《無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件

第2章無(wú)線傳輸技術(shù)根底第2章無(wú)線傳輸技術(shù)根底1內(nèi)容提要2．1無(wú)線傳輸媒體2．2天線2．3傳播方式2．4直線傳輸系統(tǒng)中的損傷2．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退2．6多普勒效應(yīng)2．7信號(hào)編碼技術(shù)2．8擴(kuò)頻技術(shù)2．9過失控制技術(shù)內(nèi)容提要2．1無(wú)線傳輸媒體22．1無(wú)線傳輸媒體

定義：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。2．1無(wú)線傳輸媒體定義：3傳輸媒體可分為導(dǎo)向的(guided)和非導(dǎo)向的(unguided)兩類。對(duì)導(dǎo)向媒體而言，電磁波被引導(dǎo)沿某一固定媒體前進(jìn)，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。非導(dǎo)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(hào)的手段，但不引導(dǎo)它們的傳播方向，這種傳輸形式通常稱為無(wú)線傳播(wirelesstransmission)傳輸媒體可分為導(dǎo)向的(guided)和非導(dǎo)向的(unguid4《無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件5特性數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦匀Q于傳輸媒體的性質(zhì)和傳輸信號(hào)的特性導(dǎo)向媒體：傳輸受限于媒體自身的性質(zhì)〔如銅纜的材料衰減特性、容抗、感抗、阻抗、線徑、波導(dǎo)形式、距離等〕非導(dǎo)向媒體：傳輸主要受限于天線特性6天線在無(wú)線信號(hào)傳播中的作用中低頻信號(hào)：波長(zhǎng)很長(zhǎng)，難以用常規(guī)尺寸來(lái)制作定向天線高頻微波信號(hào)：可以用較小的尺寸來(lái)做定向發(fā)送天線天線在無(wú)線信號(hào)傳播中的作用7對(duì)于非導(dǎo)向媒體，發(fā)送和接收都是通過天線實(shí)現(xiàn)的發(fā)送：天線將電磁能量發(fā)射到媒體中〔空氣〕接收：天線從其周圍媒體獲取電磁波因此，天線是一種收發(fā)電磁波能量的裝置對(duì)于非導(dǎo)向媒體，發(fā)送和接收都是通過天線實(shí)現(xiàn)的8射頻概念無(wú)線電頻率簡(jiǎn)稱射頻〔RF〕，俠義的射頻頻段指3KHz到300GHz的無(wú)線譜段，目前真正可用于無(wú)線通信的商業(yè)化RF譜段不過集中在30MHz到40GHz，這是微波譜段的一局部，分別是VHF、UHF、SHF三個(gè)帶，在不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性。射頻概念9思考：你熟悉的調(diào)頻收音機(jī)頻率有哪些波段？為什么目前的播送電視塔上都要使用全向天線播送？思考：10電信用的電磁波頻譜

電信用的電磁波頻譜11無(wú)線頻譜略表無(wú)線頻譜略表12由于種種原因，在一些歐、美、日等西方國(guó)家常常把目前可用的微波波段分為L(zhǎng)、S、C、X、Ku、K、Ka等波段〔或稱子波段〕由于種種原因，在一些歐、美、日等西方國(guó)家常常把目前可用的微波13感興趣的3個(gè)頻段微波：1GHz~100GHz，可實(shí)現(xiàn)高方向性的波束，而且非常適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信。無(wú)線電播送頻段：30MHz～1GHz，適用于全向應(yīng)用。紅外線頻譜段：3×1011Hz～2×1014Hz，適于本地應(yīng)用，在有限的區(qū)域(如一個(gè)房間)內(nèi)對(duì)于局部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及多點(diǎn)應(yīng)用非常有用。感興趣的3個(gè)頻段14廣義的射頻也包括紅外線頻譜，但紅外線傳輸路徑上不能有任何阻擋，它無(wú)法遠(yuǎn)距離應(yīng)用，只能用在超短程室內(nèi)無(wú)線電場(chǎng)合廣義的射頻也包括紅外線頻譜，但紅外線傳輸路徑上不能有任何阻擋152．1．1地面微波地面微波系統(tǒng)主要用于長(zhǎng)途電信效勞，可代替同軸電纜和光纖，通過地面接力站中繼。用于建筑物之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)線路。常見的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz～40GHz。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。2．1．1地面微波地面微波系統(tǒng)主要用于長(zhǎng)途電信效勞，可代16微波中繼系統(tǒng)組成框圖微波中繼系統(tǒng)組成框圖17典型的數(shù)字微波性能

波段/GHz帶寬/MHz數(shù)據(jù)率/Mb/s271263090114013518220274典型的數(shù)字微波性能波段/GHz帶寬/MHz數(shù)據(jù)率/Mb/s18地面微波〔續(xù)1〕微波傳輸?shù)闹饕獡p耗來(lái)源于衰減。微波(以及無(wú)線電播送頻段)的損耗公式微波的損耗隨距離的平方而變化損傷的另一個(gè)原因是干擾，隨著微波應(yīng)用的不斷增多，傳輸區(qū)域重疊，干擾始終是一個(gè)威脅。因此，頻帶的分配需要嚴(yán)格控制。地面微波〔續(xù)1〕微波傳輸?shù)闹饕獡p耗來(lái)源于衰減。19地面微波〔續(xù)2〕頻率越高衰減越大，較高的微波頻率對(duì)長(zhǎng)途傳輸沒有什么用處，但卻非常適用于近距離傳輸。頻率越高，使用的天線就越小、越廉價(jià)。地面微波〔續(xù)2〕頻率越高衰減越大，較高的微波頻率對(duì)長(zhǎng)途傳輸沒202．1．2衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)或多個(gè)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(lái)。衛(wèi)星使用上下行兩個(gè)頻段：接收一個(gè)頻段(上行)上的傳輸信號(hào)，放大或再生信號(hào)后，再在另一個(gè)頻段(下行)上將其發(fā)送出去。衛(wèi)星主要應(yīng)用：電視播送、長(zhǎng)途傳輸和個(gè)人用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)2．1．2衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)21衛(wèi)星微波〔續(xù)〕衛(wèi)星傳輸?shù)淖钫_頻率范圍為1GHz～10GHz特點(diǎn)衛(wèi)星通信距離遠(yuǎn)，一個(gè)地面站發(fā)送到另一個(gè)地面站接收，約有1/4s傳播延遲。在差控和流控方面，也帶來(lái)一系列問題。衛(wèi)星微波是播送設(shè)施，許多站點(diǎn)可以向衛(wèi)星發(fā)送信息，同時(shí)從衛(wèi)星上傳送下來(lái)的信息也會(huì)被眾多站點(diǎn)接收。衛(wèi)星微波〔續(xù)〕衛(wèi)星傳輸?shù)淖钫_頻率范圍為1GHz～10GHz22目前衛(wèi)星通信使用微波頻段，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在以下頻段工作：①L波段：1.6/1.5GHz②C波段：6.0/4.0GHz③X波段：8.0/7.0GHz④K波段：14.0/12.0GHz14.0/11.0GHz30/20GHz現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)23目前衛(wèi)星通信使用微波頻段，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在以下頻段工232．1．3播送無(wú)線電波播送無(wú)線電波是全向性的，不要求使用碟形天線，天線也無(wú)須嚴(yán)格地安裝到一個(gè)準(zhǔn)確地校準(zhǔn)位置上。無(wú)線電波(Radio)是籠統(tǒng)術(shù)語(yǔ)，頻率范圍為3KHz~300GHz。非正式術(shù)語(yǔ)播送無(wú)線電波(broadcastradio)包括VHF頻段和局部的UHF頻段：30MHz～1GHz。播送無(wú)線電波損傷的一個(gè)主要來(lái)源是多路徑干擾。2．1．3播送無(wú)線電波播送無(wú)線電波是全向性的，不要求使用24播送無(wú)線電波〔續(xù)〕電離層對(duì)30MHz以上的無(wú)線電波不能反射，根本是透明的，因此這一頻段需視距傳播。雨衰問題在1GHz頻段并不明顯，它主要對(duì)26GHz頻段影響大隨著距離的拉遠(yuǎn)電波衰減服從等式

