第五講：WSN物理層ppt課件

1、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 王新王新l 教學(xué)目的：掌握教學(xué)目的：掌握WSNWSN物理層相關(guān)知識物理層相關(guān)知識l 學(xué)時：學(xué)時：2 2 學(xué)時學(xué)時l 本講重點(diǎn)：基本概念、主要技術(shù)本講重點(diǎn)：基本概念、主要技術(shù)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)l 基本概念：在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層考慮的是怎樣才能在連接基本概念：在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機(jī)的傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的比特流。各種計算機(jī)的傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的比特流。l 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardizatio

2、n, IOS)對開放系統(tǒng)互聯(lián)對開放系統(tǒng)互聯(lián)(Open System Interconnection，OSI)參考模型中物理層的定義如下：物理層參考模型中物理層的定義如下：物理層為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的二進(jìn)制比特傳輸?shù)臑榻?、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的二進(jìn)制比特傳輸?shù)奈锢磉B接，提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程性的特性。物理連接，提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程性的特性。5.1 物理層概述物理層概述5.1 物理層概述物理層概述利用電話網(wǎng)絡(luò)利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)通信l 通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對物理層的四個特性進(jìn)行了描述：通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對物理層的四個特性進(jìn)行了描述：5.2 物理層特

3、性物理層特性 機(jī)械特性：它規(guī)定了物理連接時使用的可接插連接器的形狀和尺機(jī)械特性：它規(guī)定了物理連接時使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。 電氣特性：它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時，線路上電氣特性：它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時，線路上信號電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。信號電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。 功能特性：它規(guī)定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定功能特性：它規(guī)定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線。義。物理接口信

4、號線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線。 規(guī)程特性：它定義了信號線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作規(guī)程特性：它定義了信號線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序。過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序。5.3 物理層協(xié)議作用物理層協(xié)議作用l DTE 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DataTerminal Equipment），具有一定），具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)收發(fā)能力的設(shè)備。的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)收發(fā)能力的設(shè)備。l DCE 數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備 （ Data Circuit-terminating Equipment），），它在它在DTE和傳輸線路之間提供信號

5、變換和編碼功能，并負(fù)責(zé)和傳輸線路之間提供信號變換和編碼功能，并負(fù)責(zé)建立、保持和釋放鏈路的連接。建立、保持和釋放鏈路的連接。5.4 機(jī)械特性機(jī)械特性l 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列方式，指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列方式，定義接插及鎖緊方式等。以定義接插及鎖緊方式等。以RS-232C接口為例：接口為例： RS-232C RS-232C標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的全稱是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的全稱是EIA-RS-232CEIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，定義是標(biāo)準(zhǔn)，定義是“DTE“DTE和和DCEDCE之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。5.4 機(jī)械特性機(jī)械特性l

6、RS-232C25針接口機(jī)械特性：針接口機(jī)械特性：l RS-2329針接口機(jī)械特性：針接口機(jī)械特性：5.5 電氣特性電氣特性l 指明接口電纜的線路上出現(xiàn)的電壓、電流、傳輸距離等范圍。指明接口電纜的線路上出現(xiàn)的電壓、電流、傳輸距離等范圍。l 邏輯電平邏輯電平l 在在TXD和和RXD上：上：l 邏輯邏輯1 （MARK） = -3V -15V 邏輯邏輯0SPACE） = +3V +15Vl 在在RTS、CTS、DSR、DTR和和DCD等控制線上：等控制線上：l 信號有效接通，信號有效接通，ON 形狀，正電壓）形狀，正電壓） = +3V +15Vl 信號無效斷開，信號無效斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）狀態(tài)

7、，負(fù)電壓） = - 3V - 15Vl 由以上定義可以看出，信號無效的電平低于由以上定義可以看出，信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來，介于時，電路可以有效地檢查出來，介于-3V +3V之間的電壓無意義，低于之間的電壓無意義，低于-15V或高于或高于+15V的電壓的電壓也認(rèn)為無意義。也認(rèn)為無意義。5.5 電氣特性電氣特性l 指明接口電纜的線路上出現(xiàn)的電壓、電流、傳輸距離等范圍。指明接口電纜的線路上出現(xiàn)的電壓、電流、傳輸距離等范圍。 傳輸距離傳輸距離 由由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的

