《無(wú)線通信基本原理、基本概念》

課程簡(jiǎn)介面向?qū)ο螅撼跫?jí)設(shè)計(jì)人員課程目的：理解和掌握無(wú)線通信基本原理、常用名詞術(shù)語(yǔ)的基本含義。

課程要求：理解和掌握無(wú)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(shí)及描述天線特性的各種參數(shù)的定義.

1第一頁(yè)，共50頁(yè)。第一頁(yè)，共50頁(yè)。背景知識(shí)通信按傳輸媒體分為無(wú)線通信和有線通信兩大類。移動(dòng)通信、衛(wèi)星、微波、無(wú)線接入等都是無(wú)線通信，無(wú)線通信信號(hào)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(diǎn)。2第二頁(yè)，共50頁(yè)。第二頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)編碼調(diào)制電波傳播基本知識(shí)天線知識(shí)3第三頁(yè)，共50頁(yè)。第三頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)無(wú)線通信概念無(wú)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(zhǎng)λ、頻率f的關(guān)系雙工方式與多址方式蜂窩移動(dòng)通信編碼調(diào)制電波傳播基本知識(shí)天線知識(shí)4第四頁(yè)，共50頁(yè)。第四頁(yè)，共50頁(yè)。無(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)簡(jiǎn)略框圖ADA5第五頁(yè)，共50頁(yè)。第五頁(yè)，共50頁(yè)。無(wú)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(zhǎng)分類：長(zhǎng)、中波、短波等按無(wú)線應(yīng)用分類：移動(dòng)、無(wú)線接入、微波、衛(wèi)星等按工作狀態(tài)分類：固定、移動(dòng)等按在通信網(wǎng)中的位置分類：無(wú)線傳輸、無(wú)線接入6第六頁(yè)，共50頁(yè)。第六頁(yè)，共50頁(yè)。無(wú)線頻段的劃分

7第七頁(yè)，共50頁(yè)。第七頁(yè)，共50頁(yè)。常用通信使用頻段移動(dòng)通信8第八頁(yè)，共50頁(yè)。第八頁(yè)，共50頁(yè)。常用通信使用頻段（續(xù)）微波4～11GHz,13GHz,15GHz,18GHz衛(wèi)星1.5GHz,2.5GHz,4/6GHz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz,30GHz,40GHz無(wú)線接入2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz9第九頁(yè)，共50頁(yè)。第九頁(yè)，共50頁(yè)。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(hào)功率（W）N－噪聲功率（W）擴(kuò)頻通信即據(jù)此原理。10第十頁(yè)，共50頁(yè)。第十頁(yè)，共50頁(yè)。波長(zhǎng)λ、頻率f的關(guān)系c=f*λ

c為光速，數(shù)值為3×108m/s。

f為頻率，單位Hzλ為波長(zhǎng)，單位為m11第十一頁(yè)，共50頁(yè)。第十一頁(yè)，共50頁(yè)。雙工方式與多址方式雙工方式TDD（時(shí)分雙工）：收發(fā)信共用一射頻頻點(diǎn)，上、下行鏈路使用不同的時(shí)隙來(lái)進(jìn)行通信。FDD（頻分雙工）：收發(fā)信使用一個(gè)不同的射頻頻點(diǎn)來(lái)進(jìn)行通信。多址方式TDMA(時(shí)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(shí)隙來(lái)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(diǎn)載波來(lái)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(lái)區(qū)分。12第十二頁(yè)，共50頁(yè)。第十二頁(yè)，共50頁(yè)。蜂窩移動(dòng)通信覆蓋區(qū)分成若干個(gè)小的區(qū)域（小區(qū)），每個(gè)小區(qū)至少用一臺(tái)發(fā)射機(jī)進(jìn)行覆蓋。小區(qū)基站小區(qū)/基站13第十三頁(yè)，共50頁(yè)。第十三頁(yè)，共50頁(yè)。小結(jié)無(wú)線通信基本常識(shí)無(wú)線通信概念無(wú)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(zhǎng)λ、頻率f的關(guān)系雙工方式與多址方式蜂窩移動(dòng)通信14第十四頁(yè)，共50頁(yè)。第十四頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)編碼信源編碼語(yǔ)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(shí)天線知識(shí)15第十五頁(yè)，共50頁(yè)。第十五頁(yè)，共50頁(yè)。信源編碼信源編碼：把語(yǔ)言、圖像等原始信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的編碼。語(yǔ)音編碼常見通信系統(tǒng)的語(yǔ)言編碼16第十六頁(yè)，共50頁(yè)。第十六頁(yè)，共50頁(yè)。信道編碼信道編碼（ChannelCoding）：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(yǔ)音業(yè)務(wù)在內(nèi)的速率相對(duì)較低的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)編碼。（前向鏈路卷積編碼：編碼率＝1/2，約束長(zhǎng)度＝9）17第十七頁(yè)，共50頁(yè)。第十七頁(yè)，共50頁(yè)。信道編碼（續(xù)）Turbo編碼適用于傳輸速率較高但實(shí)時(shí)性要求不高的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)編碼。18第十八頁(yè)，共50頁(yè)。第十八頁(yè)，共50頁(yè)。小結(jié)編碼信源編碼語(yǔ)音編碼信道編碼卷積編碼Turbo編碼19第十九頁(yè)，共50頁(yè)。第十九頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)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(shí)天線知識(shí)20第二十頁(yè)，共50頁(yè)。第二十頁(yè)，共50頁(yè)。調(diào)制分類21第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。FSK、GFSK調(diào)制22第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。MSK、GMSK調(diào)制GMSK調(diào)制為MSK調(diào)制器的基礎(chǔ)上增加前置濾波器23第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。BPSK調(diào)制24第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。QPSK調(diào)制25第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。QAM調(diào)制改變相位和幅度的調(diào)制26第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。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27第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)編碼調(diào)制電波傳播基本知識(shí)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(duì)電波傳播的影響多普勒頻移極化分集干擾天線知識(shí)28第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。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Ｌ觳▊鞑ネㄟ^高空電離層反射傳播?？臻g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(duì)流層和電離層的不均勻性來(lái)散射傳播。長(zhǎng)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)。29第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。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(wú)線路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射。反射當(dāng)電波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射。散射當(dāng)波穿行的介質(zhì)存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常大時(shí)，發(fā)生散射。30第三十頁(yè)，共50頁(yè)。第三十頁(yè)，共50頁(yè)。自由空間傳播電波在理想的完全無(wú)阻擋的真空中的傳播。計(jì)算公式：LF＝92.4+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。31第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。大、小尺度路徑損耗大尺度路徑損耗

