无线传输基础知识课件

无线基础知识ASBASBASBSlide Slide Slide 2 22目录q无线通信系统回顾q无线传输基本概念q无线通信的双工多址技术q无线通信的编码q基带传输q载波传输q天线与馈线q天线的基本概念q 馈线的基本概念q电磁波传输q微波无线链路q无线传输特性q无线分组网原理ASBASBASBSlide Slide Slide 3 33目录q无线通信系统回顾q无线传输基本概念q无线通信的双工多址技术q无线通信的编码q基带传输q载波传输q天线与馈线q天线的基本概念q 馈线的基本概念q电磁波传输q微波无线链路q无线传输特性q无线分组网原理q 无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 4 44概述概述 历史历史 环境环境 应用应用 发展发展无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 5 55 历史（历史（1 1）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 通信（Communication)作为电信（Telecommunication)是从19世 纪30年度开始的。l 物理发现 通信技术发展l 1831年法拉第电磁感应 1837年莫尔斯发明电报l 1873年马克斯韦尔的电磁场理论 1876年贝尔发明电话l1895年马可尼发明无线电开辟了电信（Telecommunication)的新纪元无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 6 66历史（2）电话的发明者贝尔l贝尔（18xx1922）英国人 1868年 在伦敦工作 1871年 去波士顿工作 1873年 任波士顿大学教授 1875年 发明多路电报 1876年 发明电话l一生曾获许多专利。l妻子是一位聋人。无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 7 77历史（历史（3 3）无线电的发明者马可尼）无线电的发明者马可尼无线无线通信回顾通信回顾l马可尼（18741937）意大利人 1894年 在父亲的庄园试验 1896年 去伦敦 1897年 建立无线电报公司 1899年 首次实现英法无线通信 1916年 实现短波无线电通信 1929年 建立世界性无线通信网l曾获诺贝尔奖金l曾参加法西斯党无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 8 88历史（历史（4 4）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 物理发现 通信技术发展l 1906年发明电子管 模拟通信得到发展 开辟了模拟通信的新纪元l 1928年奈奎斯特准则和取样定理l 1948年山农定理 在理论上为数字通信准备了条件 无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 9 99历史（历史（5 5）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 物理发现通信技术发展 l 20世纪50年代数字通信得到发展 发明半导体l 20世纪60年代 发明集成电路 l 开辟了数字通信的新纪元无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 101010历史（历史（6 6）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l物理发现 通信技术发展 l 20世纪50年代 20世纪40年代提出静止卫航天技术 星概念，但无法实现 1963年第一次实现同步卫星通信l 开辟了空间通信的新纪元无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 111111历史（历史（7 7）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 物理发现 通信技术发展 l 20世纪60年代 企图用于通信，未成功 发明激光l 20世纪70年代光纤通信得到发展 发明光导纤维l l 开辟了光纤通信的新纪元无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 121212历史（历史（8 8）通信发展历史的启示）通信发展历史的启示l通信传输始终是最活跃的技术领域，物理上的新进展都可能在通信上找到新用途，从而形成新的通信产业。l通信传输的新要求又将推动物理和器件的进展，促使人们去研究发展新的物理机理来满足信息传输的需要。l一个优秀的通信工程师和研究人员，必须对物理学和器件技术的新进展十分感兴趣，并善于抓住新方向、新突破口迎接通信技术的革命。无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 131313环境（环境（1 1）：无线通信的频谱环境）：无线通信的频谱环境l长波30300 KHz10-1kml中波0.3-1.5 MHz1000-200ml短波1.5-30 MHz100-10ml超短波:米波30-300 MHz10-1ml微波：分米波0.33 GHz 100-10cml 厘米波3-30 GHz 10-1cml 毫米波30-300 GHz 10-1mml 亚毫米波300-3000 GHz1-0.1mml光波：红外光3103-3105 GHz 100-1ml 可见光3105-3106 GHz 0.8-0.4m无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 141414环境（环境（2 2）：无线通信的传播环境）：无线通信的传播环境l无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、地波（直射、反射、绕射）l无线传播的分类带宽受限信道和功率受限信道色散信道和非色散信道恒参信道和变参信道点对点信道和多址信道无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 151515应用（应用（1 