无线移动通信信道(扩展学习-射频基础知识)

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1、移移 动动 通通 信信原原 理理第三章第三章 无线移动通信信道无线移动通信信道 （扩展学习射频基础知识）（扩展学习射频基础知识）移移 动动 通通 信信 原原 理理课程目标课程目标熟悉和掌握射频基本概念和 知识学习完本课程，您将能够：2移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容第一章 无线通信的基本概念第二章 射频常用计算单位简介第三章 射频常用概念辨析第四章 天线及射频器件基础知识3移移 动动 通通 信信 原原 理理无线电波的基本知识无线电波的基本知识无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向4移移 动动 通通 信信 原原 理理

2、电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场如图所示：电场和磁场在空间是相互垂直的，同时两者又都垂直 于传播方向。5移移 动动 通通 信信 原原 理理射频定义 射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可 以辐射到空间的电磁频率，频率范围从 300KHz30GHz之间。 射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频 交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次 的交流电称为低频电流，大于10000次的称为 高频电流，而射频就是这样一种高频电流。6移移 动动 通通 信信 原原 理理无线电通信无线电通信 利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信

3、（Wireless Communication），也称之为无线通信。利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务 将电信息源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源，这一过程称为无线传输。7移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信使用的频段和波段无线通信使用的频段和波段表1-1 无线通信使用的电磁波的频率范围和波段频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）330Hz极长波10010Mm（108107m）超低频（SLF）30300Hz超长波101Mm（107106m

4、）特低频（ULF）3003000Hz特长波1000100km（106105m）甚低频（VLF）330kHz甚长波10010km（105104m）低频（LF）30300kHz长波101km（104103m）中频（MF）3003000kHz中波1000100m（103102m）高频（HF）330MHz短波10010m（10210m）甚高频频（VHF ）30300MHz超短波（米波）101m特高频频（UHF ）3003000MHz微波分米波10.1m（110-1m）超高频（SHF ）330GHz厘米波101cm（10-110-2m）极高频（EHF ）30300GHz毫米波101mm（10-210-3

5、m）至高频（THF ）3003000GHz亚毫米 波10.1mm（10-310-4m）光波310-3310-5mm（310-6310-8m）8移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传输无线通信的电磁波传输无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下 面按波长分述如下：极长波（极低频ELF）传播波长为110万公里（频率为330Hz）的电磁波。理论研究表明 ，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小超长波（超低频SLF）传播波长1千公里至1万公里（频率为30300Hz）的电磁波。这一波 段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为 0.3dB

6、/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上甚长波（甚低频VLF）传播波长10公里100公里（频率为330kHz）的电磁波。无线通信 中使用的甚长波的频率为1030kHz，该波段的电磁波可在大地与低层的电 离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球9移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传输无线通信的电磁波传输长波（低频LF）传播波长1公里10公里（频率为30300kHz）的电磁波。其可沿地 表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）中波（中频MF）传播（AM：525KHz1605KHz）波长100米1000米（频率为3003000kHz）的电磁波。中波可 沿地表面传

7、播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波沿地表面传播 时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关短波（高频HF）传播波长为10米100米（频率为330MHz）的电磁波。短波可沿地 表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层 反射传播（天波）超短波（甚高频VHF）传播（FM：88MHz108MHz； 电视）波长为1米10米（频率为30300MHz）的电磁波。超短波难以 靠地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的“视距”方式）传播10移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传播无线通信的电磁波传播微波传播微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播

8、。其主 要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，但 其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中 的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实 现微波的超视距传播波长小于1米（频率高于300MHz），按其波长的不同， 分为：分米波（特高频UHF，300MHz3GHz）：大部分通 信系统（包括有线电视）使用此波段厘米波（超高频SHF）、毫米波（极高频EHF）和 亚毫米波（至高频THF）：主要用于军事，如雷达WCDMA工作频段：上行19201980MHz，下行2110 2170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播11移移 动动 通通 信信 原原 理理12移移

9、动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容第一章 无线通信的基本概念第二章 射频常用计算单位简介第三章 射频常用概念辨析第四章 天线及射频器件基础知识13移移 动动 通通 信信 原原 理理功率单位简介功率单位简介 射频信号绝对功率的dB表示：dBm、dBW 射频信号相对功率的dB表示：dB 天线和天线增益天线增益一般由dBi或dBd表示。 dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比; dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi; 0dBd=2.15dBi14移移 动动 通通 信信 原原 理理其他其他 电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电

10、能转 化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆， 电压：电位或电位差，单位：伏特，V 电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数 ，单位：安培，A 电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁 感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利， H 电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电 荷率，单位：法拉，F15移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容第一章 无线通信的基本概念第一章 射频常用计算单位简介第三章 射频常用概念辨析第四章 天线及射频器件基础知识16移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析 第一节第一节功率相关概念功率相关概念 第二节 噪声相关概念

11、 第三节 线性相关概念 第四节 传输线相关概念 第五节 下行通道射频指标 第六节 上行通道射频指标 17移移 动动 通通 信信 原原 理理功率相关概念 信号的峰值功率 解释：很多信号从时域观测并不 是恒定包络，而是如下面图形所示。峰值功率即是 指以某种概率出现的尖峰的瞬态功率。通常概率取 为0.01%18移移 动动 通通 信信 原原 理理 平均功率和峰均比PAR 解释：平均功率是系统输出的实际功率。在某个概 率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下 的峰均比，如PAR=9.1/0.1%,各种概率下的峰均比就 形成了CCDF曲线（互补累积分布函数） 在概率为0.01%处的PAR，一般称为CR

12、EST因子 峰值功率反映信号的最大强度 平均功率反映信号的平均强度（基站输出功率） 峰均比反映信号的平稳程度功率相关概念19移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析 第一节 功率相关概念 第二节第二节噪声相关概念噪声相关概念 第三节 线性相关概念 第四节 传输线相关概念 第五节 下行通道射频指标 第六节 上行通道射频指标 20移移 动动 通通 信信 原原 理理噪声相关概念噪声相关概念 噪声定义噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（各类点频干扰不算是噪声）。常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪

13、声，信号与噪声的互调产物 噪声与接收灵敏度直接相关21移移 动动 通通 信信 原原 理理 相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下面所示一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比噪声相关概念噪声相关概念22移移 动动 通通 信信 原原 理理 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力 ，通常这样定义：单元输入信噪比除输出信噪比， 如

14、下图：对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪 声系数可以用下式表示：Pno表示输出噪声功率，Pni表示输入噪声功率，G为单元 增益噪声相关概念噪声相关概念23移移 动动 通通 信信 原原 理理 级联网络的噪声系数公式：噪声相关概念噪声相关概念24移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析 第一节 功率相关概念 第二节 噪声相关概念 第三节第三节线性相关概念线性相关概念 第四节 传输线相关概念 第五节 下行通道射频指标 第六节 上行通道射频指标25移移 动动 通通 信信 原原 理理线性相关概念线性相关概念 信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指

15、射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入26移移 动动 通通 信信 原原 理理 线性失真 线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位 失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下 图：幅频特性相频特性线性相关概念线性相关概念27移移 动动 通通 信信 原原 理理 非线性失真 非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性 幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：线性相关概念线性相关概念28移移 动动 通通 信信 原原 理理 非线性幅度失真 非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、 三阶截止点等指标衡量线性相关概念线性相关概念29移移 动动 通通 信信 原原 理理1dB压缩点 例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以 保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持 不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增 加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1