無線通訊 - 快速指南

無線通訊 - 概述

無線通訊是指在沒有電線、電纜或任何其他形式的電導體幫助的情況下，在一定距離內傳輸資訊。

無線通訊是一個廣泛的術語，它包含了所有使用無線通訊技術和裝置透過無線訊號在兩個或多個裝置之間連線和通訊的程式和形式。

無線通訊的特點

無線技術的演進帶來了許多進步及其有效的特性。

傳輸距離可以在幾米（例如，電視機的遙控器）到數千公里（例如，無線電通訊）之間。
無線通訊可用於蜂窩電話、無線網際網路接入、無線家庭網路等。
無線電無線技術的其他應用示例包括 GPS 裝置、車庫門開啟器、無線計算機滑鼠、鍵盤和耳機、耳機、無線電接收器、衛星電視、廣播電視和無繩電話。

無線 - 優點

無線通訊涉及在兩點或多點之間無需任何物理連線即可傳輸資訊。由於不存在任何“物理基礎設施”，因此無線通訊具有一定的優勢。這通常包括縮短距離或空間。

無線通訊有幾個優點；下面將討論最重要的幾個：

成本效益

有線通訊需要使用連線線。在無線網路中，通訊不需要複雜的物理基礎設施或維護實踐。因此，成本降低了。

示例 - 任何提供無線通訊服務的公司都不會產生很多成本，因此，它能夠以低廉的價格向客戶收取費用。

靈活性

無線通訊使使用者能夠無論身處何地都能進行通訊。無需在辦公室或某些電話亭才能傳遞和接收資訊。

偏遠地區的礦工可以依靠衛星電話與親人聯絡，從而透過與他們最親近的人保持聯絡來改善他們的整體福祉。

便利性

行動電話等無線通訊裝置非常簡單，因此任何人都可以在任何地方使用它們。無需物理連線任何東西即可接收或傳遞資訊。

示例 - 無線通訊服務也可以在 Wi-Fi 等網際網路技術中看到。由於沒有網路電纜阻礙移動，我們現在幾乎可以在任何時間、任何地點與任何人連線。

速度

速度方面也得到了改進。網路連線或可訪問性在準確性和速度方面得到了很大改善。

示例 - 無線遙控器可以比有線遙控器更快地作業系統。如果出現問題，無線控制機器可以輕鬆停止其工作，而直接操作則無法如此快速地做出反應。

可訪問性

無線技術有助於輕鬆訪問，因為無法正確鋪設地面線路的偏遠地區正在輕鬆連線到網路。

示例 - 在農村地區，線上教育現在成為可能。教育工作者不再需要前往偏遠地區授課。這要歸功於他們教育模組的直播。

持續連線

持續連線還可以確保人們能夠相對快速地應對緊急情況。

示例 - 無線手機可以確保您在移動或旅行時保持持續連線，而有線固定電話則無法做到。

行動電話術語

在行動電話中使用的各種術語中，這裡將討論最常用的術語。

移動臺 (MS) - 移動臺 (MS) 與使用者通訊並將資訊修改為空中介面的傳輸協議以與 BSS 通訊。使用者資訊透過麥克風和揚聲器與 MS 通訊（用於語音），透過鍵盤和顯示器通訊（用於簡訊），透過電纜連線通訊（用於其他資料終端）。移動臺有兩個元素：移動裝置 (ME) 和使用者識別模組 (SIM)。

移動裝置 (ME) - ME 是客戶從裝置製造商處購買的一件硬體。硬體部分包含實施協議以與使用者和空中介面到基站進行互動所需的所有元件。

使用者識別模組 (SIM) - 這是一張在訂閱時發行的智慧卡，用於識別使用者的地址和服務型別等規格。GSM 中的呼叫定向到 SIM 而不是終端。

簡訊也儲存在 SIM 卡中。它包含每個使用者的個人資訊，這使得許多有用的應用程式成為可能。

基站 (BS) - 基站傳輸和接收使用者資料。當移動裝置僅負責其使用者的資料傳輸和接收時，基站能夠同時處理多個使用者的呼叫。

基站收發信機 (BTS) - 使用者資料傳輸透過基站收發信機在手機和基站 (BS) 之間進行。收發信機是一種既能傳送又能接收的電路。

移動交換中心 (MSC) - MSC 是無線交換機的硬體部分，可以使用信令系統 7 (SS7) 協議以及服務提供商覆蓋範圍內的其他 MSC 與 PSTN 交換機通訊。MSC 還提供與其他有線和無線網路的通訊，以及支援與移動臺的連線註冊和維護。

下圖說明了不同子系統的各個部分。HLR、VLR、EIR 和 AuC 是網路子系統的子系統。

通道 - 為特定服務或系統分配的一段頻率範圍。

控制通道 - 用於傳輸呼叫建立、呼叫請求、呼叫發起和其他信標或控制目的的無線電通道。

前向控制通道 (FCC) - 用於從基站到移動裝置傳輸資訊的無線電通道。

反向通道 (RC) - 用於從移動裝置到基站傳輸資訊的無線電通道。

語音通道 (VC) - 用於語音或資料傳輸的無線電通道。

切換 - 定義為將呼叫從一個通道或基站轉移到另一個基站。

漫遊使用者 - 在訂閱服務區域以外的服務區域中執行的移動臺。

收發信機 - 一種能夠同時傳送和接收無線電訊號的裝置。

無線通訊 - 多址接入

多址接入方案用於允許許多移動使用者同時共享有限量的無線頻譜。

多址接入技術

在無線通訊系統中，通常希望允許使用者從移動臺到基站同時傳送資訊，同時從基站到移動臺接收資訊。

蜂窩系統將任何給定區域劃分為小區，其中每個小區中的移動單元與基站通訊。蜂窩系統設計的核心目標是能夠提高通道容量，即在給定的頻寬內以足夠的服務質量處理儘可能多的呼叫。

有幾種不同的方法可以訪問通道。主要包括以下內容：

分頻多重進接 (FDMA)
分時多重進接 (TDMA)
分碼多重進接 (CDMA)
分空間多重進接 (SDMA)

根據如何將可用頻寬分配給使用者，這些技術可以分為窄帶和寬頻系統。

窄帶系統

使用比相干頻寬窄得多的通道工作的系統稱為窄帶系統。窄帶 TDMA 允許使用者使用相同的通道，但為通道上的每個使用者分配一個唯一的時間槽，從而在時間上將少量使用者分隔在一個通道上。

