无线电波传播基础理论
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。
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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
电磁波传播基本知识及天线原理 (1)
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
天线增益
系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用理 想点源）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。
P1
P0 天线
P2
理想辐射单元
G = 10log(P1/P2)
三、天线主要性能参数
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
前后比
±30°? 25dB ？ +/-2dB ?
抑制同频干扰或导频污染的重要指标
通常仅需考察水平面方向图(?)的前后比,并特指后向±30°范围内(?)的最差值。
前后比指标越差，后向辐射就越大，对该天
线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大。
特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，
比如基站背向区域有超高层建筑物。
后向功率
前向功率
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
电波传播理论复习资料（整理后）
第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；正常的传播机制总是存在，如图1.1所示：反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。
【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。
晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等）。
）】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。
绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。
为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。
在出现负折射的情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。
所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。
】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应：【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。
这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。
并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。
聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。
聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关，而气象变化也是随机的。
无线通信基本原理课件
• CDMA：Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
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SDMA(Space Divisionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMultiple Access)：空分多 址
SDMA 即在相同时隙、相同频 率或相同地址码的情况下，可以根 据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式，例如 空分—码分多址（SD-CDMA）。
频率
频率
FDMA
时间
TDMA
时间
FDMA：Frequency Division Multiple Access频分多址
TDMA：Time Division Multiple Access时分多址
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• FDMA
• FDMA信道每次只能传递一路电话，如果一个FDMA信道被分配为话 音信道，但没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用。
波束形成天线采用智能天线， 基站的智能天线形成多个波束覆盖 整个小区，智能天线可定位于每个 MS。
MS MS
BTS MS
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移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
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a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度，是电 话系统业务多少的度量，它与单位时间（一般取 忙时1小时）内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间（T）成正比。
• 在典型的蜂窝移动通信环境中，移动台一般比基站天 线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径往往被建 筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝基站与移动台 之间的通信不一定是通过直达路径，而是通过许多其 他路径完成的。
电波的传输原理
电波的传输原理电波是一种无线电波，是由电磁感应产生的。
电波的形成和传输是基于电场和磁场的规律。
电场是由带电物体产生的一种力场，它可用电场强度来描述。
当带电物体发生振动或受到变化电场时，电场强度也会随之变化。
这种变化在空间中扩散形成电磁波，也就是电波。
电波的产生是由带电物体的振动或变化电场引起的，有规律的电流变化会形成有规律的电场变化。
磁场是由带电物体运动时所产生的力场，它可用磁感应强度来描述。
当电场有变化时，磁场也会有变化。
根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会产生电场，进而产生电流。
这种由电场和磁场相互作用产生的变化称为“电磁感应”。
电磁感应现象是电波产生的基础，它使电波传播过程中的信息得以传递。
当变化电场和磁场相互作用时，就能产生电波。
电波的传播速度等于电磁场强度的传播速度，也就是光速。
电波的传播可以通过波动理论来解释。
根据波动理论，电波是以波动的形式传播的，它具有波长、频率和振幅等特征。
振幅决定了电波的强弱，频率决定了电波的音调或颜色。
比如，低频电波用于长波广播，高频电波用于卫星通信。
电波在传播过程中会受到干扰和衰减。
干扰是由其他电波或物质对电波传播的影响，如果多个电波频率不同，可以通过调谐来解决干扰问题。
衰减是电波在传输过程中逐渐减弱的现象，它会导致电波信号的质量下降。
