1- 1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述課件

數(shù)字通信(第一講)通信系統(tǒng)概述2009-9

YupingZhao(Professor)SchoolofElectronicsEngineeringandComputerSciencePekingUniversityBeijing100871,Chinaemail:11--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述Referencebooks（主要參考書(shū)）:JohnG.Proakis:“Digitalcommunications”,3rded《數(shù)字通信》JohnG.Proakis著，（影印版,中文版）電子工業(yè)出版社，《通信與信息科學(xué)教育叢書(shū)》ReadingMaterials:tobedeliveredduringthecoursehttp://21--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述內(nèi)容簡(jiǎn)介信息系統(tǒng)概述信息的處理無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)例31--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信息系統(tǒng)包括的內(nèi)容信息的產(chǎn)生與獲取數(shù)據(jù)信息語(yǔ)音信息圖像信息信息的處理與存儲(chǔ)模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息信息的壓縮信息的傳輸與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間傳輸：信息存儲(chǔ)以利于今后使用空間傳輸：利用某種傳輸媒質(zhì)信息進(jìn)行傳輸41--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述完整的通信系統(tǒng)信源與信源處理單元信號(hào)發(fā)射機(jī)與信號(hào)接收機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)51--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信協(xié)議1PhysicalLayer2DataLinkLayer3NetworkLayer4TransportLayer5SessionLayer6PresentationLayer7ApplicationLayerapplicationapplicationtransmissionmediumprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolprotocolinterface61--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)分類(lèi)模擬通信系統(tǒng)：將采集的信號(hào)直接進(jìn)行傳輸模擬信號(hào)直接進(jìn)行傳輸代表性系統(tǒng)：模擬電視，AM廣播數(shù)字傳輸系統(tǒng)：傳輸?shù)男盘?hào)只包括“0”，“1”數(shù)字化信號(hào)將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸?shù)湫拖到y(tǒng)：手機(jī)信號(hào)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬通信系統(tǒng)正在逐步被數(shù)字通信系統(tǒng)取代71--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述＋3.6V3.8V0.2V（噪聲）接收到錯(cuò)誤電平信號(hào)模擬通信系統(tǒng)81--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述＋3.6V3.8V0.2V（噪聲）判決正確數(shù)字通信系統(tǒng)判決“1”>1.8V“1”→3.6v；“0”→0v91--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述－3.6V2.6V1.0V判決正確數(shù)字通信系統(tǒng)判決“1”>1.8V“1”→3.6v；“0”→0v101--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線111--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線121--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信源編碼是將信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s。例如：語(yǔ)音編碼。信源解碼過(guò)程是這個(gè)過(guò)程的逆過(guò)程。信源編碼/信源解碼模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)采樣模擬/數(shù)字信源編碼數(shù)字信號(hào)131--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述例：語(yǔ)音信號(hào)編碼語(yǔ)音信號(hào)的頻率：300Hz-3400Hz（一般為語(yǔ)音信號(hào)最高頻率是4KHz）141--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述語(yǔ)音信號(hào)的采樣采樣定理。。。151--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述語(yǔ)音信號(hào)的量化3.5v4.7v161--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述語(yǔ)音信號(hào)的壓縮原始信號(hào)：2X4kX8=64kbits/s語(yǔ)音信號(hào)壓縮技術(shù)：GSM系統(tǒng)中語(yǔ)音信號(hào)為9kbits/s語(yǔ)音信號(hào)可以壓縮到1kbits/s以下171--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述圖像信號(hào)的壓縮圖像信號(hào)是由一個(gè)個(gè)的像素組成(例800X600)，每個(gè)像素的幅度表示灰度彩色圖像有三種不同的基色圖像信號(hào)具有更多的信息量需要傳輸（例:800X600X25幀/秒X3)高清電視圖像信號(hào)的傳輸需要幾十兆比特/秒181--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述00101…191--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線201--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述用于保證接收到的“0”，“1”序列是正確的★錯(cuò)誤檢測(cè)可檢查接收信息是否正確需要加入一些冗余信息★錯(cuò)誤糾正可以檢測(cè)并可以糾正錯(cuò)誤需要更多的冗余信息★重傳機(jī)制在系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)到錯(cuò)誤但不能糾正錯(cuò)誤時(shí)需要更多冗余產(chǎn)生時(shí)延信道編碼211--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述正確信息：

我們明天14:00——16:00開(kāi)會(huì)接收到的錯(cuò)誤信息：

我們明天10:00——16：00開(kāi)會(huì)★：接收信息有錯(cuò)誤，但接收端無(wú)法知道糾錯(cuò)編碼的意義221--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述正確信息：

