第二章现代无线通信系统汇总
现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常 用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔 关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型 考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论 分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供 传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型 采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性， 然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分 析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易 于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
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现代通信系统课件-第二章
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第二章 微波中继通信系统设计
4－干扰与噪声：
发信设备钟的噪声可包括相位噪声和交调干扰噪声 相位噪声产生于本机振荡器，它体现了振荡器瞬时频率稳定度的质量（表示微波振荡 器输出信号的频谱纯度）；交调干扰产生于本机振荡（倍频链式的振荡源－－现在很 少采用）、上变频器（属于非线性多频工作状态，有较大的交调干扰）和末级功放， 此外，还有微波部件之间的回波反射也产生干扰噪声。 直接中继和中频转接的中继方式中，各中继站的噪声可能造成叠加积累，因此必须对 各站的噪声功率加以限制 5－微波发射频谱框架： 12G以下的通信频段拥挤，特别是数字微波通信技术的广泛应用，使得频率资源显得 更为紧张。提高频谱利用率和避免邻近波道干扰是需要解决的重要问题。因此应该对 数字微波通信机的发送信号频谱加以限制，使他不占用过宽的频带，不至于对临近波 道产生过大干扰。对发送信号频谱的限制范围叫发送频谱框架。 FCC（美国联邦通信委员会）规定的发送频谱框架标准[可查相关文献]，eg：11GHz 可用带宽为40MHz的发送频谱框架。发送谱框架由基带滤波器或带通（中频或微波） 成型滤波器的滤波特性来保证。
与卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱
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第二章 微波中继通信系统设计
§2.2 数字微波通信系统的构成
§2.2.1 微波通信网组成
主干线 支 线
微波终端站
微波分路站
微波中继站
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第二章 微波中继通信系统设计
数字微波中继通信系统连接方框图 见P9
数字微波中继网的组成：
用户终端 直接为用户所使用的终端设备：电话机，计算机，调度电话机 交换机
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第二章 微波中继通信系统设计
第二章 无线通信链路分析
第二章无线通信链路分析2.1系统工程中的系统链路预算通信链路（link）属于系统的哪一部分？链路不仅指发射机与接收机之间的信道或者区域，还包括整个通信路径：从信源开始，通过所有的编码和调制过程，经由发射机和信道，直到包含所有信号处理功能的接收机，最后结束于信宿。
下面介绍链路分析的定义，并解释链路分析在通信系统设计中的作用。
链路分析及其结果即是链路预算（link budget ),包括对接收端获得的有用信号功率、干扰噪声功率的计算和表格化。
链路预算权衡了增益和损耗，概括了发送接收资源、噪声源和信号衰减的详细分配比例，及其对整个链路过程的影响。
一些预算参数是统计性的（比如信号衰落容许值）。
链路预算是一种评价通信系统差错性能的评估（estimation）技术。
差错概率与Eb/No的关系曲线具有“像瀑布一样”的形状。
对于高斯噪声信道的各种调制方式而言，其Eb/No与差错概率相关联。
一旦选定调制方式，给定的差错概率对应着曲线图上的某一点。
换言之，要求的差错性能规定了满足性能要求的接收机所要达到的Eb/No值。
链路分析的主要目的是确定图3.6的实际（actual）系统工作点，并验证该点的差错概率小于或者等于系统的要求。
