【正文】 無(wú)線通信復(fù)習(xí)大綱什么是無(wú)線通信？答：無(wú)線通信是采用電磁波作為信息承載工具的一種通信方式。由于電磁波可以在自由空間中傳播，無(wú)需各種有線媒質(zhì)傳輸?shù)南拗?，所以無(wú)線通信方式一種非常便捷的通信方式，可以實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、與任何人進(jìn)行通信。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，通信的業(yè)務(wù)也呈現(xiàn)出多種方式，使得人們之間的通信徹底實(shí)現(xiàn)了自由的互聯(lián)和互通在這中間，無(wú)線通信發(fā)揮了自由通信的作用。第23章 傳播特性與多址技術(shù)231 什么是無(wú)線電波？當(dāng)在不同媒質(zhì)的分界面?zhèn)鞑r(shí)，電磁波會(huì)產(chǎn)生哪些邊界效應(yīng)？答：無(wú)線電波是一種能在自由空間傳播的電磁波。無(wú)線電波是以能量的形式在空間中傳播的，其傳播速度與空間中的媒質(zhì)有關(guān)，當(dāng)在不同媒質(zhì)的分界面?zhèn)鞑r(shí)，電磁波會(huì)產(chǎn)生以下邊界效應(yīng)：（1）反射當(dāng)無(wú)線電波碰到的障礙物的幾何尺寸大于其波長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生反射；反射可能發(fā)生在地球表面，也可能發(fā)生在建筑物墻壁或其他大的障礙物表面。多個(gè)障礙物的多重反射會(huì)形成多條傳播路徑，造成多徑衰落。（2）折射當(dāng)無(wú)線電波穿過(guò)一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)，由于傳播速度不同，會(huì)造成路徑偏轉(zhuǎn)，即發(fā)生折射。（3）繞射當(dāng)無(wú)線電波在傳播過(guò)程中被障礙物的尖利邊緣阻擋時(shí)會(huì)發(fā)生繞射(物理中也稱為衍射)。無(wú)線電波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射能力越強(qiáng)，但是當(dāng)障礙物的尺寸遠(yuǎn)大于電波波長(zhǎng)時(shí)，繞射就會(huì)變?nèi)?。?）散射無(wú)線電波在傳播過(guò)程中遇到尺寸小于其波長(zhǎng)的障礙物且障礙物的數(shù)目又很多時(shí)，將會(huì)發(fā)生散射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體，在實(shí)際環(huán)境中，雨點(diǎn)、樹葉、微塵、街道路標(biāo)、路燈桿等都會(huì)引起散射。散射會(huì)造成能量的散射，形成電波的損耗。另外，由于能量的擴(kuò)散與媒質(zhì)的吸收，傳輸距離越遠(yuǎn)信號(hào)強(qiáng)度越小。232 無(wú)線電波的傳播方式主要有哪些？答：無(wú)線電波的傳播方式是指無(wú)線電波從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳播路徑，主要有地波傳播、天波傳播、空間波傳播、對(duì)流層傳播、外層空間傳播等方式。（1）地波傳播方式地波傳播是指電磁波沿地球表面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式。電波在地球表面上傳播，地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，根據(jù)波的衍射特性，只有當(dāng)波長(zhǎng)大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時(shí)，波才能明顯地繞過(guò)障礙物。地面上的障礙物一般不太大，長(zhǎng)波、中波和中短波均能繞過(guò)，而短波和微波由于波長(zhǎng)過(guò)短．在地面上不能繞射，只能按直線傳播。地波的傳播比較穩(wěn)定，不受晝夜變化的影響，而且能夠沿著彎曲的地球表面達(dá)到地平線以外的地方。但地球是個(gè)良導(dǎo)體，地球表面會(huì)因地波的傳播引起感應(yīng)電流，地波在傳播過(guò)程中有能量損失，而且頻率越高，損失的能量就越多，因此中波和中短波的傳播距離不長(zhǎng)，一般在幾百千米范圍內(nèi)，可用于進(jìn)行無(wú)線電廣播。長(zhǎng)波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x要遠(yuǎn)很多，但發(fā)射長(zhǎng)波的設(shè)備龐大、造價(jià)高，因此長(zhǎng)波很少用于無(wú)線電廣播，多用于超遠(yuǎn)程無(wú)線電通信和導(dǎo)航等。