无线通信基础

一、无线电波

  无线电波指在自由空间传播的射频(RF)频段的电磁波,其基本原理是导体中电流强度的改变会产生无线电波。利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波中。当电波通过空间传播到达接收方时,电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。再通过解调将信息从电流变化中提取出来,即可实现信息传递。

二、损耗和衰落

 传输过程中的损耗
  1. 衰减和衰减失真
  2. 自由空间损耗
  3. 噪声
  4. 大气吸收
  5. 多径
 移动环境中的衰落
  1. 多径传播:反射、绕射、散射(与信号波长和障碍物尺寸大小相关)
  2. 衰落类型(快衰落、慢衰落)

三、调制

  调制指将输入信息变换为适于信道传输的形式。信号源信息通常包含直流分量和频率较低的频率分量,称为基带信号。基带信号一般不能直接用于传输,需变换为一个远高于基带频率的信号,即已调信号
  调制过程改变了高频载波即信息载体信号的幅度、相位或频率,使其随基带信号幅度变化而变化。解调过程则将基带信号从载波中提取出来。

 常用调制方式
  1. 模拟调制(幅度调制、角度调制)
  2. 数字调制(ASK、FSK、PSK)
  3. 脉冲调制(指用脉冲序列作为载波,最常用的是脉码调制)

四、扩频

  扩频(Spread Spectrum,SS)是一种重要的通信技术。发送方输入的数据首先进入信道编码器,生成模拟信号,该模拟信号围绕某个中心频率具有相对较窄的带宽。然后使用扩频码或扩展序列进一步调制,通常扩频码由伪噪声或伪随机数产生器产生。调制后传输信号的带宽显著增加,即扩展了频谱。 接收方使用同一扩频码进行解扩。解扩后的信号通过信号解码器,最终还原为数据。

 主流的扩频技术
  1. 跳频扩频
    无线通信基础_第1张图片
  2. 直接序列扩频
    无线通信基础_第2张图片

五、复用和多址

  1. 信道复用:在两点之间的信道中同时传输互不干扰的多个信号,包括频/时/码/空分复用。
  2. 多址接入:多点间实现互不干扰的多边通信,包括频/时/码/空分多址。

六、天线

 天线的主要指标
  1. 天线增益:输入功率相等时,实际天线与理想辐射单元在空间同一处产生的信号功率密度之比。
  2. 方向图:天线辐射电磁场在固定距离上随角坐标的分布图形称为方向图。一般取主平面为E面和H面,归一化方向图取最大值为1。
  3. 极化
 天线的关键技术
  1. 天线分集技术
  2. 赋形波束技术
  3. 智能天线技术
      分集是通过多信道(如时间、空间、频率)接收到载有相同信息的多个副本,由于各个信道传输特性不同(各副本在统计上互不相关),各副本衰落相关性较小,即各副本同时出现快衰落的概率较小,从而在接收端将各副本信号进行合并或择优输出,即可提高接收性能。

七、MIMO

  MIMO(Multiple Input Multiple Output,多入多出)指利用多发射、多接收天线进行空间和时间的分集,利用多天线来抑制信道衰落。
  在发送方,传输信息流经过空时编码形成N个信息子流,由N个天线发射出去,经空间信道后由接收方的M个接收天线接收,多天线接收机再利用空时编码处理分开并解码这些数据子流。多径传输会引起衰落,但MIMO技术充分利用了空间信道的多径因素

 MIMO的关键技术
  1. 信道估计(训练序列或导频,在时变信道中周期性发送训练序列)
  2. 空时信号处理(空时编码和空间复用)
  3. 同步(载波/符号/帧同步,目的是保证子载波间的正交性)
  4. 分集(利用空间、时间、频率三种分集技术,有效增加对噪声、干扰和多径的容忍)

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