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1、第2讲无线传输技术基础第1页，此课件共87页哦内容提要v 本章主要介绍了无线网络中的各种传输媒各种传输媒体、传输方式、传输系统中的损伤与衰退和体、传输方式、传输系统中的损伤与衰退和信息编码技术信息编码技术等内容，学生应该掌握无线网络传输系统的相关知识，了解影响无线网络信息传输的各种因素，信息处理技术，并结合实际的应用来加深对理论知识的掌握，网络传输媒体和传输中的损伤、衰退及信号编码技术是学生应重点掌握的。第2页，此课件共87页哦内容提要21 无线传输媒体无线传输媒体（重点）（重点）22 天线天线23 传播方式传播方式24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤（重点）（重点）25 移动环境中
2、的衰退移动环境中的衰退26 多普勒效应多普勒效应27 信号编码技术信号编码技术（重点）（重点）28 扩频技术扩频技术29 差错控制技术差错控制技术第3页，此课件共87页哦21 无线传输媒体 v传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。（空气）（空气）v传输媒体可分为导向的导向的(guided)和非导向的和非导向的(unguided)两类。两类。对导向媒体而言，电磁波被引导沿某一固定媒体前进，例如双绞线、同轴电缆和光纤。非导向媒体的例子是大气和外层空间，它们提供了传输电磁波信号的手段，但不引导它们的传播方向，这种传输形式通常称为无线传播无线传播(wireless transmissi
3、on)无线通信和无线网络则使用非导向传输介质，包括无线电、微波、无线电、微波、红外线、毫米波、光波等。红外线、毫米波、光波等。第4页，此课件共87页哦v数据传输的特性以及传输质量取决于数据传输的特性以及传输质量取决于传输媒传输媒体的性质和传输信号的特性。体的性质和传输信号的特性。v非导向传输媒体：信号带宽比媒体本身更为非导向传输媒体：信号带宽比媒体本身更为重要。重要。v低频信号是全向的；低频信号是全向的；v频率较高时，信号形成有向波束。频率较高时，信号形成有向波束。21 无线传输媒体 第5页，此课件共87页哦无线电频谱v无线电频谱特点有限性排它性复用性非耗尽性传播性易干扰性 第6页，此课件共8
4、7页哦v无线电管理部门联邦通信委员会(FCC)FCC是美国专门负责管理其国内及对外有线、无线和电视通信业务的行政决策机构，管理无线电广播、电视、电信、卫星和电缆等业务，协调国内和国际通信，涉及美国各州及所属地区。中国无线电管理局 我国的专业无线电管理部门，依据中华人民共和国无线电管理条例等法律法规，负责无线电管理。第7页，此课件共87页哦v无线电频谱的划分 根据无线电波传播及使用的特点，国际上将无线电波频谱划分为12个频段。值得一提的是ISM(Industrial Scientific Medical，工业科学医疗)频段，即即2.42.4835GHz主要开放给这三类机构使用，该频段是依据FCC
5、的定义，无需许可证授权，无需许可证授权，属于免费使用属于免费使用。只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。第8页，此课件共87页哦固定通信移动通信空间研究空间运行地球勘察空间研究固定通信移动通信无线电爱好者广播卫星移动通信无线电定位无线电爱好者固定通信移动通信无线电测定卫星移动卫星广播卫星固定通信无线电天文观察空间研究地球勘探卫星航空无线电导航气象服务无线电定位2.22.32.42.52.72.9GHzFCC在2.4GHz的ISM波段上的频谱分配第9页，此课件共87页哦电信用的电磁波频谱 第10页，此课件共87页哦常用的无线电波波段划分波段名称波长范围(m)频
6、段名称频率范围超长波长波中波短波1,000,00010,00010,0001,0001,00010010010甚低频低频中频高频330KHz30300KHz3003,000KHz330MHz超短波米波分米波厘米波毫米波10110.10.10.010.010.001甚高频特高频超高频极高频30300MHz3003,000MHz330GHz30300GHz第11页，此课件共87页哦感兴趣的3个频段v微波微波：1GHz100GHz，可实现高方向性的波束，而且非常适用于点对点的传输，也可用于卫星通信。v无线电广播频段无线电广播频段：30MHz1GHz，适用于全向应用。v红外线频谱段红外线频谱段：310
