第2章無線傳輸技術基礎1

1、第2章 無線傳輸技術基礎主要內(nèi)容n2.1 無線傳輸媒體n2.1.1 電磁波頻譜n2.1.2 無線網(wǎng)絡中射頻傳輸面臨的挑戰(zhàn)n2.1.3 電磁波的傳播方式2.1 無線傳輸媒體 n 傳輸媒體是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器之間的物理路徑。n 傳輸媒體可分為導向的(guided)和非導向的(unguided)兩類。n對導向媒體而言，電磁波被引導沿某一固定媒體前進，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。n非導向媒體的例子是大氣和外層空間，它們提供了傳輸電磁波信號的手段，但不引導它們的傳播方向，這種傳輸形式通常稱為無線傳播(wireless transmission) n 數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦砸约皞鬏斮|量取決于傳輸媒體的性

2、質和傳輸信號的特性。n導向媒體的傳輸取決于媒體的自身性質。n非導向媒體的傳輸特性則主要依賴于發(fā)送天線生成的信號的帶寬。n 天線發(fā)射的信號有一個重要的屬性是方向性。通常，低頻信號是全向的，也就是說，信號從天線發(fā)射后會沿所有方向傳播。當頻率較高時，信號才有可能被聚集成有向波。2.1.1 電信用的電磁波頻譜 無線電頻譜的劃分波長()=光速(c)/頻率(f)人們最關注的3個頻段n 無線電頻率，簡稱射頻（RF），RF頻段是指3kHz300GHz之間的電磁頻譜。n 微波：1GHz100GHz，可實現(xiàn)高方向性的波束，而且非常適用于點對點的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信。n 無線電廣播頻段：30MHz1GHz，適用于

3、全向應用。n 紅外線頻譜段：31011Hz21014Hz，適于本地應用，在有限的區(qū)域(如一個房間)內(nèi)對于局部的點對點及多點應用非常有用。 無線電的頻譜管理n 造成無線信號損傷的一個原因是干擾，隨著微波應用的不斷增多，傳輸區(qū)域重疊，干擾始終是一個威脅。因此，頻帶的分配需要嚴格控制。n 無線電管理是國家通過專門機關，對無線電頻譜資源和衛(wèi)星軌道資源的研究、開發(fā)、使用所實施的，以實現(xiàn)合理、有效利用無線電頻譜和衛(wèi)星軌道資源的行為、全過程。我國的無線電管理機構n 工業(yè)和信息化部無線電管理局n 國家無線電檢測中心n 中國人民解放軍無線電管理機構n 省市級無線電管理機構n 國務院有關部門的無線電管理機構其他國

4、家的無線電頻譜管理機構n 美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）n 歐洲歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）n 加拿大加拿大工業(yè)部n 日本日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會（ARIB）n 在無線電使用中，頻段分配給不同的授權和非授權業(yè)務，而且不同頻段信號所允許的傳輸功率大小有不同國家和地區(qū)的管理機構控制。n 嚴格的無線電控制會對工業(yè)、科學、醫(yī)學等行業(yè)帶來不必要的麻煩，為此國際通信聯(lián)盟無線電通信局（ITU-R，ITU Radio Communication Sector）專門定義了一些頻段開放給工業(yè)、科學、醫(yī)學(Industrial、Scientific、Medical)三種主要機構使用，這些頻段就是所謂的ISM頻段。n

5、ISM頻段屬于Free License，無需授權許可，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。ISM頻段注：歐洲915MHz的頻段有部份用于了GSM通信，因此劃出了868MHz頻段代替915MHz頻段。n絕大部分無線網(wǎng)絡使用的都是ISM頻段915/868MHz：ZigBee 2.4GHz：IEEE 802.11 b/g/n,藍牙,ZigBee5.8GHz: IEEE 802.11a/nn 在國際電信聯(lián)盟（ITU）世界無線電通信會議的促使下，不同國家和地區(qū)的頻譜管理協(xié)調(diào)化趨勢在不斷增長，但在頻譜分配和其他方面仍存在著很多不同。n 例如，各國允許的發(fā)射機功率都有所

