無線通信技術介紹

1、Wireless Communication 無線通信技術無線通信技術無線通信技術大綱無線通信技術大綱無線通信基本概況無線通信基本概況1無線通信傳輸系統(tǒng)無線通信傳輸系統(tǒng)2無線通信技術及前沿無線通信技術及前沿3無線通信概況無線通信概況無線通信基本概念無線通信基本概念無線通信發(fā)展史無線通信發(fā)展史無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段無線通信基本概念無線通信基本概念 無線通信：無線通信：利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式稱之為無線電通信，也稱之為無送信息的通信方式稱之為無線電通信，也稱之為無線通信。它包括線通信。它包括zigbee、藍牙、紅

2、外線、衛(wèi)星、微、藍牙、紅外線、衛(wèi)星、微波、波、Wimax等無線方式的通信等無線方式的通信 利用無線通信可以傳送電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)、利用無線通信可以傳送電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像以及廣播和電視節(jié)目等通信業(yè)務。圖像以及廣播和電視節(jié)目等通信業(yè)務。 移動通信是移動中的無線通信。移動通信是移動中的無線通信。 無線通信主要包括微波通信、衛(wèi)星通信、移動通信無線通信主要包括微波通信、衛(wèi)星通信、移動通信等。等。無線通信基本概念無線通信基本概念 微波通信，是使用微波進行的通信。微波是一種無微波通信，是使用微波進行的通信。微波是一種無線電波，由于微波的頻率極高，波長又很短，其在線電波，由于微波的頻率極高，波長

3、又很短，其在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信。它傳送的距離一般只有幾十千米。式是視距通信。它傳送的距離一般只有幾十千米。微波通信每隔幾十千米需建一個微波中繼站，這種微波通信每隔幾十千米需建一個微波中繼站，這種通信方式，也稱為微波中繼通信或稱微波接力通信。通信方式，也稱為微波中繼通信或稱微波接力通信。 但微波的頻帶很寬，通信容量大等優(yōu)點，可以用于但微波的頻帶很寬，通信容量大等優(yōu)點，可以用于各種電信業(yè)務的傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真各種電信業(yè)

4、務的傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。 無線通信基本概念無線通信基本概念 衛(wèi)星通信，利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個衛(wèi)星通信，利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系，或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系，因此也屬于微波通信的一種。因此也屬于微波通信的一種。 其主要特點是：通信距離遠；通信容量大；不受大其主要特點是：通信距離遠；通信容量大；不受大氣層騷動的影響，通信可靠。氣層騷動的影響，通信可靠。 全球覆蓋的固定衛(wèi)星通信業(yè)務靜止地球軌道全球覆蓋的固定衛(wèi)星通信業(yè)務靜止地球軌道(GE

5、O)衛(wèi)星，軌道高度大約為衛(wèi)星，軌道高度大約為36 000km，成圓形軌道，成圓形軌道，只要三顆相隔只要三顆相隔120的均勻分布衛(wèi)星，就可以覆蓋的均勻分布衛(wèi)星，就可以覆蓋全球。全球。 如下圖所示：如下圖所示：無線通信基本概念無線通信基本概念無線通信的發(fā)展史無線通信的發(fā)展史 古代的烽火到近代的旗語都是人們尋求快速遠距離古代的烽火到近代的旗語都是人們尋求快速遠距離通信的手段。通信的手段。 貝爾發(fā)明了電話，能夠直接將語言信號變?yōu)殡娔苎刎悹柊l(fā)明了電話，能夠直接將語言信號變?yōu)殡娔苎貙Ь€傳送。導線傳送。 德國科學家赫茲（德國科學家赫茲（Hertz）用一個振蕩偶子產(chǎn)生了）用一個振蕩偶子產(chǎn)生了電磁波，在歷史上第

