无线通信基本原理基本概念总结PPT课件

《无线通信基本原理基本概念总结PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线通信基本原理基本概念总结PPT课件（51页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1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. 第1页/共51页2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。第2页/共51页3内容提纲 无线通信基本常识 编码 调制 电波传播基本知识 天线知识第3页/共51页4内容提纲 无线通信基本常识 无线通信概念 无线通信分类

2、频段的划分 常用通信使用的频段 仙农（Shannon）定理 波长、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 天线知识第4页/共51页5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编码调制射频收解调信源输出射频发解码信源输入ADA第5页/共51页6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、无线接入第6页/共51页7无线频段的划分序号 频段名称 频率范围 波段名称（波

3、长） 1 极低频（ELF） 330Hz 极长波（10010Mm） 2 超低频（SLF） 30300Hz 超长波（101Mm） 3 特低频（ULF） 3003000Hz 特长波（10.1Mm） 4 甚低频（VLF） 330kHz 甚长波（10010km） 5 低频（LF） 30300kHz 长波（101km） 6 中频（MF） 3003000kHz 中波（1000100m） 7 高频（HF） 330MHz 短波（10010m） 8 甚高频（VHF） 30300MHz 米波（101m） 9 特高频（UHF） 3003000MHz 分米波（10.1m） 10 超高频（SHF） 330GHz 厘米波（

4、101cm） 11 极高频（EHF） 30300GHz 毫米波（101mm） 12 至高频 3003000GHz 丝米波（10.1mm） 第7页/共51页8常用通信使用频段 移动通信频段（频段（MHz） 单载波带宽（单载波带宽（MHz） 制式制式 上行上行 下行下行 GSM900 885915 930960 0.2 GSM1800 17101755 18051850 0.2 CDMA 1X 825835 870880 1.25 19201980(主主) 21102170(主主) 5 3G FDD 17551785(补补) 18501880(补补) 5 18801920(主主)、20102025

5、（主）（主） 1.6 TD-SCDMA 23002400(补补)、 1.6 PHS 19001920 0.3 集群集群 806821 851866 0.025 第8页/共51页9常用通信使用频段（续） 微波411GHz,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第9页/共51页10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

6、功率（W）扩频通信即据此原理。第10页/共51页11波长、频率f的关系 c=f* c 为光速，数值为3108m/s。 f 为频率，单位Hz 为波长，单位为m第11页/共51页12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。 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。第12页/共51页1

7、3蜂窝移动通信 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/基站第13页/共51页14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、频率f的关系 双工方式与多址方式 蜂窝移动通信第14页/共51页15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 天线知识第15页/共51页16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 常见通信系统的语言编码通信系统 PSTN GSM CDMA WCDMA

8、 PHS 语音编码 PCM (脉冲编码调制) RPE-LTP （规则脉冲激励长期预测编码） QCELP （高通码激励线性预测编码） AMR （自适应多数率编码） ADPCM （自适应差分脉冲编码调制） 编码数率（kb/s） 64 13 1.2/2.4/4.8/9.6 4.7512.2 32 第16页/共51页17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业务在内的 速率相对较 低的业务数 据编码。Information Bits (Input)Code Symbols (Output)0g1g1c0c（前向链路卷积编码：编码率（前向链路卷

9、积编码：编码率1/2，约束长度，约束长度9）第17页/共51页18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。第18页/共51页19小结 编码 信源编码 语音编码 信道编码 卷积编码 Turbo编码第19页/共51页20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 天线知识第20页/共51页21调制分类数字调制BFSK(二进制频移键控）MFSK（多进制频移键控）FSK(频移键控）ASK(幅移键控）非恒定包络DPSK（差分二进制相移键控）BPSK

10、（二进制相移键控）PSK（相移键控）CPM（连续相位调制）MSK（最小频移键控）GMSK（高斯）TFM（平滑调频）恒定包络BFSK(二进制频移键控）MFSK（多进制频移键控）FSK(频移键控）（(ASK(幅移键控）QAM正交幅度调制）非恒定包络（QPSK (正交四相相移键控）（CPM（连续相位调制）MSK（最小频移键控）GMSK（MSK）TFM（平滑调频）（）MSK（最小频移键控）GMSK（）TFM（平滑调频）第21页/共51页22FSK、GFSK调制第22页/共51页23MSK、GMSK调制MSKMSK调制调制调制调制/ /解调技术解调技术解调技术解调技术差分编码串/并转换ak码bk码调制器

11、调制器解调器解调器第23页/共51页24BPSK调制调制器调制器解调器解调器 m（t）S（t）x（t）cos ct m（t）S（t）x（t）cos ct y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0 y（t）S（t）r（t）cos ctLPFdtT1T0星座图星座图QI第24页/共51页25QPSK调制调制器调制器解调器解调器 LPFRb/2 LPFRb/2串并串并变换变换本振本振90相移相移BPF输入输入RbQPSK信号信号 LPFRb/2 LPFRb/2串并串并变换变换本振本振90相移相移BPF输入输入RbQPSK信号信号 LPF LPF载波恢载波恢复电路复电路90相移相移BPF

