无线通信系统

发布时间：2016-05-05 15:06

  本文关键词：通信系统，由笔耕文化传播整理发布。

无线通信系统 - 背景

通信系统示意图

 通信（communication）是一切将信息从发送者传送到接收者的过程。自古以来，信息就如同物质和能量一样，是人类赖以生存和发展的基础资源之一。人类通信的历史可以追溯到远古时代，文字、信标、烽火及驿站等作为主要的通信方式，曾经延续了几千年。

电通信的发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始，至今不过170年。翻开厚厚的电信史册，沿着历史的脚步一路走来，在技术和市场需求的双重驱动下，仅有一百多年历史的电通信发生了翻天覆地的巨变，取得了令人惊叹的辉煌成就。

消息 （NEWS，MESSAGE）：
—— 关于人或事物情况的报道。
—— 通信过程中传输的具体对象：文字，语音，图象，数据等。

信息 （INFORMATION）：
—— 有用的消息

信号 （SIGNAL）：

无线通信系统

—— 信息的具体存载体。

通信系统是实现信息传送过程的系统。它可以分为以下几类：

（1）按传输的信息的物理特征，可以分为电话、电报、传真通信系统，广播电视通信系统，数据通信系统等；

（2）按信道传输的信号传送类型，可以分为模拟和数字通信系统；

（3）按传输媒介（信道）的物理特征，可以分为：
——有线通信系统—利用导线传送信息；
——无线通信系统—利用电磁波传送信息；
——光纤通信系统—利用光导纤维传送信息。

在无线模拟通信系统中，，信道便是指自由空间。

无线通信系统 - 组成

无线通信系统的组成

无线通信系统包括：发送设备、接收设备、传输媒体。

发送设备
（1）变换器（换能器）：将被发送的信息变换为电信号。例如话筒将声音变为电信号。
（2）发射机：将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。
（3）天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。

传输媒体——电磁波
在自由空间中，波长与频率存在以下关系：c = f λ式中: c为光速，f 和λ分别为无线电波的频率和波长，因此，无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。 对频率或波长进行分段，分别称为频段或波段。 不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同, 传播的能力和方式也不同, 因而它们的分析方法和应用范围也不同。无线电波只是一种波长比较长的电磁波, 占据的频率范围很广。
电磁波从发射机天线辐射后，不仅电波的能量会扩散，接收机只能收到其中极小的一部分，而且在传播过程中，电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射；或在大气层中产生折射或散射，从而造成强度的衰减。根据无线电波在传播过程所发生的现象 , 电波的传播方式主要有绕射（地波），反射和折射（天波），直射（空间波）。决定传播方式的关键因素是无线电信号的频率。

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。绕射传播。传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。

天波是利用天空的电离层折射和反射而传播的电波，也叫天空波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。两个突出特点：一是传播距离远，同时产生中间静区地带，二是传播不稳定，随昼夜和季节的变化而变化。因此，短波通信要经党更换波段，以保证质量。

空间波又称为直射波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。

接收设备

接收是发射的逆过程，它包括：
（1）接收天线：将空间传播到其上的电磁波转化为高频电振荡
（2）接收机：高频电振荡转化为电信号
（3）变换器（换能器）：将电信号转化为所传送信息

无线通信系统 - 发展历史

无线通信系统构架示意图

第一代无线通信系统

采用频分多址（Frequency Division Multiple Access）技术组建的模拟蜂窝网也被称为第一代（First Generation，下称1G）无线通信系统。这些系统中，话务是主要的通信方式。由于采用模拟调制，这些系统容易被第三方窃听。1G的主要蜂窝系统包括AMPS、NMT、Hicap、CDPD、Mobitex、DataTac、TACS和ETACS。

20世纪70年代末，AT&T的贝尔实验室发明了美国的第一个蜂窝电话系统，即AMPS（Advanced Mobile Phone Service）。Ameritech公司的AMPS在1983年首次在芝加哥的城区和郊区部署。当年，FCC（Federal Communications Commission）分配了位于800MHz频段的40MHz频谱给AMPS，到了1989年，由于业务量激增，FCC又额外分配了10MHz（称为扩展频谱）给AMPS。最初的AMPS蜂窝系统的特点是：蜂窝较大，基站采用全向天线以减少成本。在芝加哥部署的AMPS覆盖了大约2100平方英里。
时至今日，AMPS仍然在世界上的许多地方（尤其是农村）使用，包括美国、南美、澳大利亚和中国。虽然在每个国家AMPS所使用的频带不同，但其无线接口标准是一致的。

