無線通信網(wǎng)絡(luò)天線與傳播第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六IntroductionAnantennaisanelectricalconductororsystemofconductorsTransmission-radiateselectromagneticenergyintospaceReception-collectselectromagneticenergyfromspaceIntwo-waycommunication,thesameantennacanbeusedfortransmissionandreception第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六RadiationPatternsRadiationpatternGraphicalrepresentationofradiationpropertiesofanantennaDepictedastwo-dimensionalcrosssectionBeamwidth(orhalf-powerbeamwidth)

MeasureofdirectivityofantennaReceptionpatternReceivingantenna’sequivalenttoradiationpattern第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六TypesofAntennasIsotropicantenna(idealized)RadiatespowerequallyinalldirectionsDipoleantennasHalf-wavedipoleantenna(orHertzantenna)Quarter-waveverticalantenna(orMarconiantenna)ParabolicReflectiveAntenna第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六AntennaGain AntennagainPoweroutput,inaparticulardirection,comparedtothatproducedinanydirectionbyaperfectomnidirectionalantenna(isotropicantenna)EffectiveareaRelatedtophysicalsizeandshapeofantenna第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六AntennaGainRelationshipbetweenantennagainandeffectiveareaG=antennagainAe

=effectiveareaf=carrierfrequencyc=speedoflight(?3′108m/s)=carrierwavelength第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六PropagationModesGround-wavepropagationSky-wavepropagationLine-of-sightpropagation第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六GroundWavePropagation第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六GroundWavePropagationFollowscontouroftheearthCanPropagateconsiderabledistancesFrequenciesupto2MHzExampleAMradio第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六SkyWavePropagation第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六SkyWavePropagationSignalreflectedfromionizedlayerofatmospherebackdowntoearthSignalcantravelanumberofhops,backandforthbetweenionosphereandearth’ssurfaceReflectioneffectcausedbyrefractionExamplesAmateurradioCBradio第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六Line-of-SightPropagation第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六Line-of-SightPropagationTransmittingandreceivingantennasmustbewithinlineofsightSatellitecommunication–signalabove30MHznotreflectedbyionosphereGroundcommunication–antennaswithineffectivelineofsiteduetorefractionRefraction–bendingofmicrowavesbytheatmosphereVelocityofelectromagneticwaveisafunctionofthedensityofthemediumWhenwavechangesmedium,speedchangesWavebendsattheboundarybetweenmediums第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六Line-of-SightEquationsOpticallineofsightEffective,orradio,lineofsightd=distancebetweenantennaandhorizon(km)h=antennaheight(m)K=adjustmentfactortoaccountforrefraction,ruleofthumbK=4/3第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六Line-of-SightEquationsMaximumdistancebetweentwoantennasforLOSpropagation:h1=heightofantennaoneh2=heightofantennatwo第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六LOSWirelessTransmissionImpairmentsAttenuationandattenuationdistortionFreespacelossNoiseAtmosphericabsorptionMultipathRefractionThermalnoise第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六AttenuationStrengthofsignalfallsoffwithdistanceovertransmissionmediumAttenuationfactorsforunguidedmedia:ReceivedsignalmusthavesufficientstrengthsothatcircuitryinthereceivercaninterpretthesignalSignalmustmaintainalevelsufficientlyhigherthannoisetobereceivedwithouterrorAttenuationisgreaterathigherfrequencies,causingdistortion第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六FreeSpaceLossFreespaceloss,idealisotropicantennaPt=signalpowerattransmittingantennaPr=signalpoweratreceivingantenna=carrierwavelengthd=propagationdistancebetweenantennasc=speedoflight(?3′108m/s)wheredandareinthesameunits(e.g.,meters)第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六FreeSpaceLossFreespacelossequationcanberecast:第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六FreeSpaceLossFreespacelossaccountingforgainofotherantennasGt=gainoftransmittingantennaGr=gainofreceivingantennaAt=effectiveareaoftransmittingantennaAr=effectiveareaofreceivingantenna第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六FreeSpaceLossFreespacelossaccountingforgainofotherantennascanberecastas第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六CategoriesofNoiseThermalNoiseIntermodulationnoiseCrosstalkImpulseNoise第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ThermalNoiseThermalnoiseduetoagitationofelectronsPresentinallelectronicdevicesandtransmissionmediaCannotbeeliminatedFunctionoftemperatureParticularlysignificantforsatellitecommunication第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ThermalNoiseAmountofthermalnoisetobefoundinabandwidthof1Hzinanydeviceorconductoris:N0=noisepowerdensityinwattsper1Hzofbandwidthk=Boltzmann'sconstant=1.3803′10-23J/KT=temperature,inkelvins(absolutetemperature)第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ThermalNoiseNoiseisassumedtobeindependentoffrequencyThermalnoisepresentinabandwidthofBHertz(inwatts):or,indecibel-watts第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六NoiseTerminologyIntermodulationnoise–occursifsignalswithdifferentfrequenciessharethesamemediumInterferencecausedbyasignalproducedatafrequencythatisthesumordifferenceoforiginalfrequenciesCrosstalk–unwantedcouplingbetweensignalpathsImpulsenoise–irregularpulsesornoisespikesShortdurationandofrelativelyhighamplitudeCausedbyexternalelectromagneticdisturbances,orfaultsandflawsinthecommunicationssystem第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ExpressionEb/N0RatioofsignalenergyperbittonoisepowerdensityperHertzThebiterrorratefordigitaldataisafunctionofEb/N0GivenavalueforEb/N0toachieveadesirederrorrate,parametersofthisformulacanbeselectedAsbitrateRincreases,transmittedsignalpowermustincreasetomaintainrequiredEb/N0第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六OtherImpairmentsAtmosphericabsorption–watervaporandoxygencontributetoattenuationMultipath–obstaclesreflectsignalssothatmultiplecopieswithvaryingdelaysarereceivedRefraction–bendingofradiowavesastheypropagatethroughtheatmosphere第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六MultipathPropagation第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六MultipathPropagationReflection-occurswhensignalencountersasurfacethatislargerelativetothewavelengthofthesignalDiffraction-occursattheedgeofanimpenetrablebodythatislargecomparedtowavelengthofradiowaveScattering–occurswhenincomingsignalhitsanobjectwhosesizeintheorderofthewavelengthofthesignalorless第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六TheEffectsofMultipathPropagationMultiplecopiesofasignalmayarriveatdifferentphasesIfphasesadddestructively,thesignallevelrelativetonoisedeclines,makingdetectionmoredifficultIntersymbolinterference(ISI)Oneormoredelayedcopiesofapulsemayarriveatthesametimeastheprimarypulseforasubsequentbit第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六TypesofFadingFastfadingSlowfadingFlatfadingSelectivefadingRayleighfadingRicianfading第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ErrorCompensationMechanismsForwarderrorcorrectionAdaptiveequalizationDiversitytechniques第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期六ForwardErrorCorrectionTransmitteraddserror-correctingcodetodatablockCodeisafunctionofthedatabitsReceivercalculateserror-correctingcodefromincomingdatabitsIfcalculatedcodematchesincomingcode,noerroroccurredIferror-correctingcodesdon’tmatch,receiverattemptstodeterminebits