《无线通信原理》课件.ppt
无线通信原理
课程介绍与学习目标课程概述本课程系统讲解无线通信的基本概念、原理和技术,涵盖无线通信的发展历程、系统组成、电磁波传播特性、信号调制解调、信道编码、多址接入、蜂窝网络以及新兴的无线通信技术。课程内容深入浅出,理论与实践相结合,旨在培养学生对无线通信的全面理解和应用能力。学习目标理解无线通信系统的基本组成和工作原理。掌握电磁波传播、天线、信道等无线通信基础知识。掌握各种信号调制、信道编码和均衡技术。了解多址接入技术、蜂窝网络原理以及无线资源管理。
无线通信的发展历史1早期探索19世纪末,马可尼成功实现跨大西洋无线电通信,开启了无线通信的纪元。早期的无线通信主要应用于航海和军事领域。2模拟时代20世纪80年代,第一代移动通信系统(1G)采用模拟技术,实现了移动电话的初步应用。但1G系统容量有限,安全性较差。3数字时代20世纪90年代,第二代移动通信系统(2G)采用数字技术,如GSM和CDMA,显著提高了系统容量和安全性,实现了短信等数据业务。43G与4G21世纪初,第三代移动通信系统(3G)引入了高速数据传输技术,如WCDMA和CDMA2000,支持视频通话和移动互联网。随后,第四代移动通信系统(4G)采用LTE技术,实现了更高的数据传输速率和更低的延迟。55G与未来
无线通信系统的基本组成信源产生需要传输的信息,例如语音、图像、视频等。发射机将信源产生的信号进行调制、编码、放大等处理,以便在无线信道中传输。无线信道无线信号传播的媒介,受到各种干扰和衰落的影响。接收机接收无线信号,进行解调、解码等处理,恢复原始信息。信宿
无线通信的应用领域移动通信包括2G、3G、4G、5G等各种移动通信系统,为用户提供语音、数据等服务。无线局域网例如Wi-Fi,用于家庭、办公室等场所的无线网络接入。卫星通信利用卫星作为中继站,实现远距离无线通信,例如卫星电话、卫星电视等。车联网
电磁波与无线传播基础电磁波特性电磁波是由相互垂直的电场和磁场组成的波动,具有波粒二象性,可以传播能量和信息。电磁波的频率、波长和传播速度之间存在一定的关系。无线传播方式直射:电磁波沿直线传播,适用于视距范围内的通信。反射:电磁波遇到障碍物发生反射,可以绕过障碍物进行传播。衍射:电磁波遇到障碍物边缘发生衍射,可以到达障碍物背后的区域。散射:电磁波遇到不规则表面发生散射,传播方向变得杂乱。
天线基础知识天线定义天线是一种将导行波或传输线模式的能量转换成自由空间电磁波的装置,或者进行相反的变换。简而言之,天线是无线通信系统中发射和接收电磁波的重要组成部分。天线参数增益:天线将能量集中辐射或接收的能力。方向图:天线在空间各个方向上的辐射或接收能力分布。阻抗:天线输入端的阻抗,需要与发射机或接收机的输出阻抗匹配。极化:电磁波电场矢量的方向,影响信号的接收质量。天线类型常见的天线类型包括偶极子天线、单极子天线、喇叭天线、微带天线等。不同类型的天线适用于不同的应用场景。
无线信道特性衰落无线信号在传播过程中,受到各种因素的影响,信号强度会随着时间和位置的变化而发生衰减,这种现象称为衰落。衰落是无线信道的重要特性之一。干扰无线信道中存在各种干扰信号,例如其他用户的信号、电磁辐射等。干扰会降低信号的质量,影响通信的可靠性。噪声无线信道中存在各种噪声信号,例如热噪声、人为噪声等。噪声会降低信号的信噪比,影响通信的质量。
路径损耗模型1自由空间路径损耗模型适用于视距范围内的无线通信,假设信号在真空中传播,没有障碍物和干扰。路径损耗与距离的平方成正比。2对数距离路径损耗模型考虑了实际环境中的障碍物和干扰,路径损耗与距离的对数成正比。模型参数需要根据实际测量进行调整。3阴影衰落模型考虑了由于建筑物、树木等障碍物引起的信号阴影效应,路径损耗服从对数正态分布。
大尺度衰落路径损耗信号在传播过程中,由于距离的增加和障碍物的阻挡,信号强度会逐渐衰减。路径损耗是影响无线通信覆盖范围的主要因素之一。阴影衰落由于建筑物、树木等障碍物引起的信号阴影效应,信号强度会发生随机变化。阴影衰落的影响范围较大,通常在几十米到几百米之间。
小尺度衰落多径效应1多普勒效应2瑞利衰落3莱斯衰落4小尺度衰落是指信号在短距离内或短时间内发生的快速衰落现象,通常由多径效应和多普勒效应引起。小尺度衰落的影响范围较小,通常在几厘米到几米之间。
多径效应多径传播由于信号经过不同的路径传播,到达接收机的信号具有不同的时延、幅度和相位。这种现象称为多径传播。多径干扰多径信号之间会相互干扰,导致信号强度发生快速变化,产生衰落现象。多径干扰是影响无线通信质量的重要因素之一。多径分集利用多径信号的特性,可以采用分集技术来提高信号的质量。例如,可以采用RAKE接收机来合并多径信号,提高信号的信噪比。
多普勒效应多普勒频移当发射机和接收机之间