无线通信简介

1、无线通信介绍理工大学通信工程学院 侯兴康7月无线通信简介第1页主要内容1 通信基础知识2 无线通信3 短波通信4 无线自组织网无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第2页1 通信基础知识1.1 什么是通信1.2 通信系统普通框图1.3 数字通信系统框图1.4 通信方式1.5 通信系统分类无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第3页1.1 什么是通信通信就是信息传递过程。信息表现形式是“消息”。通信就是将消息从一个时空传递到另一个时空过程。常见消息有话音、图像、视频、数据等。对通信系统基本要求：快速、准确、保密、通畅有效、可靠优质、廉价无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第4

2、页1.2 通信系统普通框图消息产生地，消息原始（电）信号原始信号传输信号（适合在信道中传输信号）传输信号物理媒质 信道中噪声其它噪声信息归宿点，接收信号消息 信源发送设备信道信宿噪声源接收设备传输信号接收信号无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第5页1.3 数字通信系统框图接收设备发送设备信 源信源编码器加 密 器信道编码器调 制 器信 宿信源译码器解 密 器信道译码器解 调 器信道噪声源模拟信号数字信号降低信号中冗余以提升有效性信息加密可选件使信息带有规律性，以降低误码概率增加冗余以提升可靠性可选件频谱搬移，以适应频带传输要求基带传输无需此模块无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信

3、简介第6页1.4 通信方式按消息传递方向与时间关系分：单工通信：单向通信。双工通信：双向通信。半双工通信：时分双向通信。按数字信号排列次序分：并行通信：数字序列以成组方式在两条或两条以上并行信道上同时传输。串行通信：数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第7页1.5 通信系统分类按通信业务分：语音通信，视频通信，数据通信等。按系统结构分：点对点通信，通信网。按信号特征分：模拟通信，数字通信。按传输媒质分：有线通信，无线通信。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第8页2 无线通信2.1 简单无线电通信系统2.2 频率、波长、无线电频段

4、划分2.3 电波传输模式2.4 短波电台2.5 超短波电台2.6 微波接力2.7 散射通信2.8 卫星中继2.9 主流无线通信网无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第9页2.1 简单无线电通信系统两个无线电台（对讲机）信号以无线电波形式传输无线电波最主要参数：频率功率频率需符合国家无线电频谱规划频率决定了设备（尤其是天线）尺寸无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第10页2.2 频率、波长、无线电频段划分频率（f）就是单位时间（1s）内正弦波改变次数，单位Hz波长（）就是电波在空间传输时，相邻两个最大值之间距离，单位m频率与波长关系：例1：f=3MHz， =100m例2：f=30

5、0MHz， =1m例3：f=3GMHz， =0.1m光速：3x108m/s无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第11页频段（波段）划分不一样频率被要求用于不一样用途无线电频率划分表无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第12页2.3 电波传输模式1、水下传输 电波在海水中吸收衰减随频率升高而增大，当前仅用于超长波水下通信。2、地表波传输 又称地波传输。地面吸收衰减随频率升高而增大。地波传输用于中频（中波）以下频段。3、对流层视距传输 在低层大气中，利用直射波传输模式。传输距离普通在50公里左右。是超短波波段和微波波段主要传输模式。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第13

6、页2.3 电波传输方式4、对流层散射传输 利用无线电波在大气湍流气团中产生散射波进行超视距通信传输模式。适合用于超短波段，通信距离可达数百公里。是散射电台主要模式。5、电离层反射传输 利用电离层和地面对电磁波一次或屡次反射进行传输传输模式，又称天波传输。是短波电台主要模式。6、地空传输 无线电波穿透电离层直射传输模式。是卫星通信、空间通信唯一传输模式。 无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第14页2.4 短波电台频段：1.530MHz利用电离层反射进行通信通信距离300Km3000Km量级通信容量10Kbps量级极具抗毁性通信保底伎俩无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第15页

