卫星无线大数据传输的原理

与有线传输相比，无线传输具有许多优势. 也许最重要的是，它更加灵活. 无线信号无需电缆即可从一个发送到多个. 所有无线信号都与电磁波一起在空中传输，电磁波是由电子零件和能量零件组成的能量波.

本文的引用地址:

在无线通信中，频谱包括9khz和300000Ghz之间的频率. 每个无线服务都与某个无线频谱区域关联. 无线信号还源自沿导体传输的电流. 电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空中.

信号在空中传播，直到到达目标位置. 在目标位置，另一根天线接收信号，将其转换回电流. 接收和发送信号都需要天线. 天线分为全向天线和定向天线. 由于信号传播过程中反射，衍射和散射的影响，无线信号将沿着许多不同的路径到达目的地，从而形成多路径信号.

图1无线通讯无处不在

无线通信原理-基本原理

无线通信是一种使用信号的特性在自由空间中传播以进行信息交换的通信方法. 在移动设备中实现的无线通信也称为移动通信，两者统称为无线移动通信. 简而言之，无线通信是一种仅使用电磁波而不通过电缆的通信方法.

1，无线频谱

所有无线信号都与电磁波一起在空中传输，电磁波是由电子零件和能量零件组成的能量波. 声音和光是电磁波的两个示例. 无线频谱中的波（即用于广播，手机和卫星传输的波）是看不见的和听不见的-至少直到对其进行解码为止.

“无线频谱”是用于长距离通信的电磁波的连续体. 这些波具有不同的频率和波长. 无线频谱包括介于9khz和300 000Ghz之间的频率. 每个无线服务都与某个无线频谱区域关联. 例如，AM广播使用535至1605khz之间的频率，涉及无线通信频谱的低端频率.

无线频谱是所有电磁频谱的子集. 实际上，电磁波具有较高或较低的频率，但它们不用于远程通信. 低于9kz的频率用于特殊应用，例如野生动植物追踪或车库门开关. 频率高于300 000 Ghz的电磁波对人类是可见的，因此不能将其用于通过空中进行通信. 例如，我们将频率为428570Ghz的电磁波识别为红色. 图2显示了整个电磁频谱.

图2电磁频谱

当然，机载信号不一定会留在某个国家. 因此，对于世界各国达成关于无线通信标准的协议非常重要. 国际电联是理事机构，负责确定国际无线服务的标准，包括频率分配，设备，无线发送和接收设备，卫星轨道等使用的信号传输和协议. 如果政府和公司不遵守ITU标准，他们可能无法在制造无线设备的国家/地区之外使用它们.

2. 无线传输的特点

尽管有线和无线信号具有许多相似之处（例如，包括协议和编码的使用），但是空中的性质使无线传输与有线传输有很大不同. 当工程师们谈论无线传输时，他们将空气用作“非制导介质”. 因为空气没有提供信号可以遵循的固定路径，所以信号传输是不受引导的.

就像有线信号一样，无线信号也源自沿导体传播的电流. 电子信号从发射机到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空中. 信号在空中传播，直到到达目标位置. 在目标位置，另一根天线接收信号，将其转换回电流. 图3显示了此过程.

图3无线发送和接收

请注意，无线信号的发送和接收端都使用天线卫星信源解码，并且为了交换信息，必须将连接到每个天线的调整为相同的频率.

3，天线

每种无线服务都需要专门设计的天线. 服务规范确定天线的功率输出，频率和辐射方向图. 天线的``辐射方向图''描述了天线发送或接收的所有电磁能的三维区域的相对长度. “定向天线”在单个方向上发送信号. 当源需要与目标位置通信时（例如在点对点连接中），可以使用此天线. 当多个接收节点排成一行时，也可以使用定向天线. 或者，由于天线可以利用其能量在更多方向上发送信号，或者可以在一个方向上发送更长的时间，因此可以用于将信号强度保持在一定距离而不是覆盖更广阔的地理区域. 距离. 使用定向天线的无线服务的一些示例包括卫星下行链路和上行链路，无线局域网以及太空，海洋和航空导弹. 图4显示了定向天线的辐射图.

图4定向天线辐射

与此相比，“全向天线”在各个方向上以相同的强度和清晰度发送和接收无线信号. 当许多不同的必须能够获得信号时，或者当的位置变化很大时，使用此天线. 电视台和广播电台都使用全向天线，大多数发送手机的发射塔也一样. 图5显示了全向天线的辐射方向图.