1）：无线通信的应用概况）：无线通信的应用概况l短波/超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机l微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据l卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据l移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统 卫星移动系统 无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 161616短波电离层通信特点：超远距离、灵活机动；容量小、质量差用途：海外使馆远洋船队边防哨所应急通信短波/超短波地面通信特点：绕射能力、灵活机动、隐蔽性好；容量较小、质量较差用途：陆军电台对空电台特种通信(武警、公安)无绳电话应用（应用（2 2）：无线通信的应用说明）：无线通信的应用说明短波、超短波通信无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 171717应用（应用（3 3）：无线通信的应用说明）：无线通信的应用说明微波通信微波接力特点：容量大、质量好、视距传播条件用途：中小容量微波SDH大容量微波扩频微波高频段微波点对多点微波用途：无线集中器 无线用户环散射微波通信衰落时变信道，距离远，频带较窄，质量较差用途 军用 民用无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 181818应用（应用（4 4）：无线通信的应用说明）：无线通信的应用说明卫星通信高轨道卫星通信特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道用途：国际长途海事卫星电视广播军事通信中低轨道卫星通信特点：距离近、地面设备简单灵活，非静止轨道，要求跟踪用途：非实时信息传送遥感侦测卫星移动通信无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 191919应用（应用（5 5）：无线通信的应用说明）：无线通信的应用说明移动通信蜂窝系统无线通信最成功的应用第一代：模拟第二代：数字第三代：多媒体 其它无线移动系统集群系统无绳电话系统无线数据系统无线ATM系统无线IP系统无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 202020发展（发展（1 1）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 20世纪 21世纪业务方式以音频为主的单媒体以视频为主的多媒体干线传输微波光纤用户传输有线无线复接方式PDHSDH交换模式STMATM网络方式三网鼎立三网合一无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 212121发展（发展（2 2）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 面向21世纪通信的三大革命l以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命l以SDH、ATM和IP为标志的数字革命l以个人通信和无线接入为标志的无线革命无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 222222发展（发展（3 3）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 面向21世纪通信的两大通信平台 光纤通信平台：无线通信平台：超大容量、超长距离 宽带、移动 关键技术：波分复用、关键技术：CDMA、智 光纤放大器能天线、软件无线电无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 232323发展（发展（4 4）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 无线通信面临的挑战及发展机遇l光纤通信对无线通信的巨大冲击 巨大带宽 超低损耗 较低成本 未来信息高速公路的主干道，还有 Fiber to home 的趋势l无线通信的发展机遇 灵活性 抗灾性 移动性 无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 242424发展（发展（5 5）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 什么叫无线革命l20世纪通信网的基本框架中继线 无线为主（微波、卫星）天上包括部分有线（电缆）用户线 有线为主（市话电缆）地下包括部分无线（无线电话）l21世纪通信网的基本框架中继线 有线为主（光缆）地下包括部分无线（微波、卫星）用户线 无线为主 天上 包括部分有线无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 252525发展（发展（6 6）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势无线通信热点之一：个人通信l1986年 CCIR制订 FPLMTS，以个人全球通信为目标，首次提出个人通信概念l1986年 CCITT讨论 UPT（全球通用个人通信）l1989年 英国政府发放许可证建立双向个人通信网，首次出现 PCN名词l90年代以来，美国提出个人通信业务（PCS），或个人通信系统（PCS）但是，到底什么是个人通信？