無線電技術導論洪晟：82316447Email:

shenghong@教學安排緒論-----------------------------2學時電路基本定律-----------------2學時電子元件-----------------------2學時電子器件-----------------------2學時無線電發送基本原理--------2學時無線電接收基本原理--------2學時軟件無線電概論--------------2學時考試（隨堂開卷）-----------2學時為什么開設這門課？開拓知識視野為后續課程的學習打下一定的理論基礎教材及考查辦法教材:《無線電技術導論》（修訂版）北京航空航天大學出版社高澤溪等編著考查辦法（8次課）（1）課堂測試（點名）：2次（30%）（2）第九周考試

（70%）對本課教學內容建議：

shenghong@無線電技術導論

第一講----緒論

無線電技術的基本常識無線電技術的發展歷程無線電技術的應用--現代無線電技術無線電技術的未來緒論無線電技術利用

無線電波

傳播信息的技術所謂無線電波就是依靠自由空間傳播的頻率從幾赫茲到3000GHz范圍內的電磁波

電磁波是一種物質無線電的基本常識頻率：?，單位：赫茲（Hz）,

千赫（kHz），兆赫（MHz）波長：λ，單位：米、厘米、分米、毫米速度：ν（近似為300，000，000m/s，等于繞地球七圈半（地球赤道周長40075.51公里)）ν=?*λ頻道和頻帶:

(1)頻道(channel)：供某一頻率專用的電波通道，例:144.12MHz。

(2)頻帶(band)或稱波段，由多個(二個以上)相近的頻道組成。例如：在無線電臺的使用上，VHF是指144MHZ-146MHz的所有頻道。

(3)為避免電波相互干擾，每個頻道間距通常設為20KHz。因此，在VHF頻帶中，共有100個頻道可供使用。電磁波譜宇宙射線射線X射線紫外線可見光紅外線微波毫米波厘米波分米波超短波短波中波長波無線電波無線電頻譜段號頻段名稱頻率范圍（含上限、不含下限）波段名稱波長范圍（含下限、不含上限）1極低頻3~30Hz極長波100~10Mm2超低頻30~300Hz超長波10~1Mm3特低頻300~3000Hz特長波1000~100km4甚低頻（VLF）3~30kHz甚長波100~10km5低頻（LF）30~300kHz長波10~1km6中頻（MF）300~3000kHz中波1000~100m7高頻（HF）3~30MHz短波100~10m8甚高頻（VHF）30~300MHz米波10~1m9特高頻（UHF）300~3000MHz分米波10~1分米10超高頻（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm11極高頻（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm12至高頻300~3000GHz絲米波10~1絲米信息消息：是指人們需要得到的各種事物的狀態，如溫度、壓力、語言、音樂、文字、圖象、數據和指令等。消息所包含的內容稱為信息

信息是指人們原本不知而待知的內容，如果某人獲得了他以前不知道的東西，就說他獲得了信息。利用

無線電波

傳播信息的技術傳播信息的傳輸方式:古代：烽火臺、金鼓、旌旗等；現代：書信、電話、電報、傳真、廣播、電視、電臺、數字通信、網絡等。利用

無線電波傳播信息的技術無線電通訊技術模型無線電技術的發展----準備條件理論準備——1865年，麥克斯韋----發表電磁輻射理論，預言電磁波能以波的形式向外傳播，其速度與光速相同實驗準備——1888年，德國物理學家赫茲以著名的電火花放電實驗證明了麥克斯韋的預言-----電子技術的新紀元所有這些，都為無線電電子學的發展與廣泛應用準備了充分條件技術準備——愛迪生效應----為電子管的發明準備了條件

——有線通訊的發展

1837年：電磁式電報機，莫爾斯電碼通訊發展史第一次技術革命

1844年：華盛頓—巴爾的摩的電報線路

1876年：貝爾發明了電話

1878年：波士頓—紐約長途電話無線電技術的發展----技術實現1890年：法國布蘭利140m探測到赫茲電波英國洛奇800m收到莫爾斯電碼1895年：意大利馬可尼金屬檢波器2.8km