由于播送無(wú)線電頻率低、波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因此電波隨距離的衰減較小，它主要怕多徑干擾播送無(wú)線電波〔續(xù)〕電離層對(duì)30MHz以上的無(wú)線電波不能反射252．1．4紅外線

紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短紅外線傳輸無(wú)法穿透墻體。微波系統(tǒng)中遇到的平安性和干擾問題在紅外線傳輸中都不存在。紅外線不需要頻率分配許可。2．1．4紅外線紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短262．1．5光波

頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于光纖的導(dǎo)向光波。提供非常高的帶寬，本錢也很低，相對(duì)容易安裝，而且與微波不同，不要求FCC許可。激光的強(qiáng)度(非常窄的一束光)是它的弱點(diǎn)，不易瞄準(zhǔn)。激光束不能穿透雨或者濃霧，白天太陽(yáng)的熱量使氣流上升也會(huì)激光束產(chǎn)生偏差。2．1．5光波頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于272．2天線天線是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸最根本的設(shè)備。天線可看作一條電子導(dǎo)線或?qū)Ь€系統(tǒng)，該導(dǎo)線系統(tǒng)或用于將電磁能輻射到太空或用于將太空中的電磁能收集起來(lái)。2．2天線天線是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸最根本的設(shè)備282．2．1輻射模式

一個(gè)天線輻射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上輻射出的功率都是相等的。描述天線性能特性的常用方法是輻射模式，它是作為空間協(xié)同函數(shù)的天線的輻射屬性的圖形化表示。2．2．1輻射模式一個(gè)天線輻射出去的29理想的輻射模式

理想的輻射模式302．2．2天線類型偶級(jí)天線拋物反射天線2．2．2天線類型偶級(jí)天線31簡(jiǎn)單〔偶級(jí)〕天線簡(jiǎn)單〔偶級(jí)〕天線32偶級(jí)天線散射模式

偶級(jí)天線散射模式33拋物線反射天線

拋物線反射天線342．2．3天線增益

天線增益(antennagain)是天線定向性的度量。與由理論的全向天線(各向同性天線)在各個(gè)方向所產(chǎn)生的輸出相比，天線增益定義為在一特定方向上的功率輸出。天線增益與有效面積的關(guān)系：

2．2．3天線增益天線增益(anten352．3傳播方式由天線輻射出去的信號(hào)以三種方式傳播：地波(groundwave)：地波傳播或多或少要沿著地球的輪廓前行，且可傳播相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，較好地跨越可視的地平線天波(skywave)：天波信號(hào)可以通過多個(gè)跳躍，在電離層和地球外表之間前后反彈地穿行直線LOS(lineofsight)：當(dāng)要傳播的信號(hào)頻率在30MHz以上時(shí)，天波與地波的傳播方式均無(wú)法工作，通信必須用直線方式。2．3傳播方式由天線輻射出去的信號(hào)以三種方式傳播：36無(wú)線傳播類型無(wú)線傳播類型37傳輸損傷使得任何傳輸系統(tǒng)收端接到的信號(hào)都不可能完全是其發(fā)端發(fā)送的信號(hào)；對(duì)模擬系統(tǒng)而言，這種損傷降低了信號(hào)質(zhì)量；而對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的0、1來(lái)說(shuō)，它很有可能導(dǎo)致對(duì)數(shù)位取值的判斷完全相反對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，我們主要關(guān)心無(wú)線直線傳播模式，在直線模式下，主要的損傷如下：2．4直線傳輸系統(tǒng)中的損傷傳輸損傷使得任何傳輸系統(tǒng)收端接到的信號(hào)都不可能完全是其發(fā)端發(fā)381、衰減和衰減失真(attenuationandattenuationdistortion)2、自由空間損耗(freespaceloss)3、噪聲(noise)4、大氣吸收(atmosphericabsorption)5、多徑(multipath)6、折射(refraction)1、衰減和衰減失真(attenuationandatte391、衰減和衰減失真：信號(hào)強(qiáng)度隨跨越距離而發(fā)生逐漸降低的現(xiàn)象就是衰減，它是距離的函數(shù)；衰減主要帶來(lái)3大影響：①接收信號(hào)必須有足夠強(qiáng)度，在系統(tǒng)靈敏度所能忍受的范圍內(nèi)②接收信號(hào)必須有足夠信噪比，以保證系統(tǒng)能正確解析③高頻信號(hào)最易因衰減而失真，但高頻信號(hào)加載大功率難度較低頻大1、衰減和衰減失真：402、自由空間損耗：在理想媒質(zhì)中，信號(hào)向自由空間發(fā)散也會(huì)因距離而逐漸減弱Ld=20lgf+20lgd-147.56〔dB〕f:MHzd:m2、自由空間損耗：413、噪聲:噪聲有如下四類：①熱噪聲〔thermalnoise〕②互調(diào)噪聲〔intermodulationnoise〕③串?dāng)_〔crosstalk〕④脈沖噪聲〔impulsenoise〕3、噪聲:42熱噪聲：由電子熱擾動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)熱噪聲當(dāng)然是溫度的函數(shù)，它在系統(tǒng)工作的整個(gè)頻譜段上是均勻分布的，與頻率無(wú)關(guān)，因此又稱為白噪聲〔whitenoise〕在任一設(shè)備或?qū)w中，1Hz帶寬熱噪聲為：No=KTNo——1Hz帶寬按瓦特計(jì)的噪聲功率K——波爾茲曼常數(shù)=1.3803×10-23J/KT——開氏絕對(duì)溫度熱噪聲：43因此，在整個(gè)工作帶寬為B的頻率區(qū)間總的熱噪聲為：N=KTB按dBW計(jì)那么有：N=10lgK+10lgT+10lgB=-228.6(dBW)+10lgT+10lgB因此，在整個(gè)工作帶寬為B的頻率區(qū)間總的熱噪聲為：44互調(diào)噪聲：當(dāng)兩個(gè)不同的頻率成分同時(shí)在向異質(zhì)媒質(zhì)或同質(zhì)媒質(zhì)傳輸時(shí)，由于媒質(zhì)間存在非線性，在交界面必會(huì)產(chǎn)生互調(diào)，兩頻互調(diào)干擾噪聲譜具有特定的頻率，剛好是兩個(gè)頻率的累加和或差放大電路互調(diào)噪聲與其輸出信號(hào)強(qiáng)度有極大正相關(guān)關(guān)系互調(diào)噪聲：45串?dāng)_和脈沖干擾：串?dāng)_是兩路信號(hào)在線路中互耦，或因信道間隔不理想、頻率間隔不理想等原因產(chǎn)生的信號(hào)混淆，在一些公共頻段如ISM頻段，或大功率無(wú)屏蔽線路中易產(chǎn)生串?dāng)_脈沖干擾通常存在一些不確定，任何外系統(tǒng)的電磁脈沖尖峰都有可能串入信道中，形成短時(shí)間的強(qiáng)烈干擾，然而當(dāng)我們?cè)噲D捕獲它時(shí)又不太容易串?dāng)_和脈沖干擾：464、大氣吸收：某些頻率較多地受到大氣吸收的影響，主要是水蒸氣和大分子的氧氣水蒸氣所產(chǎn)生的衰減峰值在22GHz附近，頻率低于15GHz其效果就降得很低了氧氣所產(chǎn)生的衰減峰值在60GHz附近，頻率低于30GHz其效果就降得很低了雨和霧富含水分子，它導(dǎo)致通常所說(shuō)的雨衰現(xiàn)象，因此某些26GHz系統(tǒng)在南方多雨地區(qū)使用效果很差，但到枯燥的北方使用卻很正常4、大氣吸收：475、多徑和折射：多徑、折射等現(xiàn)象在許多無(wú)線、移動(dòng)課程中都要涉及，但這不是我們能解決得了的，城市環(huán)境留給我們移動(dòng)通信的選項(xiàng)通常不多，誰(shuí)都知道簡(jiǎn)單環(huán)境覆蓋起來(lái)比復(fù)雜環(huán)境要容易得多，我們所能做的就是盡量不把輻射天線對(duì)準(zhǔn)近處的大型障礙物或地面、水面5、多徑和折射：482．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退通信系統(tǒng)所面臨的最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題是移動(dòng)環(huán)境中的衰退現(xiàn)象。在移動(dòng)環(huán)境中，兩個(gè)天線中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在移動(dòng)，各種障礙物的相對(duì)位置會(huì)隨時(shí)間而改變，由此會(huì)產(chǎn)生比較復(fù)雜的傳輸結(jié)果。2．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退通信系統(tǒng)所面臨的49反射(R)、散射(S)和衍射(D)反射(R)、散射(S)和衍射(D)50無(wú)線電波在傳播路途遇到大尺寸障礙物〔大于本身波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有反射產(chǎn)生，不僅會(huì)有能量損失，而且對(duì)接收端會(huì)產(chǎn)生積極的或消極的干擾衍射會(huì)發(fā)生在一個(gè)難以穿透的大尺寸障礙物的邊緣，電波遇到這樣的邊緣時(shí)其能量會(huì)向其他方向傳播，造成非傳播方向的天線也能收到信號(hào)無(wú)線電波在傳播路途遇到大尺寸障礙物〔大于本身波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有反51障礙物不大〔小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有散射產(chǎn)生，一路入信號(hào)被散射為幾路弱信號(hào)一個(gè)信號(hào)的相位被弱化為多個(gè)副本，就是多徑傳播帶來(lái)的消極影響，其疊加產(chǎn)物信噪比的惡化使收端信號(hào)檢測(cè)變得更為困難障礙物不大〔小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有散射產(chǎn)生，一路入信號(hào)被52存在隨時(shí)間變化的多徑脈沖中的兩個(gè)脈沖

