作者：罗文茂 陈雪娇 编著
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
移动通信技术试读：
前言
高职高专教育培养的是面向一线的技术型人才，专业基础课的教学应以必要、够用为原则，注重岗位能力的培养，这与本科的教学目标有根本的不同。
移动通信原理是通信类专业的重要专业基础课，本书按照“合理选择知识点，突出基本概念，强调系统性，注重理论联系实际”的原则编写而成。
本书具有如下特点。（1）以理论联系实际的原则出发，重构了本书的知识结构。
现有的高职移动通信原理教材基本都是一种体系，即将本科教材中移动通信基础技术原理加以弱化，编写的章节结构与体例基本都与本科教材相同。这种教材由于只讲理论，没有能够联系实际，学生难以真正理解这些空洞的理论。
本书的编写充分考虑了理论和实际的联系，抛弃了现有教材的结构，以移动通信基础技术原理、移动通信规划优化两个部分组织了教材内容。
本书重新梳理了知识点，抛弃了很多和工程实际无关的内容，并仔细考虑了知识的系统性和实用性。（2）在知识结构上体现了系统性，克服了现有教材知识点零散的问题。
本书在知识结构上，先讲述了共性的移动通信基础技术原理，然后在移动通信规划优化中讲述非共性的问题，即不同的网络制式的不同特点。这样的编排方式最大程度地体现了知识的系统性。（3）注重知识的循序渐进和深入浅出。
在内容上先讲解基础技术，然后进入通信系统层面的求解，这样保证了知识的循序渐进。
在知识点的讲解上以弄清基本概念为主，不做复杂的理论推导，重点放在使用方法和实际应用上，并且有很多提示性的描述，这样能深入浅出地让学生理解并掌握基本概念。（4）本书的编者来自企业，将丰富的行业经验融入教材中。
根据编者的经验，教材的内容选择完全贴合岗位知识需求。
本书需要60学时的教学计划，也可根据需求进行增减。
本书编写过程中与中兴通讯学院的张欢迎、黄文涛等老师对章节构架、知识体系等进行了有益的探讨，承蒙南京信息职业技术学院杜庆波教授审阅全稿，在此一并致以衷心的感谢。
虽然作者努力而为，但由于学识水平有限，书中难免出现一些错漏，在此恳请读者批评指正！
第1章 概述
移动通信是指通信的一方或双方在移动状态或临时停留在某一非预定位置上进行信息传递和交换的方式。
现代移动通信技术是一门比较复杂的技术，它涉及无线通信和有线通信的最新技术，而且将网络技术、计算机技术与通信技术相结合。目前移动通信的发展已经到数字移动通信阶段，并进一步向数据处理发展。未来移动通信的发展目标是能在任何时间、任何地点，向任何人提供快速可靠的通信服务。
思考：无线通信和移动通信的区别是什么？
1.1 移动通信概况
1.1.1 移动通信的发展历程
移动通信已不是一项很新的技术，但却是一项正在急速发展的技术。20 世纪 20 年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用领域扩展。最近几十年是移动通信真正迅猛发展的时期，主要可分为以下三个时期。
1.第一代——模拟蜂窝移动通信
第一代移动通信主要特点是模拟通信，采用FDMA技术，主要业务为语音并采用了蜂窝组网技术，蜂窝概念由贝尔实验室提出，20世纪70年代在世界许多地方得到研究。在1979年当第一个试运行网络在芝加哥开通时，美国第一个蜂窝系统 AMPS（高级移动电话系统）成为现实。在这个时期，诞生了第一台现代意义上的、真正可以移动的电话，即“肩背电话”，如图1-1所示。
存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：（1）北美的AMPS。（2）北欧的NMT-450/900。（3）英国的TACS。
其工作频带都在450MHz和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。
尽管模拟蜂窝移动通信系统在当时以一定的增长率进行发展，但是它有着下列致命的弱点。（1）各系统间没有公共接口。（2）无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。（3）频率利用率低，无法适应大容量的要求。（4）安全性差，易于被窃听，易做“假机”。
这些致命的弱点妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步被数字蜂窝移动通信所替代。然而，在模拟系统中的组网技术仍将在数字系统中应用。图1-1 第一个蜂窝移动电话
2.第二代——数字蜂窝移动通信
