無線傳輸設(shè)備維護(hù)(無線傳輸知識)

1、東 北 石 油 大 學(xué)東 北 石 油 大 學(xué)132東 北 石 油 大 學(xué)1.1 無線傳輸媒體無線傳輸媒體1.2 無線電波傳輸方式無線電波傳輸方式1.3 無線電傳播中的各種損耗無線電傳播中的各種損耗第第1講講 無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)東 北 石 油 大 學(xué)1.1 無線傳輸媒體無線傳輸媒體 q傳輸媒體是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器之間的物理路徑物理路徑。（空氣）（空氣）q傳輸媒體可分為導(dǎo)向的導(dǎo)向的(guided)和非導(dǎo)向的和非導(dǎo)向的(unguided)兩類。兩類。對導(dǎo)向媒體而言，電磁波被引導(dǎo)沿某一固定媒體前進(jìn)，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。非導(dǎo)向媒體的例子是大氣和外層空間，它們提供了傳輸電磁

2、波信號的手段，但不引導(dǎo)它們的傳播方向，這種傳輸形式通常稱為無線傳播無線傳播(wireless transmission) 無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)則使用非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)，包括無線無線電、微波、紅外線、毫米波、光波等。電、微波、紅外線、毫米波、光波等。 東 北 石 油 大 學(xué)q數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦砸约皞鬏斮|(zhì)量取決于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦砸约皞鬏斮|(zhì)量取決于傳輸媒傳輸媒體的性質(zhì)和傳輸信號的特性。體的性質(zhì)和傳輸信號的特性。q天線發(fā)射的信號有個(gè)重要的屬性是方向性q低頻信號是全向的；低頻信號是全向的；q頻率較高時(shí)，信號形成有向波束。頻率較高時(shí)，信號形成有向波束。1.1 無線傳輸媒體無線傳輸媒體 東 北 石 油 大 學(xué)q無線電頻

3、譜的劃分 根據(jù)無線電波傳播及使用的特點(diǎn)，國際上將無線電波頻譜劃分為12個(gè)頻段。東 北 石 油 大 學(xué)電信用的電磁波頻譜電信用的電磁波頻譜 東 北 石 油 大 學(xué)常用的無線電波波段劃分常用的無線電波波段劃分波段名稱波長范圍(m)頻段名稱頻率范圍超長波長波中波短波1,000,00010,00010,0001,0001,00010010010甚低頻低頻中頻高頻330KHz30300KHz3003,000KHz330MHz超短波米波分米波厘米波毫米波10110.10.10.010.010.001甚高頻特高頻超高頻極高頻30300MHz3003,000MHz330GHz30300GHz東 北 石 油 大

4、 學(xué)感興趣的感興趣的3個(gè)頻段個(gè)頻段q微波微波：1GHz100GHz，可實(shí)現(xiàn)高方向性的波束，而且非常適用于點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，也可用于衛(wèi)星通信。q無線電廣播頻段無線電廣播頻段：30MHz1GHz，適用于全向應(yīng)用。q紅外線頻譜段紅外線頻譜段：31011Hz21014Hz，適于本地應(yīng)用，在有限的區(qū)域(如一個(gè)房間)內(nèi)對于局部的點(diǎn)對點(diǎn)及多點(diǎn)應(yīng)用非常有用。 東 北 石 油 大 學(xué)1.1.1 地面微波地面微波 q地面微波系統(tǒng)主要用于長途電信服務(wù)，可代替同軸電纜和光纖，通過地面接力站中繼地面接力站中繼。q q用于建筑物之間的點(diǎn)對點(diǎn)線路。 q常見的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz40GHz。頻率越高，可能的帶寬就越寬，因

5、此可能的數(shù)據(jù)傳輸速率也就越高。 東 北 石 油 大 學(xué)典型的數(shù)字微波性能典型的數(shù)字微波性能 波段波段/GHz帶寬帶寬/MHz數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率/Mb/s271263090114013518220274東 北 石 油 大 學(xué)q微波傳輸?shù)闹饕獡p耗來源于衰減衰減。q微波(以及無線電廣播頻段)的損耗公式損耗公式q d:距離， 波長，q微波的損耗隨距離的平方而變化 q損傷的另一個(gè)原因是干擾，隨著微波應(yīng)用的不斷增多，傳輸區(qū)域重疊，干擾始終是一個(gè)威脅。因此，頻帶的分配需要嚴(yán)格控制。 地面微波地面微波dL42lg10東 北 石 油 大 學(xué)地面微波地面微波q長途電信系統(tǒng)最常用的頻段位于：4GHz6GHz，現(xiàn)在新開通了