俄國波波夫第一臺無線電接收機1899年：德國布勞恩調諧接收1901年：意大利馬可尼大西洋（3200km）通訊發展史第二次技術革命無線電之父無線電技術的發展---技術突破1904年：英國弗萊明真空二極管，檢波整流1906年：美國德福雷斯特真空三極管，放大與控制作用，發生高頻振蕩信號1906年：美國費森登傳送語言和音樂1919年：美國阿姆斯特朗超外差式接收機．1919年：第一個定時廣播電臺在英國建成．1920年：美國匹茨堡建成了第一座商業電臺（KDKA），第一天播音時把當天總統競選結果立即告知人們，獲得巨大成功．1926年：美國組成世界上第一個全國廣播網．在此期間，加拿大、澳大利亞、丹麥、前蘇聯、法、英、德、意、日以及墨西哥也都相繼建立了無線電臺1930年：已經形成全球性的無線電廣播系統．無線電技術的發展----飛速發展1923年：短波通訊1931年：微波通訊1936年：超短波接力通訊1957年：太空通訊—第一顆人造地球衛星1960年：衛星廣播1965年：衛星電視，數字信號1969年：阿波羅1號電視、聲音、數據信號1976年：VIKING-1號宇宙飛船11個月5000萬英里，火星表面的圖象20世紀90年代：蜂窩通信無線電技術的應用電報、電話、數據傳輸、聲音廣播、電視測速、定位、導航、遙控、遙測、遙感衛星通信氣象探測、地球探測、安全保障射電天文、空間研究和空間操作等。現代無線電技術移動通信系統衛星導航系統射頻識別技術與物聯網其它移動通訊系統通訊系統的目標———五個W

任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何時間（Whenever）可以同任何人（Whomever）進行任何形式（Whatever）的通信

移動通訊的特點（１）電波傳播條件惡劣（直射＼繞射＼折射＼位置／方向）（２）在強干擾條件下工作（內部＼外部）（３）具有多普勒頻移效應（４）移動用戶經常移動通信系統網絡

