无线电技术

开场白教学目标参考书目教学计划考试问题教学目标教学目标：讲授现代无线通信系统的基本概念、基本原理、基本分析设计方法和关键技术。教学要求：掌握现代无线通信的基本概念、初步了解其发展史和发展现状、掌握移动信道的一些基本概念和初步定量分析方法、了解现代无线通信的关键技术、了解重要的无线通信系统。教材《无线通信与网络》李锵、郭继昌等译，电子工业出版社全书将蜂窝移动通信与网络的基本内容（信号设计，信道特性，接收机结构，多址接入技术，移动蜂窝网，系统容量的增加，移动性管理，无线/有线网络互联）融合交织在一起，进行了统一且系统的讲述，并附有大量的说明性实例。价格：28.0参考书目1《无线通信原理与应用》第二版；周文安、付秀花等译，电子工业出版社特点：国外电子与通信教材系列(（美）拉帕波特（Rappaport,T.S.），本书是一本高等学校无线通信课程的权威教材。全书深入浅出地讨论了无线通信技术与系统设计方面的内容，包括无线网络涉及的所有基本课题（特别是3G系统和无线局域网），并且讲解了无线网络技术的最新发展和全球主要的无线通信标准。价格：49.0参考书目2《蜂窝通信》邬国扬、孙献璞编著，西安电子科技大学出版社特点：系统地阐述了蜂窝网通信的基本原理、关键技术和典型的蜂窝网通信系统，较充分地反映了当代蜂窝网通信的现状和发展趋向。价格：23.0考试问题平时成绩20分：到课情况10分课程小论文10分试卷成绩80分：闭卷考试无线通信第一章概述主要内容无线通信的发展史无线通信的基础知识-定义-移动通信的主要特点-移动通信系统的分类-典型的移动通信系统-我国的无线频段规划-我国的无线通信的发展移动通信的发展趋势第一章概述无线通信的发端第一章概述塞缪尔·莫尔斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872）1837年，莫尔斯发明了第一台电报机。无线通信的发端第一章概述1876年，贝尔发明了有线电话。贝尔（1847-1922）无线通信的发端第一章概述麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。麦克斯韦(JamesClerkMaxwel1831～1879)英国物理学家无线通信的发端第一章概述1887年，赫兹建立了第一个无线电实验室。赫兹（1857-1894）德国物理学家无线通信的发端第一章概述马可尼（1874-1937）意大利科学家马可尼正在调试无线电装置马可尼在1899年和1901年分别实现了横跨英吉利海峡和大西洋的通信。这些成功使无线电被广泛用于船只和船只之间以及船只海岸之间利用莫尔斯电码进行的通信。人们称其为“无线电之父”。早期的无线系统使用的是原始但功率很强的间歇放电发射器，它仅适用于无线电报。德福雷斯特(DoForest)在1906年发明了真空三极管，它允许对连续波信号进行调制，并可用于语音传输。1920年商业化的无线广播在美国和加拿大开始运营。早期的无线发射器过于笨重，不便于安装在运输工具上。事实上，用于警察局的第一个移动无线系统是单工的，在警车上只有接收器。第一章概述无线通信的发端第一阶段：起步阶段（20~40年代）•1928年，美国底特律警察使用的车载无线电系统（单向），工作频率为2MHz，标志着移动无线通信的开始。•30年代初，第一个双向移动系统在新泽西的贝尼尔警察局投入运行（半双工）。•1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中第一个大分水岭，大大提高了灵敏度，具有“捕获效应”能更有效地对抗“快衰落”或波动性，因此很快便取代了AM方式，获得广泛应用。•特点：主要使用短波频段，电子管设备，专用系统第一章概述移动无线通信的发展史第二阶段：公用网初期阶段（40中-60初）•在此阶段，移动电话需求强烈，专用移动无线电话系统广泛应用于警察、出租车、新闻、调度等方面，并开始出现公用汽车移动无线电话系统。•1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。•特点：专用网过渡至公用移动网；单工方式；人工接续；网络容量小。