6、一次直接驗證了電磁波的存在；電磁波，在歷史上第一次直接驗證了電磁波的存在； 意大利科學家馬可尼（意大利科學家馬可尼（Marconi）在赫茲實驗的基）在赫茲實驗的基礎上，實現(xiàn)了遠距離無線電信號的傳送，但一年后礎上，實現(xiàn)了遠距離無線電信號的傳送，但一年后他就實現(xiàn)了船只與海岸的通信。他就實現(xiàn)了船只與海岸的通信。 無線通信的發(fā)展史無線通信的發(fā)展史 從從802.3到到802.11： 八十年代，以太局域網(wǎng)迅猛發(fā)展，作為有線以太網(wǎng)八十年代，以太局域網(wǎng)迅猛發(fā)展，作為有線以太網(wǎng)的一種補充，它遵循了的一種補充，它遵循了IEEE802.3標準，使直接架標準，使直接架構于構于802.3上的無線網(wǎng)產(chǎn)品易受其他微波噪聲干

7、擾上的無線網(wǎng)產(chǎn)品易受其他微波噪聲干擾,性能不穩(wěn)定性能不穩(wěn)定,傳輸速率低且不易升級等。傳輸速率低且不易升級等。 針對以上問題，針對以上問題，IEEE制作了專門的無線局域網(wǎng)標準制作了專門的無線局域網(wǎng)標準802.11。 802.11各標準的區(qū)別請見下表：各標準的區(qū)別請見下表： 無線通信的發(fā)展史無線通信的發(fā)展史WLANWLAN技術標準技術標準工作頻段工作頻段傳輸速率傳輸速率802.11a5GHz54Mbps802.11b2.4GHz11Mbps802.11g2.4GHz54Mbps802.11n2.4GHz高達600Mbps無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段 無線通信初創(chuàng)時期使用的頻率較

8、低，波段主要限于無線通信初創(chuàng)時期使用的頻率較低，波段主要限于長波和中波，頻率范圍較窄。長波和中波，頻率范圍較窄。 目前無線通信使用的頻率從超長波波段到亞毫米波目前無線通信使用的頻率從超長波波段到亞毫米波段（包括亞毫米波以下），以至光波。無線通信使段（包括亞毫米波以下），以至光波。無線通信使用的頻率范圍和波段見下表：用的頻率范圍和波段見下表：無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍極低頻（ELF）330Hz極長波10010Mm（108107m）超低頻（SLF）30300Hz超長波101Mm（107106m）特低頻（ULF）3003000Hz特長波10001

9、00km（106105m）甚低頻（VLF）330kHz甚長波10010km（105104m）低頻（LF）30300kHz長波101km（104103m）中頻（MF）3003000kHz中波1000100m（103102m）高頻（HF）330MHz短波10010m（10210m）甚高頻（VHF）30300MHz超短波（米波）101m無線通信使用的頻率范圍和波段無線通信使用的頻率范圍和波段無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻率范圍和波段（續(xù)）無線通信使用的頻率范圍和波段（續(xù)）頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍特高頻（UHF）3003000MHz分米波10.1m（110-1

10、m）超高頻（SHF）330GHz厘米波101cm（10-110-2m）極高頻（EHF）30300GHz毫米波101mm（10-210-3m）至高頻（THF）3003000GHz微波亞毫米波10.1mm（10-310-4m）光波310-3310-5mm（310-6310-8m）無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段 無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點，無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點，下面按波長分述如下：下面按波長分述如下：v 極長波是指波長為極長波是指波長為110萬公里（頻率為萬公里（頻率為330Hz）的電磁波。）的電磁波。理論研究表明，這一波段

11、的電磁波沿陸地表面和海水中傳播理論研究表明，這一波段的電磁波沿陸地表面和海水中傳播的衰耗極小。的衰耗極小。v 超長波是指波長超長波是指波長1 1千公里至千公里至1 1萬公里（頻率為萬公里（頻率為30300Hz30300Hz）的電）的電磁波。這一波段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，在海水中衰耗很小磁波。這一波段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，在海水中衰耗很?。l率為（頻率為75Hz75Hz時衰耗系數(shù)為時衰耗系數(shù)為0.3dB/m0.3dB/m）對海水穿透能力很強，）對海水穿透能力很強，可深達可深達100m100m以上。以上。v 甚長波是指波長甚長波是指波長1010公里公里100100公里（頻率為公里（頻率為330kH

