清华大学移动通信教程第01讲绪论

业务方式 干线传输 用户传输 复接方式 交换模式 网络方式
以音频为主的单媒体 微波 有线 PDH STM 三网鼎立
以视频为主的多媒体 光纤 无线 SDH ATM 三网合一
发展（2）：21世纪电信网的发展趋势
面向21世纪通信的三大革命 以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命
以SDH、ATM和IP为标志的数字革命


1989年 英国政府发放许可证建 立双向个人通信网，首次出现 PCN名词
90年代以来，美国提出个人通信 业务（ PCS），或个人通信系统 （PCS） 但是，到底什么是个人通信？



－无线接入不是必要的条件 CCIR、欧洲 PCN、美国 PCS －个人的移动性靠终端的移动性实现 －移动通信网作为个人通信网的底层 网络结构 －无线接入是必要的条件 以无线接入为基础的个人通信叫做无 线个人通信 Wireless Personal Communications
无线传播的分类 －带宽受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道

－恒参信道和变参信道
－点对点信道和多址信道
环境（4）：无线通信的传播环境
带宽受限信道和功率受限信道
加性高斯白噪声信道上的山农定理 C＝W log2(1+S/N) b/s 令：S/N=Eb/N0C/W 山农定理就可以写成： Eb/N0=(2C/W - 1)/(C/W) 带宽受限信道 Eb/N0 C/W W 无限 功率可以换取带宽 功率受限信道 W C/W Eb/N0 有限 当W ，Eb/N0 -1.6dB， 即为山农极限，带宽不能无限制 地换取功率
3-30 GHz
30-300 GHz 300-3000 GHz
10-1cm
10-1mm 1-0.1mm
红外光
可见光
3103-3105 GHz
3105-3106 GHz
100-1m
0.8-0.4m
环境（2）：无线通信的频谱环境
环境（3）：无线通信的传播环境

无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、 地波（直射、反射、绕射）
课程大纲
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 绪论 组成及规范 信道 调制技术 解调技术 信源编码 信道编码 小结 第九讲 多址技术（1） 第十讲 多址技术（2） 第十一讲 抗衰落技术 第十二讲 抗干扰技术 第十三讲 无线网络及系统 第十四讲 新技术新应用（1） 第十五讲 新技术新应用（2） 第十六讲 总结
移动通信

蜂窝系统 无线通信最成功的应用 第一代：模拟 第二代：数字 第三代：多媒体



其它无线移动系统 集群系统 无绳电话系统 无线数据系统 无线ATM系统 无线IP系统

寻呼系统 无线通信最大众化的应 用
发展（1）：21世纪电信网的发展趋势
20世纪 21世纪

卫星通信


高轨道卫星通信 特点：同步轨道、静止 卫星、容量大、质量好、 功率受限信道 用途： －国际长途 －海事卫星 －电视广播 －军事通信


中低轨道卫星通信 特点：距离近、地面设 备简单灵活，非静止轨 道，要求跟踪 用途： －非实时信息传送 －遥感 －侦测 －卫星移动通信
应用（5）：无线通信的应用说明

开辟了光纤通信的新纪元
历史（8）通信发展历史的启示
通信传输始终是最活跃的技术领域，物理上的新进展都
可能在通信上找到新用途，从而形成新的通信产业。
通信传输的新要求又将推动物理和器件的进展，促使人
们去研究发展新的物理机理来满足信息传输的需要。
一个优秀的通信工程师和研究人员，必须对物理学和器
件技术的新进展十分感兴趣，并善于抓住新方向、新突 破口迎接通信技术的革命。

发展（10）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信热点之五：软件无线电

当前无线系统在硬件及软件上存在的 问题： －多种标准、多种制式、多种协议、 多种方案 －困难: －－互连互通难 －－设备更新难 －－研制开发难
发展（8）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信热点之三：无线ATM



无线 ATM 的发展背景 －－ATM方式是未来通信网发展的必然趋势 －－可移动多媒体业务的发展与普及 －－无线频谱资源的更加合理利用 无线 ATM 的技术关键 －－窄带化技术（低到几 Mb/s） －－抗误码技术 －－按信源的信息量动态地分配带宽 无线 ATM 的应用前景 －－ 军事通信、多媒体通信
j=1 j k N N
N
无线用户 1

空 间 环 境
无线用户 2
点对点信道
无线用户 1
第k个地址接收的信号为： R(t) = Lik a ijSij (t) + nk(t)
I=1 j=1 Sk(t)
空间环境
无线用户 k
Rk(t)
多址信道
应用（1）：无线通信的应用概况

短波/超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机 微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据 卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据 移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统 卫星移动系统
u(t) C(;t) (t) t (f) f
v(t)
v(t) t Tm S(f) f Bd
环境（5）：无线通信的传播环境
点对点信道和多址信道

点对点信道：和有线信道类似，体 现不出无线的特点。 多址信道：无线传输的突出优点之 一是能实现多址接入。 设：有N个用户地址，第k个地址发 送的信号为： Sk(t) = akj Skj (t)， akj =1,0



应用（2）：无线通信的应用说明
短波、超短波通信


短波电离层通信 特点：超远距离、灵活 机动；容量小、质量差 用途： －海外使馆 －远洋船队 －边防哨所 －应急通信


短波/超短波地面通信 特点：绕射能力、灵活机 动、隐蔽性好；容量较小、 质量较差 用途： －陆军电台 －对空电台 －特种通信(武警、公安) －无绳电话
发展（9）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信热点之四：扩频技术

扩频多址技术的缺点：非正交性 ( Non-orthogonality) 优点：坚韧性 (Robustness)

坚韧性体现在：－－抗多径 －－抗干扰 －－蜂窝分割的频率再用 －－扇区分割的频率再用
前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测
历史（6）通信发展历史的回顾

物理发现
20世纪50年代 航天技术
通信技术发展
20世纪40年代提ห้องสมุดไป่ตู้静止卫 星概念，但无法实现 1963年第一次实现同步卫 星通信

开辟了空间通信的新纪元
历史（7）通信发展历史的回顾

物理发现
20世纪60年代 发明激光 20世纪70年代 发明光导纤维
通信技术发展
企图用于通信，未成功 光纤通信得到发展
发展（7）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信热点之二：无线接入
技术关键 －多址 －有效性与可靠性 －组网 －蜂窝 －信令与空间接口 高层无线接入 特点：－蜂窝范围大 －复杂的信道处理（纠错、均衡、分集） －快速移动 －无线交换 －功率大 －成本高 －低速语音编码 低层无线接入 特点：－蜂窝范围小 －简单的信道处理 －慢速移动 －有线交换 －功率小 －成本低 －中速语音编码（32Kb/s ADPCM）
地下
地下 天上
发展（6）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信热点之一：个人通信

1986年 CCIR制订 FPLMTS，以个 人全球通信为目标，首次提出个 人通信概念

CCITT －个人的移动性和终端移动性分开 －着重于个人的移动性，用户号码可 以在任何终端上使用

1986年 CCITT讨论 UPT（全球通 用个人通信）
以个人通信和无线接入为标志的无线革命
发展（3）：21世纪电信网的发展趋势
面向21世纪通信的两大通信平台
光纤通信平台： 无线通信平台：
超大容量、超长距离
关键技术：波分复用、 光纤放大器
宽带、移动
关键技术：CDMA、智 能天线、软件无线电
IP over ?
发展（4）：21世纪电信网的发展趋势
无线通信面临的挑战及发展机遇 光纤通信对无线通信的巨大冲击 －－巨大带宽 －－超低损耗 －－较低成本 未来信息高速公路的主干道，还有 Fiber to home 的趋势 无线通信的发展机遇 －－灵活性 －－抗灾性 －－移动性
环境（1）：无线通信的频谱环境
长波 中波 短波 超短波: 微波：
30－300 KHz 0.3-1.5 MHz 1.5-30 MHz 米波 30-300 MHz 0.3－3 GHz 分米波
10-1km 1000-200m 100-10m 10-1m 100-10cm
厘米波
毫米波 亚毫米波
光波：
应用（3）：无线通信的应用说明
微波通信

微波接力 特点：容量大、质量好、 视距传播条件 用途： －中小容量微波 －SDH大容量微波 －扩频微波 －高频段微波

点对多点微波 用途：－无线集中器 －无线用户环 散射微波通信 衰落时变信道，距离远， 频带较窄，质量较差 用途 －军用 －民用


应用（4）：无线通信的应用说明

物理发现
通信技术发展
1906年发明电子管

模拟通信得到发展
开辟了模拟通信的新纪元 －1928年奈奎斯特准则和取样定理 －1948年山农定理


在理论上为数字通信准备了条件
历史（5）通信发展历史的回顾

物理发现
20世纪50年代 发明半导体
通信技术发展
数字通信得到发展
20世纪60年代
发明集成电路

开辟了数字通信的新纪元
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室 2001年6月1日
课程概况

课程简介
课程名称：无线通信工程 讲课教师：姚彦 课内总学时：32

课程目的
以面向21世纪的无线通信为背景，介绍无线通信的系统组 成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰 落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用，为从事 这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。
物理发现
1831年法拉第电磁感应
通信技术发展
1837年莫尔斯发明电报
1873年马克斯韦尔的电
磁场理论
1876年贝尔发明电话
1895年马可尼发明无线电
开辟了电信（Telecommunication)的新纪元
历史（2）电话的发明者－贝尔

贝尔（18xx－1922）英国人 1868年 在伦敦工作 1871年 去波士顿工作 1873年 任波士顿大学教授 1875年 发明多路电报 1876年 发明电话 一生曾获许多专利。 妻子是一位聋人。
说明
姚彦 yaoy@tsinghua.edu.cn 可以通过Email答疑 参考书：“无线通信原理与应用”，电 子工业出版社

第一讲
绪论
历史 环境 应用 发展
历史（1）通信发展历史的回顾
通信（Communication)作为电信（Telecommunication)
是从19世纪30年度开始的。
发展（5）：21世纪电信网的发展趋势
什么叫无线革命
20世纪通信网的基本框架
中继线 无线为主（微波、卫星） 包括部分有线（电缆） 用户线 有线为主（市话电缆） 包括部分无线（无线电话）
21世纪通信网的基本框架 中继线 有线为主（光缆） 包括部分无线（微波、卫星） 用户线 无线为主 包括部分有线
天上

历史（3）无线电的发明者－马可尼

马可尼（1874－1937）意大利人
1894年 在父亲的庄园试验 1896年 去伦敦 1897年 建立无线电报公司 1899年 首次实现英法无线通信 1916年 实现短波无线电通信 1929年 建立世界性无线通信网 曾获诺贝尔奖金 曾参加法西斯党

历史（4）通信发展历史的回顾
山农信道容量曲线
Eb/N0 dB
-1.6dB
C/W b/sHz
环境（4）：无线通信的传播环境
色散与非色散信道、恒参与变参信道



信道响应为C(;t)，其中代表响应 时间，t 代表信号时刻。 输入信号为时域冲击函数，检验是 色散信道还是非色散信道。 其中Tm为多径扩散，其倒数fc为相 干带宽。 输入信号为频域冲击函数，检验是 恒参信道还是变参信道。 其中Bd为多普勒展宽，其倒数tc为 相干时间。 信号带宽B fc ，色散信道 信号带宽B fc ，非色散信道 码元周期T tc ，变参信道 码元周期T tc ，恒参信道