无线传输设备维护(无线传输知识)

1、东 北 石 油 大 学东 北 石 油 大 学132东 北 石 油 大 学1.1 无线传输媒体无线传输媒体1.2 无线电波传输方式无线电波传输方式1.3 无线电传播中的各种损耗无线电传播中的各种损耗第第1讲讲 无线传输技术基础无线传输技术基础东 北 石 油 大 学1.1 无线传输媒体无线传输媒体 q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物理路径。（空气）（空气）q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

2、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线传播无线传播(wireless transmission) 无线通信和无线网络则使用非导向传输介质，包括无线无线电、微波、红外线、毫米波、光波等。电、微波、红外线、毫米波、光波等。 东 北 石 油 大 学q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。q天线发射的信号有个重要的属性是方向性q低频信号是全向的；低频信号是全向的；q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。1.1 无线传输媒体无线传输媒体 东 北 石 油 大 学q无线电频

3、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。东 北 石 油 大 学电信用的电磁波频谱电信用的电磁波频谱 东 北 石 油 大 学常用的无线电波波段划分常用的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东 北 石 油 大

4、 学感兴趣的感兴趣的3个频段个频段q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。q无线电广播频段无线电广播频段：30MHz1GHz，适用于全向应用。q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。 东 北 石 油 大 学1.1.1 地面微波地面微波 q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。q q用于建筑物之间的点对点线路。 q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

5、此可能的数据传输速率也就越高。 东 北 石 油 大 学典型的数字微波性能典型的数字微波性能 波段波段/GHz带宽带宽/MHz数据率数据率/Mb/s271263090114013518220274东 北 石 油 大 学q微波传输的主要损耗来源于衰减衰减。q微波(以及无线电广播频段)的损耗公式损耗公式q d:距离， 波长，q微波的损耗随距离的平方而变化 q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。 地面微波地面微波dL42lg10东 北 石 油 大 学地面微波地面微波q长途电信系统最常用的频段位于：4GHz6GHz，现在新开通了

6、11GHz频段。q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。q频率越高，使用的天线就越小、越便宜。 东 北 石 油 大 学q地面微波通信通常在视距范围内进行，收发双地面微波通信通常在视距范围内进行，收发双方一般为两个互相对准方向的抛物面天线。方一般为两个互相对准方向的抛物面天线。 地面微波通信的优点容量大质量高成本低地面微波通信的缺点易失真易受环境影响安全保密性差维护成本东 北 石 油 大 学1.1.2 卫星微波卫星微波q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。q卫星使用上下行两个频段上下行两个频

7、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。 q卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络 东 北 石 油 大 学卫星微波卫星微波q卫星传输的最佳频率范围为1GHz10GHz。q卫星的频带范围： 4/6GHz，最佳频带范围 上行：5.925GHz6.425GHz 下行：3.7GHz4.2GHzq新出现：12/14GHzq计划使用：20/30GHz东 北 石 油 大 学卫星微波通信的优点：卫星微波通信的优点： 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

8、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。东 北 石 油 大 学1.1.3 广播无线电波广播无线电波 q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。q无线电波(Radio) 是笼统术语，频率范围为3KHz300GHz。q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。东 北 石 油 大 学1

9、.1.4 红外线红外线 q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不能超过视线范围，距离短范围，距离短q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。q红外线不需要频率分配许可。东 北 石 油 大 学笔记本电脑进行红外线通信 东 北 石 油 大 学1.1.5 光波光波 q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。q提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。q激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。q激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳的热量使气流上升也会使激光束产生偏差

10、。 东 北 石 油 大 学1.2 无线电磁波的传播方式无线电磁波的传播方式q电磁波的传播是一种能量传播模式。在传播过程中，电场和磁场是互相垂直的，同时两者又垂直于传播方向，通过电场和磁场的相互作用通过电场和磁场的相互作用，将能量传到远方。q就如水波传递一样，向四周传播并不断减弱。q不同之处（理想点源） 在三维空间以球面波的形式传播 传播介质不同，空气、障碍物、反射物东 北 石 油 大 学无线传播类型无线传播类型东 北 石 油 大 学直射波及地面反射波（最一般的传播形式）基本原理传播途径基本原理传播途径无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：地表面波，直射波或反射波。就电波传播而言，发射

