射频技术课件

WLAN射频技术理论和实践练习WLAN射频技术理论和实践练习内容 微波扩展频谱技术天线基础信号功率和传播链路计算公式多路径内容 微波无线的类型红外线窄带扩展频谱直序扩展频谱跳频扩展频谱无线的类型红外线微波适用于空间传输的无线电波是一种电磁波，其传输速度等于光速（3＊108米/秒）

无线电波段划分表分米波、厘米波、毫米波统称为微波，其波长小于1米。

l=波长=c/ff=2.4GHzl=12.5cm利用微波作为传输媒介的通信方式称为微波通信。微波适用于空间传输的无线电波是一种电磁波，其传输速度等于光速扩展频谱通信基本概念: 是一种信息传输方式，发射信号的占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽频带的展宽是通过扩展功能(编码及调制)来实现的，与所传信息数据无关，并只有发射器和接收器知道在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据扩展频谱通信基本概念: 扩展频谱和窄带调制扩展频谱和窄带调制扩展频谱的优势(1)在同样的频率范围内不干扰其它信号带.(2)对在同一频率范围内其它信号产生的干扰具有免疫性(扩频和窄带).(3)很难被截获(1)+(2)=>不用对频率做任何政策性的规定，扩频系统就可以在同一地理位置内共存多个系统.免许可证.对共存系统的限制很小.(2)=>

防止拥塞扩展频谱的优势(1)在同样的频率范围内不干扰其它信号带.直序扩展频谱可以看成下列的两个过程:a.-数据被乘以一个高速数据序列，被称作“扩频编码”.这个序列用一组“chips”来表示每一特.b.-合成的信号调制到无线载波上直序扩频的效应数据比特信息由每一个“chip”携带(=冗余)如果噪声没有影响到所有的chips,信息就可以休复.系统重建数据的能力由下面的比值表示

Tbit/Tchip=ProcessGain(FCC规定PG>10)如果使用带特有特征的不同扩频序列，可以有多个系统在同一频率范围内共存.(这些序列非常长，需要很高的传宽)直序扩展频谱可以看成下列的两个过程:原始信号DirectSequencespreadingofinitialsignalPowerFreqPowerFreq直序扩展频谱(DSSS)原始信号DirectSequencespreading跳频扩展频谱(FHSS)可以看成下面的两个过程:a.-数据调制到无线载波上.b.-无线载波的中心频点在“扩展序列”的基础上被携带.跳频扩频的效应数据被所有的跳频点所携带.如果噪音没有影响到所有的跳频点，信息就可以被修复.在如果使用不同的跳频序列，就可以有多个系统在同一频率范围内共存.跳频扩展频谱(FHSS)可以看成下面的两个过程:跳频扩频(FHSS)传输信号扩展到一个很宽的频率范围内(2.4-2.4835MHz)发射时每秒钟50跳Freq.Timef1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6跳频扩频(FHSS)传输信号扩展到一个很宽的频率范围内(截取信号的机会很小拥塞和干扰的免疫性频率时间f1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6拥塞/干扰跳频扩频(FHSS)截取信号的机会很小频率时间f1f2f3f4f5f6f7t1

相似系统共存性没有远/近问题(共存系统的干扰)频率.时间f1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6跳频扩频(FHSS)相似系统共存性频率.时间f1f2f3f4f5f6f7t11.-系统共存性直扩-不能使用码分多址(CDMA)，因为它需要长的编码序列，这样就需要很高的传输速率.系统的共存是由分配不同的频率带宽而获得的.IEEE802.11将扩展带宽分为4段,允许4个不同的系统在同一范围内共存.跳频-系统必须使用不同的跳频序列.IEEE802.11定义了三组“几乎没有碰撞”的序列，每组有26种不同的跳频序列.然而,正确的使用只可以到达15个共存系统.跳频扩频和直序扩频1.-系统共存性跳频扩频和直序扩频2.-抗干扰性直序扩频系统接收干扰的电平值比跳频扩频的高.然而，如果干扰的强度比它可接收的强，直扩系统将根本不工作。而跳频系统使用没有被影响的跳频点继续工作.3.-远/近问题直扩系统受到高一级的干扰.一个直扩的接收器离一个干扰发射器的距离较其要接收信号的发生器的距离近的时候，将会遭受很强的干扰.(甚至完全瘫痪)跳频系统可以永远使用没被干扰的跳频点进行通讯.跳频扩频和直序扩频2.-抗干扰性跳频扩频和直序扩频4.-多路径

