无线通信技术PPT课件.ppt

无线通信技术 1 内容概述 移动通信技术 2 2 无线通信技术 1人类通信史上的两大飞跃 从古代的烽火台 驿站 漂流瓶等通信工具 近代有线通信 无线电通信 3 1 1从有线通信到无线通信的发展 无线通信技术 尽管有线电报与电话给人们带来了莫大的方便 但是这种通信是有局限的 必须使用电线或者电缆 这使得不好铺设电线的地方无法通信 因此 人们又开始设想 能否撇开电线实现电通信呢 1887年 1895年 德国物理学家赫兹 用实验证明了电磁波的存在 意大利发明家马可尼创造了奇迹 利用电磁波将电信号不用导线传播到1 6公里的远处 4 无线通信技术 马可尼 1896年 成功实现了1 7公里的无线电报通信 1899年 跨越英吉利海峡的51公里无线电通信试验成功 1901年 成功试验了纽芬兰和昆沃尔之间 横跨大西洋3000公里的越洋无线电通信 5 无线通信技术 1 2无线通信简介 1 无线通信系统无线通信系统是利用空间电磁波作为传输介质 在空中传递信号 在发信设备与收信设备上安装天线 完成电磁波的辐射与接收 2 无线通信系统分类 利用无线电波来解决信息传输问题 如微波传输系统 卫星传输系统 利用无线方式作为系统接入 形成具有覆盖能力的通信网络 如陆地移动通信系统 卫星移动通信系统以及各种短距离无线通信等 6 无线通信技术 1 3远距离无线通信技术 现代通信网中的传输手段 无线通信的两种技术 7 无线通信技术 1 3 1远距离无线通信技术 微波通信 1 微波通信的概念微波是频率为300MHz 300GHz的电磁波 微波通信是在微波频段通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段 2 地面远距离微波通信采用中继方式的直接原因 微波传播具有视距传播特性 在空气中是沿直线传播的 而地球表面是个曲面 为了延长通信距离 需要在通信两地之间设立若干中继站 进行电磁波转接 微波在传播过程中有损耗 在远距离通信时需要采用中继方式对信号逐段接收 放大和发送 8 无线通信技术 1 3 1远距离无线通信技术 微波通信 微波通信的主要应用 边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务 城市内的短距离支线连接 无线宽带业务接入 9 无线通信技术 1 3 2远距离无线通信技术 卫星通信 1 卫星通信的基本概念卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号 在两个或者多个地面站之间进行的通信 卫星通信示意图 10 无线通信技术 1 3 2远距离无线通信技术 卫星通信 通信距离远 且建站成本几乎与通信距离无关 卫星通信相比于地面微波通信的优点 覆盖面积大 便于实现多址连接 通信容量大 业务种类多 通信线路稳定可靠 可以自发自收进行监测 11 无线通信技术 1 4短距离无线通信技术 蓝牙技术 1 蓝牙的概念蓝牙 BlueTooth 是一种短距离无线通信技术 是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准 蓝牙技术使用跳频 FH SS 时分多址 TDMA 等先进技术 在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输 蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王哈拉尔蓝牙王 哈拉尔蓝牙王Blatand在英文里的意思可以被解释为Bluetooth 蓝牙 因为国王喜欢吃蓝莓 牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙 12 无线通信技术 1 4短距离无线通信技术 蓝牙技术 2 蓝牙的通信蓝牙通信网络的基本单元是微微网 由一个主设备 主动发起链接的设备 和至多7个从设备 被动链接的设备 组成 当两个蓝牙设备成功建立链路后 便形成了一个微微网 两者之间的通信通过无线电波在79个信道中随机跳转而完成 13 1 无线通信技术 1 4短距离无线通信技术 蓝牙技术 汽车产品 楼宇无线局域网 医疗健身设备 图像处理设备 消费娱乐产品 蓝牙的主要应用 14 无线通信技术 1 5短距离无线通信技术 超宽带无线电技术 随着科学技术的发展 各种个人终端诸如便携式电脑 移动电话 手机等已日益普及 人们迫切需要一种低功耗 短距离 能进行双向无线通信的全球规范 以实现个人设备之间的无缝操作 作为新兴的短距离无线通信技术 超宽带无线电 UWB 可实现个人网络的高速化 宽带化目标 15 无线通信技术 1 5短距离无线通信技术 超宽带无线电技术 1 