2.1 引言 2.2 无线电的发明 2.3 傅立叶级数与无线电频谱 2.4 无 …scie.shu.edu.cn/Portals/264/通信概论第2章.pdf3×10 3 3×10 4 3×10 5 3×10 6 3×10 7 3×10

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第二章无线通信的频率与频段划分

2.1 引言

2.2 无线电的发明

2.3 傅立叶级数与无线电频谱

2.4 无线电频谱的开发


实验表明实验表明实验表明实验表明：：：：

任何导体任何导体任何导体任何导体

中有电流通过中有电流通过中有电流通过中有电流通过

时时时时，，，，其周围空其周围空其周围空其周围空

间会产生磁间会产生磁间会产生磁间会产生磁

场场场场，，，，这种现象这种现象这种现象这种现象

叫做电流的磁叫做电流的磁叫做电流的磁叫做电流的磁

效应效应效应效应。。。。

1.无线电是如何发明的？


安德烈·玛丽·安培

（André-Marie Ampère，1775—1836）

法国物理学家、化学家

发现了右手螺旋定则、安培定律

右手螺旋定则：

右手握住通电螺线管，四指弯曲与电流

方向一致，大拇指所指的那一端是通电螺线管

的N极。

2.1 引言1.无线电是如何发明的？


电磁感应现象

2.1 引言1.无线电是如何发明的？


磁磁磁

磁电电电电

麦克斯韦方程变化的磁场变化的磁场变化的磁场变化的磁场产生电场产生电场产生电场产生电场

电荷的流动电荷的流动电荷的流动电荷的流动产生磁场产生磁场产生磁场产生磁场



波长：同一时刻，空间的波动的波峰之间的长度（单位：米）振荡周期：空间一点，无线电场强从最高到低回到最高的时间（单位：秒）

λ同一时刻

空间一点

t

T

/cT c fλ = =

波长周期频率光速



2.2.2.2. 傅立叶级数在无线电通信中如何体现？

早期的无线电互相干扰无法通信

____使用了相同的频谱


1777年父母双亡，被当地教堂收养

1794年到巴黎，高等师范学校的首批学员

1798年随拿破仑远征埃及时任军中文书

1801年回国后任伊泽尔省地方长官

1807年向巴黎科学院呈交《热的传播》论文

傅里叶级数理论由此创始

1817年当选为科学院院士

1822年在《热的分析理论》中解决了热在非

均匀加热的固体中分布传播问题

任该院终身秘书

(Jean Baptiste Joseph Fourier ,1768－1830)

傅立叶法国数学家物理学家

2.2.2.2. 傅立叶级数的科学意义是什么？2.2.2.2. 傅立叶级数在无线电通信中如何体现？


傅立叶的两个最主要的贡献——

� “周期信号都可表示为谐波关系的正弦信号的加权和”

——傅里叶的第一个主要论点

� “非周期信号都可用正弦信号的加权积分表示”——傅里叶的第二个主要论点

2.22.22.22.2 傅立叶级数与无线电频段的划分2.2.2.2. 傅立叶级数在无线电通信中如何体现？


1、对称方波包含哪些正弦波成分？

tttttS ωπ

ωπ

ωπ

ωπ

ω 7sin7

45sin

5

43sin

3

4sin

4)( +++=

......11sin11

49sin

9

4 +++ tt ωπ

ωπ



Z

f

t

傅里叶变换

一次谐波三次谐波五次谐波七次谐波

tωπ

sin4 tω

π3sin

3

4tω

π5sin

5

4tω

π7sin

7

4

信号的频谱

f0 3f0 7f05f0

4/π 4/ 3π 4/ 5π 4/ 7π



F

t

Z

时域

ff0 3f0 5f0 7f0

π4

π3

4

π7

4π5

4

1−F

O

Z

频域

示波器

频谱仪

时域与频域体现同一信号的不同形式

1

-1



时域频域



空中的数字无线电波

1001000

1001111

1010111

1000001

……….

