现代通信概论第1章课件.ppt

1、11/22/2022111/22/20222现代通信概论第1章 通信的基本理论6.1 基本概念基本概念微波（微波（microwave)的定义：波长为的定义：波长为1 1mm1mm1mm，即频即频率为率为300300MHzMHz300GHz300GHz范围的电磁波。范围的电磁波。微波通信：利用微波作为载波的通信方式。微波通信：利用微波作为载波的通信方式。微波通信的主要频段：微波通信的主要频段：微波干线传输微波干线传输WLANBLUETOOTHLMDSL波段波段 1.02.0GHz C波段波段 4.08.0GHzS波段波段 2.04.0GHz x波段波段 8.012.4GHzKu波段波段12.41

2、8GHz K波段波段 1826.5GHz 11/22/20223现代通信概论第1章 通信的基本理论11/22/20224现代通信概论第1章 通信的基本理论6.1.1 微波通信的特点微波通信的特点3 3、传输质量高，通信稳定可靠。、传输质量高，通信稳定可靠。2 2、天线增益高，方向性好，通信保密性好。、天线增益高，方向性好，通信保密性好。1、通频带宽，通信容量大。通频带宽，通信容量大。4 4、组网灵活，建设周期短、成本低。、组网灵活，建设周期短、成本低。5 5、对于地面远距离通信，采用、对于地面远距离通信，采用“中继中继”传输。传输。11/22/20225现代通信概论第1章 通信的基本理论地面微

3、波中继通信地面微波中继通信v特点：采用特点：采用中继传输中继传输方式，一般方式，一般5050KMKM左右一个中继站。左右一个中继站。v原因：微波是沿直线传播的；原因：微波是沿直线传播的；微波传播时，存在能量损耗。微波传播时，存在能量损耗。v应用：长距离、大容量应用：长距离、大容量 干线通信；干线通信；短距离、短距离、小容量通信；小容量通信；6.1.2 微波通信的分类（微波通信的分类（1/4）中间站中间站终端站终端站11/22/20226现代通信概论第1章 通信的基本理论一点对多点（一点对多点（PMP）微波通信微波通信v组成：基地台，用户组成：基地台，用户v应用：一种无线宽带接入方式，适用于应用

4、：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散且业务量小的系统。用户比较分散且业务量小的系统。6.1.2 微波通信的分类（微波通信的分类（2/4）(基 地 台）用 户用 户用 户用 户11/22/20227现代通信概论第1章 通信的基本理论微波卫星通信微波卫星通信v特点：特点：中继站在卫星上；中继站在卫星上；使用微波波段，使用微波波段，技术与微波相通，技术与微波相通，但有自己的特点；但有自己的特点；6.1.2 微波通信的分类（微波通信的分类（3/4）Satellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite11/22/2022

5、8现代通信概论第1章 通信的基本理论微波散射通信微波散射通信v利用大气对流层不均匀气利用大气对流层不均匀气团的散射作用，实现微波团的散射作用，实现微波通信通信v特点：特点：距离远距离远发射功率大发射功率大信号质量差信号质量差v应用：应用：军事通信军事通信 6.1.2 微波通信的分类（微波通信的分类（4/4）对 流 层不 均 匀 介 质 气 团11/22/20229现代通信概论第1章 通信的基本理论6.1.3 数字微波通信的发展数字微波通信的发展数字微波通信与模拟微波通信的区别数字微波通信与模拟微波通信的区别v便于组成便于组成ISDN。v有较强的保密性。有较强的保密性。v便于采用各种数字信号处理

