《无线基础知识培训》PPT课件.ppt

1 提纲 无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统 2 无线通信系统 1 无线通信系统结构 无线通信系统分类 1 按技术体制分类 模拟 数字 数模兼容按工作波长分类 短波 微波等按无线传输方式分类 微波中继 卫星等按工作状态分类 固定 移动等按在通信网中的位置分类 无线传输 无线接入 3 无线通信系统 2 无线通信系统分类 2 按接入技术分类固定无线接入 蓝牙BlueTooth 无线本地环WLL 本地多点分布式业务LMDS 多点多信道分布业务MMDS 无线局域网WLAN 移动无线接入 个人手持电话系统PHS 蜂窝移动通信系统TACS GSM CDMA WCDMA TD SCDMA 4 无线通信频率 1 无线通信系统频段 5 无线通信频率 2 移动通信系统 微波 4 11GHz 13GHz 15GHz 18GHz卫星 1 5GHz 2 5GHz 4 6GHz 11 14GHz 12 14GHz 20GHz 30GHz 40GHz无线接入 2 4GHz 3 5GHz 5 8GHz 26GHz 28GHz 38GHz 6 香农定理 香农定理公式 C Blog2 1 S N C 信道容量 bit s B 信道带宽 Hz S 信号功率 W N 噪声功率 W 扩频通信系统即基于香农定理 7 双工方式 双工方式TDD 时分双工 收发信共用一射频频点 上 下行链路使用不同的时隙来进行通信 FDD 频分双工 收发信使用一个不同的射频频点来进行通信 反向信道 前向信道 频率 频率分隔 频分双工 反向信道 前向信道 时间 时间分隔 时分双工 8 多址方式 多址方式TDMA 时分多址 传送给不同终端用户的信息通过同一载波的不同时隙来区分 FDMA 频分多址 传送给不同终端用户的信息通过不同频点载波来区分 CDMA 码分多址 传送给不同终端用户的信息通过不同码调制来区分 SDMA 空分多址 按空间角度划分用户 依靠智能天线实现 9 dB dBi dBd dBm dBuv dBc的区别 dB 表示两者数值之间的相对大小关系 数值A比B大多少dB计算公式为 功率 10 lg A B 电压 20 lg A B dBi dBd 两者均为表示天线增益的单位dBi是用理想点源全向天线为参考得出的天线增益dB值dBd是用半波耦极子的天线增益为参考得出的天线增益dB值dBi dBd两者之间的数值关系 同一天线增益dBi dBd 2 15dBdBm dBuv dBm表示信号功率相对于1mw的对数值 计算公式为10 lg 功率值 mw lmw dBuv表示信号强度电压值相对于1uv的对数值 计算公式为20 lg 信号电压值 uv luv 同一信号dBm dBuv 107dBdBc 表示与载波功率的相对值 计算公式为10 lg 功率值 载波功率 10 Bit Symbol Chip的区别 Bit是信源编码后的输出 是二进制数字序列 Symbol是信道编码后的输出 根据信道编码方式的不同 1个bit输出1 n个symbol Chip是扩频后的输出 以及扩频码发生器的输出 一般多个chip对1个symbol进行扩频 11 上行 下行 前向 反向的区别 上行 下行 所谓上行链路和下行链路是针对手机侧来说的 上行链路是移动台到基站 下行链路是基站到移动台 前向 反向 所谓前向链路和反向链路是针对基站侧方向来说的 基站到移动台为前向链路 移动台到基站为反向链路 12 Ec Io Eb Nt C I的概念 1 Ec 码片能量Eb 业务信道的比特能量C 载波功率Eb Ec C的关系 Eb Ec W R dB C W Ec W为码片速率 R为业务速率 Io 干扰功率谱密度 包括热噪声Ioc 其它小区和用户的干扰功率谱密度 不包括热噪声No 热噪声功率谱密度 No 10 lg KT NfNt 噪声功率谱密度 包括热噪声和干扰Io Ior No Nt的关系 Io Nt No Ioc I W Io W为载波带宽 13 Ec Io Eb Nt C I的概念 2 Ec Io 空中模拟电波中的信号与噪声的比值 Eb Nt 单位比特所含能量与单边噪声信号功率谱密度的比值 也就是解调门限 在没有干扰时与Eb No相同 否则比Eb No小 但在一般情况下把Eb Nt和Eb No混为一体 在所有通信系统中都大于0 C I 载干比 载波功率与干扰功率的比值SNR 信噪比 信号与噪声的比值Io与Nt 都是指噪声谱密度 但Io的说法偏重于干扰 Nt的说法偏重于噪声 Ec Io Ec Nt SNR C I