第一章无线通信系统概述

无线通信系统的分类

卫星蜂窝通信
蜂窝尺寸：由于卫星与地球之间的遥远距离，即使就低轨道卫
星而言，蜂窝直径小于100km也是不可能的；对静止轨道卫 星，蜂窝区域会更大。这样大的蜂窝尺寸对卫星系统而言，既 是优点也是缺点。积极的一面在于，即使针对地广人稀的区域 也容易做到良好的覆盖。另一方面，这个区域内的频谱效率非 常之低，也就意味着(假定分配给这项业务的频谱有限)只有很 少的人可以同时通信。
WLAN现已开发出许多标准，以满足高数据速率的需求，并且这
些标准都带有IEEE 802.11的标识。最原始的IEEE 802.11标准支持 以1Mb/s的速率传输，最流行的802.11b标准(WiFi)支持高达11Mbit/s 的速率，802.11a标准将速率提升到 55Mbit/s。更高的速率将通过 802.11n标准加以实现。

无线通信系统的分类
速率与覆盖范围的关系
无线通信系统的分类
宽带接入技术比较
技术
WiMAX Wi-Fi
标准
802.16e 802.11a/ b/g
基站费用：建一个基站（卫星）的费用比为陆地系统建造基站
要高。不仅通信卫星的发射非常昂贵，而且还必须作为卫星和 PSTN之间连接点的地面站建造适当的基础设施。
无线通信系统的分类

无线局域网
无线局域网(WLAN)的功能属性与无绳电话非常相似——将便携式
电脑通过无线链路连接到因特网 (Internet)。
无线通信系统的分类

无线通信按应用可分为
移动 无线接入 微波 卫星

按工作状态可分为
移动 固定

按在通信网络的位置可分为
无线接入 无线传输

按所使用频率波段可分为
长波通信 中波通信 短波通信 超短波通信 微波通信
下面按应用分类介绍几个典 型的无线通信系统

无线局域网
无线局域网(WLAN)的功能属性与无绳电话非常相似——将便携式
电脑通过无线链路连接到因特网 (Internet)。
WLAN现已开发出许多标准，以满足高数据速率的需求，并且这
些标准都带有IEEE 802.11的标识。最原始的IEEE 802.11标准支持 以1Mb/s的速率传输，最流行的802.11b标准(WiFi)支持高达11Mbit/s 的速率，802.11a标准将速率提升到 55Mbit/s。更高的速率将通过 802.11n标准加以实现。
内容
无线通信技术原理 无线通信的起源 无线通信系统的
分类
无线通信基础知识 频谱规划 无线通信的技术挑战
无线通信技术原理

无线通信的传输媒介是无线电波，其频率要求在300GHz以下（各种射频 规范中常见的有三种定义3KHz~ 300GHz , 9KHz~ 300GHz , 10KHz~ 300GHz ）。
无线通信系统的分类

蜂窝移动通信
蜂窝 多址方式 移动性
综合业务数字网 公共电话源自文库换网
公共电 话交换 网
无线通信系统的分类

卫星蜂窝通信
卫星除了在电视市场应用外，
蜂窝通信是卫星的第二个重要 应用。
‘‘基站”(即卫星)距移动台的距
离相当远：对于静止轨道卫 星，距离为36000km；对于低轨 道(LEO)卫星，距离为几百千 米。因此，需要更大的发射功 率，卫星上必须使用高增益天 线(许多情况下移动台也用)，并 且若用户在建筑物内部，则通 信几乎无法进行。
无线通信起源

电磁场的基本定律—麦克斯韦方程 麦克斯韦方程组阐明电磁场与场源（电荷、电流）的 联系及其与物质相互作用的规律，揭示了电磁波的存 在。
自由空间中的电磁场 自由电荷和自由电流激发电磁场 静止电荷的静电场—库仑实验定律 恒定电流的静磁场—安培实验定律和比奥-沙伐定律 时变磁场激发的电场—法拉第电磁感应定律 时变电场激发的磁场—麦克斯韦关于位移电流的假说
号放大、频率变换、解调恢复原始信号。
图1-1 无线传输系统结构图
无线通信技术原理