lCCITT个人的移动性和终端移动性分开着重于个人的移动性，用户号码可以在任何终端上使用无线接入不是必要的条件lCCIR、欧洲 PCN、美国 PCS 个人的移动性靠终端的移动性实现 移动通信网作为个人通信网的底层网络结构 无线接入是必要的条件l以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信 Wireless Personal Communications无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 262626发展（发展（7 7）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势无线通信热点之二：无线接入l技术关键 多址有效性与可靠性 组网 蜂窝信令与空间接口l高层无线接入 特点：蜂窝范围大 复杂的信道处理（纠错、均衡、分集）快速移动 无线交换 功率大 成本高 低速语音编码l低层无线接入 特点：蜂窝范围小 简单的信道处理 慢速移动 有线交换 功率小 成本低 中速语音编码（32Kb/s ADPCM）无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 272727发展（发展（8 8）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势无线通信热点之三：无线ATMl无线 ATM 的发展背景 ATM方式是未来通信网发展的必然趋势 可移动多媒体业务的发展与普及 无线频谱资源的更加合理利用l无线 ATM 的技术关键 窄带化技术（低到几 Mb/s）抗误码技术 按信源的信息量动态地分配带宽l无线 ATM 的应用前景 军事通信、多媒体通信无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 282828发展（发展（9 9）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势无线通信热点之四：扩频技术l扩频多址技术的缺点：非正交性(Non-orthogonality)优点：坚韧性(Robustness)l 坚韧性体现在：抗多径 抗干扰 蜂窝分割的频率再用 扇区分割的频率再用l 前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测 无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 292929发展（发展（1010）：）：2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势无线通信热点之五：软件无线电l当前无线系统在硬件及软件上存在的问题：多种标准、多种制式、多种协议、多种方案 困难:互连互通难 设备更新难 研制开发难l能否搞成一个通用的无线系统：硬件是公用的，除了天线和 RF 前端外，其它都是 DSP 所有无线通信过程都用软件实现，而软件环境是开放的 无线协议都遵循一个公共的 Wireless OSI 分层结构 l软件无线电的关键技术 多频段天线及 RF前端技术 直接式数字上、下变频技术 高速 DSP 技术 标准化无线协议及协议转换技术l软件无线电的应用前景多模手机 通用无线平台 通用抗干扰军用电台无线通信回顾无线通信回顾ASBASBASBSlide Slide Slide 303030目录q无线通信系统回顾q无线传输基本概念q无线传输模型q无线通信的双工多址技术q无线通信的编码q基带传输q载波传输q天线与馈线q天线的基本概念q 馈线的基本概念q电磁波传输q微波无线链路q无线传输特性q无线分组网原理q无线传输基本概念无线传输基本概念ASBASBASBSlide Slide Slide 313131无线传输基本概念 无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型无线通信系统可以概括为一个统一的模型无线通信系统可以概括为一个统一的模型无线通信系统可以概括为一个统一的模型无线通信系统可以概括为一个统一的模型 这一模型包括有：信源、发射机、信道、这一模型包括有：信源、发射机、信道、这一模型包括有：信源、发射机、信道、噪声源、接收机和信宿噪声源、接收机和信宿噪声源、接收机和信宿 信号源信号源发射机发射机（调制）（调制）干扰干扰调制信号调制信号信道信道信宿信宿基带基带基带接收机接收机（解调）（解调）基带基带基带ASBASBASBSlide Slide Slide 323232无线传输基本概念(1)信源信源：是指发出信息的信息源，或者说是信息的发出者。(2)发射机发射机：把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。(3)信道信道：信道是信号传输媒介的总称。(4)接收机接收机：恢复出原始的信息。(5)信宿信宿：是指信息传送的终点，也就是信息接收者。(6)噪声源噪声源：噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。模型中各部分的功能如下：模型中各部分的功能如下：模型中各部分的功能如下：模型中各部分的功能如下：无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型无线通信系统基本模型ASBASBASBSlide Slide Slide 333333无线传输基本概念qq信道信道信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。qqq信道上传输的是数字信号的通信道上传输的是数字信号的通信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。信系统称为数字通信系统。信系统称为数字通信系统。qqq模数变换设备将模拟电信号变换成数字信号，数字信号模数变换设备将模拟电信号变换成数字信号，数字信号模数变换设备将模拟电信号变换成数字信号，数字信号通常是采用二进制信号形式送至信道传输。通常是采用二进制信号形式送至信道传输。通常是采用二进制信号形式送至信道传输。qqq在接收端，数字信号再经数模变换和电声变换还原成在接收端，数字信号再经数模变换和电声变换还原成在接收端，数字信号再经数模变换和电声变换还原成声音，送给接收者声音，送给接收者声音，送给接收者。模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信ASBASBASBSlide Slide Slide 343434无线传输基本概念 一、数字通信的特点一、数字通信的特点 二、二、数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标数字通信系统ASBASBASBSlide Slide Slide 353535一、一、数字通信的特点数字通信的特点1.