12、z330kHz）的電磁波。）的電磁波。無線通信中使用的甚長波的頻率為無線通信中使用的甚長波的頻率為1030kHz1030kHz，該波段的電磁，該波段的電磁波可在大地與低層的電離層間形成的波導中進行傳播，距離波可在大地與低層的電離層間形成的波導中進行傳播，距離可達數(shù)千公里乃至覆蓋全球可達數(shù)千公里乃至覆蓋全球。無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段v長波是指波長長波是指波長1 1公里公里1010公里（頻率為公里（頻率為30300kHz30300kHz）的）的電磁波。其可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反電磁波。其可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。射傳播（天波）。v中波是指波

13、長中波是指波長100100米米10001000米（頻率為米（頻率為3003000kHz3003000kHz）的電磁波。中波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x的電磁波。中波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。中波沿地表面?zhèn)鞑r，受地層反射傳播（天波）。中波沿地表面?zhèn)鞑r，受地表面的吸收較長波嚴重。中波的天波傳播與晝夜變表面的吸收較長波嚴重。中波的天波傳播與晝夜變化有關?；嘘P。無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段v短波是指波長為短波是指波長為1010米米100100米（頻率為米（頻率為330MHz330MHz）的電）的電磁波。短波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ?，沿空間以直磁波。短波

14、可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ?，沿空間以直接或繞射方式傳播（空間波）和靠電離層反射傳播接或繞射方式傳播（空間波）和靠電離層反射傳播（天波）。（天波）。v超短波是指波長為超短波是指波長為1 1米米1010米（頻率為米（頻率為30300MHz30300MHz）的）的電磁波。超短波難以靠地波和天波傳播，而主要以電磁波。超短波難以靠地波和天波傳播，而主要以直射方式（即所謂的直射方式（即所謂的“視距視距”方式）傳播。方式）傳播。無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段v微波是指波長小于微波是指波長小于1 1米（頻率高于米（頻率高于300MHz300MHz）的電磁波。）的電磁波。目前又按其波長的不同，分為

15、分米波（特高頻目前又按其波長的不同，分為分米波（特高頻UHFUHF）、）、厘米波（超高頻厘米波（超高頻SHFSHF）、毫米波（極高頻）、毫米波（極高頻EHFEHF）和亞）和亞毫米波（至高頻毫米波（至高頻THFTHF）。）。 微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。其主要在對流層內(nèi)進行?？偟恼f來，這種傳播方式其主要在對流層內(nèi)進行?？偟恼f來，這種傳播方式比較穩(wěn)定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的比較穩(wěn)定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的影響。另外，對流層中的大氣湍流氣團對微波有散影響。另外，對流層中的大氣湍流氣團對微波有散射作用。利用這種散射作用

16、可實現(xiàn)微波的超視距傳射作用。利用這種散射作用可實現(xiàn)微波的超視距傳播播。無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段 GSM系統(tǒng)工作頻段分為系統(tǒng)工作頻段分為GSM900 和和DCS1800兩兩大系統(tǒng)。大系統(tǒng)。 GSM系統(tǒng)是雙工系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)是雙工系統(tǒng)，根據(jù)GSM協(xié)議規(guī)定，協(xié)議規(guī)定，GSM900的上行工作頻段（的上行工作頻段（MS到到BTS）為）為890MHz-915MHz），下行工作頻段（），下行工作頻段（BTS-MS）為）為935MHz-960MHz），雙工距離為），雙工距離為45MHz；DCS1800的上行工作頻段為的上行工作頻段為1710MHz-1785MHz，下行工作頻段為，下行工作

17、頻段為1805MHz-1880MHz，雙工距離為，雙工距離為95MHz。在不同的國家，。在不同的國家，這些規(guī)定的頻率資源被分配給不同的運營商使用，這些規(guī)定的頻率資源被分配給不同的運營商使用，每個運營商只占有整個頻段的一部分資源。每個運營商只占有整個頻段的一部分資源。無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段 中國中國3G網(wǎng)絡使用的頻段：網(wǎng)絡使用的頻段： 中國電信中國電信CDMA2000分配到的頻率分配到的頻率 為上行為上行19201935MHz，下行，下行2110 2125MHz，共共15MHzX2； 中國聯(lián)通中國聯(lián)通WCDMA分配的頻率為分配的頻率為19401955MHz(上行上行)/