6、技术，易于与计算机接口。便于采用各种数字信号处理技术，易于与计算机接口。v抗干扰能力强，线路噪声不累积。抗干扰能力强，线路噪声不累积。v便于集成化，小型化。便于集成化，小型化。v频带利用率低。频带利用率低。11/22/202210现代通信概论第1章 通信的基本理论收信发信用户终端交换机用户终端交换机数字微波中继线路市内电话公司市内电话公司甲地乙地时分复用设备微波信道机微波信道机时分复用设备微波端站微波端站系统组成系统组成11/22/202211现代通信概论第1章 通信的基本理论系统组成系统组成v用户终端设备用户终端设备v交换设备交换设备v复用设备复用设备v微波信道设备微波信道设备v收发信设备收

7、发信设备11/22/202212现代通信概论第1章 通信的基本理论收发信设备收发信设备v收信设备的组成收信设备的组成前置前置中放中放低低噪声放噪声放大器大器混频混频自动增自动增益控制益控制天天馈馈系系统统主主中中放放滤波滤波本振本振功能：将功能：将微波信号微波信号变成变成中频已调信号中频已调信号11/22/202213现代通信概论第1章 通信的基本理论收发信设备收发信设备v收信设备的技术指标收信设备的技术指标工作频段工作频段通频带通频带噪声系数噪声系数本振的频率稳定度本振的频率稳定度最大增益最大增益自动增益控制范围自动增益控制范围11/22/202214现代通信概论第1章 通信的基本理论收发信

8、设备收发信设备v发信设备的组成发信设备的组成微波微波功放功放上上变频变频中频中频放大放大天馈天馈系统系统滤波滤波本振本振功能：将功能：将已调中频信号已调中频信号变为变为微波信号微波信号，并经天馈系统发出。并经天馈系统发出。11/22/202215现代通信概论第1章 通信的基本理论收发信设备收发信设备v发信设备的技术指标发信设备的技术指标工作频段工作频段通频带通频带本振的频率稳定度本振的频率稳定度输出功率输出功率谐波抑制度谐波抑制度非线性非线性11/22/202216现代通信概论第1章 通信的基本理论11/22/20221711/22/202218现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1 基本概

9、念基本概念移动通信移动通信：通信的双方至少有一方或双通信的双方至少有一方或双方处在移动（或临时静止）情况下进行方处在移动（或临时静止）情况下进行信息传输和交换。信息传输和交换。移动移动通信通信无线无线通信通信计算机计算机技术技术有线有线通信通信网络网络技术技术11/22/202219现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1 基本概念基本概念个人通信个人通信：任何人任何人(whoever)whoever)在任何时间在任何时间(whenever)whenever)、任何地点任何地点(wherever)wherever)可以和其他任何人（可以和其他任何人（whomever)whomever)进行任何

10、形式进行任何形式(whatever)whatever)的通信。的通信。模拟移动通信数字移动通信多媒体移动通信个人通信11/22/202220现代通信概论第1章 通信的基本理论Copyright 1996 Northern TelecomRANK1ONE5542 1139 1464 228 99494 6/91 6/99VALID DATESSCOOBY DOO11/22/202221现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.1 移动通信的特点（移动通信的特点（1/4）电波传播环境复杂电波传播环境复杂11/22/202222现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.1 移动通信的特点（移动通信的

11、特点（2/4）干扰和噪声的影响大干扰和噪声的影响大f1f3f2f1v同频干扰：相同频率间的相互干扰。同频干扰：相同频率间的相互干扰。v邻频干扰：相邻或相近频率间的干扰。邻频干扰：相邻或相近频率间的干扰。v互调干扰：由于非线性失真而产生的干扰。互调干扰：由于非线性失真而产生的干扰。v各种噪声各种噪声11/22/202223现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.1 移动通信的特点（移动通信的特点（3/4）移动工作环境恶劣，尘土多，振动大，要求移动工作环境恶劣，尘土多，振动大，要求有一定的防范措施。移动台操作简便，可靠有一定的防范措施。移动台操作简便，可靠性高，小型化，低功耗。性高，小型化，低功

