无线通信系统概述幻灯片.ppt

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1、无线通信系统概述1第1页，共75页，编辑于2022年，星期六内容简介信息系统概述信息的处理无线通信系统概述无线通信系统实例2第2页，共75页，编辑于2022年，星期六信息系统包括的内容信息的产生与获取数据信息语音信息图像信息信息的处理与存储模拟信息转换为数字信息信息的压缩信息的传输与网络时间传输：信息存储以利于今后使用空间传输：利用某种传输媒质信息进行传输3第3页，共75页，编辑于2022年，星期六现有无线通信系统移动蜂窝网系统第二代（GSM,IS-95)第三代（CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA）局域网系统无线局域网（WLAN）无线广域网（WMAX）广播电视系统卫星通信系统近距无

2、线通信网络无线个域网（WPAN）无线传感器网络（WSN）无线射频识别（RFID）4第4页，共75页，编辑于2022年，星期六完整的通信系统信源与信源处理单元信号发射机与信号接收机传输网络5第5页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统分类模拟通信系统：将采集的信号直接进行传输模拟信号直接进行传输代表性系统：模拟电视，AM广播数字传输系统：传输的信号只包括“0”，“1”数字 化信号将信号转变为数字信号后再进行传输典型系统：手机信号，计算机网络模拟通信系统正在逐步被数字通信系统取代6第6页，共75页，编辑于2022年，星期六3.6V3.8V0.2V（噪声）接收到错误电平信号模拟通信系统7第7页

3、，共75页，编辑于2022年，星期六3.6V3.8V0.2V（噪声）判决正确数字通信系统判决“1”1.8V“1”3.6v；“0”0v8第8页，共75页，编辑于2022年，星期六3.6V“1”2.6V1.0V判决正确数字通信系统判决“1”1.8V“1”3.6v；“0”0v9第9页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线10第10页，共75页，编辑于2022年，星期六数字通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接

4、收天线11第11页，共75页，编辑于2022年，星期六信源编码是将信息转换成二进制数据，而后进行适当的压缩。例如：语音编码。信源解码过程是这个过程的逆过程。信源编码/信源解码模拟信号数字信号采样模拟/数字信源编码数字信号12第12页，共75页，编辑于2022年，星期六例：语音信号编码语音信号的频率：300Hz-3400Hz（一般为语音信号最高频率是4KHz）13第13页，共75页，编辑于2022年，星期六语音信号的采样采样定理。14第14页，共75页，编辑于2022年，星期六语音信号的量化3.5v01100011100100114.7v15第15页，共75页，编辑于2022年，星期六语音信号的

5、压缩原始信号：2 X 4k X 8=64kbits/s语音信号压缩技术：GSM系统中语音信号为9kbits/s语音信号可以压缩到1kbits/s以下16第16页，共75页，编辑于2022年，星期六图像信号的压缩图像信号是由一个个的像素组成(例800X600)，每个像素的幅度表示灰度彩色图像有三种不同的基色图像信号具有更多的信息量需要传输（例:800 X 600 X 25帧/秒 X 3)高清电视图像信号的传输需要几十兆比特/秒17第17页，共75页，编辑于2022年，星期六0110101001000101信源编码的工作一般由“信号与信息处理”专业的研究人员完成18第18页，共75页，编辑于202

6、2年，星期六信源编码：无损编码 举例HuffmanHuffman编码：设信源有8种字母，对应概率为XP(X)A0.20B0.19C0.18D0.17E0.15F0.10G0.05H0.0519第19页，共75页，编辑于2022年，星期六信源编码：无损编码 举例Huffman20第20页，共75页，编辑于2022年，星期六信源编码：有损编码语音编码：64kbps32/16/8/4.8/2.4/0.8kbps预测编码PCMDPCMADPCM参数编码高清晰度电视：1Gbps20Mbps分块/DCT/变换系数量化/Huffman编码帧间前向预测编码、P帧帧间前向后向预测编码、B帧21第21页，共75页

7、，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线22第22页，共75页，编辑于2022年，星期六用于保证接收到的“0”，“1”序列是正确的 错误检测可检查接收信息是否正确需要加入一些冗余信息 错误纠正可以检测并可以纠正错误需要更多的冗余信息 重传机制在系统能够监测到错误但不能纠正错误时需要更多冗余产生时延信道编码23第23页，共75页，编辑于2022年，星期六正确信息：我们明天14:0016:00开会接收到的错误信息：我们明天10:0016：00开会：接收信息有错误，但接收端无法知道纠错编码的意义