在通信系统设计时使用的许多说明、分析和制表中，链路预算是一个重要的基本工具，它为系统工程师提供对系统的整体了解。
通过链路预算，人们可以知道整个系统的设计和性能。
例如，链路余量说明系统能充裕地满足需求，还是刚好或根本不能满足需求。
链路分析可以反映系统是否存在硬件限制，以及是否能在链路的其他部分弥补该限制。
链路预算经常作为分析系统权衡、配置变化以及系统细微变化和相关性的参考依据，并且，若将其与其他建模技术结合将有助于预测设备的重量和大小、主要功率要求、技术风险以及系统成本。
链路预算对系统工程师来说至关重要，它代表了系统性能优化的“底线”。
2.2信道信道（channel）是连接发射机和接收机的传播媒介或电磁波通道。
无线通信系统简介
低成本
无线通信系统的建设和维护成 本相对较低，可以降低通信成
本。
挑战
安全性问题
信号衰减
多径效应
无线通信系统容易受到窃听、 干扰和攻击，需要采取有效 的安全措施来保护信息的安 全。
无线信号在传输过程中会受 到多种因素的影响，如距离、 障碍物等，导致信号衰减和 失真。
无线信号在传输过程中会经 过多个路径到达接收端，形 成多径效应，影响信号的稳 定性和可靠性。
天线增益
天线极化
天线增益是指天线在某一方向上的辐射强 度和方向性系数，增益越高，信号越强。
天线极化是指天线辐射的电场矢量的方向 ，不同的极化方式会影响信号的传输质量 和抗干扰能力。
03
无线通信系统的技术分类
无线电广播系统
无线电广播系统是一种利用无线电波传 送声音信息的通信方式，通过将音频信 号调制到高频载波上，以电磁波的形式 向空间辐射，实现声音信号的传送。
无线通信系统的应用领域
移动通信
移动电话、移动数据传输等。
物联网
智能家居、智能交通、智能农业等。
无线网络
无线局域网（WLAN）、无线个域网 （WPAN）、蓝牙等。
远程控制
无人机、智能机器人等。
02
无线通信系统的基本组成
无线电波传输介质
01
02
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无线电波
无线通信系统通过无线电 波传输信息，无线电波是 一种电磁波，能够在空间 中传播。
频谱资源有限
无线通信系统使用的频谱资 源有限，随着用户数量的增 加，频谱资源变得越来越紧 张。
未来发展趋势
5G和6G通信技术
随着技术的发展，无线通信系统将向5G和6G通信技术演进，实现 更高速、更可靠、更智能的通信。
现代通信系统概论
2
物联网的兴起
物联网将进一步发展，实现设备之间的互联互通，创造更智能、便捷的生活方式。
3
5G时代的到来
随着5G技术的商用化，人们将享受到更快、更可靠的移动通信体验。
现代通信系统概论
现代通信系统是指利用技术手段传递信息的系统。通信系统由发送器、接收 器、信道、编解码技术等组成部分构成。本课程将介绍通信系统的基本原理 和应用领域。
通信系统的基本组成部分
发送器和接收器
发送器负责将信息转换成信 号并发送，接收器负责接收 并解码这些信号以还原信息。
信道
信道是信息传输的媒介，可 以是有线媒体（如光纤）或 无线媒体（如无线电波）。
通信系统的关键性能指标
1 传输速率
传输速率是指单位时间内传输的信息量，通常以位/秒（b/s）或字节/秒（B/s）来表示。
2 误码率
误码率是指传输过程中发生的传输错误的频率，通常以百分比或小数形式表示。
3 带宽
带宽是指信道传输的频率范围，也可以表示为数据传输速率的最大值。
现代通信系统的应用领域
移动通信
移动通信技术使得人们可以随时随地进行语音和数据通信，如2G、3G、4G、5G等。
互联网
互联网是全球范围内的计算机网络系统，通过标准化协议相互连接，在全球范围内实现信息 的传输和共享。
卫星通信
卫星通信系统利用人造卫星作为中继器，实现全球范围内的信息传术的发展
无线通信技术将继续发展，为更好地满足人们对高速、稳定的通信需求。
编码和解码技术
编码和解码技术用于将信息 转换成容易传输和存储的形 式，并在接收端将其还原为 原始信息。
常见的通信系统类型
1 有线通信系统
有线通信系统使用物理介质进行信息传输， 如电话线、光纤等。
无线通信系统
无线通信系统1. 引言无线通信系统是一种通过无线电波传输信息的通信系统。
它使用无线电频谱中的特定频段来传输语音、数据和图像等信息，实现人与人、设备与设备之间的无线通信。
无线通信系统在现代社会中广泛应用，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
2. 无线通信系统的组成无线通信系统由以下几个组成部分组成：2.1 无线发射机无线发射机是无线通信系统中的核心设备之一。
它负责将待传输的信息转换为无线电信号，并通过天线向空间传播。
无线发射机的设计和技术水平对整个无线通信系统的性能有重要影响。
2.2 无线接收机无线接收机是无线通信系统中的另一个重要设备。
它负责接收从发射机发出的无线电信号，并将其转换回原始的信息。
无线接收机的性能直接影响到接收到的信号的质量和可靠性。