寬頻系統

在寬頻系統中，單個通道的傳輸頻寬遠大於通道的相干頻寬。因此，多徑衰落不會對寬頻通道內的接收訊號產生很大影響，並且頻率選擇性衰落僅發生在訊號頻寬的一小部分。

分頻多重進接 (FDMA)

FDMA 是高階行動電話服務的核心技術。FDMA 的特點如下。

FDMA 為每個不同的使用者分配不同的頻帶子通道以訪問網路。
如果 FDMA 未被使用，則通道保持空閒，而不是分配給其他使用者。
FDMA 實施在窄帶系統中，它比 TDMA 複雜性低。
這裡進行嚴格的濾波以減少鄰道干擾。
基站 BS 和移動臺 MS 在 FDMA 中同時且連續地傳送和接收。

分時多重進接 (TDMA)

在不需要連續傳輸的情況下，使用 TDMA 代替 FDMA。TDMA 的特點包括以下內容。

TDMA 將單個載波頻率與多個使用者共享，其中每個使用者使用不重疊的時間槽。
TDMA 中的資料傳輸不是連續的，而是以突發形式發生的。因此，切換過程更簡單。
TDMA 使用不同的時間槽進行傳送和接收，因此不需要雙工器。
TDMA 的一個優點是可以為不同的使用者分配每個幀中不同數量的時間槽。
可以透過根據優先順序連線或重新分配時間槽來按需向不同的使用者提供頻寬。

分碼多重進接 (CDMA)

分碼多重進接技術是一種多址技術的例子，其中多個發射機使用單個通道同時傳送資訊。其特點如下。

在CDMA中，每個使用者使用全部可用頻譜，而不是分配單獨的頻率。
CDMA非常推薦用於語音和資料通訊。
雖然在CDMA中多個碼佔用相同的通道，但具有相同碼的使用者可以相互通訊。
CDMA提供的空中容量比TDMA更大。
CDMA非常有效地處理基站之間的切換。

分空間多重進接 (SDMA)

分空間多重進接或空間分多址是一種技術，它採用MIMO（多輸入多輸出）架構，主要用於無線和衛星通訊。它具有以下特點。

所有使用者可以使用同一通道同時通訊。
SDMA完全不受干擾。
單個衛星可以與同一頻率的多個衛星接收器通訊。
使用定向點波束天線，因此SDMA中的基站可以跟蹤移動使用者。
控制每個使用者在空間中的輻射能量。

擴頻多址

擴頻多址 (SSMA) 使用訊號，這些訊號的傳輸頻寬幅度大於所需的最小射頻頻寬。

擴頻多址技術主要有兩種：

跳頻擴頻 (FHSS)
直接序列擴頻 (DSSS)

跳頻擴頻 (FHSS)

這是一種數字多址系統，其中各個使用者的載波頻率以偽隨機方式在寬頻通道內變化。數字資料被分成大小相同的突發資料，然後在不同的載波頻率上傳輸。

直接序列擴頻 (DSSS)

這是CDMA最常用的技術。在DS-SS中，訊息訊號乘以偽隨機噪聲碼。每個使用者都分配了自己的碼字，該碼字與其他使用者的碼字正交，為了檢測使用者，接收機必須知道發射機使用的碼字。

組合序列（稱為**混合**）也用作另一種型別的擴頻。**跳時**也是另一種很少提到的型別。

由於許多使用者可以共享相同的擴頻頻寬而不會相互干擾，因此擴頻系統在多使用者環境中變得**頻寬高效**。

通道特性

無線通道容易受到各種傳輸障礙的影響，例如**路徑損耗、干擾**和**阻塞**。這些因素限制了無線傳輸的範圍、資料速率和可靠性。

路徑型別

這些因素影響傳輸的程度取決於環境條件以及發射機和接收機的移動性。訊號到達接收器所遵循的路徑有兩種，例如：

直射路徑

當發射訊號直接到達接收機時，可以稱為**直射路徑**，並且訊號中存在的成分稱為**直射路徑分量**。

多徑

當發射訊號透過不同的方向經歷不同的現象到達接收機時，這樣的路徑稱為**多徑**，發射訊號的分量稱為**多徑分量**。

它們被環境反射、衍射和散射，並且相對於直射路徑分量在幅度、頻率和相位上發生偏移到達接收機。

無線通道特性

無線通道最重要的特性是：

路徑損耗
衰落
干擾
多普勒頻移

在接下來的章節中，我們將逐一討論這些通道特性。

路徑損耗

路徑損耗可以表示為發射訊號功率與接收機在給定路徑上接收到的同一訊號功率的比率。它是傳播距離的函式。

路徑損耗的估計對於無線通訊網路的設計和部署非常重要。
路徑損耗取決於許多因素，例如使用的無線電頻率和地形型別。
自由空間傳播模型是最簡單的路徑損耗模型，其中發射機和接收機之間存在直射路徑訊號，沒有大氣衰減或多徑分量。

在這個模型中，發射功率**P_t**和接收功率**P_r**之間的關係由下式給出：

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$

其中

G_t是發射天線增益
G_r是接收天線增益
d是發射機和接收機之間的距離
λ是訊號的波長

雙向模型也稱為雙路徑模型，是一種廣泛使用的路徑損耗模型。上面描述的自由空間模型假設從發射機到接收機只有一條路徑。

實際上，訊號透過多條路徑到達接收機。雙路徑模型試圖捕捉這種現象。該模型假設訊號透過兩條路徑到達接收機，一條是視線路徑，另一條是接收反射波的路徑。

根據雙路徑模型，接收功率由下式給出：

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$

其中

p_t是發射功率
G_t表示發射機的天線增益
G_r表示接收機的天線增益
d是發射機和接收機之間的距離
h_t是發射機的高度
h_r是接收機的高度

衰落

衰落是指接收機接收到的訊號強度發生波動。衰落可以分為兩種：

快衰落/小尺度衰落和
慢衰落/大尺度衰落

快衰落是指由於到達接收機的同一發射訊號的多個版本的干擾，接收訊號的幅度、相位或多徑延遲發生快速波動。

接收第一個訊號版本和最後一個回波訊號之間的時間稱為**延遲擴充套件**。導致快衰落的發射訊號的多徑傳播是由於三種傳播機制，即：

反射
衍射
散射

多個訊號路徑有時可能在接收機處相加或相消，導致接收訊號的功率水平發生變化。快衰落訊號的接收單包絡據說遵循**瑞利分佈**，以檢視發射機和接收機之間是否存在視線路徑。

