无线通信原理与应用第二章
现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常 用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔 关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型 考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论 分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供 传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型 采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性， 然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分 析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易 于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
d12
+
F2 1
+
d
2 2
+
F2 1
2
上册：第二章 数字通信原理
第二章 数字通信原理2．1 概论2．1．1模拟信号与数字信号我们知道：按照信道上传输的是模拟信号还是数字信号，可以将通信分为模拟通信和数字通信两大类。
那么怎样区分模拟信号和数字信号呢？依据是信号的波形特征（时间和幅度两个物理量）。
我们通过下面的图形来说明。
我们看到，图（a ）中的信号波形在时间和幅值上都是连续的，图（b ）中的信号时间上离散，幅值仍然连续，在这里连续的含义是在某一取值范围内可以取无线多个数值。
我们将这种幅值连续的信号称为模拟信号。
图2-1 模拟信号(a) 二进码图2-2 数字信号上图中，信号波形的特点是它的幅值是（-3、-1、1、3）中的一个，取值被限制在有限个数值内，不是连续的，而是离散的。
我们将幅值离散的信号称为数字信号。
由此我们的结论是：区分一个信号是否数字信号是判别它的幅值是否离散。
特别说明的是：对于脉冲幅度调制PAM信号，尽管它在时间上是离散的，但幅度上仍然连续，所以它仍然是模拟信号。
2．1．2数字通信系统模型为了更好地认识数字通信，我们从众多的数字通信系统中总结出如下的模型：图2-3 数字通信系统模型信源把原始信号变换为电信号，如电话机、摄像机、数字终端等。
信源编码的功能即实现模拟信号到数字信号的转换，即模数变换（A/D）。
加密是为了信号在传输中的保密而按一定的算法进行的逻辑运算。
信道编码有两个目的：一是码型变换，因为有些码型不适合在线路上传输，所以在送往信道之前要把它变换成适合传输的码型。
二是纠错编码，数字信号多采用二进制码型，所以很容易由于噪声干扰、信道衰减和波形失真而产生误码。
所以在传输前在有用信号中按一定规律插入一定的冗余位，接收端按规律来检查接收到的信号，就可判别传输时有无误码，若有，可在一定程度上纠正错误或要求发端重发。
调制的作用是将信号从基带搬移到频带。
我们知道，除明线或电缆可直接传输数字基带信号外，其它媒质都工作在较高的频带上，所以要有调制这一环节。
信道是传输信号的媒质。
无线通信原理与应用课程教学大纲
《无线通信原理与应用》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：IE3082、课程名称：无线通信原理与应用/ Wireless Communications and Applications3、学时/学分：54/34、先修课程：通信原理5、面向对象：大学本科3、4年级6、开课院（系）、教研室：电子工程系无线通信技术研究所7、教材、教学参考书：1), “Wireless Communications: Principles and Practice, Second Edition”, by Theodore S. Pappaport. Prentice Hall, 2002,2), “Wireless Communications and Networking”, by John W. Mark Weihua Zhuang, Prentice Hall 2003.二、课程性质和任务本课程主要介绍现代无线通信技术的基本技术及相关系统，涉及内容包括各类无线通信系统中出现的基础概念、重要的无线通信标准、及相关技术发展趋势。
课程以概念介绍为主，结合实际系统为例展开讨论。
无线系统设计基本概念：信道分配、切换、分集效率、干扰、频率复用、系统容量规划、大尺度衰落；路径损耗、小尺度衰落、多径、反射、折射、衍射、阴影效应、空时信道、微蜂窝/室内传播。
2G/3G系统基本概念：WCDMA、CDMA2000、GPRS、EDGE；无线局域网系统基本概念：IEEE802.11a/b、HiperLAN，Bluetooth、无线城域网。