电波的衰减与距离、信号频率、传播环境等因素有关。
电波的传输有多种方式，其中最常见的是通过天线传输。
天线是一种特殊的装置，它能够将电波转换成电信号，或将电信号转换成电波。
在发送端，电信号经过调制后被转换成电波，然后通过天线发射出去。
在接收端，天线接收到电波后将其转换成电信号，经过解调后得到原始信息。
总之，电波的传输原理是基于电场和磁场相互作用的电磁感应现象。
电波以波动的形式传播，其中的信息通过电场和磁场变化来传递。
电波的传输方式多样，其中最常见的是通过天线进行传输。
电波的产生和传输是现代通信技术中不可或缺的基础。
无线电物理
无线电物理无线电物理是研究无线电波在空气和其他介质中传播、反射、折射、散射以及与物体作用的物理学科。
它是无线电通信和雷达技术的理论基础，也是现代电子技术和信息技术发展的重要支撑。
一、无线电波基础知识无线电波是指一种由电磁场和磁场相互作用形成的波动现象。
无线电波的传播速度与光速相同，是一种横波。
无线电波可以分为低频、中频、高频、甚高频、超高频、极高频、次毫米波、毫米波、亚毫米波和太赫兹波等多个频段。
二、电磁波的干涉当两个或多个电磁波相遇时，它们会互相影响，产生干涉现象。
干涉现象又可分为同相干涉和异相干涉。
同相干涉是指两个波峰或两个波谷相遇，相互加强，得到更大的振幅；异相干涉则是指波峰和波谷相遇，相互抵消，得到更小的振幅。
三、电磁波的反射和折射当电磁波从一种介质进入另一种介质时，会发生反射和折射现象。
反射是指电磁波遇到各种物体表面时被反射回来，其反射方向与入射方向相同。
折射则是指电磁波进入另一种介质后改变传播方向的现象。
折射角度由入射角度和两种介质的折射率决定。
四、电磁波的散射当电磁波遇到介质中的粒子或不均匀介质时，会发生散射现象。
散射使电磁波的传播方向发生随机变化，使得电磁波在空气中产生了降噪作用。
五、电磁波的吸收当电磁波遇到介质时，一部分能量会被介质吸收，而另一部分则被反射、折射或散射。
电磁波吸收取决于介质的性质和电磁波的频度、波长和极化方向等。
六、电磁波与物体的相互作用当电磁波遇到物体时，会产生多种相互作用。
如果物体大小与电磁波波长相当，则会引起射频场感应；如果物体尺寸大于波长，则会产生多种衍射现象。
此外，物体表面的电磁波反射和散射是无线电测距、雷达等应用中的基本原理。
七、无线电通信和雷达技术无线电通信和雷达技术是利用电磁波进行通信和探测的技术。
无线电通信以无线电波为信号，利用调制技术将人类声音、图像、数据等信息转化为电磁波信号，通过空气传输，再由接收机将电磁波信号转化为原始信息；雷达则利用电磁波与物体相互作用的原理，通过发射与接收电磁波信号，从反射回来的信号中获取目标物体的位置、速度和形状等信息。
无线传播原理
无线传播原理无线传播技术是指通过无线电波或其他电磁波进行信息传输的技术。
在现代社会中，无线传播技术已经广泛应用于移动通信、卫星通信、无线局域网、无线传感器网络等领域。
无线传播原理是指无线电波在空间中传播的规律和特性，了解无线传播原理对于设计和优化无线通信系统至关重要。
首先，我们来了解一下无线传播的基本原理。
无线传播是指无线电波在空间中传播的过程，其传播路径可以是直射传播、反射传播、绕射传播和散射传播。
直射传播是指无线电波直接从发射天线到达接收天线，反射传播是指无线电波被地面、建筑物等物体反射后到达接收天线，绕射传播是指无线电波在物体的边缘发生绕射现象到达接收天线，散射传播是指无线电波在传播过程中被物体散射后到达接收天线。
这些传播路径的存在会导致无线信号的多径传播、多普勒效应等现象，对于无线通信系统的设计和优化具有重要影响。
其次，我们需要了解无线传播的衰减特性。
无线电波在传播过程中会受到自由空间传播损耗、多径衰减、大气衰减等影响，导致信号强度衰减。
自由空间传播损耗是指无线电波在自由空间中传播时由于能量扩散而引起的信号强度衰减，其衰减程度与传播距离的平方成反比。
多径衰减是指由于多条传播路径引起的信号相位叠加和干涉效应导致的信号强度衰减，其衰减程度与多径间的时间延迟和相位差有关。
大气衰减是指由于大气介质对无线电波的吸收、散射和折射等效应引起的信号强度衰减，其衰减程度与传播频率、大气湿度等因素有关。
了解无线传播的衰减特性对于合理规划无线通信系统的覆盖范围和容量具有重要意义。
最后，我们需要了解无线传播的信道特性。
无线信道是指无线电波在传播过程中所经历的传播媒介，其特性受到多种因素的影响，如多径传播、多普勒效应、信号衰减等。
了解无线信道的特性对于设计合适的调制解调方案、信道编解码方案具有重要意义。
此外，无线信道还存在时变性、时频选择性衰落等特性，这对于无线通信系统的抗干扰能力和传输性能提出了挑战。
总之，无线传播原理是无线通信领域的基础理论，了解无线传播原理对于设计和优化无线通信系统至关重要。
无线电波
通常的模拟电视信号采用将图像调幅，调频并合成在同一信号中传播。 数字电视采用MPEG-2图像压缩技术，由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽。
移动通信系统选择所用频段时要综合考虑覆盖效果和容量。UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之 间折衷的比较好，因此被广泛应用于手机等终端的移动通信领域。当然，随着人们对移动通信的需求越来越多， 需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。
无线电波的速度只随传播介质的电和磁的性质而变化。
传播
感谢观看
雷达
雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。
无线电波的多经传送效应导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波 确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过，其所发 射的脉冲经过调制和极化以便确定反射体的表面类型。优良的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。
调频广播的边带可以用来传播数字信号如，电台标识、节目名称简介、、股市信息等。在有些国家，当被移 动至一个新的地区后，调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。
航海和航空中使用的电台应用VHF调幅技术。这使得飞机和船舶上可以使用轻型天线。
政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。 相对于调频广播或电视的带宽，保真度上不得不作出牺牲。
民用或军用高频服务使用短波用于船舶，飞机或孤立地点间的通讯。
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Classification
Extremely Low Frequency Voice Frequency Very-low Frequency Low Frequency MediumFrequency High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency
电离层反射波 （超视距通讯途径）
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传播途径
•直射：自由空间传播； •反射：在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，电 波不能绕射过该物体； •绕射：在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体，该 物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从该物体的边缘绕射过去； •衍射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积 内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生衍射。衍射发生在粗糙表面、 小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等
