第三讲无线通信(1)

通信工程专业导论第三讲无线通信信息与通信工程学院2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.北邮的辉煌成果有线通信VS无线通信有线通信与无线通信34无线通信的定义无线通信(WirelessCommunication)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，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。--百度百科5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.北邮的辉煌成果无线通信的起源6马可尼海因里希·鲁道夫·赫兹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。马可尼的设想（1894年）–“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。”无线通信的发展7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）无线通信的发展8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30-40MHz。无线通信的发展9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10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.北邮的辉煌成果无线通信的三种方式11卫星通信移动通信微波通信微波通信12电磁波的划分（频率或波长）：–长波：低于300KHz–中波：300KHz～3MHz–短波：3～30MHz–超短波：30～300MHz–微波：高于300MHz。微波通信13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。–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。微波通信14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。微波通信15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。微波通信16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。卫星通信17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–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。卫星通信18卫星通信19卫星通信原理示意图卫星通信20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）第一颗人造卫星（苏联，1957年）卫星通信21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(GlobalStar)系统•国际海事通信组织的ICO系统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。我国卫星通信的发展22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）铱星计划23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。24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！25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。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。26卫星通信的强大之处——定位、导航卫星通信当今全球有哪些先进的卫星定位导航系统呢27卫星通信美国GPS卫星定位系统–GPS(GlobalPositioningSystem,全球定位系统)起始于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。28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动速度信息等；–精度误差10米左右，军民两用。29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30卫星通信你是否曾经遇到过这种困扰31雷达早期雷达英国皇家海军使用的277型雷达雷达（radiodetectionandranging，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。32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。雷达3334雷达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》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35移动通信36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。卫星宏蜂窝微蜂窝微微蜂窝第一代移动通信系统（1G）37代表公司：摩托罗拉关键技术：FDMA业务功能：语音电话马丁·库珀（1928年-）38第二代移动通信系统（2G）代表公司：诺基亚关键技术：TDMA业务功能：语音电话、短信、上网诺基亚711039第三代移动通信系统（3G）代表公司：苹果、三星关键技术：CDMA业务功能：语音电话、短信、上网、移动多媒体业务智能手机SecteraEdge40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41第四代移动通信系统（4G）代表公司：中兴、华为关键技术：OFDM、MIMO业务功能：语音电话、短信、上网、移动互联网业务微信本该只占用业务信道，却多占用了控制信道，既占用了运营商的资源，又侵占了运营商的利益。VS42微信大战431G语音通话文字、图片与铃声2GWAP、娱乐咨询与游戏2.5G2000年移动多媒体个性化业务3G2004年移动互联网宽带业务4G2011年移动通信业务演进电报44从第一代通信系统到第四代通信系统，我们已经实现了通信的视、听、说等，下一代移动通信---可触摸的时代是否会来临呢？下一代移动通信系统下一代移动通信系统45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4G席卷全球5G含苞待放---工信部通信发展司司长闻库移动通信的发展与标准化463GIMT-Advanced4G1G2G低中高AMPSTACSGSMcdmaOneWCDMAcdma2000TD-SCDMAE3GLTEAIEWLAN数据速率200kbps300kbps-10Mbps10kbps100Mbps100M-1Gbps802.11/WiFiBWA802.16/WiMAX3G+HSDPAHSUPA1xEV-DO1xEV-DV移动性201520102005200019951985时间MBWA802.2047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.北邮的辉煌成果群小区室外场景演示(CoMP)200648–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49–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、无时延可同时承载的业务(移动互联网)无线环境–系统峰值速率可达100Mbps–误块率低于0.5%，误码率低于1.0e-6链路性能APMT群小区室内场景演示(CoMP)2006Gbps无线试验系统（2009）50获2011年教育部技术发明奖一等奖获2010年高等学校十大科技进展移动通信业务概况51TextPicturese-mailWAPTextHiQvideoVideostreamingMusicStreamingPicturese-mailWAPText1kb/s10kb/s100kb/s1Mb/s1G2G/2.5G3G用户数据速率100M-1000Mb/s？4G从115kbps，到100Mbps，1Gbps52传输速率/bps20072006201020152M10~20M100M100M~1G商用时间3G3GLTEB3G国外Gbps系统进展：•西门子，2004.11•DoCoMo，2006.2•三星，2006.8月FuTUREB3G系统•100Mbps/20MHz带宽•FDD：东南大学，清华，中国科技大学TDD：北京邮电大学，华中科技大学，成都电子科技大学，上海交通大学Gbps传输一部大小为6Gbit的高清电影所耗时间（峰值速率）150k2.5G11.55个小时3072秒153~307秒31秒3~31秒Gbit系统•北京邮电大学正在研发中国的首个Gbps系统此项技术当时国际上仅有少数国家掌握，而且均为点对点系统北邮Gbps项目组于2009年开发完成了点对多点Gbps试验系统