2.3 天线天线是无线通信系统中的关键部件之一。
它负责将发射机或接收机产生的无线电信号转换为电磁波，并向空间传播。
不同类型的无线通信系统使用不同种类的天线，如定向天线、全向天线等。
2.4 信道信道是无线通信系统中信息传输的媒介。
在无线通信系统中，信道通常是无线电信号在空间中传播的路径。
不同的无线通信系统使用不同的信道技术，如频分复用、时分复用等。
2.5 控制器控制器是无线通信系统中的一个重要组成部分。
它负责管理并控制整个无线通信系统的运行。
控制器可以监测和管理无线通信系统中的各种设备，如发射机、接收机、天线等。
3. 无线通信系统的应用3.1 移动通信移动通信是无线通信系统的重要应用之一。
它通过将无线电信号发送到移动设备，实现人与人之间的语音和数据传输。
现代移动通信系统包括蜂窝网络、卫星通信等。
3.2 无线局域网无线局域网是无线通信系统的另一个重要应用。
它使用无线电信号在有限区域内实现设备之间的通信。
无线局域网通常用于家庭、办公室等场所提供无线上网服务。
3.3 卫星通信卫星通信是一种通过卫星进行通信的无线通信系统。
它将信号发送到卫星上，再由卫星转发到目标地区。
现代无线通信原理系统及网络课件
02
5G系统架构
5G是第五代移动通信技术，是ITU-R 制定的全球标准，旨在提供更高的数 据传输速率、更低的延迟和更大的连 接数。
5G系统采用扁平化网络架构，包括 gNodeB和AMF/SMF/UDM等核心 网元，以及GTP和NG接口。
03
5G关键技术
包括OFDMA、MIMO、高频谱利用 、网络切片、边缘计算等技术，这些 技术使得5G系统具有更高的数据传输 速率、更低的延迟和更大的连接数。
解调器
从接收到的电信号中提取出原始的模拟信号。
解码器
将模拟信号转换回数字信号。
信号处理单元
对数字信号进行处理，提取出所需的信息。
无线通信调制技术
01
调频（FM）
利用载波的频率变化来携带信息 。
03
调幅（AM）
利用载波幅度的变化来携带信息 。
02
调相（PM）
利用载波相位的改变来携带信息 。
04
数字调制
LTE系统架构
LTE系统采用扁平化网络架构，包括eNodeB和MME/SGW/PGW等核心网元，以及GTP和S1/X2等接口。
LTE关键技术
包括OFDMA、MIMO、频谱高效利用、网络编码等技术，这些技术使得LTE系统具有更高的数据传输速 率和更低的延迟。
5G无线通信系统及关键技术分析
01
5G系统概述
无线通信的发展
无线通信技术自20世纪初发展至今，经历了多个阶段，包括模拟通信、数字通信、移动通信等。
无线通信系统的特点和优势
无线通信系统的特点
无线通信系统具有灵活性、移动性、便 捷性等特点，可以实现在不同地点之间 的信息传输。
VS
无线通信系统的优势
无线通信系统相对于有线通信系统具有无 需布线、安装方便、可移动等优势。
无线通信系统组成与信号传输
散射传播
无线电波在传播过程中遇 到较大障碍物时，会向各 个方向散射，形成散射波。
无线信号调制方式
调频（FM）
通过改变无线电波的频率来传递信息，具有抗干 扰能力强、信噪比高等优点。
调相（PM）ห้องสมุดไป่ตู้
通过改变无线电波的相位来传递信息，具有抗干 扰能力强、信噪比高等优点。
调相调频混合调制
将调相和调频技术结合使用，以获得更好的传输 性能和可靠性。
发射器性能指标
发射器的性能指标主要包括发射功率、调制方式 和频谱效率等，这些指标直接影响着无线通信系 统的传输质量和效率。
信道
01
信道的作用
信道是无线通信系统中信息传输的媒介，负责传输由发射器发送的电磁
波信号。
02
信道的类型
信道可以分为空间信道、地面信道和卫星信道等类型，不同类型的信道
具有不同的传播特性和传输效果。
传输质量
总结词
传输质量是指无线通信系统在传输过程中数据的完整性和准确性。
详细描述
传输质量是评估无线通信系统可靠性的关键指标。高质量的传输可以确保数据在传输过程中不会出现 丢失、延迟或错误，从而提供更好的用户体验。为了提高传输质量，可以采用差错控制技术、信道编 码技术等手段来降低误码率，增强数据的可靠性。
频技术等手段来减少干扰信号的影响，确保无线通信的稳定性和可靠性。
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接收器的性能指标
接收器的性能指标主要包括灵敏度、抗干扰能力和噪声抑制能力等，这些指标直接影响着 无线通信系统的接收质量和可靠性。
03
无线信号传输原理
无线电波传播方式
01
02
03
直线传播
无线电波在自由空间中沿 直线传播，遇到障碍物时 会发生反射、折射和衍射 现象。
现代通信系统知识总结
接入技术：1.网络体系结构中的一些问题：全局技术（网络的全局技术涉及多项网络功能，无法局限在某个特定的层次进行描述或研究。
）、数据通信、网络互连、开放系统。
