《無線傳播特性》課件

無線傳播特性無線傳播是移動(dòng)通信的關(guān)鍵基礎(chǔ)，了解其特性是實(shí)現(xiàn)高效可靠通信的關(guān)鍵。課程大綱1無線傳播基本概念無線電波的特性、頻率、波長(zhǎng)、傳播模式。2自由空間傳播直線傳播、反射傳播、折射傳播。3地球表面?zhèn)鞑サ乇韨鞑?、地球曲率的影響、地形與障礙物的影響。4電離層反射傳播電離層的結(jié)構(gòu)、特性、反射傳播機(jī)理、影響因素。5微波傳播特性微波傳播的優(yōu)勢(shì)、限制因素。6多徑傳播成因、影響、調(diào)制技術(shù)。7無線信號(hào)的衰落路徑損耗、陰影衰落、快速衰落。8無線電波的應(yīng)用廣播通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信。無線傳播基本概念無線電波無線電波是電磁波譜的一部分，用于無線通信。傳播介質(zhì)無線電波在空氣、水、真空等介質(zhì)中傳播。無線傳播特性無線電波的傳播特性影響信號(hào)強(qiáng)度、覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量。無線電波的基本屬性頻率無線電波的頻率決定了它的能量和傳播速度。波長(zhǎng)波長(zhǎng)與頻率成反比，它決定了無線電波的傳播距離和穿透能力。極化無線電波的電場(chǎng)方向決定了它的極化，影響著天線的接收效率。強(qiáng)度無線電波的強(qiáng)度反映了它攜帶的能量大小，影響著信號(hào)的質(zhì)量。無線電波的頻率和波長(zhǎng)頻率波長(zhǎng)較高的頻率較短的波長(zhǎng)較低的頻率較長(zhǎng)的波長(zhǎng)無線電波的傳播特性直線傳播無線電波在自由空間中以直線形式傳播，不受障礙物阻擋。反射傳播無線電波遇到介質(zhì)界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，改變傳播方向。折射傳播無線電波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射，改變傳播方向和速度。自由空間傳播無線電波在自由空間中傳播的特性，不受地形、障礙物或大氣層的影響，傳播路徑是直線。直線傳播無線電波在沒有障礙物的情況下，以直線方式傳播。反射傳播無線電波遇到物體表面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，改變傳播方向。折射傳播無線電波通過不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射，改變傳播方向。直線傳播無線電波的直線傳播無線電波在自由空間中以直線形式傳播，類似于光線。影響因素傳播路徑上的障礙物會(huì)阻擋或反射無線電波，影響傳播距離。應(yīng)用場(chǎng)景適用于短距離通信，例如室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)、近距離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。反射傳播地面反射無線電波遇到地面時(shí)，一部分能量會(huì)被反射回空中，另一部分被地面吸收。建筑物反射無線電波遇到建筑物時(shí)，也會(huì)發(fā)生反射，導(dǎo)致信號(hào)衰減。山脈反射山脈地形會(huì)反射無線電波，影響信號(hào)傳播路徑。折射傳播定義當(dāng)無線電波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，由于兩種介質(zhì)的電磁特性不同，無線電波的方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為折射。影響因素折射的角度取決于兩種介質(zhì)的折射率和入射角。折射率越高，折射角越大。應(yīng)用折射現(xiàn)象在無線通信中被廣泛應(yīng)用，例如，利用電離層折射來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信。地球表面?zhèn)鞑o線電波在地球表面?zhèn)鞑ナ艿降乇硖匦院偷匦蔚挠绊?。地表傳播是指無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，由于地表存在不?guī)則的起伏，會(huì)導(dǎo)致無線電波的反射、折射和散射。地形與障礙物也會(huì)對(duì)無線電波的傳播造成影響，例如山脈、建筑物等。地表傳播1地面波無線電波沿著地球表面?zhèn)鞑?，在地表和電離層之間反射。2衰減地面波傳播過程中會(huì)受到地面吸收和散射的影響，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度衰減。3頻率地面波傳播主要用于低頻和中頻無線電波，例如AM廣播。地球曲率的影響視距限制地球曲率導(dǎo)致無線電波傳播路徑彎曲，信號(hào)傳播距離受限。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信利用地球曲率，實(shí)現(xiàn)全球范圍的無線通信。天線高度提高天線高度可以增加傳播距離，克服地球曲率的影響。地形與障礙物的影響山脈影響山脈會(huì)阻擋無線電波的傳播，造成信號(hào)衰減，影響無線通信質(zhì)量。建筑物影響高層建筑物會(huì)造成信號(hào)遮擋，形成陰影區(qū)，影響無線通信覆蓋范圍。樹木影響樹木會(huì)吸收和散射無線電波，造成信號(hào)衰減，影響無線通信距離。4.電離層反射傳播電離層結(jié)構(gòu)電離層包含D、E、F1和F2層。電離層特性電離層的特性隨著高度、時(shí)間和太陽活動(dòng)的變化而變化。電離層的結(jié)構(gòu)與特性分層結(jié)構(gòu)電離層由D層、E層和F層組成，每個(gè)層都有其特定的電子密度和高度。電子密度變化電離層中的電子密度受太陽活動(dòng)、季節(jié)變化和地理位置的影響。反射特性電離層可以反射無線電波，尤其是短波，這使得長(zhǎng)距離無線電通信成為可能。電離層反射傳播機(jī)理電波進(jìn)入電離層無線電波進(jìn)入電離層后，與電離層中的自由電子相互作用。電子振蕩電波的電場(chǎng)使自由電子發(fā)生振蕩，并向外輻射能量。反射回地面當(dāng)電波頻率低于電離層臨界頻率時(shí)，電波會(huì)被電離層反射回地面。