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1、会计学1无线通信的技术无线通信的技术(jsh)第一页，共60页。n n3.1.1 自由空间传播(chunb)损耗 n n自由空间电波传播(chunb)是无线电波最基本、最简单的传播(chunb)方式。第2页/共60页第二页，共60页。n n若以 dB为单位(dnwi)，则Lf可以表示为：n nLf=92.44+20lgd+20lgfn n其中，d的单位(dnwi)为km，f的单位(dnwi)为GHz。下下面面两两图图分分别别给给出出了了自自由由空空间间传传播播损损耗耗与与传传播播路路径径长长度度的的关关系系图图和和距距离离为为36000 km时时自自由由空空间间传传播损耗随频率变化播损耗随频率
2、变化(binhu)的关系曲线。的关系曲线。第3页/共60页第三页，共60页。第4页/共60页第四页，共60页。第5页/共60页第五页，共60页。n n例题n n卫星(wixng)和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自由空间损耗：n n解：由书上公式（38），n nFSL=(92.4+20log42000+20log6)=200.4dB第6页/共60页第六页，共60页。3.1.2 3.1.2 链路附加链路附加链路附加链路附加(fji)(fji)损耗损耗损耗损耗n n大气吸收损耗n n雨衰n n折射、散射(snsh)与反射、电离层闪烁与多径等引起的附加损耗。第7页/共60页第七页
3、，共60页。链路附加链路附加(fji)损耗损耗 大气分层大气分层地球大气层的结构地球大气层的结构(jigu)(jigu)对流层：地面上对流层：地面上 0 10 km 0 10 km平流层：约平流层：约10 10 60 km 60 km电离层：约电离层：约60 60 400 km 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km第8页/共60页第八页，共60页。1.大气吸收损耗 在大气各种气体中，氧气、水蒸汽对电波的吸收衰减(shui jin)起主要作用，水蒸汽的第一吸收峰在223GHz，氧气在60GHz(5070GHz间)。对非常低的水蒸汽密度，衰减(shui jin)可假定与
4、水蒸汽密度成正比。第9页/共60页第九页，共60页。在在0.3l0GHz的的频频段段，大大气气损损耗耗(snho)小小，适适合合于于电电波波传传播播，这这一一频频段段是是当当前前应用最多的频段。应用最多的频段。30GHz附附近近也也有有一一个个低低损损耗耗(snho)区。区。第10页/共60页第十页，共60页。2.2.2.2.雨衰雨衰雨衰雨衰n n产生：雨滴的吸收和散射。n n影响：雨滴会吸收入射电波的一部分电能(dinnng)，转换为热能消耗掉，同时又把部分电波能量散射到周围空间，即雨滴变成了二次辐射源。雨衰的产生雨衰的产生(chnshng)(chnshng)及影响及影响 第11页/共60页
5、第十一页，共60页。第12页/共60页第十二页，共60页。第13页/共60页第十三页，共60页。2 2 2 2 不同波段不同波段不同波段不同波段(bdun)(bdun)(bdun)(bdun)信号受雨衰的影响信号受雨衰的影响信号受雨衰的影响信号受雨衰的影响 n n雨衰的大小取决于雨滴直径和电磁波的波长雨衰的大小取决于雨滴直径和电磁波的波长n n当其波长远大于雨滴的直径时，降雨衰减差不多是由吸收引起的，而当雨滴当其波长远大于雨滴的直径时，降雨衰减差不多是由吸收引起的，而当雨滴直径增加或者波长较短时，散射直径增加或者波长较短时，散射(snsh)(snsh)引起的衰减较大。引起的衰减较大。第14页/
6、共60页第十四页，共60页。仰角为仰角为的传播路径上的降雨衰减量为：的传播路径上的降雨衰减量为：LR=RlR()LR=RlR()RR是降雨衰减系数，定义为由雨滴引起的单位长度上的衰减，单位是降雨衰减系数，定义为由雨滴引起的单位长度上的衰减，单位dBdBkmkm。lR()lR()是降雨地区是降雨地区(dq)(dq)的等效路径长度。的等效路径长度。3 3 3 3 降雨降雨降雨降雨(jin y)(jin y)(jin y)(jin y)衰减量计算衰减量计算衰减量计算衰减量计算第15页/共60页第十五页，共60页。第16页/共60页第十六页，共60页。3.大气折射的影响大气折射的影响 在在大大气气层层
