通信导论传输介质ppt课件.ppt

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1、第二章 传输介质2.1 2.1 传输介质的基本概念传输介质的基本概念2.2 2.2 双绞线双绞线2.3 2.3 同轴电缆同轴电缆2.4 2.4 无线信道无线信道2.5 2.5 微波微波2.6 2.6 光纤光纤2.1 2.1 传输介质的基本概念（传输介质的基本概念（1）2.1.1 2.1.1 传输介质传输介质传输介质是连接通信设备的媒介，是通信设备传输介质是连接通信设备的媒介，是通信设备之间的物理通道，是信号的实际载体。之间的物理通道，是信号的实际载体。传输介质的多样性源于通信环境和业务的多样传输介质的多样性源于通信环境和业务的多样性。性。2.1.2 2.1.2 传输介质的分类传输介质的分类有线

2、、无线有线、无线 3 3类常见的传输介质类常见的传输介质电缆：非屏蔽双绞线电缆：非屏蔽双绞线 UTPUTP，屏蔽双绞线，屏蔽双绞线 STPSTP，同轴电缆，同轴电缆 CableCable无线：可见光、微波、红外线等等无线：可见光、微波、红外线等等光纤：单模光纤、多模光纤光纤：单模光纤、多模光纤传输介质和典型应用 传输介质传输介质频率范围频率范围波长波长表示表示符号符号典型应用典型应用普通有线电缆、长波无普通有线电缆、长波无线电线电3Hz30kHz3Hz30kHz10108 810104 4米米VLFVLF长波电台长波电台普通有线电缆、长波无普通有线电缆、长波无线电线电30kHz300kH30k

3、Hz300kHz z10104 410103 3米米LFLF电话通信网中的用户线路、电话通信网中的用户线路、长波电台长波电台同轴电缆、中波无线电同轴电缆、中波无线电300kHz3MHz300kHz3MHz10103 310102 2米米MFMF调幅广播电台调幅广播电台同轴电缆、短波无线电同轴电缆、短波无线电3MHz30MHz3MHz30MHz10102 21010米米HFHF有线电视网中的用户线路有线电视网中的用户线路同轴电缆、米波无线电同轴电缆、米波无线电30MHz300MH30MHz300MHz z101101米米VHFVHF调频广播电台调频广播电台分米波无线电分米波无线电300MHz3G

4、Hz300MHz3GHz1001010010厘米厘米UHFUHF公共移动通信公共移动通信AMPSAMPS、GSMGSM、CDMACDMA厘米波无线电厘米波无线电3GHz30GHz3GHz30GHz101101厘米厘米SHFSHF无线局域网无线局域网802.11a/g802.11a/g、微、微波中继通信、卫星通信波中继通信、卫星通信毫米波无线电毫米波无线电30GHz300GH30GHz300GHz z101101毫米毫米EHFEHF卫星通信、超宽带（卫星通信、超宽带（UWBUWB）通信通信光纤、可见光、红外光光纤、可见光、红外光105107GHz105107GHz3 31010-4-433101

5、0-6-6米米 光纤通信、短距红外通信光纤通信、短距红外通信2.1 2.1 传输介质的基本概念（传输介质的基本概念（2）2.1.32.1.3传输介质与传输技术的设计传输介质与传输技术的设计根据传输介质的特性，传输介质的参数：根据传输介质的特性，传输介质的参数：（1 1）带宽：可供使用的频谱宽度；）带宽：可供使用的频谱宽度；（2 2）误码率：单个比特差错出现的概率；）误码率：单个比特差错出现的概率；（3 3）信信号号传传输输距距离离：当当信信号号在在传传输输介介质质上上传传播播，信信号号强强度度会会随随距距离离增增加加而而衰衰减减；当当有有用用信信号号的的强强度度衰衰减减至至一一定水平时传输介质

6、的长度就是介质的信号传输距离；定水平时传输介质的长度就是介质的信号传输距离；（4 4）安安全全：不不同同的的传传输输介介质质因因其其特特性性有有不不同同的的安安全全等等级级，在在传传输输时时就就需需要要采采用用的的通通信信加加密密与与认认证证技技术术；为为不不同同的传输介质需要选用适合的安全保证技术。的传输介质需要选用适合的安全保证技术。2.2 双绞线2.2 2.2 双绞线（双绞线（1 1）2.2.12.2.1双绞线概述双绞线概述1 1、定义、定义：双绞线是由一对带有绝缘层的铜线，以螺旋的方式缠绕在一双绞线是由一对带有绝缘层的铜线，以螺旋的方式缠绕在一起制成的。双绞线电缆通常由一对或多对双绞线

