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 (3)
2.3传播途径 (4)
三、无线信号的传播方式 (4)
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
现代的数字通信系统频谱主要集中在300KHz到5GHz之间，尤其是500KHz到2GHz之间的频段使用更密集，比如GSM系统使用的是900MHz和1800MHz，WCDMA系统使用的是1940MHz—1955MHz和2130MHz—2145MHz。
2.2无线电波的极化方式
电磁波是一种横波，其“电场矢量”、“磁场强度矢量”和“波的传播方向”三者之间“两两互相垂直”。常用“电场强度矢量”的变化来代表电磁波的变化。其中“电场强度矢量”的方向具有确定的规律，这种现象成为电磁波的极化。
线极化波：电磁波在空间传播时，如果电场矢量的空间轨迹为一条直线，始终在一个平面
内传播，则称为线极化波。
圆极化波：若电场矢量在空间的轨迹为一个圆，即电场矢量围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。
2.3传播途径
无线电波的传播途径有地面传播、电离层传播、空间传播、对流层传播和外球层传播五种。
三、无线信号的传播方式
无线信号传播的最简单的情况是自由空间传播，即一个发送天线和一个接收天
线存在于自由空间中。在更为实际的情况下，还存在绝缘和导电的障碍物（相互作用体），如果这些相互作用体有光滑的表面，电磁波就会被反射，而另一部分能量则会穿透相互作用体传播；如果相互作用体表面粗糙，电磁波将发送散射。最终电磁波会在相互作用体边缘发生绕射。
3.1直线传播及自由空间损耗
假设自由空间中单发单收天线的情形，能量守恒表明，对围绕发送天线的任何
一个闭合表面上的能量积分，都应该等于发送功率。假设某一闭合表面是以发射机天线为圆心、半径为d 的球面，并且假设天线的辐射各向同性，那么该表面的能量密度为2
()4TX
TX P P d d
π=
，TX P 为发送天线能量，认为接收机天线有一个“有效面积”RX A ，可以认为撞击到该区域的所有能量都被接收天线收集到，于是接收能量为：
2
1
()4TX TX
RX P d P A d
π= (式3.1）
如果发送天线不是各向同性的，那么能量密度必须要乘以接收天线方向上的天
线增益TX G ，天线有效面积与天线增益有一个简单的关系式：
2
4=
TX RX G A π
λ
（式3.2）
将式3.2代入式3.1，得到接收功率RX P 为以自由空间距离d 为变量的函数，也成为Friis 定律：
2
()4TX TX TX RX P d P G G d λπ⎛⎫= ⎪⎝⎭
（式3.3）
因子24d
πλ
⎛⎫
⎪⎝⎭
也称为“自由空间损耗因子”。
Friis 定律使用与天线远场，例如：发送天线和接收天线至少要间隔一个瑞利距
离，瑞利距离定义如下：
22a
R L d λ
=
（式3.4）
其中a L 为天线最大尺寸，并且远场要求a d
L 以及d
λ。
3.2 反射和透射
3.2.1斯涅尔（Snell ）定律
电磁波在到达接收机之前通常被一个或者多个相互作用体所反射，相互作用
体的反射系数以及反射发生的方向，决定了到达接收机处的功率。为了得到一个精确的数学方程式，考虑下面的设置，让一个均匀平面波以入射角射向一个点介质半空间，绝缘物质用介电常数0=r εεε和电导率e σ来描述，此外还假设材料各向均质，相对磁导率1r μ=。介电常数和电导率能够合并成一个参数，即复介电常数：
02e
r e
j
f σδεδεπ==- （式3.5） 平面波以入射角e θ射向半空间，e θ定义为波矢量K 与垂直于电介质边界的单位矢量之间的夹角。我们必须要辨明横磁波TM 和横电波TE 的情形，对于TM 波，磁场分量平行于两个电介质的交界面，而对于TE 波，电场分量平行于该交界面，如下图所示：
根据Snell 定律可以求出反射和透射系数； 对于TM 波：
2121cos cos cos cos e t
TM e t
δδρδδΘ-Θ=
Θ+Θ （式3.5）
1212cos cos cos e
TM e t
T δδδΘ=
Θ+Θ （式3.6）
对于TE 波：
TM 波
TE 波
图3-1
1
212cos cos cos cos e t
TE e t
δδρδδΘ-Θ=
Θ+Θ （式3.7）
1122cos cos cos e
TM e t
T δδδΘ=
Θ+Θ （式2.8）
在高损耗的物质中，透射波不再是各向同性的平面波，所以Snell 定律不再适
用，而是在电介质交界面产生一个导波。然而在实际应用中，主要的相互作用物都是低损耗介质，如山峰、建筑物等，所以可以应用Snell 定律。
3.2.2 4
d -功率定律
虽然Snell 定律给出了精确的数学公式，但是由于实际情况并不满足Snell 公
式的前提假设，而且Snell 公式计算复杂，在实际工程中并不适用。现在我们介绍无线通信中的一个经验定律，接收信号功率与收发天线距离的四次方成反比。这个定律通常可以通过计算只有一个直射波加一个地面反射波情况下的接收功率来证明是有效的，如下图所示：
可以推到出如下公式：
2
2
()TX RX TX TX TX RX h h P d P G G d ⎛⎫
≈ ⎪⎝⎭
（式3.9） 其中TX RX h h 和分别是发送天线和接收天线的高度，该公式在距离大于如下值时有效：
4/break TX RX d h h λ≥ （式3.10）
将4d -功率定律与Friis 定律相结合，可以得到接收功率与距离的关系:
图3-2
我们将上式推导出的接收功率与一个实际测量到的功率进行对比，如下图所示：
图3-3
从图中可以看到，衰减系数n=2和n=4之间的变化实际上并不是明显的断点，而是
很平滑的。所以端点的选择是更具数学模型进行直线拟合后来确定的，并没有固定
的设置方法。
3.2.3断点模型
如果考虑反射和其他路径，衰减系数n并不一定等于4；可用如下方程表示
（式3.11）对于不同的环境有不同的经验值，在自由空间中n=2；在平原地区n=3；在丘陵地区n=3.5；在郊区n=4；在市区n=4.5，所以在利用断点模型计算损耗时要根据不同的环境还取适当的衰减系数。
3.3绕射
直射、反射和透射都是针对无限延伸的相互作用体，然而真正的相互作用体，比如汽车，大楼等都是空间有限的。而有限大小的物体并不会产生尖锐的影音，而是发生绕射，这是由于电磁波辐射的波特性决定的。绕射主要有两个经典问题：一个均匀平面波被刀刃或屏绕射；一个均匀平面波被一个楔形物绕射。