7、11Hz21014Hz，适于本地应用，在有限的区域(如一个房间)内对于局部的点对点及多点应用非常有用。第12页，此课件共87页哦211 地面微波 v地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继地面接力站中继。v用于建筑物之间的点对点线路。v常见的用于传输的频率范围为2GHz40GHz。频率越高，可能的带宽就越宽，因此可能的数据传输速率也就越高。第13页，此课件共87页哦典型的数字微波性能 波段/GHz带宽/MHz数据率/Mb/s271263090114013518220274第14页，此课件共87页哦v微波传输的主要损耗来源于衰减衰减。v微波(以及无线电广播频段)
8、的损耗公式损耗公式v d:距离，波长，v微波的损耗随距离的平方而变化 v损伤的另一个原因是干扰，随着微波应用的不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个威胁。因此，频带的分配需要严格控制。地面微波第15页，此课件共87页哦地面微波v长途电信系统最常用的频段位于：4GHz6GHz，现在新开通了11GHz频段。v频率越高衰减越大，较高的微波频率对长途传输没有什么用处，但却非常适用于近距离传输。v频率越高，使用的天线就越小、越便宜。第16页，此课件共87页哦v地面微波通信通常在视距范围内进行，收发双方地面微波通信通常在视距范围内进行，收发双方一般为两个互相对准方向的抛物面天线。一般为两个互相对准方向的抛
9、物面天线。第17页，此课件共87页哦地面微波通信的优点地面微波通信的优点容量大容量大质量高质量高成本低成本低地面微波通信的缺点地面微波通信的缺点易失真易失真易受环境影响易受环境影响安全保密性差安全保密性差维护成本维护成本 第18页，此课件共87页哦212 卫星微波卫星微波v通信卫星实际上一个微波接力站，用于将两个或多个称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。v卫星使用上下行两个频段上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行)上将其发送出去。v卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络 第19页，此课件共87页哦卫星微波卫星微波
10、v卫星传输的最佳频率范围为1GHz10GHz。v特点卫星通信距离远，一个地面站发送到另一个地面站接收，约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面，也带来一系列问题。卫星微波是广播设施，许多站点可以向卫星发送信息，同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。第20页，此课件共87页哦v卫星的频带范围：4/6GHz，最佳频带范围 上行：5.925GHz6.425GHz 下行：3.7GHz4.2GHzv新出现：12/14GHzv计划使用：20/30GHz卫星微波卫星微波第21页，此课件共87页哦卫星微波通信的优点：卫星微波通信的优点：范围大、距离远；不易受地面灾害影范围大、距离远；不易受地面灾害影响；
11、建设快，通信费用和距离无关；易实响；建设快，通信费用和距离无关；易实现广播和多址通信。现广播和多址通信。卫星微波通信的不足：卫星微波通信的不足：信号传输有时延，天线受太阳噪声影信号传输有时延，天线受太阳噪声影响，安全保密性较差，卫星本身造价高，响，安全保密性较差，卫星本身造价高，等等。等等。第22页，此课件共87页哦213 广播无线电波广播无线电波 v广播无线电波是全向性的全向性的，不要求使用碟形天线，天线也无须严格地安装到一个精确地校准位置上。v无线电波(Radio)是笼统术语，频率范围为3KHz300GHz。v非正式术语广播无线电波(broadcast radio)包括VHF频段和部分的U
