现代无线通信技术 邬正义 (4)
现代无线通信技术 邬正义 (10)
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第
10.1 正交频分多路调制（OFDM）技术
2 页
10.1.1 简介
OFDM的基本思想是将信号流划分成多路子数据 流，再去并行调制多路载波。其子载波的频谱虽然 重叠但保持了良好的正交性。
OFDM发射 机原理
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第
10.1 正交频分多路调制（OFDM）技术
3 页
10.1.1 简介
OFDM接收机原理
14 页
10.2.2 MIMO信道模型
考虑一个由 M T 个发射天线和 M R 个接收天线构成 的MIMO系统的信道模型。在第j个发射天线到第i个 接收天线之间的时变信道脉冲响应为hi,j(t , t) 。
h1,1(t ,t)
H(t
, t)
h2,1(t , t)
hMR ,1(t , t)
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第
10.2 多天线与空时处理技术
11 页
10.2.1 简介
MIMO基本原理： MIMO系统就是利用多天线来实现空域复用
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第
10.2 多天线与空时处理技术
12 页
10.2.1 简介
MIMO基本原理：
传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流 ci(k)，i=1，…，N。这N个子流由N个天线发射出去 ，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机 利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据 子流，从而实现最佳的处理。
令N个子信道载波频率为 f0,..., fN1 , 并使其满足关 系：
fk f0 k / TN ,k 0,1,...N 1
单个子载波信号为：
f
k
(t
)
cos(2 f
中波数字AM广播实现方案
中波数字AM广播实现方案邹正义李旭明吴乐南摘要：提出一种上下兼容的中波数字广播系统方案。
该方案的数字基带传输方式为COFDM，与DRM和IBOC相同，射频调制仍采用保留载波的双边带调幅，不需要对现有广播发射机进行改动或更换，接收机可沿用目前中波收音机的包络检波或采用相干解调，实现复杂度低，便于形成规模生产。
讨论了该方案实现的关键技术，并给出了发展和应用前景。
关键词：数字AM广播；DRM；IBOC；COFDM；双边带调幅1引言调幅（AM）广播自问世以来己经走过了80多年历史。
由于模拟AM广播的固有缺陷（广播质量较差，易受干扰等），在与FM、电视、现代通信和因特网等新的信息传播媒体的竞争中，己越来越处于劣势地位。
但30MHz以下广播频段的宝贵频率资源是人类的共同财富，应该得到有效利用和保护。
因为在这一频段内，利用地波和天波可以非常简单、经济而又高效地实现全球性的广播覆盖，这是迄今为止其它通信方式都无法做到的。
长期以来，世界各国为发展广播事业己投入了巨额资金，大量的广播电台和设备希望能够继续为人类造福而不至于很快就遭淘汰。
这就提出了一个具有挑战性的课题：使传统的AM广播通过技术改造获得新生。
进行数字化改造是克服模拟AM广播的致命弱点唯一的出路。
但如何实现数字化，世界各国的想法和做法并不一致，目前比较成熟并己进入商业化运作体系的主要有2个：以欧洲各国为主体的世界数字无线电组织的DRM系统和美国iBiquity公司推出的IBOC系统[1]。
这2个系统都得到了国际电信联盟（ITU）的认可，经演播室和现场测试取得了预期的良好效果，有望在欧美及其周边国家推广应用，逐步取代现有的模拟AM广播。
很多厂商己经开始投入这2种体制广播设备和接收机的开发和生产，一旦形成气候其产品就会迅速占领世界市场。
这2种数字AM广播体制的共同特点是都彻底摒弃了传统AM广播保留载波的双边带调幅（DSB-AM），重新设计了一套适合数字载波传输的调制方法。
现代无线通信技术
(1)RadioTransmission Interface of The Digital Pan European Mobile System泛欧数字移动通信系统无线电发射接口引言The paper describes the radio interface format of the system, which was selected after comparing hardware experimental equipment, based on different radio access techniques (FDMA, TDMA, ...) as well as different modulation and coding schemes. After presenting the selection process, a description of the radio interface specification is made, together with a presentation of the expected performance in terms of frequency reuse. Hardware results from measurements of a validation system built in France according to this specification are a1so presented.本文描述的系统的无线电接口格式，这是比较硬的实验设备选中后，根据不同的无线电接入技术（FDMA，TDMA，...），以及不同的调制和编码方案。
呈现所述选择过程之后，无线接口规范的描述是，在频率复用的术语介绍的预期性能的一起。
从按照本说明书在法国建造一个验证系统的硬件的测量结果a1so呈现。
(2)The Wireless Revolution无线革命AbstractCurrent demand for and recent developments in wireless communication are described. Funding for wireless worldwide is examined. Tools and techniques used to characterize radio propagation are discussed, and some research results are presented对于目前的需求和近期发展无线通信的描述。