存在隨時(shí)間變化的多徑脈沖中的兩個(gè)脈沖53碼間干擾ISI：最先到達(dá)的主要脈沖通常會(huì)伴隨假設(shè)干延遲到達(dá)的次要波，這些次要脈沖很可能在下一符號(hào)主波到達(dá)后仍未消退，當(dāng)然對(duì)接下來(lái)的數(shù)據(jù)位帶來(lái)信噪比的惡化ISI帶來(lái)信號(hào)可保真恢復(fù)技術(shù)的難度，以及對(duì)接收靈敏度的影響碼間干擾ISI：最先到達(dá)的主要脈沖通常會(huì)伴隨假設(shè)干延遲到達(dá)的54衰退類型移動(dòng)環(huán)境中的衰退效果可以分為快速或慢速衰退效果也可以分為平面的或選擇性的。平面衰退(flatfading)或稱非選擇性的衰退，接收到的信號(hào)的所有頻率成分同時(shí)按一樣的比例波動(dòng)。選擇性衰退(selectivefading)無(wú)線電信號(hào)的不同頻譜成分的影響是不相等的。衰退類型移動(dòng)環(huán)境中的衰退效果可以分為快速或慢速55過失補(bǔ)償機(jī)制1．前向糾錯(cuò)2．自適應(yīng)均衡3．分集技術(shù)過失補(bǔ)償機(jī)制1．前向糾錯(cuò)562．6多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念ChristianDoppler而命名的。多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)頻率變低。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)也能得到同樣的結(jié)論。假設(shè)原有波源的波長(zhǎng)為λ，波速為c，觀察者移動(dòng)速度為v，當(dāng)觀察者走近波源時(shí)觀察到的波源頻率為(v+c)/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，那么觀察到的波源頻率為(v-c)/λ。2．6多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念ChristianDo57多普勒效應(yīng)〔續(xù)1〕多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。在無(wú)線移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低，所以在移動(dòng)通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。尤其是高速移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)(如IEEE802.20)必須考慮多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)〔續(xù)1〕多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有58多普勒效應(yīng)〔續(xù)2〕科學(xué)家哈勃〔EdwinHubble〕使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論：紅移：天體遠(yuǎn)離我們銀河系，光線頻率變低，移向光譜紅端；藍(lán)移：天體接近我們銀河系，光線頻率變高，移向光譜藍(lán)端多普勒效應(yīng)〔續(xù)2〕科學(xué)家哈勃〔EdwinHubble〕使用592．7信號(hào)編碼技術(shù)2.7.1數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸?shù)哪M與數(shù)字之分模擬(analog)和數(shù)字(digital)大致分別與連續(xù)(continuous)和離散(discrete)相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸經(jīng)常使用這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。數(shù)據(jù)(data)定義為傳達(dá)某種意義或信息的實(shí)體信號(hào)(signal)是數(shù)據(jù)的電氣或電磁表示傳輸(transmission)是通過信號(hào)的傳播和處理進(jìn)展數(shù)據(jù)通信的過程2．7信號(hào)編碼技術(shù)2.7.1數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸?shù)哪M與數(shù)字60模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值，例如，聲音和視頻是連續(xù)變化的強(qiáng)度樣本。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值是離散的，例如文本和整數(shù)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值，例如，聲61話音和音樂的聲音頻譜

