第2讲无线传输技术基础优秀PPT.ppt
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1、第2讲无线传输技术基础现在学习的是第1页,共87页内容提要v 本章主要介绍了无线网络中的各种传输媒各种传输媒体、传输方式、传输系统中的损伤与衰退和体、传输方式、传输系统中的损伤与衰退和信息编码技术信息编码技术等内容,学生应该掌握无线网络传输系统的相关知识,了解影响无线网络信息传输的各种因素,信息处理技术,并结合实际的应用来加深对理论知识的掌握,网络传输媒体和传输中的损伤、衰退及信号编码技术是学生应重点掌握的。现在学习的是第2页,共87页内容提要21 无线传输媒体无线传输媒体(重点)(重点)22 天线天线23 传播方式传播方式24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤(重点)(重点)25 移
2、动环境中的衰退移动环境中的衰退26 多普勒效应多普勒效应27 信号编码技术信号编码技术(重点)(重点)28 扩频技术扩频技术29 差错控制技术差错控制技术现在学习的是第3页,共87页21 无线传输媒体 v传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。(空气)(空气)v传输媒体可分为导向的导向的(guided)和非导向的和非导向的(unguided)两类。两类。对导向媒体而言,电磁波被引导沿某一固定媒体前进,例如双绞线、同轴电缆和光纤。非导向媒体的例子是大气和外层空间,它们提供了传输电磁波信号的手段,但不引导它们的传播方向,这种传输形式通常称为无无线传播线传播(wireless tran
3、smission)无线通信和无线网络则使用非导向传输介质,包括无线电、微无线电、微波、红外线、毫米波、光波等。波、红外线、毫米波、光波等。现在学习的是第4页,共87页v数据传输的特性以及传输质量取决于数据传输的特性以及传输质量取决于传输媒传输媒体的性质和传输信号的特性。体的性质和传输信号的特性。v非导向传输媒体:信号带宽比媒体本身更为非导向传输媒体:信号带宽比媒体本身更为重要。重要。v低频信号是全向的;低频信号是全向的;v频率较高时,信号形成有向波束。频率较高时,信号形成有向波束。21 无线传输媒体 现在学习的是第5页,共87页无线电频谱v无线电频谱特点有限性排它性复用性非耗尽性传播性易干扰性
4、 现在学习的是第6页,共87页v无线电管理部门联邦通信委员会(FCC)FCC是美国专门负责管理其国内及对外有线、无线和电视通信业务的行政决策机构,管理无线电广播、电视、电信、卫星和电缆等业务,协调国内和国际通信,涉及美国各州及所属地区。中国无线电管理局 我国的专业无线电管理部门,依据中华人民共和国无线电管理条例等法律法规,负责无线电管理。现在学习的是第7页,共87页v无线电频谱的划分 根据无线电波传播及使用的特点,国际上将无线电波频谱划分为12个频段。值得一提的是ISM(Industrial Scientific Medical,工业科学医疗)频段,即即2.42.4835GHz主要开放给这三类
5、机构使用,该频段是依据FCC的定义,无需许可证授权,属无需许可证授权,属于免费使用于免费使用。只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W),并且不要对其它频段造成干扰即可。现在学习的是第8页,共87页固定通信移动通信空间研究空间运行地球勘察空间研究固定通信移动通信无线电爱好者广播卫星移动通信无线电定位无线电爱好者固定通信移动通信无线电测定卫星移动卫星广播卫星固定通信无线电天文观察空间研究地球勘探卫星航空无线电导航气象服务无线电定位2.22.32.42.52.72.9GHzFCC在2.4GHz的ISM波段上的频谱分配现在学习的是第9页,共87页电信用的电磁波频谱 现在学习的是第10页,共87页常用的
6、无线电波波段划分波段名称波长范围(m)频段名称频率范围超长波长波中波短波1,000,00010,00010,0001,0001,00010010010甚低频低频中频高频330KHz30300KHz3003,000KHz330MHz超短波米波分米波厘米波毫米波10110.10.10.010.010.001甚高频特高频超高频极高频30300MHz3003,000MHz330GHz30300GHz现在学习的是第11页,共87页感兴趣的3个频段v微波微波:1GHz100GHz,可实现高方向性的波束,而且非常适用于点对点的传输,也可用于卫星通信。v无线电广播频段无线电广播频段:30MHz1GHz,适用于
7、全向应用。v红外线频谱段红外线频谱段:31011Hz21014Hz,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。现在学习的是第12页,共87页211 地面微波 v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地面接力站中继。v用于建筑物之间的点对点线路。v常见的用于传输的频率范围为2GHz40GHz。频率越高,可能的带宽就越宽,因此可能的数据传输速率也就越高。现在学习的是第13页,共87页典型的数字微波性能 波段/GHz带宽/MHz数据率/Mb/s271263090114013518220274现在学习的是第14页,共87页v微波传
