損耗與衰落（市一等獎(jiǎng)）

無線通信和網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)基礎(chǔ)2-3損耗與衰落1.損耗和衰落通信損耗：衰減和衰減失真、自由空間損耗、噪聲、大氣吸收、多徑、折射等。衰落：傳輸介質(zhì)或路徑改變引起接收信號(hào)功率隨時(shí)間變化。固定環(huán)境中下雨等天氣變化會(huì)引發(fā)衰落，移動(dòng)環(huán)境中一個(gè)天線相對(duì)另一個(gè)移動(dòng)，各種障礙物的相對(duì)位置隨時(shí)間而變化，傳輸更為復(fù)雜。2.傳輸過程中的損耗(1)衰減和衰減失真衰減：信號(hào)強(qiáng)度隨所跨越任一傳輸介質(zhì)距離而下降。無線介質(zhì)衰減一般應(yīng)考慮3因素影響：①接收信號(hào)應(yīng)有足夠強(qiáng)度，使接收方檢測(cè)并解釋信號(hào)。②與噪聲相比，信號(hào)須維持較高強(qiáng)度，以便準(zhǔn)確接收。③高頻下的衰減更嚴(yán)重，會(huì)引起失真。前兩個(gè)因素可使用放大器或中繼器。衰減失真：由于衰減變化為頻率的函數(shù)，接收信號(hào)失真會(huì)影響對(duì)信號(hào)理解2.傳輸過程中的損耗（2）自由空間損耗無線通信過程中離發(fā)射天線越遠(yuǎn)，接收信號(hào)功率就越低。衛(wèi)星通信中是主要的傳播損耗。即使無其它衰減或損耗源，長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸也會(huì)有衰減。自由空間損耗，可表示為發(fā)射功率與天線接收功率之比。2.傳輸過程中的損耗（3）噪聲熱噪聲：電子熱擾動(dòng)產(chǎn)生，存在于電子設(shè)備和傳輸介質(zhì)中，受溫度影響。頻譜均勻分布，稱為白噪聲。無法消除，有上限。衛(wèi)星通信影響顯著，地面站接收信號(hào)較弱?；フ{(diào)噪聲：不同頻率信號(hào)共享介質(zhì)產(chǎn)生。如頻率f1和f2混合可能得到f1+f2頻率的能量，干擾原始信號(hào)。串?dāng)_噪聲：不同信號(hào)路徑間融合，相鄰雙絞線間電子耦合產(chǎn)生。微波天線盡管定向性較高，但微波能量在傳播期間仍會(huì)擴(kuò)散。脈沖噪聲：不規(guī)則脈沖或短時(shí)噪聲尖峰，振幅較高。原因包括外部電磁干擾(如雷電)、通信系統(tǒng)錯(cuò)誤和缺陷。對(duì)模擬數(shù)據(jù)影響不大，短時(shí)下降通話質(zhì)量?？赡軐?dǎo)致數(shù)字通信嚴(yán)重錯(cuò)誤，可檢測(cè)發(fā)現(xiàn)重傳。2.傳輸過程中的損耗（4）大氣吸收一般源于水蒸氣和氧氣。水蒸氣產(chǎn)生的衰減峰值約22GHz，頻率低于15GHz，衰減會(huì)減少。氧氣產(chǎn)生的衰減峰值約為60GHz，低于30GHz，衰減會(huì)減少。雨霧會(huì)散射無線電波，導(dǎo)致衰減。針對(duì)大氣吸收的損耗，降水量充沛地區(qū)，可多用短路徑，或使用低頻帶。2.傳輸過程中的損耗（5）多徑無線環(huán)境中障礙物會(huì)反射信號(hào)，接收方收到不同時(shí)延的同一信號(hào)多路副本。極端情況可能沒有直接收到信號(hào)。針對(duì)多路徑信號(hào)，固定且位置較好天線間，或在衛(wèi)星和固定地面站間通信中可有效控制。但如路徑穿越水面，風(fēng)會(huì)使水反射表面處于運(yùn)動(dòng)態(tài)。在移動(dòng)通信和天線位置不佳的環(huán)境中，多徑因素影響較明顯。2.傳輸過程中的損耗（6）折射大氣層折射傳播無線電波。通常信號(hào)速率隨高度增加，無線電波向下彎曲。折射可使極少部分或沒有直線波到達(dá)接收天線。1.天線無線通信系統(tǒng)的外界傳播介質(zhì)接口發(fā)送方將信號(hào)通過饋線(電纜)輸送到天線，再以電磁波形式輻射出去。接收方則由天線吸收到達(dá)的電磁波，僅接收極小一部分功率，通過饋線送至無線電接收機(jī)。1.天線天線是發(fā)射和接收無線電波的重要設(shè)備。2.天線的分類按用途分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等。按工作頻段分為短波天線、超短波天線、微波天線等。按方向性分為全向天線、定向天線等。按外形分為線狀天線、面狀天線等。2.天線的分類按用途分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等。按工作頻段分為短波天線、超短波天線、微波天線等。按方向性分為全向天線、定向天線等。按外形分為線狀天線、面狀天線等。面臨的兩大挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)一：光源閃爍現(xiàn)象應(yīng)盡可能小，以免傷害人眼。為避免閃爍，可見光亮度變化須在最大閃爍時(shí)間周期范圍內(nèi)，定義為人眼感知不到光改變的最大時(shí)間周期。頻率>200Hz即閃爍周期<5ms通常安全。VLC調(diào)制過程中必須無任何明顯閃爍，無論單幀還是多幀之間。挑戰(zhàn)二：調(diào)光，即節(jié)能和環(huán)保。2000年，慶應(yīng)大學(xué)和SONY公司首次利用LED照明燈作為基站進(jìn)行無線傳輸。2007年，日本電子和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)推動(dòng)“可見光身份系統(tǒng)”。2008年，可見光通信聯(lián)盟制訂標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)政府設(shè)立“智能照明”項(xiàng)目。2011年，英國(guó)學(xué)者的VLC演示，被《時(shí)代周刊》評(píng)為2011年全球50大科技發(fā)明。2.激光通信2013年9月，NASA進(jìn)行月球激光通信演示(LLCD)試驗(yàn)，使用激光代替無線電射頻的首個(gè)雙向通信系統(tǒng)。使用脈沖激光束在地球和月球間384000公里的距離傳輸數(shù)據(jù)，下載速率達(dá)622Mbps，從新墨西哥州地面站向繞月軌道航天器的有效上傳速率