无线通信工程

无线通信工程第1页，课件共35页，创作于2023年2月课程简介课程名称：无线通信工程讲课教师：姚彦课内总学时：32课程目的以面向21世纪的无线通信为背景，介绍无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用，为从事这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。课程概况第2页，课件共35页，创作于2023年2月 第一讲绪论 第二讲组成及规范 第三讲信道 第四讲基带传输 第五讲载波传输 第六讲信源编码 第七讲信道编码 第八讲多址1

课程大纲 第九讲多址2 第十讲抗衰落 第十一讲抗干扰 第十二讲无线网络及系统 第十三讲新技术及新应用1 第十四讲新技术及新应用2 第十五讲总复习 第十六讲考试

第3页，课件共35页，创作于2023年2月说明姚彦yaoy@可以通过Email答疑考试要求：以掌握基本概念为主第4页，课件共35页，创作于2023年2月第一讲绪论历史环境应用发展第5页，课件共35页，创作于2023年2月历史（1）通信发展历史的回顾通信（Communication)作为电信（Telecommunication)是从19世纪30年度开始的。物理发现 通信技术发展 1831年法拉第电磁感应1837年莫尔斯发明电报

1873年马克斯韦尔的电1876年贝尔发明电话 磁场理论1895年马可尼发明无线电开辟了电信（Telecommunication)的新纪元

第6页，课件共35页，创作于2023年2月历史（2）电话的发明者－贝尔贝尔（18xx－1922）英国人1868年在伦敦工作1871年去波士顿工作1873年任波士顿大学教授1875年发明多路电报1876年发明电话一生曾获许多专利。妻子是一位聋人。第7页，课件共35页，创作于2023年2月历史（3）无线电的发明者－马可尼马可尼（1874－1937）意大利人1894年在父亲的庄园试验1896年去伦敦1897年建立无线电报公司1899年首次实现英法无线通信1916年实现短波无线电通信1929年建立世界性无线通信网曾获诺贝尔奖金曾参加法西斯党第8页，课件共35页，创作于2023年2月历史（4）通信发展历史的回顾 物理发现 通信技术发展 1906年发明电子管 模拟通信得到发展开辟了模拟通信的新纪元

－1928年奈奎斯特准则和取样定理－1948年山农定理 在理论上为数字通信准备了条件

第9页，课件共35页，创作于2023年2月历史（5）通信发展历史的回顾 物理发现 通信技术发展

20世纪50年代 数字通信得到发展 发明半导体 20世纪60年代 发明集成电路

开辟了数字通信的新纪元

第10页，课件共35页，创作于2023年2月历史（6）通信发展历史的回顾 物理发现 通信技术发展

20世纪50年代 20世纪40年代提出静止卫 航天技术 星概念，但无法实现 1963年第一次实现同步卫 星通信

开辟了空间通信的新纪元

第11页，课件共35页，创作于2023年2月历史（7）通信发展历史的回顾 物理发现 通信技术发展

20世纪60年代 企图用于通信，未成功 发明激光 20世纪70年代 光纤通信得到发展 发明光导纤维

开辟了光纤通信的新纪元

第12页，课件共35页，创作于2023年2月历史（8）通信发展历史的启示通信传输始终是最活跃的技术领域，物理上的新进展都可能在通信上找到新用途，从而形成新的通信产业。通信传输的新要求又将推动物理和器件的进展，促使人们去研究发展新的物理机理来满足信息传输的需要。一个优秀的通信工程师和研究人员，必须对物理学和器件技术的新进展十分感兴趣，并善于抓住新方向、新突破口迎接通信技术的革命。 第13页，课件共35页，创作于2023年2月环境（1）：无线通信的频谱环境长波 30－300KHz 10-1km 中波 0.3-1.5MHz 1000-200m短波 1.5-30MHz 100-10m超短波:米波 30-300MHz 10-1m微波：分米波 0.3－3GHz 100-10cm 厘米波 3-30GHz 10-1cm 毫米波 30-300GHz 10-1mm 亚毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：红外光 3103-3105GHz 100-1m