7、组成；起制成的。双绞线电缆通常由一对或多对双绞线组成；双绞线通常用于传输平衡信号。双绞线通常用于传输平衡信号。双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格低廉。一定限制，但价格低廉。2 2、双绞线的特征、双绞线的特征 （1 1）导线直径：铜导线的直径，一般直径越大，传输能力）导线直径：铜导线的直径，一般直径越大，传输能力越强；越强；（2 2）含铜量：直观的表现就是导线的柔软程度，越柔软的）含铜量：直观的表现就是导线的柔软程度，越柔软的导线含铜量越高，传输能力越强；导线含铜量越高，传输能力越强；（3 3）单位长度绕数：表

8、示了导线螺旋缠绕的紧密程度，单）单位长度绕数：表示了导线螺旋缠绕的紧密程度，单位长度内的绕数越多，对干扰的抵消作用就越强；位长度内的绕数越多，对干扰的抵消作用就越强；（4 4）屏蔽措施：屏蔽措施越好，抗干扰的能力就越强。）屏蔽措施：屏蔽措施越好，抗干扰的能力就越强。国际电气工业协会为双绞线电缆的传输标准2.2 2.2 双绞线（双绞线（2 2）非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPUTP和屏蔽双绞线和屏蔽双绞线STPSTP 双绞线的分类：双绞线的分类：根据双绞线所支持的传输速率分类：根据双绞线所支持的传输速率分类：（1 1）一类线：主要用于传输语音，不用于数据传输。）一类线：主要用于传输语音，不用于数据

9、传输。（2 2）二类线：传输频率为）二类线：传输频率为1MHz1MHz，用于语音传输和最高，用于语音传输和最高传输速率传输速率4Mbps4Mbps的数据传输的数据传输（3 3）三类线）三类线:传输频率为传输频率为16MHz,16MHz,用于语音传输及最高用于语音传输及最高传输速率为传输速率为10Mbps10Mbps的数据传输，主要用于的数据传输，主要用于10base-T10base-T。（4 4）四类线）四类线:传输频率为传输频率为20MHz,20MHz,用于语音传输和最高用于语音传输和最高传输速率传输速率16Mbps16Mbps的数据传输的数据传输 2.2 2.2 双绞线（双绞线（3 3）（

10、5 5）五类线）五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。用于语：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。用于语音传输和高于音传输和高于100Mbit/s的数据传输，主要用于百兆以太网，的数据传输，主要用于百兆以太网，100 base-T的以太网中。通过颜色的组合来区分互相缠绕的的以太网中。通过颜色的组合来区分互相缠绕的双绞线对；双绞线对；（6 6）超）超5 5类类：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。与五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。与五类线相比，超五类线所使用的铜导线质量更高、单位长度绕数也相比，超五类线所使用的铜导线质量更高、单位长度绕数也更多，因而衰减更小、信号串扰更小、具有更小的时延误差；

11、更多，因而衰减更小、信号串扰更小、具有更小的时延误差；在使用在使用4对双绞线同时用于传输的情况下，可以用于对双绞线同时用于传输的情况下，可以用于1000 base-T的千兆以太网。的千兆以太网。（7 7）六类线）六类线：传输频率为：传输频率为1MHz1MHz250MHz250MHz，提供了，提供了250MHZ250MHZ的的带宽带宽，适用于适用于GbpsGbps的应用。的应用。（8 8）七类线：）七类线：提供提供600MHZ600MHZ的带宽。七类线是一种的带宽。七类线是一种8 8芯屏蔽线，芯屏蔽线，每对都有屏蔽层（一般为金属箔屏蔽每对都有屏蔽层（一般为金属箔屏蔽 DINTEKDINTEK），

12、），8 8根芯外还根芯外还有一个屏蔽层（一般为金属编织丝网屏蔽有一个屏蔽层（一般为金属编织丝网屏蔽 DINTEK DINTEK），接口），接口与现在的与现在的RJ-45RJ-45不兼容不兼容。五类线图示线线对对色彩组合色彩组合1蓝白相间蓝白相间蓝蓝2黄（橙）白相间黄（橙）白相间黄（橙）黄（橙）3绿白相间绿白相间绿绿4褐（棕）白相间褐（棕）白相间褐（棕）褐（棕）2.2 2.2 双绞线（双绞线（4 4）双绞线的优：双绞线的优：（1 1）低成本、易于安装）低成本、易于安装（2 2）应用广泛）应用广泛双绞线缺点双绞线缺点：（3 3）带宽有限）带宽有限（4 4）信号传输距离短）信号传输距离短（5 5）抗

13、干扰能力不强）抗干扰能力不强 2.2 2.2 双绞线（双绞线（5 5）双绞线的应用双绞线的应用 （1 1）ISDN ISDN 综合业务数字网用户环路综合业务数字网用户环路（2 2）xDSLxDSL(Digital Subscriber Line)(Digital Subscriber Line)ADSLADSL，HDSL,IDSL,SDSL,RADSL,VDSLHDSL,IDSL,SDSL,RADSL,VDSL（3 3）Ethernet Ethernet 以太网以太网十兆十兆/百兆百兆/千兆以太网的主要传输介质都是双绞线千兆以太网的主要传输介质都是双绞线;十兆十兆/百兆以太网使用了百兆以太网使

