無(wú)線通信工程

無(wú)線通信工程第1頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程簡(jiǎn)介課程名稱：無(wú)線通信工程講課教師：姚彥課內(nèi)總學(xué)時(shí)：32課程目的以面向21世紀(jì)的無(wú)線通信為背景，介紹無(wú)線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調(diào)制與編碼、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、抗衰落與抗干擾技術(shù)以及無(wú)線通信的新技術(shù)和新應(yīng)用，為從事這一領(lǐng)域研究的學(xué)生提供最基本的入門知識(shí)。課程概況第2頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 第一講緒論 第二講組成及規(guī)范 第三講信道 第四講基帶傳輸 第五講載波傳輸 第六講信源編碼 第七講信道編碼 第八講多址1

課程大綱 第九講多址2 第十講抗衰落 第十一講抗干擾 第十二講無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng) 第十三講新技術(shù)及新應(yīng)用1 第十四講新技術(shù)及新應(yīng)用2 第十五講總復(fù)習(xí) 第十六講考試

第3頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說(shuō)明姚彥yaoy@可以通過(guò)Email答疑考試要求：以掌握基本概念為主第4頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一講緒論歷史環(huán)境應(yīng)用發(fā)展第5頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（1）通信發(fā)展歷史的回顧通信（Communication)作為電信（Telecommunication)是從19世紀(jì)30年度開(kāi)始的。物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展 1831年法拉第電磁感應(yīng)1837年莫爾斯發(fā)明電報(bào)

1873年馬克斯韋爾的電1876年貝爾發(fā)明電話 磁場(chǎng)理論1895年馬可尼發(fā)明無(wú)線電開(kāi)辟了電信（Telecommunication)的新紀(jì)元

第6頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（2）電話的發(fā)明者－貝爾貝爾（18xx－1922）英國(guó)人1868年在倫敦工作1871年去波士頓工作1873年任波士頓大學(xué)教授1875年發(fā)明多路電報(bào)1876年發(fā)明電話一生曾獲許多專利。妻子是一位聾人。第7頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（3）無(wú)線電的發(fā)明者－馬可尼馬可尼（1874－1937）意大利人1894年在父親的莊園試驗(yàn)1896年去倫敦1897年建立無(wú)線電報(bào)公司1899年首次實(shí)現(xiàn)英法無(wú)線通信1916年實(shí)現(xiàn)短波無(wú)線電通信1929年建立世界性無(wú)線通信網(wǎng)曾獲諾貝爾獎(jiǎng)金曾參加法西斯黨第8頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（4）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展 1906年發(fā)明電子管 模擬通信得到發(fā)展開(kāi)辟了模擬通信的新紀(jì)元

－1928年奈奎斯特準(zhǔn)則和取樣定理－1948年山農(nóng)定理 在理論上為數(shù)字通信準(zhǔn)備了條件

第9頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（5）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)50年代 數(shù)字通信得到發(fā)展 發(fā)明半導(dǎo)體 20世紀(jì)60年代 發(fā)明集成電路

開(kāi)辟了數(shù)字通信的新紀(jì)元

第10頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（6）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)50年代 20世紀(jì)40年代提出靜止衛(wèi) 航天技術(shù) 星概念，但無(wú)法實(shí)現(xiàn) 1963年第一次實(shí)現(xiàn)同步衛(wèi) 星通信

開(kāi)辟了空間通信的新紀(jì)元

第11頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（7）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)60年代 企圖用于通信，未成功 發(fā)明激光 20世紀(jì)70年代 光纖通信得到發(fā)展 發(fā)明光導(dǎo)纖維