3.3.1单屏或楔形绕射
最简单的绕射问题是一束均匀平面波被一个半无限的屏所绕射，如图3-4所示。根据惠更斯原理，可以这样理解绕射：波阵面的每一点都可以看做是球面波的源点。对于一个均匀平面波来说，多个球面波的叠加产生了另外一个均匀平面波，见平面''
到之间的而变化。
A B
图3-4 惠更斯原理
根据惠更斯原理，我们可以求出单屏绕射的绕射角和接收电场强度。
绕射角arctan arctan s TX s RX d TX RX h h h h d d θ⎛⎫⎛⎫
--=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
（式3.12） 菲涅尔参数
2()
TX RX
F TX RX d d v d d θλ=+ （式3.13）
菲涅尔积分
()2
exp()2
F
v F t F v j dt π=-⎰
（式3.14）
接收电场强度
()01exp()22total F E jk x v ⎛⎫
=- ⎪⎝⎭
（式3.15）
3.3.2多屏绕射
单屏绕射已广泛研究，因为它可以用闭式数学来计算，并且构成了解决其他复杂问题的基础。实际上，我们通常会遇到发射机和接收机之间有多个相互作用体的情形，比如越过市区环境的房顶传播时就会是这种情况。多屏绕射除了几种特殊的情况，没有求精确解的一般方法，下面我们给出几种近似方法。 布林顿（Bullington ）方法
Bullington 方法是用一个“等价”的单屏来替代多屏。这个等价屏是用如下方法推导的：从发射机出发做各个实际障碍物的切线，并且选择最陡峭的那一条（上升角最大的那一条），那么所有的障碍物要么与这条直线相接触，要么就是在这条直线一下；同样，从接收机出发做各个障碍物的切线，选择最陡峭的那一条。等价屏就取决
图3-5 单屏反射
有嘴最陡峭的发射机切线和最陡峭的接收机切线的交界面，如图3-6所示，在该屏出的绕射场就可以用单屏绕射的公式来计算了。
Epstein-Petersen 方法
Bullington 方法仅由两个屏就决定了等价屏，造成了Bullington 方法的精度不高。这个问题可以有Epstein-Petersen 的方法来稍微缓解。这种方法利用单独计算每个屏的绕射损耗，然后把不同屏引起的衰减以对数刻度加在一起，如图3-7所示。
Deygout 方法
Deygout 方法的体系与Epstein-Petersen 方法相似，因为它也是要把每个屏引起的衰减假加起来，然而Deygout 方法中的绕射角是用不相同的算法来定义的。
第一步：取定当只有第i 个屏存在时发射机和接收机之间的衰减；
第二步：引起最大衰减的屏定义为“主屏”——其索引定义为ms i ；
第三步：计算发射机与主屏尖端由第j 个屏引起的衰减（j 从1到ms i ）。引起最大衰减的屏定义为“次主屏”。同样第，计算主屏与接收机由第j 个屏引起的衰减（1ms j i >+）；
第四步：作为可选步骤，重复该过程以产生“次辅屏”，等等。
图3-6 Bullington 方法得到的等价屏
图3-7 Epstein-Petersen 方法
第五步：把所有考虑的屏产生的损耗加起来（以dB 为单位）。
不同方法间的比较
这三种方法各有优劣，对于不同的场合可以选择不同的方法来近似计算绕射的损耗。Bullington 方法最大的优点就是计算简单。然而，这种简单性同样也带来了相当大的不准确性，物理存在的大多数屏不会影响等效屏的位置，甚至是最高的屏也不会产生影响，但是在实际中，这些高的障碍物确实会对传播损耗产生影响并且产生一个附加衰减。Epstein-Petersen 方法相对也Bullington 方法是个更精确的模型，这种方法仍然只是近似，由于这种方法在对数刻度上对衰减进行求和，因而导致了线性刻度上总的衰减呈指数增长。同样Deygout 方法得到的总损耗与屏的数目成指数增长，而且，如果实际上有一个屏起主导作用，大部分损耗是由它引起的，则Deygout 方法工作得很好。否则，它就会产生相当大的误差。
3.4散射
发射机发射的电磁波，照射到比载波波长小的物理上（如：路灯、树叶、交通标志等），反射出多路较弱的电磁波，如图3-8所示，再传到无线通信接收机的天线处。下面介绍计算散射的两个主要理论：Kirchhoff 理论和微扰理论。
Kirchhoff 理论
Kirchhoff 理论只需要少量的信息——也就是，平面振幅的概率密度函数。这个理论假设高度变化很小，以至于平面上不同散射点并不会相互影响。在粗糙表面导致光纤同时被散射到了其他方向，如图3-9所示，这种功率减小可以用有效反射系数rough 来表图3-8 粗糙表面的散射
示，在高斯概率密度分布下，该反射系数变为：
20exp 2(sin )rough smooth h k ρρσψ⎡⎤=-⎣⎦ （3.16）
其中h σ是高度分布的标准差，0k 是波数2/πλ，ψ是入射角。
微扰理论
微扰理论推广了Kirchhoff 理论，不仅使用了表面高度的概率密度函数，还有她的空间相关函数。也就是说，它考虑了当我们沿着表面移动某一距离时，高度变化有多快。其几何表示如图3-10所示。
空间相关函数定义为
2(){()()}h r r r W E h r h r σ∆=+∆ （式3.17）
散射在通信领域对典型的应用就是天波利用对流层进行散射通信，如图3-11所示
图3-9 Kirchhoff 理论反射
图3-10 微扰理论的几何表示
图3-11 对流层散射通信
从无线信号的几种传输方式中，直射是比较理想的情况，实际中很少直接利用直射来求衰减。在空旷的郊区可以将直射和反射想结合，利用断点模型来求传输衰减，这样的理论计算值和实际测量值比较接近。在建筑物多的城区，无线信号基本没有直射了，到达接收机的信号经过了绕射、散射、透射等多种方式，要依据具体场景选择不同的近似模型来计算。
四、窄带信道的统计描述
在许多环境中，要描述所有的决定不同的多径分量（MFC）的反射、绕射和散射是及其复杂的。通常更可取的方法是描述信道某一参数取得某一个值的概率。最重要的参数是信道增益，因为他决定了接收功率和场强，当然这个增益小于1。
由于接收机功率与距离有关，根据距离的变化导致接收机功率的变化，我们可以将信道衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落。当接收机功率波动发生在大约一个波长的范围内时，称为小尺度衰落，这些波动产生的原因是不同多径分量之间的干涉。如果波动发生在10个波长以上，典型的为几百个波长，则称为大尺度衰落，这种衰落主要由于大型物体的阴影效应引起的。
