无线通信技术PPT课件

第9章无线通信技术,主讲：郭勇,邮箱:frankgy电话.,-2-,无线通信-学习目标,掌握无线系统的分类了解无线电、微波、红外线的特点及应用了解信号传播模式了解移动环境下的衰退陆地移动及卫星通信系统的组成,学习完本课程，您应该能够：,.,-3-,第9章无线通信,9.1无线系统的分类9.2无线频谱的分配9.3移动环境下信号的衰退9.4扩频技术简介9.5陆地移动及卫星通信系统,.,-4-,9.1无线系统的分类,无线系统的分类按照频段范围分：短波、超短波、微波、毫米波等。按照传播方式分：地面视距、地面超视距、对流层散射、电离层反射、卫星等。按照多址方式分：点对点、点对多点等。按照应用背景分：固定接入、移动接入、数据接入等。按照连接方式分：电路连接、分组连接等。,.,-5-,9.1无线系统的分类(续),地面无线系统的应用分类无线固定接入无线本地环路(WLL)，工业科学医学(ISM)，本地多点分配业务(LMDS)无线移动接入第二代蜂窝及在第二代上增加的业务：WAP、GPRS等第三代蜂窝无线数据接入WLAN、802.11，Bluetooth,.,-6-,第9章无线通信,9.1无线系统的分类9.2无线频谱的分配9.3移动环境下信号的衰退9.4扩频技术简介9.5陆地移动及卫星通信系统,.,-7-,9.2.1无线频谱的分配,频率统一分配（FCC/ITU-R/各个国家）:根据信息类型分配频谱(AM/FM无线电台、TV、蜂窝电话)无线电特点能穿透墙壁，也可到达普通网络线无法到达的地方。受雪、雨天气的干扰。可全方向广播，也可定向广播。,.,-8-,9.2.1无线频谱的分配(续),.,-9-,9.2.1无线频谱的分配(续),工业、科学、医学(ISM)所使用的频段此频段(2.42.4835GHz)主要是开放给工业，科学、医学，三个主要机构使用该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来，属于FreeLicense，并没有所谓使用授权的限制,但限制功率专用于非许可的商业用途（救护车、警察、出租车、无线遥控玩具、无线电家用设备等）ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等，都可能是干扰。,.,-10-,9.2.2传输及中继方式,微波传输方式地面系统:利用定向天线在较低的GHz范围内收发信号。卫星微波系统:在定向天线和卫星之间传输信号。,.,-11-,9.2.2传输及中继方式(续),微波的中继方式由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站。直接中继方式将收到的射频信号直接移到其他射频上，无须经过微波-中频-微波的上下变频过程。,.,-12-,9.2.2传输及中继方式(续),外差中继方式将射频信号进行中频解调，在中频进行放大，然后经过上变频调制到微波频率，发送到下一站。,.,-13-,9.2.2传输及中继方式(续),基带中继方式不仅需要上下变频，还要进行调制解调电路，因此基带中继可以上下话路。是微波通信的主要中继方式。,.,-14-,9.2.2传输及中继方式(续),红外线利用红外光波传送信号。采用电磁频谱的THz范围。发光二极管或激光二极管用于发射信号；光电管则能接收信号。信号不能穿透墙壁等固体物体易受强烈光源的影响应用与优点短距离通信（TV、录像机、DVD、音响等）不同房间内的红外系统互不干扰防窃听安全性比无线电系统好,.,-15-,第9章无线通信,9.1无线系统的分类9.2无线频谱的分配9.3移动环境下信号的衰退9.4扩频技术简介9.5陆地移动及卫星通信系统,.,-16-,9.3移动环境下的衰退（fading）,衰退（fading）传输媒体或者路径使得接收信号的能量发生变化在固定环境下：大气层条件的变化（例如：下雨）低频具有更强的穿透力，可以传输更远的距离；频率越高，衰减越严重，发射机需要更大的功率，传输范围更短；在移动环境下：障碍物的相对位置随时间发生变化，造成复杂的传输效果多径传播,.,-17-,9.3移动环境下的衰退(续),多径（multipath）传播的影响多径（Multipath）障碍物反射信号，使得接收端收到多个不同延迟的信号。一个信号的多个拷贝以不同的相位到达如果相位破坏性地叠加，则相对噪声来说信号的强度就会下降（信噪比减小），导致接收端检测困难。信号串扰（Intersymbolinterference）一个脉冲的一个或多个延迟的拷贝在一个比特时间内到达,.,-18-,9.3移动环境下的衰退(续),多径（multipath）传播的影响(续)假设以给定频率在固定天线和移动节点之间的链路上发送一个窄脉冲,.,-19-,第9章无线通信,9.1无线系统的分类9.2无线频谱的分配9.3移动环境下信号的衰退9.4扩频技术简介9.5陆地移动及卫星通信系统,.,-20-,9.4.1扩频技术简介,扩频通信:它是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。,.,-21-,9.4.2扩频技术特点,1.很强的抗干扰能力干扰信号被扩展到一很宽的频带上，使进入信号通频带内的干扰功率大大降低。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽，抗干扰的能力越强。2.可进行多址通信扩频通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频多址（SSMASpreadSpectrumMultipeAccess），实际上是码分多址（CDMA）的一种，CDMA是未来全球个人通信的一种主要的多址通信方式。,.,-22-,9.4.2扩频技术特点(续),3.安全保密由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去，其功率密度随频谱的展宽而降低，甚至可以将信号淹没在噪声中。因此，其保密性很强4.抗多径干扰扩频所用的扩频码的相关特性能起到抗多径干扰的作用，甚至可利用多径能量来提高系统的性能。,.,-23-,9.4.2扩频技术特点(续),扩频系统的一般描述,.,-24-,第9章无线通信,9.1无线系统的分类9.2无线频谱的分配9.3移动环境下信号的衰退9.4扩频技术简介9.5陆地移动及卫星通信系统,.,-25-,9.5.1陆地移动通信系统,什么是陆地移动通信系统：是指通信双方至少一方是在运动中通过陆地通信网络进行通信的系统。陆地移动通信系统的分类蜂窝公用陆地移动通信系统集群调度移动通信系统无绳电话系统无线寻呼系统,.,-26-,9.5.1陆地移动通信系统(续),基地站,移动台,网络,陆地移动通信系统组成,.,-27-,9.5.1陆地移动通信系统(续),3G移动通信技术的相关知识3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务为提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆字节每秒)、384kbps(千字节每秒)以及144kbps的传输速度。简单地说，3G实际上就是一个宽带的无线网络。而启动这个无线宽带网络的意义在于它可以为用户实施各种新的应用，提供更为宽广的平台,.,-28-,9.5.1陆地移动通信系统(续),3G移动通信技术的相关知识(续）通信类业务基础话音业务3G时代的基本话音业务比起2G来更有价格优势，其通话质量显著提高，失真率降低，有望接近于固定电话的音质。视像业务：视像业务是3G时代的最引人关注的业务之一。