無線通信技術(shù)基礎(chǔ)-02無線通信系統(tǒng)資料

1、無線通信技術(shù)(jsh)基礎(chǔ)第2章、無線通信系統(tǒng)(xtng)共三十二頁(yè)內(nèi)容(nirng)介紹 無線通信是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。近年來，在信息通信技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。無 線通信的應(yīng)用已深入到人們生活和工作的各個(gè)方面，移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、數(shù)字廣播和電視(dinsh)等都是最熱門的無線通信技術(shù)應(yīng)用。 無線通信系統(tǒng)是以無線通信技術(shù)為核心組成的通信設(shè)施，無線通信系統(tǒng)具有和有線通信系統(tǒng)不同的特點(diǎn)，可以為人類提供更加靈活的、無處不在的通信服務(wù)。共三十二頁(yè)本章(bn zhn)重點(diǎn)無線通信的頻段。無線

2、通信的工作方式。無線通信系統(tǒng)的組成(z chn)。典型的無線通信系統(tǒng)共三十二頁(yè)第2.1節(jié)、無線通信的頻段(pn dun)頻段名稱頻率范圍波段名稱波長(zhǎng)范圍極低頻（ELF）3 30Hz極長(zhǎng)波100 10Mm超低頻（SLF）30 300Hz超長(zhǎng)波10 1Mm特低頻（ULF）300 3000Hz特長(zhǎng)波1 Mm 100Km甚低頻（VLF）3 30KHz甚長(zhǎng)波100 10Km低頻（LF）30 300KHz長(zhǎng)波10 1Km中頻（MF）300 3000KHz中波1Km 100m高頻（HF）3 30MHz短波100 10m甚高頻（VHF）30 300MHz超短波（米波）10 1m特高頻（UHF）300 3000

3、MHz微波分米波1 0.1m超高頻（SHF）3 30GHz厘米波10 1 cm極高頻（EHF）30 300GHz毫米波10 1 mm至高頻（THF）300 3000GHz亞毫米波1 0.1 mm光頻100 1000THz光波300 3000 nm共三十二頁(yè)第2.1節(jié)、無線通信的頻段(pn dun)波段代號(hào)頻率范圍波長(zhǎng)范圍L1 2 GHz30 15 cmS2 4 GHz15 7.5 cmC4 8 GHz7.5 3.75 cmX8 13 GHz3.75 2.31 cmKu13 18 GHz2.31 1.67 cmK18 28 GHz1.67 1.07 cmKa28 40 GHz1.07 0.75

4、cm 現(xiàn)在的無線通信系統(tǒng)(xtng)主要使用微波頻段，其中：移動(dòng)通信系統(tǒng)主要使用分米波（3003000MHz），衛(wèi)星通信和微波中繼通信系統(tǒng)主要使用厘米波（330GHz）。行業(yè)內(nèi)部常把部分微波波段分為及幾個(gè)子波段。共三十二頁(yè)第2.2節(jié)、無線通信的工作(gngzu)方式 無線通信的工作方式可以分為單向通信方式和雙向通信方式兩大類別，而后者又分為單工通信方式、半雙工通信方式和全雙工通信方式三種。單向通信方式：通信雙方中的一方只能發(fā)送信號(hào)，另一方只能接收信號(hào)，收信方不能對(duì)發(fā)信方直接進(jìn)行信息反饋。典型應(yīng)用(yngyng)：尋呼、廣播。雙向單工通信方式：通信的雙方只能交替地進(jìn)行發(fā)信和收信，收發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行

5、。典型應(yīng)用：對(duì)講機(jī)，平時(shí)天線與收信機(jī)相連，當(dāng)一方需要講話時(shí)，要按下“送話”開關(guān)。共三十二頁(yè)第2.2節(jié)、無線通信的工作(gngzu)方式雙向半雙工通信方式：通信的一方使用雙頻雙工方式（可以同時(shí)收發(fā)），另一方則使用雙頻單工方式（只能交替發(fā)信和收信）。典型(dinxng)應(yīng)用：基群指揮調(diào)度電話系統(tǒng)，調(diào)度中心采用雙頻雙工方式（需要雙工器來完成收信和發(fā)信的信道隔離），“手臺(tái)”采用雙頻單工方式，需要講話時(shí)要按下“送話”開關(guān)。共三十二頁(yè)第2.2節(jié)、無線通信的工作(gngzu)方式雙向全雙工通信方式：通信雙方都可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)信和收信。收信與發(fā)信一般使用不同的工作頻率，稱為頻分雙工（FDD），這時(shí)通信雙方的設(shè)備

6、需要(xyo)雙工器來完成收信和發(fā)信的隔離。收信與發(fā)信也可以使用相同的頻率，在不同的時(shí)間發(fā)送信號(hào)，稱為時(shí)分雙工（TDD），這時(shí)通信雙方的設(shè)備需要射頻開關(guān)來完成收信和發(fā)信的隔離。典型應(yīng)用：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。共三十二頁(yè)第2.3節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的組成利用電磁波的輻射和傳播特性，經(jīng)過自由空間進(jìn)行信息傳送的通信方式稱之為無線通信（Radio Communication）。利用無線通信技術(shù)組成的通信系統(tǒng)就是無線通信系統(tǒng)，可以傳送電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像以及(yj)廣播電視節(jié)目等通信業(yè)務(wù)。無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機(jī)、收信機(jī)和與其連接的天饋系統(tǒng)（天線和饋線）構(gòu)成。共三十二頁(yè)第2.3節(jié)、無線通信系統(tǒng)(x

7、tng)的組成發(fā)信機(jī)：發(fā)信機(jī)的主要作用是將需要傳送的信源信號(hào)發(fā)送出去。首先，用信源信號(hào)對(duì)高頻(o pn)載波（正弦波）進(jìn)行調(diào)制形成調(diào)制載波。然后，調(diào)制載波經(jīng)過中頻放大、變頻和濾波后成為射頻載波。最后，將射頻載波送到功率放大器經(jīng)過放大后再送至天線發(fā)射出去?；鶐盘?hào)調(diào)制載波射頻載波共三十二頁(yè)第2.3節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的組成天饋系統(tǒng)：天饋系統(tǒng)是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括天線和饋線。天線就是把導(dǎo)行模式的射頻信號(hào)變換成擴(kuò)散模式的空間電磁波及其逆變換的傳輸模式轉(zhuǎn)換器。天線的主要作用是把發(fā)信機(jī)送來的射頻載波變成空間電磁波輻射出去（發(fā)射）或者把接收到的空間電磁波變成射頻載波送給收信機(jī)（接收

8、）。饋線的主要作用是把發(fā)射機(jī)輸出的射頻載波高效地送至天線，一方面要求饋線的衰耗要小，另一方面其阻抗應(yīng)當(dāng)與發(fā)射機(jī)的輸出阻抗(sh ch z kn)和天線的輸入阻抗相匹配。共三十二頁(yè)第2.3節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的組成收信機(jī)：收信機(jī)的主要作用是將天線接收的射頻載波恢復(fù)成信源信號(hào)并送給接受者（信宿）。收信機(jī)的工作過程實(shí)際上是發(fā)信機(jī)的逆過程。首先，對(duì)接收到的射頻載波（經(jīng)過空間(kngjin)傳輸后的微弱信號(hào)）進(jìn)行低噪聲放大。然后，經(jīng)過變頻、濾波和中頻放大后恢復(fù)出調(diào)制載波。最后，解調(diào)并還原出信源信號(hào)送給接收者?；鶐盘?hào)調(diào)制載波射頻載波共三十二頁(yè)第2.3節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的組成實(shí)際應(yīng)用的無

9、線通信系統(tǒng)大多數(shù)是采用雙向全雙工的通信方式，即通信的雙方都有發(fā)信機(jī)、收信機(jī)以及與其相連的天饋系統(tǒng)，這時(shí)收信機(jī)和發(fā)信機(jī)一般會(huì)做在一起(yq)而且?guī)в须p工器，稱之為收發(fā)信機(jī)。共三十二頁(yè)第2.4節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的數(shù)字化早期的無線通信系統(tǒng)基本都是采用模擬調(diào)頻技術(shù)。模擬無線通信系統(tǒng)的產(chǎn)生是由它的時(shí)代背景決定的，20世紀(jì)70 80年代，采用模擬無線通信技術(shù)是一個(gè)必然的選擇。模擬蜂窩移動(dòng)(ydng)通信系統(tǒng)發(fā)展迅速，獲得了很大成功，但是由于受到模擬技術(shù)的限制，暴露出了很多問題。頻率利用率較低。提供的業(yè)務(wù)種類有限，特別是不能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。保密性差，易被竊聽。移動(dòng)設(shè)備成本高，體積大。網(wǎng)絡(luò)管理與控

10、制存在很多問題。 這些問題很難在模擬技術(shù)的框架內(nèi)得到解決，必須突破模擬技術(shù)束縛。隨著數(shù)字通信技術(shù)的日趨成熟，為蜂窩系統(tǒng)從模擬系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。共三十二頁(yè)第2.4節(jié)、無線通信系統(tǒng)(xtng)的數(shù)字化數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信(tng xn)系統(tǒng)能夠很好地解決這些問題，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：頻譜利用率高，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量。大幅度提高系統(tǒng)容量是無線通信系統(tǒng)從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力之一。能提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)。除話音業(yè)務(wù)以外，還可以傳輸數(shù)據(jù)、圖像和視頻等業(yè)務(wù)。信息安全性好。只有采用數(shù)字傳輸技術(shù)才能真正解決信息安全問題?？剐诺浪ヂ涞哪芰?qiáng)。除了分集以外，還可以采用擴(kuò)頻、跳頻、交織、均衡以及信道

11、編碼等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。數(shù)字系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量較高、話音質(zhì)量好。能實(shí)現(xiàn)更有效、更靈活的網(wǎng)絡(luò)管理。全數(shù)字化的蜂窩無線通信系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)管理與控制。系統(tǒng)和設(shè)備成本低、體積小。等等共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng) 無線通信技術(shù)最典型的應(yīng)用之一是移動(dòng)通信，即利用無線信道實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信。 移動(dòng)通信系統(tǒng)通常是一個(gè)有線技術(shù)和無線技術(shù)相結(jié)合的綜合通信系統(tǒng)，用戶終端與通信系統(tǒng)之間的接入鏈路采用無線方式，由于用戶終端“可移動(dòng)性”的特點(diǎn)，使人們希望隨時(shí)、隨地進(jìn)行各種( zhn)信息交互的愿望成為現(xiàn)實(shí)。 無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)過了幾個(gè)發(fā)展階段，從單向的無線尋呼

12、，到固定電話的無線延伸，直到現(xiàn)在的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)1、無線尋呼系統(tǒng) 尋呼系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代前后得到了廣泛的應(yīng)用，在蜂窩移動(dòng)(ydng)通信系統(tǒng)大規(guī)模普及之前，無線尋呼系統(tǒng)是主要的移動(dòng)通信手段。 無線尋呼系統(tǒng)是一種傳送簡(jiǎn)單信息的單向通信系統(tǒng)，它由尋呼控制中心、基站和尋呼接收機(jī)（俗稱BP機(jī)或BB機(jī)）三部分組成。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)2、無繩電話(w shn din hu)系統(tǒng) 無繩電話系統(tǒng)是PSTN電話網(wǎng)絡(luò)的無線延伸，它主要由基站和移動(dòng)終端組成。通常將之安裝在話務(wù)量較高的熱點(diǎn)地區(qū)。共三十二頁(yè)第2.5

13、節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)3、集群調(diào)度系統(tǒng) 集群調(diào)度通信系統(tǒng)是一種(y zhn)專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要由控制中心、基站調(diào)度臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)組成。集群調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)多信道工作的系統(tǒng)，最大特點(diǎn)是集中和分級(jí)管理并舉，系統(tǒng)可以供多個(gè)單位同時(shí)使用。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)4、無線接入系統(tǒng) 傳統(tǒng)的用戶接入系統(tǒng)采用雙絞線電纜進(jìn)行連接，需要敷設(shè)地下電纜或架設(shè)明線。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，用無線取代(qdi)有線來迅速解決用戶接入的方案得到推廣。利用無線通信技術(shù)將用戶接入到市話網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)稱之為無線接入系統(tǒng)。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)無線接入

14、系統(tǒng)的特點(diǎn)建設(shè)(jinsh)速度快。安裝靈活方便。造價(jià)低。安全性好、抗災(zāi)害能力強(qiáng)。適應(yīng)個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展。無線接入系統(tǒng)的應(yīng)用范圍人口稀疏的農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)。城市繁華商業(yè)區(qū)和新興居民區(qū)。難以架設(shè)有線電纜的地區(qū)。需要迅速建立應(yīng)急通信的地區(qū)。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)5、無線局域網(wǎng) WLAN作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸，是利用無線技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻信信息(xnx)。WLAN可以讓覆蓋區(qū)域的人員隨時(shí)隨地獲取信息，提高員工的辦公效率。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)6、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，每個(gè)基站發(fā)射機(jī)的覆蓋范圍

15、都限制在一個(gè)稱為“蜂窩（Cell）”的很小的地理范圍（無線小區(qū)）內(nèi)，使用“越區(qū)切換(qi hun)”技術(shù)，可以保證移動(dòng)用戶從一個(gè)蜂窩移動(dòng)到另一個(gè)蜂窩時(shí)不會(huì)中斷通話。 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)方式，用戶可以在同一個(gè)運(yùn)營(yíng)商所服務(wù)的不同地區(qū)“漫游”。甚至可以在采用相同標(biāo)準(zhǔn)的不同國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商之間進(jìn)行漫游?？梢哉f真正意義上的移動(dòng)通信是從蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的大規(guī)模商用開始的。 一個(gè)最基本的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由移動(dòng)臺(tái)（MS）、基站（BTS）和移動(dòng)交換中心（MSC）組成。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)（MS）：包括無線

16、收發(fā)信機(jī)、天線和控制電路，既可以是安裝在汽車上的移動(dòng)終端，也可以是便攜式的手機(jī)，移動(dòng)臺(tái)通過無線信道與基站連接?；荆˙TS）：由若干套無線收發(fā)信機(jī)組成，以便進(jìn)行雙工通信，它通過有線或微波線路與MSC連接，起到移動(dòng)臺(tái)和MSC之間的橋梁作用。一個(gè)大城市的蜂窩系統(tǒng)通常有上千個(gè)基站。移動(dòng)交換中心（MSC）：負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有基站的工作并將整個(gè)蜂窩系統(tǒng)連接到PSTN。MSC負(fù)責(zé)所有移動(dòng)臺(tái)之間以及移動(dòng)臺(tái)與PSTN之間的連接和交換，主要功能與PSTN中的電話交換局類似(li s)。由于要處理鑒權(quán)、漫游和越區(qū)切換等操作，MSC比PSTN的電話交換局要復(fù)雜得多。典型的MSC可以管理幾十萬個(gè)蜂窩用戶，還要承擔(dān)所有的用戶

17、計(jì)費(fèi)及系統(tǒng)維護(hù)，一個(gè)大城市的蜂窩系統(tǒng)通常會(huì)包括幾個(gè)MSC。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)7、衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信的最大優(yōu)點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件限制、傳輸容量大、建設(shè)周期短、可靠性高。衛(wèi)星通信是解決全球通信覆蓋的最佳選擇之一。理論上三顆彼此相隔120的同步衛(wèi)星，就可以覆蓋地球除兩極(lingj)部分地區(qū)以外的全部區(qū)域。同步軌道衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)：同步衛(wèi)星位于地球赤道上空大約三萬六千公里，繞地球運(yùn)行的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，從地面看衛(wèi)星相對(duì)于地球是靜止的。在通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的中心城市建立一個(gè)大型衛(wèi)星地球站（中心站）并與電信網(wǎng)絡(luò)連接，在電信網(wǎng)絡(luò)還沒有覆蓋

18、的偏遠(yuǎn)地區(qū)建立一些小型衛(wèi)星地球站（遠(yuǎn)端站），就可以構(gòu)成一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。同步軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：采用移動(dòng)終端與一個(gè)大的岸站協(xié)調(diào)工作還可以構(gòu)成衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，支持話音、數(shù)據(jù)、圖象等移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：利用低軌道衛(wèi)星組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星終端微型化的方案之一。 要實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球移動(dòng)通信，利用衛(wèi)星移動(dòng)通信對(duì)現(xiàn)有的陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充是一種最佳選擇。在人口密集、基站建設(shè)和維護(hù)方便的地區(qū)建立蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，邊遠(yuǎn)地區(qū)（如山區(qū)、沙漠、海洋）采用衛(wèi)星移動(dòng)通信

19、系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。同時(shí)衛(wèi)星系統(tǒng)還可以作為陸地蜂窩系統(tǒng)的備份鏈路，一旦發(fā)生破壞性的自然災(zāi)害造成地面系統(tǒng)失效，衛(wèi)星系統(tǒng)仍然可以為受災(zāi)地區(qū)提供通信服務(wù)，為救災(zāi)和災(zāi)后重建提供通信保障。 低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型代表是美國(guó)(mi u)的“銥”星系統(tǒng)。遺憾的是，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的原因，“銥”星系統(tǒng)最后宣布破產(chǎn)，但是它所提出的利用低軌道衛(wèi)星為地球上的用戶提供移動(dòng)通信服務(wù)的技術(shù)方向，已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同。共三十二頁(yè)第2.5節(jié)、典型(dinxng)的無線通信系統(tǒng)共三十二頁(yè)第2.6節(jié)、個(gè)人(grn)通信的概念個(gè)人通信服務(wù)（PCS）是20世紀(jì)80年代末期提出來的一個(gè)未來通信發(fā)展的理想，其核心理念是實(shí)現(xiàn)任何人（Who

20、ever）、任何時(shí)間（Whenever）、任何地點(diǎn)（Wherever），能夠向任何其它人（Whomever）傳送任何信息(xnx)（Whatever）的通信（5W）。PCS把通信服務(wù)的概念從“服務(wù)到終端”推向“服務(wù)到個(gè)人”。目前，PCS的發(fā)展熱點(diǎn)是個(gè)人無線通信系統(tǒng)，包括高密度慢速移動(dòng)通信、高速遠(yuǎn)距離移動(dòng)通信以及衛(wèi)星移動(dòng)通信等。PCS是一個(gè)包含數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)和固定無線接入系統(tǒng)等范圍更加廣泛的通信服務(wù)的總稱。當(dāng)前世界正處于電信革命時(shí)期，這個(gè)革命將給人們提供無處不在的通信服務(wù)，而不必關(guān)心用戶在哪里。這個(gè)新的領(lǐng)域需要能設(shè)計(jì)和開發(fā)新的無線系統(tǒng)并能理解任何實(shí)際系統(tǒng)的工程技術(shù)人員，只有掌握了基本的個(gè)人無線通信系統(tǒng)的技術(shù)概念才能做到這些