《无线通信基本原理、基本概念》

1、王伟平、区细成无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程2课程简介面向对象：初级设计人员课程目的：理解和掌握无线通信基本原理、常用名词术语的基本含义。 课程要求：理解和掌握无线通信的概念、系统组成、频段的划分、常用通信使用频段、编码、调制、电波传播的基本知识及描述天线特性的各种参数的定义. 无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程3背景知识通信按传输媒体分为无线通信和有线通信两大类。移动通信、卫星、微波、无线接入等都是无线通信，无线通信信号以电磁波的形式通过空间传送，具有信道不可预见性大，使用灵活、方便等特点。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程4内容提纲无线通信基本常识编

2、码调制电波传播基本知识天线知识无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程5内容提纲无线通信基本常识无线通信概念无线通信分类频段的划分常用通信使用的频段仙农（Shannon）定理波长、频率f的关系双工方式与多址方式蜂窝移动通信编码调制电波传播基本知识天线知识无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程6无线通信概念利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式。无线通信系统简略框图编码调制射频收解调信源输出射频发解码信源输入无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程7无线通信分类按技术体制分类：模拟、数字、数模兼容按工作波长分类：长、中波、短波等按无线应用分类：移动、无线接入、微波

3、、卫星等按工作状态分类：固定、移动等按在通信网中的位置分类：无线传输、无线接入无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程8无线频段的划分序号 频段名称 频率范围 波段名称（波长） 1 极低频（ELF） 330Hz 极长波（10010Mm） 2 超低频（SLF） 30300Hz 超长波（101Mm） 3 特低频（ULF） 3003000Hz 特长波（10.1Mm） 4 甚低频（VLF） 330kHz 甚长波（10010km） 5 低频（LF） 30300kHz 长波（101km） 6 中频（MF） 3003000kHz 中波（1000100m） 7 高频（HF） 330MHz 短波（1001

4、0m） 8 甚高频（VHF） 30300MHz 米波（101m） 9 特高频（UHF） 3003000MHz 分米波（10.1m） 10 超高频（SHF） 330GHz 厘米波（101cm） 11 极高频（EHF） 30300GHz 毫米波（101mm） 12 至高频 3003000GHz 丝米波（10.1mm） 无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程9常用通信使用频段移动通信频频段段（MHz） 单单载载波波带带宽宽（MHz） 制制式式 上上行行 下下行行 GSM900 885915 930960 0.2 GSM1800 17101755 18051850 0.2 CDMA 1X 82

5、5835 870880 1.25 19201980(主主) 21102170(主主) 5 3G FDD 17551785(补补) 18501880(补补) 5 18801920(主主)、20102025（主主） 1.6 TD-SCDMA 23002400(补补)、 1.6 PHS 19001920 0.3 集集群群 806821 851866 0.025 无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程10常用通信使用频段（续）微波411GHz,13GHz,15GHz,18GHz卫星1.5GHz,2.5GHz,4/6GHz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz,30GHz,40GHz无

6、线接入2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程11仙农（Shannon）定理C=Blog2(1+S/N) C信道容量（bit/s)B信道带宽(Hz)S信号功率（W）N噪声功率（W）扩频通信即据此原理。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程12波长、频率f的关系c=f* c 为光速，数值为3108m/s。 f 为频率，单位Hz为波长，单位为m无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程13双工方式与多址方式双工方式TDD（时分双工）：收发信共用一射频频点，上、下行链路使用不同的时隙来进行通信。FDD（频分

7、双工）：收发信使用一个不同的射频频点来进行通信。多址方式TDMA(时分多址)：传送给不同终端用户的信息通过同一载波的不同时隙来区分。 FDMA（频分多址）：传送给不同终端用户的信息通过不同频点载波来区分。CDMA(码分多址)：传送给不同终端用户的信息通过不同码调制来区分。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程14蜂窝移动通信覆盖区分成若干个小的区域（小区），每个小区至少用一台发射机进行覆盖。小区基站小区/基站无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程15小结无线通信基本常识无线通信概念无线通信分类频段的划分常用通信使用的频段仙农（Shannon）定理波长、频率f的关系双工方式与多址

