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无线射频

酷丁大约 7 分钟射频无线wifi6

无线频谱

定义:在射频通信中,一个设备发送震动信号,另一个/多个接受震动信号。

无线电波是频率介于3赫兹和约300G赫兹之间的电磁波,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他信号经过转换,利用无线电波传播。

图例: 无线射频open in new window

载波

未经调制的高频震荡信号,低频电信号称为调制波或信息波。

载波传输,我们可以将数据的信号加载到载波的信号上,接收方按照载波的频率来接受数据的信号。

有意义的信号波的波幅与无意义的信号的波幅是不同的,将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号。

每个波都有一个波长,频率,相位,周期等特性。

载波示意图
载波示意图

波长

是射频信号在一个周期内实际经过的距离。反应了波在空间上的周期性。

  • 无线电波以光速传播,其波长 λ=c/f
  • 其中λ是无线电波的波长
  • c是光速,值是299792458m/s 约等于30w公里/s
  • f是频率,单位是赫兹(Hz)
波长示意图
波长示意图
  • 2.4GHz波长为12.5cm
  • 5Ghz波长为6cm
  • 5.8GHz无线电波波长是5.2厘米。

显而易见的是

频率越长,波长越短。

振幅

  • 振动的物体离开平衡位置的最大距离叫振动的幅度。振幅A在数值上等于最大的位移大小。
  • 振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱
  • 在无线网络中,无线电波的振幅反应了无线信号的强度或功率。
振幅示意图
振幅示意图

周期和频率

  • 物体完成一次全振动经过的时间为一个周期T,其单位为秒
  • 一秒钟振动指点完成的全振动的次数一秒钟内振动质点完成的全振动的次数叫振动的频率f,其单位为赫兹(HZ) 。

(频率的物理意义就是1秒钟转的圈数(或重复某个完全相同的动作的次数))

频率和周期的关系

  • f=1/T(其中f为频率,T为周期)
  • 周期越长,频率越低,振动越慢;
  • 周期越短,频率越大,振动越快。

补充

2.4GHz 802.11无线接口发送的射频信号,每秒将震动24亿次。

相位

相位是对于一个波特定的时刻在它循环中的位置,一种对于它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度,通常以度(角度)或弧度作为单位,也称作相角。

波形循环一周即为360°

  • 2π=360 °
  • 57.3°=1 弧度

相位是一个相对术语,它描述了两个同频波之间的关系。为测定相位,将波长划分为360份,每一份称为1°。我们将度作为波传播的起始时间,如果一个波在0°点时开始传播,另一个波在90°点时开始传播,就称二者90°异相。

相位示意图
相位示意图

附:相位对信号的影响

相位对信号的影响.png
相位对信号的影响.png

调制与解调

  • 调制:用数字信号控制载波信号的参量变化,这种调制方式称为数字调制。分为:调幅、调频和调相。
  • 解调: 解调是调制的逆过程,它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。
不同信号示意图
不同信号示意图

载波

  • 载波,是一个特定频率的无线电波,单位是Hz,是一种频率、振幅或相位调制的用以传输信息信号的电磁波,一般为正弦波。

无线通信的基础是载波,基本的载波如下图所示,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。

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频率承载信息。

子载波,就是多载波通信中的一个子信道。

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,并且各子载波是并行传输,可以有效提高信道的频谱利用率。

信道

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2互为重叠信道,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。在传统认知上,2.4 GHz只有1、6和11才是非重叠信道,但是由于802.11b(频宽22 MHz)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。

工作特性

吸收

如果射频信号没有从物体上反射,也没有被绕开或者穿透物体,那么就是被吸收了。大部分物质都会吸引射频信号,但材质不同吸收的也有所差别。

反射

射频信号遇到密集材料时会发生反射,当载波撞击到一个比自身大的光滑物体时,可能会往另外一个方向传播。

散射

当散射信号遇到粗糙、不均匀的材质或者小颗粒组成的材质时,可能会遇到向不同方向发生散射。

  • 第一类散射:当射频信号穿过媒介时,只有少量电磁波被媒介反射,影响不大
  • 第二类散射:当射频信号入射到某些粗糙不平的表面时,将会被反射到多个方向,**会显著导致主信号的质量下降,甚至破坏信号。

折射

射频信号传播到两种密度不同的介质边界时,除了可能被吸收、反射或者散射外,在特定条件下,可能发生折射。此时信号强度会被影响。(如信号不可达)

散射和折射
散射和折射

提示

水蒸气、空气温度变化和空气压力变化是发生折射的最重要的三个原因。

衍射

衍射是指当射频信号不能穿过或吸收能量的物体发生弯曲和拓展,射频信号会绕过障碍物组合成完整的电波。

提示

这个特性是的发送方接收方之前有建筑物时,仍能够接受信号。同时无线载波在通过衍射物体后可能发生改变,并造成信号失真。

多径

多径是指两路以上信号同时或者间隔极短的时间到达接受天线,是一种传播现象,这些信号叠加可能会减弱或者增强接收信号的能量。

提示

衰减:外部/内部因素所致,可补偿衰减。
增益:在传播路径中,借助中继器等增强信号。
菲涅尔区:是一个椭球体,在这片区域无遮挡,则信道增强,繁殖则变弱。