無(wú)線通信工程第01講緒論課件

課程簡(jiǎn)介課程名稱：無(wú)線通信工程講課教師：姚彥課內(nèi)總學(xué)時(shí)：32

課程目的以面向21世紀(jì)的無(wú)線通信為背景，介紹無(wú)線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調(diào)制與編碼、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、抗衰落與抗干擾技術(shù)以及無(wú)線通信的新技術(shù)和新應(yīng)用，為從事這一領(lǐng)域研究的學(xué)生提供最基本的入門知識(shí)。課程概況課程簡(jiǎn)介課程概況1 第一講緒論 第二講組成及規(guī)范 第三講信道 第四講基帶傳輸 第五講載波傳輸 第六講信源編碼 第七講信道編碼 第八講多址1

課程大綱 第九講多址2

第十講抗衰落 第十一講抗干擾 第十二講無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng) 第十三講新技術(shù)及新應(yīng)用1

第十四講新技術(shù)及新應(yīng)用2

第十五講總復(fù)習(xí) 第十六講考試

第一講緒論課程大綱 第九講多址22說(shuō)明姚彥yaoy@可以通過(guò)Email答疑考試要求：以掌握基本概念為主說(shuō)明姚彥yaoy@3第一講緒論歷史環(huán)境應(yīng)用發(fā)展第一講緒論4歷史（1）通信發(fā)展歷史的回顧通信（Communication)作為電信（Telecommunication)是從19世紀(jì)30年度開始的。物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展 1831年法拉第電磁感應(yīng)1837年莫爾斯發(fā)明電報(bào)

1873年馬克斯韋爾的電1876年貝爾發(fā)明電話 磁場(chǎng)理論1895年馬可尼發(fā)明無(wú)線電開辟了電信（Telecommunication)的新紀(jì)元

歷史（1）通信發(fā)展歷史的回顧5歷史（2）電話的發(fā)明者－貝爾貝爾（18xx－1922）英國(guó)人

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。妻子是一位聾人。歷史（2）電話的發(fā)明者－貝爾6歷史（3）無(wú)線電的發(fā)明者－馬可尼馬可尼（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(wú)線電報(bào)公司

1899年首次實(shí)現(xiàn)英法無(wú)線通信

1916年實(shí)現(xiàn)短波無(wú)線電通信

1929年建立世界性無(wú)線通信網(wǎng)曾獲諾貝爾獎(jiǎng)金曾參加法西斯黨歷史（3）無(wú)線電的發(fā)明者－馬可尼馬可尼（1874－1937）7歷史（4）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

1906年發(fā)明電子管 模擬通信得到發(fā)展開辟了模擬通信的新紀(jì)元

－1928年奈奎斯特準(zhǔn)則和取樣定理－1948年山農(nóng)定理 在理論上為數(shù)字通信準(zhǔn)備了條件

歷史（4）通信發(fā)展歷史的回顧8歷史（5）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)50年代 數(shù)字通信得到發(fā)展 發(fā)明半導(dǎo)體

20世紀(jì)60年代 發(fā)明集成電路

開辟了數(shù)字通信的新紀(jì)元

歷史（5）通信發(fā)展歷史的回顧9歷史（6）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)50年代 20世紀(jì)40年代提出靜止衛(wèi) 航天技術(shù) 星概念，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)

1963年第一次實(shí)現(xiàn)同步衛(wèi) 星通信

開辟了空間通信的新紀(jì)元

歷史（6）通信發(fā)展歷史的回顧10歷史（7）通信發(fā)展歷史的回顧 物理發(fā)現(xiàn) 通信技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)60年代 企圖用于通信，未成功 發(fā)明激光

20世紀(jì)70年代 光纖通信得到發(fā)展 發(fā)明光導(dǎo)纖維

開辟了光纖通信的新紀(jì)元

歷史（7）通信發(fā)展歷史的回顧11歷史（8）通信發(fā)展歷史的啟示通信傳輸始終是最活躍的技術(shù)領(lǐng)域，物理上的新進(jìn)展都可能在通信上找到新用途，從而形成新的通信產(chǎn)業(yè)。通信傳輸?shù)男乱笥謱⑼苿?dòng)物理和器件的進(jìn)展，促使人們?nèi)パ芯堪l(fā)展新的物理機(jī)理來(lái)滿足信息傳輸?shù)男枰Ｒ粋€(gè)優(yōu)秀的通信工程師和研究人員，必須對(duì)物理學(xué)和器件技術(shù)的新進(jìn)展十分感興趣，并善于抓住新方向、新突破口迎接通信技術(shù)的革命。 歷史（8）通信發(fā)展歷史的啟示12環(huán)境（1）：無(wú)線通信的頻譜環(huán)境長(zhǎng)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

