1- 1 無線通信系統(tǒng)概述課件

數(shù)字通信(第一講)通信系統(tǒng)概述2009-9

YupingZhao(Professor)SchoolofElectronicsEngineeringandComputerSciencePekingUniversityBeijing100871,Chinaemail:11--1無線通信系統(tǒng)概述Referencebooks（主要參考書）:JohnG.Proakis:“Digitalcommunications”,3rded《數(shù)字通信》JohnG.Proakis著，（影印版,中文版）電子工業(yè)出版社，《通信與信息科學(xué)教育叢書》ReadingMaterials:tobedeliveredduringthecoursehttp://21--1無線通信系統(tǒng)概述內(nèi)容簡介信息系統(tǒng)概述信息的處理無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)實(shí)例31--1無線通信系統(tǒng)概述信息系統(tǒng)包括的內(nèi)容信息的產(chǎn)生與獲取數(shù)據(jù)信息語音信息圖像信息信息的處理與存儲模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息信息的壓縮信息的傳輸與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間傳輸：信息存儲以利于今后使用空間傳輸：利用某種傳輸媒質(zhì)信息進(jìn)行傳輸41--1無線通信系統(tǒng)概述完整的通信系統(tǒng)信源與信源處理單元信號發(fā)射機(jī)與信號接收機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)51--1無線通信系統(tǒng)概述通信協(xié)議1PhysicalLayer2DataLinkLayer3NetworkLayer4TransportLayer5SessionLayer6PresentationLayer7ApplicationLayerapplicationapplicationtransmissionmediumprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolinterface61--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)分類模擬通信系統(tǒng)：將采集的信號直接進(jìn)行傳輸模擬信號直接進(jìn)行傳輸代表性系統(tǒng)：模擬電視，AM廣播數(shù)字傳輸系統(tǒng)：傳輸?shù)男盘栔话ā?”，“1”數(shù)字化信號將信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后再進(jìn)行傳輸?shù)湫拖到y(tǒng)：手機(jī)信號，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬通信系統(tǒng)正在逐步被數(shù)字通信系統(tǒng)取代71--1無線通信系統(tǒng)概述＋3.6V3.8V0.2V（噪聲）接收到錯(cuò)誤電平信號模擬通信系統(tǒng)81--1無線通信系統(tǒng)概述＋3.6V3.8V0.2V（噪聲）判決正確數(shù)字通信系統(tǒng)判決“1”>1.8V“1”→3.6v；“0”→0v91--1無線通信系統(tǒng)概述－3.6V2.6V1.0V判決正確數(shù)字通信系統(tǒng)判決“1”>1.8V“1”→3.6v；“0”→0v101--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線111--1無線通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線121--1無線通信系統(tǒng)概述信源編碼是將信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s。例如：語音編碼。信源解碼過程是這個(gè)過程的逆過程。信源編碼/信源解碼模擬信號數(shù)字信號采樣模擬/數(shù)字信源編碼數(shù)字信號131--1無線通信系統(tǒng)概述例：語音信號編碼語音信號的頻率：300Hz-3400Hz（一般為語音信號最高頻率是4KHz）141--1無線通信系統(tǒng)概述語音信號的采樣采樣定理。。。151--1無線通信系統(tǒng)概述語音信號的量化3.5v4.7v161--1無線通信系統(tǒng)概述語音信號的壓縮原始信號：2X4kX8=64kbits/s語音信號壓縮技術(shù)：GSM系統(tǒng)中語音信號為9kbits/s語音信號可以壓縮到1kbits/s以下171--1無線通信系統(tǒng)概述圖像信號的壓縮圖像信號是由一個(gè)個(gè)的像素組成(例800X600)，每個(gè)像素的幅度表示灰度彩色圖像有三種不同的基色圖像信號具有更多的信息量需要傳輸（例:800X600X25幀/秒X3)高清電視圖像信號的傳輸需要幾十兆比特/秒181--1無線通信系統(tǒng)概述00101…191--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線201--1無線通信系統(tǒng)概述用于保證接收到的“0”，“1”序列是正確的★錯(cuò)誤檢測可檢查接收信息是否正確需要加入一些冗余信息★錯(cuò)誤糾正可以檢測并可以糾正錯(cuò)誤需要更多的冗余信息★重傳機(jī)制在系統(tǒng)能夠監(jiān)測到錯(cuò)誤但不能糾正錯(cuò)誤時(shí)需要更多冗余產(chǎn)生時(shí)延信道編碼211--1無線通信系統(tǒng)概述正確信息：

我們明天14:00——16:00開會接收到的錯(cuò)誤信息：

我們明天10:00——16：00開會★：接收信息有錯(cuò)誤，但接收端無法知道糾錯(cuò)編碼的意義221--1無線通信系統(tǒng)概述正確信息：

我們明天14:00—16:00開會利用編碼的方法可使錯(cuò)誤被檢測到：

我們明天下午10:00—16：00開會★：錯(cuò)誤可被檢測到，但不能被糾正★：這里加入了一定的冗余信息糾錯(cuò)編碼的意義231--1無線通信系統(tǒng)概述利用編碼的方法可使錯(cuò)誤被檢測到并被糾正

