无线通信系统
低成本短距离无线通信系统设计及应用
低成本短距离无线通信系统设计及应用在当今无线通信技术飞速发展的时代，各种无线通信技术层出不穷，而低成本短距离无线通信系统则是其中一项重要的技术和应用，其应用范围非常广泛，例如家庭自动化、医疗保健、物联网等。
本文将从基本原理、设计方案、应用场景等方面来探讨低成本短距离无线通信系统的设计及应用。
一、基本原理低成本短距离无线通信系统的基本原理是通过无线电波在相邻设备之间进行通信，其通信距离一般在10米以内。
与长距离通信系统相比，短距离通信系统的发送功率和接收灵敏度都相对较低，但数据传输速率却越来越高，可以达到数百兆比特每秒。
低成本短距离无线通信系统主要有以下三种技术：1.蓝牙技术蓝牙技术最初是由爱立信和IBM共同开发的，它能够将个人电子设备、电脑和移动电话等设备互相连接，形成一个小型的无线网络环境。
2.无线局域网技术无线局域网技术（WLAN）也称为Wi-Fi技术，它可以实现无线网络接入，主要应用于家庭和企业网络环境。
3.射频识别技术射频识别技术也称为RFID技术，它可以实现对物体的无线识别和追踪。
二、设计方案低成本短距离无线通信系统的设计方案应该综合考虑以下几个方面：1.系统架构设计系统架构设计是低成本短距离无线通信系统中的核心，它包括系统拓扑结构、硬件与软件结构等方面。
2.射频硬件设计该设计应考虑到低成本和低功耗的要求，其特点是尽可能减少硬件器件的使用。
3.通信协议设计在通信协议设计中需要考虑到数据传输速率、通信距离、误码率、数据流量等方面。
4.软件设计软件设计是实现低成本短距离无线通信系统的核心之一，主要包括驱动程序、中断处理程序、数据协议传输程序等方面。
三、应用场景低成本短距离无线通信系统可以广泛应用于医疗保健、家庭自动化、智能安防、智能交通和物联网等领域。
1.医疗保健低成本短距离无线通信系统可以应用于患者监测、药品管理等领域，例如安装于病床上的传感器和各种医疗设备之间的连接，可以实时监测患者的生命体征。
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
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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。
无线通讯系统设计方案
无线通讯系统设计方案随着科技的快速发展和人们对于灵活、便携和高效的需求，无线通讯系统越来越受到人们的和依赖。
无线通讯系统以其无需线路布设，覆盖范围广，数据传输速度快，运行成本低等优点，在军事、工业、商业、教育、交通、医疗等领域得到了广泛应用。
然而，无线通讯系统的设计并非一蹴而就，需要针对特定的应用场景进行优化和选择。
本文将重点探讨无线通讯系统的设计方案，包括系统架构、硬件选择、软件设计、安全策略等方面。
无线通讯系统的架构通常包括发射端、接收端和传输媒介三个部分。
发射端负责将信息转换为电磁波，通过传输媒介发送；接收端则接收电磁波并还原为信息。
根据不同的应用需求，可以选择不同的无线通讯协议和技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa等。
射频模块：无线通讯系统的核心是射频模块，它负责信号的发射和接收。
射频模块的选择需要根据应用场景和传输距离来决定，同时需要考虑其功率、频率、灵敏度等参数。
微控制器：微控制器是无线通讯系统的控制中心，负责处理用户输入、控制射频模块和其他外设的工作。
在选择微控制器时，需要考虑其处理能力、内存大小、外设接口是否满足系统需求。
天线：天线是无线通讯系统中负责接收和发送电磁波的重要部件。
天线的选择需要考虑其频率范围、增益、阻抗等参数，同时还需要考虑其尺寸和形状是否适合应用场景。
通讯协议：通讯协议是无线通讯系统的关键组成部分，它规定了信息的格式和传输规则。
在选择通讯协议时，需要考虑其数据传输速度、安全性、稳定性等因素。
调度策略：调度策略是无线通讯系统中的重要概念，它决定了各个设备之间的信息传输顺序和时间。
调度策略的设计需要考虑系统的实时性、可靠性和效率。
能量管理：能量管理是无线通讯系统中的重要问题，它涉及到系统的功耗和寿命。
能量管理策略的设计需要考虑系统的运行模式、休眠模式和省电策略等。
加密技术：加密技术是保障无线通讯系统安全的重要手段，它可以防止信息被窃取或篡改。
在选择加密技术时，需要考虑其安全性、效率和对系统性能的影响。
城市轨道交通无线通信系统
无线通信是一种利用无线电波在空中传播信息的通信方式。无线电波通过 发射天线向外辐射出去，天线就是波源。无线电波中的电磁场随着时间的 变化而变化，从而把辐射的能量传播至远方。 （1） 传播方式。无线电波常见的传播方式有以下几种： ① 波导方式。当电磁波的频率在30 kHz以下（波长在10 km以上）时，大 地犹如一个导体，电磁波不能进入电离层，因此，电磁波被限制在电离层 的下层与地球表面之间的空间内传输，称为波导方式。 ② 地波方式。沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波）。这种传 播方式比较稳定，受天气影响小。 ③ 天波方式。射向天空经电离层折射后又折返回地面（还可经地面再反射 回天空）的无线电波称为天波。天波可以传播到几千千米之外的地面，也 可以在地球表面和电离层之间多次反射，实现多跳传播。