到了80年代中期，ETACS（The European Total Access Communication System）在欧洲发展了起来，ETACS和AMPS基本一致，但其每个信道的带宽为25KHz（AMPS为30KHz）。ETACS和AMPS的另一个不同在于电话号码（Mobile Identification Number）的划分，因为欧洲的电话号码要划分为国家区号，而美国的电话号码要划分的是州区号（Area Code）。

中国于1983年规定蜂窝式移动电话系统频段为870-889.975MHz与915-935.975MHz，频道间隔为25KHz。1990年8月确定采用TACS制式，即频段为890-915MHz与935-960MHz，双工间隔频率为45MHz，并且规定即日起停止引进非该频段的模拟蜂窝系统，原来已引进的各种系统可以沿用到2005年。

第二代无线通信系统

第二代无线通信系统示意图

从2G开始，无线通信步入了纯数字时代。2G的另一个显著特点是，所有的标准都以商业利益为宗旨。目前，世界上大多数运营中的无线通信系统都是2G系统，其中60%的市场被欧洲标准占据。2G标准包括GSM、iDEN、USDC（D-AMPS）、IS-95、PDC、CSD、PHS、GPRS、HSCSD和WiDEN。

第一代AMPS系统并不能满足当今大城市的通信容量需求。数字蜂窝（Digital Cellular），亦即采用数字调制技术的蜂窝系统，可以极大地提供系统的容量和性能。经过主要蜂窝产商的大量研究和比较，在20世纪80年代晚期，USDC（The United States Digital Cellular System）实现了可以在固定频带内支持更多用户的时分多址（Time Division Multiple Access）系统。在每个AMPS信道上，USDC可以支持3个全速率（Full-rate）用户或6个半速率（Half-rate）用户。在FDD模式上，USDC沿用了AMPS的45MHz间隔。1990年，USDC/AMPS双模式系统由EIA/TIA（Electronic Industries Association and Telecommunication Industry Association）在Interim Standard 54（IS-54）中标准化，随后被升级到IS-136。由于USDC保持了和AMPS的兼容性，有时也被称为D-AMPS（Digital AMPS）。

1982年，北欧四国向（Conference Europe of Post and Telecommunications）提交了一份建议书，要求订制900MHz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统，以解决欧洲各国在1G系统中采用多种不同系统造成的互不兼容、无法漫游的问题。同年，GSM（Group Special Mobile）成立。经过几年的讨论和现场测试和论证比较，1986年，GSM成员国选定了窄带TDMA方案。1988年，欧洲18国达成GSM谅解备忘录并颁布了GSM（Global System for Mobile communications）标准。它包括两个并行的系统，GSM 900和DCS 1800，这两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。在GSM标准中，未对硬件做出规定，只对功能、接口等做了详细规定，便于不同公司的产品可以互连互通。GSM标准共有12项内容，包括：概述、业务、网络、MS-BS（移动台-基站）接口与协议、无线链路的物理层、话音编码规范、MS的终端适配器、BS-MSC（基站-移动交换中心）接口与协议、网络互通、业务互通、设备型号认可规范、操作和维护。

第三代无线通信系统

为了满足不断增长的网络容量需求，数据速率亟待提高到能提供高速数据传输和多媒体应用的水平上来，于是3G标准出现了。3G系统基本上是2G的线性扩展，它们基于两种不同的骨干架构，一种基于电路交换，另一种则基于包交换。

ITU（International Telecommunication Union）定义了一组特定的空中接口技术并称之为3G，包含在IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000）倡议中。IMT-2000是3G的国际标准，它包括IMT-DS（IMT Direct Sequence，或W-CDMA、UTRA-FDD）、IMT-MC（IMT Multi Carrier，或CDMA2000）、IMT-TD（IMT Time Division，或TD-CDMA和TD-SCDMA）、IMT-SC（IMT-Single Carrier，或EDGE，实际上是2.75G标准）和IMT-FT（IMT-Frequency Time或DECT）。现在，2G到3G的转换正在进行中，无数的技术正在被标准化。

常见的3G标准包括：UMTS（W-CDMA）、CDMA2000、FOMA、TD-SCDMA、GAN/UMA、WiMax。

无线通信系统 - 存在的问题及解决方案

无线通信系统存在的问题和解决方案

在无线通信系统中，信号直接以电磁波形式从天线辐射出去，存在以下问题：

1．无法制造合适尺寸的天线。
天线尺寸与波长相比拟时，信号才能被天线有效辐射。如音频信号：20Hz-20KHz。计算知实际做不到。

2. 接收者无法选出要接收的信号。
存在干扰：其它电台发射信号，各种工业设备辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰。
所以对接收装置的要求：能从众多的电磁波中选出有用的微弱信号。

