无反射、折射、绕射、散射和吸收现象， 无反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只 存在电磁波能量扩散引起的传播损耗 预备知识
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LS = 92.4 + 20 lg f(GHz) +20 lg d(km) dB
地面视距传播
简介
地面微波通信属于视 距传播。
视距传播的主要特点 是收发天线都在视距 范围内。
视距传播要考虑大气 效应和地面效应。
视距和天线高度的关系
由于地球是一个曲面， 天线高度h1、h2和视距 d之间存在以下关系：
d = 3.57( h1 h2 )
其中h1、h2的单位是m， d的单位是km。
说明：此公式没有考虑大 气及地面对传播的影响， 所以只能用作大致的估 计。
大气效应之一：吸收衰减
主要发生在高频段 水蒸汽的最大吸收峰 在23GHz(1.3cm)； 氧气的最大吸收峰在 60GHz(5mm)； 对于12GHz(2.5cm)以 下的频率，大气吸收 衰减小于： 0.015dB/km。
地面效应之二：地面反射
这是产生电平衰落的主 要原因之一。
设：反射系数为m，反 射相位为1800，自由空 间衰减系数为，就可以 求出接收点的场强：
Er Et
1
m2
2m
cos
2
2h1h2 d
1/ 2
其中：h1, h2为收发天线高度，
d为收发之间的距离。
平衰落
当衰落较严重时，接 收点的场强接近瑞利 分布 接收点场强小于某个 值的概率
通信距离可达几百－ 上千公里。
散射信道不存在电波的直 射分量，是典型的瑞利衰 落信道。
根据测试结果，接收电平 小于其均方根值10dB, 20dB, 30dB的概率分别为 10％，1％，0.1%。
快衰落服从瑞利分布。
慢衰落服从对数正态分布。
克服散射信道衰落的主要 方法是采用分集接收技术。
电离层反射传播
S ＝ PT / 4 d2
球面上的功率流
d PT
自由空间传播（2）
由于天线有方向性（设发射 天线增益为GT），故在主波 束方向通过单位面积的功率 为：
S = GT PT / 4 d2 设接收天线的有效面积为A， 则接收天线所截获的功率为： Pr = S A = A GT PT / 4 d2 对于抛物面天线，假定天线 口面场具有等相、等幅分布， 则天线的有效面积为：
无线通信工程
2001年11月17日
第三讲
无线通信的信道
•引言 •自由空间传播 •地面视距传播 •地面超视距传播 •移动传播
引言
引言（1）：无线通信信道的分类
理想无线信道？非理想无线信道？ 理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间 传播。 固定无线信道？移动无线信道？ 视距无线信道？非视距无线信道？ 视距，如：地面视距、卫星。 非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。 有干扰无线信道？无干扰无线信道？ 干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、 敌意干扰。
存在最高可用频率，为了 实现较好的传输质量，工 作频率应尽可能接近最高 可用频率。这些频率都在 短波波段（2－30MHz）。
存在多种附加损耗。如： 吸收损耗（6－25dB）， 地面反射损耗（20dB）， 系统额外损耗（15－18dB）
存在严重的干扰，这是短 波通信的一大特点。包括： 大气噪声、工业干扰、天 电干扰、其它电台的干扰。
大气效应之二：雨雾衰减
在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只 有几dB。 在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几 dB/km。 下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。
大气效应之三：大气折射
引入等效地球半径的概念：
R Re KR 1 R dn
2 dh
其中：Re
等效地球半径
频率选择性衰落
根据W.D.Rummler提出的伪三径模型，得到频率选择性衰 落的频率响应函数，如下图所示。
地面超视距传播
对流层散射传播
在地球表面10－12 km处为对流层，存在 大量随机运动的不均 匀介质，能对电波产 生折射、散射和反射。
散射通信是利用部分 散射体内介质的前向 散射信号。这是典型 的多径信道。