8、24第24页，共75页，编辑于2022年，星期六正确信息：我们明天14:0016:00开会利用编码的方法可使错误被检测到：我们明天下午10:0016：00开会：错误可被检测到，但不能被纠正：这里加入了一定的冗余信息纠错编码的意义25第25页，共75页，编辑于2022年，星期六利用编码的方法可使错误被检测到并被纠正 我们明天下午10:0016:00开会两个小时两个小时：错误可被检测，并可被纠正：加入了更多的冗余信息纠错编码的意义26第26页，共75页，编辑于2022年，星期六有些错误是无法检测到并被纠正的 我们明天下午16:0018:00开会两个小时：加入了足够的冗余信息：错误无法被检测并被纠正

9、纠错编码的意义27第27页，共75页，编辑于2022年，星期六设信源码元为x3,x4,x5,x6，三位附加码元为x0,x1,x2，满足以下条件：信道编码：举例（7,4）汉明码传输序列：传输序列：x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6上述编码上述编码/解码可以纠正接收序列中一定数量的错误解码可以纠正接收序列中一定数量的错误28第28页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线29第29页，共75页，编辑于2022年，星期六调制调制:将若干个二进制数字组成的序列映射成一组相将若干个二

10、进制数字组成的序列映射成一组相应时间波形应时间波形 例：待传序列为：例：待传序列为：0010111001t数字数字信号值信号值00101-110311-3T2T3T13T：一个波形占有的时间：一个波形占有的时间30第30页，共75页，编辑于2022年，星期六载波调制后的信号载波调制后的信号:31第31页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线32第32页，共75页，编辑于2022年，星期六带宽限制导致低通滤波的需要频率轴用户1用户633第33页，共75页，编辑于2022年，星期六

11、利用不同的通信频带传输信号34第34页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的基本定义比特：“0”，“1”带宽：Hz,KHz,MHz传输速率：比特/秒(b/s,bps)，kb/s,Mb/s信噪比：信号功率/噪声功率（dB）35第35页，共75页，编辑于2022年，星期六传输比特率 若每个符号可以携带k个比特，（如 8PSK时k=3）,则系统传输的符号率 R与比特率Rb的关系有：k=Rb/R36第36页，共75页，编辑于2022年，星期六几种通信系统带宽GSM：若干200KHz频带构成CDMA：若干1.25MHz频带构成广播数字电视（DVB-T）：若干6/7/8MHz频带带宽构成37第37

12、页，共75页，编辑于2022年，星期六38第38页，共75页，编辑于2022年，星期六经过低通滤波器后的载波调制信号经过低通滤波器后的载波调制信号:39第39页，共75页，编辑于2022年，星期六无线发射信号无线发射信号Signal attenuation from transmitter to receiver Signal attenuation from transmitter to receiver a function of the distance a function of the distance 40第40页，共75页，编辑于2022年，星期六方向性天线方向性天线41第41页

13、，共75页，编辑于2022年，星期六信道的问题噪声的影响时变幅度衰减时变相位变化传输时延临近频道干扰42第42页，共75页，编辑于2022年，星期六高斯噪声43第43页，共75页，编辑于2022年，星期六无线电波的传输无线电波的传输44第44页，共75页，编辑于2022年，星期六时延特性45第45页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线46第46页，共75页，编辑于2022年，星期六接收机的主要工作天线接收无线电波并转化为电信号对电信号进行滤波及解调对接收信号进行纠错解码对信源

14、信号进行解压缩得到原始信号47第47页，共75页，编辑于2022年，星期六接收机数字通信的接收机复杂度大于发射机一般来讲接收机需要对付信道对发射信号的畸变发射信号的设计要以接收机能否正常接收到发射信号为原则48第48页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的构成（点到点）信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线49第49页，共75页，编辑于2022年，星期六无线通信系统的研究内容信道编码/解码的研究（纠错编码）BCH码，卷积码，turbo码，LDPC码调制/解调技术的研究BPSK，QAM，OFDM天线与传输技术的研究天线发射/接收，

