ELEC5508-LECTURE5 无线通信, 无线工程

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电子工程专业赛课无线通信系统设计与优化

电子工程专业赛课无线通信系统设计与优化

电子工程专业赛课无线通信系统设计与优化无线通信系统在现代社会中发挥着至关重要的作用,尤其在电子工程领域中,赛课无线通信系统的设计与优化成为了一项重要课程。

本文将针对电子工程专业赛课无线通信系统的设计与优化进行探讨,旨在提供一些有益的参考和指导。

一、引言电子工程专业中的赛课无线通信系统设计与优化是一门涉及无线信号传输技术和无线通信协议的课程。

它包括了无线信道建模、传输技术选择、系统参数设计以及无线信号的优化等内容。

通过该课程的学习,学生能够深入了解无线通信系统的原理和应用,掌握无线通信系统的设计与优化方法,提高无线通信系统的性能和可靠性。

二、无线通信系统设计1. 无线信道建模在设计无线通信系统的过程中,首先需要建立准确可靠的无线信道模型。

无线信道的特性决定了系统的传输性能,而准确的信道模型能够提供有关信号传输中各种干扰和衰落情况的重要信息,有助于系统的设计与优化。

常见的无线信道模型包括衰落信道模型和多径信道模型等。

2. 传输技术选择传输技术是无线通信系统中的关键环节,不同的传输技术对系统性能和可靠性产生着重要影响。

在进行无线通信系统的设计时,需要根据实际需求和系统资源选择合适的传输技术。

常见的传输技术包括调频、调幅和正交频分复用等。

3. 系统参数设计无线通信系统的性能和可靠性很大程度上取决于系统参数的设计。

参数设计包括功率控制、调制方式、编码方式、载波间隔等方面。

通过合理的参数设计可以提高系统的带宽利用率、抗干扰能力和误码率性能。

三、无线通信系统优化1. 信号质量优化在无线通信系统中,信号质量的优化是提高系统性能和可靠性的关键因素之一。

信号质量的优化包括了信号强度的调整、设备参数的校准以及信号干扰的消除等方面。

通过优化信号质量可以提高系统的传输速率和覆盖范围。

2. 能量效率优化能量效率是指在保持传输质量和性能不变的情况下,最大化利用系统的能量资源。

能量效率优化包括降低功率消耗、优化功率分配和设计低功耗电路等方面。

电子设计中的无线通信技术

电子设计中的无线通信技术

电子设计中的无线通信技术在当下的电子设计领域中,无线通信技术扮演着至关重要的角色。

随着物联网和智能设备的兴起,人们对无线通信技术的需求也日益增长。

因此,研究和应用无线通信技术成为电子设计领域的一个热门领域。

无线通信技术是指通过无线电波或红外线等无线传输媒介进行通信的技术。

在电子设计中,无线通信技术可以应用到诸如无线传感网络、远程监控、智能家居、智能穿戴设备等各个领域。

因此,了解和掌握无线通信技术对于电子设计工程师而言至关重要。

在无线通信技术的应用中,常见的技术包括蓝牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等。

每种技术都有其特点和适用场景。

蓝牙技术主要用于短距离通信,适用于连接耳机、键盘等外设;Wi-Fi技术则适用于局域网络通信,实现设备互联;LoRa技术则是一种低功耗广域网络技术,适用于远距离通信和低功耗设备连接;NB-IoT则是一种窄带物联网通信技术,适用于物联网设备的连接和数据传输。

