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11 月 10, 2023 #无线通信

无线通信技术发展的重大事件:1885年,俄国人波波夫和意大利人马可尼分别发明了无线电报。 1897年,马可尼成功地试验了跨海峡无线通信。 1906年,美国人福雷斯特发明了电子管,奠定了无线电通讯的基础。 1921年,美国底特律和密歇根警察局开始使用车载收音机,这是最早的无线语音通信。 1946年,美国在圣路易斯建立了世界上第一个公共汽车电话系统。 1947年,美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念,可以利用多小区系统组成蜂窝移动通信系统。 1948年,晶体管问世; 香农提出了信息论,成为信息论的奠基人,半个多世纪以来无人超越。 20 世纪 60 年代初,集成电路问世。 1962年,世界第一颗商业同步卫星“晨鸟”升空,标志着同步卫星通信进入实用化阶段。 美国研制成功脉冲编码调制设备并将其应用于多路电话通信。 20世纪80年代,超大规模集成电路出现,商业移动通信迅速发展。 无线通信技术的发展方向是宽带化、数字化、复用化、高速率、广覆盖、小终端、大容量。 无线通信的发展趋势是宽带化、高速化、多媒体业务、移动网络化、智能化、个性化。 1.2.1 无线通信系统的组成根据传输介质的不同,可分为有线通信和无线通信。 有线通信使用电线(传输线)来传输信号。 无线通信系统利用空间电磁波作为传输介质,在空中传输信号。

语音、数据、图像等原始信息都是频率相对较低的信号。 例如,音频信号在300Hz到3.4KHz之间,视频信号不超过6MHz。 此类信号不利于天线辐射和电磁波传播。 因此,发送设备需要在高频载波信号中添加低频信息。 这个过程称为调制; 变频器进一步将信号转换成发射无线电波所需的频率(如短波频率、微波频率),然后将功率放大,通过天线辐射出去进行传输。 在接收设备中,信号必须经过放大、变频,最后通过解调过程恢复原始信息,完成无线通信过程。 1.2.2 无线通信系统的特点 无线通信系统具有独特的特点:可以轻松穿越水域,克服山脉、峡谷等造成的传输障碍,利用自由空间进行通信,具有不可替代的灵活性; 开放的渠道很容易受到外界因素的影响。 1.2.3 单工和双工通信 半双工系统允许双向通信,但发送和接收都使用相同的无线信道。 同时,用户只能发送或接收信息。 双工通信是指通信双方可以同时发送和接收的工作方式,通过在无线信道上提供两个相同但独立的信道(FDD)或相邻时隙(TDD)进行发送和接收。 。 频分双工 (FDD) 在基站使用独立的发射和接收天线来容纳两个独立的信道。 然而,用户单元中只有一根天线用于与基站进行发射和接收。 用户单元内部使用双工器,使一根天线能够同时发送和接收。

时分双工(TDD)方法在时间上共享同一信道,利用部分时间从基站向用户发送信息,剩余时间从用户向基站发送信息。 同频单工模式 双频双工模式 1.2.4 无线通信网络 无线电波是电磁波的一种。 它和光波一样,在自由空间中沿直线传播,传播速度为310。它还具有折射、反射、衍射和干涉等波的特性。 无线电波以横向电磁波(TEM)的形式在空间中传播,其中电场和磁场垂直于无线电波的传播方向。 1.3.1 电磁波的极化 1.3.2 无线电波的传播方式 地波传播 地波是一种沿地球表面传播的电磁波,属于绕射波。 地波传播的频率一般限制在2MHZ以下。 地波传播的优点:如果提供足够的功率,可以在世界上任意两地之间进行远距离通信,而且大气条件的变化基本不影响地波传播。 其缺点是需要很大的发射功率,且发射信号的频率有限。 空间波传播 电磁波在靠近地面的低空大气中传播。 它们由直达波和地面反射波叠加而成,因此接收点的场强是两者之和。 这种传播模式用于超短波和微波通信。 频率30MHZ以上的调频广播电视信号传输属于空间波传播。 天波传播 天波传播的优点是损耗小、传播距离远。 一次或多次反射可达近10000公里。 但电离层的状态很容易发生变化,会随着昼夜或季节的变化而变化,使得天波传播不稳定。

对流层传播 从地面上升到距地面约10公里的范围称为对流层。 1.3.3 传播路径损耗模型 10lg32.4420lg20lg1.1 随着距离的增加,传输损耗增大; 频率越高,损耗越大。 在实际应用中,由于移动通信系统分布在非常不规则的区域,电磁波传输环境非常复杂。 在估计传播路径损耗时,必须针对不同频段使用不同的无线电波传播模型。 室内和室外无线电波传输环境也存在很大差异。 不同,所以选择的型号也有很大不同。 电磁波传播的路径称为无线信道。 恒定参数信道意味着表征其传输特性的参数变化非常小并且变化速度极慢。 可以认为它们在很长一段时间内基本没有变化。 例如,表面波在有线信道和无线信道中的传播。 变参数信道是指传输特性随时间快速或剧烈变化,信号在传输过程中的衰减值不稳定,存在衰落、传输时延、多径传输效应等。移动信道是典型的变参数信道。 1.4.1 无线信道的特点:传播的开放性、不确定因素较多、接收地理环境的复杂性和多样性、部分通信用户的随机移动性,呈现出无线信道的多样性和复杂性 1.4.3 短波信道分析 短波信道模型 短波信道用途电离层反射无线电波来传输信息。 由于电离层是一种不均匀(各层电子密度分层且不均匀)、各向异性、随机变化的传输介质,因此会形成复杂的传输介质。 多径传播会导致接收信号的衰落、延迟扩展和频谱色散。

