《无线电波传播》课件

无线电波传播欢迎来到《无线电波传播》课程！在这个信息时代，无线电波已成为我们日常生活不可或缺的一部分从手机通讯到卫星导航，从无线网络到广播电视，无线电波无处不在，默默支撑着现代社会的运转本课程将带领大家深入了解无线电波的基本原理、传播机制、影响因素以及现代应用我们将探索从基础电磁理论到实际工程应用的全过程，帮助你掌握无线通信领域的核心知识无论你是通信工程的学生，还是对无线技术感兴趣的爱好者，这门课程都将为你打开一扇了解无形却无处不在的电磁世界的大门什么是无线电波无线电波定义无线电波频段划分无线电波是指频率在至之间的电磁波，是一种国际电信联盟将无线电波按频率从低到高划分为多个频3kHz3000GHz ITU能够在真空和物质介质中传播的能量形式它由振荡的电场和磁段场相互垂直组成，不需要介质即可传播极低频，用于海底通信•ELF:3-30Hz无线电波的基本特性包括频率、波长、振幅和相位频率与波长超低频，用于矿井通信•ULF:30-300Hz成反比，频率越高，波长越短不同频率的无线电波具有不同的特低频，用于导航系统•VLF:3-30kHz传播特性和穿透能力低频，用于广播和导航•LF:30-300kHz中频，广播•MF:300kHz-3MHz AM高频，短波通信•HF:3-30MHz甚高频，广播、电视•VHF:30-300MHz FM超高频，移动通信•UHF:300MHz-3GHz微波以上以上，卫星通信、雷达等•3GHz无线电波的历史发展年18641詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，为无线电技术奠定了理论基础年21887德国物理学家海因里希·赫兹通过实验首次证明了电磁波的存在，并验证了麦克斯韦的理论年18953意大利工程师古列尔莫·马可尼成功进行了首次无线电报通信实验，信号传输距离约

2.4公里年41901马可尼实现了跨大西洋无线电通信，证明了地球曲率不会阻碍长距离无线传输年代1920-19305无线电广播和短波通信技术迅速发展，广播电台在全球各地建立年代61940-1950雷达技术和微波通信取得重大进展，为现代通信系统奠定基础年至今19797移动通信从1G发展到5G，无线技术深入各行各业，成为现代社会基础设施电磁频谱概览无线电波段（）红外线段（3kHz-300GHz300GHz-）430THz包含从长波到毫米波的广泛频段，用于几乎所有的无线通信应用，如广播、移用于热成像、短距离通信（如遥控动通信、雷达等器）、光纤通信、夜视设备等紫外线和以上（）可见光段（）750THz430-750THz包括紫外线、射线和伽马射线，用于人眼可见的光谱范围，用于照明、光通X医疗成像、材料分析、天文观测等信（）、光纤通信等Li-Fi电磁频谱是无形的自然资源，对现代社会至关重要不同频段具有独特的物理特性和传播规律，因此适合不同的应用场景频谱资源有限，需要通过国际协调和国家监管来合理分配和高效利用典型无线通信系统移动通信网络卫星通信系统无线局域网（）WLAN现代移动通信系统（）主要工作在卫星通信主要使用波段（）、技术主要工作在和频4G/5G C4-8GHz Wi-Fi

2.4GHz5GHz频段，采用蜂窝网络结波段（）和波段（段，最新的扩展到频段700MHz-6GHz Ku12-18GHz Ka26-Wi-Fi6E6GHz构还引入了毫米波（）频）通过地球轨道上的卫星中继，典型覆盖范围为室内米无线路5G24-86GHz40GHz50-100段，提供更高带宽但传播距离更短基站实现全球范围内的信号传输卫星通信特由器通过接入点（）向周围设备提供网AP覆盖范围从数百米到数公里不等，形成无别适合海洋、沙漠、山区等传统网络难以络连接，已成为家庭和办公环境中不可或缝覆盖网络覆盖的地区缺的基础设施电磁波的基本性质反射（）Reflection当电磁波遇到足够大的障碍物表面时，会发生反射现象反射遵循入射角等于反射角的规律金属等导电材料反射效果最佳，是雷达探测和某些定向通信的基础在城市环境中，建筑物墙面的反射是多径传播的主要成因之一，既可能增强信号，也可能导致干扰折射（）Refraction当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向会发生改变，称为折射折射现象取决于两种介质的折射率差异大气层的折射率随高度变化，使得无线电波沿弯曲路径传播，增加了通信距离这也是为什么可以接收到超视距信号的原因之一衍射（）Diffraction当电磁波遇到障碍物边缘时，会绕过障碍物而传播到阴影区域，这种现象称为衍射衍射效应与波长有关，波长越长，衍射效应越明显因此，低频信号比高频信号更容易绕过建筑物或山脊衍射是无线通信能在非视距条件下实现的重要原因散射（）Scattering当电磁波遇到尺寸与波长相当或更小的不规则物体时，入射能量会向各个方向散射大气中的灰尘、雨滴、雪花都会导致散射散射使信号强度减弱，但也可能增加覆盖范围，如对流层散射通信就利用了大气不均匀性引起的散射现象波的传播方程麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场行为的基本方程，由四个相互关联的偏微分方程组成•高斯电场定律电荷产生电场•高斯磁场定律磁场无源•法拉第电磁感应定律变化的磁场产生电场•安培-麦克斯韦定律电流和变化的电场产生磁场波动方程推导通过对麦克斯韦方程组进行数学变换，可以导出描述电磁波传播的波动方程∇²E-1/c²∂²E/∂t²=0和∇²H-1/c²∂²H/∂t²=0其中E是电场强度，H是磁场强度，c是电磁波在介质中的传播速度平面波解波动方程的一个基本解是平面波，其电场表达式为Er,t=E₀e^jωt-k·r其中E₀是振幅，ω是角频率，k是波数矢量，r是位置矢量平面波是描述远离源点传播的电磁波的理想模型实际应用这些基础方程虽然抽象，但为电磁波传播的所有现象提供了理论基础，包括•传播速度的计算•波的极化特性分析•反射、折射规律的推导•天线辐射特性的计算环境对无线电波的影响城市环境城市建筑密集，高楼林立，形成典型的城市峡谷电波主要通过多次反射和衍射传播，导致严重的多径效应和阴影效应信号衰减快，但反射路径丰富，小区覆盖半径通常在几百米到2公里之间高楼之间的开放区域可能形成波导效应，使信号沿特定方向传播得更远郊区与农村环境障碍物较少，信号传播主要受地形和植被影响地形起伏导致的衍射损耗是主要考虑因素树木和森林对高频信号的衰减很显著，特别是在叶子茂盛的夏季农村地区覆盖半径可达5-30公里，取决于发射功率和频率地面反射是重要的传播机制水上环境水面平坦，反射特性稳定，电波可以沿着水面传播很远距离但水面反射会导致在某些距离点形成深度衰落海水的导电性好，短波以下频段可以部分渗透水面并在水中传播海上通信比陆地通信通常覆盖范围更广，但受气象条件影响更大山地与复杂地形无线电波在山区主要受地形阻挡，形成大面积信号阴影区山顶之间的通信可能比平原上更好，而山谷中的通信则更困难山地环境下，合理选择基站位置至关重要，通常选择制高点复杂地形下，小区规划需要精细化设计，可能需要使用多个小功率中继站地面波传播原理地面波本质电磁场与地面相互作用形成的传播波诺顿表面波沿导电地面传播的电磁波模式频率特性低频段（2MHz以下）传播效果最佳极化方式垂直极化优于水平极化传播机制地面导电性和绕射共同作用地面波是指沿着地球表面传播的无线电波，它主要出现在中、低频段地面波依赖于地球表面的导电特性，同时结合波的绕射能力，能够沿着地球曲率传播，突破视距限制这种传播模式使电波能够附着在地球表面传播很远距离地面波传播主要应用于远洋导航、广播广域覆盖以及军事通信等领域著名的LORAN-C导航系统和AM广播电台都利用了地面波传播原理在紧急情况下，地面波通信也作为可靠的备份通信手段地面波传播影响因素空间波传播介绍空间波定义自由空间传播多径传播空间波是指在地球大气层中传播的无线理想状态下，电磁波在没有任何障碍物在实际环境中，信号通常会通过多条路电波，主要包括直射波和地面反射波的自由空间中传播时，其功率密度与距径到达接收点除了直射路径外，信号它不依赖电离层反射，传播距离通常受离平方成反比这种情况下的路径损耗还会经过地面反射、建筑物反射、散射限于视距范围空间波是现代移动通可以通过自由空间损耗方程计算等路径到达接收机这些来自不同路径信、微波通信和卫星通信的主要传播模的信号在接收点叠加，根据相位关系可L_fs=

32.45+20logf+20logd式能产生增强或减弱的效果其中是频率，是距离这f MHzd km多径传播是导致信号快速衰落的主要原种模型适用于卫星通信和视距微波通信因，但同时也是空间分集技术的基础链路在现代通信系统中，多径效应既是挑战也是机遇空间波传播损耗20dB频率影响频率每增加10倍，自由空间传播损耗增加20dB20dB距离影响距离每增加10倍，自由空间传播损耗增加20dB100dB典型损耗2GHz频段、10km距离的典型路径损耗30-45dB阴影衰落城市环境中的额外阴影损耗范围弗里斯Friis传输方程是描述空间波传播损耗的基本公式Pr=Pt·Gt·Gr·λ/4πd²，其中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线增益，λ是波长，d是距离在实际环境中，传播损耗远大于自由空间损耗城市环境的路径损耗指数通常在

3.5-4之间，意味着功率衰减与距离的

3.5-4次方成正比，而不是自由空间中的平方关系此外，建筑物阻挡造成的阴影效应可能导致额外30-45dB的损耗路径损耗模型是无线通信网络规划的基础根据环境特征选择合适的模型，对于准确预测信号覆盖范围、合理规划基站位置至关重要天波传播原理电离层形成太阳辐射使高空气体分子电离电离层分层不同高度形成D、E、F层结构反射与折射电波在电离层发生弯曲返回地面远距离传播实现超视距、跨洲际通信天波传播是指无线电波通过电离层反射或折射回到地面的传播方式电离层是地球大气层中由于太阳辐射而产生的带电粒子层，高度约在60-1000公里之间当频率在3-30MHz的短波信号以适当角度射向电离层时，会被电离层反射回地面，从而实现远距离通信天波传播的一个重要特点是存在死区，即发射点周围一定范围内无法接收到天波信号这是因为近距离传播的地面波信号已经衰减，而天波尚未返回地面天波通信能够实现数千公里甚至全球范围的通信，是早期跨洲际通信的主要手段，至今仍在远洋船舶、军事和业余无线电通信中广泛使用电离层分层层D60-90kmD层是最低的电离层，仅在白天存在，电子密度较低它不反射无线电波，反而会吸收特别是低频和中频信号，是短波通信白天衰减的主要原因夜间D层消失，使得AM广播能够传播更远距离层E90-150kmE层的电离程度随太阳辐射变化显著，白天强夜间弱它可以反射频率达到10MHz的无线电波E层有时会形成高电离度的云状结构，称为散射E层Es，可临时反射高达30-50MHz的VHF信号，使远距离VHF通信成为可能层F150-1000kmF层是电离层中最高、最稳定的层，也是短波通信最关键的反射层白天，F层分为F1层150-220km和F2层220-800km；夜间合并为单一F层F2层电子密度最高，能够反射高达30MHz的信号，是远距离短波通信的主要依靠不同电离层对无线电波的影响各不相同，共同构成了复杂的传播环境选择适当频率和发射角度是有效利用电离层传播的关键随着太阳活动周期（约11年）的变化，电离层特性也会发生周期性变化，影响全球短波通信质量电离层变化影响太阳活动日夜变化太阳黑子数量变化影响电离层电子密度昼夜交替导致电离层结构显著变化太阳活动高峰期，最高可用频率提高白天层出现，吸收低频信号•MUF•D年周期性变化夜间和层合并•11•F1F2太阳耀斑可能导致短波通信完全中断夜间最佳通信频率通常低于白天••地理位置季节变化不同地理位置电离层特性差异显著随季节变化，电离层特性也发生周期性变化•极地区域易受太阳风暴影响•冬季F2层电子密度较低但更稳定赤道区存在赤道异常现象夏季白天吸收增强••经纬度决定太阳辐射入射角春秋季节往往是短波通信的最佳时期••电离层特性的动态变化是短波通信规划的主要挑战通信系统必须根据这些变化选择最佳工作频率现代短波通信往往采用自适应频率选择技术，实时调整工作频率以适应电离层状态变化电离层延迟与弯曲电离层对无线电波不仅有反射作用，还会引起信号延迟和路径弯曲电波在电离层中传播时速度降低，造成信号延迟，这种延迟与电离层总电子含量和信号频率有关延迟时间与频率的平方成反比，低频信号受影响更大TEC对于卫星导航系统如，电离层延迟是定位误差的主要来源之一未经校正的电离层延迟可导致米的定位偏差为减轻这一影响，系GPS10-30GPS统使用双频接收机（和信号）来消除电离层延迟，或通过广播电离层模型参数帮助单频接收机估计并校正延迟L1L2电离层状态的实时监测对精确定位和通信系统至关重要全球分布的电离层监测站网络通过测量值和临界频率等参数，为卫星导航和通信系统TEC提供电离层状态信息太阳风暴等剧烈事件可能导致电离层延迟突变，影响通信和导航系统可靠性对流层散射传播对流层散射机制系统特点与需求对流层散射是利用对流层（地表至对流层散射系统通常工作在约公里高空）中的大气折射率不频段，典型的通信10300MHz-5GHz均匀性引起的散射现象进行通信的距离为公里由于散射信100-300方式大气湍流、温度和湿度梯度号强度很弱（比视距传播弱70-造成的气团边界会散射部分无线），系统需要高增益定向天100dB电能量，使信号能够传播到超视距线（通常直径为米的抛物面天10-30距离这种散射效应虽然信号衰减线）、高功率发射机（数千瓦）和很大，但仍然可以用于构建可靠的高灵敏度接收机散射系统还需要通信链路应对深度衰落，通常采用多重分集技术提高可靠性应用场景对流层散射通信主要用于需要高可靠性、中等距离且固定点之间的通信场景，特别是在地形复杂、架设微波中继站困难的地区典型应用包括海岛与大陆间通信、极