无线基础知识培训

1提纲无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统2无线通信系统（1）编码调制射频收解调信源输出射频发解码信源输入无线通信系统结构：无线通信系统分类（1）：•按技术体制分类：模拟、数字、数模兼容•按工作波长分类：短波、微波等•按无线传输方式分类：微波中继、卫星等•按工作状态分类：固定、移动等•按在通信网中的位置分类：无线传输、无线接入3无线通信系统（2）无线通信系统分类（2）：•按接入技术分类固定无线接入：蓝牙BlueTooth、无线本地环WLL、本地多点分布式业务LMDS、多点多信道分布业务MMDS、无线局域网WLAN。移动无线接入：个人手持电话系统PHS、蜂窝移动通信系统TACS、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA。4无线通信频率（1）序号频段名称频率范围波段名称（波长）1极低频（ELF）3~30Hz极长波（100~10Mm）2超低频（SLF）30~300Hz超长波（10~1Mm）3特低频（ULF）300~3000Hz特长波（1~0.1Mm）4甚低频（VLF）3~30kHz甚长波（100~10km）5低频（LF）30~300kHz长波（10~1km）6中频（MF）300~3000kHz中波（1000~100m）7高频（HF）3~30MHz短波（100~10m）8甚高频（VHF）30~300MHz米波（10~1m）9特高频（UHF）300~3000MHz分米波（1~0.1m）10超高频（SHF）3~30GHz厘米波（10~1cm）11极高频（EHF）30~300GHz毫米波（10~1mm）12至高频300~3000GHz丝米波（1~0.1mm）无线通信系统频段5无线通信频率（2）频段（MHz）单载波带宽（MHz）制式上行下行GSM900885～915930～9600.2GSM18001710～17551805～18500.2CDMA1X825～835870～8801.251920～1980(主)2110～2170(主)53GFDD1755～1785(补)1850～1880(补)51880～1920(主)、2010～2025（主）1.6TD-SCDMA2300～2400(补)、1.6PHS1900～19200.3集群806～821851～8660.025移动通信系统：微波：4～11GHz,13GHz,15GHz,18GHz卫星：1.5GHz,2.5GHz,4/6GHz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz,30GHz,40GHz无线接入：2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz6香农定理香农定理公式：C=Blog2(1+S/N)•C：信道容量（bit/s)•B：信道带宽(Hz)•S：信号功率（W）•N：噪声功率（W）扩频通信系统即基于香农定理Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB7双工方式双工方式•TDD（时分双工）：收发信共用一射频频点，上、下行链路使用不同的时隙来进行通信。•FDD（频分双工）：收发信使用一个不同的射频频点来进行通信。反向信道前向信道频率频率分隔频分双工反向信道前向信道时间时间分隔时分双工8多址方式多址方式•TDMA（时分多址）：传送给不同终端用户的信息通过同一载波的不同时隙来区分。•FDMA（频分多址）：传送给不同终端用户的信息通过不同频点载波来区分。•CDMA（码分多址）：传送给不同终端用户的信息通过不同码调制来区分。•SDMA（空分多址）：按空间角度划分用户，依靠智能天线实现。PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMACDMAPowerTimeFrequencySDMA9dB、dBi、dBd、dBm、dBuv、dBc的区别dB：表示两者数值之间的相对大小关系。数值A比B大多少dB计算公式为：功率——10*lg(A/B)，电压——20*lg(A/B)dBi、dBd：两者均为表示天线增益的单位•dBi是用理想点源全向天线为参考得出的天线增益dB值•dBd是用半波耦极子的天线增益为参考得出的天线增益dB值•dBi、dBd两者之间的数值关系：同一天线增益dBi=dBd＋2.15dBdBm、dBuv：•dBm表示信号功率相对于1mw的对数值,计算公式为10*lg(功率值(mw)/lmw)•dBuv表示信号强度电压值相对于1uv的对数值,计算公式为20*lg(信号电压值(uv)/luv)•同一信号dBm=dBuv-107dBdBc：表示与载波功率的相对值，计算公式为10*lg(功率值/载波功率)10Bit、Symbol、Chip的区别Bit是信源编码后的输出，是二进制数字序列；Symbol是信道编码后的输出，根据信道编码方式的不同，1个bit输出1～n个symbol；Chip是扩频后的输出，以及扩频码发生器的输出，一般多个chip对1个symbol进行扩频；11上行、下行、前向、反向的区别上行、下行：所谓上行链路和下行链路是针对手机侧来说的，上行链路是移动台到基站，下行链路是基站到移动台；前向、反向：所谓前向链路和反向链路是针对基站侧方向来说的，基站到移动台为前向链路，移动台到基站为反向链路。12Ec/Io、Eb/Nt、C/I的概念（1）Ec：码片能量Eb：业务信道的比特能量C：载波功率Eb、Ec、C的关系：Eb=Ec+W/R(dB)，C=W*Ec，W为码片速率，R为业务速率；Io：干扰功率谱密度，包括热噪声Ioc：其它小区和用户的干扰功率谱密度，不包括热噪声No：热噪声功率谱密度，No=10*lg(KT)＋NfNt：噪声功率谱密度，包括热噪声和干扰Io、Ior、No、Nt的关系：Io=Nt=No+Ioc，I=W*Io（W为载波带宽）13Ec/Io、Eb/Nt、C/I的概念（2）Ec/Io：空中模拟电波中的信号与噪声的比值。Eb/Nt：单位比特所含能量与单边噪声信号功率谱密度的比值，也就是解调门限，在没有干扰时与Eb/No相同，否则比Eb/No小，但在一般情况下把Eb/Nt和Eb/No混为一体，在所有通信系统中都大于0。