物联网技术导论课程资源走进无线通信ppt课件

1、走进无线通信走进无线通信移动通信系统概述 移动通信的特点 区分移动通信与无线通信 移动通信的复杂性问题 移动通信的分类 寻呼系统/无绳电话/集群调度/卫星系统/蜂窝移动 蜂窝移动通信的基本概念 蜂窝概念/宏蜂窝/微蜂窝/微微蜂窝/智能蜂窝移动通信的特点 移动通信的主要特点： 必须利用“无线电波进行信息传输 工作于复杂的干扰环境 可利用的频谱资源有限 移动性使得网络管理复杂 用户数量庞大移动通信系统概述 移动通信与无线通信的区别： 无线通信：就是通过无线电波传送信号从而进行通信。 如：无线电台、无线电视、无线局域网、手机 GPRS上网等。 移动通信：移动与固定，移动与移动物体之间的通信，也 就是

2、说必须有一方在移动的状态下进行通信。 如：移动电话、移动电视公交车或地铁上） 无线通信包括移动通信，移动通信虽然属于无线通信， 但是其实际上为无线与有线的结合体。移动通信的特点 移动通信的复杂性一：发射信号传播方式的多样式 直射 反射 绕射 漫反射 移动产生的特殊效应移动通信的特点 移动通信的复杂性二：外来信号的多样式 干扰 噪声移动通信的特点 移动通信的复杂性三：对移动台的特殊要求 外界环境的影响 性能的稳定可靠 携带方便、小型、低功耗、耐高温、 耐低温 操作方便移动通信的分类 移动通信的分类： 按工作方式分类-单工/双工/半双工 按多址方式分类-FDMA/TDMA/CDMA 按信号形式分类

3、-模拟网/数字网 按覆盖范围分类-城域网/局域网/个域网 按业务类型分类-电话网/数据网/综合业务网/多媒体网 按服务特性分类-专用网/公用网 按使用环境分类-陆地通信/海上通信/空中通信 按使用对象分类-民用系统/军用系统移动通信的分类 典型的移动通信系统：寻呼系统无绳电话集群调度卫星通信蜂窝移动移动通信的分类 寻呼移动通信系统：公共电话网PSTN自动寻呼终端寻呼数据处理中心发射塔寻呼机移动通信的分类 无绳移动通信系统：市话程控制交换机基站无绳电话移动通信的分类 集群通信系统： iDEN TETRA GoTa CT800 GT800控制中心基站分调度台移动台总调度台公共电话网PSTN移动通信

4、的分类 卫星移动通信系统： 铱(Iridium)星系统 全球星(Global Star)系统移动通信的分类 蜂窝移动通信系统：MSCBSC公共电话网PSTNOMSBTS蜂窝移动通信的基本概念 蜂窝概念的引入： 大区制移动通信系统 信号传输损耗通信距离有限 大区制系统覆盖范围3050km、 发射功率50200W 、天线很高(30m) 具有网络结构简单、频道数目少、没有无线交换机、直接与PSTN(Public Switched Telephone Network公共电话网络相连 大区系统的局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低 1974年Bell实验室提出蜂窝(Cel

5、l)的概念蜂窝移动通信的基本概念 蜂窝的概念：蜂窝的概念是一个系统级的概念,其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机,每一个小的覆盖区只提供服务范围内的覆盖。 无线覆盖区域的一种理论化的模型 六边形理论化蜂窝理想化蜂窝实际化蜂窝蜂窝移动通信的基本概念 宏蜂窝(Macrocell)： 每小区的覆盖半径大多为125km 用于大面积覆盖 基站天线置于相对较高的地方 基站的发射功率较强 存在热点和盲点问题蜂窝移动通信的基本概念 微蜂窝(Microcell)： 覆盖半径大约为30300m 发射功率相对较小，一般在12W 基站天线置于相对低的地方 用于解决热点/盲点问题蜂窝移动通信的基本概念

6、微微蜂窝(Picocell)： 微蜂窝的一种 覆盖半径更小，一般只有几十米 基站发射功率更小 用于解决热点和盲点问题蜂窝移动通信的基本概念 智能蜂窝： 扩大系统覆盖区域 提高频谱利用率，增加系统容量 降低基站发射功率，减少信号间干扰 减少电磁环境污染 节省系统成本智能天线智能天线无线信道 传输介质 传输方式 多址方式 无线信号的损耗 无线信号的干扰传输介质传输介质：有线同轴电缆双绞线光纤无线：卫星传输、微波传输传输介质 无线电磁波： 什么是电磁波？ 电磁波又称电磁辐射是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。 无线电磁

7、波的特点：传播不需要介质 通过不同介质时，会发生折射、反射、 绕射、散射及吸收等等传输介质 波段介绍段号频段名称频段范围（含上限，不含下限）波段名称波长范围（含上限，不含下限）1极低频(ELF)330赫（Hz）极长波10010兆米2超低频(SLF)30300赫（Hz）超长波101兆米3特低频(ULF)3003000赫（Hz）特长波10010万米4 甚低频（VLF）330千赫（KHz）甚长波101万米5低频（LF）30300千赫（KHz）长波101千米6中频（MF）3003000千赫（KHz）中波101百米7高频（HF）330兆赫（MHz）短波10010米8 甚高频（VHF）30300兆赫（MH

8、z）超短波101米9 特高频（UHF） 3003000兆赫（MHz）分米波微波101分米10 超高频（SHF）330吉赫（GHz）厘米波101厘米11 极高频（EHF）30300吉赫（GHz）毫米波101毫米12 至高频（THF)3003000吉赫（GHz）丝米波101丝米传输介质 无线电磁波频谱分配：F(Hz) 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024F(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016可见光无线电微波红外线紫外线X射线射线