慢衰落

“慢衰落”這個名稱本身就意味著訊號緩慢衰減。慢衰落的特點如下。

當發射機和接收機之間存在部分吸收傳輸的物體時，就會發生慢衰落。
慢衰落之所以被稱為慢衰落，是因為衰落的持續時間可能持續幾秒鐘或幾分鐘。
當接收機位於建築物內並且無線電波必須穿過建築物的牆壁，或者當接收機被建築物暫時遮蔽而無法接收到發射機時，可能會發生慢衰落。阻塞物體導致接收訊號功率發生隨機變化。
即使發射機和接收機之間的距離保持不變，慢衰落也可能導致接收訊號功率發生變化。
慢衰落也稱為**陰影衰落**，因為導致衰落的物體（可能是大型建築物或其他結構）阻擋了從發射機到接收機的直射路徑。

干擾

無線傳輸必須抵禦來自各種來源的干擾。干擾的兩種主要形式是：

鄰道干擾和
同道干擾。

在鄰道干擾的情況下，附近頻率的訊號在其分配範圍之外具有分量，這些分量可能會干擾鄰近頻率中正在進行的傳輸。可以透過在分配的頻率範圍之間仔細引入保護帶來避免這種情況。

**同道干擾**，有時也稱為**窄帶干擾**，是由於其他附近的系統使用相同的傳輸頻率造成的。

**符號間干擾**是另一種型別的干擾，其中接收訊號的失真是由訊號中各個脈衝的時間擴充套件和隨之而來的重疊引起的。

**自適應均衡**是一種常用的對抗符號間干擾的技術。它涉及將分散的符號能量收集到其原始時間間隔內。均衡過程中使用複雜的數字處理演算法。

無線通訊 - TCP/IP

最初的TCP/IP協議被定義為構建在硬體之上的四個軟體層。然而，如今，TCP/IP被認為是一個五層模型，其層名稱類似於OSI模型中的層名稱。

OSI和TCP/IP套件的比較

當我們比較這兩個模型時，我們發現TCP/IP協議中缺少會話層和表示層。套件中的應用層通常被認為是OSI模型中三個層的組合。

OSI模型指定哪些功能屬於其每個層，但TCP/IP協議套件的層包含相對獨立的協議，可以根據系統的需要混合和匹配。術語“分層”意味著每個上層協議都由一個或多個下層協議支援。

TCP/IP套件中的層

TCP/IP模型的四層是主機到網路層、網際網路/網路層、傳輸層和應用層。下面詳細介紹了TCP/IP協議套件中每一層的用途。

上圖表示TCP/IP協議套件的各層。

物理層

TCP/IP沒有為物理層定義任何特定的協議。它支援所有標準和專有協議。

在此級別，通訊發生在兩個跳點或節點之間，無論是計算機還是路由器。通訊單位是**單個位元**。
當兩個節點之間建立連線時，位元流將在它們之間流動。但是，物理層將每個位元單獨處理。

物理層的職責除了傳遞位元外，與 OSI 模型中物理層提到的職責相符，但主要取決於提供鏈路的底層技術。

資料鏈路層

TCP/IP 也沒有為資料鏈路層定義任何特定的協議。它支援所有標準和專有協議。

在這個層次上，通訊仍然是在兩個跳點或節點之間進行。然而，通訊的單位是一個稱為**幀**的資料包。
**幀**是一個數據包，它封裝了從網路層接收到的資料，並添加了報頭，有時還添加了尾部。
報頭除了其他通訊資訊外，還包括幀的源地址和目標地址。
**目標地址**是必要的，因為許多節點可能連線到鏈路上，因此需要定義幀的正確接收者。
**源地址**是為了可能需要的響應或確認，這可能是某些協議所要求的。

LAN、分組無線電和點對點協議都支援此層。

網路層

在網路層，TCP/IP 支援網際網路協議 (IP)。網際網路協議 (IP) 是 TCP/IP 協議使用的傳輸機制。

IP 以稱為**資料報**的資料包傳輸資料，每個資料包單獨傳輸。
資料報可以沿著不同的路由傳輸，並且可以亂序到達或重複。

IP 不跟蹤路由，也沒有在資料報到達目的地後重新排序資料報的功能。

傳輸層

傳輸層和網路層之間存在主要區別。雖然網路中的所有節點都需要網路層，但只有兩個端計算機需要傳輸層。

網路層負責將單個數據報從計算機 A 傳送到計算機 B；傳輸層負責將整個訊息（稱為**段**）從 A 傳輸到 B。
一個段可能包含幾個或幾十個**資料報**。這些段需要被分解成資料報，並且每個資料報都必須傳遞給網路層進行傳輸。
由於網際網路為每個資料報定義了不同的路由，因此資料報可能會亂序到達，也可能會丟失。
計算機 B 上的傳輸層需要等待所有這些資料報到達，將它們組裝起來，並從中構建一個段。

傳統上，TCP/IP 套件中的傳輸層由兩個協議表示：**使用者資料報協議 (UDP)** 和**傳輸控制協議 (TCP)**。

在過去幾年中，引入了名為**流控制傳輸協議 (SCTP)** 的新協議。

應用層

TCP/IP 中的應用層相當於 OSI 模型中會話層、表示層和應用層的組合。

應用層允許使用者訪問我們的私有網際網路或全球網際網路的服務。
此層定義了許多協議，以提供諸如電子郵件檔案傳輸、訪問全球資訊網等服務。
此層支援的協議有**TELNET、FTP** 和**HTTP**。

蜂窩無線網路

蜂窩網路是行動電話、個人通訊系統、無線網路等的底層技術。該技術是為移動無線電話開發的，以取代高功率發射/接收系統。蜂窩網路使用更低的功率、更短的範圍和更多的發射器進行資料傳輸。

蜂窩系統的特點

無線蜂窩系統解決了頻譜擁塞問題並提高了使用者容量。蜂窩系統的特點如下：

在有限的頻譜中提供非常高的容量。
在不同的小區中重用無線電通道。
透過在整個覆蓋區域重用通道，使固定數量的通道能夠服務於任意數量的使用者。
通訊始終在移動裝置和基站之間進行（而不是移動裝置之間直接進行）。
每個蜂窩基站都在一個稱為小區的小地理區域內分配一組無線電通道。
相鄰小區分配不同的通道組。
透過將覆蓋範圍限制在小區邊界內，可以重用通道組來覆蓋不同的小區。
將干擾水平保持在可容忍的範圍內。
頻率複用或頻率規劃。
無線蜂窩網路的組織

蜂窩網路組織成多個低功率發射器，每個發射器的功率為 100 瓦或更低。

小區的形狀

蜂窩網路的覆蓋區域被劃分為**小區**，每個小區都有自己的天線來傳輸訊號。每個小區都有自己的頻率。蜂窩網路中的資料通訊由其基站發射機、接收機及其控制單元提供服務。

