無線通信基本原理基本概念總結(jié)PPT課件

1、1課程簡介 面向?qū)ο螅撼跫壴O(shè)計人員 課程目的：理解和掌握無線通信基本原理、常用名詞術(shù)語的基本含義。 課程要求：理解和掌握無線通信的概念、系統(tǒng)組成、頻段的劃分、常用通信使用頻段、編碼、調(diào)制、電波傳播的基本知識及描述天線特性的各種參數(shù)的定義. 第1頁/共51頁2背景知識 通信按傳輸媒體分為無線通信和有線通信兩大類。移動通信、衛(wèi)星、微波、無線接入等都是無線通信，無線通信信號以電磁波的形式通過空間傳送，具有信道不可預(yù)見性大，使用靈活、方便等特點。第2頁/共51頁3內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 編碼 調(diào)制 電波傳播基本知識 天線知識第3頁/共51頁4內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 無線通信概念 無線通信分類

2、頻段的劃分 常用通信使用的頻段 仙農(nóng)（Shannon）定理 波長、頻率f的關(guān)系 雙工方式與多址方式 蜂窩移動通信 編碼 調(diào)制 電波傳播基本知識 天線知識第4頁/共51頁5無線通信概念 利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。 無線通信系統(tǒng)簡略框圖編碼調(diào)制射頻收解調(diào)信源輸出射頻發(fā)解碼信源輸入ADA第5頁/共51頁6無線通信分類 按技術(shù)體制分類：模擬、數(shù)字、數(shù)模兼容 按工作波長分類：長、中波、短波等 按無線應(yīng)用分類：移動、無線接入、微波、衛(wèi)星等 按工作狀態(tài)分類：固定、移動等 按在通信網(wǎng)中的位置分類：無線傳輸、無線接入第6頁/共51頁7無線頻段的劃分序號 頻段名稱 頻率范圍 波段名稱（波

3、長） 1 極低頻（ELF） 330Hz 極長波（10010Mm） 2 超低頻（SLF） 30300Hz 超長波（101Mm） 3 特低頻（ULF） 3003000Hz 特長波（10.1Mm） 4 甚低頻（VLF） 330kHz 甚長波（10010km） 5 低頻（LF） 30300kHz 長波（101km） 6 中頻（MF） 3003000kHz 中波（1000100m） 7 高頻（HF） 330MHz 短波（10010m） 8 甚高頻（VHF） 30300MHz 米波（101m） 9 特高頻（UHF） 3003000MHz 分米波（10.1m） 10 超高頻（SHF） 330GHz 厘米波（

4、101cm） 11 極高頻（EHF） 30300GHz 毫米波（101mm） 12 至高頻 3003000GHz 絲米波（10.1mm） 第7頁/共51頁8常用通信使用頻段 移動通信頻段（頻段（MHz） 單載波帶寬（單載波帶寬（MHz） 制式制式 上行上行 下行下行 GSM900 885915 930960 0.2 GSM1800 17101755 18051850 0.2 CDMA 1X 825835 870880 1.25 19201980(主主) 21102170(主主) 5 3G FDD 17551785(補(bǔ)補(bǔ)) 18501880(補(bǔ)補(bǔ)) 5 18801920(主主)、20102025

5、（主）（主） 1.6 TD-SCDMA 23002400(補(bǔ)補(bǔ))、 1.6 PHS 19001920 0.3 集群集群 806821 851866 0.025 第8頁/共51頁9常用通信使用頻段（續(xù)） 微波411GHz,13GHz,15GHz,18GHz 衛(wèi)星1.5GHz,2.5GHz,4/6GHz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz,30GHz,40GHz 無線接入2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz第9頁/共51頁10仙農(nóng)（Shannon）定理 C=Blog2(1+S/N) C信道容量（bit/s)B信道帶寬(Hz)S信號功率（W）N噪聲