開(kāi)辟了光纖通信的新紀(jì)元

第12頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歷史（8）通信發(fā)展歷史的啟示通信傳輸始終是最活躍的技術(shù)領(lǐng)域，物理上的新進(jìn)展都可能在通信上找到新用途，從而形成新的通信產(chǎn)業(yè)。通信傳輸?shù)男乱笥謱⑼苿?dòng)物理和器件的進(jìn)展，促使人們?nèi)パ芯堪l(fā)展新的物理機(jī)理來(lái)滿足信息傳輸?shù)男枰?。一個(gè)優(yōu)秀的通信工程師和研究人員，必須對(duì)物理學(xué)和器件技術(shù)的新進(jìn)展十分感興趣，并善于抓住新方向、新突破口迎接通信技術(shù)的革命。 第13頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境（1）：無(wú)線通信的頻譜環(huán)境長(zhǎng)波 30－300KHz 10-1km 中波 0.3-1.5MHz 1000-200m短波 1.5-30MHz 100-10m超短波:米波 30-300MHz 10-1m微波：分米波 0.3－3GHz 100-10cm 厘米波 3-30GHz 10-1cm 毫米波 30-300GHz 10-1mm 亞毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：紅外光 3103-3105GHz 100-1m

可見(jiàn)光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

第14頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境（2）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境無(wú)線傳播環(huán)境的復(fù)雜性：天波（電離層、對(duì)流層）、地波（直射、反射、繞射）無(wú)線傳播的分類 －帶寬受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道 －恒參信道和變參信道 －點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道第15頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境（3）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

帶寬受限信道和功率受限信道加性高斯白噪聲信道上的山農(nóng)定理

C＝Wlog2(1+S/N) b/s令：S/N=Eb/N0C/W山農(nóng)定理就可以寫成：

Eb/N0=(2C/W-1)/(C/W)帶寬受限信道

Eb/N0C/WW無(wú)限 功率可以換取帶寬功率受限信道

WC/WEb/N0有限 當(dāng)W，Eb/N0-1.6dB，即為山農(nóng)極限，帶寬不能無(wú)限制地?fù)Q取功率山農(nóng)信道容量曲線Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB第16頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境（4）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

色散與非色散信道、恒參與變參信道信道響應(yīng)為C(;t)，其中代表響應(yīng)時(shí)間，t代表信號(hào)時(shí)刻。輸入信號(hào)為時(shí)域沖擊函數(shù)，檢驗(yàn)是色散信道還是非色散信道。 其中Tm為多徑擴(kuò)散，其倒數(shù)fc為相干帶寬。輸入信號(hào)為頻域沖擊函數(shù)，檢驗(yàn)是恒參信道還是變參信道。 其中Bd為多普勒展寬，其倒數(shù)tc為相干時(shí)間。信號(hào)帶寬Bfc

，色散信道 信號(hào)帶寬Bfc，非色散信道碼元周期Ttc

，變參信道 碼元周期Ttc

，恒參信道C(;t)u(t)v(t)tt(t)v(t)Tmff(f)S(f)Bd第17頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境（5）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：和有線信道類似，體現(xiàn)不出無(wú)線的特點(diǎn)。多址信道：無(wú)線傳輸?shù)耐怀鰞?yōu)點(diǎn)之一是能實(shí)現(xiàn)多址接入。 設(shè)：有N個(gè)用戶地址，第k個(gè)地址發(fā)送的信號(hào)為：

N Sk(t)=akjSkj(t)，akj=1,0 j=1 jk

第k個(gè)地址接收的信號(hào)為：

NN R(t)=LikaijSij(t)+nk(t) I=1j=1

無(wú)線用戶1無(wú)線用戶2無(wú)線用戶k空間環(huán)境無(wú)線用戶1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道多址信道空間環(huán)境Sk(t)Rk(t)第18頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用（1）：無(wú)線通信的應(yīng)用概況短波/超短波通信天波（電離層）：數(shù)據(jù)/電話、單邊帶地波：小型接力機(jī)、單雙工電臺(tái)、對(duì)講機(jī)微波通信微波接力（模擬、數(shù)字）、散射、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波電視、電話、數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信高軌道（同步靜止）、中軌道、低軌道電視、電話、數(shù)據(jù)移動(dòng)通信蜂窩電話、無(wú)繩電話、無(wú)線數(shù)據(jù)、集群系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)第19頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 短波電離層通信特點(diǎn)：超遠(yuǎn)距離、靈活機(jī)動(dòng)；容量小、質(zhì)量差用途： －海外使館 －遠(yuǎn)洋船隊(duì) －邊防哨所 －應(yīng)急通信

