无线电技术导论-之一-绪论-2011

无线电技术导论洪晟：82316447Email:

shenghong@教学安排绪论-----------------------------2学时电路基本定律-----------------2学时电子元件-----------------------2学时电子器件-----------------------2学时无线电发送基本原理--------2学时无线电接收基本原理--------2学时软件无线电概论--------------2学时考试（随堂开卷）-----------2学时为什么开设这门课？开拓知识视野为后续课程的学习打下一定的理论基础教材及考查办法教材:《无线电技术导论》（修订版）北京航空航天大学出版社高泽溪等编著考查办法（8次课）（1）课堂测试（点名）：2次（30%）（2）第九周考试

（70%）对本课教学内容建议：

shenghong@无线电技术导论

第一讲----绪论

无线电技术的基本常识无线电技术的发展历程无线电技术的应用--现代无线电技术无线电技术的未来绪论无线电技术利用

无线电波

传播信息的技术所谓无线电波就是依靠自由空间传播的频率从几赫兹到3000GHz范围内的电磁波

电磁波是一种物质无线电的基本常识频率：ƒ，单位：赫兹（Hz）,

千赫（kHz），兆赫（MHz）波长：λ，单位：米、厘米、分米、毫米速度：ν（近似为300，000，000m/s，等于绕地球七圈半（地球赤道周长40075.51公里)）ν=ƒ*λ频道和频带:

(1)频道(channel)：供某一频率专用的电波通道，例:144.12MHz。

(2)频带(band)或称波段，由多个(二个以上)相近的频道组成。例如：在无线电台的使用上，VHF是指144MHZ-146MHz的所有频道。

(3)为避免电波相互干扰，每个频道间距通常设为20KHz。因此，在VHF频带中，共有100个频道可供使用。电磁波谱宇宙射线射线X射线紫外线可见光红外线微波毫米波厘米波分米波超短波短波中波长波无线电波无线电频谱段号频段名称频率范围（含上限、不含下限）波段名称波长范围（含下限、不含上限）1极低频3~30Hz极长波100~10Mm2超低频30~300Hz超长波10~1Mm3特低频300~3000Hz特长波1000~100km4甚低频（VLF）3~30kHz甚长波100~10km5低频（LF）30~300kHz长波10~1km6中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m7高频（HF）3~30MHz短波100~10m8甚高频（VHF）30~300MHz米波10~1m9特高频（UHF）300~3000MHz分米波10~1分米10超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm11极高频（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm12至高频300~3000GHz丝米波10~1丝米信息消息：是指人们需要得到的各种事物的状态，如温度、压力、语言、音乐、文字、图象、数据和指令等。消息所包含的内容称为信息

信息是指人们原本不知而待知的内容，如果某人获得了他以前不知道的东西，就说他获得了信息。利用

无线电波

传播信息的技术传播信息的传输方式:古代：烽火台、金鼓、旌旗等；现代：书信、电话、电报、传真、广播、电视、电台、数字通信、网络等。利用

无线电波传播信息的技术无线电通讯技术模型无线电技术的发展----准备条件理论准备——1865年，麦克斯韦----发表电磁辐射理论，预言电磁波能以波的形式向外传播，其速度与光速相同实验准备——1888年，德国物理学家赫兹以著名的电火花放电实验证明了麦克斯韦的预言-----电子技术的新纪元所有这些，都为无线电电子学的发展与广泛应用准备了充分条件技术准备——爱迪生效应----为电子管的发明准备了条件

——有线通讯的发展

1837年：电磁式电报机，莫尔斯电码通讯发展史第一次技术革命

1844年：华盛顿—巴尔的摩的电报线路

1876年：贝尔发明了电话

1878年：波士顿—纽约长途电话无线电技术的发展----技术实现1890年：法国布兰利140m探测到赫兹电波英国洛奇800m收到莫尔斯电码1895年：意大利马可尼金属检波器2.8km

