无线通信技术进展及应用..docx

无线通信技术进展及应用作者：邓开乐 指导教师：陈冠英 教授湛江师范学院物理学院 湛江5240481 引 言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。在信息与通信领域中，发展最快、应用最广的是无线通信技术。无线通信在过去的90多年时间里，已经朝着传输宽带化、移动高速化、接入灵活化、综合化及个人化等方向不断发展，并且各种无线通信技术之间呈现出一种融合发展的状态[1,2,3,4,5,7,9]。本文力图使人们尽快理解无线通信的基本理念是：实现在任何地方（Wherever)、任何时候(Whenever)与任何人(Whomever)之间进行任何种类（Whatever)的快捷、方便、动态的自由通信[1,3，14,15,16]，在这种背景下，有必要分析一下公众蜂窝移动无线通信技术的发展，短距离、近距离无线通信技术，以求对公众无线移动通信的发展有比较清晰的了解，从中把握各种无线通信技术的优势与劣势，以便更好地了解下一代无线通信技术的发展趋势。2 无线通信的概念无线通信是无线电通信的简称，是利用电磁波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。无线通信可用于传输电报、电话、传真、图像、数据和广播电视等。相对于有线通信而言，无线通信不需要架设专门的传输线路，不受通信距离的限制，机动性能也比较好，建立起来相当迅速。[1，2，6，7]2.1 无线通信的起源19世纪末，历经奥斯特、安培、法拉第、亨利等人的无数次试验，奠定了无线通信的基础。之后，由麦克斯韦集前人之大成提出了具有划时代意义的理论——电磁场理论。1887年，德国物理学家H · 赫兹通过实验验证了麦克斯韦关于电磁波存在的预言（这是一个关于电磁波的发生、检测及其属性的测量的实验）。1894年，俄国的波波夫发明了天线和无线电接收机；1897年，马可尼验证了运动中的无线通信的可应用性，随即人类开始了对移动无线通信的追求。这一阶段可视为无线通信的起源阶段。[1，2，3，18]3 无线通信系统的基本组成最基本的无线通信系统由发射器、接收器和无线信道组成，如图1所示。信号源传送的电信号在发射器中完成信息的调制，即将基带信号搬移到射频上并放大到足够的功率，在发射器中完成对信息的调制，射频信号通过发射天线转换成为电磁波在无线信道上传输，在接收器的接收端口，空间中的电磁波经过接收天线转换成为射频信号进入到接收器中，接收器对信号进行解调，将原始电信息复原，然后传输到信宿。[1,6,7]信号源 发射器（调制）信宿接收器（解调）噪声源 已调信号 无线信道 图1 无线通信系统基本组成3.1 信号源信号源（信源）的作用是把各种信息转换成为电信号；据信息的类型可以把信源分为模拟和数字信源。模拟信源输出的是连续的模拟信号，常见的有话筒和摄像机；数字信源输出离散的数字信号，常见的有计算机等数字终端。模拟信源的信号也可以经过数字化处理而输送出数字信号。[6,7]3.2 发射器发射器的作用是产生可以在信道中传输的信号，既具有抗信道干扰的能力，也具有足够的功率将信号远距离传输的能力。发射器的作用很大，包括信号的变换、放大、滤波、编码、调制等过程。[1，2，6，7]3.3 无线信道信道是一种物理媒质，发射端发射的信号可以经过它传播到接收端。无线信道可以是自由空间（包括空气和真空）；无线信道具有信道的一般特性，既给予信号通路，也产生对信号的干扰和噪声，图1中的噪声源就包括了来自无线信道的噪声，同时也包括了无线通信系统各部分的噪声。[6，7]3.4 接收器接收器的作用是把信号放大及逆变换（如译码和解调等），以从接收到的信号中正确地恢复原始信号，尽可能地减少传输过程中噪声及干扰对信号的影响。[6,7]3.5 信宿信宿是信号传输的目的地，与信源的作用相反，它是把原始电信号还原成为原来的信息，如扬声器等。[4，6,7]4 调制与解调调制是将信号转化成可以在信道中传输的形式的过程，其实质是频谱变换，把携带信息的基带信号的频谱搬移到所需要的频谱范围（频率得到提高）；在无线通信中，调制均指载波调制。载波调制指的是用调制信号去控制载波的参数，使得载波中的一个或某几个参数按照调制信号的规律变化。调制信号其实是来自信源的基带信号（既可以是模拟的，也可以是数字的）；载波是未受调制的周期振荡信号，载波经过调制之后就成为已调信号。载波调制的产生是通信技术的要求，一般从语言、音乐、图像等信源转换得到的电信号的频率是很低的，属于包括（或不包括）直流成分的低通频谱，这种信号称为基带信号；在无线传输中，信号是通过天线转变成空间中的电磁波传输的，根据电磁辐射理论，天线的长度要与信号的波长相比拟时才能获得较高的辐射效率，由于基带信号的频率很低，那么所需的天线长度将因为过长而无法实现；另外，调制可