第二章 无线通信基础
23第二章移动通信基础多径效应
1、时不变多径效应
1、时不变多径效应
• 假设两条路径差别不大
1 d1
1 d2
E E0d0 e jkd1 ' E0d0 e jk (d1)
d1
d2
E0d0 (1 'e jk )e jkd1 d1
E0d0 (1 e j )e jkd1 d1
', ' | | e j , k
1、时不变多径效应
均方根(rms)时延扩展 • 功率时延谱的二阶矩的平方根
4、无线多径信道特性参数
无线信道的相干带宽:指一定的频率范围,在该频率范 围内,两个频率分量有很强的幅度相关性。 当两信号的频率间隔超出相干带宽时,幅度相关性 很小。
• 定义为多径时延扩展的倒数
• 工程定义
4、无线多径信道特性参数
无线信号的多普勒扩展 • 指一定的频率范围,在该频率范围内接收
E0d0 d1
E0d0 d1
1 1
1
22
1
22
, ,
2n
,
(2n 1)
n 0,1,2...
1、时不变多径效应
• 当接收机处于不同空间位置时,两路信号具有不同 的相位差 。
• 某些位置相位差φ△为π的偶数倍,两路信号同相相加 ,接收信号比较强。
• 某些位置φ△为π的奇数倍,两路信号反相相减,这 时接收信号可能会非常弱。出现衰落深陷。
的多普勒频率为非0值。
• 定义:因多普勒频移使发射信号频谱展宽 的最大值。
4、无线多径信道特性参数
信道相干时间:指一段时间间隔,在此间隔内两个 到达信号有很强的幅度相关性。 当两信号的时间间隔超出相干时间时,幅度相 关性很小。
• 理论上可以直接定义为最大多普勒频移的倒数, 即1/fm
第2章 无线通信基础 2PPT课件
第2章 无线通信基础
提问 1、无线信道的传播特征主要从哪两个方面加以描述的?
平均信号强度(大尺度衰落)和小尺度衰落 2、什么是大尺度衰落?什么是小尺度衰落?对通信系统
有什么影响?
大尺度衰落:反映信号的平均功率随距离增大而产生的 缓慢变化,包括大尺度路径损耗和阴影衰落,主要影 响通信距离或覆盖范围。 ——慢衰落 小尺度衰落:主要表现为多径衰落,反映数十个波长 区间内信号功率的快变化,是影响接收信号质量的主 要因素。——快衰落
为波长,单位为m;
【12】
第2章 无线通信基础
自由空间的传播衰减为
Pr GtGr2
Pt (4π)2 d 2
接收功率衰减与 距离的关系为 20dB/十倍程
(2-2-3)
工程上常用的dB为单位,正值表示衰减,则式(2-2-3)可写成
P ( d L ) B 1 lP P 0 g r t 1 l 0 g ( G 4 π tG ) 2 rd 2 2 2 ld 0 g 1 lG 0 g t 2 l 0 g 4 A π e
【3】
第2章 无线通信基础
2.2 大尺度路径损耗
2.2.1 概述
电磁波传播模型的研究重点: 1、预测发射机在一定距离处的平均接收信号强度(或路 径损耗); 预测平均信号强度描述的是发射机与接收机之间长距离 上的信号强度变化,这种模型称为大尺度传播模型。用于估 计无线信号覆盖范围的传播模型。 2、对特定位置附近信号强度变化进行分析。 无线通信系统工作的地形多种多样,所以,一种单一的传 播模型是无法准确描述收发机之间电波的传播特性,需要根 据不同的地域环境使用几种不同的模型。
第2章 无线通信基础
提问 1、无线信道的传播特征主要从哪两个层面加以描述的? 2、什么是大尺度衰落?什么是小尺度衰落?对通信系统 有什么影响? 3、在无线通信系统中,对接收信号影响比较严重的四种 效应是什么? 4、辐射体向空间辐射电磁场,依据其空间特性不同, 可以将其划分为哪三个不同的区域?