地地区通信、军事战术通信以及某些特殊地形下的应急通信系统虽然卫星通信的普及减少了对流层散射系统的应用，但在某些特定场景下仍具有不可替代的优势气象条件对传输的影响再论多径传播多径现象本质多径传播是指信号通过多条不同路径到达接收端的现象在无线通信中，除直射路径外，信号还会通过地面反射、建筑物反射、散射和衍射等多种方式传播这些不同路径的信号具有不同的幅度、相位和延迟，在接收端叠加产生复杂的效果路径差与相位不同路径长度的差异导致信号到达时的相位差当两条路径的长度差为半波长整数倍时，信号会发生相消干涉；当为整波长倍数时，会发生相长干涉在移动场景中，接收机位置的微小变化就可能导致从相长干涉转变为相消干涉，这就是快衰落的主要原因延迟扩展由于不同路径长度不同，信号到达接收端的时间也不同，这种时间差称为延迟扩展大的延迟扩展会导致符号间干扰ISI，特别是在高速数据传输中为减轻这种影响，现代系统采用均衡技术、OFDM调制等方法典型城市环境的延迟扩展约为1-5微秒多普勒扩展当发射机或接收机移动时，由于多普勒效应，不同方向来的多径信号会经历不同程度的频率偏移，形成多普勒扩展这导致接收信号频谱展宽，增加了解调难度多普勒扩展的大小与移动速度和载波频率成正比，高速场景下尤为明显瑞利衰落与莱斯衰落瑞利衰落模型莱斯衰落模型瑞利衰落模型适用于无直射路径的非视距环莱斯衰落模型适用于有直射路径的视距或部分视距Rayleigh NLOSRice LOS境，如密集城区或室内环境在这种情况下，接收信号由大量随环境，如郊区或开阔地区在这种环境下，接收到的信号除了散机方向的散射波叠加而成，没有占主导地位的分量射分量外，还有一个强直射分量瑞利衰落的信号幅度服从瑞利分布，其概率密度函数为莱斯衰落的信号幅度服从莱斯分布，其概率密度函数为fr=r/σ²exp-r²/2σ²,r≥0fr=r/σ²exp-r²+A²/2σ²I₀rA/σ²,r≥0其中是信号幅度，是多径信号的平均功率瑞利衰落的一个其中是直射分量的幅度，是零阶第一类修正贝塞尔函数rσ²A I₀K显著特点是深度衰落事件发生概率较高因子（）表示直射分量与散射分量功率比，越大，K=A²/2σ²K衰落越轻微这两种模型是无线信道建模的基础，为系统设计提供理论依据在实际应用中，可以通过测量因子来判断信道类型，进而选择合适K的调制、编码和分集技术随着收发双方相对位置的变化，信道可能在瑞利和莱斯状态间转换，系统需要能够适应这种动态变化都市环境下的信号传播城市峡谷效应阴影效应建筑物穿透损耗在高楼林立的城市环境中，建筑物之间形建筑物阻挡会造成严重的阴影区，在这信号穿透建筑物时会经历显著的损耗，这成的城市峡谷对无线信号传播有显著影些区域信号强度显著降低阴影衰落通常取决于建筑材料、墙体厚度和入射角典响信号主要通过反射、衍射和散射方式用对数正态分布模型描述，标准差在城市型的穿透损耗值从木质结构到10dB在建筑物之间传播平行于街道方向的信环境中约为阴影效应具有空间相以上钢筋混凝土不等现代建筑中8-10dB30dB号衰减较小，而垂直于街道方向的信号衰关性，相邻位置往往经历相似的阴影衰广泛使用的低辐射玻璃对Low-E glass减很大，形成明显的方向性特征落，而且随距离增加才逐渐变得不相关无线信号的阻隔尤为严重，对毫米波几乎完全屏蔽室内环境传播模型室内无线传播环境比室外更为复杂，充满了各种反射面、散射体和吸收材料墙壁、天花板、地板、家具等物体都会对信号传播产生影响常用的室内传播模型包括一次断点模型、多面墙模型和对数距离路径损耗模型等不同类型的建筑材料对信号有不同程度的衰减木质门约，石膏板墙约，砖墙约，钢筋混凝土约此外，穿墙损耗与频率3dB6dB10-15dB15-25dB直接相关，频率越高，穿透能力越弱因此信号比信号覆盖范围小，而毫米波信号几乎无法穿透墙壁5GHz Wi-Fi

2.4GHz室内信道的另一个特点是延迟扩展较小（通常小于），但多径分量数量多且密集楼层间的穿透损耗随楼层数增加而累积，一般每层额外增100ns加损耗这就是为什么高层建筑中常需要每层部署接入点的原因10-15dB天线基础常见天线类型及应用天线的极化特性常见天线类型包括全向天线（如偶关键天线参数天线极化指电场矢量的取向常见的极子天线），适用于需要360°覆盖的天线的基本概念天线性能由多个参数描述方向性表极化方式有线性极化（垂直或水场景；定向天线（如八木天线、抛物天线是转换电能和电磁波能量的设示天线在特定方向辐射或接收电磁波平）、圆极化（左旋或右旋）和椭圆面天线），适用于点对点链路；阵列备，是无线系统中至关重要的组成部的能力；增益是衡量天线集中能量的极化发射和接收天线极化不匹配会天线，由多个辐射单元组成，可实现分发射时，天线将导行波转换为辐参数，单位为dBi，表示相对于全向辐导致极化损耗例如，垂直极化天线电子波束控制，是5G基站的核心技射波；接收时，将自由空间电磁波转射的同功率天线；辐射方向图描述了接收水平极化信号时，理论上会有无术；微带天线，体积小，易于集成，换为导行波理想天线具有高效率、天线在不同方向的辐射或接收能力，限大的极化损耗广泛应用于移动设备合适的方向性和良好的阻抗匹配特通常以三维图或水平/垂直面的二维图性表示天线与空间分布天线高度的影响天线指向性与覆盖模式天线多样性和技术MIMO天线高度直接影响覆盖范围和传播质量根天线指向性决定了能量在空间的分布全向利用多天线技术可有效克服多径衰落空间据两点视距距离公式，天线在水平面内均匀辐射，适合提供覆分集通过在空间上分离的多个天线接收同一d≈