6、功率（W）擴(kuò)頻通信即據(jù)此原理。第10頁/共51頁11波長、頻率f的關(guān)系 c=f* c 為光速，數(shù)值為3108m/s。 f 為頻率，單位Hz 為波長，單位為m第11頁/共51頁12雙工方式與多址方式 雙工方式 TDD（時分雙工）：收發(fā)信共用一射頻頻點，上、下行鏈路使用不同的時隙來進(jìn)行通信。 FDD（頻分雙工）：收發(fā)信使用一個不同的射頻頻點來進(jìn)行通信。 多址方式 TDMA(時分多址)：傳送給不同終端用戶的信息通過同一載波的不同時隙來區(qū)分。 FDMA（頻分多址）：傳送給不同終端用戶的信息通過不同頻點載波來區(qū)分。 CDMA(碼分多址)：傳送給不同終端用戶的信息通過不同碼調(diào)制來區(qū)分。第12頁/共51頁1

7、3蜂窩移動通信 覆蓋區(qū)分成若干個小的區(qū)域（小區(qū)），每個小區(qū)至少用一臺發(fā)射機(jī)進(jìn)行覆蓋。小區(qū)基站小區(qū)/基站第13頁/共51頁14小結(jié) 無線通信基本常識 無線通信概念 無線通信分類 頻段的劃分 常用通信使用的頻段 仙農(nóng)（Shannon）定理 波長、頻率f的關(guān)系 雙工方式與多址方式 蜂窩移動通信第14頁/共51頁15內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 編碼 信源編碼 語音編碼 信道編碼 卷積編碼 Turbo編碼 調(diào)制 電波傳播基本知識 天線知識第15頁/共51頁16信源編碼信源編碼：把語言、圖像等原始信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進(jìn)行的編碼。 語音編碼 常見通信系統(tǒng)的語言編碼通信系統(tǒng) PSTN GSM CDMA WCDMA

8、 PHS 語音編碼 PCM (脈沖編碼調(diào)制) RPE-LTP （規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼） QCELP （高通碼激勵線性預(yù)測編碼） AMR （自適應(yīng)多數(shù)率編碼） ADPCM （自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制） 編碼數(shù)率（kb/s） 64 13 1.2/2.4/4.8/9.6 4.7512.2 32 第16頁/共51頁17信道編碼信道編碼（Channel Coding）：在被發(fā)送信息上增加冗余的數(shù)據(jù) 卷積編碼適用于語音業(yè)務(wù)在內(nèi)的 速率相對較 低的業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)編碼。Information Bits (Input)Code Symbols (Output)0g1g1c0c（前向鏈路卷積編碼：編碼率（前向鏈路卷

9、積編碼：編碼率1/2，約束長度，約束長度9）第17頁/共51頁18信道編碼（續(xù)） Turbo編碼 適用于傳輸 速率較高但 實時性要求 不高的業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)編碼。第18頁/共51頁19小結(jié) 編碼 信源編碼 語音編碼 信道編碼 卷積編碼 Turbo編碼第19頁/共51頁20內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 編碼 調(diào)制 調(diào)制分類 FSK、GFSK調(diào)制 MSK、GMSK調(diào)制 BPSK調(diào)制 QPSK調(diào)制 QAM調(diào)制 電波傳播基本知識 天線知識第20頁/共51頁21調(diào)制分類數(shù)字調(diào)制BFSK(二進(jìn)制頻移鍵控）MFSK（多進(jìn)制頻移鍵控）FSK(頻移鍵控）ASK(幅移鍵控）非恒定包絡(luò)DPSK（差分二進(jìn)制相移鍵控）BPSK

10、（二進(jìn)制相移鍵控）PSK（相移鍵控）CPM（連續(xù)相位調(diào)制）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（高斯）TFM（平滑調(diào)頻）恒定包絡(luò)BFSK(二進(jìn)制頻移鍵控）MFSK（多進(jìn)制頻移鍵控）FSK(頻移鍵控）（(ASK(幅移鍵控）QAM正交幅度調(diào)制）非恒定包絡(luò)（QPSK (正交四相相移鍵控）（CPM（連續(xù)相位調(diào)制）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（MSK）TFM（平滑調(diào)頻）（）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（）TFM（平滑調(diào)頻）第21頁/共51頁22FSK、GFSK調(diào)制第22頁/共51頁23MSK、GMSK調(diào)制MSKMSK調(diào)制調(diào)制調(diào)制調(diào)制/ /解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù)差分編碼串/并轉(zhuǎn)換ak碼bk碼調(diào)制器

