無線基礎知識培訓(入門篇)

1、1提提 綱綱無線通信基本知識無線通信基本知識電磁波傳播電磁波傳播信號傳輸處理信號傳輸處理天線天線移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)2無線通信系統(tǒng)（無線通信系統(tǒng)（1 1）編碼調制射頻收解調信源輸出射頻發(fā)解碼信源輸入無線通信系統(tǒng)結構：無線通信系統(tǒng)結構：無線通信系統(tǒng)分類（無線通信系統(tǒng)分類（1 1）：）：按技術體制分類：模擬、數(shù)字、數(shù)模兼容按工作波長分類：短波、微波等按無線傳輸方式分類：微波中繼、衛(wèi)星等按工作狀態(tài)分類：固定、移動等按在通信網(wǎng)中的位置分類：無線傳輸、無線接入3無線通信系統(tǒng)（無線通信系統(tǒng)（2 2）無線通信系統(tǒng)分類（無線通信系統(tǒng)分類（2 2）：）：按接入技術分類固定無線接入：藍牙BlueTooth、無

2、線本地環(huán)WLL、本地多點分布式業(yè)務LMDS、多點多信道分布業(yè)務 MMDS、無線局域網(wǎng)WLAN。移動無線接入：個人手持電話系統(tǒng) PHS、蜂窩移動通信系統(tǒng) TACS、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA。4無線通信頻率（無線通信頻率（1 1）序號 頻段名稱 頻率范圍 波段名稱（波長） 1 極低頻（ELF） 330Hz 極長波（10010Mm） 2 超低頻（SLF） 30300Hz 超長波（101Mm） 3 特低頻（ULF） 3003000Hz 特長波（10.1Mm） 4 甚低頻（VLF） 330kHz 甚長波（10010km） 5 低頻（LF） 30300kHz 長波（101km） 6

3、中頻（MF） 3003000kHz 中波（1000100m） 7 高頻（HF） 330MHz 短波（10010m） 8 甚高頻（VHF） 30300MHz 米波（101m） 9 特高頻（UHF） 3003000MHz 分米波（10.1m） 10 超高頻（SHF） 330GHz 厘米波（101cm） 11 極高頻（EHF） 30300GHz 毫米波（101mm） 12 至高頻 3003000GHz 絲米波（10.1mm） 無線通信無線通信系統(tǒng)頻段系統(tǒng)頻段5無線通信頻率（無線通信頻率（2 2）頻頻段段（MHz） 單單載載波波帶帶寬寬（MHz） 制制式式 上上行行 下下行行 GSM900 88591

4、5 930960 0.2 GSM1800 17101755 18051850 0.2 CDMA 1X 825835 870880 1.25 19201980(主主) 21102170(主主) 5 3G FDD 17551785(補補) 18501880(補補) 5 18801920(主主)、20102025（主主） 1.6 TD-SCDMA 23002400(補補)、 1.6 PHS 19001920 0.3 集集群群 806821 851866 0.025 移動通信系統(tǒng)：移動通信系統(tǒng)：微波：微波：411GHz,13GHz,15GHz,18GHz衛(wèi)星：衛(wèi)星：1.5GHz,2.5GHz,4/6G

5、Hz,11/14GHz,12/14GHz,20GHz,30GHz,40GHz無線接入：無線接入：2.4GHz,3.5GHz,5.8GHz,26GHz,28GHz,38GHz6香農定理香農定理香農定理公式：香農定理公式： C=Blog2(1+S/N) C：信道容量（bit/s)B：信道帶寬(Hz)S：信號功率（W）N：噪聲功率（W）擴頻通信系統(tǒng)即基于香農定理Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB7雙工方式雙工方式雙工方式雙工方式 TDDTDD（時分雙工）：（時分雙工）：收發(fā)信共用一射頻頻點，上、下行鏈路使用不同的時隙來進行通信。 FDDFDD（頻分雙工）：（頻分雙工）：收發(fā)信使用一個不同的射

