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卫星移动通信信道特性分析(精)

收稿日期 :2003-09-10

基金项目 :国家自然科学基金资助项目 /个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006

作者简介 :1. 符世钢 (1979- , 男 , 云南安宁人 , 云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生 , 主要从事

移动通信关键技术研究 ;

2. 任友俊 (1973- , 男 , 云南宣威人 , 曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士 , 主要从事网络通信及其编程研究 ;

3. 申东娅 (1965- , 女 , 云南昆明人 , 云南大学信息学院副教授 , 主要从事移动通信研究 .

卫星移动通信信道特性分析

符世钢 1, 任友俊 2, 申东娅 3

(1. 3. 云南大学信息学院 , 云南昆明 650091; 2. 曲靖师范学院计科系 , 云南曲靖 655000

摘要 :卫星移动通信作为地面移动通信的补充 , 是实现全球个人通信的必不可少的手段之一 , 同时也是目前发展最迅速的通信技术之一 . 卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点 , 其电波传输距离远 , 经历的环境特殊 , 导致其信道特性远比地面系统复杂 . 因此 , 研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节 . 本文对其信道特性进行了具体深入的分析 , 并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨 .

关键词 :卫星移动通信 ; 信道特性 ; 传输损耗 ; 多普勒频移

中图分类号 :TN927+123 文献标识码 :A 文章编号 :1009-8879(2003 06-0071-04

与地面移动通信系统不同 , 卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离 , 其间要受到多种因素的干扰 . 这大大增加了接收信号的波动性 , 成为保证通信质量的最大障碍 . 为此 , 研究信道特性成为设计通信系统的首要任务 . 本文将对其进行具体分析 .

1 传输损耗

卫星移动通信中电波传播要经过对流层 (含云层和雨层、平流层直至外层空间 , 传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和 . 111 自由空间传输损耗

在整个卫星无线路径中自由空间 (近于真空

状态占了绝大部分 , 因此 , 首先考虑自由空间传播损耗 . 卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似 , 在自由空间模型中 , 接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数 [1]

. 当发射和接收天线均具有单位增益时 , 自由空间路径损耗为 :L f =10lg(

K 2=20lg(3@108

d f (db (1 当 d 取 km 、 f 取 GHz 为单位时 , 可简化为下式 :

L f =92145+20lgd +10lg f (db

112 大气层损耗

大气层在卫星无线路径中所占比例不大 , 但却是最不稳定的区域 , 其损耗是卫星移动通信最具特色的信道特征之一 . 伴随着天气的变化 , 降雨、降雪、云、雾等都不可避免地对穿透其中的电波产生损耗 , 个别极恶劣的天气甚至会造成通信信号的中断 . 由于各种客观条件的限制 , 目前对其损耗只能通过实际观测积累数据并由此总结出一些经验公式 .

在各种天气引起的损耗因素中 , 降雨损耗所占的比例最大且具有代表性 . 在雨中传播的电波会受到雨滴的吸收和散射影响而产生衰落 . 此时引入降雨衰减系数的概念 , 即由降雨雨滴引起的每单位路径上的衰减 R , R 如下式所示 :

第 22卷第 6期

2003年 11月

曲靖师范学院学报

JOURNAL OF QUJING TEACHERS COLLE GE

Vol. 22 No. 6Nov. 2003

R =41343@103Q +]0n(r 8(r , K d r (db/km (3 上式中 n(r d r 是单位体积中半径在r 和 (r + d r 之间的雨滴数目 , 它取决于降雨强度 ; 8(r, K 是半径为 r 的雨滴对电波为 K 的衰减截面 , 它取决于工作频率 . 值得注意的是 , 当电波波长远大于雨滴的直径时 , 降雨损耗中雨滴的吸收起主要作用 ; 而当雨滴的直径增加或波长缩短时 , 散射作用就会增大 [2].

理论上用降雨衰减系数与电波穿透的雨区路径相乘即可得总的降雨损耗 . 但实际上降雨衰减系数在电波传播路径上的不同点各不相同 , 给计算带来了极大的困难 , 为此需要对二者进行转换 . 此时引入了降雨强度 P 的概念 , 即单位时间的降雨量 , P 如下式所示 :

P =Q +]0n(r (3r 3 Q v(r d r (4 式中 , Q 是水的密度 , v(r 是地面处半径为 r 的雨滴的下落速度 .

在计算卫星通信传播路径上的降雨损耗时 , 必须知道降雨区域的等效路径长度D (B , 其基本定义如下 :

D(B =当仰角为 B 时传播路径上产生的总降雨衰减 /对应于地球站所在地降雨强度的单位距离降雨衰减系数 (5 在 1~50GHz 的频段内 , 可以认为降雨衰减大致

与降雨强度成正比 , 因此借助于降雨强度的概念 , (5 式可近似表示为 :

D(B = +]

R (r d r

R (0

(km (6

这就是说 , 所谓降雨地区的等效路径长度 , 就是把电波传播路径上不同点的不同降雨强度折算成地球站所在地的降雨强度时得到的等效路径长度 . 从 (5 式可以看出 , 可以用地球站所在地的降雨衰减系数与等效路径长度相乘 , 来得到仰角为 B 的传播路径上产生的总的降雨损耗 , 这将极大地方便我们进行计算和预测 .

但是 , 在具体计算 D(B 时 , 既不可能测定 Q +]0R (r d r , 又不可能计算出时刻都在变化着的等效路径长度的瞬时值 , 所以 , 一般都是使用等效路径长度的统计

值 . 它定义为 :某一仰角的传播路 , 概率的降雨衰减量 (db , 与同一时期内测得的、同一时间概率的降雨衰减系数之比 (db/km .

2折射、闪烁、法拉第旋转

除了大气层中的传输损耗外 , 大气层中的不规则特性也会对无线电波产生衰

减 . 此外 , 当电波通过电离层这一极其特殊的环境时 , 也会发生特殊的变化 .