（2）天波傳播方式天波傳播就是自發(fā)射天線發(fā)出的電磁波進(jìn)入高空被不均勻的電離層反射后到達(dá)接收端的傳播方式，無(wú)線電波信號(hào)一般要經(jīng)多次反射后才能到達(dá)接收端。電離層對(duì)于不同波長(zhǎng)的電磁波表現(xiàn)出不同的特性，實(shí)驗(yàn)證明，波長(zhǎng)短于10m的微波能穿過(guò)電離層，波長(zhǎng)超過(guò)3000km的長(zhǎng)波幾乎會(huì)被電離層全部吸收。對(duì)于中波、中短波、短波，波長(zhǎng)越短，電離層對(duì)它吸收越少而反射越多。因此，短波最適宜以天波的形式傳播，它可以被電離層反射到幾干干米以外。但是，電離層是不穩(wěn)定的，白天受陽(yáng)光照射時(shí)電離程度高，夜晚電離程度低，因此電離層在夜間對(duì)中波和中短波的吸收減弱，這時(shí)中波和中短波也能以天波的形式傳播。（3）空間波傳播方式當(dāng)發(fā)射天線和接收天線架設(shè)地較高時(shí)，在視距范圍內(nèi)，電磁波既可以直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，也可以經(jīng)地面反射達(dá)到接收天線，因此，接收天線處的場(chǎng)強(qiáng)是直射波和反射波的合成場(chǎng)強(qiáng)，直射波不受地面影響，而反射波則要受到反射點(diǎn)地質(zhì)、地形的影響?？臻g波在大氣的底層傳播，傳播的距離受地球曲率的影響，收、發(fā)天線之間的最大距離被限制在視距范圍內(nèi)，若將天線架設(shè)在高大建筑物或山頂上，則可以有效地延伸空間波的傳播距離，同時(shí)還可以利用微波中繼站來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的通信?？臻g波在傳播過(guò)程中除受地形地物影響外，還受到低空大氣層（即對(duì)流層）的影響。（4）對(duì)流層傳播方式距離地面大約10km以內(nèi)的大氣層稱為對(duì)流層。由于對(duì)流層中大氣溫度、壓力和濕度的變化使得大氣介電常數(shù)隨高度而改變，當(dāng)電波通過(guò)這些不均勻的大氣層時(shí)就會(huì)經(jīng)過(guò)反射、折射和散射到達(dá)接收天線。對(duì)流層傳播較之電離層傳播的應(yīng)用更為廣泛，超短波和微波均可采用對(duì)流層傳播方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播。（5）外層空間傳播方式外層空間傳播是指電磁波在對(duì)流層、電離層以外的外層空間進(jìn)行傳播的一種方式，主要用于衛(wèi)星或以星際為對(duì)象的通信中，以及用于空間飛行器的搜索、定位、跟蹤等。由于電磁波傳播的距離很遠(yuǎn)，且主要是在大氣以外的宇宙空間內(nèi)進(jìn)行，而宇宙空間又近似于真空狀態(tài)，因此電波在其中傳播時(shí)，傳輸性能比較穩(wěn)定。在外層空間傳播的電磁波又稱直達(dá)波，沿直線傳播。233 試述長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波的傳播特點(diǎn)。答：根據(jù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)可將其分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波，它們具有一下傳播特點(diǎn)：（1）長(zhǎng)波長(zhǎng)波的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，地面的起伏和其他參數(shù)的變化對(duì)長(zhǎng)波傳播的影響可以忽略。在通信距離小于300km時(shí)，到達(dá)接收點(diǎn)的電波基本上是地波。長(zhǎng)波穿入電離層的深度很淺，受電離層變化的影響很小，電離層對(duì)長(zhǎng)波的吸收也很小，因此長(zhǎng)波的傳播比較穩(wěn)定。雖然長(zhǎng)波通信在接收端場(chǎng)強(qiáng)非常穩(wěn)定，但存在著對(duì)其他無(wú)線電臺(tái)干擾嚴(yán)重以及受雷電影響比較嚴(yán)重的兩個(gè)缺點(diǎn)。（2）中波中波能以地波或天波的形式傳播。中波由于頻率較長(zhǎng)波高，故需要在比較深入的電離層處才能發(fā)生反射。（3）短波與長(zhǎng)、中波一樣，短波可以靠地波和天波傳播。由于短波頻率較高，地面吸收效強(qiáng)，用地面波傳播時(shí)衰減很快，一般情況下，短波的地波傳播距離只有幾十千米，不適合用于遠(yuǎn)距離通信和廣播。與地波相反，天波在電離層中的損耗卻隨著頻率的增高而城小，因此可利用電離層對(duì)天波的一次或多次反射進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信。（4）超短波和微波超短波和微波的頻率很高，地波衰減很大，電波穿入電離層很深，甚至不能反射回來(lái)，因此超短波和微波一般不用地波和天波的傳播方式，而只能用空間波、外層空間等傳播方式。超短波和微波由于頻帶很寬，因此應(yīng)用很廣泛。超短波廣泛用于電視、調(diào)頻廣播、雷達(dá)等方面。利用微波通信時(shí)，可以同時(shí)傳送幾千路電話或幾套電視節(jié)目而互不干擾。超短波和微波在傳播特點(diǎn)上有一些差別，但基本上是相同的，主要是可在低空大氣層進(jìn)行視距傳播，因此，為了增大通信距離，通常需要把天線架高。234無(wú)線電波在傳播過(guò)程中的無(wú)線信號(hào)存在哪些衰耗？答：無(wú)線電波在傳播過(guò)程中的無(wú)線信號(hào)存在路徑衰耗、慢衰落和快衰落的損耗三種衰耗。（1）路徑衰耗路徑衰耗是指電磁波直線傳播的損耗，包括在自由空間中傳播時(shí)與距離的冪次方成反比的固有衰耗以及散射和吸收等導(dǎo)致的衰耗等。（2）慢衰落 無(wú)線電波在傳播路徑上遇到起伏的地形、建筑物和高大的樹木等障礙物時(shí)，會(huì)在障礙物的后面形成電波的陰影。接收機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中通過(guò)不同的障礙物和陰影區(qū)時(shí)．接收天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，造成信號(hào)衰落，這種衰落稱為陰影衰落，由陰影引起的衰落是緩慢的，因此又稱為慢衰落。慢衰落反映了百米波長(zhǎng)量級(jí)內(nèi)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。慢衰落的衰落速率與工作頻率無(wú)關(guān)，只與周圍地形、地物的分布、高度和物體的移動(dòng)速度有關(guān)。（3）快衰落損耗快衰落主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動(dòng)體周圍有許多散射、反射和折射體，它們引起信號(hào)的多徑傳輸，使到達(dá)的信號(hào)之間相互疊加，其合成信號(hào)幅度表現(xiàn)為快速的起伏變化。快衰落反映了十米級(jí)波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快，因此稱為快衰落。235電磁波在傳播時(shí)，對(duì)接收端而言，無(wú)線信號(hào)將產(chǎn)生幾種效應(yīng)？答：電磁波在無(wú)線信道上傳播時(shí)，對(duì)接收端而言，無(wú)線信號(hào)將產(chǎn)生以下幾種效應(yīng)：（1）陰影效應(yīng) 在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于大型建筑物和其他物體對(duì)無(wú)線電波傳播路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場(chǎng)陰影，這種隨移動(dòng)臺(tái)位置的不斷變化而引起的接收端場(chǎng)強(qiáng)的起伏變化稱為陰影效應(yīng)，陰影效應(yīng)是產(chǎn)生慢衰落的主要原因。（2）多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)是指由多條路徑傳播引起的干涉延時(shí)效應(yīng)。由于各條傳播路徑會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因此參與干涉的各分量場(chǎng)之間的相互關(guān)系也會(huì)隨時(shí)間而變化，從而引起合成波場(chǎng)強(qiáng)隨機(jī)變化的現(xiàn)象，從而造成總的接收?qǐng)鰪?qiáng)的衰落。因此多徑效應(yīng)是衰落的重要成因，對(duì)于數(shù)字通信、雷達(dá)最佳檢測(cè)等都有著十分嚴(yán)重的影響。（3）遠(yuǎn)近效應(yīng)在移動(dòng)通信中，由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站間的距離也是在隨機(jī)的變化，若各用戶發(fā)射功率一樣，那么到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)弱不同，離基站近信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)信號(hào)弱。