天线与传播.ppt

第5章 天線和傳播 焦耳(Joule)是電機、機械和熱力的國際系統的能量單位。瓦特(watt)是功率單位，相當於焦耳/秒。絕對溫度0度是攝氏?273.15度。 範例：給定有效雜訊溫度為294?K和頻寬為10 MHz的接收器，此接收器輸出的熱雜訊準位是 N = -228.6 dBW+10log(294)+10log107 = -228.6+24.7+70 = -133.9 dBW 不同頻率信號共用同一個傳輸媒介時有可能造成互調雜訊，互調雜訊是由兩個原始頻率之和頻、差頻以及這些和頻或差頻的倍頻所組合的信號，例如，頻率f1和f2的信號可能產生頻率(f1+f2)的信號，此信號可以干擾其他工作在(f1+f2)頻帶的信號。 非線性的傳送器、接收器或插入傳輸系統會產生互調雜訊。正常情況下，這些原件像是一個線性系統(即輸出等於輸入乘上一個常數)。在非線性系統中，輸出是輸入的一個更複雜的函數，當部分機能故障、信號能量太強或使用非線性放大器都會造成某種程度的非線性效應，於是發生頻率之和頻、差頻之情形。 不同信號路徑之間產生我們不想要的耦合現象稱為串音，有時候使用電話會聽到別人的談話就是串音的一個例子，電耦合會發生於雙絞線，或(但很少)發生於攜帶多種信號的同軸電纜。雖然使用高指向性天線，傳輸時微波能量還是會多或少的散開，因此天線收到不想要的信號也會發生串音現象，一般而言，串音能量大約與熱雜訊相當或小一些。然而，在免執照的ISM頻帶中，串音佔支配性地位。 到目前為止所討論的各類型雜訊強度一般都可合理地預測，因此設計一個傳輸系統時可將這類雜訊效應考慮進去。然而，脈衝雜訊是一種短暫不規則、非連續且高振幅的雜訊。脈衝雜訊產生的原因有多種，包括外部電磁干擾、閃電以及通信系統的故障和瑕疵。 脈衝雜訊通常對類比資料的影響較小，例如，短暫的喀嚓聲無損於聲音的辨識，然而，脈衝雜訊在數位資料傳輸中是造成錯誤的主要來源，例如，持續0.01秒的突然尖峰脈衝雜訊不會破壞任何聲音資料，但是會造成傳輸速率56 kbps的560位元資料流失。 第2章介紹過訊雜比(SNR)，有一個與SNR相關的參數比SNR更方便計算數位資料速率和錯誤率，此參數是每位元信號能量和每赫芝的雜訊功率密度之比值Eb/N0，Eb/N0是數位通訊系統性能的度量標準。考慮一個數位或類比的信號以位元速率R傳送二進制數位資料，記得1watt = 1 J/s，每位元能量，其中S是信號功率；是傳送一個位元所需的時間，資料速率，因此可得上式 比值Eb/N0是非常重要的參數，因為數位資料的位元錯誤率是這個比值的(遞減)函數，給定達到某種錯誤率的Eb/N0值，可以用前面公式來選擇參數值。注意到當位元率R增加時，必須提高發送信號功率以保持所需的Eb/N0。 回頭檢視圖2.9可直覺地了解這個結果，這裡的信號是數位的，但是類比信號的推論相同。某一雜訊可能改變位元的數值，假如資料速率加倍，其位元間距縮小，相同的雜訊因此可能破壞兩個位元，所以Eb/N0固定時，增加資料速率也會增加錯誤率。 Eb/N0比S/N較好用是因為S/N與頻寬有關。 範例：假設一個信號編碼技術的位元錯誤率是10-4 (每10,000位元中有一個錯誤)，其所需Eb/N0 = 8.4dB，假設有效雜訊溫度是290°K(室溫)， 並且資料速率是2400bps，為了克服熱雜訊所需要的信號強度是多少？ 依前述公式可得 8.4=S dBW-10log2400+228.6dBW-10log290 ? S=-161.8 dBW 信號強度的衰減通常與距離是成對數關係，因此一般描述成每單位距離衰減一固定分貝數。 範例：通常室溫為T = 17?C或290?K，在這個溫度下，熱雜訊的功率密度為 N0 = (1.3803 X 10-23) X 290 = 4X10-21 W/Hz dBW/Hz 其中dBW是分貝-瓦， 其他衰減 大氣吸收效應 –水蒸汽和氧氣造成最主要的衰減 多重路徑 – 障礙物會反射信號並造成接收機可收到不同延遲的多重信號 折射 – 氣傳播高度影響信號速度或大氣環境變化時會產生折射 多重路徑傳播 反射 - 當電磁信號遇到比信號波長大的物體表面時會發生反射 繞射-比無線電波波長大的建築物邊緣會發會生的繞射現象 散射–散射發生時進入的信號會分散成幾個更弱的向外射出信號 圖 5.10 三個重要傳播機制的示意圖：反射(R)、散射(S)、繞射(D) 多重路徑傳播(續) 多重路徑干擾的例子 (a) 微波鏈結 (b) 行動通信 多重路徑傳播的影響 多重路徑傳播造成接收機收到不同相位的多重信號 如果這些相位破壞性地相加，相對於雜訊，信號準位降低，使得接收機檢測信號更加困難 符際干擾 (int