对无线通信系统的认识与分析

对无线通信系统的认识

引言：从广播电视、收音机到移动电话，从射频识别到遥控器、雷达等，无线通信这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面。随着全球社会经济的不断发展，各种无线电技术在社会的各行业中得到了日益广泛的应用。无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。

1. 通信系统简介

通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。

1.1 原理

通信原理主要就是解决数据的收发以及传输，具体如下：

（1）信源编码：减少码元数目和码元速率以及模拟信号的数字化

（2）数字调制：模拟信号转化成数字信号后，我们称之为数字基带信号，大多数情况下，数字基带信号并不适合在信道中传输，这时就需要进行数字调制，如ASK,FSK,PSK等，以适应信道的传输

（3）模拟调制：如果在数字系统中就不需要进行模拟调制，当在模拟系统中传输时就需要进行模拟调制，如AM,FM,PM等

（4）信道编码：信道编码是为了使数字信息在信道传输时能够具有更好的抗干扰能力

（5）模拟解调：解调出数字调制信号

（6）数字解调：也就是译码。这个过程比较复杂，需要进行载波同步和位同步，以及抽样判决

1.2 通信系统构成

通信系统一般由信息源、信宿（受信者）、发送设备、接收设备和传输媒介等组成。如图1-1

信息源发送设备信道接收设备受信者

发送端接收端

2. 无线通信系统介绍

2.1 定义

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。包括：短波通信、超短波通信、微波通信、红外通信，以及移动通信、卫星通信等。

2.2 发展史

无线通信先驱：

克拉克于1945年在“无线世界”中发表文章建议利用静止卫星实现世界范围的无线电覆盖。从此，卫星通信成为世界通系统的非常重要的组成部分。

巴登于1947年在美国贝尔实验室发明晶体管。

莫尔斯是电磁纪录电报的发明者，是点划电报码的开发者。

贝尔在29岁时发明了电话，他在电信和航空方面有许多发明。

马克尼在1924年发明了能提供世界范围通信业务的天波传输。

波波夫通过试验证明发送无线电报，必须借助电磁发射。

斯戳格在1889年他发明了自动电话交换机。

考劳罗夫指导苏联火箭设计，在1957年10月4日发射了第一颗人造地球卫星。

赫兹1887年验证了电磁波的存在。证明了麦克斯威尔的电磁场的理论。

伏特发现第一个电荷，是开发通信用电池的先驱。

特斯拉研究交流电和高频无线电波，发明了两个电路间感应耦合系统。

波特用终生来开发一种快速印字电报。

李·德·福利特1906年在夫莱名的二极管上又加上一个电极，他的三级管改善了接收并可以进行放大。

2.3 特点

1.成本价廉

有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力；而用无线数传电台建立专用无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就

可以了。相比之下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。当然在一些近距离的数据通讯系统中，无线的通讯方式并不比有线的方式成本低，但是有时候实际的现场环境难以布线，客户根据现场环境的需要还是会选用无线的方式来实现通讯。

2.建设工程周期短

当要把相距数公里到数十公里距离的远程站点相互连接通讯的时候，采用有线的方式，必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟，这个工程周期可能就需要数个月的时间，而用数传模块建立专用无线数据传输的方式，只需要架设适当高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅速组建起通信链路，工程周期大大缩短。

3.适应性好

有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制，所以说用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将比有线通讯有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。

4.扩展性好

在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式，需要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线数传电台建立专用无线数据传输方式，只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。

5.设备维护上更容易实现。

有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而采用无线数传模块建立专用无线数据传输方式只需维护数传模块，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。

3. 无线通信技术

3.1 类型

无线网络通信技术分为无线广域网（WWAN），无线城域网（WMAN），无线局域网（WLAN），无线个域网（WPAN），低速率无线个域网（LR-WPAN）短距离无线通信技术分为蓝牙（Bluetooth），Wi-Fi，IrDA技术,进场通信（NFC），Zigbee技术, UWB技术

1.蓝牙技术

蓝牙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、笔记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，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。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术的传输范围大约为10米左右。由于使用比较高的跳频速率，使蓝牙系统具有较高的抗干扰能力。

2. Wi-Fi技术

Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi 联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网络产品之间的互通性。现时一般人会把Wi-Fi及IEEE 802.11混为一谈。

Wi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)。在2002年10月，正式改名为Wi-Fi Alliance。

3.IrDA技术

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网的技术。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。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台设备之间的连接。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。

4. NFC技术

NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞

利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

有非接触式点对点数据传输（10cm）交换数据，由射频识别RFID演变而来，并向下兼容RFID，主要可能用于手机等手持设备中，具有天然的安全性的特点。应用于付款和购票，电子票证，智能媒体，交换、传输数据

5.Zigbee技术

Zigbee主要应用于短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。Zigbee使用2.4GHz波段，采用调频技术。与蓝牙相比，它更简单，速率更慢，功率及费用也更低。可以比蓝牙更好地支持游戏，消费电子，仪器和家庭自动化应用。

6.UWB技术

超宽带技术UWB是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB 技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，主要应用于小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高（大于100Mb/s）的LANs或PANs。

3.2 认识

无线通信飞速发展，但是不同的通信技术有不同的特点。蓝牙深受大家欢迎，但是它的售价一直居高不下，这就影响了厂商的使用意愿。WiFi最主要的优势在于传输速度较高，另外它的有效距离也很长。因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。ZigBee技术的应用前景非常看好，利用传感器和ZigBee网络可以实现医疗中的远程监测病人身体状况，家庭自动化中的照明设备、空调设备、门禁系统的远程控制，工业生产中的数据自动采集和处理，农业生产中的自动化、网络化和智能化地进行远程设备控制。超宽带技术是现在被

广泛研究的一种新兴无线通信技术，是一种采用极宽的频带，极低的发送功率，并且抗干扰性能强、传输速率高、保密性好，与其他业务共享频谱的近距离无线通信技术。超宽带无线技术以极宽的频带换取高速、大容量、低功耗和低成本的优点。可见超宽带通信系统的优势是非常显著的。但这并不能说超宽带系统可取代其他系统，而是要视具体情况而定。

我相信在不远的将来有越来越多无线通信功能的设备进入我们的生活，它们的互补性日趋鲜明，并将极大地改变我们的生活方式。

4. 总结

在这次对通信系统的认识实习中，我听了关于通信的实习讲座，参观了我们学校的计算机工程实验中心和现代教育技术中心，知道实验中心包括三大实验室：计算机基础教学实验中心、计算机应用技术实验室、通信工程实验室。老师带领我们看了路由器，中心交换机，服务器，小型机等大型设备。听老师讲解了我校的校园网的主要组成，教务系统以及一卡通等功能得以实现所用到的器件。还去了电信局了解了中国电信的工作模式和工作人员的工作内容。

在报告的准备过程中，通过查阅各方面的资料，对无线通信系统有了更深层次的了解。无线通信这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面，包括日常使用的手机、无线电话等，其中3G、WLAN、UWB、蓝牙、宽带卫星系统都是21世纪最热门的无线通信技术的应用。我希望无线通信向更快捷，高质量，更丰富，更方便，更便宜的方向发展。

参考文献：

1.董彬虹，杨炼，李强. 在无线通信系统中的应用.电子工业出版社.2009

2.宋俊德，战晓苏. 无线通信与网络. 国防工业出版社.2008

3.依思杰斯, 克勒克斯. MIMO无线通信. 机械工业出版社.2010