无线通信基础知识

1、 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线通信系统概述无线通信系统概述1无线电波传播基础无线电波传播基础2天线的基本知识天线的基本知识3 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线通信的概念无线通信的概念无线通信系统的组成无线通信系统的组成无线通信的工作方式无线通信的工作方式 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段 利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称为无线电通信，简称无线通信。通信方式称为无线电通信，简称无线通信。 我们身边有哪些无线通信

2、应用我们身边有哪些无线通信应用 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线通信的发展无线通信的发展18761876年年贝尔发明了电话贝尔发明了电话18951895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了无线通信年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了无线通信 18371837年年莫尔斯电码莫尔斯电码 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段天线天线 信源信源发射机发射机接收机接收机 信宿信宿 无线通信系统一般由发信机、收信机及与其相连接无线通信系统一般由发信机、收信机及与其相连接的天线（含馈线）构成。如下图所示：的天线（含馈线）构成。如下图所示： 无线信号

3、发射前为什么要调制呢？无线信号发射前为什么要调制呢？基带信号基带信号调制信号调制信号解调信号解调信号基带信号基带信号 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线信号在发射前，一般要其调制成高频无线信号在发射前，一般要其调制成高频( (射频射频) )，才适合于天线辐射和无线传播，原因是：才适合于天线辐射和无线传播，原因是：减小天线的尺寸减小天线的尺寸当天线的尺寸接近无线信号的波长时，辐射效率比较高。当天线的尺寸接近无线信号的波长时，辐射效率比较高。选台选台便于将不同电台发送的信号分配到不同频率的载波信号上，避免便于将不同电台发送的信号分配到不同频率的载波信号上，避免互相干扰。互相干

4、扰。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段调幅调幅(AM)已调波已调波调频调频(FM)已调波已调波载波载波载波载波调制信号调制信号调制信号调制信号 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段发射机发射机接收机接收机f1f1(f2)f1(f2)f1发话器发话器受话器受话器PTTPTT-单工 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段发射机发射机接收机接收机f1f2f2f1AB发话器发话器受话器受话器天线共用器-双工 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段发射机发射机接收机接收机f1f2f2f1AB发话器发话器受话器受话器天线共用器PTT-半双工

5、武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线电波段划分无线电波段划分无线电波的传播无线电波的传播无线电波的干扰无线电波的干扰 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 10

6、24 移动无线电 一般将频率低于一般将频率低于3 310101212HzHz的电磁波称为无线电波的电磁波称为无线电波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段长波长波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段中波中波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段短波短波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段超短波超短波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段微波微波 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段地波传输（长波、中波信号的传播方式）地波传输（长波、中波信号的传播方式）: :沿地球弯曲表面传播，适用于波长在沿地球

7、弯曲表面传播，适用于波长在200m200m以上的中、以上的中、长波。长波。由于大地表面是导体，当电磁波在其表面传播时，由于大地表面是导体，当电磁波在其表面传播时，一部分能量将被损耗掉，且频率越高，损耗越大。一部分能量将被损耗掉，且频率越高，损耗越大。天波传输（短波信号的传播方式）天波传输（短波信号的传播方式）：适用于适用于10m-200m的短波。的短波。 电磁波到达电离层后，一部电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。当频率升分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。当频率升高时，电磁波被电离层吸收的能量增加，当频率升高超高时，电磁波被电离层吸收的能量增加，当频率升高超过

8、一定值时，电磁波将会穿过电离层，不再返回地面。过一定值时，电磁波将会穿过电离层，不再返回地面。直射波（微波信号的传播方式）直射波（微波信号的传播方式）波长波长10m的电磁波的电磁波,不再适用电离层传播，而是沿空不再适用电离层传播，而是沿空间直线传播，利用直射和反射实现电磁波的传播。间直线传播，利用直射和反射实现电磁波的传播。通常，通常，50米高的天线通信距离约米高的天线通信距离约50公里。公里。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段卫星通信卫星通信 卫星地球表面卫星发送多点接收多点接收 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段v理想情况下，无线信号在从发射器到接收器

9、间的理想情况下，无线信号在从发射器到接收器间的一条直线上传播。一条直线上传播。v实际情况下，由于障碍物等环境的影响，无线信实际情况下，由于障碍物等环境的影响，无线信号的传播将发生反射、衍射和散射三种现象。号的传播将发生反射、衍射和散射三种现象。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段 反射：反射：当信号遇到表面大于信号波长的障碍物（地当信号遇到表面大于信号波长的障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙面）产生。球表面、高建筑物、大型墙面）产生。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段衍射：衍射：当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘（当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘（如

10、尖锐不规则的边缘物）产生。如尖锐不规则的边缘物）产生。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段 散射：散射：当信号遇到比波长更小的物体（如树叶、当信号遇到比波长更小的物体（如树叶、街牌、灯柱）时产生。街牌、灯柱）时产生。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段发射端发射端散射散射阴影阴影散射散射直视路径直视路径反射反射接收端接收端衍衍( (绕绕) )射射快衰落快衰落多径传播使得接收信号的幅度和相位会产生快速多径传播使得接收信号的幅度和相位会产生快速变化，称为快衰落。克服方法主要是各种分集变化，称为快衰落。克服方法主要是各种分集方式。方式。 武汉高速铁路武汉高速铁路职

