无线通信简介

无线通信简介理工大学通信工程学院侯兴康2015年7月无线通信简介理工大学通信工程学院主要内容1通信基础知识2无线通信3短波通信4无线自组织网无线通信简介理工大学通信工程学院1通信基础知识1.1什么是通信1.2通信系统的一般框图1.3数字通信系统框图1.4通信方式1.5通信系统分类无线通信简介理工大学通信工程学院1.1什么是通信通信就是信息的传递过程。信息的表现形式是“消息”。通信就是将消息从一个时空传递到另一个时空的过程。常见的消息有话音、图像、视频、数据等。对通信系统的基本要求：快速、准确、保密、畅通有效、可靠优质、廉价无线通信简介理工大学通信工程学院1.2通信系统的一般框图消息的产生地，消息原始（电）信号原始信号传输信号（适合在信道中传输的信号）传输信号的物理媒质信道中的噪声其他噪声信息的归宿点，接收信号消息信源发送设备信道信宿噪声源接收设备传输信号接收信号无线通信简介理工大学通信工程学院1.3数字通信系统框图接收设备发送设备信源信源编码器加密器信道编码器调制器信宿信源译码器解密器信道译码器解调器信道噪声源模拟信号数字信号减少信号中的冗余以提高有效性信息加密可选件使信息带有规律性，以减少误码概率增加冗余以提高可靠性可选件频谱搬移，以适应频带传输要求基带传输无需此模块无线通信简介理工大学通信工程学院1.4通信方式按消息传递的方向与时间关系分：单工通信：单向通信。双工通信：双向通信。半双工通信：时分双向通信。按数字信号排列顺序分：并行通信：数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。串行通信：数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。无线通信简介理工大学通信工程学院1.5通信系统分类按通信业务分：语音通信，视频通信，数据通信等。按系统结构分：点对点通信，通信网。按信号特征分：模拟通信，数字通信。按传输媒质分：有线通信，无线通信。无线通信简介理工大学通信工程学院2无线通信2.1简单的无线电通信系统2.2频率、波长、无线电频段划分2.3电波传播模式2.4短波电台2.5超短波电台2.6微波接力2.7散射通信2.8卫星中继2.9主流无线通信网无线通信简介理工大学通信工程学院2.1简单的无线电通信系统两个无线电台（对讲机）信号以无线电波的形式传输无线电波最重要的参数：频率功率频率需符合国家无线电频谱规划频率决定了设备（特别是天线）的尺寸无线通信简介理工大学通信工程学院2.2频率、波长、无线电频段划分频率（f）就是单位时间（1s）内正弦波变化的次数，单位Hz波长（λ）就是电波在空间传播时，相邻两个最大值之间的距离，单位m频率与波长的关系：例1：f=3MHz，λ=100m例2：f=300MHz，λ=1m例3：f=3GMHz，λ=0.1mcf光速：3x108m/s无线通信简介理工大学通信工程学院频段（波段）划分不同的频率被规定用于不同的用途无线电频率划分表无线通信简介理工大学通信工程学院2.3电波传播模式1、水下传播电波在海水中的吸收衰减随频率升高而增大，目前仅用于超长波水下通信。2、地表波传播又称地波传播。地面吸收衰减随频率升高而增大。地波传播用于中频（中波）以下频段。3、对流层视距传播在低层大气中，利用直射波的传播模式。传播距离一般在50公里左右。是超短波波段和微波波段的主要传播模式。无线通信简介理工大学通信工程学院2.3电波传播方式4、对流层散射传播利用无线电波在大气湍流气团中产生的散射波进行超视距通信的传播模式。适用于超短波段，通信距离可达数百公里。是散射电台的主要模式。5、电离层反射传播利用电离层和地面对电磁波的一次或多次反射进行传播的传播模式，又称天波传播。是短波电台的主要模式。6、地空传播无线电波穿透电离层的直射传播模式。是卫星通信、空间通信的唯一传播模式。无线通信简介理工大学通信工程学院2.4短波电台频段：1.5~30MHz利用电离层反射进行通信通信距离300Km~3000Km量级通信容量10Kbps量级极具抗毁性通信保底手段无线通信简介理工大学通信工程学院2.5超短波电台频段：30~300MHz主要靠地波、直射波、绕射波通信通信距离30Km量级通信容量100Kbps量级设备简单，使用方便无线通信简介理工大学通信工程学院2.6微波接力频段：5GHz量级靠点对点视频直射波传输通信距离50Km量级通信容量500Mbps量级设备庞大，机动性差常用用于静态干线中继无线通信简介理工大学通信工程学院2.7散射通信频段：5GHz量级靠对流量散射进行传输通信距离500Km量级通信容量50Mbps量级设备庞大抗毁性好通信保底手段无线通信简介理工大学通信工程学院2.8卫星中继频段：500MHz~20GHz利用深空通信卫星中继进行传输通信距离可全球覆盖通信容量（单台终端）300Kbps量级通信延迟明显抗毁性略差无人区通信、应急通信无线通信简介理工大学通信工程学院2.9主流无线通信网覆盖范围用户数据率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX802.11n无线通信简介理工大学通信工程学院3短波通信3.1短波通信的特点3.2短波信号的传播形式3.3电离层反射传播的基本特性3.4短波自适应通信3.5短波天线无线通信简介理工大学通信工程学院3.1短波通信的特点通信距离远可达几百到几千公里，甚至可以环球传播。方便灵活，抗毁性强以电台为终端，以电离层为中继，为军用通信的最后保障之一。信道条件恶劣典型时变、色散信道，要达到良好的通信效果，需要进行复杂的处理。通信容量小，电路匹配困难频段为1.5MHz~30MHz，频带资源紧张。同时，高、低频倍数(倍频程)过大，匹配困难。无线通信简介理工大学通信工程学院3.2短波信号的传播形式视距传播地波传播天波传播无线通信简介理工大学通信工程学院3.3电离层反射传播的基本特性无线通信简介理工大学通信工程学院最高可用频率电子密度越大，反射能力越强。频率越低，反射能力越强。