12、HF频段：30MHz1GHz。第23页，此课件共87页哦v30MHz1GHz的频带范围是广播通信的有效频段。v电离层对高于30MHz的无线电波是透明的。v广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径多路径干扰干扰。第24页，此课件共87页哦214 红外线红外线 v红外线通信是以红外线为载体进行数据传输的通信方式；红外线传输不能超过视线范围，不能超过视线范围，距离短距离短v红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。v红外线不需要频率分配许可。第25页，此课件共87页哦红外线通信特点：红外线通信特点：红外线通信使用收发器调制出互不相干红外线通信使用收发器调制出互不相
13、干的红外线，就可实现通信；的红外线，就可实现通信；红外线通信不易被发现和截获，保密性红外线通信不易被发现和截获，保密性强；强；红外线通信几乎不受电磁、人为干扰，红外线通信几乎不受电磁、人为干扰，抗干扰性强；抗干扰性强；红外线通信机体积小、重量轻、结构简红外线通信机体积小、重量轻、结构简单、价格低廉。单、价格低廉。第26页，此课件共87页哦笔记本电脑进行红外线通信 第27页，此课件共87页哦215 光波 v频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波。v提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。v激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。v
14、激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳的热量是气流上升也会激光束产生偏差。第28页，此课件共87页哦22 天线天线 天线是实现无线传输最基本的设备天线是实现无线传输最基本的设备。天线可看作一条电子导线或导线系统，该导线系统或用于将电磁能辐射辐射到太空或用于将太空中的电磁能收集收集起来。第29页，此课件共87页哦天线 发送方先将信号通过馈线发送方先将信号通过馈线(电缆电缆)输送到输送到天线，再以电磁波形式辐射出去天线，再以电磁波形式辐射出去 接收方在电磁波到达后，由天线吸收下接收方在电磁波到达后，由天线吸收下来来(仅接收极小一部分功率仅接收极小一部分功率)，通过馈线送，通过馈线送至无线电接收机。至无
15、线电接收机。天线的型号、增益、方向图、驱动功率、天线的型号、增益、方向图、驱动功率、极化极化等都是影响通信系统性能的因素之一等都是影响通信系统性能的因素之一第30页，此课件共87页哦221 辐射模式辐射模式 一个天线辐射出去的功率是一个天线辐射出去的功率是全方位的全方位的，然而并非在，然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相等的。所有方向上辐射出的功率都是相等的。描述天线性能特性的常用方法是描述天线性能特性的常用方法是辐射模式辐射模式，它是作，它是作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。各向同性天线（全向天线）的辐射模式是以天线各向同性天线（全向
16、天线）的辐射模式是以天线为中心的一个球体。为中心的一个球体。第31页，此课件共87页哦理想的辐射模式 与天线位置的相对距离决定相对功率。与天线位置的相对距离决定相对功率。B方向功率强方向功率强第32页，此课件共87页哦v天线的分类天线的分类按用途分按用途分 通信天线、电视天线、雷达天线等。通信天线、电视天线、雷达天线等。按工作频段分按工作频段分 短波天线、超短波天线、微波天线等短波天线、超短波天线、微波天线等按方向性分按方向性分 全向天线、定向天线等全向天线、定向天线等按外形分按外形分 线状天线、面状天线等线状天线、面状天线等222 天线类型天线类型第33页，此课件共87页哦222 天线类型天
