无线通信工程

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1、无线通信工程,1.绪论 2.组成及规范 3.信道 4.基带传输 5.频带传输 6.信源编码 7.信道编码 8.多址技术 9.抗干扰技术 10.抗衰落技术 11.新技术及新应用,绪论,.历史 环境 应用 发展,组成及规范,系统组成 性能指标 技术体制 技术规范 协议标准 国际组织,信道,无线通信信道分类 无线通信信道模型 无线通信信道指标,基带传输,常用数字码型 基带传输过程 功率谱密度 奈奎斯特准则 最佳检测准则 误比特率,频带传输,ASK FSK PSK 载波同步 时钟同步,信源编码,目的：提高有效性.概述 .理论 .性能指标 .实现方法 .应用,信道编码,目的：提高可靠性 概述 基本概念

2、性能指标 分类 工作原理,多址技术,概述 FDMA TDMA CDMA SDMA,抗干扰技术,概述 原理 关键技术 应用,抗衰落技术,概论 非频率选择性衰落 频率选择性衰落.均衡技术.分集技术.瑞克技术.联合编码技术,绪论,.历史 环境 应用 发展,历史（1）通信发展历史的回顾,开辟了电信的新纪元通信（Communication)作为电信（Telecommunication) 是从19世纪30年度开始的。,历史（4）通信发展历史的回顾,开辟了模拟通信的新纪元,历史（2）电话的发明者贝尔,贝尔（18xx1922）英国人1868年 在伦敦工作1871年 去波士顿工作1873年 任波士顿大学教授18

3、75年 发明多路电报1876年 发明电话 一生曾获许多专利。 妻子是一位聋哑人。,历史（3）无线电的发明者马可尼,马可尼（18741937）意大利人1894年 在父亲的庄园试验1896年 去伦敦1897年 建立无线电报公司1899年 首次实现英法无线通信1916年 实现短波无线电通信1929年 建立世界性无线通信网 曾获诺贝尔奖金 曾参加法西斯党,历史（5）通信发展历史的回顾,开辟了数字通信的新纪元,历史（6）通信发展历史的回顾,开辟了空间通信的新纪元,历史（7）通信发展历史的回顾,开辟了光纤通信的新纪元,历史（8）通信发展历史的回顾,开辟了微波通信新纪元,历史 小结,历史（9）通信发展历史的

4、启示,环境（1）：无线通信的频谱环境,无线电频谱（2）,无线电频谱,无线电频谱（3）,无线电频谱,环境（2）：无线通信的传播环境,环境（3）：无线通信的传播环境,恒参与变参信道,环境（4）：无线通信的传播环境,色散与非色散信道,环境（5）：无线通信的传播环境 带宽受限信道和功率受限信道,加性高斯白噪声信道上的山农定理CW log2(1+S/N) b/s 令：S/N=Eb/N0C/W 山农定理就可以写成：Eb/N0=(2C/W - 1)/(C/W) 带宽受限信道Eb/N0 C/W W 无限功率可以换取带宽 功率受限信道W C/W Eb/N0 有限当W ，Eb/N0 -1.6dB，即为山农极限，带

5、宽不能无限制地换取功率,山农信道容量曲线,Eb/N0 dB,C/W b/sHz,-1.6dB,环境（6）：无线通信的传播环境 色散与非色散信道、恒参与变参信道,信道响应为C(;t)，其中代表响应时间，t 代表信号时刻。 输入信号为时域冲击函数，检验是色散信道还是非色散信道。其中Tm为多径扩散，其倒数fc为相干带宽。 输入信号为频域冲击函数，检验是恒参信道还是变参信道。其中Bd为多普勒展宽，其倒数tc为相干时间。 信号带宽B fc ，色散信道信号带宽B fc ，非色散信道 码元周期T tc ，变参信道码元周期T tc ，恒参信道,C(;t),u(t),v(t),t,t,(t),v(t),Tm,f

6、,f,(f),S(f),Bd,环境（7）：无线通信的传播环境 点对点信道和多址信道,点对点信道：和有线信道类似，体现不出无线的特点。多址信道：无线传输的突出优点之一是能实现多址接入。设：有N个用户地址，第k个地址发送的信号为：N Sk(t) = akj Skj (t)， akj =1,0j = 1j k第k个地址接收的信号为：N NR(t) = Lik a ijSij (t) + nk(t)I=1 j=1,无线用户 1,无线用户 2,无线用户 k,空间环境,无线用户 1,点对点信道,多址信道,空 间 环 境,Sk(t),Rk(t),应用（1）：无线通信的应用概况,应用（2）：无线通信的应用说明

7、,应用（3）：无线通信的应用说明,应用（4）：无线通信的应用说明,应用（5）：无线通信的应用说明,发展（1）：21世纪电信网的发展趋势,发展（2）：21世纪电信网的发展趋势,发展（3）：21世纪电信网的发展趋势,发展（4）：21世纪电信网的发展趋势,发展（5）：21世纪电信网的发展趋势,发展（6）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之一：个人通信,1986年 CCIR制订 FPLMTS，以个人全球通信为目标，首次提出个人通信概念 1986年 CCITT讨论 UPT（全球通用个人通信） 1989年 英国政府发放许可证建立双向个人通信网，首次出现 PCN名词 90年代以来，美国提出个人通信业务