•1947年，Bell实验室提出了蜂窝的构想。第一章概述移动无线通信的发展史第三阶段：公用网改善与完善阶段（60中~70中）•60年代中期，美国推出了改进的移动电话服务系统——IMTS，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制，实现了无线频道自动选择，并能够自动接续到公用电话，是模拟FM技术达到了30年发展的顶峰。•德国也推出了具有相同技术水平的B网。•特点：大区制、中小容量、自动选频、自动接续第一章概述移动无线通信的发展史第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中~80中）•此阶段的显著标志是小区制网络的出现，其特点是低功率发射机和小覆盖区域、频率复用、越区切换和中央控制。•早在1947年Bell实验室就提出了蜂窝构想；60年代出台研究计划；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。•1978年底，Bell实验室研制成功了模拟蜂窝移动通信系统-“先进移动电话系统AMPS”，大大提高了系统的容量。•这一时期开通的第一代移动通信系统有：1983年美国芝加哥的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本东京、神户、大阪的HAMTS、1985年英国伦敦的TACS等。使用频段为800/900MHz。第一章概述移动无线通信的发展史第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中~80中）•大发展的原因：1.用户需求迅猛增加——主要推动力；2.集成电路、微型计算机和微处理器等微电子技术的长足发展，使移动通信设备的小型化、微型化、便携化成为可能；3.移动通信新体制的提出并形成：蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。•特点：蜂窝网、大容量、模拟网•缺点：各系统间没有公共接口；业务种类单一；频谱利用率低；安全保密性差第一章概述移动无线通信的发展史第五阶段：数字移动通信系统发展和成熟时期（80中至今）•第一代移动通信网是模拟系统，由于用户需求急速发展，其容量已经不够，因此八十年代欧洲首先推出了数字移动通信网GSM（GlobalSystemforMobil），随后美国（DAMPS）和日本（JDCS）也制订了各自的数字移动通信体制。•特点：传输的所有业务信息均采用数字的形式，并且还发展了一些新的多址方式，如时分多址／频分双工（TDMA/FDD）、CDMA等，提供除话音外的多种业务。第一章概述移动无线通信的发展史•第二代数字蜂窝网络（2G）-三个TDMA标准：全球移动通信系统GSM临时标准136（IS-136）-北美蜂窝系统NADC太平洋数字蜂窝系统PDC-一个CDMA标准：IS-95•2.5G移动通信网络-特点：更高速的数据传输；无线应用协议WAP-标准：GSM——通用无线分组业务GPRS、高速电路交换数据HSCSD、演进的增强数据传输速率的通用分组无线业务EDGEIS136、PDC——GPRS、EDGEIS-95——IS-95B第一章概述返回移动无线通信的发展史定义无线通信-以“无线电波”作为媒体进行信息交换的通信称为无线通信。-引申：通过“无形”的媒体进行信息交换的通信称为无线通信。-例如：无线电波、红外线、激光等。移动通信：-通信的一方或双方在运动状态中进行信息传递的通信方式。换句话说，移动通信要解决因为人的移动而产生的动中通信问题。-终端的移动性：手机、车载台-可见，移动通信的基础为无线通信，但环境更复杂，对设备的要求更苛刻。第一章概述返回无线通信网络的挑战无线信道第一章概述用户的移动性主要特点1.电波传播条件恶劣第一章概述两种衰落模型：•大尺度衰落•小尺度衰落原因：•高层建筑的绕射损耗•多径衰落•距离影响主要特点2.具有多谱勒效应•移动台处于运动中时，接收信号会产生附加频率变化，即多普勒频移。•多普勒频移与移动台运动速度、工作频率及电波与移动方向夹角的关系：第一章概述3.