俄国波波夫第一台无线电接收机1899年：德国布劳恩调谐接收1901年：意大利马可尼大西洋（3200km）通讯发展史第二次技术革命无线电之父无线电技术的发展---技术突破1904年：英国弗莱明真空二极管，检波整流1906年：美国德福雷斯特真空三极管，放大与控制作用，发生高频振荡信号1906年：美国费森登传送语言和音乐1919年：美国阿姆斯特朗超外差式接收机．1919年：第一个定时广播电台在英国建成．1920年：美国匹茨堡建成了第一座商业电台（KDKA），第一天播音时把当天总统竞选结果立即告知人们，获得巨大成功．1926年：美国组成世界上第一个全国广播网．在此期间，加拿大、澳大利亚、丹麦、前苏联、法、英、德、意、日以及墨西哥也都相继建立了无线电台1930年：已经形成全球性的无线电广播系统．无线电技术的发展----飞速发展1923年：短波通讯1931年：微波通讯1936年：超短波接力通讯1957年：太空通讯—第一颗人造地球卫星1960年：卫星广播1965年：卫星电视，数字信号1969年：阿波罗1号电视、声音、数据信号1976年：VIKING-1号宇宙飞船11个月5000万英里，火星表面的图象20世纪90年代：蜂窝通信无线电技术的应用电报、电话、数据传输、声音广播、电视测速、定位、导航、遥控、遥测、遥感卫星通信气象探测、地球探测、安全保障射电天文、空间研究和空间操作等。现代无线电技术移动通信系统卫星导航系统射频识别技术与物联网其它移动通讯系统通讯系统的目标———五个W

任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（Whenever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信

移动通讯的特点（１）电波传播条件恶劣（直射＼绕射＼折射＼位置／方向）（２）在强干扰条件下工作（内部＼外部）（３）具有多普勒频移效应（４）移动用户经常移动通信系统网络

移动通信系统蜂窝移动通信无线覆盖区大区制：集群通讯，设备投资少，见效快频率利用率低，扩容困难，不能漫游小区制：优点移动通信发展历史简介第一代系统第二代系统第三代系统时间1984~19961990~2001~业务模拟移动电话数据数字语音、消息高速数据、宽带视频、多媒体结构宏蜂窝微蜂窝、微微蜂窝、无线本地环路无线技术模拟调制数字调制、CDMA、使用TDD和FDD的TDMACDMA、可能与TDMA结合或者与TDD和FDD结合频段800MHz800M和1900MHz2GHz实例AMPS、TACSETACS、NTTNMT450/900JTACS/NTACSGSM/DCS1900cdmaOne(IS-95)USTDMAIS-136PACS、PHScdma2000WCDMATDS-CDMA第一代模拟蜂窝移动通信系统历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出频分多址（FDMA）技术含义：每个用户占用一个频率用户识别：频道号特点：（1）简单，容易实现，适用于模拟和数字信号（2）以频率复用为基础，以频带划分各种（3）小区需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统（4）以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路（5）对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置（6）基站由多部不同载波频率的发射机同时工作（7）不适宜大容量系统使用应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统PowerFrequencyTimeFDMA第一代蜂窝模拟移动通信系统第一代蜂窝模拟移动通信系统模拟移动通信系统缺点：频谱利用率不高，容量有限，扩容困难；噪声、干扰严重，不保密，发展业务受限；制式太多，防碍漫游，难进入数字网(ＩSDN)等。第二代移动通信技术-GSM历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密时分多址（TDMA）技术含义：每个用户占用一个时隙用户识别：时隙特点：以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置系统要求严格的系统定时同步对功控的要求不严是时隙受限和干扰受限系统TDD模式下，上下型信道信息可以共享应用：GSM系统FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA第二代移动通信技术-GSM第二代移动通信技术-CDMA历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址（CDMA）软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术码分多址（CDMA）技术含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别：码型特点： 每个基站只需一个射频系统 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 是一个多址干扰受限系统 需要严格的功率控制 需要定时同步 软容量、软切换，系统容量大 抗衰落、抗多径能力强应用：IS-95CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统FrequencyCDMAPowerTime2G向3G演进过程示意图GSMPDCcdmaOneGPRSCDMA20001XTDMA(IS-136)TD-SCDMAWCDMACDMA20003XEDGEFirstStepinto3G2G3G2G向3G的过渡(2.5G)一、基于GSM的演进：