4.12√h₁+√h₂360°其中是公里，和是发射和接收天线高度盖；扇区天线通常覆盖或扇区，用信号，减轻深度衰落的影响；极化分集利用d h₁h₂120°90°（米），天线高度越高，视距距离越远于蜂窝网络；定向天线将能量集中在特定方不同极化方式接收信号；技术则更进一MIMO向，适合点对点链路步，同时利用多收多发来提高信道容量在移动通信中，基站天线通常安装在塔上或建筑物顶部，以增加覆盖范围但天线高度现代基站天线往往采用电子下倾技术，通过技术中的使用几十甚至上5G Massive MIMO增加也会带来同频干扰增加的问题，需要在调整垂直方向的波束倾角来优化小区边缘性百个天线单元，通过波束赋形技术提高系统覆盖和干扰间平衡能和减少越区干扰天线的水平和垂直波束容量和覆盖质量，是空间处理技术的重要发宽度是选择天线的重要参数展方向移动通信中的传播场景宏蜂窝微蜂窝毫微蜂窝与室内覆盖宏蜂窝是传统移动网络的主要微蜂窝基站部署在街道层面，毫微蜂窝指覆盖范围仅几十米覆盖层，基站天线通常安装在天线高度通常低于建筑物高度的超小型蜂窝，通常用于室内塔上或高楼顶部，高度在20-（3-10米），覆盖半径在100-或高密度场所室内传播环境50米之间，覆盖半径在城市中500米之间主要用于提高热复杂，需要考虑墙壁、地板、约1-2公里，郊区可达5-30公点区域的容量和填补宏蜂窝的天花板的反射和穿透常用的里宏蜂窝面临的主要挑战是覆盖空洞微蜂窝中，信号主室内传播模型包括一次断点模覆盖空洞和容量限制常用的要沿着街道传播，转角处的传型和多墙模型室内覆盖解决传播模型包括Okumura-Hata播损耗很大适用的传播模型方案包括分布式天线系统模型和COST-231模型，路径有COST-231Walfisch-DAS和小型基站（如毫微微损耗指数通常在

3.5-

4.0之Ikegami模型，不同于宏蜂基站、飞利浦），根据建筑物间窝，微蜂窝更注重三维传播特类型和用户密度选择适当的解性决方案至关重要随着5G技术的发展，网络架构正向异构网络HetNet演进，各种规模的蜂窝协同工作，提供无缝覆盖和高容量服务不同层级蜂窝的干扰管理成为设计重点，需要采用先进的干扰协调和资源管理技术在用户切换（切换）环节，为了保证服务连续性，需设计合理的切换参数和算法，根据用户行为特征预测可能的切换目标小区近地空间传播特点低空平台通信特性低空平台（如无人机、飞艇、气球）通常在几十至几百米高度运行，在这一高度范围内的无线传播具有独特特性与地面基站相比，低空平台拥有更好的视距条件，减少了障碍物阻挡，因此路径损耗更接近自由空间损耗实测表明，无人机通信链路的路径损耗指数通常在

2.0-

2.5之间，明显低于地面环境的

3.5-

4.0空地传播信道特征空地链路与地地链路相比，多径成分显著减少，主要包括直射路径和地面反射路径，形成典型的二径传播模型这种简单的多径结构使信道呈现周期性衰落特性，随着无人机高度和距离的变化，信号强度会有规律地出现峰谷空地链路的莱斯K因子（直射波与散射波功率比）通常较大，表明有较强的直射分量，这有利于高速数据传输移动性与多普勒效应低空平台通常具有较高移动性，无人机的飞行速度可从静止到几十米每秒不等，这导致明显的多普勒频移和频率扩展多普勒效应与载波频率和相对速度成正比，在高频段更为显著例如，在

2.4GHz频段，10m/s的速度可产生约80Hz的多普勒频移系统设计需要考虑这种频率偏移对同步和解调的影响天线指向与平台姿态低空平台的姿态变化会直接影响天线方向，进而影响链路质量俯仰、横滚和偏航变化导致天线增益在通信链路方向上变化，可能引起信号强度的剧烈波动对于高增益定向天线，这一问题尤为严重解决方案包括采用全向或半全向天线，或使用云台稳定定向天线，以及通过波束赋形技术动态调整波束方向卫星通信的传播特性超远距离传播卫星通信的最显著特点是传输距离极远地球静止轨道GEO卫星距地面约36,000公里，中轨道MEO卫星约20,000公里，低轨道LEO卫星约500-1,500公里这种超长传输距离导致极大的自由空间路径损耗，GEO卫星链路在C波段4-8GHz的典型路径损耗约为200dB传播延迟影响传播距离长导致明显的信号延迟GEO卫星的单程传播延迟约为120毫秒，双向通信延迟约250毫秒（考虑地面处理时间）这种延迟对实时交互式应用如语音通话和视频会议影响很大LEO卫星的延迟较小，单程仅约3-15毫秒，成为新一代卫星互联网系统（如星链）的重要优势多普勒频移卫星相对地面站的运动产生多普勒频移GEO卫星相对固定，多普勒效应较小；而LEO卫星运行速度快（约

7.8km/s），产生显著的多普勒频移，在L波段1-2GHz可达±45kHz这种频移随卫星过境呈现典型的S形变化曲线，需要接收机进行复杂的频率跟踪大气衰减卫星信号穿过大气层时会受到气体吸收、云雾散射和降雨衰减Ka波段26-40GHz和更高频段特别容易受气象条件影响，暴雨可导致20dB以上的额外衰减系统设计通常需预留足够的雨衰裕度，或采用自适应调制编码、站点分集等技术来维持链路可用性无线电波在水中的传播电磁兼容与干扰干扰源类型电磁兼容测试频谱管理与干扰协调无线通信系统面临多种干扰源，包括同频干电磁兼容测试包括两方面辐射发射测频谱是宝贵的有限资源，需要科学管理频谱EMC扰，来自使用相同频率的其他发射机；相试和抗扰度测试前者确保设备不会产生超标监管机构负责频率分配、许可证发放和干扰投CCI邻信道干扰，由于滤波不理想导致的临近电磁辐射；后者评估设备在外部干扰下的正常诉处理无线网络规划需执行干扰协调，包括ACI频道泄漏；带外辐射，发射机在指定频段外产工作能力标准测试程序包括使用屏蔽室、电频率规划、功率控制和天线方向控制现代通生的杂散信号；以及工业、科学和医疗波暗室和专用测量设备无线设备需遵循严格信系统采用多种干扰缓解技术，如频率跳频、ISM设备产生的非通信干扰城市环境中，微波的监管标准，如美国规定、欧盟标准和动态信道分配、自适应天线阵列和先进的干扰FCC CE炉、灯、开关电源等电子设备经常成为中国认证要求，才能合法上市消除算法这些技术共同保障了无线系统在日LED SRRC频段的干扰源益拥挤的电磁环境中的可靠运行

2.4GHz电波传播损耗综合模型路径损耗描述信号随距离衰减的大尺度效应阴影衰落描述地形地物阻挡的中尺度变化多径衰落描述信号相长相消的小尺度波动综合传播损耗模型通常将上述三种效应叠加表示PLd=PL_pathd+X_shadow+Y_multipath其中路径损耗反映了能量随距离扩散的基本规律，通常表示为PL_pathd=PLd₀+10·γ·log₁₀d/d₀，γ为路径损耗指数，在自由空间为2，城市环境中可达

