無線通信基礎(chǔ)知識課件

無線通信基礎(chǔ)知識課件無線通信概述電磁波與天線技術(shù)模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)多址技術(shù)與擴頻技術(shù)信道編碼與差錯控制技術(shù)無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)移動通信網(wǎng)絡(luò)演進趨勢目錄01無線通信概述無線通信是指利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。無線通信定義從早期的無線電報到現(xiàn)代的移動通信和衛(wèi)星通信，無線通信經(jīng)歷了多個階段的發(fā)展，技術(shù)不斷革新，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大。發(fā)展歷程無線通信定義與發(fā)展歷程無線通信系統(tǒng)主要由發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸媒介和控制設(shè)備等組成，其中發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備是實現(xiàn)無線通信的關(guān)鍵部分。系統(tǒng)組成無線通信系統(tǒng)通過發(fā)射設(shè)備將信息轉(zhuǎn)換為電磁波信號，經(jīng)過傳輸媒介（如空氣、真空、水等）傳播到接收設(shè)備，接收設(shè)備再將電磁波信號轉(zhuǎn)換回原始信息，從而實現(xiàn)信息的傳遞。工作原理無線通信系統(tǒng)組成及工作原理移動通信是無線通信技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，包括蜂窩移動通信、無線局域網(wǎng)、藍牙等。移動通信衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，實現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。衛(wèi)星通信物聯(lián)網(wǎng)通過無線通信技術(shù)將各種智能設(shè)備連接起來，實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理等功能。物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)還廣泛應(yīng)用于廣播電視、航空航天、軍事、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。其他領(lǐng)域無線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域02電磁波與天線技術(shù)

電磁波基本概念及特性電磁波定義電磁波是由電場和磁場交替變化而產(chǎn)生的一種物質(zhì)波，具有能量和動量，可以在真空中傳播。電磁波特性電磁波具有波動性和粒子性，其傳播速度等于光速，且在不同介質(zhì)中傳播速度不同。電磁波譜按照頻率從低到高，電磁波可分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等。天線性能參數(shù)天線的性能參數(shù)主要包括方向性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化方式等。這些參數(shù)決定了天線的輻射特性和接收特性。天線類型根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)，天線可分為線天線、面天線、陣列天線等。其中，線天線包括偶極子天線、單極子天線等；面天線包括拋物面天線、喇叭天線等。天線選用原則在選擇天線時，應(yīng)根據(jù)通信系統(tǒng)的要求，綜合考慮天線的性能參數(shù)、尺寸、重量、成本等因素。同時，還需注意天線的安裝環(huán)境和周圍物體的影響。天線類型、性能參數(shù)及選用原則電磁波傳播方式電磁波傳播方式主要有直射波、反射波、折射波、繞射波和散射波等。在無線通信中，直射波和反射波是主要的傳播方式。電磁波傳播影響因素電磁波傳播受到多種因素的影響，如大氣層中的氣體成分、水汽含量、電離層等。此外，地形地貌、建筑物等也會對電磁波的傳播產(chǎn)生影響。電磁波傳播損耗在傳播過程中，電磁波會受到自由空間損耗、大氣吸收損耗和地面反射損耗等影響，導(dǎo)致信號強度逐漸減弱。因此，在無線通信系統(tǒng)設(shè)計中，需要充分考慮電磁波的傳播損耗，并采取相應(yīng)的措施進行補償和優(yōu)化。電磁波傳播方式及影響因素03模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制原理利用連續(xù)變化的模擬信號控制載波的某個參數(shù)，使載波隨著模擬信號的變化而變化。根據(jù)載波被調(diào)制的參數(shù)不同，模擬調(diào)制可分為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。載波的振幅隨模擬信號的變化而變化，如普通調(diào)幅廣播。載波的頻率隨模擬信號的變化而變化，如調(diào)頻廣播。載波的相位隨模擬信號的變化而變化，實際應(yīng)用中常與頻率調(diào)制結(jié)合使用，形成調(diào)頻調(diào)相（FPM）或調(diào)相調(diào)頻（PFM）等復(fù)合調(diào)制方式。分類方法頻率調(diào)制相位調(diào)制幅度調(diào)制模擬調(diào)制原理及分類方法常見類型介紹數(shù)字調(diào)制主要包括振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）和差分相移鍵控（DPSK）等。頻移鍵控通過改變載波的頻率來傳輸數(shù)字信號，實現(xiàn)容易且具有一定抗干擾能力。差分相移鍵控利用相鄰碼元之間相位的相對變化來傳輸數(shù)字信號，具有更強的抗干擾能力和更高的頻譜利用率。數(shù)字調(diào)制原理利用離散的數(shù)字信號控制載波的某個參數(shù)，使載波在有限個狀態(tài)之間變化。振幅鍵控通過改變載波的振幅來傳輸數(shù)字信號，簡單但抗干擾能力較差。相移鍵控通過改變載波的相位來傳輸數(shù)字信號，抗干擾能力較強但實現(xiàn)較復(fù)雜。010203040506數(shù)字調(diào)制原理及常見類型介紹傳輸質(zhì)量數(shù)字調(diào)制具有更高的傳輸質(zhì)量和更強的抗干擾能力，適用于長距離、大容量和高可靠性的通信需求；而模擬調(diào)制在傳輸質(zhì)量上相對較差，容易受到噪聲和干擾的影響。系統(tǒng)復(fù)雜性數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)通常比模擬調(diào)制系統(tǒng)更復(fù)雜，需要更多的硬件和軟件支持；而模擬調(diào)制系統(tǒng)相對簡單，易于實現(xiàn)和維護。應(yīng)用場景數(shù)字調(diào)制廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)，如移動通信、衛(wèi)星通信和光纖通信等；而模擬調(diào)制在一些特定應(yīng)用場景中仍然被使用，如廣播、電視和航空通信等。頻譜效率數(shù)字調(diào)制通常具有更高的頻譜效率，能夠在有限的頻譜資源內(nèi)傳輸更多的信息；而模擬調(diào)制在頻譜效率上相對較低。模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制比較04多址技術(shù)與擴頻技術(shù)多址技術(shù)原理多址技術(shù)是指在無線通信系統(tǒng)中，允許多個用戶同時共享同一物理信道進行通信的技術(shù)。它通過在發(fā)送端對信號進行特定的處理，使得接收端能夠從混合的信號中正確識別和提取出所需用戶的信號。分類方法根據(jù)多址方式的不同，多址技術(shù)可分為時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。多址技術(shù)原理及分類方法擴頻技術(shù)原理擴頻技術(shù)是一種通過擴展信號的頻譜來提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力和保密性的技術(shù)。它通過在發(fā)送端使用特定的擴頻碼對信號進行調(diào)制，使得信號的頻譜被擴展，并在接收端使用相同的擴頻碼進行解擴，恢復(fù)出原始信號。常見類型常見的擴頻技術(shù)包括直接序列擴頻（DS-SS）、跳頻擴頻（FH-SS）、跳時擴頻（TH-SS）和混合擴頻等。擴頻技術(shù)原理及常見類型介紹移動通信系統(tǒng)：在移動通信系統(tǒng)中，多址技術(shù)和擴頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提高系統(tǒng)容量、抗干擾能力和保密性。例如，CDMA技術(shù)被用于3G和4G移動通信標準中，實現(xiàn)了多用戶同時通信和高效的數(shù)據(jù)傳輸。無線局域網(wǎng)：在無線局域網(wǎng)（WLAN）中，多址技術(shù)和擴頻技術(shù)用于實現(xiàn)多個用戶設(shè)備之間的無線通信。例如，Wi-Fi標準采用了CSMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免）的多址方式，并結(jié)合了直接序列擴頻技術(shù)來提高抗干擾能力。衛(wèi)星通信系統(tǒng)：衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要支持多個地面站之間的同時通信，因此多址技術(shù)和擴頻技術(shù)在其中發(fā)揮著重要作用。例如，衛(wèi)星電話和衛(wèi)星廣播采用了FDMA和TDMA等多址方式，以及擴頻技術(shù)來提高信號傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性。軍事通信系統(tǒng)：軍事通信系統(tǒng)對保密性和抗干擾性有很高的要求，因此多址技術(shù)和擴頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于其中。例如，軍事衛(wèi)星通信和戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)采用了CDMA和混合擴頻等技術(shù)，以確保通信的安全性和可靠性。多址技術(shù)與擴頻技術(shù)應(yīng)用場景05信道編碼與差錯控制技術(shù)通過增加冗余信息，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，使接收端能夠檢測和糾正傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯誤。線性分組碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼等。信道編碼原理及常見類型介紹常見類型信道編碼原理發(fā)送端在數(shù)據(jù)中增加冗余信息，接收端利用這些冗余信息糾正錯誤。優(yōu)點是不需要反饋信道，缺點是糾錯能力有限。前向糾錯（FEC）接收端檢測到錯誤后，通過反饋信道請求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)點是糾錯能力強，缺點是需要反饋信道，且可能產(chǎn)生較大的時延。自動重傳請求（ARQ）結(jié)合FEC和ARQ的優(yōu)點，發(fā)送端在數(shù)據(jù)中增加冗余信息，接收端在檢測到錯誤時先嘗試自行糾正，若無法糾正則通過反饋信道請求重傳。混合糾錯（HEC）差錯控制方法分類和比較移動通信01在移動通信系統(tǒng)中，由于無線信道的時變性和多徑效應(yīng)等因素，信號傳輸容易受到干擾和衰落影響。因此，信道編碼和差錯控制技術(shù)在提高移動通信系統(tǒng)可靠性方面發(fā)揮著重要作用。衛(wèi)星通信02衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，但同時也面臨著信號衰減、多徑效應(yīng)等問題。信道編碼和差錯控制技術(shù)可以提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸可靠性。深空通信03在深空通信中，信號傳輸距離極遠，且受到宇宙射線、太陽風等自然因素的干擾。因此，需要采用高性能的信道編碼和差錯控制技術(shù)來確保信號的可靠傳輸。信道編碼和差錯控制在實際中應(yīng)用06無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)WLAN基本概念和體系結(jié)構(gòu)靈活性和移動性、安裝便捷、易于擴展、成本低廉。WLAN特點無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。WLAN定義包括無線站點（STA）、無線接入點（AP）、分布式系統(tǒng)（DS）和端口等組件，支持基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織模式。WLAN體系結(jié)構(gòu)ABCDWLAN標準協(xié)議族介紹IEEE802.11標準定義了無線局域網(wǎng)的物理層和MAC層規(guī)范，包括頻率、信道、數(shù)據(jù)傳輸速率等參數(shù)。HomeRF標準主要針對家庭環(huán)境設(shè)計的無線局域網(wǎng)標準，強調(diào)低成本和易用性。HiperLAN標準歐洲提出的無線局域網(wǎng)標準，與IEEE802.11類似但存在一些差異。其他標準如藍牙（Bluetooth）、無線USB等，也用于實現(xiàn)短距離無線通信。安全策略認證機制加密技術(shù)VPN技術(shù)WLAN安全策略和認證機制包括訪問控制、數(shù)據(jù)加密、認證和授權(quán)等措施，確保WLAN的安全性。采用WEP、TKIP、AES等加密技術(shù)對WLAN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密保護。常見的認證方式包括開放系統(tǒng)認證和共享密鑰認證，以及更安全的WPA/WPA2認證方式。通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）技術(shù)，在公共網(wǎng)絡(luò)上建立加密通道，實現(xiàn)遠程訪問和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩Ｗo。07移動通信網(wǎng)絡(luò)演進趨勢03區(qū)域覆蓋有限1G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍相對較小，主要集中在城市地區(qū)和部分發(fā)達國家。01模擬語音通信1G網(wǎng)絡(luò)主要提供模擬語音通信服務(wù)，通話質(zhì)量較差且易受干擾。02有限的數(shù)據(jù)傳輸能力1G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力非常有限，主要支持簡單的文本信息傳輸。第一代移動通信網(wǎng)絡(luò)（1G）回顧2G網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字技術(shù)進行語音通信，提高了通話質(zhì)量和保密性。數(shù)字語音通信低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)全球漫游能力2G網(wǎng)絡(luò)支持低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短信和彩信等。2G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了全球漫游功能，用戶可以在不同國家和地區(qū)使用相同的手機號碼。030201第二代移動通信網(wǎng)絡(luò)（2G）特點分析3G網(wǎng)絡(luò)提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持視頻通話、在線游戲等多媒體應(yīng)用。高速數(shù)據(jù)傳輸3G網(wǎng)絡(luò)的普及推動了移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶可以隨時隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)。移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用3G網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛部署和應(yīng)用。全球覆蓋廣泛第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)（3G）優(yōu)勢探討超高速數(shù)據(jù)傳輸4G網(wǎng)絡(luò)提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足高清視頻、實時互動等應(yīng)用需求。全面支持移動互聯(lián)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)全面支持移動互