在进行电子设计时,选用合适的无线通信技术至关重要。

首先需要对产品或系统的通信需求进行充分了解和分析,包括通信距离、传输速率、功耗要求等。

然后根据需求选择合适的无线通信模块或芯片,并进行相应的硬件设计和软件开发。

此外,还需要考虑无线通信技术对产品性能、成本、功耗等方面的影响,做好充分的测试和优化工作。

除了硬件设计和软件开发,电子设计中的无线通信技术还涉及到通信协议的选择和优化。

不同的无线通信技术有不同的通信协议,如蓝牙协议栈、Wi-Fi协议等。

通信协议的选择和优化直接影响到通信效率、数据传输稳定性等方面,因此需要在设计过程中充分考虑。

综上所述,无线通信技术在电子设计中扮演着至关重要的角色。

了解各种无线通信技术的特点和应用场景,选择合适的技术并进行相应的硬件设计、软件开发和通信协议优化是电子设计工程师必须具备的能力。

随着技术的不断发展和创新,无线通信技术在电子设计领域的应用也将变得更加广泛和深入。

希望未来能够有更多创新的无线通信技术出现,为电子设计带来更多可能性和机遇。

电子工程中的无线通信技术

电子工程中的无线通信技术

电子工程中的无线通信技术无线通信技术是电子工程领域中的一个重要分支,随着科技的不断进步,无线通信技术的应用范围越来越广泛。

本文将围绕电子工程中的无线通信技术展开讨论,包括其背景、原理、应用和未来的发展趋势。

一、背景介绍电子工程中的无线通信技术是基于电磁波传播原理的一种通信方式。

从声音和文字的无线传输开始,到如今的无线网络和卫星通信,无线通信技术在我们的生活中扮演着重要的角色。

它不仅提供了便捷的通信手段,还推动了信息社会和智能时代的到来。

二、原理解析无线通信技术主要涉及到以下几个基本原理:1. 调制解调:调制是将要传输的信息信号转换成适合传输的高频信号,解调则是将接收到的高频信号还原成原始的信息信号。

常见的调制技术包括调幅、调频和调相。

2. 编码解码:为了提高数据的传输速率和可靠性,通信数据通常需要进行编码。

编码过程将原始数据转换为压缩的形式,解码过程将压缩数据恢复为原始数据。

3. 多址与分用:为了解决多用户同时使用同一个无线信道的问题,通信系统通常采用多址(多用户复用)和分用(时分复用和频分复用)的技术,以提高信道利用率。

4. 信道编码:为了增加通信信道的可靠性和抗干扰能力,通信系统通常会采用信道编码技术,如卷积码、纠错码等。

5. 天线技术:天线是无线通信系统中非常重要的组成部分,它负责发射和接收电磁波信号。

天线技术的发展直接影响了无线通信系统的传输距离和传输速率。

三、应用领域无线通信技术在电子工程中有着广泛的应用。

以下是几个典型的应用领域:1. 移动通信:无线通信技术使得移动电话、无线局域网和蜂窝移动通信网络成为现实。

人们可以通过手机或无线网络轻松实现语音通话、短信和数据传输。

2. 卫星通信:卫星通信系统通过卫星中继站实现全球范围的通信,广泛应用于电视广播、短波通信、天气预报和全球定位系统等。

3. 物联网:物联网是无线通信技术与传感器技术相结合的应用,通过将各种设备和传感器连接到互联网,实现设备之间的无线通信和数据交互,广泛应用于智能家居、智能工厂和智能城市等领域。