話音和音樂的聲音頻譜62模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)以電磁信號(hào)的方式從一點(diǎn)傳播至另一點(diǎn)模擬信號(hào)(analogsignal)就是一個(gè)連續(xù)變化的電磁波，根據(jù)它的頻率可以在多種類型的媒體上傳播。如銅線媒體、光纖、無(wú)線空間數(shù)字信號(hào)(digitalsignal)是一個(gè)電壓脈沖序列，這些電壓脈沖可以在銅線媒體上傳輸，不適宜直接在無(wú)線媒介中傳播。

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)以電磁信號(hào)的方式從一點(diǎn)傳播至另一點(diǎn)63數(shù)字信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：通常比使用模擬信號(hào)廉價(jià)，且較少受噪聲的干擾。缺點(diǎn)：比模擬信號(hào)的衰減要嚴(yán)重?cái)?shù)字信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：通常比使用模擬信號(hào)廉價(jià)，且較少受噪聲64模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)65數(shù)據(jù)的信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：比起將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)的設(shè)備來(lái)，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備不那么復(fù)雜且不昂貴。模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式允許對(duì)模擬數(shù)據(jù)使用現(xiàn)代數(shù)字傳輸和交換設(shè)備。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)：有些傳輸媒體，例如光纖和衛(wèi)星只傳輸模擬信號(hào)。模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)：模擬數(shù)據(jù)很容易被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。數(shù)據(jù)的信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：比起將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信66數(shù)據(jù)和信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(1)信號(hào)占據(jù)跟模擬數(shù)據(jù)相同的頻譜；(2)模擬數(shù)據(jù)被編碼以占據(jù)不同的頻譜段。使用編解碼器對(duì)模擬數(shù)據(jù)編碼以產(chǎn)生數(shù)字位流。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過調(diào)制解調(diào)器編碼以產(chǎn)生模擬信號(hào)。(1)信號(hào)由兩個(gè)電壓電平組成以代表兩個(gè)二進(jìn)制的值：(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被編碼以產(chǎn)生具有所要求的屬性的數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)和信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(1)信號(hào)占據(jù)跟模擬數(shù)據(jù)相67模擬傳輸和數(shù)字傳輸

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在適宜的傳輸媒體上傳輸，處理這些信號(hào)的方法是傳輸系統(tǒng)的功能模擬傳輸(analogtransmission)是傳輸模擬信號(hào)的方法，它不考慮信號(hào)的內(nèi)容。數(shù)字傳輸(digitaltransmission)與信號(hào)的內(nèi)容有關(guān)模擬傳輸和數(shù)字傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在適宜的傳輸媒體68信號(hào)的處理模擬傳輸數(shù)字傳輸模擬信號(hào)通過放大器來(lái)傳播。不論信號(hào)是用來(lái)表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，處理方式相同。假設(shè)模擬信號(hào)表示的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。信號(hào)通過中繼器傳播。在每個(gè)中繼器上，從入口信號(hào)恢復(fù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并用它來(lái)生成一個(gè)新的外出模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)不使用。數(shù)字信號(hào)表示的是1和0的位流，它代表了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或者是經(jīng)過編碼的模擬數(shù)據(jù)。信號(hào)通過中繼器傳播。在每個(gè)中繼器上，從入口信號(hào)恢復(fù)1和0的位流，并用它來(lái)生成一個(gè)新的外出數(shù)字信號(hào)。信號(hào)的處理模擬傳輸數(shù)字傳輸模擬信號(hào)通過放大器來(lái)傳播。不論692．7．2信號(hào)編碼準(zhǔn)那么對(duì)任一給定的通信任務(wù)來(lái)說(shuō)，選擇一種特定的組合的理由是不同的，而后3種技術(shù)與無(wú)線通信密切相關(guān)，因?yàn)闊o(wú)線傳輸系統(tǒng)主要是采用模擬載波信號(hào)進(jìn)展傳輸。數(shù)字到模擬：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)展無(wú)線傳輸。模擬到模擬：基帶模擬信號(hào)，諸如話音或視頻，通常都必須調(diào)制到高頻的載波上進(jìn)展傳輸。模擬到數(shù)字：先于傳輸之前，通常將話音數(shù)字化后再在導(dǎo)向的或非導(dǎo)向的媒體上傳輸，這樣可以改進(jìn)傳輸質(zhì)量并可利用TDM方式。對(duì)于無(wú)線傳輸來(lái)說(shuō)，結(jié)果得到的數(shù)字信號(hào)必須調(diào)制到一個(gè)模擬載波上。2．7．2信號(hào)編碼準(zhǔn)那么對(duì)任一給定的通信任務(wù)來(lái)說(shuō)，選擇一種70數(shù)據(jù)傳輸術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)單位定義數(shù)據(jù)元素位一個(gè)單個(gè)的二進(jìn)制1或0數(shù)據(jù)率位/秒(b/s)數(shù)據(jù)元素傳輸?shù)乃俾市盘?hào)元素?cái)?shù)字：一個(gè)固定振幅的電壓脈沖模擬：一個(gè)具有固定頻率、相位和振幅的脈沖在一個(gè)信號(hào)傳輸?shù)拇a中占據(jù)最小間隔的那部分信號(hào)信號(hào)傳輸速率或調(diào)制速率信號(hào)元素/秒(baud)信號(hào)元素傳輸?shù)乃俾蕯?shù)據(jù)傳輸術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)單位71信號(hào)編碼準(zhǔn)那么〔續(xù)〕決定接收器能夠成功解釋所收到信號(hào)的因素主要有：信噪比、數(shù)據(jù)率和帶寬。編碼機(jī)制也可以用來(lái)改進(jìn)傳輸性能編碼機(jī)制是一種簡(jiǎn)單的從數(shù)據(jù)位到信號(hào)元素的映射關(guān)系。信號(hào)編碼準(zhǔn)那么〔續(xù)〕決定接收器能夠成功解釋所收到信號(hào)的因素主722.7.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬信號(hào)最常用的應(yīng)用是通過公用網(wǎng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。網(wǎng)并不適用于處理來(lái)自用戶端的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字設(shè)備通過調(diào)制解調(diào)器與網(wǎng)絡(luò)相連，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，或?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。調(diào)制技術(shù)涉及對(duì)載波信號(hào)的3個(gè)特性(振幅、頻率和相位)中的一個(gè)或多個(gè)特性的操作:幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)2.7.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬信號(hào)最常用的應(yīng)用是通過公用73數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)742.7.4模擬數(shù)據(jù)與模擬信號(hào)當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)是模擬形式時(shí)，調(diào)制的主要原因有兩個(gè)：(1)為了實(shí)現(xiàn)有效的傳輸，可能需要較高的頻率。對(duì)于無(wú)導(dǎo)向傳輸，實(shí)際上是不可能直接傳輸基帶信號(hào)的,需要使用的天線直徑為幾千米。(2)調(diào)制允許使用頻分復(fù)用技術(shù)，可以提高信道的利用率。模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制技術(shù)：調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)。2.7.4模擬數(shù)據(jù)與模擬信號(hào)當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)是模擬形式時(shí)，調(diào)制752.7.5模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確的說(shuō)法是把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程，稱之為數(shù)字化(digitalization)。一旦模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，就可以進(jìn)展很多的工作:(1)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以使用NRZ-L(不歸零－電平)。(2)可以通過NRZ-L以外的其他編碼技術(shù)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變成數(shù)字信號(hào)。(3)通過調(diào)制技術(shù)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。2.7.5模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確的說(shuō)法是把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)76模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化772.8擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)最初是針對(duì)軍事和情報(bào)部門的需求而開發(fā)的。根本思想是將攜帶信息的信號(hào)擴(kuò)展到較寬的帶寬中，以加大干擾和竊聽的難度。第一種擴(kuò)頻技術(shù)稱為跳頻(frequencyhopping)，更新的一種技術(shù)是直接序列(directsequence)。2.8擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)最初是針對(duì)軍事78擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型79跳頻擴(kuò)頻在跳頻擴(kuò)頻(frequencyhoppingspreadspectrum，F(xiàn)HSS)中，信號(hào)用看似隨機(jī)的無(wú)線電頻率序列進(jìn)展播送，并在固定間隔里從一個(gè)頻率跳到另一個(gè)頻率。而接收器在接收消息時(shí)，也和發(fā)送器同步地從一個(gè)頻率跳到另一個(gè)頻率。這樣一來(lái)，原本打算竊聽的人聽到的只是無(wú)法識(shí)別的嘩嘩聲，即使試圖在某一頻率上干擾，也只能抹去信號(hào)中很少的幾個(gè)位。跳頻擴(kuò)頻在跳頻擴(kuò)頻(frequencyh80直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(directsequencespreadspectrum，DSSS)，原始信號(hào)中的每一個(gè)位在傳輸信號(hào)中以多個(gè)位表示，此技術(shù)使用了擴(kuò)展編碼(spreadingcode)。這種擴(kuò)展編碼將信號(hào)擴(kuò)展到更寬的頻帶范圍上，而這個(gè)頻帶范圍與使用的位數(shù)成正比。因此，一個(gè)10位的擴(kuò)展編碼能夠在一個(gè)頻帶上將信號(hào)擴(kuò)展至比1位擴(kuò)展編碼大10倍的帶寬。碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)是一種基于DSSS的具有擴(kuò)頻功能的多路技術(shù)。直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(direct812.9過失控制技術(shù)無(wú)論傳輸系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，過失總會(huì)存在，它可能會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)膸杏幸粋€(gè)或多個(gè)位被改變，對(duì)于無(wú)線傳輸系統(tǒng)更是如此，為了保障可靠的數(shù)據(jù)傳輸，必須進(jìn)展過失控制。2.9過失控制技術(shù)無(wú)論傳輸系統(tǒng)如何設(shè)82三種過失控制技術(shù)過失檢測(cè)碼(errordetectioncode)過失糾錯(cuò)碼(errorcorrectioncode)，也稱為前向糾錯(cuò)FEC(forwarderrorcorrection)碼自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求ARQ(automaticrepeatrequest)協(xié)議。三種過失控制技術(shù)過失檢測(cè)碼(errordetection83第2章無(wú)線傳輸技術(shù)根底第2章無(wú)線傳輸技術(shù)根底84內(nèi)容提要2．1無(wú)線傳輸媒體2．2天線2．3傳播方式2．4直線傳輸系統(tǒng)中的損傷2．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退2．6多普勒效應(yīng)2．7信號(hào)編碼技術(shù)2．8擴(kuò)頻技術(shù)2．9過失控制技術(shù)內(nèi)容提要2．1無(wú)線傳輸媒體852．1無(wú)線傳輸媒體