17、线类型v偶级天线v抛物反射天线第34页，此课件共87页哦简单（偶级）天线 半波偶级天线由等长度的两个在同半波偶级天线由等长度的两个在同一直线上一直线上 的导线组成。的导线组成。应用于汽车无线电或便携无线电应用于汽车无线电或便携无线电第35页，此课件共87页哦偶级天线散射模式 天线的主要强天线的主要强度在度在x方向上方向上第36页，此课件共87页哦抛物线反射天线 通常用于地面微波和卫星。天线的直径越大，波束更加密集地定向。通常用于地面微波和卫星。天线的直径越大，波束更加密集地定向。焦点焦点第37页，此课件共87页哦223 天线增益 天线增益天线增益(antenna gain)是天线定向性的度量。
18、是天线定向性的度量。与由理论的全向天线(各向同性天线)在各个方向所产生的输出相比，天线增益定义为在一特定方向上的功率输出。天线增益主要是为了定向性。天线增益主要是为了定向性。天线增益与有效面积的关系：天线的有效面积，天线的有效面积，f：载波频率，：载波频率，c：光速：光速第38页，此课件共87页哦v天线的主要指标天线的主要指标天线增益天线增益方向图方向图极化极化其它技术指标其它技术指标电压驻波比、端口隔离度、回波损耗、无源互电压驻波比、端口隔离度、回波损耗、无源互调等调等 第39页，此课件共87页哦23 传播方式传播方式v由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波地波(ground wave)：
19、地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可视 的地平线 天波天波(sky wave)：天波信号可以通过多个跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行 直线直线LOS(line of sight)：当要传播的信号频率在30MHz以上时，天波与地波的传播方式均无法工作，通信必须用直线方式。第40页，此课件共87页哦无线传播类型第41页，此课件共87页哦地波传播v地波传播频带：达到2MHz，不能穿透大气层v形成原因：电磁波在地球表面产生的电流；衍射，传播过程中的障碍物形成。v应用：调幅（AM）无线电第42页，此课件共87页哦天波传播v应用：天线电业余爱好者，民用波段无线
20、电，国际广播v形成方式：被电离层和地球表面层反射，产生折射第43页，此课件共87页哦直线传播v频率：30MHz以上，不会被电离层反射v直线传播过程中形成折射（refraction）现象，由于传输媒介的密度不同的原因。第44页，此课件共87页哦讨论v 根据电磁波频谱，分析电磁波中各频根据电磁波频谱，分析电磁波中各频率波段的特点，并列出相关的应用。率波段的特点，并列出相关的应用。第45页，此课件共87页哦24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤直线传输系统中主要的损伤：v衰减和衰减失真衰减和衰减失真(attenuation and attenuation distortion)v自由空间损耗
21、自由空间损耗(free space loss)v噪声噪声(noise)v大气吸收大气吸收(atmospheric absorption)v多径多径(multi path)v折射折射(refraction)第46页，此课件共87页哦24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤v衰减：衰减：指信号强度随所跨越的任一传输介质的距离而下指信号强度随所跨越的任一传输介质的距离而下降，无线介质中的衰减是一个更复杂的距离函数。降，无线介质中的衰减是一个更复杂的距离函数。v衰减表示为一个指数值，表示为每单位距离一个固定衰减表示为一个指数值，表示为每单位距离一个固定的分贝数。的分贝数。v衰减失真衰减失真：高频
22、下的衰减引起的失真。：高频下的衰减引起的失真。v自由空间损耗：自由空间损耗：信号随距离增加会在越来越大的面积信号随距离增加会在越来越大的面积范围内散布，该衰减称自由空间损耗，可表示为发射范围内散布，该衰减称自由空间损耗，可表示为发射功率与天线的接收功率之比。功率与天线的接收功率之比。第47页，此课件共87页哦v噪声噪声热噪声热噪声 由电子热扰动产生，存在于所有电子设备和传输由电子热扰动产生，存在于所有电子设备和传输介质中，是温度的一个函数介质中，是温度的一个函数互调噪声互调噪声 不同频率的信号共享相同介质时，会产生互调不同频率的信号共享相同介质时，会产生互调噪声噪声串扰噪声串扰噪声 不同信号路
