河南城建學(xué)院無線通信課件(老師：張洛花)

現(xiàn)代無線通信技術(shù)60學(xué)時(1-15周)考試1無線通信新技術(shù)內(nèi)容010203緒論無線通信基礎(chǔ)無線通信基本技術(shù)移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)04無線通信系統(tǒng)0506(無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理、概念等)(無線信道傳輸理論)(移動通信組網(wǎng)技術(shù))(常見的無線通信網(wǎng))2課程目標(biāo)熟悉無線通信特點(diǎn)、典型系統(tǒng)、主要技術(shù)、組網(wǎng)形式掌握電波傳播的特性、抗衰落技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、多址技術(shù)等掌握GSM系統(tǒng)、IS-95CDMA系統(tǒng)熟悉GPRS系統(tǒng)、3G系統(tǒng)掌握移動通信組網(wǎng)技術(shù)(越區(qū)切換、頻率復(fù)用、位置管理等)3問題1描述：一個RJ-11通常只能對應(yīng)一臺電話，而基站的一面天線要同時接收很多手機(jī)的信號，如何區(qū)分哪個信號來自那個手機(jī)？困惑一：基站如何區(qū)分手機(jī)。問題2描述：固定電話要和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系是非常簡單的，只需要找到電話線的插口插上即可，而手機(jī)要麻煩的多，能讓它接入的無線網(wǎng)絡(luò)的基站在哪里，如何才能找到？困惑二：手機(jī)如何找到基站。通過與有線通信的比較，我們通常會有以下問題：4問題3描述：固定電話的位置是固定的，通信網(wǎng)絡(luò)要找你，把信號送入指定的電話線和指定的接口即可；而無線通信就不同了，手機(jī)的位置隨時在變化，誰知道手機(jī)在哪個基站的下面，有電話要找你，怎么才能知道你在哪里呢？困惑三：基站如何找到手機(jī)？問題4描述：在有線通信時，確定一個用戶的身份很簡單的，電話線就裝在你家里，想賴賬，門都沒有；在無線通信時代，大家都是通過電磁波在空中傳送信號，沒有實體接口可以確認(rèn)身份，那么就得有別的辦法確認(rèn)你是不是合法的用戶，要是讓非法的用戶進(jìn)入了系統(tǒng)，可沒法循著電磁波去找人要錢。困惑四：如何識別手機(jī)用戶的身份。5問題5描述：空中接口的電磁波是開放的，誰都可以截到，這個我們在影視劇中沒有少看到這一幕。要是不想被人竊聽，該如何加密呢？困惑五：如何保證通話不被他人竊聽。問題6描述：手機(jī)在通話過程中位置不斷變化，通話環(huán)境也會隨之變化，怎樣才能保證電話不中斷。困惑六：如何保證手機(jī)在“移動”時通話的質(zhì)量。6通過本課程還要解決的以下主要問題基站如何區(qū)分手機(jī)（用戶）手機(jī)如何找到基站基站如何找到手機(jī)如何識別手機(jī)用戶的身份如何保證通話不被他人竊聽如何保證“移動”著打電話不會有問題7無線通信原理與應(yīng)用作者：(美國)拉帕波特編著出版社：電子工業(yè)出版社

無線通信作者:(美國)莫利斯編著出版社:電子工業(yè)出版社

參考：現(xiàn)代無線通信技術(shù)

作者:鄔正義主編

出版社:高等教育出版社

8通信與我們生活息息相關(guān)烽火狼煙是中國古代一種重要的通信方式利用驛站或飛鴿傳遞文書信息AB91837年莫爾斯電報發(fā)報收報傳輸線話筒耳機(jī)1876年貝爾電話生活中的通信經(jīng)歷了從有線到無線的發(fā)展列舉無線通信的例子10無線通信對人們生活也有著重要的影響…海上通信飛行通信廣播電視業(yè)余無線電手機(jī)短波電臺中繼通信微波通信11衛(wèi)星通信藍(lán)牙紅外射頻激光等等12

無線通信：利用電磁波信號可以在自由空間中進(jìn)行傳播的特性實現(xiàn)信息交換的一種通信方式。

在移動中實現(xiàn)的無線通信又稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。那究竟什么是無線通信呢？無線通信=移動通信？實現(xiàn)無線通信的基礎(chǔ)是電磁波傳播理論。13

移動通信是無線通信的重要方面。

除了移動通信之外，無線通信還包括許多其他系統(tǒng)，如無線遙控、無線檢測、射頻識別（RFID）、無線定位等。

市場應(yīng)用需求的迅猛增長

超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展

數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展推動無線通信快速發(fā)展的重要因素近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展速度最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)了。141.1無線通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成1.2無線通信系統(tǒng)的主要規(guī)格指標(biāo)1.3無線通信技術(shù)的發(fā)展1.4無線通信的發(fā)展趨勢1.5現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)實例1.6無線通信面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)第一章緒論15

