无线通信基本原理

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内容提纲
无线通信基本常识
编码
调制
调制分类 FSK、GFSK调制 MSK、GMSK调制 BPSK调制 QPSK调制 QAM调制
电波传播基本知识
天线知识
无线通信基本原理、基本概念
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调制分类
ASK(幅移键控） 非恒定包络
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小结
调制
调制分类 FSK、GFSK调制 MSK、GMSK调制 BPSK调制 QPSK调制 QAM调制
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无线通信基本原理、基本概念
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内容提纲
无线通信基本常识
编码
调制
电波传播基本知识
波传播的方式 自由空间传播 大、小尺度路径损耗 快、慢衰落 平衰落和选择性衰落 降雨损耗对电波传播的影响 多普勒频移 极化 分集 干扰
无线通信基本原理、基本概念
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内容提纲
无线通信基本常识
无线通信概念 无线通信分类 频段的划分 常用通信使用的频段 仙农（Shannon）定理 波长λ、频率f的关系 双工方式与多址方式 蜂窝移动通信
编码
调制
电波传播基本知识
天线知识
无线通信基本原理、基本概念
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本振
90°相移
﹢
BPF
Rb/2
LPF
×
× LPF 判决电路
接收 信号
BPF
载波恢 复电路
90°相移
×
符号时 序恢复
复用
LPF 判决电路
QPSK
信号
恢复电路
无线通信基本原理、基本概念
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QAM调制
改变相位和幅度的调制
16QAM 星座图
无线通信基本原理、基本概念
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30~300kHz
中频（MF）
300~3000kHz
高频（HF）
3~30MHz
甚高频（VHF） 30~300MHz
特高频（UHF） 300~3000MHz
超高频（SHF） 3~30GHz
极高频（EHF） 30~300GHz
至高频
300~3000GHz
无线通信基本原理、基本概念
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波段名称（波长） 极长波（100~10Mm） 超长波（10~1Mm） 特长波（1~0.1Mm） 甚长波（100~10km） 长波（10~1km） 中波（1000~100m） 短波（100~10m） 米波（10~1m） 分米波（1~0.1m） 厘米波（10~1cm） 毫米波（10~1mm） 丝米波（1~0.1mm）
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BPSK调制
调制器
× m（t）
×
x（t）
星座图
Q
S（t）
cosωct
I
解调器
y（t）
×
LPF
×
T1∫0T dt
r（t）
cosωct
无线通信基本原理、基本概念
S（t）
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QPSK调制
调制器
输入
Rb
解调器
Rb/2
LPF
×
串并 变换
c 为光速，数值为3×108m/s。 f 为频率，单位Hz λ为波长，单位为m
无线通信基本原理、基本概念
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双工方式与多址方式
双工方式
TDD（时分双工）：收发信共用一射频频点，上、下行链路使用
不同的时隙来进行通信。
FDD（频分双工）：收发信使用一个不同的射频频点来进行通信。
据编码。
g1
c1
（前向链路卷积编码：编码率＝1/2，约束长度＝9）
无线通信基本原理、基本概念
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信道编码（续）
Turbo编码
适用于传输 速率较高但 实时性要求 不高的业务 数据编码。
Systematic Path
64 kbps Input
Parity Path
覆盖区分成若干个小的区域（小区），每个小 区至少用一台发射机进行覆盖。
小区/ 基站
小区
无线通信基本原理、基本概念
基站
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小结
无线通信基本常识
无线通信概念 无线通信分类 频段的划分 常用通信使用的频段 仙农（Shannon）定理 波长λ、频率f的关系 双工方式与多址方式 蜂窝移动通信
背景知识
通信按传输媒体分为无线通信和有线通信两大 类。移动通信、卫星、微波、无线接入等都是 无线通信，无线通信信号以电磁波的形式通过 空间传送，具有信道不可预见性大，使用灵活、 方便等特点。
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内容提纲
无线通信基本常识 编码 调制 电波传播基本知识 天线知识
无线通信概念
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息 的通信方式。 无线通信系统简略框图
信 源 输 入
编 码
调 制
射 频 发
射 频 收
解 调
信
解
源
码
输
出
无线通信基本原理、基本概念
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无线通信分类
按技术体制分类：模拟、数字、数模兼容 按工作波长分类：长、中波、短波等 按无线应用分类：移动、无线接入、微波、卫星等 按工作状态分类：固定、移动等 按在通信网中的位置分类：无线传输、无线接入
天线知识
无线通信基本原理、基本概念
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波传播的方式
按传播空间分：
表面波传播
以绕射方式，沿着地球表面传播。
天波传播
通过高空电离层反射传播。
空间波传播
通过直线传播和地面反射传播。
散射传播
利用大气对流层和电离层的不均匀性来散射传播。
长波（表面波传播）；中波、短波（表面波、天波传播）；微波(空 间波、散射波传播)。
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自由空间传播
电波在理想的完全无阻挡的真空中的传播。 计算公式： LF＝92.4+20log(d*f0) ,单位dB。
－d为发射机与接收机之间的距离，单位km； －f0为射频中心频率，单位GHz。
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常用通信使用频段（续）
微波
4～11GHz,13GHz,15GHz,18GHz
卫星
1.5GHz,2.5GHz,4/6GHz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz, 30GHz,40GHz
无线接入
2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz
无线通信基本原理、基本概念