23、径间的融合不同信号路径间的融合脉冲噪声脉冲噪声 外部电磁干扰、通信系统中的错误和缺陷等外部电磁干扰、通信系统中的错误和缺陷等第48页，此课件共87页哦24 直线传输系统中的损伤直线传输系统中的损伤v大气吸收：大气吸收：信号在传输过程中由于水蒸气和氧气的吸信号在传输过程中由于水蒸气和氧气的吸收产生的衰减。收产生的衰减。v多径：多径：在通信系统中，由于通信地面站天线波束较在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就
24、是多径效应。磁波，这种现象就是多径效应。v折射：折射：信号在不同密度介质中传输产生的衰减。信号在不同密度介质中传输产生的衰减。第49页，此课件共87页哦讨论v1、比较无线电波信号的三种传播方、比较无线电波信号的三种传播方式。式。v2、分析直线传输系统中各种损伤产、分析直线传输系统中各种损伤产生的原因。生的原因。第50页，此课件共87页哦25 移动环境中的衰退移动环境中的衰退 在移动环境中，两个天线中的一个相对于另一个在在移动环境中，两个天线中的一个相对于另一个在移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，由此会移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，由此会产生比较复杂的传输结果。产生比较复杂的
25、传输结果。v多径传播效果：多径传播效果：一个信号的多个副本可能会在不同的一个信号的多个副本可能会在不同的相位抵达。相位抵达。v多径传播多径传播机制分为机制分为3种：种：反射、散射和衍射反射、散射和衍射v移动通信中的衰退效果可分为快速或慢速移动通信中的衰退效果可分为快速或慢速v衰退效果也可分为衰退效果也可分为平面或选择性平面或选择性第51页，此课件共87页哦2.5.1 多径传播反射反射(R)、散射、散射(S)和衍射和衍射(D)效果效果 P40第52页，此课件共87页哦存在随时间变化的多径脉冲中的两个脉冲 第53页，此课件共87页哦2.5.2 衰退类型 v移动环境中的衰退效果可以分为快速或慢速 v
26、衰退效果也可以分为平面的或选择性的。平面衰退(flat fading)或称非选择性的衰退，接收到的信号的所有频率成分同时按相同的比例波动所有频率成分同时按相同的比例波动。选择性衰退(selective fading)无线电信号的不同光谱成分的影响是不相等的。不相等的。第54页，此课件共87页哦2.5.3 差错补偿机制 1前向纠错前向纠错 forward error correction2自适应均衡自适应均衡 adaptive equalization3分集技术分集技术 diversity technology补偿因多路径衰退所导致的差错和失真主要有三补偿因多路径衰退所导致的差错和失真主要有三种
27、方法：种方法：第55页，此课件共87页哦2.5.3 差错补偿机制 1前向纠错前向纠错(Forward Error Correction,FEC)前向纠错也叫前向纠错码，是增加数据通讯可信度的前向纠错也叫前向纠错码，是增加数据通讯可信度的方法。在单向通讯信道中，一旦错误被发现，其接收器方法。在单向通讯信道中，一旦错误被发现，其接收器将无权再请求传输。将无权再请求传输。FEC 是利用数据进行传输冗长信息的方法，当是利用数据进行传输冗长信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。传输中出现错误，将允许接收器再建数据。第56页，此课件共87页哦2.5.3 差错补偿机制 2自适应均衡自适应均衡