无线通信系统的电气工程设计

无线通信系统的电气工程设计

无线通信系统的电气工程设计引言:无线通信系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。

从移动电话到无线网络,从卫星通信到射频识别技术,无线通信系统的应用范围越来越广泛。

而这些无线通信系统的设计与实施离不开电气工程师的专业知识和技能。

本文将探讨无线通信系统的电气工程设计,旨在帮助读者更好地了解这一领域的重要性和挑战。

1. 无线通信系统的基本原理无线通信系统是通过无线电波传输信息的系统。

它由发送端、接收端和传输介质组成。

发送端将信息转换成电信号,并通过天线将信号以无线电波的形式发送出去。

接收端接收到无线电波,并将其转换成可识别的信息。

传输介质可以是空气、水或其他介质。

2. 无线通信系统的组成部分无线通信系统包括多个组成部分,如天线、调制解调器、功率放大器、滤波器等。

其中,天线是将电信号转换成无线电波的关键部件。

调制解调器负责将信息转换成适合传输的信号,并在接收端将信号还原成原始信息。

功率放大器用于增强信号的强度,以便在传输过程中能够覆盖更远的距离。

滤波器则用于去除无线电波中的噪声和干扰。

3. 无线通信系统的设计考虑因素在设计无线通信系统时,电气工程师需要考虑多个因素。

首先是传输距离和覆盖范围。

不同的应用场景需要不同的传输距离和覆盖范围,因此需要根据实际需求选择合适的天线和功率放大器。

其次是信号质量和干扰抑制。

无线通信系统经常面临信号质量下降和干扰增强的问题,电气工程师需要设计合适的滤波器和调制解调器,以提高信号质量和抑制干扰。

此外,还需要考虑功耗和成本等因素。

4. 无线通信系统的技术挑战无线通信系统的设计和实施面临着许多技术挑战。

首先是频谱资源的有限性。

随着无线通信设备的普及和应用场景的增多,频谱资源越来越紧张。

电气工程师需要设计出更高效的调制解调器和频谱利用技术,以充分利用有限的频谱资源。

其次是信号传输的可靠性和安全性。

无线通信系统容易受到干扰和攻击,电气工程师需要设计出抗干扰和安全性强的系统。

此外,还需要考虑能源效率和环境友好性等问题。

无线通信基础知识

无线通信基础知识

无线通信基础知识在当今数字化的时代,无线通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

从手机的通话、短信到无线网络连接,从卫星导航到物联网的应用,无线通信技术的身影无处不在。

那么,什么是无线通信?它是如何工作的?又有哪些关键的技术和概念呢?接下来,让我们一起走进无线通信的世界,探索其基础知识。

无线通信,简单来说,就是在不使用物理连接(如电线或电缆)的情况下,实现信息的传输和交换。

它依靠电磁波在空间中的传播来传递信号。

这些电磁波可以在不同的频段上传输,例如我们熟知的无线电频段、微波频段等。

要理解无线通信,首先需要了解电磁波。

电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传播形式。

它们以光速在空间中传播,并且具有不同的频率和波长。

频率越高,波长越短,所能携带的信息量也就越大。

在无线通信中,信号的发送和接收是通过天线来完成的。

天线可以将电信号转换为电磁波并发送出去,同时也能够接收电磁波并将其转换为电信号。

发送端将需要传输的信息(如声音、图像、数据等)进行编码和调制,使其能够加载到电磁波上。

调制的方式有很多种,常见的有幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。

接收端接收到电磁波后,通过解调和解码的过程,将加载在电磁波上的信息还原出来。

在这个过程中,会面临各种干扰和噪声,因此需要采用一系列的技术来提高信号的质量和可靠性。

例如,纠错编码可以检测和纠正传输过程中产生的错误;均衡技术可以补偿信号在传输过程中由于信道特性引起的失真。

无线通信系统的一个重要指标是带宽。

带宽决定了能够传输的数据量和速度。

较宽的带宽可以支持更高的数据传输速率,但同时也需要更复杂的技术和更多的频谱资源。

频谱资源是有限的,为了有效地利用频谱资源,出现了多种多址技术。

比如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)等。

这些技术允许多个用户在同一频段上同时进行通信,通过不同的时间、频率或编码方式来区分用户。

无线通信的应用场景非常广泛。

无线通信系统设计与优化

无线通信系统设计与优化

无线通信系统设计与优化无线通信系统的设计与优化一、无线通信系统简介无线通信系统(Wireless Communication System)是指在没有电线、光缆等物理媒介的情况下,使用无线电波来传输信息的通信系统。

