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无线电波传播原理及主要传播模型.pdf

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无线电波传播原理 通信发展简史和展望 1837年莫尔斯发明有线电报 1864年马科斯韦尔提出电磁场理论 1875年贝尔发明电话 1887年赫兹证明电磁波存在 1918年调幅无线电广播、超外差接收机 1936年调频无线电广播开播 1937年发明脉冲编码调制原理 1938年电视广播开播 1948年发明晶体管；香农提出了信息论， 1950年时分多路通信应用于电话 1957年发射第一颗人造卫星 1958年发射第一颗通信卫星 1960年发明激光 1961年发明集成电路 1962年发射第一颗同步通信卫星； 脉冲编码调制进入实用阶段 1960－1970年彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月； 出现高速数字电子计算机 1970－1980年大规模集成电路、商用卫星通信、 程控数字交换机、光纤通信系统、 微处理机等迅速发展 1971年投入使用阿巴网（APPANET） 1980年～超大规模集成电路、综合业务数字网 1990年～因特网飞速发展；移动通信 通信发展的特点 –数字—模拟—数字 –限制—无限制 个人通信(5W) –任何人在任何时间任何地点可与任何对象互通 任何信息 –5W：Whoever、Whenever、Wherever、 Whomever、Whatever 通信系统的仙农模型 信源变换信道反变信宿 换 信源:信息的发送者 信宿:信息的接收者 编码:泛指把信源输出变换成适合信道传送的 信号所需的设备 译码:编码的反变换所需要的设备 信道:传送信息的通道 •数字通信系统 信加编调解译解受 息密码制信道调码密信 源器器器器器器者 噪声源 数字通信的特点 –1.抗干扰能力强，可消除噪声积累 –2.差错可控，传输性能好 –3.便于与各种数字终端接口，用现代计算技 术对信号进行处理、加工、变换、存储， 形成智能网 –4.便于集成化，从而使通信设备微型化 –5.便于加密处理，且保密强度高 数字通信的缺点 数字通信的许多优点都是以比模拟通信占 据更宽的系统频带为代价而换取的。 –以电话为例，一路模拟电话通常只占据4KHz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话 可能要占据20—60KHz的带宽，因此数字通 信的频带利用率不高 数字通信的另一个缺点是对同步要求高， 系统设备比较复杂 通信系统的主要性能指标 有效性 –是指在给定信道内传输的信息量的多少 –主要性能指标是传输速率、频带利用率 可靠性 –是指接收信息的准确程度 –主要性能指标是差错率 安全性 –传输的信息不能泄露给未授权人 其它要求 –适应性，经济性，实用性 一些概念 •信息量 –事件出现概率p的倒数的对数值I=log2(1/p)=-log2(p) –小概率事件大信息量 •信息量单位 –比特(bit)：以2为底的对数值log2(1/p)=-log2(p)例如： 二进制序列，0和1是等概和独立的，p=1/2，I=1比特 –奈特：自然对数值；达特：以10为底的对数值 •信息量传输速率(信息速率) –比特/秒(bit/s)：二进制数字通信系统每秒传送的最大信息量 –信息速率、比特速率 一些概念 •码元传输速率(码元速率或符号速率) –波特(B)：M进制数字通信系统每秒传送的M进制符号数 –符号速率、码元速率 •码元速率与信息速率的关系 –M进制数字通信系统中，M=2k，则k个二进制符号与一个M 进制符号对应。 –对应关系log2M=k。例如：M进制符号速率为RS(B)，二进 制符号速率为Rb(bit/s)，则： RS=Rb/log2M=Rb/k(B，波特) Rb=RSlog2M=RSk(bit/s，比特/秒) 一些概念 •误比特率 –二进制数字通信系统中，二进制符号发生错误的概率 •误符号率（误码率） –M进制数字通信系统中，M进制符号发生错误的概率 •频带利用率 –数字通信系统中，所传输的信息速率（或符号速率）与系统 带宽之比值，单位为bit/s/Hz（或B/Hz） 有效性的表征 •信道容量： S CWlog(1) 2N 例如：带宽为2MHz,信号与噪声功率的比值为0dB,则 S CWlog(1)2MHzlog(1+1)=2Mbps N2 扩频技术 1无线电波传播原理 •1.1电磁场与电磁波基础 •1.2无线电波传播原理 •1.3无线传播环境 •1.4无线信道分析 1.1电磁场与电磁波基础 1820年奥斯特电产生磁 产生 1831年法拉第磁电 激发 变化的磁场电场 变化的电场?磁场 电磁场理论 麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出了著名的电磁场理论（经典电磁场理 论），指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场，预言电磁场能以波动的