无线通信系统概述分析优秀PPT.ppt

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1、第一章无线通信系统概述华北电力高校电子系赵建立hdzjl2306sohu 2011年主要内容n通信技术的发展历程n无线通信的应用状况n电信网的发展趋势电信（Telecommunication)的新纪元l通信（Communication)作为电信（Telecommunication)是从19世纪30年度起先的。l 物理发觉 通信技术发展l 1831年法拉第电磁感应 1837年莫尔斯独创电报l 1873年麦克斯韦尔的电 1876年贝尔独创电话l 磁场理论 1895年马可尼独创无线电电话的独创者贝尔电话的独创者贝尔l贝尔（18xx1922）英国人l 1868年 在伦敦工作l 1871年 去波士顿工作

2、l 1873年 任波士顿高校教授l 1875年 独创多路电报l 1876年 独创电话l一生曾获很多专利无线电的独创者马可尼无线电的独创者马可尼l马可尼（18741937）意大利人l 1894年 在父亲的庄园试验l 1896年 去伦敦l 1897年 建立无线电报公司l 1899年 首次实现英法无线通信l 1916年 实现短波无线电通信l 1929年 建立世界性无线通信网l曾获诺贝尔奖金l曾参与法西斯党数字通信的新纪元l1928年奈奎斯特准则和取样定理l1948年仙农（定理)l在理论上为数字通信准备了条件l 物理发觉 通信技术发展 l 20世纪50年头数字通信得到发展l 独创半导体l 20世纪60

3、年头l 独创集成电路 空间通信的新纪元l 物理发觉 通信技术发展 l20世纪50年头20世纪40年头提出静止卫航天技术星概念，但无法实现l1963年第一次实现同步卫星通信光纤通信的新纪元l 物理发觉 通信技术发展 l 20世纪60年头企图用于通信，未成功独创激光l 20世纪70年头 光纤通信得到发展l 独创光导纤维通信发展历史的启示通信发展历史的启示l通信传输始终是最活跃的技术领域，物理上的新进展都可能在通信上找到新用途，从而形成新的通信产业。l通信传输的新要求又将推动物理和器件的进展，促使人们去探讨发展新的物理机理来满足信息传输的须要。l一个优秀的通信工程师和探讨人员，必需对物理学和器件技术

4、的新进展特别感爱好，并擅长抓住新方向、新突破口迎接通信技术的革命。通信的目标通信的目标n20世纪的概念：五个W，“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（Whenever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信”。n20世纪的目标是实现“任何地方、任何时候、任何人”（anywhere,anytime,anyone)的通信；21世纪的目标应当是实现“到处、时时、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信通信系统的基本冲突通信系统的基本冲突n牢靠性与有效性 n牢靠性发送消息在接受端的精确还原（冲突的主要方

5、面）n有效性信道资源的充分利用（时域、空域、频域）n形成这种冲突的根本缘由：信道不志向 n 带宽、时间受限 n 噪声和干扰 探讨通信系统的基本动身点n在确定牢靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性 n在确定的有效性要求下，如何最大限度的提高牢靠性 n即在确定的代价下，使系统优化 n这种冲突的相对统一，也是通信技术发展的基本动力 通信模型通信分类n通信的分类可有多种划分的形式，如从通信内容上、传输信号的性质上、信道上等进行划分。n从信道划分大致可有：通信分类（2）n从通信内容上可有：从通信内容上可有：语音通信语音通信(电话电话)、图象通信、图象通信、n 多媒体通信多媒体通信n从传输信号形式有：

6、从传输信号形式有：n 模拟信号通信模拟信号通信n 数字信号通信数字信号通信n还还有有其其它它一一些些分分类类方方法法，如如窄窄带带通通信信和和宽宽带带通通信信之之分分。语语音音、低低速速数数据据属属窄窄带带通通信信，而而图图像像、多多媒媒体体、高速数据属宽带通信。高速数据属宽带通信。无线通信n无线通信是依靠自由空间来传输电磁波的通信方式。n无线通信的挑战：信道的随机时变和各种扩散（频率扩散、时间扩散、角扩散）造成的各种选择性衰落（时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落）。n对抗上述衰落的有效手段是分集。无线通信的应用概况无线通信的应用概况l短波/超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、