移動通信系統蜂窩移動通信無線覆蓋區大區制：集群通訊，設備投資少，見效快頻率利用率低，擴容困難，不能漫游小區制：優點移動通信發展歷史簡介第一代系統第二代系統第三代系統時間1984~19961990~2001~業務模擬移動電話數據數字語音、消息高速數據、寬帶視頻、多媒體結構宏蜂窩微蜂窩、微微蜂窩、無線本地環路無線技術模擬調制數字調制、CDMA、使用TDD和FDD的TDMACDMA、可能與TDMA結合或者與TDD和FDD結合頻段800MHz800M和1900MHz2GHz實例AMPS、TACSETACS、NTTNMT450/900JTACS/NTACSGSM/DCS1900cdmaOne(IS-95)USTDMAIS-136PACS、PHScdma2000WCDMATDS-CDMA第一代模擬蜂窩移動通信系統歷史回顧：1978年，美國的貝爾實驗室成功開發了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系統，實現了真正意義上的可以隨時隨地通信的大容量的蜂窩移動通信系統。1987年，中國首個TACS制式模擬移動電話系統建成商用，之后AMPS也曾被引入中國。主要標準：美國的AMPS、歐洲的TACS、英國的ETACS、歐洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS主要特點：用戶的接入方式采用頻分多址（FDMA），當一個呼叫建立后，該用戶在其呼叫結束以前一直占用一個頻段調制方式：FM業務的種類單一，主要是話音業務系統的保密性較差頻譜效率較低，有限頻譜資源和無限用戶容量之間的矛盾十分突出頻分多址（FDMA）技術含義：每個用戶占用一個頻率用戶識別：頻道號特點：（1）簡單，容易實現，適用于模擬和數字信號（2）以頻率復用為基礎，以頻帶劃分各種（3）小區需要嚴格的頻率規劃，是頻率受限和干擾受限系統（4）以頻道區分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數字話路（5）對功控的要求不嚴，硬件設備取決于頻率規劃和頻道設置（6）基站由多部不同載波頻率的發射機同時工作（7）不適宜大容量系統使用應用：模擬/數字蜂窩移動通信系統PowerFrequencyTimeFDMA第一代蜂窩模擬移動通信系統第一代蜂窩模擬移動通信系統模擬移動通信系統缺點：頻譜利用率不高，容量有限，擴容困難；噪聲、干擾嚴重，不保密，發展業務受限；制式太多，防礙漫游，難進入數字網(ＩSDN)等。第二代移動通信技術-GSM歷史回顧：1992年，第一個數字蜂窩移動通信系統——歐洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）網絡在歐洲開始鋪設，由于其優越的性能，在全球范圍內以驚人的速度得以擴張，目前已是全球最大的蜂窩通信系統。1993年，中國的第一個全數字移動電話GSM系統建成開通，之后中國電信和中國聯通都采用了GSM。主要特點：微蜂窩小區結構數字化技術---語音信號數字化新的調制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA頻譜利用率高，系統容量大便于實現通信安全保密時分多址（TDMA）技術含義：每個用戶占用一個時隙用戶識別：時隙特點：以頻率復用為基礎，小區內以時隙區分用戶每個時隙傳輸一路數字信號，軟件對時隙動態配置系統要求嚴格的系統定時同步對功控的要求不嚴是時隙受限和干擾受限系統TDD模式下，上下型信道信息可以共享應用：GSM系統FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA第二代移動通信技術-GSM第二代移動通信技術-CDMA歷史回顧：1995年，美國的高通公司（Qualcomm）提出了一種采用碼分多址（CDMA)方式的數字蜂窩系統技術解決方案（IS-95CDMA)，目前已分別在中國香港、韓國、北美等國家和地區投入使用，用戶反映良好。CDMA系統的主要特點：用戶的接入方式采用碼分多址（CDMA）軟容量、軟切換，系統容量大抗多徑衰落可運用話音激活、分集接收等先進技術碼分多址（CDMA）技術含義：每個用戶使用一個碼型，頻率/時間共享用戶識別：碼型特點： 每個基站只需一個射頻系統 每個碼傳輸一路數字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統 需要嚴格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統容量大 抗衰落、抗多徑能力強應用：IS-95CDMA系統、cdma2000系統、WCDMA系統FrequencyCDMAPowerTime2G向3G演進過程示意圖GSMPDCcdmaOneGPRSCDMA20001XTDMA(IS-136)TD-SCDMAWCDMACDMA20003XEDGEFirstStepinto3G2G3G2G向3G的過渡(2.5G)一、基于GSM的演進：

GSM網的數據傳輸速率為9.6kb/s，向3G演進的第一步是增強數據傳輸能力，已有兩種高速移動數據規范

HSCSD(High-SpeedCircuit-SwitchedData)

高速電路交換數據業務，同時利用4個14.4kbps的時隙以電路交換方式提供57.6kbps的信息傳輸速率GPRS(GeneralPacketRadioService)

通用分組無線交換業務，歐洲ETSI建議GPRS分為兩個發展階段(即Phase1+和Phase2+)

GSMPhase1+技術(GPRS)將信包交換模式引入到GSM網絡中，從而提高了資源利用率。GPRS可以使多個用戶共享某些固定的信道資源，并將每個時隙的傳輸速率從9.6kb/s提高到14.4kb/s，使用8個時隙傳送數據，在全速移動和大范圍覆蓋時的數據率可以達115.2kb/s，并能支持Internet的IP協議及X，25協議。GPRS可以實現GPRS網絡需要在GSM網中引入新的網絡接口和通信協議。GPRS于1999年在新加坡投入使用。GSMPhase2+技術(EDGE)EDGE:EnhancedDataratesforGSMEvolution