定義：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。2．1無(wú)線傳輸媒體定義：86傳輸媒體可分為導(dǎo)向的(guided)和非導(dǎo)向的(unguided)兩類。對(duì)導(dǎo)向媒體而言，電磁波被引導(dǎo)沿某一固定媒體前進(jìn)，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。非導(dǎo)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(hào)的手段，但不引導(dǎo)它們的傳播方向，這種傳輸形式通常稱為無(wú)線傳播(wirelesstransmission)傳輸媒體可分為導(dǎo)向的(guided)和非導(dǎo)向的(unguid87《無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件88特性數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦匀Q于傳輸媒體的性質(zhì)和傳輸信號(hào)的特性導(dǎo)向媒體：傳輸受限于媒體自身的性質(zhì)〔如銅纜的材料衰減特性、容抗、感抗、阻抗、線徑、波導(dǎo)形式、距離等〕非導(dǎo)向媒體：傳輸主要受限于天線特性89天線在無(wú)線信號(hào)傳播中的作用中低頻信號(hào)：波長(zhǎng)很長(zhǎng)，難以用常規(guī)尺寸來(lái)制作定向天線高頻微波信號(hào)：可以用較小的尺寸來(lái)做定向發(fā)送天線天線在無(wú)線信號(hào)傳播中的作用90對(duì)于非導(dǎo)向媒體，發(fā)送和接收都是通過天線實(shí)現(xiàn)的發(fā)送：天線將電磁能量發(fā)射到媒體中〔空氣〕接收：天線從其周圍媒體獲取電磁波因此，天線是一種收發(fā)電磁波能量的裝置對(duì)于非導(dǎo)向媒體，發(fā)送和接收都是通過天線實(shí)現(xiàn)的91射頻概念無(wú)線電頻率簡(jiǎn)稱射頻〔RF〕，俠義的射頻頻段指3KHz到300GHz的無(wú)線譜段，目前真正可用于無(wú)線通信的商業(yè)化RF譜段不過集中在30MHz到40GHz，這是微波譜段的一局部，分別是VHF、UHF、SHF三個(gè)帶，在不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性。射頻概念92思考：你熟悉的調(diào)頻收音機(jī)頻率有哪些波段？為什么目前的播送電視塔上都要使用全向天線播送？思考：93電信用的電磁波頻譜

電信用的電磁波頻譜94無(wú)線頻譜略表無(wú)線頻譜略表95由于種種原因，在一些歐、美、日等西方國(guó)家常常把目前可用的微波波段分為L(zhǎng)、S、C、X、Ku、K、Ka等波段〔或稱子波段〕由于種種原因，在一些歐、美、日等西方國(guó)家常常把目前可用的微波96感興趣的3個(gè)頻段微波：1GHz~100GHz，可實(shí)現(xiàn)高方向性的波束，而且非常適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信。無(wú)線電播送頻段：30MHz～1GHz，適用于全向應(yīng)用。紅外線頻譜段：3×1011Hz～2×1014Hz，適于本地應(yīng)用，在有限的區(qū)域(如一個(gè)房間)內(nèi)對(duì)于局部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及多點(diǎn)應(yīng)用非常有用。感興趣的3個(gè)頻段97廣義的射頻也包括紅外線頻譜，但紅外線傳輸路徑上不能有任何阻擋，它無(wú)法遠(yuǎn)距離應(yīng)用，只能用在超短程室內(nèi)無(wú)線電場(chǎng)合廣義的射頻也包括紅外線頻譜，但紅外線傳輸路徑上不能有任何阻擋982．1．1地面微波地面微波系統(tǒng)主要用于長(zhǎng)途電信效勞，可代替同軸電纜和光纖，通過地面接力站中繼。用于建筑物之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)線路。常見的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz～40GHz。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。2．1．1地面微波地面微波系統(tǒng)主要用于長(zhǎng)途電信效勞，可代99微波中繼系統(tǒng)組成框圖微波中繼系統(tǒng)組成框圖100典型的數(shù)字微波性能