抗干扰能力强，无噪声积累。2.便于加密处理。3.利于采用时分复用实现多路通信。4.设备便于集成化、小型化。5.占用频带宽。数字通信系统ASBASBASBSlide Slide Slide 363636二、数字通信系统的主要性能指标1.有效性指标(1)信息传输速率(2)符号传输速率(3)频带利用率2.可靠性指标(1)误码率(2)信号抖动数字通信系统ASBASBASBSlide Slide Slide 373737数字通信系统1.有效性指标(1)信息传输速率信道的传输速率是以每秒钟所传输的信息量来衡量的。(2)符号传输速率 符号传输速率也叫码元速率。它是指单位时间内所传输码元的数目，其单位为“波特”(Bd)这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的。符号传输速率和信息传输速率是可以换算的。信息传输速率与符号传输速率的关系是 R Rb=N NB log2M M 式中，R Rb为信息传输速率(bits)；N NB为符号传输速率(码元 秒或波特)；M M为码元(或符号)的进制数。ASBASBASBSlide Slide Slide 383838数字通信系统(3)频带利用率频带利用率是指单位频带内的传输速率。系统占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以：用来衡量数字通信系统传输效率(有效性)的指标应当是单位 频带内的传输速率。ASBASBASBSlide Slide Slide 393939数字通信系统2可靠性指标 衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误码率和信号抖动。(1)误码率 在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码 元数之比。(2)信号抖动 在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号码元相 对于标准位置的随机偏移。ASBASBASBSlide Slide Slide 404040无线通信基本概念 无线通信的双工多址技术无线通信的双工多址技术 概述频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）空分多址（SDMA）ASBASBASBSlide Slide Slide 414141无线通信的双工多址技术 单工、半双工和全双工传输单工、半双工和全双工传输1单工传输 传输系统的两端数据只能沿单一方向发送和接收。2半双工传输 系统两端可以在两个方向上进行数据传输，但两个方向的传输不能同 时进行3全双工传输 系统两端可以在两个方向上同时进行数据传输，即两端都可同时发送和接收数据。概述概述ASBASBASBSlide Slide Slide 424242无线通信的多址技术 频分双工：FDD 收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；特点：合理安排频率发滤波收滤波发送信号接收信号去天线环行器概述概述ASBASBASBSlide Slide Slide 434343 时分双工：时分双工：时分双工：TDDTDDTDD 收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；特点：收发存在时间间隔。特点：收发存在时间间隔。特点：收发存在时间间隔。发送信号发开关收开关接收信号去天线TDD控制无线通信的多址技术无线通信的多址技术概述概述ASBASBASBSlide Slide Slide 444444无线通信的双工多址技术无线通信的双工多址技术多址技术：TX：恰当的信号设计，使各站发射的信号有差异q 实现方式 RX:信号识别，从混合信号中分离出相应的q 理论基础：信号分割技术 信号的射频频率、出现时间、出现空间、码型、波形等 FDMA、TDMA、CDMA、TDMA/FDMA、CDMA/FDMA等概述概述ASBASBASBSlide Slide Slide 454545无线通信双工多址通信技术无线通信双工多址通信技术频分多址频分多址频分多址频分多址ASBASBASBSlide Slide Slide 464646频分多址频分多址对发射信号的频率范围进行分割，信号在频谱上互不重叠载频，对发射信号的频率范围进行分割，信号在频谱上互不重叠载频，对发射信号的频率范围进行分割，信号在频谱上互不重叠载频，算符集采用不同载频的带通滤波器算符集采用不同载频的带通滤波器算符集采用不同载频的带通滤波器。F1F2F3f1f2f3BBBBBB低频段收发保护频段高频段F1f1ASBASBASBSlide Slide Slide 474747频分多址频分多址q FDMA通常在窄带系统实现；q 符号时间远大于延时扩展，不需要均衡；q 不间断发送，系统额外开销少；q 系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频带通滤波器 来消除相邻信道干扰，消除基站的杂散 辐射。q 信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。q 频谱利用率低技术特点ASBASBASBSlide Slide Slide 484848无线通信双工多址通信技术无线通信双工多址通信技术时分多址时分多址时分多址时分多址ASBASBASBSlide Slide Slide 494949时分多址时分多址 基本原理基本原理基本原理 这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分 割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采 用相应时隙的选择开关。用相应时隙的选择开关。用相应时隙的选择开关。