无线通信系统广泛应用于移动通信、卫星通信、无线局域网、行业无线通信、无线电视、无线定位、物联网等领域。

二、无线通信系统的设计无线通信系统的设计是指根据通信需求和技术要求,通过选择适合的通信标准、无线传输技术、射频芯片、天线和网络拓扑结构等,进行系统的设计和构建。

1. 通信标准选择通信标准是指通信系统的基本规范和标准。

在无线通信系统设计中,通信标准的选择直接影响到系统的性能和可靠性。

常见的通信标准有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、LTE等。

2. 无线传输技术选择无线传输技术是指无线通信中数据传输的核心技术。

常见的无线传输技术有调制解调技术、码分多址技术、频分多址技术和时分多址技术等。

在无线通信系统的设计中,需要根据通信标准的要求和实际应用环境,选择优秀的无线传输技术。

3. 射频芯片选择射频芯片是指用于接收和发射无线信号的芯片。

在无线通信系统的设计中,需要选择性能好、功耗低、体积小、成本合理的射频芯片,以保证系统的性能和可靠性。

4. 天线选择天线是无线通信中最重要的组成部分之一,它不仅直接影响到系统的传输距离和信号质量,而且还直接关系到用户的体验和满意度。

在无线通信系统的设计中,需要根据通信距离、通信频率、多径衰落等因素,选择适合的天线。

5. 网络拓扑结构设计网络拓扑结构是指无线通信系统中连接各个设备和节点的网络形态。

在无线通信系统的设计中,需要根据实际应用环境,选择合理的拓扑结构,以保证系统的稳定和可靠性。

三、无线通信系统的优化无线通信系统的优化是指通过调整系统参数和优化网络拓扑结构等方式,提高系统的性能、可靠性和稳定性。

1. 调整系统参数调整系统参数是指通过调节无线传输技术中的带宽、调制方式、速率、功率等参数,以提高系统的性能和可靠性。

ELEC5508_Wireless Engineering_2013 Semester 2_ELEC 5508 TUTO 4

ELEC5508_Wireless Engineering_2013 Semester 2_ELEC 5508 TUTO 4

• The bit rate defines the rate at which information is passed.
• The baud (or signalling) rate defines the number of symbols per second. • A group of n bits can be subsumed into a symbol, which in turn is mapped to one out of a set of M = 2n waveforms; that is called M-ary modulation, higher order modulation, multilevel modulation, or modulation with alphabet size M.
Comparison of Modulation types
Modulation BPSK GMSK QPSK 8PSK 16QAM 32QAM 64QAM Bits per symbol 1 1 2 3 4 5 6
Modulation BPSK QPSK 16 QAM 64QAM
Error margin 1 1 / √2 √2 / 6 √2 / 14
Digital / Quantised QAM
When using QAM, the constellation points are normally arranged in a square grid with equal vertical and horizontal spacing and as a result the most common forms of QAM use a constellation with the number of points equal to a power of 2 i.e. 2, 4, 8, 16 . . . . By using higher order modulation formats, i.e. more points on the constellation, it is possible to transmit more bits per symbol. However the points are closer together and they are therefore more susceptible to noise and data errors.

电子工程专业中的无线通信技术研究与应用

电子工程专业中的无线通信技术研究与应用

电子工程专业中的无线通信技术研究与应用无线通信技术已成为现代电子工程领域中的重要组成部分,随着科技的发展和人们对通信需求的增加,无线通信技术在各个领域得到了广泛的应用和研究。