8、情況的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為下，傳輸電纜長度應(yīng)為15m，4%碼元畸變指標(biāo)相對碼元畸變指標(biāo)相對保守，在實(shí)際應(yīng)用中，約有保守，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸的用戶是按碼元畸變變1020%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中距離會的范圍工作的，所以實(shí)際使用中距離會遠(yuǎn)超過遠(yuǎn)超過15m,最大傳輸距離在最大傳輸距離在50m左右。左右。5.6 功能特性功能特性l 指明某條指明某條線上出現(xiàn)線上出現(xiàn)的某一電的某一電平的電壓平的電壓信號表示信號表示何種意義，何種意義，通信過程通信過程中完成何中完成何種功能。種功能。5.6 功能特性功能特性l 引腳連接：引腳連接：5.7 規(guī)程特性規(guī)程特性l 指明對于不同功能的各

9、種可能事件的出現(xiàn)順序，是功能事件時序的描述。指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序，是功能事件時序的描述。RS-232C接口工作過程接口工作過程5.8 USB接口接口l USB: Universal Serial Bus 通用串行總線通用串行總線l 自帶電源：輸出自帶電源：輸出5V， 500mAl 支持熱插拔支持熱插拔l 速度快：速度快： 12M、480M、4.8Gl 支持即插即用：驅(qū)動通用支持即插即用：驅(qū)動通用l 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：USB1.1， 2.0， 3.0l 支持級聯(lián)：最高可連接至支持級聯(lián)：最高可連接至127個設(shè)備個設(shè)備5.8 USB接口接口l USB 1.0/1.1：低速：低速

10、：1.5M 全速：全速：12Ml USB 2.0：兼容：兼容 USB 1.0/1.1l low speed 1.5Mbpsl full speed 12Mbpsl high speed 480Mbpsl USB 3.0 兼容兼容USB 1.0/1.1/2.0 ：l 8線制線制l 全雙工接口全雙工接口l supper speed最高速度支持最高速度支持4.8Gbps5.8 USB接口接口l USB 2.0 接口定義：接口定義：l 1 +5Vl 2 DATA- 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)-l 3 DATA+ 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+l GND 地地l USB 2.0 線纜線纜l 紅色：電源線紅色：電源線+5Vl 棕色：地線棕色：

11、地線l 黃色：黃色：DATA+l 藍(lán)色：藍(lán)色：DATA-l 采用差動傳輸，帶填充的反向不歸零采用差動傳輸，帶填充的反向不歸零NRZI編碼（編碼（1由不出現(xiàn)由不出現(xiàn)電平變化來表示，而電平變化來表示，而0由電平發(fā)生變化來表示由電平發(fā)生變化來表示 ）l USB接口分為接口分為A、B、mini 三種接頭形式三種接頭形式5.8 USB接口接口 Type-AType-AType-BType-B 接口接口mini USB 接口接口非標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的 mini USB 接口接口5.8 USB接口接口 5.8 USB 3.0 接口接口 Type-A 接口接口5.8 USB 3.0 接口接口 Type-B 接口接口

12、5.8 USB 3.0 接口接口 USB 3.0 接口線樣品接口線樣品5.8 USB 3.0接口尺寸規(guī)范接口尺寸規(guī)范USB控制器Root hubhubhub設(shè)備hub設(shè)備設(shè)備設(shè)備hubhub設(shè)備設(shè)備設(shè)備可級聯(lián)的菊花鏈?zhǔn)竭B接方式，至多連接127個設(shè)備5.9 USB設(shè)備連接模式設(shè)備連接模式l 控制傳輸：控制傳輸：l 雙向傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，主要用來進(jìn)行查詢、配置和雙向傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，主要用來進(jìn)行查詢、配置和給給USBUSB設(shè)備發(fā)送通用的命令。設(shè)備發(fā)送通用的命令。 5.10 USB傳輸模式傳輸模式l中斷傳輸：中斷傳輸：l 單向的向主機(jī)輸入，用于少量的、分散的、不可預(yù)測的單向的向主機(jī)輸入，用于