现代无线通信技术 邬正义 (8)
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8.2 链路自适应技术
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8.2.2 功率控制
2、Ad Hoc网络中的功率控制策略
在Ad Hoc网络中，链路层功率控制策略是在保持信干噪比 的前提下增加或减小信号功率，或者在信道条件好的时候增加 数据速率。
链路层功率控制策略主要有以下两种:
(1) 固定SINR策略：使用于具有时延限制的连续业务，以固 定速率发送。这种策略消耗能量比较大，因为大部分功率用于 在深衰落时维持SINR。
1、功率控制的概念
在移动通信中,功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。
所谓反向功率控制，又称为上行链路功率控制，就是要求移 动台无论处于什么位置，其信号在到达基站的接收机时，都具 有相同的电平，且正好达到信干比要求的门限，这样可以防止 远近效应，减小多址干扰。根据移动台是否参加控制，又可分 为反向开环功率控制和反向闭环功率控制两种方式。
(2) 自适应调整策略：当信道质量好时，增加发射功率和速
率；当信道质量不好时，降低发射功率和速率；当信道质量低
于一定的门限后，停止发送。可使信道的平均吞吐量最大，但
无中心的自组织性 动态变化的网络拓扑 多跳路由 无线传输
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8.2 链路自适应技术
第 7
页
由于能量的限制，自组织网络的链路层设计面临许 多新的挑战。
由于多路径衰落引起的幅度与相位的扰动, 延迟扩 展引起的码间串扰, 来自其他节点信号的干扰等等因 素，使得无线信道的单位容量相对较小。
自组织网络链路层设计的目标是在相对小的能量条 件下，使数据速率接近最基本的信道容量。
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8.2 链路自适应技术
第 8
页
8.2.1 自适应编码调制
信道编码能有效地减小功率来获得给定的误码率， 这在能量受限的Ad Hoc网络的链路设计中尤为重要 。
微波无线通信技术理论与应用
微波无线通信技术理论与应用一、引言随着信息技术的飞速发展和普及，人们对于通信技术的需求不断增加。
微波无线通信技术作为一种高速、高效的无线通信方式，具有较高的实用价值和发展空间。
本文将系统介绍微波无线通信技术的发展历程、基本原理、应用领域与未来发展趋势。
二、微波无线通信技术发展历程微波无线通信技术起源于20世纪30年代，当时主要是应用于军事领域。
二战之后，微波无线通信技术开始应用于民用领域。
20世纪60年代，移动通信开始发展，微波无线通信技术成为移动通信的主要技术之一。
70年代末80年代初，数字通信技术的发展促使微波无线通信技术向数字化方向发展，数字微波无线通信技术开始应用。
近年来，随着5G技术的推广，微波无线通信技术得到广泛应用。
三、微波无线通信技术基本原理1.无线信号的传输方式微波无线通信技术的基本原理是利用电磁波在空气中的传播，接收和发送信息。
电磁波的特点是传播速度快、穿透力强、抗干扰能力强等，因此微波无线通信技术成为远距离通信的主要手段。
2.微波无线通信的频谱微波无线通信技术一般使用的频段有UHF、VHF、SHF、EHF、THF等。
UHF（0.3-3GHz）主要用于民航、国防等领域的通信，VHF（3-30MHz）主要用于海事通信、天气通信、民用航空领域等。
SHF（3-30GHz）主要用于卫星通信、雷达和通信设备等，EHF（30-300GHz）主要用于雷达和无线通信设备等。
3.微波无线通信的常用技术常用的微波无线通信技术包括频分多路复用（FDMA）、时分多路复用（TDMA）、码分多路复用（CDMA）和正交分复用（OFDM）等。
四、微波无线通信技术应用领域微波无线通信技术具有高速、高效和大容量等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
1.移动通信领域无线通信技术被广泛应用于移动通信领域，如GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等。
现在的移动通信网络已经发展到了第四代（4G）和第五代（5G）。
现代无线通信技术 邬正义 (3)
中频转接方式设备简单，不会造成信号的频率失 真，是模拟系统常用的中继方式。在传送电视节目时， 由于彩色电视信号对频率失真特别敏感，因此一般都 采用中频转接的中继方式。
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第
3.4 微波中继系统的组成和工作方式
1、基带转接 来自天线的微波信号首先通过混频器下变频至中
频（IF），经过解调、取样判决后，得到基带数字信 号，然后将恢复的基带码流重新调制，经混频器上变 频至微波发射频率（RF），将信号放大后再通过天 线发射出去。这种转接方式称为基带转接。
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第
3.4 微波中继系统的组成和工作方式
10 页
3.4.2 中继方式
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第
3.4 微波中继系统的组成和工作方式
4 页
3.4.1 系统组成
❖微波中继系统主要功能是实现远距离通信，通信距 离往往长达数千米甚至上万米，整个通信链路由多个 相距几十千米的中继站构成，系统中包含了各种类型 的微波通信站。
终端站
终端站
中继站
枢纽站
分路站
微波中继通信线路系统的示意图
终端站
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第
3.4 微波中继系统的组成和工作方式
13 页
3.4.2 中继方式
2、中频转接
接收机
来自
天线 IF
放大器
RF
带通 滤波器
IF 混频器
发射机
IF 均 衡 器 和整形器
IF
混频器
RF
带通 滤波器
送至 天线
RF功 率 放大器
微波发生器
中频转接方式
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第
6章现代无线通信信号处理技术解析PPT课件
• (1)地波传播——无线电波沿地球表面的传 播。