6、11GHz頻段。q頻率越高衰減越大，較高的微波頻率對長途傳輸沒有什么用處，但卻非常適用于近距離傳輸。q頻率越高，使用的天線就越小、越便宜。 東 北 石 油 大 學(xué)q地面微波通信通常在視距范圍內(nèi)進(jìn)行，收發(fā)雙地面微波通信通常在視距范圍內(nèi)進(jìn)行，收發(fā)雙方一般為兩個(gè)互相對準(zhǔn)方向的拋物面天線。方一般為兩個(gè)互相對準(zhǔn)方向的拋物面天線。 地面微波通信的優(yōu)點(diǎn)容量大質(zhì)量高成本低地面微波通信的缺點(diǎn)易失真易受環(huán)境影響安全保密性差維護(hù)成本東 北 石 油 大 學(xué)1.1.2 衛(wèi)星微波衛(wèi)星微波q通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)或多個(gè)稱為地球站或地面站的地面微波發(fā)送器/接收器連接起來。q衛(wèi)星使用上下行兩個(gè)頻段上下行兩個(gè)頻

7、段：接收一個(gè)頻段(上行)上的傳輸信號，放大或再生信號后，再在另一個(gè)頻段(下行)上將其發(fā)送出去。 q衛(wèi)星主要應(yīng)用：電視廣播、長途電話傳輸和個(gè)人用商業(yè)網(wǎng)絡(luò) 東 北 石 油 大 學(xué)衛(wèi)星微波衛(wèi)星微波q衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l率范圍為1GHz10GHz。q衛(wèi)星的頻帶范圍： 4/6GHz，最佳頻帶范圍 上行：5.925GHz6.425GHz 下行：3.7GHz4.2GHzq新出現(xiàn)：12/14GHzq計(jì)劃使用：20/30GHz東 北 石 油 大 學(xué)衛(wèi)星微波通信的優(yōu)點(diǎn)：衛(wèi)星微波通信的優(yōu)點(diǎn)： 范圍大、距離遠(yuǎn)；不易受地面災(zāi)害影范圍大、距離遠(yuǎn)；不易受地面災(zāi)害影響；建設(shè)快，通信費(fèi)用和距離無關(guān)；易實(shí)響；建設(shè)快，通信費(fèi)用和距離無

8、關(guān)；易實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信。現(xiàn)廣播和多址通信。衛(wèi)星微波通信的不足：衛(wèi)星微波通信的不足： 信號傳輸有時(shí)延，天線受太陽噪聲影信號傳輸有時(shí)延，天線受太陽噪聲影響，安全保密性較差，衛(wèi)星本身造價(jià)高，響，安全保密性較差，衛(wèi)星本身造價(jià)高，等等。等等。東 北 石 油 大 學(xué)1.1.3 廣播無線電波廣播無線電波 q廣播無線電波是全向性的全向性的，不要求使用碟形天線，天線也無須嚴(yán)格地安裝到一個(gè)精確地校準(zhǔn)位置上。q無線電波(Radio) 是籠統(tǒng)術(shù)語，頻率范圍為3KHz300GHz。q非正式術(shù)語廣播無線電波(broadcast radio) 包括VHF頻段和部分的UHF頻段：30MHz1GHz。東 北 石 油 大 學(xué)1

9、.1.4 紅外線紅外線 q紅外線通信是以紅外線為載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑患t外線傳輸不能超過視線不能超過視線范圍，距離短范圍，距離短q紅外線傳輸無法穿透墻體。微波系統(tǒng)中遇到的安全性和干擾問題在紅外線傳輸中都不存在。q紅外線不需要頻率分配許可。東 北 石 油 大 學(xué)筆記本電腦進(jìn)行紅外線通信 東 北 石 油 大 學(xué)1.1.5 光波光波 q頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于光纖的導(dǎo)向光波。q提供非常高的帶寬，成本也很低，相對容易安裝，而且與微波不同，不要求FCC許可。q激光的強(qiáng)度(非常窄的一束光)是它的弱點(diǎn)，不易瞄準(zhǔn)。q激光束不能穿透雨或者濃霧，白天太陽的熱量使氣流上升也會使激光束產(chǎn)生偏差

10、。 東 北 石 油 大 學(xué)1.2 無線電磁波的傳播方式無線電磁波的傳播方式q電磁波的傳播是一種能量傳播模式。在傳播過程中，電場和磁場是互相垂直的，同時(shí)兩者又垂直于傳播方向，通過電場和磁場的相互作用通過電場和磁場的相互作用，將能量傳到遠(yuǎn)方。q就如水波傳遞一樣，向四周傳播并不斷減弱。q不同之處（理想點(diǎn)源）在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質(zhì)不同，空氣、障礙物、反射物東 北 石 油 大 學(xué)無線傳播類型無線傳播類型東 北 石 油 大 學(xué)直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）基本原理傳播途徑基本原理傳播途徑無線電波可通過多種方式從發(fā)射天線傳播到接收天線：地表面波，直射波或反射波。就電波傳播而言，發(fā)射機(jī)同

11、接收機(jī)間最簡單的方式是自由空間傳播。 一種是直射波；另一種方式是地面反射波。多徑效應(yīng)山體繞射波（陰影區(qū)域信號來源）繞射波是建筑物內(nèi)部等陰影區(qū)域信號的主要電波來源。繞射波的強(qiáng)度受傳播環(huán)境影響很大，且頻率越高，繞射信號越弱。東 北 石 油 大 學(xué)對流層反射波（傳播具有很大的隨機(jī)性）電離層反射波（超視距通訊途徑）基本原理傳播途徑基本原理傳播途徑對流層是異類介質(zhì)，由于天氣情況而隨時(shí)間變化。它的反射系數(shù)隨高度增加而減少。這種緩慢變化的反射系數(shù)使電波彎曲。對對流層方式應(yīng)用于波長小于流層方式應(yīng)用于波長小于1010米（即頻率大米（即頻率大于于30MHz30MHz）的無線通信中）的無線通信中。電離層反射傳播：當(dāng)

12、電波波長小于當(dāng)電波波長小于1 1米（頻米（頻率大于率大于300MHz300MHz）時(shí)，電離層是反射體（反）時(shí)，電離層是反射體（反射折射與波長的關(guān)系）射折射與波長的關(guān)系）。從電離層反射的電波可能有一個(gè)或多個(gè)跳躍，因此這種傳播用于長距離通信。東 北 石 油 大 學(xué)基本原理傳播路徑基本原理傳播路徑在UHF頻段，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的電磁波的主要傳播模式是散射，即從建筑物平面反射或從人工、自然物體折射。這些經(jīng)過不同傳播路徑到達(dá)接收機(jī)的信號將具有不同的幅度和相位，它們的合成效果將導(dǎo)致接收機(jī)收到的信號變得非常復(fù)雜移動(dòng)臺總是比基站天線矮很多，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的直達(dá)路徑被建筑物或其他物體所阻礙。所以，在蜂窩基站

13、與移動(dòng)臺之間的通信是通過許多其他路徑完成的。東 北 石 油 大 學(xué)基本原理傳播路徑基本原理傳播路徑東 北 石 油 大 學(xué)q電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響環(huán)境的主要因素： 自然地形：高山、丘陵、平原、水域 人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性 該區(qū)域植被特征 天氣狀況1.3 無線傳播中的各種損耗無線傳播中的各種損耗東 北 石 油 大 學(xué)RTTR地形分類地形分類q準(zhǔn)平滑地形準(zhǔn)平滑地形 表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形q不規(guī)則地形不規(guī)則地形 除了準(zhǔn)平滑地形之外的其余地形，可 按狀態(tài)分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等東 北 石 油 大

