手机微信:13704813968

《无线电应用基础知识》必读三

晨怡热管 2007/1/16 18:00:24
【蓝牙技术】
蓝牙技术是基于WPAN(Wireless Personal Area Network)的无线网络连接技术,采用短程无线电收发技术为固定与移动设备通信环境建立了一个短程无线电的特别连接。它建立一个通用的无线电空中接口以及控制软件的公开标准,使无线通信技术和计算机技术紧密结合,使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下在近距离范围内具有互用、互操作的性能,代替固定与移动通信设备之间的电缆。
Bluetooth(蓝牙)技术是一种正在发展中的短距离无线连接技术。其功能是代替线缆,完成短距离无线连接。蓝牙技术可在10m范围内提供1Mbit/s连接速率,它采用同步短数据传输,语音通行控制等技术实现“个人区域网络”中设备对设备的直接最优化,对于小的移动终端如手机(含移动电话)、移动耳机和照相机中的小功率问题,蓝牙技术提供独一无二的处理能力。蓝牙也可以用来为笔记本电脑提供网络连接,为手持设备和智能电话提供网络信息的即时连接。
【扩频技术】
扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性:
1、 抗干扰性能好:它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力,有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用和民用移动通信是很有利的。
2、隐蔽性强、干扰小:因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中,别人难于发现信号的存在,再加之不知扩频编码,就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度,也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽,从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”,这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准,以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。
3、易于实现码分多址:扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频谱资源呢?其实正相反,是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分的利用。
常规的无线电通信是在频率上分配(称为频分)或从时间上分配(称为时分)给通信用户,使之在频段上或时间上互不相同,以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。
【分集技术】
移动通信网中如何保证信号传输链路的可靠性,是一项重要指标。为了达到这一目的,可以通过多种技术来实现,从影响接收端信号功率的三个主要因素来分析:第一、自由空间的传播损耗和弥散,这可通过加大发射机功率来改善;第二、地形起伏、建筑物及障碍物的遮挡引起的阴影衰落,这可通过“宏分集”技术来改善;第三、在传输路径中各种物体产生的直射波、反射波和散射波的相互影响,即多径衰落,以及多普勒频移产生的损耗,这可通过“微分集”技术来改善。从以上的分析可以看出,分集技术对改善无线传输链路的性能可以起到很大的作用。
分集技术是指通过查找和利用自然界无线传播环境中独立的(至少是高度不相关的)多径信号来实现,简单的说,如果一条无线传播路径中经历了深度衰落,而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号,因此可以在多个信号中选择两个或更多的信号进行合并,这样可以同时提高接收端的瞬时信噪比和平均信噪比,一般可提高20dB到30dB。分集技术是移动通信的一种抗衰落技术,是一种用相对较低廉的投资就可以大幅度的改进无线链路性能的强有力的接收技术。分集技术就是利用两个或更多的不相关信号进行处理,不相关信号的采集可以通过空域、时域和频域三种方式实现,具体的实现方法有以下几种:
第一、空间分集。也称天线分集,是移动通信中使用较多的分集形式,简单的说,就是采用多付接收天线来接收信号,然后进行合并。为保证接收信号的不相关性,这就要求天线之间的距离足够大,在理想情况下,接收天线之间的距离只要波长λ的一半就可以了。