通过3G终端的摄像装置以及3G网络高速的数据传输，电话两端的用户可以看见彼此的影像，从而实现对话双方的“面对面”实时交流。娱乐类业务提供“声色俱佳”的娱乐业务:音乐、影视的点播业务体育新闻的点播与体育赛事的精彩预告、回顾图片、铃声下载,.,-29-,9.5.1陆地移动通信系统(续),3G移动通信技术的相关知识(续）资讯类业务由于3G网络的大容量与高速率，3G运营商所提供的资讯类业务大多摆脱了2G时代的纯文字内容，更多地是通过视频、音频来实现资讯内容的实时交互性传达。新闻类资讯财经类资讯便民类资讯互联网业务电子邮件业务利用互联网监控家居,.,-30-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G通信基本概念-4G的直观描述图是在1G、2G、和3G基础上发展起来的是与2G和3G共存的（目前：2.5G代表：GPRS、Edge）传输速率较3G提高10倍、成本降低10倍（2001年）,速率,覆盖面积移动性,宏小区高的移动性,微小区有限的移动性,固定接入,64kbps,2Mbps,200Mbps,P-MP(LMDS)Milli-waveLAN,2G,WLAN,4G,3G,.,-31-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统技术目标和特点4G系统应具有更高的数据率、更好的业务质量（QoS）、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量、更高的灵活性；4G系统应能支持非对称性业务，并能支持多种业务；4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势，因此4G系统应当是一个全IP的网络。,.,-32-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统技术目标和特点-4G系统的容量4G系统的容量至少为3G系统的10倍4G系统的频谱效率应当为3G系统的5到10倍4G系统目标速率为：高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbps;中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbps;低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbps具有不同速率间的自动切换能力,以保证通信质量.,.,-33-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统技术目标和特点-基于IP的网络4G应当是一个基于IP的移动网络，可以采用多种无线接入方式，比如IEEE802.11,WCDMA,Bluetooth,等。全IP的核心网可以与无线接入方式独立地发展。4G系统将会采用Ipv6。Ipv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。4G系统将能实现不同QoS的业务4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务。能提供用户定义的个性化服务,按服务级别收费.,.,-34-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统的关键技术4G系统是一个远比3G更加复杂的通信系统，它的实现需要依托于很多新兴技术。在4G系统中可能采用的关键技术主要包括:正交频分复用(OFDM)技术软件无线电技术智能天线技术移动IPv6技术,.,-35-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统的关键技术-正交频分复用(OFDM)技术OFDM技术将需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流，将它们各自调制到相互正交的子载波上最后合成输出，输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。优点：频谱可以重叠-提高了频谱利用率采用跳频的方法有很好的抗窄带干扰能力。系统可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡,.,-36-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统的关键技术-软件无线电基本思想:将硬件作为其通用的基本平台，把尽可能多的无线及个人通信的功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统它是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。主要目的解决通信装备不同而引起的通信不畅的问题它的出现是无线通信继从模拟到数字、从固定到移动后，从硬件到软件的第三次变革核心技术是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，并将宽带的模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能的靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多的采用可编程软件来实现。,.,-37-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G系统的关键技术-智能天线智能天线采用了空分多址(SDMA)的技术利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向4G系统的关键技术-IPv6协议优点：有足够的地址空间支持移动性管理,.,-38-,9.5.1陆地移动通信系统(续),4G网络通信面临的挑战(1)标准难以统一由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。因此，开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，而世界各大通信厂商将会对此一直在争论不休。(2)容量受到限制从理论上说其所谓的每秒100MB的宽带速度，比目前手机信息传输速度每秒10KB要快1万多倍，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。,.,-39-,9.5.1陆地移动通信系统(续),(3)市场难以消化有专家预测在10年以后，3G的多媒体服务会进入第三个发展阶段，全球25%以上人口使用3G移动通信系统，第三代技术仍然在缓慢地进入市场，到那时整个行业正在消化吸收第三代技术，对于4G通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。另外，在过渡过程中，如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟的话，那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划(4)设施难以更新在部署4G通信网络系统之前，覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的，如果要向4G转移，那么全球的许多无线基础设施都需要经历着大量的变化和更新,.,-40-,9.5.1陆地移动通信系统(续),