无线通信基础知识
折射
电磁波在传播时,遇到墙体等障碍物,就会穿过障碍物继续传播,这种现象就称为折射,电磁波的折射和光线 在透明物体中的折射有很强的类似性。如图2.4所示:
2.2.2 无线电磁波的衰落和分集技术
• 无线信号从天线到用户之间的信道衰落,按 照衰落特性的不同,可以分为慢衰落和快衰 落两种。
11
慢衰落
由地形和障碍物阻挡而造成的阴影效应,致使接收到的信号强度下降,信号强度随地理环境的改变而缓慢变化,这 种衰落称为慢衰落,又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布,且与位置和地点相关,衰落的速度取 决于移动台的速度,它反映了传播在空间距离的接收信号电平值的变化趋势。
CONTENTS 无线通信基础知识
第二章
传输介质 无线传播理论 无线信道简介 信道复用 扩频通信技术 无线通信系统重要概念 我国无线电业务频率划分
02 无线通信基础知识 1. 传输介质 核桃AI
2.1 传输介质
• 传输介质是连接通信设备,为通信设备 之间提供信息传输的物理通道;是信息 传输的实际载体。有线通信与无线通信 中的信号传输,都是电磁波在不同介质 中的传播过程,在这一过程中对电磁波 频谱的使用从根本上决定了通信过程的 信息传输能力。
无线自组织网络技术
无线自组织网络是一种特殊的无线移动网 络。一般由一组具有自主能力的无线终端相 互协作形成的一种独立于固定基础设施、采 用分布式管理的多跳网络;网络中所有节点 的地位都是平等的,无需任何预设的基础设 施和任何中心控制节点;网络中的节点具有 普通移动终端的功能;节点间可通过空中接
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
图8.3 冲突情形1
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
1)隐藏终端与暴露终端问题
第2章 无线通信基础 -3
2
(2-2-19)
以dB为单位表示的路径损耗计算公式为 PL(d)=40 lgd-(10lgGt+10 lgGr+20 lght+20 lghr)
40dB/10倍程
同理可得接收点处场强为
4πE0 d0 ht hr (2-2-18) E 2 d
【14】
第2章 无线通信基础
双线模型几个重要结论
第2章 无线通信基础
2. 地面反射对功率衰减的影响(地面反射双线模型)
在移动无线信道中,随着传播距离的增大,MS和BS之间
很少存在单一LOS传播,所以只考虑了直射波的自由空间 模型,这在很多情况下是不能准确地预测大尺度衰减情况。 在存在直射波的情况下,无线通信的双线模型能够准确 地预测几千米通信范围的大尺度信号衰落。适用于农村和 城郊等比较平坦、开阔的传播环境,并且对城区微蜂窝环 境下的LOS链路也比较准确。 该模型以几何光学为基础,考虑了直射、反射路径。并
且认为地面发生全反射,反射前后信号相位相差180°,反
射系数R=-1。 【6】
第2章 无线通信基础
假设发射机和接收机均处于地平线上,其中间是平坦的地面。 电磁波的传播路径有两条: 1、与自由空间传播相同的LOS(视线路径), 2、经地面反射后到达接收机的路径。 这两条路径的传播距离是不相同的,使得同时到达接收机 的两路信号之间存在相位差,从而对传播衰减产生影响。
• 绕射损耗所研究的是以自由空间传播损耗为基础的附加 损耗。研究结果表明,随阻挡体高度(可以为负)的不 同,绕射损耗既可以为正,也可以为负。 【22】
第2章 无线通信基础
1) 刃形绕射模型 下面从单个障碍物绕射的简单情况入手介绍分析方法。 当绕射是由单个物体引起时,可以将障碍物看做刃形 边缘形成的半无限大阻挡屏来估计绕射损耗。 绕射增益G可以通过Fresnel积分计算。
无线通信基础_教学课件_3
2.2 线性时变信道模型
传输函数
【定义】LTV信道的时变传输函数是冲激响应 h , t 关于时延变量 的傅里叶变换。
有如下傅里叶变换对(时间变量t 可看成一个参数):
H f , t F h , t h , t e j 2 f d -1 j 2 f h , t F f H f , t df H f , t e
2.2 线性时变信道模型
: 在 一 特 定 t值 下 信 道 的 多 径 时 延 , 或 时 间 的 增 量 ;
x( t )
h ( , t )
r( t )
r t
h , t x t d
第11页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应
设窄带信号 x ( t ) 通过频率为 f c 的载波发射,则有:
x (t ) x (t )e
j 2 fct
调制信号
实部
基带信号
第4页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应 一、无线信道输出端的接收信号表达式(2)
2.2 线性时变信道模型
发射信号经第n条路径到达接收端的信号:
解:N
2
h , 0
1 0
70 dB m 100 pW , -73 dB m 50 pW .
0 0
100 pW ,
50 pW
0 0 0,
1 0 2 f c 1 1 8 0 0
5 6 6
0
)
1
无线通信基础
无线通信基础本节只要内容(1)无线通信的基本概念;(2)蜂窝的概念3.1无线通信中的基本概念3.2蜂窝的基本概念1897年马可尼在第一次展示无线电在英格兰海峡里行驶的船只保持连续不断的通信能力,标志着无线通信的开始。
但是无线通信由于其相关技术故障,在上世界 发展比较缓慢,知道贝尔实验室提出蜂窝的概念。
3.2.1背景知识介绍早期移动通信系统设计的目标: 在至高处建立单个大功率的发射机,面积。
至高处目的:尽可能保证视距传播。
数据表明:建筑物能削弱无线信号P r10 lg 一二 20dBP o-20P 订 工一 =1010 =10 P .P =0.01P 0类似的,当衰减 30dB 时,P t = 0.001 P 0 优点:设计简单,覆盖面积大; 缺点:频谱利用率低,浪费严重P rdB =10 lg (—)其中P r 为实测到的功率,P 0为参考功率。
P )当电阻值不变时,由 P=E 2/R 得到其中E r 为电压实际测量值,E o 为电压参考值。
应用实例:70年代纽约的贝尔移动系统在1000平方英里(2*109平方米=2.6*10 3平方公里=3.88*10 6亩,苏州古城区 2*104亩)内最多支持12个同时呼叫。
矛盾:频谱资源有限、用户数量快速增加,无法满足需求 在此基础上产生蜂窝的概念。
蜂窝概念是一种系统级概念, 其思想是用许多小功率的发 射机(小覆盖区)来代替单个的大功率发射机(大覆盖区),每个小覆盖区只提供服务范围内的一部分覆盖,每个基站只分配可用信道的一部分, 有效降低了同频干扰,尽管存在邻频干扰,但是干扰降低了。
dB=10 lg=10 lg (空)=20 lg (旦)E O 60,70年代以前从而获得大的覆盖20-30分贝。
优点:(1)随着需求继续增长,蜂窝可以变的更小,这样,在不使用额外的频谱资源的同时,增加了额外的容量。
(2)每个用户设备都可以在使用相同蜂窝概念的地区接入网络。
3.2.2频率复用为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫做频率复用或者频率规划。
《无线通信基础》课件
您将了解无线通信系统的 组成,包括基站、移动终 端、无线传输媒介等重要 组成部分。
通过本课程的学习,您将 掌握目前无线传输技术的 应用情况,并了解未来的 发展趋势。
无线通信基础概述
无线通信基础是指通过无线信号传输进行信息交流的一种通信方式。它可以 实现移动通信、数据传输和网络连接等功能。
无线通信系统组成
无线信道与传输媒介
无线信道是无线通信中信息传输的路径,传输媒介包括自由空间、电磁波、 红外线等。
无线传输技术的应用与发展趋势
5G网络
5G网络是当前最先进的无线传输 技术,具有更快的传输速度和更 低的延迟,将推动智能城市和物 联网的发展。
无线通信设备
无线通信安全
无线通信设备是无线通信系统中 的重要组成部分,如手机、基站、 无线路由器等。
基站
基站是无线通信系统中的中 心设备,负责与移动终端进 行通信并提供网络连接。
移动终端
移动终端是用户使用的无线 设备,如手机、平板电脑等, 用于与基站进行通信。
无线传输媒介
无线传输媒介是信息传输的 介质,包括电磁波、红外线 等无线信号。
调制与解调
调制与解调是无线通信中将原始信号转换为适合传输的调制信号,以及将接收到的调制信号恢复成原始信号的 过程。
《无线通信基础》PPT课件
课程介绍
本课程将深入介绍无线通信基础知识,涵盖无线通信系统组成、调制与解调、 信号传输与调制方式、多路复用、无线信道与传输媒介以及无线传输技术的 应用与发展趋势。
学习目标
1 全面了解无线通信基 2 熟悉无线通信系统组 3 掌握无线传输技术的
础原理
成
应用与发展趋势
通过本课程的学习,您将 全面了解无线通信基础原 理,包括调制、信号传输、 多路复用等方面的知识。
无线通信基础教学课件2
无线通信基础_教学课件_2第二章无线信道的特性主讲人:张炜电子科学与工程学院军事通信工程系无线信道的损伤性无线信道的复杂性多种损伤。
加性的,乘性的;时间上的,频率上的;干扰,周围环境噪声;快转变的,慢转变的等等时变的信道信道的特性随时间不同而发生转变。
如何实现无线信道上的高质量通信,是一个具有挑战性的课题。
23>.1 多径传播环境线性时变信道模型信道相关函数大尺度路径损耗与阴影衰落小尺度多径衰落多径传播环境一、无线通信信号的传播方式二、接收信号中的四种效应4、多径时延(时间色散)五、多普勒频移(频率色散)多径传播环境(无线传播环境)多径传播环境一、无线通信信号的传播方式反射:当电磁波碰到比波长大得多的物体时发生反射,反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。
绕射:当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射。
散射:当波穿行的介质中存在小于波长的物体而且单位体积内阻挡体的个数超级庞大时,将发生散射。
散射发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。
直射:发射机信号无阻挡抵达接收机。
四种最大体传播方式:直射波障碍物绕射波入射波反射波电波的直射、反射和绕射发射天线多径传播环境一般情况下,相对于直射波,反射波、绕射波、散射波都比较弱。
