第1章 點對點的無線通信

1、2021-10-291移動通信務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信22021-10-29課程介紹課程介紹u 專業(yè)必修課專業(yè)必修課u 對移動通信原理、技術、系統(tǒng)、及其應用對移動通信原理、技術、系統(tǒng)、及其應用 有基本認識有基本認識u 教材教材 丁奇大話移動通信人民郵電出版社 2011u 參考書參考書務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信32021-10-29考核方式考核方式態(tài)度性評價（20%）知識性評價(70%)技能性評價(10%)扣分項 總評書面作業(yè)（40%）期末成績（60%）總評項目1（50%）項目2（50%）總評務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊

2、一 點對點的無線通信42021-10-29學習目標學習目標u 理解移動通信的概念及其含義；理解移動通信的概念及其含義；u 掌握移動通信的特點、分類和工作方式；掌握移動通信的特點、分類和工作方式；u 熟悉常用幾種移動通信系統(tǒng)的名稱、結構、功熟悉常用幾種移動通信系統(tǒng)的名稱、結構、功 能、特點與應用；能、特點與應用；u 了解移動通信系統(tǒng)的未來發(fā)展的方向；了解移動通信系統(tǒng)的未來發(fā)展的方向；務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信學習方式n學“道”（信號與系統(tǒng)、隨機過程分析、電磁場與電磁波、無線通信原理） 知其所以然（了解為什么可以這樣）n學“術”（通信系統(tǒng)結構、設備、功能、性能、配置

3、） 知其然（掌握如何這樣）學學“術術”為主、學為主、學“道道”為輔！為輔！常州信息職業(yè)技術學院 張立中52021-10-29務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信62021-10-29內(nèi)容一覽內(nèi)容一覽模塊一 點對點的無線通信從貝爾到莫爾斯模塊二 多點對多點的無線通信系統(tǒng)模塊三 GSM網(wǎng)絡模塊四 WCDMA網(wǎng)絡模塊五 TD-SCDMA網(wǎng)絡模塊六 cdma2000網(wǎng)絡模塊七 LTE網(wǎng)絡 2G網(wǎng)絡3G網(wǎng)絡4G網(wǎng)絡務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信72021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程ITU:International Telec

4、ommunications Union 國際電信聯(lián)盟 IEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 美國電氣和電子工程師協(xié)會 IMT-2000:International Mobile Telecom System-2000 國際移動電話系統(tǒng)-2000 3GPP :The 3rd Generation Partnership Project 3G技術規(guī)范機構務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信82021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程（1G）1G1G（第一代移動通信系統(tǒng)）（第一代移動通信系統(tǒng)）nAMPS（A

5、dvanced Mobile Phone System）高級移動電話系統(tǒng) AMPS在無線傳輸中采用了頻率調(diào)制FDMA AMPS是第一代的蜂窩技術模擬通信系統(tǒng)務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信92021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程（2G）2G2G（第二代移動通信系統(tǒng)）（第二代移動通信系統(tǒng)）nTDMA（ IS-95采用 CDMA ）n以GSM系統(tǒng)、IS-136和IS-95 CDMA為代表的數(shù)字蜂窩系統(tǒng) 務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信102021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程（3G）3G3G（第三代移動通信系統(tǒng)）（第三代移動通信系統(tǒng)）n以

6、WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA和它們的演進系統(tǒng)為代表的IMT-2000系統(tǒng) n理論下載速率WCDMA（7.2/14.4Mbps），CDMA2000(3.1Mbps/單載波)，TD-SCDMA(2.8Mbps/單載波)務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信112021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程（E3G） E3G E3G（3.5G3.5G 3.9G3.9G） LTE (Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進，始于2004年3GPP的多倫多會議。主流技術LTE-FDD,LTE-TDD. LTE也被通俗的稱為3.9G，改進并增強了

