无线通信原理与应用

　　无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

　　无线通信原理

　　1，首先要把要传输的信号，调制到载波上。由于一般信号频率较低，不易发射，而载波频率较高，容易发射。所以第一步工作就是调制。

　　调制的方法有三种：

        （1）调幅，把信号加到载波上，使载波的振幅跟随信号改变

　　（2）调频，把信号加到载波上，使载波的频率跟随信号改变

　　（3）调相，把信号加到载波上，使载波的相位角跟随信号改变。

　　调制方法，有模拟信号调制和数字信号调制两种。

　　2，以调制的信号，视发射的远近，还要加以放大。接着送到开放电路发射出去。形成无线电波。

　　3，接收。在异地利用电谐振，把空中的已调制的电磁波接收到来［往往很微弱］，加以放大，然后检出信号波，［或再放大］，再执行还原。

　　无线电通信原理，无论具体执行时，千变万化，其原理比遵循上述三点。

　　无线通信应用

　　（1）4G

　　第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

　　图7 4G迅速火爆

　　（2）ZigBee技术

　　ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEE802.15.4无线标准研制开发的，是一种介于RFID和蓝牙技术之间的技术提案，主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee协议比蓝牙、高速率个域网或802.11x无线局域网更简单使用，可以认为是蓝牙的同族兄弟。

　　（3）WLAN与WiFi/WAPI

　　WLAN（无线局域网）是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它是通用无线接入的一个子集，支持较高传输速率（2Mb/s～54Mb/s，甚至更高），利用射频无线电或红外线，借助直接序列扩频（DSSS）或跳频扩频（FHSS）、GMSK、OFDM等技术，甚至将来的超宽带传输技术UWBT，实现固定、半移动及移动的网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。目前，原则上WLAN的速率尚较低，主要适用于手机、掌上电脑等小巧移动终端。1997年6月，IEEE推出了802.11标准，开创了WLAN先河，WLAN领域现在主要有IEEE802.11x系列与HiperLAN/x系列两种标准。

　　WiFi俗称无线宽带，全称Wireless Fideliry。无线局域网又常被称作WiFi网络，这一名称来源于全球最大的无线局域网技术推广与产品认证组织——WiFi联盟（WiFi Alliance）。作为一种无线联网技术，WiFi早已得到了业界的关注。WiFi终端涉及手机、PC（笔记本电脑）、平板电视、数码相机、投影机等众多产品。目前，WiFi网络已应用于家庭、企业以及公众热点区域，其中在家庭中的应用是较贴近人们生活的一种应用方式。由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi网络这个传输媒介，与后台的媒体服务器、电脑等建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。目前，除了用户自行购置WiFi设备建立无线家庭网络外，运营商也在大力推进家庭网络覆盖。比如，中国电信的“我的E家”，将WiFi功能加入到家庭网关中，与有线宽带业务绑定。今后WiFi的应用领域还将不断扩展，在现有的家庭网、企业网和公众网的基础上向自动控制网络等众多新领域发展。

　　WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的缩写。WAPI作为我国首个在计算机网络通信领域的自主创新安全技术标准，能有效阻止无线局域网不符合安全条件的设备进入网络，也能避免用户的终端设备访问不符合安全条件的网络，实现了“合法用户访问合法网络”。WAPI安全的无线网络本身所蕴含的“可运营、可管理”等优势，已被以中国移动、中国电信为代表的极具专业能力的运营商积极挖掘并推广、应用，运营市场对WAPI的应用进一步促进了其他行业市场和消费者关注并支持WAPI。目前市场上已有50多款来自全球主要手机制造商的智能手机支持WAPI，包括诺基亚、三星、索爱、酷派。而中国三大电信运营商也都已开始或完成第一批WAPI热点的招标和竞标工作，以中国移动为例，到目前为止已实际部署了大概10万个WAPI热点。这意味着WAPI的生态系统已基本建成，WAPI商业化的大门已经打开。

　　（4）短距离无线通信（蓝牙、RFID、IrDA）

　　蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线电技术。利用蓝牙技术，能够有效地简化掌上电脑、笔试本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，进而为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，其数据速率为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术为免费使用，全球通用规范，在现今社会中的应用范围相当广泛。

　　RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前RFID产品的工作频率有低频（125kHz～134kHz）、高频（13.56MHz）和超高频（860MHz～960MHz），不同频段的RFID产品有不同的特性。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域，例如WalMart、Tesco、美国国防部和麦德龙超市都在它们的供应链上应用RFID技术。在将来，超高频的产品会得到大量的应用。

　　IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，也许是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。目前其软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点;且由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，传输安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接（而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔）。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

　　（5）WiMAX

　　WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系统，可以替代现有的有线和DSL连接方式，来提供最后一英里的无线宽带接入，其技术标准为IEEE 802.16，其目标是促进IEEE 802.16的应用。相比其他无线通信系统，WiMAX的主要优势体现在具有较高的频谱利用率和传输速率上，因而它的主要应用是宽带上网和移动数据业务。

　　（6）超宽带无线接入技术UWB

　　UWB（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mb/s至数Gb/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。

　　对于UWB技术，应该看到，它以其独特的速率以及特殊的范围，也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特点，它很适合组建家庭的高速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲击，但对当前的移动技术、WLAN等技术的威胁不大，反而可以成为其良好的补充。

　　（7）EnOcean

　　EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。EnOcean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量，从光、热、电波、振 动、人体动作等获得微弱电力。这些能量经过处理以后，用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数据线，无电源线，无电池的通讯系统。 EnOcean无线标准ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz频段，传输距离在室外是300 米，室内为30米。