6、頻頻點來進行通信。反向信道前向信道頻率頻率分隔頻分雙工反向信道前向信道時間時間分隔時分雙工8多址方式多址方式多址方式多址方式TDMATDMA（時分多址）：（時分多址）：傳送給不同終端用戶的信息通過同一載波的不同時隙來區(qū)分。 FDMAFDMA（頻分多址）：（頻分多址）：傳送給不同終端用戶的信息通過不同頻點載波來區(qū)分。CDMACDMA（碼分多址）：（碼分多址）：傳送給不同終端用戶的信息通過不同碼調制來區(qū)分。SDMASDMA（空分多址）：（空分多址）：按空間角度劃分用戶，依靠智能天線實現(xiàn)。PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMACDMAPow

7、erTimeFrequencySDMA9dBdB、dBidBi、dBddBd、dBmdBm、dBuvdBuv、dBcdBc的區(qū)別的區(qū)別 dBdB：表示兩者數(shù)值之間的相對大小關系。數(shù)值A比B大多少dB計算公式為：功率10*lg(A/B)，電壓20* lg(A/B) dBidBi、dBddBd：兩者均為表示天線增益的單位 dBi是用理想點源全向天線為參考得出的天線增益dB值 dBd是用半波耦極子的天線增益為參考得出的天線增益dB值 dBi、dBd兩者之間的數(shù)值關系：同一天線增益dBi=dBd2.15dB dBmdBm、dBuvdBuv： dBm表示信號功率相對于1mw的對數(shù)值,計算公式為10*lg

8、(功率值(mw)/lmw) dBuv表示信號強度電壓值相對于1uv的對數(shù)值,計算公式為20*lg(信號電壓值(uv)/luv) 同一信號dBm=dBuv-107dB dBcdBc：表示與載波功率的相對值，計算公式為10*lg(功率值/載波功率)10BitBit、SymbolSymbol、ChipChip的區(qū)別的區(qū)別 Bit是信源編碼后的輸出，是二進制數(shù)字序列； Symbol是信道編碼后的輸出，根據(jù)信道編碼方式的不同，1個bit輸出1n個symbol； Chip是擴頻后的輸出，以及擴頻碼發(fā)生器的輸出，一般多個chip對1個symbol進行擴頻；11上行、下行、前向、反向的區(qū)別上行、下行、前向、反

9、向的區(qū)別 上行、下行：上行、下行：所謂上行鏈路和下行鏈路是針對手機側來說的，上行鏈路是移動臺到基站，下行鏈路是基站到移動臺； 前向、反向：前向、反向：所謂前向鏈路和反向鏈路是針對基站側方向來說的，基站到移動臺為前向鏈路，移動臺到基站為反向鏈路。12Ec/IoEc/Io、Eb/NtEb/Nt、C/IC/I的概念（的概念（1 1） EcEc：碼片能量 EbEb：業(yè)務信道的比特能量 C C：載波功率 EbEb、EcEc、C C的關系：的關系：Eb=Ec+W/R(dB)，C=W*Ec，W為碼片速率，R為業(yè)務速率； IoIo：干擾功率譜密度，包括熱噪聲 IocIoc：其它小區(qū)和用戶的干擾功率譜密度，不包

10、括熱噪聲 NoNo：熱噪聲功率譜密度，No=10*lg(KT)Nf NtNt：噪聲功率譜密度，包括熱噪聲和干擾 IoIo、IorIor、NoNo、NtNt的關系：的關系：Io=Nt=No+Ioc，I=W*Io（W為載波帶寬）13Ec/IoEc/Io、Eb/NtEb/Nt、C/IC/I的概念（的概念（2 2） Ec/IoEc/Io：空中模擬電波中的信號與噪聲的比值。 Eb/NtEb/Nt：單位比特所含能量與單邊噪聲信號功率譜密度的比值，也就是解調門限，在沒有干擾時與Eb/No相同，否則比Eb/No小，但在一般情況下把Eb/Nt和Eb/No混為一體，在所有通信系統(tǒng)中都大于0。 C/IC/I：載干比

11、，載波功率與干擾功率的比值 SNRSNR：信噪比，信號與噪聲的比值 IoIo與與NtNt：都是指噪聲譜密度，但Io的說法偏重于干擾，Nt的說法偏重于噪聲。 Ec/Io=Ec/Nt=SNR=C/I=Ior/(No+Ioc)=Eb/Nt-W/R(dB)14提提 綱綱無線通信基本知識無線通信基本知識電磁波傳播電磁波傳播信號傳輸處理信號傳輸處理天線天線移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)15電磁波傳播方式（電磁波傳播方式（1 1） 按傳播空間劃分：按傳播空間劃分： 表面波傳播：以表面波傳播：以繞射方式，沿著地球表面?zhèn)鞑ァ?天波傳播：天波傳播：通過高空電離層反射傳播。 空間波傳播：空間波傳播：通過直線傳播和地面反射