11、业技能训练段职业技能训练段慢衰落（阴影衰落）慢衰落（阴影衰落）由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，在障碍物后面会形成，在障碍物后面会形成“阴影区阴影区”，造成接收信，造成接收信号强度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是号强度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发射功率，增加接收灵敏度。加大发射功率，增加接收灵敏度。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落快衰落与慢衰落引起的接收功率变化快衰落与慢衰落引起的接收功率变化 武汉高速铁路

12、武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段v无线电传播过程中，由于能量的扩散和媒质的吸无线电传播过程中，由于能量的扩散和媒质的吸收，电磁波能量将逐渐减小，场强减弱收，电磁波能量将逐渐减小，场强减弱v电波在自由空间中传播的损耗：电波在自由空间中传播的损耗： P(db)=32.4+20lgd+lgf其中其中d为收发天线之间的距离，单位为为收发天线之间的距离，单位为km；f为发射为发射频率，单位为频率，单位为MHz 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种

13、现象称为的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。多普勒频移。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段l 频移大小和相对速度成正比，相对速度越快，频偏越大；频频移大小和相对速度成正比，相对速度越快，频偏越大；频偏越大，数据误码率就越高偏越大，数据误码率就越高l 若接收端朝向发射端方向运动，则多普勒频移为正（接收信若接收端朝向发射端方向运动，则多普勒频移为正（接收信号号 频率上升）；反之若接收端背向发射端方向运动，则多频率上升）；反之若接收端背向发射端方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频

14、率下降）普勒频移为负（接收信号频率下降） 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段常见的两个单位解释：常见的两个单位解释：v dB：是表征两个功率的是表征两个功率的相对值相对值，是没有单位的。比如，是没有单位的。比如A A基站基站的发射功率是的发射功率是600mw，B B基站是基站是300mw，那么，那么A A基站比基站比B B基基站发射功率高站发射功率高10lg（600/300）3dB。v dBm：是表证功率的是表证功率的绝对值绝对值，公式为，公式为dBm=10lg( (功率功率/1/1mW) )，500mw换算成换算成dBm就是就是10lg(500mW/1mW)27dBm。1

15、1W=30dbm，1mw=0dbm。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段干扰信号干扰信号有用信号有用信号功率功率功率功率频率频率频率频率合成信号合成信号功率功率频率频率f1f1f1两个信号叠加两个信号叠加同频干扰同频干扰 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段37C (0 dB)Ic (-9 dB)F1+ 200 kHz + 400 kHz邻频干扰邻频干扰 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段38互调干扰互调干扰 互调干扰中以三阶互调干扰最为严重。 2f1f2、 f1 + f2 f3 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段天线的基本

16、原理天线的基本原理天线的基本特性天线的基本特性无线电波的干扰无线电波的干扰B Bl l a ah h blahbl ahblah传输线中传输线中的电磁能的电磁能转化成自转化成自由空间的由空间的电磁波电磁波 有效的接有效的接收或发射收或发射电磁波电磁波什么是天线？什么是天线？ 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射，其辐射的能力导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射，其辐射的能力与导线的长短和形状有关。与导线的长短和形状有关。若两导线的距离很近，电场会因相互抵消而导致辐射很微弱；若两导线的距离很近，电场会因相互抵消而导致辐射很微弱；当平行的

17、两导线张开，电场就散播在周围空间，辐射也将增强。当平行的两导线张开，电场就散播在周围空间，辐射也将增强。因此天线可视为张开的终端开路的平行导线。因此天线可视为张开的终端开路的平行导线。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段通常将能产生显著辐射的直导线称为通常将能产生显著辐射的直导线称为振子振子。振子天线可看成由终端开路的平行导线张开而成。两根导线称为振子天线可看成由终端开路的平行导线张开而成。两根导线称为振子的两臂，两臂长度相等的振子叫做振子的两臂，两臂长度相等的振子叫做对称振子对称振子。每臂长度为四。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称分之一波长、全长为二分之

18、一波长的振子，称半波对称振子半波对称振子。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段半波振子 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段反射板反射板振子振子天线就是由一系列半波振子叠加而成。天线就是由一系列半波振子叠加而成。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段各类各类半波振子半波振子水平面垂直面立体图天线的方向性天线的方向性通常用天线方向图来表示。它表示天线在各个方向上具有的发通常用天线方向图来表示。它表示天线在各个方向上具有的发射或接收电磁波能力的图形。射或接收电磁波能力的图形。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的 “ “面

19、包圈面包圈” ” 形的立体方形的立体方向图。向图。将将“面包圈面包圈”压扁，信号就越集中，实际使用的天线经常压扁，信号就越集中，实际使用的天线经常是采用多个振子来实现的。是采用多个振子来实现的。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段定向天线定向天线全向天线全向天线 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段全向天线全向天线 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称全向天线。在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称全向天线。即水平方向图基本为圆形。不过在垂直方向图上，可以看到辐即水平方向图基本为圆形。不过在垂直方向图上，可以看到辐射能量是集中的，因此可以获得天线增益。射

20、能量是集中的，因此可以获得天线增益。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。 武汉高速铁路武汉高速铁路职业技能训练段职业技能训练段 定向天线的水平和垂直方向图是非均匀的，也称为扇区天定向天线的水平和垂直方向图是非均匀的，也称为扇区天线。一般由直线天线阵加上反射板构成，或直接采用方向天线线。一般由直线天线阵加上反射板构成，或直接采用方向天线（如八木天线）。（如八木天线）。定向天线定向天线后瓣后瓣副瓣副瓣主瓣主瓣方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的称为方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的称为主瓣，其余称为副瓣或旁瓣。主瓣，其余称为副瓣或旁瓣。15 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB32 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB52