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物 联 网 概 论
第3讲 无线通信系统
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第3讲 无线通信系统
电 磁 波 工 作 范 围 Nhomakorabea5
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第3讲 无线通信系统
波段名称 极长波 超长波 应用 地下通信，地下遥感，对潜通信等 地质结构探测，电离层研究，对潜通信等
无 线 电 波 各 频 段 的 主 要 应 用
频段名称 极低频(ELF) 超低频(SLF)
CSMA
设备B 设备A
频率
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•
第3讲 无线通信系统
CSMA比FDMA/TDMA能更好的利用资源：在发送数据之前，一直检 测是否存在相同频率的载波。如果存在，就不发送数据；如果不 存在，即可发送数据。不仅提高了资源利用效率，也提高了通信 的可靠性。 ―先听后说，边说边听”
•
•
CSMA/CD是一种分布式介质访问控制（MAC）协议，网中的各个站 （节点）都能独立决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据 帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。 如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲 突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送失败。
•
第3讲 无线通信系统 频谱（信道）是区别各种电波的重要依据。从几十兆到 几千兆的频谱（信道）上，集中了各种不同的无线应用， 而且这些无线电传播都使用同一个通信媒介——空气， 所以为了保证各种无线通信之间不相互干扰，就需要对 无线信道的使用进行必要的管理。 ISM：国际通信 联盟无线电通 信局规定，此 频段主要是开 放给工业、科 学、医学三个 主要机构使用。
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第3讲 无线通信系统
• 基本调制方法：调幅（AM）、调频（FM)、调相 (PM)
基带信号
0
1
0
0
1
1
1
0
0
调幅
调频
调相
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第3讲 无线通信系统
• 解调（Demodulate)：从携带信息的已调信号中恢 复信息的过程，是调制的逆过程。
调制
基带信号
解调
已调信号
– 可靠性：用差错率衡量，包括误码率和误信率
– 误码率(Ps)=错误的码元数/传输的总码元数 – 误信率(Pb)=错误的比特数/传输的总比特数 – 误码率(Ps)=误信率(Pb)？
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物 联 网 概 论 多路访问技术
第3讲 无线通信系统
无线通信与有线通信存在许多差异：
• • • 无线链路是通过相同的传输媒介——空气来传播无线 电信号； 无线通信的误码率比有线系统高几个数量级，RF链路 的可靠性比有线链路低许多。 为了实现在同一范围内多点间通讯，必须防止数据包 在空气中的传输时相互碰撞，必须建立可靠的无线传 输通路。 FDMA/TDMA/CSMA/FHSS是无线通信中实行多路访问、 提高信道效率和可靠性的常用技术
当统计的码元很大时，它与理论上的码元差错概率很
接近，故用同一符号Pe表示。
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第3讲 无线通信系统
(2)比特差错率
比特差错率指在传输的比特总数中发生差错的比特 数所占的比例（平均值）也称误字符（码组）率。当统计 的比特数很大时，比特差错率与理论上的比特差错率概率 很接近，故用同一符号Peb表示。 Pb=错误的比特数/传输的总比特数 误字符（码组）率等于接收出现差错的字符（码组） 数/总的发送字符（码组）数。
同步传输
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分 类 三
第3讲 无线通信系统
按 信 息 传 输 方 向 与 时 间 关 系
单工
任意时刻，信号只能从甲方向 乙方单向传输，甲方只能发信， 乙方只能收信
半双工
任意时刻，信号可从甲方向乙 方传输，或从乙方向甲方传输， 但甲乙双方不能同时收发
全双工
任意时刻，信号既能从甲方向 乙方传输，也能从乙方向甲方 传输，甲乙双方可同时收发
• 调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用， 而其他过程对信号不会产生质的变化，只是对信 号进行了放大或改善了信号特性。
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第3讲 无线通信系统
数据传输方式
分 类 一
将代表信息的数字序 列以成组的方式在两 条或两条以上的并行 信道上同时传输，优 点是速度快，缺点是 需要的信道多、设备 复杂、成本高，适用 于近距离通信，如计 算机与其它高速数字 设备。
频率范围 3～30Hz 30～300 Hz
特低频(ULF)
甚低频(VLF) 低频(LF)
300～3000 Hz
3～30 kHz 30～300 kHz
特长波
甚长波 长波
水下潜艇通信，电离层结构研究等
导航，声纳，时间与频率标准传递等 无线电信标，导航等
中频(MF)
高频(HF) 甚高频(VHF) 特高频(UHF) 超高频(SHF) 极高频(EHF) 超极高频
