《无线通信基础及应用》课件第1章

第1章绪论1.1无线通信系统的构成1.2无线通信系统的主要规格指标1.3无线通信技术的发展1.4无线通信的发展趋势1.5现代无线通信系统实例1.6无线通信面临的技术挑战1.1无线通信系统的构成

无线通信系统的基本构成如图1-1所示。图1-1无线通信系统的基本构成图1-1中，信源是发出信息的基本设施，信宿是信息的接收者。发射机将信源产生的消息信号变换成便于通过空间传播的电磁波信号形式，并送入无线传播信道。信源编码将来自信源的连续消息变换为数字信号，并进行适当的压缩处理以提高传输效率。信道编码使数字信号与无线传输信道相匹配，以提高传输的可靠性和有效性。信道编码部分输出的是数字基带信号。调制器将数字基带信号调制到中频载波上。频率变换将调制后的中频信号变换到适合发射的射频频段。功率放大的作用是将射频信号提升到一定的功率电平，以保证无线通信系统的距离覆盖达到一定的范围。频率变换与功率放大部分的主要构成见图1-2。图1-2频率变换与功率放大部分的构成框图发射天线的作用是将射频传导功率变换为在空间传播的电磁波功率，接收天线的作用是将在空间传播的电磁波功率转换为射频传导功率。发射信号可以表示为

(1-1-1)

式中:

(1-1-2)图1-3示出了信息网络基础结构无线和有线部分之间的关系。其中，无线网络部分包括移动通信蜂窝网、无线数据网和无线局域网(WLAN)等。随着技术的发展，还将有其他无线网络加入。图1-3无线通信网络架构与有线传输网络架构的关系1.2无线通信系统的主要规格指标

1.工作频段及频谱使用

无线频率的使用是由政府统一管理的，无线通信系统的工作频段是指政府无线电管理部门划分给该项业务的工作频率范围。

2.无线覆盖距离和传输方式

无线通信系统的无线覆盖距离主要取决于发射机的发射功率、接收机的接收灵敏度，以及天线的架设高度、系统的工作频段和地形地物等传播环境因素。一般陆地无线移动通信系统的无线覆盖距离在50km以内。利用地面绕射传播的通信系统，无线覆盖距离为200km；利用对流层反射传播的无线通信系统，无线覆盖距离一般可达几百千米；利用电离层传播进行通信的无线通信系统，其无线覆盖距离可达几千千米；卫星通信系统可以达到洲际无线覆盖的范围。

无线通信有以下几种传输方式：点对点传输、点对多点传输、中继方式等。

3.信道速率与传输质量

无线通信系统中传输的全部数据可以分为两大类，即经过信源编码和信道编码后的用户数据以及网络控制信令数据。信道速率指的是在一个无线信道(频道)中传输数据的总速率，一般用比特率表示。比如，GSM系统信道速率为270.833kb/s，而超宽带(UWB)无线通信系统的信道速率可达几百Mb/s。

数字信号传输质量用传输误码率表示。

4.调制方式与信道编码方式

调制方式分为模拟调制与数字调制两大类。第一代无线通信系统采用模拟调制，目前的无线通信系统基本上都采用数字调制。常用的数字调制方式有FSK、MSK、GMSK、BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM、256QAM等。

解调方式包括相干解调和非相干解调两种。

5.多用户接入方式

多用户接入也叫多址接入，是无线通信系统根据无线通信用户呼叫请求的统计特性、让众多用户共享无线信道的一种技术。常用的多址接入方式包括FDMA、TDMA、CDMA、SDMA(空分多址)等。1.3无线通信技术的发展

自20世纪30年代无线通信系统开始使用以来，无线通信系统的发展已经分别经过第一代面向语音的模拟系统和第二代(2G)面向语音的数字系统。目前，适合多媒体信息传输的第三代系统(3G)也已经开始商用，并且3G的长期演进技术LTE和4G技术正在快速发展。1.4无线通信的发展趋势

无线通信未来的发展总体上表现为一种融合发展的趋势：各种无线通信技术相互融合，互补发展，各尽所长，向接入多元化、网络一体化、应用综合化的宽带化、IP化、多媒体化无线网络发展。多种通信网络相融合的多媒体个人通信，其目标是实现在任何地点、由任何人发起、实现对任何人的信息的获取与传输。无线通信发展的这种要求决定了其实现方式的多样性与融合性。

(1)多种无线接入技术相互融合、有效互补。

(2)核心网络一体化。

(3)移动通信业务应用综合化。

1.5现代无线通信系统实例

1.5.1无线寻呼系统

无线寻呼(paging)系统是给用户发送简短消息的一种单向无线通信系统。一个用户可以通过寻呼系统将某个简短的消息传给另一用户，告诉信息接收者一件事情，或者通知其拨打某个指定的电话号码，以进行某些信息的交互。系统也可以向用户发送标题新闻。寻呼系统是一种单工无线通信系统，用户只能接收信息，不能发送，而且系统发送信息的数量非常小。无线寻呼系统的基本结构如图1-4所示。图1-4无线寻呼系统的结构图1.5.2蜂窝电话

