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[分享] 无线通信的基本概念

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发表于 2024-1-10 09:04:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
1、无线电波
无线电波是电磁波的一种。
电磁波又称为电磁辐射,是指同相振荡,且互相垂直的电场和磁场,在空间中以波形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场的振荡方向,前进速度为光速


2、无线电波的频率和波长
频率是单位时间内完成周期性变化的次数,可通俗理解为在单位时间(如1s)内通过的波的数量。
频率分高频与低频,单位时间内两个波,传递多的为高频,少的则为低频。波长是波在两个相邻周期上的相同点的距离,也即一个震动周期内传输的距离,通常用相邻两个波峰或波谷之间的距离来表达。
波长公式:C= λ *f ,C是光速为定量,λ代表波长,f代表频率,频率越高,波长越短。
5G技术内的概念毫米波,波长达到毫米距离,那么频率也会相应减小,频率的单位即赫兹,如2.4Ghz,G指的是1000。


3、无线电波的频率和频段
频率的分布就是频谱, 射频的频率范围称为频段,WLAN使用的电磁波是无线电波。


4、电磁波频谱与无线电波
电磁波的频率越高,能量越大,直射能力越强,传输过程中能量衰减越快,传输距离越短。
无线电波是由振荡电路的交变电流产生的,能够通过天线发射和接收,也称无线电、电波、射频(RF)、射频电波或射电。
无线电磁波是频率介于3Hz和约300Ghz之间的电磁波,也叫作射频电波,或简称射频、射电。无线电技术将声音讯号或其它信号经过转换,利用无线电磁波传播。
WLAN技术就是无线电磁波在空间中传输信息的,使用的频段是2.4Ghz频段(2.4Ghz2.4835Ghz)和5Ghz频段(5.15Ghz5.35Ghz,5.725Ghz~5.85Ghz)。


5、无线电波的相位
相位(phase)是对于一个波,特定的时刻在它循环中的位置:一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度 。相位描述信号波形变化的度量,通常以度 (角度)作为单位,也称作相角。波形循环一周即为360°,2π = 360°,57.3° = 1弧度


6、相位对信号的影响
1)信号增强
两个频率相同的无线信号在到达接收端的时候彼此相位相同,则两个信号会叠加,信号增强。
2)信号减弱
两个频率相同的无线信号在到达接收端的时候彼此相位相反,即相差180°,则两个信号会衰减,信号减弱。


7、无线通信系统
在无线通信系统中,信息可以是图像、文字、声音等。
信息需要先经过信源编码转换为便于电路计算和处理的数字信号,再经过信道编码和调制,转换为无线电波发射出去。其中发送设备和接收设备使用接口和信道连接,对于有线通信很容易理解,设备上的接口是可见的,连接可见的线缆,而对于无线通信,接口是不可见的,连接着不可见的空间,称为空口(空间接口)。


8、编码
信源编码是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换,或者说为了减少或消除信源冗余度而进行的信源符号变换。
将最原始信息,经过对应编码,转换为数字信号的过程。保证不失真的情况下,最大限度压缩信号。不同类型的信息,需要不同的编码方式处理,例如H.264就是视频的一种编码方式。信道编码通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和方法。信道编码是一种对信息纠错、检错的技术,可以提升信道传输的可靠性。
引入信道编码能够在接收设备上最大程度的恢复信息,降低误码率。信道编码需要在原始信息中增加冗余信息,所以经过信道编码后,信息长度会增加。原始信息的占比可以用编码效率表示,简称码率,即编码前后的比特数量比。信道编码不能提升有效信息的传输数率,反而有所降低,但提高了有效信息传输的成功率,所以通信协议选择合适的编码,就可以在性能和有效中或得最佳的结果。


9、调制与解调
调制:将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号。分为:调幅、调频和调相。
解调:在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号。
三大调制方式
解调过程与调制相反,接收到的调制后信息,还原成数字信号。


10、载波
载波,是一个特定频率的无线电波,单位Hz,是一种频率、振幅或相位被调制用以传输语言、音乐、图像或其它信号的电磁波。
无线通信的基础是载波,这个信号在发射器部分产生,并不带有任何信息,在接收器部分也作为不变的信号出现。
构成数据的最小单位是比特,发射机采用某种方式发送0和1,以便在两地之间传输数据。交流或直流信号本身不具备传输数据的能力,不过如果信号发生哪怕微小的波动或变化,发送端和接收端就可以将信号解析出来,从而成功的收发数据。转换后的信号可以区分为0和1,一般将其称为载波信号。调整信号以产生载波信号的过程称为调制。


11、子载波
一个信道就是一个特定频率的无线电波,每个用户用来收/发信息的时候都是用一种承载信息。子载波,就是多载波通信的一个子信道。OFDM是一种多载波调制技术,主要是将指定信道分成若干子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且子载波是并行传输,可以有效提高信道的频谱利用率。


12、信道的概念
信道是传输信息的通道,无线信道就是空间中无线电波传输信息的通道。无线电波无处不在,如果随意使用频谱资源,那将带来无穷无尽的干扰问题,所以无线通信协议除了要定义出允许使用的频段,还要精确划分出频率范围,每个频率范围就是信道。
重叠信道,例如信道1和信道2为重叠信道,在一个空间内同时存在重叠信道,则会产生干扰问题。
非重叠信道,指频段范围不重叠的信道。在认知中,2.4Ghz只有1、6和11才是非重叠信道,但是由于802.11b(频宽22Mhz)已经淡出WLAN网络,不考虑兼容性问题,通常情况下,可以认为1、5、9和13信道也是非重叠信道。
这两个信道如果同时传输,会发生干扰,叫邻频干扰。
在做网络规划的时候,我们一般要考虑相同空间内的传输数据,使用不同频率的信道,也就是非重叠信道进行传输(1、5、9、13),而2.4Ghz只有1、


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