電離層反射傳播的影響因素太陽活動(dòng)，包括太陽黑子、太陽耀斑等，會(huì)影響電離層電子密度，進(jìn)而影響無線電波的傳播。季節(jié)變化也會(huì)影響電離層電子密度，夏季電離層密度較高，冬季密度較低。白天和夜晚的電子密度不同，白天電子密度較高，夜晚密度較低，導(dǎo)致傳播路徑發(fā)生變化。無線電波的頻率也會(huì)影響其傳播路徑，頻率越低，更容易被電離層反射。微波傳播特性頻率微波頻率范圍從1GHz到300GHz，具有較高的頻率和較短的波長(zhǎng)。特性微波具有較強(qiáng)的穿透能力，可直線傳播，不易被障礙物阻擋。微波傳播的優(yōu)勢(shì)高帶寬微波可以傳輸大量信息，支持高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。低損耗微波信號(hào)在傳播過程中損耗較小，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?？垢蓴_微波信號(hào)頻率較高，不易受到其他信號(hào)的干擾。微波傳播的限制因素地形障礙微波信號(hào)易受地形障礙物的阻擋，例如山脈和高層建筑，導(dǎo)致信號(hào)衰減或無法到達(dá)目標(biāo)。大氣吸收大氣中的水蒸氣、氧氣等成分會(huì)吸收微波信號(hào)，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度衰減。多徑傳播微波信號(hào)在傳播過程中可能遇到障礙物反射，導(dǎo)致信號(hào)疊加或相互干擾，影響信號(hào)質(zhì)量。多徑傳播多徑傳播的成因無線電波在傳播過程中會(huì)遇到各種障礙物，例如建筑物、樹木和地面，并發(fā)生反射和散射。這些反射和散射的信號(hào)會(huì)沿著不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，造成多徑傳播現(xiàn)象。多徑傳播的影響多徑傳播會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰落、信號(hào)干擾和信道延時(shí)擴(kuò)展，進(jìn)而影響無線通信的質(zhì)量和可靠性。多徑傳播的成因1反射無線電波遇到障礙物（如建筑物、山脈）時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，形成多條傳播路徑。2衍射無線電波繞過障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射，形成多條傳播路徑。3散射無線電波遇到較小的物體（如樹木、雨滴）時(shí)，會(huì)發(fā)生散射，形成多條傳播路徑。多徑傳播的影響信號(hào)衰落信號(hào)延遲信號(hào)干擾多徑傳播的調(diào)制技術(shù)1正交頻分復(fù)用(OFDM)OFDM將數(shù)據(jù)流分成多個(gè)子載波，每個(gè)子載波都以不同的頻率傳輸。這種方法可以有效地克服多徑傳播帶來的信號(hào)干擾，并提高信號(hào)的抗噪聲能力。2多輸入多輸出(MIMO)MIMO技術(shù)使用多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線，通過空間復(fù)用和波束賦形等技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率和覆蓋范圍。3空時(shí)編碼(STC)STC技術(shù)利用發(fā)射天線和接收天線之間的空間分集來克服多徑傳播帶來的衰落現(xiàn)象，并提高信號(hào)的可靠性。無線信號(hào)的衰落1路徑損耗信號(hào)傳播距離增加導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度下降。2陰影衰落建筑物、樹木等障礙物阻擋信號(hào)傳播。3快速衰落多徑傳播導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度快速波動(dòng)。路徑損耗距離衰減無線電波隨著距離傳播而減弱，信號(hào)強(qiáng)度隨著距離的平方成反比下降。環(huán)境阻擋建筑物、樹木和地形等障礙物會(huì)阻擋無線電波的傳播，造成信號(hào)衰減。頻率影響高頻無線電波更容易被吸收和散射，因此路徑損耗更大。陰影衰落障礙物遮擋當(dāng)無線電波遇到建筑物、山丘或其他障礙物時(shí)，信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減，導(dǎo)致接收信號(hào)強(qiáng)度下降。移動(dòng)性影響接收設(shè)備的位置和方向也會(huì)影響陰影衰落的程度，移動(dòng)過程中信號(hào)強(qiáng)度會(huì)波動(dòng)。快速衰落多普勒頻移移動(dòng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)頻率發(fā)生變化。這種頻率變化會(huì)導(dǎo)致信號(hào)功率的波動(dòng)，從而導(dǎo)致快速衰落。多徑傳播的影響由于信號(hào)通過不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，信號(hào)到達(dá)的時(shí)間也會(huì)不同。這些時(shí)間差會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相位發(fā)生變化，從而導(dǎo)致信號(hào)功率的波動(dòng)，造成快速衰落。無線電波的應(yīng)用廣播通信無線電波用于廣播電視信號(hào)，為大眾提供信息和娛樂。移動(dòng)通信無線電波用于移動(dòng)電話、手機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)等，方便人們隨時(shí)隨地通信。衛(wèi)星通信無線電波用于衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的通信和數(shù)據(jù)傳輸。廣播通信覆蓋范圍廣廣播信號(hào)可以覆蓋大范圍區(qū)域，無需連接物理線路。信息傳播速度快廣播信號(hào)以光速傳播，幾乎可以實(shí)時(shí)傳遞信息。成本低廉廣播通信的成本相對(duì)較低，使信息傳播更加普及。移動(dòng)通信便攜式通信移動(dòng)通信允許用戶在移動(dòng)過程中