无线电技术.ppt

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1、无线通信授课教师：杨莘授课教师：杨莘Email：开场白 教学目标 参考书目 教学计划 考试问题教学目标 教学目标：讲授现代无线通信系统的基本概念、基本原理、基本分析设计方法和关键技术。教学要求：掌握现代无线通信的基本概念、初步了解其发展史和发展现状、掌握移动信道的一些基本概念和初步定量分析方法、了解现代无线通信的关键技术、了解重要的无线通信系统。教材无线通信与网络 李锵、郭继昌等译，电子工业出版社 全书将蜂窝移动通信与网络的基本内容（信号设计，信道特性，接收机结构，多址接入技术，移动蜂窝网，系统容量的增加，移动性管理，无线/有线网络互联）融合交织在一起，进行了统一且系统的讲述，并附有大量的说明

2、性实例。价格：28.0 参考书目1无线通信原理与应用第二版；周文安、付秀花等译，电子工业出版社特点：国外电子与通信教材系列(（美）拉帕波特（Rappaport,T.S.），本书是一本高等学校无线通信课程的权威教材。全书深入浅出地讨论了无线通信技术与系统设计方面的内容，包括无线网络涉及的所有基本课题（特别是3G系统和无线局域网），并且讲解了无线网络技术的最新发展和全球主要的无线通信标准。价格：49.0参考书目2蜂窝通信 邬国扬、孙献璞编著，西安电子科技大学出版社特点：系统地阐述了蜂窝网通信的基本原理、关键技术和典型的蜂窝网通信系统，较充分地反映了当代蜂窝网通信的现状和发展趋向。价格：23.0 考

3、试问题 平时成绩20分：到课情况10分 课程小论文10分 试卷成绩80分：闭卷考试无线通信第一章 概述主要内容 无线通信的发展史 无线通信的基础知识 -定义 -移动通信的主要特点 -移动通信系统的分类 -典型的移动通信系统 -我国的无线频段规划 -我国的无线通信的发展 移动通信的发展趋势第一章 概述无线通信的发端第一章 概述塞缪尔塞缪尔莫尔莫尔斯斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）18371837年，莫尔斯发明了年，莫尔斯发明了第一台电报机。第一台电报机。无线通信的发端第一章 概述18761876年，贝尔发明了年，贝尔发明了有线电话。有线电话。贝尔贝尔

4、（1847-19221847-1922）无线通信的发端第一章 概述麦克斯韦在物理学中的最大贡献是麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。的电磁理论，预言了电磁波的存在。麦克斯韦麦克斯韦(James Clerk(James Clerk MaxwelMaxwel 183118311879)1879)英国物理学家英国物理学家无线通信的发端第一章 概述18871887年，赫兹建立了第一年，赫兹建立了第一个无线电实验室。个无线电实验室。赫兹赫兹（1857-18941857-1894）德国物理学家德国物理学家 无线通信的发端

5、第一章 概述马可尼马可尼（1874-19371874-1937）意大利科学家意大利科学家 马可尼正在调试无线电装置马可尼正在调试无线电装置 马可尼在马可尼在18991899年和年和19011901年年分别实现了横跨英吉利海分别实现了横跨英吉利海峡和大西洋的通信。这些峡和大西洋的通信。这些成功使无线电被广泛用于成功使无线电被广泛用于船只和船只之间以及船只船只和船只之间以及船只海岸之间利用莫尔斯电码海岸之间利用莫尔斯电码进行的通信。人们称其为进行的通信。人们称其为“无线电之父无线电之父”。早期的无线系统使用的是原始但功率很强的间歇放电发射器，它仅适用于无线电报。德福雷斯特(Do Forest)在1