无线通信网络
由无线接入子网（接入层），无线传输子网（传输承载层）、核心
子网、业务平台以及网管系统组成。
无线接入子网:是直接面向用户的网络。一般由无线终端、基站/接入
点、基站控制器/无线网络控制器/接入网关等组成。
许多个域网标准由IEEE 802.15小组开发完成。
无线通信系统的分类

固定无线接入
固定无线接入可看做是无绳电话或WLAN的演化形式，它从根本上替
代了用户和陆上有线系统之间的专用线缆连接。与无绳系统的主要差 别在于（1）用户设备不具移动性；（2）基站几乎总是服务于多个用 户。此外，通过固定无线接入设备中继之后的传输距离(在100m到几十 千米之间)要比通过无绳电话中继后的传输距离长得多。
1887年赫兹用实验证明了麦克斯韦理论-----电磁波的存在。为现代
的无线电通信提供了理论根据。
1897年马可尼（Marconi）用无线电波成功实现了在英格兰海峡行
驶的船只上，连续不断的通信，开启了无线通信发展的大门。马 可尼成为世界上第一个无线电技术专利的拥有者，并因为对发明 无线电报的贡献而获得诺贝尔物理学奖。
第一章无线通信概述
吉林大学通信工程学院 莫秀玲 Email:jlmoxiuling@163.com
主要参考书
1、无线通信导论，鹏木根，游思晴，北京邮电大学出版社 2、现代无线通信 ，西蒙.赫金著， 电子工业出版社 3、现代无线通信技术，胡健栋编 ，机械工业出版社 4、无线通信原理与应用， [美] Theodre S. Rappaport ， 蔡涛、李 旭、杜振民等译， 电子工业出版社 5、无线传输与接入技术 ，孙雪康，刘勇编著 ，人民邮电出版社 6、无线通信， Andreas F.Molish著,田斌等译， 电子工业出版社 7、微波与卫星通信，人民邮电出版社
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无线通信起源
振 子
磁场 电场 电场 电波传输方向
磁场 电场
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相 互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。
内容
无线通信技术原理 无线通信的起源 无线通信系统的
分类
无线通信基础知识 频谱规划 无线通信的技术挑战
无线通信系统的分类
1902年第一个点到点的无线电链路在美国建立，也称为无线电报。
无线通信起源
1906年范信达
（Reginald Fessenden ）进行了第一次无线电广播，
他通过调幅技术传输音乐和话音。
1906年以后，军用和商用的船舶很快采用了无线电技术 早起的陆地移动无线通信记录在警察发面的应用，1921年底特律警

固定无线接入的目的在于：不用从中心交换局到用户所在的办公室 或居所铺设电缆就能向用户提供电话和数据连接。

固定无线接入的主要市场向农村地区提供覆盖和在不具备任何有线 基础设施的发展中国家建立连接。

802.16(WiMax)标准通过在系统中引入有限的移动性，因而也就模糊 了与蜂窝电话技术之间的界限。
无线通信系统的分类

WiMax
WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波
接入互操作性。WiMAX的另一个名字是802.16。或广带无线接入 (Broadband Wireless Access，BWA)标准。
WIMAX是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提

无线通信技术就是指通过无线电波传播信号的一种技术。它的原理在于 通过调制将待传输信息加载于无线电波上并通过天线发送出去，当电波 通过空间传播到达收信端，通过解调将信息恢复出来。

无线通信可以简单分为单条和多条链路的无线传输。单条链路传输是指 信源要把传输的消息通过无线电波发送给信宿，而多条链路的无线传输 是指同时有多个信源要把信息发送给一个或多个信宿。实际上考虑要传 输的业务以及通信控制等，多条链路的无线传输就形成一个无线通信网 络。
在原理上，WLAN设备可以连接到任何采用
相同标准的基站(接入点)。接入点的拥有者 可以对接入做出限制——如，通过适当的安全设置。
无线通信系统的分类


微波中继
抗干扰能力强，线路噪声不累积 保密性强，便于加密 长距离、大容量地面干线无线传输 设备体积小、功耗低 占用频带宽
无线通信系统的分类
1958年，伴随着SCOR通信卫星的升空，无线通信进入了新时代。
无线通信起源
1977年贝尔实验室提出了蜂窝的概念。蜂窝概念是
解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破。 进入了现代无线通信的应用。
2003年起无线通信从几个方面得到发展：
蜂窝通信在中国、印度市场上新的应用(摄像功能的电话) 无线计算机网络（WLAN）取得了意想不到的成功，遵从 IEEE（电气与电子工程协会）808.11标准的设备使得计算 机可以像手机一样具有通用性和可移动性。 无线传感器网络为从远端站点监测和控制工厂甚至是家 居场所提供了可能。
出的一种新的空中接口标准。它用于将无线接入点连接到互联网， 也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的 无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。

WiMAX解决的是无线城域网的问题。WiMAX能把信号传送31英里 之远，而且，网络连接速度也将升至每秒70兆。 3G与WiMax的差别就在于，WiMax倡导的将宽带无线化，而3G倡导 的是将无线宽带化。
用于管理无线网络，保证其高效正常运行。
内容
无线通信技术原理 无线通信的起源 无线通信系统的
分类
无线通信基础知识 频谱规划 无线通信的技术挑战
无线通信起源

人类认识电磁波为100年左右。
1864年麦克斯韦总结了电磁学实验定律，从数学上预言了电磁波的
存在和光的电磁波本质。
在原理上，WLAN设备可以连接到任何采用
相同标准的基站(接入点)。接入点的拥有者 可以对接入做出限制——如，通过适当的安全设置。
无线通信系统的分类

个域网
当网络覆盖区域变得比 WLAN更小的时候，称之为个域网 (PAN)。此
类网络多数是为了达到简单的 “电缆替代”效果。例如，遵从蓝牙 (Bluetooth)标准的设备,支持蜂窝电话和头戴式免持耳机之间不需要 电缆的无线连接，两个设备间的距离小于1m。类似地，娱乐系统 (DVD播放器到电视)中的组件之间、计算机与其外设(打印机，鼠标) 之间以及其他同类的应用都可以通过个域网的覆盖来形成无线链 路。

电磁波应用的两个方向：
无线电信息传输： 在广大空域传送通信、导航等各种模拟和数字信息。 常用的无线通信系统如：卫星通信、微波通信、蜂窝移动通 信、无线局域网、个域网、固定无线接入等都属于此种应用。 获取电磁波经各种目标或媒质反射（或散射、折射）及在传播 过程中的相互作用而携带的有关目标与媒质信息，或自然电磁 波携带的有关辐射源特性的信息。用以探测研究无法直接采样 测量对象的特性，即遥感。 高功率无线电电力传输： 一般为微波功率传输（MPT）
察局在车辆上有效的使用了AM无线通信技术进行移动语音通信。
1927年贝尔实验室在纽约地区试验了电视播放，同时John Baird在
英国也进行了类似的实验。
1946年，第一个移动电话系统在美国圣路易斯投入使用。 1947年，第一个由7个天线塔组成的连接纽约和波士顿的微波中继
系统开始运行，这个中继系统可容纳两个城市的2400人同时通话。
传输子网：是用于传输电信号或光信号的网络。可分为过哦及传输
网与国内传输网。
核心子网：除接入网和用户驻地传输网之外的网络，用于实现信息
的交换。根据所承载的业务，可分为电路交换和分组交换子网。
业务平台：是聚合各类应用需求的综合应用系统。 网管系统：是一个软硬件结合以软件为主的分布式网络应用系统，
无线通信技术原理

无线通信传输
无线传输系统需要发射设备、接收设备和传输媒介。 在发射设备中首先对低频信号进行调制，即将其加载到高频的载波
上。频率变换器将信号变换成发射电波所要求的频率，再经功率放 大后，由天线辐射并通过大气空间进行电磁波的传播。
电波传播过程中受到衰落，接收信号功率很弱，在接收设备经过信