由于TACS等模拟制式存在的各种缺点，20世纪90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称为第二代移动电话系统。在这个时期，相对应的终端体积变小。
代表产品分为两类。（1）TDMA系统。TDMA系列中比较成熟和最有代表性的制式有：泛欧GSM、美国D-AMPS和日本PDC。
D-AMPS是在1989年由美国电子工业协会EIA完成技术标准制订工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础上改造成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。
日本的JDC（现已更名为PDC）技术标准在1990年制订，1993年使用，只限于本国使用。
欧洲邮电主管部门大会（CEPT）的移动通信特别小组（SMG）在1988年制订了GSM第一阶段标准phase1，工作频带为900MHz左右，20世纪90年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800MHz的GSM规范产生。
上述三种产品的共同点是数字化，时分多址，话音质量比第一代好，保密性好，可传送数据，能自动漫游等。
三种不同制式各有其优点，PDC系统频谱利用率很高，而D-AMPS系统容量最大，但GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公开，发展规模最大。（2）N-CDMA系统。N-CDMA（窄宽码分多址）系列主要是以高通公司为首研制的基于IS-95的N-CDMA。北美数字蜂窝系统的规范是由美国通信工业协会制订的，1987年开始系统研究，1990年被美国电子工业协会接受。由于北美地区已经有统一的AMPS模拟系统，该系统按双模式设计。随后频带扩展到1900MHz，即基于N-CDMA的PCS1900。
3.第三代——IMT-2000
随着用户的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话系统逐渐显示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等宽带信息业务；其次是GSM虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其是在移动电话用户较多的国家如美国、日本均未得到大规模的应用。而随着科学技术和通信业务的发展，需要的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统，所以国际电联要求在2000年实现第三代移动通信系统，即IMT-2000的商用化，IMT-2000的关键特性如下。（1）包含多种系统。（2）世界范围设计的高度一致性。（3）IMT-2000内业务与固定网络的兼容。（4）高质量。（5）世界范围内使用小型便携式终端。
具有代表性的第三代移动通信系统主要有WCDMA系统、cdma2000系统和TD-SCDMA系统。
虽然第三代移动通信可以比第二代移动通信传输速率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求。第四代移动通信系统便是希望能满足更大的频宽需求，满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。
1.1.2 我国移动通信的发展状况
我国自1987年蜂窝移动通信系统投入运营以来，移动通信几乎以每年翻番的速度迅猛发展。1987年，我国蜂窝移动电话用户仅为3200个，到1997年用户数达到1310万，1998年年底用户数达到2500万，1999 年年底用户数已达 4000 万。可见我国移动通信起步虽晚，但发展极其快速。相应地，蜂窝移动通信网络的建设也非常迅速，已经历模拟A网、模拟B网、数字GSM网、DCS1800网、CDMA网、WCDMA网、cdma2000网和TD-SCDMA网络，目前正在加紧建设LTE网络。从而，我国蜂窝移动通信主要经历以下几个时期。
第一代是模拟蜂窝移动通信，如模拟A网、模拟B网，其主要缺点是频谱利用率低、系统容量小、制式多且不兼容，不能实现自动漫游、提供有限的业务种类。
第二代是数字移动通信，如GSM网、DCS1800网和CDMA网，虽然其容量和功能与第一代相比已有了很大提高，但其业务类别主要局限于话音和低速率的数据，不能满足新业务种类和高传输速率的要求。
