无线通信系统与技术第3章无线通信系统基本知识.ppt

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1、第第3章章无线通信系统基本知识无线通信系统基本知识 无线通信系统是指利用电磁波在空间传无线通信系统是指利用电磁波在空间传播完成信息传输的系统。播完成信息传输的系统。最基本的无线通信系统由发射器、接收最基本的无线通信系统由发射器、接收器和无线信道组成，如图器和无线信道组成，如图3-1所示。所示。图图3-1 无线通信系统组成无线通信系统组成 在发射器中完成信息的调制，即将基带在发射器中完成信息的调制，即将基带信号搬移到射频上并放大到足够的功率，信号搬移到射频上并放大到足够的功率，射频信号通过发射天线变成电磁波在无线射频信号通过发射天线变成电磁波在无线信道上传输；在接收端，空间传播的电磁信道上传输；

2、在接收端，空间传播的电磁波通过接收天线转变为射频信号进入接收波通过接收天线转变为射频信号进入接收器，接收器对信号进行解调，恢复出原始器，接收器对信号进行解调，恢复出原始信息。信息。信息有时也叫做情报、调制信号或基带信息有时也叫做情报、调制信号或基带信号。信号。理想的通信系统应能够在接收器中准确理想的通信系统应能够在接收器中准确地恢复出信息，但由于传输过程中无线信地恢复出信息，但由于传输过程中无线信道会引起信号的失真，同时会引入噪声的道会引起信号的失真，同时会引入噪声的影响，因此在接收解调过程中需要有相应影响，因此在接收解调过程中需要有相应的措施保证信息的正确性。的措施保证信息的正确性。无线通信

3、系统结构无线通信系统结构3.13.1天线基础知识天线基础知识3.23.2发射系统组成发射系统组成3.33.3接收系统组成接收系统组成3.43.4本章小结本章小结3.53.53.1 3.1 无线通信系统结构无线通信系统结构 当无线用户之间可以直接进行通信时，我当无线用户之间可以直接进行通信时，我们称这种方式为点对点通信方式，根据用户们称这种方式为点对点通信方式，根据用户之间信息传送的方向，可以分为单工通信与之间信息传送的方向，可以分为单工通信与双工通信。双工通信。若无线用户之间由于距离或其他原因，若无线用户之间由于距离或其他原因，不能直接进行信息传输而必须通过中继方不能直接进行信息传输而必须通过

4、中继方式进行时，我们称为无线网络通信方式。式进行时，我们称为无线网络通信方式。1 1单工与双工通信单工与双工通信 单工通信系统，通信只有从发射器到接单工通信系统，通信只有从发射器到接收器一个方向，即消息只能单方向传输。收器一个方向，即消息只能单方向传输。通常所说的通信系统多数是双向通信，通常所说的通信系统多数是双向通信，即消息可以在两个方向上进行传输，称双即消息可以在两个方向上进行传输，称双工通信。工通信。双工通信又可分为全双工通信与半双工双工通信又可分为全双工通信与半双工通信。通信。图图3-2 全双工通信系统组成全双工通信系统组成图图3-3 半双工通信系统组成半双工通信系统组成2 2无线网络

5、无线网络 目目前前存存在在的的无无线线网网络络有有两两种种：第第一一种种是是基基于于网网络络基基础础设设施施的的网网络络，这这种种网网络络的的典典型应用为移动通信网。型应用为移动通信网。图图3-4 星状网络星状网络 第二种为无网络基础设施的网络，一般第二种为无网络基础设施的网络，一般称之为自组织网（称之为自组织网（Ad hoc）。）。3.2 3.2 天线基础知识天线基础知识 3.2.1 概述概述1天线增益天线增益 天线是将传输线中的电磁能转化成自由天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波或将空间电磁波转化成传输空间的电磁波或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的设备。线中的电磁能的设备。图

6、图3-5 全向天线的辐射方向图全向天线的辐射方向图图图3-6 理想点源（无耗均匀辐射器）的辐射方向图理想点源（无耗均匀辐射器）的辐射方向图 图图3-7 全向天线与理想点源的辐射方向图对比全向天线与理想点源的辐射方向图对比2 2天线极化天线极化 天线的极化就是指天线辐射时形成的电天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度（图中箭头）方向。场强度（图中箭头）方向。图图3-8 垂直极化（垂直极化（Vertical）图图3-9 水平极化（水平极化（Horizontal）图图3-10 导线间距与辐射强度的示意图导线间距与辐射强度的示意图图图3-11 半波对称振子示意图半波对称振子示意图3 3谐振频率与天线