13、少量的、分散的、不可預(yù)測的數(shù)據(jù)傳輸。鍵盤、游戲桿和鼠標(biāo)就屬于這一類型。數(shù)據(jù)傳輸。鍵盤、游戲桿和鼠標(biāo)就屬于這一類型。l 批量傳輸：批量傳輸：l 應(yīng)用在沒有帶寬和間隔時間要求的大量數(shù)據(jù)的傳送和接應(yīng)用在沒有帶寬和間隔時間要求的大量數(shù)據(jù)的傳送和接收，它要求保證傳輸。打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型。收，它要求保證傳輸。打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型。l 5.10 USB傳輸模式傳輸模式l同步傳輸：同步傳輸：l 用于時間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯性的流數(shù)據(jù)傳輸，或者用用于時間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯性的流數(shù)據(jù)傳輸，或者用于要求恒定的數(shù)據(jù)傳送率的即時應(yīng)用中。如語音、視頻等。于要求恒定的數(shù)據(jù)傳送率的即時應(yīng)用中。如語音、視頻等。 l

14、 當(dāng)當(dāng)USB設(shè)備接入設(shè)備接入hub或或root hub后，主機(jī)控制器和主機(jī)軟件讀后，主機(jī)控制器和主機(jī)軟件讀取，如取，如vendor ID, product ID, interface工作方式，電源消耗工作方式，電源消耗量等一系列的數(shù)據(jù)用于確認(rèn)設(shè)備特征。之后主機(jī)動態(tài)分配給量等一系列的數(shù)據(jù)用于確認(rèn)設(shè)備特征。之后主機(jī)動態(tài)分配給5.11 USB工作過程工作過程外設(shè)一個單獨(dú)的地址各次外設(shè)一個單獨(dú)的地址各次可能不同后對設(shè)備進(jìn)行初可能不同后對設(shè)備進(jìn)行初始化，完成以后就可以對設(shè)始化，完成以后就可以對設(shè)備進(jìn)行備進(jìn)行IO操作了。操作了。項(xiàng)目項(xiàng)目USB1.1USB2.0USB3.0速率速率1.5M-12M1.5M-

15、480M1.5M-4.8G線線448電源電源5V 500MA5V 500MA5V 900MA級連級連127127127長度長度5米米5米屏蔽米屏蔽3米屏蔽米屏蔽節(jié)能節(jié)能待機(jī)待機(jī)待機(jī)待機(jī)待機(jī)、休眠和待機(jī)、休眠和暫停等狀態(tài)暫停等狀態(tài) 5.12 USB接口總結(jié)接口總結(jié)5.12 USB接口總結(jié)接口總結(jié)項(xiàng)目項(xiàng)目USB1.1USB2.0USB3.0結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單簡單簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜兼容兼容向下兼容向下兼容向下兼容向下兼容用途用途低速設(shè)備低速設(shè)備移動硬盤、移動硬盤、掃描儀、打掃描儀、打印機(jī)等印機(jī)等藍(lán)驅(qū)、顯示器、藍(lán)驅(qū)、顯示器、外置硬盤、高外置硬盤、高清視頻清視頻成本成本低低低低高高系統(tǒng)系統(tǒng)XP、LinuxXP、

16、Linuxwin7、 Linuxl 無線通信物理層的主要技術(shù)包括介質(zhì)的選擇、頻段的選擇、無線通信物理層的主要技術(shù)包括介質(zhì)的選擇、頻段的選擇、調(diào)制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)。調(diào)制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)。l 介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇l 無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無線通信。根據(jù)波長的通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無線通信。根據(jù)波長的不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光波不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中無線電波在無線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。等，其中無線電波在無線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。

17、l 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸介質(zhì)主要是無線電波、紅外目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸介質(zhì)主要是無線電波、紅外線和光波三種類型。線和光波三種類型。5.12 5.12 無線通信物理層的主要技術(shù)無線通信物理層的主要技術(shù) 介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇 無線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過建筑物，因無線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無線通信。無線電波是全方向而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無線通信。無線電波是全方向5.12.1 5.12.1 介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇傳播信號的，它能傳播信號的，它能向任意方向發(fā)送無向任意方向發(fā)送無線信號，所以發(fā)射線信號，所以發(fā)射方和接收方的

