无线通信基本原理基本概念

1、无线通信基本原理、基本概念王伟平、区细成1无线通信基本原理基本概念第1页课程介绍面向对象：初级设计人员课程目标：了解和掌握无线通信基本原理、惯用名词术语基本含义。 课程要求：了解和掌握无线通信概念、系统组成、频段划分、惯用通信使用频段、编码、调制、电波传输基本知识及描述天线特征各种参数定义. 2无线通信基本原理基本概念第2页背景知识通信按传输媒体分为无线通信和有线通信两大类。移动通信、卫星、微波、无线接入等都是无线通信，无线通信信号以电磁波形式经过空间传送，含有信道不可预见性大，使用灵活、方便等特点。3无线通信基本原理基本概念第3页内容提要无线通信基本常识编码调制电波传输基本知识天线知识4无线

2、通信基本原理基本概念第4页内容提要无线通信基本常识无线通信概念无线通信分类频段划分惯用通信使用频段仙农（Shannon）定理波长、频率f关系双工方式与多址方式蜂窝移动通信编码调制电波传输基本知识天线知识5无线通信基本原理基本概念第5页无线通信概念利用电磁波辐射和传输，经过空间传送信息通信方式。无线通信系统简略框图6无线通信基本原理基本概念第6页无线通信分类按技术体制分类：模拟、数字、数模兼容按工作波长分类：长、中波、短波等按无线应用分类：移动、无线接入、微波、卫星等按工作状态分类：固定、移动等按在通信网中位置分类：无线传输、无线接入7无线通信基本原理基本概念第7页无线频段划分 8无线通信基本原

3、理基本概念第8页惯用通信使用频段移动通信9无线通信基本原理基本概念第9页惯用通信使用频段（续）微波411GHz,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,38GHz10无线通信基本原理基本概念第10页仙农（Shannon）定理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）扩频通信即据此原理。11无线通信基本原理基本概念第11页波长、频率f关系c=f* c 为

4、光速，数值为3108m/s。 f 为频率，单位Hz为波长，单位为m12无线通信基本原理基本概念第12页双工方式与多址方式双工方式TDD（时分双工）：收发信共用一射频频点，上、下行链路使用不一样时隙来进行通信。FDD（频分双工）：收发信使用一个不一样射频频点来进行通信。多址方式TDMA(时分多址)：传送给不一样终端用户信息经过同一载波不一样时隙来区分。 FDMA（频分多址）：传送给不一样终端用户信息经过不一样频点载波来区分。CDMA(码分多址)：传送给不一样终端用户信息经过不一样码调制来区分。13无线通信基本原理基本概念第13页蜂窝移动通信覆盖区分成若干个小区域（小区），每个小区最少用一台发射机

5、进行覆盖。小区基站小区/基站14无线通信基本原理基本概念第14页小结无线通信基本常识无线通信概念无线通信分类频段划分惯用通信使用频段仙农（Shannon）定理波长、频率f关系双工方式与多址方式蜂窝移动通信15无线通信基本原理基本概念第15页内容提要无线通信基本常识编码信源编码语音编码信道编码卷积编码Turbo编码调制电波传输基本知识天线知识16无线通信基本原理基本概念第16页信源编码信源编码：把语言、图像等原始信号转为数字信号进行编码。语音编码常见通信系统语言编码17无线通信基本原理基本概念第17页信道编码信道编码（Channel Coding）：在被发送信息上增加冗余数据卷积编码适合用于语音

6、业务在内 速率相对较 低业务数 据编码。（前向链路卷积编码：编码率1/2，约束长度9）18无线通信基本原理基本概念第18页信道编码（续）Turbo编码 适合用于传输 速率较高但 实时性要求 不高业务 数据编码。19无线通信基本原理基本概念第19页小结编码信源编码语音编码信道编码卷积编码Turbo编码20无线通信基本原理基本概念第20页内容提要无线通信基本常识编码调制调制分类FSK、GFSK调制MSK、GMSK调制BPSK调制QPSK调制QAM调制电波传输基本知识天线知识21无线通信基本原理基本概念第21页调制分类22无线通信基本原理基本概念第22页FSK、GFSK调制23无线通信基本原理基本概

7、念第23页MSK、GMSK调制GMSK调制为MSK调制器基础上增加前置滤波器24无线通信基本原理基本概念第24页BPSK调制25无线通信基本原理基本概念第25页QPSK调制26无线通信基本原理基本概念第26页QAM调制改变相位和幅度调制27无线通信基本原理基本概念第27页小结调制调制分类FSK、GFSK调制MSK、GMSK调制BPSK调制QPSK调制QAM调制28无线通信基本原理基本概念第28页内容提要无线通信基本常识编码调制电波传输基本知识波传输方式自由空间传输大、小尺度路径损耗快、慢衰落平衰落和选择性衰落降雨损耗对电波传输影响多普勒频移极化分集 干扰天线知识29无线通信基本原理基本概念第2

