無線通信原理與應(yīng)用

　　無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。

　　無線通信原理

　　1，首先要把要傳輸?shù)?a target="_blank">信號，調(diào)制到載波上。由于一般信號頻率較低，不易發(fā)射，而載波頻率較高，容易發(fā)射。所以第一步工作就是調(diào)制。

　　調(diào)制的方法有三種：

? ? ? ? （1）調(diào)幅，把信號加到載波上，使載波的振幅跟隨信號改變

　?。?）調(diào)頻，把信號加到載波上，使載波的頻率跟隨信號改變

　　（3）調(diào)相，把信號加到載波上，使載波的相位角跟隨信號改變。

　　調(diào)制方法，有模擬信號調(diào)制和數(shù)字信號調(diào)制兩種。

　　2，以調(diào)制的信號，視發(fā)射的遠近，還要加以放大。接著送到開放電路發(fā)射出去。形成無線電波。

　　3，接收。在異地利用電諧振，把空中的已調(diào)制的電磁波接收到來［往往很微弱］，加以放大，然后檢出信號波，［或再放大］，再執(zhí)行還原。

　　無線電通信原理，無論具體執(zhí)行時，千變?nèi)f化，其原理比遵循上述三點。

　　無線通信應(yīng)用

　?。?）4G

　　第四代移動電話行動通信標準，指的是第四代移動通信技術(shù)，外語縮寫：4G。該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式（嚴格意義上來講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為4G無線標準，但它其實并未被3GPP認可為國際電信聯(lián)盟所描述的下一代無線通訊標準IMT-Advanced，因此在嚴格意義上其還未達到4G的標準。只有升級版的LTE Advanced才滿足國際電信聯(lián)盟對4G的要求）。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。

　　圖7 4G迅速火爆

　?。?）ZigBee技術(shù)

　　ZigBee技術(shù)主要用于無線個域網(wǎng)（WPAN），是基于IEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的，是一種介于RFID和藍牙技術(shù)之間的技術(shù)提案，主要應(yīng)用在短距離并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee協(xié)議比藍牙、高速率個域網(wǎng)或802.11x無線局域網(wǎng)更簡單使用，可以認為是藍牙的同族兄弟。

　　（3）WLAN與WiFi/WAPI

　　WLAN（無線局域網(wǎng)）是一種借助無線技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是通用無線接入的一個子集，支持較高傳輸速率（2Mb/s～54Mb/s，甚至更高），利用射頻無線電或紅外線，借助直接序列擴頻（DSSS）或跳頻擴頻（FHSS）、GMSK、OFDM等技術(shù)，甚至將來的超寬帶傳輸技術(shù)UWBT，實現(xiàn)固定、半移動及移動的網(wǎng)絡(luò)終端對Internet網(wǎng)絡(luò)進行較遠距離的高速連接訪問。目前，原則上WLAN的速率尚較低，主要適用于手機、掌上電腦等小巧移動終端。1997年6月，IEEE推出了802.11標準，開創(chuàng)了WLAN先河，WLAN領(lǐng)域現(xiàn)在主要有IEEE802.11x系列與HiperLAN/x系列兩種標準。

　　WiFi俗稱無線寬帶，全稱Wireless Fideliry。無線局域網(wǎng)又常被稱作WiFi網(wǎng)絡(luò)，這一名稱來源于全球最大的無線局域網(wǎng)技術(shù)推廣與產(chǎn)品認證組織——WiFi聯(lián)盟（WiFi Alliance）。作為一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，WiFi早已得到了業(yè)界的關(guān)注。WiFi終端涉及手機、PC（筆記本電腦）、平板電視、數(shù)碼相機、投影機等眾多產(chǎn)品。目前，WiFi網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于家庭、企業(yè)以及公眾熱點區(qū)域，其中在家庭中的應(yīng)用是較貼近人們生活的一種應(yīng)用方式。由于WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠很好地實現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，適合充當家庭中的主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，家里的其他具備WiFi功能的設(shè)備，如電視機、影碟機、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機等，都可以通過WiFi網(wǎng)絡(luò)這個傳輸媒介，與后臺的媒體服務(wù)器、電腦等建立通信連接，實現(xiàn)整個家庭的數(shù)字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。目前，除了用戶自行購置WiFi設(shè)備建立無線家庭網(wǎng)絡(luò)外，運營商也在大力推進家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋。比如，中國電信的“我的E家”，將WiFi功能加入到家庭網(wǎng)關(guān)中，與有線寬帶業(yè)務(wù)綁定。今后WiFi的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴展，在現(xiàn)有的家庭網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和公眾網(wǎng)的基礎(chǔ)上向自動控制網(wǎng)絡(luò)等眾多新領(lǐng)域發(fā)展。