8、方式蜂窝移动通信无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程16内容提纲无线通信基本常识编码信源编码 语音编码信道编码 卷积编码 Turbo编码调制电波传播基本知识天线知识无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程17信源编码信源编码：把语言、图像等原始信号转为数字信号进行的编码。语音编码常见通信系统的语言编码无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程18信道编码信道编码（Channel Coding）：在被发送信息上增加冗余的数据卷积编码适用于语音业务在内的 速率相对较 低的业务数 据编码。Information Bits (Input)Code Symbols (Output)0

9、g1g1c0c（前向链路卷积编码：编码率（前向链路卷积编码：编码率1/2，约束长度，约束长度9）无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程19信道编码（续）Turbo编码 适用于传输 速率较高但 实时性要求 不高的业务 数据编码。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程20小结编码信源编码 语音编码信道编码 卷积编码 Turbo编码无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程21内容提纲无线通信基本常识编码调制调制分类FSK、GFSK调制MSK、GMSK调制BPSK调制QPSK调制QAM调制电波传播基本知识天线知识无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程22调制分类数字调制B

10、FSK(二进制频移键控）MFSK（多进制频移键控）FSK(频移键控）ASK(幅移键控）非恒定包络DPSK（差分二进制相移键控）BPSK（二进制相移键控）PSK（相移键控）CPM（连续相位调制）MSK（最小频移键控）GMSK（高斯）TFM（平滑调频）恒定包络BFSK(二进制频移键控）MFSK（多进制频移键控）FSK(频移键控）（(ASK(幅移键控）QAM正交幅度调制）非恒定包络（QPSK (正交四相相移键控）（CPM（连续相位调制）MSK（最小频移键控）GMSK（MSK）TFM（平滑调频）（）MSK（最小频移键控）GMSK（）TFM（平滑调频）无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程23F

11、SK、GFSK调制无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程24MSK、GMSK调制MSKMSK调制调制调制调制/ /解调技术解调技术解调技术解调技术差分编码串/并转换ak码bk码调制器调制器解调器解调器无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程25BPSK调制调制器调制器解调器解调器 m（t）S（t）x（t）cos ct m（t）S（t）x（t）cos ct y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0 y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0星座图星座图QI无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程26QPSK调制调制器调制器解调器解调器 LPFRb/2

12、 LPFRb/2串并串并变换变换本振本振90相移相移BPF输入输入RbQPSK信号信号 LPFRb/2 LPFRb/2串并串并变换变换本振本振90相移相移BPF输入输入RbQPSK信号信号 LPF LPF载波恢载波恢复电路复电路90相移相移BPF接收接收信号信号恢复电路恢复电路符号时符号时序恢复序恢复判决电路判决电路判决电路判决电路复用复用 LPF LPF载波恢载波恢复电路复电路90相移相移BPF接收接收信号信号恢复电路恢复电路符号时符号时序恢复序恢复判决电路判决电路判决电路判决电路复用复用无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程27QAM调制改变相位和幅度的调制16QAM16QAM星座

13、图星座图无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程28小结调制调制分类FSK、GFSK调制MSK、GMSK调制BPSK调制QPSK调制QAM调制无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程29内容提纲无线通信基本常识编码调制电波传播基本知识波传播的方式自由空间传播大、小尺度路径损耗快、慢衰落平衰落和选择性衰落降雨损耗对电波传播的影响多普勒频移极化分集 干扰天线知识无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程30波传播的方式按传播空间分：表面波传播 以绕射方式，沿着地球表面传播。 天波传播 通过高空电离层反射传播。 空间波传播 通过直线传播和地面反射传播。 散射传播 利用大气对流层和电离

