1-1-2-3-基本概念解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 电波传播工程计算中的一些根本概念,1.1 无线电通信信道的表述方法,信道：所谓信道是指传输信息的媒质或通道。仅指传播媒质而言的信道称为狭义信道。,信道的主要共性：,1.全部信道均具有输入端；,2.全部信道均具有输出端；,3.即使信道输入端无信号输入，在输出端也存在 着噪声输出；,电波科学争论的重点之一是：各种媒质对所传输信号的最终作用结果衰减、时延、畸变等。特殊是对流层和电离层等随机时变媒质影响更简洁。,1,我们引入信道模型来表征信道的一般特征。,最简洁的信道模型如图1-1所示，为信道输入端已调制信号，是输出信号。,图1-1 信道模型,4.信号在传输过程中均患病衰减和时延，或受到其它影响，如衰落，畸变等；,5.绝大多数信道是线性的，满足叠加原理。,2,信道的输出输入间的关系为：,其中 因子表示信道对所传输信号的作用，称为乘性干扰因子；n(t)是信道混迹于信号中确定数量的噪声干扰，称为加性干扰因子；加性干扰n(t)与输入信号 彼此独立不发生依从关系，即使信道没有信号输入，在输出端照旧存在。而k(t)伴随信号存在。不同的信道就反映在不同的n(t)和k(t)。,(,1-1,),一般是一个简洁的函数，从相对意义上讲信道分为两类：恒参信道，即可把 看成不随时间变化或根本不随时间变化的信道；随参信道或称随机时变信道,即 是随机函数的信道。,3,随参信道的主要特点：,(1)传输衰减不稳定，信号有慢衰落现象；,(2)信号传输时延不稳定；,(3)多径传输，使接收信号有快衰落与频率选择性 衰落。,典型的随参信道有短波电离层反射信道、对流层散射信道等。明显，对随参信道的分析比恒参信道简洁得多。,下面简要争论对无线电通信信道的几项根本传输特性传输损耗、衰减特性、多径效应等。,4,1.2 传输损耗,传输损耗是用以度量信道衰减特性的物理量。对于某一具体的传输电路，定义放射天线输入功率 与接收天线输出功率 匹配时之比为该电路的系统传输损耗，假设以分贝表示，则为,(,1-2,),信号在信道中传输时总有衰减，一方面是随着电波传播距离的增加，由于球面波自然集中引起的衰减；另一方面传输媒质及障碍物等对电波的吸取、散射、绕射、或反射等引起衰减。,5,由电波传播根本理论可知，接收点场强 有效值的表示式为,(,1-3,),接收点的功率流密度 即坡印亭矢量值及接收天线的输出功率 分别为,(,1-4,),(,1-5,),6,其中 为自由空间接收点场强，为该电路的衰减因子，与 分别为放射天线和承受天线的增益，为收发天线间的距离，为电波波长。,则,：,1-6,由于衰减因子 通常小于1，故 为负值，则为正值表达了媒质对电波作用而引起的传输损耗，由上式可以看出，系统传输损耗 与工作频率、传输距离、传播方式、媒质特性以及收发天线增益等因素有关，一般为几十至200dB左右。,7,在式(1-6)中，假设令,即假设收发天线无方向性。则所得表示式为,由于 与天线增益无关，仅预备于电路的传输状况，故称它为根本传输损耗或称为路径损耗。,(,1-7,),8,假设同时又令 即衰减因子 ，即假设电波是在自由空间内传播，则得,(,1-8,),其中 称为自由空间传播损耗。,所谓自由空间传播损耗是指球面波在传输过程中，随着传播距离的增加，能量的自然集中而引起的损耗。,衰减因子 是相对自由空间的传输损耗。由13式得,(,1-9a,),9,一般状况下 ，故 为一负值。在习惯上，常常承受以下表示方法：,由于传输状况不同，媒质传输损耗 可能包含有以下局部：,吸取损耗，反射影响或散射，极化耦合损失，孔径介质耦合损失，波的干预效应。,信道电波传播工程计算的重要内容之一就是计算A值。,(,1-9b,),10,11,1.3 多径传输,在随机时变信道中，有放射点发出的电波可能通过多条路径到达接收点，这种现象称为多径传输。,就每条路径的信号而言，它的衰减和时延都是随机变化的，经多径传输后的接收信号将是多径随机信号的合成。,设信道输入端的信号为：经过n条路径传输后，在信道输出端的信号 则：,(,1-10,),12,式中，是第j条路径接收信号的振幅，是第j条路径的传输时延，是由 引起的滞后相位。实际观测觉察,与 较之放射信号的周期，其变化要缓慢得多，即 与 可看成是缓慢变化的随机过程。,则：,令,13,则：,式中，,表示合成波 的,包络,，,(,1-11,),表示合成波 的,相位,。,由式111可以看出：,1.从波形上看，多径传输的结果使单一载频确实定信号 变成了包络和相位都受到调制的窄带信号见图1-3(a)。由于它是大量的独立随机变量之和，因而这样的信号也是衰落信号。,2.从频谱上看，多径传输引起了频率弥散，即由单一频率变成了一个窄带频谱见图1-3(b)，使信号产生非线性失真。凡具有这种传输特性的信道就称为衰落多径信道，或称时变时延闲逛信道。,14,接收信号频谱中频率间隔较大的重量，有着不同的且随时间而随机变化的衰减和相移，这种现象就称为频率选择性衰落。,当上述信道传输宽带信号时，会产生,频率选择性衰落,现象，这是多径传输效应的又一重要特征。,为简化分析，设多径传输路径只有两条，且假定到达接收点的两条路径信号具有一样的幅度。由于传输路径的长度不同，两路信号之间有时延差 。此时接收点场强是由两条路径传来的，相位差为 的两个信号的叠加图1-4(a)。,15,很明显，由于路径效应，信道对不同频率的重量有不同的响应，如图1-4(b)所示的辐射特性。由于信道的时变性，相对时延差 是随机变量，故幅频特性曲线上消逝的零点与极点在频率轴上的位置是随机变化的。,上述概念可以推广到多径传输状况。明显，接收信号频谱中频率间隔较大的重量，有着不同的且随时间而随机变化的衰减和相移。,16,在多径传输状况下，对信号电平有奉献的各重量是经过不同路径，从不同方向到达接收点，因而具有一个路径时延的散布范围。假设令 是最长路径与最短路径之间的路径时延，称它为多径散布。定义多径散布的倒数为信道相关带宽，即,假设传输信号的频谱宽度大于 ，则信号波形将产生,明显的畸变。为此在系统设计中不得不对所传输信号的带,宽有所限制。,(,1-12,),17,通常的方法是依据给定概率的 值及允许的失真度来确定容许的传输带宽。,如：短波信道传输信号带宽，一般为0.5-5kHz。,表1-1中给出了某些信道多径散布的一般数量范围，它与信道类型、通信距离、天线波束宽度、射线仰角等因素有关。由于随参信道的时变性，不同的 值消逝的概率也不同。,18,返回,19,图14 频率选择性衰落,a多径传输等效电路,b幅频特性,返回,20,返回,21,