8、输的主要损耗来源于衰减衰减。v微波(以及无线电广播频段)的损耗公式损耗公式v d:距离,波长,v微波的损耗随距离的平方而变化 v损伤的另一个原因是干扰,随着微波应用的不断增多,传输区域重叠,干扰始终是一个威胁。因此,频带的分配需要严格控制。地面微波现在学习的是第15页,共87页地面微波v长途电信系统最常用的频段位于:4GHz6GHz,现在新开通了11GHz频段。v频率越高衰减越大,较高的微波频率对长途传输没有什么用处,但却非常适用于近距离传输。v频率越高,使用的天线就越小、越便宜。现在学习的是第16页,共87页v地面微波通信通常在视距范围内进行,收发双方地面微波通信通常在视距范围内进行,收发双
9、方一般为两个互相对准方向的抛物面天线。一般为两个互相对准方向的抛物面天线。现在学习的是第17页,共87页地面微波通信的优点地面微波通信的优点容量大容量大质量高质量高成本低成本低地面微波通信的缺点地面微波通信的缺点易失真易失真易受环境影响易受环境影响安全保密性差安全保密性差维护成本维护成本 现在学习的是第18页,共87页212 卫星微波卫星微波v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。v卫星使用上下行两个频段上下行两个频段: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。v卫星主要应用:电视广播、
10、长途电话传输和个人用商业网络 现在学习的是第19页,共87页卫星微波卫星微波v卫星传输的最佳频率范围为1GHz10GHz。v特点卫星通信距离远,一个地面站发送到另一个地面站接收,约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面,也带来一系列问题。卫星微波是广播设施,许多站点可以向卫星发送信息,同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。现在学习的是第20页,共87页v卫星的频带范围:4/6GHz,最佳频带范围 上行:5.925GHz6.425GHz 下行:3.7GHz4.2GHzv新出现:12/14GHzv计划使用:20/30GHz卫星微波卫星微波现在学习的是第21页,共87页卫星微波通信的优点:卫星
11、微波通信的优点:范围大、距离远;不易受地面灾害影范围大、距离远;不易受地面灾害影响;建设快,通信费用和距离无关;易实响;建设快,通信费用和距离无关;易实现广播和多址通信。现广播和多址通信。卫星微波通信的不足:卫星微波通信的不足:信号传输有时延,天线受太阳噪声影信号传输有时延,天线受太阳噪声影响,安全保密性较差,卫星本身造价高,响,安全保密性较差,卫星本身造价高,等等。等等。现在学习的是第22页,共87页213 广播无线电波广播无线电波 v广播无线电波是全向性的全向性的,不要求使用碟形天线,天线也无须严格地安装到一个精确地校准位置上。v无线电波(Radio)是笼统术语,频率范围为3KHz300G
12、Hz。v非正式术语广播无线电波(broadcast radio)包括VHF频段和部分的UHF频段:30MHz1GHz。现在学习的是第23页,共87页v30MHz1GHz的频带范围是广播通信的有效频段。v电离层对高于30MHz的无线电波是透明的。v广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径多路径干扰干扰。现在学习的是第24页,共87页214 红外线红外线 v红外线通信是以红外线为载体进行数据传输的通信方式;红外线传输不能超过视线范围,不能超过视线范围,距离短距离短v红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。v红外线不需要频率分配许可。现在学习的是第25页,共87
13、页红外线通信特点:红外线通信特点:红外线通信使用收发器调制出互不相干红外线通信使用收发器调制出互不相干的红外线,就可实现通信;的红外线,就可实现通信;红外线通信不易被发现和截获,保密性红外线通信不易被发现和截获,保密性强;强;红外线通信几乎不受电磁、人为干扰,红外线通信几乎不受电磁、人为干扰,抗干扰性强;抗干扰性强;红外线通信机体积小、重量轻、结构简红外线通信机体积小、重量轻、结构简单、价格低廉。单、价格低廉。现在学习的是第26页,共87页笔记本电脑进行红外线通信 现在学习的是第27页,共87页215 光波 v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。v提供非常高的带宽,成本也
14、很低,相对容易安装,而且与微波不同,不要求FCC许可。v激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点,不易瞄准。v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。现在学习的是第28页,共87页22 天线天线 天线是实现无线传输最基本的设备天线是实现无线传输最基本的设备。天线可看作一条电子导线或导线系统,该导线系统或用于将电磁能辐射辐射到太空或用于将太空中的电磁能收集收集起来。现在学习的是第29页,共87页天线 发送方先将信号通过馈线发送方先将信号通过馈线(电缆电缆)输送到输送到天线,再以电磁波形式辐射出去天线,再以电磁波形式辐射出去 接收方在电磁波到达后,由天线吸收下接收方在电
15、磁波到达后,由天线吸收下来来(仅接收极小一部分功率仅接收极小一部分功率),通过馈线送,通过馈线送至无线电接收机。至无线电接收机。天线的型号、增益、方向图、驱动功率、天线的型号、增益、方向图、驱动功率、极化极化等都是影响通信系统性能的因素之一等都是影响通信系统性能的因素之一现在学习的是第30页,共87页221 辐射模式辐射模式 一个天线辐射出去的功率是一个天线辐射出去的功率是全方位的全方位的,然而并非在所,然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相等的。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描述天线性能特性的常用方法是辐射模式辐射模式,它是,它是作为空间协同函数的天线的辐射属性
