天线和波的传播在无线通信网络中起着至关重要的作用。天线是向/从空间辐射/收集(传输或接收)电磁能的电导体或导体系统。理想化的各向同性天线在所有方向上均等地辐射。

传播机制

无线传输以三种模式传播。他们是-

• 地波传播
• 天波传播
• 视线传播

地波传播遵循地球的轮廓，而天波传播使用地球和电离层的反射。

视线传播要求发射天线和接收天线在彼此的视线内。根据基础信号的频率，遵循特定的传播模式。

地波和天波通信的示例是AM广播和BBC等国际广播。在30 MHz以上，地波和天波传播均不起作用，通讯是通过视线进行的。

传输限制

在本节中，我们将讨论影响电磁波传输的各种限制。让我们从衰减开始。

衰减

信号强度随传输介质的距离而下降。衰减程度是距离，传输介质以及基础传输频率的函数。

失真

由于处于不同频率的信号衰减到不同程度，因此包括频率范围内的分量的信号会失真，即接收信号的形状发生变化。

解决此问题(并恢复原始形状)的标准方法是放大更高的频率，从而均衡一个频带上的衰减。

分散

色散是在传播过程中电磁能量爆发扩散的现象。由于分散，快速连续发送的数据突发往往会合并。

噪声

噪声最普遍的形式是热噪声，通常使用加性高斯模型进行建模。热噪声是由于电子的热搅动引起的，并且在整个频谱上均匀分布。

其他形式的噪声包括-

• 互调噪声(由在载波频率的总和或差处产生的信号引起)

• 串扰(两个信号之间的干扰)

• 脉冲噪声(外部电磁干扰导致的高能量不规则脉冲)。

虽然脉冲噪声可能不会对模拟数据产生重大影响，但它会对数字数据产生明显影响，从而导致突发错误。

上图清楚地说明了噪声信号如何与原始信号重叠并试图改变其特性。

衰退

衰落是指信号强度相对于时间/距离的变化，在无线传输中非常普遍。无线环境中最常见的衰落原因是(对象以及通信设备的)多径传播和移动性。

多径传播

在无线媒体中，信号使用三种原理传播，即反射，散射和衍射。

• 当信号遇到较大的固体表面时会发生反射，该固体表面的大小比信号的波长大得多，例如，固体壁。

• 当信号遇到大小大于信号波长的边缘或拐角(例如墙的边缘)时发生衍射。

• 当信号遇到尺寸小于信号波长的小物体时，就会发生散射。

多径传播的一个后果是，沿着多个不同路径传播的信号的多个副本会在不同时间到达任意点。因此，在某个点接收到的信号不仅会受到通道中固有的噪声，失真，衰减和色散的影响，还会受到沿多条路径传播的信号的相互作用的影响。

延迟传播

假设我们从一个位置发送探测脉冲和测量在收件人的位置作为时间的函数的接收信号。由于多径传播，接收信号的信号功率随时间扩展。

延迟扩展由延迟随时间变化的结果扩展的密度函数确定。平均延迟扩展和均方根延迟扩展是可以计算的两个参数。

多普勒传播

这是由移动无线电信道的变化速率引起的频谱展宽的量度。它是由移动台与基站之间的相对运动或由对象在通道中的运动引起的。

当移动台的速度高时，多普勒扩展高，并且所产生的信道变化快于基带信号的变化，这被称为快速衰落。当信道变化慢于基带信号变化时，则所得的衰落称为慢衰落。