3.5-4阴影衰落X_shadow描述了由于障碍物阻挡造成的信号强度变化，通常用对数正态分布建模，标准差在城市环境为8-12dB这种变化在空间上具有相关性，随观测点距离增加而逐渐减弱，典型的去相关距离为50-100米多径衰落Y_multipath反映了由于多径效应导致的快速信号强度波动，在视距环境通常用莱斯分布描述，在非视距环境用瑞利分布描述这种变化在空间上的相关距离很短，通常只有半波长左右（2GHz频段约

7.5厘米）系统设计者需同时考虑这三种损耗机制，在链路预算中设置适当裕度网络规划工具通常结合统计模型和射线追踪等确定性方法，预测复杂环境中的覆盖情况电磁环境仿真技术经验统计模型确定性模型经验统计模型基于大量测量数据，提取统计规律，形成简单的数学确定性模型基于电磁波传播的物理原理进行精确计算，能够提供高公式这类模型计算简单快速，适用于大区域规划，但精度有限精度预测，但计算复杂度高、需要详细环境数据主要方法包括常见模型包括模型适用于宏蜂窝，频率范围射线追踪追踪信号的反射、透射和衍射路径•Okumura-Hata150MHz-•Ray Tracing

1.5GHz有限差分时域法直接求解麦克斯韦方程•FDTD扩展模型扩展到•COST-2312GHz矩量法通过积分方程求解电磁场分布•MoM（标准传播模型）中国移动网络规划常用模型•SPM这些方法适用于小范围高精度预测，如室内覆盖、城市街区、特定这些模型通常以距离、频率、天线高度等参数为变量，经过校准后建筑物的信号覆盖分析可快速估算覆盖范围实际应用中，常采用混合方法结合多种模型的优势现代电磁环境仿真软件（如、、等）集成了多种算法，Wireless InSiteWinprop CST并提供三维可视化界面，帮助工程师直观理解电波传播特性仿真精度高度依赖于环境数据的质量，需结合建筑模型、地形数据、材质3D信息等随着计算能力提升和技术应用，仿真技术正朝着更高精度、更低计算复杂度的方向发展AI城市微蜂窝传播模型模型微蜂窝Walfisch-Ikegami COST231-专为城市街道级传播设计，考虑建筑物高度、宽欧洲COST231项目开发的微蜂窝模型，是度、间距和街道方向区分视距LOS和非视距1Walfisch-Ikegami的扩展版本增加了多种城NLOS情况，在NLOS情况下细分为屋顶衍射市类型参数，改进了拐角衍射计算增加了基站和多次反射传播模型适用范围800MHz-高度低于建筑物情况下的计算精度，特别适合街2GHz，基站高度4-50m，距离20m-5km道基站部署改进的双斜率模型递归模型Berg基于实测数据开发的简化模型，使用两个不同的考虑街道传播特性的递归模型将沿街传播和拐路径损耗指数描述近距离和远距离传播特性断角传播分开处理，使用递归算法估算多转角传播点距离与街道宽度和天线高度相关在实际工程损耗模型特别考虑街道峡谷效应，适合复杂应用中被广泛采用，因其简单实用街道网络结构微蜂窝网络在城市环境中的部署日益密集，准确的传播模型对网络规划至关重要微蜂窝传播具有明显的拐角效应沿着直线街道的传播接近自由空间传播，路径损耗指数约为2-

2.5；而在街道转角处，损耗急剧增加，每个转角通常额外增加20-30dB损耗现代网络规划工具通常结合GIS数据和3D建筑模型，使用混合模型方法进行预测高精度的微蜂窝规划需要考虑街道布局、交通流量和用户分布等多种因素路径损耗实测与拟合测量设备与方法数据采集与处理模型拟合与验证路径损耗测量通常使用信号发生器、频谱分析实际测量中需控制多种因素以确保数据可靠使用处理后的数据拟合传播模型，通常采用对仪、测量天线和定位设备组成的测量系性明确记录天线高度、增益和极化方式；选数距离路径损耗模型GPS PLd=PLd₀+统发射端使用校准的信号源发射已知功率的择代表性路径覆盖各种典型环境；采集足够数，其中是路径损耗指10·γ·log₁₀d/d₀+Xσγ信号，接收端在不同位置记录接收信号功率和量的样本点（通常每种环境至少个数，是均值为零、标准差为的对数正态随100-500Xσσ精确位置信息测量可分为固定位置测量和移点）；记录测量时的天气条件和环境特征数机变量，代表阴影衰落拟合方法包括最小二动测量两种方式，后者通常将测量设备安装在据处理阶段需去除异常值，分离大尺度衰落和乘法和最大似然估计等模型验证阶段需使用车辆上，沿预定路线连续采集数据小尺度衰落，通常使用滑动平均等方法独立测试数据集计算预测均方根误差、RMSE平均绝对误差等指标MAE单径与多径传播对比单径传播特性单径传播是指信号仅通过一条路径从发射机到达接收机的情况，通常出现在视距环境或特殊的波导传播条件下在单径传播中，信号强度随距离按规律衰减，相位变化平稳，没有快速波动单径传播的优势在于信号质量稳定可靠，符号间干扰ISI很小，可支持高阶调制和高速数据传输；系统设计简单，不需要复杂的均衡器和多径消除技术；延迟扩展极小，适合对时延敏感的应用多径传播特性多径传播是指信号通过多条路径到达接收机的情况，在城市和室内环境尤为常见多径传播中，不同路径信号具有不同的幅度、相位和延迟，在接收端叠加导致复杂的信号波动多径传播的特点包括信号强度快速波动（快衰落），随接收机位置微小变化而变化；频率选择性衰落，不同频率成分经历不同程度的衰减；延迟扩展明显，导致符号间干扰增加；多普勒频移扩展，影响高速移动场景下的通信质量应对多径的技术现代通信系统采用多种技术应对多径挑战均衡器技术，通过估计信道特性来消除或减轻ISI；OFDM调制，将宽带信号分为多个窄带子载波，降低频率选择性衰落影响；空间分集，利用多天线在不同位置接收信号，减轻深度衰落；RAKE接收机，在CDMA系统中结合多条路径能量；自适应天线，动态调整波束方向增强期望信号，抑制干扰多径利用现代MIMO技术不再将多径视为障碍，而是将其作为提高信道容量的机会通过利用空间复用，在同一频段上并行传输多个数据流，显著提高频谱效率这是5G大容量通信的关键技术之一研究表明，在富散射环境中，理论信道容量与天线数成正比，这使得MassiveMIMO成为未来无线系统发展的重要方向电波传播标准和规范国际电信联盟移动通信标准组织ITUITU是制定全球电信标准的主要国际组3GPP（第三代合作伙伴计划）是全球主织，其无线电通信部门ITU-R负责电波要移动通信标准制定组织，负责制定从传播相关标准ITU-R发布的P系列建议3G到5G的移动通信标准3GPP标准中书涵盖各种传播模型和预测方法，如包含大量信道模型规范，如TR

