无线通信原理
1．无线信道 ...................................................................1
1．1 自由空间无线电波传播..................................................................................................1
1．2 移动通信的电波传播特点..............................................................................................1
1．3 移动通信电波传播特性..................................................................................................2
1．3．1 短期（快）衰落................................................................................................3
1．3．2 长期（慢）衰落................................................................................................6
1．3．3 衰落特性............................................................................................................6
1．4 电波传播损耗预测模型..................................................................................................6
1．4．1 Okumura-Hata模型............................................................................................7
1．4．2 COST231 Walfisch-Ikegami模型 ......................................................................9
1．5 覆盖设计........................................................................................................................10
1．5．1 传播模型的选用及修正..................................................................................11
1．5．1 基站覆盖预测..................................................................................................11
1．5．3 功率控制..........................................................................................................14
2．分集技术 .................................................................15
2．1 分集技术的概念............................................................................................................15
2．2 分集技术的分类............................................................................................................15
2．3 显分集技术....................................................................................................................15
2．3．1 空间分集..........................................................................................................15
2．3．2 极化分集..........................................................................................................16
2．4 显分集的合并技术........................................................................................................18
2．4．1 信号合并准则..................................................................................................18
2．4．2 最大信噪比准则下的信号合并方法..............................................................18
2．5 隐分集技术....................................................................................................................19
3．无线通信多址技术 .................................................21
3．1 多址技术概述...............................................................................................................21
3．2 频分多址.......................................................................................................................21
3．3 时分多址.......................................................................................................................22
3．4 码分多址.......................................................................................................................22
3．5 扩频技术.......................................................................................................................25
3．6 空分多址.......................................................................................................................27
4．无线通信中的资源分配原理及算法举例 .............31
4．1 蜂窝的概念....................................................................................................................31
4．2 以GSM为例介绍FCA ...................................................................................................31
4．3 PHS无线市话的频率使用 ............................................................................................33
4．3．1 频率分配..........................................................................................................33
4．3．2 PHS 频率指配 ................................................................................................35
4．4 多信道共用技术............................................................................................................35
4．5 微蜂窝与信道动态分配技术........................................................................................38
II
无线通信原理
5．语音编码技术 .........................................................41
5．1 概述................................................................................................................................41
