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无线电技术导论•张栋：82314571•Email:zhangdong@buaa.edu.cn可靠性工程研究所元器件工程部教学安排•绪论-----------------------------2学时•电路基本定律-----------------2学时•电子元件-----------------------2学时•电子器件-----------------------2学时•无线电发送基本原理--------2学时•无线电接收基本原理--------2学时•软件无线电概论--------------2学时•考试（随堂开卷）-----------2学时可靠性工程研究所元器件工程部为什么开设这门课？•开拓知识视野•为后续课程的学习打下一定的理论基础可靠性工程研究所元器件工程部教材及考查办法•教材:《无线电技术导论》（修订版）北京航空航天大学出版社高泽溪等编著•考查办法（8次课）（1）课堂测试：2次（30%）（2）第九周考试（70%）•对本课教学内容建议：zhangdong@buaa.edu.cn可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术导论第一讲----绪论可靠性工程研究所元器件工程部•无线电技术的基本常识•无线电技术的发展历程•无线电技术的应用--现代无线电技术•无线电技术的未来绪论可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术•利用无线电波传播信息的技术所谓无线电波就是依靠自由空间传播的频率从几赫兹到3000GHz范围内的电磁波电磁波是一种物质可靠性工程研究所元器件工程部无线电的基本常识•频率：ƒ，单位：赫兹（Hz）,千赫（kHz），兆赫（MHz）•波长：λ，单位：米、厘米、分米、毫米•速度：ν（近似为300，000，000m/s，等于绕地球七圈半（地球赤道周长40075.51公里)）•ν=ƒ*λ•频道和频带:(1)频道(channel)：供某一频率专用的电波通道，例:144.12MHz。(2)频带(band)或称波段，由多个(二个以上)相近的频道组成。例如：在无线电台的使用上，VHF是指144MHZ-146MHz的所有频道。(3)为避免电波相互干扰，每个频道间距通常设为20KHz。因此，在VHF频带中，共有100个频道可供使用。可靠性工程研究所元器件工程部电磁波谱宇宙射线射线X射线紫外线可见光红外线微波毫米波厘米波分米波超短波短波中波长波无线电波12101010410210210410610)c(m221031610314103121034103)Hz(可靠性工程研究所元器件工程部无线电频谱段号频段名称频率范围（含上限、不含下限）波段名称波长范围（含下限、不含上限）1极低频3~30Hz极长波100~10Mm2超低频30~300Hz超长波10~1Mm3特低频300~3000Hz特长波1000~100km4甚低频（VLF）3~30kHz甚长波100~10km5低频（LF）30~300kHz长波10~1km6中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m7高频（HF）3~30MHz短波100~10m8甚高频（VHF）30~300MHz米波10~1m9特高频（UHF）300~3000MHz分米波10~1分米10超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm11极高频（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm12至高频300~3000GHz丝米波10~1丝米可靠性工程研究所元器件工程部信息•消息：是指人们需要得到的各种事物的状态，如温度、压力、语言、音乐、文字、图象、数据和指令等。•消息所包含的内容称为信息信息是指人们原本不知而待知的内容，如果某人获得了他以前不知道的东西，就说他获得了信息。•利用无线电波传播信息的技术可靠性工程研究所元器件工程部传播信息的传输方式:古代：烽火台、金鼓、旌旗等；现代：书信、电话、电报、传真、广播、电视、电台、数字通信、网络等。•利用无线电波传播信息的技术可靠性工程研究所元器件工程部无线电通讯技术模型可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术的发展----准备条件•理论准备——1865年，麦克斯韦----发表电磁辐射理论，预言电磁波能以波的形式向外传播，其速度与光速相同•实验准备——1888年，德国物理学家赫兹以著名的电火花放电实验证明了麦克斯韦的预言-----电子技术的新纪元•所有这些，都为无线电电子学的发展与广泛应用准备了充分条件•技术准备——爱迪生效应----为电子管的发明准备了条件——有线通讯的发展1837年：电磁式电报机，莫尔斯电码通讯发展史第一次技术革命1844年：华盛顿—巴尔的摩的电报线路1876年：贝尔发明了电话1878年：波士顿—纽约长途电话可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术的发展----技术实现•1890年：法国布兰利140m探测到赫兹电波英国洛奇800m收到莫尔斯电码•1895年：意大利马可尼金属检波器2.8km俄国波波夫第一台无线电接收机•1899年：德国布劳恩调谐接收•1901年：意大利马可尼大西洋（3200km）通讯发展史第二次技术革命无线电之父可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术的发展---技术突破•1904年：英国弗莱明真空二极管，检波整流•1906年：美国德福雷斯特真空三极管，放大与控制作用，发生高频振荡信号•1906年：美国费森登传送语言和音乐•1919年：美国阿姆斯特朗超外差式接收机．•1919年：第一个定时广播电台在英国建成．•1920年：美国匹茨堡建成了第一座商业电台（KDKA），第一天播音时把当天总统竞选结果立即告知人们，获得巨大成功．