7、3G的空中接入技術，被視作從3G向4G演進的主流技術。在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率 務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信122021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程（4G） 4Gn進一步提升系統(tǒng)性能 LTE-Advanced 多頻段層疊無線接入系統(tǒng)，100mhz頻譜帶寬。 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps IEEE 802.16m是為用戶站點和核心網(wǎng)絡（如：公共電話網(wǎng)和 Internet）間)提供通信路徑而定義的WIMAX無線服務標準協(xié)議。4G手機，確切的說4G終端，其本質不是把手機做大，而是把電腦做小。務實誠信

8、務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信132021-10-29移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程移動通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢：“寬帶接入移動化寬帶接入移動化”“移動通信寬帶化移動通信寬帶化”務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信142021-10-29移動通信技術的演進移動通信技術的演進務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信152021-10-29移動通信技術的演進移動通信技術的演進2021-10-2916移動通信模塊一模塊一 點對點的無線通信點對點的無線通信務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信172021-10-29

9、古代通信古代通信最早的無線通信：人與人之間對話最早的無線通信：人與人之間對話發(fā)射機、接收機、聲波發(fā)射機、接收機、聲波“雞犬之聲相聞，老死不相往來雞犬之聲相聞，老死不相往來”務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信182021-10-29古代通信古代通信征戰(zhàn)部隊：穩(wěn)鼓而進，聞金（鉦）而退征戰(zhàn)部隊：穩(wěn)鼓而進，聞金（鉦）而退隊伍編號、旗語隊伍編號、旗語鉦：中國古代一種銅制的打擊樂器鉦：中國古代一種銅制的打擊樂器務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信古代通信古代通信n烽火臺（烽火戲諸侯、大意失荊州）n驛站（陰符、陰書） 編碼、加密、跳頻如何能實現(xiàn)千里眼、順風耳？時

10、時、處處、人人192021-10-29務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信現(xiàn)代通信系統(tǒng)架構n麥克斯韋（1865預言電磁波存在）n赫茲（ 1888實驗驗證電磁波存在）n貝爾（電話之父）n愛迪生常州信息職業(yè)技術學院 張立中202021-10-29務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信現(xiàn)代通信系統(tǒng)架構n聲波變成電信號？（模擬信號變成電信號）金屬片連接在電磁開關上212021-10-29務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信模擬通信系統(tǒng)222021-10-29務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信232021-10-29

11、模擬通信系統(tǒng)模型n 如下圖所示（以調(diào)幅/AM廣播為例）：模擬信源模擬信源調(diào)制器調(diào)制器信道信道噪聲源噪聲源解調(diào)器解調(diào)器信宿信宿人的語音頻率在人的語音頻率在300Hz到到4000Hz之間，無法之間，無法通過天線發(fā)射出去通過天線發(fā)射出去從這個過程中我們可以知道，實際上，模從這個過程中我們可以知道，實際上，模型中的調(diào)制解調(diào)器中都包含了放大功能型中的調(diào)制解調(diào)器中都包含了放大功能務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信242021-10-29數(shù)字通信系統(tǒng)模型信信源源可能是模擬信源（如麥克風），也可能是數(shù)字信源（如計算機）信信源源編編碼碼如果信源是數(shù)字信源，主要對其壓縮、加密等；如果是信源

12、是模擬信源，則先進行A/D變換再進行壓縮、加密信信道道編編碼碼主要功能是檢錯和糾錯，主要目的是為了保證通信的可靠性數(shù)數(shù)字字調(diào)調(diào)制制與模擬調(diào)制的作用是類似的：都是為了使通信傳輸?shù)男畔⒏h、更多、更抗干擾信道信道噪聲源噪聲源數(shù)數(shù)字字解解調(diào)調(diào)信信道道譯譯碼碼信信源源譯譯碼碼信信宿宿是發(fā)送端處理的“逆過程”，不再贅述隨著通信技術的飛速發(fā)展，信道編碼與數(shù)字調(diào)制有融合的趨勢務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信252021-10-29 和模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)點：和模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)點：（1 1）抗干擾能力強，無噪聲累積抗干擾能力強，無噪聲累積（2 2）便于多種信息傳輸（數(shù)