12、接收接收信号信号恢复电路恢复电路符号时符号时序恢复序恢复判决电路判决电路判决电路判决电路复用复用 LPF LPF载波恢载波恢复电路复电路90相移相移BPF接收接收信号信号恢复电路恢复电路符号时符号时序恢复序恢复判决电路判决电路判决电路判决电路复用复用第25页/共51页26QAM调制 改变相位和幅度的调制16QAM16QAM星座图星座图第26页/共51页27小结 调制 调制分类 FSK、GFSK调制 MSK、GMSK调制 BPSK调制 QPSK调制 QAM调制第27页/共51页28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

13、 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 天线知识第28页/共51页29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)。第29页/共51页30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

14、的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时，发生散射。第30页/共51页31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：LF92.4+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。第31页/共51页32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第32页/共51页33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。 慢衰落 传播路径上阻

15、挡物阴影引起的接收信号强度中值的缓慢变化。第33页/共51页34平衰落和选择性衰落 平衰落 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 发射信号的频谱特性在接收机内发生了畸变的衰落。 射频带宽大于相干带宽时，易发生选择性衰落。f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图平衰落f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图选择性衰落第34页/共51页35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 ； 降雨强度越大、频率越高则降雨损耗越大。第35页/共

16、51页36多普勒频移 基站与移动台间的相对运动会引起频率调制，这种现象叫多普勒频移 。 多普勒频移fd=V/*COS，单位Hz V 移动台移动 速率，单位m/s； 波长，单位为m； 移动台运动方向 与入射波的夹角。sV多普勒效应示意图第36页/共51页37极化 波的极化是指电场的取向随时间变化的方式。 电场矢量的两个正交分量具有不同振幅和相位关系时，可能形成三种不同的极化: 线极化：电场取向固定不变。 园极化：电场取向随时间作圆的变动。 椭圆极化：电场取向 随时间作椭圆的变动XYXYXY线极化圆极化椭圆极化第37页/共51页38分集 分集目的：对抗衰落 通过多个接收机接收同一内容的信号，然后通

17、过选择最好的一路信号或几路接收到的信号同相合成。 分集主要有： 频率分集用多个载波传输同一信号 空间分集用多个天线接收或发射同一信号 极化分集在不同的极化方式传输同一信号 时间分集在不同的时隙上传输同一信号第38页/共51页39干扰 按系统分：系统内干扰、系统外干扰 按频谱分：邻频干扰、同频干扰 按干扰产生的原因分：互调干扰、杂散干扰、阻塞干扰第39页/共51页40小结 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 干扰第40页/共51页41内容提纲 无线通信基本常识 编码 调制 电波传播基本

18、知识 天线知识 天线类型 描述天线的参数第41页/共51页42天线类型 按形状分类：鞭状、板状、吸顶、抛物面等 按方向性分类：全向、定向 按极化分类：单极化、双极化 按下倾分类：机械下倾、电下倾 按频带分类：单频、双频、多频 按安装位置分类：室内、室外第42页/共51页43描述天线的参数 天线增益 在相同输入功率的情况下，天线最大方向的功率密度 与参考的功率密度之比值。 半功率角 比最大方向增益小3dB的两方向之间的夹角。 天线前后比（F/B） 天线最大方向与其相反方向的增益之比值。第43页/共51页44描述天线的参数（续） 天线方向性图-180 -160 -140 -120 -100-80

19、-60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.3

20、59-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-2

21、5-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697第44页/共51页45描述天线的参数（续） 天线输入阻抗天线输入电压与输入电流之比。馈线阻抗与天线输入阻抗不匹配时，会发生反射，形成驻波。 天线驻波比（VSWR）驻波最大电压与最小电压的比值。 天线交叉极化隔离度（XPD）是指在同极化射束方向性图的峰值上的信号电平与给定方向上交叉极化信号电平的比值。第45页/共51页46描述天线的参数（续） 反射系数、驻波比VSWR、回波损耗RL的关系 反射系数:天线入口反射电压与输入电压之比 回波损耗RL:天线入口输入功率与反射功率之比 三者关系2020101101RLRLVSWR11VSWR第

22、46页/共51页47小结 天线知识 天线类型 描述天线的参数第47页/共51页48dB、dBi、dBd、dBm、dBuv、dBc的区别 dB表示两者数值之间的相对大小关系。数值A比B大多少dB计算公式为：功率：10*lg(A/B)，电压：20* lg(A/B) dBi、dBd 两者均为用来表示天线增益的单位 dBi是用理想点源全向天线为参考得出的天线增益dB值 dBd是用半波耦极子的天线增益为参考得出的天线增益dB值 dBi、dBd两者之间的数值关系为同一天线增益用前者表示的值为后者值加2.15dB dBm、 dBuv dBm表示信号功率相对于1mw的对数值,计算公式：10*lg(功率值(mw)/lmw) dBuv表示信号强度电压值相对于1uv的对数值,计算公式：20*lg(信号电压值(uv)/luv) 同一信号用dBm表示数值上比用dBuv表示小107dB dBc表示与载波功率的相对值，计算公式：10*lg(功率值/载波功率)第48页/共51页49参考书籍、资料 无线通信原理与应用，Theodore S. Rappaport编著，蔡涛等译，电子工业出版社出版； 现代移动通信系统，祁玉生等编著，人民邮电出版社出版； WCDMA原理及工程实现，陈良平等编著，机械工业出版社出版。第49页/共51页50谢谢！谢谢！第50页/共51页51感谢您的观看。第51页/共51页