【正文】 得無(wú)線信道特性也是十分復(fù)雜的。復(fù)雜、惡劣的傳播條件是無(wú)線信道的特征，這是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無(wú)線通信這一方式本身所決定的。 電磁波在無(wú)線信道中的傳播電磁波傳播的特性是研究任何無(wú)線通信系統(tǒng)首先要遇到的問題。傳播特性直接關(guān)系到通信設(shè)備的能力、天線高度的確定、通信距離的計(jì)算以及為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)可靠的通信所必須采用的技術(shù)措施等一系列系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。不僅如此，對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)的無(wú)線信道環(huán)境而言，其信道環(huán)境比固定無(wú)線通信的信道環(huán)境更復(fù)雜，因而不能簡(jiǎn)單地用固定無(wú)線通信的電波傳播模式來(lái)分析，必須根據(jù)移動(dòng)通信的特點(diǎn)按照不同的傳播環(huán)境和地理特征進(jìn)行分析。對(duì)于不同頻段的無(wú)線電波，其傳播方式和特點(diǎn)是不相同的。在陸地移動(dòng)系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)處于城市建筑群之中或處于地形復(fù)雜的區(qū)域，其天線將接收從多條路徑傳來(lái)的信號(hào)，再加上移動(dòng)臺(tái)本身的運(yùn)動(dòng)，使得移動(dòng)臺(tái)和基站之間的無(wú)線信道越發(fā)多變而且難以控制。1． 基本傳播機(jī)制 無(wú)線信號(hào)最基本的四種傳播機(jī)制為直射、反射、繞射和散射。 （1）直射：即無(wú)線信號(hào)在自由空間中的傳播；（2）反射：當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)，發(fā)生反射，反射一般在地球表面，建筑物、墻壁表面發(fā)生； （3）繞射：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無(wú)線路徑被尖銳的物體邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射；（4）散射：當(dāng)無(wú)線路徑中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)量較多的時(shí)候發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體上，一般樹葉、燈柱等會(huì)引起散射。 2． 無(wú)線信道的指標(biāo)（1）傳播損耗 多種傳播機(jī)制的存在使得任何一點(diǎn)接收到的無(wú)線信號(hào)都極少是經(jīng)過直線傳播的原有信號(hào)。一般認(rèn)為無(wú)線信號(hào)的損耗主要由以下三種構(gòu)成。 ① 路徑損耗：由于電波的彌散特性造成的，反映了在公里量級(jí)的空間距離內(nèi)，接收信號(hào)電平的衰減，也稱大尺度衰落； ② 陰影衰落：即慢衰落，是接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的緩慢變化，一般由于電波在傳播路徑上遇到由于障礙物的電磁場(chǎng)陰影區(qū)所引起的； ③ 多徑衰落：即快衰落，是接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)在整個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)迅速的隨機(jī)變化，一般主要由于多徑效應(yīng)引起的。（2）傳播時(shí)延：包括傳播時(shí)延的平均值、傳播時(shí)延的最大值和傳播時(shí)延的統(tǒng)計(jì)特性等； （3）時(shí)延擴(kuò)展：信號(hào)通過不同的路徑沿不同的方向到達(dá)接收端會(huì)引起時(shí)延擴(kuò)展，時(shí)延擴(kuò)展是對(duì)信道色散效應(yīng)的描述； （4）多普勒擴(kuò)展：是一種由于多普勒頻移現(xiàn)象引起的衰落過程的頻率擴(kuò)散，又稱時(shí)間選擇性衰落，是對(duì)信道時(shí)變效應(yīng)的描述； （5）干擾：包括干擾的性質(zhì)以及干擾的強(qiáng)度。 無(wú)線信道的傳播模型1． 為什么構(gòu)建無(wú)線信道模型移動(dòng)無(wú)線傳播面臨的是隨時(shí)變化的、復(fù)雜的環(huán)境。首先，傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳播機(jī)理多種多樣。幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。