2G课件 第4章 移动通信的电波传播与干扰.pptVIP

第4章 移动通信的电波传播与干扰 【本章内容简介】本章首先介绍了无线电波的基本概念及其传播特性、信道的结构组成及信道的类型，然后详细阐述了噪声的产生原因和干扰的形成及解决办法。通过对信道及噪声与干扰的基本概念的了解，为学习后续课程作好准备。 【学习重点与要求】本章重点掌握无线电波的传播特性，包括移动通信中的快衰落和慢衰落，了解无线电波的传播方式，了解信道的组成及抗干扰的措施。 4.1 无线电波的传播 4.1.1 无线电波研究任何无线通信系统必须弄清电波传播的特性，下面先介绍电波的基本概念。在中学阶段学习物理时我们就已经知道，通有交流电流的导体的周围，会产生变化的磁场，变化的磁场又引起变化的电场，变化的电场又在它周围更远的地方引起变化的磁场。磁场、电场不断的互相交替产生，向四周空间传播的电磁场，叫电磁波。无线电波是电磁波的一种。人耳能听到的声音频率在20Hz～20KHz之间，称之为音频，声音的传播速度为340m/s，受环境影响较大，衰减很快，所以不能传送到很远的地方。电磁波频率高，传播速度与光速一样，可达3×108/s，具有较强的辐射力和较长的传播距离，但人耳却听不到。 4.1.1 无线电波 如果将声音通过话筒转换成电信号，装载到具有强辐射力、波长短、频率很高的电磁振荡波上，然后借助天线发射出去。经这样装载的声音就可以传播得很远。一般我们把音频信号叫做调制信号。将发射机中的振荡电路产生频率很高的电磁振荡，称为载波。音频信号加到“载波”的过程叫做调制，经过调制后的高频振荡信号叫已调信号。已调信号是装载有信息的无线电波，通过天线辐射出去，这种传播信息的方式称为无线电通信。无线电通信就是不用导线的通信。电磁波是无线通信的载体。 4.1.2 无线电波的波段划分 无线电波的频率从几十KHz到几万MHz。为了便于应用，习惯上将无线电频率范围划分为若干区域，叫做频段或波段。不同频段的无线电波，其传播方式、主要用途和特点也不相同。表4-1列出了按波长划分的波段名称、相应波长范围和它们的主要用途。 表4-1 无线电频段划分 4.1.3 无线电波的传播方式 在无线通信中，是利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的。电磁波在传播过程中，电场矢量和磁场矢量的振幅总维持特定方向，这种现象称为极化。 无线电广播采用垂直极化波（电场方向垂直地面）；电视采用水平极化波（电场方向与地面平行）；卫星通信采用平面圆极化波（电场振幅不随时间变化，方向以等角速度旋转）。在移动通信中，发射天线采用的是垂直极化。 4.1.3 无线电波的传播方式 无线电波传播的机理是多种多样的，发射机天线发出的无线电波，通过不同的路径到达接收机。由于电波通过各个途径的距离不同，因而到达的时间也不同，相位也不同。总体上可以归结为反射、绕射和散射三种。当频率f＞30MHz时，典型的传播通路如图4-1所示。沿路径①从发射天线直接到达接收天线的电波称之为直射波，它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿路径②的电波经过地面反射到达接收机的电波称之为地面反射波；沿路径③的电波沿地球表面传播的电波，称之为地表面波，由于地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播距离迅速减小，因此，在VHF和UHF频段的地表面波的传播可以忽略不计。在蜂窝移动通信系统中，电波遇到各种障碍物时会产生反射和散射现象，它对直射波会引起干涉，即产生多径衰落现象。影响电波传播的三种基本传播机制是反射波、绕射波和散射波。 4.1.3 无线电波的传播方式 1．反射波当电波传播遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面等，如图4-2所示。 2．绕射波当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至存在于阻挡体的背面。绕射使得无线电信号绕地球曲线表面传播，能够传播到阻挡物后面。 3．散射波当电波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射波。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际移动通信环境中，接收信号比单独绕射和反射的信号要强。这是因为当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散布于所有方向，这就给接收机提供了额外的能量。 4．2 移动通信中电波传播特性 无线电波的传播特性与电波传播环境密切相关，这些环境包括地形地貌、人工建筑、气象条件、电磁干扰等情况，以及移动台的移动速度与使用的频段。在蜂窝移动通信系统中，接收机的接收功率随距离而减小的现象被认为是路径损耗。而多数移动通信系统工作在城区，发射机和接收机之间无直接视距路径，而且高层建筑产生了强烈的绕射损耗。此外，由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径的电波相互作用引起多径损耗，同时随着发射机和接收机之间距离的不断增加而引起电