無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)

感興趣的無線傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f

(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電無線電廣播頻段：30MHz～1GHz。微波：1GHz~100GHz。紅外線頻譜段：3×1011Hz～2×1014Hz。YHZ第一頁，共22頁。第一頁，共22頁。廣播無線電波

廣播無線電波：30MHz～1GHz)主要特點：全向性的，適用于全向性應(yīng)用。電離層對其透明，不能使用天波傳播，局限于視距范圍。不受大氣層發(fā)射的影響，下雨的影響也不大。損傷的主要來源是多路徑干擾。YHZ第二頁，共22頁。第二頁，共22頁。紅外線

頻譜段：3×1011Hz～2×1014Hz主要特點：紅外線傳輸不能超過視線范圍，距離短，適于本地應(yīng)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(yīng)用非常有用。紅外線傳輸無法穿透墻體，安全性和干擾問題不大。紅外線不需要頻率分配許可。YHZ第三頁，共22頁。第三頁，共22頁。(非導(dǎo)向)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，成本也很低，相對容易安裝，不需要頻率分配許可。激光的強(qiáng)度(非常窄的一束光)是它的弱點，不易瞄準(zhǔn)。激光束不能穿透雨或者濃霧，白天太陽的熱量是氣流上升也會激光束產(chǎn)生偏差。應(yīng)用：在屋頂用激光連接兩個建筑物的LAN

YHZ第四頁，共22頁。第四頁，共22頁。微波頻段：1GHz~100GHz，可實現(xiàn)高方向性的波束，非常適用于點對點的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信頻率越高，可能的帶寬越寬，可能的傳輸速度越高，使用的天線就越小、越便宜，衰減越大。微波會受到干擾，因此頻帶的分配需要嚴(yán)格分配。微波的兩種應(yīng)用形式：地面微波衛(wèi)星YHZ第五頁，共22頁。第五頁，共22頁。地面微波地面微波系統(tǒng)主要用于長途電信服務(wù)，可代替同軸電纜和光纖，通過地面接力站中繼。常見的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz～40GHz。地面微波通信的優(yōu)點：容量大，質(zhì)量高，建設(shè)成本低。地面微波通信的缺點：易失真，易受環(huán)境影響（如下雨），安全保密性差，維護(hù)成本高。兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球YHZ第六頁，共22頁。第六頁，共22頁。衛(wèi)星微波通信衛(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。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。衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l率范圍為1GHz～10GHz。衛(wèi)星微波通信的優(yōu)點：范圍大、距離遠(yuǎn)；不易受地面災(zāi)害影響；建設(shè)快，通信費用和距離無關(guān)；易實現(xiàn)廣播和多址通信。衛(wèi)星微波通信的不足：信號傳輸有時延(約有1/4s傳播延遲)，天線受太陽噪聲影響，安全保密性較差，衛(wèi)星本身造價高.衛(wèi)星主要應(yīng)用：電視廣播、長途電話傳輸和個人用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)YHZ第七頁，共22頁。第七頁，共22頁。地球地面站地面站C波段4/6GHz

上行5.925-6.425GHz

下行3.7-4.2GHzKU波段12/14GHz

上行14-14.5GHz

下行11.7-12.2GHz衛(wèi)星通信示意圖YHZ第八頁，共22頁。第八頁，共22頁。把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間…...收集無線電波并產(chǎn)生電信號天線YHZ第九頁，共22頁。第九頁，共22頁。天線的分類按用途分通信天線電視天線雷達(dá)天線等按工作頻段分短波天線超短波天線微波天線等按方向性分全向天線定向天線等按外形分線狀天線面狀天線等YHZ第十頁，共22頁。第十頁，共22頁。天線的輻射模式

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。YHZ第十一頁，共22頁。第十一頁，共22頁。幾種天線加長型板狀天線柵狀拋物面天線八木定向天線室內(nèi)吸頂天線YHZ第十二頁，共22頁。第十二頁，共22頁。無線傳播類型YHZ第十三頁，共22頁。第十三頁，共22頁。直線傳輸系統(tǒng)中的損傷衰減和衰減失真(attenuationandattenuationdistortion)自由空間損耗(freespaceloss)噪聲(noise)大氣吸收(atmosphericabsorption)多徑(multipath)折射(refraction)YHZ第十四頁，共22頁。第十四頁，共22頁。移動環(huán)境中的衰退多徑（反射、散射和衍射）干擾是信號損傷的一種重要來源。在移動環(huán)境中，隨著天線的移動，各種障礙物的相對位置會隨時間而改變，使用過濾多徑效果更加困難。反射(R)

散射(S)

衍射(D)YHZ第十五頁，共22頁。第十五頁，共22頁。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頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時頻率變低。當(dāng)觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論。假設(shè)原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動速度為v，當(dāng)觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為(v+c)/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，則觀察到的波源頻率為(v-c)/λ。在無線移動通信中，當(dāng)移動臺移向基站時，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時，頻率變低，所以在移動通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。尤其是高速移動寬帶接入網(wǎng)絡(luò)(如IEEE

802.20)必須考慮多普勒效應(yīng)。YHZ第十六頁，共22頁。第十六頁，共22頁。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻(SpreadSpectrum，SS)是一種重要的通信技術(shù)，可用于傳輸模擬和數(shù)字信息。基本思想是將攜帶信息的信號擴(kuò)展到較寬的帶寬中，以加大干擾和竊聽的難度。擴(kuò)頻的目的：對各種類型噪聲和多徑失真具有免疫性。用于隱藏和加密信號。多個用戶可以共用同一頻帶（CDMA）。提供測距能力。兩種擴(kuò)頻技術(shù)：跳頻(frequencyhopping)

直接序列(directsequence)。YHZ第十七頁，共22頁。第十七頁，共22頁。擴(kuò)頻系統(tǒng)的一般模型YHZ第十八頁，共22頁。第十八頁，共22頁。直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(directsequencespreadspectrum，DSSS)，原始信號中的每一個位在傳輸信號中以多個位表示，此技術(shù)使用了擴(kuò)展編碼(spreadingcode)。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)。YHZ第十九頁，共22頁。第十九頁，共22頁。直接序列擴(kuò)頻示意YHZ第二十頁，共22頁。第二十頁，共22頁。MIMOMIMO指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間和時間分集的技術(shù)，利用多天線來抑制信道衰落。YHZ第二十一頁，共22頁。第二十一