7、2.5 超短波电台频段：30300MHz主要靠地波、直射波、绕射波通信通信距离30Km量级通信容量100Kbps量级设备简单，使用方便无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第16页2.6 微波接力频段：5GHz量级靠点对点视频直射波传输通信距离50Km量级通信容量500Mbps量级设备庞大，机动性差惯用用于静态干线中继无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第17页2.7 散射通信频段：5GHz量级靠对流量散射进行传输通信距离500Km量级通信容量50Mbps量级设备庞大抗毁性好通信保底伎俩无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第18页2.8 卫星中继频段：500MHz20GH

8、z利用深空通信卫星中继进行传输通信距离可全球覆盖通信容量（单台终端）300Kbps量级通信延迟显著抗毁性略差无人区通信、应急通信无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第19页2.9 主流无线通信网覆盖范围用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g, a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX802.11n无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第20页3 短波通信3.1 短波通信特点3.2 短波信号传输形式3.3 电离层反射传输基本特征3.4 短波自适应通信3.

9、5 短波天线无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第21页3.1 短波通信特点通信距离远 可达几百到几千公里，甚至能够环球传输。方便灵活，抗毁性强 以电台为终端，以电离层为中继，为军用通信最终保障之一。信道条件恶劣 经典时变、色散信道，要到达良好通信效果，需要进行复杂处理。通信容量小，电路匹配困难 频段为1.5MHz30MHz，频带资源担心。同时，高、低频倍数(倍频程)过大，匹配困难。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第22页3.2 短波信号传输形式视距传输地波传输天波传输无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第23页3.3 电离层反射传输基本特征无线通信介绍理工大学通信

10、工程学院无线通信简介第24页最高可用频率电子密度越大，反射能力越强。频率越低，反射能力越强。发射仰角越小，反射能力越强。固定发射仰角，同一时间，存在最高可用频率MUF，超出此频率信号将穿过电离层，无法通信。用MUF0.85作为最正确工作频率。MUF白天高，夜晚低。可用自适应选频系统自动选择工作频率。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第25页多径传输无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第26页寂静区处理寂静区问题方法是低频率、大仰角。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第27页3.4 短波自适应通信自适应(Adaptive)：通信系统含有适应通信条件改变能力。短波通信中

11、可能用到自适应：频率自适应功率自适应分集自适应自适应均衡自适应天线阵列无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第28页频率自适应原理依据电离层反射信道改变情况，选择与其相匹配最正确工作频率。实时信道估值(RTCE: Real Time Channel Evaluation)是关键技术，它测量信道特征，为选率提供决议依据。主要是测量信噪比、多径时延、误码率等。其它主要技术：自适应信号处理。自适应控制技术。自动频谱管理技术。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第29页频率自适应实现方法链路质量分析(LQA)在通信间隙测量各个信道质量，并按优劣排序自动扫描接收接收机在预先约定一组信道上循

12、环扫描，等候LQA探测信号出现自动链路建立(ALE)在LQA和自动扫描接收基础上，自动选择最正确信道建立通信信道自动切换在最正确信道发生改变时，自动切换到新信道上进行通信无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第30页3.5 短波天线Pr = Pt + Gt L + Gr (dB)Pr :接收信号功率 Pt :发射信号功率Gt :发射天线增益 Gr :接收天线增益L :路径损耗天线直接影响信号传输，是至关主要原因。发射机接收机无线电信号PtPrGtGrL无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第31页常见天线：鞭状天线简单方便，增益低无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第32页

13、常见天线：斜拉天线长10米量级无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第33页常见天线：水平偶极天线增益37dB.工作频段较窄，有时需分波段设计。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第34页常见天线：笼形天线增益37dB 。工作频段较宽。适合用于固定台站。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第35页常见天线：菱形天线增益高(可达18dB)，频段宽。架设方便，适合远距离固定通信。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第36页常见天线：鱼骨形天线频带宽，增益高，干扰电平低。惯用作固定接收机天线。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第37页常见天线：对数周期天线工作