18、裝置方和接收方的裝置在位置上不必要求在位置上不必要求很精確的對準(zhǔn)。很精確的對準(zhǔn)。 紅外通信紅外通信 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的另一種手段是紅外技術(shù)。紅無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的另一種手段是紅外技術(shù)。紅外通信的優(yōu)點(diǎn)是無須注冊，并且抗干擾能力強(qiáng)。外通信的優(yōu)點(diǎn)是無須注冊，并且抗干擾能力強(qiáng)。 紅外通信的主要缺點(diǎn)是穿透能力差，要求發(fā)送者和接收者之紅外通信的主要缺點(diǎn)是穿透能力差，要求發(fā)送者和接收者之間存在視距關(guān)系。這導(dǎo)致了紅外難以成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的間存在視距關(guān)系。這導(dǎo)致了紅外難以成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流傳輸介質(zhì)，而只能在一些特殊場合得到應(yīng)用。主流傳輸介質(zhì)，而只能在一些特殊場合得到應(yīng)用。5.12.1

19、5.12.1 介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇 特殊場合特殊場合 對于一些特殊場合的應(yīng)用情況，傳感器網(wǎng)絡(luò)對通信傳輸介質(zhì)對于一些特殊場合的應(yīng)用情況，傳感器網(wǎng)絡(luò)對通信傳輸介質(zhì)可能有特別的要求。例如，艦船應(yīng)用可能要求使用水性傳輸可能有特別的要求。例如，艦船應(yīng)用可能要求使用水性傳輸介質(zhì)，譬如能穿透水面的長波。復(fù)雜地形和戰(zhàn)場應(yīng)用會遇到介質(zhì)，譬如能穿透水面的長波。復(fù)雜地形和戰(zhàn)場應(yīng)用會遇到信道不可靠和嚴(yán)重干擾等問題。信道不可靠和嚴(yán)重干擾等問題。 另外，一些傳感器節(jié)點(diǎn)的天線可能在高度和發(fā)射功率方面比另外，一些傳感器節(jié)點(diǎn)的天線可能在高度和發(fā)射功率方面比不上周圍的其它無線設(shè)備，為了保證這些低發(fā)射功率的傳感不上周圍的其它無線設(shè)

20、備，為了保證這些低發(fā)射功率的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)正常完成通信任務(wù)，要求所選擇的傳輸介質(zhì)能支器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)正常完成通信任務(wù)，要求所選擇的傳輸介質(zhì)能支持健壯的編碼和調(diào)制機(jī)制。持健壯的編碼和調(diào)制機(jī)制。5.12.1 5.12.1 介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇l 無線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它無線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距離能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距離r的增的增大而急劇減小，大致為大而急劇減小，大致為1/r3。如果采用高頻傳輸，則它趨于。如果采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受發(fā)動機(jī)和直

21、線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受發(fā)動機(jī)和其它電子設(shè)備的干擾。其它電子設(shè)備的干擾。l 另外，由于無線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_另外，由于無線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_也是需要關(guān)注的問題，所以每個國家和地區(qū)都有關(guān)于無線頻也是需要關(guān)注的問題，所以每個國家和地區(qū)都有關(guān)于無線頻率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。5.12.2 5.12.2 頻段的選擇頻段的選擇l 無線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它無線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距離能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距

22、離r的增的增大而急劇減小，大致為大而急劇減小，大致為1/r3。如果采用高頻傳輸，則它趨于。如果采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受發(fā)動機(jī)和直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受發(fā)動機(jī)和其它電子設(shè)備的干擾。其它電子設(shè)備的干擾。l 另外，由于無線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_另外，由于無線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_也是需要關(guān)注的問題，所以每個國家和地區(qū)都有關(guān)于無線頻也是需要關(guān)注的問題，所以每個國家和地區(qū)都有關(guān)于無線頻率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。5.12.2 5.12.2 頻段的選擇頻段的選擇l 無線電波的通信限制較少，

23、通常人們選擇無線電波的通信限制較少，通常人們選擇“工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療療”(Industrial，Scientific and Medical, ISM)頻段。頻段。ISM頻頻段的優(yōu)點(diǎn)在于它是自由頻段，無須注冊，可選頻譜范圍大，段的優(yōu)點(diǎn)在于它是自由頻段，無須注冊，可選頻譜范圍大，實(shí)現(xiàn)起來靈活方便。實(shí)現(xiàn)起來靈活方便。ISM頻段的缺點(diǎn)主要是功率受限，另外頻段的缺點(diǎn)主要是功率受限，另外與現(xiàn)有多種無線通信應(yīng)用存在相互干擾問題。與現(xiàn)有多種無線通信應(yīng)用存在相互干擾問題。l 盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過其它方式實(shí)現(xiàn)通信，譬如各種電磁盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過其它方式實(shí)現(xiàn)通信，譬如各種電磁波如射頻和紅外）、聲