亞毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：紅外光 3103-3105GHz 100-1m

可見(jiàn)光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

環(huán)境（1）：無(wú)線通信的頻譜環(huán)境長(zhǎng)波 30－300KHz13環(huán)境（2）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境無(wú)線傳播環(huán)境的復(fù)雜性：天波（電離層、對(duì)流層）、地波（直射、反射、繞射）無(wú)線傳播的分類 －帶寬受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道 －恒參信道和變參信道 －點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道環(huán)境（2）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境無(wú)線傳播環(huán)境的復(fù)雜性：天波（電14環(huán)境（3）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

帶寬受限信道和功率受限信道加性高斯白噪聲信道上的山農(nóng)定理

C＝Wlog2(1+S/N) b/s令：S/N=Eb/N0C/W山農(nóng)定理就可以寫成：

Eb/N0=(2C/W-1)/(C/W)帶寬受限信道

Eb/N0C/WW無(wú)限 功率可以換取帶寬功率受限信道

WC/WEb/N0

有限 當(dāng)W，Eb/N0-1.6dB，即為山農(nóng)極限，帶寬不能無(wú)限制地?fù)Q取功率山農(nóng)信道容量曲線Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB環(huán)境（3）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

帶寬受限信道和功率受限信道15環(huán)境（4）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

色散與非色散信道、恒參與變參信道信道響應(yīng)為C(;t)，其中代表響應(yīng)時(shí)間，t代表信號(hào)時(shí)刻。輸入信號(hào)為時(shí)域沖擊函數(shù)，檢驗(yàn)是色散信道還是非色散信道。 其中Tm為多徑擴(kuò)散，其倒數(shù)fc為相干帶寬。輸入信號(hào)為頻域沖擊函數(shù)，檢驗(yàn)是恒參信道還是變參信道。 其中Bd為多普勒展寬，其倒數(shù)tc為相干時(shí)間。信號(hào)帶寬Bfc

，色散信道 信號(hào)帶寬Bfc，非色散信道碼元周期Ttc

，變參信道 碼元周期Ttc

，恒參信道C(

;t)u(t)v(t)tt

(t)v(t)Tmff

(f)S(f)Bd環(huán)境（4）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

色散與非色散信道、恒參與變16環(huán)境（5）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：和有線信道類似，體現(xiàn)不出無(wú)線的特點(diǎn)。多址信道：無(wú)線傳輸?shù)耐怀鰞?yōu)點(diǎn)之一是能實(shí)現(xiàn)多址接入。 設(shè)：有N個(gè)用戶地址，第k個(gè)地址發(fā)送的信號(hào)為：

N Sk(t)=akjSkj(t)，akj=1,0 j=1 jk

第k個(gè)地址接收的信號(hào)為：

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

無(wú)線用戶1無(wú)線用戶2無(wú)線用戶k空間環(huán)境無(wú)線用戶1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道多址信道空間環(huán)境Sk(t)Rk(t)環(huán)境（5）：無(wú)線通信的傳播環(huán)境

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)17應(yīng)用（1）：無(wú)線通信的應(yīng)用概況短波/超短波通信天波（電離層）：數(shù)據(jù)/電話、單邊帶地波：小型接力機(jī)、單雙工電臺(tái)、對(duì)講機(jī)微波通信微波接力（模擬、數(shù)字）、散射、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波電視、電話、數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信高軌道（同步靜止）、中軌道、低軌道電視、電話、數(shù)據(jù)移動(dòng)通信蜂窩電話、無(wú)繩電話、無(wú)線數(shù)據(jù)、集群系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用（1）：無(wú)線通信的應(yīng)用概況短波/超短波通信18 短波電離層通信特點(diǎn)：超遠(yuǎn)距離、靈活機(jī)動(dòng)；容量小、質(zhì)量差用途： －海外使館 －遠(yuǎn)洋船隊(duì) －邊防哨所 －應(yīng)急通信