其次，由于用戶臺(tái)的移動(dòng)性，傳播參數(shù)隨時(shí)變化，引起接收?qǐng)鰪?qiáng)、時(shí)延等參數(shù)的快速波動(dòng)。因此在設(shè)計(jì)無(wú)線通信技術(shù)或進(jìn)行移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之前，必須對(duì)信號(hào)傳播特征、通信環(huán)境中可能受到的系統(tǒng)干擾等進(jìn)行估計(jì)，這時(shí)的主要依據(jù)就是各種不同條件下的無(wú)線信道模型。舉例來(lái)說(shuō)，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，如果話務(wù)量分布相同，但是建筑物、植被等情況不同，那么就必須應(yīng)用不同的傳播模型。2． 無(wú)線信道模型的分類無(wú)線信道模型一般可分為室內(nèi)傳播模型和室外傳播模型，后者又可以分為宏蜂窩模型和微蜂窩模型。（1）室內(nèi)傳播模型：室內(nèi)傳播模型的主要特點(diǎn)是覆蓋范圍小、環(huán)境變動(dòng)較大、不受氣候影響，但受建筑材料影響大。典型模型包括：對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型、Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型等； （2）室外宏蜂窩模型：當(dāng)基站天線架設(shè)較高、覆蓋范圍較大時(shí)所使用的一類模型。實(shí)際使用中一般是幾種宏蜂窩模型結(jié)合使用來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃； （3）室外微蜂窩模型：當(dāng)基站天線的架設(shè)高度在3~6m時(shí)，多使用室外微蜂窩模型；其描述的損耗可分為視距損耗與非視距損耗。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中常用的傳播模型，一般都被網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃輔助軟件所集成。這些模型經(jīng)常與實(shí)測(cè)結(jié)果相結(jié)合來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。表24給出了常見的信道傳播模型。需要指出的是，由于移動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜性，不可能建立單一的模型。不同的模型是從不同傳播環(huán)境的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中歸納而得出的，都有一定的適用范圍。進(jìn)行系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，模型的選擇是很重要的，有時(shí)不同的模型會(huì)給出不同的結(jié)果。因此，傳播環(huán)境對(duì)無(wú)線信道特性起著關(guān)鍵作用。3． 如何構(gòu)建傳播模型信道模型建立的準(zhǔn)確與否關(guān)系到無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)的是否合理，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃是否符合實(shí)際情況，但由于不同地點(diǎn)的傳播環(huán)境千差萬(wàn)別，所以很難得到準(zhǔn)確而通用的模型。對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行研究的基本方法有三種。 （1）理論分析：即用電磁場(chǎng)理論或統(tǒng)計(jì)理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳播特性，并用各種數(shù)學(xué)模型來(lái)描述無(wú)線信道。構(gòu)建理論信道模型首先需要將無(wú)線傳播環(huán)境進(jìn)行大致分類（如大城市、中小城市、效外）之后，然后提出一些假設(shè)條件使信道數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化，進(jìn)行理論分析和推導(dǎo)，得出理論模型。因此，數(shù)學(xué)模型對(duì)信道的描述都是近似的。即便如此，信道的理論模型對(duì)人們認(rèn)識(shí)和研究無(wú)線信道仍可起指導(dǎo)作用； （2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)：建立在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)之上，選取典型環(huán)境，進(jìn)行電波傳播實(shí)測(cè)試驗(yàn)。