城市轨道交通无线通信系统由专用无线、消防无线和公安无线3部分组成。专 用无线是高速行驶的城市轨道交通列车与行车调度系统之间唯一的通信方式， 承担着保障城市轨道交通列车正常运行、城市轨道交通系统安全运营及乘客生 命的重要责任。消防无线是消防队在火场救火抢险的主要通信手段，城市轨道 交通内部消防无线信号的覆盖充分满足了消防队在城市轨道交通中救火抢险的 需要。公安无线为公安部门在城市轨道交通中的值勤、巡逻及突发事件的处理 提供了通信保障。 最简单的无线通信系统由一个发射机和一个接收机配以麦克风、扬声器和天线 组成。语音通过麦克风转换成电信号，发射机和天线将话音信号转换成相应的 高频电磁波，并发射出去；接收端通过天线、接收机和扬声器完成发送端的反 向变换，如图4-3所示。
④ 空间波方式。空间波主要指直射波和反射波。在空间中按直线传播的无线电波， 称为直射波。当无线电波在传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，其还会 像光一样发生镜面反射，称为反射波。 ⑤ 绕射方式。由于地球表面是个弯曲的球面，因此无线电波的传播距离受到地球 曲率的限制，但无线电波也能同光的绕射传播现象一样，形成视距以外的传播。 ⑥ 对流层散射方式。地球大气层中的对流层，其物理特性的不规则性或不连续性 会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播，称为对 流层散射方式。 （2） 电磁波的波长。对于在空间中传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强 度方向相同，其量值最大为两点之间的距离，即电磁波的波长λ，如图4-2所示。
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。
无线通信技术系统分类
无线电通信系统一. 通信系统分类1. 通信（communication）一切将信息从发送者传送到接收者过程。
自古以来, 信息就如同物质和能量一样, 是人类赖以生存和发展基础资源之一。
人类通信历史可以追溯到远古时代, 文字、信标、烽火及驿站等作为关键通信方法, 曾经延续了几千年。
电通信发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始, 至今不过170年。
翻开厚厚电信史册, 沿着历史脚步一路走来, 在技术和市场需求双重驱动下, 仅有一百多年历史电通信发生了翻天覆地巨变, 取得了令人惊叹辉煌成就。
消息（NEWS, MESSAGE）:——相关人或事物情况报道。
——通信过程中传输具体对象: 文字, 语音, 图象, 数据等。
信息（INFORMATION）:——有用消息信号（SIGNAL）:——信息具体存载体。
2. 通信系统实现信息传送过程系统。
3. 分类（1）按传输信息物理特征, 能够分为电话、电报、传真通信系统, 广播电视通信系统, 数据通信系统等;（2）按信道传输信号传送类型, 能够分为模拟和数字通信系统;（3）按传输媒介（信道）物理特征, 能够分为有线通信系统—利用导线传送信息;无线通信系统—利用电磁波传送信息;光纤通信系统—利用光导纤维传送信息。
在无线模拟通信系统中, 信道便是指自由空间。
二．无线通信系统组成: 发送设备+接收设备+传输媒体。
1. 发送设备（1）变换器（换能器）: 将被发送信息变换为电信号。
比如话筒将声音变为电信号。
（2）发射机: 将换能器输出电信号变为强度足够高频电振荡。
（3）天线: 将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。
2. 传输媒体——电磁波在自由空间中, 波长与频率存在以下关系: c = f λ式中: c为光速, f 和λ分别为无线电波频率和波长, 所以, 无线电波也能够认为是一个频率相对较低电磁波。
对频率或波长进行分段, 分别称为频段或波段。
不一样频段信号产生、放大和接收方法不一样, 传输能力和方法也不一样, 所以它们分析方法和应用范围也不一样。
无线通信系统概论
第1章 绪论
信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性 （如时间常数）与之相适应。
2. 频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、 图像信号等）, 用频谱分析法表示较为方便。
0 t
图 1 — 2 信号分解
信号幅度
第1章 绪论
对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量 （各分量间成谐频关系）, 例如图 1 — 3即为图 1 — 2所 示信号的频谱图; 对于非周期性信号, 可以用傅里叶变换 的方法分解为连续谱, 信号为连续谱的积分。
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第1章绪论音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器图11无线通信系统的基本组成第1章绪论超外差接收机的主要特点就是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大
第1章 绪论
第1章 绪论
➢1.1 无线通信系统概述 ➢1.2 信号、频谱与调制 ➢1.3 本课程的特点 ➢思考题与习题
脆弱的生命需要安全的呵护。10:40:29 10:40:2 910:40 9/22/20 20 10:40:29 AM 安全来于警惕，事故出于麻痹。20.9.2 210:40:2910:4 0Sep-2 022-Sep -20 质量是制造出来的，而不是靠检验出 来的。1 0:40:29 10:40:2 910:40 Tuesday , September 22, 2020 不懂莫逞能事故不上门。20.9.2220.9.2 210:40:2910:4 0:29Sep tember 22, 2020
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。