8、（ PCS），或个人通信系统 （PCS）但是，到底什么是个人通信？,CCITT个人的移动性和终端移动性分开着重于个人的移动性，用户号码可以在任何终端上使用无线接入不是必要的条件 CCIR、欧洲 PCN、美国 PCS个人的移动性靠终端的移动性实现移动通信网作为个人通信网的底层网络结构无线接入是必要的条件 以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信Wireless Personal Communications,发展（7）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之二：无线接入,技术关键多址 有效性与可靠性 组网蜂窝 信令与空间接口 高层无线接入 特点：蜂窝范围大 复杂的信道处理（纠错、均衡、分集）

9、快速移动 无线交换 功率大 成本高 低速语音编码 低层无线接入特点：蜂窝范围小 简单的信道处理慢速移动 有线交换功率小 成本低中速语音编码（32Kb/s ADPCM）,发展（8）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之三：无线ATM,无线 ATM 的发展背景ATM方式是未来通信网发展的必然趋势可移动多媒体业务的发展与普及无线频谱资源的更加合理利用 无线 ATM 的技术关键窄带化技术（低到几 Mb/s）抗误码技术按信源的信息量动态地分配带宽 无线 ATM 的应用前景 军事通信、多媒体通信,发展（9）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之四：扩频技术,扩频多址技术的缺点：非正交性 ( Non

10、-orthogonality)优点：坚韧性 (Robustness)坚韧性体现在：抗多径抗干扰蜂窝分割的频率再用扇区分割的频率再用前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测,发展（10）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之五：软件无线电,当前无线系统在硬件及软件上存在的问题：多种标准、多种制式、多种协议、多种方案困难: 互连互通难设备更新难研制开发难 能否搞成一个通用的无线系统：硬件是公用的，除了天线和 RF 前端外，其它都是 DSP所有无线通信过程都用软件实现，而软件环境是开放的无线协议都遵循一个公共的 Wireless OSI 分层结构,软件无线电的关键技术多频段天线及 RF前端技

11、术直接式数字上、下变频技术高速 DSP 技术标准化无线协议及协议转换技术 软件无线电的应用前景多模手机通用无线平台通用抗干扰军用电台,发展（11）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之六：第三代移动通信（1）,第一代模拟话音NMT，AMPS，TACS 第二代数字话音低速数据（小于64Kbps)GSM,PDC，IS-95，IS-136（D-AMPS） 第三代多媒体业务（小于2Mbps）第二代业务UMTS / IMT-2000, IMT2000简介1985年国际电联就开始研究FPLMTS， 1996年正式更名为IMT2000国际移动通信系统，工作频段2000MHz， 使用日期2000年 IMT

12、2000特点 全球性综合性兼容性灵活性,发展（12）：21世纪电信网的发展趋势,第二讲,系统组成及技术规范 系统组成 性能指标 技术体制 技术规范,系统组成,系统组成（1）：组成框图,发基带 单元,发中频 单元,发射频 单元,发天线 单元,收基带 单元,收中频 单元,收射频 单元,收天线 单元,无线传播 信道,系统组成（2）：基带单元框图,发端接 口处理,发端信 道处理,发端调 制映射,发端基 带滤波,收端接 口处理,收端信 道处理,收端解 调映射,收端基 带滤波,比特流及 时钟输入,比特流及 时钟输出,复接、分接 扰码、去扰,纠错、交织 均衡、去干扰,扩频映射 二进/多进映射,基带成形 匹配

13、滤波,基带复矢量 信号输出,基带复矢量 信号输入,系统组成（3）：中频单元框图,复数 调制器,中频放 大滤波,复数 解调器,中频信 道处理,AGC 中频放大,收端 中频滤波,发送中频 信号输出,接收中频 信号输入,基带复矢量 信号输入,基带复矢量 信号输出,发端中 频本振,载波时 钟同步,系统组成（4）：射频单元框图,上 变频器,射频功 率放大,下 变频器,射频信 道处理,射频前 置放大,收端 射频滤波,发送射频 信号输出,接收射频 信号输入,接收中频 信号输出,发端射 频本振,收端射 频本振,发送中频 信号输入,发端 射频滤波,频率 控制,系统组成（5）：天线单元框图,发送射频 信号输入,接

14、收射频 信号输出,天线,收发双工 FDD/TDD,发射 信号,接收 信号,系统组成（6）：等效基带原理,发送信号：s(t) = a(t)cos0t+(t) = Re u(t)exp(j0t)其中：u(t) = a(t)exp(j(t) = x(t)+ jy(t) 叫作等效基带信号，亦称复包络。 正交调制及正交解调可以等效为复数乘法器。 带通滤波器可以等效为复数低通滤波器。 无线传播信道可以等效为时变的复数低通网络。 信道非线性（包括：调制、解调和放大器的非线性）也可以进行复数低通等效。 带通噪声可以等效为复数低通噪声,系统组成（7）：调制解调的基带等效,合路,cost,sint,x(t),y(

15、t),S (t),分路,cost,-sint,x(t),y(t),S (t),S (t) = x(t) + j y(t) exp (jt),x (t) = Re S(t) exp (-jt),y (t) = Im S(t) exp (-jt),系统组成（8）：带通滤波的基带等效,0,0,H(),HB(),HB(0) = H()，0 HB(0) = H()，0,H() HB(0) HB(0),系统组成（9）：无线传输的基带等效模型,调制 映射,解调 映射,HT (),HR (),HC (),N(t) 复数噪声,二进制码流输出,二进制码流输入,多进制复符号,多进制复符号,发端响应,收端响应,信道响应,性能指标,多址方式 双工方式 调制解调方式 信道编码方式 信源编码方式 发送频谱 发送功率 信道速率 误码门限,