雷达 监测 超宽带依赖于极微弱的 与雷达中所使用的相近的基带窄脉冲 具有很强的穿透能力 能穿透树叶 墙壁 地表 云层等障碍 辨别出障碍物后隐藏的物体或运动着的物体 测距精度的误差只有一两厘米 2 测距 定位超宽带信号在户内和户外都可以提供精确地定位信息 在军事和民用上都有广泛的应用 16 无线通信技术 1 5短距离无线通信技术 超宽带无线电技术 传输距离 UWB与蓝牙技术的比较 传输方式 抗干扰能力 传输速率 17 内容概述 移动通信技术 2 18 2020 1 8 19 在过去的十几年中 世界电信发生了巨大的变化 移动通信技术的迅速发展 使用户彻底摆脱终端设备的束缚 实现完整的个人移动性 可靠的传输手段和接续方式 进入21世纪 移动通信将逐渐演变成社会发展和进步的必不可少的工具 20 1897年 马可尼在陆地和一艘拖船上完成无线通信试验 标志无线通信的开始 1928年 美国警用车辆的车载无线电系统 开始进入实用 1946年 贝尔实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网 后称作城市系统 1974年 贝尔实验室踢出蜂窝移动通信概念 1 1世界移动通信发展历史概况 21 1 1世界移动通信发展历史概况 1980年 第一代移动通信系统 1978年美国的AMPS系统 1979年日本的NAMS系统 1980年北欧的NMT系统 1985年英国的TACS系统 1990年 第二代移动通信系统 1991年美国提出IS 54 1992年商用的GSM系统 1993年日本提出PDC 1993年美国提出的IS 95 2000年 第三代移动通信系统 北美的CDMA2000 欧洲的WCDMA 中国的TD SCDMA 22 1 2第一代移动通信技术发展概况 第一代 即1G 是thefirstgeneration的缩写 移动通信技术是指 最初的模拟 仅限语音的蜂窝电话标准 制定于上世纪80年代 主要技术 模拟技术 频分多址技术 由于受到传输带宽的限制 不能进行移动通信的长途漫游 只能是一种区域性的移动通信系统 第一代移动通信有多种制式 我国主要采用的是TACS 其传输速率为2 4kbps 23 1 3第一代移动通信技术的缺点 第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功但是其弊端也日渐显露出来 所以 第一代移动通信技术作为2O世纪80年代到90年代初的产物已经完成了任务退出了历史舞台 频谱利用率低 容易被盗听或盗号 制式太多互不兼容 成本高 业务种类有限 体积大 无高速数据业务 重量大 1G缺点 24 2 1第二代移动通信技术发展概况 移动通信技术 第二代 即2G 是thesecondgeneration的缩写 移动通信系统是从20世90年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统 码分多址 CDMA 时分多址 TDMA 模拟技术 频分多址技术 1G主要技术 2G主要技术 相比于1G的2 4kbps的传输速率 2G能够提供9 6 28 8kbps的传输速率 25 无线通信技术 2 2第二代移动通信技术的优点 全球采用的制式 GSM和CDMA我国采用的制式 GSM标准 主要提供数字化的语音业务级低速数据化业务 克服了模拟系统的弱点 2G相比于1G的优点 保密性强 省内漫游 标准化程度高 频谱利用率高 26 2 3第二代移动通信技术的缺点 因为采用的制式不同 移动标准还不统一 用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游 还无法进行全球漫游 虽然第二代比第一代有更大的带宽 但带宽还是很有限 限制了数据的应用 还无法实现高速率的业务 如移动的多媒体业务 随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增 未来的移动通信系统不仅要有大的系统容量 还要能支持话音 数据 图像 多媒体等多种业务的有效传输 第二代移动通信技术根本不能满足这样的通信要求 在这种情况下出现了第三代 27 3 1第三代移动通信技术的发展概况 1940年 美国女演员海蒂 拉玛和她的作曲家丈夫提出一个Spectrum 频谱 的技术概念 这个被称为海蒂 拉玛经典黑白照 展布频谱技术 也称码分扩频技术 的技术理论在此后带给了我们这个世界不可思议的变化 就是这个技术理论最终演变成我们今天的3G技术 展布频谱技术就是3G技术的根本基础原理 28 3 1第三代移动通信技术的发展概况 第三代移动通信技术 英语 3rd generation 3G 