• 主要用于低频及甚低频远距离无线电导航 、标准频率和时间信号的广播、对潜通信 等业务。
• 传播特点：
• 传输损耗小、作用距离远；受电离层扰动 影响小，传播情况稳定；有较强的穿透海 水及土壤的能力；但大气噪声电平高，工 作频带窄
电磁场与电磁波—6章现代无线 通信信号处理技术
仍可保持通信。
电磁场与电磁波—6章现代无线 通信信号处理技术
• 3)流星电离余迹散射传播。利用发生在80～120km处流星电离 余迹对电波的散射作用，实现2000km内的远距离传播。常用 频段为30～70MHz。由于流星电离余迹持续时间短，但出现频 繁，可利用它建立瞬间通信，在军事上应用较多。
• (4)地-电离层波导传播。电波在以地球表面及电离层下缘为 界的地壳形空间内传播。
• 根据不同频段的电波在媒质中传播的物理过程，可将电波 传播方式分类为：
• (1)地波传播 • (2)对流层电波传播(视距、散射传播) • (3)电离层电波传播(反射、散射、流星电离余迹散射传播
)
• (4)地—电离层波导传播 • (5)外大气层及行星际空间电波传播
电磁场与电磁波—6章现代无线 通信信号处理技术
。其主要传播特点是：传播距离限于视线 距离以内，一般为10 ～50km；频率愈高受
电磁场与电磁波—6章现代无线 通信信号处理技术
•
2)散射传播。利用对流层中介质的不
均匀性对电波的散射作用，实现超视距传
播，常用频段为200MHz～5GHz。由于散射
波相当微弱，传输损耗大，需使用大功率
发射机、高灵敏度接收机及高增益天线等
短波远距离广播、通信，船岸间航海移动通信，飞机地面问
《现代通信技术 》课件
无线电波传播方式
直射波传播
无线电波直接从发射天线辐射到接收天线， 不经过反射、折射或散射。
反射波传播
无线电波在传播过程中遇到不同介质的分界 面时，会改变传播方向。
折射波传播
无线电波遇到障碍物时，会反射回来继续传 播。
散射波传播
无线电波遇到较小障碍物时，会向各个方向 散射。
无线通信的关键技术
调制解调技术
盖范围广、传输距离远等优点。
02
卫星通信技术的应用场景
卫星通信技术在全球范围内的通信、广播、导航等领域有广泛应用，尤
其在偏远地区和海洋等地的通信中具有不可替代的作用。
03
卫星通信技术的发展趋势
未来，卫星通信技术将与地面移动通信技术融合，形成天地一体化的通
信网络。
物联网通信技术
物联网通信技术
物联网通信技术是实现物联网应用的关键技 术之一，能够实现各种智能设备的互联互通 。
物联网
实现智能化识别、定位、跟踪、 监控和管理等功能。
01
02
电信
包括固定电话通信、移动电话通 信、卫星电视广播等。
03
04
计算机网络
包括互联网接入、电子邮件、即 时通讯、云计算等技术应用。
02
通信系统组成与原理
通信系统概述
01
02
03
通信系统基本组成
包括发送端、传输介质和 接收端。
通信系统分类
调制是将信号转换为适合传输的波形，解调 是将接收到的波形还原为原始信号。
多址接入技术
允许多个用户同时接入同一频段，实现多用 户通信。
信道编码技术
通过增加信息码元或减少冗余码元来提高信 息传输的可靠性和效率。
数字信号处理技术
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 7
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。
大区制就是用一个基站覆盖整个服务区。其特点是 基站只有一个天线，架设高，功率大，覆盖半径大 （20~50km），但容纳的用户数有限（几百户），扩 容非常困难。
小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各 小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络 和控制。另外设立移动交换中心，负责与各基站之 间的联系和对系统的集中控制管理。
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 8
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
在小区制中，可以应用频率复用技术，提高频带 利用率。小区数目越多，整个通信系统的容量就越大。 小区制比大区制在技术上要复杂得多。但小区制的优 点远远超过了它的缺点，而且随着电子技术和计算机 技术的发展，复杂的控制和电路设备都已经可以实现， 因此，地面公用移动通信网选用小区制是无可争议的。
120 o 120o
(b) 顶点激励
120 o
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 18
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 9
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
1、小区形状的选择
小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种， 面状服务区是地面移动通信服务区的主要形式。
一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留 空隙地覆盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间 一定会有很多的重叠区域。去除重叠之后，每个辐射 区的有效覆盖区是一个多边形。
Pt
Gt
Gr
(
ht hr d2
)2
ht为发射天线的高度， hr为接收天线的高度， d为发射机与接收机之 间的距离（d=d1+d2）
平坦表面传播时的直射波与反射波
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4.1 概述
第 5
页
4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（1）大尺度衰落
PL
PL(d
0
)
10 n
lg(
第 14
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
3、同频小区的距离
A
D
A
b个
r A
120o
a个
同信道小区中心之间的距离为
A A
b
D
r
a
A A
A A
D r 3(a2 b2 ab)
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 15
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