常见通信系统的语言编码
通信系统
语音编码
编码速率 （kb/s）
PSTN PCM (脉冲编码调制)
64
GSM RPE-LTP （规则脉冲 激励长期预 测编码）
13
CDMA QCELP （高通码激 励线性预测 编码）
1.2/2.4/4.8/9.6
WCDMA
AMR （自适应多 数率编码）
4.75～12.2
PHS ADPCM （自适应差 分脉冲编码 调制）
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波传播的方式（续）
按传播行为方式分：
绕射
当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。
反射
当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射。
散射
当波穿行的介质存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非 常大时，发生散射。
无线通信基本原理、基本概念
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常用通信使用频段
移动通信
制式 GSM900 GSM1800 CDMA 1X 3G FDD
TD-SCDMA
PHS 集群
频段（MHz）
上行
下行
885～915
930～960
1710～1755
1805～1850
825～835
870～880
1920～1980(主) 2110～2170(主)
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仙农（Shannon）定理
C=Blog2(1+S/N)
C－信道容量（bit/s) B－信道带宽(Hz) S－信号功率（W） N－噪声功率（W）
扩频通信即据此原理。
无线通信基本原理、基本概念
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波长λ、频率f的关系
c=f*λ
发射信号的频谱特性在
选择性衰落
接收机内发生了畸变的衰
落。
f f0
发信频谱图
射频带宽大于相干带宽时，易发生选择性衰落。
f f0
收信频谱图
无线通信基本原理、基本概念
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降雨损耗对电波传播的影响
频率大于等于10GHz以上的电磁波需考虑降雨 损耗对信号传播的影响；
频率小于10GHz以下的电磁波则不需考虑降雨 损耗对信号传播的影响 ；
慢衰落
传播路径上阻挡物阴影引起的接收信号强度中值的缓慢变化。
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平衰落和选择性衰落
平衰落
功率谱密度
功率谱密度
发射信号的频谱特性在 接收机内仍能保持不变的 衰落。
选择性衰落
f0 发信频谱图
平衰落 f
f f0
收信频谱图
功率谱密度
功率谱密度
大、小尺度路径损耗
大尺度路径损耗
无线信号经长距离上的场强变化。如，自由空间损耗。
小尺度路径损耗
无线信号经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落，又叫快衰 落。多径传播是引起小尺度传播的主要原因
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快、慢衰落
快衰落
由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起伏。
QAM （正交幅度调制）
数字调制
FSK BFSK(二进制频移键控） (频移键控）MFSK（多进制频移键控）
BPSK（二进制相移键控）
PSK
DPSK（差分二进制相移键控）
恒定包络 （相移键控） QPSK ( 正交四相相移键控）
无线通信基本原理、基本概念
MSK（最小频移键控） （连续C相PM位调制）GTFMMS（K（平滑高调斯M频S）K） ）
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FSK、GFSK调制
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MSK、GMSK调制
MSK调制/解调技术
调制器 ak码
差分 bk码 串/并
编码
转换
解调器
GMSK调制为MSK调制器的基础上增加前置滤波器
无线通信基本原理、基本概念
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1755～1785(补) 1850～1880(补)
1880～1920(主)、2010～2025（主）
2300～2400(补)、
1900～1920
806～821
851～866
单载波带宽（MHz）
0.2 0.2 1.25 5 5 1.6 1.6 0.3 0.025
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无线通信基本原理、基本概念
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无线频段的划分
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
频段名称
频率范围
极低频（ELF） 3~30Hz
超低频（SLF） 30~300Hz
特低频（ULF） 300~3000Hz
甚低频（VLF） 3~30kHz
低频（LF）
无线通信基本原理、基本概念
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内容提纲
无线通信基本常识
编码
信源编码
• 语音编码
信道编码
• 卷积编码 • Turbo编码
调制
电波传播基本知识
天线知识
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信源编码
信源编码：把语言、图像等原始信号转为数字信 号进行的编码。 语音编码
多址方式
TDMA(时分多址)：传送给不同终端用户的信息通过同一载波的不
同时隙来区分。
FDMA（频分多址）：传送给不同终端用户的信息通过不同频点载
波来区分。
CDMA(码分多址)：传送给不同终端用户的信息通过不同码调制来
区分。
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蜂窝移动通信
无线通信基本原理、基本概念
课程简介
面向对象：初级设计人员
课程目的：理解和掌握无线通信基本原理、常 用名词术语的基本含义。
课程要求：理解和掌握无线通信的概念、系统 组成、频段的划分、常用通信使用频段、编码、 调制、电波传播的基本知识及描述天线特性的 各种参数的定义.
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信道编码
信道编码（Channel Coding）：在被发送信息上 增加冗余的数据
卷积编码
适用于语音
g0
c0
业务在内的 速率相对较
Information Bits (Input)
Code Symbols (Output)
低的业务数
+
+DD
+
D
+
Interleaver Parity Path
+
+
+DDD
+
64 kbps Output 64 kbps Output
64 kbps Output
无线通信基本原理、基本概念
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小结
编码
信源编码
• 语音编码
信道编码
• 卷积编码 • Turbo编码
无线通信基本原理、基本概念