13、字化語音、計算機數(shù)據(jù)、數(shù)字化圖便于多種信息傳輸（數(shù)字化語音、計算機數(shù)據(jù)、數(shù)字化圖 象、監(jiān)控數(shù)象、監(jiān)控數(shù)據(jù)等）據(jù)等）（3 3）便于信息處理（如加密、存儲、網(wǎng)管等）便于信息處理（如加密、存儲、網(wǎng)管等）（4 4）可靠性高、電路功耗低，體積小便于集成化可靠性高、電路功耗低，體積小便于集成化 (5) (5) 接收端具有糾錯檢錯功能接收端具有糾錯檢錯功能磁帶磁帶-CD,-CD,模擬電視模擬電視- -數(shù)字電視，大哥大數(shù)字電視，大哥大-GSM-GSM手機手機 缺點：占用頻帶寬缺點：占用頻帶寬占用帶寬多，相比模擬信號，有失真。占用帶寬多，相比模擬信號，有失真。膠片電影、光學攝像機等膠片電影、光學攝像機等務實誠信

14、務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信262021-10-29信號的時域概念信號的時域概念-信號隨時間變化的曲線信號隨時間變化的曲線模擬信號模擬信號 數(shù)字信號數(shù)字信號周期信號周期信號非周期信號非周期信號務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信272021-10-29信號的頻域概念信號的頻域概念-描述信號在頻率方面特性描述信號在頻率方面特性時域和頻域是信號的基本性質，這樣可以用多種方式來分析信號，每種方式提供了不同的角度。對于一個信號來說，它也有很多方面的特性。如信號強度隨時間的變化規(guī)律（時域特性），信號是由哪些單一頻率的信號合成的（頻域特性）通常一個電磁信號會由多

15、種頻率組成，而非單一的頻率：通常一個電磁信號會由多種頻率組成，而非單一的頻率：務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信282021-10-29信號的分析信號的分析周期信號：周期信號可以用成諧波關系的正弦函數(shù)級數(shù)來表示，即傅里葉級數(shù)非周期信號：可以用不全成諧波關系的正弦信號的加權積分來表示-傅里葉變換基波、諧波-傅里葉反變換-傅里葉級數(shù)高等數(shù)學、教材參考書1非周期信號：可以用不全成諧波關系的正弦信號的加權積分來表示一個信號，無論它是周期的還是非周期的，我們都能用數(shù)學一個信號，無論它是周期的還是非周期的，我們都能用數(shù)學公式對它進行表達，傅里葉的理論構成了現(xiàn)代通信的基石公式對它進行

16、表達，傅里葉的理論構成了現(xiàn)代通信的基石務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信292021-10-29信號的分析信號的分析時域和頻域的轉換f=1/t喬丹打球務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信302021-10-29“A/D變換變換”的的3個步驟：采樣、量化、編碼個步驟：采樣、量化、編碼 將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的采樣將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的采樣值的過程就是采樣值的過程就是采樣。采樣也稱為取樣、抽樣等。采樣也稱為取樣、抽樣等。圖圖2-2-2 2-2-2 采樣過程示意圖采樣過程示意圖1.采樣采樣務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模

17、塊一 點對點的無線通信312021-10-29奈奎斯特采樣定理奈奎斯特采樣定理 采樣時，究竟要取多少個點，才能保證原有的連續(xù)時間信號所含的信息才不會丟失，才能完整的保留下來，然后被還原?針對上邊這個問題，美國物理學家奈奎斯特（針對上邊這個問題，美國物理學家奈奎斯特（Nyquist）在在1927年提出采樣定理。年提出采樣定理。 采樣定理內(nèi)容采樣定理內(nèi)容當采樣頻率當采樣頻率fsfs大于等于信號中最高頻率大于等于信號中最高頻率fmaxfmax的的2 2倍時，即倍時，即 ，采樣之后的數(shù)字信號才能完整地保留，采樣之后的數(shù)字信號才能完整地保留了原始信號的信息了原始信號的信息 max2 ffs務實誠信務實誠