C/I：载干比，载波功率与干扰功率的比值SNR：信噪比，信号与噪声的比值Io与Nt：都是指噪声谱密度，但Io的说法偏重于干扰，Nt的说法偏重于噪声。Ec/Io=Ec/Nt=SNR=C/I=Ior/(No+Ioc)=Eb/Nt-W/R(dB)14提纲无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统15电磁波传播方式（1）按传播空间划分：•表面波传播：以绕射方式，沿着地球表面传播。•天波传播：通过高空电离层反射传播。•空间波传播：通过直线传播和地面反射传播。•散射传播：利用大气对流层和电离层的不均匀性来散射传播。长波（表面波传播）；中波、短波（表面波、天波传播）；微波(空间波、散射波传播)。16电磁波传播方式（2）按传播行为方式划分：•绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。•反射：当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射。•散射：当波穿行的介质存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时，发生散射。基站天线基站天线移动台天线移动台天线绕射波绕射波山峰山峰散射17自由空间传播自由空间传播：电波在理想的完全无阻挡的真空中的传播。计算公式：Lf＝92.4+20log(d*f0),单位dB。•d为发射机与接收机之间的距离，单位km；•f0为射频中心频率，单位GHz。18r1d1r2d2TR菲涅尔区菲涅尔区：电波在空中传播时需要一定净空的空间。或者说电波在空中是以射束的形式传播的。一般的讲，净空要大于第一费涅尔区才可以认为直射电波不受阻挡的损耗。费涅尔区是根据惠更斯原理推导出来的。在900MHz频段，反射点与接收点间距在1000米时，其第一费涅尔区的最大半径约为9米。第一费涅尔区围绕电波传播途径是一个椭圆球体，是电波传播中能量最集中的区域。自由空间中接收点场强大约为第一费涅尔区场强的一半。电波直射传播中，净空要大于第一费涅尔区才可以认为直射电波不受阻挡的损耗。对于反射波，反射面要求大于第一费涅尔区，否则能量会损耗。在天线附近，费涅尔区的定义是不适用的，天线安装时考虑该因素。19大、小尺度路径损耗大尺度路径损耗：无线信号经长距离上的场强变化。如自由空间损耗。小尺度路径损耗：无线信号经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落，又叫快衰落。多径传播是引起小尺度传播的主要原因。20快、慢衰落无线信号随时间和位置的变化而上下波动的现象，即称为“衰落(Fading)”。快衰落：由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起伏。统计分布服从瑞利分布。慢衰落：传播路径上阻挡物阴影引起的接收信号强度中值的缓慢变化。统计分布服从对数正态分布。21平衰落和选择性衰落平衰落：发射信号的频谱特性在接收机内仍能保持不变的衰落。选择性衰落：发射信号的频谱特性在接收机内发生了畸变的衰落。射频带宽大于相干带宽时，易发生选择性衰落。f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图平衰落f功率谱密度f0发信频谱图f功率谱密度f0收信频谱图选择性衰落22多普勒频移多普勒频移：基站与移动台间的相对运动会引起频率调制的现象。多普勒频移公式：fd=V/λ*COSθ，单位Hz•V：移动台移动速率，单位m/s；•λ：波长，单位为m；•θ：移动台运动方向与入射波的夹角。sV多普勒效应示意图23降雨损耗频率大于等于10GHz以上的电磁波，降雨损耗对信号传播的影响较大；频率小于10GHz以下的电磁波，降雨损耗对信号传播的影响较小；降雨强度越大、频率越高则降雨损耗越大。24建筑物的穿透损耗各频段的无线电波穿透建筑物的能力不同波长越短，穿透能力越强（穿透损耗越小）各建筑物对无线电波的吸收能力也不同•建筑材料•结构•楼层•窗体一般在0～30dB的范围内。25极化波的极化：是指电场的取向随时间变化的方式。极化方式：电场矢量的两个正交分量具有不同振幅和相位关系时，可能形成三种不同的极化。•线极化：电场取向固定不变。•圆极化：电场取向随时间作圆的变动。•椭圆极化：电场取向随时间作椭圆的变动XYXYXY线极化圆极化椭圆极化26干扰按系统分类：系统内干扰、系统外干扰按频谱分类：邻频干扰、同频干扰按干扰产生的原因分类：互调干扰、杂散干扰、阻塞干扰27常用传播模型（1）Okumnra模型：适用条件——传播距离1Km～100Km，频率100MHz～3000MHz，基站高度20米～1000米，移动台高度1米～10米。Hata模型：适用条件——传播距离1Km～20Km，频率150MHz～1500MHz，基站高度30米～200米，移动台高度1米～10米。Cost-231-Hata模型(市区)：适用条件——传播距离1Km～20Km，频率1500MHz～2000MHz，基站高度30米～200米，移动台高度1米～10米。Cost-231Walfish-Ikegami模型：适用条件——传播距离0.02Km～5Km，频率800MHz～2000MHz，基站高度4米～50米，移动台高度1米～3米，当基站天线高度周围房屋高度时，预测才较准确。28常用传播模型（2）OkumuraHata公式（无线网络规划中最常用的模型）：根据Okumura曲线图所做的经验公式，频率范围150MHz～1500MHz。•fc为频率•hte为有效发射天线高度，30～200m•hre为有效接收天线高度，1～10m•a（hre）为有效移动天线修正因子，是覆盖去大小的函数，对于不同的地区有不同的修正因子dhhahfdBLtereteclog)log55.69.44()(log82.13log16.2655.69))((50市区29提纲无线通信基本知识电磁波传播信号传输处理天线移动通信系统30信源编码信源编码：把语言、图像等原始信号转为数字信号进行的编码。常见通信