8、9页波传输方式 按传输空间分：表面波传输 以绕射方式，沿着地球表面传输。 天波传输 经过高空电离层反射传输。 空间波传输 经过直线传输和地面反射传输。 散射传输 利用大气对流层和电离层不均匀性来散射传输。长波（表面波传输）；中波、短波（表面波、天波传输）；微波(空间波、散射波传输)。30无线通信基本原理基本概念第30页波传输方式（续）按传输行为方式分：绕射 当接收机和发射机之间无线路径被尖利边缘阻挡时发生绕射。反射 当电波碰到比波长大得多物体时发生反射。散射当波穿行介质存在小于波长物体而且单位体积内阻挡体个数非常大时，发生散射。31无线通信基本原理基本概念第31页自由空间传输电波在理想完全无阻

9、挡真空中传输。计算公式：LF92.4+20log(d*f0) ,单位dB。 d为发射机与接收机之间距离，单位km； f0为射频中心频率，单位GHz。32无线通信基本原理基本概念第32页大、小尺度路径损耗大尺度路径损耗 无线信号经长距离上场强改变。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输后其幅度快速衰落，又叫快衰落。多径传输是引发小尺度传输主要原因33无线通信基本原理基本概念第33页快、慢衰落快衰落 因为多径传输而引发接收信号场强短时间内随机快速起伏。慢衰落 传输路径上阻挡物阴影引发接收信号强度中值迟缓改变。34无线通信基本原理基本概念第34页平衰落和选择性衰落 平衰落

10、 发射信号频谱特征在接收机内仍能保持不变衰落。 选择性衰落 发射信号频谱特征在接收机内发生了畸变衰落。 射频带宽大于相干带宽时，易发生选择性衰落。35无线通信基本原理基本概念第35页降雨损耗对电波传输影响频率大于等于10GHz以上电磁波需考虑降雨损耗对信号传输影响； 频率小于10GHz以下电磁波则不需考虑降雨损耗对信号传输影响 ；降雨强度越大、频率越高则降雨损耗越大。36无线通信基本原理基本概念第36页多普勒频移 基站与移动台间相对运动会引发频率调制，这种现象叫多普勒频移 。多普勒频移fd=V/*COS，单位Hz V 移动台移动 速率，单位m/s； 波长，单位为m； 移动台运动方向 与入射波夹

11、角。37无线通信基本原理基本概念第37页极化波极化是指电场取向随时间改变方式。电场矢量两个正交分量含有不一样振幅和相位关系时，可能形成三种不一样极化: 线极化：电场取向固定不变。园极化：电场取向随时间作圆变动。 椭圆极化：电场取向随时间作椭圆变动38无线通信基本原理基本概念第38页分集分集目标：反抗衰落经过多个接收机接收同一内容信号，然后经过选择最好一路信号或几路接收到信号同相合成。分集主要有：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一样极化方式传输同一信号时间分集在不一样时隙上传输同一信号39无线通信基本原理基本概念第39页干扰按系统分：系统内干扰、系统

12、外干扰按频谱分：邻频干扰、同频干扰按干扰产生原因分：互调干扰、杂散干扰、阻塞干扰40无线通信基本原理基本概念第40页小结电波传输基本知识波传输方式自由空间传输大、小尺度路径损耗快、慢衰落平衰落和选择性衰落降雨损耗对电波传输影响多普勒频移极化分集干扰41无线通信基本原理基本概念第41页内容提要无线通信基本常识编码调制电波传输基本知识天线知识天线类型描述天线参数42无线通信基本原理基本概念第42页天线类型按形状分类：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43无线通信基本原理基本概

13、念第43页描述天线参数天线增益 在相同输入功率情况下，天线最大方向功率密度 与参考功率密度之比值。半功率角 比最大方向增益小3dB两方向之间夹角。天线前后比（F/B） 天线最大方向与其相反方向增益之比值。44无线通信基本原理基本概念第44页描述天线参数（续）天线方向性图45无线通信基本原理基本概念第45页描述天线参数（续）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比值。天线交叉极化隔离度（XPD）是指在同极化射束方向性图峰值上信号电平与给定方向上交叉极化信号电平比值。46无线通信基本原理基本概念第4

14、6页描述天线参数（续）反射系数、驻波比VSWR、回波损耗RL关系反射系数: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47无线通信基本原理基本概念第47页小结天线知识天线类型描述天线参数48无线通信基本原理基本概念第48页dB、dBi、dBd、dBm、dBuv、dBc区分dB表示二者数值之间相对大小关系。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二者均为用来表示天线增益单位dBi是用理想点源全向天线为参考得出天线增益dB值dBd是用半波耦极子天线增益为参考得出天线增益dB值dBi、dBd二者之间数值关系为同一天线增益用前者表示值为后者值加2.15dBdBm、 dBuvdBm表示信号功率相对于1mw对数值,计算公式：10*lg(功率值(mw)/lmw)dBuv表示信号强度电压值相对于1uv对数值,计算公式：20*lg(信号电压值(uv)/luv)同一信