三、教学内容和基本要求第一章介绍 (3)1，无线通信系统的演进；2，典型无线系统；3，未来无线通信系统的发展趋势.第二章无线传播（6）1，大尺度衰落（3）无线电波传播特性介绍；自由空间模型；反射；折射；散射；实际路径衰落模型；室外传播模型；室内传播模型：2，小尺度衰落（3）小尺度多径传播；多径信道德脉冲冲击响应；小尺度多径的测量；移动多径信道模型；小尺度衰落的分类；Rayleigh和Rice衰落发布模型；统计模型；多径衰落因子理论。
无线通信原理和应用习题课2
则
Eb W /R E N = 所以 W= b ( − 1) ⋅ R ⋅ a = 16.8( Mchips / s ) N 0 ( N / 3 − 1) ⋅ a N0 3
2
祝大家： 期末顺利！ 天天开心！
3
− P −1 ( x ) l n (1 − y ) b):与式（7.58）类似 得到： ∴ γ
0
=
而GSM每信道发送数据速率为270.8333kbps，约是0.136C
y = [1 − e
−
p −1 ( x )
γ0
]M
Chapter7 Equalization, Diversity, and Channel Coding
6.11 :
format long; b=0:0.1:15; a=10.^(b/10); Pefsknc=0.5.*exp(-a/2); Pebpsk=0.5.*erfc(sqrt(a)); Pedpsk=0.5.*exp(-a); semilogy(b,Pefsknc,'--r',b,Pebpsk,'b',b,Pedpsk,'k--'); title ('信噪比和误码率的关系'); xlabel('信噪比/dB') ; ylabel('误码率','Fontsize', 12); legend('FSK(非相干) ', 'BPSK， QPSK','DPSK'); grid on;
Chapter 9：Multiple Access Techniques for Wireless Communications
9.7 a) 发送一个分组的时间τ
02无线通信原理与应用
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2.1.2 工作方式
3、单工通信工作原理：
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2.1.2 工作方式
4、单工通信的特点： 优点：设备简单（收发合用部分电路或部件）、省
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市话局
• 小区制移动通信系统特点 利用小区覆盖，频率重用提高系统容量 系统需要进行频率规划，克服同频干扰 系统需要进行过境切换，保证通话连续 系统需要进行用户管理，保证漫游实现
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2.2.4 蜂窝通信的基本原理
34
2.3信道分配策略
1、固定分配 （2）等频距配置法
– 举例
等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内各信道 之间的频率间隔，例如，第一组用（ l，1＋N，l＋2N，l＋3N，…）， 第二组用（ 2，2＋N，2＋2N，2＋3N，… ）等。例如N=7，则信道 的配置为：
第一组1、8、15、22、29、…
电池作为电源的移动台则更不利） —改进做法：移动台采用单工方式，基地台采用双
工方式，即所谓的半双工通信。
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2.1.3 调制方式分类
调制方式、种类的表示符号， 对于调制种类的符号表示要反映调制形式的全貌
和所需带宽。不同的调制种类由四部分构成：
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2
2.1 无线通信基础知识
无线通信原理与应用(第二版)(1)
(3.1)
共同使用全部可用频率的 N 个小区称为一个簇。如果簇在系统中复制了 M 次，则双向信道的 总数 C 可以作为容量的一个度量：
解： 已知：总带宽 = 33 MHz 信道带宽 = 25 kHz × 2 单向信道 = 50 kHz/ 双向信道 总的可用信道 = 33 000/50 = 660 个信道
(a) N = 4 每个小区的信道数目 = 660/4 ≈ 165 个信道
(b) N = 7 每个小区的信道数目 = 660/7 ≈ 95 个信道
3.2 频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用[Oet83]。每个蜂窝基站都分配一 组无线信道，这组信道用于称为“小区”的一个小地理范围内，该信道组所包含的信道不能在其相 邻小区中使用。基站天线的设计要做到能覆盖某一特定小区。通过将覆盖范围限制在小区边界以内， 相同的信道组就可用于覆盖不同的小区。要求这些同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使 其相互间的干扰水平在可接受的范围内。为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称 为频率复用或频率规划[Mac79]。
为了充分利用无线频谱，必须要有一个能实现既增加用户容量又以减小干扰为目标的频率复用 方案。为了达到这些目标，已经发展了各种不同的信道分配策略。信道分配策略可以分为两类：固 定的和动态的。选择哪一种信道分配策略将会影响系统的性能，特别是在移动用户从一个小区切换 到另一个小区时的呼叫处理方面（[Tek91], [LiC93], [Sun94], [Rap93b]）。
《无线通信》课程教学大纲
(4) MIMO与空时处理；(5) 全数字接收机；(6) 通信系统的主要性能指标。
2．重、难点提示(1) 重点是双工、复用、多址；(2) 难点是通信系统的主要性能指标。
第二章通信信号与系统的表征（4学时）1．教学内容(1) 带通信号及系统的复基带表示；(2) 信号空间表示法；(3) 随机信号。
2．重、难点提示(1) 重点是带通信号的复基带表示、线性带通系统的复基带表示；(2) 难点是信号波形的矢量表示、平稳与周期平稳随机过程。
第三章无线传输信道（4学时）1．教学内容(1) 传播模型；(2) 平坦衰落信道；(3) 频率选择性衰落信道；(4) 方向性衰落信道；(5) 衰落信道仿真。
2．重、难点提示(1) 重点是确定线性时变信道的系统函数、随机线性时变信道分类；(2) 难点是双向冲激响应、MIMO信道响应矩阵。
第四章无线信道容量（6学时）1．教学内容(1) 信道模型；(2) 信息度量；(3) 加性高斯噪声信道容量；(4) 平坦衰落信道容量；(5) MIMO信道容量。
2．重、难点提示(1) 重点是离散输入连续输出信道、离散时间AWGN信道；(2) 难点是带限白高斯噪声信道、香农信道容量公式。
第五章数字调制信号及其功率谱密度（4学时）1．教学内容(1) 奈奎斯特脉冲成形；(2) 数字调制信号表示；(3) 调制信号功率谱。
2．重、难点提示(1) 重点是无记忆调制信号、有记忆调制信号；(2) 难点是调制信号复包络的功率谱密度、完全响应CPM信号功率谱。
第六章平坦衰落信道数字传输的接收与性能（4学时）1．教学内容(1) 接收信号的矢量表示；(2) 一般矢量信道中的检测；(3) AWGN信道中相干接收性能；(4) AWGN信道中非相干接收性能；(5) AWGN信道中CPM信号的检测。
九、选用教材和参考书目［1］《现代无线通信原理》（第一版），林基明编，科学出版社，2015年；［2］《大话无线通信》（第一版），丁奇编，人民邮电出版社，2010年；［3］《移动通信技术》（第二版），高健编，机械工业出版社，2012年；［4］《移动通信技术》（第一版），宋拯编，北京理工大学出版社，2012年；［5］《无线通信原理与应用》（第二版），拉帕波特编，电子工业出版社，2012年；［6］《无线移动通信系统》(第四版)(英文版)，Dharma P. Agrawal（D. P. 阿格拉沃尔），[美] Qing-An Zeng（曾庆安）著，谭明新改编，电子工业出版社，2016年;［7］《无线通信原理与应用》（第一版），石明卫编，人民邮电出版社，2014年。
无线电通信、遥感、光电技术的原理及应用
无线电通信、遥感、光电技术的原理及应用下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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想介质表面。在考虑地面对电波的
反射时，按平面波处理，即电波在
图2-2 平滑表面的反射
反射点的反射角等于入射角，如图2-2所示。
第2章 移动信道的传播特性
不同界面的反射特性用反射系数R表征，它定义为反射 场强与入射波场强的比值，R可表示为 j （2-14） R Re 式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅 比，φ 代表反射波相对于入射波的相移。 水平极化波和垂直极化波的反射系数 Rh 和 Rv 分别由下 列公式计算： 2 1/ 2 sin ( cos ) c Rh Rh e j sin ( c cos 2 )1/ 2 （2-15）
c sin ( c cos 2 )1/ 2 Rv c sin ( c cos 2 )1/ 2
（2-16）
第2章 移动信道的传播特性
式中，c是反射介质的等效复介电常数，它与反射介 质的相对介电常数r、电导率和工作波长λ 有关，即 c = r − j60 （2-17） 电磁波的极化方式可分为线极化、圆极化和椭圆极化 等 对于地面反射，当工作频率高于 150MHz （ <2m ） ，θ 1<10时，由式（2-15）和式（2-16）可得
①地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质；