38.901定P.525（自由空间传播）、P.526（衍射义了5G系统的信道模型，包括城市宏蜂传播）、P.1411（短距离室外传播）等窝、城市微蜂窝、室内热点等多种场景这些模型被广泛用于频率规划、干扰协调这些模型对于设备研发、网络规划和系统和系统设计ITU还负责全球频谱分配，性能评估至关重要其他区域性组织如中每3-4年举行一次世界无线电通信大会国的CCSA、欧洲的ETSI、北美的ATISWRC，讨论和决定频谱使用政策等也参与标准制定研究项目与产业联盟除正式标准组织外，多个研究项目和产业联盟也对传播模型发展做出重要贡献欧洲COST项目（如COST

207、COST

231、COST259等）开发了多种广泛应用的传播模型WINNER项目提出的信道模型被多项标准采用METIS、mmMAGIC等项目专注于毫米波传播特性研究，为5G及未来6G系统奠定基础IEEE802工作组为WLAN、WPAN等系统制定标准和信道模型这些努力共同推动了传播模型的进步和统一无线信道容量极限年1948C香农定理提出信道容量克劳德·香农发表信息论奠基性论文理论最大无差错信息传输速率（比特/秒）B S/N带宽信噪比系统可用频谱资源（赫兹）有用信号功率与噪声功率之比香农定理是信息论的基本定理，给出了在有噪声信道中无差错传输的理论速率极限对于加性高斯白噪声AWGN信道，容量C=B·log₂1+S/N这个公式表明信道容量与带宽和信噪比的对数成正比，揭示了信息传输的基本限制在实际无线系统中，容量受多种因素影响多径衰落降低了等效信噪比；频率选择性使不同频率分量经历不同衰落；干扰限制了可用信噪比现代无线系统通过多种技术接近理论极限自适应调制编码根据信道状态动态调整传输参数；MIMO技术利用空间自由度提高容量；信道编码（如Turbo码、LDPC码）使性能接近香农限制频谱效率（比特/秒/赫兹）是衡量系统利用频谱资源效率的重要指标5G系统的峰值频谱效率可达30比特/秒/赫兹以上，远高于早期移动通信系统随着技术发展，系统性能越来越接近理论极限，进一步提升面临巨大挑战，推动研究者探索新频段、新架构和新理论传播延迟与系统设计延迟扩展概念延迟扩展对系统的影响系统设计应对策略延迟扩展是指多径传播环境中，最早到达的延迟扩展超过符号周期时，会导致严重的符现代通信系统采用多种技术应对延迟扩展挑信号分量与最晚到达的有效信号分量之间的号间干扰经验法则是，当延迟战均衡器技术估计信道脉冲响应并补偿其ISI RMS时间差它是多径信道的关键时域参数，直扩展超过符号周期的时，开始显著影响；将高速数据流分为多个低速子10%ISI OFDM接影响通信系统的性能在城市环境中，典影响系统性能例如，如果数据速率为载波，延长符号周期，使其远大于延迟扩型延迟扩展值从几百纳秒到几微秒不等；室，符号周期为，那么当延迟展；扩频技术如使用接收机合10Mbps100ns CDMARAKE内环境较小，通常为几十到几百纳秒；而山扩展超过时就需要采取措施减轻并多条路径能量；空时编码技术综合利用时10ns ISI地环境可能达到数十微秒间和空间分集抵抗衰落；先进的信道编码如延迟扩展还决定了信道的相干带宽Bc≈码和码提供强大的纠错能力Turbo LDPC延迟扩展通常使用均方根延迟扩展，即频率响应保持高度相关的最RMS1/5τRMS来表征大带宽信号带宽大于相干带宽时，信道表delay spreadτRMS=√∑Piτi-τm²/∑Pi，其中τi是第i条路径的延迟，Pi现为频率选择性，不同频率分量经历不同的5G系统进一步采用灵活帧结构和可缩放子是其功率，是平均延迟反映了多衰落，进一步增加信号畸变载波间隔，使系统能够适应从城市到农村的τmτRMS径传播的时间分散程度各种场景和延迟扩展条件波束赋形与技术MIMO波束赋形基本原理系统架构实际应用案例MIMO波束赋形是一种利用多天线阵列控制信号辐射方向的MIMO（多输入多输出）系统使用多个发射和接收天5G基站广泛使用大规模MIMO技术，典型配置为技术通过调整每个天线单元的信号相位和幅度，可线，利用空间维度提高性能根据使用方式，MIMO64T64R（64发64收）结合3D波束赋形，基站可以在期望方向形成增强的波束，同时在其他方向形成分为空间分集（提高可靠性）和空间复用（提高容以同时形成多个精细波束，跟踪用户并优化覆盖实零点或低增益区域这种空间选择性传输大大提高了量）两种主要模式在空间复用模式下，系统可以在测表明，大规模MIMO可将小区容量提高5-10倍，信号质量和系统容量同频同时传输多个数据流，理论上容量随天线数量线同时减少干扰并提高边缘用户体验性增长波束赋形分为模拟波束赋形（使用移相器等模拟元毫米波系统（如5G的28GHz、39GHz频段）特别依件）和数字波束赋形（在数字域处理信号），以及两现代MIMO系统采用多种高级技术预编码优化传输赖波束赋形来克服高路径损耗手机终端也采用多天者结合的混合波束赋形5G系统广泛采用混合波束参数；MU-MIMO（多用户MIMO）同时服务多个用线设计，虽然天线数量受尺寸限制，但通过精心设计赋形，平衡性能和复杂度户；大规模MIMO使用数十甚至上百个天线单元，显仍能实现2×2或4×4MIMO，显著提高链路性能著提高系统容量和能效空间分集与频率分集分集技术是通过多个不相关信道传输相同信息，抵抗衰落的强有力工具空间分集利用多个天线在不同空间位置接收信号，当一个天线处于深度衰落时，其他天线可能仍有良好信号空间分集效果取决于天线间距移动终端上通常需要至少

0.5波长（2GHz下约

7.5厘米），基站侧推荐10波长以上以获得良好的去相关效果频率分集利用不同频率传输相同信息当频率间隔超过信道相干带宽时，不同频率经历的衰落相互独立实现方式包括跳频扩频FHSS，信号在多个频率间快速跳变；正交频分复用OFDM中的子载波编码调制；以及宽带直接序列扩频DSSS，将信号能量分散到宽频带分集信号的合并有多种策略选择合并SC简单选择最强信号；等增益合并EGC直接相加所有支路；最大比合并MRC根据信号质量加权合并，提供最佳性能现代无线系统通常综合运用多种分集技术，如LTE和5G中同时利用频率、空间、时间和极化分集，显著提高链路可靠性，特别是在高速移动和恶劣信道条件下频谱利用与传播挑战5G/6G毫米波频段特性高频段传播损耗急剧增加，大气吸收显著穿透能力下降建筑物、植被甚至雨滴造成严重阻挡覆盖范围受限小区半径大幅缩小，需部署超密集网络指向性传输要求需精确波束赋形技术克服传播劣势5G引入了毫米波频段（24GHz-100GHz），提供巨大带宽但面临严峻传播挑战26/28GHz和39GHz是主要商用频段，传播损耗比传统蜂窝频段高20-40dB毫米波几乎完全无法穿透建筑物，使覆盖主要限于视距范围，小区半径缩小至100-200米雨衰也是毫米波系统的主要挑战，暴雨可导致10-30dB/km的额外损耗应对这些挑战，5G采用多项创新技术大规模MIMO与波束赋形形成高增益定向波束；超密集网络部署小基站；混合波束赋形平衡性能和复杂度；智能反射面IRS提供额外传播路径此外，5G采用低频段（如700MHz）和中频段（如

