《无线传播理论》课件

无线传播理论无线传播理论研究无线电波在空间中的传播特性，是现代通信系统的重要基础了解无线传播的特点，有助于设计高效、可靠的无线通信系统，并克服各种传播障碍无线传播简介信息传递广泛应用无形力量无线传播是通过无线电波将信息从一个地方无线传播技术在广播、通信、导航、雷达等无线传播是现代社会信息传递不可或缺的一传递到另一个地方领域得到广泛应用部分，它推动了科技发展无线传播的发展历程早期无线电通信19世纪末，无线电技术出现，标志着无线通信的开端无线电广播的兴起20世纪20年代，无线电广播技术迅速发展，推动了无线通信的普及移动通信的萌芽20世纪40年代，移动通信技术开始起步，主要用于军事和公共安全领域蜂窝网络的诞生20世纪80年代，蜂窝网络技术问世，开启了移动通信的黄金时代移动互联网的时代21世纪初，移动互联网的兴起，进一步推动了无线通信技术的快速发展时代的到来5G5G技术的出现，为无线通信带来了更高的速度、更低的延迟和更强的容量无线传播技术的基础电磁波理论信号处理12无线通信依赖于电磁波的传播，其理论基数字信号处理技术用于将信息编码成电磁础是麦克斯韦方程组波，并在接收端进行解码天线理论信道模型34天线是无线通信系统中不可或缺的部分，信道模型用于描述无线传播环境中信号的用于发射和接收电磁波衰落、多径传播和噪声等现象无线传播的主要形式地面波传播天波传播地面波沿着地球表面传播，适用于中波和长波广播地面波传播距离较远，但信号天波是指无线电波被电离层反射回地球，适用于短波广播天波传播距离非常远，衰减较快，受地形和障碍物的影响较大适合城市和郊区广播可跨越洲际，但信号传播时间较长，受电离层状态影响较大无线电波的产生和传播电磁场振荡1电磁场振荡是无线电波产生的根本原因当电磁场发生周期性变化时，就会产生无线电波天线发射2天线是发射和接收无线电波的关键部件天线将电磁振荡转换为无线电波，并将无线电波转换为电磁振荡空间传播3无线电波在空间中以光速传播，其传播路径受各种因素影响，例如大气层、地形和障碍物无线电波的特性和参数频率和波长极化无线电波的频率和波长密切相关，无线电波的电场方向称为极化，分频率越高，波长越短不同的频率为水平极化和垂直极化，影响信号对应不同的应用场景的传输和接收传播速度功率和强度无线电波在真空中以光速传播，在无线电波的功率决定其传播范围和介质中传播速度会略有下降信号强度，信号强度会随着距离的增加而衰减无线电波的频段划分无线电波的频段划分，是根据电磁波频率范围进行的分类频段划分是为了规范无线电波的使用，避免不同应用之间的相互干扰3KHz30KHz低频中频用于长波通信用于中波广播300KHz3MHz高频甚高频用于短波通信用于电视广播不同频段的无线电波具有不同的传播特性天线的工作原理和分类天线的原理天线分类天线分类天线分类天线是将电能转换成电磁波或将天线按工作频率分类，可分为低按天线辐射方向分类，可分为全按天线结构分类，可分为偶极天电磁波转换成电能的装置，发射频天线、中频天线、高频天线、向天线、定向天线、半定向天线线、单极天线、螺旋天线、抛物天线将电能转换成电磁波发射出超高频天线、微波天线等等面天线等去，接收天线将电磁波接收并转换成电能天线的主要指标和参数辐射方向图天线增益天线阻抗天线极化天线辐射方向图展示了天线在空天线增益是指天线在某一特定方天线阻抗是指天线输入端电压与天线极化是指电场矢量在空间的间各个方向的辐射功率分布情况向上辐射功率密度与理想点源在电流之比，它影响天线与发射机振动方向，常见的极化方式有垂，它反映了天线的辐射特性相同方向上的辐射功率密度之比或接收机的匹配程度直极化和水平极化无线信号的调制和解调调制1将信息信号转换成适合无线信道传输的信号载波2高频信号，用于将信息信号传输到接收机解调3恢复信息信号，还原原始信息调制是将数字或模拟信息信号转换为适合无线传输的信号过程解调则是在接收端将调制后的信号还原为原始信息信号数字调制技术概述将数字信号转换为模拟信提高抗干扰能力号通过调制，数字信号可以更好地抵数字调制技术将数字信号转换为模抗噪声和干扰，从而提高传输的可拟信号，以便在无线信道中传输靠性提高频谱利用率实现多种通信方式数字调制技术可以有效地利用无线数字调制技术可以实现多种通信方频谱资源，提高通信系统的容量式，例如语音、数据、视频等和调制技术BPSK QPSK二进制相移键控四相相移键控BPSK QPSK使用两个相位来表示数据，0或1使用四个相位来表示数据，

