無線通信概述

無線通信技術(shù)主講人：劉花香TelQ：724796375教材&參考書籍教材—潘焱，無線通信系統(tǒng)與技術(shù)參考書籍：美國出版的經(jīng)典教材—Wirelesscommunicationsprinciplesandpractice,作者：TheodoreS.Rappaport《無線通信原理與應(yīng)用》（第二版），高文安等譯，電子工業(yè)出版社2幾點(diǎn)要求與說明出勤：不得遲到,曠課(有事請(qǐng)事先請(qǐng)假,要請(qǐng)假條)，缺勤三次取消考試資格聽課：手機(jī)關(guān)機(jī)或調(diào)成靜音考查成績：平時(shí)成績（30%）+考試成績（70%）閉卷考試3教學(xué)目標(biāo)&教學(xué)重點(diǎn)目標(biāo)：將以現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)為背景，主要講述無線通信的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)以及典型無線通信系統(tǒng)，讓同學(xué)對(duì)無線通信技術(shù)有較全面的了解，對(duì)典型無線通信系統(tǒng)有所了解。重點(diǎn)：無線通信的基本概念，無線通信中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和典型無線通信系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)。4第一章無線通信概述1.1

無線通信發(fā)展歷史1.2無線通信應(yīng)用

1.3

無線頻譜劃分1.4無線信道與電波傳播特性1.5無線通信發(fā)展趨勢(shì)1.6

本章小結(jié)5可以想像，有線電報(bào)就像一只很大的貓，它的尾巴在紐約，而它的腦袋在洛杉磯并喵喵地叫。大家明白這個(gè)道理嗎？無線通信的操作方式與此完全相同：這邊發(fā)射信號(hào)，那邊接收它，唯一不同的是兩者之間沒有貓。

---愛因斯坦（1879-1955）6無線通信定義定義無線通信是利用無線電波傳播信息的通信方式。無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空)傳播的電磁波。引申：通過“無形”的媒體進(jìn)行信息交換的通信稱為無線通信。例如：無線電波、紅外線、紫外線、激光等。無線通信優(yōu)點(diǎn)與有線通信相比，不需要架設(shè)傳輸線路，不受通信距離限制，機(jī)動(dòng)性能好，建立迅速。

靈活性抗災(zāi)性移動(dòng)性71.1歷史（1/11）1837年莫爾斯（1791-1872）發(fā)明了電報(bào)，1844年5月24日，他用激動(dòng)得發(fā)抖的手，從華盛頓向40英里外的巴爾的摩城拍發(fā)了世界上第一份長途有線電報(bào)，電文是《圣經(jīng)》上的一句話：“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”。人類社會(huì)電通信的時(shí)代，便從此開始了。81.1歷史（2/11）1876年美國人貝爾發(fā)明了電話，過了40年美國建成第一條橫貫國土東西的長途電話線。這條線路的修建，足足耗費(fèi)了2960噸銅和13萬根電線桿。貝爾（1847－1922）

1868年在倫敦工作

1871年去波士頓工作

1873年任波士頓大學(xué)教授

1875年發(fā)明多路電報(bào)

1876年發(fā)明電話一生曾獲許多專利。91.1歷史（3/11）1864年麥克斯韋(Maxwell)建立了光的電磁波理論并預(yù)言了電磁波的存在。1887年赫茲(Hertz)首次通過實(shí)驗(yàn)證明了無線電波的存在。

這為現(xiàn)代的無線電通信提供了理論根據(jù)。無線電波可以在大氣媒質(zhì)中傳播這一理論的創(chuàng)立大大推動(dòng)了通信技術(shù)的發(fā)展。101.1歷史（4/11）1897年馬可尼（Marconi）第一次在無線傳輸中用莫爾斯碼從船上與岸邊通信（30km)

，標(biāo)志無線電通信的開始。馬可尼（1874－1937）意大利人

1894年在父親的莊園試驗(yàn)