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3.4.2 有效性指标-----频带利用率
频带利用率η 是描述数据传输速率和带宽之间关系的1
个指标。它是单位时间内所能传 输的信息速率，可表示为 系统的传输速率/系统的頻带宽度（B），单位为Bd/HZ或 bit/(s .Hz) η =NBd/B η =R/B
从以上可看出，若码元速率相同，加大M或减少B都可使頻带 利用率提高。前者可采用 多进制调制技术实现，后者可采 用单边调制、部分响应等压缩发送信号频谱的方法。
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物 联 网 概 论 可靠性指标------传输的差错率 （1）码元差错率
第3讲 无线通信系统
码元差错率指正在传輸的码元总数中发生差错的码元
数所占的比例（平均值），简称误码率，表示为 Pe=N/M PS
式表示码元差错率与错误接收码元数和码元传输总数 的关系，M为码元传输总数，N为 错误接收码元数。
并行传输
按 信 息 传 输 顺 序
发 送 设 备
……
接 收 设 备
串行传输
数字序列以串行方式一 个接一个地在一条信道 上 传 输 。 如 RS232C 、 USB等。
发 送 设 备
0 1 0
接 收 设 备
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分 类 二
异步传输
按 同 步 方 式
以字符为单位的传输，每个字符的起始时刻可以 是任意的，起始代码+字符代码+终止代码。收发 双方的时钟信号不需要严格同步，传输效率较低， 实现简单。 以固定的时钟节拍来发送数据信号，在一串数据 流中，各信号码元之间的相对位置是固定的，传 输效率高，但接收方为了从收到的数据流中正确 区分每个信号码元，必须建立准确的时钟同步， 实现比较复杂。
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第3讲 无线通信系统
模 拟 通 信 系 统
• 有效性：用系统的传输频带宽度来衡量
– 传输介质：一般都有足够的带宽容量
– 对信号的处理方式：起决定性作用 • 可靠性：用接收端最终输出的信噪比来 评价
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第3讲 无线通信系统
数 字 通 信 系 统
• 有效性：用信息传输速率（比特率/波特率）来衡量 – 单位时间传输的码元（0/1）个数
•
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频分多址（FDMA）访问技术 •
第3讲 无线通信系统
频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA ），即不同的用 户分配在时隙相同而频率不同的信道上。把在频分多路传输系统中集 中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，FDMA使 信道容量可根据要求动态地进行交换。 在FDMA系统中，分配给用户一个信道， 即一对频谱，一个频谱用作前向信道 即基站向移动台方向的信道，另一个 则用作反向信道即移动台向基站方向 的信道。这种通信系统的基站必须同 时发射和接收多个不同频率的信号， 任意两个移动用户之间进行通信都必 须经过基站的中转，因而必须同时占 用 2 个信道（ 2 对频谱）才能实现双工 通信。
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• •
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载波侦听（CSMA）访问技术
第3讲 无线通信系统
• CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波侦听 多路访问/冲突检测，工作原理： – 若媒体空闲，则传输； – 若媒体忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输； – 若在传输中监听到干扰，则发干扰信号通知所有站点，等候一段 时间，再次传输。
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第3讲 无线通信系统
物联网技术概论
电子信息系
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第3讲 无线通信系统
第三章 无线通信系统
通信系统结构 调制解调技术 数据传输方式 通信技术指标 多路访问技术
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第3讲 无线通信系统
无线通信系统结构
• • 信息传播过程：信源信道信宿。 无线通信系统：也称无线电通信系统，是由发送设备、接 收设备、无线信道三大部分组成，是利用无线电磁波实现 信息和数据传输的系统。
300～3000 kHz
3～30 MHz 30～300 MHz 300～3000 MHz 3～30 GHz 30～300 GHz 300～3000 GHz
中波
短波 米波 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波
调幅广播，海岸警戒通信，测向等
电话、电报、传真；国际短波广播；业余无 线电；民用频段；船-岸通信；船-空通信等 电视，调频广播，空中交通管制，出租汽车 移动通信，航空导航信标等 电视，卫星通信，无线电探空，警戒雷达， 蜂窝移动通信，飞机导航等 机载雷达，微波线路，卫星通信等 短路径通信，雷达，卫星遥感等 短路径通信等 6