我們明天下午10:00—16:00開會兩個(gè)小時(shí)★：錯(cuò)誤可被檢測，并可被糾正★：加入了更多的冗余信息糾錯(cuò)編碼的意義241--1無線通信系統(tǒng)概述有些錯(cuò)誤是無法檢測到并被糾正的

我們明天下午16:00—18:00開會兩個(gè)小時(shí)★：加入了足夠的冗余信息★：錯(cuò)誤無法被檢測并被糾正糾錯(cuò)編碼的意義251--1無線通信系統(tǒng)概述信道編碼：舉例（7,4）漢明碼261--1無線通信系統(tǒng)概述信道編碼：舉例（7,4）漢明碼如果發(fā)射信號為：x3x4x5x6=1011經(jīng)過編碼以后為：x0x1x2x3x4x5x6=1001011經(jīng)過信道，接收信號為：1001001，查表可知，落在第12行第7列，判決為該行的第1列數(shù)據(jù)1001011達(dá)到了糾錯(cuò)的目的271--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線281--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問題所給出的頻帶資源有多少-系統(tǒng)帶寬在保證系統(tǒng)特性情況下如何最為有效的利用頻帶資源系統(tǒng)特性得以保證資源利用率最高如何對其他系統(tǒng)干擾最小291--1無線通信系統(tǒng)概述調(diào)制:將若干個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成的序列映射成一組相應(yīng)時(shí)間波形

例：待傳序列為：0010111001t數(shù)字信號值00101-110311-3T2T3T13T：一個(gè)波形占有的時(shí)間301--1無線通信系統(tǒng)概述載波調(diào)制后的信號:311--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線321--1無線通信系統(tǒng)概述帶寬限制導(dǎo)致低通濾波的需要頻率軸用戶1用戶6331--1無線通信系統(tǒng)概述利用不同的通信頻帶傳輸信號341--1無線通信系統(tǒng)概述載波調(diào)制與解調(diào)基帶（Baseband）信號的幅度在零頻附近不全為零，在其他頻率幅度全為零。帶通（Bandpass）信號在以f=

fc

為中心的一個(gè)頻帶內(nèi)幅度不全為零，其中fc>>0.叫做載波頻率。載波調(diào)制（Carriermodulation/demodulation）就是把源信息映射到帶通信號上的過程，這個(gè)帶通信號以某個(gè)頻率fc為載波。

351--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求利用分配的頻帶進(jìn)行通信盡可能傳輸更多信息對臨帶干擾盡可能小低通濾波器的設(shè)計(jì)問題361--1無線通信系統(tǒng)概述經(jīng)過低通濾波器后的載波調(diào)制信號:371--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的基本定義比特：“0”，“1”帶寬：Hz,KHz,MHz傳輸速率：比特/秒(b/s,bps)，kb/s,Mb/s信噪比：信號功率/噪聲功率（dB）381--1無線通信系統(tǒng)概述傳輸比特率

若每個(gè)符號可以攜帶k個(gè)比特，（如

8PSK時(shí)k=3）,則系統(tǒng)傳輸?shù)姆柭?/p>

R與比特率Rb的關(guān)系有：

k=Rb/R391--1無線通信系統(tǒng)概述帶寬(Bandwidth)系統(tǒng)所分配的用來傳輸信息的頻帶資源（Hz）一般來講，帶寬/載頻小于15%（超寬帶系統(tǒng)除外）頻帶是一種資源系統(tǒng)應(yīng)盡可能充分利用頻帶內(nèi)資源，降低對其他頻帶的干擾401--1無線通信系統(tǒng)概述幾種通信系統(tǒng)帶寬GSM：若干270KHz頻帶構(gòu)成CDMA：若干1.25MHz頻帶構(gòu)成廣播數(shù)字電視（DVB-T）：若干6/7/8MHz頻帶帶寬構(gòu)成411--1無線通信系統(tǒng)概述無線發(fā)射信號Signalattenuationfromtransmittertoreceiver–afunctionofthedistance

421--1無線通信系統(tǒng)概述方向性天線431--1無線通信系統(tǒng)概述無線資源利用問題441--1無線通信系統(tǒng)概述451--1無線通信系統(tǒng)概述信道的問題噪聲的影響時(shí)變幅度衰減時(shí)變相位變化傳輸時(shí)延臨近頻道干擾461--1無線通信系統(tǒng)概述高斯噪聲471--1無線通信系統(tǒng)概述無線電波的傳輸481--1無線通信系統(tǒng)概述時(shí)延特性491--1無線通信系統(tǒng)概述

n(

)

n(t)

h(t,

)例：多徑時(shí)延501--1無線通信系統(tǒng)概述

n(

)

n(t)

h(t,

)S(t)r(t)511--1無線通信系統(tǒng)概述信道均衡通道的非理想特性導(dǎo)致接收信號的畸變信道失真（如定時(shí)不準(zhǔn)確）會導(dǎo)致碼間干擾（IntersymbolInterference,ISI）。無線信號的多徑傳輸導(dǎo)致信號的碼間干擾解決碼間干擾的一個(gè)有效的辦法就是使用均衡器（Equalizer）。521--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線531--1無線通信系統(tǒng)概述接收機(jī)的主要工作天線接收無線電波并轉(zhuǎn)化為電信號對電信號進(jìn)行濾波及解調(diào)對接收信號進(jìn)行糾錯(cuò)解碼對信源信號進(jìn)行解壓縮得到原始信號541--1無線通信系統(tǒng)概述接收機(jī)數(shù)字通信的接收機(jī)復(fù)雜度大于發(fā)射機(jī)一般來講接收機(jī)需要對付信道對發(fā)射信號的畸變發(fā)射信號的設(shè)計(jì)要以接收機(jī)能否正常接收到發(fā)射信號為原則551--1無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)的研究內(nèi)容信道編碼/解碼的研究（糾錯(cuò)編碼）BCH碼，卷積碼，turbo碼，LDPC碼調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的研究BPSK，QAM，OFDM…天線與傳輸技術(shù)的研究天線發(fā)射/接收，方向性天線，智能天線，多天線技術(shù)無線通信系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)給出解決方案，進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)561--1無線通信系統(tǒng)概述系統(tǒng)性能評估

通常的方法是使用在一定噪聲條件下誤碼率（BitErrorRate,BER）。有兩種BER,分別是rawBER和，codedBER。

RawBER:是在沒有糾錯(cuò)編碼條件下的誤碼率，可以表示信道的性能（例：GSM）。

CodedBER:在有糾錯(cuò)編碼時(shí)的誤碼率，表示了編碼的效果，是系統(tǒng)實(shí)際要求的誤碼率。571--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線581--1無線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的研究理論研究信號時(shí)間頻率特性分析各種接收準(zhǔn)則通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真仿真系統(tǒng)的建立仿真參數(shù)的調(diào)整新的算法的給出通信系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)樣機(jī)的研制芯片的研制591--1無線通信系統(tǒng)概述噪聲經(jīng)過相關(guān)器，接收信號可表示為其中n(t)與判決無關(guān),因此判決完全根據(jù)相關(guān)器的輸出信號的噪聲分量nk進(jìn)行判決。噪聲項(xiàng)例：理論研究601--1無線通信系統(tǒng)概述例：通信系統(tǒng)仿真611--1無線通信系統(tǒng)概述例：通信模塊電路板621--1無線通信系統(tǒng)概述芯片631--1無線通信系統(tǒng)概述無線通信面臨的挑戰(zhàn)隨時(shí)隨地連接網(wǎng)絡(luò)多種業(yè)務(wù)多種設(shè)備的集合語音，數(shù)字，音頻，視頻電話，電視，照相機(jī)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的小型化、低功耗、低成本641--1無線通信系統(tǒng)概述本課程的特點(diǎn)以往學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識的實(shí)際應(yīng)用概率論與隨機(jī)過程信號與系統(tǒng)-頻域與時(shí)域關(guān)系運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行理論推導(dǎo)微積分基本概念優(yōu)化理論通信系統(tǒng)仿真理解通信系統(tǒng)基本概念運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行仿真對仿真結(jié)果進(jìn)行分析651--1無線通信系統(tǒng)概述相關(guān)課程通信系統(tǒng)仿真運(yùn)用商用工具進(jìn)行仿真VHDL及相關(guān)課程硬件實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)通信網(wǎng)原理物理層以上的學(xué)習(xí)內(nèi)容信息論與編碼糾錯(cuò)編碼理論概率論與隨機(jī)過程本課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)電磁場天線原理其他課程。。。661--1無線通信系統(tǒng)概述現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)第二代（GSM,IS-95)第三代（CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA）局域網(wǎng)系統(tǒng)無線局域網(wǎng)（WLAN）無線廣域網(wǎng)（WMAX）廣播電視系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)近距無線通信網(wǎng)絡(luò)無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）無線射頻識別（RFID）671--1無線通信系統(tǒng)概述幾種無線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（1）-GSM

681--1無線通信系統(tǒng)概述頻率規(guī)劃問題691--1無線通信系統(tǒng)概述提高空間利用率的策略減小無線電波覆蓋面積提高信號接收效率主要技術(shù)方案減小蜂窩尺寸扇區(qū)分割技術(shù)智能天線技術(shù)多天線技術(shù)（MIMO）701--1無線通信系統(tǒng)概述幾種無線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（2）-衛(wèi)星通信711--1無線通信系統(tǒng)概述幾種無線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（3）-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

721--1無線通信系統(tǒng)概述例：WSN的應(yīng)用731--1無線通信系統(tǒng)概述小區(qū)1節(jié)點(diǎn)小區(qū)小區(qū)2小區(qū)3無線傳感器可以自動(dòng)組網(wǎng)741--1無線通信系統(tǒng)概述被動(dòng)式RFID標(biāo)簽從讀寫器的信號中獲取能量進(jìn)行傳輸主動(dòng)式RFID

自