信道中的加性噪声​​也有两种:高斯噪声和信道干扰(在短波通信系统中,同信道干扰的情况并不少见)。 短波多径效应可分为“粗多径”效应和“细多径”效应。 “粗多径”效应是无线电波经过不同反射点形成的多条传输路径; 而“精细多径”效应是由于无线电波反射点(区域)介质的不均匀性和随机性造成的。 多径传播。 始发者发射的无线电波可以通过多条路径传播到目的地。 不同路径的信号到达接收端所需的时间也不同。 最长和最短路径之间的延迟差称为多径延迟差。 ) 衰落 由于多径信号在接收段可以形成叠加(干扰),导致接收信号强度随机波动,称为衰落。 ) 多普勒频移和时延扩展 时变多径信道会引起发射信号的频谱扩展和时间扩展。 前者称为多普勒频移,后者称为延迟扩展。 电磁频谱图 1.5.1 频谱资源划分与管理 无线电频段划分及业务名称 频段频率/波长范围 传播特性 主要业务 VLF 低频超长波 3kHz~30kHz10km~100km 空间波 主要沿海海底通信; 远距离通讯; 超远距离导航LF低频长波30kHz~300kHz1km~10km天波和地波跨洋距离; 中距离通讯; 地下岩层通信MF中频中波300kHz~3MHz100m~1000m天波地波船舶通信; 业余无线电通信; 移动通讯; 商业广播HF高频短波30M1m~10m天波、地波远距离短波通信; 国际定点通信VHF1m~10m空间波电离层散射; 人工电离层通信; 与空间飞行物体通信SHF高频分米波300M3GHz1dm~10dm空间波小容量微波中继通信; 对流层散射通信; 商业广播UHF高频厘米波3GHz 30GHz1cm~10cm空间波大容量微波中继通信; 数字通讯; 卫星通信EHF高频毫米波30GHz 300GHz1mm~10mm空间波再入大气层时基通信; 波导通信 2000MHz 频段 地面无线电业务 频率分配 业务名称 工作频段 业务名称 工作频段 蜂窝移动通信 (1710 ~ 1755) MHz (1800 ~ 1850) MHz 蜂窝移动通信 (1865 ~ 1880) MHz (1945 ~ 1960)MHz无线接入(1800~1990)MHz (1960~1980)MHz 无线接入(时分双工TDD方式) (1900~1920)MHz扩频数据通信 (2400~2483.5)MHz 多路微波有线电视传输系统(MMDS) ) (2533 ~ 2599) MHz 无线电定位 (2300 ~ 2690) MHz 微波中继通信 (2300 ~ 2690) MHz 工业、科学和医疗设备 无线电电磁波辐射频段 (2400 ~ 2500) MHz 1.6.1 基本概念 天线 It是辐射和接收电磁波的金属导体系统。

发射机输出的高频电能信号通过传输线耦合到发射天线,转换为电磁能以波的形式辐射到空气中; 接收天线将空气中的电磁能转化为电能,通过传输线发送至接收器的输入端。 1.6.2 天线主要技术指标 辐射阻抗 1.6.3 常用天线主要类型 简单天线单元 单极天线、锥形天线、螺旋天线和贴片天线 天线阵由两个或多个天线单元排列组合而成,结构使总天线辐射在某些指定方向上加强或减弱,以获得更大的增益和更好的方向特性。 抛物面反射器天线在简单天线和天线阵列中添加反射面以提高性能。 智能天线是具有测向和波束形成功能的天线阵列。 它采用数字信号处理技术产生空间定向波束,使天线主波束与有用用户信号的到来方向对齐,旁瓣或零点与干扰信号的到来方向对齐。 最终,信号得到充分、有效的利用,干扰信号被删除或抑制。 智能天线技术是第三代移动通信的关键技术之一。 它可以识别不同入射方向的直达波和反射波,具有较强的抗多径衰落和同频干扰能力。 智能天线还可以用于实时监控用户。 可以根据电磁环境条件提高网络的管理能力; 它可以提高系统的容量,增加基站的覆盖面积,有助于实现移动站的定位。线性调制器coscos的通用模型(载波项)(DSB信号特征:AM的包络)波与传输带宽成正比,传输带宽是基带信号最高频率的两倍,包括载波分量。