2009年1月7日，中国颁发了3G牌照，标志我国进入第三代数字移动通信时代。其中中国移动获得TD-SCDMA牌照，中国联通获得WCDMA牌照，中国电信获得cdma2000牌照，从此中国通信进入三足鼎立状态。
讨论：我国不同电信运营商关于3G系统的选择理由的分析？
中国现代通信史大事记：
1983年 国内第一个寻呼台在上海诞生。
1987年 第一个TACS模拟蜂窝移动电话系统在广东省建成并投入商用
1994年 3月，邮电部移动通信局成立。7月，中国联合通信有限公司成立，电信业开始走向市场化竞争。
1995年 北京无线局放号GSM移动数字电话，“全球通”问世。
1997年 广东移动通信和浙江移动通信资产分别注入中国电信（香港）有限公司（后更名为中国移动（香港）有限公司），分别在纽约和香港挂牌上市。
1998年 邮政、电信分离，信息产业部成立。
1999年 第一次电信分拆，中国移动通信集团公司、中国电信集团公司和中国卫星通信集团公司陆续组建。
2000年 中国移动通信集团公司正式成立。
2001年 7月，中国移动通信 GPRS（2.5G）系统投入试商用。12 月，中国移动通信关闭TACS模拟移动电话网，停止支持模拟移动电话业务。
2002 年 5 月，中国移动通信 GPRS 业务正式投入商用；10 月，中国移动通信彩信（MMS）业务正式投入商用。
2008年 新的电信业重组，形成中国移动、中国电信、中国联通三家主流电信运营商。
2009年 3G正式发牌，移动、电信、联通分别推出自己的3G品牌。
1.2 移动通信的分类和主要特点
1.2.1 移动通信的分类
移动通信有以下多种分类方式。
按使用对象可分为民用设备和军用设备。
按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信。
按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等。
按覆盖范围可分为广域网和局域网。
按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网。
按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工。
按服务范围可分为专用网和公用网。
按信号形式可分为模拟网和数字网。
1.2.2 移动通信的主要特点
由于移动通信是在移动状态下进行实时通信的，与固定点比较有许多特殊的问题需要面对，这就决定了移动通信的特点，现介绍如下。（1）移动通信利用无线电波进行信息传输。由于无线传播环境十分复杂，接收端所收到的信号场强、相位等随时间、地点的不同而不断地变化，严重影响通信的质量，这就要求在移动通信系统中，必须采取各种不同的措施，保证通信的质量。（2）移动台受干扰和噪声影响严重。由于移动通信网是多频道、多电台同时工作的通信系统，所以在通信时，必然受到各种干扰和噪声的影响，例如，同频干扰、邻道干扰、汽车点火噪声等。同样在系统中，应根据实际情况，采取相应的抗干扰和抗噪声措施。（3）频道拥挤。为了缓和用户数量增加和可利用的频率资源有限的矛盾，除了开发新的频段之外，还可以采取各种措施以便更加有效的利用频谱资源，例如，采取缩小频道间隔、频分复用、时分复用等技术。（4）移动台的移动性强。由于移动台的移动是在广大区域内的不规则运动，而且大部分的移动台都会有关闭不用的时候，它与通信系统中的交换中心没有固定的联系，因此，要实现通信并保证质量，必须要发展自己的跟踪、交换技术，如位置登记技术、信道切换技术、漫游技术等。（5）通信系统复杂。由于移动台的移动性，需随机选用无线信道，进行频率和功率控制、位置登记、越区切换等技术，这就使得移动通信网中的信令种类比固定网要复杂得多。
1.3 移动通信的工作方式
按照消息传送的方向，移动通信的工作方式可分为单向通信方式和双向通信方式两大类，而按照通话状态和频率使用的方法，移动通信可分为单工制、半双工制和双工制三种工作方式。
1.3.1 单向通信方式
所谓单向通信方式就是通信双方中的一方只接收信号，而另一方只能发送信号。
无线寻呼系统就是采用这种工作方式，BP机只能收信而不能发信。
1.3.2 双向通信方式
1.单工通信方式
单工通信就是指通信的双方只能交替的进行发信和收信，不能同时进行，如图1-2所示。图1-2 单工通信方式示意图
常用的对讲机就是采用这种通信方式。平时天线与收信机相连接，发信机不工作。当一方用户要讲话时，接通“按-讲”开关，天线与发信机相连，即发信机开始工作。另一方的天线连接收信机，收到对方发来的信号。
2.全双工通信方式
