第1章无线通信和网络仿真技术基础

☆微波通信的主要方式是视距通信，超过视距
则需中继转发。
☆普遍适用于各种专用通信网 ☆微波通信的特点包括：容量大、质量好、可
传至很远的距离
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和其它传输系统一样，微波传输的主要损耗源
于衰减。对于微波以及无线电广播频段，其损 耗可表示如下：
L

10 lg

4 d
2

dB
其中d是距离，λ是波长，二者单位相同
3
无线电管理部门 ☆联邦通信委员会(FCC)
FCC是美国专门负责管理其国内及对外有线、 无线和电视通信业务的行政决策机构，管理无线 电广播、电视、电信、卫星和电缆等业务，协调 国内和国际通信，涉及美国各州及所属地区。
☆中国无线电管理局
我国的专业无线电管理部门，依据《中华人民共 和国无线电管理条例》等法律法规，负责无线电 管理。
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常用的调制方式 ⑴模拟调制
用连续变化的信号调制一个高频正弦波 ☆幅度调制，包括调幅(AM)、双边带、单边带、 残留边带、独立边带调制等 ☆角度调制，包括调频(FM)、调相(PM)
⑵数字调制
用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制 ☆振幅键控(ASK)，用数字调制信号控制载波通 断。
32Βιβλιοθήκη ☆频率键控(FSK)，用数字调制信号的正负控制 载波频率 ☆移相键控(PSK)，用数字调制信号的正负控制 载波相位
卫星在空中起中继作用，连接两个或多个地球 站的地面微波发射器或接收器。
☆卫星微波通信的优点：范围大、距离远；不
易受地面灾害影响；建设快，通信费用和距离 无关；易实现广播和多址通信。
☆卫星微波通信的不足：信号传输有时延，天
线受太阳噪声影响，安全保密性较差，卫星本 身造价高，等等。
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红外线通信
☆红外线通信是以红外线为载体进行数据传输 的通信方式； ☆红外线通信使用收发器调制出互不相干的红 外线，就可实现通信； ☆红外线通信不易被发现和截获，保密性强； ☆红外线通信几乎不受电磁、人为干扰，抗干 扰性强； ☆红外线通信机体积小、重量轻、结构简单、 价格低廉。
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跳频扩频 ☆跳频扩频(Frequency Hopping SS，FHSS)
是用一定的扩频码序列进行选择的多频率频移 键控调制，使载波频率不断跳变。
☆发送方用看似随机的无线电频率序列广播信
息，并在固定间隔里从一频率跳至另一频率。
☆接收方接收消息时，也同步跳转频率。
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二进制 数据
调制器 (FSK/B
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SDMA ☆SDMA利用不同用户的空间特征区分用户，
从而实现多址通信。
☆蜂窝移动通信充分运用了SDMA方式，用有
限频谱构成大容量通信系统，称为频率再用， 是蜂窝通信的一项关键技术。
☆卫星通信中采用窄波束天线实现空分多址以
提高频谱利用率。
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调制技术
●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。 ●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的变化而变化。 ●解调过程则将基带信号从载波中提取出来，使接 收方能正确处理。
发 本地产生的伪 送 随机位流B 方
传送信号：
CAB
接收信号C
接 本地产生与上 收 面相同的伪随 方 机位流B
输出数据
ACB
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复用和多址技术
●通信技术中的一个关键是传输效率，即尽量充 分利用信道(有线或无线)。实际上就是同时传输 多个信号，在两点间的信道中同时传输互不干扰 的多个信号称“信道复用”，而在多点间实现互 不干扰的多边通信称“多址接入”。 ●本质是信号分割，即赋予各信号不同特征或地 址。然后根据各特征间的差异来区分，按不同地 址分发，以实现互不干扰的通信。
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红外通信
笔记本电脑进行红外线通信
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扩频技术
扩频(Spread Spectrum，SS)是一种重要 的通信技术，可用于传输模拟和数字信息。
扩频方法的优点包括：
⑴对各种类型噪声如多径失真具有免疫性。 ⑵可用于隐藏和加密信号。接收方必须知道扩展 代码，才可恢复原始信息。 ⑶多个用户可独立使用同样的较高带宽，且几乎 无干扰。
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天线的分类
☆按用途分 通信天线、电视天线、雷达天线等。 ☆按工作频段分 短波天线、超短波天线、微波天线等 ☆按方向性分 全向天线、定向天线等 ☆按外形分 线状天线、面状天线等
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天线的主要指标
☆天线增益 增益是指输入功率相等是，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。 ☆方向图 天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标的分布 图形，成为方向图。
源
(b)接收器
跳频扩频系统框图
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一个跳频信号示例，8个信道分配了跳频 信号。