7、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机l微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据l卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据l移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统、卫星移动系统短波电离层通信特点：超远距离、敏捷机动；容量小、质量差用途：海外使馆远洋船队边防哨所应急通信 短波/超短波地面通信短波/超短波地面通信特点：绕射实力、敏捷机动、隐藏性好；容量较小、质量较差用途：陆军电台对空电台特种通信(武警、公安)无绳电话微波通信微波接力n特点：容量大、质量好、视距传播条件n用途：中小容量微波SDH大容量微波扩频微波高频段微波

8、点对多点微波n用途：无线集中器 无线用户环散射微波通信n衰落时变信道，距离远，频带较窄，质量较差n用途 军用 民用卫星通信高轨道卫星通信n特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道n用途：国际长途海事卫星电视广播军事通信中低轨道卫星通信特点：距离近、地面设备简洁敏捷，非静止轨道，要求跟踪用途：非实时信息传送遥感侦测卫星移动通信移动通信蜂窝系统无线通信最成功的应用第一代：模拟其次代：数字第三代：多媒体 寻呼系统无线通信最大众化的应用其它无线移动系统n集群系统n无绳电话系统n无线数据系统n无线ATM系统n无线IP系统2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 20世纪 21世纪n

9、业务方式以音频为主的单媒体 以视频为主的多媒体n干线传输微波光纤n用户传输有线无线n复接方式PDHSDHn交换模式STM分组交换、软交换n网络方式三网鼎立三网合一面对21世纪通信的三大革命l以干线（包括部分支线）传输光纤化为标记的光纤革命l以SDH、ATM和IP为标记的数字革命l以个人通信和无线接入为标记的无线革命面对21世纪通信的两大通信平台光纤通信平台：无线通信平台：超大容量、超长距离 宽带、移动 关键技术：波分复用、关键技术：CDMA、智 光纤放大器 能天线、软件无线电、MIMO、空时信号处理 无线通信面临的挑战及发展机遇l光纤通信对无线通信的巨大冲击l 巨大带宽l 超低损耗 l 较低成

10、本l 将来信息高速马路的主干道l无线通信的发展机遇l 敏捷性l 抗灾性l 移动性其次章 现代无线通信系统n2G蜂窝网络n3G无线网络n本地用户环路WLLn常见的无线通信标准2.1 2G蜂窝网络nGSM:欧洲，TDMA/FDDn临时标准136：美国，n临时标准95，美国，CDMA/FDD，2001年末蜂窝技术的用户数不同2G标准的关键技术规范2.5G移动无线网络的演进nIS95B:允许一个用户可以同时运用8个Walsh码，用户速率115.2Kbps(8*14.4).nHSCSD:高速电路交换数据，单个用户可以运用多个时隙，最高4个。414.4Kbps=57.6Kbps.nGPRS:通用无线分组业

11、务。非实时，突发方式，每个信道的峰值速率21.4Kbps，最高821.4=171.2Kbps.nEDGE:增加的GPRS，将调制方式GMSK改为8-PSK，支持多种调制编码方案。峰值速率547.2Kbps。2.5G系统简介2.2 3G无线网络nW-CDMA（通用移动通信系统UMTS）nCDMA2000nTD-SCDMAW-CDMAn欧洲电信标准协会ETSI支持.n保证对GSM、IS-136、PDC TDMA技术及多种2.5G TDMA技术的后向兼容。n信道带宽5MHz，速率8K-2Mbps。n每个信道可以支持100-350个话音信道。n调制方式：干脆序列扩频n频谱利用率是GSM系统的6倍。CD

12、MA2000n由通信工业协会TIA发起。nCDMA2000 1X支持307Kbps的用户速率。n信道带宽1.25MHz。nCDMA2000 3X支持2Mbps的用户速率。n特点：系统容量大，功耗低，廉价的演进方案。TD-SCDMAn由中国电信技术探讨院（CATT）与西门子公司合作，提交IMT-2000的3G标准。nTDMA+TDD技术。不对称信道方式。n接受了智能天线、空间滤波、联合检测技术。n信道带宽1.6MHz。n数据速率可达384Kbps。2.3 无线本地环路WLL与LMDSn工作频段：28GHz的微波频段。n视距传播。解决“最终一里”的本地环路。nLMDS:本地多点安排业务。n带宽几个

13、GHz，数据速率可达几百兆。2.4 常见无线通信标准nWLANn无线个人区域WPANnUWBn蓝牙nHome RFnHiperLANnWMAN无线局域网WLANn1997年6月26日，IEEE正式通过了无线局域网的802.11标准;n802.11b工作在2.4GISM(工业、科研、医疗)频段内14个中心频道。n802.11a是对在北美运用的WLAN中802.11b的升级，工作于5.7255.825GHzISM频段的100MHz频带内，供应25Mbit/s54Mbit/s的带宽，可以支持以太网功能，用户主要面对企业。n802.11g标准于2003年6月12日由IEEE正式定案，在很大的程度上是对