1.1無線通信系統(tǒng)的構(gòu)成

無線通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1-1所示。圖1-1無線通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成161、信源是發(fā)出信息的基本設(shè)施；

2、信宿是信息的接收者；

發(fā)射機(jī)將信源產(chǎn)生的消息信號變換成便于通過空間傳播的電磁波信號形式，并送入無線傳播信道。

3、信源編碼將來自信源的連續(xù)信號變換為數(shù)字信號，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s處理以提高傳輸效率。

4、信道編碼是在信號中加入一些監(jiān)督碼元，以提高傳輸?shù)目煽啃院陀行?。信道編碼部分輸出的是數(shù)字基帶信號。

5、調(diào)制器將數(shù)字基帶信號調(diào)制到中頻載波上。176、頻率變換將調(diào)制后的中頻信號變換到適合發(fā)送的射頻頻段。

7、功率放大的作用是將射頻信號提升到一定的功率電平，以保證無線通信系統(tǒng)的距離覆蓋達(dá)到一定的范圍。

8、發(fā)射天線的作用是將射頻傳導(dǎo)功率變換為在空間傳播的電磁波功率。

9、接收天線的作用是將在空間傳播的電磁波功率轉(zhuǎn)換為射頻傳導(dǎo)功率。

頻率變換與功率放大部分的主要構(gòu)成見圖1-2。18圖1-2頻率變換與功率放大部分的構(gòu)成框圖頻率變換與功率放大部分的主要構(gòu)成見圖1-2。防止收發(fā)信號干擾19雙工器的作用：對發(fā)射機(jī)與接收機(jī)進(jìn)行隔離，將來自發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號送到天線發(fā)射出去，而不會進(jìn)入接收機(jī);同時將來自天線的接收信號送到接收機(jī),而不進(jìn)入發(fā)射機(jī)。

有些無線設(shè)備的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)分別配有自己的天線。收發(fā)設(shè)備之間的影響相對容易隔離。

但在小型設(shè)備中，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)一般共用一副天線(特別是用戶終端設(shè)備上)。20信號在空間直接發(fā)送存在的問題1、天線尺寸：天線尺寸與被輻射信號的波長相比擬（同一數(shù)量級）時，信號才能被天線有效的輻射出去。

原始電信號一般是低頻信號，如語音信號頻率范圍

f:20Hz-20KHz

λ=c/f

，λ20kHz=15Km；λ20Hz=1.5×104Km。

波長很長。要制造出相應(yīng)的巨大天線是不現(xiàn)實的。2、信號選擇：如果直接發(fā)射，多家電臺的發(fā)射信號頻率范圍大致相同，接收機(jī)無法區(qū)分?！盎鶐盘柌荒苓h(yuǎn)距離無線傳輸”問題的解決——調(diào)制把待傳送信號“裝載”到高頻振蕩信號上的過程。為什么要進(jìn)行調(diào)制？21調(diào)制的概念低頻信號加載高頻振蕩信號調(diào)制信號載波信號uΩ=UΩmcosΩtuC==UCmcos(ωct+φ0)uC=UCmcos(ωct+φ0)調(diào)幅調(diào)相調(diào)頻三種信號調(diào)制信號、載波信號和已調(diào)信號三種方式調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）22例:調(diào)幅已調(diào)波調(diào)頻已調(diào)波調(diào)制的好處：由于傳送的是高頻振蕩信號，所需天線尺寸便可大大減小。不同的發(fā)射臺可以采用不同頻率的高頻信號作為載波，這樣在頻譜上就可以互相區(qū)分開了。23振蕩器高頻放大器(倍頻器)高頻功放及調(diào)制話筒低頻放大器典型發(fā)送設(shè)備的組成框圖24本地振蕩器高頻放大器混頻器中頻放大器振幅檢波器低頻放大器超外差式無線電接收機(jī)的框圖信號的“卸載”—解調(diào)：從已調(diào)波信號中“取出”調(diào)制信號的過程。解調(diào)的三種方式：①對調(diào)幅波的解調(diào)—檢波②對調(diào)頻波的解調(diào)—鑒頻③對調(diào)相波的解調(diào)—鑒相揚(yáng)聲器25無線電通信系統(tǒng)的組成和簡單工作過程發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)射天線接收天線饋線饋線電磁波26無線電通信系統(tǒng)的組成和簡單工作過程接收機(jī)發(fā)射天線接收天線饋線饋線電磁波調(diào)制器混頻器高頻放大器高頻振蕩器27無線電通信系統(tǒng)的組成和簡單工作過程發(fā)射天線饋線電磁波調(diào)制器混頻器高頻放大器高頻振蕩器低頻（基帶）信號中頻信號高頻振蕩信號射頻信號28接收天線饋線第一混頻器高頻放大器一本振第二混頻器二本振二中放解調(diào)器低頻（基帶）放大器一中放電磁波無線電通信系統(tǒng)的組成和簡單工作過程29按通話狀態(tài)的不同，無線通信系統(tǒng)可以分為如下三種類型。