6、906年发明了真空三极管，它允许对连续波信号进行调制，并可用于语音传输。1920年商业化的无线广播在美国和加拿大开始运营。早期的无线发射器过于笨重，不便于安装在运输工具上。事实上，用于警察局的第一个移动无线系统是单工的，在警车上只有接收器。第一章 概述无线通信的发端 第一阶段：起步阶段（2040年代）1928年，美国底特律警察使用的车载无线电系统（单向），工作频率为2MHz，标志着移动无线通信的开始。30年代初，第一个双向移动系统在新泽西的贝尼尔警察局投入运行（半双工）。1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中第一个大分水岭，大大提高了灵敏度，具有“捕获效应”能更有效地对抗“快

7、衰落”或波动性，因此很快便取代了AM方式，获得广泛应用。特点：主要使用短波频段，电子管设备，专用系统第一章 概述移动无线通信的发展史第二阶段：公用网初期阶段（40中-60初）在此阶段，移动电话需求强烈，专用移动无线电话系统广泛应用于警察、出租车、新闻、调度等方面，并开始出现公用汽车移动无线电话系统。1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。特点：专用网过渡至公用移动网；单工方式；人工接续；网络容量小。1947年，Bell实验室提出了蜂窝的构想。第一章 概述移动无线通信的发展史第三阶段：公用网改善与完善阶段（60中70中）60年代中期，美国推出了改进的移动电

8、话服务系统IMTS，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制，实现了无线频道自动选择，并能够自动接续到公用电话，是模拟FM技术达到了30年发展的顶峰。德国也推出了具有相同技术水平的B网。特点：大区制、中小容量、自动选频、自动接续第一章 概述移动无线通信的发展史第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中80中）此阶段的显著标志是小区制网络的出现，其特点是低功率发射机和小覆盖区域、频率复用、越区切换和中央控制。早在1947年Bell实验室就提出了蜂窝构想；60年代出台研究计划；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。1978年底，Bell实验室研制成功了模拟蜂窝移动通信系统-“先进移动电话系统A

9、MPS”，大大提高了系统的容量。这一时期开通的第一代移动通信系统有：1983年美国芝加哥的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本东京、神户、大阪的HAMTS、1985年英国伦敦的TACS等。使用频段为800/900MHz。第一章 概述移动无线通信的发展史第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中80中）大发展的原因：1.用户需求迅猛增加主要推动力；2.集成电路、微型计算机和微处理器等微电子技术的长足发展，使移动通信设备的小型化、微型化、便携化成为可能；3.移动通信新体制的提出并形成：蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。特点：蜂窝网、大容量、模拟网缺点：各系统

10、间没有公共接口；业务种类单一；频谱利用率低；安全保密性差 第一章 概述移动无线通信的发展史第五阶段：数字移动通信系统发展和成熟时期（80中至今）第一代移动通信网是模拟系统，由于用户需求急速发展，其容量已经不够，因此八十年代欧洲首先推出了数字移动通信网GSM（Global System for Mobil），随后美国（DAMPS）和日本（JDCS）也制订了各自的数字移动通信体制。特点：传输的所有业务信息均采用数字的形式，并且还发展了一些新的多址方式，如时分多址频分双工（TDMA/FDD）、CDMA等，提供除话音外的多种业务。第一章 概述移动无线通信的发展史第二代数字蜂窝网络（2G）-三个TDMA

11、标准：全球移动通信系统GSM 临时标准136（IS-136）-北美蜂窝系统NADC 太平洋数字蜂窝系统PDC -一个CDMA标准：IS-952.5G移动通信网络 -特点：更高速的数据传输；无线应用协议WAP -标准：GSM通用无线分组业务GPRS、高速电路交换数据HSCSD、演进的增强数据传输速率的通用分组无线业务EDGE IS136、PDCGPRS、EDGE IS-95IS-95B第一章 概述返回移动无线通信的发展史定义 无线通信 -以“无线电波”作为媒体进行信息交换的通信称为无线通信。-引申：通过“无形”的媒体进行信息交换的通信称为无线通信。-例如：无线电波、红外线、激光等。移动通信：-通