18、信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信2021-10-292.量化量化32均勻量化均勻量化將縱軸均勻劃分成M個區(qū)間一般這個量化值取這個區(qū)間的中點落在某一區(qū)間內(nèi)的樣值統(tǒng)統(tǒng)量化成1個值3m4m5m6m7m6m這樣，本來縱坐標的取值是無限多個的模擬信號就變成了多進制數(shù)字信號務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信332021-10-29非均勻量化非均勻量化均勻量化非均勻壓縮抽樣后信號抽樣后信號124大信號壓縮率大大信號壓縮率大小信號壓縮率小小信號壓縮率小11.21.6通過傳輸通過傳輸?shù)浇邮斩说浇邮斩朔蔷鶆蚪鈮嚎s（即擴張器）大信號放大倍數(shù)大大信號放大倍數(shù)大小信號放大倍數(shù)小小信號

19、放大倍數(shù)小124達到了達到了非均勻量化非均勻量化效果效果下面主要學習非均勻壓縮下面主要學習非均勻壓縮務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信342021-10-29A壓縮律（我國使用）壓縮律（我國使用）1|1n11|n111|0n11xAAxAAxAAxyA是大于是大于1的常數(shù)的常數(shù)y是是x的的2段函數(shù)：段函數(shù)：第第1段是線性函數(shù)段是線性函數(shù)第第2段是指數(shù)函數(shù)段是指數(shù)函數(shù)為了盡可能減小誤差，采用為了盡可能減小誤差，采用1515折線逼近折線逼近律，采律，采用用1313折線逼近折線逼近A A律律務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信352021-10-293.

20、編碼編碼 將每一個量化電平用一組二進制代碼表示的過程稱為編碼。將每一個量化電平用一組二進制代碼表示的過程稱為編碼。在實際的設備中，量化和編碼是同時完成的在實際的設備中，量化和編碼是同時完成的。我們重點介紹常我們重點介紹常用的逐次反饋比較型脈沖編碼調(diào)制（用的逐次反饋比較型脈沖編碼調(diào)制（PCMPCM）編碼的過程。）編碼的過程。 在真正的通信系統(tǒng)中應用的PCM編碼是采用A律13折線法的，用8個bit為來表征，共可以表示 個電平。25628務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信362021-10-294.調(diào)制調(diào)制調(diào)制在通信中的作用：（1）調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應

21、信道 的要求。（2）經(jīng)過調(diào)制后的頻帶信號更容易輻射，從而滿足無線通信的要求。（3）實現(xiàn)頻率分配。（4）實現(xiàn)多路復用。（5）減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力。務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信372021-10-29數(shù)字調(diào)制的三種方式：數(shù)字調(diào)制的三種方式：務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信382021-10-29本章結構本章結構n 現(xiàn)代通信系統(tǒng)的整體框架現(xiàn)代通信系統(tǒng)的整體框架n 信號的概念及信號分析方式信號的概念及信號分析方式n 模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號n 無線信道無線信道務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信392021-10-29無線信道無線信道 提起無線信道，本章只關注兩方面內(nèi)容：一是它的理論容量，也就是說在既定帶寬和信噪比的前提下最大傳輸速率會是多少；二是它有些什么特性會對通信系統(tǒng)有所影響一、無噪聲的情況：奈奎斯特第一準則奈奎斯特第一準則內(nèi)容：信道在無噪聲的理想情況下，如果信道帶寬為B，那么在沒有碼間干擾的情況下，能夠傳輸?shù)淖畲笮盘査俾蕿?B，數(shù)據(jù)率的限制僅僅來自于信道的帶寬務實誠信務實誠信 自強奮進自強奮進模塊一 點對點的無線通信402021-10-29 二、有噪聲的情