28、自适应均衡可应用于承载模拟信息或数字信息的传自适应均衡可应用于承载模拟信息或数字信息的传输中，且可用于消除信号间的干扰。输中，且可用于消除信号间的干扰。均衡化处理涉及将分散的信号能量聚集回其原来均衡化处理涉及将分散的信号能量聚集回其原来时隙中的一些方法。时隙中的一些方法。第57页，此课件共87页哦2.5.3 差错补偿机制 3分集技术分集技术 分集技术利用发送端和接收端之间通过提供多个逻辑分集技术利用发送端和接收端之间通过提供多个逻辑信道，并跨每一信道发送信号的一部分来补偿差错的影信道，并跨每一信道发送信号的一部分来补偿差错的影响。响。可分三种：可分三种：空间分集：空间分集：space dive
29、rsity 时间分集：时间分集：time diversity 频率分集：频率分集：frequency diversity第58页，此课件共87页哦26 多普勒效应多普勒效应v多普勒效应是为纪念多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的。而命名的。v多普勒效应指出，多普勒效应指出，波在波源移向观察者时频率变高，而波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低。在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到当观察者移动时也能得到同样的结论。同样的结论。v假设原有波源的波长为假设原有波源的波长为，波速为，波速为c，观察者移动速度为，观察者移动速度为v，当观察者，当观
30、察者走近走近波源时观察到的波源频率为波源时观察到的波源频率为(v+c)/，如，如果观察者果观察者远离远离波源，则观察到的波源频率为波源，则观察到的波源频率为(v-c)/。第59页，此课件共87页哦多普勒效应多普勒效应v多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括光波、电磁波。v在无线移动通信中，当移动台移向基站时，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，频率变高，远离基站时，频率变低，所以在移动通信中要充分考虑多普勒效应。v尤其是高速移动宽带接入网络(如IEEE802.20)必须考虑多普勒效应。第60页，此课件共87页哦27 信号编码技术信号编码技术2.7.1 数据、信
31、号和传输的模拟与数字之分v模拟模拟(analog)和数字数字(digital)大致分别与连续连续(continuous)和离散离散(discrete)相对应。数据、信号和传输经常使用这两个术语。v数据数据(data)定义为传达某种意义或信息的实体v信号信号(signal)是数据的电气或电磁表示 v传输传输(transmission)是通过信号的传播和处理进行数据通信的过程第61页，此课件共87页哦1、模拟数据和数字数据、模拟数据和数字数据v模拟数据在一段时间内具有连续的值，例如，声音和视频是连续变化的强度样本。v数字数据的值是离散的，例如文本和整数。第62页，此课件共87页哦话音和音乐的声音频
32、谱 第63页，此课件共87页哦2、模拟信号和数字信号、模拟信号和数字信号v数据以电磁信号的方式从一点传播至另一点数据以电磁信号的方式从一点传播至另一点v模拟信号模拟信号(analog signal)就是一个连续变化就是一个连续变化的电磁波，的电磁波，根据它的频率可以在多种类型的根据它的频率可以在多种类型的媒体上传播。如铜线媒体、光纤、无线空间媒体上传播。如铜线媒体、光纤、无线空间v数字信号数字信号(digital signal)是一个电压脉冲序是一个电压脉冲序列，列，这些电压脉冲可以在铜线媒体上传输，这些电压脉冲可以在铜线媒体上传输，不适宜直接在无线媒介中传播。不适宜直接在无线媒介中传播。第6
33、4页，此课件共87页哦数字信号的优缺点 v优点：通常比使用模拟信号便宜，且较少受噪声的干扰。v缺点：比模拟信号的衰减要严重 数字信号的衰减数字信号的衰减语音信号的标准频谱范围是：语音信号的标准频谱范围是：300Hz3400Hz第65页，此课件共87页哦模拟数据和数字数据的模拟信号和数字信号 第66页，此课件共87页哦3、数据的信号表示v数字数据，数字信号：比起将数字数据编码为模拟信号的设备来，将数字数据编码为数字信号的设备不那么复杂且不昂贵。v模拟数据，数字信号：将模拟数据转换为数字形式允许对模拟数据使用现代数字传输和交换设备。v数字数据，模拟信号：有些传输媒体，例如光纤和卫星只传输模拟信号。