通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重，出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。由于CDMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率．因此“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題更加突出。（4）多普勒效應(yīng)無(wú)線電波收、發(fā)終端之間存在沿它們二者徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接收端收到的信號(hào)頻率相對(duì)于發(fā)送端發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率變化量，稱為多普勒頻移，236 什么是碼分多址？直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的理論依據(jù)是什么？答：CDMA是以傳輸信號(hào)的碼型不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入的方式。其原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)的，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼與接收的帶寬信號(hào)做相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA是利用地址碼的正交性來(lái)實(shí)現(xiàn)多址通信的，但通常可根據(jù)擴(kuò)頻的不同實(shí)現(xiàn)方法將CDMA分為直接擴(kuò)頻、跳頻、跳時(shí)及混合擴(kuò)頻技術(shù)等。 直接序列擴(kuò)頻是依據(jù)香農(nóng)定理的理論發(fā)展起來(lái)的，即在信號(hào)平均功率受限的白噪聲信道中，系統(tǒng)信息傳輸速率的極限C(bit/s)與信道帶寬B(Hz)、信噪比S/N間存在一些關(guān)系C=Blog(1+SN)該式表明在所需最高傳輸速率C不變的情況下，通過(guò)碼調(diào)制來(lái)展寬帶寬B，就可以在信噪比很低的情況下實(shí)現(xiàn)可靠通信。237 隨機(jī)接入多址技術(shù)主要有哪些技術(shù)？試述其基本原理。答：采用無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換時(shí)，大多采用采用隨機(jī)接入多址技術(shù)，以適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的非實(shí)時(shí)性、分組性和突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。在隨機(jī)接入多址方式中，每個(gè)用戶可以隨意發(fā)送信息，如果發(fā)生碰撞，則采用相應(yīng)的退避算法重發(fā),直至發(fā)送成功。隨機(jī)接入多址方式有純ALOHA(PALOHA)、時(shí)隙ALOHA(SALOHA)、預(yù)約ALOHA(RALOHA)方式等。（1）PALOHAPALOHA方式又稱為“經(jīng)典ALOHA”方式，是一種完全隨機(jī)的多址方式，不需要定時(shí)和同步，用戶根據(jù)其需要向公用信道發(fā)送信息，若發(fā)生信息碰撞，則退避隨機(jī)時(shí)間后再重新發(fā)送。ALOHA的信道利用率不是很高，%，并且會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高。（2）SALOHASALOHA是一種同步的隨機(jī)多址方式，將時(shí)間分成許多等間隔的時(shí)隙，將各站點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)隙，所發(fā)送的信息放在各自的時(shí)隙里發(fā)送。時(shí)隙的定時(shí)由系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)決定，各站點(diǎn)的發(fā)送控制設(shè)備必須與該時(shí)鐘同步。由于SALOHA方式不是隨機(jī)發(fā)送信息，因此減小了相互之間的碰撞，提高了信道的利用率，%。該方式需要全網(wǎng)定時(shí)和同步，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。