电磁波（携带0.1，是最根本的载体（携带信息、数据））

•电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。

衡量电磁波的属性：频率（单位时间内波动次数）

传输媒体分类

•引导性媒体(线缆媒体)

▫电磁波沿着一个固态媒体传播。

▫例如：金属导体、玻璃或plastic。

1、双绞线（减少电磁波的干扰）

2、同轴电缆

3、光纤（单模光纤（<波长）、多模光纤（>波长）（靠反射前进））

•非引导性媒体(无线媒体)（电磁波）

▫提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。

▫例如：大气层、外层空间。

低频

    300KHz

    贴近地面，因为地球曲率会引起衍射

  高频

    1000KHz

    不能贴近地面传播

  短波

    3~30MHz

    可以被电离层反射回地面，能够远距离传播

  甚高频（直线传播）

    100MHz

    视距传播，但是传播距离可超出视距

  极高频

    1GHz

    视距传播，但是传播距离可超出视距

无线电波属性

波长：与电磁场的传播速率有关。其意义中的距离是模向距离

波长和频率

•波长(λ)

▫两个相邻的波峰之间的距离

•波长和频率的关系

▫光速(c)：电磁波在真空中的传播速度(3*10⒏m/s)（光速）

▫频率(f)：电磁波每秒震动的次数

无线电

•频率范围在10kHz~1GHz之间,波长在几百米至一厘米之间

•射频信号的能量可由天线和收发器决定。

•能穿透墙壁，也可到达普遍网络线无法到达的地方。

•不受雪、雨天气的干扰。

•可全方向广播，也可定向广播

无线电广播频率：30 MHz~1GHz

全向传播

Ø信号沿着所有的方向传播

Ø可被所有的天线接收

Ø发射设备和接收设备不必在物理上对准

•VLF、LF、MF波段的无线电波沿着地面传播

▫低频可传1000公里高频范围小些

•HF、VHF波段无线电波被电离层折射回来（地面波会被地球吸收）

•。电视、移动电话、无线网络和业余无线电，都使用无线电波来传递信息。为了便利大众能够和谐地共同使用无线电波为传递信息的媒介，政府会采取频率分配(frequency

allocation)制度来规划管理无线电波频域。

FSM（医疗、工业、研究）共用的频段

微波

•频率较高的无线电波(电磁频谱较低GHz级频率)

•不能很好地穿透建筑物

•微波按照直线传播

•发射端和接收端的天线必须精确地对准

微波频率：2GHz ~40GHz 

定向传播（directional）

天线把所有的能量集中于一小束电磁波

红外线

•利用红外光波传送信号。采用电磁频谱的THz范围。发光二极管或激光二极管用于发射信号；光电管则能接收信号。

•信号不能穿透墙壁等固体物体

•易受强烈光源的影响

•应用与优点

▫短距离通信（TV、录像机、DVD、音响等）

▫不同房间内的红外系统互不干扰

▫防窃听安全性比无线电系统好

传播方式

•信号从天线出发通过三种路由发射

•地面波（ground wave）

▫沿着地球轮廓线

▫可以传播很远

▫频率高达2MHz

▫例如

�AM radio调幅无线电

•天空波（sky wave）

▫信号从大气电离层反射回地球

▫信号能传播上几个来回，在电离层和地球表面之间上下

▫比地面波范围还要远

▫反射效果由折射引发

▫例如

�业余无线电

�民用波段无线电

•直线传播（line of sight）

▫传输和接收天线必须在视线内

▫视距传播的距离一般为20～50Km

无线传输损伤

•衰退（fading）

▫传输媒体或者路径使得接收信号的能量发生变化

▫在固定环境下：大气层条件的变化（例如：下雨）

▫在移动环境下：障碍物的相对位置随时间发生变化，造成复杂的传输效果— —多径传播

反射（Reflection）

•当信号遇到表面大于信号波长的障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙面）导致信号的相位发生漂移