24、波，但無線電波是當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)波如射頻和紅外）、聲波，但無線電波是當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流通信方式，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。的主流通信方式，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。5.12.2 5.12.2 頻段的選擇頻段的選擇5.12.2 5.12.2 頻段的選擇頻段的選擇名稱名稱甚低頻甚低頻低頻低頻中頻中頻高頻高頻甚高頻甚高頻超高頻超高頻特高頻特高頻極高頻極高頻符號符號VLFVLFLFLFMFMFHFHFVHFVHFUHFUHFSHFSHFEHFEHF頻率頻率3-30KHz3-30KHz30-300KHz30-300KHz0.3-3MHz0.3-3MHz3-30MHz3-30MHz30-300MHz30-

25、300MHz0.3-3GHz0.3-3GHz3-30GHz3-30GHz30-300GHz30-300GHz波段波段超長波超長波長波長波中波中波短波短波米波米波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波波長波長1KKm-100Km1KKm-100Km10Km-1Km10Km-1Km1Km-100m1Km-100m100m-10m100m-10m10m-1m10m-1m1m-0.1m1m-0.1m10cm-1cm10cm-1cm10mm-1mm10mm-1mm傳播特性傳播特性空間波為主空間波為主地波為主地波為主地波與天波地波與天波天波與地天波與地波波空間波空間波空間波空間波空間波空間波空間波空間波主要

26、用途主要用途海岸潛艇海岸潛艇通信通信; ;遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離通信通信; ;超遠(yuǎn)超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航距離導(dǎo)航越洋通信越洋通信; ;中距離通信中距離通信; ;地下巖層地下巖層通信通信; ;遠(yuǎn)距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離導(dǎo)航船用通信船用通信; ; 業(yè)余無線電業(yè)余無線電通信通信; ;移動移動通通信信; ;中距離中距離導(dǎo)導(dǎo)航航遠(yuǎn)距離短遠(yuǎn)距離短波通信波通信; ;國際定點(diǎn)國際定點(diǎn)通信通信電離層散射電離層散射(30-60MHz)(30-60MHz); ;流星余跡流星余跡通信通信; ; 人造人造電離層通信電離層通信(30-144M(30-144MHz); Hz); 對空間飛行對空間飛行體通信體通信; ; 移移動通信動通信小容量微小容量微波

27、波中繼通中繼通 信信; ; (352- (352-420MHz);420MHz); 對流層散對流層散射射通信通信(700-(700-10000MHz);10000MHz);中容量微中容量微波波通信通信(170(1700-0-2400MHz)2400MHz)大容量微波大容量微波中繼通信中繼通信(3600-(3600-4200MHz);4200MHz);大容量微波大容量微波中繼通信中繼通信(5850-(5850-8500MHz);8500MHz);數(shù)字通信數(shù)字通信; ; 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信; ;國國際海事際海事衛(wèi)星衛(wèi)星通信通信(1500-(1500-1600MHz)1600MHz)再入大氣層再入大氣

28、層時的通信時的通信; ;波導(dǎo)通信波導(dǎo)通信5.12.2 5.12.2 頻段的選擇頻段的選擇ISM頻段是各國挪出某一段頻段頻段是各國挪出某一段頻段主要開放給工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)機(jī)主要開放給工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)使用。應(yīng)用這些頻段無需許可構(gòu)使用。應(yīng)用這些頻段無需許可證或費(fèi)用，只需要遵守一定的發(fā)證或費(fèi)用，只需要遵守一定的發(fā)射功率一般低于射功率一般低于1W），并且），并且不要對其它頻段造成干擾即可。不要對其它頻段造成干擾即可。ISM頻段在各國的規(guī)定并不統(tǒng)一。頻段在各國的規(guī)定并不統(tǒng)一。l 調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號源的編碼信息即信源含

