4、导向和非导向传输技术的工作频谱
电磁波频谱
5、无线传输的两种基本构造类型：定向的 和全向的 定向结构中：发送天线将电磁波聚集成波 束后发射出去，因此，发射和接收推荐 先必须精确校准。 全向结构：发送信号沿所有方向传播，并 能够被多少天线接收。 6、人们感兴趣的频率 (1)、1GHz~100GHz称为微波频率 （microwave frequecies），这个频率 范围内，高方向性的波束是可实现的， 且微波非常适用于点对点的传输，它也 可用于卫星通信。 （2）、30MHz~1GHz之间的频率范围适用 于全向应用，这是无线电广播阶段 （3） 为红外线频谱段
一、自由空间的衰减
理想等向性天线来说， 自由空间的衰减表示 为 2 2 P 4 d 4 fd t 2 2 P c r
Pt = 传送天线端的信号功率 Pr =接收天线端的信号功率 =波长 d =两个天线间的传播距离 c =光速 (3*10^8 m/s) 注意到d和?的单位要相同(例如：公尺)
一、天线的辐射场型
天线的辐射场型可描述天线性能 辐射场型机会都是以三维场型的二维切面来描述
波束宽度（半功速波束宽度） 度量天线方向性 辐射场型 天线用于接收信号时，辐射场型即是接 收场型
天线辐射电磁波的基本原理
天线方向图
二、天线形式：
（1）等向天线（理想化） 向空间中所有方向的辐射能量都相同 （2）偶极天线 半波长偶极天线（赫兹天线） 四分之一波长垂直天线（Marconi天线） （3）抛物面反射天线
– AM无线电 – CB radio
三、直线传播
1、信号无法用天波或地波的方式传波，一定要用直线
传播。 卫星通信-超过30MHz的信号在电离层不会发生反射 地面上的通信-发送和接受的天线一定要在自己有效 （effective）的直线上。
信号传输 发送天线 地球 接收天 线
2、直线传输(折射效应) (1)、折射 – 大气会使微波弯曲或折射
Nk TB
• 或写成(单位dBW)
N 10 log k 10 log T 10 log B
228 . 6 dBW 10 log T 10 log B
2、噪音术语
• 不同频率信号共用同一个传输媒介时有可能造成 互调噪音 • 互调噪音 –互调噪音是由两个原始频率之和频、 差频以及这些和频或差频的倍频所组合的信号 • 串音 –不同信号路径之间产生我们不想要的耦合 现象称为串音 • 脉冲噪音是一种短暂不规则、非连续 • 且高振幅的噪音 • 包括外部电磁干扰、闪电以及通信
• （3）卫星通信 的新发展 ： • 低成本的微型 地面站的出现， 又称甚小口径 终端VSAT （Very Small Aperture Terminal）系 统
四、红外线
使用发送器/接收器（收发器），调制出不相 干的红外线就可以实现红外线通信。 红外线传输的特点： 1、收发器间的距离不能超过视线的范围 2、红外线不能穿透墙体，微波可以穿透墙体、 3、红外线不存在频率分配许可
d 3 .57 h
d3 .57 Kh
• d =天线到地平线之間的直 线距离，单位为公里 • h =天线的高度，单位为公 尺 • K =其中K是折射的调节因 子，最佳实用用值为K = 4/3
地面上两个线天之間 的LOS传输的最大距 离为:
3 . 57 Kh Kh 1 2
• h1 =天线1的高度 • h2 =天线2的高度
• Ka波段
– 使用17.7~21.7 GHz作为上行信道，27.5～30.5 GHz 作为下行信道
2、卫星通信特点 （1） 缺点是传播延迟时间长
• 卫星通信的传播延迟时间1/4s（270 ms）是和 端地面站间的距离无关的，因而特别适合于远距 离的通信 • （2）、卫星是一个人广播设施，许多站点可以 向卫星发送信息，同事卫星传下来的信息也会被 众多站点接收。
4、Eb/N0与讯杂比(SNR)之关系
• Eb/N0与讯杂比(SNR)之关系描述如下
• 参数N0是噪音能量密度(单位为瓦特/赫兹)。因 此，频宽BT的噪音能量为并改写上式成
Eb S N0 NoR
Eb S BT N0 N R
(5.4)
5、Eb/N0与频谱效率之相关性
• Shannon最大通道容量方 程式为 • 当通道容量C的单位为位 元/每秒；通道频宽B的单 位为Hz，上式可以写成