16、的图形化表示。作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。各向同性天线(全向天线)的辐射模式是以天线各向同性天线(全向天线)的辐射模式是以天线为中心的一个球体。为中心的一个球体。现在学习的是第31页,共87页理想的辐射模式 与天线位置的相对距离决定相对功率。与天线位置的相对距离决定相对功率。B方向功率强方向功率强现在学习的是第32页,共87页v天线的分类天线的分类按用途分按用途分 通信天线、电视天线、雷达天线等。通信天线、电视天线、雷达天线等。按工作频段分按工作频段分 短波天线、超短波天线、微波天线等短波天线、超短波天线、微波天线等按方向性分按方向性分 全向天线、定向天线等全向天线、定向天线
17、等按外形分按外形分 线状天线、面状天线等线状天线、面状天线等222 天线类型天线类型现在学习的是第33页,共87页222 天线类型天线类型v偶级天线v抛物反射天线现在学习的是第34页,共87页简单(偶级)天线 半波偶级天线由等长度的两个在同一半波偶级天线由等长度的两个在同一直线上直线上 的导线组成。的导线组成。应用于汽车无线电或便携无线电应用于汽车无线电或便携无线电现在学习的是第35页,共87页偶级天线散射模式 天线的主要强度天线的主要强度在在x方向上方向上现在学习的是第36页,共87页抛物线反射天线 通常用于地面微波和卫星。天线的直径越大,波束更加密集地定向。通常用于地面微波和卫星。天线的直
18、径越大,波束更加密集地定向。焦点焦点现在学习的是第37页,共87页223 天线增益 天线增益天线增益(antenna gain)是天线定向性的度量。是天线定向性的度量。与由理论的全向天线(各向同性天线)在各个方向所产生的输出相比,天线增益定义为在一特定方向上的功率输出。天线增益主要是为了定向性。天线增益主要是为了定向性。天线增益与有效面积的关系:天线的有效面积,天线的有效面积,f:载波频率,:载波频率,c:光速:光速现在学习的是第38页,共87页v天线的主要指标天线的主要指标天线增益天线增益方向图方向图极化极化其它技术指标其它技术指标电压驻波比、端口隔离度、回波损耗、无源电压驻波比、端口隔离度
19、、回波损耗、无源互调等互调等 现在学习的是第39页,共87页23 传播方式传播方式v由天线辐射出去的信号以三种方式传播:地波地波(ground wave):地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行,且可传播相当远的距离,较好地跨越可视 的地平线 天波天波(sky wave):天波信号可以通过多个跳跃,在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行 直线直线LOS(line of sight):当要传播的信号频率在30MHz以上时,天波与地波的传播方式均无法工作,通信必须用直线方式。现在学习的是第40页,共87页无线传播类型现在学习的是第41页,共87页地波传播v地波传播频带:达到2MHz,不能穿透大气层v形
20、成原因:电磁波在地球表面产生的电流;衍射,传播过程中的障碍物形成。v应用:调幅(AM)无线电现在学习的是第42页,共87页天波传播v应用:天线电业余爱好者,民用波段无线电,国际广播v形成方式:被电离层和地球表面层反射,产生折射现在学习的是第43页,共87页直线传播v频率:30MHz以上,不会被电离层反射v直线传播过程中形成折射(refraction)现象,由于传输媒介的密度不同的原因。现在学习的是第44页,共87页讨论v 根据电磁波频谱,分析电磁波中各频率根据电磁波频谱,分析电磁波中各频率波段的特点,并列出相关的应用。波段的特点,并列出相关的应用。现在学习的是第45页,共87页24 直线传输系
21、统中的损伤直线传输系统中的损伤直线传输系统中主要的损伤:v衰减和衰减失真衰减和衰减失真(attenuation and attenuation distortion)v自由空间损耗自由空间损耗(free space loss)v噪声噪声(noise)v大气吸收大气吸收(atmospheric absorption)v多径多径(multi path)v折射折射(refraction)现在学习的是第46页,共87页24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤v衰减:衰减:指信号强度随所跨越的任一传输介质的距离而下指信号强度随所跨越的任一传输介质的距离而下降,无线介质中的衰减是一个更复杂的距离函数
22、。降,无线介质中的衰减是一个更复杂的距离函数。v衰减表示为一个指数值,表示为每单位距离一个固定的衰减表示为一个指数值,表示为每单位距离一个固定的分贝数。分贝数。v衰减失真衰减失真:高频下的衰减引起的失真。:高频下的衰减引起的失真。v自由空间损耗:自由空间损耗:信号随距离增加会在越来越大的面信号随距离增加会在越来越大的面积范围内散布,该衰减称自由空间损耗,可表示为积范围内散布,该衰减称自由空间损耗,可表示为发射功率与天线的接收功率之比。发射功率与天线的接收功率之比。现在学习的是第47页,共87页v噪声噪声热噪声热噪声 由电子热扰动产生,存在于所有电子设备和传输介由电子热扰动产生,存在于所有电子设
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