18、21302145MHz(下行下行)， 共共15MHzX2； 中國移動中國移動TD-SCDMA為為18801900MHz以及以及20102025MHz，共計，共計35MHz。 無線通信技術大綱無線通信技術大綱無線通信基本概況無線通信基本概況1無線通信傳輸系統(tǒng)無線通信傳輸系統(tǒng)2無線通信技術及前沿無線通信技術及前沿3無線通信概況無線通信概況無線通信系統(tǒng)組成無線通信系統(tǒng)組成無線信道簡介無線信道簡介無線信號傳輸無線信號傳輸無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機、收信機及與其相連接無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機、收信機及與其相連接的天線（含饋線

19、）構成。如下圖所示：的天線（含饋線）構成。如下圖所示： 發(fā)信機主要作用是將所要傳送的信號首先對載波信發(fā)信機主要作用是將所要傳送的信號首先對載波信號進行調(diào)制，形成已調(diào)載波；已調(diào)載波經(jīng)過變頻號進行調(diào)制，形成已調(diào)載波；已調(diào)載波經(jīng)過變頻（有的發(fā)射機不經(jīng)過這一步驟）成為射頻載波信號，（有的發(fā)射機不經(jīng)過這一步驟）成為射頻載波信號，送至功率放大器，經(jīng)放大后送至天（饋）線。送至功率放大器，經(jīng)放大后送至天（饋）線。 請看下面一種短波發(fā)信機的組成框圖：請看下面一種短波發(fā)信機的組成框圖：無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 天線主要作用是把射頻載波信號變成電磁波或者把電天線主要作用是把射頻載波信號變成電磁波或者把電

20、磁波變成射頻載波信號。饋線的主要作用是把發(fā)射磁波變成射頻載波信號。饋線的主要作用是把發(fā)射機輸出的射頻載波信號高效地送至天線。這一方面機輸出的射頻載波信號高效地送至天線。這一方面要求饋線的衰耗要??；另一方面其阻抗應盡可能與要求饋線的衰耗要?。涣硪环矫嫫渥杩箲M可能與發(fā)射機的輸出阻抗和天線的輸入阻抗相匹配。發(fā)射機的輸出阻抗和天線的輸入阻抗相匹配。無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 收信機的主要作用是把天線接收下來的射頻載波信收信機的主要作用是把天線接收下來的射頻載波信號首先進行低噪聲放大，然后經(jīng)過變頻（一次、兩號首先進行低噪聲放大，然后經(jīng)過變頻（一次、兩次甚至三次變頻）、中頻放大和解調(diào)后還原出原

21、始次甚至三次變頻）、中頻放大和解調(diào)后還原出原始信號，最后經(jīng)低頻放大器放大后輸出。信號，最后經(jīng)低頻放大器放大后輸出。 請看下面一種短波收信機的組成框圖：請看下面一種短波收信機的組成框圖：無線信道簡介無線信道簡介 信道：通信信道是界于發(fā)射機和接收機之間信號傳信道：通信信道是界于發(fā)射機和接收機之間信號傳播的物理媒質(zhì)。在無線通信領域中，信道是指大氣播的物理媒質(zhì)。在無線通信領域中，信道是指大氣（或稱自由空間）。而一般地講，電話通信使用各（或稱自由空間）。而一般地講，電話通信使用各種各樣物理信道，如：雙絞線、同軸電纜線、光纖種各樣物理信道，如：雙絞線、同軸電纜線、光纖或磁盤等。無論使用哪種信道，信號在傳輸

22、過程中或磁盤等。無論使用哪種信道，信號在傳輸過程中都會被衰變。它是由于各種隨機的加性噪聲所致。都會被衰變。它是由于各種隨機的加性噪聲所致。 無線信道：即無線的無線信道：即無線的“頻段頻段”（channel），是以），是以無線信號作為傳輸媒體的數(shù)據(jù)信號傳送通道。無線信號作為傳輸媒體的數(shù)據(jù)信號傳送通道。地球地貌和大氣層對不同頻率電磁波的傳播具有不地球地貌和大氣層對不同頻率電磁波的傳播具有不同的影響。同的影響。無線信道簡介無線信道簡介 無線網(wǎng)絡設備如何設置信道？無線網(wǎng)絡設備如何設置信道？ 一般無線網(wǎng)絡設備通過自帶的管理工具可以設置無一般無線網(wǎng)絡設備通過自帶的管理工具可以設置無線網(wǎng)絡參數(shù)，如網(wǎng)絡模式（

