第10章无线通信技术2.ppt

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1、Wireless Communication 无线通信技术无线通信技术2课程内容课程内容10.210.1 10.4数字微波通信数字微波通信10.3无线传输技术无线传输技术 概述概述 无线传播环境及其特性无线传播环境及其特性10.5卫星通信系统卫星通信系统10.2.2 无线通信信号的传播方式无线通信信号的传播方式：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反 射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻 挡时将发生绕射。挡时将发生绕

2、射。：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体 积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射 发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。：发射机信号无阻挡到达接收机。：发射机信号无阻挡到达接收机。四种最基本传播方式：四种最基本传播方式：10.2.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播 的接收区域中产生传播半盲区。的接收区域中产生传播半盲区。：由于用户的随机移动性，发射机与

3、接收机之间的距 离也是在随机变化。若发射机发射信号功率一 样，那么到达接收机时信号的强弱将不同，离接 收机近者信号强，离接收机远者信号弱。：由于用户处于高速移动（如车载通信）由于用户处于高速移动（如车载通信）中，中，从而引起传播频率的扩散，由此引起的附加频移称为多普勒从而引起传播频率的扩散，由此引起的附加频移称为多普勒频移，其频率扩散程度（多普勒频移）与用户运动速度成正频移，其频率扩散程度（多普勒频移）与用户运动速度成正比。多普勒效应只发生在大于等于比。多普勒效应只发生在大于等于70km/h70km/h时时：l 由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收

4、到的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。l 它们到达时的它们到达时的信号强度、信号相位、信号频率、信号强度、信号相位、信号频率、信号方向都是不一样信号方向都是不一样的。的。l 所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和。称所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和。称这种自干扰现象为这种自干扰现象为多径干扰多径干扰或或多径效应多径效应。10.2.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应10.2.4 衰落衰落接收信号电平随距离或时间波动，这种现象称为衰落接收信号电平随距离或时间波动，这种现象称为衰落 长期慢衰落长期慢衰落 短期快衰落短期快衰落l由传播路径上固

5、定障碍物（建筑物、山丘、树林等）的由传播路径上固定障碍物（建筑物、山丘、树林等）的阴影引起，也称为阴影衰落或大尺度衰落。阴影引起，也称为阴影衰落或大尺度衰落。l衰落是缓慢的，且衰落速率与频率无关，只与周围地形、衰落是缓慢的，且衰落速率与频率无关，只与周围地形、地物的分布、高度和物体的移动速度有关。地物的分布、高度和物体的移动速度有关。l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，也称小尺度衰落。伏，也称小尺度衰落。l接收端接收到的信号是发送端的信号经过直射、反射、折接收端接收到的信号是发送端的信号经过直射、反射、折射、散射、绕射等的信

6、号的叠加，即接收信号是发送信号经射、散射、绕射等的信号的叠加，即接收信号是发送信号经过多径传播后的叠加信号。过多径传播后的叠加信号。10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术1.1.扩频通信概念扩频通信概念所谓所谓扩展频谱通信扩展频谱通信技术（简称扩频通信）一般是指：用技术（简称扩频通信）一般是指：用比信比信号带宽宽得多的频带号带宽宽得多的频带来传输信息的技术，与光纤通信、卫星来传输信息的技术，与光纤通信、卫星通信一同誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。通信一同誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。l 扩频通信与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一扩频通信与传统通信系统不同的是，在信

7、道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。个宽带的低谱密度的信号。l 扩频通信是将待传送的信息数据被扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码伪随机编码调制，实现调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。关处理，恢复原始信息数据。l 具有具有伪随机编码调制伪随机编码调制和和信号相关处理信号相关处理两个特点。两个特点。10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术2.2.扩频通信理论基础扩频通信理论基础2log(1)SC WN其中：其中：C C：信道容量（比特：信道容量（比特/秒）；秒）；N N：噪声功率：噪声功

8、率 W W：带宽；：带宽；S S：信号功率：信号功率理论基础：信息论中的香农定理理论基础：信息论中的香农定理l 在信道容量在信道容量C C 不变时，如不变时，如S/N S/N 很小，则必须使用很小，则必须使用足够大的带宽足够大的带宽W W 来传输信号。来传输信号。l用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原理，其目的是为了提高通信系统的可靠性理，其目的是为了提高通信系统的可靠性 10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术3.3.扩频通信基本原理扩频通信基本原理l 在扩频通信中，使用不同的伪随机编码，不同通信用户可在同一频段、同一时间工作，互不影响或影响极小