EDGE技術在不改變GSM200kHz帶寬載波、TDMA框架結構及通道的情況下，其幀結構與GSM相同，采用8PSK調制，使每時隙可傳48kb/s甚至69.2kb/s，如集中8個時隙，使數據率可達到384kb/s，從而提供無線多媒體服務。利用EDGE技術，電信運營公司可以在現有的900MHz、1800MHz、1900MHz的GSM系統中，以最經濟的方式提供第三代移動通信業務。2G向3G的過渡(2.5G)二、基于CDMA的演進

CDMA網絡通過第一階段無線傳輸標準（1xRTT）過渡到第二階段無線傳輸標準（3xRTT），從而實現2G向3G的平滑過渡。IS-95B即CDMA1，利用碼聚集(aggregation)技術，在一個突發中將8個碼道分配給一個高速信包移動臺，構成一基本碼信道，系統的數據速率改進到IS-95B規定的中等數據速率(MDR)，即到115.2kb/s，IS-95采用的軟切換和移動臺輔助的頻率間的硬切換(MAHO)的改進措施也可增加系統容量。IS-95C(cdma20001xRTT)將達到IMT-2000的MDR，是CDMA1系統容量的兩倍，并可增加守候時間。2G向3G的過渡(2.5G)三、基于D-AMP（IS-136）的演進第一個階段為IS-136+，它利用新的頻率調制技術，使數據傳輸速率達到64kbps。第二階段為136HS（HighSpeed），采用EDGE技術。使數據傳輸速率達到384kbps，在室內或低速運動時，提供2Mbps的傳輸速率，同時，在系統容量、覆蓋范圍及通信質量方面都有改善。CDMA20001X與GPRS的比較GPRS的優勢永遠在線:GPRS采用的分組技術使得用戶無需建立連接過程，免去了WAP的登陸之苦。按流量計費。快捷登陸:理論上是３～５秒，網絡忙時也不超過８秒。高速傳輸:GPRS的傳輸速率理論上是171.2Kbps，但考慮到網絡的配置和手機的不同品牌，目前的速率可以達到20～30Kbps。自如切換:在進行話音業務是，數據仍可以傳輸，用戶不用重復進行上網操作。

CDMA20001X與GPRS的比較GPRS的劣勢實際應用中速率比理論值要低:要達到理論值是有條件的，要求只有一個用戶占用所有8個時隙，并且沒有防錯保護。轉接時延:GPRS分組通過不同方向發送數據，最終達到相同的目的。這樣數據在通過無線鏈路傳輸過程可能發生一個或幾個分組丟失，甚至發生更大的錯誤。有關標準組織認識到了無線分組技術這一固有特性，引入了數據完整性和重發策略，由此產生了潛在的轉接時延。不同業務的互相干擾:CDMA20001X與GPRS的比較CDMA20001x的優勢系統容量的配置靈活:CDMA是一個自擾系統，用戶數的增加相當于背景噪聲的增加，造成話音質量的下降。但對用戶數并無限制，操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮通話質量佳:CDMA系統的聲碼器可以動態地調整數據傳輸速率，并根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時門限值根據背景噪聲的改變而改變，可以得到較好的通話質量。頻率規劃簡單:用戶按不同的序列碼區分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用，網絡規劃靈活，擴展簡單。建網成本低:CDMA網絡覆蓋范圍大，系統容量高，所需基站少，降低了建網成本。接通率高:CDMA的信號占用整個頻段，幾乎是普通窄帶調制效率的7倍，對于相同的帶寬，CDMA系統是GSM系統容量的4～5倍不易掉話:CDMA系統采用軟切換技術，先連接再斷開，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。通話不會被竊聽:要竊聽通話，必須要找到碼址。CDMA碼址是個偽隨機碼，而且共有4.4萬億種可能的排列，因此，要破解密碼或竊聽通話內容是太困難了。第三代移動通信系統(3G)3G的主要特點：

支持移動多媒體業務寬帶CDMA技術高頻譜效率

FDMA/TDMA/CDMA

從電路交換到分組交換從媒體(media)到多媒體(Multi-media)