1896年去倫敦

1897年建立無線電報(bào)公司

1899年首次實(shí)現(xiàn)英法無線通信

1916年實(shí)現(xiàn)短波無線電通信

1929年建立世界性無線通信網(wǎng)曾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)111.1歷史（5/11）1906年之后的一段時(shí)間里，軍用和商用船舶很快采用了無線電技術(shù)，1912年在泰坦尼克號(hào)郵輪沉船事件中拯救了700多個(gè)生命而備受稱贊。121.1歷史（6/11）1928年，美國底特律警察局率先使用裝備貝茨發(fā)明的能適應(yīng)移動(dòng)車輛震動(dòng)影響的無線電收發(fā)信機(jī)—超外差A(yù)M接收機(jī)的警用車輛無線電移動(dòng)系統(tǒng)（單向），標(biāo)志移動(dòng)通信開始。1946年第一個(gè)公共移動(dòng)電話系統(tǒng)在美國的5個(gè)城市建立。1947年第一個(gè)連接紐約和波斯頓的微波中繼系統(tǒng)開始運(yùn)行。131.1歷史（7/11）1958年美國宇航局(NASA)發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星，第一次通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)語音通信，無線通信進(jìn)入了新時(shí)代。1950-1960年代期間，貝爾實(shí)驗(yàn)室和全世界其他的通信公司一起發(fā)展了蜂窩無線電話的原理和技術(shù)。141.1歷史（8/11）進(jìn)入20世紀(jì)70年代，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家對(duì)民用移動(dòng)電話的需求日益增加，而且伴隨著微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，發(fā)展一種較大范圍使用的移動(dòng)電話系統(tǒng)已經(jīng)具備了理論上、技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的可行性。而且新理論與新體制的不斷發(fā)展和完善，為模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)基礎(chǔ)。151.1歷史（9/11）模擬蜂窩系統(tǒng)：1979年，第一個(gè)具有大的覆蓋范圍和自動(dòng)交換功能的系統(tǒng)由愛立信公司推出，并建立北歐移動(dòng)電話系統(tǒng)（NMT）。不久，高級(jí)移動(dòng)電話服務(wù)（AMPS）于1983年在北美建立。國內(nèi)外使用的模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有：北美的AMPS日本的HCMTS英國與中國采用的TACS前西德的C450法國的RadioComm2000這些系統(tǒng)分別采用400MHz,450MHz,800MHz和900MHz頻段。161.1歷史（10/11）數(shù)字蜂窩系統(tǒng)：1988年，第一個(gè)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在歐洲建立，稱為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）。最初打算提供一個(gè)泛歐標(biāo)準(zhǔn)來取代當(dāng)時(shí)大量運(yùn)行的不兼容模擬系統(tǒng)，GSM之后很快就出現(xiàn)了北美IS-54數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。第二代蜂窩系統(tǒng)最初主要提供語音業(yè)務(wù)，后來逐步演變到可以提供電子郵件、互聯(lián)網(wǎng)接入、短消息等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。截至2013年3月底，中國共有11.46億移動(dòng)通信服務(wù)用戶。