23、集中式或?qū)Φ仁綗o線網(wǎng)線網(wǎng)絡參數(shù)，如網(wǎng)絡模式（集中式或?qū)Φ仁綗o線網(wǎng)絡）、絡）、SSID、信道（、信道（Channel）和傳輸速率等。）和傳輸速率等。 常用的常用的IEEE802.11b/g/n工作在工作在2.4GHz頻段，頻段，此頻段被分為此頻段被分為11或或13個信道，中國只允許使用個信道，中國只允許使用11個信道，歐美等地區(qū)默認為個信道，歐美等地區(qū)默認為13個信道。當在無線個信道。當在無線AP無線信號覆蓋范圍內(nèi)有兩個以上的無線信號覆蓋范圍內(nèi)有兩個以上的AP時，需要時，需要為每個為每個AP設定不同的頻段，以免共用信道發(fā)生沖突。設定不同的頻段，以免共用信道發(fā)生沖突。 無線信道簡介無線信道簡介 信

24、道編碼：在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元信道編碼：在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元(稱稱為監(jiān)督碼元為監(jiān)督碼元)，使它們滿足一定的約束關系，這樣，使它們滿足一定的約束關系，這樣，由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個由信道傳輸?shù)挠尚畔⒋a元和監(jiān)督碼元共同組成一個由信道傳輸?shù)拇a字。碼字。 信道容量：是信道的一個參數(shù)，反映了信道所能傳信道容量：是信道的一個參數(shù)，反映了信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，有時也表示為單位時間內(nèi)可傳輸輸?shù)淖畲笮畔⒘?，有時也表示為單位時間內(nèi)可傳輸?shù)亩M制位的位數(shù)（稱信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，位速的二進制位的位數(shù)（稱信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，位速率），以位率），以位/秒（秒（b/s）形式予以表示，簡記為

25、）形式予以表示，簡記為bps 信道帶寬：是限定允許通過該信道的信號下限頻率信道帶寬：是限定允許通過該信道的信號下限頻率和上限頻率，也就是限定了一個頻率通帶。和上限頻率，也就是限定了一個頻率通帶。 無線信號傳輸無線信號傳輸 可以在自由空間利用電磁波發(fā)送和接收信號進行通可以在自由空間利用電磁波發(fā)送和接收信號進行通信就是無線傳輸。無線通信方法一般有無線電波、信就是無線傳輸。無線通信方法一般有無線電波、微波、藍牙及紅外線等。微波、藍牙及紅外線等。 無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無線電技術是通過無線電波的射頻頻段的電磁波。無線

26、電技術是通過無線電波傳播聲音或其他信號的技術。傳播聲音或其他信號的技術。 紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種；紅紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種；紅外線通信不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；且?guī)缀跬饩€通信不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；且?guī)缀醪皇茈姎?、天電、人為干擾，抗干擾性強。不受電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。 無線信號傳輸無線信號傳輸 電磁波傳輸特點：電磁波傳輸特點： 1，傳播環(huán)境復雜，傳播環(huán)境復雜 在視距傳輸中，電波以直射方式傳播，由于低層大在視距傳輸中，電波以直射方式傳播，由于低層大氣是均勻介質(zhì)，會產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象，且在傳輸氣是均勻介質(zhì)，會產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象，且在傳輸路徑

27、上遇到各種障礙物還可能發(fā)生反射、繞射和散路徑上遇到各種障礙物還可能發(fā)生反射、繞射和散射等。射等。 2，傳播環(huán)境不斷變化，傳播環(huán)境不斷變化 引起電波傳播環(huán)境變化的因素主要有移動臺處于移引起電波傳播環(huán)境變化的因素主要有移動臺處于移動狀態(tài)，城市建設的不斷變化等。動狀態(tài)，城市建設的不斷變化等。 3，環(huán)境被電磁噪聲污染，環(huán)境被電磁噪聲污染 無線信號傳輸無線信號傳輸無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 一，自由空間傳輸損耗一，自由空間傳輸損耗 自由空間自由空間又稱為理想介質(zhì)空間，它相當于真空狀態(tài)的理想空間。在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，即總能量未被損耗。但電波在自由空間

