第2章无线传输技术基础1

这种未能检无测线出局媒域体网上的已特存殊在问的题信号的问题 叫做隐藏站问题(hidden station problem)
A 的作用范围
C 的作用范围
A
B
C
D
当 A 向B发送信号时， 检测不到C在向B发送信号，以 为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。
C是A的隐藏站点
其实 B 向 A无发线送数局据域并网不的影特响殊C问向题D 发送数据
导向媒体的传输取决于媒体的自身性质。
非导向媒体的传输特性则主要依赖于发送天线生成的 信号的带宽。
天线发射的信号有一个重要的属性是方向性。通 常，低频信号是全向的，也就是说，信号从天线 发射后会沿所有方向传播。当频率较高时，信号 才有可能被聚集成有向波。
2.1.1 电信用的电磁波频谱
无线电频谱的划分
地波(ground wave)：地波传播或多或少要沿着地球 的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可 视的地平线。
电磁波频率低于2M时，就会以地波传播方式传播。 这一频段易被大气散射，不能穿透大气层。这一波段 的典型应用是调幅（AM）无线电。
天波(sky wave)：来自基于地球天线的电磁 波被电离层反射回地球表面，可以通过多个 跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地 穿行。
无线电广播频段：30MHz～1GHz，适用于全向应 用。
红外线频谱段：3×1011Hz～2×1014Hz，适于本地 应用，在有限的区域(如一个房间)内对于局部的点对 点及多点应用非常有用。
无线电的频谱管理
造成无线信号损伤的一个原因是干扰，随着微波应 用的不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个威 胁。因此，频带的分配需要严格控制。
军事通信；长距离通信
直线；由于温度倒置出现散 VHF电视；调频广播和双向无线
射；宇宙噪声
电，调幅飞机通信；飞机导航
UHF(特高频) 300MHz～3GHz 100cm～10cm SHF(超高频) 3GHz～30GHz 10cm～1cm
直线；宇宙噪声
直线；下雨会带来衰减；由 氧气和水蒸气带来大气衰减
UHF电视；蜂窝电话；雷达；微 波链路；个人通信系统
用于建筑物之间的点对点线路。 常见的用于传输的频率范围为2GHz～40GHz。
频率越高，可能的带宽就越宽，因此可能的数 据传输速率也就越高。 微波天线最常见的类型是呈抛物面的“碟形” 天线，其典型尺寸约为直径3米。
卫星微波
通信卫星实际上一个微波接力站，用于将两个或多个 称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起 来。
地波
用于电话系统中使用的模拟用户 线路
地波；白天夜晚低衰减；高 长距离导航；航海通信 大气噪声级
地波；比VLF的可靠性略差； 长距离导航；航海通信中的无线
白天会被吸收
电信号
地波和天波(夜)；衰减夜间 海事无线电；定向查找 低白天高；有大气噪声
天波；质量随一天的时间、 无线电业余爱好者；国际广播，
季节和频率而变化
其他国家的无线电频谱管理机构
美国——联邦通信委员会（FCC） 欧洲——欧洲电信标准协会（ETSI） 加拿大——加拿大工业部 日本——日本无线工业及商贸联合会（ARIB） 在无线电使用中，频段分配给不同的授权和非授权
业务，而且不同频段信号所允许的传输功率大小有 不同国家和地区的管理机构控制。
频率范围（Hz）
波长
9–30KHz
33~10km
30~300KHz
10~1km
300–3000KHz
1000~100m
3–30 MHz
100~10m
30–300 MHz
10~1m
300–3000 Mm
30-300GHz
10~1mm
30THz
数十微米
这就是暴露站问题(exposed station problem)
B 的作用范围
C 的作用范围
A
B
？
C
D
B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。 C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。
B是C的暴露站点。
2.1.3 电磁波的传播方式
由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波传播、 天波传播、直线传播。
直线LOS(line of sight) ：当要传播的信号频率在 30MHz以上时，电磁波不能被电离层反射，可穿 透电离层，虽然由于大气折射会出现一定弯曲， 但不足以达到地球曲率，因此天波与地波的传播 方式均无法工作，通信必须用直线方式。
2.1.4 电信中的无线传输媒体
地面微波
地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替 同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继。
24.125 GHz
61–61.5 GHz
61.25 GHz
122–123 GHz
122.5 GHz
244–246 GHz
245 GHz
注：欧洲915MHz的频段有部份用于了GSM通信，因
此划出了868MHz频段代替915MHz频段。