•1926年：美国组成世界上第一个全国广播网．在此期间，加拿大、澳大利亚、丹麦、前苏联、法、英、德、意、日以及墨西哥也都相继建立了无线电台•1930年：已经形成全球性的无线电广播系统．可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术的发展----飞速发展•1923年：短波通讯•1931年：微波通讯•1936年：超短波接力通讯•1957年：太空通讯—第一颗人造地球卫星•1960年：卫星广播•1965年：卫星电视，数字信号•1969年：阿波罗1号电视、声音、数据信号•1976年：VIKING-1号宇宙飞船11个月5000万英里，火星表面的图象•20世纪90年代：蜂窝通信可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术的应用•电报、电话、数据传输、声音广播、电视•测速、定位、导航、遥控、遥测、遥感•卫星通信•气象探测、地球探测、安全保障•射电天文、空间研究和空间操作等。可靠性工程研究所元器件工程部现代无线电技术移动通信系统卫星导航系统射频识别技术与物联网其它可靠性工程研究所元器件工程部移动通讯系统通讯系统的目标———五个W任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（Whenever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信可靠性工程研究所元器件工程部移动通讯的特点（１）电波传播条件恶劣（直射＼绕射＼折射＼位置／方向）（２）在强干扰条件下工作（内部＼外部）（３）具有多普勒频移效应（４）移动用户经常移动可靠性工程研究所元器件工程部通信系统网络可靠性工程研究所元器件工程部移动通信系统可靠性工程研究所元器件工程部蜂窝移动通信无线覆盖区•大区制：集群通讯，设备投资少，见效快频率利用率低，扩容困难，不能漫游•小区制：优点可靠性工程研究所元器件工程部移动通信发展历史简介第一代系统第二代系统第三代系统时间1984~19961990~2001~业务模拟移动电话数据数字语音、消息高速数据、宽带视频、多媒体结构宏蜂窝微蜂窝、微微蜂窝、无线本地环路无线技术模拟调制数字调制、CDMA、使用TDD和FDD的TDMACDMA、可能与TDMA结合或者与TDD和FDD结合频段800MHz800M和1900MHz2GHz实例AMPS、TACSETACS、NTTNMT450/900JTACS/NTACSGSM/DCS1900cdmaOne(IS-95)USTDMAIS-136PACS、PHScdma2000WCDMATDS-CDMA可靠性工程研究所元器件工程部第一代模拟蜂窝移动通信系统历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出可靠性工程研究所元器件工程部频分多址（FDMA）技术含义：每个用户占用一个频率用户识别：频道号特点：（1）简单，容易实现，适用于模拟和数字信号（2）以频率复用为基础，以频带划分各种（3）小区需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统（4）以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路（5）对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置（6）基站由多部不同载波频率的发射机同时工作（7）不适宜大容量系统使用应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统PowerFrequencyTimeFDMA可靠性工程研究所元器件工程部第一代蜂窝模拟移动通信系统可靠性工程研究所元器件工程部第一代蜂窝模拟移动通信系统模拟移动通信系统缺点：频谱利用率不高，容量有限，扩容困难；噪声、干扰严重，不保密，发展业务受限；制式太多，防碍漫游，难进入数字网(ＩSDN)等。可靠性工程研究所元器件工程部第二代移动通信技术-GSM历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密可靠性工程研究所元器件工程部时分多址（TDMA）技术含义：每个用户占用一个时隙用户识别：时隙特点：1.以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户2.每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置3.系统要求严格的系统定时同步4.对功控的要求不严5.是时隙受限和干扰受限系统6.TDD模式下，上下型信道信息可以共享应用：GSM系统FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA可靠性工程研究所元器件工程部第二代移动通信技术-GSM可靠性工程研究所元器件工程部第二代移动通信技术-CDMA历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址（CDMA）软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术可靠性工程研究所元器件工程部码分多址（CDMA）技术含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别：码型特点：每个基站只需一个射频系统每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率是一个多址干扰受限系统需要严格的功率控制需要定时同步软容量、软切换，系统容量大抗衰落、抗多径能力强应用：IS-95CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统FrequencyCDMAPowerTime可靠性工程研究所元器件工程部2G向3G演进过程示意图GSMPDC