28、傳播時，會因能量向空間擴散而衰耗。 二，衰落二，衰落 無線傳輸中，接收點接收到的信號是有大量的建筑物或樹木、無線傳輸中，接收點接收到的信號是有大量的建筑物或樹木、山丘反射來的電波與山丘反射來的電波與直射空間波疊加而成的。當時間（季節(jié)、晝夜等）和氣象（雨、霧、雪待）條件發(fā)生變化時，大氣的溫度、溫率、壓力和地面反射點的位置、反射系數(shù)等也將發(fā)生變化。這必然引起接收點場強的高低起伏變化。 這種現(xiàn)象，叫做電波傳播的衰落現(xiàn)象。無線信號傳輸衰減和損耗 衰落的種類：衰落的種類：v 快衰落快衰落Rapid fading和慢衰落和慢衰落Slow fading(按持續(xù)時間劃分按持續(xù)時間劃分): 慢衰落：持續(xù)時間長的

29、叫慢衰落，其持續(xù)時間一般長達數(shù)分種到幾小時。 快衰落：持續(xù)時間短的叫快衰落，一般發(fā)生在幾秒到幾分鐘之間。v 上衰落上衰落Up fading和下衰落和下衰落Down fading(按接收點場強的高低劃分按接收點場強的高低劃分): 上衰落：高于自由空間電平值的叫上衰落 下衰落：低于自由空間的電平值的叫下衰落v 多徑衰落多徑衰落Multipath fading和閃爍衰落和閃爍衰落(按衰落發(fā)生的物理成因劃分按衰落發(fā)生的物理成因劃分): 閃爍衰落：主要是因為大氣局部微小擾動引起電波射束散射所造成，各散射波的振幅小，相位隨著大氣變化而隨機變化。結果它們在接收點的合成振幅變化很小，對主波影響不大，因此，這種

30、衰落對視距微波接力電路的穩(wěn)定性影響不大。 多徑衰落：主要是由于多徑傳播造成的，它是視距傳播信道深衰落的主要原因。所謂多徑傳播，就是電波離開發(fā)射天線后，通過兩條以上的不同路徑到達接收天線的傳播現(xiàn)象。無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 衰落現(xiàn)象規(guī)律:v波長短，距離長，衰落嚴重v跨水面，平原，衰落嚴重v夏秋季衰落頻繁v晝夜交替時，午夜容易出現(xiàn)深衰落v雨過天晴及霧散容易出現(xiàn)快衰落無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 三，大氣吸收衰減三，大氣吸收衰減 由于氣體分子的諧振引起對電波的吸收。 這種作用對15GHZ（即2CM）以上的微波才有明顯作用，低于此頻率的可不考慮。 四，雨霧衰減 由于

31、雨、霧、雪能對電波能量的吸收，微小水滴產(chǎn)生導電電流和定向輻射能量的散射。這種作用對5CM（即6GHZ）以下的微波才有明顯作用，長于此波長的可不考慮。 一般情況10GHz 以下頻段，雨霧衰落還不太嚴重，通常在兩站間的這種衰落僅有幾個dB。 但10GHZ以上頻段，中繼段間的距離將受到降雨衰耗的限制，不能過長。無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 如對13GHZ以上頻段，100mm/小時的降雨會引起5dB/km的損耗，所以在13GHZ，15GHZ頻段，一般最大中繼距離在10km左右 在20GHZ以上頻段，由于降雨損耗影響，中繼間距只能有幾公里 五，對流層對信號傳輸?shù)挠绊憊 微波信號的K型衰落

32、: 對流層結構的不均勻產(chǎn)生的折射和反射。我們知道介電常數(shù)決定電磁波的傳播速度。而空氣的介電常數(shù)取決于大氣壓力，溫度，濕度。介電常數(shù)的空間梯度變化導致電波傳輸射線彎曲。使得到達接收天線的信號能量降低。這就是所謂的K型衰落。氣象條件變化通常比較是緩慢的，因此受其影響產(chǎn)生的衰落是慢衰落。無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗v 大氣折射 因為大氣折射的影響，波在傳播過程中，實際上是彎曲的。大氣折射的最后效果可看成電磁波在一個等效半徑為 的地球上空沿直線傳播。 即： =KR R為實際地球半徑。 K值的實際測量平均值為4/3左右。但實際地段的K值和該地段的氣象有關，可以在較大范圍內(nèi)變化，影響視距傳