9、。信源数据调制扩频调制伪随机码发生器扩频解调伪随机码发生器同步电路数据解调信宿B1B2B1B2扩频通信基本原理图扩频通信基本原理图l 伪随机编码（PN码：Pseudo Noise Code）10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术5.5.直接序列扩频方式直接序列扩频方式PN编码发生器信息码载波 0 1信息码PN码1111000010发送码1111000110BPSK调制调制BPSKPN编码发生器信码本振解调混频本振中频 0 1解调信号已知已知PN码码10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术6.6.跳变频率方式（简称：跳频方式、跳变频率方式（简称：跳频方式、FHFH方式）方式）p 调频通信是指传输信

10、号的载波频率按照预定规律调频通信是指传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式进行离散变化的通信方式。p 跳频信号具有时变、伪随机的载频，所有可能的跳频信号具有时变、伪随机的载频，所有可能的载波频率的集合称为跳频集。载波频率的集合称为跳频集。10.3.2 多址技术多址技术1.1.多址技术的概念多址技术的概念：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同时相互通信的一种信号传输方式时相互通信的一种信号传输方式 v 自从电话技术和无线电技术问世以来，人们就在自从电话技术和无线电技术问世以来，人们就在试图通过单条电路传送尽可能多的业务。试图通过单条电路传送

11、尽可能多的业务。采用多址技术的好处采用多址技术的好处增加系统的容量，为更多的用户提供服务增加系统的容量，为更多的用户提供服务因为所需传输媒介减少，降低了系统成本因为所需传输媒介减少，降低了系统成本降低单用户的费用降低单用户的费用双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光缆光缆空中接口空中接口(无线电信号无线电信号)传输介质类型举例传输介质类型举例传输传输介质介质n每对用户各自通过传输每对用户各自通过传输介质使用一专用电路通介质使用一专用电路通信而彼此并不知道其他信而彼此并不知道其他用户的存在。用户的存在。10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA：将通信系统的将通信系统的总带宽总带宽划分为若干

12、等间隔的划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。信道，分配给不同的用户。10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA系统特点系统特点sT10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA4.TDMAMS3MS2时隙帧时隙N时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个TDMA帧10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA4.TDMA实例：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz信道数：共有125个RF载波，每个载波带宽200kHz。GSM系统能同时容纳的用户数为：25810000.2K 上行：上行：890MHz915MHz下行

13、：下行：935MHz960MHz收、发频率间隔为收、发频率间隔为45MHz。10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA-4.TDMA-系统特点系统特点10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA5.CDMACDMACDMA（Code Division Multi-AcccessCode Division Multi-Acccess ）直接序列扩频多址方式直接序列扩频多址方式p它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除TDMATDMA以外的另一种形式，最典型的是以外的另一种形式，最典型的是IS-95IS-95。p在第三代移动通信中，提出的最主要的三种体制在

14、第三代移动通信中，提出的最主要的三种体制也是采用也是采用CDMACDMA，它们是，它们是FDDFDD的的CDMA2000CDMA2000、FDDFDD的的WCDMAWCDMA，与，与TDDTDD的的TD-SCDMATD-SCDMA。10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA-5.CDMA-基本原理基本原理1c2c1C2CNcNCMSCBS10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA-5.CDMA-系统特点系统特点10.3.2 多址技术多址技术6.SDMA-6.SDMA-工作原理工作原理 SDMA系统工作示意图23课程内容课程内容10.210.1 10.4数字微波通信数字微波通信10.3无线传输技

15、术无线传输技术 概述概述 无线传播环境及其特性无线传播环境及其特性10.5卫星通信系统卫星通信系统10.4.1 概述概述【微波通信的定义】【微波通信的定义】微波通信是指用微波频率作载波携带信息,通过无线电波空间进行中继(接力)通信的方式LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHz红外线可见光工业和天

16、电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小微波信号的频率范微波信号的频率范围围频率为频率为300MHz300GHz的电磁波，的电磁波，其所对应的波长为其所对应的波长为1m1mm10.4.1 概述概述v 微波通信的发展：20302030年代年代微波理论、元器件、应用微波理论、元器件、应用 40504050年代年代模拟微波通信系统模拟微波通信系统 AMAM模拟调制，模拟调制，27002700路路 60706070年代年代中、小容量的数字微波通信系统中、小容量的数字微波通信系统 第一代：短距离、低速率、第一代：短距离、低速率、PSKPSK和和QPSKQPSK调制，调制，34Mbps34Mbps，480480路路PDHPDH系统系统 80908090年代年代大容量数字微波通信系统大容量数字微波通信系统 第二代：中距离、高速率、第二代：中距离、高速率、16QAM16QAM调制、四次群、调制、四次群、140Mb/s140Mb/s，19201920路路PDHPDH微波微波 9090年代至今年代至今SDHSDH微波通信微波通信 第三代第三代 ：9090年代，年代，SD