《无线通信的信道》PPT课件

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1、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。引言（2）：无线通信信道的指标传播衰减－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－

2、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h(,t)s(t)r(t)n(t)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

3、：S＝PT/4d2球面上的功率流PTd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=GTPT/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=SA=AGTPT/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：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=GrGTPT(/4d)2令：Pr/PT=GrGT/LS其中LS定义为自由空间传播损耗。则：LS=(4d/)2=(4fd/

4、c)2以分贝数表示：LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(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()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(5

5、mm)；对于12GHz(2.5cm)以下的频率，大气吸收衰减小于：0.015dB/km。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：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

6、。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：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用公式例：B＝1C＝3.5A=1.410－8Q=1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10－12km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

7、前向散射信号。这是典型的多径信道。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

8、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