11、調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器第23頁/共51頁24BPSK調(diào)制調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器 m（t）S（t）x（t）cos ct m（t）S（t）x（t）cos ct y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0 y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0星座圖星座圖QI第24頁/共51頁25QPSK調(diào)制調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器 LPFRb/2 LPFRb/2串并串并變換變換本振本振90相移相移BPF輸入輸入RbQPSK信號信號 LPFRb/2 LPFRb/2串并串并變換變換本振本振90相移相移BPF輸入輸入RbQPSK信號信號 LPF LPF載波恢載波恢復(fù)電路復(fù)電路90相移相移BPF

12、接收接收信號信號恢復(fù)電路恢復(fù)電路符號時符號時序恢復(fù)序恢復(fù)判決電路判決電路判決電路判決電路復(fù)用復(fù)用 LPF LPF載波恢載波恢復(fù)電路復(fù)電路90相移相移BPF接收接收信號信號恢復(fù)電路恢復(fù)電路符號時符號時序恢復(fù)序恢復(fù)判決電路判決電路判決電路判決電路復(fù)用復(fù)用第25頁/共51頁26QAM調(diào)制 改變相位和幅度的調(diào)制16QAM16QAM星座圖星座圖第26頁/共51頁27小結(jié) 調(diào)制 調(diào)制分類 FSK、GFSK調(diào)制 MSK、GMSK調(diào)制 BPSK調(diào)制 QPSK調(diào)制 QAM調(diào)制第27頁/共51頁28內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 編碼 調(diào)制 電波傳播基本知識 波傳播的方式 自由空間傳播 大、小尺度路徑損耗 快、慢衰落

13、 平衰落和選擇性衰落 降雨損耗對電波傳播的影響 多普勒頻移 極化 分集 干擾 天線知識第28頁/共51頁29波傳播的方式 按傳播空間分： 表面波傳播 以繞射方式，沿著地球表面?zhèn)鞑ァ?天波傳播 通過高空電離層反射傳播。 空間波傳播 通過直線傳播和地面反射傳播。 散射傳播 利用大氣對流層和電離層的不均勻性來散射傳播。長波（表面波傳播）；中波、短波（表面波、天波傳播）；微波(空間波、散射波傳播)。第29頁/共51頁30波傳播的方式（續(xù)） 按傳播行為方式分： 繞射 當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。 反射 當(dāng)電波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射。 散射當(dāng)波穿行的介質(zhì)存在小于波長

14、的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常大時，發(fā)生散射。第30頁/共51頁31自由空間傳播 電波在理想的完全無阻擋的真空中的傳播。 計算公式：LF92.4+20log(d*f0) ,單位dB。 d為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離，單位km； f0為射頻中心頻率，單位GHz。第31頁/共51頁32大、小尺度路徑損耗 大尺度路徑損耗 無線信號經(jīng)長距離上的場強(qiáng)變化。如，自由空間損耗。 小尺度路徑損耗 無線信號經(jīng)過短時間或短距離傳播后其幅度快速衰落，又叫快衰落。多徑傳播是引起小尺度傳播的主要原因第32頁/共51頁33快、慢衰落 快衰落 由于多徑傳播而引起的接收信號場強(qiáng)短時間內(nèi)隨機(jī)快速起伏。 慢衰落 傳播路徑上阻