第二、极化分集。在移动环境下,空中的水平路径和垂直路径是不相关的,因而信号也呈现不相关的衰落特性。这就可在发射和接收端各装两付天线,一个水平极化天线,一个垂直极化天线,这就可以得到两个不相关的信号。这一技术在蜂窝移动用户激增时,在改进链路的传输效率和提高容量方面有很明显的效果。
第三、角度分集。信号在传输过程中受环境的影响,使得到达接收的信号不可能是同方向的,这样在接收端安装方向性天线就可得到不相关的信号进行合并。
第四、频率分集。理论上,不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生的衰落概率的乘积。频率分集是指在多于一个载频上传送信号,其原理是基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落。这一技术比空间分集节省天线数目,缺点是不仅需要占用更多的频谱资源,而且需要有和频率分集中采用的频道数相等的若干个接收机,但对于特殊业务,这个费用也许是值得的。这一技术经常用在频分双工(FDM)方式的视距微波链路中,在实际应用中,有一种工作方式被称作1:N保护交换方式。
第五、时间分集。对于一个随机衰落的信号,若对其振幅进行顺序取样,对时间间隔大于相干时间的两个样点是互不相关的。这一技术是指以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号,以便让再次收到的信号有独立的衰落环境,从而产生分集效果。时间分集的性能基本由移动台的运动速度决定,也就是说决定于重复发送信号之间的衰落特性,若移动台是静止的,时间分集就失效了,因为相干时间是和移动台的运动速度成反比的。实践证明,当移动台的运动速度大于40Km/h,时间分集能获得很好的效果。这一技术已经被大量应用于扩频CDMA的RAKE接收机中,以处理多径信号。
【无线IP技术】
无线IP接入技术是接入网的一种新的形式,处在用户终端和骨干网之间,基于TCP/IP协议,将Internet上的各种业务以无线通信的方式延伸到用户终端,无线IP接入系统一般采用点对多点的星形组网方式。
对于固定接入方式,一个无线终端可以连接多个用户终端;而对于移动接入方式,无线终端一般和用户终端集成在一起,即无线终端和用户终端是一一对应。在建网时,无线IP接入系统可以采用多基站的蜂窝结构来扩大系统的覆盖范围和提高业务密度,当然,无线IP接入系统也可以脱离骨干网而同时组成专用的无线IP通信系统。大家知道,接入网一般只涉及物理层,数据链路层和网络层的相关协议,高层数据传输对接入网来说是透明的。
无线IP接入中有那些重要技术:
1、无线通信技术。无线通信系统应用最广泛的是蜂窝移动通信。蜂窝移动通信在经历了第一代模拟系统和第二代数字系统(GSM)后,目前正在向第三代(3G)移动通信系统过渡。按第三代移动通信系统的标准,该系统可提供2Mbit/s以下的多种数据业务。第二代GSM无线通信系统采用数字通信技术,但GSM基本的传输速率是9.6Kbit/s,这个速度对于当前的数据业务来说显然是太低了。由于采用了GPRS这种分组交换,时隙动态分配技术,利用数据系统统计复用和突发的特点对现有GSM网络进行技术改造,从而克服了HSCSD(高速电路交换数据业务)系统中“时隙捆绑”技术的空闲时隙没有充分利用的缺陷,应该有一定的应用前景。
2、无线移动IP技术。IP地址TCP/IP协议中一个非常重要的概念,Internet上所有数据信息的传输和路由都是基于IP地址来实现的,移动IP是用来支持主机移动性的一组网络层协议。所以,TCP/IP协议是针对有线网络而设计的IP地址总是和特定的网络相对应,当一台主机移动其它地方时,将无法使用原来的IP地址进行网络连接和通信,针对这一情况,移动IP采用类似于移动通信中的漫游技术,在实现主机移动后使用原IP地址进行通信的同时,保持了与低层无线传输链路的独立和高层业务应用的相对独立,可以运用于不同类型的无线通信系统。
3、无线业务优化技术。TCP/IP协议是基于有线网络而设计的,是一种无连接的分组交换技术,并且无逐段链路的差错控制和流量控制,如果直接应用到无线通信系统中由于带宽窄、时延较大、可靠性低,将会导致非常低的服务质量。当前无线业务优化技术措施有两种:一是在无线传输方面采取适当的改进,二是在IP层以上进行处理以提高系统效率。即对TCP/IP协议以上的会话层或应用层针对无线通信环境对数据进行优化和简化。例如采用WAP(无线应用协议)就是对这种方法的一个具体应用。
针对无线特点在WAP中采用如下措施。针对无线网络带宽受限,延时长等弱点,以及无线终端设备屏幕小,处理内存不足等诸多限制,在现代互联网标准的基础上,经过改造优化,使他们应用无线环境的限制和使用要求。