r(t) n(t)
信道响应为h(, t) ，可以表示色散和时变 假设：线性信道、加性干扰
自由空间传播
自由空间传播（1）
什么叫自由空间？无任何衰 减、无任何阻挡、无任何多 径的传播空间。
无线电波在自由空间传播时， 其单位面积中的能量会因为 扩散而减少。这种减少，称 为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT， 发射天线为各向均匀辐射， 则以发射源为中心，d为半 径的球面上单位面积的功率 为：
A = Gr 2 / 4 其中Gr为接收天线增益， 为 自由空间波长
代入Pr公式。得到： Pr = Gr GT PT ( / 4 d)2 令：
Pr / PT = Gr GT / LS 其中LS定义为自由空间传 播损耗。 则：
LS = (4 d / )2 = (4 f d / c )2
以分贝数表示：
R
实际地球半径
dn
折射率随高度的变化率
dh
K
等效地球半径因子
K一般取值为4 / 3
地面效应之一：费涅尔半径和余隙
利用波动光学的惠更 斯－费涅尔原理，在 遇到障碍物时将产生 附加损耗。 障碍物到T，R连线的 垂直距离为hc，称为 余隙。一阶费涅尔半 径为h1，定义hc/h1为 相对余隙。就可以从 右图求出附加损耗。
在地球上空60km以上是电离层，可以分为D层、E层、F层。 D层能吸收电波，E层能反射电波，然而在晚上都会消失。 对电波起良好反射作用的是F层，并且能够在昼夜都保持 一定的通信功能。
电离层反射传播（续）
存在严重的多径效应，最 大传播延时差可达毫秒量 级。
存在严重的时变性，电离 层的特性随时变化，并且 很难准确预测
引言（2）：无线通信信道的指标
Байду номын сангаас
传播衰减 －衰减的平均值 －衰减的最大值 －衰减的统计特性 传播延时 －延时的平均值 －延时的最大值 －延时的统计特性
延时扩展 －对信道色散效应的描 述 多普勒扩展 －对信道时变效应的描 述 干扰 －干扰的性质 －干扰的强度
引言（3）：无线传播信道的模型
h(, t) s(t)
U Pr / P0 M ( f )N (d ) 10F /10
其中： 表示和地形、气候有
关的因子，M ( f )、N (d )分别和 频率、距离有关，F＝10 lg Pr / P0 为衰落深度
通用公式
U A Q f B d C 10F /10
例： B＝1 C＝3.5 A=1.410－8 Q=1
地面视距传播
简介
地面微波通信属于视 距传播。
视距传播的主要特点 是收发天线都在视距 范围内。
视距传播要考虑大气 效应和地面效应。
视距和天线高度的关系
由于地球是一个曲面， 天线高度h1、h2和视距 d之间存在以下关系：
d = 3.57( h1 h2 )
其中h1、h2的单位是m， d的单位是km。
说明：此公式没有考虑大 气及地面对传播的影响， 所以只能用作大致的估 计。
大气效应之一：吸收衰减
主要发生在高频段 水蒸汽的最大吸收峰 在23GHz(1.3cm)； 氧气的最大吸收峰在 60GHz(5mm)； 对于12GHz(2.5cm)以 下的频率，大气吸收 衰减小于： 0.015dB/km。
地面效应之二：地面反射
这是产生电平衰落的主 要原因之一。
设：反射系数为m，反 射相位为1800，自由空 间衰减系数为，就可以 求出接收点的场强：
Er Et
1
m2
2m
cos
2
2h1h2 d
1/ 2
其中：h1, h2为收发天线高度，
d为收发之间的距离。
平衰落
当衰落较严重时，接 收点的场强接近瑞利 分布 接收点场强小于某个 值的概率
通信距离可达几百－ 上千公里。
散射信道不存在电波的直 射分量，是典型的瑞利衰 落信道。
根据测试结果，接收电平 小于其均方根值10dB, 20dB, 30dB的概率分别为 10％，1％，0.1%。
快衰落服从瑞利分布。
慢衰落服从对数正态分布。
克服散射信道衰落的主要 方法是采用分集接收技术。
电离层反射传播
S ＝ PT / 4 d2
球面上的功率流
d PT
自由空间传播（2）
由于天线有方向性（设发射 天线增益为GT），故在主波 束方向通过单位面积的功率 为：
S = GT PT / 4 d2 设接收天线的有效面积为A， 则接收天线所截获的功率为： Pr = S A = A GT PT / 4 d2 对于抛物面天线，假定天线 口面场具有等相、等幅分布， 则天线的有效面积为：
无线通信工程
2001年11月17日
第三讲
无线通信的信道