绝大部分无线网络使用的都是ISM频段 915/868MHz：ZigBee 2.4GHz：IEEE 802.11 b/g/n,蓝牙,ZigBee 5.8GHz: IEEE 802.11a/n
27.120 MHz
40.66–40.70 MHz
40.68 MHz
433.05–434.79 MHz
433.92 MHz
902–928 MHz
915 MHz Region 2 only
2.420–2.4835GHz
2.450 GHz
5.725–5.875 GHz
5.800 GHz
24–24.25 GHz
波长(λ)=光速(c)/频率(f)
甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF）
甚高频（VHF） 特高频（UHF） 超高频（SHF） 极高频（EHF）
红外区域
人们最关注的3个频段
无线电频率，简称射频（RF），RF频段是指 3kHz~300GHz之间的电磁频谱。
微波：1GHz~100GHz，可实现高方向性的波束， 而且非常适用于点对点的传输，也可用于卫星通信。
ISM频段属于Free License，无需授权许可，只需 要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要 对其它频段造成干扰即可。
ISM频段
频率范围（Hz）
中心频率（Hz）
6.765–6.795 MHz
6.780 MHz
13.553–13.567 MHz
13.560 MHz
26.957–27.283 MHz
红外线
红外线传输不能超过视线范围，距离短 红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安
全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。 红外线不需要频率分配许可。
光波
频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于 光纤的导向光波。
提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装， 而且与微波不同，不要求FCC许可。
2.1.2 无线网络中射频传输面临的挑战
与传统电缆相比，使用射频传输作为网络媒体带 来了很多挑战：
挑战 链路可靠性
考虑因素和解决方案 信号传播、干扰、设备选址、链路预算
媒体接入
感知其他用户（隐藏站点和暴露站点问题）、服务质量要求
安全性
WEP、WPA、802.11i、定向天线
安全性问题是无线网络最重要的问题；
卫星通信；雷达；陆地微波链路； 无线本地环
EHF(极高频) 30GHz～300Gz 10mm～1mm
红外线 可见光
300GHz～ 400THz
400THz～ 900THz
1mm～770nm 770nm～330nm
直线；由于氧气和水蒸气带 来大气衰减
直线
实验；无线本地环 红外局域网；客户电子应用
直线
光通信
严格的无线电控制会对工业、科学、医学等行业带 来不必要的麻烦，为此国际通信联盟无线电通信局 （ITU-R，ITU Radio Communication Sector） 专门定义了一些频段开放给工业、科学、医学 (Industrial、Scientific、Medical)三种主要机构 使用，这些频段就是所谓的ISM频段。
卫星使用上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的 传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行) 上将其发送出去。
卫星传输的最佳频率范围为1GHz～10GHz。
特点
卫星通信距离远，一个地面站发送到另一个地面站接 收，约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面，也带来 一系列问题。
卫星微波是广播设施，许多站点可以向卫星发送信息， 同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。
对导向媒体而言，电磁波被引导沿某一固定媒体前进， 例如双绞线、同轴电缆和光纤。
非导向媒体的例子是大气和外层空间，它们提供了传 输电磁波信号的手段，但不引导它们的传播方向，这 种传输形式通常称为无线传播(wireless transmission)
数据传输的特性以及传输质量取决于传输媒体的 性质和传输信号的特性。
卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用 商业网络
广播无线电波
广播无线电波是全向性的，不要求使用碟形天线， 天线也无需严格地安装到一个精确地校准位置上。
非正式术语广播无线电波(broadcast radio) 包括 VHF频段和部分的UHF频段：30MHz～1GHz。
广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径干扰。
第2章 无线传输技术基础
主要内容
2.1 无线传输媒体
2.1.1 电磁波频谱 2.1.2 无线网络中射频传输面临的挑战 2.1.3 电磁波的传播方式
2.1 无线传输媒体
传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间 的物理路径。
传输媒体可分为导向的(guided)和非导向的 (unguided)两类。