河南移动培训课件-1

1、无线通信技术 授课：杨守义 郑州大学信息工程学院 电话：7763882转2171 EMAIL： 开场白 n 教学目标 n 教学计划 n 参考书 n 考试问题 教学目标 【教学目标】讲授无线通信系统的基本概念、基 本技术和基本原理。 【教学重点】无线通信的基本概念、基本原理、 无线信道特性和信道分析、信息论基础、多载 波宽带无线通信系统。 【教学要求】掌握无线通信的基本概念、基本原 理，初步了解其发展史和发展现状、掌握无线 信道的一些基本概念和初步定量分析方法、了 解宽带无线通信新技术。 基础知识要求 现代通信原理 各种编码调制技术 信号与系统 付氏和拉氏变换 信号的时域和频域表示 卷积 自相关

2、函数、互相关函数、功率谱等 电路原理 参考书 1. 尹长川等，多载波宽带无线通信技术，北京邮 电大学出版社，2004年7月第一版 2. 达新宇等，通信原理教程，北京邮电大学出版 社，2005年1月 无线通信-绪论 第一章 绪论 n通信的基本概念 n通信系统的组成 n通信系统的主要性能指标 n无线通信的发展历史 第一章：绪论（1/36） 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 通信的定义：通信的定义： 一般地说，通信(communication)是指由一地向另一地进 行消息的有效传递。 在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息的通 信方式称之为电信(telecommunication)。这种通

3、信具有迅速、 准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、地点、空间、距离 的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。 第一章：绪论（2/36） 在自然科学中，“通信”与“电信”几乎 是同义词了。我们所说的通信，均指电信。这 里不妨对通信重新定义：即利用电子等技术手 段，借助电信号(含光信号)实现从一地向另一 地(多地)进行消息的有效传递和交换称为通信。 从本质上讲，通信是实现信息传递功能的 一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真、 高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将 无用信息和有害信息抑制掉。 第一章：绪论（3/36） 通信的分类：通信的分类： 通信的目的是传递消息。通信按照不同的 分法，可分成

4、许多类，因此将会引出诸多名词 术语，下面介绍几种较常用的分类方法。 1. 按传输媒介分按传输媒介分 按消息由一地向另一地传递时传输媒介的 不同，通信可分为两大类：一类称为有线通信， 另一类称为无线通信。 第一章：绪论（4/36） 2. 按信道中所传信号的不同分 根据通信信道中传送的信号类型，通信可分为数字通信 和模拟通信。 3. 按工作频段分 根据通信设备的工作频率不同通信通常可分为长波通 信、中波通信、短波通信、微波通信等。 通信中，工作频率和工作波长可互换，公式为 =c/f 第一章：绪论（5/36） 第一章：绪论（6/36） 4. 按调制方式分 根据消息在送到信道之前是否采 用调制，通信可

5、分为基带传输和频带传 输。所谓基带传输是指信号没有经过调 制(即频率搬移)，直接送到信道中去传 输的一种方式；而频带传输是指信号在 发送端经过调制后再送到信道中传输， 接收端有相应解调措施的通信系统。 第一章：绪论（7/36） 5. 按业务的不同分 根据通信的具体业务可分为电报、电话、 传真、数据传输、可视电话、无线寻呼等。另 外从广义的角度来看，广播、电视、雷达、导 航、遥控、遥测等也应列入通信的范畴，因为 它们都满足通信的定义。由于广播、电视、雷 达、导航等的不断发展，目前它们已从通信中 派生出来，形成了独立的学科。 第一章：绪论（8/36） 6. 按收信者是否移动分 通信还可按通信者是否

6、运动分为移动通信和固定 通信。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进 行信息交换。由于移动通信具有建网快、投资少、机 动灵活等特点，使用户能随时随地快速可靠地进行信 息传递，因此，移动通信已成为现代通信中的三大新 兴通信方式之一。 另外，通信还有其他一些分类方法，如按多地址 方式可分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址 通信等，按用户类型可分为公用通信和专用通信等。 第一章：绪论（9/36） 通信方式通信方式 通常，按消息传送的方向与时间不同，通信的工 作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。 第一章：绪论（10/36） 1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 一般组成一般组成