211大气折射

无线电波穿透大气层时要发生折射 , 大气折射率随着高度增加、大气密度减小而减小 . 于是 , 从地球站看卫星 , 电波射线传播路径产生向上凸出的弯曲 , 致使该路径的仰角比真实仰角偏高 , 且还因传播途中大气折射率的变化而随时变化 . 大气折射率的这一变化对穿透其中的电波起到一个凹透镜的作用 , 从而使电波的聚束失散而引起散焦损耗 , 这种损耗与频率无关 . 此外 , 对流层的扰动引起大气折射率发生起伏 , 使得电波向各个方向上散射 , 导致了波前到达大天线口面时其幅度和相位分布不规则 . 这种损耗称为漫射损耗或散射损耗 . 散焦衰减和散射衰减通常都很小 , 但它们与大气层的天气状况无关而经常存在 , 因此在设计卫星移动通信系统 , 特别是低仰角系统时必须加以考虑 .

212闪烁

闪烁按其成因可分为大气闪烁和电离层闪烁 .

21211大气闪烁

由于大气折射率的不规则变化引起的信号强度的起伏现象 , 称之为大气闪烁 . 这类闪烁的周期约为几十秒 . 2~10GHz 的大气闪烁是由于大气的不规则引起的电波的多径散射和收敛 . 测量表明 , 标准大气中的信号强度为高斯分布 . 如直径为 30米的天线在仰角为 5b 的情况下 , 信号强度的起伏幅度为 016分贝 .

21212电离层闪烁

电离层中自由电子并非均匀分布 , 而是呈层式分布 , 此外 , 自由电子在电离层中不断地发生随时游动 . 电离层结构的这种不均匀性和时变性造成穿透其中的无线电波在振幅、相位、到达角、极化状态等方面发生短周期的不规则变化 , 这种现象称为 /电离层闪烁 0. 它与卫星移动通信系统的

#曲靖师范学院学报第 22卷

时间等有关 , 尤其与地磁纬度和当地时间有关 [3]. 在地磁赤道附近及高纬度地区 (尤其地磁 65b 以上电离层闪烁极其明显和频繁 . 时间上 , 在太阳活动较强的年份闪烁频度会明显增大 , 甚至在白天也能观测到闪烁 .

电离层闪烁涉及到的频域很宽 , 这使得通常采用的频率分集、极化分集、扩展频谱等抗衰落措施往往行不通 . 例如在 UHF 频段 , 3db 相关带宽超过 100MHz, 如要使用频率分集 , 则需要频率间隔大于 100MHz, 这在实现上存在很大困难 . 此外 , 电离层闪烁涉及的地域也很广阔 , 且电离层中不规则区域会发生漂移从而引起所涉及的地域发生变化 , 这些特点使得采用空间分集的抗衰落方法也变得不现实 . 目前解决电离层闪烁的有效办法是时间分集和编码分集 , 也可采用增加储备余量的方法来减小其造成的影响 .

213法拉第旋转

由于地球磁场的影响 , 电离层中等离子体媒质呈现出各向异性特性 . 卫星移动通信中电波广泛采用线极化和圆极化的形式 . 一个线极化波可以看成是等振幅的左旋和右旋两个圆极化波的合成 , 在属于磁性等离子媒质的电离层中传播时 , 由于其各向异性特性 , 这两者的相速不同 , 致使两个圆极化波之间的相位差发生变化 . 当它们通过电离层后 , 重新合成的线极化波的极化面相对于入射波方向产生缓慢的旋转 , 称为法拉第旋转 [4]. 旋转角度 H 的大小与电波频率、地球磁场强度、等离子体的电子密度、传播路径长度等有关 , 其计算可以使用下式 :

H =21365@104

f 2L

NB cos A d L (弧度 (7 式中 f 为频率 , N 是电子密度 , B 是地球磁场的磁能量密度 , A 是传播路径与地球磁场的夹角 , L 是在电离层中传播路径的长度 .

从上式可见 , 法拉第旋转的大小与频率的平方成反比 . 因此 , 对于较低的频率(1GHz , 为了克服法拉第旋转 , 需要采用圆极化作为发射电波的极化方式 , 或者采用极化跟踪技术 . 当频率升高 (尤其是大于 10GHz 时 , 法拉第效应往往可以忽略 , 此时就可以采用线极化波了 .

3阴影效应 , 多径衰落 , 多普勒频移其本身兼有卫星固定业务和移动通信双重特色 , 使其信道具有更多的复杂性 , 这成为研究的又一重点 .

311阴影效应

与单纯的固定业务卫星通信不同 , 卫星移动通信具有很大的机动性和灵活性 , 地面通信地点无法预先选择 . 因此当电波传播路径遇到建筑物、树木、起伏山丘等障碍的阻挡时 , 会造成接收信号电平的下降 , 这一现象称为阴影效应 , 所引起的信号衰落称为阴影衰落 , 其大小取决于障碍物状况和信号的频率 . 目前针对不同的障碍物已做出许多实际测试 , 比如针对树木遮挡损耗 , 典型的就有 Goldhirsh 和Vogel 实测的单棵树木在 870MHz(右旋圆极化传输的衰减量和 Michigan 进行的以 116GHz 电波仰角穿透单棵红树冠时的衰减量 . 从实际测试中已得到大量有用数据和经验公式 . 312多径衰落

无线电波在传播过程中会遇到建筑物、树木、山丘等各种障碍物 , 产生出反射波、散射波、绕射波 , 这就使得接收到的信号是从多条路径传播来的信号的合成 . 由于在各条路径上信号传输时间不同 , 到达接收端时相位也就不同 . 不同相位的信号叠加时往往是同相增强、反相减弱 , 有时甚至相互抵消 . 这样 , 接收信号的幅度将急剧变化 , 即产生了衰落 , 被称为多径衰落 .

与固定卫星通信不同 , 卫星移动通信中移动台的接收天线较小且几乎没有方向性 , 会从各个方向上接收信号 , 因此多径衰落广泛地存在于其信道中 , 其大小与工作频率、天线增益、天线仰角、地形等因素有关 . 例如对目前常用的 GEO(静止地球轨道卫星移动通信系统 , 其最大的多径衰落可以超过 20db. 目前克服多径衰落的措施主要有交织编码与卷积编码相结合、采用差分调制方式、极化成形及空间分集等 .