無(wú)線信號(hào)經(jīng)長(zhǎng)距離上的場(chǎng)強(qiáng)變化。如，自由空間損耗。

小尺度路徑損耗

無(wú)線信號(hào)經(jīng)過短時(shí)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32第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。第三十二頁(yè)，共50頁(yè)?？?、慢衰落快衰落由于多徑傳播而引起的接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)短時(shí)間內(nèi)隨機(jī)快速起伏。慢衰落

傳播路徑上阻擋物陰影引起的接收信號(hào)強(qiáng)度中值的緩慢變化。33第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。平衰落和選擇性衰落

平衰落

發(fā)射信號(hào)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(hào)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(shí)，易發(fā)生選擇性衰落。34第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。降雨損耗對(duì)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(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)傳播的影響；降雨強(qiáng)度越大、頻率越高則降雨損耗越大。35第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。多普勒頻移

基站與移動(dòng)臺(tái)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)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/λ*COSθ，單位HzV－移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速率，單位m/s；

λ－波長(zhǎng)，單位為m；

θ－移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與入射波的夾角。36第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。極化波的極化是指電場(chǎng)的取向隨時(shí)間變化的方式。電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量具有不同振幅和相位關(guān)系時(shí)，可能形成三種不同的極化:

線極化：電場(chǎng)取向固定不變。園極化：電場(chǎng)取向隨時(shí)間作圓的變動(dòng)。橢圓極化：電場(chǎng)取向隨時(shí)間作橢圓的變動(dòng)37第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。分集分集目的：對(duì)抗衰落通過多個(gè)接收機(jī)接收同一內(nèi)容的信號(hào)，然后通過選擇最好的一路信號(hào)或幾路接收到的信號(hào)同相合成。分集主要有：頻率分集－用多個(gè)載波傳輸同一信號(hào)空間分集－用多個(gè)天線接收或發(fā)射同一信號(hào)極化分集－在不同的極化方式傳輸同一信號(hào)時(shí)間分集－在不同的時(shí)隙上傳輸同一信號(hào)38第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。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39第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。小結(jié)電波傳播基本知識(shí)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(duì)電波傳播的影響多普勒頻移極化分集干擾40第四十頁(yè)，共50頁(yè)。第四十頁(yè)，共50頁(yè)。內(nèi)容提綱無(wú)線通信基本常識(shí)編碼調(diào)制電波傳播基本知識(shí)天線知識(shí)天線類型描述天線的參數(shù)41第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。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：?jiǎn)螛O化、雙極化按下傾分類：機(jī)械下傾、電下傾按頻帶分類：?jiǎn)晤l、雙頻、多頻按安裝位置分類：室內(nèi)、室外42第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。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。43第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。描述天線的參數(shù)（續(xù)）天線方向性圖44第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。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(shí)，會(huì)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(hào)電平與給定方向上交叉極化信號(hào)電平的比值。45第四十五頁(yè)，共50頁(yè)。第四十五頁(yè)，共50頁(yè)。描述天線的參數(shù)（續(xù)）反射系數(shù)Г、駐波比VSWR、回波損耗RL的關(guān)系反射系數(shù)Г:天線入口反射電壓與輸入電壓之比回波損耗RL:天線入口輸入功率與反射功率之比三者關(guān)系46第四十六頁(yè)，共50頁(yè)。第四十六頁(yè)，共50頁(yè)。小結(jié)天線知識(shí)天線類型描述天線的參數(shù)47第四十七頁(yè)，共50頁(yè)。第四十七頁(yè)，共50頁(yè)。dB、dBi、dBd、dBm、dBuv、dBc的區(qū)別dB表示兩者數(shù)值之間的相對(duì)大小關(guān)系。數(shù)值A(chǔ)比B大多少dB計(jì)算公式為：功率：10*lg(A/B)，電壓：20*lg(A/B)dBi、dBd兩者均為用來(lái)表示天線增益的單位dBi是用理想點(diǎn)源全向天線為參考得出的天線增益dB值dBd是用半波耦極子的天線增益為參考得出的天線增益dB值dBi、dBd兩者之間的數(shù)值關(guān)系為同一天線增益用前者表示的值為后者值加2.15dBdBm、dBuvdBm表示信號(hào)功率相對(duì)于1mw的對(duì)數(shù)值,計(jì)算公式：10*lg(功率值(mw)/lmw)dBuv表示信號(hào)強(qiáng)度電壓值相對(duì)于1uv的對(duì)數(shù)值,計(jì)算公式：20*lg(信號(hào)電壓值(uv)/luv)同一信號(hào)用