測(cè)試參數(shù)包括接收信號(hào)幅度、延時(shí)以及其它反映信道特征的參數(shù)。對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得出一些有用的結(jié)果，建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｓ捎谝苿?dòng)環(huán)境的多樣性，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)一直被作為研究無(wú)線信道的重要方法。 （3）計(jì)算機(jī)模擬：是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展新出現(xiàn)的研究方法。如前所述，任何理論分析，都要假設(shè)一些簡(jiǎn)化條件，而實(shí)際移動(dòng)傳播環(huán)境是干變?nèi)f化的，這就限制了理論結(jié)果的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，較為費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，并且也是針對(duì)某個(gè)特定環(huán)境進(jìn)行的。而計(jì)算機(jī)在硬件支持下，具有很強(qiáng)的計(jì)算能力，能靈活快速地模擬各種移動(dòng)環(huán)境。因而，計(jì)算機(jī)模擬越來(lái)越成為研究無(wú)線信道的重要方法。在實(shí)際的應(yīng)用中經(jīng)常將以上幾種方法結(jié)合使用，例如使用第二種方法得到的模型對(duì)理論推導(dǎo)獲得的模型進(jìn)行修正。 4． 傳播模型的輸入?yún)?shù) 傳播模型的數(shù)學(xué)描述都比較復(fù)雜，一般給出的是損耗或場(chǎng)強(qiáng)的分布函數(shù)，模型的輸入?yún)?shù)主要有：自然地形特征、植被特征、天氣狀況、電磁噪聲狀況、天線高度（包括接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的天線高度）、建筑物的分布、建筑物的平均高度、載波頻率、波長(zhǎng)、收發(fā)天線之間的距離等。 無(wú)線信道的特點(diǎn)（1）頻譜資源有限：雖然可供通信用的無(wú)線頻譜從數(shù)十MHz到數(shù)十GHz，但由于無(wú)線頻譜在各個(gè)國(guó)家都是一種被嚴(yán)格管制使用的資源，因此對(duì)于某個(gè)特定的通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，頻譜資源是非常有限的。而且目前移動(dòng)用戶處于快速增長(zhǎng)中，因此必須精心設(shè)計(jì)移動(dòng)通信技術(shù)，以使用有限的頻譜資源； （2）傳播環(huán)境復(fù)雜：前面已經(jīng)說(shuō)明了電磁波在無(wú)線信道中傳播會(huì)存在多種傳播機(jī)制，這會(huì)使得接收端的信號(hào)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，接收信號(hào)的幅度、頻率、相位等均可能處于不斷變化之中； （3）存在多種干擾：電磁波在空氣中的傳播處于一個(gè)開放環(huán)境之中，而很多的工業(yè)設(shè)備或民用設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生電磁波，這就對(duì)相同頻率的有用信號(hào)的傳播形成了干擾。此外，由于射頻器件的非線性還會(huì)引入互調(diào)干擾，同一通信系統(tǒng)內(nèi)不同信道間的隔離度不夠還會(huì)引入鄰道干擾； （4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮幱诓粩嗟淖兓校簾o(wú)線通信產(chǎn)生的一個(gè)重要原因是可以使用戶自由的移動(dòng)。同一系統(tǒng)中處于不同位置的用戶、以及同一用戶的移動(dòng)行為，都會(huì)使得在同一移動(dòng)通信系統(tǒng)中存在著不同的傳播路徑，并進(jìn)一步會(huì)產(chǎn)生信號(hào)在不同傳播路徑之間的干擾。此外，近年來(lái)興起的自組織（adhoc）網(wǎng)絡(luò)，更是具有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)同時(shí)移動(dòng)的特點(diǎn)，也會(huì)對(duì)無(wú)線信道的研究產(chǎn)生新的影響。第5節(jié) 無(wú)線信道的微波頻段 更新于20080518 22:32:00 無(wú)線信道 微波頻段 微波通信 衛(wèi)星通信 無(wú)線信道的微波頻段 微波頻段的定義微波頻段被定義為1GHz到100GHz的范圍，也有定義認(rèn)為微波頻段的上限為1000GHz。但實(shí)用的微波通信系統(tǒng)工作上限一般為50GHz。