f8
f7
58371 462
能 量
f6 频 f5 率 f4
f3
f2
f1
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 频率
跳频扩频示例
时间
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直接序列扩频 ☆直接序列扩频(Direct Sequence SS，DSSS)
第1章+ 无线通信和网络仿真 技术基础
内容简介
☆无线电频谱
☆损伤和衰落
☆无线传输介质和方式 ☆MIMO
☆扩频技术
☆网络仿真技术简介
☆复用和多址技术 ☆ NS2基础知识
☆调制技术
☆用NS2进行无线网络仿真
☆天线技术
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无线电频谱
无线电频谱特点
☆有限性 ☆排它性 ☆复用性 ☆非耗尽性 ☆传播性 ☆易干扰性
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TDMA
给定频带的最高数据传送速率，将传递时间划 分为若干时隙，每个用户站使用某一指定时隙， 以突发脉冲序列方式接收和发送信号。
帧
时隙 下
行1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
上 行
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
TDMA时隙分配示意图
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FDMA
☆FDMA将传输频带划分为若干较窄且互不重 叠的子频带，每个用户分配一个固定子频带。 ☆FDMA常用于卫星通信、移动通信、微波通 信。 ☆FDMA分模拟调制和数字调制，也可由一组 模拟信号用频分复用方式或一组数字信号用时 分复用方式占用一个较宽的频带，调制到相应 子频带后传送到同一地址。
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OFDMA
☆OFDMA将信道分为若干正交子信道，将高速 数据信号转换成并行的低速子数据流，调制至 每个子信道上传输。 ☆接收方采用相关技术可区分正交信号，有效 减少子信道间的相互干扰。 ☆与OFDM不同，OFDMA的每个用户可选择信 道条件较好的子信道传输数据。
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CDMA
☆发送方用一个带宽远高于信号带宽的伪随机 编码信号或其它扩频码，调制所需传输的信号， 即拓宽原信号的带宽，再经载波调制后发送。 ☆接收方使用完全相同的扩频码序列，同步后 与接收到的宽带信号作相关处理，把宽带信号 解扩为原始数据信息。 ☆由于是以正交的不同码片序列区分用户，故 称“码分多址”，也称“扩频多址(SSMA)”。
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☆赋形波束技术 赋形波指根据系统性能指标，形成对基带（中 频）信号的最佳组合或分配。 ☆智能天线技术 智能天线指安装在基站的双向天线，通过一组 由可编程电子相位关系的固定天线单元获取方 向性，并可由此获取基站和移动台之间各链路 的方向特性。
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☆多天线技术 多天线技术能在不增加带宽的前提下，提高传 输效率频谱利用率。
用具有高码率的扩频码序列在发送方直接扩展 信号频谱，而接收方则用相同扩频码序列进行 解扩，即把拓宽的扩频信号还原成原始信息。
☆DSSS中，原始信号中的每一位在传输信号
中以多位表示，即使用扩展编码。这种扩展编 码能将信号扩展至更宽的频带范围上，该频带 范围与使用位数成正比。
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二进制
DS 扩频器 扩频
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信道编码器 输入数据
调制器 信道 扩展码
伪随机序 列生成器
解调器
信道解码器 输出数据
扩展码
伪随机序 列生成器
扩频系统的一般模型
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扩频技术最早多用于军事和情报部门，通过将 携带信息的信号扩展到较宽带宽中，以加大干 扰和窃听的难度。目前占主流的两个扩频技术 分别是跳频和直接序列，均在无线通信标准和 产品中得到应用。
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微波通信主要分为两大类：地面微波通信 和卫星微波通信
☆地面微波通信通常在视距范围内进行，收发 双方一般为两个互相对准方向的抛物面天线。
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☆地面微波通信的优点 ⑴容量大 ⑵质量高 ⑶成本低 ☆地面微波通信的缺点 ⑴易失真 ⑵易受环境影响 ⑶安全保密性差 ⑷维护成本
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☆卫星微波通信由卫星和地球站两部分组成。
☆脉码调制(PCM)，首先对信号采样，再对采
样值予以量化，最后对信号进行编码
☆脉频调制(PFM)，用调制信号控制脉冲重复
频率，使该频率随调制信号变化
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天线技术
●天线是无线通信系统中的外界传播介质接口 ●发送方先将信号通过馈线(电缆)输送到天线， 再以电磁波形式辐射出去 ●接收方在电磁波到达后，由天线吸收下来(仅 接收极小一部分功率)，通过馈线送至无线电接 收机。 ●天线的型号、增益、方向图、驱动功率、极 化等都是影响通信系统性能的因素之一
数据 调制器 sd(t)
信号
(BPSK)
s(t)
c(t)
伪随机数 生成源
扩频 DS 解扩频器
信号
sd(t)
s(t)
二进制 解调器 数据 (BPSK)