3.5GHz）提供基础覆盖，高频段主要用于热点区域的容量增强展望6G，研究已扩展至太赫兹频段（100GHz-10THz），面临更极端的传播挑战初步研究表明，在太赫兹频段，分子吸收形成多个传输窗口，系统设计必须避开吸收峰空中平台、卫星和智能表面将成为6G网络的关键组成，帮助克服太赫兹频段的严苛传播条件物联网环境下的传播低功耗广域网络密集部署传感器网络机器类通信特点LPWAN（低功耗广域网络）是物物联网环境下，传感器密集部署在物联网中的机器类通信MTC与联网的核心连接技术之一，专为远各种场景中，包括工业厂房、智慧人类通信有显著差异通信模式通距离、低功耗、低数据率应用设建筑、农田等这种部署环境对传常是短突发、低数据量但高频率的计主要LPWAN技术包括播模型提出了新挑战传感器通常传输；设备数量极大（单小区可能LoRaWAN、Sigfox和NB-IoT，靠近地面（高度小于2米），使传连接数万设备）；能量约束极其严它们通常工作在低频段（如播受地面效应和近地障碍物影响显格（某些设备需依靠电池工作数433MHz、868MHz、著；多种反射和散射导致复杂多径年）；连接可靠性要求高，特别是915MHz），利用窄带信号或扩频环境；设备间相互干扰问题突出，工业物联网应用这些特点使传统技术实现高灵敏度接收，从而获得尤其在ISM开放频段研究表明，针对人类通信优化的移动网络不够超远距离覆盖（农村地区最远可达近地传感器网络的路径损耗指数通高效，促使新的传播模型和MAC15-50公里）这些系统通常有较常在

3.0-

4.5之间，高于标准预测协议开发，以优化大规模接入性能高的链路预算（140-160dB），模型和能量效率能够穿透建筑物提供深度室内覆盖物联网通信面临的另一个关键挑战是极其多样的部署环境从地下管道到高层建筑，从工厂车间到农田森林，每种环境都有独特的传播特性这促使研究者开发场景化传播模型和自适应传输技术同时，物联网设备之间的协作通信也带来新机遇，中继和网状网络拓扑可以扩展覆盖并提高可靠性，但也增加了网络规划和干扰管理的复杂性智慧城市无线通信场景卫星互联网与全球覆盖42,000+规划卫星总数星链、亚马逊、OneWeb等平台规划部署量550km典型轨道高度星链第一阶段卫星的运行轨道高度20-40ms平均延迟LEO卫星互联网的典型往返延迟100-200Mbps用户速率星链系统向终端用户提供的典型下载速率卫星互联网正经历革命性发展，以星链Starlink为代表的低轨道LEO卫星星座正在部署中与传统地球静止轨道GEO卫星相比，LEO卫星具有显著优势轨道高度低300-1200km，传播延迟大幅降低；覆盖范围小，单颗卫星容量可服务于更少用户；近地轨道卫星使用高频段（Ku、Ka、V波段），提供更大带宽LEO卫星通信面临独特的传播挑战卫星快速移动（轨道周期约90-120分钟）导致显著多普勒效应，接收机需复杂频率跟踪；频繁的卫星切换（每5-10分钟一次）要求高效的波束切换和链路管理；星间激光链路构建空间网络，需要精确指向和跟踪；地面终端需使用相控阵天线实现电子波束跟踪，以跟随移动卫星卫星互联网为偏远地区和海洋提供高速连接，弥补地面网络盲区同时，卫星和地面网络的融合也成为趋势，6G可能将包含空天地一体化网络架构，提供无缝全球覆盖这种融合面临诸多技术挑战，包括异构网络协调、动态资源分配和统一接入管理，需要新型网络架构和协议支持虚拟现实增强现实与传播要求/超高带宽需求高质量VR需要每眼4K-8K分辨率；无压缩8K双眼视频需100Gbps+带宽；即使采用先进编码，仍需100Mbps-1Gbps稳定传输极低时延要求避免晕动症需端到端延迟＜20ms；触觉互联网应用要求＜10ms；自主AR眼镜实时处理需＜5ms网络延迟超高可靠性沉浸体验要求

99.9999%连接可靠性；必须避免任何卡顿或画面撕裂；无法容忍延迟抖动＞5ms无缝覆盖与移动性用户在移动中要求连续体验；需要精确的定位（精度＜10cm）；多用户同步要求时间同步精度＜1msVR/AR应用对无线传播提出前所未有的挑战为满足这些严苛要求，无线网络需要多项技术创新毫米波和太赫兹通信提供足够带宽；边缘计算将处理迁移到网络边缘，减少数据传输量和延迟；网络切片为VR/AR业务提供专用资源，确保服务质量；高精度波束赋形定向提供高增益信号，同时减少干扰物理传播环境特性直接影响VR/AR体验质量室内环境多径传播丰富，有利于空间复用，但可能导致时延扩展增加；动态环境（如人员移动）会导致信道快速变化，需要自适应链路维护技术；用户身体遮挡也是重要考虑因素，特别是在毫米波频段，用户转身可能导致信号阻断未来VR/AR系统将采用智能传输策略，如基于用户视线的内容预测传输、空间分层编码、渲染任务动态分割等，以最大化有限无线资源利用这要求传输层和应用层深度感知信道状态，并与物理层紧密协作，实现跨层优化绿色通信与能耗问题基站部署优化射频传输效率提升基于传播特性优化基站布局和配置优化无线信号传输减少能量损耗网络能耗现状•基于覆盖模型的最小化基站部署•高能效功率放大器降低射频损耗移动通信网络能耗占全球电力消耗的2-•异构网络架构减少宏基站依赖•动态波束赋形减少无效辐射3%休眠与负载适应•天线高度和倾角精确调整减少功耗•智能天线技术集中能量到用户方向•基站消耗网络总能耗的约70%根据流量动态调整网络资源•单个宏基站年耗电约25,000-45,000度•小区呼吸根据用户分布调整覆盖•随数据流量增长，行业能耗将急剧攀•基于交通模型的智能关断策略升•符号、载波和资源块级别的精细休眠绿色通信已成为无线网络发展的关键方向从传播角度看，精确的电波传播建模对能效优化至关重要准确的覆盖预测避免过度部署，减少冗余基站；精细的干扰分析使功率控制更精确，避免不必要的发射功率；环境感知算法根据传播条件动态调整系统参数电波传播安全与监察频谱监测与管理频谱是宝贵的国家资源，需要严格管理和高效利用国家无线电管理机构通过分布全国的监测站，实时监测各频段使用情况，确保合法使用现代频谱监测系统采用软件定义无线电技术，可快速扫描宽频段，精确识别各类信号固定监测站通常覆盖大范围区域，而移动监测车辆可用于精确定位非法发射源干扰定位与消除干扰问题是无线系统面临的主要挑战之一非法发射、设备故障或意外干扰都可能影响关键通信系统干扰定位技术包括传统的三角测量，以及更先进的到达时间差TDOA、到达角AOA等方法现代干扰定位系统可以在复杂城市环境中，精确定位干扰源位置，精度可达几米至几十米干扰源确定后，可通过技术手段（如滤波、波束赋形）或行政手段（执法取缔）消除干扰电磁环境评估随着无线设备普及，电磁环境越来越复杂电磁环境评估是保障无线系统正常运行的重要手段，涉及测量区域内的背景噪声、干扰、信号覆盖等参数评估结果用于重要场所（如机场、医院、军事设施）的电磁环境保护，以及新建无线系统的选址规划先进的电磁环境评估系统结合实测数据和传播模型，生成详细的电磁环境地图，为决策提供科学依据传播安全防护无线传播的开放性使通信系统面临安全风险电波传播安全防护包括物理层安全和信号处理安全两方面物理层技术如定向传输、人工噪声生成、安全区域划分等，通过控制信号传播特性提高物理安全性；信号处理技术如扩频通信、频率跳变、物理层加密等，通过信号设计增强抗干扰和抗窃听能力特殊场所可建设电磁屏蔽室或采用电波隔离技术，阻断特定频段的电磁波传播，保障信息安全未来技术展望太赫兹通信将成为6G及未来通信系统的重要技术方向太赫兹波段（

