無線通信基礎(chǔ)知識(shí)

1、 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述1無線電波傳播基礎(chǔ)無線電波傳播基礎(chǔ)2天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)3 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線通信的概念無線通信的概念無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成無線通信的工作方式無線通信的工作方式 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的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稱為無線電通信，簡(jiǎn)稱無線通信。通信方式稱為無線電通信，簡(jiǎn)稱無線通信。 我們身邊有哪些無線通信

2、應(yīng)用我們身邊有哪些無線通信應(yīng)用 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線通信的發(fā)展無線通信的發(fā)展18761876年年貝爾發(fā)明了電話貝爾發(fā)明了電話18951895年意大利人馬克尼和俄國(guó)人波波夫利用電磁波實(shí)現(xiàn)了無線通信年意大利人馬克尼和俄國(guó)人波波夫利用電磁波實(shí)現(xiàn)了無線通信 18371837年年莫爾斯電碼莫爾斯電碼 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段天線天線 信源信源發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī) 信宿信宿 無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機(jī)、收信機(jī)及與其相連接無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機(jī)、收信機(jī)及與其相連接的天線（含饋線）構(gòu)成。如下圖所示：的天線（含饋線）構(gòu)成。如下圖所示： 無線信號(hào)

3、發(fā)射前為什么要調(diào)制呢？無線信號(hào)發(fā)射前為什么要調(diào)制呢？基帶信號(hào)基帶信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)解調(diào)信號(hào)解調(diào)信號(hào)基帶信號(hào)基帶信號(hào) 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線信號(hào)在發(fā)射前，一般要其調(diào)制成高頻無線信號(hào)在發(fā)射前，一般要其調(diào)制成高頻( (射頻射頻) )，才適合于天線輻射和無線傳播，原因是：才適合于天線輻射和無線傳播，原因是：減小天線的尺寸減小天線的尺寸當(dāng)天線的尺寸接近無線信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，輻射效率比較高。當(dāng)天線的尺寸接近無線信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，輻射效率比較高。選臺(tái)選臺(tái)便于將不同電臺(tái)發(fā)送的信號(hào)分配到不同頻率的載波信號(hào)上，避免便于將不同電臺(tái)發(fā)送的信號(hào)分配到不同頻率的載波信號(hào)上，避免互相干擾?；ハ喔?/p>

4、擾。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段調(diào)幅調(diào)幅(AM)已調(diào)波已調(diào)波調(diào)頻調(diào)頻(FM)已調(diào)波已調(diào)波載波載波載波載波調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)f1f1(f2)f1(f2)f1發(fā)話器發(fā)話器受話器受話器PTTPTT-單工 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)f1f2f2f1AB發(fā)話器發(fā)話器受話器受話器天線共用器-雙工 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)f1f2f2f1AB發(fā)話器發(fā)話器受話器受話器天線共用器PTT-半雙工

5、武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線電波段劃分無線電波段劃分無線電波的傳播無線電波的傳播無線電波的干擾無線電波的干擾 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 10

6、24 移動(dòng)無線電 一般將頻率低于一般將頻率低于3 310101212HzHz的電磁波稱為無線電波的電磁波稱為無線電波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段長(zhǎng)波長(zhǎng)波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段中波中波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段短波短波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段超短波超短波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段微波微波 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段地波傳輸（長(zhǎng)波、中波信號(hào)的傳播方式）地波傳輸（長(zhǎng)波、中波信號(hào)的傳播方式）: :沿地球彎曲表面?zhèn)鞑?，適用于波長(zhǎng)在沿地球

7、彎曲表面?zhèn)鞑?，適用于波長(zhǎng)在200m200m以上的中、以上的中、長(zhǎng)波。長(zhǎng)波。由于大地表面是導(dǎo)體，當(dāng)電磁波在其表面?zhèn)鞑r(shí)，由于大地表面是導(dǎo)體，當(dāng)電磁波在其表面?zhèn)鞑r(shí)，一部分能量將被損耗掉，且頻率越高，損耗越大。一部分能量將被損耗掉，且頻率越高，損耗越大。天波傳輸（短波信號(hào)的傳播方式）天波傳輸（短波信號(hào)的傳播方式）：適用于適用于10m-200m的短波。的短波。 電磁波到達(dá)電離層后，一部電磁波到達(dá)電離層后，一部分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。當(dāng)頻率升分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。當(dāng)頻率升高時(shí)，電磁波被電離層吸收的能量增加，當(dāng)頻率升高超高時(shí)，電磁波被電離層吸收的能量增加，當(dāng)頻率升高超過

8、一定值時(shí)，電磁波將會(huì)穿過電離層，不再返回地面。過一定值時(shí)，電磁波將會(huì)穿過電離層，不再返回地面。直射波（微波信號(hào)的傳播方式）直射波（微波信號(hào)的傳播方式）波長(zhǎng)波長(zhǎng)10m的電磁波的電磁波,不再適用電離層傳播，而是沿空不再適用電離層傳播，而是沿空間直線傳播，利用直射和反射實(shí)現(xiàn)電磁波的傳播。間直線傳播，利用直射和反射實(shí)現(xiàn)電磁波的傳播。通常，通常，50米高的天線通信距離約米高的天線通信距離約50公里。公里。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星地球表面衛(wèi)星發(fā)送多點(diǎn)接收多點(diǎn)接收 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段v理想情況下，無線信號(hào)在從發(fā)射器到接收器