12、信的一方或双方在运动状态中进行信息传递的通信方式。换句话说，移动通信要解决因为人的移动而产生的动中通信问题。-终端的移动性：手机、车载台 -可见，移动通信的基础为无线通信，但环境更复杂，对设备的要求更苛刻。第一章 概述返回无线通信网络的挑战无线信道第一章 概述用户的移动性主要特点1.电波传播条件恶劣第一章 概述两种衰落模型：大尺度衰落 小尺度衰落原因：高层建筑的绕射损耗 多径衰落 距离影响主要特点2.具有多谱勒效应 移动台处于运动中时，接收信号会产生附加频率变化，即多普勒频移。多普勒频移与移动台运动速度、工作频率及电波与移动方向夹角的关系：第一章 概述3.噪声与干扰 噪声：内部噪声、人为噪声、

13、环境噪声 同频干扰与邻频干扰 CDMA中的多址干扰第一章 概述主要特点主要特点4.频谱资源紧缺频谱管理中国移动通信公司使用的频段 -900MHz（上行905-915；下行950-960）-1800MHz（1710-1785；1805-1880）频道间隔200kHz，每个频道分为8个时隙第一章 概述主要特点5.建网技术复杂 位置登记：归属位置寄存器（HLR）与访问位置寄存器（VLR）记录用户行踪。过区切换 提供不同地区、不同运营商网络之间的漫游。用户安全与网络安全的鉴权。第一章 概述返回移动无线通信的分类按工作方式：单工、双工（FDD、TDD）、半双工（同频、异频）按多址方式：FDMA、TDMA

14、、CDMA等按信号形式：模拟网、数字网按组网形式：大区制、小区制按覆盖范围：城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）、车域网（VAN）第一章 概述移动无线通信的分类按业务类型：电话网、数据网、综合业务网、多媒体按服务特性：专用网、公共网按使用环境：陆地、海上、空中按使用对象：民用、军用按系统应用：无线寻呼、无绳电话、公用电话/数字、调度（集群）第一章 概述返回双工的概念第一章 概述发送接收收发保护频段发送发送接收接收ft保护时间间隔频分双工（FDD）时分双工（TDD）上下行链路的概念由于移动性的要求，移动台的天线高度和发射功率都要受到限制，为了保证用户之间能够有足够的通信距离，同时

15、也为了便于系统的管理和交换，通常采用基站转发的工作模式。第一章 概述基站上行链路下行链路下行链路上行链路返回大区制与小区制的概念大区制：采用一个基站覆盖整个服务范围基站：高架天线（数十米数百米）大功率发射机（几十几百瓦）移动台：几十几百部、天线低、发射功率小覆盖半径：几十公里问题：上行信号差解决办法：分集接收特点：系统简单、容量小第一章 概述大区制与小区制的概念小区制：多个基站增大覆盖面积，频率复用基站：小功率发射机（510W）形式：带状、面状、立体状问题：小区半径r 单位面积用户数 过区切换频繁 覆盖半径：模拟网r=2km；数字网r=0.5km区群的概念：共同使用全部可用频率的n个相邻小区。

16、特点：系统复杂、容量大第一章 概述返回组网形状第一章 概述带状网蜂窝网特点：有向天线，小区形状扁圆形；频率复用（双频制、三频制）；小区呈线状排列特点：小区形状正六边形；网络覆盖类似于蜂窝；频率复用。返回典型的无线通信系统无线寻呼系统无绳电话蜂窝移动电话系统卫星移动通信无线局域网（WLAN）-802.11、HyperLAN游牧无线接入系统（WPAN/WVAN）-蓝牙固定无线接入系统（WMAN）-WLL、LMDS无线广播系统-DBA、DVB第一章 概述无线寻呼系统功能：给用户发送简短消息（数字、字母或声音）的通信系统。特点：典型的单向通信系统。组成：第一章 概述寻呼中心主发射台地面链路卫星链路特点