可见光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

第14页，课件共35页，创作于2023年2月环境（2）：无线通信的传播环境无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、地波（直射、反射、绕射）无线传播的分类 －带宽受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道 －恒参信道和变参信道 －点对点信道和多址信道第15页，课件共35页，创作于2023年2月环境（3）：无线通信的传播环境

带宽受限信道和功率受限信道加性高斯白噪声信道上的山农定理

C＝Wlog2(1+S/N) b/s令：S/N=Eb/N0C/W山农定理就可以写成：

Eb/N0=(2C/W-1)/(C/W)带宽受限信道

Eb/N0C/WW无限 功率可以换取带宽功率受限信道

WC/WEb/N0有限 当W，Eb/N0-1.6dB，即为山农极限，带宽不能无限制地换取功率山农信道容量曲线Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB第16页，课件共35页，创作于2023年2月环境（4）：无线通信的传播环境

色散与非色散信道、恒参与变参信道信道响应为C(;t)，其中代表响应时间，t代表信号时刻。输入信号为时域冲击函数，检验是色散信道还是非色散信道。 其中Tm为多径扩散，其倒数fc为相干带宽。输入信号为频域冲击函数，检验是恒参信道还是变参信道。 其中Bd为多普勒展宽，其倒数tc为相干时间。信号带宽Bfc

，色散信道 信号带宽Bfc，非色散信道码元周期Ttc

，变参信道 码元周期Ttc

，恒参信道C(;t)u(t)v(t)tt(t)v(t)Tmff(f)S(f)Bd第17页，课件共35页，创作于2023年2月环境（5）：无线通信的传播环境

点对点信道和多址信道点对点信道：和有线信道类似，体现不出无线的特点。多址信道：无线传输的突出优点之一是能实现多址接入。 设：有N个用户地址，第k个地址发送的信号为：

N Sk(t)=akjSkj(t)，akj=1,0 j=1 jk

第k个地址接收的信号为：

NN R(t)=LikaijSij(t)+nk(t) I=1j=1

无线用户1无线用户2无线用户k空间环境无线用户1点对点信道多址信道空间环境Sk(t)Rk(t)第18页，课件共35页，创作于2023年2月应用（1）：无线通信的应用概况短波/超短波通信天波（电离层）：数据/电话、单边带地波：小型接力机、单双工电台、对讲机微波通信微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波电视、电话、数据卫星通信高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道电视、电话、数据移动通信蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统卫星移动系统第19页，课件共35页，创作于2023年2月 短波电离层通信特点：超远距离、灵活机动；容量小、质量差用途： －海外使馆 －远洋船队 －边防哨所 －应急通信

短波/超短波地面通信特点：绕射能力、灵活机动、隐蔽性好；容量较小、质量较差用途： －陆军电台 －对空电台 －特种通信(武警、公安)

－无绳电话应用（2）：无线通信的应用说明

短波、超短波通信第20页，课件共35页，创作于2023年2月应用（3）：无线通信的应用说明

微波通信微波接力特点：容量大、质量好、视距传播条件用途： －中小容量微波 －SDH大容量微波 －扩频微波 －高频段微波 点对多点微波用途：－无线集中器 －无线用户环 散射微波通信衰落时变信道，距离远，频带较窄，质量较差用途－军用 －民用第21页，课件共35页，创作于2023年2月应用（4）：无线通信的应用说明

卫星通信 高轨道卫星通信特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道用途： －国际长途 －海事卫星 －电视广播 －军事通信 中低轨道卫星通信特点：距离近、地面设备简单灵活，非静止轨道，要求跟踪用途： －非实时信息传送 －遥感 －侦测 －卫星移动通信第22页，课件共35页，创作于2023年2月应用（5）：无线通信的应用说明

移动通信 蜂窝系统无线通信最成功的应用第一代：模拟 第二代：数字 第三代：多媒体

寻呼系统无线通信最大众化的应用 其它无线移动系统集群系统无绳电话系统无线数据系统无线ATM系统无线IP系统第23页，课件共35页，创作于2023年2月发展（1）：21世纪电信网的发展趋势