小區的形狀可以是正方形或六邊形：

正方形

正方形小區有四個鄰居在距離**d**處，四個在距離根號**2d**處。

如果所有相鄰天線等距，則效果更好。
簡化了選擇和切換到新天線的過程。

六邊形

六邊形小區形狀因其易於覆蓋和計算而被強烈推薦。它具有以下優點：

提供等距天線。
從中心到頂點的距離等於邊的長度。

頻率複用

頻率複用是指在給定區域內使用相同無線電頻率的概念，這些頻率在相當的距離上分開，干擾最小，以建立通訊。

頻率複用具有以下優點：

允許在小區內使用給定頻率進行通訊。
限制洩漏到相鄰小區的功率。
允許在附近的小區中重新使用頻率。
使用相同的頻率進行多個對話。
每個小區有 10 到 50 個頻率。

例如，當**N**個小區使用相同數量的頻率，並且**K**為系統中使用的頻率總數時。然後，每個**小區頻率**透過使用公式**K/N**計算。

在高階行動電話服務 (AMPS) 中，當 K = 395 且 N = 7 時，每個小區的平均頻率將為 395/7 = 56。這裡，**小區頻率**為 56。

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。天線是一種電導體或導體系統，它將電磁能量輻射/收集（傳輸或接收）到空間或從空間中收集。理想的各向同性天線向所有方向輻射相同的能量。

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**遵循地球的輪廓，而**天波傳播**則利用地球和電離層的反射。

**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。

地波和天波通訊的示例有**調幅廣播**和**國際廣播**，如 BBC。在 30 MHz 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。衰減的程度是距離、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，因此包含一系列頻率成分的訊號會發生失真，即接收到的訊號形狀會發生變化。

解決此問題（並恢復原始形狀）的一種標準方法是放大較高頻率，從而均衡一系列頻率上的衰減。

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突發往往會合並。

噪聲

最普遍的噪聲形式是熱噪聲，通常使用加性高斯模型對其進行建模。熱噪聲是由電子的熱擾動引起的，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之差產生的頻率處產生的訊號引起）
**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）。

雖然脈衝噪聲可能不會對模擬資料產生重大影響，但它會對數字資料產生明顯的影響，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，在無線傳輸中非常普遍。無線環境中衰落的最常見原因是多徑傳播和移動（物體以及通訊裝置的移動）。

多徑傳播

在無線媒體中，訊號使用三個原理傳播，即反射、散射和衍射。

當訊號遇到尺寸遠大於訊號波長的較大固體表面時，會發生**反射**，例如實體牆。
當訊號遇到尺寸大於訊號波長的邊緣或拐角時，會發生**衍射**，例如牆的邊緣。
當訊號遇到尺寸小於訊號波長的較小物體的時，會發生**散射**。

多徑傳播的一個結果是，沿著多條不同路徑傳播的訊號的多個副本在不同的時間到達任何一點。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，還受沿著多條路徑傳播的訊號**相互作用**的影響。

延遲擴充套件

假設我們從某個位置傳送探測脈衝，並測量接收位置處接收到的訊號隨時間的變化。由於多徑傳播，接收到的訊號的訊號功率會隨時間推移而擴充套件。

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。可以計算出**平均延遲擴充套件**和**均方根延遲擴充套件**這兩個引數。

多普勒擴充套件

這是由移動無線電通道變化率引起的**頻譜展寬**的度量。它是由移動裝置和基站之間的相對運動或通道中物體的移動引起的。

當移動裝置的速度較高時，多普勒擴充套件也較高，並且由此產生的通道變化比基帶訊號的變化快，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。

無線通訊 - 技術

在某些情況下，存在效能下降的可能性，這會影響輸出。造成這種情況的主要原因可能是移動通道損傷。為了解決這個問題，有三種常用的技術：

均衡器

接收器中的均衡器補償預期通道幅度和延遲特性的平均範圍。換句話說，均衡器是移動接收器中的一個濾波器，其衝激響應是通道衝激響應的逆。這種均衡器在頻率選擇性衰落通道中得到應用。

分集

分集是另一種用於補償快衰落的技術，通常使用兩個或多個接收天線來實現。它通常用於減少平坦衰落通道中接收器經歷的衰落深度和持續時間。

通道編碼

通道編碼透過在傳送的訊息中新增冗餘資料位來提高行動通訊鏈路的效能。在發射機的基帶部分，通道編碼器將數字訊息序列對映到另一個包含比訊息中原始位數更多的特定碼序列。通道編碼用於糾正深衰落或頻譜零點。

均衡

ISI（符號間干擾）已被確定為在移動無線通道上傳輸高速資料的最大障礙之一。如果調製頻寬超過無線通道的相干頻寬（即頻率選擇性衰落），則調製脈衝會隨時間推移而擴充套件，從而導致ISI。

接收器前端的均衡器補償預期通道幅度和延遲特性的平均範圍。由於移動衰落通道是隨機的且時變的，因此均衡器必須跟蹤移動通道的時變特性，因此應該是時變的或自適應的。自適應均衡器有兩個操作階段：訓練和跟蹤。

訓練模式

最初，發射機傳送已知的固定長度訓練序列，以便接收器均衡器可以平均到合適的設定。訓練序列通常是偽隨機二進位制訊號或固定且具有規定位元模式的訊號。

訓練序列旨在允許接收器中的均衡器在最差的通道條件下獲得合適的濾波器係數。因此，接收器中的自適應濾波器使用遞迴演算法來評估通道並估計濾波器係數以補償通道。

跟蹤模式

訓練序列完成後，濾波器係數接近最優。在訓練序列之後，立即傳送使用者資料。

當接收使用者資料時，均衡器的自適應演算法會跟蹤通道的變化。因此，自適應均衡器會隨著時間的推移不斷改變濾波器特性。

分集

分集是一種強大的通訊接收器技術，能夠以相對較低的成本提高無線鏈路的效能。分集技術用於無線通訊系統，主要目的是提高衰落無線通道的效能。

在這種系統中，接收器接收相同資訊訊號的多個副本，這些副本透過兩個或多個真實或虛擬通訊通道傳輸。因此，分集的基本思想是資訊的重複或冗餘。在幾乎所有應用中，分集決策都由接收器做出，發射器不知道。

分集型別

衰落可分為小尺度和大尺度衰落。小尺度衰落以深而快的幅度波動為特徵，這些波動發生在移動裝置移動幾波長距離時。對於窄帶訊號，這通常會導致瑞利衰落包絡。為了防止發生深衰落，微觀分集技術可以利用快速變化的訊號。

