无线通信基础知识.

本课程要讲述的内容第一节：移动通信系统概述第二节：移动通信的特点第三节：移动通信的分类和工作方式第四节：无线电频段划分及命名第五节：移动通信中的电波传播与分集接收第六节：噪声与干扰第七节：信令技术无线通信系统基础知识第八节.移动通信系统的信道控制方式第九节.两种控制方式的比较第十节.集群通信系统第十一节.天线的基础知识第十二节：漏缆基础知识无线通信系统基础知识本课程的主要内容第一节：移动通信系统概述一、移动通信的分类按活动范围分类航空移动通信海上移动通信陆上移动通信按服务对象分类公共移动通信专用移动通信移动通信发展大致可分为四个阶段。第一阶段：20世纪20年代-50年代。初步进行了电波传播特性的测试。主要用于舰船和军用、警用。主要是采用短波波段频率，使用电子管。到50年代末，开始使用150Mhz甚高频单工汽车公用移动电话系统，人工切换频率、人工交换、接续非常慢，操作非常不方便二、移动通信的发展历史第一节：移动通信系统概述第二阶段：50-60年代。开始使用150MHZ，450MHZ频段。设备由电子管向晶体管转换。交换由人工转为自动拨号。在美国、日本用于公安、消防、出租车及调度等方面。50年代中期，实现了移动电话系统和公共电话网的连接。例如：1964年，移动自动交换机MJ系统投入应用。二、移动通信的发展历史第一节：移动通信系统概述二、移动通信发展历史第三阶段：从70年代—80年代初期。开始使用800MHZ频段集成电路应用于移动通信设备中美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论世界各国都研制了不同制式的移动电话通信系统。例如：1976年，日本的LMTS（陆上移动电话系统）。1979年，美国的AMPS（高级移动电话业务）。第一节：移动通信系统概述第四阶段：80年代以后-现在。大规模，超大规模集成电路，微处理器，微型计算机的发展促使移动通信得以大规模快速的发展。第一代：模拟制式（TACS,80年代中期使用的90号码的“大哥大”，我们的一号线使用的集群通信系统第二代：数字制式（GSM/CDMA等）第三代：3GWCDMA(联通）,TD-SCDMA（中国移动）,CDMA2000(中国电信）第一节：移动通信系统概述二、移动通信发展历史第二节、移动通信的特点一、无线电波传播模式复杂1.多径效应2.多普勒频移3.干扰和噪声严重4.入网方式和信令格式比较复杂5.频率资源有限，扩大用户容量比较困难1、多经效应原理：上图（图1）就是一个多径衰落产生过程，当地面波信号在传输途径当中受到高楼、丘陵、运动车辆等多个障碍物的阻挡时，就会产生反射或散射，形成多路信号到达接收天线，由于到达接受天线的时间不同、相位不同，相反相位的不同信号因叠加而相互消弱，从而产生信号的衰落。多径的变化还形成附加的调幅和调相振幅起落最严重时可达30dB第二节、移动通信的特点二、移动通信的特点原理：当接收者与产生者发生相对运动时，接收者接收到的信号频率会因运动而发生变化，这就叫多普勒效应2.多普勒频移2.1多普勒频移与运动速度的关系：△f/f=v/cC=光速3×105Km/s运动速度△f/f△fF=150MHzF=450MHzF=900MHz60km/h0.055×10-68.33Hz25Hz50Hz1200km/h1.1×10-6166.6Hz500Hz1000Hz第二节、移动通信的特点第二节、移动通信的特点多径衰落和多普勒频移导致的小范围衰落对移动接收设备的接收信号破坏力极强，能引起较大的码间干扰和频率的矢量减小，因此在接收时要求信号功率足够强或接收机灵敏度足够高。多径衰落和多普勒频移引起的衰落在小范围内都属于快衰落，理论和实测表明：快衰落的振幅服从瑞利分布，相位服从均匀分布，克服快衰落影响的有效办法是分集接收。第二节、移动通信的特点三、干扰和噪声比较严重来自另外移动台的干扰—邻道干扰来自移动台经过地区的各种电磁干扰例如汽车点火，电焊等远近效应、互调干扰第二节、移动通信的特点四、入网方式和信令格式比较复杂与固定通信的不同点：频率控制功率控制越区切换漫游地址登记跟踪等以上特性决定了移动通信的信令格式比较复杂接口类型也比较多：A接口，Abis接口等等第二节、移动通信的特点一个典型移动通信的网络结构—接口复杂第二节、移动通信的特点频率资源有限，扩大用户容量比较困难空中无线电频率资源已经非常拥挤30405060708090100120140160180200240300MHz34567891012141618202430GHz0.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.4AM海洋短波-国际广播-业余无线34567891012141618202430MHzCB2628VHF低频段FMVHFVHFTV7-130.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.43.0GHzUHFUHFTV14-69GPS蜂窝电话GSM1800,GSM1900广播陆地移动航空移动电话陆地微波卫星30405060708090100120140160180200240300MHz34567891012141618202430GHz0.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.4AM海洋短波-国际广播-业余无线34567891012141618202430MHzCB2628VHF低频段FMVHFVHFTV7-130.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.43.0GHzUHFUHFTV14-69GPS蜂窝电话GSM1800,GSM1900广播陆地移动航空移动电话陆地微波卫星第三节、移动通信的工作方式①单工通信同频单工：F发收按下PTT,发射机工作，松开PTT，发射机停止工作。异频单工：F发F收，其它同上。②双工通信通信双方可以同时进行传输消息的通信。基站的发射机和接收机分别使用一副天线，移动台通过双工器共用一副天线。双工通信必须使用两个频率F发F收。