短波/超短波地面通信特點(diǎn)：繞射能力、靈活機(jī)動(dòng)、隱蔽性好；容量較小、質(zhì)量較差用途： －陸軍電臺(tái) －對(duì)空電臺(tái) －特種通信(武警、公安)

－無(wú)繩電話應(yīng)用（2）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

短波、超短波通信 短波電離層通信短波/超短波地面通信應(yīng)用（2）：19應(yīng)用（3）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

微波通信微波接力特點(diǎn)：容量大、質(zhì)量好、視距傳播條件用途： －中小容量微波 －SDH大容量微波 －擴(kuò)頻微波 －高頻段微波 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波用途：－無(wú)線集中器 －無(wú)線用戶環(huán) 散射微波通信衰落時(shí)變信道，距離遠(yuǎn)，頻帶較窄，質(zhì)量較差用途－軍用 －民用應(yīng)用（3）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

微波通信20應(yīng)用（4）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

衛(wèi)星通信 高軌道衛(wèi)星通信特點(diǎn)：同步軌道、靜止衛(wèi)星、容量大、質(zhì)量好、功率受限信道用途： －國(guó)際長(zhǎng)途 －海事衛(wèi)星 －電視廣播 －軍事通信 中低軌道衛(wèi)星通信特點(diǎn)：距離近、地面設(shè)備簡(jiǎn)單靈活，非靜止軌道，要求跟蹤用途： －非實(shí)時(shí)信息傳送 －遙感 －偵測(cè) －衛(wèi)星移動(dòng)通信應(yīng)用（4）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

衛(wèi)星通信 高軌道衛(wèi)21應(yīng)用（5）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

移動(dòng)通信 蜂窩系統(tǒng)無(wú)線通信最成功的應(yīng)用第一代：模擬 第二代：數(shù)字 第三代：多媒體

尋呼系統(tǒng)無(wú)線通信最大眾化的應(yīng)用 其它無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)集群系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)無(wú)線ATM系統(tǒng)無(wú)線IP系統(tǒng)應(yīng)用（5）：無(wú)線通信的應(yīng)用說(shuō)明

移動(dòng)通信 蜂窩系統(tǒng) 22發(fā)展（1）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì) 21世紀(jì)業(yè)務(wù)方式 以音頻為主的單媒體 以視頻為主的多媒體干線傳輸 微波 光纖用戶傳輸 有線 無(wú)線復(fù)接方式

PDH SDH交換模式

STM ATM網(wǎng)絡(luò)方式 三網(wǎng)鼎立 三網(wǎng)合一發(fā)展（1）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 20世紀(jì)23發(fā)展（2）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

面向21世紀(jì)通信的三大革命以干線（包括部分支線）傳輸光纖化為標(biāo)志的光纖革命以SDH、ATM和IP為標(biāo)志的數(shù)字革命以個(gè)人通信和無(wú)線接入為標(biāo)志的無(wú)線革命發(fā)展（2）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 面向21世紀(jì)通信的三大24發(fā)展（3）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

面向21世紀(jì)通信的兩大通信平臺(tái)光纖通信平臺(tái)： 無(wú)線通信平臺(tái)：超大容量、超長(zhǎng)距離 寬帶、移動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)：波分復(fù)用、 關(guān)鍵技術(shù)：CDMA、智光纖放大器 能天線、軟件無(wú)線電IPover?發(fā)展（3）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 面向21世紀(jì)通信的兩大25發(fā)展（4）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展機(jī)遇光纖通信對(duì)無(wú)線通信的巨大沖擊－－巨大帶寬－－超低損耗－－較低成本未來(lái)信息高速公路的主干道，還有Fibertohome的趨勢(shì)無(wú)線通信的發(fā)展機(jī)遇－－靈活性－－抗災(zāi)性－－移動(dòng)性發(fā)展（4）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)26發(fā)展（5）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

