行動與無線通訊 第3章 訊號與通訊

重要觀念 認識訊號的特性。 了解訊號與通訊的關係。 了解訊號與資料的關係。 無線通訊的訊號和有線通訊的訊號有什麼不同 ? 無線通訊的環境對於訊號有什麼影響 ?

基本觀念 網路上傳送的訊號都可用電磁波的訊號來表示 任何的電磁波訊號若非數位的(digital)就是類比的(analog)的訊號 電磁波訊號本身可視為由數種不同頻率的訊號組成的，這些頻率的範圍決定了電磁波訊號的頻寬(bandwidth) ，同時也影響所能傳送的資料速率 訊號的品質與傳輸介質的特性是影響資料通訊的兩個主要因素 訊號在介質中傳送的過程中發生的減損(impairment)幾乎是無法避免的

從聲波到電波

通訊系統(Communications System) 最基本的架構

認識訊號 : 訊號的特徵 簡單的電路設計 資訊與訊號的基本類別與型式 訊號的組成 類比（Analog） 數位（Digital） 訊號的組成 頻寬(Bandwidth)與資料傳輸速率(Data Rate)

類比訊號(Analog Signal)與數位訊號(Digital Signal)

週期性訊號的例子

相位(phase)的觀念

改變參數對於訊號波形的影響

傅立葉級數(Fourier series)

頻寬有兩個涵義 一種是指頻率範圍(width of a frequency band) ，以Hz (Hertz)為單位 另一種則是我們熟悉的通訊線路的資料速率(data rate)，可用bits per second來表示 另一個和頻寬有關的觀念是所謂的傳輸效率(throughput) ，代表實測的頻寬

資料與訊號之間的轉換

通訊系統中使用的電磁光譜

無線電頻譜(radio spectrum)

電磁波傳送的減損 (transmission impairment) 減弱(attenuation)與減弱失真(attenuation distortion) 。 延遲失真(delay distortion) 。 雜訊(noise) 。

無線電波傳遞隨範圍遞變的特性

頻道的容量(channel capacity) Nyquist Bandwidth 薛南容量(Shannon Capacity)公式

無線電波傳遞的原理與特性 無線電頻道的減損因素(radio channel impairments) 無線電訊號的傳遞模型 大規模的傳遞模型(large-scale propagation model) 小規模的傳遞模型(small-scale propagation model或fading model)

理論上預測的模型 : 大規模傳遞模型 路徑減損(path loss) 自由空間裡的傳遞模型(free space propagation model) 基本的無線電傳遞機制(propagation mechanism)

自由空間裡的傳遞模型

基本的無線電傳遞機制 : 多路徑(multipath)的現象

Fresnel zones的觀念

室內的傳遞模型 廣大區域(extra large zone) 大區域(extra large zone) 中等大小的區域(middle zone) 小區域(small zone或microzone)

室外的傳遞模型(Outdoor propagation models) Longley-Rice model Durkin’s model Okumura model Hata model Walfisch and Bertoni model Wideband PCS microcell model

理論上預測的模型 : 小規模傳遞模型 以主要原因來探討，即多路徑(multipath)與都普勒(Doppler)效應 收到訊號的統計分布(statistical distribution of received envelope) 漸弱的時間長短(duration of fading) 漸弱的快慢

小規模的漸弱效應主要的特徵 訊號強度在很短的時間或很短的距離內就大幅衰減 對於不同的多路徑訊號產生不同的都普勒效應(Doppler shifts)，造成雜亂隨機的頻率調變(random frequency modulation) 由於多路徑傳遞延遲(multipath propagation dalay)造成的時間散佈(time dispersion) 。

影響漸弱效應的因素 多路徑的傳遞(multipath propagation) 行動台移動的速度 周圍物體的移動速度 訊號的傳送頻寬

都普勒效應(Doppler effect)

行動無線電頻道(mobile radio channel)特性的描述 頻寬(bandwidth)與所收到的訊號強度(received power)之間的關係 小規模多路徑訊號的測量

行動多路徑無線電頻道(mobile multipath radio channel)的參數 脈衝回應(impulse response) 諧和頻寬(coherence bandwidth)代表一種統計上的頻率範圍 諧和時間(coherence time)

小規模漸弱的分類

VSWR (voltage standing wave ratio)的現象

EIRP的定義 幅射主體的功率輸出(power output)指到達天線以前的纜線(cable)或是連接器(connector)的功率輸出 假設傳送器(transmitter)的輸出是30 milliwatts，在纜線上減損15 milliwatts，在連接器上減損5 milliwatts，則幅射主體的功率輸出為10 milliwatts EIRP (equivalent isotropically radiated power)指實際上天線本身所幅射的功率，FCC針對幅射主體與天線本身的功率輸出都有明確的規範

AP與天線的連接

分貝(decibel)