20世纪 21世纪业务方式 以音频为主的单媒体 以视频为主的多媒体干线传输 微波 光纤用户传输 有线 无线复接方式

PDH SDH交换模式

STM ATM网络方式 三网鼎立 三网合一第24页，课件共35页，创作于2023年2月发展（2）：21世纪电信网的发展趋势

面向21世纪通信的三大革命以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命以SDH、ATM和IP为标志的数字革命以个人通信和无线接入为标志的无线革命第25页，课件共35页，创作于2023年2月发展（3）：21世纪电信网的发展趋势

面向21世纪通信的两大通信平台光纤通信平台： 无线通信平台：超大容量、超长距离 宽带、移动关键技术：波分复用、 关键技术：CDMA、智光纤放大器 能天线、软件无线电IPover?第26页，课件共35页，创作于2023年2月发展（4）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信面临的挑战及发展机遇光纤通信对无线通信的巨大冲击－－巨大带宽－－超低损耗－－较低成本未来信息高速公路的主干道，还有Fibertohome的趋势无线通信的发展机遇－－灵活性－－抗灾性－－移动性第27页，课件共35页，创作于2023年2月发展（5）：21世纪电信网的发展趋势

什么叫无线革命20世纪通信网的基本框架中继线 无线为主（微波、卫星） 天上包括部分有线（电缆）用户线 有线为主（市话电缆） 地下包括部分无线（无线电话）21世纪通信网的基本框架中继线 有线为主（光缆） 地下包括部分无线（微波、卫星）用户线 无线为主 天上包括部分有线第28页，课件共35页，创作于2023年2月发展（6）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信热点之一：个人通信1986年CCIR制订FPLMTS，以个人全球通信为目标，首次提出个人通信概念 1986年CCITT讨论UPT（全球通用个人通信）1989年英国政府发放许可证建立双向个人通信网，首次出现PCN名词90年代以来，美国提出个人通信业务（PCS），或个人通信系统（PCS）但是，到底什么是个人通信？CCITT

－个人的移动性和终端移动性分开 －着重于个人的移动性，用户号码可以在任何终端上使用 －无线接入不是必要的条件 CCIR、欧洲PCN、美国PCS

－个人的移动性靠终端的移动性实现－移动通信网作为个人通信网的底层网络结构－无线接入是必要的条件以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信

WirelessPersonalCommunications第29页，课件共35页，创作于2023年2月发展（7）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信热点之二：无线接入技术关键－多址 －有效性与可靠性 －组网－蜂窝 －信令与空间接口高层无线接入 特点：－蜂窝范围大－复杂的信道处理（纠错、均衡、分集）－快速移动 －无线交换 －功率大－成本高－低速语音编码低层无线接入特点：－蜂窝范围小－简单的信道处理－慢速移动 －有线交换－功率小－成本低－中速语音编码（32Kb/sADPCM）第30页，课件共35页，创作于2023年2月发展（8）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信热点之三：无线ATM无线ATM的发展背景－－ATM方式是未来通信网发展的必然趋势－－可移动多媒体业务的发展与普及－－无线频谱资源的更加合理利用无线ATM的技术关键－－窄带化技术（低到几Mb/s）－－抗误码技术－－按信源的信息量动态地分配带宽无线ATM的应用前景－－军事通信、多媒体通信第31页，课件共35页，创作于2023年2月发展（9）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信热点之四：扩频技术扩频多址技术的缺点：非正交性(Non-orthogonality)

优点：坚韧性(Robustness)

坚韧性体现在：－－抗多径－－抗干扰－－蜂窝分割的频率再用－－扇区分割的频率再用前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测

第32页，课件共35页，创作于2023年2月发展（10）：21世纪电信网的发展趋势

无线通信热点之五：软件无线电当前无线系统在硬件及软件上存在的问题：－多种标准、多种制式、多种协议、多种方案－困难:－－互连互通难－－设备更新难－－研制开发难能否搞成一个通用的无线系统： －－硬件是公用的，除了天线和RF前端外，其它都是DSP

－－所有无线通信过程都用软件实现，而软件环境是开放的 －－无线协议都遵循一个公共的WirelessOSI分层结构软件无线电的关键技术