无线通信系统与技术

无线通信技术

1、概述

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。无线通信与有线通信相对。无线通信技术是近些年信息通信领域中发展最快、应用最广的通信技术。在移动中实现的无线通信通称为移动通信，二者合称为无线移动通信。

无线通信的特点：

?利用无线电磁波进行信息传输

?占用无线频谱资源

?电磁波信号强度随着距离增加而不断衰减

?无线移动通信引起多普勒效应

?在复杂的干扰环境中运行

?环境的干扰

?无线信号间的干扰

2、通信系统模型

通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。通信系

统由发送端、接收端和传输媒介组成。通信机的发送端由信息源和发射机组成，

接收端由接收机和终端设备组成，信号通过空间电磁波传送。发射机（TX）对原始信号进行转换，形成已调制射频信号（高频电磁波），通过发射天线送出。接收机（RX）接收信号，放大、变频后，将其进行解调，再送给终端设备。

图1 通信系统模型

3、模拟信号和数字信号

通信传输的消息可分为模拟消息（如：声音）和离散消息（如：文字）。模拟消息的原始信息电信号的参量连续变化，成为模拟基带信号。数字消息的原始电信号参量离散取值，称为数字基带信号。

传输数字基带信号的数字通信系统逐渐取代传输模拟基带信号的模拟通信

系统。对于模拟基带信号，可以通过信源编码技术转换成数字基带信号，再进行传输，信号接收后再经过信源译码技术恢复成模拟基带信号。

数字信号的优点：

?信号可以再生（便于存储）

?信道容量较大

?安全性好（可以进行加密）

?可以进行差错控制

?可传送数据

数字信号的缺点：

与模拟方式相比，传送同样数量的信息需要更大的系统带宽。

图2 模拟信号和数字信号

4、发射机

数字通信系统的发射机主要由编码器、调制器和放大器等组成。发射机对原

始电信号进行转换，形成射频(RF)信号。

图3 发射机功能流程示意图

5、接收机

数字通信系统的接收机主要由放大器、调制器和解码器等组成。射频(RF)信号经过处理后，输出音频信号或将数据送到终端设备。

图4 接收机功能流程示意图

6、通信系统中的语音处理

（1）模拟通信系统中的语音处理

语音信号频率范围一般在300Hz-3400Hz。使用带通滤波器将传输的语音信号频率限制在300Hz-3000Hz（基本上仍然可以保证通话质量）。在发送前使用预加重(Pre-emphasis)技术将信号提高6dB，然后在信号接收后再去加重(De-emphasis)，这样可以减少输出功率噪音，而又不使信号失真。使用压缩器(Compressor)和扩展器(Expandor)减少输入语音信号的动态范围影响，将话音信号的动态范围由80dB压缩为40dB（2:1）。

图7 模拟语音信号处理过程

（2）数字通信系统中的语音处理

语音编译码器CODEC（编码器Coder / 译码器Decoder）CODEC是

数字通信系统的重要部件将语音信号由模拟信号转换成数字信号(编码)，在传输后又转换回模拟信号(译码)。语音编码包括采样、量化、编码三个过程，译码过

程相反。

图8 数字语音信号处理过程

7、调制解调

调制解调器MODEM（调制Modulation / 解调Demodulation）调制就是对信号源信号进行处理，使其变为适合于信道传输的形式。解调则在接收端将收到的频带信号还原成基带信号。基带信号：基带信号就是信号源信号，含有直流分量和频率较低的频率分量。基带信号不能直接用于信道传输，而必须转变为频率非常高的信号。（天线长度为接收信号波长的1/4时，其发射和接收的转换效率最高。）基带信号经过调制器变成调制信号，以用于传输。调制有模拟调

制和数字调制两大类。模拟调制使用基带信号去调制射频。数字调制先对模拟信号进行编码，再对射频进行数字调制。

评估调制方案性能指标：

?功率效率

?带宽效率

?抗干扰性

?实现成本

（1）调制原理

信号的幅度、频率、相位是参数电磁波波形的三个基本参数。为了将信息

信号调制在载波上，可以利用此信息信号来改变载波的幅度、频率、相位。对于

模拟通信系统，与模拟信息对应的调制参数是连续变化的。对于数字通信系统，

与数字信息对应的调制参数可以离散取值。

按照调制参数的不同，调制可分为调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。对于二进制数字信息，可以使用开关键控方式控制调制参数，对应于幅度、频率、相

位对应的调制方式分别为：幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

（2）数字调制方式

?ASK：幅移键控，Amplitude Shift Keying

利用基带数字信号的离散取值特点去键控载波幅值大小的调制技术。以二进制调幅为例，载波在数字信号1或0的控制下通或断。在信号为“1”时载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为“0”时，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。

?FSK：频移键控，Frequency Shift Keying

利用基带数字信号的离散取值特点去键控载波频率的调制技术。以二进制调频为例，信号为“1”时，调制后载波与未调载波频率相同（高频）；信号为“0”时调制后载波频率降低（低频）。

?PSK：相移键控，Phase Shift Keying

利用基带数字信号的离散取值特点去键控载波相位的调制技术。以二进制调相为例，信号为“1”时，调制后载波与未调载波同相；信号为“0”