4.1不含主导分量的小尺度衰落
接收机从各个方向上接收到的波的振幅的平均值都相同，而且各个路径具有独立的幅度和相位，接收机的接收信号相位为各径相位相加，如图4-1所示。
通过统计学的数学推导可以证明不含主导分量的小尺度衰落的接收机信号的实部和虚部都服从均值为零的正态分布，实部与虚部相独立，从而可以推出幅值r 服从瑞利分布，
222()exp 2r r
r pdf r σσ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦ （式4.1） 2
2
()2r cdf r σ= （式4.2） 相位ϕ服从均匀分布
1()2pdf ϕϕπ
=
（式4.3） 瑞利分布场强的衰落余量 由于场强是随机变量，即使是大的场强均值也不能保证所有的时刻都能成功通信，相反地，仅仅在一定百分比的情况下场强才超过最小值。因此变成了这样一个问题“给定成功通信所需要的最小功率或者场强，平均功率要有多大才能保证通信在所有情况下有x%的成功率？”，也就是衰落余量也多大。
根据定义，累积分布函数给出了某一场强电平不会被超过的概率。为了达到x%的中断概率，可以规定
2min min 2()2r x cdf r σ
=≈ （式4.4） 即可计算出场强的均方值22σ
图4-1 不含主导分量
衰落余量
2
2min
2
r
x
σ=（式4.5）
4.2含主导分量的小尺度衰落
当一个主导的多径分量，比如一个视距分量或者一个主导的镜面反射分量，存在时，衰落统计量会发生变化，可以证明接收信号的实部和虚部相互独立，实部服从均值为A的正态分布，而虚部服从均值为零的正态分布。
从而可以推导出幅值的概率密度函数服从莱斯分布：
22
222
()exp
2
r r A rA
pdf r I
σσσ
⎛⎫
+⎛⎫
=- ⎪ ⎪
⎝⎭
⎝⎭
（式4.6）
22
222
()exp
2
r r r A rA
cdf r I dr
σσσ
-∞
⎛⎫
+⎛⎫
=- ⎪ ⎪
⎝⎭
⎝⎭
⎰0r≤<∞（式4.7）
莱斯分布随机变量的均方值是：222
2
r A
σ
=+
含主导分量的小尺度衰落的衰落余量为：
2
2
22
min min
2(1)
r
K
r
r r
σ+
=（式4.8）
4.3多普勒谱
接收机的移动会引起接收频率的偏移，称为多普勒频移，如图4-2所示。如果移动台（MS）移动，多径分量以不同方向到达移动台引起了不同的频率偏移，这导致了接收频谱的扩展。
当一个波仅从一个单一方向到来时，多普勒频移的表达式为
1cos()
c c
v
f f f v
c
γ
⎡⎤
=-=-
⎢⎥
⎣⎦
式（4.9）
图4-2 多普勒频移
式中γ表示移动台的速度矢量v 与移动台处波方向的夹角。显然，频谱偏移依赖于波的方向，而且在一定范围max max ~c c f v f v -+之内，其中max 0/c v f v c =。
如果有多个多径分量，我们就需要知道入射波功率随γ变化的函数分布。这样我们就要考虑入射波的概率密度函数，到达接收机的多径分量以移动台的天线模式加权。当入射角γ服从均匀分布时，即波均匀的从各个方位角方向入射，并且都到达水平平面。这种情况对应于没有视距连接的情形，并且大量的相互作用体均匀地分布在移动台周围，进一步假设天线是垂直偶极子天线，则多普勒频谱变为：
()
22max 1.5D S v v v πΩ
=- （式4.10）
这种频谱称为经典谱或者Jakes 谱。其频谱图如下：
4.4大尺度衰落
由不同的多径分量的叠加而产生的小尺度衰落，在几个波长的空间范围内快速变化。如果场强在一个小的区域内进行平均，我们得到了小尺度平均（SSA ）场强，SSA 场强在小范围内可以看做是常数，但在大范围内是变化的，这样的变化成为大尺度衰落。大尺度衰落主要由于地形的阴影效应引起的。
许多实验研究表明，小尺度平均场强F 用对数刻度来描绘时，是均值为μ的高斯分布。这样的分布时对数正态分布，它的概率密度函数是：
()210220log ()()22dB F F F F pdf F F μσσπ⎡⎤-=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦
（式4.11） 大尺度衰落的衰落余量
图4-3 经典多普勒谱
根据累计密度函数可以求得大尺度衰落的衰落余量
0max {}{
}Out r r F F L M P P L L L P σσ=+>=> （式4.12）
式中M 为对应中断概率Out P 的衰落余量。 实际情况下，大尺度和小尺度衰落都会发生，衰落余量必须要考虑两个效果的结合。有一种简单的方法是将瑞利分布的衰落余量与对数正态分布的衰落余量相加，但是由于两中衰落余量间不是简单的线性关系，直接相加会过高的估计了所需的衰落余量。
五、宽带信道的特性
在上一部分，我们讨论了多径传播和多普勒频移对窄带信道中信号的接收场强和时变性的影响。然而现在和未来的大多数无线通信系统为了满足足够高的数据速率或者满足多址接入技术方案，一般采用很大的带宽，因此我们需要讨论宽带信道的特性。
5.1多径效应对宽带信道的影响
多径效应对宽带信达的影响从时域上描述是，信道的冲击响应不是δ函数，到达信号的持续时间比发送信号的长，如图5-1所示，称为时延色散；从频域上描述是带宽不同，信道的传输函数不同，如图5-2所示，称为信道的频率选择性。
图4-4 大尺度衰落的概率密度函
用信道的功率时延谱来描述宽带信道的时延色散，它是某一时延处接收信号功率的期望值：由不同时延的信号分量具有的平均功率所构成的谱。时延功率谱表示在[],d τττ+内到达接收机的信号功率强度，与多普勒频移无关，表达式如下：
2
()(,)h P h t dt ττ+∞
-∞=⎰ （式5.1） 时延功率谱可以作为一个静态区域的最终测量结果绘出来的量，但是它仍然是个函数。为了快速得到测量结果的概貌，最好使每一个测量活动都用单个参数来描述，最常用的方法是时延功率谱的归一化矩。
我们以计算零阶矩开始，即功率在时间上的积分（总功率）：
()m h P P d ττ+∞
-∞=⎰ （式5.2）
归一化一阶矩（平均时延）为：
()h m m P d T P τττ
+∞-∞=⎰ （式5.3）
归一化二阶中心矩（均方根时延扩展）：
22()h m m P d S T P ττττ
+∞
-∞=-⎰（式5.4）
上述三个参数中均方根时延扩展有着特殊的地位，在某些特定环境下，S τ越小，时延扩展越轻微，S τ越大，时延扩展越严重。
均方根时延扩展S τ和相干带宽coh B 是相关联的，两者有如下如确定关系：