14、现有WLAN标准的一种提升。n无线以太网兼容联盟WECA将IEEE802.11b标准命名为Wi-Fi。无线局域网标准概述WLAN设备图无线个人区域网络无线个人区域网络n无线个人区域网络（Wireless personal area network，WPAN）指占用个体或设备四周10米被称为个人运行空间（POS）的网络，WPAN内的设备能相互发觉并进行通信，基本属于一种无中心（adhoc）系统n适用范围：智能化家用设备、近距离工作者和小办公室家庭办公（SOHO）n主要标准：n 蓝牙（Bluetooth）n Home RF n 高性能无线电LAN（High Performance Radio La

15、n，HiperLAN）n UWB UWB(Ultra Wide Band)n美国FCC规定，民用UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz,要求其放射功率低于美国放射噪音规定值41.3dBm/MHz n广义的UWB(Ultra WideBand，超宽带)概念指以极窄脉冲方式进行无线放射和接收的特种技术。n在于完全摆脱了一般无线收发中必需接受载波调制的传统手段，成为在时域中干脆操作的无线技术 n能够同时获得宽带高速、低成本、低功耗的好处，这在传统无线技术中始终是只能折衷取舍的两难问题。UWB(续)nIEEE协会中负责制订短距离宽带无线标准的802.15.3a工作组自2002年UWB解禁以

16、来就确定了将它用于802.15.3标准的基础。n英特尔和TI为首的多频带OFDM联盟(MBOA)提出的多频带OFDM技术 nFreescale(前摩托罗拉半导体部门)为首的集团提出的干脆序列码分多址技术(DS-CDMA)UWB(续2)n速度：UWB的脉冲宽度用于军事雷达系统时，最短在皮秒级水平，但在民用上，一般在纳秒级。目前，厂家演示的试验速度在100Mbps至480Mbps之间，但理论上有达到1Gbps以上的潜力。n距离：UWB在10米以下的短距离应用，放射距离过短并不是UWB本身的技术缺陷，而是FCC规定的低功率指标(1mW以下)所限制的，其目的是避开对其它设备的干扰。n功耗：UWB无线链

17、路的功耗可低至一般无线链路的1/100，接受芯片实现后的整体电路能耗目前在300mW左右。英特尔公司称短期内要将这一指标降至100mW以下。n成本：由于UWB不须要对载波信号的调制和解调，所以不须要混频器、过滤器、RF/IF转换器及本地振荡器等困难元件，同时更简洁集成到CMOS电路中。UWB(续3)n电磁兼容性：理论上，由于UWB脉冲极窄，频带极宽，其带宽相当于1000个电视频道或3万个FM广播频道，因此单位频宽内的功率密度相当低，其功率密度甚至低于一般的噪声水平，比如低于一部笔记本电脑的辐射。因此UWB对其它设备的影响微乎其微，事实上，标准的制订者们反过来担忧的是其它设备对UWB设备以及多部

18、UWB设备同时工作时相互间的干扰，这也是选择标准的重要指标之一。n应用：UWB可用于智能交通方面、智能家电领域，例如数字电视、投影机、摄录一体机、PC机、机顶盒之间传输可视文件和数据流，或者笔记本电脑和外围设备之间实现局部连接构成个人局域网。蓝牙（蓝牙（BluetoothBluetooth）n“蓝牙”的英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准,其本质可以说它是一种代替线缆的技术,由于蓝牙标准支持点到点也支持点到多点的连接，因此一旦须要，就可以建立若干个微网（piconet），最多十个微网能组合成所谓的“散射网”（Scatternet）的拓扑结构。n蓝牙技术的主要性能

19、指标有以下几个：工作频段：ISM频段，2.4GHz和5.8GHz 速率：1Mb/s（2.4GHz），2Mb/s（5.8 GHz）输出功率：1mW（0dBm）通信距离为10m，100mW为100m 具有跳频功能：1600h/s 标准：IEEE802.15.1蓝牙标准（开放标准）芯片价格：要求5美元蓝牙设备应用HomeRFn HomeRF无线标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。n主要技术指标：n运用开放的2.4GHz频段；n接受跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒,共有75个带宽为1MHz的跳频信道；n室内覆盖范围为4

