1無線通信技術(shù)課件目錄contents無線通信技術(shù)概述電磁波與天線基礎(chǔ)模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)信道編碼與差錯控制技術(shù)多址接入與擴頻通信技術(shù)無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（MCN）技術(shù)總結(jié)與展望301無線通信技術(shù)概述無線通信技術(shù)是指利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的通信方式。定義從早期的無線電報、無線電話到現(xiàn)代的移動通信、衛(wèi)星通信等，無線通信技術(shù)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程組成無線通信系統(tǒng)主要由發(fā)射機、信道和接收機三大部分組成。工作原理發(fā)射機將待傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到高頻載波上，通過天線輻射出去；信道是電磁波傳播的媒介；接收機通過天線接收信號，并進行解調(diào)、解碼等處理，恢復(fù)出原始信息。無線通信系統(tǒng)組成及工作原理無線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域衛(wèi)星通信藍牙技術(shù)電視廣播、軍事通信、遙感遙測等。短距離無線通信，用于連接手機、電腦等設(shè)備。移動通信無線局域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)手機通信、移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。WLAN、Wi-Fi等。智能家居、智能交通、工業(yè)自動化等。302電磁波與天線基礎(chǔ)

電磁波基本概念及特性電磁波定義電磁波是由電場和磁場交替變化而產(chǎn)生的一種物質(zhì)波，具有能量和動量，可以在真空中傳播。電磁波特性電磁波具有波動性和粒子性，其傳播速度等于光速，且在不同介質(zhì)中具有不同的傳播特性。電磁波頻段劃分根據(jù)頻率和波長的不同，電磁波可分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等。根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)形式的不同，天線可分為線天線、面天線、陣列天線等。天線類型天線性能參數(shù)天線選型與設(shè)計天線的性能參數(shù)主要包括方向性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化方式等。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)通信系統(tǒng)的需求和場景特點，選擇合適的天線類型和設(shè)計參數(shù)。030201天線類型與性能參數(shù)電磁波在空間中的傳播方式主要有直射波、反射波、折射波、繞射波和散射波等。電磁波傳播方式電磁波的傳播受到多種因素的影響，如地形地貌、建筑物、大氣條件、電磁干擾等。影響因素為了準確預(yù)測和評估無線通信系統(tǒng)的性能，需要建立相應(yīng)的電磁波傳播模型，并考慮各種影響因素的作用。傳播模型與預(yù)測電磁波傳播方式及影響因素303模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制技術(shù)通過改變載波的振幅來傳輸模擬信號，包括普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅等方法。幅度調(diào)制（AM）通過改變載波的頻率來傳輸模擬信號，調(diào)頻波的振幅保持不變，而頻率隨基帶信號變化。頻率調(diào)制（FM）通過改變載波的相位來傳輸模擬信號，調(diào)相波振幅保持不變，而相位隨基帶信號變化。相位調(diào)制（PM）模擬調(diào)制原理及方法數(shù)字調(diào)制原理及方法振幅鍵控（ASK）正交幅度調(diào)制（QAM）頻移鍵控（FSK）相移鍵控（PSK）通過改變載波的振幅來傳輸數(shù)字信號，振幅變化對應(yīng)二進制數(shù)的0和1。通過改變載波的頻率來傳輸數(shù)字信號，頻率變化對應(yīng)二進制數(shù)的0和1。通過改變載波的相位來傳輸數(shù)字信號，相位變化對應(yīng)二進制數(shù)的0和1。結(jié)合ASK和PSK的調(diào)制方式，同時改變載波的振幅和相位來傳輸數(shù)字信號，提高頻譜利用率。模擬調(diào)制適用于傳輸連續(xù)變化的模擬信號，而數(shù)字調(diào)制適用于傳輸離散的數(shù)字信號；數(shù)字調(diào)制具有抗干擾能力強、易于加密和糾錯等優(yōu)點。模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制的比較根據(jù)通信系統(tǒng)的要求、信道特性以及信號源的性質(zhì)來選擇合適的調(diào)制方式；例如，在帶寬受限的情況下，可以選擇頻譜利用率較高的QAM調(diào)制方式。調(diào)制方式的選擇調(diào)制技術(shù)比較與選擇304信道編碼與差錯控制技術(shù)信道編碼原理線性分組碼卷積碼Turbo碼信道編碼原理及常用方法通過增加冗余信息，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率。