短波/超短波地面通信特點(diǎn)：繞射能力、靈活機(jī)動(dòng)、隱蔽性好；容量較小、質(zhì)量較差用途： －陸軍電臺(tái) －對(duì)空電臺(tái) －特種通信(武警、公安)

－無(wú)繩電話應(yīng)用（2）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

短波、超短波通信第20頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用（3）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

微波通信微波接力特點(diǎn)：容量大、質(zhì)量好、視距傳播條件用途： －中小容量微波 －SDH大容量微波 －擴(kuò)頻微波 －高頻段微波 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波用途：－無(wú)線集中器 －無(wú)線用戶環(huán) 散射微波通信衰落時(shí)變信道，距離遠(yuǎn)，頻帶較窄，質(zhì)量較差用途－軍用 －民用第21頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用（4）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

衛(wèi)星通信 高軌道衛(wèi)星通信特點(diǎn)：同步軌道、靜止衛(wèi)星、容量大、質(zhì)量好、功率受限信道用途： －國(guó)際長(zhǎng)途 －海事衛(wèi)星 －電視廣播 －軍事通信 中低軌道衛(wèi)星通信特點(diǎn)：距離近、地面設(shè)備簡(jiǎn)單靈活，非靜止軌道，要求跟蹤用途： －非實(shí)時(shí)信息傳送 －遙感 －偵測(cè) －衛(wèi)星移動(dòng)通信第22頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用（5）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

移動(dòng)通信 蜂窩系統(tǒng)無(wú)線通信最成功的應(yīng)用第一代：模擬 第二代：數(shù)字 第三代：多媒體

尋呼系統(tǒng)無(wú)線通信最大眾化的應(yīng)用 其它無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)集群系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)無(wú)線ATM系統(tǒng)無(wú)線IP系統(tǒng)第23頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（1）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì) 21世紀(jì)業(yè)務(wù)方式 以音頻為主的單媒體 以視頻為主的多媒體干線傳輸 微波 光纖用戶傳輸 有線 無(wú)線復(fù)接方式

PDH SDH交換模式

STM ATM網(wǎng)絡(luò)方式 三網(wǎng)鼎立 三網(wǎng)合一第24頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（2）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

面向21世紀(jì)通信的三大革命以干線（包括部分支線）傳輸光纖化為標(biāo)志的光纖革命以SDH、ATM和IP為標(biāo)志的數(shù)字革命以個(gè)人通信和無(wú)線接入為標(biāo)志的無(wú)線革命第25頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（3）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

面向21世紀(jì)通信的兩大通信平臺(tái)光纖通信平臺(tái)： 無(wú)線通信平臺(tái)：超大容量、超長(zhǎng)距離 寬帶、移動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)：波分復(fù)用、 關(guān)鍵技術(shù)：CDMA、智光纖放大器 能天線、軟件無(wú)線電IPover?第26頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（4）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展機(jī)遇光纖通信對(duì)無(wú)線通信的巨大沖擊－－巨大帶寬－－超低損耗－－較低成本未來(lái)信息高速公路的主干道，還有Fibertohome的趨勢(shì)無(wú)線通信的發(fā)展機(jī)遇－－靈活性－－抗災(zāi)性－－移動(dòng)性第27頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（5）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