20、5米；n调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种，接受调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落；nHomeRF 2.x标准中，接受了WBFH（Wide Band Frequency Hopping，宽带调频）技术来增加跳频带宽，数据峰值达到10Mbps。HighPerformanceRadioLan，HiperLANnHiperLAN是802.11标准的欧洲等价物，HiperLAN1发布于1996年，它工作于5GHz频带，接受的调制方式为高斯滤波最小移频键控(GMSK);HiperLAN1供应的数据速率最高可达25Mbps。整体上HiperLAN1与802.11b是相当的

21、;nHiperLAN2是HiperLAN1的其次代版本，于2000年底通过ETSI批准成为标准。它对应于IEEE的802.11a，工作在5GHz频带，接受OFDM技术，并且具备动态频率选择(DFS)、发送功率限制(TPC)功能，支持最高数据速率为54Mbps。在MAC层，HiperLAN2接受预留TDMA多址方式，动态TDD双工方式。并且能够在高吞吐率下支持QoS，从而为视频流、话音等实时应用供应支持。HiperLAN2也是一种面对连接的技术，这一点结合其QoS和带宽使其可应用在企业网络内，也供应了面对公共网络的应用。无线城域网 WMANnIEEE802.16 WMAN标准可支持1 GHz到2

22、 GHz、10 GHz，以及12 GHz到66 GHz等多个须要许可和无须许可的无线频段，可供应高达70Mbit/s的数据传输速率和多达50公里的覆盖范围，每一部不足2万美元的WMAN基站可在为60家企业用户供应T-1服务的同时，为家庭和小型商业用户256kbit/s或者384kbit/s的低端DSL服务。无线通信系统演进n is95GSMTDMA PDC 2G 9.6-14.4 kbpscdma1xGPRS 2.5G 64144 kbpsWLAN WPANB 3G?384 kbps-20 MbpsAlways Best Connected EDGEWCDMAcdma20003G384 kbp

23、s-2 Mbps4G100 Mbps?New air-interface?Ad hoc networksWMANVirtual RealityAlways Best Connected Optical NetworkingGlobal Wireless StandardsIEEE 802.15 BluetoothUWBWMAN20 kmWLAN100 mWPAN10 mETSI HiperPANIEEE 802.11 Wireless LANETSI HiperLANIEEE 802.16 WirelessMANETSI HiperMAN HIPERACCESSIEEE 802.20(prop

24、osed)3GPP,GSM/EDGEWCDMATD-SCDMA3GPP2CDMA20001xEV/DO/DVIEEE 802.11 Specs.(WiFi)802.11b802.11g802.11aMax.Speed11 Mbps54 Mbps54 MbpsModulation CCKOFDM&CCKOFDMFrequencies2.4 2.497 GHz2.4 2.497 GHz5 GHz bandApprovalJuly 1999June 2003July 1999802.11 V.S.802.16IEEE 802.11IEEE 802.16aMax Speed11 Mbps(11b)54

25、 Mbps(11a&g)70 MbpsRange100 m300 m40 kmQoSNoneYesCoverageIndoor Opt.Outdoor Opt.UsersHundredsThousandsService LevelsNoneYesComparisons:3G vs.WiFi3GWiFiStandardWCDMA,CDMA2000IEEE 802.11Max Speed2 Mbps54 MbpsOperationsCell phone companiesIndividuals,WISPLicenseYesNoCoverage AreaSeveral km100m300 mAdva

26、ntagesRange,mobilitySpeed,cheapDisadvantages RelativelyExpensiveShort rangeComparisons:3G vs.Wi-Max3GWi-Max(Wider-Fi)StandardWCDMA,CDMA2000 IEEE 802.16Max Speed2 Mbps10 to 100 MbpsOperationsCell phone companiesIndividuals,WISPLicenseYesYes/NoCoverage AreaSeveral kmSeveral kmAdvantagesRange,mobilityS

27、peed,long rangeDisadvantagesRelativelyExpensiveInterference issues?Comparisons:3G vs.Mobile-Fi3GMobile-FiStandardWCDMA,CDMA2000IEEE 802.20Max Speed2 Mbps16 MbpsOperationsCell phone companiesWISPsLicenseYesYesCoverage AreaSeveral kmSeveral kmAdvantagesRange,mobilitySpeed,mobilityDisadvantagesRelativelyExpensiveCost?Thank You See you next week!