无线通信PPT

第1讲无线通信系统概述浙江大学信电系余官定[e-mail]主要内容无线通信发展的历史无线通信系统的案例现代无线通信系统未来无线通信发展趋势电信（Telecommunication)的新纪元通信（Communication)作为电信（Telecommunication)是从19世纪30年度开始的。电磁波发现通信技术发展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电话的发明者－贝尔贝尔（18xx－1922）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一生曾获许多专利贝尔实验室无线电的发明者－马可尼马可尼（1874－1937）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曾参加法西斯党模拟通信的新纪元科学发现和技术发明推动了通信的急速发展电磁波的发现通信技术发展1906年发明电子管模拟通信得到发展数字通信的新纪元1928年奈奎斯特准则和取样定理1948年香农：通信中的数学基础在理论上为数字通信准备了条件科学发现通信技术发展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发明集成电路空间通信的新纪元科学发现通信技术发展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光纤通信的新纪元科学发现通信技术发展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中国人，高锟，2009年诺贝尔奖通信系统模型信源发送设备信道接收设备信宿噪声源同步同步g(t)s(t)r(t)g’(t)n(t)通信分类通信的分类可有多种划分的形式，如从通信内容上、传输信号的性质上、信道上等进行划分。从信道划分大致可有：有线通信有线电通信光纤通信双绞线同轴电缆短波通信微波通信卫星通信红外线通信同步卫星中、低轨道卫星无线通信通信分类（2）从通信内容上可有：语音通信(电话)图象通信多媒体通信从传输信号形式有：模拟信号通信数字信号通信还有其它一些分类方法，如窄带通信和宽带通信之分。语音、低速数据属窄带通信，而图像、多媒体、高速数据属宽带通信。无线通信无线通信是依靠自由空间来传输电磁波的通信方式。无线通信的挑战：信道的随机时变和各种扩散（频率扩散、时间扩散、角扩散）造成的各种选择性衰落（时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落）。对抗上述衰落是无线通信系统的关键。无线通信的应用概况短波/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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卫星通信高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道电视、电话、数据移动通信蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统、卫星移动系统通信频率的分段Whynotused?短波电离层通信特点：超远距离、灵活机动；容量小、质量差用途：－海外使馆－远洋船队－边防哨所－应急通信短波/超短波地面通信短波/超短波地面通信特点：绕射能力、灵活机动、隐蔽性好；容量较小、质量较差用途：－陆军电台－对空电台－特种通信(武警、公安)－无绳电话微波通信微波接力特点：容量大、质量好、视距传播条件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用途：－无线集中器－无线用户环散射微波通信衰落时变信道，距离远，频带较窄，质量较差用途－军用－民用卫星通信高轨道卫星通信特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道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特点：距离近、地面设备简单灵活，非静止轨道，要求跟踪用途：－非实时信息传送－遥感－侦测－卫星移动通信卫星通信移动通信蜂窝系统无线通信最成功的应用第一代：模拟第二代：数字第三代：多媒体寻呼系统无线通信最大众化的应用其它无线移动系统集群系统无绳电话系统无线数据系统无线ATM系统无线IP系统21世纪电信网的发展趋势20世纪21世纪业务方式以音频为主的单媒体以视频为主的多媒体干线传输双绞线，同轴线光纤用户传输有线无线复接方式PDHSDH交换模式STM分组交换、软交换网络方式三网鼎立三网合一面向21世纪通信的三大革命以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命以SDH、ATM和IP为标志的数字革命以个人通信和无线接入为标志的无线革命面向21世纪通信的两大通信平台光纤通信平台：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、OFDM、MIMO、空时信号处理无线通信面临的挑战及发展机遇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无线通信的发展机遇－－灵活性－－抗灾性－－移动性扩频技术(CDMA)扩频多址技术的缺点：非正交性(Non-orthogonality)优点：坚韧性(Robustness)坚韧性体现在：－－抗多径－－抗干扰－－蜂窝分割的频率再用－－扇区分割的频率再用前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测第三代移动通信（1）第一代－模拟话音－NMT(北欧)，AMPS(美国)，TACS(英国)第二代－数字话音＋低速数据（小于64Kbps)－GSM,PDC，IS-95，IS-136（D-AMPS）第三代－多媒体业务（小于2Mbps）＋第二代业务第三代移动通信（2）IMT－2000简介1985年国际电联就开