(射线跟踪法)多径传播环境二、接收信号中的四种效应(1)阴影效应:由于大型建筑物和其它物体的阻挡,在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。
多径传播环境远近效应:由于用户的随机移动性,发射机与接收机之间的距离也是在随机转变。
若发射机发射信号功率一样,那么抵达接收机时信号的强弱将不同,离接收机近者信号强,离接收机远者信号弱。
二、接收信号中的四种效应(2)多普勒效应:由于用户处于高速移动(如车载通信)中,传播频率的扩散而引发的,其频率扩散程度(多普勒频移)与用户运动速度成正比。
多径传播环境二、接收信号中的四种效应(3)XYdVS多普勒频率有正负吗?温习:无线通信信号的四种大体传播方式?什么是阴影效应?何谓半盲区?什么是多普勒效应?多普勒频移与用户运动速度之间的关系?多径传播环境二、接收信号中的四种效应(4)多径效应:由于接收者所处地理环境的复杂性,使得接收到的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。
无线网络技术第2章无线传输技术基础
• 无线传输技术概述 • 电磁波与天线基础 • 调制与解调技术 • 信道编码与差错控制技术 • 多址接入与扩频通信技术 • 无线传输标准与协议
01
无线传输技术概述
无线传输技术定义
• 无线传输技术:利用电磁波在自由空间中传播的特性进行 信息交换的通信方式,无需依赖实体线路进行数据传输。
02
电磁波与天线基础
电磁波基本概念
电磁波定义
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁 场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂 直于电场与磁场构成的平面,有效地传递能 量。
电磁波产生
电磁波性质
电磁波为横波,具有偏振性、反射性、 折射性、干涉性、衍射性、多普勒效 应等性质。
变化的电场和磁场交替产生,形成电 磁波。电磁波从发生的区域向远处的 空间传播形成无线电波。
复出原始信号。
扩频通信分类
根据扩频方式的不同,可以分为直接序列扩频(DSSS)、跳频扩频(FHSS)、跳时扩 频(THSS)以及混合扩频等。
多址接入与扩频通信技术应用场景
移动通信系统
在移动通信系统中,多址接入技 术用于区分不同的移动用户,实 现多用户同时通信。扩频通信技 术则用于提高抗干扰能力和通信 可靠性,保证移动用户在复杂电 磁环境下的通信质量。
天线分类
按工作性质可分为发射天线和接收天线;按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等;按工作波 长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等;按结构形式和工作原理可分 为线天线和面天线等;按维数来分可以简单分为一维天线和二维天线。
03Байду номын сангаас
调制与解调技术
调制技术原理及分类
移动通信原理与系统习题答案
移动通信原理与系统习题答案移动通信原理与系统习题答案第一章简介1.1 移动通信原理与系统概述移动通信原理与系统是指利用无线电及其他相关技术,实现移动用户之间的通信和数据传输的系统。
其核心理论基础是无线通信原理和信号处理技术。
1.2 移动通信系统的发展历史移动通信系统的发展经历了从1G到5G的演进过程,每一代都引入了新的技术和服务,提高了通信效率和用户体验。
1.3 移动通信系统的基本组成移动通信系统由移动终端、基站子系统、核心网以及相关管理部分组成。
移动终端包括方式、数据卡等用户设备;基站子系统由基站、无线接入网和传输网构成;核心网是移动通信系统的核心部分,提供信令控制、数据传输等功能。
第二章无线通信原理2.1 无线信道特性无线信道的特性包括带宽、传输速率、衰落和多路径传播等,对无线通信系统的设计和优化有重要影响。
2.2 调制和多址技术调制技术用于将数字信号转换为模拟信号进行传输,以及将模拟信号转换为数字信号进行处理;多址技术用于多个用户共享有限的信道资源。
2.3 信噪比与误码率信噪比是信号功率与噪声功率之比,误码率是在给定信噪比下传输过程中出现错误的概率。
第三章移动通信系统的接入方式3.1 频分多址接入频分多址接入是指将频率资源划分为多个子载波,每个用户占用一个或多个子载波进行通信。
3.2 时分多址接入时分多址接入是将时间资源划分为多个时隙,不同用户在不同时隙进行通信。
3.3 码分多址接入码分多址接入是将用户信号通过不同的扩频码进行编码,以实现多用户共享信道。
第四章移动通信系统的网络架构4.1 无线接入网无线接入网是连接终端与基站的部分,包括射频传输、信号处理等功能。
4.2 传输网传输网是将基站与核心网进行连接的网络,承载用户数据和控制信号的传输。
4.3 核心网核心网是移动通信系统的核心部分,提供信令控制、用户数据传输等功能。
第五章移动通信系统的业务与技术5.1 语音通信业务语音通信是移动通信系统最基本的业务之一,主要通过语音编码技术和语音信道进行实现。
无线通信基础知识
及跳频等
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无线通信基础知识
第二章 GSM通信系统概述
网络交换子系统(NSS)
NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性 管理所需的数据库功能
功能实体: MSC/VLR HLR/AUC EIR
下行:1805.2MHz+(N-512)*0.2
➢移动GSM1800M系统使用频点为512-561.
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无线通信基础知识
第一章 无线通信的基本概念
1.3 联通GSM900M数字蜂窝网移动通信系统:
➢工作频段:上行909~915MHz 下行954~960 MHz
➢频率与信道之间换算公式:上行:F=890+0.2*指令载波频率号 下行:F=935+0.2*指令载波频率号
无线通信基础知识
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2020/11/16
无线通信基础知识
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课程内容
第一章 无线通信基本概念 第二章 GSM通信系统概述 第三章 CDMA通信系统概述 第四章 射频基础知识
无线通信基础知识
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第一章 无线通信的基本概念
第一节 无线通信概述 第二节 无线通信频段和
上行:F=885+0.2*(指令载波频率号-999) 下行:F=930+0.2*(指令载波频率号-999)
无线通信基础知识
第一章 无线通信的基本概念
1.2 移动GSM1800M数字蜂窝网移动通信系统:
➢工作频段:上行1710-1720MHz 下行1805-1815MHz
➢频率与信道之间换算公式:上行:1710.2MHz+(N-512)*0.2
大二大三必修课无线通信教案
大二大三必修课无线通信教案一、课程简介无线通信是现代通信领域的重要分支,广泛应用于移动通信、卫星通信、物联网等各个领域。
本教案旨在通过讲授无线通信的基本原理、关键技术和应用场景,培养学生对无线通信系统的理解与设计能力,为学生日后的学习和工作奠定坚实的基础。
二、教学目标1. 理解和掌握无线通信的基本概念和关键技术。
2. 熟悉常见的无线通信系统及其结构。
3. 能够分析和评估无线通信系统的性能和容量。
4. 了解无线通信的未来发展趋势和应用领域。
三、教学内容和安排1. 第一章:无线通信基础知识1.1 无线通信的发展历程和应用领域1.2 无线信道的基本特性和参数1.3 无线通信中的调制与解调技术1.4 无线通信中的多址技术1.5 无线通信系统的组成和基本原理2. 第二章:无线传输技术2.1 传输介质:空气接口和地面接口2.2 传输技术:无线电传输、红外线传输、激光传输等 2.3 信道编码和解码技术2.4 信道调制和解调技术3. 第三章:无线接入技术3.1 蜂窝通信系统和基站技术3.2 无线局域网(WLAN)和Wi-Fi技术3.3 蓝牙和近场通信(NFC)技术3.4 卫星通信和移动卫星通信技术4. 第四章:无线网络和协议4.1 无线网络的体系结构和组网方式4.2 网络层协议和路由选择算法4.3 传输层协议和流量控制技术4.4 应用层协议和网络安全5. 第五章:无线通信系统设计和性能评估5.1 系统容量和覆盖范围的估算5.2 信道质量评估和反馈技术5.3 基站布局和天线系统设计5.4 系统仿真和性能优化四、教学方法和手段1. 理论授课:通过讲解、演示和示例分析,介绍无线通信的基本原理和关键技术。
2. 实践操作:组织学生进行无线通信系统的实际操作和实验,巩固理论知识。
3. 课堂讨论:引导学生参与讨论,思考无线通信技术的发展趋势和应用前景。
4. 课程作业:布置相关的课程作业和研究课题,培养学生的自主学习和解决问题的能力。
无线通信基础教学设计
无线通信基础教学设计背景介绍随着移动互联网的飞速发展,无线通信技术在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色。
因此,对于掌握无线通信基础知识的需求也越来越迫切。
本文旨在介绍无线通信基础教学设计,为广大学生和相关从业人员提供了解无线通信基础知识的途径。
教学目标在完成本教学设计后,学生应该掌握以下知识:1.无线通信的基本概念和原理;2.无线通信的传输媒介和信号传输方式;3.无线通信的调制与解调技术;4.无线通信中常用的天线类型和性能参数;5.无线通信的安全保障措施。
教学内容第一章:无线通信的基本概念和原理1.无线通信的概念和发展历程;2.无线通信系统的组成和基本原理;3.无线通信的传输媒介和信号传输方式;4.无线通信中常见的信道模型。
第二章:无线通信的调制与解调技术1.无线信号的调制原理;2.常见的数字调制技术及其应用;3.常见的模拟调制技术及其应用;4.无线信号的解调原理及其实现。
第三章:无线通信中常用的天线类型和性能参数1.天线的基本原理和种类;2.天线的性能参数及其意义;3.天线的特殊应用。
第四章:无线通信的安全保障措施1.无线通信的安全保障需求;2.无线通信的安全保障措施和方法;3.无线通信安全保障的管理和维护。
教学方法在教学过程中,采用以下方法:1.课堂讲授:采用大型投影仪,PPT等多媒体教学工具来辅助教学,课程内容带有实际案例,并由实验演示加深学生对相关知识点的理解;2.实验演示:在教学过程中,加强实验教学环节,提高学生的实践能力;3.考试评测:在教学结束后,进行期末考试,对学生进行综合测评。
教学资源1.无线通信教材:选用经典教材,如《现代无线通信技术》等;2.实验设备:无线通信实验设备,包括天线、移动通信设备等;3.教学媒体设备:多媒体教室、无线通信模拟软件等。
教学成果经过本课程的学习,学生将能够掌握无线通信领域的基础理论知识,了解无线通信专业的发展趋势和规划,具备研究和解决无线通信工程实际问题的能力。
无线通信基础与无线网络
图2.2 传输方向分类
3
图2.3 传输顺序
(4)按串行同步方式的不同,通信方式可分为同步通信和异步通 信。异步通信以字符为通信单位,同步信息由硬件加在每一个字 符的数据帧上。与异步通信不同,同步通信不是对每个字符单独 同步,而是以数据块为传输单位并对其进行同步。每个数据块的 头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列,以标志数据块 的开始与结束,这里数据块是指由一批字符或二进制符号序列组 成的数据。
9
3. 无线通信系统分类
(1)模拟通信系统 把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统,其系统主
要完成两种信息的重要变换。其一是把连续消息变换成电信号 (发送端信息源完成),其二是将电信号恢复成最初的连续消息 (接收端信宿完成)。 (2)数字通信系统
在信道中,传输数字信号的系统称为数字通信系统。数字通 信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通 信系统、模拟信号数字化传输通信系统三种类型。
10
常应用的数字频带传输通信系统模型如图2.5所示。 数字基带传输通信系统,如图2.6所示。 模拟信号数字化传输的通信系统,如图2.7所示。
11
2.1.2 无线数字通信主要技术参数和性能指标
1. 数据通信的基本参数 (1)无线信道带宽
带宽即频带宽度,一般是指波长、频率或能量带的范围,单 位是HZ。 (2)数据传输速率
传输速率是指在单位时间内传输信息的量,它是评价通信速度 的重要指标。 (3)信噪比
信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的影响,信噪比 (Signal to Noise Ratio,缩写SNR)是用来描述在此过程中信号 受噪声影响程度的量,它是衡量传输系统性能的重要指标之一。
第2章 无线通信基础 -5
首先必须满足奈奎斯特定理的要求—即以足够快的速 率对接收信号进行采样。信道数据采样的频率frep必须大于 最大多普勒频移fd max的两倍。即发射脉冲的重复周期Trep 应该满足的条件:
1 c Trep 2 f d max 2 f c vmax
(2-3-36)
式中:fc为发射脉冲的载波频率; vmax为接收机运动的最大速率。
a (exp( j )) p(t )
i i i i 0
N 1
(2-3-34)
对于某一给定时刻t0, |r(t0)|2称为无线信道的瞬时功率,
其值由下式给出:
r (t0 )
2
1
max
1 4 max
max
0
r (t ) * r * (t )dt N 1 N 1 Re a j (t0 )ai (t0 ) p(t j ) p(t i )exp j( j i ) dt j 0 i 0
2
第2章 无线通信基础
3、小尺度衰落的统计特性 (1) 无主导分量的多径传播。
幅度衰落r服从瑞利分布; 相位失真θ 服从均匀分布
(0 r ) (0 2 )
2 r r2 ) p( r ) p( r, )d 2 exp( 2 2 0 则: p( ) p( r, )dr 1 2 0
i 0
N 1
多径时延离散化分析:
将冲激响应的多径时延 每段时延宽度为
离散化为相同的时延段;
; , N 1; 规定 0 0,1 , i i , „其中i 0,1, „
0 表示接收机第一次收到的信号 ;
N表示相等间隔的多径分量的最大数目;
第2章 无线通信基础 -4
17