313多普勒频移

当无线电波收发终端之间产生相对运动时 , 接收端收到的频率相对于发送端而言就会发生变化 , 产生的这个附加频率偏移量称为多普勒频移 . 在卫星移动通信中 , 卫星和地面移动台的运动都会引起多普勒频移 , 其大小与卫星轨道高度、轨道类型、地面站纬度等因素有关 . MEO(中轨道、 LEO(低轨道卫星由于与地球产

生相对运动 , 因此多普勒频移通常比 GEO(静止地球轨道卫星 # 73 #

第 6期符世钢 , 任友俊 , 申东娅 :卫星移动通信信道特性分析

有最大的正多普勒频移 ; 当卫星通过地面移动台的最大仰角时 , 多普勒频移为零 ; 当卫星从地平面消失时 , 有最大的负多普勒频移 . 另外 , 卫星的轨道越低 , 飞行速度越快 , 多普勒频移就越大 . 如果两个发射频率之间的间隔不够大 , 即小于最大多普勒频移时 , 则接收端就可能产生相互干扰 . 同时 , 它还会使接收机输出信号幅度下降 , 也会引起较大的相位误差 . 多普勒频移通常采用闭环频率控制、预校正、差分调制等方法来解决 .

4 结论

在卫星移动通信的发展进程中其信道特性一直是研究的重点 . 本文从传输损

耗 , 折射、闪烁、法拉第旋转 , 阴影效应、多径效应、多普勒频移 3个方面进行分析 , 得出的结论普遍适用于 GEO, MEO, LEO, HEO 等多种卫星系统 , 在论述现象的同时给出了一批量化表达式 , 为理论预测打下了基础 . 从各种分析中可以看出 :由于卫星中继的特

殊位置 , 其双向链路传输损耗大 ; 在传输环境中的多种不稳定因素干扰下信道参数的波动性很大 , 且在个别情况下产生极大的接收信号衰落 . 因此 ,

如何对其特性进行优化必将成为又一个研究重点 .

参考文献 :

[1]Theodore S. Rappaport :Wireless communications principles and practice . Prentice Hall Inc. 中文本 :无线通信原理与应用 [M].蔡涛 , 李旭 , 杜振民译 . 北京 :

电子工业出版社 , 1999:50~51.

[2]全庆一 , 廖建新 , 于玲 , 等 . 卫星移动通信 [M]. 北京邮电大学出版社 , 2000:39~40.

[3]吴志忠 . 移动通信无线电波传播 [M ].北京 :人民邮电出版社 , 2002:85.

[4]张乃通 , 张中兆 , 李英涛 . 卫星移动通信系统 [M ].北京 :电子工业出版社 , 1997:25.

[5]张更新 , 张杭 . 卫星移动通信系统 [M ].北京 :人民邮电出版社 , 2001:95.

Analysis of channel property for mobile satellite communication

FU Sh-i gang 1, REN You -jun 2, SHEN Dong -ya 3

(1. 3. Information Co llege of Y u nnan Univer sity, K u nming Y unnan 650091, China; 2. Compu ter Dep. , Quji ng Teachers Co llege, Qujing Yunnan 655000, China

Abstract :As a complement of land -mobile communication, mobile satellite communication is an essential method to achieve global personal communication. Meanwhile, it is also one of the communication technologies that develop fastest now. Mobile satellite communication has double trait of both fixed satellite service and mobile

communication. The transmission of its electric wave has the trait of long distance and special environment. This lead to that its channel property is more complex than

land-mobile system. Thus, it is a key part to study its channel property for designing an efficient 、 practical communication system. This paper has done a special 、 deep analysis of its channel property and has discussed some settlements on certain loss factors.

Key words:mobile satellite communication; channel property ; transmission loss; Doppler frequency shift

[责任编辑 :李国发 ]

74#曲靖师范学院学报第 22卷

卫星移动通信信道特性分析

收稿日期:2003-09-10 基金项目:国家自然科学基金资助项目/个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006) 作者简介:1.符世钢(1979-),男,云南安宁人,云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生,主要从事移动通信关键技术研究; 2.任友俊(1973-),男,云南宣威人,曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士,主要从事网络通信及其编程研究; 3.申东娅(1965-),女,云南昆明人,云南大学信息学院副教授,主要从事移动通信研究. 卫星移动通信信道特性分析符世钢1,任友俊2,申东娅3 (1.3.云南大学信息学院,云南昆明 650091;2.曲靖师范学院计科系,云南曲靖 655000) 摘要:卫星移动通信作为地面移动通信的补充,是实现全球个人通信的必不可少的手段之一,同时也是目前发展最迅速的通信技术之一.卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点,其电波传输距离远,经历的环境特殊,导致其信道特性远比地面系统复杂.因此,研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节.本文对其信道特性进行了具体深入的分析,并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨. 关键词:卫星移动通信;信道特性;传输损耗;多普勒频移中图分类号:TN927+123 文献标识码:A 文章编号:1009-8879(2003)06-0071-04 卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信.近年来地面蜂窝移动通信系统得到了飞速发展,但是它的覆盖范围有限,仅能为人口集中的城市及其附近地区提供服务.为了获得全球范围的无缝覆盖,实现名符其实的全球个人通信,不得不引入卫星移动通信来作为地面移动通信的补充.卫星移动通信具有覆盖面积大、业务范围广、适用于各种地理条件等优点,在过去二三十年中发展十分迅速,成为极具竞争力的通信手段之一. 与地面移动通信系统不同,卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离,其间要受到多种因素的干扰.这大大增加了接收信号的波动性,成为保证通信质量的最大障碍.为此,研究信道特性成为设计通信系统的首要任务.本文将对其进行具体分析. 1 传输损耗卫星移动通信中电波传播要经过对流层(含云层和雨层)、平流层直至外层空间,传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和.111 自由空间传输损耗在整个卫星无线路径中自由空间(近于真空状态)占了绝大部分,因此,首先考虑自由空间传播损耗.卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似,在自由空间模型中,接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数[1] .当发射和接收天线均具有单位增益时,自由空间路径损耗为:L f =10lg( 4P K d )2=20lg(4P 3@108 d f )(db)(1)当d 取km 、f 取GHz 为单位时,可简化为下式: L f =92145+20lgd +10lg f (db) (2) 112 大气层损耗大气层在卫星无线路径中所占比例不大,但却是最不稳定的区域,其损耗是卫星移动通信最具特色的信道特征之一.伴随着天气的变化,降雨、降雪、云、雾等都不可避免地对穿透其中的电波产生损耗,个别极恶劣的天气甚至会造成通信信号的中断.由于各种客观条件的限制,目前对其损耗只能通过实际观测积累数据并由此总结出一些经验公式. 在各种天气引起的损耗因素中,降雨损耗所占的比例最大且具有代表性.在雨中传播的电波会受到雨滴的吸收和散射影响而产生衰落.此时引入降雨衰减系数的概念,即由降雨雨滴引起的每单位路径上的衰减R ,R 如下式所示: 第22卷第6期 2003年11月曲靖师范学院学报 JOURNAL OF QUJING TEACHERS COLLE GE Vol.22 No.6Nov.2003

无线信道传播特性分析总结

无线信道传播特性分析总结班级学号姓名随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们的生活工作有着巨大的影响。在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。 1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道。信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境,其传播特性也不尽相同。无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30。对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。 2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同时，电波在各条路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，包括加性噪声

11LED可见光通信信道特性分析

室内LED可见光通信信道特性分析陈旭（桂林电子科技大学信息与通信学院）【摘要】针对室内无线光通信系统中以高亮度发光二极管（LED）照明灯作为通信信号发射源的特点，建立的信道模型，分析了由于各个LED 发射端到接收端的距离差而引起的多径效应对通信系统的影响. 【关键词】光无线通信；多径效应 Channel characteristic analysis for Indoor LED Wireless Optical Communication Chen xu (Gulin university of electronic technology Information and communication Institute) 【Abstract】Aiming at the LED lights as the signal source for indoor optical wireless communication system, this paper establish the channel model and discusses the multi-path effects resulted from the different distance of each LED to the receiver, 【Key words】optical wireless communication; multi-path effects

1 引言 LED 与传统照明设备相比，具有使用电压低、功耗低、寿命长、易于小型化等优点，它另外的突出优点是响应灵敏度非常高、调制性能好、发射功率大，适合作为中短距离超高速无线光通信系统的光源。利用白光LED 发光特性，将信号调制到可见光上进行传输，可以构成LED 可见光无线通信系统。室内LED可见光无线通信系统的提出基于LED灯的照明性质和调制能力，在系统中需要考虑LED光源的发光原理和参数指标之外，还要考虑通信信道的特性对其影响。 2 室内LED可见光通信链路分析室内无线光通信的基本链路方式有很多种[1]。在本文描述的LED可见光无线通信系统中，假设LED室内照明灯固定在天花板上，以其为信号光源的通信链路主要有两种形式：直射式视距链接和漫射链接，如图1所示。 (a)直射式视距链接 (b)漫射链接图1可见光LED用于室内通信时的光链路方式在直射式视距链路中，LED光源发出的光直接照射到接收机的探测器表面上，优点是信号光源功率利用率高、容易实现高速数据链接，然而该链路要求光信号收端和发端始终对准连接，容易因链路上存在的障碍物而阻断。在以墙面反射为主的漫射链路中，系统为了获得更大的接收功率，接收机的探测器视角一般都比较大，虽然降低了对方向性的要求，系统不易受阴影效应影响，但链路中存在的多径效应会限制信号传输速率。 3 室内无线光通信信道模型建立无线光通信系统多采用光强度调制（IM）和直接检测技术（DD）。图2为一个简单的基于可见光LED、采用IM-DD技术[2]的室内无线通信信道模型。在IM0-DD的调制系统中，无论需要传输的通信信号是基带信号还是频带信号，由于LED瞬时发射功率不可能为负值，所以必须加一个直流偏置，以保证LED端输入电信号X(t)为非负信号，可表示为：

无线信道传播特性分析总结

无线信道传播特性分析总结姓名随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们的生活工作有着巨大的影响。在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。 1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道。信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境,其传播特性也不尽相同。无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30 ?B。对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径

传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。 2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同时，电波在各条路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，包括加性噪声(如高斯白噪声)、乘性噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时，会使有用信号难以恢复。无线信号在传播时，不仅存在自由空间固有的传输损耗，还会受到由于建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减，这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。下面将对无线信道的一些特性来进行分析。 2、1 大尺度衰落通常情况下，当接收机和发射机之间的相对位置在1-lOm的范围内变化时，接收信号功率的平均值基本保持不变。但当它们的相对位置的改变远超过上述范围时，接收信号的平均功率将会有几个数量级的变化。大尺度衰落正是用来描述接收机和发射机之间的距离有大尺度变化时，接收信号平均功率值的变化规律。在自由空间传播条件下，接收机接收的平均功率Pr可由下式给出：

无线传输信道的特性

通信工程专业研究方法论无线传输信道的特性学院：电子信息工程学院专业：通信工程班级：学号：学生：指导教师：毕红军 2014年8月

目录一、引言： (2) 二、无线电波传播频段及途径 (3) 2.1无线电波频段划分 (3) 2.2无线电波的极化方式 (4) 2.3传播途径 (4) 三、无线信号的传播方式 (5) 3.1直线传播及自由空间损耗 (5) 3.2 反射和透射 (6) 3.2.1斯涅尔（Snell）定律 (6) d 功率定律 (7) 3.2.2 4 3.2.3断点模型 (8) 3.3绕射 (9) 3.3.1单屏或楔形绕射 (9) 3.3.2多屏绕射 (10) 3.4散射 (12) 四、窄带信道的统计描述 (14) 4.1不含主导分量的小尺度衰落 (14) 4.2含主导分量的小尺度衰落 (16) 4.3多普勒谱 (16) 4.4大尺度衰落 (17) 五、宽带信道的特性 (18)

5.1多径效应对宽带信道的影响 (18) 5.2多普勒频移对宽带信道的影响 (21) 六、总结 (22) 七、参考文献 (23) 一、引言：各类无线信号从发射端发送出去以后，在到达接收端之前经历的所有路径统称为信道。如果传输的无线信号，则电磁波所经历的路径，我们称之为无线信道。信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机结合。同时，电波在各种路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时会使信号难以恢复。无线信号在传播时，不仅存在自由空间固有的传输损耗，还会受到建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减和相位的失真，这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。下面将讨论无线传输信道的主要特性。二、无线电波传播频段及途径 2.1无线电波频段划分

信道特性

恒参信道：有线电信道（明线，同轴电缆，双绞线电缆），光纤信道，无线电视距中继，卫星中继信道。 ? 由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的，因而可以等效为一个非时变的线性网络。从理论上讲，只要得到这个网络的传输特性，则利用信号通过线性系统的分析方法，就可求得已调信号通过恒参信道后的变化规律。网络的相位-频率特性还经常采用群迟延-频率特性来衡量，要满足不失真传输条件，等同于要求群迟延-频率特性应是一条水平直线. 随参信道: 短波电离层反射信道，超速波及微波对流层散射信道，超短波电离层散射信道，超短波超视距绕射信道。属于随参的传输媒质主要以电离层反射、对流层散射等为代表。 ? 随参信道的特性比恒参信道要复杂得多，其根本原因在于它包含一个复杂的传输媒质。 ? 虽然，随参信道中包含着除媒质外的其它转换器，但是，从对信号传输影响来看，传输媒质的影响是主要的，转换器特性的影响可以忽略不计。在此，仅讨论随参信道的传输媒质所具有的一般特性以及它对信号传输的影响。随参信道图：共同特点是：1.对信号的损耗随时间变化而变化，2，传输时延随时间变化而变化，3由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，也就是所谓的多径传播。多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成。 —— 由第i 条路径的随机相位； ————由第i 条路径到达的接收信号振幅 _______ 由第i 条路径达到的信号的时延；都是随机变化的 (1) 从波形上看，多径传播的结果使确定的载频信号变成了包络和相位都随机变化的窄带信号，这种信号称为衰落信号；（2）从频谱上看，多径传播引起了频率弥散（色散），即由单个频率变成了一个窄带频谱。通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落。 ) ()(0t t i i τω?-=)(t i μ)(t i τ) (),(),(t t t i i i ?τμω ω?ω τd d )()(=

无线信道传播特性

无线信道传播特性分析总结

无线信道传播特性分析总结班级学号姓名随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们的生活工作有着巨大的影响。在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。 1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道。信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境,其传播特性也不尽相同。无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30 ?B。对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性, 使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。 2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同

信道习题讲解

1信号分别通过图所示的两个电路，试讨论输出信号有没有群迟延畸变？ 2设某恒参信道的传递函数d t j e k H ωω?=0)(，0K 和d t 都是常数。试确定信号s(t)通过该信道后的输出信号的时域表达式，并讨论信号有无失真？ 3某恒参信道的传输函数为d t j e T H ωωω?+=)cos 1()(0，其中，和为常数，试确定信号通过后的输出信号表示式，并讨论有无失真。 4假设某随参信道的二径时延差τ为1ms ，试问在该信道哪些频率上传输衰耗最大？选用哪些频率传输信号最有利（即增益最大，衰耗最小）？ 5已知高斯信道的带宽为4kHz ，信号与噪声的功率比为63，试确定这种理想通信系统的极限传输速率。 6已知有线电话信道的传输带宽为3.4KHz ：（1）试求信道输出信噪比为30dB 时的信道容量；（2）若要求在该信道中传输33.6kb/s 的数据，试求接收端要求的最小信噪比为多少？ 7具有6.5MHz 带宽的某高斯信道，若信道中信号功率与噪声功率谱密度之比为45.5MHz ，试求其信道容量。 8某待传输图片有6 1025.2×个像素，每个像素有12个亮度电平，各电平独立地以等概率出现；试计算用3分钟传送该图片所需的信道带宽（设要求接收图像信噪比达到30dB ）。 9计算机终端通过电话信道传输数据，电话信道带宽为3.2kHz ，信道信噪比为30dB,终端采用N=256进制，且各符号相互独立等概出现，求：信道容量？无误码传输的最高符号速率？ 10假设在一个信道中，采用二进制传输数据，码元传输速率为2000B ，信道带宽为4000Hz ，设信道输出信噪比为S/N≥31，试分析该系统能否实现数据传输（估计系统潜力）？ 11已知某信道无差错传输的最大信息速率为max b R ，信道的带宽为2/max b R B =，设信道中的噪声为高斯噪声，单边功率谱密度为0n ，试求此时系统中信号的平均功率。 12已知电话信道的带宽为3.4kHz ，试求：（1）接收端信噪比为30db 时的信道容量；（2）若要求信道能传输4800b/s 的数据，则接收端要求的最小信噪比为多少？ 13黑白电视图像每幅含有5103×个像素，每个像素有16个等概率出现的亮度等级。要求每秒钟传送30帧图像。若信号输出S/N=30db ，计算传输该黑白电视图像所要求的信道的最小带宽。 14设某恒参信道为如图示意的线性二端网络。试求它的传输函数)(ωH ，并说明信号通过该信道时会产生哪些失真。

无线信道模型

无线信道模型摘要：本文分析了无线信道模型。针对的是对无线信道的各种效应感兴趣的读者。众所周知，正是这些复杂的效应使得无线信道产生了不确定性，也就是通常所说的统计特性。由于这方面很少有比较全面，容易理解的资料，所以本文的内容是对其他几本书和相关的论文资料的综合。此外的资料不是只讨论了部分问题，就是虽然面面俱到，但缺乏一定的深度。本文深入探讨了“是什么影响了无线信道的特性？”这一问题。主要阐述了无线信道的两种效应：一种是乘性效应，使信号产生衰落；另一种是加性效应，使接收到的信号产生畸变。信号的衰落不一定总是随机过程，但信号的畸变却总是。对于信道对信号产生的各种效应，找到了较好的数学模型，这些模型可以用来仿真和分析系统的性能。而且，我们简单举例分析了一些数字无线调制信道的特性。内容 1 介绍 2 无线电信道 2.1路径损耗 2.1.1 天线 2.1.2 自由空间传播 2.1.3 双线模型 2.1.4 经验和半经验模型

