无线背景知识、频率分配、干扰

WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/11July16,2007Dr.YiguangMa–VPandCTOIndustrialWirelessM2MCommunication,TechnologyandSolutionsWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence无线背景知识、频率分配、干扰和工程设计考虑WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/12Outline提纲电波传播及频率划分调制方式通信系统背景噪声和干扰扩频技术通信网络WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/13电波传播及频率划分无线通信机理交变电场产生交变磁场,交变磁场产生交变电场载波------标准正波调制/解调频率是一种通信资源电波传播地波----沿地表面传播天波----直射波(中继站)反射/散射波30万公里/每秒波长----频率的倒数天线1/8波长频率管理和划分国际----国际电信联盟(ITU)国内无委会(SRRC)政府/军事专用频段有偿使用频段公众频段(ISM)WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/14表1无线电频带和波段命名段号频带名称频率范围波段名称应用范围1极低频3---30Hz极长波潜艇通信；.海上导航2超低频30---300Hz超长波3特低频300---3000Hz特长波4甚低频(VLF)3---30kHz甚长波5低频(LF)30---300kHz长波1.大气层内中等距离通信；2.地下岩层通信；3.海上导航6中频(MF)300---3000kHz中波1.广播；2.海上导航7高频(HF)3---30MHz短波1.远距离短波通信；2.短波广播8甚高频(VHF)30---300MHz米波1.电离层散射通信（30-60MHz）；2.流星余迹通信（30-100MHz）；3.人造电离层通信（30-144MHz）；4.对大气层内、外空间飞行体（飞机、导弹、卫星）的通信；电视、雷达、导航、移动通信。9特高频(UHF)300---3000MHz分米波*1.对流层工散射通信（700-1000MHz）；2.小容量（8-12路）微波接力通信（352-420MHz）；3.中容量（120路）微波接力通信（1700-2400MHz）。10超高频(SHF)3---30GHz厘米波*1.大容量（2500路、6000路）微波接力通信（3600-4200MHz，5850-8500MHz）；2.数字通信；3.卫星通信；4.波导通信.11极高频(EHF)30---300GHz毫米波*穿入大气层时的通信12至高频300---3000GHz丝米波*WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/15表2我国陆地移动通信业务的频率安排频率分配(MHz)业务运营系统上行(移动台发、基站收)下行(基站发、移动台收)无线寻呼138-167、279-281接力机798-806843-851集群806-821851-866无线数据821-825866-870(注1)军队AMPS(北美AMPS－A段)825-835870-880长城800MHzCDMA832.605-834.375877.605-879.375(注2)中国电信AMPS(北美AMPS-B段)835-845880-890(注3)联通800MHzCDMA(筹)835-839880-884(注3)CT2839-843(注3)中国电信E－TACS880-890925-935(注4)中国电信TACS890-905935-950(注4)中国电信GSM900903-909948-954(注4)联通GSM900909-915954-960无中心控制915-917中国电信GSM18001710-17201805-1815GSM1800(保留)1720-17551815-1850PCS1865-18801945-1960无线接入FDD1880-19001960-1980无线接入TDD1900-1920WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/16部分ISM频段及标准NorthAmericaEuropeChinaChinaFrequencyBand902~928MHz2.400~2.4835GHz433~434.79MHz869.4~869.65MHz2.400~2.4835GHz430~432MHz433~434.79MHz2.400~2.4835GHz840.5~944.5MHz920.5~924.5MHz(RFID)915.0125~916.9875MHz(license)Bandwidth26MHz83.5MHz1.79MHz0.25MHz83.5MHz3.79MHz83.5MHz8MHz1.975MHzRFPower(Maximal)1W1W10mW500mW100mW10mW100mW2W2WDutyCycle100%l100%10%10%100%100%100%100%100%FHSS/DSSSYesYesNoNoYesNoYesYesNoApprovalFCCPart15.247FCCPart15.247EST300113&EN300220-1EST300113&EN300220-1EN300328&EN60950SRRCSRRCSRRCSRRCWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/17复用方式FDMAvs.TDMAvs.CDMAffPowerFDMATDMAfCDMAtttWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/18GPRS/CDMA与ISM波段Modem比较GPRS/CDMAISM波段Modem优点：覆盖性好，适合广域、低密度应用通信距离远，设备简单支持移动性好优点：区域覆盖，适合高密度应用成本可控，无需月租费自成网络，不受外界影响网络时延小，实时性强容易通过本安认证专用系统缺点：成本不可控，需月租费受外界影响冲击网络时延大，实时性差不容易通过本安认证需要网络服务器缺点：通信距离近支持移动性差WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/19调制技术模拟调制AMFMPM数字调制ASKFSKGFSKPSKQPSKQAMMSK载波调制信号已调信号WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/110RF通信模块构成~调制器频率合成器解调器CPUWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/111背景噪声和干扰噪声热噪声内部噪声外来噪声干扰同频干扰邻道干扰窄带干扰宽带干扰多径干扰接收机灵敏度衡量接收微弱信号的能力(-80~-108dBm)正常接收要求:S/N10~15dBWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/112实测背景噪声和干扰(TangRAE’sOffice)WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/113实测背景噪声和干扰(RAE’sOffice)WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/114扩频通信如何抑制干扰?–频率管理和协调(须付使用费)–扩频通信(跳频/直扩;FHSS/DSSS)WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/115跳频工作模式适合低速率,远距离通信WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/116直接序列扩频工作模式适合高速率,中短距离通信WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/117Desiredsignal+interference-9.00E+01-8.00E+01-7.00E+01-6.00E+01-5.00E+01-4.00E+01-3.00E+01-2.00E+01-1.00E+010.00E+00350000000360000000370000000380000000390000000400000000Series1WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/118Theoutputfromdespreader-0.200.20.40.60.811.21.41.615681135170222692836340339704537510456716238680573727939850690739640Series2Series1----InterferenceImmunity----Cryptographiccommunication----MilitarysatellitecommunicationWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/119如何扩展传输距离？增加天线高度增加天线增益使用射频功率放大器使用智能网或中继站(Ad-hocorrepeater)借助互联网（bridge)借助互联网/移动网(Ethernet/GPRSGateway)WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/120实际比较测试结果---上海嘉定天线高度为20米(传输距离为3公里)天线高度为2米(传输距离为1.5公里)1.5km2mStand1.5m3km20mStand1.5mWeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/121增加天线高度的方法方法I:天线和modem一块放置于塔顶.主机和控制器通过RS485数据线连接.优点:–传输性能好–安装成本低–灵活方便–RS485线可达一百米缺点:–室外供电–防雨外壳MonitoringcenterDisplayRS232/RS485RS232/RS485RS485datawire电源线WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/122MonitoringcenterDisplayModemRFCablewithLowloss增加天线高度的方法方法II:仅天线被放置于塔顶.而modem和控制器一块被放置于室内.天线和主机通过低损耗RF电缆连接.优点:–配置简单方便–无需室外供电缺点:–成本高–RF电缆损耗影响传输性能–当RF电缆超过十米时,不建议使用该方法.WeProvideConnectivitytoActionableIntelligence2020/2/123天线增益每增加6dB,传输距离翻一番.–例如,coRE1-915MHz模块使用5dB天线,传输距离可达3.2公里天线增益传输距离5dB(Tx/Rx)3.2公里14dB(Tx/Rx)25.6公里17dB(Tx/Rx)51.2公里20dB(Tx/Rx)102.4公里天线分类–全向天线(基站或移动应用)–定向天线(点对点通信)–移动天线–宽带天线–窄带天线如何选择天线?WeProv