14、學(xué)距離距離(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號衰落信號衰落慢衰落：慢衰落：由障礙物阻擋造成陰影效應(yīng)，接收信號強(qiáng)度下降，但該場強(qiáng)中值隨地理改變變化緩慢，故稱慢衰落，又稱為陰影衰落陰影衰落。慢衰落的場強(qiáng)中值服從對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布，且與位置/地點(diǎn)相關(guān)，衰落的速度取決于移動(dòng)臺的速度快衰落：快衰落：合成波的振幅和相位隨移動(dòng)臺的運(yùn)動(dòng)起伏變化很大 ，稱為快衰落。深衰落點(diǎn)在空間上的分布是近似的相隔半個(gè)波長。因其場強(qiáng)服從瑞利分布，又稱為瑞利衰落瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度隨機(jī)衰落的振幅、相位、角度隨機(jī)。東 北 石 油 大 學(xué)快衰落的類型快衰落的類型

15、q空間選擇性衰落在不同地點(diǎn)，不同的傳輸路徑，衰落特性不一樣一般是由于物體反射形成q時(shí)間選擇性衰落在不同時(shí)間衰落特性不一樣主要是快速移動(dòng)用戶引起的多普勒頻移造成q頻率選擇性衰落在不同頻率衰落特性不一樣主要由寬帶信號的時(shí)間色散引起東 北 石 油 大 學(xué)克服快衰落的手段分集技術(shù)克服快衰落的手段分集技術(shù)q空間選擇性衰落空間分集：采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號不具有同時(shí)衰減的特性?；窘邮諜C(jī)對一定時(shí)間范圍內(nèi)不同時(shí)延信號的均衡能力也是一種空間分集的形式。分集天線水平距離大于12倍波長極化分集：兩接收天線極化方向正交發(fā)射分集：克服大尺度衰落（由于周圍環(huán)境地段和地物的差別而導(dǎo)致的陰影區(qū)引起）東

16、北 石 油 大 學(xué)克服快衰落的手段分集技術(shù)克服快衰落的手段分集技術(shù)q時(shí)間選擇性衰落時(shí)間分集符號交織、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)編碼、RAKE接收技術(shù)q頻率選擇性衰落頻率分集 GSM體制采用跳頻、 CDMA體制采用擴(kuò)頻東 北 石 油 大 學(xué)分集接收合并技術(shù)分集接收合并技術(shù)q最大比合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)，同相相加q等增益合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照相等的增益系數(shù)，同相相加q選擇性合并在N個(gè)分集支路中選擇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 kk

17、r ta r ta r ta rta r t東 北 石 油 大 學(xué)qDoppler效應(yīng)的例子：火車經(jīng)過你的身邊f(xié)1f2f3V(km/h)V：移動(dòng)臺速度：信號到達(dá)角度Doppler頻移頻移l移動(dòng)通信中的Doppler頻移東 北 石 油 大 學(xué)T TR R繞射損耗繞射損耗q 電磁波在繞射點(diǎn)四處擴(kuò)散q 繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向q 擴(kuò)散損耗最為嚴(yán)重q 計(jì)算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化 在分析山區(qū)或者城市中摩天大樓密布的密集市區(qū)的傳輸損耗時(shí)，通常還要分析繞射損耗和穿透損耗。 障礙物高度必須同傳播波長比較。同一障礙物高度對長波長產(chǎn)生的繞射損耗小于短波長。東 北 石 油 大 學(xué) 0 0 0 0dDw1

18、w2E1E2XdBmWdBm穿透損耗穿透損耗=X-W=B dB電磁波穿透墻體的反射和折射穿透損耗（穿透損耗（1）q 室內(nèi)信號取決于建筑物的穿透損耗q 室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號差別較大q 建筑物材質(zhì)對穿透損耗影響較大穿透損耗代表信號穿透建筑物的能力，穿透損耗代表信號穿透建筑物的能力，不同結(jié)構(gòu)的建筑物對信號的影響非常不同結(jié)構(gòu)的建筑物對信號的影響非常大。大。同一建筑物對長波長產(chǎn)生的穿透損耗大于短波長。電磁波的入射角也對穿透損耗影響較大。東 北 石 油 大 學(xué)T TR R穿透損耗（穿透損耗（2）q 物體阻擋/穿透損耗為：隔墻阻擋：520dB樓層阻擋：20dB，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/層家具和其它障礙物的阻擋： 21