第2章 无线通信基础
(a) 当朝向基站运动时,方向角γ=0,接收信号载波频率为 v f fc fd fc fc c 55.56 1.9 GHz 1 1.900 000 352 GHz 8 3 10 (b) 当被向基站运动时,方向角γ=π,接收信号载波频率为 v f fc fd fc fc c 55.56 1.9 GHz 1 1.899 999 648 GHz 8 3 10 (c) 当列车运动方向与入射波方向成直角时, 当列车运动方向与入射波方向成直角时,方向角γ=90°, cosγ=0,所以没有多普勒频移。接收信号频率与发射频率 相同,为1.9 GHz。
0 -1
0 -1
-1 -1 0 0 2 1 0 0
0
0
5
signal2
r(t)
0
signal2
r(t)
两个矢量求和,则有接收信号:r (t ) cos(2 fct )
2
10 5 10 time (milliseconds) time (milliseconds)
15
பைடு நூலகம்15
1 0
-2 -1 0 0
(2-3-1)
式中, Δ为两条路径的传播距离差;
φΔ为两路信号之间的相位差;
k=2π/λ=2πfc/c,为自由空间波数。 由(2-3-1)可知,两路信号在不同空间位置处出现相长和
相消的干涉情况。
7
第2章 无线通信基础
r (t ) 1 cos(2 fct ) 2 cos(2 fc (t ))
2.3.3 无线多径信道特性测量
2.3.4 无线多径信道特性参数 2.3.5 小尺度衰落的信道类型
无线通信基础 (2)
1
1
1.电波传播机制与直射传播 2.反射与透射 3.绕射与粗糙表面的散射 4.系统的噪声和干扰 5.系统的链路预算
2
定义
反射:发射机发射的电磁波,照射到比载波波长大的平面物 体反射出来的电磁波再被无线通信接收机的天线接收。
透射:空气中的电磁波照射到某一物体时,一部分能量的信 号经反射、绕射或散射后在空气中传播,另一部分能量的信号 会直接穿透该物体,在该物体的背面空气中传播。
应用
短波通信(反射)
室内接收(透射)
3
斯涅尔(Snell)定律
入射角 e 反射角 r 透射角 t 复介电常数 j e
2 fc
复介电常数 介电常数
电导率
r e
sin t 1 sin e 2
入射角=反射角 透射波的角度
Willebrord Snellius 1580年-1626年
TE波TM波的反射系数在入射角趋近90º时变为-1 (幅度为1,相移180º)
5
分层电解质结构
总透射系数
T
1
T1T2e j
12e2
j
总反射系数
1 2e j2 1 12e2 j
其中电气长度
2
r,2 dlayer cos t
6
物体阻挡/穿透损耗
隔墙阻挡:5~20dB 楼层阻挡:>20dB 室内损耗值是楼层高度的函数:-1.9dB/层 家具和其它障碍物的阻挡:2~15dB 厚玻璃:6~10dB 火车车厢穿透损耗:15~30dB 电梯穿透损耗:30dB左右 茂密树叶损耗:10dB
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©2009 Guangming Song-Southeast UniversityOutline无线通信的基本概念模拟信号与数字信号带宽与通道容量信号编码与调制电磁信号电磁信号是一个时间函数电磁信号也可以表达为一个频率函数 信号由不同的频率分量组成时域模拟信号-信号强度随时间平滑变化 信号中无暂停与中断数字信号-信号强度在某一个时间段内维持一个常量,在下一个时间段又跳转到另一个常量时域时域周期信号-信号波形随时间周期重复变化 模拟或数字信号中最简单的一种s (t+T) = s (t) -∞< t< +∞T为信号周期非周期信号-信号波形不随时间周期重复变化时域时域Peak amplitude (A)-maximum value or strength of the signal over time; typically measured in voltsFrequency (f)-Rate, in cycles per second, or Hertz (Hz) at which the signal repeatsPeriod (T) -amount of time it takes for one repetition of the signalT= 1/fPhase (φ)-measure of the relative position in time within a single period of a signalWavelength (λ) -distance occupied by a single cycle of the signalOr, the distance between two points of corresponding phase of two consecutive cycles时域General sine waves(t) = A sin(2πft+ φ)Figure 2.3 shows the effect of varying each of the three parameters(a) A= 1, f= 1 Hz, φ= 0; thus T= 1s(b) Reduced peak amplitude; A=0.5(c) Increased frequency; f= 2, thus T= ½S(d) Phase shift; φ= π/4 radians (45 degrees)note: 2πradians = 360°= 1 period时域Fundamental frequency -when all frequency components of a signal are integer multiples of one frequency, it’s referred to as the fundamental frequencySpectrum -range of frequencies that a signal containsAbsolute bandwidth -width of the spectrum ofa signalEffective bandwidth (or just bandwidth) -narrow band of frequencies that most of the signal’s energy is contained inAny electromagnetic signal can be shown to consist of a collection of periodic analog signals (sine waves) at different amplitudes, frequencies, and phasesThe period of the total signal is equal to the period of the fundamental frequencyThe greater the bandwidth, the higher the information-carrying capacityConclusionsAny digital waveform will have infinite bandwidthBUT the transmission system will limit the bandwidth that can be transmittedAND, for any given medium, the greater the bandwidth transmitted, the greater the costHOWEVER, limiting the bandwidth creates distortionsData Communication TermsAnalog -continuousDigital -discreteData -entities that convey meaning, or informationSignals -electric or electromagnetic representations of dataTransmission -communication of data by the propagation and processing of signalsAnalogVideoAudio DigitalTextIntegersA continuously varying electromagnetic wavethat may be propagated over a variety of media, depending on frequencyExamples of media:Copper wire media (twisted pair and coaxial cable)Fiber optic cableAtmosphere or space propagationAnalog signals can propagate analog and