15、擋物陰影引起的接收信號強(qiáng)度中值的緩慢變化。第33頁/共51頁34平衰落和選擇性衰落 平衰落 發(fā)射信號的頻譜特性在接收機(jī)內(nèi)仍能保持不變的衰落。 選擇性衰落 發(fā)射信號的頻譜特性在接收機(jī)內(nèi)發(fā)生了畸變的衰落。 射頻帶寬大于相干帶寬時，易發(fā)生選擇性衰落。f功率譜密度f0發(fā)信頻譜圖f功率譜密度f0收信頻譜圖平衰落f功率譜密度f0發(fā)信頻譜圖f功率譜密度f0收信頻譜圖選擇性衰落第34頁/共51頁35降雨損耗對電波傳播的影響 頻率大于等于10GHz以上的電磁波需考慮降雨損耗對信號傳播的影響； 頻率小于10GHz以下的電磁波則不需考慮降雨損耗對信號傳播的影響 ； 降雨強(qiáng)度越大、頻率越高則降雨損耗越大。第35頁/共

16、51頁36多普勒頻移 基站與移動臺間的相對運動會引起頻率調(diào)制，這種現(xiàn)象叫多普勒頻移 。 多普勒頻移fd=V/*COS，單位Hz V 移動臺移動 速率，單位m/s； 波長，單位為m； 移動臺運動方向 與入射波的夾角。sV多普勒效應(yīng)示意圖第36頁/共51頁37極化 波的極化是指電場的取向隨時間變化的方式。 電場矢量的兩個正交分量具有不同振幅和相位關(guān)系時，可能形成三種不同的極化: 線極化：電場取向固定不變。 園極化：電場取向隨時間作圓的變動。 橢圓極化：電場取向 隨時間作橢圓的變動XYXYXY線極化圓極化橢圓極化第37頁/共51頁38分集 分集目的：對抗衰落 通過多個接收機(jī)接收同一內(nèi)容的信號，然后通

17、過選擇最好的一路信號或幾路接收到的信號同相合成。 分集主要有： 頻率分集用多個載波傳輸同一信號 空間分集用多個天線接收或發(fā)射同一信號 極化分集在不同的極化方式傳輸同一信號 時間分集在不同的時隙上傳輸同一信號第38頁/共51頁39干擾 按系統(tǒng)分：系統(tǒng)內(nèi)干擾、系統(tǒng)外干擾 按頻譜分：鄰頻干擾、同頻干擾 按干擾產(chǎn)生的原因分：互調(diào)干擾、雜散干擾、阻塞干擾第39頁/共51頁40小結(jié) 電波傳播基本知識 波傳播的方式 自由空間傳播 大、小尺度路徑損耗 快、慢衰落 平衰落和選擇性衰落 降雨損耗對電波傳播的影響 多普勒頻移 極化 分集 干擾第40頁/共51頁41內(nèi)容提綱 無線通信基本常識 編碼 調(diào)制 電波傳播基本

18、知識 天線知識 天線類型 描述天線的參數(shù)第41頁/共51頁42天線類型 按形狀分類：鞭狀、板狀、吸頂、拋物面等 按方向性分類：全向、定向 按極化分類：單極化、雙極化 按下傾分類：機(jī)械下傾、電下傾 按頻帶分類：單頻、雙頻、多頻 按安裝位置分類：室內(nèi)、室外第42頁/共51頁43描述天線的參數(shù) 天線增益 在相同輸入功率的情況下，天線最大方向的功率密度 與參考的功率密度之比值。 半功率角 比最大方向增益小3dB的兩方向之間的夾角。 天線前后比（F/B） 天線最大方向與其相反方向的增益之比值。第43頁/共51頁44描述天線的參數(shù)（續(xù)） 天線方向性圖-180 -160 -140 -120 -100-80

19、-60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.3

20、59-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697第44頁/共51頁45描述天線的參數(shù)（續(xù)） 天線輸入阻抗天線輸入電壓與輸入電流之比。饋線阻抗與天線輸入阻抗不匹配時，會發(fā)生反射，形成駐波。 天線駐波比（VSWR）駐波最大電壓與最小電壓的比值。 天線交叉極化隔離度（XPD）是指在同極化射束方向性圖的峰值上的信號電平與給定方向上交叉極化信號電平的比值。第45頁/共51頁46描述天線的參數(shù)（