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无线电(无线电波的基本知识)

来自 经验分享 发布时间 2023-11-04 05:37:17 阅读次数

 无线电波是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波。无线电波的波长越短、频率越高,相同时间内传输的信息就越多。

无线电波在空间中的传播方式有以下情况:直射、反射、折射、穿透、绕射(衍射)和散射。

无线电波是一种能量传输形式,在传播过程中,电场和磁场在空间是相互垂直的,同时这两者又都垂直于传播方向。

无线电波和光波一样,它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用C=300000公里/秒表示。在媒质中的传播速度为:V=C/(ε)1/2,式中ε为传播媒质的相对介电常数。

2、无线电波的传播

空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近,略大于1。因此,无线电波在空气中的传播速度略小于光速,通常我们就认为它等于光速。

无线电波类似一个池塘上的波纹,在传播时波会减弱。

3、电磁波的传播

电场和磁场在空间是相互垂直的,同时两者又都垂直于传播方向。

4、无线电波的波长、频率和传播速度的关系

可用式 λ=V/f 表示。在公式中,V为速度,单位为米/秒;f 为频率,单位为赫兹;λ为波长,单位为米。由上述关系式不难看出,同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时,速度是不同的,因此波长也不一样。

无线电波分布在3Hz到3000GHz之间,在这个频谱内划分为12个带。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性:

频率越低,传播损耗越小,覆盖距离越远,绕射能力越强。但是,低频段频率资源紧张,系统容量有限,因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。

高频段频率资源丰富,系统容量大;但是频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱。另外频率越高,技术难度越大,系统的成本也相应提高。

移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量,UHF频段与其他频段相比,在覆盖效果和容量之间折衷的比较好,因此被广泛应用于移动通信领域。当然,随着人们对移动通信的需求越来越多,需要的容量越来越大,移动通信系统必然要向高频段发展。

5、电波的多径传播

电波除了直接传播外,遇到障碍物,例如,山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物,还会产生反射。因此,到达接收天线的超短波不仅有直射波,还有反射波,这种现象就叫多径传输。

由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂,波动很大;也由于多径传输的影响,会使电波的极化方向发生变化,因此,有的地方信号场强增强,有的地方信号场强减弱。另外,不同的障碍物对电波的反射能力也不同。

例如:钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。

在一个典型的蜂窝移动通信环境中,移动台总是比基站天线矮很多,接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。所以,在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径,而是通过许多其他路径完成的。在UHF频段,从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射,即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。

6、慢衰落、快衰落

慢衰落

由障碍物阻挡造成阴影效应,接收信号强度下降,但该场强中值随地理改变变化缓慢,故称慢衰落,又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布,且与位置/地点相关,衰落的速度取决于移动台的速度

快衰落

合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 ,称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布,又称为瑞利衰落,衰落的振幅、相位、角度随机。

快衰落又可以细分为以下3类:

时间选择性衰落:用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散,从而引起时间选择性衰落。

空间选择性衰落:不同的地点,不同的传输路径衰落特性不一样。

频率选择性衰落:不同的频率衰落特性不一样,引起时延扩散,从而引起频率选择性衰落。

为减少快衰落对无线通信的影响,常用方法有空间分集,频率分集,时间分集等。

7、抗快衰落措施-分集

l时间分集 :符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术

空间分集 :采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。

频率分集 :GSM采用跳频 、CDMA采用扩频技术

对于这种快衰落,基站采取的措施是采用时间分集、空间分集(极化分集)和频率分集的办法。

时间分集主要靠符号交织、检错和纠错编码等方法,不同编码所具备的抗衰落特性不一样,这也是当今移动通信研究的前沿课题。

空间分集主要采用主分集天线接收的办法来解决,基站的接收机对主分集通道分别接收到的的信号进行处理,一般采取最大似然法。这种主分集接收的效果由主分集天线接收的不相关性所保证(所谓不相关性是指,主集天线接收到的信号与分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性,这也就要求采用空间分集时主分集天线之间的间距大于10倍的无线信号波长(对于GSM,900M要求天线间距大于4米,1800M要求天线间距大于2米),或者采用极化分集的办法保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性。而对于移动台(手机)而言,因为只有一根天线,因而不具有这种空间分集功能。

基站接收机对一定时间范围(时间窗 )内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。CDMA通信中,软切换时,移动台与多个基站同时联系,从中选取最好的信号,这同样是一种空间分集的形式。

频率分集主要采取扩频方式来解决,在GSM移动通信中,简单地采用跳频这种扩频方式来获得跳频增益;在CDMA移动通信中,由于每个信道都工作在较宽频段(窄带CDMA为1.25MHz),本身就是一种扩频通信。

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