全双工通信是指移动通信双方可同时进行发信和收信。根据使用频率的情况，又可分为频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）和时分双工（Time Division Duplex，TDD）。
移动通信系统中，移动台发送、基站接收的信道称为上行信道，反之为下行信道。对于FDD，上下行信道采用不同的频带，如图1-3所示。而TDD中，上下行信道采用相同的频带，用不同的时间进行区分，如图1-4所示。图1-3 FDD示意图图1-4 TDD示意图
TDD工作方式类似于走独木桥，而FDD工作方式类似于自动扶梯，上下行搭不同的扶梯。目前已有的第三代移动通信系统中，只有TD-SCDMA系统采用TDD工作方式。
3.半双工通信方式
半双工通信方式中，一方使用双工通信方式，而另一方则使用单工方式，发信时要按下“按-讲”开关。
1.4 无线电频谱管理与使用
频谱是宝贵的资源。为了有效的使用有限的频率资源，对频率的使用和分配必须服从国际和国内的统一管理，否则会造成互相干扰或资源的浪费。
确定移动通信的频段应主要从以下几个方面来考虑。
电波传播特性，天线尺寸。
环境噪声及干扰的影响。
服务区域范围、地形、障碍物尺寸以及对建筑物的渗透性能。
设备小型化的要求。
与以开发的频段的协调和兼容性。
1.我国GSM通信系统占用频段情况
我国GSM 通信系统采用900MHz和1800MHz频段，具体分类如下所示。
GSM900 频段为：890～915MHz（上行）；935～960MHz（下行）。
DCS1800 频段为：1710～1785MHz（上行）；1805～1880MHz（下行）。
EGSM 频段为：880～890MHz（上行）；925～935MHz（下行）。由于现有的GSM900 频段不够用，所以在 GSM900 频段往下扩 10MHz作为EGSM 频段。
2. CDMA800MHz系统占用频段情况
CDMA800MHz频率为：820MHz～835MHz（上行）；865MHz～880MHz（下行）。
3.3G系统占用频段情况
时分双工：1880～1920MHz；2010～2025MHz。
频分双工：1920～1980MHz（上行）；2110～2170MHz（下行）。
补充频段：频分双工：1755MHz～1785MHz（上行）；1850MHz～1880MHz（下行）；时分双工：2300MHz～2400MHz。
TD-SCDMA频段为：1880MHz～1920MHz；2010MHz～2025MHz；2300MHz～2400MHz。
WCDMA频段为：1940～1955MHz（上行）；2130～2145MHz（下行）。
cdma2000频段为：1920～1935MHz（上行）；2110～2125MHz（下行）。
WLAN频段为：2400～2483.5MHz。
4.我国运营商占用频段情况
下面给出我国三家运营商经营的移动通信网络各自专用的频段。（1）中国移动。
GSM频段为：890～909MHz（上行）；935～954MHz（下行）。频点：1～94。
EGSM频段为：880～890MHz（上行）；925～935MH z（下行）。频点：975～1023。
DCS1800 频段为：1710～1720MHz（上行）；1805～1815MHz（下行）以及 1725～1735MHz（上行）；1820～1830MHz（下行）。频点：512～561以及587～636。
TD-SCDMA频段为：1880MHz～1920MHz（A频段，原为F频段）；2010MHz～2025MHz（B频段，原为A频段）；2300MHz～2400MHz（C频段补充频段，原为E频段）。（2）中国联通。
GSM频段为：909～915MHz（上行）；954～960MHz（下行）。频点：96～125。
DCS1800频段为：1740～1755MHz；1835～1850MHz（下行）。频点：662～736。
WCDMA 频段为：1940MHz～1955MHz（上行）；2130MHz～2145MHz（下行）。WCDMA 频点计算公式：频点=频率×5，上行中心频点号：9612～9888；下行中心频点：10562～10838。（3）中国电信。
CDMA 频段为：825MHz～835MHz（上行）；870MHz～880MHz（下行）。共 7 个频点：37、78、119、160、201、242、283。其中283为基本频道，前3个EVDO频点使用，后3个cdma2000使用，160隔离。
1.5 移动通信的标准化组织
世界三大国际标准化机构分别为：