图5全向天线的辐射方向图

无线信号传输中的一个重要考虑因素是天线可以传输信号的距离，同时还要使信号强度足以清楚地解释. 无线传输的一个简单原理是，信号越强，信号越弱.

正确的天线位置对于确保无线系统的最佳性能也非常重要. 用于远程信号传输的天线通常安装在塔上或高层建筑的顶部. 从高处发送信号可确保减少障碍物并更好地接收信号.

4，信号传播

在理想情况下，无线信号直接沿直线从发射机传播到预期的接收机. 这种传播称为“视线”（LOS）. 它消耗很少的能量，并且可以接收非常清晰的信号. 但是，由于空气是非引导性介质，并且和之间的路径不是很清楚，因此无线信号通常不会沿直线传播. 当障碍物阻塞信号路径时，信号可能会绕过物体，被物体吸收，或者可能发生以下任何现象: 发射，衍射或散射. 物体的几何形状决定了这三种现象中的哪一种会发生.

（1）反射，衍射和散射

无线信号传输中的“反射”与其他电磁波（例如光或声音）的反射没有区别. 波浪遇到障碍并反射（或反弹）回其源头. 对于大于信号平均波长的物体，无线信号将反弹. 例如，考虑一个微波炉. 由于微波的平均波长小于1毫米，因此一旦发出微波，它们就会在微波炉的内壁（通常至少15厘米长）上反射. 哪些物体导致无线信号反射取决于信号的波长. 在无线局域网中，可能会使用波长在1至10米之间的信号，因此这些对象包括墙壁，地板，天花板和地板.

在“衍射”中，无线信号遇到障碍物时将分解为次级波. 次级波继续沿其分解方向传播. 如果您看到衍射的信号，您会发现它们在障碍物周围弯曲. 具有锋利边缘的物体（包括墙壁和桌子的拐角）会引起衍射.

“散射”是信号在许多不同方向上的传播或反射. 当无线信号遇到尺寸小于信号波长的物体时，就会发生散射. 散射还与无线信号遇到的表面粗糙度有关. 表面也很粗糙，信号在遇到表面时更容易散射. 在户外，树木和路标都会导致手机信号的散射.

此外，环境条件（例如雾，雨和雪）也可能导致反射，散射和衍射

（2）多径信号

由于反射，衍射和散射的影响，无线信号将沿着许多不同的路径到达目的地. 这样的信号称为“多径信号”. 多径信号的产生与信号的发送方式无关. 它们可能在从光源的多个方向上具有相同的辐射强度，或者可能主要在从光源的一个方向上进行辐射. 但是，一旦发送信号，由于反射，衍射和散射，它们将沿着许多路径传播. 图6显示了由这三个信号引起的多径信号.

图6多径信号

无线信号的多径性质既是优点也是缺点. 一方面，由于信号反射在障碍物上，因此它们更有可能到达目的地. 在办公楼等环境中，无线服务依靠信号在墙壁，天花板，地板和家具上的反射来最终到达目的地.

多径信号传输的缺点是其路径不同. 多径信号在发射器和之间的不同距离处传播. 因此，同一信号的多个实例将在不同的时间到达，从而导致衰落和延迟.

5. 窄带，宽带和扩频信号

传输技术根据使用无线频谱的信号部分的大小而有所不同. 一个重要的区别是无线是使用窄带还是宽带信号传输. 在“窄带”中，发射器将信号能量集中在单个频率或很小的频率范围内. 与窄带相反，“宽带”是指一种使用无线频谱的相对宽带信号传输方法.

使用多个频率来传输信号称为扩频技术. 换句话说，在传输期间，信号永远不会停留在频率范围内. 在较宽的频带上分配信号的一个结果是，与窄带信号传输相比，每个频率需要更少的功率. 信号强度的这种分布使扩频信号不太可能干扰在相同频带上传输的窄带信号.

在多个频率上分配信号的另一个结果是提高了安全性. 由于信号是按照仅授权发射机和接收机知道的序列分配的，因此未经授权的接收机更难以捕获和解码这些信号.

扩展频谱的一种特定实现是“跳频扩展频谱”（FHSS）. 在FHSS传输中，和在频带中几个不同频率之间的信号跳变和信道跳变已知相同的同步模式. 另一种扩展频谱信号称为“直接序列扩展频谱”（DSSS）. 在DSSS中，信号的比特同时分布在整个频带上. 每个位都经过编码，以便在接收到这些位时可以重新组合原始信号.