图5-1 宽带信道的频率选择性 图5-2 宽带信道的频率选择性
1
2
coh
B
S
τ
π
≥（式5.5）
根据衰落和频率的关系，可以将多径衰落分为两类：一是衰落状况与频率有关的频率选择性衰落，即不同频率成分衰落不一致，衰落信号波形将产生失真，如图5-3所示；二是衰落状况与频率无关的非频率选择性衰落，也称为平坦衰落，即各频率成分衰落一致，衰落信号波形不失真，如图5-4所示。
多径衰落类型有信道和信号两方面因素决定，当信号带宽大于相干带宽
coh
B时，衰落
为频率选择性衰落；当信号带宽小于相干带宽
coh
B时，衰落为非频率选择性衰落。
对于数字移动通信系统，多径效应导致的时延扩展导致信号的性能下降，使得信号的
传输速率受到多径的影响。当码元速率较低时，信号带宽
coh
W B时，信号通过信道传输后，各频率分量的变化具有一致性，则信号波形不失真，无码间串扰，此时的衰落为平图5-3 非频率选择性衰落
图5-4 频率选择性衰落
802.11无线信道详解 【IT168 术语】信道可以比作RJ45的网线，一共有11各可用信道。考虑到相邻的两个无线AP之间有信号重叠区域，为保证这部分区域所使用的信号信道不能互相覆盖，具体地说信号互相覆盖的无线AP必须使用不同的信道，否则很容易造成各个无线AP之间的信号相互产生干扰，从而导致无线网络的整体性能下降。 不过，每个信道都会干扰其两边的频道，计算下来也就有三个有效频道，请各位有很多无线设备的米人，一定要注意频段分割。 信道示意图（点击看大图） 随着无线产品价格的不断降低，WLAN（无线局域网）的普及正呈日新月异之势，越来越多的办公室、家庭开始使用无线局域网。随之而来的，一些用户已开始出现WLAN的信道拥塞问题，造成网速下降、掉线、网络工作不正常等等，这是怎么回事呢？ 什么是无线信道 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。 大家知道，在进行无线网络安装，一般使用无线网络设备自带的管理工具，设置连接参数，无论哪种无线网络的最主要的设置项目都包括网络模式（集中式还是对等式无线网络）、SSID、信道、传输速率四项，只不过一些无线设备的驱动或设置软件将这些步履简化了，一般使用默认设置（也就是不需要任何设置）就能很容易的使用无线网络。 但很多问题，也会因为追求便利而产生，大家知道，常用的IEEE 802.11b/g工作在2.4～2.4835GHz频段，这些频段被分为11或13个信道。当在无线AP无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时，需要为每个AP设定不同的频段，以免共用信道发生冲突。而很多用户使用的无线设备的默认设置都是Channel为1，当两个以上的这样的无线AP设备相“遇”时冲突就在所难免。 为什么现在无线信道的冲突如此让人关注，这除了家用或办公无线设备因为价格的不断走低而呈几何级数增长外，无线标准的天生缺撼也是造成目前这种窘境的重要原因：众所周知，目前主流的无线协议都是由IEEE（美国电气电工协会）所制定，在IEEE 认定的三种无线标准IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11a中，其信道数是有差别的。 ●IEEE802.11b 采用2.4GHz频带，调制方法采用补偿码键控（CKK），共有“3”个不重叠的传输信道。
通信原理辅导及习题解析（第六版） 第4章信道 本章知识结构及内容小结 [本章知识结构] [知识要点与考点] 1．信道的分类 根据传输媒介的不同，信道可分为无线信道与有线信道两大类。无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号，主要分为地波、天波与视线传播三种。有线信道主要有明线、对称电缆、同轴电缆与光
纤四种。 2． 信道的数学模型 信道的数学模型根据噪声对信号的影响和传输体质的不同，分为调制信道与编码信道模型两类。 （1）调制信道模型 ① 数学模型： ()()()()o i e t k t e t n t =+ ()k t ~ 乘性干扰，包括各种线性和非线性畸变； ()n t ~ 加性噪声(干扰)，与()i e t 独立。 ② 分类：恒参信道与随参信道 信道特性基本不随时间化的信道称为恒参信道，各种有线信道和部分无线信道，如卫星链路等均属于恒参信道；信道特性随机变化的信道为随参信道，绝大部分无线信道属于随参信道。 （2）编码信道模型 无记忆二进制编码信道的误码率表达式为： (0)(1/0)(1)(0/1)e P P P P P =+ 3． 信道特性对信号传输的影响 （1） 恒参信道特性对信号传输的影响 恒参信道特性对信号传输的影响包括振幅－频率畸变、相位－频率畸变、谐波失真、相位抖动等。 （2） 随参信道对信号传输的影响 随参信道对信号传输的影响在于产生了多径效应，例如单音余弦信号经过随参信号后会变成一个包络与相位缓慢变化的窄带信号。这
种包络起伏称为快衰落，因为衰落的周期可以与码元周期相比。反之，如果衰落起伏周期较长，这种衰落称为慢衰落，是由于传播条件引起。 多径传播可能造成频率选择性衰落，多径中最大的相对时延差定义为多径信道的相关带宽，一般要求信号带宽小于相关带宽。 4．信道中的噪声 影响通信系统最重要的噪声为热噪声，一般将其称为加性高斯白噪声（AWGN ）。 5． 信道容量 信道容量指信道能够传输的最大平均信息速率。 （1）离散信道容量 () max[()(/)]P x C H x H x y =- （b/符号） 或 () max{[()(/)]}P x C r H x H x y =- （b/s ） 其中，()H x 为信源熵，(/)H x y 为传输错误率引起的损失，r 为传码率。 （2）连续信道容量（香农公式） 220log 1log 1t S S C B B N n B ????=+=+ ? ????? （b/s ） 当信号平均功率S →∞时，t C →∞； 当噪声功率谱密度00n →时，t C →∞； 当带宽B →∞时，0 1.44 t S C n ≈。 6．重点、难点与考点 重点：信道的数学模型、多径效应、信道容量； 难点：多径效应；
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
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。