171.1歷史（11/11）無線通信發(fā)展史上的10個(gè)里程碑電話的發(fā)明電報(bào)的發(fā)明電磁波的發(fā)現(xiàn)無線電報(bào)的發(fā)明無線電通信發(fā)明尋呼機(jī)誕生蜂窩式移動(dòng)電話GSM手機(jī)銥星系統(tǒng)新一代手機(jī)10年后,誰還能笑傲江湖？181.2內(nèi)無線嫌通信應(yīng)笑用無線通搖信主要旱應(yīng)用于提哪些領(lǐng)盞域？191.2離無線準(zhǔn)通信應(yīng)微用無線電廣環(huán)播電視移動(dòng)通魯信—蜂窩電話鋪衛(wèi)星電趕話數(shù)據(jù)傳佩輸—wif諒ibl應(yīng)ueto泳oth籌zigb編eeW搭iMAX緊急服務(wù)—無線電草緊急定燦位信標(biāo)辨識(shí)—RF產(chǎn)ID（RadioFreq刷uen嫂cyIdent葬ifi痰cat洋ion）卡其它—業(yè)余無勤線電領(lǐng)雷達(dá)份導(dǎo)航…201.3呆無線辭頻譜劃足分λ＝c/f，c=3準(zhǔn)000獎(jiǎng)000巡壽00界m/s21無線通恰信常用框頻段當(dāng)前用于劉無線通信就的頻率范逼圍從3kH者z擴(kuò)展到蕉約100研GHz，絕大多鎮(zhèn)數(shù)無線通猜信系統(tǒng)工被作在30MH共z～40GH蘋z的頻率音范圍內(nèi)裕。這是無全線通信像較為理恨想的頻層段，它因不受地閥球表面晨曲率影怨響，天晝線尺寸剛適度，咬還可以暢穿透電夫離層。［天線尺趙寸與射頻息頻率的關(guān)扛系］良好接畫收所需郊的天線蜜尺寸與情發(fā)射頻趕率成反嚴(yán)比。［覆蓋范頭圍與射頻受頻率的關(guān)廉系］發(fā)射頻羽率越高泰，傳播雁損耗越懇大（全學(xué)向輻射閱時(shí)）——接收信欲號(hào)功率兩與頻率之的平方倉成反比雜。所以腰頻率越毒高，實(shí)棟現(xiàn)大范閣圍覆蓋臭的難度片越高。221.4漲無線信道垂與電波傳顯播特性無線電嶺波以“蒸橫向電弊磁波”響的形式聚在空間嘴中傳播舞。--電場(chǎng)、磁班場(chǎng)和無線于電波的傳嫌播方向都這相互垂直巖的。23無線電波針的極化無線電波策在空間傳韻播時(shí)，其蕉電場(chǎng)方向歇是按一定承的規(guī)律而咳變化的，夢(mèng)這種現(xiàn)象淘稱為無線局電波的極半化。無線左電波的電習(xí)場(chǎng)方向稱頌為電波的煩極化方向斥。如果電悅波的電場(chǎng)游方向垂直凱于地面，脾我們就稱寬它為垂直對(duì)極化波。慚如果電波酒的電場(chǎng)方段向與地面袍平行，則芬稱它為水悉平極化波。24無線電匪波和光喜波一樣提，它的漏傳播速純度和傳行播媒質(zhì)薦有關(guān)。聽無線電專波在真戀空中的京傳播速男度等于所光速。月在媒質(zhì)診中的傳挎播速度片為：Ｖp＝Ｃ/√εr，式中εr為傳播媒裙質(zhì)的相對(duì)懲介電常數(shù)而?？諝獾娜~相對(duì)介電活常數(shù)與真落空的相對(duì)股介電常數(shù)于很接近，袖略大于１郵。因此，魔無線電情波在空氣中的傳符播速度略惜小于光速，通常芽我們就認(rèn)曲為它等于光速柄。25四種傳播嘗機(jī)制直射：自由空鍵間傳播反射：當(dāng)電暫磁波遇游到比波勉長大得冬多的物趙體時(shí)，淹發(fā)生反咐射。反犁射發(fā)生遇在地球銜表面、事建筑物電和墻壁顏表面。繞射：當(dāng)發(fā)嫂射機(jī)和膠接收機(jī)竿之間的釣傳播路賭由被尖約銳的邊慕緣阻擋任時(shí)，發(fā)桌生繞射仿。散射：當(dāng)電磁砌波的傳播啄路由上存奸在小于波坊長的物體串、并且單碑位體積內(nèi)厭這種障礙拘物體的數(shù)弦目非常巨奸大時(shí)，發(fā)鞭生散射。徐散射發(fā)生箱在粗糙表懇面、小物惑體或其它洋不規(guī)則物兼體，如：丙樹葉、街嗎道標(biāo)志和敲燈柱等。26無線信耐道的物贈(zèng)理過程天線天線無線發(fā)無線收直射反射散射繞射地面散射體移動(dòng)障礙物干擾熱噪聲27自由空間掘傳播什么是被自由空嘉間？是一個(gè)歐理想的空船間，在娃自由空間舅中，電歸波沿直線少傳播，清不發(fā)生反燈射、折笛射、繞蛛射、散期射和吸收庫等現(xiàn)象.如圖所示鋤，輻射功吵率為Pt，發(fā)射天則線增益為Gt,則以發(fā)桌射源為尸中心，r為半徑的垃球面上單就位面積的斬功率為：球面上的漁功率流Ptr28自由空間山的傳播損瘋耗：無線電釣波在自由凳空間傳播敏時(shí)，其單驕位面積中鬧的能量會(huì)豆因?yàn)閿U(kuò)散佩而減少。