如果接收器的天線元件之間的距離為發射波長的幾分之一，則資訊訊號的各個副本或通常稱為分支可以適當地組合，或者可以選擇其中最強的作為接收訊號。這種分集技術被稱為天線或空間分集。

頻率分集

相同的資訊訊號在不同的載波上傳輸，它們之間的頻率間隔至少為相干頻寬。

時間分集

資訊訊號在時間上以規則的間隔重複傳送。傳送時間之間的間隔應大於相干時間T_c。時間間隔取決於衰落速率，並且隨著衰落速率的降低而增加。

極化分集

在這裡，攜帶資訊的訊號的電場和磁場被修改，並且許多這樣的訊號被用於傳送相同的資訊。因此獲得了正交型別的極化。

角度分集

在這裡，定向天線用於透過多條路徑建立傳輸訊號的獨立副本。

空間分集

在空間分集中，有多個接收天線放置在不同的空間位置，從而導致不同的（可能是獨立的）接收訊號。

各種分集方案之間的區別在於，在前兩種方案中，由於要傳送的資訊訊號的重複，導致頻寬浪費。因此，在其餘三種方案中避免了這個問題，但代價是增加了天線複雜性。

訊號之間的相關性作為天線元件之間距離的函式由以下關係給出：

$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$

其中，

J₀ = 零階第一類貝塞爾函式
d = 天線元件在空間上的分離距離
λ = 載波波長。

無線通訊 - 廣域網

在計算機領域，群連線的廣泛使用已成為不可避免的趨勢，這導致了LAN（區域網）的引入。這些LAN屬於單一建築物或校園內的小型網路類別。

WAN是廣域網，覆蓋較大的區域，例如城市或比LAN更大的有限區域。無線個人區域網 (PAN) 是WLAN的下一步，覆蓋較小的區域，使用低功率傳輸，用於連線行動式和移動計算裝置，例如PC、個人數字助理 (PDA)。

WLAN基礎

為了瞭解有線網路和無線網路之間的區別，必須瞭解WLAN中的技術問題。然後研究WLAN的使用及其設計目標。還詳細介紹了WLAN的型別、元件及其基本功能。

IEEE 802.11標準

本節介紹了WLAN中一個突出的標準，即IEEE 802.11標準。解釋了介質訪問控制 (MAC) 層和物理層機制。本節還介紹了一些可選功能，例如安全性和服務質量 (QoS)。

HIPERLAN標準

本節描述了另一個WLAN標準，HIPERLAN標準，這是一個基於無線電訪問的歐洲標準。

藍牙

本節介紹藍牙標準，該標準使個人裝置能夠在沒有基礎設施的情況下相互通訊。

WLAN基礎

行動式終端和移動終端都可以從一個地方移動到另一個地方，但行動式終端只能在靜止時訪問。

另一方面，移動終端 (MT) 功能更強大，可以在移動時訪問。WLAN旨在支援真正的移動工作站。

WLAN用途

無線計算機網路能夠提供多功能的功能。WLAN非常靈活，可以根據應用程式配置為各種拓撲結構。下面描述了WLAN的一些可能用途。

使用者將能夠在移動中瀏覽網際網路、檢視電子郵件和接收即時訊息。
在地震或其他災害影響的地區，現場可能沒有合適的基礎設施。WLAN在這些位置非常方便，可以隨時設定網路。
許多歷史建築需要建立計算機網路。在這些地方，可能不允許佈線，或者建築設計可能不利於有效的佈線。WLAN在這些地方是非常好的解決方案。

設計目標

以下是一些在設計WLAN時必須實現的目標：

操作簡單性 - 無線LAN的設計必須包含使移動使用者能夠以簡單有效的方式快速設定和訪問網路服務的功能。
節能執行 - 筆記型電腦和PDA等移動計算裝置的電源受限特性使得WLAN以最低功耗執行成為一項重要要求。因此，WLAN的設計必須包含節能功能，並使用適當的技術和協議來實現這一點。
免許可證執行 - 影響無線接入成本的主要因素之一是特定無線接入技術執行頻譜的許可證費用。低接入成本是推廣WLAN技術的重要方面。因此，WLAN的設計應考慮頻譜的一部分。對於其不需要明確許可證的操作。
抗干擾性 - 不同無線網路技術的激增，無論是民用還是軍用應用，都導致了整個無線電頻譜的干擾水平顯著提高。

WLAN設計應考慮這一點，並透過選擇技術和協議來採取適當的措施，以便在存在干擾的情況下執行。
全球可用性 - WLAN的設計、技術的選型以及工作頻譜的選擇應考慮世界各國現行的頻譜限制。這確保了該技術在世界範圍內的可接受性。
安全性 - 無線介質固有的廣播特性增加了在WLAN技術設計中包含安全功能的要求。
安全要求 - WLAN技術的設計應遵循可分為以下幾類的安全要求。
- 對醫療和其他儀器裝置的干擾。
- 發射機功率水平提高，可能導致健康危害。
設計良好的WLAN應遵循給定頻譜中適用的功率發射限制。
服務質量要求 - 服務質量 (QoS) 指為多媒體流量提供指定的效能級別。WLAN的設計應考慮到支援各種流量（包括多媒體流量）的可能性。
與其他技術和應用的相容性 − 不同區域網之間的互操作性對於在使用不同區域網技術的主機之間進行高效通訊非常重要。

網路架構

網路架構描述了WLAN的型別、典型WLAN的組成部分以及WLAN提供的服務。

基於基礎設施的區域網與Ad Hoc區域網

根據底層架構，WLAN可以廣泛地分為兩種型別，即基礎設施網路和Ad hoc區域網。

基礎設施網路

基礎設施網路包含稱為接入點 (AP) 的特殊節點，這些節點透過現有網路連線。

AP之所以特殊，是因為它們可以與無線節點以及現有的有線網路進行互動。
其他無線節點，也稱為移動站 (STA)，透過AP進行通訊。
AP也充當與其他網路的橋樑。

Ad hoc區域網

Ad hoc區域網不需要任何固定的基礎設施。這些網路可以在任何地方即時建立。節點之間直接通訊以轉發訊息，透過其他可以直接訪問的節點。

無線通訊 - 藍牙

藍牙無線技術是一種短距離通訊技術，旨在取代連線行動式裝置的電纜並保持高安全級別。藍牙技術基於Ad-hoc技術，也稱為Ad-hoc微微網，它是一個覆蓋範圍非常有限的區域網。

