什么是數(shù)據(jù)通信的傳輸損耗

什么是數(shù)據(jù)通信的傳輸損耗

損耗是指在傳輸過程中因傳輸介質(zhì)等因素引起的能力損失。

無線信道空間傳輸損耗

超高頻和微波波段信號的空間傳播，會對信號帶來多種傳輸損傷、很大衰減和多徑衰落。

1.直線傳播損傷

● 衰減和失真;

● 自由空間損耗;

● 噪聲;

● 大氣吸收;

● 多徑和折射。

2.衰減因素

雙絞線、電纜到光纖、波導(dǎo)等傳輸媒體，都是導(dǎo)向媒體，而在自由空間長距離的電磁波傳播，屬于非導(dǎo)向媒體傳輸;因此衰減是較為復(fù)雜的距離函數(shù)，并在地球周圍受到充滿大氣層的影響。傳播衰減主要影響因素是：傳播頻段f，傳播距離L，電磁波速率C（近于光速）。

自由空間傳播損耗

1. 微波段信號遠(yuǎn)程傳播如衛(wèi)星到地面約36000km。信號波束隨傳播距離而發(fā)散。上行鏈路的發(fā)射信號功率，由大功率速調(diào)管可達(dá)上千瓦，而衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器只能靠太陽能供電，由于衛(wèi)星表面積受限，因此下行鏈路發(fā)射功率很難達(dá)到上百瓦。因此地球站接收信號功率不過微瓦級，并且還包含了收、發(fā)天線增益幾十個dB的補(bǔ)償效果。

2. 空間傳播損耗（dB）

多徑傳播和多徑衰落

1.多徑傳播

天線輻射的信號以三種方式傳播：地波、天波和空間波（后者即稱謂的直線波）;

● 當(dāng)電磁波遇有比其波長要大的障礙物時，則發(fā)生反射;

● 并在該物體邊界進(jìn)行衍射（繞射）;

● 若障礙物尺寸不大于電磁波長，會發(fā)生散射，即散射成幾路弱信號———多徑衰落。

2.多徑傳播后果

● 多徑到達(dá)的信號，由于相位不同，強(qiáng)弱相差很大，若無序混迭、相位抵消，就使接收信號難以檢測與恢復(fù)質(zhì)量良好的信息;

● 產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干攏（ISI）;

● 特別是在較高速度的移動臺天線發(fā)出的信號，運動方向、障礙物環(huán)境較快變化，多徑信號中主路徑不穩(wěn)定等因素導(dǎo)致的接收信號更難處理。

3.衰落類型

● 慢衰落（平坦衰落—flat fading）;

● 快衰落（fast fading）;

● 選擇性衰落（Selective fading）。

4.衰落信道的3種類型

● 高斯信道———是最簡單的信道模型，同時它更符合于通信恒參傳輸媒體。本書各種傳輸系統(tǒng)，均是基于高斯信道進(jìn)行性能分析。

● 瑞利衰落信道———多徑衰落導(dǎo)致多條均很弱的路徑信號，而不存在一條主路徑。

● 賴斯衰落信道———是較瑞利衰落利于處理的情況，它具有明顯的主路徑和多個較弱的間接路徑。

5.多徑衰落環(huán)境下的信號接收

● 選用適當(dāng)?shù)姆旨夹g(shù)與合并處理

● 自適應(yīng)均衡

● 前向糾錯編碼

● 高性能傳輸技術(shù)———如TCM，復(fù)合編碼，OFDM等

電波在自由空間傳播的損耗公式為：

Lbs（dB） = 32.45 + 20lgf（MHz） + 20lgd（km）

式中，Lbs為自由空間的路徑傳播損耗，它與收發(fā)天線增益Gr、Gt無關(guān)，僅與傳輸路徑有關(guān)。如果將其他參數(shù)保持不變，僅使工作頻率f（或傳輸距離d）提高一倍，則其自由空間的路徑損耗就增加6dB。

對于WLAN，工作在2.4GHz，在自由空間中傳播損耗為（f = 2400MHz）：

Lbs = 100 + 20lgd（km）

Lbs = 100 + 20lgd（km）

距離（m） 1 5 20 30 40 50 80 100

損耗（dB） 40 54 66 70 72 74 78 80

而實際中，電波還要受到諸如地面的吸收、反射、障礙物的阻擋等影響。在室內(nèi)的障礙物通常為墻壁、隔斷、地板等。障礙物對電波的阻擋效果與障礙物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，木質(zhì)結(jié)構(gòu)的損耗為5dB，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損耗為25dB。

以型號FH-AP2400的無線接入節(jié)點設(shè)備和FH-325的無線PCMCIA網(wǎng)卡為例，分析AP在室內(nèi)覆蓋范圍的大小。

為分析簡單起見，只考慮空間傳播和障礙物（墻壁、隔斷、地板）阻擋對電波的損耗。下表列出了電波通過不同的障礙物后FH-AP2400（ISP）的有效覆蓋距離。

上表的數(shù)據(jù)是根據(jù)AP工作在11Mbps時的靈敏度計算得到的。當(dāng)AP工作在更低的速率（5.5/2/1Mbps）時，有效覆蓋距離還可以更大。