34、v模拟数据，模拟信号：模拟数据很容易被转换为模拟信号。第67页，此课件共87页哦数据和信号模拟信号数字信号模拟数据(1)信号占据跟模拟数据相同的频谱；(2)模拟数据被编码以占据不同的频谱段。使用编解码器对模拟数据编码以产生数字位流。数字数据数字数据通过调制解调器编码以产生模拟信号。(1)信号由两个电压电平组成以代表两个二进制的值：(2)数字数据被编码以产生具有所要求的属性的数字信号。第68页，此课件共87页哦4、模拟传输和数字传输、模拟传输和数字传输 v模拟信号和数字信号都可以在适宜的传输媒体上传输，处理这些信号的方法是传输系统的功能v模拟传输(analog transmission)是传输模
35、拟信号的方法，它不考虑信号的内容。v数字传输(digital transmission)与信号的内容有关 第69页，此课件共87页哦信号的处理 模拟传输 数字传输模拟信号通过放大器来传播。不论信号是用来表示 模拟数据还是数字数据，处理方式相同。假设模拟信号表示的是数字数据。信号通过中继器传播。在每个中继器上，从入口信号恢复数字数据，并用它来生成一个新的外出模拟信号。数字信号不使用。数字信号表示的是1和0的位流，它代表了数字数据，或者是经过编码的模拟数据。信号通过中继器传播。在每个中继器上，从入口信号恢复1和0的位流，并用它来生成一个新的外出数字信号。第70页，此课件共87页哦272 信号编码准
36、则信号编码准则v对任一给定的通信任务来说，选择一种特定的组合的理由是不同的，而后3种技术与无线通信密切相关，因为无线传输系统主要是采用模拟载波信号进行传输模拟载波信号进行传输。v数字到模拟：数字到模拟：数字数据和数字信号必须转换成模拟信号进行无线传输。v模拟到模拟：模拟到模拟：基带模拟信号，诸如话音或视频，通常都必须调制到高频的载波上进行传输。v模拟到数字：模拟到数字：先于传输之前，通常将话音数字化后再在导向的或非导向的媒体上传输，这样可以改进传输质量并可利用TDM方式。对于无线传输来说，结果得到的数字信号必须调制到一个模拟载波上。第71页，此课件共87页哦数据传输术语 术 语 单 位 定 义
37、数据元素位一个单个的二进制1或0数据率位/秒(b/s)数据元素传输的速率信号元素数字：一个固定振幅的电压脉冲模拟：一个具有固定频率、相位和振幅的脉冲在一个信号传输的代码中占据最小间隔的那部分信号信号传输速率或调制速率信号元素/秒(baud)信号元素传输的速率第72页，此课件共87页哦信号编码准则信号编码准则v决定接收器能够成功解释所收到信号的因素主要有：信噪比、数据率和带宽。信噪比、数据率和带宽。数据率增加，误码率也增加；数据率增加，误码率也增加；信噪比增加，则误码率减少；信噪比增加，则误码率减少；增加带宽，可增加数据率。增加带宽，可增加数据率。v编码机制编码机制也可以用来改进传输性能v编码机
38、制是一种简单的从数据位到信号元素数据位到信号元素的映射关系。的映射关系。第73页，此课件共87页哦2.7.3 数字数据与模拟信号数字数据与模拟信号v最常用的应用是通过公用电话网传输数字数据。v电话网并不适用于处理来自用户端的数字信号。v数字设备通过调制解调器与网络相连，调制解调器将数字数据转换成模拟信号数字数据转换成模拟信号，或将模拟信号转换成数字数据。v调制技术涉及对载波信号的3个特性(振幅、频率和相位振幅、频率和相位)中的一个或多个特性的操作：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)第74页，此课件共87页哦数字数据调制为模拟信号 第75页，此课件共87页哦2.7.4 模
39、拟数据与模拟信号模拟数据与模拟信号v当数据已经是模拟形式时，调制的主要原因有两个：(1)为了实现有效的传输，可能需要较高的频率较高的频率。对于无导向传输，实际上是不可能直接传输基带信号的,需要使用的天线直径为几千米。(2)调制允许使用频分复用技术，可以提高信道的利频分复用技术，可以提高信道的利用率。用率。v模拟数据的调制技术：调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。第76页，此课件共87页哦2.7.5 模拟数据与数字信号模拟数据与数字信号v准确的说法是把模拟数据转变为数字数据的过程，称之为数字化数字化(digitalization)。v一旦模拟数据转变成数字数据后，就可以进行很多的工作：(1