0.1-10THz）提供巨大带宽，理论上可支持每秒太比特级数据传输然而，太赫兹传播面临极端挑战路径损耗极高（距离增加10倍，损耗增加40dB）；大气分子吸收形成多个吸收峰，仅在特定传输窗口可用；穿透能力极弱，几乎任何固体物质都会导致完全阻挡光无线通信（OWC）利用可见光或红外光传输数据，包括可见光通信（VLC）、自由空间光通信（FSO）等技术相比射频信号，光通信具有更高频率（数百太赫兹），潜在带宽更大；不受射频监管限制；具有良好的方向性和安全性然而，光传播严重依赖视距条件，受天气和环境光影响显著，主要适用于短距离或固定点对点链路其他新兴技术包括可重构智能表面RIS，通过表面电磁特性的主动控制改变电波传播路径；全息MIMO，利用密集天线阵列实现连续波前控制；轨道角动量OAM复用，利用电磁波的新自由度传输多路信号；量子通信，基于量子力学原理实现安全通信这些技术将重新定义无线传播的基础理论和应用边界典型工程案例分析奥运场馆无线覆盖高铁通信系统奥运场馆是典型的高密度、高流量、高要求场景以北京高速铁路是无线通信的极端应用场景，列车速度可达2022350-冬奥会为例，场馆无线网络面临多重挑战超高密度用户（单场，带来严峻挑战剧烈多普勒效应（频段下多400km/h2GHz馆可达数万人同时接入）；多种业务需求（从普通观众上网到高普勒频移可达）；频繁小区切换（每分钟可达±700Hz5-10清转播）；复杂建筑结构（大型钢结构、观众席、地下区域）次）；沿线环境多变（隧道、桥梁、开阔地带交替）高铁专网覆盖采用沿线基站链式部署策略，基站间距通常为2-3覆盖设计采用精细化三维传播模型，结合建筑材料特性和人群密公里，天线采用定向方式沿轨道方向辐射传播模型考虑了高速度分布，预测信号覆盖和容量需求最终采用宏微结合方场景特殊性修正多普勒效应的时变信道模型；拓扑感知的路径案外围使用宏基站提供基础覆盖；场馆内部署微蜂窝和分布式损耗预测；隧道波导效应专项模拟系统设计特别考虑切换优天线系统；关键区域额外部署毫米波小基站提供超高容化，采用方向性切换预测算法，提前准备资源，实现软切换或双DAS量多网协同技术确保在突发流量情况下网络平滑过渡，维持服连接，确保通信不中断务质量课后思考与练习题基础概念理解传播模型应用实践任务建议练习1比较反射、折射、衍射和散射的物理机制，练习4在城市环境中，基站天线高度为30米，手机任务1使用软件无线电设备（如RTL-SDR、并说明它们各自在无线通信中的作用和影响天线高度为

1.5米，频率为900MHz，使用HackRF等）在不同环境下测量信号强度，分析环境Okumura-Hata模型计算距离基站2公里处的路径损因素对传播的影响，并尝试拟合简单传播模型练习2解释为什么低频信号比高频信号穿透能力耗强？从电磁场理论和实际应用两方面分析任务2设计一个简单的天线，测量其方向性和增益练习5对一个工作在28GHz的5G系统，分析雨衰特性，并分析这些特性如何影响通信质量练习3计算自由空间中，距离发射机10公里处，频对其覆盖范围的影响假设在无雨天气下，小区半径率为

2.4GHz的信号路径损耗如果天线增益为任务3调研所在城市的移动通信基站分布，分析其为200米，而在暴雨条件下（雨强100mm/h）覆盖14dBi，发射功率为43dBm，接收天线增益为部署策略与当地地形、建筑物分布和人口密度的关半径会如何变化？6dBi，计算接收功率系练习6使用射线追踪法分析一个简单街道场景（两侧是高楼）中的信号传播路径考虑直射路径和最多两次反射路径，分析信号在接收点的相位叠加情况总结与答疑核心知识回顾理论与实践结合本课程系统地介绍了无线电波传播的基本原无线电波传播是一门理论性和实践性都很强的理、影响因素和应用实践我们从电磁波的物学科我们不仅讲解了麦克斯韦方程等理论基理本质出发，讨论了不同频段电波的特性和传础，也介绍了实测数据采集、传播模型开发和播机制，包括反射、折射、衍射和散射等基本系统设计等实践环节通过案例分析，我们看现象通过分析地面波、空间波和天波传播，到了如何将传播理论应用于实际工程问题解我们理解了不同传播模式的适用场景和限制条决，包括网络规划、干扰协调、覆盖优化等件课程还深入探讨了多径传播、衰落机制和这种理论与实践的结合，是无线通信工程师必各种传播环境中的特殊问题，以及现代无线通须掌握的核心能力信系统如何应对这些挑战未来研究方向电波传播学科正随通信技术的发展而不断拓展未来研究热点包括毫米波和太赫兹频段的传播特性研究；复杂三维环境（如城市峡谷、室内多层结构）的高精度建模；基于AI的传播预测和实时优化；新型电磁材料（如超表面）对传播控制的应用；空天地一体化网络的传播特性等这些方向都有广阔的研究空间和重要的应用价值课程学习不应止于课堂，建议同学们通过阅读IEEE Transactionson Antennasand Propagation等期刊跟踪学术前沿；参与实验室项目获取实践经验；利用开源工具（如MATLAB、Python）进行传播建模和仿真；关注行业标准（如3GPP、ITU-R）了解工程应用欢迎同学们就课程内容或拓展话题提出问题，我们可以展开更深入的讨论。