15、方向性天线，智能天线，多天线技术无线通信系统的硬件实现给出解决方案，进行硬件实现50第50页，共75页，编辑于2022年，星期六通信系统的研究理论研究信号时间频率特性分析各种接收准则通信系统的计算机仿真仿真系统的建立仿真参数的调整新的算法的给出通信系统的硬件实现样机的研制芯片的研制51第51页，共75页，编辑于2022年，星期六噪声经过相关器，接收信号可表示为噪声经过相关器，接收信号可表示为其中其中n(t)与判决无关与判决无关,因此判决完全根据相关器的输出信号的噪声分因此判决完全根据相关器的输出信号的噪声分量量nk进行判决。进行判决。噪声项噪声项例：例：理论研究理论研究52第52页，共75页，

16、编辑于2022年，星期六例：通信系统仿真例：通信系统仿真53第53页，共75页，编辑于2022年，星期六例：通信模块电路板54第54页，共75页，编辑于2022年，星期六芯片芯片55第55页，共75页，编辑于2022年，星期六通信网分类电信网例：固定电话，移动电话广播网例：声音广播，电视广播计算机网例：Internet56第56页，共75页，编辑于2022年，星期六一体化通信网络的构想核心：高速光纤传输网络地面：接入、蜂窝、局域、城域上层：天基网络垂直：卫星网络下层：自组织、传感器网络57第57页，共75页，编辑于2022年，星期六无线通信面临的挑战随时随地连接网络多种业务多种设备的集合语音，

17、数字，音频，视频电话，电视，照相机，计算机产品的小型化、低功耗、低成本58第58页，共75页，编辑于2022年，星期六几种无线通信网络介绍（几种无线通信网络介绍（1）-GSM 59第59页，共75页，编辑于2022年，星期六个人无线通信优点：移动性良好缺点：频带利用率低60第60页，共75页，编辑于2022年，星期六频率规划问题61第61页，共75页，编辑于2022年，星期六提高空间利用率的策略减小无线电波覆盖面积提高信号接收效率主要技术方案减小蜂窝尺寸扇区分割技术智能天线技术多天线技术（MIMO）62第62页，共75页，编辑于2022年，星期六几种无线通信网络介绍（几种无线通信网络介绍（2）

18、-卫星通信卫星通信63第63页，共75页，编辑于2022年，星期六几种无线通信网络介绍（几种无线通信网络介绍（3）-无线传感器网络无线传感器网络 64第64页，共75页，编辑于2022年，星期六例：WSN的应用65第65页，共75页，编辑于2022年，星期六小区小区 1节点节点小区小区小区小区2小区小区 3无线传感器可以自动组网66第66页，共75页，编辑于2022年，星期六被动式RFID标签从读写器的信号 中获取能量进行传输主动式RFID 自带 几种无线通信网络介绍（4）-RFID67第67页，共75页，编辑于2022年，星期六N NS STAGReaderReaderTAG近距离近距离RF

19、ID远距离远距离RFID68第68页，共75页，编辑于2022年，星期六标签电子编号标签电子编号 Header -Tag version number EPC Manager -Manufacturer ID Object class -Manufacturers product ID Serial Number -Unit IDWith 96 bit code,268 million companies can each categorize 16 million different products where each product category contains up to 68

20、7 billion individual units Note:64 bit versions also defined,256 bit version under definition69第69页，共75页，编辑于2022年，星期六标签与读写器读写器读写器标签标签背散射它的信号到读写器70第70页，共75页，编辑于2022年，星期六RFID场景应用71第71页，共75页，编辑于2022年，星期六几种无线通信网络介绍(5)-超宽带技术及其应用超宽带技术能够解超宽带技术能够解决家电设备间的连决家电设备间的连线问题吗？线问题吗？72第72页，共75页，编辑于2022年，星期六数字家数字家电移移动设备无线无线 USB USB 解决方解决方案：实现高速数案：实现高速数据业务的组网与据业务的组网与传输传输73第73页，共75页，编辑于2022年，星期六人们对无线业务的需求是日益增加的无线频谱资源是非常有限的新的技术层出不穷期待突破性的创新成果期待突破性的创新成果无线通信领域的未来无线通信领域的未来74第74页，共75页，编辑于2022年，星期六75第75页，共75页，编辑于2022年，星期六