【无线集群系统】
无线集群通信系统是指大量无线用户自动共享少量无线信道的系统。在我国无线集群通信系统所使用的频段是800MHz频段。
一般来讲,无线集群系统主要提供系统内部用户之间的相互通信,但也可提供与系统外如市话网的通信。其通信方式有单工也有双工。集群通信系统区别于公众无线电移动通信系统的主要特点是,除了可以提供移动电话的双向通话功能外,还可提供系统内的群(组)呼、全呼;甚至建立通话优先级别,可以进行优先等级呼叫、紧急呼叫等一般移动电话所不具备的通信;提供动态重组、系统内虚拟专网等特殊功能。这些特点特别适合警察、国家安全部门专用通信以及机场、海关、公交运输、抢险救灾等指挥调度需要。所以,在世界各地形成了独立于公众移动通信网之外的专用通信网。
【无线数据通信系统】
无线数据通信系统是地面有线数据通讯网的延伸和补充。该系统以蜂窝小区组网方式为主。由基站和无线终端组成,无线终端可以是便携电脑或是设计成便携或专为移动操作的设备。通常使用的频率在800MHz频段。
【固定无线接入系统】
3.5GHz固定无线接入系统是一种点对多点提供宽带业务的无线接入技术,主要系统包括中心站、终端站和网管系统。其工作频率是:
上行(终端站发射)频段为:3399.50~3431.00MHz;
下行(中心站发射)频段为:3499.50~3531.00MHz;
上、下行收发频率间隔:100MHz;
相邻波道间隔为1.75MHz,最近收发信道间隔为70.25MHz;
宽带固定无线接入技术具有以下几点优势:1、频率复用度高,系统容量大。在3.5GHz频段的3.5MHz带宽内,采用高效调制技术,可以向用户提供10到20兆的传输速率,而采用多扇区,多基站的频率复用技术,则能使系统的容量达到千兆。2、启动资金少。3、提供服务速度快。4、发展极具灵活性。5、提供优质廉价的多种业务。
提供的主要业务有:1、互联网接入业务。2、企业数据业务。3、传统话音。4、IP电话。5、应急和备份服务。6、增值业务等。
【GSM通信系统】
GSM通信系统在无线接口上综合了频分多路接入(FDMA)和时分多路接入(TDMA)两种技术,并且加上了跳频技术,这样的混合性能与模拟系统相比有重大的区别,在性能上为GSM系统带来了极大的优势。
GSM无线路径上的传输单位是由大约156个调制bit组成脉冲串(Burst),通常所说的信道。实际上就是某个时间和频率段上传输“Burst”。一个信道的“Slot”在时间上不是连续的。因此,一个信道是由一组临时定义的Slot组成,信道在Slot的组合上是周期的。信道的频率是指信道构成中的每个Slot频率。它可以是一个固定的频率,此时,信道占据的Slot具有相同的频率,也可以是不同的频率,这就是跳频技术,即规则的地改变一个信道所使用的时隙。GSM系统每个信道分为8个时隙,分别供8个用户使用。GSM系统采用跳频技术有两个方面的好处:其一是频率分集;另一个是干扰分集。前者在MS静止或慢速移动时,对传输质量有较大的改善。后者的作用使系统的干扰分散和平均化,使C/I值得到改善。
提高GSM移动通信系统容量的解决方案:
1、同心圆Overlaid&Underlaid Subcell技术:其原理是将普通的蜂窝小区分成低层,顶层两个子小区,顶层子小区覆盖范围较小,主要用于吸收话务。低层子小区用于较大区域的覆盖。
2、双频技术(DUAL BAND):在遵守GSM标准的前提下,使用900MHz和1800MHz两个不同频段来提高网络容量的办法。即均使用标准GSM体制与信令系统,唯一的区别是工作频段不同,这相当于频率资源的增加。
3、微蜂窝(MicroCell)技术:微蜂窝是在宏蜂窝基础上发展起来的一种技术,其功率低,覆盖范围小,通常在20m~300m之间,主要用来满足高话务量热点地区的容量需求,也常用来实现特定地域小范围内的信号覆盖。
4、多重频率复用MRP技术:其特点是将可用载频分成若干组合,每组作为独立的一层,采用不同的复用方式,并逐层紧密,整个网络中采用不同的复用类型。这种方式复用距离缩短,必须采用跳频、动态功率控制等技术来进行配合。
5、HCS分层小区技术:分层小区指的是利用覆盖区域不同的小区,进行复合覆盖的一种技术,它是随着微蜂窝技术发展起来的,它通过在普通宏蜂窝基础上引进微蜂窝和微微蜂窝来实现分层覆盖,形成层次化的复合结构,各司其职,实现了话务量与覆盖的双重满足。
【 CDMA通信系统】
CDMA通信系统采用先进的扩频技术,实现了码分多址的应用系统。当前商用CDMA系统空中接口标准为IS-95,提供1.23MHz的无线载频间隔;为防止干扰,不同的用户分配不同的无线信道(频率)或同一信道内的不同码;相同的无线信道能在相邻小区或扇面使用;每扇面的话务容量为软容量,不受频率或收发信机数量的严格限制。