33、播。 依據(jù)波在大氣中折射原理依據(jù)波在大氣中折射原理,無線波束是彎曲的無線波束是彎曲的,通常是向下通常是向下彎曲彎曲。K=4/3是標準大氣是標準大氣 ReRe無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗k 1正折射正折射k = 1無折射無折射k 1負折射負折射無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 傳播路徑受大氣分層的影響傳播路徑受大氣分層的影響無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 波導性衰落：波導性衰落： 由于各種氣象條件的影響，如早上地面被太陽曬熱、晚上地面的冷卻，以及高氣壓地區(qū)都會在大氣層中形成不均因勻體，當電波通過這些不均勻體時，將產(chǎn)生超折射相現(xiàn)，形成大氣波導。如在無風的氣

34、候，在平原和水網(wǎng)地區(qū)，容易形成接近地面的波導層，使波束發(fā)生匯聚或發(fā)散而導致衰減性衰落。這種衰落的時間較長，有時可達幾十分鐘無線信號傳輸衰減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 抗衰落技術：主要有分集接收、均衡技術及信道編抗衰落技術：主要有分集接收、均衡技術及信道編碼技術。碼技術。 分集接收：分集接收：接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立 (攜帶同一信息)的信號進行特定的處理，以降低信號電平起伏的辦法。核心思想是分散傳輸，集中處理。 均衡技術：當傳輸?shù)男盘枎挻笥跓o線信道的相關帶寬時，信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落；時域表現(xiàn)為接收信號的碼間干擾。 均衡器的參數(shù)必須能跟蹤信道特性的變換而自適應調(diào)整。無線信號傳輸衰

35、減和損耗無線信號傳輸衰減和損耗 均衡目的：消除碼間干擾均衡目的：消除碼間干擾 碼間干擾產(chǎn)生的原因：碼間干擾產(chǎn)生的原因：無線通信系統(tǒng)中，多徑傳輸效應是引起碼間干擾的一個主要因素，體現(xiàn)為頻域上頻率選擇性衰落；接收時的抽樣時刻不能完全對準發(fā)送間隔是產(chǎn)生碼間干擾的原因之二，體現(xiàn)為時域上接收信號間產(chǎn)生的干擾。 信道編碼：通過引入可控制的冗余比特，使信息序列的各碼元和添加的冗余碼元之間存在相關性。在接收端信道譯碼器根據(jù)這種相關性對接收到的序列進行檢查，從中發(fā)現(xiàn)錯誤或進行糾錯。作用是盡量減小信道噪聲或干擾的影響，是用來 改善通信鏈路性能的技術。無線通信技術大綱無線通信技術大綱無線通信基本概況無線通信基本概況

36、1無線通信傳輸系統(tǒng)無線通信傳輸系統(tǒng)2無線通信技術及前沿無線通信技術及前沿3無線通信技術無線通信技術 一，多址技術一，多址技術 在蜂窩式移動通信系統(tǒng)中，多用戶臺要同時通過一個在蜂窩式移動通信系統(tǒng)中，多用戶臺要同時通過一個基站與其他用戶臺通信，因此必須對不同用戶臺和基站與其他用戶臺通信，因此必須對不同用戶臺和基站發(fā)出的信號賦予不同的特征，使基站能從眾多基站發(fā)出的信號賦予不同的特征，使基站能從眾多用戶臺信號中區(qū)分出哪一個用戶臺發(fā)出的信號，而用戶臺信號中區(qū)分出哪一個用戶臺發(fā)出的信號，而各用戶臺又能識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給各用戶臺又能識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的信號，多址技術可以解決這

37、個問題。自己的信號，多址技術可以解決這個問題。 多址系統(tǒng)設計主要有兩個問題：一是多路復用，就多址系統(tǒng)設計主要有兩個問題：一是多路復用，就是將一條通路變成多個物理信道；二是信道分配，是將一條通路變成多個物理信道；二是信道分配，即將單個用戶分配到某一個具體信道上去。即將單個用戶分配到某一個具體信道上去。無線通信技術無線通信技術 在移動通信系統(tǒng)中，常用的多只方式有：頻分多址在移動通信系統(tǒng)中，常用的多只方式有：頻分多址（FDMA）、時分多址（）、時分多址（TDMA）和碼分多址（）和碼分多址（CDMA）以及它們的混合應用方式等。以及它們的混合應用方式等。 頻分多址頻分多址FDMA是按照頻率的不同給每個用