29、有直流分量和頻率較低的頻率分源的編碼信息即信源含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號。基帶信號往往不能作為傳輸信號，因而量，稱為基帶信號?；鶐盘柾荒茏鳛閭鬏斝盘枺蚨獙⒒鶐盘栟D(zhuǎn)換為相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信要將基帶信號轉(zhuǎn)換為相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號，以便于進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號稱為已調(diào)信號，號，以便于進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號稱為已調(diào)信號，而基帶信號稱為調(diào)制信號。而基帶信號稱為調(diào)制信號。5.13 5.13 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)l 調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響，采用什么方法調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響，采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往

30、往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)調(diào)制調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號的類型，可以將調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。中采用的基帶信號的類型，可以將調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。l 模擬調(diào)制是用模擬基帶信號對高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使模擬調(diào)制是用模擬基帶信號對高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號的變化而變化。高頻載波隨著模擬基帶信號的變化而變化。l 數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號對高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號對高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。高頻載波隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。

31、l 目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過渡，因此數(shù)字調(diào)制已目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過渡，因此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。5.13 5.13 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)基于正弦波的調(diào)制技術(shù)無外乎對其參數(shù)幅度基于正弦波的調(diào)制技術(shù)無外乎對其參數(shù)幅度A(t)A(t)、頻率、頻率f(t), f(t), 相位相位(t)(t)的調(diào)整。分別對應(yīng)的調(diào)制方式為幅度調(diào)制的調(diào)整。分別對應(yīng)的調(diào)制方式為幅度調(diào)制Amplitude Amplitude Modulation, AMModulation, AM）、頻率調(diào)制）、頻率調(diào)制Frequency Modulation, FMFreque

32、ncy Modulation, FM和相位和相位調(diào)制調(diào)制Phase Modulation, PMPhase Modulation, PM）。）。5.13.1 5.13.1 模擬調(diào)制模擬調(diào)制)()(2sin()()(ttftAtsl 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相：l 使載波的幅值和頻率、相位隨使載波的幅值和頻率、相位隨調(diào)制信號而變化的過程分別為調(diào)調(diào)制信號而變化的過程分別為調(diào)幅和調(diào)頻、調(diào)相。它們的已調(diào)波幅和調(diào)頻、調(diào)相。它們的已調(diào)波也就分別稱為調(diào)幅波和調(diào)頻波、也就分別稱為調(diào)幅波和調(diào)頻波、調(diào)相波。調(diào)相波。5.13.1 5.13.1 模擬調(diào)制模擬調(diào)制l 當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時，

33、由于該當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時，由于該序列只存在序列只存在“有電和有電和“無電兩種狀態(tài)，因而可以采用無電兩種狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，被稱為鍵控信號，所以上述數(shù)字信號的調(diào)幅、電鍵控制，被稱為鍵控信號，所以上述數(shù)字信號的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)、頻移鍵控、頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)和和相移鍵控相移鍵控(Phase Shift Keying, PSK)。5.13.2 5.13.2 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制l 當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列

34、時，由于該序列當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時，由于該序列只存在只存在“有電和有電和“無電兩種狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，無電兩種狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，被稱為鍵控信號，所以數(shù)字信號的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被被稱為鍵控信號，所以數(shù)字信號的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控稱為幅移鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)、頻移鍵控、頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)和相移鍵控和相移鍵控(Phase Shift Keying, PSK)。l 20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，人們十分重視調(diào)制技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中年代以來，人們十分重視調(diào)制

35、技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以尋求頻譜利用率更高、頻譜特性更好的數(shù)字調(diào)制方的應(yīng)用，以尋求頻譜利用率更高、頻譜特性更好的數(shù)字調(diào)制方式。由于振幅鍵控信號的抗噪聲性能不夠理想，因而目前在無式。由于振幅鍵控信號的抗噪聲性能不夠理想，因而目前在無線通信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是頻率鍵控和相位鍵控。線通信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是頻率鍵控和相位鍵控。5.13.2 5.13.2 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制l ASK （Amplitude Shift Keying）l 結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)l 對帶寬的要求小對帶寬的要求小l 缺點(diǎn)是抗干擾能力差缺點(diǎn)是抗干擾能力差l FSK （Frequency Shift Keying )l 相比于相比于ASK需要更大的帶寬需要更大的帶寬l PSK (Phase Shift Keying)l 更復(fù)雜，但是具有較好的抗干擾更復(fù)雜，但是具有較好的抗干擾l 才干才干5.13.2 5.