直扩系统使用高传输速率(短标识).在跳频系统中短标识比长标识对延时更敏感。正如跳频系统中使用的长标识，对延时的敏感程度较短标识好。5.-吞吐量直扩不间断传输.跳频花一些时间用来实现跳频和同步.在同样的空间传输速率的情况下，直扩系统可能比跳频系统的吞吐量要大一些.(BreezeCOM提供3Mbps速率的跳频系统,拥有比直扩系统更高的吞吐量!)跳频扩频和直序扩频跳频扩频和直序扩频6.-无线的综合性 直扩系统使用更复杂的无线电路，然而:

跳频射频部分相对便宜跳频需要消耗的功率低跳频射频需要更少的完成空间跳频扩频和直序扩频6.-无线的综合性跳频扩频和直序扩频无线信号传播发射器空间介质接收器发射天线接收天线待传信息(数据/语音)典型的无线系统图无线信号传播发射器空间介质接收器发射天线接收天线待传信息天线基础全向天线:

在所有水平方位上发射和接收都相等

(在垂直剖面图上有一个方向波形图).定向天线:在一个方向上发射和接收大部分的信号功率天线方向图(射线宽度):定向天线的方向性。发射主波瓣的两边信号功率下降一半时的夹角叫做射线宽度。天线基础全向天线:天线的波形图全向天线主波瓣边波瓣定向天线天线的波形图全向天线主波瓣边波瓣定向天线

进入天线的能量发射到整个空间。

一个接收器在所有空间所接收到的能量均为17dBm(50mW)。进入天线的能量发射到部分空间。

一个远离发射器的接收器在特定的瓣中接收的能量为17dBm，它相当于比各向同性分布的能量大得多。进入天线的能量发射到整个空间。进

对于同样的能量进入天线，一个非各向同性天线可将信号发射到更远的空间。

非各向同性天线用它们聚集能量的能力来，用天线增益来表示：

例如-一个3dBi增益的天线，辐射能量的范围在50%的空间。

结论-一个3dBi天线和17dBm的输入相当于(在有效区)一个各向同性天线接入20dBm，而事实上天线只辐射了17dBm，我们称之为EIRP辐射为20dBm天线增益

=dBi

非各向同性天线的柱(辐射)各向同性天线的柱(辐射)

对于同样的能量进入天线，一个非各向同性天线可将信号发射到更射频技术课件天线的征性极化方向:电磁波的振动方向。 垂直极化 水平极化天线的征性极化方向:电磁波的振动方向。各向同性天线:理论上的天线，以一个点为中心在所有方向上等量发射天线增益:天线的方向性并且和各向等向天线有关，用dBi表示。一个天线发射/接收

To/From球体的一半有3dBi的增益。天线特征各向同性天线:理论上的天线，以一个点为中心在所有方向上等功率:

PdBm=10LogPmW1Watt=30dBm100mW=20dBm50mW=17dBm衰减:AttdB=-10×Log(Pout/Pin)例： 功率的一半(Pout/Pin=1/2)

AttdB=-10×Log(1/2)=3dB

输入功率输出功率衰减

(电缆，介质...)信号功率功率:输入功率输出功率衰减信号功率EIRP(EffectiveIsotropicRadiatedPower):天线的等效发射功率。等于设备的输出功率减去电缆损失再加上发射天线的增益: EIRP=Pout-CL+Gt

接收灵敏度:

一定性能水平所需要的最小信号强度系统特征EIRP(EffectiveIsotropicRadi路径衰减:

信号在空间传播时信号功率的衰减。距离空间环境天线高度信号传播路径衰减:信号传播电磁波在空间传播时信号功率的衰减。

32.4+20xLogFmhz+20xLogRKm

在2.4GHz: 100+20LogD[km]

自由空间衰减电磁波在空间传播时信号功率的衰减。自由空间衰减距离(KM)衰减(dB615123.418125.220126自由空间衰减距离(KM)衰减可视可视:一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来。清晰可视

