移动互联网导论(第3版)
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2.1 有线介质与无线介质

常用的通信介质主要有两类:有线介质和无线介质。

有线介质包括双绞线、同轴电缆和光缆。无线介质包括微波、卫星、激光和红外线等。有线传输介质是较为可靠的引导性连接,承载信息的电信号从一个固定终端传播到另一个固定终端。这种有线介质像滤波器,由于限带的频率响应特性,限制了信道的最大数据传输速率。有线介质向外辐射,在一定程度上可引起对附近的无线电传输或其他有线传输的干扰。

无线介质不需要架设或铺埋电缆或光纤,而是通过大气传输,目前有3种技术:微波、红外线和激光。无线传输介质是相对不稳定、低带宽、具备广播特性的非引导性连接。所有的无线传播共享同一介质——空气,而有线传播的不同信号各自有不同的导线。

在通信中,根据无线电波的频率,把无线电波划分为各种不同的频段。频段可分为授权频段与非授权频段。授权频段包括:

运作在1GHz附近的蜂窝系统;

运作在2GHz附近的PCS(个人通信服务)和WLAN(无线局域网);

运作在5GHz附近的WLAN;

运作在28~60GHz的LMDS(本地多点分配服务);

用于光通信的IR(红外线)。

非授权频段包括:

ISM(工业、科学和医疗)频段;

U-NII(未授权的国家信息基础设施)频段,于1997年发布,PCS非授权频段被发布在1994年。

对于电磁波,频率f、波长λ与光速c(在真空中)之间的关系满足λ f=c

电磁频谱如图2-1所示。

图2-1 电磁频谱

用于通信的电磁频谱如图2-2所示。

图2-2 用于通信的电磁频谱

其中,用于移动通信的频率如下。

(1)用于移动无线电的VHF/UHF。

简单、体积小的车载天线,具有确定性的传播特性、可靠的连接等优点。

(2)用于定向无线电链路、卫星通信的SHF以及更高频率。

小天线,聚焦,具有可用带宽广的优点。

(3)用于无线局域网的UHF-SHF频谱。

一些计划至UHF的系统,由于水和氧气分子的吸收(共振频率)而受到限制,例如强降雨等天气造成的信号衰落等。

ITU-R(国际电信联盟无线电通信组)是国际电信联盟的一个重要的常设机构,其主要职责是研究无线电通信技术和业务问题,从无线电资源的最佳配置角度出发,规划和协调各会员国的无线电频率,并就这类问题形成技术标准和建议书。

ITU-R对新的频率主持拍卖,管理世界范围内的频段。

无线电频段分配如图2-3所示。

图2-3 无线电频段分配

无线电波的传播方式是指电磁波在各种介质中传播的一些典型方式。在地球上,无线电波的传播介质主要有地壳、海水、大气等。根据物理性质,可将地球介质由下而上地分为对流层、平流层、中间层、电离层,对应的无线电波分为3种:地波方式、空间波方式和天波方式。

1.地波方式

沿地球表面传播的无线电波称为地波(或地表波),这种传播方式比较稳定,受天气影响小。地波传播用于中频(中波)以下频段。

2.空间波方式

空间波方式主要指直射波和反射波。电波在空间按直线传播,称为直射波。当电波在传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时,还会像光一样发生镜面反射,称为反射波。

3.天波方式

射向天空经电离层折射后又折返回地面(还可经地面再反射回到天空)的无线电波称为天波,天波可以传播到数千米之外的地面,也可以在地球表面和电离层之间多次反射,即可以实现多跳传播。

无线电波的传播方式如图2-4所示。

图2-4 无线电波的传播方式

无线电波的传播具有很高的位点特异性,可以显著地受以下几个因素的影响:地形(室内与室外)、操作频率(低与高)、移动终端的速度、干扰源等。无线电传播性能的属性包括信号覆盖范围、接收方案、干扰分析、安装基站天线的最佳位置等。