什么叫無(wú)線革命20世紀(jì)通信網(wǎng)的基本框架中繼線 無(wú)線為主（微波、衛(wèi)星） 天上包括部分有線（電纜）用戶線 有線為主（市話電纜） 地下包括部分無(wú)線（無(wú)線電話）21世紀(jì)通信網(wǎng)的基本框架中繼線 有線為主（光纜） 地下包括部分無(wú)線（微波、衛(wèi)星）用戶線 無(wú)線為主 天上包括部分有線第28頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（6）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之一：個(gè)人通信1986年CCIR制訂FPLMTS，以個(gè)人全球通信為目標(biāo)，首次提出個(gè)人通信概念 1986年CCITT討論UPT（全球通用個(gè)人通信）1989年英國(guó)政府發(fā)放許可證建立雙向個(gè)人通信網(wǎng)，首次出現(xiàn)PCN名詞90年代以來(lái)，美國(guó)提出個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS），或個(gè)人通信系統(tǒng)（PCS）但是，到底什么是個(gè)人通信？CCITT

－個(gè)人的移動(dòng)性和終端移動(dòng)性分開(kāi) －著重于個(gè)人的移動(dòng)性，用戶號(hào)碼可以在任何終端上使用 －無(wú)線接入不是必要的條件 CCIR、歐洲PCN、美國(guó)PCS

－個(gè)人的移動(dòng)性靠終端的移動(dòng)性實(shí)現(xiàn)－移動(dòng)通信網(wǎng)作為個(gè)人通信網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)－無(wú)線接入是必要的條件以無(wú)線接入為基礎(chǔ)的個(gè)人通信叫做無(wú)線個(gè)人通信

WirelessPersonalCommunications第29頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（7）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之二：無(wú)線接入技術(shù)關(guān)鍵－多址 －有效性與可靠性 －組網(wǎng)－蜂窩 －信令與空間接口高層無(wú)線接入 特點(diǎn)：－蜂窩范圍大－復(fù)雜的信道處理（糾錯(cuò)、均衡、分集）－快速移動(dòng) －無(wú)線交換 －功率大－成本高－低速語(yǔ)音編碼低層無(wú)線接入特點(diǎn)：－蜂窩范圍?。?jiǎn)單的信道處理－慢速移動(dòng) －有線交換－功率?。杀镜停兴僬Z(yǔ)音編碼（32Kb/sADPCM）第30頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（8）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之三：無(wú)線ATM無(wú)線ATM的發(fā)展背景－－ATM方式是未來(lái)通信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)－－可移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展與普及－－無(wú)線頻譜資源的更加合理利用無(wú)線ATM的技術(shù)關(guān)鍵－－窄帶化技術(shù)（低到幾Mb/s）－－抗誤碼技術(shù)－－按信源的信息量動(dòng)態(tài)地分配帶寬無(wú)線ATM的應(yīng)用前景－－軍事通信、多媒體通信第31頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（9）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之四：擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻多址技術(shù)的缺點(diǎn)：非正交性(Non-orthogonality)

優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)韌性(Robustness)

堅(jiān)韌性體現(xiàn)在：－－抗多徑－－抗干擾－－蜂窩分割的頻率再用－－扇區(qū)分割的頻率再用前沿技術(shù)：時(shí)空聯(lián)合處理、智能天線、多用戶檢測(cè)

第32頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展（10）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之五：軟件無(wú)線電當(dāng)前無(wú)線系統(tǒng)在硬件及軟件上存在的問(wèn)題：－多種標(biāo)準(zhǔn)、多種制式、多種協(xié)議、多種方案－困難:－－互連互通難－－設(shè)備更新難－－研制開(kāi)發(fā)難能否搞成一個(gè)通用的無(wú)線系統(tǒng)： －－硬件是公用的，除了天線和RF前端外，其它都是DSP

－－所有無(wú)線通信過(guò)程都用軟件實(shí)現(xiàn)，而軟件環(huán)境是開(kāi)放的 －－無(wú)線協(xié)議都遵循一個(gè)公共的WirelessOSI分層結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)