7、中中，离离地地球球表表面面越越高高，空空气气密密度度越越低低，对对电电波波(din b)的的折折射射率率也也随随之之减减小小，使电磁波在大气层中的传播路径出现弯曲。使电磁波在大气层中的传播路径出现弯曲。第17页/共60页第十七页，共60页。第18页/共60页第十八页，共60页。4.4.电离层、对流层闪烁电离层、对流层闪烁电离层、对流层中电子密度的随机不均匀性，造成了穿越其中的电波电离层、对流层中电子密度的随机不均匀性，造成了穿越其中的电波(din(din b)b)的散射。的散射。第19页/共60页第十九页，共60页。第20页/共60页第二十页，共60页。5 5 多径多径多径多径n n地面或环境
8、(hunjng)设施(包括建筑物和树木等)对信号的反射，可形成多径传播。对于天线高度低、增益小的移动终端更容易出现这样的情况，如图3-6所示。第21页/共60页第二十一页，共60页。第22页/共60页第二十二页，共60页。n n信号通过多径信道到达接收端时，由于(yuy)不同路径的信号延时不一样，接收端多径信号可能同相叠加，合成信号增强；也可能各多径信号反相抵消，合成信号被减弱，从而形成信号的衰落。第23页/共60页第二十三页，共60页。3.2 3.2 卫星移动通信卫星移动通信卫星移动通信卫星移动通信(tng xn)(tng xn)链路特性链路特性链路特性链路特性 向用户提供优质可靠的移动通信
9、(tng xn)服务调制方式、多址访问方式、编码方式信道传播特性信道传播特性第24页/共60页第二十四页，共60页。1.Rician传播传播(chunb)模型模型第25页/共60页第二十五页，共60页。接收信号由建筑物、树木或其它反射物形成的反射波构成的多径信号分量(fn ling)与直射波信号分量(fn ling)合成。包络包络r(t)服从服从 分布，分布，相位服从相位服从的均匀分布，的均匀分布，r(t)可表示为可表示为第26页/共60页第二十六页，共60页。概率密度函数曲线概率密度函数曲线(qxin)(z=1,=2.4)r-接收信号的包络接收信号的包络z-直射波信号的幅度直射波信号的幅度2
10、-平均多径功率平均多径功率 -是第一类零阶修正贝塞尔函是第一类零阶修正贝塞尔函数数第27页/共60页第二十七页，共60页。n n2.Rayleigh2.Rayleigh传播传播(chunb)(chunb)模型模型n nRayleighRayleigh密密度度是是RicianRician分分布布的的特特殊殊情情况况，即即当当没没有有直直射射分分量量(z(z0)0)时时，接接收收信信号号全全部部由由多多径径信信号号组组成成，其其信信号包络号包络r r的概率密度函数为：的概率密度函数为：式中，式中，是平均多径功率。是平均多径功率。第28页/共60页第二十八页，共60页。瑞利分布瑞利分布(fnb)的概
11、率密度的概率密度 信号包络信号包络(bo lu)低于低于的概率为的概率为 第29页/共60页第二十九页，共60页。n n3.lognormal传播模型n n卫星与地面站之间的直射(zh sh)信号被路边的树木或其它障碍物吸收或散射掉时，阴影效应出现。此时的信号包络r由于阴影而成为lognormal的。第30页/共60页第三十页，共60页。概率密度函数曲线（概率密度函数曲线（）其中，其中，和和 分别是分别是 的均的均值和方差。值和方差。第31页/共60页第三十一页，共60页。1.1.天线方向图：描述天线在整个天线方向图：描述天线在整个(zhngg)(zhngg)空间内辐射功率的分布情况。空间内辐
12、射功率的分布情况。方向图通常都有两个(lin)或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。3.3 3.3 天线天线天线天线(tinxin)(tinxin)的方向性和电极化问题的方向性和电极化问题的方向性和电极化问题的方向性和电极化问题 第32页/共60页第三十二页，共60页。n n天线方向(fngxing)图的主要参数:n n 主瓣的半功率角（波束宽度）在主瓣最大辐射方向两在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一（功率密度降低一半）的两点间的夹角。半）的两点间的夹角。波束宽度越窄，方向性越好，作用波束宽度越窄，方向性越好，作用(zuyn
13、g)距离越远，抗干扰能力越强。距离越远，抗干扰能力越强。第33页/共60页第三十三页，共60页。第34页/共60页第三十四页，共60页。n n通过副瓣发送的某些功率，可能(knng)对其他无线电系统形成干 扰；反 之，它 本 身 也 可 能(knng)接收到由其他站发出、通过副瓣进来的干扰信号。注意(zh y)第35页/共60页第三十五页，共60页。第36页/共60页第三十六页，共60页。第37页/共60页第三十七页，共60页。n n喇叭天线（horn）第38页/共60页第三十八页，共60页。第39页/共60页第三十九页，共60页。第40页/共60页第四十页，共60页。3.4 3.4 噪声噪声
14、噪声噪声(zoshng)(zoshng)干扰干扰干扰干扰n n 卫星通信系统涉及空间段和地面段，存在有各种各样(zhn yn)的噪声和干扰，主要包括系统热噪声、宇宙噪声和外部环境干扰等。第41页/共60页第四十一页，共60页。n n3.4.1 系统热噪声n n热噪声n n通信系统中使用的所有有源器件都会产生热噪声。只要传导媒质不处于热力学温度的零度，其中的带电粒子就存在随机运动，产生对信号形成干扰(gnro)的噪声，称为热噪声。噪声的大小以功率谱密度n0来量度，它与温度有关：第42页/共60页第四十二页，共60页。n n其中：k为波尔兹曼常数(chngsh)（1.380541023”焦耳K），
15、计算中常取为-2286dBWKHz；T为噪声源的噪声温度。n n注意：噪声的功率谱密度与频率无关，为白噪声。第43页/共60页第四十三页，共60页。3.4.2 3.4.2 宇宙宇宙宇宙宇宙(yzhu)(yzhu)噪声噪声噪声噪声 宇宙噪声源自外层空间，是由恒星和星际(xngj)物质的热气体辐射的。太阳太阳(tiyng)第44页/共60页第四十四页，共60页。第45页/共60页第四十五页，共60页。n n对于低轨道卫星移动通信系统，星座的运行可使太阳处于某些星际链路的延长线上，此时太阳在某卫星天线的前向视角内，其干扰将阻塞该链路，甚至对灵敏的光接收机前端造成(zo chn)物理性损害，若空间网某
16、些链路被阻塞，将影响空中网的路由选择。第46页/共60页第四十六页，共60页。卫星卫星(wixng)通信网的连接拓扑通信网的连接拓扑第47页/共60页第四十七页，共60页。3.4.3 3.4.3 外部环境干扰外部环境干扰外部环境干扰外部环境干扰(gnro)(gnro)n n外部环境干扰主要包括大气噪声、降雨(jin y)噪声、地面噪声。第48页/共60页第四十八页，共60页。第49页/共60页第四十九页，共60页。n n3.4.3 其他干扰n n卫星通信系统的其他干扰主要(zhyo)包括：系统间干扰、共道干扰、互调干扰、交叉极化干扰等。n n图3-8示出了典型的在卫星天线方向上与共用频段的地面
17、微波系统之间产生干扰的情况。为了避免系统间的严重干扰，国际电联对卫星发射功率、天线的方向性、工作条件等作出了相应的规定。(系统间干扰1)第50页/共60页第五十页，共60页。第51页/共60页第五十一页，共60页。n n不同卫星系统地球(dqi)站之间的干扰和相邻卫星之间的干扰也可能出现。为此，在天线旁瓣的抑制、指向精度的控制，地球(dqi)站的选址和站间距离、卫星位置精度保持等方面也有相应的限制。(系统间干扰2)第52页/共60页第五十二页，共60页。第53页/共60页第五十三页，共60页。n n为了充分利用频率资源，提高(t go)系统得频率再利用率，相同频道可能分配在指向不同地区的两个波
18、束覆盖区，或利用相互正交的极化方式来隔离同频信道。(共道干扰)第54页/共60页第五十四页，共60页。第55页/共60页第五十五页，共60页。第56页/共60页第五十六页，共60页。n n当转发器用于转发多载波信号时，互调干扰(gnro)是需要考虑的问题。由于总是希望星载转发器有较高的功率效率，但高效率的功放可能产生较明显的非线性，使各载波信道的信号之间形成互调干扰(gnro)。第57页/共60页第五十七页，共60页。n n互互调调干干扰扰是是由由传传输输信信道道中中的的非非线线性性电电路路产产生生(ch(ch nshng)nshng)的的。例例如如，当当两两个个或或多多个个不不同同频频率率的的信信号号同同时时输输入入到到非非线线性性电电路路时时，由由于于非非线线性性器器件件的的作作用用，会会产产生生(ch(ch nshng)nshng)许许多多谐谐波波和和组组合合频频率率分分量量，其其中中与与所所需需信信号号频频率率。相相接接近近的的组组合合频频率率分分量量会会顺顺利利地地通通过过接接收收机机而而形形成成干干扰扰，这这就就是是互互调干扰。调干扰。第58页/共60页第五十八页，共60页。第59页/共60页第五十九页，共60页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第60页/共60页第六十页，共60页。