北京邮电大学 无线通信

– 把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔120 度设一个静止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，而 且还能够实现全球通信。
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卫星通信
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卫星通信原理示意图
卫星通信
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卫星通信
诞生：
– 1957年人类第一颗人造卫星上天。
第一代： – 1965年第一颗地球同步卫星“蓝鸟1号”发射成功，开创 了卫星通信的新纪元。 第二代： – 国际海事卫星（七十年代） 第三代： – VSAT（八十年代） 第四代： – 移动卫星通信（九十年代）
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第三代移动通信系统（3G）
代表公司：苹果、三星 基站部署：small cell 关键技术： CDMA 业务功能：
语音电话、短信、上网、 移动多媒体业务
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智能手机
奥巴马专用的黑莓智能手机
– 据称耗资1800万美元 – 可以防止任何形式的窃听
Sectera Edge 43
第四代移动通信系统（4G）
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电磁波
电磁波的划分（频率或波长）：
– 长波： – 中波： – 短波： – 超短波： – 微波：
低于300KHz 300KHz～3MHz 3～30MHz 30～300MHz 300MHz～300GHz
– 红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线……
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电磁波
电磁波的传播特点
– 中波：
• 沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。
1999年
– 国际卫星组织发射电视直播卫星、应用于高速信息公路。
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我国卫星通信的发展
初次应用：
– 1972年，尼克松访华时租用
国际通信卫星向全球转播。
初次发射：
– 1970年4月24日（DFH1）
第一颗实验静止卫星：
– 1984年，我国第一颗实验静止卫星
发射成功（DFH2）
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铱星计划
目标：
• 吞吐量10Gbps； • 10倍的SE和EE提升； • 25倍热点地区容量提升。
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移动通信的发展与标准化
从1G到4G,移动通信系统发生了很 大变化，如今5G方兴未艾，你认为5G 通信会发生什么样的变化
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提纲
一. 什么是无线通信 二. 无线通信的起源及发展 三. 无线通信的三种方式 四. 北邮的辉煌成果
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红外线通信
定义：利用红外线传输信号的通信方式，叫红外线通信。 应用：沿海岛屿间辅助通信，室内通信，近距离遥控，飞
机内广播和航天飞机内宇航员间的通信等。
支持红外线通信的手机：小米4，华为荣耀6，三星S5
、note4等。
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可见光通信（LIFI）
定义：利用可见光波段的光作为信息载体在空气中直接传
动速度信息等；
– 精度误差10米左右，军民两用。
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卫星通信
中国“北斗”系统
– 服务：定位、导航、授时，并具短报文通信能力； – 第一代定位精度优于 20 米、授时精度优于 100ns ，第二代
（研发中）定位精度可达0.1米甚至更低。
– 与欧洲伽利略卫星导航系统的故事
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卫星通信
你是否曾经 遇到过这种 困扰
铱星系统是美国摩托罗拉公司设计的
全球移动通信系统。
它的天上部分是运行在 7 条轨道上的卫
星，每条轨道上均匀分布着 11 颗卫星 ，组成一个完整的星座。它们就像化 学元素铱 (Ir) 原子核外的 77 个电子围 绕其运转一样，因此被称为铱星。
后来经过计算证实， 6 条轨道就够了，
于是，卫星总数减少到 66 颗，但仍习 惯称为铱星。
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雷达
大陆在福建部署巨型雷达，台14亿美元“铺路爪”成睁眼瞎
——《XX防务周刊》
位于台湾新竹县乐山山顶的“铺 路爪”雷达站，号称能够发现 3000公里上飞行的高尔夫球
大陆与台湾的大型雷达 隔海峡相望
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雷达
我国在位于黑龙江省某航天测控站附近，部署了新型陆基
大型战略预警相控阵雷达，非常类似美国“铺路爪”。 早前，在新疆、福建等地都有同型陆基大型战略预警相控 阵雷达。
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群小区室外场景演示(CoMP)2006
– 世界上第一个TDD试验系统，第一个支持IPV6的4G移动互联网 – “创新性突出”、“国际领先”、“科研真正走到了产业前面” – CoMP试验网络在世界上首次出现（第二个CoMP试验网络EASY-C于2009年 出现在欧洲) – 打破了以前西方学者认为TDD系统无法独立组网的论调