12、耗。具有多普勒频移当物体运动中通信时，其具有多普勒频移当物体运动中通信时，其接收到的载波频率随运动速度的不同而产生接收到的载波频率随运动速度的不同而产生不同的频移。不同的频移。cosvfdv11/22/202224现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.1 移动通信的特点（移动通信的特点（4/4）控制系统复杂。控制系统复杂。交换机交换机至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域PSTN至其他至其他 PSTN11/22/202225现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（1/6）单工制单工制v单工的定义单工的定义 收发使用同收发使用同一个（或不同）一

13、个（或不同）频率的按键通频率的按键通信方式。信方式。即在即在同一时间里要同一时间里要么说，要么听，么说，要么听，只可选择一样。只可选择一样。发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f1 f1 f1 f1 B A f1f1f2f2f2f111/22/202226现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（2/6）单工制单工制v优点优点:不需要天线共用装置。不需要天线共用装置。组网方便。组网方便。耗电少，设备简单，造价便宜。耗电少，设备简单，造价便宜。v缺点：频率利用率低。缺点：频率利用率低。操作不方便。操作不方便。同频基站间干扰较大。同频基站间干扰较大。v

14、适用范围：适用于用户少，专业性强的通信系统中。适用范围：适用于用户少，专业性强的通信系统中。11/22/202227现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（3/6）半双工制半双工制 发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移动台A f2 双 工 器 11/22/202228现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（4/6）半双工制半双工制 通信的双方有一方使用双工通信，即收发信机通信的双方有一方使用双工通信，即收发信机同时工作且使用不同的频率，另一方采用双频同时工作且使用不同

15、的频率，另一方采用双频单工方式。单工方式。v优点：设备简单，功耗小，克服了通话断续优点：设备简单，功耗小，克服了通话断续的缺点。的缺点。v缺点：操作不方便。缺点：操作不方便。v应用：专用通信中。应用：专用通信中。11/22/202229现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（5/6）双工制双工制 发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移动台A f2 双 工 器 双工器11/22/202230现代通信概论第1章 通信的基本理论7.1.2 移动通信的工作方式（移动通信的工作方式（6/6）双工制双工制 通信双方的收发信机均

16、能同时工作。通信双方的收发信机均能同时工作。v优点：由于收发频带有一定的间隔，所以抗干优点：由于收发频带有一定的间隔，所以抗干扰能力强。扰能力强。使用方便。使用方便。v缺点：缺点：电源耗电量大。电源耗电量大。11/22/202231现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2 移动通信系统移动通信系统 7.2.3 7.2.3 移动通信系统的频率使移动通信系统的频率使用和配置用和配置11/22/202232现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.1 移动通信系统的分类（移动通信系统的分类（1/5）公用移动通信系统公用移动通信系统至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域交换机交换机PSTN至其他至其

17、他PSTN移移动动台台基基地地台台移移动动交交换换中中心心移动通信系统11/22/202233现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.1 移动通信系统的分类（移动通信系统的分类（2/5）专用移动通信系统专用移动通信系统 在一定的范围内，为某些单位提供服务的移动通在一定的范围内，为某些单位提供服务的移动通信系统。信系统。v特点：容量小，大区制，半双工制特点：容量小，大区制，半双工制v典型系统：集群系统典型系统：集群系统11/22/202234现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.1 移动通信系统的分类（移动通信系统的分类（3/5）专用移动通信系统专用移动通信系统v集群系统集群系统11/22

18、/202235现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.1 移动通信系统的分类（移动通信系统的分类（4/5）专用移动通信系统专用移动通信系统v集群系统集群系统集群系统的特点：集群系统的特点：共用频率共用频率共用设备共用设备共享服务区共享服务区共享通信业务共享通信业务分担费用分担费用改善服务改善服务独立性与公用性兼顾11/22/202236现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.1 移动通信系统的分类（移动通信系统的分类（5/5）无绳电话系统无绳电话系统v由座机（基站）和手机组成由座机（基站）和手机组成v典型系统：典型系统：CT-2，CT-3，小灵通小灵通11/22/202237现代通信概论第