帧帧帧T2T1T5T2T1T5T1T2T3时隙基站T1T1T1T2T2T2T5T5T5tttASBASBASBSlide Slide Slide 505050TDMA帧头比特信息尾比特时隙1时隙2时隙3时隙n尾比特同步比特信息数据保护比特时分多址 TDMATDMA帧结构帧结构ASBASBASBSlide Slide Slide 515151时分多址qqq 多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；qqq 数据分组发送，不连续发送，需开关；数据分组发送，不连续发送，需开关；数据分组发送，不连续发送，需开关；qqq 由于速率较高，往往需要采用均衡器；由于速率较高，往往需要采用均衡器；由于速率较高，往往需要采用均衡器；qqq 系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；qqq 采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的带宽采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的带宽采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的带宽。技术特点ASBASBASBSlide Slide Slide 525252 TDMA TDMA的效率的效率qqq 系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，不包括系统开销；不包括系统开销；不包括系统开销；qqq 帧效率：帧效率：帧效率：发送数据比特在一帧中所占的百分比。发送数据比特在一帧中所占的百分比。发送数据比特在一帧中所占的百分比。时分多址ASBASBASBSlide Slide Slide 535353时分多址q 总的信道数：总的TDMA时隙数。即每一信道的TDMA时隙数乘以有效信道数。N(m(Btot2B保护)/Bc m为每个信道所支持的TDMA用户数，Btot信道带宽，B保护保护带 宽，Bc用户带宽。TDMA TDMA TDMA TDMA系统的信道数系统的信道数系统的信道数系统的信道数ASBASBASBSlide Slide Slide 545454时分多址例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个 TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。解：Bc200/825KHz N25106/25 1031000 应用举例应用举例ASBASBASBSlide Slide Slide 555555双工多址通信技术码分多址码分多址码分多址码分多址ASBASBASBSlide Slide Slide 565656无线通信双工多址通信技术q码分多址原理码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像它不像它不像FDMAFDMAFDMA、TDMATDMATDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。相互干扰。相互干扰。W1W1W1W2W2W2WnWnWnW1W1W1W2W2W2WnWnWnd dd111d dd222d d d nnnd dd111d dd222d d d nnns s发端发端发端发端发端发端收端收端收端收端收端收端ASBASBASBSlide Slide Slide 575757无线通信双工多址通信技术 CDMA按照获得带宽信号所采取的调制方式分为直接序列扩频（DS）、跳频（FH）和跳时（TH）三种三种三种CDMACDMACDMA扩频方式概念示意图扩频方式概念示意图扩频方式概念示意图 CDMA CDMA的分类的分类ASBASBASBSlide Slide Slide 585858无线通信双工多址通信技术 它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。三种多址方式概念示意图三种多址方式概念示意图三种多址方式概念示意图 三种双工多址方式的小结ASBASBASBSlide Slide Slide 595959无线通信的编码 信源编码概述信源编码概述 将原来不适于在数字通信系统中传输的信号变换为数字信号。信源的原始信号绝大多数是模拟信号，因此，信源编码的第一个任务是模拟和数字的变换，即：A/D，D/A。但是，由于传输信道带宽的限制，又由于原始信源的信号具有很强的相关性，则信源编码不是简单的A/D，D/A，而是要进行压缩。为通信传输而进行信源编码，主要就是压缩编码。信源编码信源编码无线通信的信源编码无线通信的信源编码ASBASBASBSlide Slide Slide 606060无线通信的编码q信道编码的目的信道编码的目的信道编码是为了保证信息传输的可靠性、提高传输质量而设计的一种编码。它是在信息码中增加一定数量的多余码元，使码字具有一定的抗干扰能力。q信道编码的实质信道编码的实质 信道编码的实质就是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元），使它们满足一定的约束关系，这样由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。举例而言，欲传输k位信息，经过编码得到长为n(nk)的码字，则增加了 n-k=r 位多余码元，我们定义 R=k/n 为编码效率。无线通信的信道编码无线通信的信道编码ASBASBASBSlide Slide Slide 616161无线通信的信道编码根据码的规律性可分为：正交编码和检、纠错码根据监督元与信息组之间关系可分为：分组码和卷积码根据监督元与信息元之间关系可分为：线性码和非线性码根据码的功能可分为：检错码和纠错码 分类分类ASBASBASBSlide Slide Slide 626262基带数字信号基带数字信号q基带传输数字信号的电脉冲不对载波进行调制，直接送往信道进行传输的方法，叫基带传输。基带传输q无线通信为什么要讨论基带传输？一个载波传输系统，在调制前与解调后所进行的信号变换过程，如：编码、译码、滤波、判决、抽样、再生，和基带传输过程十分相似。基带传输的方法完全可以用于载波传输。载波传输系统在一定条件下完全可以用等效基带传输系统来代替。有关基带传输系统的一些分析结果，如：功率谱密度、比特差错率可以推广到载波传输系统。