蜂窝电话(CellularTelephone)是目前全球应用最广的无线通信系统，因其无线覆盖小区的平面邻接拼图很像蜂巢而得名。蜂窝电话的基本特点是能向用户提供随时随地的全双工通信。在业务上，蜂窝电话已经从最初的第一代系统的模拟语音服务，经过目前广泛应用的第二代(2G)系统的数字语音和数据服务，过渡到第三代(3G)系统的多媒体服务。目前，3G系统已经广泛应用，3G的演进系统(LTE，即4G)已开始布网和推广应用。

蜂窝电话系统的构成原理如图1-5所示。图1-5蜂窝电话系统的构成原理1.5.3集群通信系统

集群通信系统(TrunkingCommunicationSystem)是一种专门用于指挥调度的移动通信系统。集群通信系统在构成上与蜂窝电话相似，但一般作为某一封闭用户群的专用网络使用，不与PSTN连接(在功能上集群通信系统可以与PSTN连接)。集群通信系统的用户主要包括公安、消防、军队、机

场、政府部门、交通及其他类似的业务部门。作为专用网络，集群通信系统的用户规模较小，用户密度远远小于公众通信的蜂窝网络，因此集群通信系统一般都设计成中大区制，每个基站都覆盖较大的区域。集群通信系统具有如下特点：

(1)群呼。

(2)呼叫优先级。

(3)脱网直通。

(4)移动台中继网络功能。

集群通信系统也分为模拟集群通信系统和数字集群通信系统。模拟集群通信系统只能提供语音调度业务；数字集群通信系统除可以提供语音调度外，还可以传输数据和图像。图1-6给出了一种实际数字集群通信系统的主要构成图。图1-6数字集群通信系统的主要设备构成1.5.4无绳电话

无绳电话(CordlessTelephone)是一种使用无线链路来连接便携手机和专用基站的全双工系统，出现于20世纪70年代末。最初，无绳电话是作为对固定电话的移动性扩展而引入的。在原来的固定电话位置设置一个专用基站，专用基站通过电话线连接到PSTN网络上(如图1-7所示)，呼叫可以由便携手机发起，也可以由PSTN发起。图1-7简单无绳电话原理无绳电话的便携手机只能与专用的基站通信，不能在该基站覆盖范围之外使用。后来，无绳电话系统还演变为无线专用自动小交换机(PABX)，如图1-8所示。在其最简单的形式下，一个专用自动小交换机配备一个基站，这个基站可以同时服务几部手机，自动小交换机可以将这些手机连接到PSTN，手机之间也可以互相直接通信(对讲)。图1-8无线专用小交换机(PABX)原理1.5.5无线局域网

无线局域网(WLAN，WirelessLAN)是采用无线链路实现通信的计算机局域网，该局域网(LAN，LocalAreaNetwork)通过一个称为接入点(AP，AccessPoint)的具有相同标准的基站连接到公共陆上有线系统。

Adhoc是一种特殊的无线移动网络，在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。Adhoc具有以下特点：

(1)无中心。

(2)自组织。

(3)多跳路由。

(4)动态拓扑。1.5.6个人域网

个人域网(PAN，PersonalAreaNetwork)可以看做是一种覆盖范围比WLAN更小的无线局域网。PAN的核心思想是用无线电传输代替传统的有线电缆，实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的信息网络，比如，家庭娱乐设备之间的无线连接、计算机与其外设之间的无线连接、蜂窝电话与头戴式蓝牙耳机之间的连接等。主要的个人域网技术包括蓝牙(Bluetooth)和HomeRF。1.5.7固定无线接入

无线接入是指从交换节点到用户终端间的部分或全部采用无线传输的接入技术。根据被接入的终端移动与否，无线接入分为移动无线接入和固定无线接入两大类。图1-9固定无线接入系统的构成原理图

LMDS的结构如图1-10所示。LMDS的主要特点是频带宽，传输速率较高，但工作在毫米波范围，抗雨衰性能差。LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可以提供多种宽带交互式数据业务及语音和图像业务，几乎可以提供任

何种类的业务。MMDS的主要特点是传输性能好，覆盖范围广，技术成熟，具有良好的抗雨衰性能，扩容性强，组网灵活且成本较低，是较为理想的固定无线接入手段。图1-10LMDS的结构图

1.6无线通信面临的技术挑战

1.复杂的无线传播环境

无线通信面临的技术挑战主要源自复杂的无线传播

环境。

2.用户的移动性

无线通信系统的固有特性之一是用户的可移动性，这一特性对系统设计有着重要的影响，人们熟知的蜂窝系统就是典型的例子。一方面，移动增加了无线信道的复杂性，导致无线信道是一个时变的多径信道；另一方面，蜂窝系统对移动用户的管理也是一个比较复杂的过程，在任何时候系统都需要确定用户的位置，并且能够跟踪用户，对用户提供服务，而不能使用户对这个管理过程有任何觉察。

3.有限的频谱资源

无线电频谱是