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廣播和國際廣播,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。
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、衰減和色散的影響,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。平均延遲擴充套件和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。