2 无线传输技术基础

第二章无线传输技术基础掌握常见的无线传输媒体及其特性认识天线的辐射模式与常见类型了解直线传输系统中的信号损伤了解移动环境中的衰退原因了解多普勒效应解扩频技术的基本原理与使用原因了解常用的差错控制技术YHZ无线网络技术2感兴趣的无线传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电无线电广播频段：30MHz～1GHz。微波：1GHz~100GHz。红外线频谱段：3×1011Hz～2×1014Hz。YHZ无线网络技术3广播无线电波广播无线电波：30MHz～1GHz)主要特点：全向性的，适用于全向性应用。电离层对其透明，不能使用天波传播，局限于视距范围。不受大气层发射的影响，下雨的影响也不大。损伤的主要来源是多路径干扰。YHZ无线网络技术4红外线频谱段：3×1011Hz～2×1014Hz主要特点：红外线传输不能超过视线范围，距离短，适于本地应用，在有限的区域(如一个房间)内对于局部的点对点及多点应用非常有用。红外线传输无法穿透墙体，安全性和干扰问题不大。红外线不需要频率分配许可。红外通信YHZ无线网络技术5(非导向)光波频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波。提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，不需要频率分配许可。激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳的热量是气流上升也会激光束产生偏差。应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LANYHZ无线网络技术6微波频段：1GHz~100GHz，可实现高方向性的波束，非常适用于点对点的传输，也可用于卫星通信频率越高，可能的带宽越宽，可能的传输速度越高，使用的天线就越小、越便宜，衰减越大。微波会受到干扰，因此频带的分配需要严格分配。微波的两种应用形式：地面微波卫星YHZ无线网络技术7地面微波地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继。常见的用于传输的频率范围为2GHz～40GHz。地面微波通信的优点：容量大，质量高，建设成本低。地面微波通信的缺点：易失真，易受环境影响（如下雨），安全保密性差，维护成本高。两个地面站之间传送距离：50-100km地球YHZ无线网络技术8卫星微波通信卫星实际上一个微波接力站，用于将两个或多个称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。卫星使用上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行)上将其发送出去。卫星传输的最佳频率范围为1GHz～10GHz。卫星微波通信的优点：范围大、距离远；不易受地面灾害影响；建设快，通信费用和距离无关；易实现广播和多址通信。卫星微波通信的不足：信号传输有时延(约有1/4s传播延迟)，天线受太阳噪声影响，安全保密性较差，卫星本身造价高.卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络YHZ无线网络技术9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卫星通信示意图YHZ无线网络技术10Blahblahblahblah•把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...•收集无线电波并产生电信号天线YHZ无线网络技术11天线的分类按用途分通信天线电视天线雷达天线等按工作频段分短波天线超短波天线微波天线等按方向性分全向天线定向天线等按外形分线状天线面状天线等YHZ无线网络技术12天线的辐射模式天线辐射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相等的。描述天线性能特性的常用方法是辐射模式，它是作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。YHZ无线网络技术13几种天线加长型板状天线栅状抛物面天线八木定向天线室内吸顶天线YHZ无线网络技术14无线传播类型YHZ无线网络技术15直线传输系统中的损伤衰减和衰减失真(attenuationandattenuationdistortion)自由空间损耗(freespaceloss)噪声(noise)大气吸收(atmosphericabsorption)多径(multipath)折射(refraction)YHZ无线网络技术16移动环境中的衰退多径（反射、散射和衍射）干扰是信号损伤的一种重要来源。在移动环境中，随着天线的移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，使用过滤多径效果更加困难。反射(R)散射(S)衍射(D)YHZ无线网络技术17多普勒效应多普勒效应是为纪念ChristianDoppler而命名的。多普勒效应指出：波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v，当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为(v-c)/λ。在无线移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以在移动通信中要充分考虑多普勒效应。尤其是高速移动宽带接入网络(如IEEE802.20)必须考虑多普勒效应。YHZ无线网络技术18扩频技术扩频(SpreadSpectrum，SS)是一种重要的通信技术，可用于传输模拟和数字信息。基本思想是将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中，以加大干扰和窃听的难度。扩频的目的：对各种类型噪声和多径失真具有免疫性。用于隐藏和加密信号。多个用户可以共用同一频带（CDMA）。提供测距能力。两种扩频技术：跳频(frequencyhopping)直接序列(directsequence)。YHZ无线网络技术19扩频系统的一般模型输出数据输入数据信道编码器调制器信道解调器信道解码器伪随机序列生成器扩展码伪随机序列生成器扩展码YHZ无线网络技术20直接序列扩频直接序列扩频(directsequencespreadspectrum，DSSS)，原始信号中的每一个位在传输信号中以多个位表示，此技术使用了扩展编码(spreadingcode)。码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)是一种基于DSSS的具有扩频功能的多路技术。调制器(BPSK)伪随机数生成源sd(t)c(t)二进制数据s(t)扩频信号DS扩频器(a)发送器解调器(BPSK)伪随机数生成源sd(t)c(t)二进制数据s(t)扩频信号DS解扩频器(b)接收器YHZ无线网络技术21基带数据载波窄带调制波形伪随机序列扩谱后波形(a)(b)直扩信号伪随机序列解扩后的波形本地载波低通后信号直接序列扩频示意YHZ无线网络技术22MIMOMIMO指利用多发射、多接收天线进行空间和时间分集的技术，利用多天线来抑制信道衰落。发送机接收机S1S2SnR1R2Rn信道HYHZ无线网络技术23三种差错控制技术差错检测码(errordetectioncode)差错纠错码(errorcorrectioncode)，也称为前向纠错FEC(forwarderrorcorrection)码自动重发请求ARQ(automaticrepeatrequest)协议。