一般说来,无线传输介质的传输特性不如有线传输介质的传输特性稳定和可靠,易受干扰,通信中使用的技术也较复杂。但无线传输介质使用时无需物理连接,对通信者来说更加方便和灵活,因此被广泛使用。对于无线传输介质,发送信号的带宽对传输性能的影响起决定性作用。因为带宽不同,允许的数据传输速率也不同,带宽越宽,数据传输速率就越高。
常用的无线传输介质包括无线电波、地面微波、卫星通信、激光、红外线。
一、无线电波
1.无线电波的传播类型
无线电波即电磁波,每秒振动的次数称为频率(f),单位为赫兹(Hz),在真空中的传播速度与光速相同,大约是300000km/s。但在铜导线或者光纤中,传播速度大约降低到光速的2/3。
无线电波通过5种不同的方式进行传播:地表传播、对流层传播、电离层传播、视距传播和空间传播。无线电技术将大气层分为两层;对流层和电离层。对流层是距地面大约50km的大气层。电离层是在对流层之上而在太空以下的大气层,它高于平常我们所说的大气层，该层充满电离的离子,电离层也是由此而得名。
1）地表传播
在地表传播方式中,无线电波通过地表大气层传播,紧靠地球表面。地表波沿地球表面呈曲线向各个方向传播,传播距离取决于信号的能量,能量越大,传播越远。
2）对流层传播
对流层以两种方式进行电波传播,一种方式是直线传播,另一种方式是电磁波到对流层后反射回地面。第一种方式要求收发双方在视线所及的范围之内,会受到地表曲度和天线度的限制。第二种方式可以覆盖更远的距离。
3）电离层传播
电离层是距地面50km~400km的大气层,在电离层传播方式中,更高频率的无线电波由电离层反射回地面,这种传播方式能以较低的能量传播较远的距离。
4）视距传播
在视距传播方式中,甚高频电磁波直接从一个天线传播到另一个天线,内此,天线必须有方向性，且二者相向。
5）空间传播
空间传播采用卫星中继来代替空间大气折射。地球站向卫星发射信号,卫星将该信号向地面广播。卫星像一个高度极高的天线,从而扩大了信号的传播池围。
2.无线电波的传播频率
无线电波的传播特性与其频率有关,每种频率的电波通过大气的特定层次传播。
1）甚低频
甚低频(VLF)电波以地表面波方式传播,通常通过大气,但有时也通过海水做介质。VLF波在传播中衰减不大,但是对在近地表面高度活跃的大气噪声很敏感。VLF常用于长距离的无线导航和海底通信,其频率范围为3kHz~30kHz。
2）低频
与甚低频相似,低频(LF)电波也以地表面波形式传播,它也用于无线电导航。其频率范围为30kHz~300kHz。
3）中频
中频（MF）电波通过对流层传播,这种电波易被电离层吸收,因此,其覆盖范闱与保证电波从电离层反射的发射角度有关。中频电波用于无线电广播等,其频率范围为300kHz~300MHz。
4）高频
高频(HF)通过电离层传播,电波到达电离层后被反射回地面。HF电波用于业余无线电通信、民用无线电、国际广播、军事通信等,其频率范围为3MHz~30MHz。
5）甚高频
甚高频(VHF)电波采用视距传播方式,其频率范围为30MHz~300MHz。VHF电波用于电视广播、调频广播、航空通信导航等。
6）超高频
超高频(UHF)电波总是以视距传播,其频率范围为300MHz~3GHz, UHF电波用于电视广播、移动通信、微波通信等。
7）特高频
特高频(SHF)电波大多采用视距传播,也有采用空间传播方式的,其频率范围为3GHz~30GHz。SHF电波用于地面微波通信、雷达、卫星通信等。
8）极高频
极高频(EHF)电波采用空间传播方式,其频率范围为30GHz~300GHz. EHF电波用于雷达、卫星及实验性通信等。
二、地面微波
微波通信是指用微波频率作载波携带信息,通过空间传播进行通信的方式。微波频率比较高,相对带宽比较宽,所以信道容量大,数据传输速率高,在无线局域网技术中得到了广泛应用。微波的频率范围通常认为是300MHz~300GHz，但微波通信中应用较多的是2GHz~40GHz的频率范围,典型的数字微波通信系统参数如下表。
数字微波通信参数
微波的特点是直线传播。由于地球表面的曲率和障碍物,在地面上的传播距离受到了限制,为此,微波天线通常位于非常高的地方。即使如此,传播距离一般也不超过50km。如果在地面上进行远距离传输,必须通过多次中继接力来实现。微波信号传输方向固定,双向传输需要两个不同的频率，一个用于正向传输,另一个用于反向传输,同一副天线可以收发共用。中继的作用是为了增加传输距离。一个中继站的正反方向均装有天线,且相互隔离。一副天线用于正向收发,另一副天线用于反向收发。当一副天线接收到信号,就转换成要求的发射信号形式,用另一副天线发给下一站。
微波中继
三、卫星信道
卫星通信是无线通信一种形式,它利用卫星作为中继站,转发无线电信号,可以实现远距离、大范围的两个或多个地球站之间进行通信。在地球上设立地球站,包括陆地上、海洋中和大气层内的通信站点。地球站的作用是向通信卫星发送信号或者接收卫星转发来的信号,可分为发送地球站和接收地球站。卫星通信是在地面微波通信技上发展起来的，卫星通信信道也是利用微波频带，所以一颗通信卫星实际上就是一个微波中继站。
地球同步卫星运行于赤道上空,距地球表面约35786km,与地球表面相对静止。一颗球同步卫星发射的电磁波大约覆盖地球表面的1/3,3颗分别相隔120°的地球同步卫星可以盖除南北两极地区以外的整个地球的大部分有人居住区,能实现全球通信,其原理如下图所示。地球同步卫星相当于一个中继站,通过卫星转发可以实现地球站之间的通信。一颗卫星可以在多个频段上工作,每个频段称为一个转发信道。卫星在一个频段上接收信号,将信号放大和再生后从另一个频段上转发出去。
地球同步卫星
卫星通信频段如下表所示。C频段是目前使用较多的一个频段,它位于卫星通信最佳频段1GHz~10GHz范围内。该频段面临趋于饱和的局面,于是出现了Ku和Ka频段。但在这两个频段中信号衰减严重。在C频段,地球站使用5.925GHz~6.425GHz频带(上行频率）向卫星发送信号,而卫星使用3.7GHz~4.2GHz频带(下行频率)向地球站转发信号。通常将二者统称为4/6GHz频段。上行频率和下行频率不同,这是为了使卫星发射和接收不产生干扰。因为卫星从一个地球站接收的信号必须转发到另一个地球站。
IEEE规定的频段分配
由于卫星距地球较远,信号传输延迟时间较长,从地球到卫星或者从卫星到地球信号单程延迟时间大约是270ms。同时,天气对卫星信号传输也会产生影响。虽然如此,由于卫星通信覆盖地域广，通信距离远、费用与通信距离无关、通信链路频带宽、通信容量大、可靠性高、不受地理条件的限制等优点,目前已成为国际干线通信的主要手段。
20世纪90年代以来,随着小卫星技术的发展,出现了中、低轨道卫星移动通信的新方法,作为陆地移动通信系统的补充和扩展,与地面公用通信网有机地结合起来,可实现全球移动通信。中轨道卫星距离地球表面的高度为5000km~15000km,低轨道卫星距离地球表面的500km~2000km。由于中、低轨道卫星的高度比较低,每颗卫星覆盖的地球表面要比地球同步上星小得多,但可利用多颗卫星实现全球的覆盖。由于卫星数目众多，在地球上任何地点每时每刻其上都有一颗卫星对其覆盖,以保证地面与卫星之间的通信。卫星之间通过接力通信进行信号传递,从而实现全球随时随地的移动通信。
四、激光
激光能在空中直接传输信号,并能在长距离内聚焦,具有高度的方向性,采用激光通信无须申请频率分配。利用激光传输信号必须配置激光收发器,安装时需要它们处在视线范围内。激光通信用于不同建筑物局域网之间的连接,可避免敷设电缆的困难,这种通信方式也称为“无线光通信”(FSO）。
激光通信有很好的防窃听和抗干扰能力,但易受环境的影响。激光使用方便、工作稳定而且易于安装。负责发送和接收激光信号的装置通常安装在两幢建筑物的顶部,在两幢楼之间收发信号,并使用光纤连接每一建筑物内的网路。
五、红外线
红外线通信使用红外线作载波传送信息，它通过收发红外线脉冲来实现信息传输，其频率范围大约是300GHz~200000GHz。红外线不受电磁干扰,也不受国家无线电管理委员会的限制。但是,红外线穿透非透明物体的能力极差，不能穿透墙壁。红外线一般被限制在室内和近距离传输,其有效通信距离不超过50m。
红外线设备相对比较便宣,无需天线。发送器和接收器可任意安装在室内或室外,但需使它们之间处于视线范围内,即发送器和接收器都彼此能看到对方,中间不能有障碍物。此外,红外线具有很强的方向性,因此很难被窃听和干扰。红外技术的成本要比激光技术低得多,且设备寿命长,同时受天气的影响也小。
红外、激光和微波都是沿直线传播,它们都需要在收发之间有一条视线通路。三者对环境气候较为敏感,例如对雨、雾、雷电等。相对来说,微波对一般雨和雾的敏感度要低一些。
yo，peace！
网友评论