9、双绞线同轴电缆海事无线电调幅无线电调频无线电电视卫星地面微波光纤波段LFMFHFVHF UHFSHFEHFTHF传输介质 蜂窝移动通信系统的频谱分配： 较早移动通信使用甚高频(VHF)、特高频 (UHF)的范围 现在移动通信使用特高频(UHF)的范围F(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012双绞线同轴电缆海事无线电调幅无线电调频无线电电视波段LFMFHFVHF UHFSHFEHF卫星地面微波传输方式 传输方式 单工/半双工/双工 串序传输/并序传输 同步传输/异步传输传输方式 传输方式分为： 单工：指A只能发信号， B只能收信号，通信是 单向的。

10、半双工：指A能发信号给B， B也能发信号给A，但是A和B 不能同时进行信号发送。 双工：指A和B能同时给对方 发送和接收信号 单工发端收端信道半双工发端收端信道收端发端双工发端收端信道收端发端信道传输方式 双工又分为： 频分双工(FDD) 时分双工(TDD)f2终端2终端1f1终端2终端1t终端2终端1终端2终端1终端1终端1终端2终端2传输方式 传输方式分为： 串序传输 并序传输收端 。0 1 0 1收端 。0101 。0010 。0101 。0010发端发端传输方式 传输方式分为： 同步传输(Synchronous) 异步传输(Asynchronous)多址方式 多址方式 信道概念 FDM

11、A/TDMA/CDMA多址方式 三种主要的多址方式的比较： 频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA)多址技术是一个资源共享的解决技术。多址技术是一个资源共享的解决技术。多址方式 频分多址(FDMA)： 通过频道区分用户 一个频道就是一个信道 典型系统 第一代模拟系统 TACS系统：f = 25kHz AMPS系统：f = 30kHz多址方式 时分多址(TDMA)： 通过时隙(Time Slot)来区分一个载频上的用户 一个时隙(TS)就是一个信道 典型系统 第二代蜂窝通讯网络GSM FDMA+TDMAf = 200kHz TS0TS7多址方式 码分多址(CDMA)： 通

12、过正交或准正交的地址码在一个载频上区分用户 一个地址码就是一个信道 典型系统 IS-95 CDMA网络 FDMA+CDMAf = 1.2288MHz无线信号的损耗 信号的传播因地理环境的不同而有所变化： 地形形态 植物稠密程度 建筑群及其密度和高度 空旷度 水面 其它环境因素无线信号的损耗 无线信号在传输中受到的损耗包括： 由传输距离引起的路径损耗 由阴影效应引起的损耗 由多径传播引起的信号衰落 由其它的发射机发射的干扰信号 由外部环境中的噪声引起的干扰无线信号的损耗 传输距离引起的路径损耗： 距离越远损耗越大 信号频率低时的传输损耗小 信号频率高时的传输损耗大无线信号的损耗 阴影效应引起的损

13、耗：无线信号的损耗 衰落的分类： 慢衰落 快衰落功率 (dB)间隔 (m)无线信号的干扰 干扰的种类：同频干扰互调干扰邻频干扰无线信号的干扰 频分多址的同频和邻频干扰：功率频率同频信号1同频信号2f1干扰区域干扰区域邻频信号1邻频信号2f2f3无线信号的干扰 噪声的种类： 内部噪声 热噪声 散弹噪声 闪烁噪声 外部噪声 大气噪声 银河系噪声 人为噪声无线传输质量的评定 功率单位： 分贝瓦(dBW) 分贝毫瓦(dBm) 例如 手机接收到的信号强度 -40 dBm为0.0001mW -50 dBm为0.00001mW -70 dBm为0.0000001mW 手机正常发射的信号强度 GSM手机的最大

14、发射功率2W换成分贝值为33dBm CDMA手机的最大发射功率200mW换成分贝值为23dBm 10mW为10dBm 100mW为20dBm无线传输质量的评定 功率单位 分贝毫瓦(dBm)：是一个表示功率绝对值的值也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），dBm 加dBm 实际上是两个功率相乘。dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除 计算公式：dBm=10lg功率值/1mw）。 dBm转换为W的口算规律是要先记住“1个基准和“2个原则”： “1个基准”：30dBm1W “2个原则”：1、3dBm，功率乘2倍；3dBm，功率乘1/2倍 2、10dBm，功率乘10倍；10dBm，功率乘1/10

15、 倍 注意：+1dBm，功率乘1.25，+2dBm，功率乘1.6，-1dBm，功率乘0.8，-2dBm，功率乘0.625 分贝瓦dBw：是一个表示功率绝对值的单位也可以认为是以1W功率为基准的一个比值），计算公式为：dBw=10lg功率值/1w） dBw与dBm之间的换算关系：0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。 如果功率P为1W，折算为dBw后为0dBw。 17 dBm = 0.05W =50mW 17 dBm=30dBm-10dBm-3dBm =1*0.1*0.5 =0.05W 44dbm=?25w 32dbm=1.6w 51dbm=125w无

16、线传输质量的评定 差错率： 误帧率：数据传输过程中帧传错的概率。包括基本信道误帧率FER_FCH和辅助信道误帧率FER_SCH）。误帧率高说明无线信道质量不好，需要调整相应参数，使误帧率小于一定的数值。 误码率：指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率无线传输质量的评定 载干比 C/I： 也称干扰保护比是指接收到的有用信号电平与所有非有用信号电平的比值，载干比是反映电子通讯的信号在空间传播的过程中，接收端接收信号好坏的比值，用英文字母C/I表示。对于通信工程设计来说，载干比是分析信号好坏的标准。 一般反映信号在空间传播过程中，接收端接收信号的好坏。 加到接收天线输入口的有用载频功率C与干扰信号I功率