（1）單工無線通信系統(tǒng)。只提供單向通信的系統(tǒng)，如無線電廣播系統(tǒng)、無線尋呼系統(tǒng)。

（2）半雙工無線通信系統(tǒng)。通信雙方交替地進(jìn)行收信和發(fā)信(按下“按講“開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作)

，收信和發(fā)信不能同時進(jìn)行。主要用于專業(yè)移動通信系統(tǒng)，如對講系統(tǒng)、汽車調(diào)度系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)的分類130

（3）全雙工無線通信系統(tǒng)。允許通信雙方同時進(jìn)行發(fā)信和收信的無線通信系統(tǒng)。移動通信中廣泛采用的通信方式。蜂窩電話是當(dāng)前典型的全雙工系統(tǒng)。31實現(xiàn)全雙工系統(tǒng)采用的雙工技術(shù)：

時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)兩種。

FDD是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)采用兩個不同的無線頻率進(jìn)行工作，從而實現(xiàn)收發(fā)隔離的雙工技術(shù)。

由于收發(fā)信機(jī)工作頻率不同，因此，在設(shè)計雙工器時，使用合適的濾波器就可以實現(xiàn)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的隔離。

目前應(yīng)用的大多數(shù)無線通信系統(tǒng)都采用FDD，如GSM、WCDMA、CDMA2000等。頻分雙工(FDD)利用頻段的不同來區(qū)分上下行32時分雙工（TDD）

TDD是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一個無線頻率信道上分時進(jìn)行工作，發(fā)射時不接收，接收時不發(fā)射，通過分時控制來避免發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間可能產(chǎn)生的干擾。如PHS（小靈通）、TD-SCDMA等上下行通信采用同一個頻段，但在不同時隙間進(jìn)行收發(fā)33

TDD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):

1、不需要使用成對的頻譜資源。在當(dāng)前頻率資源越來越緊張的情況下，該特點(diǎn)給頻譜資源的分配帶來了很大方便。

2、可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要動態(tài)地分配下行鏈路和上行鏈路的時間長度比例。適用于上下行鏈路不對稱、具有不同數(shù)據(jù)傳輸速率的業(yè)務(wù)。

比如，訪問互聯(lián)網(wǎng)時往往要從網(wǎng)絡(luò)上下載大量數(shù)據(jù)，而向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的數(shù)據(jù)量一般都非常小，這時可以將TDD系統(tǒng)上行鏈路的時間縮短，將更多的時間分配給下行鏈路。34蜂窩移動通信系統(tǒng)中的幾個常用術(shù)語

移動臺(MS)：用戶使用的移動終端設(shè)備。

基站(BS)：為MS提供網(wǎng)絡(luò)無線接入服務(wù)的設(shè)備。

無線小區(qū)(cell)：一個基站提供服務(wù)的地域范圍。

小區(qū)覆蓋半徑：基站和移動臺之間能夠可靠通信的

最大距離。

移動臺(MS)基站(BS)無線小區(qū)(cell)小區(qū)覆蓋半徑35前向信道：從BS向MS傳輸信息的無線信道，也叫下行鏈路。

反向信道：從MS向BS傳輸信息的無線信道，也叫上行鏈路。前向信道反向信道36移動交換中心蜂窩A基站移動臺上行鏈路蜂窩B下行鏈路R移動臺、基站、無線小區(qū)、小區(qū)覆蓋半徑、上行鏈路、下行鏈路37

無線通信系統(tǒng)通常要同時服務(wù)于眾多用戶，網(wǎng)內(nèi)任一用戶發(fā)送的信號，其他用戶均可收到，所以，網(wǎng)內(nèi)用戶如何從眾多信號中識別出發(fā)送給本用戶地址的信號就成為了建立連接的首要問題，這就是多址接入問題。解決多址接入問題的方法稱為多址接入技術(shù)。多址接入技術(shù)38多址接入技術(shù)基本類型:目的：主要是解決更多用戶能方便地接入網(wǎng)絡(luò)，不會造成相互干擾或擁堵。空分多址SDMA、隨機(jī)多址等碼分多址CDMA時分多址TDMA頻分多址FDMA典型的多址方式基本思想：合理地分配給定的頻譜資源，從而使得系統(tǒng)能夠容納的用戶數(shù)最多（提高頻譜利用率）。39一個頻率對應(yīng)一個用戶FDMA：不同用戶分配不同工作頻率，避免多用戶相互干擾。4041一個時隙對應(yīng)一個用戶

TDMA：讓所有用戶工作在同一個頻率上，但在時間上分配不同的時間段，從而避免相互間的干擾。42不同用戶工作在同一頻道的不同時隙43一個碼型對應(yīng)一個用戶CDMA系統(tǒng)也是讓所有用戶工作在同一個頻率上，但對不同用戶的信息使