【原理知识】无线通信基础知识

1. 无线通信1.1 无线通信的概念无线通信也叫移动通信把需要传播的信息调制在电磁波上以实现信息传输的通信方式1.2 无线通信的类别无线通信按照距离分类可以得到如下的不同通信方式WI-FI的类别1.3 无线通信的过程原始基带信息 → 调制把信息加载到高频载波交变电流上 → 馈线传输这个带信息的高频交变电流 → 发射天线交变电流转换成电磁波向空间辐射 → 电磁波在空中传播 → 接收天线电磁波变回带信息的高频交变电流 → 解调从高频载波里取出原始基带信息2. 电磁波2.1 电磁波的概念电流通过导体会形成磁场。交变电流通过导体会形成电磁场产生电磁波电磁波是一种能量传输形式电磁波是以交替的电场和磁场的方式向前传播的电场和磁场在空间中相互垂直同时两者又都垂直于传播方向无线通信的主要研究对象为下图的电波部分2.2 电波的用途一般来说频率低用于远距离传播频率高用于近距离通信天线与频率也有关系此部分呈现反比频率越高天线越短名称符号频率波段波长传输距离(km)主要用途甚低频VLF3-30KHz超长波100Km-10Km数千km海岸潜艇通信远距离通信超远距离导航低频LF30-300KHz长波10Km-1Km数百~上千km越洋通信中距离通信地下岩层通信远距离导航中频MF0.3-3MHz中波1Km-100m几十~数百km船用通信业余无线电通信中距离导航高频HF3-30MHz短波100m-10m数百~数千km电离层反射远距离短波通信国际定点通信移动通信甚高频VHF30-300MHz米波10m-1m数~几十km视距电离层散射流星余迹通信人造电离层通信对空间飞行体通信移动通信特高频UHF0.3-3GHz分米波1m-0.1m数~几十km视距小容量微波中继通信对流层散射通信中容量微波通信移动通信超高频SHF3-30GHz厘米波10cm-1cm数km视距卫星除外大容量微波中继通信大容量微波中继通信卫星通信国际海事卫星通信移动通信极高频EHF30-300GHz毫米波10mm-1mm1km大气衰减强再入大气层时的通信波导通信移动通信2.3 电磁波传送的机制电磁波有3种传送机制反射、绕射、散射如下图所示照理说地球是圆的但是电磁波可以跨大西洋传播就是因为大气反射的存在2.4 无线信号衰减影响无线信号传播的四大效应多径效应由于信号的反射、散射或绕射使得终端和基站之间的信号传播途径有多条信号会因叠加而加强或者减弱阴影效应信号传播过程中由于大型建筑和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区从而形成电磁场阴影远近效应因为电磁辐射有害所以一般需要选择一个合适的功率但是如果功率过大对靠近基站的用户造成有害的电磁辐射如果功率过小对远离基站的用户的信号又不好多普勒效应频率的值会因为波源和接收者相对运动而改变影响无线信号的三大损耗多径损耗传播损耗穿透损耗3. 射频与基带无线通信的流程如下图所示分为基带、射频和基站部分其中基站作为信号的中转站调度接受和发送的信号3.1 射频的概念射频-Radio Frequency也就是RF严格来说射频是指频率范围在 300KHz~300GHz 的高频电磁波。频率低于 100kHz 的电磁波会被地表吸收不能形成有效的传输。频率高于 100kHz 的电磁波可以在空气中传播并经大气层外缘的电离层反射形成远距离传输能力。这种具有远距离传输能力的高频电磁波我们才称为射频信号。和基带一样我们通常会把射频电路、射频芯片、射频模组、射频元器件等产生射频信号的一系列器件都称为射频。3.2 基带的概念基带Baseband也叫基带信号。基带信号就是原始信息直接转换得到的低频电信号基带低频信号不能直接用天线发射。波长太长天线尺寸需要极大而且低频电磁波容易被大地吸收无法在空中远距离传播。项目基带射频 (RF)频率低频信号高频300kHz300GHz内容原始信息声音、数据携带基带信息的高频载波能否直接天线发射❌ 不能低频难以辐射✅ 可以通过天线辐射成电磁波所在位置数字芯片、基带芯片CPU / 基带处理器射频芯片、射频电路、天线馈线部分4. 天线4.1 天线的概念天线是一种变换器它把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介中传播的电磁波或者进行相反的变换在无线电设备中天线是用来发射或者接收电磁波的部件馈线上的高频交变电流携带通信信息。4.2 天线的分类如下图所示1. 按照天线的结构分类2. 按照天线的辐射方向分类