12、傳播。 散射傳播：散射傳播：利用大氣對流層和電離層的不均勻性來散射傳播。 長波（表面波傳播）；中波、短波（表面波、天波傳播）；微波(空間波、散射波傳播)。16電磁波傳播方式（電磁波傳播方式（2 2） 按傳播行為方式劃分：按傳播行為方式劃分： 繞射：繞射：當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。 反射：反射：當電波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射。 散射：散射：當波穿行的介質存在小于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數(shù)非常大時，發(fā)生散射?；咎炀€基站天線基站天線基站天線移動臺天線移動臺天線移動臺天線移動臺天線繞射波繞射波繞射波繞射波山峰山峰山峰山峰散射散射17自由空間傳播自由空

13、間傳播 自由空間傳播：自由空間傳播：電波在理想的完全無阻擋的真空中的傳播。 計算公式：計算公式：Lf92.4+20log(d*f0),單位dB。 d為發(fā)射機與接收機之間的距離，單位km； f0為射頻中心頻率，單位GHz。18r1d1r2d2TR菲涅爾區(qū)菲涅爾區(qū) 菲涅爾區(qū)：菲涅爾區(qū)：電波在空中傳播時需要一定凈空的空間?；蛘哒f電波在空中是以射束的形式傳播的。一般的講，凈空要大于第一費涅爾區(qū)才可以認為直射電波不受阻擋的損耗。費涅爾區(qū)是根據(jù)惠更斯原理推導出來的。 在900MHz頻段，反射點與接收點間距在1000米時，其第一費涅爾區(qū)的最大半徑約為9米。 第一費涅爾區(qū)圍繞電波傳播途徑是一個橢圓球體，是電波

14、傳播中能量最集中的區(qū)域。自由空間中接收點場強大約為第一費涅爾區(qū)場強的一半。 電波直射傳播中，凈空要大于第一費涅爾區(qū)才可以認為直射電波不受阻擋的損耗。對于反射波，反射面要求大于第一費涅爾區(qū)，否則能量會損耗。 在天線附近，費涅爾區(qū)的定義是不適用的，天線安裝時考慮該因素。19大、小尺度路徑損耗大、小尺度路徑損耗 大尺度路徑損耗：大尺度路徑損耗：無線信號經(jīng)長距離上的場強變化。如自由空間損耗。 小尺度路徑損耗：小尺度路徑損耗：無線信號經(jīng)過短時間或短距離傳播后其幅度快速衰落，又叫快衰落。多徑傳播是引起小尺度傳播的主要原因。20快、慢衰落快、慢衰落 無線信號隨時間和位置的變化而上下波動的現(xiàn)象，即稱為“衰落(

15、Fading) ”。 快衰落：快衰落：由于多徑傳播而引起的接收信號場強短時間內隨機快速起伏。統(tǒng)計分布服從瑞利分布。 慢衰落：慢衰落：傳播路徑上阻擋物陰影引起的接收信號強度中值的緩慢變化。統(tǒng)計分布服從對數(shù)正態(tài)分布。21平衰落和選擇性衰落平衰落和選擇性衰落 平衰落：平衰落：發(fā)射信號的頻譜特性在接收機內仍能保持不變的衰落。 選擇性衰落：選擇性衰落：發(fā)射信號的頻譜特性在接收機內發(fā)生了畸變的衰落。射頻帶寬大于相干帶寬時，易發(fā)生選擇性衰落。f功率譜密度f0發(fā)信頻譜圖f功率譜密度f0收信頻譜圖平衰落f功率譜密度f0發(fā)信頻譜圖f功率譜密度f0收信頻譜圖選擇性衰落22多普勒頻移多普勒頻移 多普勒頻移：多普勒頻移

16、：基站與移動臺間的相對運動會引起頻率調制的現(xiàn)象。 多普勒頻移公式：多普勒頻移公式：fd=V/*COS，單位Hz V：移動臺移動速率，單位m/s； ：波長，單位為m； ：移動臺運動方向與入射波的夾角。sV多普勒效應示意圖23降雨損耗降雨損耗 頻率大于等于10GHz以上的電磁波，降雨損耗對信號傳播的影響較大； 頻率小于10GHz以下的電磁波，降雨損耗對信號傳播的影響較??； 降雨強度越大、頻率越高則降雨損耗越大。24建筑物的穿透損耗建筑物的穿透損耗 各頻段的無線電波穿透建筑物的能力不同 波長越短，穿透能力越強（穿透損耗越?。?各建筑物對無線電波的吸收能力也不同 建筑材料 結構 樓層 窗體 一般在03

17、0dB的范圍內。25極化極化 波的極化：波的極化：是指電場的取向隨時間變化的方式。 極化方式：極化方式：電場矢量的兩個正交分量具有不同振幅和相位關系時，可能形成三種不同的極化。 線極化：線極化：電場取向固定不變。 圓極化：圓極化：電場取向隨時間作圓的變動。 橢圓極化：橢圓極化：電場取向隨時間作橢圓的變動XYXYXY線極化圓極化橢圓極化26干擾干擾 按系統(tǒng)分類：按系統(tǒng)分類：系統(tǒng)內干擾、系統(tǒng)外干擾 按頻譜分類：按頻譜分類：鄰頻干擾、同頻干擾 按干擾產生的原因分類：按干擾產生的原因分類：互調干擾、雜散干擾、阻塞干擾27常用傳播模型（常用傳播模型（1 1） OkumnraOkumnra模型：模型：適用

18、條件傳播距離 1Km100Km，頻率 100MHz3000MHz，基站高度 20米1000米，移動臺高度 1米10米。 HataHata模型：模型：適用條件傳播距離 1Km20Km，頻率150MHz1500MHz，基站高度 30米200米，移動臺高度1米10米。 Cost-231-HataCost-231-Hata模型模型( (市區(qū)市區(qū)) )：適用條件傳播距離 1Km20Km，頻率1500MHz2000MHz，基站高度 30米200米，移動臺高度 1米10米。 Cost-231 Walfish-IkegamiCost-231 Walfish-Ikegami模型：模型：適用條件傳播距離 0.02

19、Km5Km，頻率800MHz2000MHz，基站高度 4米50米，移動臺高度1米3米，當基站天線高度周圍房屋高度時，預測才較準確。28常用傳播模型（常用傳播模型（2 2） Okumura HataOkumura Hata公式（無線網(wǎng)絡規(guī)劃中最常用的模型）：公式（無線網(wǎng)絡規(guī)劃中最常用的模型）：根據(jù)Okumura曲線圖所做的經(jīng)驗公式，頻率范圍150MHz1500MHz。 fc為頻率 hte為有效發(fā)射天線高度，30200m hre為有效接收天線高度，110m a（hre）為有效移動天線修正因子，是覆蓋去大小的函數(shù)，對于不同的地區(qū)有不同的修正因子dhhahfdBLtereteclog)log55. 6

20、9 .44()(log82.13log16.2655.69)(50市區(qū)29提提 綱綱無線通信基本知識無線通信基本知識電磁波傳播電磁波傳播信號傳輸處理信號傳輸處理天線天線移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)30信源編碼信源編碼 信源編碼：信源編碼：把語言、圖像等原始信號轉為數(shù)字信號進行的編碼。 常見通信系統(tǒng)的語音編碼：常見通信系統(tǒng)的語音編碼：31信道編碼信道編碼 信道編碼：信道編碼：在被發(fā)送信息上增加冗余的數(shù)據(jù)。常見的信道編碼方式有卷積編碼和Turbo編碼。 卷積編碼：卷積編碼：適用于語音業(yè)務在內的速率相對較低的業(yè)務數(shù) 據(jù)編碼。 TurboTurbo編碼：編碼：適用于傳輸速率較高但實時性要求不高的業(yè)務數(shù)據(jù)編

21、碼。32調制調制數(shù)字調制BFSK(二進制頻移鍵控）MFSK（多進制頻移鍵控）FSK(頻移鍵控）ASK(幅移鍵控）非恒定包絡DPSK（差分二進制相移鍵控）BPSK（二進制相移鍵控）PSK（相移鍵控）CPM（連續(xù)相位調制）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（高斯）TFM（平滑調頻）恒定包絡BFSK(二進制頻移鍵控）MFSK（多進制頻移鍵控）FSK(頻移鍵控）（(ASK(幅移鍵控）QAM正交幅度調制）非恒定包絡（QPSK (正交四相相移鍵控）（CPM（連續(xù)相位調制）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（MSK）TFM（平滑調頻）（）MSK（最小頻移鍵控）GMSK（）TFM（平滑調頻）33分集分集 分集的概念：