7、 第一章：绪论（11/36） 模拟通信系统的组成模拟通信系统的组成 第一章：绪论（12/36） 数字通信系统的组成数字通信系统的组成 1. 数字频带传输系统数字频带传输系统 第一章：绪论（13/36） 2数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统 在数字频带传输系统中，如果把发送端的数字调制在数字频带传输系统中，如果把发送端的数字调制 器和接收端的解调器取掉，就变成了数字基带传输系统。器和接收端的解调器取掉，就变成了数字基带传输系统。 第一章：绪论（14/36） 3模拟信号数字化传输通信系统 第一章：绪论（15/36） 1.3 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 一般通信系统的性能指标

8、 (1)有效性。指通信系统传输消息的“速度”问题，即快慢问题。 (2)可靠性。指通信系统传掐消息的“质量”问题，即好坏问题。 (3)适应性。指通信系统使用时的环境条件。 (4)经济性。指系统的成本问题。 (5)标准性。指系统的各种接口、结构及协议等是否符合国际、国家 标准。 (6)维修性。指系统是否维修方便。 (7)工艺性。指通信系统各种工艺要求。 (8)保密性。 第一章：绪论（16/36） 对于模拟通信系统，系统的有效性用系统有效带 宽衡量，系统的频带利用率，可用系统允许最大传输 带宽(信道的带宽)与每路信号的有效带宽之比来表征， 即 n=Bw/Bi 第一章：绪论（17/36） 信息及其量度

9、信息及其量度 “信息(information)”一词在概念上与消息 (message)的意义相似，但它的含义却更具普遍性、抽 象性。信息可被理解为消息中包含的有意义的内容， 消息可以有各种各样的形式，但消息的内容可统一用 信息来表述。传输信息的多少可直观地使用“信息量” 进行衡量。 第一章：绪论（18/36） 消息中包含的信息量I可以用下式计算： I=-logaP(x) 信息量最常使用的单位为bit。对于多个消息符号 组成的信息，通常用平均信息量I来衡量。设每个符 号出现的概率为 则平均信息量为 第一章：绪论（19/36） 数字通信系统有效性指标的具体表述数字通信系统有效性指标的具体表述 数字

10、通信系统的有效性具体可用传输速率来衡量，传输速率 越高，则系统的有效性越好。通常可从以下两个不同的角度来定 义传输速率。 1码元传输速率 码元速率是指单位时间(每秒)内传输码元的数目，单位为波 特(Baud)，常用符号B表示。设码元宽度为TB，则 第一章：绪论（20/36） 2信息传输速率 信息速率是指单位时间(通常为每秒)内传送的信 息量多少。单位为比特秒(bit/s)。 3信息速率与码元速率之间的互换 第一章：绪论（21/36） 数字通信系统可靠性指标的具体表述数字通信系统可靠性指标的具体表述 1码元差错率码元差错率 是指通信系统收发过程中，系统出现的错误码元数在系统传送的总 码元数中所占

11、的比例。 2信息差错率信息差错率 第一章：绪论（22/36） 1.4 通信的发展历史 通信的历史可追溯到17世纪初期。从 1600-1750年开始研究电、磁的现象，到19世 纪40年代为通信理论基础准备阶段。从19世纪 40年代通信才进入实用阶段，近几十年来通信 技术得到了飞速发展。下面展示了通信史中相 关重大事件，从中可清楚地看到通信的发展过 程。 n 1834年，高斯与韦伯制造出电磁式电报机； n 1837年，库克与惠斯登制造成电报机； 第一章：绪论（23/36） n1838年，莫尔斯发明有线电报； n1842年，实现莫尔斯电报通信； n1864年，麦克斯韦提出电磁辐射方程； n1876年

12、，贝尔发明电话； n1896年，马可尼发明无线电报； n1906年，发明真空管； n1918年，调幅无线电广播、超外差接收机问世； 第一章：绪论（24/36） n1925年，开始采用三路明线载波电话、多路通 信； n1936年，调频无线电广播开播， n1937年，发明脉冲编码调制原理； n1938年，电视广播开播； n1940-1945年，“二次大战”刺激了雷达和微 波通信系统的发展； n1948年，发明晶体管，香农提出了信息论； 第一章：绪论（25/36） n1950年，时分多路通信应用于电话； n1956年，敷设越洋电缆； n1957年，发射第一颗人造卫星； n1958年，发射第一颗通信卫