我們明天14:00—16:00開(kāi)會(huì)利用編碼的方法可使錯(cuò)誤被檢測(cè)到：

我們明天下午10:00—16：00開(kāi)會(huì)★：錯(cuò)誤可被檢測(cè)到，但不能被糾正★：這里加入了一定的冗余信息糾錯(cuò)編碼的意義231--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述利用編碼的方法可使錯(cuò)誤被檢測(cè)到并被糾正

我們明天下午10:00—16:00開(kāi)會(huì)兩個(gè)小時(shí)★：錯(cuò)誤可被檢測(cè)，并可被糾正★：加入了更多的冗余信息糾錯(cuò)編碼的意義241--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述有些錯(cuò)誤是無(wú)法檢測(cè)到并被糾正的

我們明天下午16:00—18:00開(kāi)會(huì)兩個(gè)小時(shí)★：加入了足夠的冗余信息★：錯(cuò)誤無(wú)法被檢測(cè)并被糾正糾錯(cuò)編碼的意義251--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信道編碼：舉例（7,4）漢明碼261--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信道編碼：舉例（7,4）漢明碼如果發(fā)射信號(hào)為：x3x4x5x6=1011經(jīng)過(guò)編碼以后為：x0x1x2x3x4x5x6=1001011經(jīng)過(guò)信道，接收信號(hào)為：1001001，查表可知，落在第12行第7列，判決為該行的第1列數(shù)據(jù)1001011達(dá)到了糾錯(cuò)的目的271--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線281--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題所給出的頻帶資源有多少-系統(tǒng)帶寬在保證系統(tǒng)特性情況下如何最為有效的利用頻帶資源系統(tǒng)特性得以保證資源利用率最高如何對(duì)其他系統(tǒng)干擾最小291--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述調(diào)制:將若干個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成的序列映射成一組相應(yīng)時(shí)間波形

例：待傳序列為：0010111001t數(shù)字信號(hào)值00101-110311-3T2T3T13T：一個(gè)波形占有的時(shí)間301--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述載波調(diào)制后的信號(hào):311--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線321--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述帶寬限制導(dǎo)致低通濾波的需要頻率軸用戶(hù)1用戶(hù)6331--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述利用不同的通信頻帶傳輸信號(hào)341--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述載波調(diào)制與解調(diào)基帶（Baseband）信號(hào)的幅度在零頻附近不全為零，在其他頻率幅度全為零。帶通（Bandpass）信號(hào)在以f=

fc

為中心的一個(gè)頻帶內(nèi)幅度不全為零，其中fc>>0.叫做載波頻率。載波調(diào)制（Carriermodulation/demodulation）就是把源信息映射到帶通信號(hào)上的過(guò)程，這個(gè)帶通信號(hào)以某個(gè)頻率fc為載波。

351--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求利用分配的頻帶進(jìn)行通信盡可能傳輸更多信息對(duì)臨帶干擾盡可能小低通濾波器的設(shè)計(jì)問(wèn)題361--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述經(jīng)過(guò)低通濾波器后的載波調(diào)制信號(hào):371--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的基本定義比特：“0”，“1”帶寬：Hz,KHz,MHz傳輸速率：比特/秒(b/s,bps)，kb/s,Mb/s信噪比：信號(hào)功率/噪聲功率（dB）381--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述傳輸比特率

若每個(gè)符號(hào)可以攜帶k個(gè)比特，（如

8PSK時(shí)k=3）,則系統(tǒng)傳輸?shù)姆?hào)率

R與比特率Rb的關(guān)系有：

k=Rb/R391--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述帶寬(Bandwidth)系統(tǒng)所分配的用來(lái)傳輸信息的頻帶資源（Hz）一般來(lái)講，帶寬/載頻小于15%（超寬帶系統(tǒng)除外）頻帶是一種資源系統(tǒng)應(yīng)盡可能充分利用頻帶內(nèi)資源，降低對(duì)其他頻帶的干擾401--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述幾種通信系統(tǒng)帶寬GSM：若干270KHz頻帶構(gòu)成CDMA：若干1.25MHz頻帶構(gòu)成廣播數(shù)字電視（DVB-T）：若干6/7/8MHz頻帶帶寬構(gòu)成411--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線發(fā)射信號(hào)Signalattenuationfromtransmittertoreceiver–afunctionofthedistance