digital dataA sequence of voltage pulses that may betransmitted over a copper wire mediumGenerally cheaper than analog signalingLess susceptible to noise interferenceSuffer more from attenuationDigital signals can propagate analog and digital dataDigital SignalsAnalog DataHow to Choose Data and Signal Combinations Digital data, digital signalEquipment for encoding is less complex and less expensive than digital-to-analog equipmentAnalog data, digital signalConversion permits use of modern digital transmission and switching equipmentDigital data, analog signalSome transmission media will only propagate analog signalsExamples include optical fiber and satelliteAnalog data, analog signalAnalog data easily converted to analog signalTransmit analog signals without regard to contentAttenuation limits length of transmission linkCascaded amplifiers boost signal’s energy for longer distances but cause distortionAnalog data can tolerate distortionIntroduces errors in digital dataConcerned with the content of the signalAttenuation endangers integrity of dataDigital SignalRepeaters achieve greater distanceRepeaters recover the signal and retransmitAnalog signal carrying digital dataRetransmission device recovers the digital data from analog signalGenerates new, clean analog signalChannel CapacityImpairments, such as noise, limit data rate that can be achievedFor digital data, to what extent do impairments limit data rate?Channel Capacity–the maximum rate at which data can be transmitted over a given communication path, or channel, under given conditionsConcepts Related to Channel CapacityData rate -rate at which data can be communicated (bps)Bandwidth -the bandwidth of the transmitted signal as constrained by the transmitter and the nature of the transmission medium (Hertz)Noise -average level of noise over the communications pathError rate -rate at which errors occurError = transmit 1 and receive 0; transmit 0 and receive 1Nyquist BandwidthFor binary signals (two voltage levels)C = 2BWith multilevel signalingC= 2B log2MM= number of discrete signal or voltage levelsSignal-to-Noise RatioShannon Capacity FormulaEquation:Represents theoretical maximum that can be achievedIn practice, only much lower rates achieved Formula assumes white noise (thermal noise)Impulse noise is not accounted forAttenuation distortion or delay distortion not accounted for()SNR 1log 2+=B CSpectrum of a channel between 3 MHz and 4 MHz ; SNR dB = 24 dBUsing Shannon’s formula()251SNR SNR log 10dB 24SNR MHz1MHz 3MHz 410dB ====−=B ()Mbps 88102511log 10626=×≈+×=CHow many signaling levels are required?()16log 4log 102108log 222662==××=×=M MMMB CWhat limits bandwidth?Sounds like higher bandwidth signals are a good idea.So ... Why not transmit at the highest bandwidth possible?Answer: The FCC!Bandwidth AllocationIn the U.S., the FCC is responsible for allocating radio frequencies.Why allocate the radio spectrum?Prevent interference between different devicesIt would be unfortunate if the local TV station interfered with police radio...Generally, any transmitter is limited to a certain bandwidthe.g., a single 802.11 channel is 30 MHz “wide”FCC also regulates the power and placement of transmittersConsumer devices generally limited to transmitting < 1 W of powerCan't have two TV stations on channel 5 next to each otherIn China, 信息产业部无线电管理局Classifications of Transmission MediaTransmission Medium-Physical path between transmitter and receiverGuided MediaWaves are guided along a solid mediumE.g., copper twisted pair, copper coaxial cable, opticalfiberUnguided MediaProvides a means of transmission but does not guide electromagnetic signalsUsually referred to as wireless transmissionE.g., atmosphere, outer spaceUnguided MediaTransmission and reception are achieved by means of an antennaConfigurations for wireless transmission DirectionalOmnidirectionalRadio frequency range30 MHz to 1 