是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术 3G服务能够同时传送声音 通话 及数据信息 电子邮件 即时通信等 3G的代表特征是提供高速数据业务 速率一般在几百kbps以上 3G规范是由国际电信联盟 ITU 所制定的IMT 2000规范的最终发展结果 原先制定的3G远景 是能够以此规范达到全球通信系统的标准化 目前3G存在四种标准 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA WiMAX 2001年4月16日 第一个3G电话经由英国的沃达丰网络拨出 与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统相比 第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务 29 4 1第四代移动通信技术的发展概况 第四代 即4G 是thefourgeneration的缩写 也称为广带接入和分布网络 具有超过2Mb s的非对称数据传输能力 对高速移动用户能提供150Mb s的高质量的影像服务 并首次实现三维图像的高质量传输 它包括广带无线固定接入 广带无线局域网 移动广带系统和互操作的广播网络 基于地面和卫星系统 是集多种无线技术和无线LAN系统为一体的综合系统 也是宽带lP接入系统 在这个系统上 移动用户可以实现全球无缝漫游 为了进一步提高其利用率 满足高速率 大容量的业务需求 同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落和多径干扰等众多优势 30 4 2第四代移动通信的关键技术 4G的关键技术 OFDM技术 软件无线电技术 切换技术 OFDM技术 IPv6协议技术 MIMO技术 4G所采用的关键技术 31 4 2 1正交频分复用技术 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 即正交频分复用技术 实际上OFDM是MCMMulti CarrierModulation 多载波调制的一种 其主要思想是 将信道分成若干正交子信道 将高速数据信号转换成并行的低速子数据流 调制到在每个子信道上进行传输 正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开 这样可以减少子信道之间的相互干扰 32 4 2 2多入多出 MIMO 技术 多输入多输出 MIMO 技术 多输入多输出 MIMO 技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破 该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率 是下一代移动通信系统的核心技术之一 MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理 在丰富的散射环境下 空分复用MIMO系统可以获得与天线数成正比的容量增长 从而极大地提高频谱效率 增加系统的数据传输速率 但是当散射程度欠佳时 会引起信道间的空间相关 尤其在室外环境下 由于基站的天线较高 从而角度扩展较小 其空间相关难以避免 在这种情况下MIMO不可能获得所期望的数据传输速率 33 4 2 3切换技术 切换技术 切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率之间通信以及在信号质量降低时如何选择信道 它是未来移动终端在众多通信系统 移动小区之间建立可靠通信的基础 主要划分为硬切换 软切换和更软切换 硬切换发生在不同频率的基站或不同系统之间 第4代移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展 34 4 2 4软件无线电技术 软件无线电技术 软件无线电是将标准化 模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台 利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术 通过下载不同的软件程序 在硬件平台上可实现不同功能 用以实现在不同系统中利用单一的终端进行漫游 它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术 软件无线电技术主要涉及数字信号处理 4G中的软件无线电技术框图 35 4 2 5IPv6协议技术 IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写 其中Inter