13、星； n1960午，发明激光； n1961年，发明集成电路； 第一章：绪论（26/36） n1962年，发射第一颗同步通信卫星，脉冲编码 调制进入实用阶段； n1960-1970年，彩色电视问世、阿波罗宇宙飞 船登月、数字传输的理论和技术得到了迅速发 展，出现高速数字电子计算机； n1970-1980年，大规模集成电路、商用卫星通 信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理 机等迅速发展； 第一章：绪论（27/36） n1980年以后，超大规模集成电路、长波 长光纤通信系统广泛应用，互联网崛起； n1990年以后，卫星通信、移动通信、光 纤通信等进一步发展，DTV(清晰度电视)、 HDTV(高清

14、晰度电视)不断成熟，GPS(全 球定位系统)广泛应用。 第一章：绪论（28/36） 其中，对于无线通信来说，最具有代表性的几个 事件是： n1864年，英国物理学家麦克斯韦创造性地总结 了已有的电磁学知识，预言了电磁波的存在； n1887年，德国科学家赫兹用实验产生出电磁波， 证明了麦克斯韦的预言； n1897年，意大利科学家马可尼和俄国军官波波 夫首次使用无线电波进行信息传输并获得成功； 第一章：绪论（29/36） n1901年，马可尼实现了从英国到纽芬兰的跨大 西洋无线电信号接收，这是一次超过2700公里 的远距离通信，充分显示了无线通信的巨大发 展潜力。 n在随后一个多世纪的时间里，伴随

15、着计算机技 术和大规模集成电路技术的发展，无线通信的 理论和技术不断取得进步，今天无线通信（主 要是移动通信）技术已成为人们日常生活中不 可缺少的重要通信方式。 第一章：绪论（30/36） 无线移动通信的发展无线移动通信的发展 n第一代移动通信系统（1G），20世纪80 年代初开始； n第二代移动通信系统（2G），20世纪80 年代末开始； n第三代移动通信系统（3G），研究起始 于20世纪80年代中期，使用2GHz频段， 当时预计2000年投入使用； 第一章：绪论（31/36） n第4代(4G)无线通信系统 根据无线通信每10年发展一代的特点，20 世纪90年代末，自ITU-R推出3G移动通

16、信的标 准之后，各个国家和地区为了在下一代无线通 信系统的标准中占有一席之地，纷纷启动了新 一代无线通信系统的技术和标准化研究工作。 有关新一代无线通信系统的名称日前尚不统一， 这些名称有4G、Beyond 3G等多种。 第一章：绪论（32/36） n在4G移动通信系统中，为了提高频谱利用率以 适应高速数据传输的要求，所使用的一项关键 技术，就是OFDM技术，比如目前NTT DoCoMo公司提出了基于正交频率码分复用 (OFCDM)技术具有可变扩频因子的4G系统实现 方案，并于2002年10月推出了下行链路速率为 100Mbits、上行链路速率为20Mbit/s的实验 系统。这也是我们在这里要

17、给大家重点介绍 OFDM多载波无线通信系统的一个重要原因。 第一章：绪论（33/36） 本章小结本章小结 通信是指出一地向另一地进行消息的有效 传递。通信的目的是传递消息。通信可以按许 多形式进行分类，如无线和有线通信；数字通 信和模拟通信；长波通信、中波通信、短波通 信、微波通信；移动通信和固定通信等；基带 传输与频带传输；电报、电话、传真、数据传 翰、可视电话、无线寻呼；频分多址通信、时 分多址通信、码分多址通信等。通信工作方式 有：单工、半双工、全双工通信；串序传输和 并序传输。 第一章：绪论（34/36） 通信系统一般由发送端、接收端、信道三 大部分组成。模拟通信系统通常由模拟信息源、 调制器、信道、解调器器、收信者组成；数字 通信系统由信息源、编码器、调制器、信道、 解调器、译码器、收信者等组成。编码有信源 编码、信道编码之分。数字通信系统可分为数 字基带传输通信系统、数字频带传输通信系统、 模拟信号数字化传输通信系统。数字通信的主 要优点是抗干扰能力强、差错可控、易加密、 易于与现代技术相结合。 第一章：绪论（35/36） 衡量通信系统性能指标主要是有效 性和可靠性，这两者始终是一对矛盾。 对于模拟通信系统，有效性用系统有效 带宽衡量，可靠性指标通常用输出信噪 比，或者均方误差来衡量；数字通信系 统的有效性具体可用