14、于频段内任意频点时，只有对应振子起作用。宽频带天线，方向性及增益系数与频率近似无关。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第38页几个天线对比 对比项天线类增 益带 宽机 动 性鞭状天线 斜拉天线 水平偶极天线 笼形天线 菱形天线 鱼骨形天线 对数周期天线 无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第39页天线调谐鞭状天线机动性好，但工作频带很窄，难以满足短波通信需要。要想在更宽频带内实现阻抗匹配，则必须使天线阻抗可调。fLfHfG(f)阻抗匹配阻抗失配发信机可调器件ZsZAZI天调无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第40页4 无线自组织网4.1 无线网络概述4.2 无线自组

15、织网络概念4.3 基于WIFI自组网实例无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第41页4.1 无线网络概述目标：实现6A：任何人(anyone)在任何时候(anytime)、任何地点(anywhere)能够采取任何方式(any means)与其它任何人(any other)进行任何通信(anything)。从覆盖范围上可分为：无线广域网（WWAN，移动通信网）无线局域网（WLAN，WIFI）无线个域网（WPAN，Bluetooth）从通信方式上可分为：基于基础设施无线网络无需基础设施自组织网络无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第42页无线网络元素网络基础设施无线主机笔记本, P

16、DA,运行应用程序可能是静态 (没有移动) 或者移动无线并不总是意味着移动无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第43页无线网络元素网络基础设施 基站经典地连接到接入路由器中继 负责在有线网络和其区域内无线主机转发报文 如, 蜂窝塔 802.11 访问点AP无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第44页无线网络元素网络基础设施 无线链路经典地用来连接移动主机和基站也用于骨干网 多重访问协议协调链路访问 各种数据速率，传输距离无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第45页无线网络基础设施模式网络基础设施 基础设施模式基站连接移动主机到有线网络切换: 移动主机会改变连接到有线网络

17、基站无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第46页无线网络自组模式自组模式没有基站节点能够传输到链路范围内其它节点各节点自发组成为一个网络，在它们之间路由无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第47页4.2 无线自组织网络概念一组带有没有线收发装置移动终端组成一个多跳、暂时性自创建（Self-Creating)、自组织(Self-Organizing)、自管理（Self-Administering)系统。不依赖预设基础设施而暂时组建。移动终端含有路由功效，能够经过无线连接组成任意网络拓扑。可独立工作，也可与Internet或蜂窝无线网络连接。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信

18、简介第48页自组织功效Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第49页动态改变网络拓扑Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第50页自动最正确路由选择-1Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第51页自动最正确路由选择-2最

19、正确路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第52页自动路由保护/恢复Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第53页最正确路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi

20、无缝漫游无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第54页方便扩展Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第55页4.3 基于WIFI自组网实例一个可依据应用场景自适应地在空间、频率、通道三个维度上综合自主组网系统。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第56页关键技术节点聚合在单一无线节点中聚合各种异构网络资源，节点在二层实现网络化，将频点、通道、空间三个维度统一，大幅提升

21、无线网络环境适应性和传输能力。在纵向实现了不一样异构网络平面在单节点聚合，而横向聚合实现了任意两个节点IP层单跳直达，极大了提升了网络性能和效率。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第57页关键技术 高动态分布式二层组网协议本协议基于物理地址实现，与网络层无关，不参加解析IP层路由问题，网络响应速度可到达毫秒级，支持多达79跳传输带宽，快速移动，兼容性好。网络环境多维感知技术实现了一个分布式感知算法，能够对每个链路上信道频率、带宽和时延进行实时感知，并经过链路权重来实现计算评定，为二层高动态组网协议提供基础数据支撑。 资源池化管理机制系统利用资源池化理论，实现了网络负载均衡，经过综合原因判断和路径拥塞算法均衡节点间负载，提升了网络传输带宽利用率，确保了整个网络正常通信。无线通信介绍理工大学通信工程学院无线通信简介第58页产品特点快速布署自愈性强抗干扰能力强高带宽多频段支持传输距离远机动性好易于扩展安全性高支持云监管控无线通信介绍理