波段/GHz帶寬/MHz數(shù)據(jù)率/Mb/s271263090114013518220274典型的數(shù)字微波性能波段/GHz帶寬/MHz數(shù)據(jù)率/Mb/s101地面微波〔續(xù)1〕微波傳輸?shù)闹饕獡p耗來(lái)源于衰減。微波(以及無(wú)線電播送頻段)的損耗公式微波的損耗隨距離的平方而變化損傷的另一個(gè)原因是干擾，隨著微波應(yīng)用的不斷增多，傳輸區(qū)域重疊，干擾始終是一個(gè)威脅。因此，頻帶的分配需要嚴(yán)格控制。地面微波〔續(xù)1〕微波傳輸?shù)闹饕獡p耗來(lái)源于衰減。102地面微波〔續(xù)2〕頻率越高衰減越大，較高的微波頻率對(duì)長(zhǎng)途傳輸沒有什么用處，但卻非常適用于近距離傳輸。頻率越高，使用的天線就越小、越廉價(jià)。地面微波〔續(xù)2〕頻率越高衰減越大，較高的微波頻率對(duì)長(zhǎng)途傳輸沒1032．1．2衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)或多個(gè)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(lái)。衛(wèi)星使用上下行兩個(gè)頻段：接收一個(gè)頻段(上行)上的傳輸信號(hào)，放大或再生信號(hào)后，再在另一個(gè)頻段(下行)上將其發(fā)送出去。衛(wèi)星主要應(yīng)用：電視播送、長(zhǎng)途傳輸和個(gè)人用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)2．1．2衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)104衛(wèi)星微波〔續(xù)〕衛(wèi)星傳輸?shù)淖钫_頻率范圍為1GHz～10GHz特點(diǎn)衛(wèi)星通信距離遠(yuǎn)，一個(gè)地面站發(fā)送到另一個(gè)地面站接收，約有1/4s傳播延遲。在差控和流控方面，也帶來(lái)一系列問題。衛(wèi)星微波是播送設(shè)施，許多站點(diǎn)可以向衛(wèi)星發(fā)送信息，同時(shí)從衛(wèi)星上傳送下來(lái)的信息也會(huì)被眾多站點(diǎn)接收。衛(wèi)星微波〔續(xù)〕衛(wèi)星傳輸?shù)淖钫_頻率范圍為1GHz～10GHz105目前衛(wèi)星通信使用微波頻段，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在以下頻段工作：①L波段：1.6/1.5GHz②C波段：6.0/4.0GHz③X波段：8.0/7.0GHz④K波段：14.0/12.0GHz14.0/11.0GHz30/20GHz現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)106目前衛(wèi)星通信使用微波頻段，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在以下頻段工1062．1．3播送無(wú)線電波播送無(wú)線電波是全向性的，不要求使用碟形天線，天線也無(wú)須嚴(yán)格地安裝到一個(gè)準(zhǔn)確地校準(zhǔn)位置上。無(wú)線電波(Radio)是籠統(tǒng)術(shù)語(yǔ)，頻率范圍為3KHz~300GHz。非正式術(shù)語(yǔ)播送無(wú)線電波(broadcastradio)包括VHF頻段和局部的UHF頻段：30MHz～1GHz。播送無(wú)線電波損傷的一個(gè)主要來(lái)源是多路徑干擾。2．1．3播送無(wú)線電波播送無(wú)線電波是全向性的，不要求使用107播送無(wú)線電波〔續(xù)〕電離層對(duì)30MHz以上的無(wú)線電波不能反射，根本是透明的，因此這一頻段需視距傳播。雨衰問題在1GHz頻段并不明顯，它主要對(duì)26GHz頻段影響大隨著距離的拉遠(yuǎn)電波衰減服從等式

由于播送無(wú)線電頻率低、波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因此電波隨距離的衰減較小，它主要怕多徑干擾播送無(wú)線電波〔續(xù)〕電離層對(duì)30MHz以上的無(wú)線電波不能反射1082．1．4紅外線

紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短紅外線傳輸無(wú)法穿透墻體。微波系統(tǒng)中遇到的平安性和干擾問題在紅外線傳輸中都不存在。紅外線不需要頻率分配許可。2．1．4紅外線紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短1092．1．5光波

頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于光纖的導(dǎo)向光波。提供非常高的帶寬，本錢也很低，相對(duì)容易安裝，而且與微波不同，不要求FCC許可。激光的強(qiáng)度(非常窄的一束光)是它的弱點(diǎn)，不易瞄準(zhǔn)。激光束不能穿透雨或者濃霧，白天太陽(yáng)的熱量使氣流上升也會(huì)激光束產(chǎn)生偏差。2．1．5光波頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于1102．2天線天線是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸最根本的設(shè)備。天線可看作一條電子導(dǎo)線或?qū)Ь€系統(tǒng)，該導(dǎo)線系統(tǒng)或用于將電磁能輻射到太空或用于將太空中的電磁能收集起來(lái)。2．2天線天線是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸最根本的設(shè)備1112．2．1輻射模式

一個(gè)天線輻射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上輻射出的功率都是相等的。描述天線性能特性的常用方法是輻射模式，它是作為空間協(xié)同函數(shù)的天線的輻射屬性的圖形化表示。2．2．1輻射模式一個(gè)天線輻射出去的112理想的輻射模式

理想的輻射模式1132．2．2天線類型偶級(jí)天線拋物反射天線2．2．2天線類型偶級(jí)天線114簡(jiǎn)單〔偶級(jí)〕天線簡(jiǎn)單〔偶級(jí)〕天線115偶級(jí)天線散射模式

偶級(jí)天線散射模式116拋物線反射天線

拋物線反射天線1172．2．3天線增益

天線增益(antennagain)是天線定向性的度量。與由理論的全向天線(各向同性天線)在各個(gè)方向所產(chǎn)生的輸出相比，天線增益定義為在一特定方向上的功率輸出。天線增益與有效面積的關(guān)系：