结构 传送信息的物理性通道。信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。例如二人对话，靠声波通过二人间的空气来传送，因而二人间的空气部分就是信道。邮政通信的信道是指运载工具及其经过的设施。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间，有线电话的信道是电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。在多路通信，例如载波电话中，一个电话机作为发出信息的信源，另一个是接收信息的信宿，它们之间的设施就是一条信道，这时传输用的电缆可以为许多条信道所共用。在理论研究中，一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得最佳的通信效果，因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分，而信道就指那些比较固定的部分。但这种划分或多或少是随意的，可按具体情况规定。例如调制解调器和纠错编译码设备一般被认为是属于信道编码器、译码器的，但有时把含有调制解调器的信道称为调制信道；含有纠错编码器、译码器的信道称为编码信道。 所有信道都有一个输入集A，一个输出集B以及两者之间的联系，如条件概率P(y│x)，x∈A，y∈B。这些参量可用来规定一条信道。 输入集就是信道所容许的输入符号的集。通常输入的是随机序列，如X1,X2,…，X n,…，各X∈ A(r=1,2,…)。随机过程在限时或限频的条件下均可化为随机序列。在规定输入集A时，也包括对各随机变量X的限制，如功率限制等。输出集是信道可能输出的符号的集。若输出序列为Y1，Y2，…，Y n，…，各Y∈B。这些X和Y可以是数或符号，也可以是一组数或矢量。 按输入集和输出集的性质，可划分信道类型。当输入集和输出集都是离散集时，称信道为离散信道。电报信道和数据信道就属于这一类。当输入集和输出集都是连续集时，称信道为连续信道。电视和电话信道属于这一类。当输入集和输出集中一个是连续集、另一个是离散集时，则称信道为半离散信道或半连续信道。连续信道加上数字调制器或数字解调器后就是这类信道。 输入和输出之间有一定的概率联系。信道中一般都有随机干扰，因而输出符号和输入符号之间常无确定的函数关系,须用条件概率P(y1,y2,…，y n|x1,x2,…，x n)来表示。其中各x和y(r=1,2,…，n)分别是输入随机序列和输出随机序列的样,且x∈A,y∈B。当这条件概率可分解成的形式时，信道称为无记忆信道，否则就是有记忆信道。无记忆意味着某个输出样y只与相应的输入样x有关，而与前后的输入样无关。当只与前面有限个输入样有关时，可称为有限记忆信道；当与前面无限个输入样有关，但关联性随间隔加大而趋于零时，可称为渐近有记忆信道。此外，当上式中的P1,P2，…等条件概率是同样的函数时，称为平稳信道。这也适用于有记忆信道，即变量的下标顺序推移时，条件概率的函数形式不变。 输入和输出都是单一的情况，这类信道是单用户信道，或简称为信道。当输入和（或）输出不止一个时,称为多用户信道，也就是几个用户合用一个信道。但当几个用户的信息通过复用设备合并后再送入信道时，这个信道仍为单用户信道。只有当这个信源分别用编码器变换后再一起送入信道，或在信道的输出上接有几个译码器分别提取信息给信宿，也就是信道的输入端或输出端不止一个时，才称为多用户信道。当有几个输入如X a,X b，…而输出只有一个Y时，习惯上称为多址接入信道。它可用条件概率P（y|X a,X b,…）来规定；当只有一个输入X，而输出有几个Y a，Y b，…时，就称为广播信道,可用条件概率P（y a│x),P(y b│x),…来规定。广播信道还有一个特例称为退化型广播信道，此时各条件概率应满足下列各式：就是说，x，y a，y b，y c，…组成马尔可夫链。一般的多用户信道可以有几个输入和几个输出。当然多用户信道也有离散和连续，无记忆和有记忆之分。
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（BC），它取决与时延扩展。 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。 T s k 1 1 1 1 1 平坦"曼衰落; 平坦快衰落 _ __ __ _ 1 _ _ ___ ___
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。
无线通信中的信道特性分析与建模在现代无线通信中，信道特性是非常重要的一个问题。它不仅关系到无线信号的传输质量，还影响着物理层协议和无线网络的设计。因此，对于无线通信中的信道特性进行分析与建模是一项非常重要的研究工作。 一、信道特性的概念和分类 无线信道是指信号在传输过程中所经过的空间。它是一个动态的概念，因为信号的传输路径和其它无线设备周围环境的状态都是随时变化的。因此，在分析无线信道的特性时必须考虑多个因素，包括传输距离、场强、多路径传播、多路径干扰等等。 从信道特性的角度来看，可以将其分为以下几类：信噪比（SNR）、信道衰落、多径传播、时延扩展、多径干扰、频率选择性衰落等。 二、信道特性分析的方法
分析无线信道的特性是一项非常复杂的工作。在实际研究中， 可以采用多种方法来进行分析。 1. 经验模型法：这种方法是根据实验数据来构建和验证信道模 型的。最常用的经验模型包括了NLOS模型、LOS模型、室内信 道模型等。虽然这种方法非常实用，但是其准确度常常受到实验 条件和参数设置的影响。 2. 理论模型法：这种方法是基于数学理论和物理模型来研究信 道特性和传输机制的。比如，可以采用瑞利衰落模型、多径干扰 模型等理论来进行分析。 3. 实测法：这种方法是通过实际测量来获取信道特性的各种参数。它可以提供非常实际的数据，但是在实际应用中难度较大。 三、信道特性建模的意义 通过对信道特性的分析和建模，可以为无线网络的设计、优化、故障排除等提供非常有价值的数据。在模型中预测一个无线网络
的性能，可以使我们更好地理解和评价各种技术方案的优缺点，并能够快速和准确地识别无线网络中的故障点和问题所在。 同时，在建模过程中，还可以提高我们对信道特性的认识和理解，推进了信道传输技术的发展，为实现高速、高效、安全的无线通信打下了重要基础。 四、总结 无线通信中的信道特性分析和建模是非常重要的工作。它关系到信号的传输质量和无线网络的性能。在分析和建模过程中，我们需要综合考虑多种因素，采用不同方法进行研究，以获得准确的结果。同时，通过对信道特性的分析和建模，可以为无线通信技术的发展和应用提供更好的支持和保障。
