無(wú)線通信基礎(chǔ)知識(shí)課件

無(wú)線通信基礎(chǔ)知識(shí)課件無(wú)線通信概述電磁波與天線技術(shù)模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)多址技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)信道編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)目錄01無(wú)線通信概述無(wú)線通信是指利用電磁波信號(hào)在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。無(wú)線通信定義從早期的無(wú)線電報(bào)到現(xiàn)代的移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信，無(wú)線通信經(jīng)歷了多個(gè)階段的發(fā)展，技術(shù)不斷革新，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。發(fā)展歷程無(wú)線通信定義與發(fā)展歷程無(wú)線通信系統(tǒng)主要由發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸媒介和控制設(shè)備等組成，其中發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的關(guān)鍵部分。系統(tǒng)組成無(wú)線通信系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射設(shè)備將信息轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳輸媒介（如空氣、真空、水等）傳播到接收設(shè)備，接收設(shè)備再將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換回原始信息，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。工作原理無(wú)線通信系統(tǒng)組成及工作原理移動(dòng)通信是無(wú)線通信技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，包括蜂窩移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等。移動(dòng)通信衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。衛(wèi)星通信物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將各種智能設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理等功能。物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)還廣泛應(yīng)用于廣播電視、航空航天、軍事、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。其他領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域02電磁波與天線技術(shù)

電磁波基本概念及特性電磁波定義電磁波是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替變化而產(chǎn)生的一種物質(zhì)波，具有能量和動(dòng)量，可以在真空中傳播。電磁波特性電磁波具有波動(dòng)性和粒子性，其傳播速度等于光速，且在不同介質(zhì)中傳播速度不同。電磁波譜按照頻率從低到高，電磁波可分為無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽馬射線等。天線性能參數(shù)天線的性能參數(shù)主要包括方向性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化方式等。這些參數(shù)決定了天線的輻射特性和接收特性。天線類型根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)，天線可分為線天線、面天線、陣列天線等。其中，線天線包括偶極子天線、單極子天線等；面天線包括拋物面天線、喇叭天線等。天線選用原則在選擇天線時(shí)，應(yīng)根據(jù)通信系統(tǒng)的要求，綜合考慮天線的性能參數(shù)、尺寸、重量、成本等因素。同時(shí)，還需注意天線的安裝環(huán)境和周圍物體的影響。天線類型、性能參數(shù)及選用原則電磁波傳播方式電磁波傳播方式主要有直射波、反射波、折射波、繞射波和散射波等。在無(wú)線通信中，直射波和反射波是主要的傳播方式。電磁波傳播影響因素電磁波傳播受到多種因素的影響，如大氣層中的氣體成分、水汽含量、電離層等。此外，地形地貌、建筑物等也會(huì)對(duì)電磁波的傳播產(chǎn)生影響。電磁波傳播損耗在傳播過(guò)程中，電磁波會(huì)受到自由空間損耗、大氣吸收損耗和地面反射損耗等影響，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱。因此，在無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要充分考慮電磁波的傳播損耗，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償和優(yōu)化。電磁波傳播方式及影響因素03模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制原理利用連續(xù)變化的模擬信號(hào)控制載波的某個(gè)參數(shù)，使載波隨著模擬信號(hào)的變化而變化。根據(jù)載波被調(diào)制的參數(shù)不同，模擬調(diào)制可分為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。載波的振幅隨模擬信號(hào)的變化而變化，如普通調(diào)幅廣播。載波的頻率隨模擬信號(hào)的變化而變化，如調(diào)頻廣播。載波的相位隨模擬信號(hào)的變化而變化，實(shí)際應(yīng)用中常與頻率調(diào)制結(jié)合使用，形成調(diào)頻調(diào)相（FPM）或調(diào)相調(diào)頻（PFM）等復(fù)合調(diào)制方式。分類方法頻率調(diào)制相位調(diào)制幅度調(diào)制模擬調(diào)制原理及分類方法常見(jiàn)類型介紹數(shù)字調(diào)制主要包括振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）和差分相移鍵控（DPSK）等。頻移鍵控通過(guò)改變載波的頻率來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)容易且具有一定抗干擾能力。差分相移鍵控利用相鄰碼元之間相位的相對(duì)變化來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，具有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的頻譜利用率。數(shù)字調(diào)制原理利用離散的數(shù)字信號(hào)控制載波的某個(gè)參數(shù)，使載波在有限個(gè)狀態(tài)之間變化。