GSM网的数据传输速率为9.6kb/s，向3G演进的第一步是增强数据传输能力，已有两种高速移动数据规范

HSCSD(High-SpeedCircuit-SwitchedData)

高速电路交换数据业务，同时利用4个14.4kbps的时隙以电路交换方式提供57.6kbps的信息传输速率GPRS(GeneralPacketRadioService)

通用分组无线交换业务，欧洲ETSI建议GPRS分为两个发展阶段(即Phase1+和Phase2+)

GSMPhase1+技术(GPRS)将信包交换模式引入到GSM网络中，从而提高了资源利用率。GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个时隙的传输速率从9.6kb/s提高到14.4kb/s，使用8个时隙传送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率可以达115.2kb/s，并能支持Internet的IP协议及X，25协议。GPRS可以实现GPRS网络需要在GSM网中引入新的网络接口和通信协议。GPRS于1999年在新加坡投入使用。GSMPhase2+技术(EDGE)EDGE:EnhancedDataratesforGSMEvolution

EDGE技术在不改变GSM200kHz带宽载波、TDMA框架结构及通道的情况下，其帧结构与GSM相同，采用8PSK调制，使每时隙可传48kb/s甚至69.2kb/s，如集中8个时隙，使数据率可达到384kb/s，从而提供无线多媒体服务。利用EDGE技术，电信运营公司可以在现有的900MHz、1800MHz、1900MHz的GSM系统中，以最经济的方式提供第三代移动通信业务。2G向3G的过渡(2.5G)二、基于CDMA的演进

CDMA网络通过第一阶段无线传输标准（1xRTT）过渡到第二阶段无线传输标准（3xRTT），从而实现2G向3G的平滑过渡。IS-95B即CDMA1，利用码聚集(aggregation)技术，在一个突发中将8个码道分配给一个高速信包移动台，构成一基本码信道，系统的数据速率改进到IS-95B规定的中等数据速率(MDR)，即到115.2kb/s，IS-95采用的软切换和移动台辅助的频率间的硬切换(MAHO)的改进措施也可增加系统容量。IS-95C(cdma20001xRTT)将达到IMT-2000的MDR，是CDMA1系统容量的两倍，并可增加守候时间。2G向3G的过渡(2.5G)三、基于D-AMP（IS-136）的演进第一个阶段为IS-136+，它利用新的频率调制技术，使数据传输速率达到64kbps。第二阶段为136HS（HighSpeed），采用EDGE技术。使数据传输速率达到384kbps，在室内或低速运动时，提供2Mbps的传输速率，同时，在系统容量、覆盖范围及通信质量方面都有改善。CDMA20001X与GPRS的比较GPRS的优势永远在线:GPRS采用的分组技术使得用户无需建立连接过程，免去了WAP的登陆之苦。按流量计费。快捷登陆:理论上是３～５秒，网络忙时也不超过８秒。高速传输:GPRS的传输速率理论上是171.2Kbps，但考虑到网络的配置和手机的不同品牌，目前的速率可以达到20～30Kbps。自如切换:在进行话音业务是，数据仍可以传输，用户不用重复进行上网操作。