38、戶分配單獨的物是按照頻率的不同給每個用戶分配單獨的物理信道，在全雙工的情形下，分配給用戶的物理信道是一對理信道，在全雙工的情形下，分配給用戶的物理信道是一對信道（占用兩個頻段），一段頻段為前向信道，另一段頻段信道（占用兩個頻段），一段頻段為前向信道，另一段頻段用戶反向信道。如下圖所示：用戶反向信道。如下圖所示：無線通信技術無線通信技術 由下圖可見，系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個由下圖可見，系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號。任意兩個移動用戶之間進行通信不同頻率的信號。任意兩個移動用戶之間進行通信時都必須經(jīng)過基站中轉，因而要占用兩個信道（四時都必須經(jīng)過基站中轉，因而要占用兩個信道（

39、四個頻道）才能實現(xiàn)雙工通信。個頻道）才能實現(xiàn)雙工通信。 頻分模擬移動通信系統(tǒng)中使用了頻分多址技術，其頻分模擬移動通信系統(tǒng)中使用了頻分多址技術，其優(yōu)點是技術比較成熟，設備簡單，容易實現(xiàn)。優(yōu)點是技術比較成熟，設備簡單，容易實現(xiàn)。 但缺點是抗干擾性差，但缺點是抗干擾性差， 保密性差。需要使用高性能保密性差。需要使用高性能 的射頻帶通濾波器來的射頻帶通濾波器來 減少鄰道干擾。減少鄰道干擾。無線通信技術無線通信技術 時分多址時分多址TDMA是發(fā)送端對所發(fā)信號的時間參量進是發(fā)送端對所發(fā)信號的時間參量進行正交分割，形成許多互不重疊的時隙。在接收端行正交分割，形成許多互不重疊的時隙。在接收端利用時間的正交性，

40、通過時間選擇（選通門）從混利用時間的正交性，通過時間選擇（選通門）從混合信號中選出相應的信號。合信號中選出相應的信號。 TDMA是把時間分割成周期性幀，每一幀再分割成是把時間分割成周期性幀，每一幀再分割成若干個時隙（無論幀或時隙都是互相不重疊的），若干個時隙（無論幀或時隙都是互相不重疊的），然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使移動臺在每幀中然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使移動臺在每幀中按指定的時隙向基站發(fā)送信號，基站可以分別在各按指定的時隙向基站發(fā)送信號，基站可以分別在各時隙中接受到移動臺的信號而不混擾。同時，基站時隙中接受到移動臺的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動臺的信號都按規(guī)定在預定的時隙中發(fā)

41、發(fā)向多個移動臺的信號都按規(guī)定在預定的時隙中發(fā)射，各移動臺在指定的時隙中接收，從合路的信號射，各移動臺在指定的時隙中接收，從合路的信號中提取發(fā)給它的信號。如下圖所示：中提取發(fā)給它的信號。如下圖所示：無線通信技術無線通信技術 TDMA移動通信系統(tǒng)是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，較模擬移動通信系統(tǒng)是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，較模擬移動通信系統(tǒng)有抗干擾能力強，頻率利用率高等優(yōu)移動通信系統(tǒng)有抗干擾能力強，頻率利用率高等優(yōu)點。缺點是時分多址移動通信系統(tǒng)需要全網(wǎng)同步，點。缺點是時分多址移動通信系統(tǒng)需要全網(wǎng)同步，技術比較復雜。技術比較復雜。無線通信技術無線通信技術 在碼分多址在碼分多址CDMA系統(tǒng)中，所有移動臺使用相同載系統(tǒng)中，所有移動臺使用相同載頻，并可以同時發(fā)射。碼分多址是發(fā)送端用各不相頻，并可以同時發(fā)射。碼分多址是發(fā)送端用各不相同的、相互（準）正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)信號，同的、相互（準）正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)信號，在接收端用碼型的（準）正交性，通過地址識別在接收端用碼型的（準）