振幅鍵控通過(guò)改變載波的振幅來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，簡(jiǎn)單但抗干擾能力較差。相移鍵控通過(guò)改變載波的相位來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力較強(qiáng)但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。010203040506數(shù)字調(diào)制原理及常見(jiàn)類型介紹傳輸質(zhì)量數(shù)字調(diào)制具有更高的傳輸質(zhì)量和更強(qiáng)的抗干擾能力，適用于長(zhǎng)距離、大容量和高可靠性的通信需求；而模擬調(diào)制在傳輸質(zhì)量上相對(duì)較差，容易受到噪聲和干擾的影響。系統(tǒng)復(fù)雜性數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)通常比模擬調(diào)制系統(tǒng)更復(fù)雜，需要更多的硬件和軟件支持；而模擬調(diào)制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)字調(diào)制廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信和光纖通信等；而模擬調(diào)制在一些特定應(yīng)用場(chǎng)景中仍然被使用，如廣播、電視和航空通信等。頻譜效率數(shù)字調(diào)制通常具有更高的頻譜效率，能夠在有限的頻譜資源內(nèi)傳輸更多的信息；而模擬調(diào)制在頻譜效率上相對(duì)較低。模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制比較04多址技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)多址技術(shù)原理多址技術(shù)是指在無(wú)線通信系統(tǒng)中，允許多個(gè)用戶同時(shí)共享同一物理信道進(jìn)行通信的技術(shù)。它通過(guò)在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行特定的處理，使得接收端能夠從混合的信號(hào)中正確識(shí)別和提取出所需用戶的信號(hào)。分類方法根據(jù)多址方式的不同，多址技術(shù)可分為時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。多址技術(shù)原理及分類方法擴(kuò)頻技術(shù)原理擴(kuò)頻技術(shù)是一種通過(guò)擴(kuò)展信號(hào)的頻譜來(lái)提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力和保密性的技術(shù)。它通過(guò)在發(fā)送端使用特定的擴(kuò)頻碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使得信號(hào)的頻譜被擴(kuò)展，并在接收端使用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出原始信號(hào)。常見(jiàn)類型常見(jiàn)的擴(kuò)頻技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）、跳頻擴(kuò)頻（FH-SS）、跳時(shí)擴(kuò)頻（TH-SS）和混合擴(kuò)頻等。擴(kuò)頻技術(shù)原理及常見(jiàn)類型介紹移動(dòng)通信系統(tǒng)：在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提高系統(tǒng)容量、抗干擾能力和保密性。例如，CDMA技術(shù)被用于3G和4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中，實(shí)現(xiàn)了多用戶同時(shí)通信和高效的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線局域網(wǎng)：在無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）中，多址技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶設(shè)備之間的無(wú)線通信。例如，Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)采用了CSMA/CA（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免）的多址方式，并結(jié)合了直接序列擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高抗干擾能力。衛(wèi)星通信系統(tǒng)：衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要支持多個(gè)地面站之間的同時(shí)通信，因此多址技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)在其中發(fā)揮著重要作用。例如，衛(wèi)星電話和衛(wèi)星廣播采用了FDMA和TDMA等多址方式，以及擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性。軍事通信系統(tǒng)：軍事通信系統(tǒng)對(duì)保密性和抗干擾性有很高的要求，因此多址技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于其中。例如，軍事衛(wèi)星通信和戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)采用了CDMA和混合擴(kuò)頻等技術(shù)，以確保通信的安全性和可靠性。多址技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景05信道編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)通過(guò)增加冗余信息，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕菇邮斩四軌驒z測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。線性分組碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼等。信道編碼原理及常見(jiàn)類型介紹常見(jiàn)類型信道編碼原理發(fā)送端在數(shù)據(jù)中增加冗余信息，接收端利用這些冗余信息糾正錯(cuò)誤。優(yōu)點(diǎn)是不需要反饋信道，缺點(diǎn)是糾錯(cuò)能力有限。前向糾錯(cuò)（FEC）接收端檢測(cè)到錯(cuò)誤后，通過(guò)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是糾錯(cuò)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是需要反饋信道，且可能產(chǎn)生較大的時(shí)延。自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）結(jié)合FEC和ARQ的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)送端在數(shù)據(jù)中增加冗余信息，接收端在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)先嘗試自行糾正，若無(wú)法糾正則通過(guò)反饋信道請(qǐng)求重傳。