GHzSuitable for omnidirectional applicationsMicrowave frequency range1 GHz to 40 GHzDirectional beams possibleSuitable for point-to-point transmissionUsed for satellite communicationsInfrared frequency rangeRoughly, 3x1011to 2x1014HzUseful in local point-to-point multipoint applications within confined areasTerrestrial MicrowaveDescription of common microwave antenna Parabolic "dish", typical size: 3 m in diameterFixed rigidly and focuses a narrow beamAchieves line-of-sight transmission to receiving antennaLocated at substantial heights above ground levelApplicationsLong haul telecommunications serviceShort point-to-point links between buildingsSatellite MicrowaveDescription of communication satelliteMicrowave relay stationUsed to link two or more ground-based microwave transmitter/receiversReceives transmissions on one frequency band (uplink), amplifies or repeats the signal, andtransmits it on another frequency (downlink)ApplicationsTelevision distributionLong-distance telephone transmissionPrivate business networksBroadcast RadioDescription of broadcast radio antennas OmnidirectionalAntennas not required to be dish-shapedAntennas need not be rigidly mounted to a precise alignmentApplicationsBroadcast radioVHF and part of the UHF band; 30 MHZ to 1GHzCovers FM radio and UHF and VHF televisionCarrier WaveHow do we send information in a radio signal?Carrier waveAn RF signal –usually a sinusoid –that carries informationCarrier is usually a much higher frequency than the information itself!Example: 2.4 GHz 802.11b networks carry a lot less than2.4 GBit/sec of data....Rather, carry up to 11 MBit/sec of informationWhy use a carrier?Easier to generate a sinusoid signal, and it will travel further. Carrier wave frequencyThe frequency of a radio transmission is the center frequency of the carrierActual frequency of the carrier changes over time, e.g., with FM transmissionHow do we encode information in a carrier wave?An information signal must be modulated onto the carrier waveThat is, we must modify the carrier wave in some way...Receiver must demodulate the carrier to get back the original signalAmplitude Modulation (AM)Modify the amplitude of the carrier with respect to the amplitude of the signalFrequency Modulation (FM)Modify the frequency of the carrier with respect to the amplitude of the signalInformation SignalAmplitude Modulation(AM)Information SignalFrequency Modulation(FM)How do we modulate digital signals?Amplitude shift keying (ASK)“0”bit is the absence of the carrier (flat signal)“1”bit is the presence of the carrier with some fixed amplitude Frequency shift keying (FSK)“0”bit is carrier at frequency f0“1”bit is carrier at frequency f1Other modulation techniquesLots of other modulation schemes are used in practiceEach has different properties in terms of resiliency to noise, interference, multipath effects, etc.Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK)Binary 1 is a positive frequency shift from base frequencyBinary 0 is negative frequency shift from base frequencyUsed in BluetoothPhase shift keying (PSK)The phase of the carrier is used to represent data“Differential quadrature phase shift keying”(DQPSK) used by 802.11b networksFour phase levels representing 00, 01, 10, and 11 bit sequencesQuadrature Amplitude Modulation (QAM)Combination of AM + PSKUse two amplitudes and 4 phase levels to represent each sequence of 3 bitsDecibels and Signal StrengthThere will be a loss, or attenuation in signal transmissionAmplifiers will impart a gain to compensateRatio between two signal power levels is often measured in decibels (dB):gain(dB) = 10log10(P out/ P in)loss(dB) = –10log10(P out/ P in) = 10 log10(P in/P out)Where P out is the output power level, and P in is the input power levelExampleSignal with power level 10mW transmitted over a wireless channel.Receiver gets a signal of 2mW.Loss = 10 lg(10/2) = 10(0.699) = 6.99 dB。