ASBASBASBSlide Slide Slide 636363q传输代码传输代码l一组电脉冲波形；l记为 u(t)=，是一个随机过程；luk(t)表示在kTSt(k+1)TS时隙中的码元，k表示序号；uk(t)所能取得的各个波形组成为波形集：l传输代码和抽象代码的映射关系l二进制传输代码举例：非归零码、归零码 数字信息的表示法数字信息的表示法基带传输ASBASBASBSlide Slide Slide 646464多进制多进制在数字通信系统中，为了提高传输效率，往往采用多进制。最常用的多进制为2l进制，即二进制、四进制、八进制，等等。一个多进制抽象代码可以表示成多进制数，也可以表示成二进制数组。如：0 1 2 300 01 10 11信息量信息量在不考虑传输误差情况下，一个随机等概分布的M进制码元所包含的信息量：I log2(M)比特码元速率码元速率（符号速率、键控速率、数码率）：？波特（Baud)信息速率信息速率（比特率）：？比特/秒（bits/s)基带传输ASBASBASBSlide Slide Slide 656565 基带传输过程基带传输过程基带传输基带传输基带传输过程:发端滤波器、基带信道、噪声与干扰、收端滤波器、再生器传输过程的畸变：干扰与噪声、波形失真再生器的作用ASBASBASBSlide Slide Slide 666666比特差错率（比特差错率（BERBER）各种叫法：误码率、误字率、码元差错率、比特差错率、符号差错率发生差错的原因差错的计算及测量BER和Eb/N0的关系曲线基带传输ASBASBASBSlide Slide Slide 676767载波传输载波传输引言引言复包络分析法复包络分析法多相移相键控多相移相键控正交移幅键控正交移幅键控连续相位移频键控连续相位移频键控载波同步载波同步时钟同步时钟同步载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 686868模拟调制和数字调制以正弦波为载波的调制（无论是模拟调制还是数字调制）总是可以分成：调幅、调相、调频三大类数字信号的调幅、调相、调频一般称为：移幅键控、移相键控、移频键控数字信号的解调可以分成：相干解调和非相干解调二大类载波传输 引言（引言（1）ASBASBASBSlide Slide Slide 696969数字信号调制数字信号调制 要关心的：频谱性能 包络性能数字信号解调数字信号解调 要关心的：误码性能载波传输 引言（引言（2）ASBASBASBSlide Slide Slide 707070 调制与解调过程调制与解调过程 调制过程调制过程 复数调制器 解调过程解调过程 复数解调器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s(t)分路相乘相乘s(t)coswt-sinwtx(t)y(t)载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 717171 多相移相键控多相移相键控载波传输绝对移相绝对移相相对移相相对移相ASBASBASBSlide Slide Slide 727272相干解调相干解调延时相干解调延时相干解调非相干解调非相干解调载波传输 解调方式解调方式ASBASBASBSlide Slide Slide 737373BPSK 二相调制二相调制载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 747474 相位调制相位调制载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 757575多相键控信号的矢量表示多相键控信号的矢量表示载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 767676 功率谱密度功率谱密度载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 777777相位逻辑：自然码相位逻辑：自然码载波传输载波传输载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 787878 相位逻辑：格雷码相位逻辑：格雷码载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 797979相位逻辑的矢量表示相位逻辑的矢量表示载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 808080差分编码差分编码为什么需要差分编码？克服在接收端进行相干解调时存在的参考载波相位含糊度。差分运算会引入误码扩散载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 818181 矢量表示矢量表示常用的正交移幅键控：常用的正交移幅键控：QPSK、16QAM、64QAM，.正交移幅键控正交移幅键控载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 8282824QAM载波传输（正交移幅键控）ASBASBASBSlide Slide Slide 838383频谱利用率 QPSK:1b/s/Hz，16QAM:2b/s/Hz 64QAM:3b/s/Hz载波传输（正交移幅键控）频谱利用率频谱利用率ASBASBASBSlide Slide Slide 848484比特差错率计算公式QPSK16QAM64QAM载波传输（正交移幅键控）比特差错率比特差错率ASBASBASBSlide Slide Slide 858585载波传输连续相位移频键控连续相位移频键控ASBASBASBSlide Slide Slide 868686载波传输 说说 明明希望寻找一类调制方法，具有较好的频谱利用率、功率利用率，同时又具有恒定包络。连续相位移频键控能较好地满足这些要求。