藍牙的歷史

WLAN技術使裝置能夠透過無線運營商連線到基於基礎設施的服務。個人裝置在沒有既定基礎設施的情況下無線相互通訊的需求導致了個人區域網 (PAN) 的出現。

愛立信於1994年的藍牙專案定義了PAN的標準，以實現使用低功耗和低成本無線電介面的行動電話之間的通訊。
1988年5月，IBM、英特爾、諾基亞和東芝等公司加入愛立信，組成了藍牙特別興趣小組 (SIG)，其目標是開發PAN的事實標準。
IEEE已批准一項名為IEEE 802.15.1的基於藍牙的無線個人區域網 (WPAN) 標準。IEEE標準涵蓋MAC和物理層應用。

藍牙規範詳細說明了整個協議棧。藍牙採用射頻 (RF) 進行通訊。它利用頻率調製在ISM頻段生成無線電波。

由於其特殊功能，藍牙的使用已得到廣泛普及。

藍牙為各種裝置提供了一個統一的結構，使它們能夠相互連線和通訊。
藍牙技術已獲得全球認可，因此世界上幾乎任何地方的任何啟用藍牙的裝置都可以與啟用藍牙的裝置連線。
藍牙技術的低功耗和高達十米的有效範圍為多種使用模式鋪平了道路。
藍牙透過建立筆記型電腦的Ad Hoc網路提供互動式會議。
藍牙使用模型包括無線電腦、對講機、無線電話和行動電話。

微微網和散射網

啟用藍牙的電子裝置透過稱為微微網的短距離裝置無線連線和通訊。藍牙裝置以小型Ad Hoc配置存在，能夠充當主裝置或從裝置，該規範允許主裝置和從裝置切換其角色。具有一個主裝置和一個從裝置的點對點配置是最簡單的配置。

當兩個以上藍牙裝置相互通訊時，這稱為微微網。一個微微網最多可以包含七個圍繞單個主裝置聚集的從裝置。初始化建立微微網的裝置成為主裝置。

主裝置負責傳輸控制，方法是將網路劃分為網路成員之間的一系列時隙，作為時分多路複用方案的一部分，如下所示。

微微網的功能如下所示：

在微微網內，各種裝置的定時和各個裝置的跳頻序列由主裝置的時鐘和唯一的48位地址確定。
每個裝置可以同時與單個微微網內的最多七個其他裝置通訊。
每個裝置可以同時與多個微微網通訊。
微微網是動態且自動建立的，因為啟用藍牙的裝置進入和離開微微網。
從裝置之間沒有直接連線，所有連線本質上都是主裝置到從裝置或從裝置到主裝置。
從裝置在被主裝置輪詢後才能傳輸。
傳輸從主裝置輪詢資料包之後的從裝置到主裝置時隙立即開始。
一個裝置可以是兩個或多個微微網的成員，透過調整第二個微微網的主裝置規定的傳輸機制-定時和跳頻序列，從一個微微網跳到另一個微微網。
它可以在一個微微網中充當從裝置，在另一個微微網中充當主裝置。但是，它不能在一個以上微微網中充當主裝置。
位於相鄰微微網中的裝置提供橋接以支援微微網內部連線，允許連結的微微網的集合形成一個物理可擴充套件的通訊基礎設施，稱為散射網。

頻譜

藍牙技術在2.4至2.485 GHz的未經許可的工業、科學和醫療 (ISM) 頻段工作，使用跳頻擴頻全雙工訊號，標稱速率為1600跳/秒。2.4 GHz ISM頻段在大多數國家/地區可用且未經許可。

範圍

藍牙工作範圍取決於裝置。3類無線電的範圍最遠可達1米或3英尺。2類無線電最常見於移動裝置中，範圍為10米或30英尺。1類無線電主要用於工業用例，範圍為100米或300英尺。

資料速率

藍牙支援1.2版1 Mbps資料速率和2.0版3 Mbps資料速率，並結合錯誤資料速率。

無線通訊 - 網際網路

網際網路的出現徹底改變了計算機的使用和資訊搜尋方式。網際網路影響了傳統的資訊交換方式，現在幾乎每個城市、每個城鎮和每條街道都可以訪問網際網路。

如今，家庭、學校和企業使用各種不同的方法連線到網際網路。其中一種方法是無線網際網路服務，它為客戶提供網際網路接入，而無需地下銅線、光纖或其他形式的商業網路佈線。與DSL和有線網際網路等更成熟的有線服務相比，無線技術為計算機網路帶來了更高的便利性和移動性。

以下各節描述了每種流行的無線網際網路服務型別。

衛星網際網路

衛星於20世紀90年代中期推出，成為第一種主流的消費者無線網際網路服務。與其他形式的無線網際網路服務相比，衛星具有可用性的優勢。衛星只需要一個小型的碟形天線、衛星調變解調器和訂閱計劃，幾乎可以在所有其他技術無法覆蓋的農村地區使用。

但是，衛星也提供效能相對較低的無線網際網路。由於訊號在地球和軌道站之間傳輸的距離較長，衛星存在高延遲（延遲）連線問題。衛星還支援相對適量網路頻寬。

公共Wi-Fi網路

一些市政當局使用Wi-Fi技術構建了其公共無線網際網路服務。這些所謂的網狀網路將眾多無線接入點連線在一起，以覆蓋更大的城市區域。單個Wi-Fi熱點還在特定地點提供公共無線網際網路服務。

相對於其他形式的無線網際網路服務，Wi-Fi是一種低成本的選擇。裝置價格低廉（許多較新的計算機內建了所需的硬體），並且在某些地區Wi-Fi熱點仍然免費。

固定無線寬頻

固定無線是一種寬頻型別，它利用安裝在天線上的天線指向無線電發射塔。

移動寬頻

蜂窩電話已經存在了幾十年，但直到最近，蜂窩網路才發展成為一種主流的無線網際網路服務形式。使用安裝的蜂窩網路介面卡，或透過將蜂窩電話連線到筆記型電腦，可以在任何有蜂窩塔覆蓋的區域保持網際網路連線。如果沒有某些提供商提供的網際網路資料訂閱，移動寬頻服務將無法正常工作。

經典的有線網路已經產生了許多應用程式協議，例如TELNET、FTP和SMTP。無線應用程式協議 (WAP) 架構旨在在應用程式級別彌合無線使用者與為其提供的服務之間的差距。

無線網際網路

無線網際網路是指將網際網路提供的服務擴充套件到移動使用者，使他們能夠訪問資訊和資料，而無論其位置如何。與無線域相關的固有問題（節點的移動性和網際網路中使用的現有協議的設計）需要多種解決方案才能使無線網際網路成為現實。