衍射（Diffraction）

•当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘（例如无线电波中途遇到尖锐不规则的边缘物）

•即使没有来自发送器的视线信号(LOS)也可接收到信号。

散射（Scattering）

•当入境信号遇到波长小的物体（树叶、街牌、灯柱）就发散成几个弱的出境信号

多径（Multipath）传播

•障碍物反射信号，使得接收端收到多个不同延迟的信号。

•一个信号的多个拷贝以不同的相位到达

▫如果相位破坏性地叠加，则相对噪声来说信号的强度就会下降（信噪比减小），导致接收端检测困难。

•信号串扰

▫一个脉冲的一个或多个延迟的拷贝在一个比特时间内到达

信号编码技术——基本概念

•数据（Data）（有内容，即信息）

▫传递（携带）信息的实体。

•信息（Information）

▫数据的内容或解释。

•信号（Signal）（即能量）

▫数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播

•模拟信号（适合传输语音类信号）

▫时间上连续，包含无穷多个信号值

•数字信号（适合传输二进制数）

▫时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号

•周期信号

▫信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）

•非周期信号

▫信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。

•信息编码：将信息用二进制数表示的方法

▫例如：ASCII编码、BCD编码等

•数据编码：将数据用物理量表示的方法

▫例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为

•信息通过数据通信系统进行传输的过程

▫把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地

�信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输

▫编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错

▫调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位

▫解调：接收波形→数字信号

▫解码：数字信号→原始数据

计算机=进制→（采样）类似模拟信号

•编码与调制的区别

▫编码：用数字信号承载数字或模拟数据

▫调制：用模拟信号承载数字或模拟数据

信道复用技术（基于宽带传输）

•频分复用、时分复用和统计时分复用 波分复用（光的频分复用）、码分复用（

•常用的名词是码分多址CDMA   (Code Division Multiple Access)。

•各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

•这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现

•常用的名词是码分多址 CDMA

    (Code Division Multiple Access)。

•各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。（信号正交方式，数字编码一般是正交的）

•这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

•每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。 

对单用户来说，带宽降低，对整体来说，带宽增大

）

▫频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

▫时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

基带：没有划分，带宽资源采用竞争方式使用

带宽：带宽根据用户进行划分。

码片序列(chip sequence) 

•每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。

▫如发送比特 1，则发送自己的mbit 码片序列。

▫如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

•例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

▫发送比特 1 时，就发送序列00011011，

▫发送比特 0 时，就发送序列11100100。

•S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)    

CSMA-CD：频波侦听加碰撞检测

CSMA-CD：载波侦听加冲突避免

CDMA的重要特点

•每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。

•在实用的系统中是使用伪随机码序列。

码片序列的正交关系 

•令向量S表示站 S 的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。

•两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积(inner product)都是 0：

正交关系的另一个重要特性

•任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。

•一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

CDMA单看效率降低，总体看，效率提高

随着无线带宽的要求越来越高，无线通信面临一个难题：在互不干扰的前提下，怎样才能增加无线带宽？

解决的办法：扩频通信传输

通信系统的两个指标

•通信系统中两个基本问题：有效性和可靠性

▫有效性：是指通信系统传输信息效率的高低

▫可靠性：是指通信系统可靠地传输信息的能力

�可靠性是用来衡量收到的信息和发出的信息之间的符合程度的。因此通信系统可靠性取决与通信息系统的抗干扰能力。

�简单的说就是：追求有效性，就是追求通信数据的“数量”，追求可靠性，就是追求通信数据的“质量”。

•香农公式

式中C为信道容量，它是信道可能传输的最大信息速率，W为信道带

宽，S为有用信号的平均功率，N为白噪声的平均功率，S/N就是信噪比（频率的宽度）。

扩展频谱的原理（CDMA是扩频中的一种，直存扩频）

•在同一个频道内将几十个或者几百个电路和发射机互相堆积

•扩频不去试图消除干扰（利用干扰），相反欢迎它并将其设计到系统中。

•使用非常宽的频道

•系统自动平衡、自我调节

扩频技术的出现——反通信

•直接序列扩频（DSSS）

▫直接序列扩展频谱是为实现保密话音通信而提出

•跳频扩频（FHSS）

▫跳频扩展作为反干扰策略提出

发展扩展频谱的实际目的是为了达到阻止通信：

•阻止敌人接收和译码；

•检测和干扰军队无线通信；

扩展频谱基础

•模拟或者数字数据

•采用模拟信号

•将数据扩展到一个大的带宽上

•使干扰和窃听非常困难

•特点：

▫传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽

扩频使用的两种信号构建技术

•直接序列扩频（DSSS）

▫使用调幅技术合并数据信号和载波信号的波形

•跳频扩频（FHSS）

▫不断的在频道之间切换载波信号来发射信号

直接序列扩展频谱基本原理

•直接序列扩频技术为共享频谱提供了可能。使用扩频技术能够实现码分多址，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，但是通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。

扩频不等于CDMA

CDMA是扩频的一种实现

扩频是理论指导

跳频

•跳频扩频通过不断的在频道之间切换载波信号来发射信号

•确切的说，跳频系统应该叫做多频、选码和频移键控通信系统。它是用二进制伪随机码序列去控制射频载波震荡器输出信号的频率，使发射信号的载波频率随伪随机码的变化而跳变。频率跳变系统可供随机选取的载波频率数通常是几千-几万个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个由伪随机码决定。

跳频扩展频谱基本原理

•信号在一串随机序列的频率上广播

•接收者以与发送者同步的方式跳转频率

•窃听者听到的难以理解

•干扰仅影响某个频率上的有限几比特

•跳频能克服噪声干扰和多径效果

•没有传统意义上的阻塞

传输错误原因：（信道干扰，缓存）