②媒质的相对介电常数ε r和相对导磁率μ r都等于1 ③传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面
第2章 移动信道的传播特性
即使电波在自由空间里传播，由于辐射能量的扩散，经 过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减。由电磁场
理论可知，若各向同性天线（亦称全向天线或无方向
第2章 移动信道的传播特性
2.1 无线电波传播机制
2.2移动信道的特征
2.3 陆地移动信道的场强估算
2.4移动信道的传播模型
第2章 移动信道的传播特性
§2.1无线电波传播机制
1.电波传播方式
无线电波从发射机天线发出，可以沿着不同的途径
和方式到达接收天线，这与电波频率和极化方式有关。
f＞30MHz时，典型的传播路径如图2-1所示。
图2-1
电波传播典型路径
第2章 移动信道的传播特性
①从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，也称 为视距传播（Line Of Sight，LOS），它是VHF和UHF频 段的主要传播方式； ②的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波； ③的电波沿地球表面传播，称为地表面波。 除此之外，在移动信道中，电波遇到各种障碍物时 会发生反射、绕射和散射现象，称为非视距传播（None Line Of Sight ， NLOS ），它们与直射波发生干涉，导 致多径衰落现象。而在非均匀介质中传播时会产生折射 现象，折射现象会直接影响视距传播的极限距离。
当收、发天线增益为 0dB ，即当 GR = GT = 1时，接收天 线上获得的功率为：
λ PR PT 4 πd
2
（2-10） （2-11）
由上式可见，自由空间传播损耗Lfs为 2 PT 4 πd Lfs PR λ 以dB计，得：
2
4πd 4πd （2-12） (dB) 201g (dB) Lfs (dB) 101g λ λ 或 ：
Lfs (dB) 32.44 201gd (km) 201gf (MHz) （2-13）
第2章 移动信道的传播特性
3.反射 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果 界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。电 磁波反射发生在不同物体界面上，如地球表面、建筑 物和墙壁表面。反射是产生多径衰落的主要因素。 （1）平滑表面的反射 假定反射表面是平滑的，即所谓理
满足下列关系。
（2-7）
式中， AR 为接收天线的有效面积，它与接收天线增益 GR
式中，λ 2/4π 为各向同性天线的有效面积。 由式（2-6）～式（2-8）可得
λ PR PT GT GR 4 π d
2
λ AR GR 4π
2
（2-8）
（2-9）
第2章 移动信道的传播特性
第2章 移动信道的传播特性
2.直射 直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间传播 是指天线周围为无限大真空区时的电波传播，它是理 想的传播条件。在这种理想空间中，电磁波的能量不 会被障碍物所吸收，也不存在电波的反射、折射、绕 射、散射和吸收等现象。陆地传播环境中，满足如下 条件的电波可视作在自由空间传播：
E0 H0 30 PT GT d 30 PT GT 120 πd (V / m) (A / m)
（2-4）
（2-5） （2-6）
PT GT 2 S (W / m ) 2 4πd
第2章 移动信道的传播特性
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 = SAR
图2-3
两径传播模型
第2章 移动信道的传播特性
d a b c (d1 d 2 ) 2 (ht hr ) 2 (d1 d 2 ) 2 (ht hr ) 2 ht hr ht hr d 1 1 d d
Rh = Rv = −1
180°。
（2-18）
即反射场强的幅度等于入射场强的幅度，而相位相差
第2章 移动信道的传播特性
（2）两径传播模型 在简化条件下，地面电波两径传播模型如图2-3所 示。图中，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 2-3 可知， 反射波与直射波的路径差为：
性天线）的辐射功率为 PT W ，则距辐射源 d （单位 m ） 处的电场有效值Eo为： 磁场有效值H0为：
E0
H0
30 PT d
30 PT 120 πd
(V / m)
(A2章 移动信道的传播特性
单位面积上的电波功率密度S为： PT 2 S (W / m ) （2-3） 2 4πd 若用发射天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线 ，则上述公式应改写为：