第01讲-概论及组成(1)..ppt

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1、清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信工程无线通信工程姚彦教授姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室清华大学微波与数字通信国家重点实验室20042004年年9 91212月月清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程u 课程简介课程名称：无线通信工程讲课教师：姚彦课内总学时：32u 课程目的以面向21世纪的无线通信为背景，介绍无线通信与网络的系统组成、信道特性、传输技术、抗衰落技术、蜂窝技术、多址技术以及无线通信的移动管理、网络互联等，为从事这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。课程概况课程概况清华大学微波

2、与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程u 历史、现状及发展的关系，了解历史、掌握现状、展望未来。u基础知识和扩展知识的关系,牢牢掌握最基础的知识。u定性知识和定量知识的关系，在定性的基础上掌握定量。u 本课程以基础为主，以定性为主，但帮助同学向扩展及定量延伸。学习要点学习要点清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程第1、2讲 概论及组成第3、4讲 无线信道第5、6讲 传输技术第7、8讲 抗衰落技术 课程大纲课程大纲第9、10讲 蜂窝技术第11、12 多址技术第13讲 移动管理第14讲 网络互联 清华大学微波与数字通信技术国家重点实验

3、室第01讲概论及组成(1)无线通信工程姚彦北京清华大学电子工程系 100084电话：01062781396Email:教科书：“无线通信与网络”，电子工业出版社参考书：“无线通信原理与应用”，电子工业出版社“数字微波中继通信工程”，人民邮电出版社本课程的讲稿请从以下网址下载：ftp:/ 1）清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程l历史历史l环境环境l应用应用l发展发展l热点热点清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程 历史回顾历史回顾l通信（Communication)作为电信（Telecommunication)是从1

4、9世纪30年度开始的。物理发现 通信技术发展 1831年法拉第电磁感应 1837年莫尔斯发明电报1873年马克斯韦尔的电 1876年贝尔发明电话磁场理论 1895年马可尼发明无线电l开辟了电信（Telecommunication)的新纪元清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）电话的发明者贝尔电话的发明者贝尔贝尔（18471922）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 1875年 发明多路电报 1876年 发明电话 1878年 成立贝尔电话公司一生曾获许多专利。妻子是一位聋人。清华

5、大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）无线电的发明者马可尼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清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）物理发现 通信技术发展 1906年发明电子管 模拟通信得到发展开辟了模拟通信的新纪元 1928年奈奎斯特准则和取样

6、定理 1948年山农定理在理论上为数字通信准备了条件 清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）物理发现通信技术发展 20世纪50年代数字通信得到发展 发明半导体20世纪60年代 发明集成电路 开辟了数字通信的新纪元清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）物理发现通信技术发展 20世纪50年代20世纪40年代提出静止卫航天技术星概念，但无法实现1963年第一次实现同步卫星通信开辟了空间通信的新纪元清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工

7、程历史回顾（续）历史回顾（续）物理发现通信技术发展 20世纪60年代企图用于通信，未成功发明激光 20世纪70年代光纤通信得到发展发明光导纤维 开辟了光纤通信的新纪元清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程历史回顾（续）历史回顾（续）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，促使人们去研究发展新的物理机理来满足信息传输的需要。l一个优秀的通信工程师和研究人员，必须对物理学和器件技术的新进展十分感兴趣，并善于抓住新方向、新突破口

8、迎接通信技术的革命。清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的环境无线通信的环境面临的主要矛盾面临的主要矛盾l资源紧张：日益增长的用户数和有限频谱资源的矛盾。l环境恶劣：用户对业务质量的需求和无线传播环境的矛盾。无线传播无线干扰清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的环境（续）无线通信的环境（续）频谱频谱l长波30300 KHz10-1kml中波0.3-1.5 MHz1000-200ml短波1.5-30 MHz100-10ml超短波:米波30-300 MHz10-1ml微波：分米波0.33 GHz 100

9、-10cm 厘米波3-30 GHz 10-1cm 毫米波30-300 GHz 10-1mm 亚毫米波300-3000 GHz1-0.1mml光波：红外光3103-3105 GHz 100-1m 可见光3105-3106 GHz 0.8-0.4m清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的环境（续）无线通信的环境（续）传播传播l无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、地波（直射、反射、绕射）l无线传播的分类带宽受限信道和功率受限信道色散信道和非色散信道恒参信道和变参信道点对点信道和多址信道清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(

10、1)无线通信工程无线通信的环境（续）无线通信的环境（续）带宽受限信道和功率受限信道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)l带宽受限信道Eb/N0 C/W W 无限功率可以换取带宽l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，带宽不能无限制地换取功率山农信道容量曲线Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的环境（续）无线通信的环境

11、（续）色散与非色散信道、恒参与变参信道色散与非色散信道、恒参与变参信道l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。l输入信号为频域冲击函数，检验是恒参信道还是变参信道。C(;t)u(t)v(t)tt(t)v(t)ff(f)S(f)清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的环境（续）无线通信的环境（续）点对点信道和多址信道点对点信道和多址信道l点对点信道点对点信道：和有线信道类似，体现不出无线的特点。l多址信道多址信道：无线传输的突出优点之一是能实现多址接入。点对点信道无线用户1无线用户2空间环境无线用户k空间环境无线用户1多址信道Sk(t

12、)Rk(t)清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的应用无线通信的应用l短波短波/超短波通信超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、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 清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程 短波电离层通信短波电离层通信l特点：超远距离、灵活机动；容量小、