Ior No Ioc Eb Nt W R dB 14 提纲 无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统 15 电磁波传播方式 1 按传播空间划分 表面波传播 以绕射方式 沿着地球表面传播 天波传播 通过高空电离层反射传播 空间波传播 通过直线传播和地面反射传播 散射传播 利用大气对流层和电离层的不均匀性来散射传播 长波 表面波传播 中波 短波 表面波 天波传播 微波 空间波 散射波传播 16 电磁波传播方式 2 按传播行为方式划分 绕射 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射 反射 当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射 散射 当波穿行的介质存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时 发生散射 散射 17 自由空间传播 自由空间传播 电波在理想的完全无阻挡的真空中的传播 计算公式 Lf 92 4 20log d f0 单位dB d为发射机与接收机之间的距离 单位km f0为射频中心频率 单位GHz 18 菲涅尔区 菲涅尔区 电波在空中传播时需要一定净空的空间 或者说电波在空中是以射束的形式传播的 一般的讲 净空要大于第一费涅尔区才可以认为直射电波不受阻挡的损耗 费涅尔区是根据惠更斯原理推导出来的 在900MHz频段 反射点与接收点间距在1000米时 其第一费涅尔区的最大半径约为9米 第一费涅尔区围绕电波传播途径是一个椭圆球体 是电波传播中能量最集中的区域 自由空间中接收点场强大约为第一费涅尔区场强的一半 电波直射传播中 净空要大于第一费涅尔区才可以认为直射电波不受阻挡的损耗 对于反射波 反射面要求大于第一费涅尔区 否则能量会损耗 在天线附近 费涅尔区的定义是不适用的 天线安装时考虑该因素 19 大 小尺度路径损耗 大尺度路径损耗 无线信号经长距离上的场强变化 如自由空间损耗 小尺度路径损耗 无线信号经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落 又叫快衰落 多径传播是引起小尺度传播的主要原因 20 快 慢衰落 无线信号随时间和位置的变化而上下波动的现象 即称为 衰落 Fading 快衰落 由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起伏 统计分布服从瑞利分布 慢衰落 传播路径上阻挡物阴影引起的接收信号强度中值的缓慢变化 统计分布服从对数正态分布 21 平衰落和选择性衰落 平衰落 发射信号的频谱特性在接收机内仍能保持不变的衰落 选择性衰落 发射信号的频谱特性在接收机内发生了畸变的衰落 射频带宽大于相干带宽时 易发生选择性衰落 22 多普勒频移 多普勒频移 基站与移动台间的相对运动会引起频率调制的现象 多普勒频移公式 fd V COS 单位HzV 移动台移动速率 单位m s 波长 单位为m 移动台运动方向与入射波的夹角 23 降雨损耗 频率大于等于10GHz以上的电磁波 降雨损耗对信号传播的影响较大 频率小于10GHz以下的电磁波 降雨损耗对信号传播的影响较小 降雨强度越大 频率越高则降雨损耗越大 24 建筑物的穿透损耗 各频段的无线电波穿透建筑物的能力不同波长越短 穿透能力越强 穿透损耗越小 各建筑物对无线电波的吸收能力也不同建筑材料结构楼层窗体一般在0 30dB的范围内 25 极化 波的极化 是指电场的取向随时间变化的方式 极化方式 电场矢量的两个正交分量具有不同振幅和相位关系时 可能形成三种不同的极化 线极化 电场取向固定不变 圆极化 电场取向随时间作圆的变动 椭圆极化 电场取向随时间作椭圆的变动 26 干扰 按系统分类 系统内干扰 系统外干扰按频谱分类 邻频干扰 同频干扰按干扰产生的原因分类 互调干扰 杂散干扰 阻塞干扰 27 常用传播模型 1 Okumnra模型 适用条件 传播距离1Km 100Km 频率100MHz 3000MHz 基站高度20米 1000米 移动台高度1米 10米 Hata模型 适用条件 传播距离1Km 20Km 频率150MHz 1500MHz 基站高度30米 200米 移动台高度1米 10米 Cost 231 Hata模型 市区 适用条件 传播距离1Km 20Km 频率1500MHz 2000MHz 基站高度30米 200米 移动台高度1米 10米 Cost 231Walfish Ikegami模型 