1、無線通信概述2022/7/27無線通信概述教材&參考書籍教材潘焱，無線通信系統與技術參考書籍：美國出版的經典教材 Wireless communications principles and practice , 作者：Theodore S.Rappaport無線通信原理與應用（第二版），高文安等譯，電子工業出版社 2無線通信概述幾點要求與說明出勤：不得遲到,曠課(有事請事先請假,要請假條)，缺勤三次取消考試資格聽課：手機關機或調成靜音考查成績：平時成績（30%）+考試成績（70%）閉卷考試3無線通信概述教學目標&教學重點目標：將以現代無線通信系統為背景，主要講述無線通信的基本概念和關鍵技術以

2、及典型無線通信系統，讓同學對無線通信技術有較全面的了解，對典型無線通信系統有所了解。重點：無線通信的基本概念，無線通信中的相關關鍵技術和典型無線通信系統相關知識。4無線通信概述第一章 無線通信概述1.1 無線通信發展歷史1.2 無線通信應用 1.3 無線頻譜劃分1.4 無線信道與電波傳播特性1.5 無線通信發展趨勢1.6 本章小結5無線通信概述可以想像，有線電報就像一只很大的貓，它的尾巴在紐約，而它的腦袋在洛杉磯并喵喵地叫。大家明白這個道理嗎？無線通信的操作方式與此完全相同：這邊發射信號，那邊接收它，唯一不同的是兩者之間沒有貓。 -愛因斯坦（1879-1955）6無線通信概述無線通信定義定義

3、無線通信是利用無線電波傳播信息的通信方式。 無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空) 傳播的電磁波。引申：通過“無形”的媒體進行信息交換的通信稱為無線通信。例如：無線電波、紅外線、紫外線、激光等。無線通信優點 與有線通信相比，不需要架設傳輸線路，不 受通信距離限制，機動性能好，建立迅速。 靈活性 抗災性 移動性7無線通信概述1.1 歷史（1/11）1837年莫爾斯（1791-1872）發明了電報，1844年5月24日，他用激動得發抖的手，從華盛頓向40英里外的巴爾的摩城拍發了世界上第一份長途有線電報，電文是圣經上的一句話：“上帝創造了何等奇跡！” 。人類社會電通信的時代，便從此開始了。 8無線

4、通信概述1.1 歷史（2/11）1876年美國人貝爾發明了電話，過了40年美國建成第一條橫貫國土東西的長途電話線。這條線路的修建，足足耗費了2960噸銅和13萬根電線桿。貝爾（18471922） 1868年 在倫敦工作 1871年 去波士頓工作 1873年 任波士頓大學教授 1875年 發明多路電報 1876年 發明電話一生曾獲許多專利。9無線通信概述1.1 歷史（3/11）1864年麥克斯韋(Maxwell)建立了光的電磁波理論并預言了電磁波的存在。1887年赫茲(Hertz)首次通過實驗證明了無線電波的存在。 這為現代的無線電通信提供了理論根據。無線電波可以在大氣媒質中傳播這一理論的創立大

5、大推動了通信技術的發展。10無線通信概述1.1 歷史（4/11）1897年馬可尼（Marconi）第一次在無線傳輸中用莫爾斯碼從船上與岸邊通信（30km) ，標志無線電通信的開始。馬可尼（18741937）意大利人 1894年 在父親的莊園試驗 1896年 去倫敦 1897年 建立無線電報公司 1899年 首次實現英法無線通信 1916年 實現短波無線電通信 1929年 建立世界性無線通信網曾獲諾貝爾物理獎11無線通信概述1.1 歷史（5/11）1906年之后的一段時間里，軍用和商用船舶很快采用了無線電技術，1912年在泰坦尼克號郵輪沉船事件中拯救了700多個生命而備受稱贊。12無線通信概述1