9、間的理想情況下，無線信號(hào)在從發(fā)射器到接收器間的一條直線上傳播。一條直線上傳播。v實(shí)際情況下，由于障礙物等環(huán)境的影響，無線信實(shí)際情況下，由于障礙物等環(huán)境的影響，無線信號(hào)的傳播將發(fā)生反射、衍射和散射三種現(xiàn)象。號(hào)的傳播將發(fā)生反射、衍射和散射三種現(xiàn)象。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 反射：反射：當(dāng)信號(hào)遇到表面大于信號(hào)波長(zhǎng)的障礙物（地當(dāng)信號(hào)遇到表面大于信號(hào)波長(zhǎng)的障礙物（地球表面、高建筑物、大型墻面）產(chǎn)生。球表面、高建筑物、大型墻面）產(chǎn)生。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段衍射：衍射：當(dāng)信號(hào)遇到大于波長(zhǎng)的不可穿透物的邊緣（當(dāng)信號(hào)遇到大于波長(zhǎng)的不可穿透物的邊緣（如

10、尖銳不規(guī)則的邊緣物）產(chǎn)生。如尖銳不規(guī)則的邊緣物）產(chǎn)生。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 散射：散射：當(dāng)信號(hào)遇到比波長(zhǎng)更小的物體（如樹葉、當(dāng)信號(hào)遇到比波長(zhǎng)更小的物體（如樹葉、街牌、燈柱）時(shí)產(chǎn)生。街牌、燈柱）時(shí)產(chǎn)生。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段發(fā)射端發(fā)射端散射散射陰影陰影散射散射直視路徑直視路徑反射反射接收端接收端衍衍( (繞繞) )射射快衰落快衰落多徑傳播使得接收信號(hào)的幅度和相位會(huì)產(chǎn)生快速多徑傳播使得接收信號(hào)的幅度和相位會(huì)產(chǎn)生快速變化，稱為快衰落?？朔椒ㄖ饕歉鞣N分集變化，稱為快衰落。克服方法主要是各種分集方式。方式。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職

11、業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段慢衰落（陰影衰落）慢衰落（陰影衰落）由于建筑物、地形起伏等障礙物對(duì)傳播路徑的阻擋由于建筑物、地形起伏等障礙物對(duì)傳播路徑的阻擋，在障礙物后面會(huì)形成，在障礙物后面會(huì)形成“陰影區(qū)陰影區(qū)”，造成接收信，造成接收信號(hào)強(qiáng)度緩慢變化，稱為慢衰落?？朔椒ㄖ饕翘?hào)強(qiáng)度緩慢變化，稱為慢衰落?？朔椒ㄖ饕羌哟蟀l(fā)射功率，增加接收靈敏度。加大發(fā)射功率，增加接收靈敏度。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段距離距離(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落快衰落與慢衰落引起的接收功率變化快衰落與慢衰落引起的接收功率變化 武漢高速鐵路

12、武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段v無線電傳播過程中，由于能量的擴(kuò)散和媒質(zhì)的吸無線電傳播過程中，由于能量的擴(kuò)散和媒質(zhì)的吸收，電磁波能量將逐漸減小，場(chǎng)強(qiáng)減弱收，電磁波能量將逐漸減小，場(chǎng)強(qiáng)減弱v電波在自由空間中傳播的損耗：電波在自由空間中傳播的損耗： P(db)=32.4+20lgd+lgf其中其中d為收發(fā)天線之間的距離，單位為為收發(fā)天線之間的距離，單位為km；f為發(fā)射為發(fā)射頻率，單位為頻率，單位為MHz 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段當(dāng)接收端與發(fā)射端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收端接收到當(dāng)接收端與發(fā)射端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收端接收到的信號(hào)頻率與發(fā)射端的信號(hào)頻率不相同，這種

13、現(xiàn)象稱為的信號(hào)頻率與發(fā)射端的信號(hào)頻率不相同，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)，接收頻率與發(fā)射效率之差稱為多普勒效應(yīng)，接收頻率與發(fā)射效率之差稱為多普勒頻移。多普勒頻移。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段l 頻移大小和相對(duì)速度成正比，相對(duì)速度越快，頻偏越大；頻頻移大小和相對(duì)速度成正比，相對(duì)速度越快，頻偏越大；頻偏越大，數(shù)據(jù)誤碼率就越高偏越大，數(shù)據(jù)誤碼率就越高l 若接收端朝向發(fā)射端方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正（接收信若接收端朝向發(fā)射端方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正（接收信號(hào)號(hào) 頻率上升）；反之若接收端背向發(fā)射端方向運(yùn)動(dòng)，則多頻率上升）；反之若接收端背向發(fā)射端方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)（接收信號(hào)頻

14、率下降）普勒頻移為負(fù)（接收信號(hào)頻率下降） 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段常見的兩個(gè)單位解釋：常見的兩個(gè)單位解釋：v dB：是表征兩個(gè)功率的是表征兩個(gè)功率的相對(duì)值相對(duì)值，是沒有單位的。比如，是沒有單位的。比如A A基站基站的發(fā)射功率是的發(fā)射功率是600mw，B B基站是基站是300mw，那么，那么A A基站比基站比B B基基站發(fā)射功率高站發(fā)射功率高10lg（600/300）3dB。v dBm：是表證功率的是表證功率的絕對(duì)值絕對(duì)值，公式為，公式為dBm=10lg( (功率功率/1/1mW) )，500mw換算成換算成dBm就是就是10lg(500mW/1mW)27dBm。1

15、1W=30dbm，1mw=0dbm。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段干擾信號(hào)干擾信號(hào)有用信號(hào)有用信號(hào)功率功率功率功率頻率頻率頻率頻率合成信號(hào)合成信號(hào)功率功率頻率頻率f1f1f1兩個(gè)信號(hào)疊加兩個(gè)信號(hào)疊加同頻干擾同頻干擾 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段37C (0 dB)Ic (-9 dB)F1+ 200 kHz + 400 kHz鄰頻干擾鄰頻干擾 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段38互調(diào)干擾互調(diào)干擾 互調(diào)干擾中以三階互調(diào)干擾最為嚴(yán)重。 2f1f2、 f1 + f2 f3 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段天線的基本

16、原理天線的基本原理天線的基本特性天線的基本特性無線電波的干擾無線電波的干擾B Bl l a ah h blahbl ahblah傳輸線中傳輸線中的電磁能的電磁能轉(zhuǎn)化成自轉(zhuǎn)化成自由空間的由空間的電磁波電磁波 有效的接有效的接收或發(fā)射收或發(fā)射電磁波電磁波什么是天線？什么是天線？ 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段導(dǎo)線載有交變電流時(shí)就可以形成電磁波的輻射，其輻射的能力導(dǎo)線載有交變電流時(shí)就可以形成電磁波的輻射，其輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)。與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)會(huì)因相互抵消而導(dǎo)致輻射很微弱；若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)會(huì)因相互抵消而導(dǎo)致輻射很微弱；當(dāng)平行的

17、兩導(dǎo)線張開，電場(chǎng)就散播在周圍空間，輻射也將增強(qiáng)。當(dāng)平行的兩導(dǎo)線張開，電場(chǎng)就散播在周圍空間，輻射也將增強(qiáng)。因此天線可視為張開的終端開路的平行導(dǎo)線。因此天線可視為張開的終端開路的平行導(dǎo)線。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段通常將能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為通常將能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子振子。振子天線可看成由終端開路的平行導(dǎo)線張開而成。兩根導(dǎo)線稱為振子天線可看成由終端開路的平行導(dǎo)線張開而成。兩根導(dǎo)線稱為振子的兩臂，兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做振子的兩臂，兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之

18、一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子半波對(duì)稱振子。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段半波振子 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段反射板反射板振子振子天線就是由一系列半波振子疊加而成。天線就是由一系列半波振子疊加而成。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段各類各類半波振子半波振子水平面垂直面立體圖天線的方向性天線的方向性通常用天線方向圖來表示。它表示天線在各個(gè)方向上具有的發(fā)通常用天線方向圖來表示。它表示天線在各個(gè)方向上具有的發(fā)射或接收電磁波能力的圖形。射或接收電磁波能力的圖形。垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的 “ “面

19、包圈面包圈” ” 形的立體方形的立體方向圖。向圖。將將“面包圈面包圈”壓扁，信號(hào)就越集中，實(shí)際使用的天線經(jīng)常壓扁，信號(hào)就越集中，實(shí)際使用的天線經(jīng)常是采用多個(gè)振子來實(shí)現(xiàn)的。是采用多個(gè)振子來實(shí)現(xiàn)的。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段定向天線定向天線全向天線全向天線 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段全向天線全向天線 在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱全向天線。在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱全向天線。即水平方向圖基本為圓形。不過在垂直方向圖上，可以看到輻即水平方向圖基本為圓形。不過在垂直方向圖上，可以看到輻射能量是集中的，因此可以獲得天線增益。射

20、能量是集中的，因此可以獲得天線增益。全向天線一般由半波振子排列的直線陣組成。全向天線一般由半波振子排列的直線陣組成。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 定向天線的水平和垂直方向圖是非均勻的，也稱為扇區(qū)天定向天線的水平和垂直方向圖是非均勻的，也稱為扇區(qū)天線。一般由直線天線陣加上反射板構(gòu)成，或直接采用方向天線線。一般由直線天線陣加上反射板構(gòu)成，或直接采用方向天線（如八木天線）。（如八木天線）。定向天線定向天線后瓣后瓣副瓣副瓣主瓣主瓣方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的稱為方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的稱為主瓣，其余稱為副瓣或旁瓣。主瓣，其余稱為副瓣或旁瓣。15 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB32 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB52