无线传播基础

无线可靠性在某种程度上要求信号传输可靠。理想情况下，无线电波从发射机传播到接收机时，信号强度不会有任何损失;不幸的是，这在现实世界中是不可能的。一旦射频(RF)能量离开发射天线，信号就开始衰减。任何物体都会以不同的方式反射、折射、衍射或吸收信号的能量。你会注意到射频的行为很像另一种众所周知的电磁现象——光。

吸收是一种常见的传播特性。水是非常有效的射频能量吸收器;由此可见，人体70%以上是水，因此会减弱射频。纸、纸板、木材和水族箱都会不同程度地吸收射频能量。混凝土和砖对射频的吸收程度很大;事实上，所有材料都会或多或少地吸收RF。

反射

射频传播的另一个特点是反射。反射是波或光束从光滑的表面反弹并沿与预期方向不同的方向前进的特性。从技术上讲，波的入射角等于反射角;如果一个人要画一条垂直于反射表面的线，进入(入射)信号将以与线的角度(对你来说，这被称为法线)撞击表面，并且传出(反射)信号的角度将等于入射角。在大约1GHz下，射频将从电离层反射，电离层是一层含有带电粒子的大气层;这被称为跳频，它能比普通视距传输传输信号的距离远几千英里。在1ghz以上，波长变得非常小，以至于射频几乎会反射任何光滑的东西，例如门、文件柜、建筑物，甚至道路。海洋是一个非常有效的无线电能量反射器。反射是多路径行为的主要原因，在ieee 802.11n之前的Wi-Fi系统中，多路径行为会导致严重的信号退化。反射也可以被用来发挥优势:大型光滑表面的建筑物已被用于将信号反射到否则无法到达的接收器。 Reflection always results in some signal loss.

散射是反射的一种形式，可以通过几种方式发生。最常见的方法是当一个波击中一个不平坦的表面，如树叶，反射在许多不同的方向。散射可以被认为是多次反射。当射频能量通过材料并在其中遇到反射实体时，也会发生散射。散射会将无线电信号分解成许多更小、更弱的信号，从而严重削弱无线电信号，甚至导致信号完全丢失。

折射

折射是波在不同介质间传播时改变方向的一种特性。每一种介质都有其特有的折射率:一个无量纲的数字，用来比较光在真空中的速度和光在物质中的速度。水的折射率为1.33，这意味着光在水中的传播速度比在真空中慢1.33倍，这就是为什么一根棍子在水中看起来是弯曲的。折射率是一个指示波将从其原始路径弯曲多少的指标。这个原理也可以应用于射频能量。当射频穿过浓雾和晴朗空气之间的边界时，其速度相对于密度的变化而减慢，并且波弯曲。通常，波部分折射，部分反射。

衍射

衍射是射频的另一个使信号弯曲的特性。当波浪遇到障碍物时，它倾向于绕过障碍物，就像水绕过桥墩一样。这种现象在远距离和较低波长时最为明显。在较短的距离内，物体可以产生射频阴影，而在较远的距离内，物体对信号的影响可以忽略不计。当障碍物的边缘变得更尖锐时，衍射发生的程度就更大，例如在山脉的山脊上。

在长途链路上，大雨将使信号衰减10 dB/km，超过正常的自由空间路径损耗。在上一节中，我们简要地介绍了自由空间路径损耗(FSPL)。FSPL是透射波的特性之一。回顾一下，信号将衰减(幅度或强度下降)的速率等于两个天线之间距离的平方的倒数(平方反比定律)。随着距离增加一倍，功率减少到原来强度的四分之一。图4给出了平方反比定律的图形表示。

我们提到的另一个概念是渐变边缘。衰减余量计算为信号电平(以dB为单位)高于可靠信号所需的电平。例如，如果接收器灵敏度为-85 dBm，则良好的衰减余量为20-25 dB，要求接收信号在-110至-80 dBm的范围内。在任何情况下，衰减余量都不应小于10db。

菲涅耳区

菲涅耳(发音FRUH-nel)带是围绕理论上点对点传输的椭圆区域。虽然这种现象在短距离传播中通常不是一个因素，但在远距离点对点传输中却成为一个重要因素。理论上，有无数个菲涅耳区;每个都与第一个菲涅耳椭圆同心，并且随着它们的增加对信号的影响逐渐减弱。第一个菲涅耳区包含传输的信号，并且容易受到区域内障碍物的影响，例如树木或建筑物。第一个区域的阻塞超过40%将导致不可靠的连接。菲涅耳区的直径仅由频率和连杆的距离决定，并且可以计算沿连杆的任何一点;缩小天线的波束宽度没有效果。偶数菲涅耳区与发射信号不相位;奇数是同相的。

链接预算(参见之前关于“无线电数学”的文章)是由系统中所有收益和损失的总和决定的。这将使设计人员了解需要多少发射功率才能向接收无线电提供可用的信号。无线电系统中的每个部件要么提供增益，要么显示损耗。如果确定需要特定的信号电平才能向接收器提供可用的信号，则设计者有责任计算链路预算以确保链路成功。本文描述的每一种行为对信号强度和成功传播都有实质性的影响。

在任何无线电系统中，发射机输出的功率被应用于天线;在许多情况下，天线通过传输线与发射机相连。每条传输线每英尺电缆都有特性损耗。每个连接器或耦合也会引起衰减，称为插入损耗。天线将提供无源增益。在天线处，信号强度是从发射机到天线输出的所有增益和损耗之和;你们会记得这叫做EIRP，或者等效各向同性辐射功率。我们讨论了FSPL、自由空间路径损耗、菲涅耳区阻塞、折射和衍射以及吸收引起的信号衰减。任何无线电链路都必须考虑这些因素。

多路径

最后，需要理解的一个重要概念是多路径。多径是指由于传输路径中物体的反射，在不同时间通过不同路径到达接收机的传输信号。这将导致信号到达的相位不一致，从而导致信号的损坏或取消。这些信号之间的时间差以纳秒为单位进行测量，称为“延迟扩散”。早期版本的Wi-Fi深受多路径的影响;然而，新的标准能够利用这种现象的影响，使用一种称为MIMO(多输入多输出)的技术。MIMO使用多个无线电链来利用多路径。

4 .结果多路径

多路径有四种可能的结果:

1.上升-这是信号强度的增加，当多个信号在0-120度的相位角内接收时发生，被认为是建设性的多径。信号幅度根据相位角的不同程度组合。由于自由空间路径损耗，信号幅度永远不会大于发射信号的幅度。

2.下衰减-这是由接收信号在121-179相角导致的信号强度下降，被认为是破坏性多径。当信号的相位角与另一个信号相反，即相位相反一定角度时，信号的净幅值将与相位角成比例地减小。

3.当信号到达时与主信号相位相差180度，这是一种完全的信号消除，显然是信号的破坏性组合。

4.数据损坏-当信号表现出不同的延迟扩展时，这种差异会导致解调问题和重叠比特，从而导致称为符号间干扰(ISI)的情况。这是最常见的破坏性多路径类型。

在部署Wi-Fi系统(尤其是802.11n之前的系统)时，多路径是一个非常重要的概念。多路径将在以后的部分中更详细地介绍。

Daniel E. Capano，康涅狄格州斯坦福德多元化技术服务公司的所有者和总裁，是认证无线网络管理员(CWNA)。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

网上临时演员

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无线电天线类型

比较调制:无线网络的扩频调制术语和定义

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控制工程有一个无线页面．

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