14、层的不均匀性来散射传播。长波（表面波传播）；中波、短波（表面波、天波传播）；微波(空间波、散射波传播)。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程31波传播的方式（续）按传播行为方式分：绕射 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。反射 当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射。散射当波穿行的介质存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时，发生散射。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程32自由空间传播电波在理想的完全无阻挡的真空中的传播。计算公式：LF92.4+20log(d*f0) ,单位dB。 d为发射机与接收机之间的距离，单位km； f0为射频中心

15、频率，单位GHz。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程33大、小尺度路径损耗大尺度路径损耗 无线信号经长距离上的场强变化。如，自由空间损耗。 小尺度路径损耗 无线信号经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落，又叫快衰落。多径传播是引起小尺度传播的主要原因无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程34快、慢衰落快衰落 由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起伏。慢衰落 传播路径上阻挡物阴影引起的接收信号强度中值的缓慢变化。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程35平衰落和选择性衰落平衰落 发射信号的频谱特性在接收机内仍能保持不变的衰落。 选择性衰落 发射信号的频谱特

16、性在接收机内发生了畸变的衰落。 射频带宽大于相干带宽时，易发生选择性衰落。f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图平衰落f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图选择性衰落无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程36降雨损耗对电波传播的影响频率大于等于10GHz以上的电磁波需考虑降雨损耗对信号传播的影响； 频率小于10GHz以下的电磁波则不需考虑降雨损耗对信号传播的影响 ；降雨强度越大、频率越高则降雨损耗越大。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程37多普勒频移基站与移动台间的相对运动会引起频率调制，这种现象叫多普勒频移 。多普勒频移fd=V/*COS，单位

17、Hz V 移动台移动 速率，单位m/s； 波长，单位为m； 移动台运动方向 与入射波的夹角。sV多普勒效应示意图无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程38极化波的极化是指电场的取向随时间变化的方式。电场矢量的两个正交分量具有不同振幅和相位关系时，可能形成三种不同的极化: 线极化：电场取向固定不变。园极化：电场取向随时间作圆的变动。 椭圆极化：电场取向随时间作椭圆的变动XYXYXY线极化圆极化椭圆极化无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程39分集分集目的：对抗衰落通过多个接收机接收同一内容的信号，然后通过选择最好的一路信号或几路接收到的信号同相合成。分集主要有：频率分集用多个载波

18、传输同一信号空间分集用多个天线接收或发射同一信号极化分集在不同的极化方式传输同一信号时间分集在不同的时隙上传输同一信号无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程40干扰按系统分：系统内干扰、系统外干扰按频谱分：邻频干扰、同频干扰按干扰产生的原因分：互调干扰、杂散干扰、阻塞干扰无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程41小结电波传播基本知识波传播的方式自由空间传播大、小尺度路径损耗快、慢衰落平衰落和选择性衰落降雨损耗对电波传播的影响多普勒频移极化分集干扰无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程42内容提纲无线通信基本常识编码调制电波传播基本知识天线知识天线类型描述天线的参数无线通

19、信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程43天线类型按形状分类：鞭状、板状、吸顶、抛物面等按方向性分类：全向、定向按极化分类：单极化、双极化按下倾分类：机械下倾、电下倾按频带分类：单频、双频、多频按安装位置分类：室内、室外无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程44描述天线的参数天线增益 在相同输入功率的情况下，天线最大方向的功率密度 与参考的功率密度之比值。半功率角 比最大方向增益小3dB的两方向之间的夹角。天线前后比（F/B） 天线最大方向与其相反方向的增益之比值。无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程45描述天线的参数（续）天线方向性图-180 -160 -140 -120

20、 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain d

21、B最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697无线通信基本原理、基本概念无线专业技能认证课程46描述天线的参数（续）天线输入阻抗天线输入电压与输入电流之比。馈线阻抗与天线输入阻抗不匹配时，会发生反射，形成驻波。天线驻波比（VSWR）驻波最大电压与最小电压的比值。天线交叉极化隔离度（XPD）是指在同极化射束方向性图的峰值上的信号电平与给定方向上交叉极化信号电平的比值。无线通信基