国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）；
国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）；
国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）。
它们的图标如图1-5所示。图1-5 各标准化组织的图标
其中，ISO是目前世界上最大、最有权威性的国际标准化专门机构，于1947年2月正式成立，其目的和宗旨是：“在全世界范围内促进标准化工作的发展，以便于国际物资交流和服务，并扩大在知识、科学、技术和经济方面的合作。”
IEC成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。
ITU是联合国的一个专门机构，简称“国际电联”。ITU的实质工作由三大部门承担，分别为ITU-T（即TSS，电信标准化部门）、ITU-R（即RS，无线通信部门）、ITU-D（即TDS，电信发展部门）、电信标准化局（TSB）、电信发展局（BDT）和无线电通信局（BR），其宗旨是保持和发展国际合作，促进各种电信业务的研发和合理使用；促使电信设施的更新和最有效的利用，提高电信服务的效率，增加利用率和尽可能达到大众化、普遍化；协调各国工作，达到共同目的。
表1-1所示为部分常见的通信标准化组织。表1-1 标准化组织列表
试对表1-1的标准化组织进行了解。
1.6 移动通信的应用系统
移动通信系统按照使用要求和工作场合的不同，可以分成几种典型的移动通信系统，例如无线寻呼系统、无绳电话系统、集群调度通信系统、蜂窝移动通信系统以及卫星移动通信系统等。
1.6.1 无线寻呼系统
无线寻呼系统是一种单向的传送简单信息的通信系统，如图1-6所示，由寻呼控制中心、基站和寻呼接收机（俗称BP机）三部分组成。图1-6 无线寻呼系统的网络结构
通过此系统，通信的一方借助于市话电话机能够向特定的寻呼接收机持有者传递一些简单的个人信息，即在 BP 机的液晶显示屏上显示汉字或是由数字和字母组成的一组代码，用来表示主叫用户的电话号码、姓名和与呼叫相关的内容。
所谓单向，是指该系统仅为 PSTN 用户呼叫 BP 机提供服务，被叫用户若想回话，则需通过“拨打电话”来进行，因此该系统可视为PSTN的延伸和补充。
1.6.2 无绳电话系统
无绳电话系统是PSTN网的一种无线延伸，由基站和手机组成，如图1-7所示。图1-7 无绳电话系统的组成
早期的无绳电话只是将与 PSTN 相连的用户线路以无线的方式加以延伸，给市话用户提供一定范围内的有限移动性，并且最初只是用于家庭内部。为了防止彼此干扰，无绳电话发射功率较低。一般而言，基站输出功率小于1W，手机发射功率小于0.5W，所以有效服务范围有限。
20世纪80年代末，英国提出了第二代无绳电话系统（CT2），将无绳电话系统的应用范围由室内推向了室外，由模拟系统发展为性能优良的数字系统，形成了公用无绳电话系统。
1.6.3 集群调度通信系统
集群（Trunking）调度通信系统是一种专用移动通信系统，由控制中心、基站、调度台和移动台组成，如图1-8所示。图1-8 集群调度系统的网络结构
该系统是一个多信道工作的系统，一般采取自动信道选取方式。最大特点是集中和分级管理并举，系统可供多个单位同时使用。系统设一个控制中心以便集中管理，每个单位又可以分别设置自己的调度台进行相应的管理。这既实现了系统资源的公用，又使公用性和独立性兼而有之。
1.6.4 蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统可提供与有线电话相比拟的高质量的服务。在蜂窝移动通信系统中，每个基站发射机的覆盖范围都限制在一个称为“蜂窝（cell）”即无线小区的地理范围内，如图1-9所示，其使用称为“越区切换”的复杂技术，可以使用户从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时通话不会中断。本书下文提到的移动通信系统若没有特殊提示，都指该蜂窝移动通信系统，因此在此不再叙述，在后续内容做详细讲解。图1-9 蜂窝移动通信系统示意图
1.6.5 卫星移动通信系统
卫星移动通信是指以通信卫星为中继站，在较大地域及空间范围内实现移动台与固定台、移动台与移动台以及移动台或固定台与公众网用户之间的通信。卫星移动通信是移动通信和卫星通信相结合的产物，兼具卫星通信覆盖面宽和移动通信服务灵活的优点，其结构如图1-10所示。图1-10 卫星移动通信系统示意图