2.为什么网络结构选择分层？层次结构使得系统之间的互连得以实现：a.独立性好，上层只需要了解下层通过层间接口提供什么服务b.适应性好，只要服务和结构不变，层内实现方法可任意改变c.功能易于实现和优化d.易于管理和维护3. IP网络的重要特点：每个分组独立选择路由发往同一个目的地的分组，后发送的有可能先收到当网络中通信量过大时，路由器来不及处理分组，于是要丢弃一些分组因此IP网络不保证分组的可靠交付。
而电信网向用户提供可靠交付。
4. TCP/IP协议的作用TCP/IP是一个协议系列，它已经包含了100多个协议，其中两个最基本、最重要的协议是:TCP传输控制协议，IP网际协议，IP协议又称网络协议，是TCP/IP协议使用的传输机制。
主要功能：1.数据包的传输，2.数据包的路由选择 3.拥塞控制。
特点：只提供传输，不负责纠错。
TCP协议被称作一种端对端的协议，它是面向连接的。
主要提供可靠的无差错的通信服务，能解决IP协议传输时的错误。
功能：1.传输中的差错控制。
2.分组排序。
3.流量控制。
特点：只提供差错控制，不负责传输。
5.下一代网络的接入网的特点：下一代接入网要求能够提供多种业务能力，高速图像传输能力等，要求用户接入带宽在10Mbps以上a.下一代网络的接入网具有宽带化和传输手段多样化的鲜明特点。
在传输层仍是多种接入方式手段并存，并大量引进光接入网技术实现FTTC,FTTB,FTTH.b.对于下一代网络的光接入网，将采用SDH(MSTP)/PON传输和组网方式，并引入WDH技术c.低成本实现QoS保证的网络6.宽带技术接入技术的发展趋势a.xDSL技术在相当一段长时间内仍将是主流的宽带接入技术b. EPON/GPON光纤接入技术将得到快速的发展，但完全实现FTTH还需要相当长的一段时间。
现代无线通信系统的例子
现代无线通信系统的例子现代无线通信系统是指利用无线电波进行信息传输的系统，广泛应用于手机、无线局域网、卫星通信等领域。
以下是10个现代无线通信系统的例子：1. 手机通信系统：手机通信系统是最常见的无线通信系统，它使用无线电波进行语音和数据传输。
手机通过基站与网络连接，实现与其他手机或固定电话的通信。
2. Wi-Fi无线局域网：Wi-Fi是一种局域网技术，使用无线电波使设备之间互相连接，实现无线上网和数据传输。
Wi-Fi广泛应用于家庭、办公室、公共场所等地方。
3. 蓝牙通信系统：蓝牙是一种短距离无线通信技术，可以实现设备之间的数据传输和通信。
蓝牙通常用于连接手机、耳机、音箱等设备。
4. GPS导航系统：GPS（全球定位系统）是一种卫星导航系统，通过接收卫星信号来确定地理位置和导航。
GPS广泛应用于汽车导航、户外定位等领域。
5. 无线电广播系统：无线电广播系统利用无线电波将音频信号传输到广播接收器，实现广播节目的传播。
无线电广播系统包括AM广播和FM广播。
6. 无线电频率识别系统（RFID）：RFID是一种无线通信技术，通过无线电波实现对物体的识别和跟踪。
RFID广泛应用于物流、库存管理、门禁系统等领域。
7. 卫星通信系统：卫星通信系统利用人造卫星进行数据传输和通信。
卫星通信系统可以实现全球范围内的通信，广泛应用于电话、电视、互联网等领域。
8. 短距离无线通信系统：短距离无线通信系统包括NFC（近场通信）、ZigBee等技术，用于实现设备之间的短距离无线通信和数据传输。
9. 无线传感器网络：无线传感器网络是由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络，用于采集环境数据并进行传输和处理。
无线传感器网络广泛应用于环境监测、智能农业等领域。
10. 远程遥控系统：远程遥控系统利用无线通信技术实现对设备的远程控制。
远程遥控系统广泛应用于家庭、工业、军事等领域，实现对设备的远程操作和控制。
以上是10个现代无线通信系统的例子，它们在不同领域中发挥着重要的作用，改变了人们的生活和工作方式。
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GPRS能够提供最高可达171.2kbit/s传输速率，增强了网络提供增值业务的能力，为便 携式计算机、PDA访问移动因特网奠定了基础。
1G模拟蜂窝网 2G数字蜂窝网络 3G无线网 4G LTE网 WLAN技术 WiMAX AdHoc Mesh技术
➢ GSM：Global System for Mobile communications ，全球移动通信系统 ➢ IS-95 CDMA (cdmaOne)：Interim Standard 95 CDMA ，第95号暂行标准被美国TIA采纳的第一个CDMA系统 ➢ IS-54/ IS-136 North American TDMA; ➢ PDC (Japan)：Pacific Digital Cellular ➢ DECT and PHS: Digital Enhanced Cordless Telecom. and Personal Handyphone System