2.1.5其他模型和参数 2.2 阴影 2.2.1 阴影模型 2.2.2 测量结果 2.2.3 阴影修正 2.3 衰落 2.3.1 物理基础 2.3.2 数学模型 2.3.3 衰落的时域和频域特性 2.3.4 一维统计特性 2.3.5 二维统计特性 2.3.6 衰落率和持续时间 3 调制信道 3．1 噪声 3．1．1 门限噪声 3．1．2 窄带高斯白噪声 3．1．3 人为噪声 3．1．4 一些结果 3．2 干扰 4 数字信道 4．1 数字信道的结构 4．2 高斯白噪声信道下二进制PAM信号的以SNIR为自变量的函数BER的计算

4．3 瑞利信道下BPSK信号以SNIR为自变量的函数BER的计算4．4 高斯白噪声信道下其他数字调制方案的一些结果 5 结论第一章介绍

无线移动信道特性分析(论文)

福建水利电力职业技术学院无线移动信道特性分析（论文)

福建水利电力职业技术学院信息工程系 09级通信工程技术专业毕业设计(论文）任务书无线移动信道特性分析

摘要本论文介绍了无线信道的基本概念和特性,对幅度服从莱斯分布和瑞利分布的衰落信道的概率密度函数进行分析。建立了多径衰落信道模型[2],详细分析了BFＳK信号在多种衰落信道中误比特率与信噪比的关系，并进行了性能比较。结果表明,瑞利衰落信道的误比特性能较高斯白噪声信道和莱斯信道的误比特性能更差,且所建立的仿真方法可以作为多径衰落信道的分析方法。本文针对目前无线信道存在的不确定性的信道衰落对无线通信质量提高有不利因素的状态,为改善无线移动通信系统多径时延[3］扩展而引起的符号间干扰的现状。关键词：衰落信道；误比特率;瑞利衰落信道;莱斯衰落信道;高斯白噪声信道目录无线移动信道特性分析?错误!未定义书签。

摘要?错误!未定义书签。绪论?错误!未定义书签。 1 无线移动通信技术的发展及应用?错误!未定义书签。 1.1 无线移动通信技术发展历史和趋势[５]............................................................... 错误!未定义书签。 1.2 无线移动通信技术相关业务及频谱?错误!未定义书签。１.3 无线移动通信技术应用设想?错误!未定义书签。本章小结....................................................................................................................... 错误!未定义书签。 2 无线信道的概念和特性?错误!未定义书签。２.1 无线信道的定义?错误!未定义书签。 2.2 无线信道的类型................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.1 传播路径损耗模型................................................................................. 错误!未定义书签。 2.2.2 大尺度传播模型....................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2．３小尺度传播模型................................................................................... 错误!未定义书签。 2．3 无线移动信道的概念......................................................................................... 错误!未定义书签。２.4 移动信道的特点................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.4.1 移动通信信道的３个主要特点 ............................................................... 错误!未定义书签。 2.4.2 移动通信信道的电磁波传输?错误!未定义书签。 2.4.3 接收信道的3类损耗 (11) 2.4.４三种快衰落(选择性衰落）产生的原因 ............................................. 错误!未定义书签。 2．４.5 接收信号的４种效应........................................................................... 错误!未定义书签。本章小结?错误!未定义书签。 3 移动信道的传输特性和信道模型................................................................................. 错误!未定义书签。 3．１传输损耗的初步定量分析............................................................................. 错误!未定义书签。 3.1.1 大范围传输损耗的定量分析?错误!未定义书签。 3.1.2 中小范围传输损耗的定量分析?错误!未定义书签。 3.１.３移动信道中的噪声和干扰 ................................................................... 错误!未定义书签。本章小结....................................................................................................................... 错误!未定义书签。４CDMＡ技术[１1]?错误!未定义书签。 4.1 CDMA技术含义.............................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2 CDMA技术的优点?错误!未定义书签。本章小结?错误!未定义书签。致谢....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................................... 错误!未定义书签。绪论无线信道也就是常说的无线的“频段(Ｃhaｎneｌ）”，其是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。

通信原理第四章习题

第四章习题一、填空题 1．狭义信道是指传输媒质。 2．广义信道按照它包含的功能可分为：调制信道和编码信道。 3. 根据乘性干扰的特性，调制信道可分为恒参信道和随参信道；其中，光纤信道、无线电视距中继、卫星中继信道属于恒参信道，散射信道、短波电离层反射信道属于随参信道。 4. 当无信号时，加性噪声是否存在？是乘性噪声是否存在？否 5. 信号通过线性系统的不失真条件是|H （ω）|= 常数，)(ωψ= 通过原点的直线。 6. 信号在随参信道中传输时，产生频率弥散的主要原因是多径效应。 7. 宽频带信号在短波电离层反射信道中传输时，可能遇到的主要衰落类型是频率选择性衰落。 8. 信道容量的含义是单位时间内信道传输的最大的信息量。 9．根据Shannon 公式，理想通信系统是指传信率趋于信道容量和差错率趋于0的通信系统的通信系统。 10．在高斯信道中，当传输系统的信号噪声功率比下降时，为保持信道容量不变，可以采用增大信道带宽办法。二、简答题 1. 什么是调制信道？什么是编码信道？说明调制信道和编码信道的关系。 2. 随参信道传输媒质的特点？ 3. 什么是相关带宽？如果传输信号的带宽宽于相关带宽，对信号有什么影响？ 4. 试根据随参信道的传输特性，定性解释快衰落和频率选择性衰落现象。答：随参信道的传输特点是，多径传播和每条路径的时延和衰耗都是时变的。当接收到的信号互相加强时，合成信号幅度大；当接收到的信号互相削弱时，合成信号幅度小。这样就形成了快衰落现象。当发射的信号有许多频率成分时，每个频率的信号都是经过多条路径传输后到达接收端的，一些频率成分的多径信号互相削弱，别一些频率成分的多径信号互相加强，这样就使接收到的不同频率的信号幅度不同，形成频率选择性衰落现象。 2-8试定性说明采用频率分集技术可以改善随参信道传输特性的原理。 5. 信道中常见的起伏噪声有哪些？它们的主要特点是什么？答：信道中常见的起伏噪声有：（1）热噪声：电阻类导体中，自由电子的布朗运动引起的噪声；（2）散弹噪声：真空管、半导体等器件内部，由于载流子发射、分配的不均匀所引起的噪声；（3）宇宙噪声：由于天体辐射引起的噪声。它们的主要特点是均为高斯白噪声：即概率密度函数为高斯型，功率谱密度为均匀谱。