本章习题
1.什么叫移动通信？
2.简述移动通信的发展。
3.试对移动通信进行分类。
4.移动通信系统的特点有哪些？
5.比较FDD和TDD的区别。
第一部分 通用技术
第2章 天线与电波传播
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为无线通信。移动通信是无线通信中的一种。
移动通信中的电磁波要在特定的移动信道中传播，这种信道也属于无线信道。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。研究移动通信的首要问题就是电波的传播特性，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与规律。
那么电磁波是什么？它是如何产生的？具有什么特性？
2.1 电磁波
2.1.1 电磁波的产生
无线电波是一种能量传输形式。由物理学常识可知，变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，相互激发，脱离场源后，以一定的速度传播，这种特殊物质就是电磁波（以光速传播）。
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，如图2-1所示。图2-1 电波传播方向
电场、磁场和传播方向三者成右手螺旋关系，大家不妨试试！
电磁波的波长、频率和传播速度的关系式为λ=v/ f （2-1）
式中，λ为波长（m）；v为传播速度（m/s）；f 为频率（Hz）。
其中传播速度和传播媒质有关。电磁波在真空中的传播速度等于8光速，我们用c=3.0 ×10 m/s 表示。在媒质中的传播速度为：，式中ε为传播媒质的相对介电常数。可见，同一频率的无线电波在不同的媒质中传输的速度是不一样的，因此波长也不一样。
根据坡印廷定理，电磁波在传播中携有能量，可以作为信息的载体，这就为无线电通信开阔了道路。
太阳与地球之间的距离非常遥远，但我们能感受到阳光的光和热，这就好比是“电磁辐射即有辐射现象传递能量”的原理一样。
2.1.2 电磁波谱
若按照波长或频率的顺序对电磁波进行排列，即电磁波谱。按照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱大致分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线（X 射线）、γ 射线等，如图2-2所示。图2-2 电磁波谱
请思考无线电波和光波有什么异同点。
不同频段的电磁波具有不同的传播特性，导致其应用环境也不一样。表 2-1所示为不同频段电磁波的特性和应用范围。表2-1 不同频段电磁波的特性和应用范围续表
无线电波主要分布在3Hz到3000GHz之间。不同频率的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；而且频率越低，绕射能力越强。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近；而且频率越高，绕射能力越弱。另外频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。
移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量。对于移动通信来讲，我们主要关心VHF、UHF频段。UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，因此被广泛应用于移动通信领域。当然，随着人们对移动通信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。
已有的移动通信系统中，第一代移动通信系统（1G）所采用的频段主要在450MHz左右；第二代移动通信系统（2G）系统例如GSM所采用的频段为900MHz、1800MHz；3G系统的频段主要分布在2000MHz附近。
2.1.3 无线电波的传播特性