发射仰角越小，反射能力越强。固定发射仰角，同一时间，存在最高可用频率MUF，超过此频率的信号将穿过电离层，无法通信。用MUF的0.85作为最佳工作频率。MUF白天高，夜晚低。可用自适应选频系统自动选择工作频率。无线通信简介理工大学通信工程学院多径传播无线通信简介理工大学通信工程学院寂静区解决寂静区问题的办法是低频率、大仰角。无线通信简介理工大学通信工程学院3.4短波自适应通信自适应(Adaptive)：通信系统具有适应通信条件变化的能力。短波通信中可能用到的自适应：频率自适应功率自适应分集自适应自适应均衡自适应天线阵列无线通信简介理工大学通信工程学院频率自适应原理根据电离层反射信道的变化情况，选择与其相匹配最佳工作频率。实时信道估值(RTCE:RealTimeChannelEvaluation)是核心技术，它测量信道特性，为选率提供决策依据。主要是测量信噪比、多径时延、误码率等。其它重要技术：自适应信号处理。自适应控制技术。自动频谱管理技术。无线通信简介理工大学通信工程学院频率自适应的实现方法链路质量分析(LQA)在通信间隙测量各个信道的质量，并按优劣排序自动扫描接收接收机在预先约定的一组信道上循环扫描，等待LQA探测信号的出现自动链路建立(ALE)在LQA和自动扫描接收的基础上，自动选择最佳信道建立通信信道自动切换在最佳信道发生变化时，自动切换到新的信道上进行通信无线通信简介理工大学通信工程学院3.5短波天线Pr=Pt+Gt–L+Gr(dB)Pr:接收信号功率Pt:发射信号功率Gt:发射天线增益Gr:接收天线增益L:路径损耗天线直接影响信号的传播，是至关重要的因素。发射机接收机无线电信号PtPrGtGrL无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：鞭状天线简单方便，增益低无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：斜拉天线长10米量级无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：水平偶极天线增益3~7dB.工作频段较窄，有时需分波段设计。无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：笼形天线增益3~7dB。工作频段较宽。适用于固定台站。无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：菱形天线增益高(可达18dB)，频段宽。架设方便，适合远距离固定通信。无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：鱼骨形天线频带宽，增益高，干扰电平低。常用作固定接收机天线。无线通信简介理工大学通信工程学院常见天线：对数周期天线工作于频段内的任意频点时，只有对应的振子起作用。宽频带天线，方向性及增益系数与频率近似无关。无线通信简介理工大学通信工程学院几种天线的对比对比项天线类增益带宽机动性鞭状天线☆☆☆☆☆☆斜拉天线☆☆☆☆☆☆☆水平偶极天线☆☆☆☆☆☆☆笼形天线☆☆☆☆☆☆☆菱形天线☆☆☆☆☆☆☆☆鱼骨形天线☆☆☆☆☆☆☆☆对数周期天线☆☆☆☆☆☆☆☆☆无线通信简介理工大学通信工程学院天线调谐鞭状天线机动性好，但工作频带很窄，难以满足短波通信需要。要想在更宽的频带内实现阻抗匹配，则必须使天线的阻抗可调。fLfHfG(f)阻抗匹配阻抗失配发信机可调器件ZsZAZI天调无线通信简介理工大学通信工程学院4无线自组织网4.1无线网络概述4.2无线自组织网络概念4.3基于WIFI的自组网实例无线通信简介理工大学通信工程学院4.1无线网络概述目标：实现6A：任何人(anyone)在任何时候(anytime)、任何地点(anywhere)可以采用任何方式(anymeans)与其他任何人(anyother)进行任何通信(anything)。从覆盖范围上可分为：无线广域网（WWAN，移动通信网）无线局域网（WLAN，WIFI）无线个域网（WPAN，Bluetooth）从通信方式上可分为：基于基础设施的无线网络无需基础设施的自组织网络无线通信简介理工大学通信工程学院无线网络元素网络基础设施无线主机笔记本,PDA,运行应用程序可能是静态的(没有移动)或者移动的无线并不总是意味着移动无线通信简介理工大学通信工程学院无线网络元素网络基础设施基站典型地连接到接入路由器中继–负责在有线网络和其区域内的无线主机转发报文如,蜂窝塔802.11访问点AP无线通信简介理工大学通信工程学院无线网络元素网络基础设施无线链路典型地用来连接移动主机和基站也用于骨干网多重访问协议协调链路访问多种数据速率，传输距离无线通信简介理工大学通信工程学院无线网络的基础设施模式网络基础设施基础设施模式基站连接移动主机到有线网络切换:移动主机会改变连接到有线网络的基站无线通信简介理工大学通信工程学院无线网络的自组模式自组模式没有基站节点能够传输到链路范围内的其他节点各节点自发组成为一个网络，在它们之间路由无线通信简介理工大学通信工程学院4.2无线自组织网络概念一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的、临时性自创建（Self-Creating)、自组织(Self-Organizing)、自管理（Self-Administering)系统。不依赖预设的基础设施而临时组建。移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet或蜂窝无线网络连接。无线通信简介理工大学通信工程学院自组织功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信简介理工大学通信工程学院动态变化的网络拓扑Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无线通信简介理工大学通