6、不同，這對無線網(wǎng)絡的硬件設計和互操作性有著很大的影響。n 再如，5.8GHz的ISM頻段上運行的IEEE802.11a網(wǎng)絡，美國FCC規(guī)定的最大發(fā)射功率是1W，而歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）允許的最大等效全輻射功率（EIRP）只有100mW EIRP，或者10mW/MHz2.1.2 無線網(wǎng)絡中射頻傳輸面臨的挑戰(zhàn)n 與傳統(tǒng)電纜相比，使用射頻傳輸作為網(wǎng)絡媒體帶來了很多挑戰(zhàn)：n 安全性問題是無線網(wǎng)絡最重要的問題；n 鏈路可靠性、干擾帶來的比特傳輸錯誤以及其它信號傳播問題是無線網(wǎng)絡第二重要問題；n 控制多個用戶設備或站點對數(shù)據(jù)傳輸媒體的接入也是無線媒體的另一個挑戰(zhàn)，與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的共享信道類似，無線網(wǎng)絡

7、的站點不能同時收發(fā)信息。n 隱藏站點和暴露站點問題可能導致網(wǎng)絡性能下降。接入控制n 我們知道，以太網(wǎng)的接入控制協(xié)議是CSMA/CD，無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協(xié)議這里主要有兩個原因。nCSMA/CD 協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。n即使我們能夠實現(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。無線局域網(wǎng)的特殊問題 當 A 向B發(fā)送信號時， 檢測不到C在向B發(fā)送信號，以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結果發(fā)生碰撞。C是A的隱藏站點這種未能檢測出媒體上

8、已存在的信號的問題叫做隱藏站問題(hidden station problem) A 的作用范圍C 的作用范圍ABCD無線局域網(wǎng)的特殊問題 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測到媒體上有信號，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。B是C的暴露站點。 其實 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposed station problem) ADCB？B 的作用范圍C 的作用范圍2.1.3 電磁波的傳播方式n 由天線輻射出去的信號以三種方式傳播：地波傳播、天波傳播、直線傳播。n 地波(ground wave)：地波傳播或多或少要沿著地球的輪廓前行，且可傳

9、播相當遠的距離，較好地跨越可視的地平線。n 電磁波頻率低于2M時，就會以地波傳播方式傳播。這一頻段易被大氣散射，不能穿透大氣層。這一波段的典型應用是調(diào)幅（AM）無線電。n天波(sky wave)：來自基于地球天線的電磁波被電離層反射回地球表面，可以通過多個跳躍，在電離層和地球表面之間前后反彈地穿行。n 直線LOS(line of sight) ：當要傳播的信號頻率在30MHz以上時，電磁波不能被電離層反射，可穿透電離層，雖然由于大氣折射會出現(xiàn)一定彎曲，但不足以達到地球曲率，因此天波與地波的傳播方式均無法工作，通信必須用直線方式。 2.1.4 電信中的無線傳輸媒體n地面微波n地面微波系統(tǒng)主要用于

10、長途電信服務，可代替同軸電纜和光纖，通過地面接力站中繼。 n用于建筑物之間的點對點線路。 n常見的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz40GHz。頻率越高，可能的帶寬就越寬，因此可能的數(shù)據(jù)傳輸速率也就越高。n微波天線最常見的類型是呈拋物面的“碟形”天線，其典型尺寸約為直徑3米。 n衛(wèi)星微波n通信衛(wèi)星實際上一個微波接力站，用于將兩個或多個稱為地球站或地面站的地面微波發(fā)送器/接收器連接起來。n衛(wèi)星使用上下行兩個頻段：接收一個頻段(上行)上的傳輸信號，放大或再生信號后，再在另一個頻段(下行)上將其發(fā)送出去。 n 衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l率范圍為1GHz10GHz。n 特點n衛(wèi)星通信距離遠，一個地面站發(fā)送到另一個地面站接收，約有1/4s傳播延遲。在差控和流控方面，也帶來一系列問題。n衛(wèi)星微波是廣播設施，許多站點可以向衛(wèi)星發(fā)送信息，同時從衛(wèi)星上傳送下來的信息也會被眾多站點接收。n 衛(wèi)星主要應用：電視廣播、長途電話傳輸和個人用商業(yè)網(wǎng)絡 廣播無線電波 n 廣播無線電波是全向性的，不要求使用碟形天線，天線也無需嚴格地安裝到一個精確地校準位置上。n 非正式術語廣播無線電波(broadcast radio) 包括VHF頻段和部分的UHF頻段：30MHz1GHz。n 廣播無線電波損傷的一個主要來源是多路徑干擾。 紅外線 n 紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短n 紅外線傳輸無法穿透墻體。微波系統(tǒng)中遇到的安