现代通信技术附：无线通信技术.ppt

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1、无线通信技术概述无线传播环境及其特性无线传输技术天线基本知识调制解调技术抗衰落及抗干扰技术多址技术1.无线传播环境及其特性1.1电波的自由空间传播接收到的功率为：路径损耗为：写成分贝值为：图移动信道中自由空间传播损耗1.2电波传播的几何模型大气折射与等效地球半径电波在空间传播中，由于大气中介质密度随高度增加而减小，导致电波在空间传播时会产生折射、散射等。大气折射对电波传输的影响通常可用地球等效半径来表征。地球的实际半径和地球等效半径之间的关系为式中，k称为地球等效半径系数，r0=6370km为地球实际半径，re为地球等效半径。在标

2、准大气折射情况下，地球等效半径系数k=4/3，此时地球等效半径为电波的反射（如图10.2）刃型遮挡的影响1.3电波的多径传播和衰落电波传播的长期慢衰落由传播路径上固定障碍物的阴影引起，也称为阴影衰落。电波传播的短期快衰落接收端接收到的信号是发送端的信号经过直射、反射、折射、散射、绕射等的信号的叠加，即接收信号是发送信号经过多径传播后的叠加信号。无线通信系统中，陆地移动信道和短波电离层反射信道是两种典型的具有快衰落特性的随参信道，这种信道具有以下三个特点：(1)对信号的衰耗随时间随机变化；(2)信号传输的时延随时间随机变化；(

3、3)多径传播。多径衰落与频率弥散陆地移动通信系统中，基站天线发射的信号经过多条不同的路径到达移动台。假设发送信号为单一频率正弦波，即s(t)=Acosωct多径信道一共有n条路径，各条路径具有时变衰耗和时变传输时延且从各条路径到达接收端的信号相互独立，则接收端接收到的合成波为式中，ai(t)为从第i条路径到达接收端的信号振幅，τi(t)为第i条路径的传输时延。传输时延可以转换为相位的形式，即r(t)=式中r(t)=a1(t)cosωc［t-τ1(t)］+a2(t)cosωc［t-τ2(t)］+…+an(t)cosωc

4、［t-τn(t)］(2)(3)为从第i条路径到达接收端的信号的随机相位。(1)式(2)可变换为式中由于X(t)和Y(t)都是相互独立的随机变量之和，根据概率论中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋于正态分布。(4)因此，当n足够大时，X(t)和Y(t)都趋于正态分布。通常情况下X(t)和Y(t)的均值为零，方差相等，其一维概率密度函数为且σx=σy。式(4)也可以表示为包络和相位的形式，即r(t)=V(t)cos［ωct+φ(t)］(5)(6)式中φ(t)=arctan对于陆地移动信道、短波电离层反射信道等随参信道，其

5、路径幅度ai(t)和相位函数φi(t)随时间的变化与发射信号载波频率相比要缓慢得多。因此，相对于载波来说V(t)和φ(t)是慢变化随机过程，于是r(t)可以看成是一个窄带随机过程。由随机信号分析理论我们知道，包络V(t)的一维分布服从瑞利分布，相位φ(t)的一维分布服从均匀分布，可表示为(8a)(7a)(7b)且有σx=σy=σv=σ。由窄带随机过程分析我们知道，r(t)的包络服从瑞利分布，r(t)是一种衰落信号，r(t)的频谱是中心在fc的窄带谱。由此我们可以得到以下两个结论：(1)多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相

6、位受调制的窄带信号，这种信号称为衰落信号，即多径传播使信号产生瑞利型衰落；(2)从频谱上看，多径传播使单一谱线变成了窄带频谱，即多径传播引起了频率弥散。f(φ)=(8b)频率选择性衰落与相关带宽当发送信号是具有一定频带宽度的信号时，多径传播除了会使信号产生瑞利型衰落之外，还会产生频率选择性衰落。频率选择性衰落是多径传播的又一重要特征。为了分析方便，我们假设多径传播的路径只有两条，信道模型如图3-22所示。其中，k为两条路径的衰减系数，Δτ(t)为两条路径信号传输的相对时延差。当信道输入信号为si(t)时，输出信号为so(

7、t)=ksi(t)+ksi［t-Δτ(t)］其频域表示式为(9)图3–22两条路径信道模型So(ω)=kSi(ω)+kSi(ω)e-jωΔτ(t)=kSi(ω)［1+e-jωΔτ(t)］(10)信道传输函数为H(ω)=So(ω)/Si(ω)=k［1+e-jωΔτ(t)］可以看出，信道传输特性主要由［1+e-jωΔτ(t)］项决定。信道幅频特性为(12)(11)对于固定的Δτi，信道幅频特性如图3-23(a)所示。式(3.3-23)表示，对于信号不同的频率成分，信道将有不同的衰减。显然，信号通过这种传输特性的

8、信道时，信号的频谱将产生失真。当失真随时间随机变化时就形成频率选择性衰落。特别是当信号的频谱宽于时，某些频率分量会被信道衰减到零，造成严重的频率选择性衰落。图3–23信道幅频特性另外，相对时延差Δτ(t)通常是时变参量，故传输特性中零点、极点在频率