20世纪80年代中期开始，ITU以全球通用、支持综合业务作为基本出发点，组织研究未来公众陆地 移动通信系统（FPLMTS，也称3G）。
1996年3G移动通信系统定名为IMT-2000。 ➢ 提出了层次蜂窝结构，使不同移动速率的移动台在不同层次的蜂窝内得到服务。 ➢ 可提供更大的系统容量（大约是2G系统的2.5倍）。 ➢ 能够支持中高速数据业务和多媒体通信。 ➢ 3G系统能将高速移动接入和基于因特网协议的服务结合起来，实现移动因特网，满足多媒体业务
All variants designed for TIA IS-41 core networks（ANSI 41）
为了满足用户对高速数据业务的需求，移动通信系统中引入了分组数据传送方式，称 为第2.5代蜂窝移动通信系统。
➢ 通用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Services），主要用于 欧洲等国家。
GSM网络主要由MS、BSS（包括：BTS、BSC）、NSS（包括：MSC、 HLR、AUC、EIR）组成。
移动性管理的部分工作前移至接入网中进行
TIA standard IS-95 (ANSI-95) in 1993 IS-95 deployed in the 800 MHz cellular band
1982年，为创建一个统一的、完整的、泛欧的蜂窝移动通信系统， CEPT（欧洲邮政与电信大 会）成立了“移动特别组（GSM，Group Special Mobile）”，致力于制定工作在900MHz的 数字蜂窝移动通信系统的标准。
1990年，移动特别组完成了GSM900规范的制定。
1991年，移动特别组完成1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范 的制定，称为DCS1800系 统（Digital Cellular System 1800MHz）。DCS1800系统与GSM900系统基本功能大致相同，规 范仅 描述了DCS1800和GSM900系统的特性差别，这两种系统都可以称为 GSM系统。
➢ Advanced Mobile Phone Service（AMPS） ➢ Nordic Mobile Telephony（NMT） ➢ Total Access Communications System（TACS） ➢ ……
工作频段：800MHz，带宽：20MHz; 复用方式：FDMA
网络功能主要集中在核心网实现 MTX:Mobile Telephone eXchange
无线通信原理
Wireless Communications Principles
1G模拟蜂窝网 2G数字蜂窝网络 3G无线网 4G LTE网 WLAN技术 WiMAX AdHoc Mesh技术
模拟通信技术——“模拟蜂窝移动通信系统”： 服务区域被划分成若干蜂窝覆盖的集合，每个蜂窝中设一个基站 采用FDMA技术 典型1G移动通信系统
✓ J-STD-08 variant deployed in 1900 MHz US “PCS” band
Evolution fixes bugs and adds data
✓ IS-95A provides data rates up to 14.4 kbps ✓ IS-95B provides rates up to 64 kbps (2.5G) ✓ Both A and B are compatible with J-STD-08
的要求，为用户提供更经济、内容更丰富的无线移动通信服务。
3G
标 准 比 较
CDMA2000：由CDMAone演进而来
WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access 宽带码分多址
TD-SCDMA: Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,时分同步码 分多址
1G模拟蜂窝网 2G数字蜂窝网络 3G无线网 4G LTE网 WLAN技术 WiMAX AdHoc Mesh技术
采用数字通信技术，被称为“数字蜂窝移动通信系统”。 采用时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等技术，提高了频谱利用率和网络容量。 语音质量和保密性能得到很大提高。除了提供语音通信外，2G系统还可提供短消息和低速数据业务。 可实现网间自动漫游。 典型2G移动通信系统
1991年末，移动特别组更名为SMG（特别移动组，Special Mobile Group），欧洲900MHz系统 被命名为GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）。
1992年欧洲各大运营者开始提供GSM系统的商业服务。至今，GSM系 统已在100多个国家使用， 成为应用最广泛的2G通信网络，其使用 的频段包括900MHz和1800MHz（在美国使用1900MHz）。