現(xiàn)代通信概論第八章課件

現(xiàn)代通信概論

2第8章無(wú)線通信系統(tǒng)8.1無(wú)線通信概述8.2無(wú)線信道的傳播機(jī)制8.3無(wú)線信道的描述8.4分集與合并8.5擴(kuò)頻系統(tǒng)38.1無(wú)線通信概述無(wú)線通信是利用電磁波信號(hào)可以在空中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。利用無(wú)線通信方式把信息從一地傳送到另一地所用的所有設(shè)備的總和稱為無(wú)線通信系統(tǒng)。58.1.2無(wú)線通信的鏈路68.1.3無(wú)線通信發(fā)展歷程1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)，金屬導(dǎo)線中有電流通過(guò)時(shí)，附近的磁針便會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。學(xué)徒出身的英國(guó)物理學(xué)家法拉第指出，奧斯特的實(shí)驗(yàn)證明了“電能生磁”。1864年，麥克斯韋預(yù)言電磁波存在，建立了麥克斯韋方程組。1887年，德國(guó)人赫茲透過(guò)閃煉的水花，第一次證實(shí)電磁波的存在，設(shè)計(jì)出了世界上第一副無(wú)線電天線。1895年5月7日，波波夫發(fā)明的無(wú)線電接收機(jī)。聯(lián)政府把5月7日定為“無(wú)線電發(fā)明日”。1896年6月，21歲的意大利青年馬可尼發(fā)明無(wú)線電收?qǐng)?bào)機(jī)，并在英國(guó)取得專利。當(dāng)時(shí)通信距離只有30米。78.1.3無(wú)線通信發(fā)展歷程(續(xù))1920年，調(diào)幅無(wú)線電廣播1924年，移動(dòng)無(wú)線電話1931年，世界上第一條微波線路1936年，調(diào)頻無(wú)線電廣播1938年，電視廣播1948年，香農(nóng)提出信息論，建立了通信統(tǒng)計(jì)理論1955年，世界第一條對(duì)流層散射通信線路，全長(zhǎng)2600公里1968年，150兆赫移動(dòng)通信頻段上首先開(kāi)通模擬尋呼系統(tǒng)1969年，阿波羅11號(hào)登月，用無(wú)線電話與地球通信，并成功地實(shí)現(xiàn)了月面電視中繼98.1.4無(wú)線通信分類BluetoothS-UMTSSatelliteBroadbandSDHDVB-TDABGSMGPRS/EDGEDECTIRUMTSSatellite/HAPSBroadcastingCellularmobileIndoorDVB-SWirelessLocalLoopBodyLANsPersonalAreaNetworksUMTS++LocalAreaNetworksRFIDUWBMicrowaveDVB-HBroadbandW-LANCDMAGSM-RxMDSTETRA……Zigbee108.1.4無(wú)線通信分類118.1.5無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)更高的傳輸速率Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速多媒體綜合業(yè)務(wù)增加138.1.5無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)(續(xù))有限的頻譜資源光纖通信的帶寬幾乎是無(wú)限的：每根光纖達(dá)幾十Tbps可供無(wú)線通信的頻帶寬度有限：全部帶寬小于1THz無(wú)線作為接入手段與有線網(wǎng)有很大的差距148.1.5無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)(續(xù))覆蓋和頻率的關(guān)系自由空間損耗158.1.5無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)(續(xù))低發(fā)射功率下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的要求信息速率高達(dá)100Mbps～1Gbps工作頻率提高到5GHz或更高傳統(tǒng)傳輸方式無(wú)法滿足2GHz、2MbpsGSM基站43dbm(19-20w)，手機(jī)2wCDMA基站38dbm(6-7w)，手機(jī)0.2w5GHz、100Mbps——基站30W？17直射定義：電磁波的直射傳播(又稱視距傳播)是指發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波直接傳播到無(wú)線通信接收機(jī)。自由空間傳播損耗應(yīng)用衛(wèi)星通信微波通信移動(dòng)通信18反射與透射定義反射：發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波，入射到比載波波長(zhǎng)大的平面上，反射出來(lái)的電磁波再被無(wú)線通信接收機(jī)的天線接收。透射：電磁波入射到某一物體時(shí)，一部分能量的信號(hào)經(jīng)反射、繞射或散射后在空氣中傳播，另一部分能量的信號(hào)進(jìn)入該物體中傳播。地面反射模型(多徑的接收疊加場(chǎng)強(qiáng))應(yīng)用短波通信流星余際遠(yuǎn)距離傳輸室內(nèi)接收19繞射定義：無(wú)線通信發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波，照射到物體的不規(guī)則突出表面的邊緣(如：房頂?shù)倪吘?、窗戶的四角?，再傳播到無(wú)線通信接收機(jī)的天線處。單屏繞射與多屏繞射菲涅爾環(huán)帶與布林頓方法應(yīng)用廣播通信218.3無(wú)線信道的描述大尺度衰落與小尺度衰落慢衰落與快衰落平衰落與選擇性衰落無(wú)線電波的傳播損耗傳播失真多徑傳播與多徑效應(yīng)多普勒譜22大尺度衰落與小尺度衰落信號(hào)傳播可能經(jīng)歷反射、衍射和散射等，接收信號(hào)通常是多徑信號(hào)。隨著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)距離的增大，接收信號(hào)的損耗是十分明顯的。這種信號(hào)損失表現(xiàn)為在某一小區(qū)域內(nèi)接收信號(hào)平均值的下降。預(yù)測(cè)這種信號(hào)平均值下降的模型叫做Large-Scale模型(大尺度衰落)。由于多徑信號(hào)相干疊加引起的衰落稱為小尺度衰落，預(yù)測(cè)模型稱為Small-Scale模型。23大尺度衰落與小尺度衰落(續(xù))25慢衰落與快衰落慢衰落是指接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)局部中值在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)緩慢變化?？焖ヂ涫侵附邮招盘?hào)電平快速隨機(jī)變化，其變化范圍可達(dá)到數(shù)十dB。實(shí)際上，信號(hào)的快衰落與慢衰落兼而有之，快衰落往往疊加在慢衰落之上。在短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)時(shí)，慢衰落不易被察覺(jué)，而快衰落則表現(xiàn)明顯。26平衰落與選擇性衰落平衰落是指發(fā)射信號(hào)的頻譜特性在接收機(jī)內(nèi)仍能保持不變的衰落。選擇性衰落是指發(fā)射信號(hào)的頻譜特性在接收機(jī)內(nèi)發(fā)生了畸變的衰落29多徑傳播與多徑效應(yīng)到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)來(lái)自不同傳播路徑的信號(hào)之和，不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端迭加，有時(shí)迭加而加強(qiáng)(相位相同)，有時(shí)迭加而減弱(相位相反)。接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由多徑傳播引起的，所以稱為多徑衰落。30多徑傳播的影響短距離或短時(shí)間內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的快速變換；多徑傳播造成時(shí)延擴(kuò)展；各多徑信號(hào)具有不同的多普勒頻移，造成隨機(jī)調(diào)頻；31多普勒