40、)数字数据可以使用NRZ-L(不归零-电平)。(2)可以通过NRZ-L以外的其他编码技术将数字数据变成数字信号。(3)通过调制技术，数字数据也可以转换成模拟信号。第77页，此课件共87页哦模拟数据数字化 第78页，此课件共87页哦2.8 扩频技术扩频技术 扩频技术（扩频技术（spread spectrum）的基本）的基本思想是思想是将携带信息的信号扩展到较宽的带宽将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中，以加大干扰和窃听的难度中，以加大干扰和窃听的难度。扩频即可用于传输模拟数据，又可用于扩频即可用于传输模拟数据，又可用于传输数字数据。传输数字数据。第一种扩频技术称为第一种扩频技术称为跳频跳频(fre
41、quency hopping)，更新的一种技术是，更新的一种技术是直接序列直接序列(direct sequence)。第79页，此课件共87页哦 扩频数字通信系统的一般模型 第80页，此课件共87页哦跳频扩频 在跳频扩频(frequency hopping spread spectrum，FHSS)中，信号用看似随机的无线电频率序列进行广播，并在固定间隔里从一个频率跳到另一个频率。而接收器在接收消息时，也和发送器同步地从一个频率跳到另一个频率。这样一来，原本打算窃听的人听到的只是无法识别的哗哗声，即使试图在某一频率上干扰，也只能抹去信号中很少的几个位。第81页，此课件共87页哦直接序列扩频 直
42、接序列扩频(direct sequence spread spectrum，DSSS)，原始信号中的每一个位在传输信号中以多个位表示，此技术使用了扩展编码(spreading code)。这种扩展编码将信号扩展到更宽的频带范围上，而这个频带范围与使用的位数成正比。因此，一个10位的扩展编码能够在一个频带上将信号扩展至比1位扩展编码大10倍的带宽。码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)是一种基于DSSS的具有扩频功能的多路技术。第82页，此课件共87页哦无线网络扩频技术的利与弊跳频扩频直接序列扩频设计和制作简单高数据速率实现成本低范围增大网络重叠使用的密
43、度高吞吐量允许门限值内的干扰在干扰情况下吞吐量逐渐恶化第83页，此课件共87页哦2.9 差错控制技术差错控制技术 无论传输系统如何设计，差错总会存在，它可能会导致传输的帧中有一个或多个位被改变，对于无线传输系统更是如此，为了保障可靠的数据传输，必须进行差错控制。第84页，此课件共87页哦三种差错控制技术v差错检测码差错检测码(error detection code)v差错纠错码差错纠错码(error correction code)，也称，也称为前向纠错为前向纠错FEC(forward error correction)码码v自动重发请求自动重发请求ARQ(automatic repeat
44、request)协议。协议。第85页，此课件共87页哦讨论v1、模拟信号与数字信号的区别。、模拟信号与数字信号的区别。v2、在信息编码技术中，模拟数据、数字数据、在信息编码技术中，模拟数据、数字数据与模拟信号、数字信号之间的调制方式有哪与模拟信号、数字信号之间的调制方式有哪些？如何实现？些？如何实现？第86页，此课件共87页哦课程总结v 本次课主要介绍无线网络中的各种本次课主要介绍无线网络中的各种传输媒传输媒体、传输技术、信号传播方式、信号的损伤、体、传输技术、信号传播方式、信号的损伤、衰退及信号编码技术衰退及信号编码技术等相关内容，要求学生等相关内容，要求学生掌握无线网络信号的传输方式与影响因素，掌握无线网络信号的传输方式与影响因素，为后继的各种无线网络的设计与实施打好基为后继的各种无线网络的设计与实施打好基础。础。v 课后及时复习第二章的内容，并通过网课后及时复习第二章的内容，并通过网络及参考书巩固对无线传输技术相关知识的络及参考书巩固对无线传输技术相关知识的理解。理解。第87页，此课件共87页哦