7、带宽谐振频率与天线带宽 天线一般在某一频率调谐，并在此谐振天线一般在某一频率调谐，并在此谐振频率为中心的一段频带上有效，这个调谐频率为中心的一段频带上有效，这个调谐频率称为谐振频率。频率称为谐振频率。天线的带宽是指它有效工作的频率范围。天线的带宽是指它有效工作的频率范围。4 4天线阻抗天线阻抗 天线阻抗是指天线对交流电所产生的阻天线阻抗是指天线对交流电所产生的阻碍，单位为欧姆（碍，单位为欧姆（）。）。5 5波瓣宽度波瓣宽度 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低低3dB时（功率密度降低一半）的两点间时（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度

8、或的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。主瓣宽度或半功率角）。图图3-12 水平波瓣宽度水平波瓣宽度 图图3-13 垂直波瓣宽度垂直波瓣宽度6 6天线倾角天线倾角 天线倾角是指天线主瓣方向与水平面的天线倾角是指天线主瓣方向与水平面的夹角，是指辐射电波的倾角，而并不是天夹角，是指辐射电波的倾角，而并不是天线振子本身机械上的倾角。线振子本身机械上的倾角。7 7驻波比驻波比 驻波比全称为电压驻波比（驻波比全称为电压驻波比（VSWR），是），是表示天馈线与基站匹配程度的指标。表示天馈线与基站匹配程度的指标。3.2.2 3.2.2 天线阵列天线阵列 天线阵列是指由多个简单的天线元组合

9、天线阵列是指由多个简单的天线元组合起来构成的天线。起来构成的天线。图图3-14 垂射和端射天线阵列垂射和端射天线阵列 1 1直排阵列直排阵列 图图3-15所示的是垂射阵列中的一种类型，所示的是垂射阵列中的一种类型，它使用的是半波偶极天线。它使用的是半波偶极天线。由于各天线元的轴都沿着同一条直线放由于各天线元的轴都沿着同一条直线放置，因此它叫做置，因此它叫做“直排阵列直排阵列”。图图3-15 直排阵列直排阵列2 2垂射阵列垂射阵列图图3-16 垂射阵列垂射阵列图图3-17 直排阵列与垂射阵列辐射图的比较直排阵列与垂射阵列辐射图的比较3 3端射阵列端射阵列图图3-18 端射阵列端射阵列4 4对数周

10、期偶极天线阵列对数周期偶极天线阵列图图3-19 对数周期偶极天线阵列对数周期偶极天线阵列3.3 3.3 发射系统组成发射系统组成 发射系统的作用是产生具有足够功率和合发射系统的作用是产生具有足够功率和合 适频率的调制后的信号，并且将该信号耦合适频率的调制后的信号，并且将该信号耦合到天线发射出去。到天线发射出去。图图3-20 外差式发射机的结构图外差式发射机的结构图3.4 3.4 接收系统组成接收系统组成图图3-21 超外差式接收机结构图超外差式接收机结构图3.5 3.5 本章小结本章小结 本章介绍了无线通信系统的基本概念与本章介绍了无线通信系统的基本概念与系统构成，根据通信双方的应用需求和环系

11、统构成，根据通信双方的应用需求和环境因素可以选择直接或间接的传输方式，境因素可以选择直接或间接的传输方式，采用中继方式的通信需要通信网络。采用中继方式的通信需要通信网络。天线是通信收发端的重要部件，主要完天线是通信收发端的重要部件，主要完成传输线中的电磁能与空间传播的电磁波成传输线中的电磁能与空间传播的电磁波之间的转换。之间的转换。天线是无源器件，发射天线所辐射的功率天线是无源器件，发射天线所辐射的功率不可能比发射机进入天线的功率更大。不可能比发射机进入天线的功率更大。天线是互易器件，同一天线可以用作发天线是互易器件，同一天线可以用作发射天线或用作接收天线，性能一样，并且射天线或用作接收天线，

12、性能一样，并且具有相同的增益。具有相同的增益。衡量天线性能的参数有：天线增益、天衡量天线性能的参数有：天线增益、天线线 极化、谐振频率、天线带宽、天线阻抗、极化、谐振频率、天线带宽、天线阻抗、波瓣宽度、天线倾角和驻波比等。波瓣宽度、天线倾角和驻波比等。将简单的天线元组合起来构成天线阵列，将简单的天线元组合起来构成天线阵列，可以获得更大的增益和更好的定向特性。可以获得更大的增益和更好的定向特性。发射系统的作用是产生具有足够功率和合发射系统的作用是产生具有足够功率和合适频率的调制后信号，并且将该信号耦合到适频率的调制后信号，并且将该信号耦合到天线发射出去。天线发射出去。通常包括载波振荡器、混频器、调制器、通常包括载波振荡器、混频器、调制器、中频放大和射频放大等模块。中频放大和射频放大等模块。接收系统将天线中的有用信号从其他信接收系统将天线中的有用信号从其他信号中分离出来，并将它放大、解调，恢复号中分离出来，并将它放大、解调，恢复原始基带信号。原始基带信号。通常包括本地载波振荡器、射频放大、混通常包括本地载波振荡器、射频放大、混频器、中频放大和解调等模块。频器、中频放大和解调等模块。