作为电子工程专业的学生,了解和熟悉无线通信技术的研究和应用对我们的职业发展至关重要。

本文将从无线通信技术的背景与原理、各类无线通信技术的应用以及新兴的无线通信技术方向三个方面来探讨电子工程专业中的无线通信技术研究与应用。

一、无线通信技术的背景与原理在开始介绍无线通信技术之前,有必要了解一些背景与基本原理。

无线通信技术是一种通过无线电波进行信息传输的技术,它通过发送和接收设备之间的无线电信号传输信息。

其原理基于调制和解调技术,将传输的信息信号转换成适合无线传输的载波信号,并在接收端解调还原为原始信息。

二、各类无线通信技术的应用无线通信技术在现代社会中得到了广泛的应用,我们可以看到各类无线通信设备和系统。

以下将介绍其中几种常见的无线通信技术及其应用。

1. WLAN技术WLAN(无线局域网)技术是指利用无线电波进行局域网(LAN)的连接与通信。

在现代办公、商业和家庭环境中,WLAN技术已经成为主流,通过无线接入点和终端设备,实现了便捷的无线上网和无线通信功能。

同时,WLAN技术也在物联网、智能家居等领域得到了广泛应用。

2. 蓝牙技术蓝牙技术是一种短距离无线通信技术,可以实现设备之间的数据传输和通信。

蓝牙技术广泛应用于手机、耳机、音箱等设备之间的无线音频传输,以及无线键鼠、无线传感器等领域。

随着蓝牙技术的不断进步,其传输速度和距离也在不断提高。

3. 移动通信技术移动通信技术是指通过移动通信网络实现无线通信的技术,广泛应用于手机通信和移动互联网。

全球范围内最常见的移动通信技术是GSM(全球移动通信系统),它使得人们可以在全球范围内进行无线语音和数据通信。

此外,3G、4G、5G等新一代移动通信技术的应用也成为无线通信技术研究的热点。

4. 射频识别技术射频识别(RFID)技术是一种通过射频信号实现物品识别和跟踪的技术。

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Wireless EngineeringChapter 5Capacity of Wireless SystemsChapter 3 pp. 77-96Wireless EngineeringTraffic and CapacityTrunking and Grade of ServiceCellular radio systems rely on trunking to accommodate a large number of random users in a limited radio spectrum (fixed number of channels or circuits).Trunking theory exploits the statistical behavior of users. It was first used by telephone companies to determine the number of telephone circuits that need to be allocated for buildings.The fundamentals of trunking theory were developed by Erlang.The measure of traffic intensity has the unit of Erlang.One Erlang represents the amount of traffic intensity carried by a channel that is completely occupied.Wireless EngineeringTrunking and Grade of ServiceThe grade of service (GOS) is a measure of the ability of a user to access a trunked system during the busiest hour.The GOS is an important benchmark used to define the desired performance ofa particular trunked system.It is the wireless designer’s job to estimate the maximum required capacity and to allocate the proper number of channels to meet the GOS.GOS is typically given as the likelihood that a called is blocked, or the likelihood of a call experiencing a delay greater than a certain queuing time.Wireless EngineeringTrunkingand Grade of ServiceWireless EngineeringWireless EngineeringTrunking and Grade of ServiceThe traffic intensity offered by each user in ErlangsThe total offered traffic for a system containing U usersTraffic intensity per channel of a trunked system with C channels (assuming traffic is equally distributed among the channels)The maximum possible carried traffic is the total number of channels, C ,in Erlangs.HA u λ=HU UA A u λ==CUA A u c =Wireless EngineeringL,2,1,0!}Pr{==−k k e k k λλ A discrete distribution that expresses the probability of a number of events occurring in a fixed period of time if these events occur with a known average rate, and are independent of the time since the last event.Poisson DistributionMean value:Variance: λσ=2λµ=Poisson Distribution, 10=λk : the number of occurrence of an event the expected number of occurrences that occurduring the given interval.:λWireless Engineering The Blocked Calls Cleared SystemThe blocked calls cleared system (Erlang-B system)--No queuing for call requests (no setup time, and immediate access to channel if available.--Arrived calls follow a Poisson distribution.--An infinite number of users, a finite number of channels--Arrivals of requests are memoryless--The probability of a user occupying follows an exponential distribution The probability that a call is blocked (Erlang-B formula , Erlang loss function )GOS k A C A A E C k k CC ===∑=0!!)(]blocked is call Pr[C : the number of trunked channels A : the total offered trafficWireless EngineeringThe Blocked Calls Cleared SystemThe Erlang loss function is best calculated iteratively by:withErlang B formula provides a conservative estimate of the GOS, as the finite number of users always predict a smaller likelihood of blocking.)(11)(11A E A C A E C C −+=1)(0=A EWireless EngineeringThe Blocked Calls Cleared SystemLarge groups are more efficient than small ones.Wireless EngineeringThe Blocked Calls Cleared SystemWireless EngineeringThe Blocked Calls Cleared SystemTrunking efficiency is a measure of the number of users which can be offered a particular GOS with a particular configuration of fixed channels.The way in which channels are grouped can substantially alter the number of users handled by a trunked system.ExampleHow many users could be supported for 0.5% blocking probability for 5 trunked channels? Assume that each user generates 0.1 Erlangs of traffic.Solution: C =5. From Fig. 3.6, we have traffic intensity A =1.13.3.111.0/13.1/===u A A U Therefore, total number of users that can be supported is 11.Improving Coverage and Capacity inCellular SystemsCellular design techniques are needed to provide more channels per unit coverage area if GOS degrades beyond a threshold.Major techniques to expand the capacity:---Cell Splitting: Allows an orderly growth of the cellular system.