什么叫無(wú)線革命20世紀(jì)通信網(wǎng)的基本框架中繼線 無(wú)線為主（微波、衛(wèi)星） 天上包括部分有線（電纜）用戶線 有線為主（市話電纜） 地下包括部分無(wú)線（無(wú)線電話）21世紀(jì)通信網(wǎng)的基本框架中繼線 有線為主（光纜） 地下包括部分無(wú)線（微波、衛(wèi)星）用戶線 無(wú)線為主 天上包括部分有線發(fā)展（5）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 什么叫無(wú)線革命27發(fā)展（6）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之一：個(gè)人通信1986年CCIR制訂FPLMTS，以個(gè)人全球通信為目標(biāo)，首次提出個(gè)人通信概念 1986年CCITT討論UPT（全球通用個(gè)人通信）1989年英國(guó)政府發(fā)放許可證建立雙向個(gè)人通信網(wǎng)，首次出現(xiàn)PCN名詞90年代以來(lái)，美國(guó)提出個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS），或個(gè)人通信系統(tǒng)（PCS）但是，到底什么是個(gè)人通信？CCITT

－個(gè)人的移動(dòng)性和終端移動(dòng)性分開 －著重于個(gè)人的移動(dòng)性，用戶號(hào)碼可以在任何終端上使用 －無(wú)線接入不是必要的條件 CCIR、歐洲PCN、美國(guó)PCS

－個(gè)人的移動(dòng)性靠終端的移動(dòng)性實(shí)現(xiàn)－移動(dòng)通信網(wǎng)作為個(gè)人通信網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)－無(wú)線接入是必要的條件以無(wú)線接入為基礎(chǔ)的個(gè)人通信叫做無(wú)線個(gè)人通信

WirelessPersonalCommunications發(fā)展（6）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之一：個(gè)人28發(fā)展（7）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之二：無(wú)線接入技術(shù)關(guān)鍵－多址 －有效性與可靠性 －組網(wǎng)－蜂窩 －信令與空間接口高層無(wú)線接入 特點(diǎn)：－蜂窩范圍大－復(fù)雜的信道處理（糾錯(cuò)、均衡、分集）－快速移動(dòng) －無(wú)線交換 －功率大－成本高－低速語(yǔ)音編碼低層無(wú)線接入特點(diǎn)：－蜂窩范圍?。?jiǎn)單的信道處理－慢速移動(dòng) －有線交換－功率?。杀镜停兴僬Z(yǔ)音編碼（32Kb/sADPCM）發(fā)展（7）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之二：無(wú)線29發(fā)展（8）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之三：無(wú)線ATM無(wú)線ATM的發(fā)展背景－－ATM方式是未來(lái)通信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)－－可移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展與普及－－無(wú)線頻譜資源的更加合理利用無(wú)線ATM的技術(shù)關(guān)鍵－－窄帶化技術(shù)（低到幾Mb/s）－－抗誤碼技術(shù)－－按信源的信息量動(dòng)態(tài)地分配帶寬無(wú)線ATM的應(yīng)用前景－－軍事通信、多媒體通信發(fā)展（8）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之三：無(wú)線30發(fā)展（9）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之四：擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻多址技術(shù)的缺點(diǎn)：非正交性(Non-orthogonality)

優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)韌性(Robustness)

堅(jiān)韌性體現(xiàn)在：－－抗多徑－－抗干擾－－蜂窩分割的頻率再用－－扇區(qū)分割的頻率再用前沿技術(shù)：時(shí)空聯(lián)合處理、智能天線、多用戶檢測(cè)

發(fā)展（9）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之四：擴(kuò)頻31發(fā)展（10）：21世紀(jì)電信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)線通信熱點(diǎn)之五：軟件無(wú)線電當(dāng)前無(wú)線系統(tǒng)在硬件及軟件上存在的問(wèn)題：－多種標(biāo)準(zhǔn)、多種制式、多種協(xié)議、多種方案－困難:－－互連互通難－－設(shè)備更新難－－研制開發(fā)難能否搞成一個(gè)通用的無(wú)線系統(tǒng)： －－硬件是公用的，除了天線和RF前端外，其它都是DSP

－－所有無(wú)線通信過(guò)程都用軟件實(shí)現(xiàn)，而軟件環(huán)境是開放的 －－無(wú)線協(xié)議都遵循一個(gè)公共的WirelessOSI分層結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)－－多頻段天線及RF前端技術(shù)－－直接式數(shù)字上、下變頻技術(shù)－－高速D