利用移位寄存器和模2加法器實現(xiàn)編碼，適用于連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸。通過線性變換將信息序列劃分為多個固定長度的組，對每個組進行編碼。采用并行級聯(lián)卷積碼和隨機交織器，實現(xiàn)高性能的信道編碼。前向糾錯（FEC）接收端通過解碼算法糾正傳輸中的錯誤。自動重傳請求（ARQ）接收端檢測到錯誤后，向發(fā)送端發(fā)送重傳請求，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。差錯控制策略及實現(xiàn)方式混合糾錯（HEC）：結(jié)合FEC和ARQ的優(yōu)點，實現(xiàn)更高效的差錯控制。差錯控制策略及實現(xiàn)方式03海明碼通過在數(shù)據(jù)塊中插入多個校驗位，實現(xiàn)對多位錯誤的檢測和糾正。01循環(huán)冗余檢驗（CRC）在數(shù)據(jù)塊后附加校驗位，接收端通過計算校驗和來檢測錯誤。02奇偶校驗通過添加額外的位，使得數(shù)據(jù)塊中1的個數(shù)為偶數(shù)（偶校驗）或奇數(shù)（奇校驗）。差錯控制策略及實現(xiàn)方式信道編碼和差錯控制技術(shù)應(yīng)用移動通信在移動通信系統(tǒng)中，信道編碼和差錯控制技術(shù)用于提高信號傳輸?shù)目煽啃院徒档驼`碼率，保證通信質(zhì)量。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信中信號傳輸距離遠、干擾嚴重，信道編碼和差錯控制技術(shù)有助于降低誤碼率和提高通信質(zhì)量。深空通信在深空通信中，信號傳輸距離極遠、傳輸時延大、干擾嚴重，高性能的信道編碼和差錯控制技術(shù)對于確保通信成功至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，大量設(shè)備通過無線方式進行通信，信道編碼和差錯控制技術(shù)有助于提高通信可靠性和降低能耗。305多址接入與擴頻通信技術(shù)FDMA（頻分多址）01將頻率劃分為多個信道，每個用戶占用一個信道進行通信，實現(xiàn)多用戶同時通信。特點是技術(shù)成熟、實現(xiàn)簡單，但頻譜利用率較低。TDMA（時分多址）02將時間劃分為多個時隙，每個用戶在一個時隙內(nèi)進行通信，通過時隙分配實現(xiàn)多用戶接入。特點是頻譜利用率較高，但需要精確的同步技術(shù)。CDMA（碼分多址）03利用不同的擴頻碼對用戶信號進行擴頻調(diào)制，實現(xiàn)多用戶在同一頻段內(nèi)的同時通信。特點是抗干擾能力強、保密性好，但實現(xiàn)復(fù)雜度較高。多址接入方式及特點擴頻通信原理及優(yōu)勢擴頻通信原理通過將待傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用擴頻碼進行調(diào)制，將原始信號的頻譜擴展至更寬的頻帶范圍內(nèi)進行傳輸。接收端使用相同的擴頻碼進行解擴，恢復(fù)出原始信息數(shù)據(jù)。擴頻通信優(yōu)勢抗干擾能力強、隱蔽性好、可實現(xiàn)碼分多址、抗多徑干擾等。擴頻通信在軍事通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。移動通信系統(tǒng)在移動通信系統(tǒng)中，多址接入和擴頻技術(shù)是實現(xiàn)多用戶同時通信的關(guān)鍵技術(shù)。例如，CDMA移動通信系統(tǒng)就采用了碼分多址接入方式和擴頻通信技術(shù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常采用擴頻通信技術(shù)進行信息傳輸，以提高抗干擾能力和傳輸可靠性。同時，多址接入技術(shù)也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，實現(xiàn)多個地面站與衛(wèi)星之間的同時通信。無線局域網(wǎng)在無線局域網(wǎng)中，多址接入和擴頻技術(shù)也被廣泛應(yīng)用。例如，基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)就采用了擴頻通信技術(shù)和多種多址接入方式，包括OFDM（正交頻分復(fù)用）和MIMO（多輸入多輸出）等技術(shù)。多址接入和擴頻技術(shù)應(yīng)用306無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)123定義了WLAN的物理層和MAC層規(guī)范，包括各種調(diào)制方式、傳輸速率、幀格式等。IEEE802.11標準推動WLAN技術(shù)的普及和應(yīng)用，制定了Wi-Fi認證標準，確保不同廠商的設(shè)備可以互相兼容和通信。Wi-Fi聯(lián)盟基于IEEE802.11標準，結(jié)合國內(nèi)實際情況和需求，制定了WLAN的國家標準，如GB15629.11系列標準。中國國家標準WLAN標準體系架構(gòu)負責接收和發(fā)送無線信號，支持多種調(diào)制方式和傳輸速率。無線網(wǎng)卡無線接入點（AP）無線路由器無線中繼器提供無線網(wǎng)絡(luò)的接入功能，相當于有線網(wǎng)絡(luò)中的交換機或路由器。具有路由功能，可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和交換。接收來自AP或路由器的信號，并將其放大后發(fā)送給遠處的客戶端設(shè)備，以擴展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。