THANKS
感谢观看
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。
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无线信号传输原理
无线电波传播方式
01
02
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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。
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1.2无线通信系统
1 .2. 2无线通信系统的类型
无线通信系统按照工作频段划分为中波通信、短波通信、超短波 通信、微波通信和卫星通信等。
所谓工作频率.主要指发射与接收的射频(RF)频率。射频频率就 是载波射频.射频实际上就是“高频”的广义语.它是指适合无线电发 射和传播的频率。无线通信的发展方向就是开辟更高的频段。 (1)按照传输手段分.有无线通信、有线通信和光纤通信等。 (2)按照通信方式分.有(全)双工、半双工和单工方式。 (3)按照调制方式的不同分.有调幅、调频、调相以及混合调制等。 (4)按照传送的信号类型分.有模拟通信和数字通信.也可以分为语音通 信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。
1 .1.2无线电波段的划分
根据无线电信号的传播特性.无线电波段的划分如表1-1所示
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1.2无线通信系统
1 .2. 1无线通信系统的组成
广义地说，凡是在发信者和受信者之间，以任何方式进行消息 的传输，都可以称为通信。实现消息传递所需的设备的总和称为通信 系统。以电信号作为消息载体的通信系统，称为电信系统或现代通信 系统。其组成方框图如图1-2所示。
高频电子技术是低频电子技术(模拟电子技术)的后续课程。从其 处理的信号频率角度来说.发射和接收的信号都是高频信号.这是相对 于需要传送的音频信号和视频信号来说的。通常称这些音频和视频信 号为基带信号。基带信号的特点是信号频带较宽.宽带信号包含大量 低频信号的能量。这些信号不宜在空间传播.特别是远距离传播。为 了能够在无线信道有效地传播低频信号.就必须进行调制.将基带信号 变换为适合于传播的高频信号.即已调信号.已调信号属于窄带信号。
调制和解调是一种变换.通信系统中的发射设备和接收设备的任务 就是进行这种变换。因此.在这些设备中.必定包含有非线性电子器件。 本教材在阐述各部分高频电子线路时.除高频小信号谐振放大器外.其 他电波段的划分
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图1一1电波的传播方式
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图1-2通信系统组成方框图
1 .1.1无线电的传播特性
无线电的传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传 播特点等。无线电信号的传播特性依其所处的波段或频率而不同。
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第1章绪论
电磁波从发射机天线辐射后，不仅电波的能量会扩散，接收机只 能收到其中极小的一部分，而且在传播过程中，电波的能量会被地面、 建筑物或高空的电离层吸收或反射，或在气层中产生折射或散射，从 而造成强度的衰减。电波的传播方式如图1-1所示。
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1.2无线通信系统
1 .2. 3无线电广播系统通信设备的组成
无线通信(或称无线电通信)的类型很多.可以根据传输方法、频 率范围、用途等分类。不同的无线通信系统.其设备组成和复杂程度 虽然有较大差异.但它们的基本组成相似。按工作模式和电路组成分. 无线通信系统可分为单工、半双工和双工无线通信。
无线电广播系统由发射设备和接收设备组成.无线电广播系统的 发射设备如图1-4所示。
无线电广播系统的接收设备广泛使用超外差接收机.其主要特点 是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。当信号 频率改变时.相应改变本地振荡信号频率即可。超外差接收设备的组 成框图如图1-5所示。
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1. 3本课程的特点
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图1-4无线电广播系统的发射设备
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图1一5超外差接收设备组成框图
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第1章绪论
1.1信息技术 1.2无线通信系统 1.3本课程的特点
1.1信息技术
信息技术概括起来包括两类技术:信息处理和信息传输。信息是 一个抽象的概念.具体形式有声音、图像、文字、数据等。这些信息 经过传感器转换为电信号.就成为信息技术要处理的对象。
通信也叫信息传递.它的主要任务是传递信息.即将经过处理的信 息从一个地方传递到另一个地方。对信息传递的要求主要是提高其可 靠性和有效性。信息处理的目的是为了更可靠、更有效地传递信息。