噪声与干扰噪声：内部噪声、人为噪声、环境噪声同频干扰与邻频干扰CDMA中的多址干扰第一章概述主要特点主要特点4.频谱资源紧缺•频谱管理•中国移动通信公司使用的频段-900MHz（上行905-915；下行950-960）-1800MHz（1710-1785；1805-1880）•频道间隔200kHz，每个频道分为8个时隙第一章概述主要特点5.建网技术复杂•位置登记：归属位置寄存器（HLR）与访问位置寄存器（VLR）记录用户行踪。•过区切换•提供不同地区、不同运营商网络之间的漫游。•用户安全与网络安全的鉴权。第一章概述返回移动无线通信的分类按工作方式：单工、双工（FDD、TDD）、半双工（同频、异频）按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA等按信号形式：模拟网、数字网按组网形式：大区制、小区制按覆盖范围：城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）、车域网（VAN）第一章概述移动无线通信的分类按业务类型：电话网、数据网、综合业务网、多媒体按服务特性：专用网、公共网按使用环境：陆地、海上、空中按使用对象：民用、军用按系统应用：无线寻呼、无绳电话、公用电话/数字、调度（集群）第一章概述返回双工的概念第一章概述发送接收收发保护频段发送发送接收接收ft保护时间间隔频分双工（FDD）时分双工（TDD）……上下行链路的概念由于移动性的要求，移动台的天线高度和发射功率都要受到限制，为了保证用户之间能够有足够的通信距离，同时也为了便于系统的管理和交换，通常采用基站转发的工作模式。第一章概述基站上行链路下行链路下行链路上行链路返回大区制与小区制的概念大区制：采用一个基站覆盖整个服务范围•基站：高架天线（数十米~数百米）大功率发射机（几十~几百瓦）•移动台：几十~几百部、天线低、发射功率小•覆盖半径：几十公里•问题：上行信号差•解决办法：分集接收•特点：系统简单、容量小第一章概述大区制与小区制的概念小区制：多个基站增大覆盖面积，频率复用•基站：小功率发射机（5~10W）•形式：带状、面状、立体状•问题：小区半径r单位面积用户数过区切换频繁覆盖半径：模拟网r=2km；数字网r=0.5km•区群的概念：共同使用全部可用频率的n个相邻小区。•特点：系统复杂、容量大第一章概述返回组网形状第一章概述带状网蜂窝网特点：有向天线，小区形状扁圆形；频率复用（双频制、三频制）；小区呈线状排列特点：小区形状正六边形；网络覆盖类似于蜂窝；频率复用。返回典型的无线通信系统无线寻呼系统无绳电话蜂窝移动电话系统卫星移动通信无线局域网（WLAN）-802.11、HyperLAN游牧无线接入系统（WPAN/WVAN）-蓝牙固定无线接入系统（WMAN）-WLL、LMDS无线广播系统-DBA、DVB第一章概述无线寻呼系统功能：给用户发送简短消息（数字、字母或声音）的通信系统。特点：典型的单向通信系统。组成：第一章概述寻呼中心主发射台地面链路卫星链路特点：•寻呼机结构简单、小巧，便于携带；•价格低廉；•系统复杂：电话网络、许多基站发射机、高无线发射塔（联播）；•单向通信；•较小的频率资源和较大的用户容量。无线寻呼系统第一章概述无绳电话系统基本组成：•家用型：座机+手机•网络型：电信点（基站）+手机特点•必须以有线网络为依托•覆盖半径小（100~300m）•移动速度慢（=20km/小时）第一章概述公用电话网固定端口（基站）无线链路无绳手机特点：•为在无线覆盖范围内的、任何地点的用户提供公用电话交换网的无线接入；•能在有限的频带范围中于很大的地理范围内容纳大量用户；•提供了和有线电话相当的高通话质量。蜂窝移动电话系统第一章概述无线本地环路（WLL）与LMDS指用无线通信方式将用户终端设备连接到所属端局交换机的电路，它相当于有线电话网中的用户线，又称用户环路。换句话说，用无线代替有线（电缆或光缆）实现“最后一里”的宽带本地环路接入。频段：28GHz（或更高）的微波或者毫米无线频段——只有在用户和中心站之间没有障碍物时可以通信（视距传输），适合于地势平坦的郊区或农村。节