WLAN設(shè)備組成及功能通過設(shè)置MAC地址過濾、SSID隱藏等方式，限制未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)。訪問控制采用WPA2-PSK、WPA2-Enterprise等加密方式，對無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行加密傳輸，確保數(shù)據(jù)的安全性。加密傳輸在無線網(wǎng)絡(luò)入口處部署防火墻，過濾非法訪問和惡意攻擊，保護網(wǎng)絡(luò)的安全。防火墻保護定期更新無線設(shè)備的固件和驅(qū)動程序，及時修補安全漏洞；升級無線網(wǎng)絡(luò)的加密方式和密鑰，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。定期更新和升級WLAN安全策略部署307移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（MCN）技術(shù)0102第一代移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（1…基于模擬信號傳輸，提供語音通話服務(wù)。第二代移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（2…引入數(shù)字信號傳輸，支持語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第三代移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（3…提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持多媒體業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。第四代移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（4…采用更先進的通信技術(shù)，提供高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，支持高清視頻、實時互動等應(yīng)用。第五代移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（5…引入更高速率、更低時延、更多連接的通信技術(shù)，支持物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、智能制造等新興應(yīng)用。030405MCN發(fā)展歷程及現(xiàn)狀移動性管理技術(shù)通過位置更新、越區(qū)切換等技術(shù)保證用戶在移動過程中通信的連續(xù)性?？垢蓴_技術(shù)采用擴頻、跳頻等技術(shù)提高信號抗干擾能力，保證通信質(zhì)量。信道編碼與解碼技術(shù)通過添加冗余信息提高信號抗干擾能力，接收端通過解碼恢復(fù)原始信息。多址技術(shù)通過不同的地址碼區(qū)分不同的用戶，實現(xiàn)多用戶同時通信。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進行傳輸，接收端再將模擬信號還原為數(shù)字信號。MCN關(guān)鍵技術(shù)分析更高頻譜效率和更高能效通過引入更先進的調(diào)制方式、多天線技術(shù)等手段提高頻譜效率和能效，降低網(wǎng)絡(luò)運營成本。融合與協(xié)同與Wi-Fi、藍牙等無線通信技術(shù)融合，實現(xiàn)室內(nèi)外無縫覆蓋和協(xié)同工作，提升用戶體驗。智能化和自動化引入人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化和自動化管理，提高網(wǎng)絡(luò)運營效率和質(zhì)量。更高傳輸速率和更低時延隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展，未來MCN將提供更高的傳輸速率和更低的時延，滿足更多新興應(yīng)用需求。MCN未來發(fā)展趨勢預(yù)測308總結(jié)與展望課程主要內(nèi)容回顧無線通信技術(shù)基本原理無線通信系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)課程回顧與總結(jié)課程回顧與總結(jié)010203無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計課程重點與難點總結(jié)無線通信協(xié)議與標準01020304信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)信道編碼與譯碼技術(shù)多址接入與復(fù)用技術(shù)無線通信網(wǎng)絡(luò)安全與可靠性課程回顧與總結(jié)5G/6G通信技術(shù)超高速率、超低時延、超大連接數(shù)網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算、智能化等關(guān)鍵技術(shù)前沿動態(tài)介紹物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）技術(shù)NB-IoT、LoRa等物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議與標準前沿動態(tài)介紹無線光通信技術(shù)FSO（自由空間光通信）技術(shù)VLC（可見光通信）技術(shù)前沿動態(tài)介紹未來發(fā)展趨勢預(yù)測