　　WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的縮寫。WAPI作為我國首個在計算機網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的自主創(chuàng)新安全技術(shù)標準，能有效阻止無線局域網(wǎng)不符合安全條件的設(shè)備進入網(wǎng)絡(luò)，也能避免用戶的終端設(shè)備訪問不符合安全條件的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了“合法用戶訪問合法網(wǎng)絡(luò)”。WAPI安全的無線網(wǎng)絡(luò)本身所蘊含的“可運營、可管理”等優(yōu)勢，已被以中國移動、中國電信為代表的極具專業(yè)能力的運營商積極挖掘并推廣、應(yīng)用，運營市場對WAPI的應(yīng)用進一步促進了其他行業(yè)市場和消費者關(guān)注并支持WAPI。目前市場上已有50多款來自全球主要手機制造商的智能手機支持WAPI，包括諾基亞、三星、索愛、酷派。而中國三大電信運營商也都已開始或完成第一批WAPI熱點的招標和競標工作，以中國移動為例，到目前為止已實際部署了大概10萬個WAPI熱點。這意味著WAPI的生態(tài)系統(tǒng)已基本建成，WAPI商業(yè)化的大門已經(jīng)打開。

　?。?）短距離無線通信（藍牙、RFID、IrDA）

　　藍牙（Bluetooth）技術(shù)，實際上是一種短距離無線電技術(shù)。利用藍牙技術(shù)，能夠有效地簡化掌上電腦、筆試本電腦和移動電話手機等移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，進而為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，其數(shù)據(jù)速率為1Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。藍牙技術(shù)為免費使用，全球通用規(guī)范，在現(xiàn)今社會中的應(yīng)用范圍相當廣泛。

　　RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。目前RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻（125kHz～134kHz）、高頻（13.56MHz）和超高頻（860MHz～960MHz），不同頻段的RFID產(chǎn)品有不同的特性。射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理、防偽等眾多領(lǐng)域，例如WalMart、Tesco、美國國防部和麥德龍超市都在它們的供應(yīng)鏈上應(yīng)用RFID技術(shù)。在將來，超高頻的產(chǎn)品會得到大量的應(yīng)用。

　　IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，也許是第一個實現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)（PAN）的技術(shù)。目前其軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備，如PDA、手機上廣泛使用。事實上，當今每一個出廠的PDA及許多手機、筆記本電腦、打印機等產(chǎn)品都支持IrDA。IrDA的主要優(yōu)點是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。它還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點;且由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸安全性高。IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，2個相互通信的設(shè)備之間必須對準，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺（非多臺）設(shè)備之間的連接（而藍牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔）。IrDA目前的研究方向是如何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。

　?。?）WiMAX

　　WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系統(tǒng)，可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，來提供最后一英里的無線寬帶接入，其技術(shù)標準為IEEE 802.16，其目標是促進IEEE 802.16的應(yīng)用。相比其他無線通信系統(tǒng)，WiMAX的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在具有較高的頻譜利用率和傳輸速率上，因而它的主要應(yīng)用是寬帶上網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

　?。?）超寬帶無線接入技術(shù)UWB

　　UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mb/s至數(shù)Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等領(lǐng)域。

　　對于UWB技術(shù)，應(yīng)該看到，它以其獨特的速率以及特殊的范圍，也將在無線通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點，它很適合組建家庭的高速信息網(wǎng)絡(luò)。它對藍牙技術(shù)具有一定的沖擊，但對當前的移動技術(shù)、WLAN等技術(shù)的威脅不大，反而可以成為其良好的補充。

　　（7）EnOcean

　　EnOcean無線通信標準被采納為國際標準“ISO/IEC 14543-3-10”，這也是世界上唯一使用能量采集技術(shù)的無線國際標準。EnOcean能量采集模塊能夠采集周圍環(huán)境產(chǎn)生的能量，從光、熱、電波、振 動、人體動作等獲得微弱電力。這些能量經(jīng)過處理以后，用來供給EnOcean超低功耗的無線通訊模塊，實現(xiàn)真正的無數(shù)據(jù)線，無電源線，無電池的通訊系統(tǒng)。 EnOcean無線標準ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz頻段，傳輸距離在室外是300 米，室內(nèi)為30米。