22、分集的概念：通過多個接收機接收同一內容的信號，然后通過選擇最好的一路信號或幾路接收到的信號同相合成。 分集的目的：分集的目的：對抗衰落 分集的類型：分集的類型： 頻率分集：用多個載波傳輸同一信號 空間分集：用多個天線接收或發(fā)射同一信號 極化分集：在不同的極化方式傳輸同一信號 時間分集：在不同的時隙上傳輸同一信號，如RAKE、交織34交織交織 交織的原理：交織的原理：把一個較長的突發(fā)差錯離散成隨機差錯，再利用糾正隨機差錯的編碼技術消除隨機差錯。 交織的原因：交織的原因：深度衰落，較長時間人為干擾，大自然突發(fā)噪聲。 交織深度越大，抗突發(fā)差錯能力越強。a1a2anb1b2bnm1m2mn寫入寫出a1

23、a2anb1b2bnm1m2mn寫入寫出35擴頻擴頻 將窄帶信號展開成寬帶信號，可以抗干擾 基于香農定理36提提 綱綱無線通信基本知識無線通信基本知識電磁波傳播電磁波傳播信號傳輸處理信號傳輸處理天線天線移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)37天線的分類天線的分類 按形狀分類：按形狀分類：鞭狀、板狀、吸頂、拋物面等 按方向性分類：按方向性分類：全向、定向 按極化分類：按極化分類：單極化、雙極化 按下傾分類：按下傾分類：機械下傾、電下傾 按頻帶分類：按頻帶分類：單頻、雙頻、多頻 按安裝位置分類：按安裝位置分類：室內、室外38天線的參數(shù)（天線的參數(shù)（1 1） 天線增益：天線增益：在相同輸入功率的情況下，天線最大

24、方向的功率密度與參考的功率密度之比值。 半功率角：半功率角：比最大方向增益小3dB的兩方向之間的夾角。 天線前后比（天線前后比（F/BF/B）：）：天線最大方向與其相反方向的增益之比值。 天線效率天線效率A A：A=Pr/PA，Pr是天線的輻射功率, PA是天線的輸入功率。 天線的方向性系數(shù)天線的方向性系數(shù)D D：在同樣輻射功率時,有方向性天線在最大輻射輻射方向遠區(qū)某點的功率通量密度與無方向性天線在該點的功率通量密度之比D=Sm/Sr (當Pm = Pr時)。Pm 、 Pr當分別表示被研究天線與標準天線的輻射功率。39天線的參數(shù)（天線的參數(shù)（2 2） 天線的方向性天線的方向性-180 -160

25、 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-

26、50水平Gain dB最大增益16.359-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 100120140160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697-180 -160 -140 -120 -100-80 -60 -40 -20020 40 60 80 1001201

27、40160180-40-35-30-25-20-15-10-50垂直Gain dB最大增益16.697天線波瓣俯視圖天線波瓣立體圖天線波瓣水平增益變化圖天線波瓣垂直增益變化圖40天線的參數(shù)（天線的參數(shù)（3 3） 天線輸入阻抗：天線輸入阻抗：天線輸入電壓與輸入電流之比。饋線阻抗與天線輸入阻抗不匹配時，會發(fā)生反射，形成駐波。 天線駐波比（天線駐波比（VSWRVSWR）：）：駐波最大電壓與最小電壓的比值。 天線交叉極化隔離度（天線交叉極化隔離度（XPDXPD）：）：是指在同極化射束方向性圖的峰值上的信號電平與給定方向上交叉極化信號電平的比值。41天線的參數(shù)（天線的參數(shù)（4 4） 反射系數(shù)反射系數(shù)、駐波比、駐波比VSWRVSWR、回波損耗、回波損耗RLRL 反射系數(shù)反射系數(shù):天線入口反射電壓與輸入電壓之比 回波損耗回波損耗RL:RL:天線入口輸入功率與反射功率之比 三者關系三者關系2020101101RLRLVSWR11VSWR42提提 綱綱無線通信基本知識無線通信基本