无线信道传播特性分析总结讲解学习

无线信道传播特性分析总结

信道特性分析

2.1 时延扩展和相干带宽在移动通信中，由于多径效应的存在，使得接收端收到的信号与实际发送的信号相比在时间上被拉长了，这种现象称为时延扩展。在数字通信中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到相邻码元周期中而引起码间串扰。解决码元串扰的方法就是使码元周期大于时延扩展。与时延扩展有关的一个重要的概念就是相干带宽。当在移动通信中存在两个频率间隔较小的衰落信号时，由于不同传播时延的存在，使得原来不相干的这两个信号变得相干起来。使此种情况发生的频率间隔被称为相干带宽（ B）,它取 C 决与时延扩展。 2.2 信道衰落的分类根据发送信号与信道变化快慢程度的比较，信道可以分为快衰落信道和慢衰落信道。快衰落信道是指信道冲击响应在符号周期内变化很快，即信道的相干时间比发送信号的信号周期要短。快衰落仅与由运动引起的信道变化率有关，实际上，它仅发生在数据率非常低的情况下。慢衰落信道是指信道冲击响应变化率比发送的基带信号S(t)变化率低得多，因此可以假设在一个或若干个带宽倒数间隔内，信道均为静态信道。对频域来说，慢衰落意味着信道的多普勒扩展要比基带信号的带宽小得多。显然，信号经历的是快衰落还是慢衰落取决于移动站的速度（或信道路径中物体的移动速度）和基带信号的发送速率。根据相干带宽和信号带宽的比较，信道可以分为平坦衰落和频率选择性衰落。所谓平坦衰落是指当信号带宽远小于信道的相干带宽时，信号通过该信道后各频率分量的变化是一致的，信号波形没有失真，也没有发生码间串扰。而当信号带宽大于信道相干带宽时，该信号中不同的频率分量在经过信道后遭受的衰落程度是不一样的，这就导致了信号波形失真，造成码间串扰，此时的衰落称为频率选择性衰落。不同的衰落类型之间的关系如下图所示。

信道种类及其特点

信道分类及其特点根据通信的概念，信号必须依靠传输介质传输，所以传输介质被定义为狭义信道。另一方面，信号还必须经过很多设备(发送机、接收机、调制器、解调器、放大器等)进行各种处理，这些设备显然也是信号经过的途径，因此，把传输介质(狭义信道)和信号必须经过的各种通信设备统称为广义信道。我们这里研究的是狭义上的信道，即信号的传输介质。信道可分为两大类：一类是电磁波的空间传播渠道，如短波信道、超短波信道、微波信道、光波信道等；它们具有各种传播特性的自由空间，习惯上称为无线信道；另一类是电磁波的导引传播渠道。如明线信道、电缆信道、波导信道、光纤信道等。它们具有各种传输能力的导引体，习惯上就称为有线信道。一、有线信道： 1、架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的裸线，它是一种在20世纪初就已经大量使用的通信介质。架空明线安装简单，传输损耗比电缆低，但通信质量差，受气候环境等影响较大并且对外界噪声干扰比较敏感，因此，在发达国家中早已被淘汰，在许多发展中国家中也已基本停止了架设，但目前在我国一些农村和边远地区受条件限制的地方仍有不少架空明线在工作着 2、双绞线电缆(TP)：将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种： 3类：传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有“cat3” 4类：网络中不常用 5类（超5类）：传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较厚，皮上注有“cat5” 超5类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4，目前较少应用。 STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头(水晶头)，连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，如安装4个中继器连5个网段，最大传输范围可达500米。

卫星移动通信信道特性分析(精)

收稿日期 :2003-09-10 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 /个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006 作者简介 :1. 符世钢 (1979- , 男 , 云南安宁人 , 云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生 , 主要从事移动通信关键技术研究 ; 2. 任友俊 (1973- , 男 , 云南宣威人 , 曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士 , 主要从事网络通信及其编程研究 ; 3. 申东娅 (1965- , 女 , 云南昆明人 , 云南大学信息学院副教授 , 主要从事移动通信研究 . 卫星移动通信信道特性分析符世钢 1, 任友俊 2, 申东娅 3 (1. 3. 云南大学信息学院 , 云南昆明 650091; 2. 曲靖师范学院计科系 , 云南曲靖 655000 摘要 :卫星移动通信作为地面移动通信的补充 , 是实现全球个人通信的必不可少的手段之一 , 同时也是目前发展最迅速的通信技术之一 . 卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点 , 其电波传输距离远 , 经历的环境特殊 , 导致其信道特性远比地面系统复杂 . 因此 , 研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节 . 本文对其信道特性进行了具体深入的分析 , 并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨 . 关键词 :卫星移动通信 ; 信道特性 ; 传输损耗 ; 多普勒频移中图分类号 :TN927+123 文献标识码 :A 文章编号 :1009-8879(2003 06-0071-04

卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信 . 近年来地面蜂窝移动通信系统得到了飞速发展 , 但是它的覆盖范围有限 , 仅能为人口集中的城市及其附近地区提供服务 . 为了获得全球范围的无缝覆盖 , 实现名符其实的全球个人通信 , 不得不引入卫星移动通信来作为地面移动通信的补充 . 卫星移动通信具有覆盖面积大、业务范围广、适用于各种地理条件等优点 , 在过去二三十年中发展十分迅速 , 成为极具竞争力的通信手段之一 . 与地面移动通信系统不同 , 卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离 , 其间要受到多种因素的干扰 . 这大大增加了接收信号的波动性 , 成为保证通信质量的最大障碍 . 为此 , 研究信道特性成为设计通信系统的首要任务 . 本文将对其进行具体分析 . 1 传输损耗卫星移动通信中电波传播要经过对流层 (含云层和雨层、平流层直至外层空间 , 传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和 . 111 自由空间传输损耗在整个卫星无线路径中自由空间 (近于真空状态占了绝大部分 , 因此 , 首先考虑自由空间传播损耗 . 卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似 , 在自由空间模型中 , 接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数 [1] . 当发射和接收天线均具有单位增益时 , 自由空间路径损耗为 :L f =10lg( K 2=20lg(3@108 d f (db (1 当 d 取 km 、 f 取 GHz 为单位时 , 可简化为下式 : L f =92145+20lgd +10lg f (db (2