无线数据传输中的信道建模与性能分析 随着物联网等新一代互联网技术的快速发展，无线传输已经成为了人们日常生 活和工作中必不可少的一部分。然而，由于无线传输与有线传输不同的特殊性，在面对信道的问题时会遇到许多挑战。因此，为了更好地理解和解决无线数据传输中的信道建模与性能分析问题，有必要对其进行深入研究。 一、信道建模 信道建模是指对无线传输信道进行建模的过程。在数字通信中，它是理解系统 设计和性能评估的关键。在进行信道建模时，需要考虑三个方面的因素：传输介质、传输场景和传输协议。 首先，传输介质是指无线信号通过的媒介，常见的有空气、水、金属等。其特 性影响着传输信号的强度、传播速度、衰减等。 其次，传输场景是指无线信号传输时的环境。在这一方面，需考虑到传输距离、传输过程中存在的干扰源和用户密度等因素。 最后，传输协议是指在无线传输中使用的通信协议。例如，802.11协议通常用 于无线局域网，4G LTE协议通常用于移动通信。 在实际应用中，为了更好地描述信道的特性和评估信号传输的性能，需要选择 合适的信道模型。 目前，常用的信道模型包括经典的路径损耗模型、衰减模型和多径信道模型等。其中，路径损耗模型是最基本的信道模型之一，它描述的是无线信号在传输过程中的能量损耗，通常用于预测室内或室外的无线覆盖范围。而衰减模型和多径信道模型则可以更好地描述信号在多路径传播时的衰减规律。 二、性能分析
信道建模是无线传输中重要的一步，此外对无线传输的性能进行准确的评估也 是至关重要的。性能分析主要指的是对无线传输中数据传输速率、误码率、带宽和延迟等方面进行分析。 在数据传输速率方面，根据香农定理，数据传输速率与信道带宽和信号噪声功 率比之间有一定的关系。因此，在设计无线传输系统时，需要根据预期的数据传输速率来选择合适的信道带宽和增加信噪比。 误码率是指在数据传输中发生传输错误的概率。它是反映数据传输质量的重要 指标。在无线传输中，误码率通常是由信道噪声和干扰、多径等因素所造成的。 带宽是指单位时间内传输数据的最大量。在无线传输中，带宽越大，数据传输 速率就越快。因此，在进行性能分析和设计时需要根据信道带宽进行最优化的布局。 延迟是指信号从发送端传输到接收端所需的时间。它是影响用户体验的重要因素。在无线传输中，信号的传输速度和传输距离会影响延迟的大小。 三、结论 我们在无线传输中所涉及的众多问题中，信道建模和性能分析是其中两个关键 的和挑战性较大的问题。信道建模的需求来源于对无线信道特性的研究和理解。常用的信道模型包括路径损耗模型、衰减模型和多径信道模型等。而性能分析可帮助我们评估信号传输的数据传输速率、误码率、带宽和延迟等方面。针对无线传输中所遇到的各种难题，信道建模和性能分析等工具的应用不仅具备实际应用意义，还是提高无线通信技术的关键所在。
无线通信中的信道特性分析方法 在无线通信系统中，信道特性是评估系统性能和设计通 信方案的关键因素。无线信道中存在多种传播特性，如多 径传播、噪声干扰、多普勒效应等，这些因素都会对信号 的传输质量和可靠性产生影响。因此，对无线信道的特性 进行准确分析和建模，能够为无线通信系统的优化和设计 提供重要的参考依据。本文将介绍几种常用的无线通信中 的信道特性分析方法。 首先，最常见的信道特性分析方法是通过实验进行测量。这种方法通过在特定环境中搭建无线通信系统并进行实际 的信号传输，收集并分析接收信号的参数。例如，可以利 用专业的测量设备对电磁波强度、信号延迟、频率选择性 衰落等参数进行测量。这种实验测量方法能够直接获取实 际的信道特性，具有较高的准确性和可靠性。 其次，还可以利用无线信道建模进行特性分析。无线信 道建模是基于实际测量数据或理论模型进行信道特性分析 的一种方法。通过收集大量的实测数据并进行统计分析， 可以得到信道模型的参数，例如衰落幅度、衰落时延、功
率谱密度等。同时，也可以利用理论模型，如瑞利衰落模型、莱斯衰落模型等来描述信道特性，通过对模型参数的 估计，来分析信道的性能。这种建模方法具有一定的简化性，能够在缺乏大量实测数据的情况下进行信道分析，但 准确性可能会有所降低。 另外，网络仿真技术也是一种常用的信道特性分析方法。通过建立网络仿真模型，模拟无线通信系统中的各个组成 部分，并对信道进行仿真分析，可以评估系统性能和优化 通信方案。网络仿真可以考虑到多种影响因素，如多径传播、噪声干扰、多普勒效应等，并能够模拟不同的环境条件，如城市、农村等，对信道进行全面的分析。仿真方法 具有灵活性和可控性，能够方便地进行不同参数的调整和 对比分析，为无线通信系统的设计和优化提供有效的工具。 此外，还可以利用数据挖掘和机器学习算法进行信道特 性分析。通过对大量的信道数据进行处理和分析，挖掘其 中的模式和规律，从而得到信道特性的潜在模型。数据挖 掘和机器学习方法能够自动从数据中提取信息，并能够从 复杂的信道数据中发现隐藏的关系和规律。通过应用这些
无线信道的概念 无线信道是指用于无线通信的电磁波传播的路径或频段。它是在无线通信系统中，无线电波从发送端传输到接收端的媒介。无线信道的特性直接影响着无线通信系统的性能和可靠性。 无线信道的概念涉及到无线电波传输、干扰、衰落等多个方面。首先，无线电波传输是指电磁波在无线信道中的传播过程。无线电波会通过天线辐射出去，并在接收端的天线上接收到。无线电波的传输可以是直射式的，也可以是经过反射、衍射等传播方式。 其次，无线信道中的干扰是指多个无线设备在同一频段上进行通信时互相产生的相互干扰。干扰会导致无线信号质量下降，降低通信系统的性能。干扰可以来源于相同频段上的其他无线设备，也可以是来自其他频段的无线信号。 此外，无线信道的衰落是指电磁波在传播过程中因为路径损耗和多径效应而导致信号强度的减弱。路径损耗是指由于传输距离的增加而导致的信号功率衰减。多径效应则是指无线电波在传播过程中遇到建筑物、地形等障碍物而发生反射、衍射等多个路径的现象。 基于以上的概念，无线信道可以进一步分为许多不同类型。根据传播路径的不同，可以将无线信道分为直射信道和非直射信道。直射信道是指信号直接从发送天线传输到接收天线，适用于开阔的空间。非直射信道则是指信号经过一次或多次反