适用条件 传播距离0 02Km 5Km 频率800MHz 2000MHz 基站高度4米 50米 移动台高度1米 3米 当基站天线高度 周围房屋高度时 预测才较准确 28 常用传播模型 2 OkumuraHata公式 无线网络规划中最常用的模型 根据Okumura曲线图所做的经验公式 频率范围150MHz 1500MHz fc为频率hte为有效发射天线高度 30 200mhre为有效接收天线高度 1 10ma hre 为有效移动天线修正因子 是覆盖去大小的函数 对于不同的地区有不同的修正因子 29 提纲 无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统 30 信源编码 信源编码 把语言 图像等原始信号转为数字信号进行的编码 常见通信系统的语音编码 31 信道编码 信道编码 在被发送信息上增加冗余的数据 常见的信道编码方式有卷积编码和Turbo编码 卷积编码 适用于语音业务在内的速率相对较低的业务数据编码 Turbo编码 适用于传输速率较高但实时性要求不高的业务数据编码 32 调制 33 分集 分集的概念 通过多个接收机接收同一内容的信号 然后通过选择最好的一路信号或几路接收到的信号同相合成 分集的目的 对抗衰落分集的类型 频率分集 用多个载波传输同一信号空间分集 用多个天线接收或发射同一信号极化分集 在不同的极化方式传输同一信号时间分集 在不同的时隙上传输同一信号 如RAKE 交织 34 交织 交织的原理 把一个较长的突发差错离散成随机差错 再利用纠正随机差错的编码技术消除随机差错 交织的原因 深度衰落 较长时间人为干扰 大自然突发噪声 交织深度越大 抗突发差错能力越强 35 扩频 将窄带信号展开成宽带信号 可以抗干扰基于香农定理 36 提纲 无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统 37 天线的分类 按形状分类 鞭状 板状 吸顶 抛物面等按方向性分类 全向 定向按极化分类 单极化 双极化按下倾分类 机械下倾 电下倾按频带分类 单频 双频 多频按安装位置分类 室内 室外 38 天线的参数 1 天线增益 在相同输入功率的情况下 天线最大方向的功率密度与参考的功率密度之比值 半功率角 比最大方向增益小3dB的两方向之间的夹角 天线前后比 F B 天线最大方向与其相反方向的增益之比值 天线效率A A Pr PA Pr是天线的辐射功率 PA是天线的输入功率 天线的方向性系数D 在同样辐射功率时 有方向性天线在最大辐射辐射方向远区某点的功率通量密度与无方向性天线在该点的功率通量密度之比D Sm Sr 当Pm Pr时 Pm Pr当分别表示被研究天线与标准天线的辐射功率 39 天线的参数 2 天线的方向性 天线波瓣俯视图 天线波瓣立体图 天线波瓣水平增益变化图 天线波瓣垂直增益变化图 40 天线的参数 3 天线输入阻抗 天线输入电压与输入电流之比 馈线阻抗与天线输入阻抗不匹配时 会发生反射 形成驻波 天线驻波比 VSWR 驻波最大电压与最小电压的比值 天线交叉极化隔离度 XPD 是指在同极化射束方向性图的峰值上的信号电平与给定方向上交叉极化信号电平的比值 41 天线的参数 4 反射系数 驻波比VSWR 回波损耗RL反射系数 天线入口反射电压与输入电压之比回波损耗RL 天线入口输入功率与反射功率之比三者关系 42 提纲 无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统 43 移动通信系统的特点 通信的双方 至少有一方是在移动中进行信息交换的无线通信 移动通信系统的特点 有线与无线相结合的通信方式电波传播有严重的衰落现象在强干扰情况下工作存在阴影区 忙区 多普勒效应远近效应 44 蜂窝通信系统 蜂窝通信系统 覆盖区分成若干个小的区域 小区 每个小区至少用一台发射机进行覆盖 优点 对频率 导频或者其它资源进行复用 资源利用率高 系统容量大 服务性能较好 用户终端电池使用时间长 辐射小 缺点 系统复杂 小区 基站 小区 基站 六边形 三叶草 45 第一代移动通信系统 FDMA模拟话音主要制式 AMPS TACS ETACS JTACS NTACS NMT 450 NMT 900 NTT 主要缺点 频谱利用率低业务种类单一制式多 互不兼容安全保密性差 46 第二代移动通信系统 2G TDMA FDMA或CDMA FDMA数字话音主要制式 GSM 中国移动 中国联通 IS 95 中国联通CDMA网络最早采用的制式 IS 136 PDC 优点 系统容量大 话音