前二种调制方法存在的问题：l频谱利用率和功率利用率的矛盾l频谱利用率和恒定包络的矛盾ASBASBASBSlide Slide Slide 878787载波传输最小移频键控（最小移频键控（MSK）满足二个条件：调制指数 h=0.5 在码元交替点相位连续ASBASBASBSlide Slide Slide 888888MSK的相位变换轨迹的相位变换轨迹载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 898989MSK的频谱特性的频谱特性载波传输载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 909090载波同步的原理从插入载波的信号中实现载波同步从抑制载波的信号中实现载波同步载波传输 载波恢复载波恢复ASBASBASBSlide Slide Slide 919191 从抑制载波的信号中实现载波同步从抑制载波的信号中实现载波同步非线性处理线性过滤键控信号参考载波载波传输 载波恢复载波恢复ASBASBASBSlide Slide Slide 929292QPSKQPSK信号的载波同步：四次方环信号的载波同步：四次方环载波传输 载波恢复载波恢复ASBASBASBSlide Slide Slide 939393时钟同步时钟同步载波传输ASBASBASBSlide Slide Slide 949494从数字信号中提取时钟信息的原理从数字信号中提取时钟信息的原理载波传输（时钟同步）ASBASBASBSlide Slide Slide 959595 从数字信号中提取时钟同步从数字信号中提取时钟同步非线性处理线性过滤数字信号时钟信号载波传输（时钟同步）ASBASBASBSlide Slide Slide 969696 微分全波整流法微分全波整流法载波传输（时钟同步）ASBASBASBSlide Slide Slide 979797中频检波法中频检波法载波传输（时钟同步）ASBASBASBSlide Slide Slide 989898目录q无线通信系统回顾q无线传输基本概念q无线传输模型q无线通信的双工多址技术q无线通信的编码q基带传输q载波传输q天线与馈线q天线的基本概念q 馈线的基本概念q电磁波传输q微波无线链路q无线传输特性q无线分组网原理q 天线与馈线天线与馈线ASBASBASBSlide Slide Slide 999999天线的基本概念天线的作用 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信天线的分类天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可 分为线状天线、面状天线等；等等分类。ASBASBASBSlide Slide Slide 100100100天线的基本概念 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。天线极化天线极化ASBASBASBSlide Slide Slide 101101101天线的基本概念极化隔离极化隔离 理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 10mWASBASBASBSlide Slide Slide 102102102天线方向性天线方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。天线的基本概念增强型增强型ASBASBASBSlide Slide Slide 103103103天线的基本概念波瓣宽度与半功率角 通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。ASBASBASBSlide Slide Slide 104104104天线的基本概念前后比前后比 方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F/B。前后比越大，天线的后向辐射或接收）越小。前后比F/B 的计算十分简单-F/B=10 Lg（前向功率密度）/（后向功率密度）ASBASBASBSlide Slide Slide 105105105天线的基本概念上旁瓣抑制上旁瓣抑制 对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的用户，指向天空的辐射是毫无意义的。ASBASBASBSlide Slide Slide 106106106天线的基本概念增益增益 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空 间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号。如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G=13 dB=20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100/20=5W.换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。ASBASBASBSlide Slide Slide 107107107PLANE REFLECTORAB无源中继站介绍无源中继站介绍 无源中继站无源中继站就是将电磁波射线反射的一种设备无源中继站无源中继站就是将电磁波射线反射的一种设备天线的基本概念ASBASBASBSlide Slide Slide 108108108PASSIVE REPEATERSASBASBASBSlide Slide Slide 109109109传输线的几个基本概念 概述概述连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。传输线的种类 超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传 输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。ASBASBASBSlide Slide Slide 110110110传输线的几个基本概念传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗 限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用0 表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为。60/rLog(D/d)欧。