2.5直线传输系统中的损伤
• • • • • • • 衰減和衰減失真 自由空间的衰減 大气的吸收作用 多重路径 折射 热讯号 噪声
一、衰減
• 信号强度的衰减与距离有关，对于引导式媒介来 说，信号强度的衰减通常与距离成对数关系 • 对于无引导式的媒介来说，大气造成的衰减是一 个更复杂的距离函数，传输工程师对衰减有三个 考虑因素： • 接收机所接收之信号强度要够大，那麽接收机内 电路系统才能够检测和表示该信号 • 信号必须保持比噪音大，使得接收信号无误 • 高频率信号衰减较大，而产生失真。
五、光波
光波指非导向光波，不是指用光纤的导向 光波。这种方案提供了非常搞的带宽，成 本也很低，并且相当容易安装，且要求 FCC许可。弱点：标准难，容易受雨、雾 的影响。
2.2 天线
简介: 天线可以定义成一种可以发射电磁能量至空间 中或从空间中接收电磁能量的导电体或导电系统。 天线将无线电频率电能转变成电磁能量辐射 到周边的环境。 天线接收电磁能量并将之转变城无线电频率 之电能提供给接收器处理。 双向通讯系统中通常使用共同的天线来传送和接 收信号。
• 对於其他天线而言， 我们必须考虑天线的 增益，其自由空间衰 减方程式写成：
P 4 d d cd t 2 P G G A A f2 A A r r t r t r t
2 2 2 2
Gt =传送端的天线增益 Gr =接收端的天线增益 At =发射天线的有效发射面积 Ar =接收天线的有效接收面积
• 以dB为单位， 自由空 间衰减方程式可写成： P 4 d t L 10 log 20 log dB P r
20 log 20 log d 21 . 98 dB

4 fd 20 log 20 log f 20 log d 147 . 56 dB c
微波传送塔
（1）、微波接力的优点
微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的 容量很大。 微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设 投资少，见效快。 （2）、微波接力通信缺点 相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。 有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径 到达接收天线，因而造成失真。 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
• 任何的装置或导体中 频宽为1Hz的热噪音定 义为 :
N kT W/Hz 0
• N0 =熱雜訊在每1Hz頻 寬的瓦特數 • k =波茲曼常數 (Boltzmann’s constant) • =1.380310-23 J/K • T =溫度(絕對溫度)
• 假设噪音与频率无关 • 频宽B Hz的热噪音(单 位瓦特):
3、Eb/N0的表示式
• 此参数是每位元信号能量和每赫兹的噪 音功率密度之比值
E S/ R S b N N k TR 0 0
• Eb/N0是数位通讯系统性能的度量标准 • 给定达到某种错误率的Eb/N0值，可以用 前面公式来选择参数值 • 当位元率 R 增加时，必须提高发送信号 功率以保持所需的 Eb/N0
• 以dB为单位，由天线增益和有效区域之关 系推导得到
L 20 log 20 log d 10 log A A dB t r

20 log f 20 log d 10 log A A 16 . 54 d t r
• 因此，当天线尺寸和距离相同时，载波波长 越长(载波频率f越低)，自由空间路径的损失 会越大。
第二章 无线传输技术基础
2.1无线传输媒体
一、传输媒体定义 1、传输媒体（transmission medium）指的是数据传输系统中发送器和 接收器之间的物理路径。 2、传输媒体分类 可分为导向的（guided）：电磁波被引导沿某一固定媒体前进，如 双绞线、同轴电缆、和光纤。 非导向的（unguided）：他的例子是大气和外层空间，他们提供了传 输电磁波的手段，这种传输形式通常称为无线传播（wireless transmission）。 3、数据传输的特性： 数据传输的特性以及传输质量取决于传输媒体性质和传输信号。天线 发射的信号有个重要的属性是方向性，通常，低频信号是全向的，就 是说，信号从天线发射后会沿所有方向传播，当频率较高时，信号才 有可能被聚集称为有向波束。
天线的型式
等向性
指向性
/4
/2
半波長偶極天線
四分之一波長天線
天线型式
xy平面侧视图
zy平面俯视图
xz平面俯视图
简易偶极天线
xy平面侧视图
zy平面俯视图
xz平面俯视图
指向性天线
三、天线的增益 1、
天线增益：可用来度量天线的指向性，以理想的等
向性天线任一方向输出功率为参考基准，天线在指定方 向的输出功率定义为天线增益。
– 折射的发生是因为电磁波的行进速度与传输介质密 度有关 – 当电磁波从某一密度的传输媒介到另一密度的传输 媒介行进时速度会改变 – 传输介质的交接处产生一次电磁波方向的弯曲
无线电地平线 天 线 光波地平线
地球
Hale Waihona Puke （2）直线传输• 光学和无线电直线传播距 离 • 有效的(或无线电)到地平 线的直线传播