无线电波的传播方式主要有4种方式：地波、天波、空间波及散射波，如图2-3所示。（1）地波方式：沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波），这种传播方式比较稳定，受天气影响小。（2）天波方式：也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。天波可以传播到几千公里之外的地面，也可以在地球表面和电离层之间多次反射，即可以实现多跳传播。（3）空间波方式：主要指直射波和反射波。由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，还会像光一样发生镜面反射，称为反射波。（4）对流层散射方式：地球大气层中的对流层，因其物理特性的不规则性或不连续性，会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播称为对流层散射方式。图2-3 不同的传播模式
大家能否推断电影《永不消失的电波》中的发报机，从敌统区发送信息到中央苏区是通过什么传播方式？那东方明珠电视塔传递的电视信号又是通过什么传播方式传递到电视机的？
不同频率的无线电波在大气中的传播特性是不一样的，大气中的水蒸气、氧气等分子对于不同频率的无线电波有不同的衰减作用，如图2-4所示。所以在一些衰减特别大的频率上并不适合进行无线通信。
由于大气中的水蒸气和氧分子吸收造成较大的衰减，无线通信应该避免 22GHz 和60GHz两个吸收带。
在实际的传播环境中，发射端与接收端之间的传播路径上，往往有山丘、建筑物、树木等障碍物的存在，对工作于VHF和UHF频段的移动通信来说，电波传播方式主要是空间波，即直射波、反射波、绕射波、散射波以及它们的合成波等方式传播，如图2-5所示。图2-4 大气中不同成分对无线电波的吸收作用图2-5 电波传播方式
1.直射波
在无遮挡物的情况下，无线电波以直线方式传播，即形成直射波，直射波传播的接收信号最强。
应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，接收信号功率P可用下式计算：r
式中，P为发射机送至天线的功率，g和g分别为发射和接收天ttr线增益，λ为波长，d 为接收天线与发射天线之间的距离。
大家可以通过式（2-2）试着计算一下如果发射1W的GSM 900MHz信号，在1km远处的信号会是多少？信号衰减了多少倍？
2.反射波
当无线电波在传播过程中遇到比其波长大得多的物体时会发生反射，例如地球表面、建筑物墙壁表面、树干等。
采用二径模型来分析反射波对信号的影响，如图2-6所示，其中d=d+d远远大于天线高度。12图2-6 二径传播模型
经过推导，接收端接收到的功率为
由该式可知以下几点。（1）由于d远远大于天线高度，这使得接收功率与频率无关。（2）接收端功率与距离的四次方成反比，而自由空间的接收功率与距离的平方成反比，这表明其接收功率衰减要快得多。（3）发射天线和接收天线的高度对传播损耗有一定的影响。
无线电波的反射现象其实和光的反射现象类似，一部分能量被反射，还有一部分能量折射进去。大家在物理中学的菲涅尔反射定理一样适合无线电波，大家还记得菲涅尔定理吗？
3.绕射波
绕射现象是指在无线电波传播路径上，当被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射，由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至到达阻挡物的背面，即在阻挡物的背后产生无线电波的现象，如图2-7所示。
绕射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。
请大家思考一下，如果无线电波被一个障碍物完全阻挡，在障碍物后面会有信号存在吗？
4.散射波
当无线电波传播的介质中存在小于波长的物体且单位体积内阻挡物的个数非常大时，将会发生散射，如图2-8所示。散射波一般产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，例如树叶、街道标志、灯柱等。图2-7 绕射波图2-8 散射现象
请大家对照光的散射现象思考一下无线电波的散射现象。
5.透射波
当无线电波到达两种不同介质界面时，将有部分能量反射到第一种介质中（即反射线），另一部分能量透射到第二种介质中（即透射线或折射线），如图2-9所示。图2-9 电波的穿透
例如当无线电波透射过建筑物外墙时，有一部分能量就会穿透墙壁射入室内。穿过墙体的透射线可以用透射系数来描述，穿透损耗大小不仅与无线电波频率有关，而且与穿透物体的材料、尺寸有关。
一般墙体的透射损耗在10dB的量级，墙体使用的钢筋越多损耗越大。所以我们在一个墙体较多的建筑中，信号会很弱。
6.总结
一般来说直射信号是最强的，反射信号、透射信号次之，绕射信
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