傳播損耗



天線和波傳播在無線通訊網路中起著至關重要的作用。天線是一種導電體或導電體系統,它向空間輻射/收集(發射或接收)電磁能量。理想的各向同性天線在所有方向上都均勻輻射。

傳播機制

無線傳輸以三種模式傳播。它們是:

  • 地波傳播
  • 天波傳播
  • 視距傳播

地波傳播沿著地球的輪廓傳播,而天波傳播利用地球和電離層進行反射。

視距傳播要求發射天線和接收天線彼此之間保持視距。根據底層訊號的頻率,遵循特定的傳播模式。

地波和天波通訊的例子是AM廣播國際廣播,例如BBC。在30MHz以上,地波和天波傳播均不工作,通訊透過視距進行。

傳輸限制

在本節中,我們將討論影響電磁波傳輸的各種限制。讓我們從衰減開始。

衰減

訊號強度隨著傳輸介質中距離的增加而下降。衰減程度是距離、傳輸介質以及底層傳輸頻率的函式。

失真

由於不同頻率的訊號衰減程度不同,因此包含一定頻率範圍內的分量的訊號會發生失真,即接收訊號的形狀發生變化。

解決這個問題(並恢復原始形狀)的一種標準方法是放大高頻,從而均衡一段頻率範圍內的衰減。

色散

色散是電磁能量在傳播過程中擴散的現象。由於色散,快速連續傳送的資料脈衝往往會合並。

噪聲

最普遍的噪聲形式是熱噪聲,它通常使用加性高斯模型建模。熱噪聲是由電子的熱運動引起的,並且在整個頻譜中均勻分佈。

其他形式的噪聲包括:

  • 互調噪聲(由在載波頻率之和或差產生的訊號引起)

  • 串擾(兩個訊號之間的干擾)

  • 脈衝噪聲(由外部電磁干擾引起的能量高的不規則脈衝)。

雖然脈衝噪聲可能對模擬資料沒有顯著影響,但它對數字資料有明顯的影響,會導致突發錯誤

Burst Error

上圖清楚地說明了噪聲訊號如何與原始訊號重疊並試圖改變其特性。

衰落

衰落是指訊號強度隨時間/距離變化的情況,在無線傳輸中非常普遍。無線環境中衰落最常見的原因是多徑傳播和移動性(物體以及通訊裝置的移動)。

多徑傳播

在無線媒體中,訊號使用反射、散射和衍射三個原理傳播。

  • 反射發生在訊號遇到尺寸遠大於訊號波長的巨大固體表面時,例如實體牆。

  • 衍射發生在訊號遇到尺寸大於訊號波長的邊緣或角落時,例如牆的邊緣。

  • 散射發生在訊號遇到尺寸小於訊號波長的較小物體會時。

多徑傳播的一個結果是,沿多條不同路徑傳播的訊號的多個副本在不同時間到達任何一點。因此,在某一點接收到的訊號不僅受通道中固有的噪聲、失真、衰減色散的影響,而且還受沿多條路徑傳播的訊號相互作用的影響。

延遲擴充套件

假設我們從一個位置傳送一個探測脈衝,並測量接收位置接收到的訊號隨時間的變化。由於多徑傳播,接收訊號的訊號功率會隨時間擴充套件。

延遲擴充套件由由此產生的延遲隨時間的擴充套件的密度函式決定。平均延遲擴充套件均方根延遲擴充套件是可以計算的兩個引數。

多普勒擴充套件

這是由移動無線通道變化率引起的頻譜展寬的度量。它是由移動臺和基站之間的相對運動或通道中物體的運動引起的。

當移動臺的速度很高時,多普勒擴充套件很高,由此產生的通道變化比基帶訊號快,這被稱為快衰落。當通道變化比基帶訊號變化慢時,則由此產生的衰落被稱為慢衰落

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