421--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述方向性天線431--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線資源利用問(wèn)題441--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述451--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信道的問(wèn)題噪聲的影響時(shí)變幅度衰減時(shí)變相位變化傳輸時(shí)延臨近頻道干擾461--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述高斯噪聲471--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線電波的傳輸481--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述時(shí)延特性491--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述

n(

)

n(t)

h(t,

)例：多徑時(shí)延501--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述

n(

)

n(t)

h(t,

)S(t)r(t)511--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述信道均衡通道的非理想特性導(dǎo)致接收信號(hào)的畸變信道失真（如定時(shí)不準(zhǔn)確）會(huì)導(dǎo)致碼間干擾（IntersymbolInterference,ISI）。無(wú)線信號(hào)的多徑傳輸導(dǎo)致信號(hào)的碼間干擾解決碼間干擾的一個(gè)有效的辦法就是使用均衡器（Equalizer）。521--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線531--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述接收機(jī)的主要工作天線接收無(wú)線電波并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波及解調(diào)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)解碼對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行解壓縮得到原始信號(hào)541--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述接收機(jī)數(shù)字通信的接收機(jī)復(fù)雜度大于發(fā)射機(jī)一般來(lái)講接收機(jī)需要對(duì)付信道對(duì)發(fā)射信號(hào)的畸變發(fā)射信號(hào)的設(shè)計(jì)要以接收機(jī)能否正常接收到發(fā)射信號(hào)為原則551--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容信道編碼/解碼的研究（糾錯(cuò)編碼）BCH碼，卷積碼，turbo碼，LDPC碼調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的研究BPSK，QAM，OFDM…天線與傳輸技術(shù)的研究天線發(fā)射/接收，方向性天線，智能天線，多天線技術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)給出解決方案，進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)561--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述系統(tǒng)性能評(píng)估

通常的方法是使用在一定噪聲條件下誤碼率（BitErrorRate,BER）。有兩種BER,分別是rawBER和，codedBER。

RawBER:是在沒(méi)有糾錯(cuò)編碼條件下的誤碼率，可以表示信道的性能（例：GSM）。

CodedBER:在有糾錯(cuò)編碼時(shí)的誤碼率，表示了編碼的效果，是系統(tǒng)實(shí)際要求的誤碼率。571--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的構(gòu)成（點(diǎn)到點(diǎn)）信源編碼信道編碼調(diào)制低通濾波載波調(diào)制通道載波解調(diào)低通濾波解調(diào)信道解碼同步均衡信宿發(fā)射天線接收天線581--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的研究理論研究信號(hào)時(shí)間頻率特性分析各種接收準(zhǔn)則通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真仿真系統(tǒng)的建立仿真參數(shù)的調(diào)整新的算法的給出通信系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)樣機(jī)的研制芯片的研制591--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述噪聲經(jīng)過(guò)相關(guān)器，接收信號(hào)可表示為其中n(t)與判決無(wú)關(guān),因此判決完全根據(jù)相關(guān)器的輸出信號(hào)的噪聲分量nk進(jìn)行判決。噪聲項(xiàng)例：理論研究601--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述例：通信系統(tǒng)仿真611--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述例：通信模塊電路板621--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述芯片631--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信面臨的挑戰(zhàn)隨時(shí)隨地連接網(wǎng)絡(luò)多種業(yè)務(wù)多種設(shè)備的集合語(yǔ)音，數(shù)字，音頻，視頻電話，電視，照相機(jī)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的小型化、低功耗、低成本641--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述本課程的特點(diǎn)以往學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用概率論與隨機(jī)過(guò)程信號(hào)與系統(tǒng)-頻域與時(shí)域關(guān)系運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行理論推導(dǎo)微積分基本概念優(yōu)化理論通信系統(tǒng)仿真理解通信系統(tǒng)基本概念運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行仿真對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析651--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述相關(guān)課程通信系統(tǒng)仿真運(yùn)用商用工具進(jìn)行仿真VHDL及相關(guān)課程硬件實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)通信網(wǎng)原理物理層以上的學(xué)習(xí)內(nèi)容信息論與編碼糾錯(cuò)編碼理論概率論與隨機(jī)過(guò)程本課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)電磁場(chǎng)天線原理其他課程。。。661--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)第二代（GSM,IS-95)第三代（CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA）局域網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）無(wú)線廣域網(wǎng)（WMAX）廣播電視系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)近距無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）671--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述幾種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（1）-GSM

681--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述頻率規(guī)劃問(wèn)題691--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述提高空間利用率的策略減小無(wú)線電波覆蓋面積提高信號(hào)接收效率主要技術(shù)方案減小蜂窩尺寸扇區(qū)分割技術(shù)智能天線技術(shù)多天線技術(shù)（MIMO）701--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述幾種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（2）-衛(wèi)星通信711--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述幾種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)介紹（3）-無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

721--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述例：WSN的應(yīng)用731--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述小區(qū)1節(jié)點(diǎn)小區(qū)小區(qū)2小區(qū)3無(wú)線傳感器可以自動(dòng)組網(wǎng)741--1無(wú)線通信系統(tǒng)概述被動(dòng)式RFID標(biāo)簽從讀寫(xiě)器的信號(hào)中獲取能量進(jìn)行傳輸主動(dòng)式RFID

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