2．2．3天線增益天線增益(anten1182．3傳播方式由天線輻射出去的信號(hào)以三種方式傳播：地波(groundwave)：地波傳播或多或少要沿著地球的輪廓前行，且可傳播相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，較好地跨越可視的地平線天波(skywave)：天波信號(hào)可以通過多個(gè)跳躍，在電離層和地球外表之間前后反彈地穿行直線LOS(lineofsight)：當(dāng)要傳播的信號(hào)頻率在30MHz以上時(shí)，天波與地波的傳播方式均無(wú)法工作，通信必須用直線方式。2．3傳播方式由天線輻射出去的信號(hào)以三種方式傳播：119無(wú)線傳播類型無(wú)線傳播類型120傳輸損傷使得任何傳輸系統(tǒng)收端接到的信號(hào)都不可能完全是其發(fā)端發(fā)送的信號(hào)；對(duì)模擬系統(tǒng)而言，這種損傷降低了信號(hào)質(zhì)量；而對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的0、1來(lái)說(shuō)，它很有可能導(dǎo)致對(duì)數(shù)位取值的判斷完全相反對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，我們主要關(guān)心無(wú)線直線傳播模式，在直線模式下，主要的損傷如下：2．4直線傳輸系統(tǒng)中的損傷傳輸損傷使得任何傳輸系統(tǒng)收端接到的信號(hào)都不可能完全是其發(fā)端發(fā)1211、衰減和衰減失真(attenuationandattenuationdistortion)2、自由空間損耗(freespaceloss)3、噪聲(noise)4、大氣吸收(atmosphericabsorption)5、多徑(multipath)6、折射(refraction)1、衰減和衰減失真(attenuationandatte1221、衰減和衰減失真：信號(hào)強(qiáng)度隨跨越距離而發(fā)生逐漸降低的現(xiàn)象就是衰減，它是距離的函數(shù)；衰減主要帶來(lái)3大影響：①接收信號(hào)必須有足夠強(qiáng)度，在系統(tǒng)靈敏度所能忍受的范圍內(nèi)②接收信號(hào)必須有足夠信噪比，以保證系統(tǒng)能正確解析③高頻信號(hào)最易因衰減而失真，但高頻信號(hào)加載大功率難度較低頻大1、衰減和衰減失真：1232、自由空間損耗：在理想媒質(zhì)中，信號(hào)向自由空間發(fā)散也會(huì)因距離而逐漸減弱Ld=20lgf+20lgd-147.56〔dB〕f:MHzd:m2、自由空間損耗：1243、噪聲:噪聲有如下四類：①熱噪聲〔thermalnoise〕②互調(diào)噪聲〔intermodulationnoise〕③串?dāng)_〔crosstalk〕④脈沖噪聲〔impulsenoise〕3、噪聲:125熱噪聲：由電子熱擾動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)熱噪聲當(dāng)然是溫度的函數(shù)，它在系統(tǒng)工作的整個(gè)頻譜段上是均勻分布的，與頻率無(wú)關(guān)，因此又稱為白噪聲〔whitenoise〕在任一設(shè)備或?qū)w中，1Hz帶寬熱噪聲為：No=KTNo——1Hz帶寬按瓦特計(jì)的噪聲功率K——波爾茲曼常數(shù)=1.3803×10-23J/KT——開氏絕對(duì)溫度熱噪聲：126因此，在整個(gè)工作帶寬為B的頻率區(qū)間總的熱噪聲為：N=KTB按dBW計(jì)那么有：N=10lgK+10lgT+10lgB=-228.6(dBW)+10lgT+10lgB因此，在整個(gè)工作帶寬為B的頻率區(qū)間總的熱噪聲為：127互調(diào)噪聲：當(dāng)兩個(gè)不同的頻率成分同時(shí)在向異質(zhì)媒質(zhì)或同質(zhì)媒質(zhì)傳輸時(shí)，由于媒質(zhì)間存在非線性，在交界面必會(huì)產(chǎn)生互調(diào)，兩頻互調(diào)干擾噪聲譜具有特定的頻率，剛好是兩個(gè)頻率的累加和或差放大電路互調(diào)噪聲與其輸出信號(hào)強(qiáng)度有極大正相關(guān)關(guān)系互調(diào)噪聲：128串?dāng)_和脈沖干擾：串?dāng)_是兩路信號(hào)在線路中互耦，或因信道間隔不理想、頻率間隔不理想等原因產(chǎn)生的信號(hào)混淆，在一些公共頻段如ISM頻段，或大功率無(wú)屏蔽線路中易產(chǎn)生串?dāng)_脈沖干擾通常存在一些不確定，任何外系統(tǒng)的電磁脈沖尖峰都有可能串入信道中，形成短時(shí)間的強(qiáng)烈干擾，然而當(dāng)我們?cè)噲D捕獲它時(shí)又不太容易串?dāng)_和脈沖干擾：1294、大氣吸收：某些頻率較多地受到大氣吸收的影響，主要是水蒸氣和大分子的氧氣水蒸氣所產(chǎn)生的衰減峰值在22GHz附近，頻率低于15GHz其效果就降得很低了氧氣所產(chǎn)生的衰減峰值在60GHz附近，頻率低于30GHz其效果就降得很低了雨和霧富含水分子，它導(dǎo)致通常所說(shuō)的雨衰現(xiàn)象，因此某些26GHz系統(tǒng)在南方多雨地區(qū)使用效果很差，但到枯燥的北方使用卻很正常4、大氣吸收：1305、多徑和折射：多徑、折射等現(xiàn)象在許多無(wú)線、移動(dòng)課程中都要涉及，但這不是我們能解決得了的，城市環(huán)境留給我們移動(dòng)通信的選項(xiàng)通常不多，誰(shuí)都知道簡(jiǎn)單環(huán)境覆蓋起來(lái)比復(fù)雜環(huán)境要容易得多，我們所能做的就是盡量不把輻射天線對(duì)準(zhǔn)近處的大型障礙物或地面、水面5、多徑和折射：1312．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退通信系統(tǒng)所面臨的最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題是移動(dòng)環(huán)境中的衰退現(xiàn)象。在移動(dòng)環(huán)境中，兩個(gè)天線中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在移動(dòng)，各種障礙物的相對(duì)位置會(huì)隨時(shí)間而改變，由此會(huì)產(chǎn)生比較復(fù)雜的傳輸結(jié)果。2．5移動(dòng)環(huán)境中的衰退通信系統(tǒng)所面臨的132反射(R)、散射(S)和衍射(D)反射(R)、散射(S)和衍射(D)133無(wú)線電波在傳播路途遇到大尺寸障礙物〔大于本身波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有反射產(chǎn)生，不僅會(huì)有能量損失，而且對(duì)接收端會(huì)產(chǎn)生積極的或消極的干擾衍射會(huì)發(fā)生在一個(gè)難以穿透的大尺寸障礙物的邊緣，電波遇到這樣的邊緣時(shí)其能量會(huì)向其他方向傳播，造成非傳播方向的天線也能收到信號(hào)無(wú)線電波在傳播路途遇到大尺寸障礙物〔大于本身波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有反134障礙物不大〔小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有散射產(chǎn)生，一路入信號(hào)被散射為幾路弱信號(hào)一個(gè)信號(hào)的相位被弱化為多個(gè)副本，就是多徑傳播帶來(lái)的消極影響，其疊加產(chǎn)物信噪比的惡化使收端信號(hào)檢測(cè)變得更為困難障礙物不大〔小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)〕時(shí)，會(huì)有散射產(chǎn)生，一路入信號(hào)被135存在隨時(shí)間變化的多徑脈沖中的兩個(gè)脈沖