注：式中，D 为同轴电缆外导体铜网内径；d 为同轴电缆芯线 外径；r为导体间绝缘介质的相对介电常数。通常0=50 欧，也有0=75 欧的。ASBASBASBSlide Slide Slide 111111111传输线的几个基本概念传输损耗传输损耗信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。单位长度产生的损耗的大小用衰减系数 表示，其单位为 dB/m（分贝米），电缆技术说明书上的单位大都用 dB/100 m（分贝百米）.设输入到馈线的功率为1，从长度为 L（m）的馈线输出的功率为2，传输损耗TL可表示为：TL 10 Lg(1/2)(dB)ASBASBASBSlide Slide Slide 112112112传输线的几个基本概念匹配概念匹配概念 什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗L 等于馈线特性阻抗0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为 50 欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为 80 欧时，与50 欧的电缆是不匹配的。ASBASBASBSlide Slide Slide 113113113传输线的几个基本概念反射损耗反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为50 ohms，阻抗不匹配，其结果是 ASBASBASBSlide Slide Slide 114114114传输线的几个基本概念电压驻波比电压驻波比 在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅max，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅min，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为 R 反射波幅度 （L0）R 入射波幅度 （L0）波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为 VSWR 波腹电压幅度max（1+R）VSWR 波节电压辐度min（1-R）终端负载阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系数 R 越小，驻波比VSWR 越接近于，匹配也就越好。ASBASBASBSlide Slide Slide 115115115同轴电缆同轴电缆频率：频率：900 TO 3000 Mhz波导管波导管频率频率3000 Mhz微波常用设备及参数微波常用设备及参数传输线的几个基本概念ASBASBASBSlide Slide Slide 116116116EHZrFundamental mode for rectangular Waveguide TE 10矩型波导电磁场基模矩型波导电磁场基模 TE10Fundamental mode for eliptical Waveguide TE 11椭圆型波导电磁场基模椭圆型波导电磁场基模 TE11WAVE GUIDE 波导波导微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 117117117REFLECTION COEFFICIENT 反射系数反射系数RETURN LOSS 回波损耗回波损耗VSWR 驻波比驻波比WAVEGUIDE USEFUL PARAMETERS波导有用的参数波导有用的参数微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 118118118WAVEGUIDE USEFUL PARAMETERS波导有用的参数波导有用的参数WAVE GUIDE ATTENUATION 波导损耗波导损耗微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 119119119 什么是什么是干燥机干燥机 干燥机就是用来使得波导管不被水和湿气影响，保证波导干燥。干燥机就是用来使得波导管不被水和湿气影响，保证波导干燥。The DEHYDRATOR is a device which is utilised to keep the wave-guide dry from water and humidity caused by condensation effects干燥机干燥机微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 120120120 干燥机干燥机For Small SystemsFor Large or Very Large Systems微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 121121121Example:Frequency 7GHz,Run length 150m:Total volume of air:Vt=150 x 0.9=135 liters微波常用设备及参数微波常用设备及参数干燥机干燥机ASBASBASBSlide Slide Slide 122122122FLANGES TYPESWG TERMINATIONPDRxxPBRxxPARxxP=PressurizedU=UnpressurizedA=Round flangeB=Square flangeD=Rectangular flangexx=Frequency bandPressurization inletCONNECTORS CONNECTORS 波导接头波导接头微波常用设备及参数微波常用设备及参数ASBASBASBSlide Slide Slide 123123123其它天线系统零件其它天线系统零件 1/2t Wall thru for indoor/outdoor WG Runt Waveguides/Coax cable fixing clamps(1/meter)for indoor&outdoor fixingt Grounding Kit(min.2