CDMA系统中通过在给定时间内传送不同的码来区分不同的基站,即基站传送不同时间偏移的同一伪随机码。为了确保时间偏移的正确性,CDMA基站必须对公共时间参考点保持同步。CDMA系统借助全球定位系统(GPS)提供精确同步,在当前的技术手段下,GPS是保证其达到预期频谱效率的最后的同步手段。
CDMA是一种扩频技术,它将包含有用信息的信号扩展成较大的宽带,通过接收端的解调压缩来获取极大的信号增益和较高的信噪比。
CDMA系统能够使移动台同时与两个或多个基站通信以实现小区间无缝切换,话音信道为先接后断,大大减少了掉话率。只有Lucent真正做到交换机之间,交换机之内所有基站实现全程软切换。
CDMA保持设定的话音质量,误帧率,同时获得最大频谱效率手段。设定和控制反向Eb/No以控制误帧数量;尽量减低手机发射功率(反向);尽量减低基站发射功率(前向);提供方法使运营者可以平衡系统容量与话音质量的需要。
CDMA追求更高的频谱效率和更好的通信质量,是推动一切无线蜂窝技术前进的根本之内在驱动力,从FDMA到TDMA,再到CDMA,直至要实现的第三代系统——宽带CDMA。
CDMA蜂窝通信的主要优点是:1、容量大(频率利用率高);2、通话质量好;3、手机射频辐射小,人们称为绿色手机(采用APC功能和话音激活技术);4、保密性好(直接序列扩频所固有的特性);5、接口开放性好等。
【PHS通信系统】PHS(即小灵通)通信系统采用TDD,32位ADPCM传输方式,PHS系统中一个载频分为8个时隙。其工作频率为:1895~1918MHz,频率间隔300KHz。
PHS系统的频率利用率较高,因此系统容量大,降低了移动台发射功率,延长了电池使用时间。PHS系统采用动态信道分配(DCA)技术,支持手机自动漫游,越区切换,可自动完成鉴权和加密,电话的保密性和防盗打能力大大提高,支持移动速度达40Km/h。PHS系统价格低廉,可以在交换设备上增加新的功能。PHS系统终端为移动台和手机,不仅能传输话音,而且在数据传输方面PHS有着其它无线产品所无法比拟的优势。此外,它的发射功率平均只有10mW和其它系统相比优势明显,是市话网业务的良好补充而越来越受到重视。
【通信保密】
通信保密的含义包括密码保密、传输保密、扩散保密、物理保密等内在的和外部的联系,是为了防止发送的信息被直接窃听或被破译,或者防止在传输信息的过程中被敌方通过不同于密码破译的方法而获得,或者通过无关人员和分析通信设施而获得。因此要求通信保密的意义是十分重要的。
【带外让带内】
各种业务指配的频率,凡不符合“无线电频率划分规定”中,频率划分表划分的频率,称为带外频率。所以,在处理干扰时,则应根据带外让带内的原则进行。
【专用通信网】
专用通信网是指各机关、企业、铁路、航空、军事、气象等单位为本单位业务需要而设置的通信网。专网中的传输设施如明线、电缆、光缆或微波中继线路等要根据国家规定自行建设或向通信部门租用。
【无线电管制】无线电管制是在特定的时间、区域、频段范围内,对全部或部分无线电发射设备及其它辐射无线电波的设备的使用所采取的一种强制性行政管理措施。
【制式无线电台】
制式无线电台是指船舶、机车、航空器在出厂前作为运载工具的一个组成部分必须安装的无线电通信设备。
【国际无线电规则】
国际无线电规则是一项国际无线电法规,是联合国专门机构——国际电信联盟用来管制无线电通信,调整各国在无线电管理活动中的相互关系,规范其权利和义务的重要国际性法规。
【无线电广播电台】
播送语言及音乐节目的无线电台。包括播控中心、发射台以及相应的附属设施。
【播控中心】
在广播系统中,承担广播节目的制作及将节目信号传送到发射台等任务的场所。
【无线电广播发射台】
在广播系统中,用无线电发送设备将广播节目播送出去的场所。
【电视台】
播送电视节目的无线电台,包括电视中心、电视发射台和相应的附属设施。
【电视中心】
电视台内制作电视节目并将节目信号传送到发射台的场所。
【电视发射台】
电视发射机、发射天线以及各种附属设施组成的电视发射系统。
【电视频道】
播送一套电视节目所使用的规定频道。我国每套电视节目所使用频道,即频带范围为8兆赫。
【电视传输网】
若干电视台之间交换电视信号的传输系统。
【信息论】信息论是一门研究信息传输和信息处理系统中一般规律的科学。
信息论的研究对象是广义的信息传输和信息处理系统,从电报、电话、传真、电视、雷达,一直到各类生物神经的感知系统,都可以概括成这样或那样的随机过程或统计学的数学模型加以深入研究。所以,信息论的研究范围及其应用前景都十分广泛。
责任编辑: banye 参与评论