6、.1 歷史（6/11）1928年，美國底特律警察局率先使用裝備貝茨發明的能適應移動車輛震動影響的無線電收發信機超外差AM接收機的警用車輛無線電移動系統（單向），標志移動通信開始。1946年第一個公共移動電話系統在美國的5個城市建立。1947年第一個連接紐約和波斯頓的微波中繼系統開始運行。13無線通信概述1.1 歷史（7/11）1958年美國宇航局(NASA)發射第一顆通信衛星，第一次通過衛星實現語音通信，無線通信進入了新時代。1950-1960年代期間，貝爾實驗室和全世界其他的通信公司一起發展了蜂窩無線電話的原理和技術。14無線通信概述1.1 歷史（8/11）進入20世紀70年代，一些經濟發達

7、國家對民用移動電話的需求日益增加，而且伴隨著微電子技術以及計算機技術的迅速發展，發展一種較大范圍使用的移動電話系統已經具備了理論上、技術上和經濟上的可行性。而且新理論與新體制的不斷發展和完善，為模擬蜂窩移動通信系統的誕生奠定了堅實的經濟和技術基礎。15無線通信概述1.1 歷史（9/11）模擬蜂窩系統：1979年，第一個具有大的覆蓋范圍和自動交換功能的系統由愛立信公司推出，并建立北歐移動電話系統（NMT）。不久，高級移動電話服務（AMPS）于1983年在北美建立。國內外使用的模擬蜂窩移動通信系統主要有：北美的AMPS日本的HCMTS英國與中國采用的TACS前西德的C450法國的Radio Com

8、m2000 這些系統分別采用400MHz,450MHz,800MHz和900MHz頻段。16無線通信概述1.1 歷史（10/11）數字蜂窩系統：1988年，第一個數字蜂窩系統在歐洲建立，稱為全球移動通信系統（GSM）。最初打算提供一個泛歐標準來取代當時大量運行的不兼容模擬系統，GSM之后很快就出現了北美IS-54數字標準。第二代蜂窩系統最初主要提供語音業務，后來逐步演變到可以提供電子郵件、互聯網接入、短消息等數據業務。截至2013年3月底，中國共有11.46億移動通信服務用戶。17無線通信概述1.1 歷史（11/11）無線通信發展史上的10個里程碑電話的發明電報的發明電磁波的發現無線電報的發明

9、無線電通信發明尋呼機誕生蜂窩式移動電話GSM手機銥星系統新一代手機10年后,誰還能笑傲江湖？18無線通信概述1.2 無線通信應用無線通信主要應用于哪些領域？19無線通信概述1.2 無線通信應用無線電廣播電視移動通信蜂窩電話 衛星電話數據傳輸wifi bluetooth zigbee WiMAX緊急服務無線電緊急定位信標辨識RFID（Radio Frequency Identification）卡其它業余無線電 雷達 導航20無線通信概述1.3 無線頻譜劃分c/f ，c=300000000 m/s21無線通信概述無線通信常用頻段當前用于無線通信的頻率范圍從3kHz擴展到約100GHz，絕大多數無

10、線通信系統工作在30MHz40GHz的頻率范圍內。 這是無線通信較為理想的頻段，它不受地球表面曲率影響，天線尺寸適度，還可以穿透電離層。 天線尺寸與射頻頻率的關系 良好接收所需的天線尺寸與發射頻率成反比。 覆蓋范圍與射頻頻率的關系 發射頻率越高，傳播損耗越大（全向輻射時）接收信號功率與頻率的平方成反比。所以頻率越高，實現大范圍覆蓋的難度越高。22無線通信概述1.4 無線信道與電波傳播特性無線電波以“橫向電磁波”的形式在空間中傳播。-電場、磁場和無線電波的傳播方向都相互垂直的。23無線通信概述 無線電波的極化 無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。無

11、線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。24無線通信概述 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質有關。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。在媒質中的傳播速度為：p/r，式中r為傳播媒質的相對介電常數。空氣的相對介電常數與真空的相對介電常數很接近，略大于。 因此，無線電波在空 氣中的傳播速度略小于光 速，通常我們就認為它等 于光速。25無線通信概述四種傳播機制直射：自由空間傳播反射：當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發生反射。反射發生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射：當發射機和接收機之間的傳