無線網際網路需要考慮的主要問題如下：

地址移動性
傳輸層協議的效率低下以及
應用層協議的效率低下

地址移動性

網際網路中使用的網路層協議是網際網路協議 (IP)，它是為具有固定節點的有線網路設計的。IP採用分層定址，使用全域性唯一的32位地址，該地址有兩個部分：網路識別符號和主機識別符號。

網路識別符號指的是主機連線到的子網地址。定址方案用於減小網際網路核心路由器中的路由表大小，這些路由器僅使用IP地址的網路部分進行路由決策。

這種定址方案可能無法直接用於網際網路的無線擴充套件，因為移動主機可能會從一個子網移動到另一個子網，但傳送到移動主機的分組可能會被傳遞到節點最初連線的舊子網。

傳輸層協議的效率低下

傳輸層在網際網路中非常重要，它確保建立和維護**端到端連線**、可靠的**端到端資料包交付**、**流量控制**和**擁塞控制**。TCP是大多數有線網路的主要傳輸層協議，儘管某些應用程式使用**UDP**（一種無連線的不可靠傳輸層協議）。

無線網際網路需要傳輸層協議高效執行，因為無線介質由於其時變和環境相關的特性而固有地不可靠。傳統的TCP呼叫**擁塞控制演算法**來處理網路中的擁塞。如果資料包或ACK包丟失，則TCP假設**丟失是由於擁塞**造成的，並將擁塞視窗的大小減半。

每次出現連續的丟包時，**擁塞視窗都會減小**，因此TCP在無線鏈路中的效能會下降。即使在資料包丟失是由**鏈路錯誤**或**碰撞**引起的，TCP也會呼叫擁塞控制演算法，導致吞吐量非常低。

識別導致資料包丟失的真正原因對於提高TCP在無線鏈路上的效能至關重要。傳輸層問題的部分解決方案包括：

間接TCP (ITCP)
Snoop TCP 和
移動TCP

應用層協議的低效性

網際網路中使用的傳統應用層協議，如**HTTP、TELNET**、簡單郵件傳輸協議（**SMTP**）以及幾種標記語言，如**HTML**，都是為有線網路設計和最佳化的。許多這些協議在無線鏈路中使用時效率不高。

阻止HTTP在無線網際網路中使用的主要問題是其無狀態操作、字元編碼帶來的高開銷、HTTP請求中攜帶的冗餘資訊以及每次事務都要開啟**新的TCP連線**。

手持裝置的功能有限，這使得處理計算量大且頻寬消耗高的應用程式協議變得困難。無線應用協議（**WAP**）和對傳統HTTP的最佳化是應用層問題的部分解決方案。

無線通訊 - 無線應用協議

WAP代表無線應用協議。WAP代表一組協議，而不是單個協議。WAP旨在將一個簡單的輕量級瀏覽器（也稱為微瀏覽器）整合到手持裝置中，從而使這些裝置所需的資源（如**記憶體**和**CPU**）最少。

WAP試圖透過將更多智慧整合到網路節點（如**路由器、Web伺服器**和**基站**）中來彌補無線手持裝置和無線鏈路的不足。

WAP協議套件的主要目標如下。

獨立於無線網路標準
服務提供商之間的互操作性
克服無線介質的不足
克服手持裝置的缺點
提高效率和可靠性
提供安全性、可擴充套件性和可擴充套件性

WAP模型

WAP採用客戶端-伺服器方法。它指定了一個代理伺服器，充當無線域和核心有線網路之間的介面。這個代理伺服器，也稱為**WAP閘道器**，負責各種功能，例如協議轉換和最佳化無線介質上的資料傳輸。

無線網路部分包括：

內容提供商（應用程式或源伺服器）
移動裝置（WAP客戶端）
WAP閘道器
WAP代理

WAP架構的設計緊密遵循Web。唯一的區別是存在WAP閘道器，用於在HTTP和WAP之間進行轉換。

WAP客戶端

關於WAP客戶端，需要提及三個部分：WAE使用者代理、WTA使用者代理和WAP協議棧。

**WAE使用者代理** - 無線應用環境使用者代理是呈現內容以供顯示的瀏覽器。
**WTA使用者代理** - 無線電話應用代理從WTA伺服器接收編譯後的WTA檔案並執行它們。
**WAP協議棧** - WAP協議棧允許手機使用WAP協議連線到WAP閘道器。

應用伺服器

網路中儲存資訊（Web、WAP）應用程式的元素是WAP代理、WAP閘道器或WAP伺服器：

**代理** - 這是一箇中間元素，在網路中充當客戶端和伺服器，位於客戶端和伺服器之間。客戶端向它傳送請求，它透過聯絡源伺服器檢索和快取所需的資訊。
**閘道器** - 這是一箇中間元素，通常用於連線兩種不同型別的網路。

WAP閘道器基本上是放置在支援**WAP和IP資料包網路**（如Internet）的網路之間的軟體。

WAP協議棧

WAP協議棧如下圖所示：

應用層

應用層提供一個應用環境，用於開發和執行可移植的應用和服務。WAE由位於客戶端的兩個不同的使用者代理組成。

WAE使用者代理包含瀏覽器和文字訊息編輯器以及WTA使用者代理。

會話層

會話層提供客戶端/服務應用程式之間內容有序交換的方法。

WAP包含以下元件：

**面向連線的會話服務** - 這些服務執行在WTP之上。
**無連線的會話服務** - 這些服務直接執行在WDP之上。
**會話服務** - 這些功能有助於使用基本訊息建立客戶端和伺服器之間的連線。

**基本訊息**定義為客戶端傳送到伺服器以請求服務設施的訊息。客戶端傳送請求原語並接收確認原語，伺服器可以傳送響應原語並接收指示原語。

無連線會話服務僅提供非確認服務。要啟動會話，客戶端呼叫提供一些引數的WSP原語，例如伺服器地址、客戶端地址和客戶端標頭。在某些方面，WSP基本上是HTTP的二進位制形式。

事務層

提供用於執行不同可靠性程度的事務的不同方法。

安全層

可選層，在存在身份驗證、隱私和安全連線時，提供應用程式之間的安全連線。它基於**SSL（安全套接字層）**。它提供確保隱私、伺服器身份驗證、客戶端身份驗證和資料完整性的服務。

在Web伺服器和WAP閘道器之間開啟一個標準的SSL會話，並在**閘道器**和**移動裝置**之間初始化WTLS會話。加密的內容透過此連線從伺服器傳送到閘道器，閘道器將其轉換併發送到手機。**SSL**和**WTLS**之間的事務發生在WAP閘道器的記憶體中。