:从一个天线到另外一个天线之间没有实际的物体遮挡。净空:视觉可视和最近的障碍物之间的距离。Fresnel区:可视的圆周范围。可视可视:一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来。Fresnel半径ABR当有80%的第一Fresnel半径内没有障碍物，传输的衰减和自由空间的衰减相等。Fresnel半径ABR当有80%的第一Fresne在2.4GHz第一Fresnel区的半径为

0.176x距离的平方根例如:距离为2KM的点的净空半径为8mFresnel半径计算在2.4GHz第一Fresnel区的半径为Fres链路预算计算发射器Gt接收器接收器的信号接收强度为:Si=Pout-Ct+Gt-PL+Gr-Cr空间衰减GrSiCrPoutCt链路预算计算发射器Gt接收器接收器的信号接收强度为:空间衰例子一Pout=4dBm(2.5mW)Tx和Rx电缆长度=10米电缆类型RG214(0.6dB/米)Tx和Rx天线增益=18dBi两点之间的距离=3Km接收器的灵敏度:-84dBmEIRP=Pout-Ct+Gt=16dBmSi=4-6+18-110+18-6=-82dBm可以建立起链路吗??例子一Pout=4dBm(2.5mW)例子二Pout=17dBm(50mW)Tx和Rx电缆长度=50ft.电缆类型RG-8(9dB/100ft)Tx和Rx天线增益=24dBi两点之间的距离=5英里接收器的灵敏度=-83dBmEIRP=Pout-Ct+Gt=36dBmSi=36-118+19=-63dBm可以建立链路吗??例子二Pout=17dBm(50mW)由于饶射，散射，反射，吸收等原因信号将会造成信号衰减和失真。反射信号将通过不同的路径到达接收端，而这些信号将具有不同的路径长度，不同衰减和不同的延时。多路径由于饶射，散射，反射，吸收等原多路径障碍物(如，建筑物)障碍物(如,地面)

Tx反射器

Rx接收器反射波可能会对直射波产生衰减也可能会增强直射号多路径接收障碍物(如，建筑物)障碍物(如,地面)Tx反射器衰减当直射波和反射波的路径不同而造成半个波长倍数的延迟时(相位相反)，将使信号抵销掉。衰减余量：系统接收信号时必须在接收灵敏度以上有一定的余量衰减当直射波和反射波的路径不同而造成半个波长倍数的延迟时(相天气(雨和风..)雨:大雨降水量(150mm/h):0.02dB/Km@2.4GHz.雪和冰雹:衰减可以忽略不计噪音(干扰，人造噪音）同样的系统微波炉环境(多路径,不可视）引起衰减的原因：天气(雨和风..)引起衰减的原因：可视效果不好:Fresnel半径内不是完全干净.多路径:从遮挡物反射(如，地面，建筑物)，可能造成对信号的衰减到达20dB!!!最小多路径效应:

使用方向性强的天线.

使用天线分集技术.由环境引起的衰减可视效果不好:Fresnel半径内不是完全干净.由环境引起考虑对于点对点的应用最重要的参数是可视和干净的空间.合适的衰减余量计算确保可靠的连接.天线的选择依据预计的多路径和干扰来选择

考虑对于点对点的应用最重要的参数是可视和干净的空间.谢谢欣赏THANKYOUFORWATCHING谢谢欣赏THANKYOUFORWATCHINGWLAN射频技术理论和实践练习WLAN射频技术理论和实践练习内容 微波扩展频谱技术天线基础信号功率和传播链路计算公式多路径内容 微波无线的类型红外线窄带扩展频谱直序扩展频谱跳频扩展频谱无线的类型红外线微波适用于空间传输的无线电波是一种电磁波，其传输速度等于光速（3＊108米/秒）

无线电波段划分表分米波、厘米波、毫米波统称为微波，其波长小于1米。

l=波长=c/ff=2.4GHzl=12.5cm利用微波作为传输媒介的通信方式称为微波通信。微波适用于空间传输的无线电波是一种电磁波，其传输速度等于光速扩展频谱通信基本概念: 是一种信息传输方式，发射信号的占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽频带的展宽是通过扩展功能(编码及调制)来实现的，与所传信息数据无关，并只有发射器和接收器知道在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据扩展频谱通信基本概念: 扩展频谱和窄带调制扩展频谱和窄带调制扩展频谱的优势(1)在同样的频率范围内不干扰其它信号带.(2)对在同一频率范围内其它信号产生的干扰具有免疫性(扩频和窄带).(3)很难被截获(1)+(2)=>不用对频率做任何政策性的规定，扩频系统就可以在同一地理位置内共存多个系统.免许可证.对共存系统的限制很小.(2)=>