19、1章 通信的基本理论7.2.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域交换机交换机PSTN至其他至其他PSTN移移动动台台基基地地台台移移动动交交换换中中心心移动通信系统中中继继线线11/22/202238现代通信概论第1章 通信的基本理论7.2.3 移动通信系统的频率使用和配置移动通信系统的频率使用和配置移动通信一般采用移动通信一般采用VHF和和UHF频段。频段。原因：原因：v适用于移动通信适用于移动通信v抗干扰能力强抗干扰能力强v天线短，便于移动。天线短，便于移动。11/22/202239现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网根

20、据根据服务区域服务区域的不同，移动通信网可分为两种：的不同，移动通信网可分为两种：大区制大区制和和小区制小区制大区制大区制市话交换局市话交换局PSTN11/22/202240现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网大区制大区制 在整个服务区内只设一个基站，由它负责移动通在整个服务区内只设一个基站，由它负责移动通信的联络和控制。信的联络和控制。v特点：特点：网络结构简单，频道数目少，不需要无线交换，与网络结构简单，频道数目少，不需要无线交换，与PSTNPSTN网网直接相连。直接相连。覆盖范围有限。覆盖范围有限。服务的用户容量有限。服务的用户容量有限。频率利用率低。频率利用率

21、低。11/22/202241现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）将所要覆盖的地区划分成若干个小区，每个小区将所要覆盖的地区划分成若干个小区，每个小区的半径可以根据用户的密度在的半径可以根据用户的密度在1 1至至10 10kmkm左右。在每个左右。在每个小区内设置一个基站为本小区范围内的用户服务。小区内设置一个基站为本小区范围内的用户服务。小区制的目标：实现频率复用，从而提高小区制的目标：实现频率复用，从而提高频率利用率，增加系统容量。频率利用率，增加系统容量。11/22/202242现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通

22、信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）在小区制中，在小区制中，为了避免为了避免同频同频干扰干扰，同一频，同一频率必须间隔一率必须间隔一定距离后，才定距离后，才能再次使用。能再次使用。ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG11/22/202243现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）v小区形状对频率复用实现程度的影响。小区形状对频率复用实现程度的影响。11/22/202244现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）实际的小区覆盖范围实际的小区

23、覆盖范围11/22/202245现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）v越区切换越区切换 为了保证通信的连续性，当正在通话的移动台从一个小为了保证通信的连续性，当正在通话的移动台从一个小区进入邻接的另一个小区时，使一个无线频道上的通话区进入邻接的另一个小区时，使一个无线频道上的通话切换到另一个无线频道上以维持通话连续性的过程，称切换到另一个无线频道上以维持通话连续性的过程，称为越区切换。为越区切换。BTS-1BTS-2小区小区 1小区小区 2给给MS的越区命令的越区命令给给MS的越区命令的越区命令MSCBSC11/22/202246现代通信概

24、论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）v小区分裂小区分裂v把一个小区分裂成若干个小区，以提高系统容把一个小区分裂成若干个小区，以提高系统容量的方法。量的方法。11/22/202247现代通信概论第1章 通信的基本理论7.3 移动通信网移动通信网小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）v小区制的特点小区制的特点低发射功率，小的覆盖范围低发射功率，小的覆盖范围频率复用，用户容量大，频率利用率高，用频率复用，用户容量大，频率利用率高，用户终端也可以小巧。户终端也可以小巧。蜂窝的分割和组合满足特定环境的要求。蜂窝的分割和组合满足特定环境的要求。新的问题：系统复杂，越区切换

25、，漫游，位新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记，更新，管理，系统鉴权等。置登记，更新，管理，系统鉴权等。11/22/202248现代通信概论第1章 通信的基本理论11/22/20224911/22/202250现代通信概论第1章 通信的基本理论8.1.1 卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站转发卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，从而实现两个或多个地面站之间的无线电波，从而实现两个或多个地面站之间的通信。通信。卫星通信的工作方式：卫星通信的工作方式：v延迟转发式卫星通信系统延迟转发式卫星通信系统v立即转发式卫星通信系统立即转发式卫星通信系统卫星