高速铁路环境下的无线信道特点

高速铁路环境下的无线信道特点在高速铁路的传输环境下，其传输信道不仅具有上述一般移动信道的特点，而且还具有一些独特的地方，这使得如今应用于公众移动信道的诸如CDMA，GSM，UMTS等数字蜂窝网通信系统在这样的环境下不能够完全适用【231。主要有几个方面： 1)高衰耗高速列车的车体有金属车窗和面板组成，由于高速行驶的要求，使得车体必须完全封闭。这样一个封闭的车厢可以看作一个法拉递金属小屋。这将导致额外的路径损耗，大约20dB。这样大的额外路径损耗对于一般的通信系统来说是无法容忍的。 2)弱场强区和场强盲区的覆盖高速列车要经常通过隧道、路堑和深沟。在这些环境下的衰耗是非常大的。比如在一般的隧道环境下，衰耗大约为。当然，衰耗值还与隧道的长度，截面积，土壤，岩石的电导率、磁导率以及隧道内的车辆数有很大的关系，这些都是需要考虑的因素。因此，一般的公众移动通信无线网是不能适合于这样的传输环境的。这种传输环境下的无线覆盖区将变得不规则，传输质量经常恶化，作为高速列车的运行安全和乘客的通话质量要求来说都是不能接受的。 3)铁路环境高速铁路的铁路线大多铺设在人口比较稀少的地区。在这种远郊环境下的无线链路质量与人口稠密的市区将有显著的差异，因此大多数针对于后者设计的通信体制在前者的环境下无法充分达到原设计的传输质量标准。对于铁路线路必不可少的隧道和路堑，也使得传统的网络设计无法适用。 4)列车速度一般的移动通信系统在考虑移动通信时的速度远远达不到高速列车的运行速度。而随着移动体速度的增加，导致接收信号的多普勒的线性增加，从而引起接收信号的快速衰落。在这种条件下，使得无线信道质量急剧恶化，误码率大大增加。作为提高接收机性能，降低由于多径效应所引起的高误码率的信道均衡，在这种快衰落信道下将很难实现信道的预测和均衡。

无线信道各种表征以及关系

时间色散信道中的一些公式推导 1、系统函数之间关系推导 1.1系统函数系统函数如下：输入延迟扩展函数 ),(τt h 时变传输函数 ),(f t H 延迟多普勒扩展函数 ),(τνs 输出多普勒扩展函数 ),(f v B 1.2 系统函数之间的关系首先我们用延迟扩展函数写出输入和输出信号之间的关系 ?+∞ ∞ --=τττd t h t x t y ),()()( （1）将输入延迟扩展函数 ),(τt h 对延迟变量τ做傅里叶变换，可以得到时变传递函数),(f t H ： ()d τe t,τh f t H πfτj 2),(-+∞∞-?= （2）当对输入延迟扩展函数 ),(τt h 的t 做傅立叶变换，就可以得到延迟多普勒扩展函数(简称扩展函数) ),(τνs ： ()()dt e t h v s vt j πττ2,,-+∞ ∞-?= （3）最后，将传递函数),(f t H 对绝对时间t 做傅立叶变换，得到输出多普勒扩展函数：（4）由上式可知，输入延迟扩展函数(,)h t τ与时变传输函数(,)H t f 、延迟多普勒扩展函数(,)s v τ与输出多普勒扩展函数(,)B v f 分别是关于时间变量τ的一对傅立叶变换函数。 2(,)(,)j vt B v f H t f e dt π+∞--∞ =?

输入延迟扩展函数(,)h t τ与延迟多普勒扩展函数(,)s v τ、时变传输函数 (,)H t f 与输出多普勒扩展函数(,)B v f 分别是关于绝对时间t 的一对傅立叶变换函数。 2、相关函数 2.1 系统函数与相关函数之间的关系首先定义对应四个系统函数的相关函数分别为： *(,){(,)(,)}s R v v E s v s v ττττ';,'=' (5) *(,){(,)(,)}h R t t E h t h t ττττ';,'='' (6) *(,;,){(,)(,)}H R t t f f E H t f H t f ''='' (7) *(,,,){(,)(,)}B R v v f f E B v f B v f ''='' (8) 2.1.1广义平稳非相关散射(WSSUS)假设在实际应用中，为使问题简化，提出了广义平稳非相关散射(WSSUS)假设。首先解释广义平稳(Wide-Sense Stationary, WSS)。从数学上说，如果自相关函数与时间,t t '无关，而只和它们的差t t t ?=-'有关，则该信道是广义平稳的。在数学上，平稳性应该是在一个无限长的时间上都是满足的；但在实际中，我们通常认为在几十倍的多普勒频率倒数（相关时间）上满足平稳性就是平稳的。在广义平稳假设下，有： (,;,)(,,)h h R t t R t ττττ''=?' （9）所谓非相关散射(US)，是指不同延迟的散射体的分布是不相关的，这也意味着： (,;,)(,,)()h h R t t R t t τττδττ''='-' （10）从物理上解释，US 假设就是指一个回波对另一个延迟不同的回波不能提供任何信息。对传递函数，US 假设意味着： ()() f f f t t R f f t t R H H ?+=,,,,;,''' （11）所以，与绝对频率无关，只与频率差有关。 2.1.2 公式推导将式（3）代入延迟多普勒扩展函数 ),(τνs 的相关函数，在广义平稳非相关散射(WSSUS)假设条件下，可得：

卫星移动通信信道特性分析(精)

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无线信道传播特性分析总结

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无线传输信道的特性

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无线信道各种表征以及关系

通信原理第四章习题