14、用了2对双绞线，对双绞线，千兆以太网使用了千兆以太网使用了4对双绞线，一般的以太网线都包含对双绞线，一般的以太网线都包含4对对双绞线。双绞线。部分以太网线也采用平行线或同轴电缆作为传输介质。部分以太网线也采用平行线或同轴电缆作为传输介质。双绞线简要说明双绞线常见的有双绞线常见的有Cat.3（3类线），类线），Cat.5（5类线）、类线）、Cat.5e（超（超5类线）、类线）、Cat.6（6类线），以及类线），以及目前的目前的Cat.6A（6A类线）、类线）、Cat.7（7类线）及类线）及Cat.8（8类线）等类线）等。Cat.1：传输最高速率为：传输最高速率为100kHz的语音信号，用作扬声器

15、电缆、门铃电缆、报警器电缆等。不适的语音信号，用作扬声器电缆、门铃电缆、报警器电缆等。不适用于网络或数字语音用途。用于网络或数字语音用途。Cat.2：传输最高速率为：传输最高速率为4MHz的信号，用于模拟或数字信号，不适用于网络用途。的信号，用于模拟或数字信号，不适用于网络用途。Cat.3：传输最高速率为：传输最高速率为16MHz的信号，用于的信号，用于10Base-T以太网或数字语音用途。以太网或数字语音用途。Cat.4：传输最高速率为：传输最高速率为20MHz的信号，因其价格与五类相关无几，但传输频率低，所以很少使的信号，因其价格与五类相关无几，但传输频率低，所以很少使用。用。Cat.5：

16、传输最高速率为：传输最高速率为100MHz的信号，使用广泛。的信号，使用广泛。Cat.5e：传输最高速率为：传输最高速率为100MHz的信号，一种拥有比的信号，一种拥有比Cat.5更好性能的电缆，改善了诸多传输指更好性能的电缆，改善了诸多传输指标，支持双工应用。标，支持双工应用。Cat.6：传输最高速率为：传输最高速率为250MHz的信号。的信号。Cat.6A：超六类电缆，性能比六类很明显提升。：超六类电缆，性能比六类很明显提升。Cat.7：传输最高速率为：传输最高速率为600MHz的信号。的信号。Cat.8：为适应：为适应SOHO一族家庭办公与公司之间的信息沟通而产生的电缆，一般为一族家庭办

17、公与公司之间的信息沟通而产生的电缆，一般为SSTP结构，每结构，每一对有屏蔽，多对绞合之后还有一总屏蔽，特点为使用长度短，一般不超过一对有屏蔽，多对绞合之后还有一总屏蔽，特点为使用长度短，一般不超过50m，通过它可以，通过它可以将电话、计算机、数据传输、图像传输、图像、卫星传输（通讯）、普通电视、数字电视等信将电话、计算机、数据传输、图像传输、图像、卫星传输（通讯）、普通电视、数字电视等信息、音频、视频信号的传输全部解决。称为：宽带传输的数据电缆。息、音频、视频信号的传输全部解决。称为：宽带传输的数据电缆。2.3 2.3 同轴电缆（同轴电缆（1 1）2.3.1 同轴电缆的概述同轴电缆的概述同轴

18、电缆由中心的铜质或铝质的导体、中间的绝缘塑同轴电缆由中心的铜质或铝质的导体、中间的绝缘塑料层、金属屏蔽层以及主要起保护作用的外套层组成。料层、金属屏蔽层以及主要起保护作用的外套层组成。(铜导体、绝缘层、屏蔽层、外套铜导体、绝缘层、屏蔽层、外套)同轴电缆的铜导体要比双绞线中的铜导体更粗，而接同轴电缆的铜导体要比双绞线中的铜导体更粗，而接地的金属屏蔽层则可以有效的提高抗干扰性能。因此，地的金属屏蔽层则可以有效的提高抗干扰性能。因此，同轴电缆具有比双绞线更高的传输带宽。同轴电缆具有比双绞线更高的传输带宽。2.3 2.3 同轴电缆（同轴电缆（2 2）常见的同轴电缆有两种：常见的同轴电缆有两种：一种是一

19、种是50欧姆阻抗的同轴电缆，用于数字传输，由于多欧姆阻抗的同轴电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是另一种是75欧姆阻抗的同轴电缆，用于模拟传输，也被欧姆阻抗的同轴电缆，用于模拟传输，也被称为宽带同轴电缆。称为宽带同轴电缆。宽带同轴电缆在使用中其带宽可以被划分为几个范围。宽带同轴电缆在使用中其带宽可以被划分为几个范围。通常每一个频率范围都携带着各自的编码信息，这样就通常每一个频率范围都携带着各自的编码信息，这样就可以在一根电缆上同时复用的传输多个数据流。可以在一根电缆上同时复用的传输多个数据流。表2-3同轴电缆的常见规格规规格格类类型