---Sectoring: Uses directional antennas to further control interference andfrequency reuse.---Zone microcells : Distributes the coverage of a cell and extends the cell boundary to hard-to-reach places.Cell splitting increase capacity by increasing the number of base stationsSectoring and zone microcells rely on base station antenna placements to improve capacity by reducing co-channel interference.Wireless EngineeringWireless Engineering Cell Basics (Review)N RD Q 3==S duplex channels available for use.Each cell is allocated a group of k channelsCluster size N If a cluster is replicated M times within the system, the capacity C=MkN=MSThe co-channel reuse ratio:The SIR ()003i N i Q I S nn ==Cell SplittingCell splitting is the process of subdividing a congested cell into smaller cells (microcells), each with its own base station and a corresponding reduction in antenna height and transmitter power.By decreasing the cell radius R and keeping the co-channel reuse ratio D/R unchanged, cell splitting increases the number of the channels per unit area.Wireless EngineeringWireless EngineeringCell SplittingHandoff issues must be addressed so that high speed and low speed traffic canbe accommodated simultaneously.Wireless EngineeringCell SplittingCell splitting will not upset thechannel allocationscheme requiredto maintain theminimum co-channel reuse ratioQ .Wireless EngineeringCell SplittingFor the new cells to be smaller in size, the transmit power of these cells must be reduced.If the radius of each new microcell is half that of the original cell, []nt r R P P −∝1boundary cell old at []nt r R P P −∝)2/(boundary cell new at 2 If we take n =4, and set the received powers equal to each other, then1612t t P P =Cell SplittingIn practice, not all cells are split at the same time. Therefore, different cell sizes might exist simultaneously.Channels in the old cell must be broken down into two channel groups, corresponding to the smaller and larger cell reuse requirements.Antenna downtilting is often used to limit the radio coverage of newly formed microcells.Cell splitting achieves capacity improvement by essentially rescaling the system. By decreasing the cell radius R and keeping the co-channel reuse ratio D/R unchanged, cell splitting increases the number of channels per unit area.Wireless EngineeringSectoringSectoring keeps the cell radius unchanged and seek method to reduce Q.The channels used in a particular cell are broken down into sectored groups and are used only within a particular sector.Several directional antennas are used at the base station.This technique for decreasing co-channel interference and thus increasing system performance is called sectoring .Wireless EngineeringWireless EngineeringSectoringWireless EngineeringSectoringThe signal-to-interference ratio (SIR) for a mobile receiverAssume n =4 and cluster size N=7.If there is no sectoring and omnidirectional antennas are used, S/I=18.6 dB.With sectoring, S/I=25.1 dB (24.2 dB in the textbook).()003i N i Q I S n n ==SectoringThe reduction in interference offered by sectoring enable planners to reduce the cluster size N, and provides an additional degree of freedom in assigned channels.Sectoring needs an increased number of antennas at each base station.Trunking efficiency is decreased due to channel sectoring at the base station.The number of handovers also increases, since sectoring reduces the coverage area of a particular group of channels.In urban areas, directional antenna patterns are somewhat ineffective in controlling radio propagation.Wireless EngineeringA Microcell Zone ConceptThe increased number of handoffs required when sectoring is employed results in an increased load on the switching and control link elements..In microcell zone approach,when a mobile travels fromone zone to another withinthe cell, it retains the samechannel.Any base station channelmay be assigned to any zoneby the BS.A handoff is not required atMSC when the mobiletravels between zones withina cell.Wireless EngineeringA Microcell Zone ConceptA given channel is activeonly in the particular zonein which the mobile istravelling, and the basestation radiation islocalized and interferenceis reduced.Particularly useful alonghighways or along urbantraffic corridorsWireless Engineering。

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