防止拥塞扩展频谱的优势(1)在同样的频率范围内不干扰其它信号带.直序扩展频谱可以看成下列的两个过程:a.-数据被乘以一个高速数据序列，被称作“扩频编码”.这个序列用一组“chips”来表示每一特.b.-合成的信号调制到无线载波上直序扩频的效应数据比特信息由每一个“chip”携带(=冗余)如果噪声没有影响到所有的chips,信息就可以休复.系统重建数据的能力由下面的比值表示

Tbit/Tchip=ProcessGain(FCC规定PG>10)如果使用带特有特征的不同扩频序列，可以有多个系统在同一频率范围内共存.(这些序列非常长，需要很高的传宽)直序扩展频谱可以看成下列的两个过程:原始信号DirectSequencespreadingofinitialsignalPowerFreqPowerFreq直序扩展频谱(DSSS)原始信号DirectSequencespreading跳频扩展频谱(FHSS)可以看成下面的两个过程:a.-数据调制到无线载波上.b.-无线载波的中心频点在“扩展序列”的基础上被携带.跳频扩频的效应数据被所有的跳频点所携带.如果噪音没有影响到所有的跳频点，信息就可以被修复.在如果使用不同的跳频序列，就可以有多个系统在同一频率范围内共存.跳频扩展频谱(FHSS)可以看成下面的两个过程:跳频扩频(FHSS)传输信号扩展到一个很宽的频率范围内(2.4-2.4835MHz)发射时每秒钟50跳Freq.Timef1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6跳频扩频(FHSS)传输信号扩展到一个很宽的频率范围内(截取信号的机会很小拥塞和干扰的免疫性频率时间f1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6拥塞/干扰跳频扩频(FHSS)截取信号的机会很小频率时间f1f2f3f4f5f6f7t1

相似系统共存性没有远/近问题(共存系统的干扰)频率.时间f1f2f3f4f5f6f7t1t2t3t4t5t6跳频扩频(FHSS)相似系统共存性频率.时间f1f2f3f4f5f6f7t11.-系统共存性直扩-不能使用码分多址(CDMA)，因为它需要长的编码序列，这样就需要很高的传输速率.系统的共存是由分配不同的频率带宽而获得的.IEEE802.11将扩展带宽分为4段,允许4个不同的系统在同一范围内共存.跳频-系统必须使用不同的跳频序列.IEEE802.11定义了三组“几乎没有碰撞”的序列，每组有26种不同的跳频序列.然而,正确的使用只可以到达15个共存系统.跳频扩频和直序扩频1.-系统共存性跳频扩频和直序扩频2.-抗干扰性直序扩频系统接收干扰的电平值比跳频扩频的高.然而，如果干扰的强度比它可接收的强，直扩系统将根本不工作。而跳频系统使用没有被影响的跳频点继续工作.3.-远/近问题直扩系统受到高一级的干扰.一个直扩的接收器离一个干扰发射器的距离较其要接收信号的发生器的距离近的时候，将会遭受很强的干扰.(甚至完全瘫痪)跳频系统可以永远使用没被干扰的跳频点进行通讯.跳频扩频和直序扩频2.-抗干扰性跳频扩频和直序扩频4.-多路径

直扩系统使用高传输速率(短标识).在跳频系统中短标识比长标识对延时更敏感。正如跳频系统中使用的长标识，对延时的敏感程度较短标识好。5.-吞吐量直扩不间断传输.跳频花一些时间用来实现跳频和同步.在同样的空间传输速率的情况下，直扩系统可能比跳频系统的吞吐量要大一些.(BreezeCOM提供3Mbps速率的跳频系统,拥有比直扩系统更高的吞吐量!)跳频扩频和直序扩频跳频扩频和直序扩频6.-无线的综合性 直扩系统使用更复杂的无线电路，然而:

跳频射频部分相对便宜跳频需要消耗的功率低跳频射频需要更少的完成空间跳频扩频和直序扩频6.-无线的综合性跳频扩频和直序扩频无线信号传播发射器空间介质接收器发射天线接收天线待传信息(数据/语音)典型的无线系统图无线信号传播发射器空间介质接收器发射天线接收天线待传信息天线基础全向天线:

在所有水平方位上发射和接收都相等

(在垂直剖面图上有一个方向波形图).定向天线:在一个方向上发射和接收大部分的信号功率天线方向图(射线宽度):定向天线的方向性。发射主波瓣的两边信号功率下降一半时的夹角叫做射线宽度。天线基础全向天线:天线的波形图全向天线主波瓣边波瓣定向天线天线的波形图全向天线主波瓣边波瓣定向天线

进入天线的能量发射到整个空间。

一个接收器在所有空间所接收到的能量均为17dBm(50mW)。进入天线的能量发射到部分空间。

一个远离发射器的接收器在特定的瓣中接收的能量为17dBm，它相当于比各向同性分布的能量大得多。进入天线的能量发射到整个空间。进

对于同样的能量进入天线，一个非各向同性天线可将信号发射到更远的空间。

非各向同性天线用它们聚集能量的能力来，用天线增益来表示：

例如-一个3dBi增益的天线，辐射能量的范围在50%的空间。

结论-一个3dBi天线和17dBm的输入相当于(在有效区)一个各向同性天线接入20dBm，而事实上天线只辐射了17dBm，我们称之为EIRP辐射为20dBm天线增益

=dBi

非各向同性天线的柱(辐射)各向同性天线的柱(辐射)

对于同样的能量进入天线，一个非各向同性天线可将信号发射到更射频技术课件天线的征性极化方向:电磁波的振动方向。 垂直极化 水平极化天线的征性极化方向:电磁波的振动方向。各向同性天线:理论上的天线，以一个点为中心在所有方向上等量发射天线增益:天线的方向性并且和各向等向天线有关，用dBi表示。一个天线发射/接收

To/From球体的一半有3dBi的增益。天线特征各向同性天线:理论上的天线，以一个点为中心在所有方向上等功率:

PdBm=10LogPmW1Watt=30dBm100mW=20dBm50mW=17dBm衰减:AttdB=-10×Log(Pout/Pin)例： 功率的一半(Pout/Pin=1/2)

AttdB=-10×Log(1/2)=3dB

输入功率输出功率衰减

(电缆，介质...)信号功率功率:输入功率输出功率衰减信号功率EIRP(EffectiveIsotropicRadiatedPower):天线的等效发射功率。等于设备的输出功率减去电缆损失再加上发射天线的增益: EIRP=Pout-CL+Gt

接收灵敏度:

一定性能水平所需要的最小信号强度系统特征EIRP(EffectiveIsotropicRadi路径衰减:

信号在空间传播时信号功率的衰减。距离空间环境天线高度信号传播路径衰减:信号传播电磁波在空间传播时信号功率的衰减。

32.4+20xLogFmhz+20xLogRKm

在2.4GHz: 100+20LogD[km]

自由空间衰减电磁波在空间传播时信号功率的衰减。自由空间衰减距离(KM)衰减(dB615123.418125.220126自由空间衰减距离(KM)衰减可视可视:一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来。清晰可视

:从一个天线到另外一个天线之间没有实际的物体遮挡。净空:视觉可视和最近的障碍物之间的距离。Fresnel区:可视的圆周范围。可视可视:一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来。Fresnel半径ABR当有80%的第一Fresnel半径内没有障碍物，传输的衰减和自由空间的衰减相等。Fresnel半径ABR当有80%的第一Fresne在2.4GHz第一Fresnel区的半径为

0.176x距离的平方根例如:距离为2KM的点的净空半径为8mFresnel半径计算在2.4GHz第一Fresnel区的半径为Fres链路预算计算发射器Gt接收器接收器的信号接收强度为:Si=Pout-Ct+Gt-PL+Gr-Cr空间衰减GrSiCrPoutCt链路预算计算发射器Gt接收器接收器的信号接收强度为:空间衰例子一Pout=4