20、型阻抗阻抗描述描述RG-58URG-58U细缆细缆5050欧姆欧姆固体固体实实心心铜导线铜导线RG-58A/URG-58A/U细缆细缆5050欧姆欧姆绞绞合合线线RG-58C/URG-58C/U细缆细缆5050欧姆欧姆RG-58A/URG-58A/U的的军军用版本用版本RG-59RG-59CATVCATV7575欧姆欧姆宽带宽带同同轴电缆轴电缆，用于有，用于有线电视线电视中中RG-8RG-8粗粗缆缆5050欧姆欧姆固体固体实实心心线线，直径，直径约为约为0.40.4英寸英寸RG-11RG-11粗粗缆缆5050欧姆欧姆标标准准实实心心线线，直径，直径约为约为0.40.4英寸英寸2.3 2.3 同

21、轴电缆（同轴电缆（4 4）2.3.2 2.3.2 同轴电缆的特点同轴电缆的特点（1）可用频带宽：同轴电缆可供传输的频谱宽度最高可达）可用频带宽：同轴电缆可供传输的频谱宽度最高可达GHz，比双绞线更适于提供视频或是宽带接入业务，也可以，比双绞线更适于提供视频或是宽带接入业务，也可以采用调制和复用技术来支持多信道传输；采用调制和复用技术来支持多信道传输；（2）抗干扰能力强，误码率低，但会受到屏蔽层接地质量）抗干扰能力强，误码率低，但会受到屏蔽层接地质量的影响；的影响；（3）性能价格比高：同轴电缆的成本比要双绞线高，但是）性能价格比高：同轴电缆的成本比要双绞线高，但是它有明显优于双绞线的传输性能，其

22、性能价格比有一定的优它有明显优于双绞线的传输性能，其性能价格比有一定的优势；势；（4）安装较复杂：同轴电缆和双绞线一样，线缆都是制作）安装较复杂：同轴电缆和双绞线一样，线缆都是制作好的，使用时根据需要截取相应的长度再做连接头。好的，使用时根据需要截取相应的长度再做连接头。由于同由于同轴电缆中的铜导体粗，一般需要与连接件焊接相连；安装比轴电缆中的铜导体粗，一般需要与连接件焊接相连；安装比双绞线复杂。双绞线复杂。2.3.3 2.3.3 同轴电缆的应用同轴电缆的应用（1）局域网）局域网（2）局间中继线路）局间中继线路（3）有线电视（）有线电视（CATV）系统的信号线）系统的信号线（4）射频信号线）射

23、频信号线2.4 2.4 无线信道（无线信道（1 1）2.4.1 无线信道的基本概念无线信道的基本概念无线通信的传输媒质无线通信的传输媒质无线信道是基站天线无线信道是基站天线与用户天线之间的传播路径。与用户天线之间的传播路径。无线信道是最为复杂的一种通信信道：无线信道是最为复杂的一种通信信道：模拟有线信道中典型的信噪比约为模拟有线信道中典型的信噪比约为46dB，信号电平，信号电平要比噪声电平高要比噪声电平高40000倍。有线传输介质中，信噪比倍。有线传输介质中，信噪比的波动通常不超过的波动通常不超过l-2dB。陆地移动通信无线信道信号强度的骤然降低（衰落）陆地移动通信无线信道信号强度的骤然降低（

24、衰落）经常发生，衰落深度可达经常发生，衰落深度可达30dB。无线信道的衰落特。无线信道的衰落特性取决于无线电波传播环境。性取决于无线电波传播环境。复杂、恶劣的传播条件是无线信道的特征，运动中复杂、恶劣的传播条件是无线信道的特征，运动中进行无线通信方式决定了无线传播环境的复杂和多进行无线通信方式决定了无线传播环境的复杂和多变，所以无线信道特性十分复杂。变，所以无线信道特性十分复杂。2.4 2.4 无线信道（无线信道（2 2）2.4.2 电磁波在无线信道中的传播电磁波在无线信道中的传播1、基本传播机制、基本传播机制（1）直射：无线信号在自由空间中的传播；）直射：无线信号在自由空间中的传播；（2）反