这就是频分双工工作方式的定义——FDD③半双工通信—基站的工作方式与全双工一致，移动台是按压PTT后，发射机开始工作，接收机总是工作的。1、移动通信的工作方式第四节：无线电频段划分及命名频段号频段名称频率范围波长名称波长范围1极低频（ELF）8-30Hz极长波10-100Mm2超低频（SLF）30-300Hz超长波1-10Mm3特低频（ULF）300-3000Hz特长波100-1000Km4甚低频（VLF）3-30KHz甚长波10-100Km5低频（LF）30-300KHz长波1-10Km6中频（MF）300-3000KHz中波0.1-1Km7高频（HF）3-30MHz短波10-100m8甚高频（VHF）30-300MHz米波（超短波）1-10m9特高频（UHF）300-3000MHz分米波1-10dm10超高频（SHF）3-30GHz厘米波1-10cm11极高频（EHF）30-300GHz毫米波1-10mm12至高频（超极高频）300-3000GHz丝米波0.1-1mm第五节、移动通信中的电波传播与分集接收1、信道的概念有线信道架空明线，电缆，光纤无线信道中波、长波：沿地表面传波。短波：电离层反射传播超短波、微波：直射传播散射传播变参信道：传输特性随时间的变化较快恒参信道：传输特性随时间的变化量极小，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。移动通信信道是典型的“变参信道”2、分集接收定义：所谓分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定处理，以降低信号电平起伏的方法分集接收的方式：宏分集：主要用于蜂窝通信，也叫多基站分集微分集:是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。微分集接收的种类：①空间分集②频率分集③极化分集④场向量分集⑤角度分集⑥时间分集分集接收的种类及定义空间分集—不同天线的接收信号相互独立频率分集—不同频率的接收信号相互独立极化分集—水平极化和垂直极化的信号相互独立。时间分集—不同时间的接收信号相互独立空间分集定义：两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，两处所接收信号的衰落是不相关的。分集接收原理图空间分集接收天线距离d的配置：间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关通常在市区d=0.5λ郊区d=0.8λd越大，相关性越弱。1.选择式合并—选择所有接收分支路中信噪比最高的支路信号作为合并器的输出2.最大比值合并——这是一种最佳的合并方式，见图。3.等增益合并——对各支路信号等增益相加。分集接收的合并分集接收的合并方式-最大比值合并第六节、噪声与干扰1、分类与特性噪声：内部噪声外部噪声-自然噪声人为噪声内部噪声：系统设备本身产生的各种噪声。例如：电阻中的电子热运动半导体中载流子的起伏变化—散弹噪声在此研究的噪声是指通信过程中，在信号传输通道上（即信道上）的发生的噪声与干扰1、噪声的分类与特性热噪声和散弹噪声一般情况是无法避免的，这类噪声通称为随机噪声。自然噪声：指自然届中的各种辐射，来至太空的各种宇宙射线等。人为噪声：各种电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射例如：电动机、电焊机、高频电气装置等2、临道干扰与同频干扰临道干扰—是指相邻或临近频道的信号相互干扰。同频道干扰—由频率复用问题导致该问题的发生。射频防护比—接收机输入端的有用信号电平与同频道干扰电平之比必须大于某数值才能保证接收信号的质量，这个数值称为干扰保护比。3、互调干扰当接收机接收频率为F的有用信号时，如果有下列两个干扰信号同时作用于接收机输入端：Uf1=Uf1cos2πF1tUf2=Uf2cos2πF2t由于器件特性的非线性，就会引起这两个信号之间的互相作用，产生出一种与有用信号频率相近的新生干扰信号现象：在接收机除了听到有用信号的声音外，还同时夹杂着哨叫声和杂乱的干扰声。定义：这种由于干扰之间互相调制作用对有用信号引起的失真称为互调失真(IntermodulationDistortion)或互调干扰。三阶互调干扰F1-F22阶（偶次）F1+F22阶（偶次）2F1-F23阶（奇次）F1-2F23阶（奇次）2F1+F23阶（奇次）3F1-F24阶（偶次）3F1+2F25阶（奇次）这里“奇次”和“偶次”指的是m+n是奇数还是偶数任意两个频率分别为F1和F2的正弦信号作用于非线性器件时，会产生出原有的两个正弦波再加上无数个互调失真项，即无数个组合频率分量如下式：mF1±nF2其中：m、n为任意正整数三阶互调干扰当F1、F2都接近于F0时，2F1-F2，F1-2F2的值就非常接近与F0，所以，通常三阶互调指的就是这两种组合频率形成的干扰。一般在设计中给出的可供使用的频率组已经避开了会出现三阶互调干扰的频点信令技术预备知识第七节、信令技术1、定义：信令是移动台与交换系统之间、交换系统与交换系统之间相互传送的地址信息，管理信息。例如：呼叫建立、信道分配与保持、拆线信息等。2、信令的分类按照传输方式分：共路信令—采用专用控制信道传送优点：传送速度快，适用与大中型无线通信系统或网络。随路信令—信令与话路信道一起传送。优点：节省信道，接续速度慢，适用于小型系统。按照信号形式分：模拟信令—数字信令—3、模拟信令定义：模拟信令是指采用不同频率的音频模拟信号（300～3400Hz话音频带范围）或亚音频模拟信号来表示各种状态标志、地址信息或操作管理信息的信令方式。以下几种都是模拟信令①音频单音信令②音频单音信令、③亚音频单音信令、④CTCSS音锁信令⑤双音多频信令等。3、模拟信令7.3.1、音频单音信令CCIR—原国际无线电咨询委员会德国电气工业协会推荐的ZVEI信令系统频率表7.3.2亚音频单音信令亚音频的定义：低于300HZ、人耳无法听到的频率称为亚音频。优点：信令与话音不在相互干扰，提高了信令传输的可靠性。产生