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=L0+10 lgd •其中:L0=91.52 • = 2 路径损耗斜率 •在实际通信环境中， 一般在3至5之间
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传播损耗
平坦地形传播损耗 •Ploss = 10 lgd -20lghb - 20lghm • = 4 路径损耗斜率 •hb：基站天线高度 •hm：移动台高度 基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗
无线电波传播基础理论
中国移动通信集团设计院有限公司无线所 2008年3月
Module und Variations_E 1
第一节 无线电波传播基本原理
•频谱划分 •传播途径
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2
频谱划分
Frequency 3-30Hz 30-300Hz
300-3000Hz 3-30KHz 30-300KHz 300-3000KHz 3-30MHz 30-300MHz 300-3000MHz 3-30GHz 30-300GHz
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信号衰落
时间色散 •起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差 异而带来的同频干扰问题 •发射信号来自远离接收天线的物体
解 决 自适应均衡技术、站址调整
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传播损耗
自由空间传播损耗
•Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm •设f=900MHz，该传播损耗可描述为： •Ploss=91.52+20lgd
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传播损耗
准平滑地形及不规则地形传播损耗
T
准平滑地形:表面起伏平缓，起伏高度 小于等于20米的地形
不规则地形:除了准平滑地形之外的其 余地形，可按状态分为：丘陵地形、
T
孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形
等
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R R
15
传播损耗
绕射损耗 特点 • 电磁波在绕射点四处扩散 • 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向 • 扩散损耗最为严重 • 计算公式复杂，随不同绕射常数变化
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信号衰落
抗快衰落措施－分集
•时间分集 符号交织、检错、纠错编码
•空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特
性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间 分集的形式。 •频率分集
GSM通信采用跳频
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T
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R
16
传播损耗
穿透损耗
•室内信号取决于建筑物的穿透损耗
T
•室内窗口处与室内中部信号差别较大
•建筑物材质对穿透损耗影响较大
R
•电磁波的入射角对穿透损耗影响较大
d w1 D w2
ε 0μ 0 ε μ ε 0μ 0
E2
θ
WdBm XdBm
θ E1
穿透损耗=X-W=B dB来自电磁波穿透墙体的反射和折射
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传播损耗
建筑物穿透损耗
物体阻挡/穿透损耗为： •隔墙阻挡：5～20dB •楼层阻挡：＞20dB •室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层 •家具和其它障碍物的阻挡： 2～15dB •厚玻璃： 6～10dB •火车车厢的穿透损耗为：15～30dB •电梯的穿透损耗： 30dB左右 •茂密树叶损耗：10dB
Designation
ELF
VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
不同的频段内的频率具有不同的传播特性
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3
传播途径
直射波及地面反射波 （最一般的传播形式）
对流层反射波 （传播具有很大的随机性）
山体绕射波
（阴影区域信号来源）
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传播损耗
反射损耗
地面性质
等效地面反射系数 反射损耗（dB）
水面
稻田
田野
0.9～1 0.6～0.8 0.3～0.5 0～1 2～4 6～10
城市、山地、 森林
0.1～0.2
14～20
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19
谢谢
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20
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几乎任何一次通信的过程，都是这多种传播方式的组合
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传播环境
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①建筑物反射波 ②绕射波 ③直达波 ④地面反射波
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第二节 无线电波传播环境
•传播环境 •信号衰落 •传播损耗
Module und Variations_E 7
传播环境
无线电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定 传播模型的选取。 影响环境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） 人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况
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8
传播环境
地形结构
开阔区 平滑地形 丘陵地形 山区
人为环境
市区 郊区 准郊区 乡村地区
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9
信号衰落
接收功率(dBm) -20 -40 -60
快衰落 慢衰落
10
20
30
距离(m)
慢衰落在几十个波长的长度上呈现比较慢的变化趋势、快衰落
则是叠加在其上的快变化成分