25、射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，）反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就发生反射。反射一般在地球表面，建筑物、墙壁表就发生反射。反射一般在地球表面，建筑物、墙壁表面发生。面发生。（3）绕射：当电磁波被尖锐的物体边缘阻挡时，会）绕射：当电磁波被尖锐的物体边缘阻挡时，会发生绕射；发生绕射；（4）散射：当电磁波遇到比波长小的物体，并且单）散射：当电磁波遇到比波长小的物体，并且单位体积内这种障碍物的数量较多的时，会发生散射。位体积内这种障碍物的数量较多的时，会发生散射。散射发生在粗糙的表面、小物体或其它不规则物体上，散射发生在粗糙的表面、小物体或其它不规则物体上，例如，树叶、灯柱等会引起散射

26、。例如，树叶、灯柱等会引起散射。2.4 2.4 无线信道（无线信道（3 3）2、无线信道的指标、无线信道的指标多种传播机制的存在使得任何一点接收到的无线信号都极多种传播机制的存在使得任何一点接收到的无线信号都极少是经过直线传播的原有信号。少是经过直线传播的原有信号。（1）传播损耗：无线信号的损耗主要以下三种：）传播损耗：无线信号的损耗主要以下三种：路径损耗：由于电波的弥散特性造成的，反映了在公里路径损耗：由于电波的弥散特性造成的，反映了在公里级的空间距离内，接收信号电平的衰减，也称大尺度衰落；级的空间距离内，接收信号电平的衰减，也称大尺度衰落；阴影衰落（慢衰落）：接收信号的场强在长时间内的缓阴

27、影衰落（慢衰落）：接收信号的场强在长时间内的缓慢变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电慢变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场阴影区所引起的；磁场阴影区所引起的；多径衰落（快衰落）：接收信号场强在整个波长内迅速多径衰落（快衰落）：接收信号场强在整个波长内迅速的随机变化，一般主要由于多径效应引起的。的随机变化，一般主要由于多径效应引起的。（2）传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大）传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大值和传播时延的统计特性等；值和传播时延的统计特性等；（3）时延扩展：信号通过不同的路径、沿不同的方向到达）时延扩展：信号通过不同的路径、沿

28、不同的方向到达接收端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描接收端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描述；述；（4）多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落）多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效过程的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效应的描述；应的描述；（5）干扰：包括干扰的性质以及干扰的强度。）干扰：包括干扰的性质以及干扰的强度。2.4 2.4 无线信道（无线信道（4 4）2.4.3 2.4.3 无线信道的传播模型无线信道的传播模型1、构建无线信道模型、构建无线信道模型传播环境、传播机理传播环境、传播机理

29、用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强、时延等参数的快用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强、时延等参数的快速波动速波动 信号传播特征、通信环境中的系统干扰各种不同条件下的无线信道模型。信号传播特征、通信环境中的系统干扰各种不同条件下的无线信道模型。2、无线信道模型的分类、无线信道模型的分类无线信道模型一般可分为室内传播模型和室外传播模型，后者又可以分无线信道模型一般可分为室内传播模型和室外传播模型，后者又可以分为宏蜂窝模型和微蜂窝模型。为宏蜂窝模型和微蜂窝模型。（1）室内传播模型：室内传播模型的主要特点是覆盖范围小、环境变）室内传播模型：室内传播模型的主要特点是覆盖范围小、环

30、境变动较大、不受气候影响，但受建筑材料影响大。典型模型包括：对数距动较大、不受气候影响，但受建筑材料影响大。典型模型包括：对数距离路径损耗模型、离路径损耗模型、Ericsson多重断点模型等；多重断点模型等；（2）室外宏蜂窝模型：当基站天线架设较高、覆盖范围较大时所使用）室外宏蜂窝模型：当基站天线架设较高、覆盖范围较大时所使用的一类模型。实际使用中一般是几种宏蜂窝模型结合使用来完成网络规的一类模型。实际使用中一般是几种宏蜂窝模型结合使用来完成网络规划；划；（3）室外微蜂窝模型：当基站天线的架设高度在）室外微蜂窝模型：当基站天线的架设高度在36m时，多使用室外时，多使用室外微蜂窝模型；其描述的损

31、耗可分为视距损耗与非视距损耗。微蜂窝模型；其描述的损耗可分为视距损耗与非视距损耗。常见的信道传播模型 类类型型名称名称特征特征备备注注室外宏蜂室外宏蜂窝窝模型模型自由空自由空间传间传播模型播模型在理想的、均匀的、各向同性的介在理想的、均匀的、各向同性的介质质中中传传播，不播，不发发生生发发射、折射、射、折射、绕绕射、散射射、散射现现象象经验经验模型模型平面大地平面大地传传播模型播模型同同时时考考虑虑了了发发射机与接收机之射机与接收机之间间的直接路径和地面的直接路径和地面发发射路径射路径经验经验模型模型杂杂乱因子模型（乱因子模型（Clutter Factor Model）利用利用频频率、地形、高