为了解决无线通信系统中存在的问题，发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除放大外，最主要有调制、解调。

1. 调制：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化。
调制信号：携有信息的电信号。
载波信号：未调制的高频振荡信号。
已调波：经过调制后的高频振荡信号。
调幅、调角（调频、调相）。

2. 解调：调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。

3. 调制的作用：
（1）显著减小天线的尺寸；(声音 30 ～ 3000 Hz，天线要几百 km)；如果天线高度为辐射信号波长的四分之一，更便于发挥天线的辐射能力。于是分配民用广播的频段为535-1605 KHz（中频段），对应波长为187-560 m，天线需要几十米到上百米；而移动通信手机天线只不过10cm，它使用了900 MHz频段。这些广播与移动通信都必须进行某种调制，而将话音或编码基带频谱搬移到应用频段。
（2）将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其它电台发送的信息和各种干扰。

在无线通信系统中，发射机组成包括以下几个部分：

（1）振荡器：产生fosc的高频振荡信号，几十kHz以上。
（2）高频放大器（倍频器）：一或多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至fc，并提供足够大的载波功率。
（3）低频放大器：多级放大器组成，前几级为小信号放大器，用于放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。
（4）高频功放及调幅器：实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。

无线通信系统 - 新一代无线通信系统

新一代无线通信系统

新一代移动通信系统是移动通信系统演进过程中的一个阶段和目标，它不仅采用新的无线传输技术提高通信系统的性能，而且与现有的各种有线与无线网络相融合；它不仅包含现有的移动蜂窝网络结构，而且在某些环境下也可以采用Ad hoc方式进行组网，或者采用两种结构的组合形式，形成蜂窝网络下的两跳或多跳网络结构方式。一般而言，蜂窝网络是一种广覆盖的网络组网方式，它的目标是在有限的频率和功率资源前提下实现广域的无线覆盖。与蜂窝网络结构相比，Ad hoc移动网络结构形式更加灵活，它采用分布式管理技术，由一组自主的无线节点相互合作而形成移动通信网络，其中，无线节点既是一般意义上的移动终端，又可以作为无线中继和路由设备对其他用户的数据进行转发，因此具有动态搜索，快速建网和网络自恢复的能力，有着广泛的应用前景。鉴于Ad hoc在无线组网和下一代无线网络的重要地位，IETF（Internet Engineering Task Force）已经成立了MANET工作组，进行Ad hoc网络的研究。此外，近几年来，随着UWB（超宽带）技术的发展和应用，无线网络中的节点在工作时可以发送出大量的非常短和快的能量脉冲，其发射信号功率谱密度较低，非常适合作为新一代移动通信系统中个域网络的实现技术。

随着基于控制与承载相分离思想的软交换技术的不断发展与成熟，以及基于交换与业务控制相分离的可以快速实现各种增值业务的智能网技术的广泛应用，它们在新一代移动通信系统中将发挥更大的作用。此外，随着IP技术的广泛应用，业界广泛认为基于新一代移动通信的通信网络结构发展趋势是以IP网络为核心，其框架结构可以由图1表示，这里各个系统采用基于IP的分组方式传送数据流，体现了下一代网络以IP为核心互联的网络结构。同时，伴随网络容量和用户的快速发展，IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。

无线通信系统 - 光无线通信系统

光无线通信系统的组成

光无线通信是一种视距传输技术，其基础是电-光和光-电的转换，可以实现数据、影像和等的传输，以大气作为媒质。实际上激光出现后最先研制的就是光无线通信系统。光无线通信的优点是传输距离远、信道容量大、发射天线小、保密性好以及抗电磁干扰等。除此以外，光无线通信不需要许可执照，不需要铺设电缆，不需要挖沟，不需要租用线路，不需要频谱规划，建设周期短，对环境没有影响。宽带光无线通信的电子频谱位于极高的光频段，不存在微波等电磁干扰。光无线通信因为这些优点，越来越受到关注。

光无线通信系统构成包括三个部分：发射机、信道和接收机。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过空间送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号，值得注意的是，发送端和接收端之间，必须是互相视线可见的，两终端之间不能有阻挡。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光无线系统通常使用0.85μm或1.5μm红外波段。 0.85μm的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。1.5μm的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。 1.5μm的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1.5μm波长设备的功率可以比0.85μm的设备高2个等级， 1.5μm波长的光无线通信具有更广阔的使用前景。

无线通信系统 - 相关条目

通信系统、调制、解调、无线通信系统、天线

无线通信系统 - 参考资料

1.

2.?si=2

3.

4.

  本文关键词：通信系统，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：42265