存在隨時(shí)間變化的多徑脈沖中的兩個(gè)脈沖136碼間干擾ISI：最先到達(dá)的主要脈沖通常會(huì)伴隨假設(shè)干延遲到達(dá)的次要波，這些次要脈沖很可能在下一符號(hào)主波到達(dá)后仍未消退，當(dāng)然對(duì)接下來(lái)的數(shù)據(jù)位帶來(lái)信噪比的惡化ISI帶來(lái)信號(hào)可保真恢復(fù)技術(shù)的難度，以及對(duì)接收靈敏度的影響碼間干擾ISI：最先到達(dá)的主要脈沖通常會(huì)伴隨假設(shè)干延遲到達(dá)的137衰退類型移動(dòng)環(huán)境中的衰退效果可以分為快速或慢速衰退效果也可以分為平面的或選擇性的。平面衰退(flatfading)或稱非選擇性的衰退，接收到的信號(hào)的所有頻率成分同時(shí)按一樣的比例波動(dòng)。選擇性衰退(selectivefading)無(wú)線電信號(hào)的不同頻譜成分的影響是不相等的。衰退類型移動(dòng)環(huán)境中的衰退效果可以分為快速或慢速138過失補(bǔ)償機(jī)制1．前向糾錯(cuò)2．自適應(yīng)均衡3．分集技術(shù)過失補(bǔ)償機(jī)制1．前向糾錯(cuò)1392．6多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念ChristianDoppler而命名的。多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)頻率變低。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)也能得到同樣的結(jié)論。假設(shè)原有波源的波長(zhǎng)為λ，波速為c，觀察者移動(dòng)速度為v，當(dāng)觀察者走近波源時(shí)觀察到的波源頻率為(v+c)/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，那么觀察到的波源頻率為(v-c)/λ。2．6多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念ChristianDo140多普勒效應(yīng)〔續(xù)1〕多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。在無(wú)線移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低，所以在移動(dòng)通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。尤其是高速移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)(如IEEE802.20)必須考慮多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)〔續(xù)1〕多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有141多普勒效應(yīng)〔續(xù)2〕科學(xué)家哈勃〔EdwinHubble〕使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論：紅移：天體遠(yuǎn)離我們銀河系，光線頻率變低，移向光譜紅端；藍(lán)移：天體接近我們銀河系，光線頻率變高，移向光譜藍(lán)端多普勒效應(yīng)〔續(xù)2〕科學(xué)家哈勃〔EdwinHubble〕使用1422．7信號(hào)編碼技術(shù)2.7.1數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸?shù)哪M與數(shù)字之分模擬(analog)和數(shù)字(digital)大致分別與連續(xù)(continuous)和離散(discrete)相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸經(jīng)常使用這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。數(shù)據(jù)(data)定義為傳達(dá)某種意義或信息的實(shí)體信號(hào)(signal)是數(shù)據(jù)的電氣或電磁表示傳輸(transmission)是通過信號(hào)的傳播和處理進(jìn)展數(shù)據(jù)通信的過程2．7信號(hào)編碼技術(shù)2.7.1數(shù)據(jù)、信號(hào)和傳輸?shù)哪M與數(shù)字143模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值，例如，聲音和視頻是連續(xù)變化的強(qiáng)度樣本。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值是離散的，例如文本和整數(shù)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值，例如，聲144話音和音樂的聲音頻譜

話音和音樂的聲音頻譜145模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)以電磁信號(hào)的方式從一點(diǎn)傳播至另一點(diǎn)模擬信號(hào)(analogsignal)就是一個(gè)連續(xù)變化的電磁波，根據(jù)它的頻率可以在多種類型的媒體上傳播。如銅線媒體、光纖、無(wú)線空間數(shù)字信號(hào)(digitalsignal)是一個(gè)電壓脈沖序列，這些電壓脈沖可以在銅線媒體上傳輸，不適宜直接在無(wú)線媒介中傳播。

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)以電磁信號(hào)的方式從一點(diǎn)傳播至另一點(diǎn)146數(shù)字信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：通常比使用模擬信號(hào)廉價(jià)，且較少受噪聲的干擾。缺點(diǎn)：比模擬信號(hào)的衰減要嚴(yán)重?cái)?shù)字信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：通常比使用模擬信號(hào)廉價(jià)，且較少受噪聲147模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)148數(shù)據(jù)的信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：比起將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)的設(shè)備來(lái)，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備不那么復(fù)雜且不昂貴。模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式允許對(duì)模擬數(shù)據(jù)使用現(xiàn)代數(shù)字傳輸和交換設(shè)備。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)：有些傳輸媒體，例如光纖和衛(wèi)星只傳輸模擬信號(hào)。模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)：模擬數(shù)據(jù)很容易被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。數(shù)據(jù)的信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)：比起將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信149數(shù)據(jù)和信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(1)信號(hào)占據(jù)跟模擬數(shù)據(jù)相同的頻譜；(2)模擬數(shù)據(jù)被編碼以占據(jù)不同的頻譜段。使用編解碼器對(duì)模擬數(shù)據(jù)編碼以產(chǎn)生數(shù)字位流。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過調(diào)制解調(diào)器編碼以產(chǎn)生模擬信號(hào)。(1)信號(hào)由兩個(gè)電壓電平組成以代表兩個(gè)二進(jìn)制的值：(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被編碼以產(chǎn)生具有所要求的屬性的數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)和信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(1)信號(hào)占據(jù)跟模擬數(shù)據(jù)相150模擬傳輸和數(shù)字傳輸

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在適宜的傳輸媒體上傳輸，處理這些信號(hào)的方法是傳輸系統(tǒng)的功能模擬傳輸(analogtransmission)是傳輸模擬信號(hào)的方法，它不考慮信號(hào)的內(nèi)容。數(shù)字傳輸(digitaltransmission)與信號(hào)的內(nèi)容有關(guān)模擬傳輸和數(shù)字傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在適宜的傳輸媒體151信號(hào)的處理模擬傳輸數(shù)字傳輸模擬信號(hào)通過放大器來(lái)傳播。不論信號(hào)是用來(lái)表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，處理方式相同。假設(shè)模擬信號(hào)表示的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。信號(hào)通過中繼器傳播。在每個(gè)中繼器上，從入口信號(hào)恢復(fù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并用它來(lái)生成一個(gè)新的外出模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)不使用。數(shù)字信號(hào)表示的是1和0的位流，它代表了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或者是經(jīng)過編碼的模擬數(shù)據(jù)。信號(hào)通過中繼器傳播。在每個(gè)中繼器上，從入口信號(hào)恢復(fù)1和0的位流，并用它來(lái)生成一個(gè)新的外出數(shù)字信號(hào)。信號(hào)的處理模擬傳輸數(shù)字傳輸模擬信號(hào)通過放大器來(lái)傳播。不論1522．7．2信號(hào)編碼準(zhǔn)那么對(duì)任一給定的通信任務(wù)來(lái)說(shuō)，選擇一種特定的組合的理由是不同的，而后3種技術(shù)與無(wú)線通信密切相關(guān)，因?yàn)闊o(wú)線傳輸系統(tǒng)主要是采用模擬載波信號(hào)進(jìn)展傳輸。數(shù)字到模擬：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)展無(wú)線傳輸。模擬到模擬：基帶模擬信號(hào)，諸如話音或視頻，通常都必須調(diào)制到高頻的載波上進(jìn)展傳輸。模擬到數(shù)字：先于傳輸之前，通常將話音數(shù)字化后再在導(dǎo)向的或非導(dǎo)向的媒體上傳輸，這樣可以改進(jìn)傳輸質(zhì)