5．2 脉冲编码调制...............................................................................................................43
5．2．1 脉冲编码调制（PCM）技术 ........................................................................43
5．2．2 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) .............................................................48
6．PHS通信系统中的基本调制技术 ..........................51
6．1 调制技术概述................................................................................................................51
6．2 π/4-QPSK调制 ...............................................................................................................52
6．3 衰落和干扰中π/4-DQPSK的性能 .............................................................................53
7．天线 .........................................................................56
7．1 天线电指标的定义.......................................................................................................56
7．2 天线的高度和间距.......................................................................................................59
7．3 PAS天线选择.................................................................................................................60
7．4 ZXPCS基站天线说明 ...................................................................................................62
7．4．1 天线电性能技术指标.....................................................................................62
7．4．2 天线环境性能指标.........................................................................................63
8．OSI 7 层结构简介 ...................................................65
8．1 物理层............................................................................................................................66
8．2 数据链路层....................................................................................................................67
8．3 网络层............................................................................................................................68
8．4 PHS空中接口协议栈 ....................................................................................................69
附录 ...............................................................................71
1．双共技术...........................................................................................................................71
2．单位换算...........................................................................................................................71
3．缩略语...............................................................................................................................72
III
无线通信原理
1．无线信道
移动通信系统的性能主要受到无线信道的制约。无线信道不像有线信道那样固定并可预
见，而是具有极度的随机性，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂的地形、地物，甚至移动
台的速度也会对信号电平的衰落产生影响。因此，要对无线信道进行控制和预测是非常困难
的。
1．1 自由空间无线电波传播
自由空间是指相对介电常数和相对导磁率都为 1 的均匀介质所存在的空间，它是一个理
想的无限大的空间，是为简化问题研究而提出的一种科学抽象。自由空间无线电波传播，仅
考虑由能量扩散引起的损耗，即接收机和发射机之间是无任何阻挡的视距路径时，传播损耗
可以按以下步骤推导：
图 1-1 所示的自由空间中，设在原点
O 有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐
射功率为 Pt，则距辐射源 d 处的能流密度
为：
2
4 d
P
S
t
π
=
若接收天线有效面积为
DA
π
λ
4
2
= ,
式中λ为工作波长，D 为天线的方向性系
数，对于各向同性的天线 D=1，则接收机
输入功率
22
2
)4( d
P
ASP
t
r
π
λ
=×= 图 1-1 自由空间的传播损耗
通常定义发射功率与接收功率的比值为传播损耗。所以，自由空间传播损耗可写作：
2
22
0
)4(
λ
π
d
L =
用对数形式表示，把波长换成频率，得到自由空间的传播衰减公式如下：
L
o
=32.45+20lgf+20lgd(dB)
式中，d 单位为 km，f 单位为 MHz。
考虑到发射天线的增益G
t
和接收天线的增益G
r
，则系统传输损耗应为：
Lo=32.45+20lgf+20lgd－G
t
[dB]－G
r
[dB]
1．2 移动通信的电波传播特点
一个移动通信系统质量的好坏，在很大程度上取决于无线传输质量的好坏。而移动通信
靠的是无线电波的传播，因此，我们必须了解和掌握移动通信环境中无线电波传播的基本特
点。典型的移动通信环境中，电波传播的主要特点可归纳如下：
1） 传播环境复杂
2）移动通信系统工作在 VHF 和 UHF 两个频段(30—3000MHz)，电波以直射方式（即
所谓的“视距”方式）在低层大气中传播。由于低层大气并下是均匀介质，会产生折射和吸
收现象，而且在传输路径上遇到各种障碍物还可能产生反射、绕射和散射等，如图 1-2 所示。
1
无线通信原理
图 1-2 无线传播现象
当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和
墙壁表面等光滑界面处。
当接收机和发射机之间的传播路径被尖利的边缘阻挡时，电磁波就会发生绕射。由于绕
射，电磁波可越过障碍物到达接收天线。即使收发天线间不存在视线路径，接收天线仍然可
以接收到电磁信号。
当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，就会
发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、
街道标志和灯柱等都会引发散射。
另外，一台位于外面的发射机在建筑物内被接收到的信号场强，对于无线系统来说是非
常重要的。无线信号透射能力是频率及建筑物高度的函数。测试报告显示随着频率或建筑物
高度的增加信号透射能力增加，即建筑物内接收信号场强增加。
因此，地形、地物、地质以及地球的曲率半径等都会对电波的传播造成影响。我国地域
辽阔，地形复杂、多样，其中五分之四为山区和半山区，即使在平原地区的大城市中，由于
高楼林立也使电波传播变得十分复杂。2）信号衰落严重一个典型的移动通信系统，用户的
接入都是通过移动台与基站间的无线链路，无线电波的传播在通信的过程中始终受移动台周
围物体的影响，因此移动台收到的信号是由多个反射波和直射波组成的多径信号。多径信号
造成的结果是信号严重衰落，也就是说，移动通信必须克服衰落的影响。
2） 传播环境不断变化
移动通信的信道是变参信道。引起电波传播环境变化的因素有很多，主要因素是由于移
动台处于移动状态，周围的地形、地物等总在不断变化。另外，城市建设的不断变化对移动
通信的电波传播环境也有影响。
3） 环境被电磁噪声污染
传播环境本身是一个被电磁噪声污染的环境，而且这种污染日益严重。电磁噪声污染包
括由汽车点火系统、工业电磁污染以及蓬勃发展的广播、无线通信的干扰等因素造成。
以上这些电波传播特点都会在实际中增加移动通信无线网络规划的难度。
1．3 移动通信电波传播特性
通过前面的学习，我们知道在任何一点接收到的信号是由大量的建筑物或树木、山丘反
射来的电波叠加而成的。这些电波虽然都是从一个天线辐射出来的，但由于到达接收天线的
2