ASK

FSK

PSK

10001001

3333、、、、无线电信号具有怎样的频谱？


ASK

FSK

PSK

ffc1

A

fc2

FSK 信号带宽信号带宽信号带宽信号带宽

ASK PSK信号带宽信号带宽信号带宽信号带宽

不同的调制方式具有不同的带宽

不同的载波的已调波在频率轴上具有不同的位置



无线电频段的划分距离＝速度 X 时间波长（一个波动的距离）＝光速 X 无线电振荡周期时间＝光速/频率

/cT c fλ = =

4、无线电信号的频谱如何划分？


m/λ

Hzf /

甚低频 VLF:f :λ

甚长波

甚低频

3KHz – 30KHz 10km – 100km

用途：远距离导航、海底通信

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×



无线电按频谱划分：

m/λ

Hzf /

低频 LF:f :λ

长波

低频

30KHz – 300KHz 1km – 10km

用途：远距离导航、海底通信、无线信标

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×




m/λ

中频 MF:f :λ

中波

中频

300KHz – 3MHz 100m – 1km

用途：海上无线通信、调幅广播

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×




m/λ

Hzf /

高频 HF:f :λ

短波

高频

3MHz – 30MHz 10m – 100m

用途：业余无线电、国际广播、军事通信、远距离飞机、

轮船间通信、电话、传真

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×




m/λ

Hzf /甚高频 VHF

:f :λ

超短波

甚高频

30MHz – 300MHz 1m – 10km

用途：VHF电视、调频双向无线通信、

飞行器调幅通信、飞行器辅助导航

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×

模拟电视

电视VHF有12个频道

1-5频道为48.5-92MHz，6-12频道为167-223MHz。




m/λ

Hzf /特高频 UHF

:f :λ

分米波

特高频

300MHz – 3GHz 0.1m – 1m

用途：UHF电视、蜂窝电视、协助导航、雷达、

GPS、微波通信、个人通信系统

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×

2G手机 900M3G手机 2000M

数字电视

WLAN 2.4G




m/λ

Hzf /

超高频 SHF:f :λ

厘米波

超高频

3GHz – 30GHz 0.01m – 0.1m

用途：卫星通信、雷达、微波通信

3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×



3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×


毫米波

极高频

极高频 EHF:f :λ30GHz – 300GHz 0.001m – 0.01m

用途：卫星通信、雷达、实验

Hzf /

m/λ



3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7108 −×


可见光

可见光 :f :λ 400 – 780nm- 14108× Hz14104×



3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7108 −×


紫外线

紫外线:f :λ 100 - 400

用途：光化学、灭菌

- 15103× Hz mµ14108×



3103× 5103×4103× 10103×6103× 7103× 8103× 9103×

510 210410 310 110− 210−110

11103× 14108×14103×

610−310− 7104 −×


m/λ

Hzf /

红外线

太赫兹未被完全认知

介于微波红外线之间

微波

红外线:f :λ 0.78 - 400

用途：光纤通信、探测、医疗

11103× - 14104× Hz mµ

5、哪些无线电信号的频谱还未开发？


太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰

富的物理和化学信息，对于物质结构的探索具有重要意

义。



太赫兹的应用:

太赫兹成像技术



太赫兹的应用:

太赫兹雷达

太赫兹卫星通信



——政府和军队的管理部门运用法律、行政、技术和经济手段，对无线电

波、卫星轨道资源实施统一的规划和控制，是对开发、利用无线电频谱和卫

星轨道资源，设置、使用无线电台站，研制、生产、进口、销售无线电设备

等有关无线电事务依法进行的管理。

国家无线电管理委员会

6666、、、、人类如何提高无线电资源的利用率？

无线电频谱管理


无线电频谱紧随随着技术进步逐步开发殆尽

1.39-5.923GHz频谱图



电磁兼容的要求：

• 设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定

的限值－－－不干扰他人

•器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电

磁敏感性－－－他人干扰下我能工作

2.32.32.32.3 无线电频谱的开发

信号信号信号信号1带宽带宽带宽带宽信号信号信号信号2带宽带宽带宽带宽信号信号信号信号3带宽带宽带宽带宽



长波通信1000Hz

短波通信3M-30M

电视60M－

800M

中波波广播AM600k-1530k

GSM900M

GPS1.5G

3G2G

wlan2.4G卫星通信2G－15G

制导2G－

15G

光纤通信

光纤通信：300e15：有线通信卫星通信：30e9：无线视距通信短波通信：3e6：长距离无线电反射通信长波通信：3e2：最长距离地面无线电

一些非授权频段过于拥挤，而有些授权频段，如电视、遥控等却经常空闲。

灾害发生后，政府和公众均十分迫切地想了解灾情，通信业务“井喷式”增长，形成通信阻塞。



无线电环境

频谱感知频谱决策

频谱分析

射频信号

空穴信息信道容量

发射

空穴信息射频信号

认知无线电: 通过频谱感知，发现频率空洞，非授权用户使用授权频段

目的：提高无线电资源利用率

2.32.32.32.3 无线电频谱的开发6666、、、、人类如何提高无线电资源的利用率？


频率空洞

频率空洞

频率空洞时间

频率

功率



2.32.32.32.3 无线电频谱的开发

授权用户

CR用户



CR基站

CR用户

CR网络接入

CR ad hoc 接入

CR用户

授权用户2

授权用户1

授权网络

授权网络接入

授权基站1

未授权频带

的用户

认知ad hoc网络基于基础设施的

CR网络

授权频带1

的用户

授权频带2

的用户授权基站2





2.32.32.32.3 无线电频谱的开发

超宽带UWB无线电: 用很低功率，很宽频带共用授权频段




UWB无线通信技术的应用

探地遥测

军事短距离联络

穿墙探测



UWB与其它无线通信技术的比较



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2.1 引言 2.2 无线电的发明 2.3 傅立叶级数与无线电频谱 2.4 无 …scie.shu.edu.cn/Portals/264/通信概论第2章.pdf3×10 3 3×10 4 3×10 5 3×10 6 3×10 7 3×10