26、通信的分类卫星通信的分类 11/22/202251现代通信概论第1章 通信的基本理论8.1.1 卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信的分类卫星通信的分类v按应用分：海事卫星移动系统按应用分：海事卫星移动系统 航空卫星移动系统航空卫星移动系统 陆地卫星移动系统陆地卫星移动系统v按频率分：按频率分：L L波段卫星，波段卫星，KaKa波段卫星等波段卫星等v按区域分：全球、区域和国内通信卫星按区域分：全球、区域和国内通信卫星v按轨道分：低轨道卫星按轨道分：低轨道卫星 中轨道卫星中轨道卫星 高轨道卫星高轨道卫星11/22/202252现代通信概论第1章 通信的基本理论8.1.1 卫星通信的定义卫星通信的

27、定义卫星通信的分类卫星通信的分类v按轨道分：高轨道卫星按轨道分：高轨道卫星静止（同步）卫星：静止（同步）卫星：卫星的运行轨道在卫星的运行轨道在赤道平面赤道平面内，高度内，高度约约3580035800KmKm，运行运行方向方向与地球自转与地球自转方向相同，自转方向相同，自转周期相等。周期相等。11/22/202253现代通信概论第1章 通信的基本理论优点：优点：v通信距离远，且费用与通信距离无关。通信距离远，且费用与通信距离无关。v覆盖面积大，具有多址联接能力。覆盖面积大，具有多址联接能力。v频带宽，传输容量大。频带宽，传输容量大。v组网灵活。组网灵活。v通信稳定可靠，传输质量高。通信稳定可靠，

28、传输质量高。8.1.2 卫星通信的特点卫星通信的特点11/22/202254现代通信概论第1章 通信的基本理论缺点：缺点：v由于三颗静止卫星不能完全覆盖地球，所以纬由于三颗静止卫星不能完全覆盖地球，所以纬度高地区通信效果不好，特别是两极地区为通度高地区通信效果不好，特别是两极地区为通信盲区。信盲区。v静止卫星的发射和控制技术复杂。静止卫星的发射和控制技术复杂。v存在日凌中断和星蚀现象。存在日凌中断和星蚀现象。v通信信号传输延迟大，存在回声干扰。通信信号传输延迟大，存在回声干扰。8.1.2 卫星通信的特点卫星通信的特点11/22/202255现代通信概论第1章 通信的基本理论8.2 卫星通信系统

29、的组成卫星通信系统的组成组成：组成：v空间部分空间部分通信卫星通信卫星v地面部分地面部分通信地面站通信地面站 跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统 监控管理子系统监控管理子系统原理原理 跟 踪遥 测指 令子 系统 监控管理子系统 8.2.1 8.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理11/22/202256现代通信概论第1章 通信的基本理论8.2.2 通信卫星通信卫星组成：组成：v天线分系统，包括通信天线和遥测、遥控指令天线天线分系统，包括通信天线和遥测、遥控指令天线v通信分系统通信分系统v遥测与指令分系统遥测与指令分系统v控制分系统控制分系统v电源分系统电源分系统11/22/202257现代通信概论第1章 通信的基本理论8.2.3 地面站地面站组成：组成：v天馈系统天馈系统v终端系统终端系统v天线跟踪系统天线跟踪系统v收发信系统收发信系统v电源分系统电源分系统 调制 滤波 放大 解调 滤波 放大 上变频 功放 低噪声放大 双 工 器天线 驱动器 跟踪装置 终端系统 发射系统 接收系统 电源系统 天 线 跟 踪系统 下变频 天馈系统 11/22/202258现代通信概论第1章 通信的基本理论