射、衍射等传播后才到达接收天线，适用于城市等多障碍物的环境。 根据频段的不同，无线信道可以分为许多不同的频段信道，如微波信道、毫米波信道、射频信道等等。不同频段的无线信道具有不同的传播特性和适用范围。 此外，无线信道还可以根据传输的方式分为单播信道、广播信道和多播信道。单播信道是指数据从一个发送节点传输到一个接收节点的通信方式，广播信道是指数据从一个发送节点传输到所有接收节点的通信方式，而多播信道则是指数据从一个发送节点传输到多个接收节点的通信方式。 总之，无线信道作为无线通信系统中重要的组成部分，其特性和特点对无线通信系统的性能和可靠性有着重要的影响。通过了解无线信道的概念和特性，可以更好地设计无线通信系统，提高其性能和可靠性。
阐述无线信道的概念和特点 无线信道是指无线通信中用于传输无线信号的频段或者频带。无线信道具有一些重要的特点，下面将进行详细阐述。 首先，无线信道具有有限的带宽。带宽是指信道所能传输的频率范围，是信道能够支持的最高频率和最低频率之间的差值。带宽的大小决定了信道的数据传输能力。在无线通信中，由于频谱资源有限，不同的无线通信系统需要合理分配和利用带宽，满足用户对高速和高质量通信的需求。 其次，无线信道容易受到干扰和衰落的影响。干扰是指其他无线设备或信号对无线通信系统的干扰，可能导致传输错误或降低通信质量。衰落是指信号在传输过程中发生的功率衰减或相位变化，导致信号质量下降。干扰和衰落是无线通信中普遍存在的问题，需要采取相应的技术和措施来降低其影响，例如利用调制解调技术、信道编码和差错纠正技术等。 第三，无线信道具有多径效应。多径效应是指无线信号在传播过程中经历多条不同路径的反射、绕射和散射，到达接收器的信号存在时延、幅度衰减和相位失真等问题。多径效应会导致信号波形畸变和码间干扰，影响信号的接收和解调。为了克服多径效应，无线通信系统通常采用均衡、相关技术和自适应算法等方法来改善信号质量。 此外，无线信道还受到距离衰减的影响。距离衰减是指信号在传输过程中随着传
输距离的增加而衰减。根据信道模型和传输环境的不同，距离衰减可以遵循不同的衰减规律，例如自由空间路径损耗、多壁衰耗和多径衰落等。距离衰减是无线通信系统中需要考虑的重要因素，对信号的传输距离和传输功率有一定的要求。 此外，由于无线信道的传输介质是空气，它具有天气、季节和地理环境等因素的影响。例如，雨、雪、大风等天气情况会导致无线信号的衰落，严重影响通信质量；而多山、多建筑物等地理环境则会产生阻挡和反射等影响。因此，在无线通信系统的规划和设计过程中，需充分考虑这些因素，采取相应的技术和手段来优化无线信道的传输性能。 总之，无线信道是无线通信中不可或缺的部分，它具有有限的带宽、易受干扰和衰落影响、多径效应和距离衰减等特点。了解和理解无线信道的概念和特点，有助于我们更好地设计和优化无线通信系统，提高通信质量和用户体验。同时，面对无线信道的挑战，我们还需要不断创新和改进无线通信技术，以满足日益增长的无线通信需求。
无线传输方式 一. 特性对比 版本传输速率传输距离工作频率 WiFi802.11A、B、G、N11Mbps300米 2.4GHz V1.1/1.2/2.0/2.11~3Mbps10米 2.4 GHz BlueTooth zigbee 250kbit/s100米 2.4GHz 433M无线 串口的波特率100～200米315MHZ/433MHZ 模块 GPRS Phase1 171.2kbit/s手机信号基于手机GPRS McWill WiMAX 二. 分类简介 WiFi 只是一种无线互联技术，可在室内或室外操作。即可通过WIFI组成一个共同的LAN， 也可以通过WIFI技术，基于路由并通过网络提供商提供的Internet网络联网。WiFi一般是 直接序列扩频技术。在小范围内或无干扰状态，可以高速接入互联网使用，目前802.11n技 术速度可高达450Mbps。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达 305米，最远可以达到96公里，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线 以太网络整合，组网的成本更低，但是WiFi技术传输的无线通信质量中等，数据安全性能 比蓝牙差一些。 BlueTooth 蓝牙工作在全球通用的2.4GHz 频段，数据速率为1Mb/s。采用时分双工传输方式来实 现全双工传输。一般用于点对点或单点对多点传输。蓝牙产品采用的是跳频技术，能够抗 信号衰落；采用快跳频和短分组技术，能够有效地减少同频干扰，提高通信的安全性；采用 前向纠错编码技术，以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰；采用FM调制方式，使设备
变得更为简单可靠；"蓝牙"技术产品一个跳频频率发送一个同步分组，每组一个分组占用一个时隙，也可以增至5个时隙；"蓝牙"技术支持一个异步数据通道，或者3个并发的同步语音通道，或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。"蓝牙"的每一个话音通道支持64Kbps 的同步话音，异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接，或者432.6Kbps的对称连接。低功耗，组网能力一般，一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求；ZigBee 可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4 GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，ZigBee 更简单、速率更慢、功率及费用也更低。Zigbee工作在20～250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz美国)和20kbps(868 MHz欧洲) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到1～3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。短时延。Zigbee 的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。 高容量。Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254 个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。高安全。Zigbee 提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码,以灵活确定其安全属性。433m无线模块 功能特点： 1.微功率发射，最大发射功率10mW。 2.ISM 频段,无需申请频点。 载频频率 433MHz（可提供其他载频 400~470M，载频 868/915MHz。 3.抗干扰能力和低误码率。 基于FSK 的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随