12、播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發生繞射。散射：當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，發生散射。散射發生在粗糙表面、小物體或其它不規則物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等。26無線通信概述無線信道的物理過程天線天線無線發無線收直射反射散射繞射地面散射體移動障礙物干擾熱噪聲27無線通信概述自由空間傳播什么是自由空間？是一個理想的空間， 在自由空間中， 電波沿直線傳播， 不發生反射、 折射、 繞射、 散射和吸收等現象.如圖所示，輻射功率為Pt，發射天線增益為Gt,則以發射源為中心，r為半徑的球面上單位面積的功率為：球面上的功率流Ptr28無線通信概述自由空間的傳

13、播損耗 ：無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴散而減少。它僅與傳輸距離r和電波頻率f有關，可用下式來表示：29無線通信概述1.4.2 地面傳播無線電波傳播方式1、在低頻或中頻段（30MHz時電波傳播的主要形式是視距傳播30無線通信概述無線電視距：指收發天線間的電波傳播路徑完全沒有任何阻擋，電波射線可以直達的距離。TxRx直射波R31無線通信概述視距通信的最大傳播距離跟發射天線以及接收天線的高度有關系，并受到地球曲率半徑的影響。圖1-3顯示出了天線高度的增加對于最大傳播距離的影響。在位于一定高度處的發射機與接收機之間的最大距離近似值計算公式：（1-8）BAO接收天線高hr發射天線

14、高ht32無線通信概述圖1-3 視距傳播示意圖33無線通信概述1.5 無線通信的發展趨勢1全球第三代移動通信（3G）商 用進程加快2寬帶化、移動化趨勢3多種無線技術在演進中走向融合4移動、寬帶業務融合時機成熟34無線通信概述3G商用進程加快3G是3rd Generation的縮寫，指第三代移動通信技術。四種標準有：WCDMA， CDMA 2000，TD-SCDMA，WiMAX。WCDMA：采用國家為歐洲和日本，繼承基礎為GSM；CDMA2000：采用國家為美國和日本，繼承基礎為窄帶CDMA；TD-SCDMA：采用國家為中國，繼承基礎為GSM；WiMAX：應用前景不樂觀？35無線通信概述TD-S

15、CDMA：該標準是由中國大陸獨自制定的3G標準，1999年6月29日，中國原郵電部電信科學技術研究院（大唐電信）向ITU提出。WCDMA由中國聯通公司于2009年10月1日正式商用Cdma2000由中國電信于2009年起開始運營TD-SCDMA由中國移動于2009年6月建成并投入商業化運營36無線通信概述寬帶化、移動化趨勢WiMAX提出和推進-寬帶業務的移動化 2004年初IEEE802.16系列標準（WiMAX）提出 IEEE802.16標準工作于266GHz，覆蓋范圍可高達50km，主要應用于城域網。 WiMAX論壇：/E3G標準化啟動和加速移動業務的寬帶化第三代合作伙伴計劃（3GPP）和

16、第三代合作伙伴計劃2（ 3GPP2）分別在2004年底和2005年初開始3G演進技術（E3G）的標準化工作37無線通信概述多種無線技術在演進中走向融合無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要因為現在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區域、不同的技術特點和不同的接入速率。未來的無線通信網絡將是一個綜合的、一體化的解決方案。38無線通信概述移動、寬帶業務融合時機成熟通信網絡和業務正發生著根本性的變化 主要體現：1.提供的業務將從傳統的語音業務為主向提供綜合信息服務的方向發展2.通信的主體將由人與人之間的通信擴展到人與物、物與物之間的通信融合將是全方位多層次的，包括網絡融合、業務融合和終端融合。為了實現上述目標需采用多種無線接入技術和固定接入技術。39無線通信概述1.6 本章小結本章在