32、度、方位等修正因子率、地形、高度、方位等修正因子对对平面大平面大地地传传播模型播模型进进行修正而得行修正而得经验经验模型模型奥村模型（奥村模型（Okumura-Hata Model）主要主要针对针对城区城区传传播播环环境，具体又将城区境，具体又将城区环环境分境分为为开开阔阔地、郊区、城区三种，适用于地形复地、郊区、城区三种，适用于地形复杂杂区域区域经验经验模型模型COST 231-Hata模型模型主要主要针对针对中小城市中小城市环环境境经验经验模型模型Lee模型模型特点是通特点是通过计过计算有效的基站天算有效的基站天线线高度，来描述地形高度，来描述地形的的变变化化经验经验模型模型Ibrahim

33、 and Parsons模型模型基于基于伦伦敦附近的一系列敦附近的一系列测试结测试结果而果而获获得，并不得，并不针对针对通用通用预测预测模型模型经验经验模型模型Allsebrook and Parsons模型模型以以对对三个英国大城市的三个英国大城市的测测量量为为基基础础而建立的理而建立的理论论模模型型理理论论模型模型Ikegami模型模型通通过过使用描述建筑物高度、形状、特征的使用描述建筑物高度、形状、特征的详细详细地地图图，在在发发射机与接收机之射机与接收机之间间利用射利用射线线跟踪法确定特跟踪法确定特定点的定点的场场强强理理论论模型模型Walfisch-Bertoni模型模型考考虑虑了屋

34、了屋顶顶和建筑物的影响，使用和建筑物的影响，使用绕绕射来射来预测预测街道街道的平均信号的平均信号场场强强理理论论模型模型COST 231/Walfisch-Ikegami模型模型主要用于欧美都市主要用于欧美都市环环境下非境下非视视距距传传播的播的预测预测理理论论模型模型室外微蜂室外微蜂窝窝模型模型双斜率模型（双斜率模型（Dual-Slope Empirical Model）具有两个不同的路径具有两个不同的路径损损耗指数耗指数经验经验模型模型双双线线模型模型适用于理想化的、即相当开适用于理想化的、即相当开阔阔而不而不杂杂乱的微蜂乱的微蜂窝环窝环境，如公路境，如公路理理论论模型模型递归递归模型（模

35、型（Recursive Model）对对于街道交叉口于街道交叉口处处可能可能发发生的生的绕绕射或反射做了特殊射或反射做了特殊处处理理理理论论模型模型特定地区射特定地区射线线模型（模型（Site-specific Ray Model）利用利用计计算机算机处处理特定地区的地理信息理特定地区的地理信息库库以及三以及三维维建建筑物数据筑物数据库库仿真模型仿真模型室内室内传传播模播模型型对对数距离路径数距离路径损损耗模型耗模型室内路径室内路径损损耗符合耗符合对对数分布数分布理理论论模型模型Ericsson多重断点模型多重断点模型主要主要针对针对多多层办层办公室建筑公室建筑经验经验模型模型衰减因子模型衰减

36、因子模型主要考主要考虑虑了建筑物了建筑物类类型的影响和阻型的影响和阻挡挡物的影响物的影响经验经验模型模型2.4 2.4 无线信道（无线信道（5 5）3、如何构建传播模型、如何构建传播模型（1）理论分析：即用电磁场理论或统计理论分析电）理论分析：即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种数学模型来描波在移动环境中的传播特性，并用各种数学模型来描述无线信道。述无线信道。（2）现场实测：建立在大量实测数据和经验公式的）现场实测：建立在大量实测数据和经验公式的基础之上，选取典型环境，进行电波传播实测试验。基础之上，选取典型环境，进行电波传播实测试验。（3）计算机模拟：是近年来随着

37、计算机技术的发展）计算机模拟：是近年来随着计算机技术的发展新出现的研究方法。新出现的研究方法。4、传播模型的输入参数、传播模型的输入参数模型的输入参数主要有：自然地形特征、植被特征、模型的输入参数主要有：自然地形特征、植被特征、天气状况、电磁噪声状况、天线高度（包括接收机和天气状况、电磁噪声状况、天线高度（包括接收机和发射机的天线高度）、建筑物的分布、建筑物的平均发射机的天线高度）、建筑物的分布、建筑物的平均高度、载波频率、波长、收发天线之间的距离等。高度、载波频率、波长、收发天线之间的距离等。2.4 2.4 无线信道（无线信道（6 6）2.4.4 无线信道的特点无线信道的特点（1）频谱资源有

38、限：）频谱资源有限：可供通信用的无线频谱从数十可供通信用的无线频谱从数十MHz到数十到数十GHz，无线频谱是国家严格管制使用，无线频谱是国家严格管制使用的资源。特定的通信系统频谱资源是非常有限的。随着用户数量增长，必须精的资源。特定的通信系统频谱资源是非常有限的。随着用户数量增长，必须精心设计无线通信技术，高效使用有限的频谱资源；心设计无线通信技术，高效使用有限的频谱资源；（2）传播环境复杂：）传播环境复杂：电磁波在无线信道中存在多种传播机制，使得接收端的信号处于极不稳定的电磁波在无线信道中存在多种传播机制，使得接收端的信号处于极不稳定的状态，接收信号的幅度、频率、相位等均可能处于不断变化之中