混合糾錯(cuò)（HEC）差錯(cuò)控制方法分類和比較移動(dòng)通信01在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于無(wú)線信道的時(shí)變性和多徑效應(yīng)等因素，信號(hào)傳輸容易受到干擾和衰落影響。因此，信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)在提高移動(dòng)通信系統(tǒng)可靠性方面發(fā)揮著重要作用。衛(wèi)星通信02衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著信號(hào)衰減、多徑效應(yīng)等問(wèn)題。信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)可以提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸可靠性。深空通信03在深空通信中，信號(hào)傳輸距離極遠(yuǎn)，且受到宇宙射線、太陽(yáng)風(fēng)等自然因素的干擾。因此，需要采用高性能的信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)確保信號(hào)的可靠傳輸。信道編碼和差錯(cuò)控制在實(shí)際中應(yīng)用06無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)WLAN基本概念和體系結(jié)構(gòu)靈活性和移動(dòng)性、安裝便捷、易于擴(kuò)展、成本低廉。WLAN特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無(wú)線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。WLAN定義包括無(wú)線站點(diǎn)（STA）、無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、分布式系統(tǒng)（DS）和端口等組件，支持基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織模式。WLAN體系結(jié)構(gòu)ABCDWLAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族介紹IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了無(wú)線局域網(wǎng)的物理層和MAC層規(guī)范，包括頻率、信道、數(shù)據(jù)傳輸速率等參數(shù)。HomeRF標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)家庭環(huán)境設(shè)計(jì)的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)低成本和易用性。HiperLAN標(biāo)準(zhǔn)歐洲提出的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，與IEEE802.11類似但存在一些差異。其他標(biāo)準(zhǔn)如藍(lán)牙（Bluetooth）、無(wú)線USB等，也用于實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線通信。安全策略認(rèn)證機(jī)制加密技術(shù)VPN技術(shù)WLAN安全策略和認(rèn)證機(jī)制包括訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)加密、認(rèn)證和授權(quán)等措施，確保WLAN的安全性。采用WEP、TKIP、AES等加密技術(shù)對(duì)WLAN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)。常見(jiàn)的認(rèn)證方式包括開放系統(tǒng)認(rèn)證和共享密鑰認(rèn)證，以及更安全的WPA/WPA2認(rèn)證方式。通過(guò)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）技術(shù)，在公共網(wǎng)絡(luò)上建立加密通道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩Ｗo(hù)。07移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)03區(qū)域覆蓋有限1G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍相對(duì)較小，主要集中在城市地區(qū)和部分發(fā)達(dá)國(guó)家。01模擬語(yǔ)音通信1G網(wǎng)絡(luò)主要提供模擬語(yǔ)音通信服務(wù)，通話質(zhì)量較差且易受干擾。02有限的數(shù)據(jù)傳輸能力1G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力非常有限，主要支持簡(jiǎn)單的文本信息傳輸。第一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（1G）回顧2G網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行語(yǔ)音通信，提高了通話質(zhì)量和保密性。數(shù)字語(yǔ)音通信低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)全球漫游能力2G網(wǎng)絡(luò)支持低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短信和彩信等。2G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了全球漫游功能，用戶可以在不同國(guó)家和地區(qū)使用相同的手機(jī)號(hào)碼。030201第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（2G）特點(diǎn)分析3G網(wǎng)絡(luò)提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持視頻通話、在線游戲等多媒體應(yīng)用。高速數(shù)據(jù)傳輸3G網(wǎng)絡(luò)的普及推動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用3G網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛部署和應(yīng)用。全球覆蓋廣泛第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（3G）優(yōu)勢(shì)探討超高速數(shù)據(jù)傳輸4G網(wǎng)絡(luò)提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足高清視頻、實(shí)時(shí)互動(dòng)等應(yīng)用需求。全面支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)全面支持移動(dòng)互