高保密性全球范圍無縫漫游系統微蜂窩結構主流技術：

WCDMAcdma2000TD-SCDMA集群移動通信系統專用調度系統組成：控制中心、基站、調度臺、移動臺大區制應用：車輛調度、公安、交警等部門無繩電話系統衛星移動通信系統衛星導航系統衛星導航系統的重大作用GPS衛星導航系統俄羅斯GLONASS全球導航衛星系統（85%）歐洲GALILEO導航衛星系統計劃（2013）中國自主研制的第一代衛星導航定位系統

----北斗導航系統（2020）GPS衛星導航系統北斗衛星導航系統北斗二代衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。2000年，首先建成北斗一代導航試驗系統，使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。該系統已成功應用于測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產生顯著的經濟效益和社會效益。目前，我國正在實施北斗二代衛星導航系統建設，已成功發射七顆北斗導航衛星。根據系統建設總體規劃，2012年左右，系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。北斗衛星導航系統三大功能：（1）快速定位（2）簡短通信（3）精密授時定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒北斗系統與GPS相比：（1）北斗導航系統同時具備定位與雙向通信能力，可以獨立完成移動目標的定位與調度功能，而GPS系統本身不具備通信能力，需要和其他通訊系統結合才能實現移動目標的遠程定位與監控功能；（2）另外北斗導航系統是區域性導航系統，GPS系統是全球性導航系統；（3）北斗導航系統由我國自主控制，而GPS系統則是由美國軍方控制。RFIDRFID(RadioFrequencyIdentification的)，即射頻識別，俗稱電子標簽。

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID的基本組成:標簽(Tag)，閱讀器(Reader)，天線(Antenna)。RFID分類RFID按應用頻率的不同分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波（MW），相對應的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M~960MHz、微波2.4G，5.8GRFID按照能源的供給方式分為無源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。無源RFID讀寫距離近，價格低；有源RFID可以提供更遠的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠距離讀寫的應用場合。物聯網物聯網（TheInternetofthings）的定義是：

通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網就是“物物相連的互聯網”。

（1999年提出）

這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。物聯網的用途（一）智能交通環境保護工業監測敵情偵查情報搜集政府工作公共安全平安家居食品溯源個人健康物聯網的用途（二）當司機出現操作失誤時汽車會自動報警公文包會提醒主人忘帶了什么東西衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。物聯網把我們的生活擬人化了，萬物成了人的同類。在這個物物相聯的世界中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。國際電信聯盟于2005年的一份報告曾描繪“物聯網”時代的圖景：物聯網產業鏈物聯網產業鏈的四個環節：標識（關鍵技術：

RFID）感知（關鍵技術：傳感器）處理信息（關鍵技術：智能芯片）信息傳送（關鍵技術：無線傳輸網絡）

有研究機構預計10年內物聯網就可能大規模普及，這一技術將會發展成為一個上萬億元規模的高科技市場，其產業要比互聯網大30倍。物聯網的未來EPOSS在《InternetofThingsin2020》報告中分析預測，未來物聯網的發展將經歷四個階段：第一階段：2010年之前RFID被廣泛應用于物流、零售和制藥領域；第二階段：2010~2015年物體互聯；第三階段：2015~2020年物體進入半智能化；第四階段：2020年之后物體進入全智能化。無線電電子戰電子對抗技術和電子反對抗

電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾、電子摧毀與反摧毀、電子隱身與反隱身等技術

無線電的其他應用藍牙雷達遙控、遙測、遙感……無線電技術的未來——第三代通訊系統（1）寬帶的碼分多址(W—CDMA)技術及其與原有技術的兼容問題（2）無線ATM技術(移動的ATM技術)（3）軟件無線電技術（4）智能天線及智能天線陣技術（5）移動的接入技術(移動IP接入系統)（6）移動管理及智能網技術基本思想:

在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換，并且盡可能多地用軟