始研究FPLMTS(FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystems)，1996年正式更名为IMT－2000国际移动通信系统，工作频段2000MHz，使用日期2000年IMT－2000特点全球性综合性兼容性灵活性第三代移动通信（3）RTT标准的主要建议WCDMA欧洲把二个标准溶合成TDD/FDD，得到日本、美国、韩国支持cdma2000美国提出，和IS-95兼容TD-SCDMA中国提出第三代移动通信（4）主要技术指标静止最高传信速率≥2Mbit/s慢速移动最高传信速率≥384Kbit/s高速移动最高传信速率≥144Kbit/s无线局域网WLAN1997年6月26日，IEEE正式通过了无线局域网的802.11标准;802.11b工作在2.4GISM(工业、科研、医疗)频段内14个中心频道里的任何一个进行通信。802.11a是对在北美使用的WLNA中802.11b的升级，工作于5.725—5.825GHzISM频段的100MHz频带内，提供25Mbit/s—54Mbit/s的带宽，可以支持以太网功能，用户主要面向企业。802.11g标准于2003年6月12日由IEEE正式定案，在很大的程度上是对现有WLAN标准的一种提升。802.11n,etc无线局域网WLANWiFi:WirelessFidelity,合乎IEEE802.11b的设备，可交WirelessEthernetCompatibilityAlliance（WECA）鉴定产品的兼容性。达到（WirelessFidelity，Wi-Fi）指标的产品在IEEE802.11b网絡使用时应具有百分之百互通兼容性。IEEE802.11(b,g&a)–WiFi无线个人区域网络无线个人区域网络（Wirelesspersonalareanetwork，WPAN）指占用个体或设备周围10米被称为个人运行空间（POS）的网络，WPAN内的设备能相互发现并进行通信，基本属于一种无中心（ad－hoc）系统适用范围：智能化家用设备、近距离工作者和小办公室／家庭办公（SOHO）主要标准：蓝牙（Bluetooth）HomeRF高性能无线电LAN（HighPerformanceRadioLAN，HiperLAN）UWB蓝牙（Bluetooth）“蓝牙”的英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准,其本质可以说它是一种代替线缆的技术,由于蓝牙标准支持点到点也支持点到多点的连接，因此一旦需要，就可以建立若干个微网（piconet），最多十个微网能组合成所谓的“散射网”（Scatternet）的拓扑结构。蓝牙技术的主要性能指标有以下几个：●工作频段：ISM频段，2.4GHz和5.8GHz●速率：1Mb/s（2.4GHz），2Mb/s（5.8GHz）●输出功率：1mW（0dBm）通信距离为10m，100mW为100m●具有跳频功能：1600h/s●标准：IEEE802.15.1蓝牙标准（开放标准）●芯片价格：要求≤5美元无线城域网WMANIEEE802.16无线MAN标准可支持1GHz到2GHz、10GHz，以及12GHz到66GHz等多个需要许可和无须许可的无线频段，可提供高达70Mbit/s的数据传输速率和多达50公里的覆盖范围，每一部不足2万美元的WMAN基站可在为60家企业用户提供T-1服务的同时，为家庭和小型商业用户256kbit/s或者384kbit/s的低端DSL服务。ADSL，VDSL的无线替换WiMAXWiMAX（WorldwideinteroperabilityForMicrowaveAccess）全球微波接入互操作性联盟主要成员的Airspan网络、Alvarion网络、Aperto网络、Ensemble通信、富士通微电子、英特尔、诺基亚、Proxim和Wi-LAN公司等众多无线设备制造商，召开新闻发布会称，将共同支持基于IEEE802.16无线标准的WMAN产品的研制与开发，并期望借此是WMAN服务接入成本降至与基于802.11b标准的WLAN接入相近的水平，进而推动WMAN技术市场的快速发展。WiMAXWiMAX的应用主要有蜂窝集成、802.11热点回程等，可以实现热点地区、小区的全无线覆盖，可以作为DSL、CableModem的补充部署社区宽带，在边远地区和山区等比较广域的地方，以及在跨越铁路、跨越桥梁的地方，WiMAX也可以得到充分应用。WiMAX目前的应用以固定为主，今后WiMAX也可应用到终端领域，实现终端设备在城域网中的漫游。IEEE802.16d/e/j/mB3G/4G标准：ITU开始研究和制定下一代蜂窝数字移动通信系统（4G）的国际标准IMT-Advanced系统为具有超过IMT-2000能力的新能力的移动系统。主要技术指标：数据传输速率(低速移动)达到≥100Mbit/s数据传输速率(静止)达到≥1000Mbit/sB3G/4GLTE是英文LongTermEvolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE-Advanced是LTE的演进，2008年3月开始，2008年5月确定需求。它满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求。主要技术指标：带宽100M,峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz无线传感器网络(WSN)无线传感器网络(WSN)是由大量无处不在的，具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布网络系统，是能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统，是构建物联网的重要技术以太网或卫星网络传感器节点监测区域接收器服务器用户、管理者典型的WSN体系结构三大技术支撑微机电系统传感技术无线通信技术无线传感器网络广泛的应用领域军事应用(MilitaryApplications)环境应用(EnvironmentalApplic