由于最常見的微波接力中繼通信系統(tǒng)與一般的移動(dòng)通信系統(tǒng)有很多不同之處。因此雖然兩者都屬于無(wú)線通信的范疇，但在此對(duì)微波頻段的使用做單獨(dú)介紹。 微波頻段的特點(diǎn)微波通信同樣是利用電磁波來(lái)承載信息，但它具有以下顯著特點(diǎn)： （1）工作頻率高，可用帶寬大：微波通信系統(tǒng)一般工作在數(shù)G或數(shù)十GHz的頻率上。被分配的帶寬在數(shù)十MHz左右，這在無(wú)線通信中已是非常可觀；一個(gè)第三代移動(dòng)通信的運(yùn)營(yíng)商在單方向也僅被分配5MHz的帶寬； （2）波長(zhǎng)短，易于設(shè)計(jì)高增益的天線：天線可以設(shè)計(jì)得比較復(fù)雜，增益可以達(dá)到數(shù)十分貝； （3）受天電干擾?。禾祀姼蓴_、工業(yè)干擾和太陽(yáng)黑子活動(dòng)基本不影響微波頻段； （4）視距傳播：在微波通信的系統(tǒng)中必須保證電磁波傳輸路徑的可視性，它無(wú)法像某些低頻波那樣沿著地球的曲面?zhèn)鞑?，也無(wú)法穿過建筑物，甚至樹葉這樣的物體也會(huì)顯著的影響通信系統(tǒng)。在微波中繼通信中還必須注意天線的指向性； （5）容易受天氣影響：雷雨、空氣凝結(jié)物等都會(huì)引導(dǎo)起反射、影響通信效果。 地面視距信道微波傳輸?shù)男诺酪脖环Q為地面視距信道，視距傳播模型主要考慮的因素包括大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)。其中，大氣效應(yīng)主要包括吸收衰減、雨霧衰減和大氣折射；地面效應(yīng)主要包括費(fèi)涅爾效應(yīng)和地面反射。（1）吸收衰減：主要發(fā)生在微波的高頻段，不同的大氣成分如水蒸汽、氧氣具有不同的吸收衰減，對(duì)12GHz以下的低頻段影響較?。唬?）雨霧衰減：在10GHz以下頻段，雨霧衰減并不嚴(yán)重，一般只有幾dB；在10GHz以上頻段，雨霧衰減則會(huì)大大增加。下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素，在暴雨天氣下出現(xiàn)的電視轉(zhuǎn)播中斷常是由此原因造成的；（3）大氣折射：是由于空氣密度存在梯度而造成的微波傳播方向的改變；（4）費(fèi)涅爾效應(yīng)：描述了微波傳播在遇到障礙物時(shí)產(chǎn)生的附加損耗；（5）地面反射：是傳播過程中產(chǎn)生電平衰落的主要原因；（6）頻率選擇性衰落。 微波通信的主要應(yīng)用微波通信興起于二十世紀(jì)50年代。由于其通信的容量大而投資費(fèi)用?。s占電纜投資的五分之一），建設(shè)速度快，抗災(zāi)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而取得迅速的發(fā)展。20世紀(jì)40年代到50年代產(chǎn)生了傳輸頻帶較寬，性能較穩(wěn)定的微波通信，成為長(zhǎng)距離、大容量地面干線無(wú)線傳輸?shù)闹饕侄?，也可以用于傳輸高質(zhì)量的彩色電視信號(hào)，而后逐步進(jìn)入中容量乃至大容量數(shù)字微波傳輸。80年代中期以來(lái)，隨著頻率選擇性色散衰落對(duì)數(shù)字微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)以及一系列自適應(yīng)衰落對(duì)抗技術(shù)與高階調(diào)制與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字微波傳輸產(chǎn)生了一個(gè)革命性的變化。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的微波中繼通信在長(zhǎng)途通信網(wǎng)中所占的比例最高達(dá)50%以上。我國(guó)對(duì)于微波通信的應(yīng)用也已經(jīng)取得了很大的成就，在1976年的唐山大地震中，在京津之間的同軸電纜全部斷裂的情況下，六個(gè)微波通道全部安然無(wú)恙。九十年代的長(zhǎng)江中下游的特大洪災(zāi)中，微波通信又一次顯示了它的巨大威力。在當(dāng)今世界的通信技術(shù)中，微波通信仍然具有獨(dú)特而重要的地位。以下是幾種微波通信的典型應(yīng)用。 （1）微波中繼通信：微波中繼通信系統(tǒng)一般包含終端站和中繼站兩大類設(shè)備。它的站與站之間要求具有視距傳播條件，通過高度指向性天線來(lái)完成相互通信。中繼站上的天線依次將信號(hào)傳遞給相鄰的站點(diǎn)，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實(shí)現(xiàn)視線被地表切斷的兩個(gè)站點(diǎn)間的傳輸，如圖25所示。