第一章无线通信基础课件.ppt
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- 第一章 无线通信 基础 课件
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1、 1946年,美国在圣路易丝城建立了世界上第一个公用汽车电话系统。1947年,美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念,可采用多小区制构成蜂窝移动通信系统。1948年,晶体管问世;香农提出信息论,并成为信息论的奠基人,半个多世纪以来无人超越。20世纪60年代初,集成电路问世。1962年,世界上第一颗商业同步卫星晨鸟上天,标志同步卫星通信进入实用阶段,美国成功研制了脉码调制设备,应用于电话的多路化通信。20世纪80年代,超大规模集成电路出现,商用移动通信迅速发展。无线通信技术的发展 宽带、数字、复用、高速、覆盖广、终端小、大容量无线通信发展趋势 宽带、高速、多媒体业务、移动网络、智能化、个性化。1.2
2、 无线通信系统的基本构成无线通信系统的基本构成1.2.1无线通信系统的组成 根据传输介质的不同,可以分为有线通信和无线通信。有线通信利用导线(传输线路)来传递信息。无线通信系统,是利用空间电磁波作为传输介质在空中传递信号。原始的信息如语音、数据、图像等都是频率比较低的信号,例如音频信号在300Hz3.4KHz,视频信号不超过6MHz。这样的信号不利于天线的辐射和电磁波的传播。因此发信设备要将低频信息加到高频载波信号上,这个过程叫调制;频率变换器进一步将信号变换成发射电波所需要的频率(如短波频率、微波频率),经过功率放大,再通过天线辐射出去进行传输。在接收设备中也要经过信号放大,频率变换,最后通
3、过解调的过程再将原始信息恢复出来,从而完成无线通信的过程。1.2.2 无线通信系统特点 无线通信系统具有独特的特点 省去铺设线缆的费用;很容易跨越水域,克服山脉峡谷等造成的传输障碍,利用自由空间进行通信使它具有了不可替代的灵活性;比较容易获得较远的通信距离。开放的信道易受外界因素的影响。1.2.3 单工与双工通信 半双工系统 允许双向通信,但发送和接收都使用相同的无线信道,在同一时间,用户只能发送或接受信息。双工通信 是指通信双方可同时进行发送和接收的工作方式,是通过提供两条同样的但相互独立的信道(FDD),或一条无线信道上相邻的时隙(TDD)进行发送和接收。频分双工(FDD)方式,在基站使用
4、独立的发送和接收天线来容纳两个独立的信道。但是在用户单元只有一根天线用来和基站之间进行发送和接收,用户单元内部使用双工器来使一根天线能同时进行发送和接收。时分双工(TDD)方式,在时间上分享同一信道,将其一部分时间用于从基站向用户发送信息,而其余的时间用于从用户向基站发送信息。同频单工方式 双频双工方式1.2.4 无线通信网络1.3 无线电波的传输特性无线电波的传输特性 无线电波是一种电磁波,与光波一样在自由空间中以直线方式传播,传播速度为3108 m/s,同时也具有折射、反射、绕射和干涉等波的特性。无线电波是以横向电磁波(TEM)形式在空间中传播的,其中电场磁场跟无线电波的传播方向是相互垂直
5、的。1.3.1 电磁波的极化1.3.2 无线电波的传播方式 1.地波传播 地波是沿地球表面传播的一种电磁波,属于绕射波。地波传播的频率一般限制在2MHZ以下。地波传播的优点:若提供足够大的功率,则可以在世界上任何两地之间进行长距离通信,而且,大气条件的改变基本不影响地波传播。其缺点是需要很大的发射功率,传输信号的频率受限。2.空间波传播 电磁波在靠近地面的低空大气层中传播,由直射波和地面反射波相叠加,因此接收点的场强为二者之和。这种传播方式用于超短波和微波通信。频率在30MHZ以上的调频广播和电视信号发射都是空间波传播。3.天波传播 天波传播的优点是损耗小,传播距离远。一次或数次反射可达近10
6、000km。但是电离层状态容易变化,会随着昼夜或季节的变化而变动,使天波传播不够稳定。4.对流层传播 从地面上升到离开地面大约10Km的范围称为对流层。1.3.3 传播路径损耗模型 1.自由空间传播模型222210lg32.44 20lg20lg 1.14lcpfdf d 距离增加,则传输损耗增加;频率越高,损耗越大。实际中,由于移动通信系统分布于很不规则的地区,电磁波的传输环境非常复杂,在估算传播路径损耗时,必须对不同的频段使用不同的电波传播模型,室内和室外电波传输环境也有很大的不同,因此选用的模型也有很大差异。1.4 无线信道特性无线信道特性 电磁波传播所经过的路径,就称为无线信道 恒参信
7、道是指表征其传输特性的参数变化极微,且变化速度极慢,在相当长的时间内可以把它们看成是基本不变的,例如有线信道以及无线信道中地表波的传播。变参信道是指传输特性随时间变化比较快速或急剧,信号在传输中的衰减值不稳定,存在衰落、传输时延、多径传输效应等。移动信道是典型的变参信道。1.4.1 无线信道的特点 传播的开放性,不确定因素多 接收地理环境的复杂性和多样性 某些通信用户具有随机的移动性 呈现出无线信道的多样性和复杂性 1.4.3 短波信道分析 1.短波信道模型 短波信道利用电离层对电波的反射来传送信息,由于电离层是不均匀(分层、且各层内电子密度不均匀)、各向异性、随机变化的传输介质,因此将形成复
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