00、

01、

10、11•信号仅在两个相位之间切换•提高了带宽效率，但复杂度增加•简单，但带宽效率低•在无线通信中广泛应用正交振幅调制QAM概述原理优点QAM QAMQAMQAM是一种数字调制技术，QAM在二维平面坐标系中，QAM具有更高的频谱效率，它结合了幅度调制和相位调制将每个数据符号映射到一个特可以传输更多数据定的点QAM还具有较好的抗噪声性QAM通过改变信号的幅度和通过改变点的横坐标和纵坐标能，提高了通信的可靠性相位来表示不同的数据符号来表示不同的数据符号，从而实现数据传输频率跳跃与扩频技术频率跳跃扩频直接序列扩频12无线信号的频率会随机变化，将信号的带宽扩展到很宽的频使干扰难以预测并减弱谱范围，减少干扰并提高抗噪声能力应用场景3军事通信、无线网络、卫星通信等需要高抗干扰性和安全性场景多址接入、、FDMA TDMACDMA频分多址时分多址FDMA TDMA在FDMA中，将可用频谱划分为多TDMA将时间划分为时间片，每个个子频带，每个用户使用一个子频用户使用一个时间片进行通信带码分多址CDMACDMA使用不同的码字来区分不同的用户，允许多个用户同时使用相同的频谱蜂窝网络拓扑结构蜂窝网络采用的是蜂窝状拓扑结构，将覆盖区域划分成一个个六边形的蜂窝小区每个小区都有一个基站，负责与小区内的移动用户进行通信蜂窝网络拓扑结构的特点是，每个小区都与周围的小区重叠，可以实现手机的无缝切换蜂窝网络的频率复用频率复用蜂窝网络中，不同蜂窝使用不同的频率，避免无线电波干扰，提高频谱效率蜂窝网络的手机切换手机切换是指移动终端在移动过程中，从一个基站切换到另一个基站的过程切换流程接收信号强度监测切换条件评估1切换命令发送切换完成确认切换类型硬切换2软切换切换目标确保通话质量3提高系统容量优化资源利用率无线传输信道的特点时变性频率选择性12无线信道会因环境、天气等因无线信道会对不同频率的信号素而发生变化，导致信号传输产生不同的衰减，导致信号失质量不稳定真多径效应噪声干扰34信号通过不同的路径到达接收无线信道中存在各种噪声，会端，造成多径传播，导致信号影响信号传输质量干扰信号在无线信道中的衰落无线信道中的信号衰落是无线通信中的重要现象，它会导致信号强度下降，影响通信质量路径损耗1信号传播距离增加导致信号强度衰减阴影衰落2障碍物阻挡信号传播路径，导致信号强度下降多径衰落3信号经过不同路径到达接收机，导致信号叠加或相消这些因素会导致信号强度波动，造成接收信号质量下降，甚至导致通信中断多径传播造成的信号干扰多径传播信号叠加信号衰落无线信号在传播过程中遇到障碍物反射或绕多条路径的信号到达接收端的时间不同，导相位差和幅度变化会导致信号衰落，造成信射，产生多条路径，到达接收端致信号叠加，产生相位差和幅度变化号失真，影响通信质量无线信道的信号到噪声比信号到噪声比（SNR）是一个重要的无线信道参数，它衡量了无线通信系统中的信号强度与噪声强度的比值SNR越高，意味着信号的强度越强，噪声的干扰越小，通信质量越好SNR低信号淹没在噪声中，通信质量差，甚至无法接收SNR高信号清晰可辨，通信质量高，可靠性强无线信道编码技术纠错码编码器在数据中添加冗余信息，接收器可以利用这些信息检测和纠正错误前向纠错接收器可以自动纠正一定数量的错误，无需重新传输数据信道编码方案包括卷积码、分组码、Turbo码和LDPC码等，根据不同的应用场景选择合适的方案数据链路层协议及其功能数据链路层协议的功能物理寻址错误检测和纠正流量控制数据链路层协议负责在相邻节点它使用物理地址来识别网络中的数据链路层协议使用校验和或其它控制数据传输速率，避免接收之间可靠地传输数据帧每个设备，确保数据帧发送到正他错误检测机制来发现和纠正传方被过多的数据淹没，确保数据确的接收方输过程中的错误传输的稳定性和可靠性无线电波在自然环境中的传播无线电波在自然环境中传播会受到各种因素的影响，如地形地貌、气候条件、大气成分等地形地貌会造成信号的反射、绕射和衰减气候条件会影响信号的传播距离和质量大气成分会吸收和散射无线电波，影响信号的强度和稳定性不同的无线电波频率具有不同的传播特性低频无线电波可以绕射障碍物，传播距离较远，但衰减较快高频无线电波传播距离较短，但穿透能力强在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的频率和天线，以确保无线通信的可靠性和有效性无线通信系统的安全与隐私安全威胁隐私保护无线通信系统面临着各种安全威胁，例如无线通信系统应保护用户隐私，例如通话窃听、欺骗和拒绝服务攻击内容、位置信息和个人数据这些威胁会损害数据机密性、完整性和可隐私保护措施包括数据加密、匿名化和访用性问控制无线传播发展趋势与挑战卫星网络利用卫星进行无线通信，能够克服地面无线通信的局限性，覆盖范围更广网络5G5G网络的高速率、低延迟和海量连接能力，将推动无线通信应用的创新发展物联网物联网的兴起，对无线通信技术提出了新的挑战，需要更高效、更安全的无线通信技术无线传播理论应用案例无线传播理论在现实生活中有着广泛的应用，例如•移动通信•无线网络•卫星通信•无线传感器网络•无线电力传输•无线医疗总结和展望无线传播理论是移动通信领域的基础学科未来发展方向包括•5G及Beyond5G技术•毫米波通信技术•人工智能与无线通信结合•新型无线通信网络架构。