由于這些站都是固定設(shè)置的，因此上述這些條件可以最大限度的保證通信的有限距離和信號(hào)質(zhì)量，微波中繼通信常用于電話通信網(wǎng)的補(bǔ)充，也用于在較長(zhǎng)的距離上以中繼接力的方式傳輸電視信號(hào)，主要是作為有線通信線路的補(bǔ)充，在難于鋪設(shè)有線電纜或一些臨時(shí)性應(yīng)用的場(chǎng)合替代有線通信； 圖25 微波中繼通信系統(tǒng) （2）多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MDS）：這實(shí)際上是一種固定無(wú)線接入技術(shù)，它包括由運(yùn)營(yíng)商設(shè)置的主站和位于用戶處的子站，可以提供數(shù)十MHz甚至數(shù)GHz的帶寬，這些帶寬由所有的用戶共享。MDS系統(tǒng)主要為個(gè)人用戶、寬帶小區(qū)和寫字樓等設(shè)施提供無(wú)線寬帶接入，它的特點(diǎn)是建網(wǎng)迅速，但資源分配不夠靈活。MDS包括覆蓋范圍較大的多信道多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MMDS）和覆蓋范圍較小、但提供帶寬更為充足的本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）。圖26是多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)的示意圖。MMDS 和LMDS 的系統(tǒng)構(gòu)成相似，一般包括基站、遠(yuǎn)端站和網(wǎng)管系統(tǒng)，其中基站和遠(yuǎn)端站又分為室內(nèi)單元（IDU） 和室外單元（ODU） 部分。IDU是與提供業(yè)務(wù)相關(guān)的部分，如業(yè)務(wù)的適配和匯聚、分發(fā)；ODU 提供基站和遠(yuǎn)端站之間的射頻傳輸功能。MMDS 和LMDS 的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也非常相似，都是通過無(wú)線調(diào)制與復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接入。二者主要區(qū)別在于工作的頻段不同以及由此帶來(lái)的可承載帶寬和無(wú)線傳輸特性的不同。 圖26 多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng) MMDS/ LMDS 不同于傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)微波傳輸和GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)，它采用蜂窩的形式，通過多扇區(qū)覆蓋向所需地區(qū)提供業(yè)務(wù)服務(wù)，一個(gè)中心站可以根據(jù)系統(tǒng)容量和具體業(yè)務(wù)需求下帶多個(gè)遠(yuǎn)端站，中心站與遠(yuǎn)端站之間的通信，下行大多使用TDM 方式，上行采用FDMA 或TDMA 方式，一個(gè)扇區(qū)可以提供多個(gè)載頻，目前大多數(shù)產(chǎn)品可提供4 個(gè)90176。扇區(qū)的覆蓋，部分產(chǎn)品甚至可提供24個(gè)15176。扇區(qū)覆蓋。同時(shí)，因其遠(yuǎn)端站是固定的，MMDS/ LMDS 系統(tǒng)無(wú)需跨區(qū)切換和位置更新，這明顯不同于GSM系統(tǒng)。以下分別說(shuō)明MMDS/ LMDS的技術(shù)特點(diǎn)。 ① 工作頻段：MMDS的頻率集中在2GHz～5GHz。它的優(yōu)點(diǎn)是：雨衰可以忽略不計(jì)；器件成熟；設(shè)備成本低。本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)LMDS工作在毫米波波段的20GHz～40GHz頻段上，在20GHz～40GHz頻段上，被許可的頻率包括24GHz、28GHz、31GHz、38GHz等，其中以28GHz獲得的許可較多，該頻段具有較寬松的頻譜范圍，最有潛力提供多種業(yè)務(wù)。LMDS的信號(hào)傳輸距離很短，僅5km～6km，因此不得不采用多個(gè)小蜂窩結(jié)構(gòu)來(lái)覆蓋一個(gè)城市，造成多蜂窩系統(tǒng)復(fù)雜度較高；設(shè)備成本高；雨衰太大、降雨時(shí)很難工作； ② 多址方式：MMDS/ LMDS 下行主要采用FDMA 方式將信號(hào)向相應(yīng)扇區(qū)廣播。從中心站到終端站的下行信號(hào)采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方式，每個(gè)用戶終端在特定的頻段內(nèi)接收屬于自己的信號(hào)。上行多址方式為TDMA或FDMA。如果采用TDMA 方式,則若干遠(yuǎn)端站可在相同頻段的不同時(shí)隙向基站發(fā)射信號(hào)。這種方式對(duì)支持突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如Internet 接入應(yīng)用） 優(yōu)勢(shì)較明顯。如果采用FD