11、机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。 一种是直射波；另一种方式是地面反射波。多径效应山体绕射波（阴影区域信号来源）绕射波是建筑物内部等阴影区域信号的主要电波来源。绕射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。东 北 石 油 大 学对流层反射波（传播具有很大的随机性）电离层反射波（超视距通讯途径）基本原理传播途径基本原理传播途径对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。对对流层方式应用于波长小于流层方式应用于波长小于1010米（即频率大米（即频率大于于30MHz30MHz）的无线通信中）的无线通信中。电离层反射传播

12、：当电波波长小于当电波波长小于1 1米（频米（频率大于率大于300MHz300MHz）时，电离层是反射体（反）时，电离层是反射体（反射折射与波长的关系）射折射与波长的关系）。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，因此这种传播用于长距离通信。东 北 石 油 大 学基本原理传播路径基本原理传播路径在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。这些经过不同传播路径到达接收机的信号将具有不同的幅度和相位，它们的合成效果将导致接收机收到的信号变得非常复杂移动台总是比基站天线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝

13、基站与移动台之间的通信是通过许多其他路径完成的。东 北 石 油 大 学基本原理传播路径基本原理传播路径东 北 石 油 大 学q电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素： 自然地形：高山、丘陵、平原、水域 人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况1.3 无线传播中的各种损耗无线传播中的各种损耗东 北 石 油 大 学RTTR地形分类地形分类q准平滑地形准平滑地形 表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形q不规则地形不规则地形 除了准平滑地形之外的其余地形，可 按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等东 北 石 油

14、大 学距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落信号衰落信号衰落慢衰落：慢衰落：由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落，又称为阴影衰落阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度快衰落：快衰落：合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 ，称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度随机衰落的振幅、相位、角度随机。东 北 石 油 大 学快衰落的类型快衰落的

15、类型q空间选择性衰落在不同地点，不同的传输路径，衰落特性不一样一般是由于物体反射形成q时间选择性衰落在不同时间衰落特性不一样主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成q频率选择性衰落在不同频率衰落特性不一样主要由宽带信号的时间色散引起东 北 石 油 大 学克服快衰落的手段分集技术克服快衰落的手段分集技术q空间选择性衰落空间分集：采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。分集天线水平距离大于12倍波长极化分集：两接收天线极化方向正交发射分集：克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起）

16、东 北 石 油 大 学克服快衰落的手段分集技术克服快衰落的手段分集技术q时间选择性衰落时间分集符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收技术q频率选择性衰落频率分集 GSM体制采用跳频、 CDMA体制采用扩频东 北 石 油 大 学分集接收合并技术分集接收合并技术q最大比合并在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加q等增益合并在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照相等的增益系数，同相相加q选择性合并在N个分集支路中选择具有最大信噪比的支路TxRxa1Rxa2Rx合并r1(t)r2(t)rM(t)r (t)aM1 12 21( )( )( ).( )( )MM Mk

17、kkr ta r ta r ta rta r t东 北 石 油 大 学qDoppler效应的例子：火车经过你的身边f1f2f3V(km/h)V：移动台速度：信号到达角度Doppler频移频移l移动通信中的Doppler频移东 北 石 油 大 学T TR R绕射损耗绕射损耗q 电磁波在绕射点四处扩散q 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向q 扩散损耗最为严重q 计算公式复杂，随不同绕射常数变化 在分析山区或者城市中摩天大楼密布的密集市区的传输损耗时，通常还要分析绕射损耗和穿透损耗。 障碍物高度必须同传播波长比较。同一障碍物高度对长波长产生的绕射损耗小于短波长。东 北 石 油 大 学 0 0 0 0dD

18、w1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗穿透损耗=X-W=B dB电磁波穿透墙体的反射和折射穿透损耗（穿透损耗（1）q 室内信号取决于建筑物的穿透损耗q 室内窗口处与室内中部信号差别较大q 建筑物材质对穿透损耗影响较大穿透损耗代表信号穿透建筑物的能力，穿透损耗代表信号穿透建筑物的能力，不同结构的建筑物对信号的影响非常不同结构的建筑物对信号的影响非常大。大。同一建筑物对长波长产生的穿透损耗大于短波长。电磁波的入射角也对穿透损耗影响较大。东 北 石 油 大 学T TR R穿透损耗（穿透损耗（2）q 物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：520dB楼层阻挡：20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡： 21