CDMA20001X与GPRS的比较GPRS的劣势实际应用中速率比理论值要低:要达到理论值是有条件的，要求只有一个用户占用所有8个时隙，并且没有防错保护。转接时延:GPRS分组通过不同方向发送数据，最终达到相同的目的。这样数据在通过无线链路传输过程可能发生一个或几个分组丢失，甚至发生更大的错误。有关标准组织认识到了无线分组技术这一固有特性，引入了数据完整性和重发策略，由此产生了潜在的转接时延。不同业务的互相干扰:CDMA20001X与GPRS的比较CDMA20001x的优势系统容量的配置灵活:CDMA是一个自扰系统，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑通话质量佳:CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而改变，可以得到较好的通话质量。频率规划简单:用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。建网成本低:CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。接通率高:CDMA的信号占用整个频段，几乎是普通窄带调制效率的7倍，对于相同的带宽，CDMA系统是GSM系统容量的4～5倍不易掉话:CDMA系统采用软切换技术，先连接再断开，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。通话不会被窃听:要窃听通话，必须要找到码址。CDMA码址是个伪随机码，而且共有4.4万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容是太困难了。第三代移动通信系统(3G)3G的主要特点：

支持移动多媒体业务宽带CDMA技术高频谱效率

FDMA/TDMA/CDMA

从电路交换到分组交换从媒体(media)到多媒体(Multi-media)

高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构主流技术：

WCDMAcdma2000TD-SCDMA集群移动通信系统专用调度系统组成：控制中心、基站、调度台、移动台大区制应用：车辆调度、公安、交警等部门无绳电话系统卫星移动通信系统卫星导航系统卫星导航系统的重大作用GPS卫星导航系统俄罗斯GLONASS全球导航卫星系统（85%）欧洲GALILEO导航卫星系统计划（2013）中国自主研制的第一代卫星导航定位系统

----北斗导航系统（2020）GPS卫星导航系统北斗卫星导航系统北斗二代卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。2000年，首先建成北斗一代导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。目前，我国正在实施北斗二代卫星导航系统建设，已成功发射七颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统三大功能：（1）快速定位（2）简短通信（3）精密授时定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒北斗系统与GPS相比：（1）北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力，可以独立完成移动目标的定位与调度功能，而GPS系统本身不具备通信能力，需要和其他通讯系统结合才能实现移动目标的远程定位与监控功能；（2）另外北斗导航系统是区域性导航系统，GPS系统是全球性导航系统；（3）北斗导航系统由我国自主控制，而GPS系统则是由美国军方控制。RFIDRFID(RadioFrequencyIdentification的)，即射频识别，俗称电子标签。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID的基本组成:标签(Tag)，阅读器(Reader)，天线(Antenna)。RFID分类RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G，5.8GRFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。物联网物联网（TheInternetofthings）的定义是：

通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。

（1999年提出）

这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网的用途（一）智能交通环境保护工业监测敌情侦查情报搜集政府工作公共安全平安家居食品溯源个人健康物联网的用途（二）当司机出现操作失误时汽车会自动报警公文包会提醒主人忘带了什么东西衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。国际电信联盟于2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：物联网产业链物联网产业链的四个环节：标识（关键技术：

RFID）感知（关键技术：传感器）处理信息（关键技术：智能芯片）信息传送（关键技术：无线传输网络）

有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。物联网的未来EPOSS在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段：第一阶段：2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域；第二阶段：2010~2015年物体互联；第三阶段：2015~2020年物体进入半智能化；第四阶段：2020年之后物体进入全智能化。无线电电子战电子对抗技术和电子反对抗

电子侦察与反侦察、电子干扰与反干扰、电子摧毁与反摧毁、电子隐身与反隐身等技术

无线电的其他应用蓝牙雷达遥控、遥测、遥感……无线电技术的未来——第三代通讯系统（1）宽带的码分多址(W—CDMA)技术及其与原有技术的兼容问题（2）无线ATM技术(移动的ATM技术)（3）软件无线电技术（4）智能天线及智能天线阵技术（5）移动的接入技术(移动IP接入系统)（6）移动管理及智能网技术基本思想:

在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换，并且尽可能多地用软