4、同频干扰和载干比
蜂窝系统中由于有多个使用相同频率的小区，因此
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 10
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 1、小区形状的选择
d
d
d
面状服务区的小区形状
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 11
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
选择形状时考虑的问题： 邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰小；
单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域 小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为好， 重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使 移动通信便于跟踪交接；所需无线电频率个数越少越 好。
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4.1 概述
第 2
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4.1.2 移动通信的特点 移动通信是指通信的双方或至少有一方处在运动
状态中进行的信息交换。 1、电波传播条件恶劣 2、环境噪声、干扰和多普勒频移影响严重 3、组网技术比固定通信复杂 4、频率资源有限和用户增加的矛盾突出
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4.1 概述
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
1、自由空间传播
Pr
(d )
G1Gr 2 Pt (4 )2 d 2 L
Pr为接收天线的接收功率，Pt为发射机的发射功率， Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，d为发射机 与接收机之间的距离，L为综合损耗因子，λ为波长
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4.1 概述
第 4
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
2、平坦表面的传播
Pr
N a2 b2 ab
式中，a ， b为不能同时为零的正整数
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 13
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
d
1 321
32
d
d
1 2 12 3434
d
d
72 61 3 7 2
5 4 61 3 54
d
N=3
N=4
N=7
不同小区数N构成的区群形状
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
d d0
)
PL 为平均大尺度路径损耗，单位为dB；n为路径损 耗指数；d0为近地参考距离；d为发射机和接收机之 间的距离。
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4.1 概述
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（2）小尺度衰落
是指无线电信号在经过短时间或短距离传播 以后其幅度快速衰落。 三 ①经过短距离或短时间传播后信号强度发生急剧变化； 个 ②在不同多径信号上存在着时变的多普勒频移引起的 表 随机频率调制； 现 ③多径传播延时引起的扩展。
将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个 基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖 三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副 120度扇形天线共同覆盖，称为“顶点激励”。
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4.2 蜂窝数字移动通信网
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 5、中心激励与顶点激励
(a) 中心激励
第4章 数字移动通信技术
第 1
页
4.1 概述
4.1.1 移动通信的发展历史
20世纪20年代，车载无线电系统 1946年，“城市系统” 1978年，AMPS，蜂窝移动通信网 20世纪80年代，TACS 20世纪80年代中期，GSM（我国从1997年开始使用） 1993年，IS-95（N-CDMA） 1991年，B-CDMA进入实验阶段 目前，3G（我国的TD-SCDMA），4G
综合结论：采用正六边形面状服务区 ——蜂窝式移动通信网
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 12
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
2、区群的形成 两个条件： （1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖； （2）邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间 的距离相等。 区群内的小区数N应满足下式：
可能会发生同频干扰。一般用载干比（C/I）来描述同
频干扰的大小。
移动台处于小区边缘时的载干比近似为：
C I
1 ( D)4 6r
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4.2 蜂窝数字移动通信网
第 16
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
5、中心激励与顶点激励
在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天 线形成圆形覆盖区，称为“中心激励”。