山它僅與傳集輸距離r和電波頻或率f有關(guān)，醫(yī)可用下卡式來表得示：291.4明.2尖地面?zhèn)髡l播無線電恐波傳播概方式1、在低頻墨或中頻段但（<=3M塑Hz）時(shí)無線電波等能夠沿著纏地球表面姐彎曲地進(jìn)叉行傳播，爬這種現(xiàn)象宗稱為“地波傳冰播”2、在高曲頻范圍非（約3-3奮0MH初z）內(nèi)無線電演波將被獵大氣中叮的電離泛層反射驅(qū)到地球母，這種妻現(xiàn)象稱肝為“天波傳播”3、當(dāng)頻率>30軋MHz時(shí)電波傳播耕的主要形箏式是視距傳播30無線電視齡距：指收發(fā)天竄線間的電波傳播押路徑完全沒有縮慧任何阻狠擋，電波射搖線可以夫直達(dá)的距咐離。TxRx直射波R31視距通倦信的最撿大傳播里距離跟周發(fā)射天德線以及狐接收天鋤線的高拐度有關(guān)集系，并梁受到地車球曲率皮半徑的接影響。圖1-3顯示出萌了天線猛高度的卻增加對(duì)坊于最大仿傳播距敘離的影它響。在位于執(zhí)一定高明度處的詳發(fā)射機(jī)航與接收驅(qū)機(jī)之間宗的最大拍距離近泉似值計(jì)陶算公式恒：（1-8）BAO'接收天線竄高h(yuǎn)r發(fā)射天朗線高h(yuǎn)t32圖1-3視距傳播跪示意圖331.5罷無線降通信的尤發(fā)展趨訓(xùn)勢(shì)1．全球肚第三代芝移動(dòng)通艦信（3G）商用進(jìn)程加宴快2．寬帶間化、移羨動(dòng)化趨龜勢(shì)3．多種這無線技待術(shù)在演數(shù)進(jìn)中走缺向融合4．移動(dòng)仙、寬帶強(qiáng)業(yè)務(wù)融杰合時(shí)機(jī)挽成熟343G商用護(hù)進(jìn)程加快3G是3rd倉Gene航rati幟on的縮寫，孕指第三代賊移動(dòng)通信奇技術(shù)。四種標(biāo)準(zhǔn)狼有：WCD旁MA，CDMA舍200著0，TD-S例CDMA，WiMA耗X。WCD墓MA：采用也國家為竹歐洲和捐日本，口繼承基投礎(chǔ)為GSM；CDM湊A20束00：采用國蛇家為美國搏和日本，臂繼承基礎(chǔ)囑為窄帶CDM存A；TD-鐘SCD腳MA：采用析國家為稼中國，稀繼承基碑礎(chǔ)為GSM；WiM晃AX：應(yīng)用前歌景不樂觀隔？35TD-S響CDMA：該標(biāo)帳準(zhǔn)是由瞞中國大拒陸?yīng)氉哉ㄖ贫ǖ?G標(biāo)準(zhǔn)，199譜9年6月29日，中國同原郵電部龜電信科學(xué)情技術(shù)研究與院（大唐再電信）向ITU提出。WCDM測(cè)A由中國聯(lián)憂通公司于2009年10月1日正式池商用Cdma晉2000由中國電愚信于2009年起開僑始運(yùn)營TD-S遭CDMA由中國憤移動(dòng)于2009年6月建成斧并投入除商業(yè)化利運(yùn)營36寬帶化客、移動(dòng)憂化趨勢(shì)37多種無線絹技術(shù)在演獄進(jìn)中走向辨融合無線通撒信領(lǐng)域程各種技惜術(shù)的互顫補(bǔ)性日陣趨鮮明紙。這主斥要因?yàn)榫洮F(xiàn)在不洞同的接鍛入技術(shù)籌具有不倍同的覆本蓋范圍吐、不同腥的適用停區(qū)域、陜不同的浪技術(shù)特膀點(diǎn)和不孤同的接險(xiǎn)入速率愈。未來街的無線熔通信網(wǎng)博絡(luò)將是拍一個(gè)綜女合的、臥一體化劉的解決理方案。38移動(dòng)、筒寬帶業(yè)煤務(wù)融合晝時(shí)機(jī)成屑熟通信網(wǎng)絡(luò)兆和業(yè)務(wù)正習(xí)發(fā)生著根勝本性的變返化主要體現(xiàn)裳：1.提供的覽業(yè)務(wù)將訴從傳統(tǒng)裂的語音奔業(yè)務(wù)為觀主向提詠供綜合妙信息服石務(wù)的方刮向發(fā)展2.通信的工主體將趟由人與犧人之間姑的通信對(duì)擴(kuò)展到假人與物服、物與挎物之間梯的通信融合將已是全方魯位多層唐次的，街包括網(wǎng)缺絡(luò)融合桌、業(yè)務(wù)慕融合和帆終端融尚合。為了實(shí)客現(xiàn)上述必目標(biāo)需鑄采用多達(dá)種無線態(tài)接入技咱術(shù)和固定接入朝技術(shù)。391.6雞本章冊(cè)小結(jié)本章在介栗紹了無線獨(dú)通信