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铱星军用
铱星在2001年接受新注资后起死回生，美国军方是他主要客户
。
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卫星通信
卫星通信的强大之处——定位、导航
当今全球有哪些 先进的卫星定位 导航系统呢
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卫星通信
美国GPS卫星定位系统
– GPS(Global Positioning System, 全球定位系统 ) 起始于
– “ 这种电磁波可以用来传递信号， 能越过很长距离，而无需导线。 ”
马可尼
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无线通信的发展
无线电报发明
– 马可尼在英国取得了专利权。（1896年）
无线电报发展
– 成功地超越英吉利海峡。（1898年） – 成功地实现了由英国横越大西洋与纽芬兰的无线电通信， 相距2700公里。（1901年）
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微波通信
主要应用：
– 长距离大容量地面干线无线传输；在光纤通信应用之前， 国内长途电话、电视节目传送等方面微波通信都发挥了 重要作用。
目前地位：
– 因为光纤通信的大容量、高速度，卫星通信的大范围， 微波通信逐渐成为辅助、备份的角色。
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微波通信
应用举例：
– 在 1976 年唐山地震中，在京津之间同轴电缆全部断裂的 情况下，六个微波通道全部安然无恙。 – 1998 年特大洪灾、 2008 年雨雪冰冻灾害中，微波通信显 示了它的巨大威力。
通信工程专业导论
第三讲 无线通信
信息与通信工程学院
提纲
一. 什么是无线通信 二. 无线通信的起源及发展 三. 无线通信的方式 四. 北邮的辉煌成果
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有线通信与无线通信
有线通信
VS
无线通信
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无线通信的定义
无线通信(Wireless Communication)是利用电磁波信号可以在
自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。
40MHz。
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无线通信的发展
第一个公用汽车电话网的建立
– 从专用移动网向公用移动网过渡， 接续方式为人工，网络容 量较小。（20世纪40-60年代）
蜂窝移动通信网的建立
– 美国贝尔实验室成功研制先进移动电话系统(AMPS)。(1978年)
大区制覆盖
蜂窝覆盖
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提纲
一. 什么是无线通信 二. 无线通信的起源及发展 三. 无线通信的方式 四. 北邮的辉煌成果
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铱星计划
铱星系统的两大优势：
– 轨道低，传输速度快，信息损耗小，通信质量大大提高； – 不需要专门的地面接收站，每部卫星移动手持电话都可
以与卫星连接，这就使地球上人迹罕至的不毛之地、通 信落后的边远地区、自然灾害现场的通信都变得畅通无 阻。
可以说，铱星移动通信系统计划开始了 个人卫星通信的新时代！
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卫星通信
汽车防撞雷达
– 前向雷达 – 侧向雷达 – 倒车雷达
功能
– 测速、测距、测角 – 判断目标车辆对己车的威胁程
度
– 发出不同的警报信息提醒司机
注意
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移动通信
移动通信就是通信双方至少有一方在运动状态中进行信息交
换。它包括移动用户之间的通信，固定用户与移动用户的通 信。
卫星
宏蜂窝
1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用；
– 应用：定位导航、情报搜集、核爆监测、应急通信等； – 精度：军方1米左右（最新0.2-0.3米），民用和北约10米。
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卫星通信
俄罗斯“格洛纳斯”系统
– 该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划； – 2007年开始运营，服务内容包括海陆空目标三维坐标及运
输光信号的通信方式，可实现高达1Gbps的数据传输速率。
应用：LED可见光通信。
无需WIFI信号，就可在路灯下 花0.2秒的时间下载一部电影 ！！！
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X射线通信
起源：2007年，NASA戈达尔空间飞行中心的天文物理学家凯
斯博士提出了X射线通信的概念。美国NASA已经实现了600真空 管道的数字X射线通信
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Hale Waihona Puke 雷达 雷达（ radio detection and ranging，无线电探测和测距） 雷达的出现于二战期间，当时英国急需一种能探测空中金属物
体的技术，能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
早期雷达
英国皇家海军使用的277型雷达 34
雷达
美国部署的空军C波段雷达和海基X波段雷达，企图通过 海陆弧形雷达体系对亚洲实施全方位监控。
代表公司：中兴、华为 基站部署：eNodeB 关键技术：
OFDM、MIMO
业务功能：
语音电话、短信、上网、 移动互联网业务
NodeB？ eNodeB?
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微信大战
VS
微信占用业务信道 和 控制信道。
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移动通信业务演进
移动互联网 宽带业务 WAP、娱乐 咨询与游戏 文字、图片与铃声 移动多媒体 个性化业务
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无线通信的发展
无线电广播发明
– 美国物理学家费森登成功研制。（1906年）
无线电广播发展
– 美国电气工程师阿姆斯特朗发明了超外差式接收装置。(1907
年)
– 美国无线电专家康拉德在匹兹堡建立了世界上第一家商业无
线电广播电台。(1920年)
车载无线电系统
– 美国底特律市警察使用的车载无线电系统。(20世纪40-60年代) – 专 用 系 统 ， 工 作 频 率 较 低 ， 早 期 为 2MHz, 后 期 提 高 到 30-
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群小区室内场景演示(CoMP)2006
可同时承载的业务(移动互联网)
AP
– – – – 多路视频点播 清晰的流媒体画质 无线FTP下载 高速的数据传输 上网、即时通信 可靠的Internet接入 VoIP语音业务 话音清晰、无时延
– 短波：
• 具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。
– 超短波和微波：
• 绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。
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微波通信
微波通信（中继通信）：
– 1930年左右发明，40～ 50年代发展为传输频带 较宽，性能较稳定的微 波通信。
主要特点：
– 通信容量大、投资费用省、建设速度快，抗灾 能力强。
语音通话
电报
2000年
2004年
2011年
1G
2G
2.5G
3G
4G
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第五代移动通信系统（5G）
4G席卷全球 5G含苞待放
---工信部通信发展司 司长闻库
性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力， 犹如一株绽放的鲜花
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第五代移动通信系统（5G）
基站部署：异构网络 关键技术：
massive MIMO、全双工等。
第一颗人造卫星（苏联，1957年） 22
卫星通信
1982年
– 国际海事通信组织开通由四颗地球同步卫星组成的INMARSAT
系统，实现全球移动通信。
1998年
– 中、低轨道的卫星系统得以研究成功并陆续开通，其中有：
• 美国Motorala公司的铱星(Iridium)系统 • 美国LORAL公司的全球星(Global Star)系统 • 国际海事通信组织的ICO系统
近些年信息通信领域中，发展最快、应什么是无线通信 二. 无线通信的起源及发展 三. 无线通信的方式 四. 北邮的辉煌成果
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无线通信的起源
无线电的发现
– 赫兹实验报告说明 —— 存在一种 电波，以光速在空中运动。
海因里希·鲁道夫·赫兹
马可尼的设想（1894年）
发展：
− 2011年，美国斯坦福大学物理系的马克提出了一种可用于空
间通信的超快X射线调制发射技术。
− 2011年，中国科学院西安光机所赵宝升研究院及其团队申请
了X射线空间通信的国际专利。
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卫星通信
概念的产生
– 时间—1945年10月； – 人物—英国物理学家、空军雷达 军官克拉克；
克拉克设想
微蜂窝
微微蜂窝
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第一代移动通信系统（1G）
代表公司：摩托罗拉 基站部署：大区制 关键技术： FDMA 业务功能：语音电话
马丁·库珀（1928年-）
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第二代移动通信系统（2G）
代表公司：诺基亚 基站部署：蜂窝 关键技术：TDMA 业务功能：
语音电话、短信、上网
诺基亚7110
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铱星计划
铱星陨落
– 1998年11月1日正式将铱星系统投入使用； – 然而，由于无法形成稳定的客户群，使铱星公司亏损巨大，
连借款利息都偿还不起，摩托罗拉公司不得不将曾一度辉 煌的铱星公司申请破产保护；
– 1999 年 3 月 18 日，铱星公司正式宣布破产。从正式宣布投
入使用到终止使用不足半年时间。昨夜星光灿烂，而今化 做一道美丽的流星。