無(wú)線通信教學(xué)課件

無(wú)線通信匯報(bào)人：AA2024-01-25無(wú)線通信概述無(wú)線通信基本原理蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線通信安全與挑戰(zhàn)目錄01無(wú)線通信概述無(wú)線通信是指利用電磁波在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的通信方式。從早期的無(wú)線電報(bào)、無(wú)線電話到現(xiàn)代的移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等，無(wú)線通信經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。定義與發(fā)展歷程發(fā)展歷程定義

無(wú)線通信系統(tǒng)組成發(fā)射器將待傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到電磁波上，并發(fā)射出去。傳輸媒介電磁波在自由空間中傳播，作為信息的傳輸媒介。接收器接收發(fā)射器發(fā)射的電磁波，并解調(diào)出其中的信息。無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域衛(wèi)星通信物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星電話、衛(wèi)星電視等。智能家居、智能交通等。移動(dòng)通信無(wú)線局域網(wǎng)軍事通信手機(jī)通信、移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。Wi-Fi、藍(lán)牙等。戰(zhàn)場(chǎng)通信、無(wú)人機(jī)通信等。02無(wú)線通信基本原理變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成電磁波向外傳播。電磁波的產(chǎn)生按照頻率從低到高，電磁波可分為無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽馬射線等。電磁波的頻譜電磁波在空間中的傳播遵循麥克斯韋方程組，以光速在空間中傳播，無(wú)需介質(zhì)支持。電磁波的傳播方式電磁波傳播特性信號(hào)解調(diào)從已調(diào)信號(hào)中提取出基帶信號(hào)的過(guò)程，是調(diào)制的逆過(guò)程。解調(diào)方式包括相干解調(diào)和非相干解調(diào)。信號(hào)調(diào)制將基帶信號(hào)變換為適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制方式包括模擬調(diào)制（如AM、FM）和數(shù)字調(diào)制（如ASK、FSK、PSK）。調(diào)制與解調(diào)的作用提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性、實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用、提高系統(tǒng)容量等。信號(hào)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)多址接入方式及特點(diǎn)多址接入方式：在無(wú)線通信系統(tǒng)中，多個(gè)用戶共享同一物理信道，通過(guò)不同的地址碼來(lái)區(qū)分不同的用戶。常見(jiàn)的多址接入方式包括FDMA（頻分多址）、TDMA（時(shí)分多址）、CDMA（碼分多址）和NOMA（非正交多址）等。FDMA特點(diǎn)：將信道頻帶劃分為若干個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶分配給一個(gè)用戶。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是頻譜利用率低、抗干擾能力差。TDMA特點(diǎn)：將信道時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)用戶。優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是同步要求高、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。CDMA特點(diǎn)：利用擴(kuò)頻技術(shù)，使每個(gè)用戶分配一個(gè)獨(dú)特的地址碼。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、系統(tǒng)容量大，缺點(diǎn)是存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題。03蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)采用模擬調(diào)制技術(shù)和頻分多址接入方式，實(shí)現(xiàn)了基本的語(yǔ)音通信功能。第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)和時(shí)分多址/碼分多址接入方式，提高了頻譜利用率和系統(tǒng)容量，支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)引入寬帶CDMA技術(shù)和分組交換技術(shù)，支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。第三代寬帶蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)和多輸入多輸出技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸和多媒體業(yè)務(wù)。第四代高速蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程采用時(shí)分多址和頻分復(fù)用技術(shù)，將一個(gè)物理信道分為多個(gè)邏輯信道，支持多個(gè)用戶同時(shí)通信。GSM技術(shù)原理在GSM基礎(chǔ)上引入分組交換技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用率。GPRS技術(shù)原理在GPRS基礎(chǔ)上采用更高的調(diào)制方式和編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量。EDGE技術(shù)原理GSM/GPRS/EDGE技術(shù)具有覆蓋廣、容量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在數(shù)據(jù)傳輸速率慢、時(shí)延大等缺點(diǎn)。特點(diǎn)GSM/GPRS/EDGE技術(shù)原理及特點(diǎn)3G關(guān)鍵技術(shù)寬帶CDMA技術(shù)、智能天線技術(shù)、軟件無(wú)線電技術(shù)等，支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。5G關(guān)鍵技術(shù)超密集組網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模天線技術(shù)、全雙工通信技術(shù)、新型調(diào)制編碼技術(shù)等，支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的時(shí)延和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)將朝著更高速度、更低時(shí)延、更廣覆蓋、更智能化等方向發(fā)展，同時(shí)還將與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)深度融合，推動(dòng)數(shù)字化社會(huì)的全面發(fā)展。4G關(guān)鍵技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)、多輸入多輸出技術(shù)、載波聚合技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸和多媒體業(yè)務(wù)。3G/4G/5G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)04無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了無(wú)線局域網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，包括各種調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率、傳輸距離等。發(fā)展歷程從最初的802.11b標(biāo)準(zhǔn)，到后續(xù)的802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac等標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高了數(shù)據(jù)傳輸速率、降低了功耗、增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性。WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系及發(fā)展歷程技術(shù)原理WiFi技術(shù)基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它采用擴(kuò)頻技術(shù)，將數(shù)據(jù)分散到多個(gè)子載波上進(jìn)行傳輸，提高了抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸速率。特點(diǎn)傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、組網(wǎng)靈活方便、可移動(dòng)性強(qiáng)等。同時(shí)，WiFi技術(shù)還支持多種加密方式，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。WiFi技術(shù)原理及特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，基于2.4GHzISM頻段進(jìn)行工作。它采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，將數(shù)據(jù)分散到多個(gè)頻率上進(jìn)行傳輸，提高了抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＜夹g(shù)原理藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、耳機(jī)、音箱、鍵盤(pán)等設(shè)備的無(wú)線連接中。它支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音通信等功能。同時(shí)，藍(lán)牙技術(shù)還支持低功耗模式，適用于可穿戴設(shè)備、智能家居等領(lǐng)域。應(yīng)用藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)原理及應(yīng)用05衛(wèi)星通信技術(shù)0102衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成及工作原理工作原理：衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地面站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間分系統(tǒng)、地面分系統(tǒng)、用戶分系統(tǒng)三部分組成?；谛l(wèi)星通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通話，廣泛應(yīng)用于海上、偏遠(yuǎn)地區(qū)等場(chǎng)景。衛(wèi)星電話通過(guò)衛(wèi)星傳輸電視信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的電視節(jié)目覆蓋。電視廣播衛(wèi)星電話、電視廣播等應(yīng)用場(chǎng)景

衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)介紹衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)利用衛(wèi)星提供的信號(hào)，確定用戶接收機(jī)的位置和時(shí)間信息。常見(jiàn)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國(guó)的BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）。衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)已廣泛應(yīng)用于交通、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、公共安全等領(lǐng)域。06無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)01020304負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集和數(shù)據(jù)的初步處理。負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的匯總、融合和轉(zhuǎn)發(fā)。負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理。負(fù)責(zé)將匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程管理中心。123基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，是一種低功耗、低速率、短距離的無(wú)線通信技術(shù)，適用于智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。ZigBee協(xié)議棧將IPv6協(xié)議引入到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)的IP化，使得傳感器節(jié)點(diǎn)可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)。6LoWPAN協(xié)議棧一種基于REST架構(gòu)的輕量級(jí)Web傳輸協(xié)議，適用于低功耗、資源受限的設(shè)備，使得這些設(shè)備可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。CoAP協(xié)議ZigBee等低功耗協(xié)議棧介紹智能家居工業(yè)自動(dòng)化農(nóng)業(yè)智能化醫(yī)療健康物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中WSN應(yīng)用案例通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)智能化和舒適化的居住環(huán)境。應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)農(nóng)田環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化、智能化的決策支持。利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)人體生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為醫(yī)療診斷和治療提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。07無(wú)線通信安全與挑戰(zhàn)無(wú)線通信面臨的安全威脅和風(fēng)險(xiǎn)攻擊者通過(guò)截獲無(wú)線信號(hào)，竊取通信內(nèi)容，造成信息泄露。攻擊者偽造合法用戶身份，進(jìn)行非法訪問(wèn)和操作。攻擊者通過(guò)干擾無(wú)線信號(hào)，使合法用戶無(wú)法正常通信。攻擊者截獲并修改無(wú)線信號(hào)中的數(shù)據(jù)，破壞數(shù)據(jù)完整性。信號(hào)竊聽(tīng)身份偽造拒絕服務(wù)數(shù)據(jù)篡改采用高強(qiáng)度加密算法對(duì)通信內(nèi)容進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的保密性。同時(shí)，定期更新密鑰，提高破解難度。加密算法設(shè)計(jì)建立嚴(yán)格的認(rèn)證授權(quán)機(jī)制，對(duì)通信雙方進(jìn)行身份驗(yàn)證，確保通信的合法性。采用數(shù)字證書(shū)、動(dòng)態(tài)口令等技術(shù)手段，提高認(rèn)證安全性。認(rèn)證授權(quán)機(jī)制制定完善的安全協(xié)議，規(guī)范無(wú)線通信過(guò)程中的安全操作和行為。例如，采用WPA2、WPA3等安全協(xié)議，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全性。安全協(xié)議設(shè)計(jì)加密算法和認(rèn)證授權(quán)機(jī)制設(shè)計(jì)思路未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)5G/6G網(wǎng)絡(luò)安全隨著5G/6G網(wǎng)絡(luò)的普及，無(wú)線通信將面臨更高的安全要求。需要研究新的安全技術(shù)和方案，應(yīng)對(duì)高速、低時(shí)延通信