17、：寻呼机结构简单、小巧，便于携带；价格低廉；系统复杂：电话网络、许多基站发射机、高无线发射塔（联播）；单向通信；较小的频率资源和较大的用户容量。无线寻呼系统第一章 概述无绳电话系统基本组成：家用型：座机+手机网络型：电信点（基站）+手机特点必须以有线网络为依托覆盖半径小（100300m）移动速度慢（=20km/小时）第一章 概述公用电话网固定端口（基站）无线链路无绳手机特点：为在无线覆盖范围内的、任何地点的用户提供公用电话交换网的无线接入；能在有限的频带范围中于很大的地理范围内容纳大量用户；提供了和有线电话相当的高通话质量。蜂窝移动电话系统第一章 概述无线本地环路（WLL）与LMDS指用无线通

18、信方式将用户终端设备连接到所属端局交换机的电路，它相当于有线电话网中的用户线，又称用户环路。换句话说，用无线代替有线（电缆或光缆）实现“最后一里”的宽带本地环路接入。频段：28GHz（或更高）的微波或者毫米无线频段只有在用户和中心站之间没有障碍物时可以通信（视距传输），适合于地势平坦的郊区或农村。节约敷设电缆或光缆的费用和时间，是基于铜线的数字用户环路（DSL）技术的有力竞争者。本地多点分配业务 LMDS，WLL的新业务之一，支持本地电话局的宽带远程访问。缺点：视距接入；天气变化（雨、雪、冰雹等）影响大。第一章 概述无线局域网（WLAN）非许可频段网络与便携电脑的普及第一章 概述无线局域网（W

19、LAN）无线局域网（Wireless LAN），一般用于宽带家庭，大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至几百米，目前采用的技术主要是 802.11a/b/g 系列。WLAN 利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号，作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，它可以使用户任意对有线网络进行扩展和延伸。设备：无线接入点、无线网桥、无线网卡等。特点：可移动性；布线容易；组网灵活；成本优势第一章 概述无线局域网（WLAN）第一章 概述Intel PRO/2011系列系列接入点网卡无线局域网（WLAN）第一章 概述蓝牙与个域网（PAN）目的：利用隐形、低功耗、小范围的无线连接，取代笨重的线缆（如打印机

20、电缆、耳机线、鼠标线等），以提高组网的灵活性，从而使人们的生活更加方便。宗旨：蓝牙标准旨在为个人工作台上的所有设备提供统一的连接。蓝牙是个开放的标准，已得到1000多家电子器件制造商的认同，它采用ad-hoc方式，使得不同的设备在10m内能够正常通信。频段：2.4GHz第一章 概述返回我国无线频段规划我国的频谱规划和管理由信息产业部无线电管理局统一负责，采取的是以行政手段为主的频谱指配方式。按照ITU国际无线电规则频率划分，目前各种无线业务可以使用的频率范围为9kHz至275GHz。由于技术水平的限制，绝大多数无线电设备工作在50GHz频率之下，国内主要在6GHz以下。我国的无线电应用可划分为

21、42种业务，其中包括固定业务、移动业务、广播业务、无线电导航业务等。由于业务繁多，所以在9kHz50GHz的多数频段，要安排多种业务共用一个频段。第一章 概述使用频段CDMA:825835MHz/870880MHzGSM:885915MHz/930960MHzDCS:17101755MHz/18051850MHz共计：2*89MHz；具体分配：中国移动GSM网拥有2*49MHz，中国联通GSM网拥有2*15MHz，CDMA网拥有2*4MHz。截至今年第一季度，上述三个网络共使用频率为268MHz，拥有用户数为4.1亿，还有频段没有使用，因此仍然有持续发展的能力。同时，我国也为移动网络的未来演进