39、；状态，接收信号的幅度、频率、相位等均可能处于不断变化之中；（3）存在多种干扰：）存在多种干扰：电磁波在一个开放环境之中传播，各种工业或民用设备都会产生电磁波，相电磁波在一个开放环境之中传播，各种工业或民用设备都会产生电磁波，相同频率的有用信号的传播就形成了干扰。射频器件的非线性还会引入互调干扰同频率的有用信号的传播就形成了干扰。射频器件的非线性还会引入互调干扰，同一通信系统内不同信道间的隔离度不够还会引入邻道干扰。，同一通信系统内不同信道间的隔离度不够还会引入邻道干扰。（4）网络拓扑不断的变化：）网络拓扑不断的变化：无线通信产生的一个重要原因是用户可以自由的移动。同一系统中不同位置无线通信产

40、生的一个重要原因是用户可以自由的移动。同一系统中不同位置的用户或某一个用户的移动，都会导致移动通信系统中产生不同的传播路径，的用户或某一个用户的移动，都会导致移动通信系统中产生不同的传播路径，信号在不同传播路径之间的干扰。自组织（信号在不同传播路径之间的干扰。自组织（ad-hoc）网络，更具有接收机和发）网络，更具有接收机和发射机同时移动的特点，对无线信道产生新的影响。射机同时移动的特点，对无线信道产生新的影响。2.5 2.5 微波微波（1 1）2.5.12.5.1 微波频段的定义微波频段的定义微波频段被定义为微波频段被定义为1GHz到到100GHz的范围，也有定义认为微波频段的上的范围，也有

41、定义认为微波频段的上限为限为1000GHz2.5.2 2.5.2 微波通信的特点微波通信的特点:（1）工作频率高，可用的带宽大）工作频率高，可用的带宽大（2）波长短，易于设计高增益天线）波长短，易于设计高增益天线（3）受天电干扰小）受天电干扰小（4）视距传播）视距传播（5）容易受天气影响）容易受天气影响2.5 2.5 微波（微波（2 2）2.5.3 2.5.3 地面视距信道地面视距信道微波传输的信道称为地面视距信道，视距传播模型主要考虑的因素包微波传输的信道称为地面视距信道，视距传播模型主要考虑的因素包括大气效应和地面效应。括大气效应和地面效应。大气效应主要包括吸收衰减、雨雾衰减和大气折射；大

42、气效应主要包括吸收衰减、雨雾衰减和大气折射；地面效应主要包括费涅尔效应和地面反射。地面效应主要包括费涅尔效应和地面反射。（1）吸收衰减：主要发生在微波的高频段，不同的大气成分如水蒸）吸收衰减：主要发生在微波的高频段，不同的大气成分如水蒸汽、氧气具有不同的吸收衰减，对汽、氧气具有不同的吸收衰减，对12GHz以下的低频段影响较小；以下的低频段影响较小；（2）雨雾衰减：在）雨雾衰减：在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几dB；在；在10GHz以上频段，雨雾衰减则大大增加。下雨衰减是限制高频以上频段，雨雾衰减则大大增加。下雨衰减是限制高频段微波传播距离

43、的主要因素，在暴雨天气下出现的电视转播中断常是段微波传播距离的主要因素，在暴雨天气下出现的电视转播中断常是由此原因造成的；由此原因造成的；（3）大气折射：由于空气密度存在梯度而造成的微波传播方向的改）大气折射：由于空气密度存在梯度而造成的微波传播方向的改变；变；（4）费涅尔效应：微波传播在遇到障碍物时产生的附加损耗；）费涅尔效应：微波传播在遇到障碍物时产生的附加损耗；（5）地面反射：传播过程中产生电平衰落的主要原因；）地面反射：传播过程中产生电平衰落的主要原因；（6）频率选择性衰落。）频率选择性衰落。2.5 微波（3）2.5.4 2.5.4 微波通信的主要应用微波通信的主要应用（1）微波中继通

44、信）微波中继通信微波中继通信系统一般包含终端站和中继站两大类设备。它的站与站微波中继通信系统一般包含终端站和中继站两大类设备。它的站与站之间要求具有视距传播条件，通过高度指向性天线来完成相互通信。之间要求具有视距传播条件，通过高度指向性天线来完成相互通信。中继站上的天线依次将信号传递给相邻的站点，这种传递不断持续下中继站上的天线依次将信号传递给相邻的站点，这种传递不断持续下去就可以实现视线被地表切断的两个站点间的传输去就可以实现视线被地表切断的两个站点间的传输（2）多点分配业务）多点分配业务（MDS）是一种固定无线接入技术，它包括由运营商设置的主站和位于用户处是一种固定无线接入技术，它包括由运

45、营商设置的主站和位于用户处的子站，可以提供数十的子站，可以提供数十MHz甚至数甚至数GHz的带宽，这些带宽由所有的用户的带宽，这些带宽由所有的用户共享。共享。MDS系统主要为个人用户、宽带小区和写字楼等设施提供无线系统主要为个人用户、宽带小区和写字楼等设施提供无线宽带接入，它的特点是建网迅速，但资源分配不够灵活。宽带接入，它的特点是建网迅速，但资源分配不够灵活。MDS包括覆盖范围较大的多信道多点分配业务（包括覆盖范围较大的多信道多点分配业务（MMDS）和覆盖范围较）和覆盖范围较小、但提供带宽更为充足的本地多点分配业务（小、但提供带宽更为充足的本地多点分配业务（LMDS）。）。微波（4）多点分配

46、业务系统 2.5 微波（5）（3）无线局域网：）无线局域网：目前基于目前基于802.11系统标准的无线局域网也工作系统标准的无线局域网也工作于微波频段，其中于微波频段，其中802.11b工作于工作于2.4GHz；802.11a/g工作于工作于5.8GHz；2.5 微波（6）（4）第）第4代移动通信系统：代移动通信系统：未来的移动通信系统要求达到数百未来的移动通信系统要求达到数百MHz的带宽，的带宽，在频谱资源十分紧张的在频谱资源十分紧张的800MHz、900MHz、2GHz等频段通信是难以想象的。等频段通信是难以想象的。一个可行的解决方案即是使用目前频谱资源相一个可行的解决方案即是使用目前频谱

47、资源相对宽松的微波频段，特别是频率较高的微波频对宽松的微波频段，特别是频率较高的微波频段。段。微波频段的衰减较大，在非视距传播时的性能微波频段的衰减较大，在非视距传播时的性能较差，这还是一个有待于进一步研究的难点。较差，这还是一个有待于进一步研究的难点。2.5 2.5 微波微波-卫星（卫星（7 7）（5 5）卫星通信：）卫星通信：基本概念：以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地基本概念：以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信面站之间通信。按卫星业务描述：按卫星业务描述：固定卫星业务固定卫星业务FSSFSS广播卫星业务广播卫星业务BSSBSS移动卫星业务移动卫星业务MSSMSS按工作

48、轨道分类按工作轨道分类 ：（1 1）同步轨道）同步轨道 GEOGEO（2 2）中轨道）中轨道 MEOMEO（3 3）低轨道）低轨道 LEOLEO2.5 2.5 微波微波-卫星（卫星（8 8）卫星通信中使用的频谱资源波段：C C波段：波段：6GHz/4GHz(6GHz/4GHz(上行上行/下行下行)C波段对于天气的适应性较好，但C波段的工作频率被地面微波系统所共享；KuKu波段：波段：14GHz/11GHz14GHz/11GHz，它的频段并没有被其它系统所使用，能够提供一定的终端移动性支持，但更容易受到天气因素的干扰；KaKa波段：波段：30GHz/20GHz30GHz/20GHz，可以提供更宽

49、的频谱供使用，Ka波段最容易受到天气因素（如雨衰）的影响；L L波段：波段：390MHz/1550MHz390MHz/1550MHz，受天气影响最小，但可提供的频带宽度不足。2.5 2.5 微波微波-卫星（卫星（4 4）卫星网络分段卫星网络分段:空间段空间段控制段控制段地面段地面段卫星通信的特点卫星通信的特点:（1 1）下行广播，覆盖范围广）下行广播，覆盖范围广（2 2）工作频带宽）工作频带宽（3 3）通信质量好）通信质量好（4 4）信号传输时延大）信号传输时延大（5 5）控制复杂）控制复杂2.6 光纤（1）2.6.12.6.1光纤通信的概念与基本原理光纤通信的概念与基本原理激光，激光器具有亮

50、度高、谱线窄、方向性好的特点，激光，激光器具有亮度高、谱线窄、方向性好的特点，可以产生理想的光载波。利用可以导光的玻璃纤维可以产生理想的光载波。利用可以导光的玻璃纤维光纤进行长距离的光波传输。光纤进行长距离的光波传输。光纤通信的定义：光纤通信是以光波为载频，光导纤光纤通信的定义：光纤通信是以光波为载频，光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信一般在发送维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信一般在发送方对信息的数字编码进行强度调制，在接收端以直接方对信息的数字编码进行强度调制，在接收端以直接检波的方式来完成光检波的方式来完成光/电变换。电变换。2.5 光纤（2）2.6.2 2.6.2 光纤的工作