傳輸層

這是底層，連線到運營商提供的承載服務。承載服務是手機和基站之間的通訊。它們包括**SMS、CSD、USSD、GSM、GPRS、DECT、CDMA、FDMA**和**TDMA**。

物理層準備從移動裝置透過空中服務傳送的資料，並使用裝置正在執行的網路中實現的承載服務傳送資料。**WDP**與各種承載網路具有介面，因此必須具有特定於承載的實現。WDP是唯一需要重寫以支援不同承載網路的層。WTP層實現了一個簡單的**請求-響應事務**導向協議，而不是三方握手連線機制。

無線通訊 - 衛星

衛星是圍繞另一個物體旋轉的物體。例如，地球是太陽的衛星，月球是地球的衛星。

**通訊衛星**是太空中用於電信、無線電和電視訊號的**微波中繼站**。通訊衛星處理來自一個地球站的資料，將其轉換為另一種形式，並將其傳送到第二個地球站。

衛星如何工作

地球上的兩個站點想要透過無線廣播進行通訊，但距離太遠而無法使用傳統方法。這兩個站點可以使用中繼站進行通訊。一個地球站將訊號傳輸到衛星。

**上行鏈路頻率**是地面站與衛星通訊的頻率。衛星轉發器轉換訊號並將其傳送到第二個地球站，這稱為**下行鏈路頻率**。第二個地球站也以相同的方式與第一個地球站通訊。

衛星的優點

衛星通訊的優點如下：

覆蓋範圍比地面系統高得多。
傳輸成本與覆蓋範圍無關。
更高的頻寬是可能的。

衛星的缺點

衛星通訊的缺點如下：

將衛星發射到軌道是一個昂貴的過程。
頻寬正在逐漸被用完。
衛星系統的傳播延遲比傳統地面系統高。

衛星通訊基礎

衛星通訊過程始於**地球站**。這裡設計了一個設施，用於傳輸和接收來自繞地球執行的衛星的訊號。地球站以高功率、高頻率（GHz範圍）訊號的形式將資訊傳送到衛星。

衛星**接收**並**轉發**訊號回地球，然後由衛星覆蓋範圍內的其他地球站接收。**衛星足跡**是接收來自衛星的有用強度訊號的區域。

從地球站到衛星透過通道的傳輸系統稱為**上行鏈路**。從衛星到地球站透過通道的系統稱為**下行鏈路**。

衛星頻段

通常用於通訊的衛星頻段是**C波段、Ku波段**和**Ka波段**。C波段和Ku波段是當今衛星常用的頻譜。

需要注意的是，頻率和波長之間存在反比關係，即頻率增加，波長減小，這有助於理解**天線直徑**和**傳輸頻率**之間的關係。隨著波長增加，需要更大的天線（衛星天線）來收集訊號。

地球軌道

衛星發射到太空後，需要放置在特定的軌道上，以提供特定的旋轉方式，以便保持可訪問性併發揮其作用，無論是科學的、軍事的還是商業的。這些分配給衛星相對於地球的軌道稱為**地球軌道**。這些軌道上的衛星是地球軌道衛星。

地球軌道的重要型別包括：

地球同步軌道
地球靜止軌道
中地球軌道
低地球軌道

地球同步軌道（GEO）衛星

地球同步軌道衛星是指放置在地球上方22,300英里（約35,786公里）高度的衛星。該軌道與恆星日（即23小時56分鐘）同步。此軌道可以有傾角和偏心率。它可能不是圓形的。此軌道可以相對於地球的兩極傾斜。但從地球上觀察時，它看起來是靜止的。

如果同一個地球同步軌道是圓形的並且位於赤道平面，則稱為地球靜止軌道。這些衛星放置在地球赤道上方35,900公里（與地球同步軌道相同）的高度，並且它們相對於地球的方向（自西向東）持續旋轉。這些衛星被認為相對於地球是靜止的，因此得名。

地球靜止軌道衛星用於天氣預報、衛星電視、衛星廣播和其他型別的全球通訊。

上圖顯示了地球同步軌道和地球靜止軌道之間的區別。旋轉軸表示地球的運動。

這裡需要特別注意的是，每個地球靜止軌道都是地球同步軌道。但並非每個地球同步軌道都是地球靜止軌道。

中地球軌道 (MEO) 衛星

中地球軌道 (MEO) 衛星網路將在距地球表面約8000英里（約12,875公里）的高度執行。從MEO衛星傳輸的訊號傳播距離較短。這意味著接收端訊號強度得到改善。這表明接收端可以使用更小、更輕的接收終端。

由於訊號到衛星和從衛星返回的傳播距離較短，因此傳輸延遲較小。傳輸延遲可以定義為訊號從傳送端到衛星再到接收站的傳播時間。

對於即時通訊，傳輸延遲越短，通訊系統越好。例如，如果GEO衛星往返需要0.25秒，那麼MEO衛星完成相同行程需要不到0.1秒。MEO的工作頻率範圍為2 GHz及以上。

低地球軌道 (LEO) 衛星

LEO衛星主要分為三類，即小型LEO、大型LEO和巨型LEO。LEO將在距地球表面500至1000英里（約805至1610公里）的高度執行。

這個相對較短的距離將傳輸延遲減少到僅0.05秒。這進一步減少了對靈敏且笨重的接收裝置的需求。小型LEO將在800 MHz（0.8 GHz）範圍內執行。大型LEO將在2 GHz或更高範圍內執行，巨型LEO在20-30 GHz範圍內執行。

與巨型LEO相關的較高頻率轉化為更大的資訊承載能力，併產生即時、低延遲影片傳輸方案的能力。

高空長航時 (HALE) 平臺

實驗性HALE平臺基本上是攜帶通訊裝置的高效輕型飛機。這將充當極低地球軌道地球同步衛星。

這些飛行器將由電池和太陽能或高效渦輪發動機的組合提供動力。HALE平臺在僅70,000英尺（約21,336米）的高度提供小於0.001秒的傳輸延遲，甚至為非常輕便的手持接收裝置提供更好的訊號強度。

軌道槽位

這裡可能出現一個問題，那就是在同步軌道上存在超過200顆衛星，我們如何防止它們相互碰撞或試圖使用相同的太空位置？為了解決這個問題，國際電信聯盟 (ITU) 等國際監管機構和美國聯邦通訊委員會 (FCC) 等國家政府機構指定了通訊衛星可以位於地球同步軌道上的位置。

這些位置以經度度數表示，稱為軌道槽位。由於對軌道槽位的巨大需求，FCC和ITU已逐步將所需的間距縮小到C波段和Ku波段衛星僅2度。

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