•引言 •自由空间传播 •地面视距传播 •地面超视距传播 •移动传播
引言
引言（1）：无线通信信道的分类
理想无线信道？非理想无线信道？ 理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间 传播。 固定无线信道？移动无线信道？ 视距无线信道？非视距无线信道？ 视距，如：地面视距、卫星。 非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。 有干扰无线信道？无干扰无线信道？ 干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、 敌意干扰。
存在最高可用频率，为了 实现较好的传输质量，工 作频率应尽可能接近最高 可用频率。这些频率都在 短波波段（2－30MHz）。
存在多种附加损耗。如： 吸收损耗（6－25dB）， 地面反射损耗（20dB）， 系统额外损耗（15－18dB）
存在严重的干扰，这是短 波通信的一大特点。包括： 大气噪声、工业干扰、天 电干扰、其它电台的干扰。
大气效应之二：雨雾衰减
在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只 有几dB。 在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几 dB/km。 下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。
大气效应之三：大气折射
引入等效地球半径的概念：
R Re KR 1 R dn
2 dh
其中：Re
等效地球半径
频率选择性衰落
根据W.D.Rummler提出的伪三径模型，得到频率选择性衰 落的频率响应函数，如下图所示。
地面超视距传播
对流层散射传播
在地球表面10－12 km处为对流层，存在 大量随机运动的不均 匀介质，能对电波产 生折射、散射和反射。
散射通信是利用部分 散射体内介质的前向 散射信号。这是典型 的多径信道。
r(t) n(t)
信道响应为h(, t) ，可以表示色散和时变 假设：线性信道、加性干扰
自由空间传播
自由空间传播（1）
什么叫自由空间？无任何衰 减、无任何阻挡、无任何多 径的传播空间。
无线电波在自由空间传播时， 其单位面积中的能量会因为 扩散而减少。这种减少，称 为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT， 发射天线为各向均匀辐射， 则以发射源为中心，d为半 径的球面上单位面积的功率 为：
A = Gr 2 / 4 其中Gr为接收天线增益， 为 自由空间波长
代入Pr公式。得到： Pr = Gr GT PT ( / 4 d)2 令：
Pr / PT = Gr GT / LS 其中LS定义为自由空间传 播损耗。 则：
LS = (4 d / )2 = (4 f d / c )2
以分贝数表示：
R
实际地球半径
dn
折射率随高度的变化率
dh
K
等效地球半径因子
K一般取值为4 / 3
地面效应之一：费涅尔半径和余隙
利用波动光学的惠更 斯－费涅尔原理，在 遇到障碍物时将产生 附加损耗。 障碍物到T，R连线的 垂直距离为hc，称为 余隙。一阶费涅尔半 径为h1，定义hc/h1为 相对余隙。就可以从 右图求出附加损耗。
在地球上空60km以上是电离层，可以分为D层、E层、F层。 D层能吸收电波，E层能反射电波，然而在晚上都会消失。 对电波起良好反射作用的是F层，并且能够在昼夜都保持 一定的通信功能。
电离层反射传播（续）
存在严重的多径效应，最 大传播延时差可达毫秒量 级。
存在严重的时变性，电离 层的特性随时变化，并且 很难准确预测
引言（2）：无线通信信道的指标
Байду номын сангаас
传播衰减 －衰减的平均值 －衰减的最大值 －衰减的统计特性 传播延时 －延时的平均值 －延时的最大值 －延时的统计特性
延时扩展 －对信道色散效应的描 述 多普勒扩展 －对信道时变效应的描 述 干扰 －干扰的性质 －干扰的强度
引言（3）：无线传播信道的模型
h(, t) s(t)
U Pr / P0 M ( f )N (d ) 10F /10
其中： 表示和地形、气候有
关的因子，M ( f )、N (d )分别和 频率、距离有关，F＝10 lg Pr / P0 为衰落深度
通用公式
U A Q f B d C 10F /10
例： B＝1 C＝3.5 A=1.410－8 Q=1