13、质量差l用途：海外使馆远洋船队边防哨所应急通信 短波短波/超短波地面通信超短波地面通信l特点：绕射能力、灵活机动、隐蔽性好；容量较小、质量较差l用途：陆军电台对空电台特种通信(武警、公安)无绳电话无线通信的应用（续）无线通信的应用（续）短波、超短波通信短波、超短波通信清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的应用（续）无线通信的应用（续）微波通信微波通信微波接力微波接力l特点：容量大、质量好、视距传播条件l用途：中小容量微波SDH大容量微波扩频微波高频段微波点对多点微波点对多点微波l用途：无线集中器 无线用户环散射微波通信散射微波通信l衰落时变信道，

14、距离远，频带较窄，质量较差l用途 军用 民用清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的应用（续）无线通信的应用（续）卫星通信卫星通信 高轨道卫星通信高轨道卫星通信l特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道l用途：国际长途海事卫星电视广播军事通信 中低轨道卫星通信中低轨道卫星通信l特点：距离近、地面设备简单灵活，非静止轨道，要求跟踪l用途：非实时信息传送遥感侦测卫星移动通信清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的应用（续）无线通信的应用（续）移动通信移动通信蜂窝系统蜂窝系统l无线通信最成功的应

15、用l第一代：模拟第二代：数字第三代：多媒体 寻呼系统寻呼系统l无线通信最大众化的应用 其它无线移动系统其它无线移动系统l集群系统l无绳电话系统l无线数据系统l无线ATM系统l无线IP系统清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的发展无线通信的发展面向面向2121世纪通信的重大变革世纪通信的重大变革 2020世纪世纪 2121世纪世纪l业务方式以音频为主的单媒体以视频为主的多媒体l干线传输微波光纤l用户传输有线无线l复接方式PDHSDHl交换模式STMATMl网络方式三网鼎立三网融合清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通

16、信工程无线通信的发展（续）无线通信的发展（续）面向面向2121世纪通信的三大革命世纪通信的三大革命 l以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命光纤革命l以SDH、ATM和IP为标志的数字革命数字革命l以个人通信和无线接入为标志的无线革命无线革命清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的发展（续）无线通信的发展（续）面向面向2121世纪通信的两大平台世纪通信的两大平台 光纤通信平台：光纤通信平台：无线通信平台：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、软件无线电清华大学微波与数字

17、通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的发展（续）无线通信的发展（续）无线通信面临的挑战及发展机遇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光纤通信对无线通信的巨大冲击 巨大带宽 超低损耗 较低成本 未来信息高速公路的主干道，还有 Fiber to home 的趋势l无线通信的发展机遇无线通信的发展机遇 灵活性 抗灾性 移动性 清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的发展（续）无线通信的发展（续）面向面向2121世纪通信的世纪通信的无线革命无线革命 l2020世纪通信网的基本框架世纪通信网的基本框架中继

18、线 无线为主（微波、卫星）天上天上包括部分有线（电缆）用户线 有线为主（市话电缆）地下地下包括部分无线（无线电话）l2121世纪通信网的基本框架世纪通信网的基本框架中继线 有线为主（光缆）地下地下包括部分无线（微波、卫星）用户线 无线为主 天上天上 包括部分有线清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点无线通信的热点个人通信个人通信l1986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l1986年 CCITT讨论 UPT（全球通用个人通信）l1989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l90

19、年代以来，美国提出个人通信业务（PCS），或个人通信系统（PCS）但是，到底什么是个人通信？lCCITT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lCCIR、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l以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信 Wireless Personal Communications清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点（续）无线通信的热点（续）无线接入无线接入l技术关键技术关键 多址

20、有效性与可靠性 组网 蜂窝信令与空间接口l高层无线接入高层无线接入 特点：蜂窝范围大 复杂的信道处理（纠错、均衡、分集）快速移动 无线交换 功率大 成本高 低速语音编码l低层无线接入低层无线接入 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）清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点（续）无线通信的热点（续）无线无线ATMATMl无线无线 ATM ATM 的发展背景的发展背景 ATM方式是未来通信网发展的重要趋势 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l无线无线 A

21、TM ATM 的技术关键的技术关键 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l无线无线 ATM ATM 的应用前景的应用前景 军事通信、多媒体通信清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点（续）无线通信的热点（续）软件无线电软件无线电l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l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 Wi

22、reless OSI 分层结构 l软件无线电的关键技术 多频段天线及 RF前端技术 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l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清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点（续）无线通信的热点（续）第三代移动通信第三代移动通信l第一代第一代模拟话音NMT，AMPS，TACSl第二代第二代数字话音低速数据（小于64Kbps)GSM,PDC，IS-95，IS-136（D-AMPS）l第三代第三代多媒体业务（小于2Mbps）第二代业务UMTS/IMT-2000无

23、线传输无线传输标准的主要建议标准的主要建议lWCDMAWCDMA欧洲把二个标准溶合成TDD /FDD，得到日本、美国、韩 国支持，将会成为主流lcdma2000cdma2000美国提出，和IS-95兼容lTD-SCDMATD-SCDMA中国提出 清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室第01讲概论及组成(1)无线通信工程无线通信的热点（续）无线通信的热点（续）第四代移动通信（第四代移动通信（B3GB3G）技术要点技术要点l采用OFDM、多载波、自适应调制解调及其它无线传输链路技术，使信息峰值传输速率达20Mbps；其无线空中接口技术支持在高速分组传输条件下多个移动终端的无线资源共享，支持大速率变化范围（8kbps 20Mbps）和不同QoS要求，系统容量为3G系统的35倍。关键技术关键技术l时间与频率的同步、抗多径干扰与多普勒频偏、导频插入与信道估计、多用户联合检测、高效分组数据传输和无线资源管理等。l采用：OFDM技术、MIMO技术、时空信号处理技术、新型纠错编码技术等。