（3）RALOHA RALOHA是在SALOHA的基礎(chǔ)上考慮到系統(tǒng)內(nèi)各站點(diǎn)業(yè)務(wù)量不均勻而提出的，其目的是為了解決長(zhǎng)、短報(bào)文的兼容。RALOHA的基本原理是對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)量較大的站點(diǎn)，在它提出預(yù)約申請(qǐng)后，將用較長(zhǎng)的分組在預(yù)約的對(duì)隙進(jìn)行發(fā)送。對(duì)于短報(bào)文，則仍然使用非預(yù)約的SALOHA方式傳輸。這樣既解決了長(zhǎng)報(bào)文時(shí)延長(zhǎng)的問(wèn)題，又保留了SALOHA傳輸短報(bào)文時(shí)信道利用率高的優(yōu)點(diǎn)。238 分集技術(shù)主要有哪些？其基本思想是什么？答：分集技術(shù)是充分利用多徑信號(hào)的能量來(lái)改善傳輸性能的技術(shù)?；舅枷胧抢枚鄺l具有近似相等的平均信號(hào)強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰落特性的路徑傳輸相同的信號(hào)，在接收端對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，以降低多徑衰落引起的接收電平的起伏波動(dòng)影響，從而提高傳輸?shù)目煽啃浴７旨夹g(shù)分為兩部分內(nèi)容，即分離技術(shù)和接收合并技術(shù)。通過(guò)分離與合并來(lái)提高接收端的信噪比，從而獲得分集增益。為了在接收端得到相互獨(dú)立的路徑，可以通過(guò)空域、時(shí)域和頻域等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)現(xiàn)方法有以下幾種：（1）空間分集空間分集也稱天線分集，是移動(dòng)通信中應(yīng)用較多的分集形式。其原理是采用多副接收天線來(lái)接收信號(hào)，然后進(jìn)行合并。為了保證接收信號(hào)的衰落特性不相關(guān)，要求天線之間的距離足夠大，在理想情況下，接收天線之間的距離只要波長(zhǎng)的一半即可。（2）時(shí)間分集將同一信號(hào)在不同時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送時(shí)間間隔足夠大，就可以得到多條衰落特性獨(dú)立的分集支路。時(shí)間分集利用位于不同時(shí)間區(qū)間的信號(hào)經(jīng)衰落信道后在統(tǒng)計(jì)上的互不相關(guān)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)抗時(shí)間選擇性衰落功能。（3）頻率分集采用2個(gè)或2個(gè)以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時(shí)發(fā)送和接收同一信號(hào)，然后進(jìn)行合成或選擇。頻率分集利用位于不同頻段的信號(hào)經(jīng)衰落信道后在統(tǒng)計(jì)上的不相關(guān)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)抗頻率選擇性衰落功能。（4）極化分集在移動(dòng)環(huán)境下，兩副在同一地點(diǎn)、極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)呈現(xiàn)不相關(guān)的衰落特性，利用這一特點(diǎn)，在發(fā)射端和接收端各裝兩副天線，即水平極化天線和垂直極化天線，這樣就可以得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。（5）角度分集由于地形、地貌、接收環(huán)境的不同，使得到達(dá)接收端的不同路徑的信號(hào)可能來(lái)自不同的方向，這樣在接收端可以采用方向性天線，分別指向不同的到達(dá)方向，而每個(gè)方向性天線接收到的多徑信號(hào)是不相關(guān)的。任何一種分集方式，接收端都必須對(duì)收到的互不相關(guān)的多條相互獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并，通過(guò)合并技術(shù)得到抵消了衰落的信號(hào)，從而獲得分集增益。分集的接收合并技術(shù)239 試畫圖說(shuō)明多用戶檢測(cè)原理。答：多用戶檢測(cè)(Multiple User Detection, MUD)技術(shù)是根據(jù)信息論中最佳聯(lián)合檢測(cè)理論提出來(lái)的抗多址干