22、做了准备，为3G网络划分了大量的频率资源。公众移动通信频段分配第一章 概述宽带无线接入频率规划管理宽带无线接入频率规划管理 我国目前为宽带无线接入应用划分了4个频段，分别是2.4GHz、3.5GHz、5.8GHz、26GHz。其中2.4GHz频段是免牌照的，不用申请频率即可在不干扰其他系统的情况下使用。该频段的频率范围为2400MHz2483.5MHz，要求采用时分双工的TDD模式，最大辐射功率不得超过100mW。在此频段，我国积极鼓励WLAN802.11b的应用。同时工业、科学、医疗设备也使用该频段，实现频率的共用。5.8GHz频段频率范围为5725MHz5850MHz，采用时分双工的TDD

23、模式，最大辐射功率不得超过500mW，基站需要领取无线电发射执照。在此频段，我国积极鼓励WLAN802.11a的应用，但目前这一技术应用比较少。该频段主要给基础电信运营商使用。第一章 概述3.5GHz(MMDS)频段主要频率范围是3400MHz3430MHz/3500MHz3530MHz，主要工作方式是FDD频分双工，我国在该频段首次采用了评选招标的方式分配频率，目前在30多个城市展开应用。由于频率资源限制，发展相对较慢。该频段也主要给基础电信运营商使用，用于建立宽带无线接入网络。26GHz（LMDS）频段使用频率范围为24.507GHz25.515GHz/25.757GHz26.765GHz

24、，主要工作方式是FDD频分双工，该频段也主要给基础电信运营商使用，用于建立宽带无线接入网络。由于技术自身的一些原因以及市场需求不迫切，还有设备昂贵等原因，目前使用得也不是很好。宽带无线接入频率规划管理宽带无线接入频率规划管理 第一章 概述返回我国移动通信的发展我国移动通信是从军事移动通信起步的，民用移动通信发展较晚。20世纪50年代末到70年代中主要用于公安、邮电、交通、渔业等少数部门作专网用。我国公众移动通信起步于20世纪80年代，1987年在广州、上海率先采用900MHzTACS标准的模拟蜂窝移动通信系统，至1996年已基本建成一个覆盖全国31个省、市、自治区大部分地市县和部分重要县镇的全

25、国移动通信网。随着数字移动通信的发展与普及，模拟蜂窝移动通信系统于2000年起开始封网，并逐步退出中国电信发展的历史舞台，并将频段让给数字蜂窝移动通信系统。第一章 概述1994年4月中国联通成立，打破了邮电“一统天下”的局面。联通采用GSM数字移动通信技术组建了全国第二个公众移动通信网。1994年9月中国电信也采用GSM技术组建中国电信全国公众数字移动通信网。1999年4月信息产业部确定由中国联通在全国范围内经营CDMA数字蜂窝系统，联通于2001年开始投入CDMA的第一期工程。移动通信发展的新高潮等待3G牌照的发放！我国移动通信的发展第一章 概述返回移动通信的发展-4G4G的定义到目前为止依

26、然有待明确，它的技术参数、国际标准、网络结构、乃至业务内容均未有明确说法。4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。第一章 概述移动通信的发展目标个人通信目标是实现个人通信系统无论任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）在任何地方（Wherever）与另

27、外一个人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信第一章 概述个人通信是新的挑战“任何人”要求支持巨大的用户量：频谱资源有限；“任何时间”要求支持动中通：无线通信是前提；“任何地方”要求无缝覆盖：传输能力有限；“任何形式”要求多媒体：处理能力有限。移动通信的发展目标个人通信第一章 概述邻频干扰与同频干扰 邻频干扰是指相邻频道或邻近频道信号之间的相互干扰。同频干扰：频率再用引起的相互干扰。第一章 概述返回我国蜂窝移动通信系统的频率我国蜂窝移动通信系统的频率第一章 概述系统或使用部门系统或使用部门 上行频率上行频率/MHz 下行频率下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 返回