信道可以比作RJ45的网线，一共有11各可用信道。考虑到相邻的两个无线AP之间有信号重叠区域，为保证这部分区域所使用的信号信道不能互相覆盖，具体地说信号互相覆盖的无线AP必须使用不同的信道，否则很容易造成各个无线AP之间的信号相互产生干扰，从而导致无线网络的整体性能下降。 不过，每个信道都会干扰其两边的频道，计算下来也就有三个有效频道，请各位有很多无线设备 的米人，一定要注意频段分割。 信道示意图（点击看大图） 随着无线产品价格的不断降低，WLAN（无线局域网）的普及正呈日新月异之势，越来越多的办公室、家庭开始使用无线局域网。随之而来的，一些用户已开始出现WLAN的信道拥塞问题，造成网速下 降、掉线、网络工作不正常等等，这是怎么回事呢？ 什么是无线信道 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。 大家知道，在进行无线网络安装，一般使用无线网络设备自带的管理工具，设置连接参数，无论哪种无线网络的最主要的设置项目都包括网络模式（集中式还是对等式无线网络）、SSID、信道、传输速率四项，只不过一些无线设备的驱动或设置软件将这些步履简化了，一般使用默认设置（也就是不需要 任何设置）就能很容易的使用无线网络。 但很多问题，也会因为追求便利而产生，大家知道，常用的IEEE 802.11b/g工作在2.4～2.4835GHz频段，这些频段被分为11或13个信道。当在无线AP无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时，需要为每个AP设定不同的频段，以免共用信道发生冲突。而很多用户使用的无线设备的默认设置都是Channel为1，当两个以上的这样的无线AP设备相“遇”时冲突就在所难免。 为什么现在无线信道的冲突如此让人关注，这除了家用或办公无线设备因为价格的不断走低而呈几何级数增长外，无线标准的天生缺撼也是造成目前这种窘境的重要原因：
无线电传输信道特性分析 是无线通信领域的一个重要研究方向。由于无线电传输受到多种因素的影响，如干扰、衰减、多径等，因此对信道特性进行详细分析和把握，才能更好地改进无线电技术，提高系统性能。 一、信道特性与无线电通信 无线电通信是通过电磁波传输信息的一种方式，电磁波在自由空间传播的速度是光速，但在传播过程中，会受到多种不同因素的影响。其中，信号的收发双方和信号之间的环境是影响无线电传输信道特性的主要因素。 二、信道特性的分类 1. 常见无线电传输信道特性分类包括： (1) 衰减：原信号经过传输后，会在传输过程中逐渐减弱，这就是信号的衰减特性。在无线电的通信过程中，衰减是一种重要的信道特性。通常有自由空间信道损耗、多径衰落、电离层频散等。
(2) 多路径：在传输信号过程中，信号会经历多个路径，不同路径经过的时间长短和信号的相位不同，形成了多径传输特性。这种特性不仅会影响接收端的信号质量，同时也会导致信号的失真和干扰。 (3) 噪声：无线电传输过程中，普遍存在着各种形式的噪声，在信道分析中，噪声是一种十分重要的信道特性。噪声信号来源有热噪声、交调噪声、混杂噪声等。 2. 信道特性在应用中的体现： 对于数字通信，信道特性的影响会使信号出现误码率的增加，导致信号传输的可靠性降低。因此，信道特性对无线电通信的系统性能和可靠性有着重要的影响。在应用无线电通信时，需要对信道特性进行分析和评估，以便提出可行的改进措施。 三、信道特性的改进措施
由于无线电传输信道特性的复杂性和多样性，保证信号质量一直是无线电通信技术领域的难题。针对常见的信道特性影响，有一些具体的改进措施： 1. 新一代通信技术： 通过引入新一代通信标准可以优化信道特性，提高通信的可靠性和稳定性。例如移动通信系统的5G网络和物联网等新型技术，都在不断地提高无线电传输的数据传输速率和可靠性。 2. 信道估计技术： 通过信道估计技术建立准确的信道模型，分析出信道特性的变化趋势，对信道进行建模，减少多径效应和干扰等影响因素。 3. 天线阵列技术： 天线阵列技术可以通过多个天线接收信号，减少或消除多路径衰落和多径效应的影响，提高接收端信号的质量和可靠性。
无线通信技术基础知识
无线通信技术 1.传输介质 传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道；是信息传输的实际载体。有线通信与无线通信中的信号传输，都是电磁波在不同介质中的传播过程，在这一过程中对电磁波频谱的使用从根本上决定了通信过程的信息传输能力。 传输介质可以分为三大类：①有线通信，②无线通信，③光纤通信。 对于不同的传输介质，适宜使用不同的频率。具体情况可见下表。 频率范围波长表示 符号 传输 介质 典型 应用 3Hz-30Hz 108-104m VLF 普通 有线 长波 电台
电缆长波无线电缆 30Hz-300kHz 104-103m LF 普通 有线 电缆 长波 无线 电 有线 电话 通信 长波 电台 300kHz-3MHz 103-102m MF 同轴 电缆 中波 无线 电 调幅 广播 电台 3MHz-30MHz 102-104m HF 同轴 电缆 短波 无线 电 有限 电视 网
表面，建筑物、墙壁表面发生； ③绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的物体边缘阻挡时发生绕射； ④散射：当无线路径中存在小于波长的物体并且单位体积内这种障碍物体的数量较多的时候发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体上，一般树叶、灯柱等会引起散射。 2.2无线信道的指标 (1)传播损耗: 包括以下三类。 ①路径损耗：电波弥散特性造成，反映在公里量级空间距离内，接收信号电平的衰减（也称为大尺度衰落）； ②阴影衰落：即慢衰落，是接收信号的场强在长时间内的缓慢变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场阴影区所引起的； ③多径衰落：即快衰落，是接收信号场强在整个波长内迅速的随机变化，一般主要由于多径效应引起的。 (2)传播时延：包括传播时延的平均值、传