6，固定和移动

每种类型的无线通信都属于两类之一: 固定或移动. 在“固定”无线系统中，和的位置不变. 发射天线将其能量直接指向天线，因此将更多能量用于信号. 对于必须穿越长距离或复杂地形的情况，固定无线连接比铺设电缆更经济.

但是，并非所有通信都适合固定无线. 例如，移动用户不能使用要求他们停留在某个位置以接收信号的服务. 相反，移动电话，寻呼，无线LAN和许多其他服务都使用“移动”无线系统. 在移动无线系统中，可以位于发射器特定范围内的任何位置. 这样，就可以从一个位置移动到另一位置，同时继续接收信号.

无线通信发展状况的原理

1，分类

无线通信主要包括微波通信和卫星通信. 微波是一种波，其传输距离一般只有几十公里. 但是，微波频带非常宽，通信容量大. 微波通信应每隔几十公里建立一个微波中继站. 卫星通信使用通信卫星作为中继站，在地面上的两个或多个地球站之间或移动物体之间建立微波通信链路.

2. 热点技术

（1）4G

第四代移动电话移动通信标准是指第四代移动通信技术，缩写为4G. 该技术包括TD-LTE和FDD-LTE（严格来说，LTE仅为3.9G，尽管它已被提升为4G无线标准，但3GPP实际上并未将其识别为国际电信联盟描述的下一代无线技术. 该标准是IMT-Advanced，因此尚未严格达到4G的标准，只有LTE Advanced的升级版本才能满足国际电信联盟4G的要求. 4G是3G和WLAN的结合，可以快速传输数据，高质量，音频，视频和图像. 4G的下载速度可以达到100Mbps以上，是当前家庭宽带ADSL（4万亿）的25倍，并且可以满足几乎所有用户的无线服务需求. 此外，可以将4G部署在DSL和电缆调制解调器无法覆盖的区域，然后扩展到整个区域. 显然，4G具有无与伦比的优势.

图7 4G迅速普及

（2）ZigBee技术

ZigBee技术主要用于基于IEE802.15.4无线标准的无线个人局域网（WPAN）. 这是RFID和蓝牙技术之间的一项技术建议. 它主要用于短距离和数据传输. 在各种电子设备中该比率不高. ZigBee协议比蓝牙，高速率个人局域网或802.11x无线局域网更易于使用，并且可以视为蓝牙的同级产品.

（3）WLAN和WiFi / WAPI

WLAN（无线局域网）是一种使用无线技术替代以前的有线布线以形成局域网的新方法. 它可以提供传统有线局域网的所有功能，并且是计算机网络和无线通信技术相结合的产物. 它是通用无线访问的子集，通过直接序列扩展频谱（DSSS）或跳频扩展频谱的支持，使用射频或红外线支持更高的传输速率（2Mb / s〜54Mb / s，甚至更高） （FHSS），GMSK，OFDM等技术，甚至是未来的超宽带传输技术UWBT，都使固定，半移动和移动网络终端能够长距离远程访问Internet网络. 目前，WLAN的速率原则上仍很低，主要适用于手机，PDA等小型移动终端. 1997年6月，IEEE引入了802.11标准，这是WLAN中的第一个标准. WLAN领域有两个标准: IEEE802.11x系列和HiperLAN / x系列.

WiFi通常被称为无线宽带，其全名是Wireless Fideliry. 无线局域网通常称为WiFi网络. 这个名称来自全球最大的无线局域网技术推广和产品认证组织-WiFi Alliance（WiFi Alliance）. WiFi作为一种无线网络技术，已经受到业界的关注. WiFi终端涉及许多产品，例如手机，PC（笔记本计算机），平板电视，数码相机，投影仪等. 目前，WiFi网络已经在家庭，企业和公众的热点区域中使用，并且在家庭中的应用是一种更接近人们生活的应用方法. 由于WiFi网络可以在家庭中实现良好的网络覆盖，因此适合用作家庭中的主导网络. 诸如电视，DVD播放器，数字音频，数码相框，照相机等之类的其他家用支持WiFi的设备可以通过WiFi网络作为传输介质，与媒体服务器和计算机中的计算机建立通信连接. 背景，实现整个家庭的数字化和无线化，使人们的生活更加便捷和丰富. 目前，除了用户购买WiFi设备以建立无线家庭网络外，运营商还大力推广家庭网络覆盖. 例如，中国电信的“我的E家”将WiFi功能添加到家庭网关中，并与有线宽带服务绑定在一起. 未来，WiFi的应用领域将继续扩大，并在现有的家庭网络，企业网络和公共网络的基础上，将发展为自动控制网络等许多新领域.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-255004-1.html