無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第2章無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第2章無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)無(wú)線傳輸技術(shù)概述電磁波與天線基礎(chǔ)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)信道編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)多址接入與擴(kuò)頻通信技術(shù)無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議無(wú)線傳輸技術(shù)概述01無(wú)線傳輸技術(shù)：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，無(wú)需依賴實(shí)體線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線傳輸技術(shù)定義利用微波進(jìn)行信息傳輸，具有頻帶寬、通信容量大、傳輸質(zhì)量高等特點(diǎn)。微波通信衛(wèi)星通信移動(dòng)通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。利用無(wú)線電波在移動(dòng)中進(jìn)行通信，包括蜂窩移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)等。030201無(wú)線傳輸技術(shù)分類(lèi)第一階段（20世紀(jì)初至50年代）無(wú)線傳輸技術(shù)的早期階段，主要應(yīng)用于軍事和航海領(lǐng)域。第二階段（20世紀(jì)60年代至80年代）隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳輸技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于民用領(lǐng)域，如無(wú)線電話、無(wú)線廣播等。第三階段（20世紀(jì)90年代至今）隨著數(shù)字信號(hào)處理、擴(kuò)頻通信等技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化、寬帶化、綜合化的發(fā)展階段，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無(wú)線局域網(wǎng)等領(lǐng)域。無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)展歷程電磁波與天線基礎(chǔ)02

電磁波基本概念電磁波定義電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效地傳遞能量。電磁波產(chǎn)生變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成電磁波。電磁波從發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處的空間傳播形成無(wú)線電波。電磁波性質(zhì)電磁波為橫波，具有偏振性、反射性、折射性、干涉性、衍射性、多普勒效應(yīng)等性質(zhì)。電磁波傳播速度在真空或介質(zhì)中傳播速度不同，一般隨頻率的增高而降低。電磁波傳播中的衰減電磁波在傳播過(guò)程中，其幅度會(huì)隨傳播距離的增加而減小，稱(chēng)為衰減。衰減程度與傳播介質(zhì)、頻率、距離等因素有關(guān)。電磁波傳播方式電磁波傳播不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播。電磁波傳播特性天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無(wú)界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。天線基本原理按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線；按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作波長(zhǎng)可分為超長(zhǎng)波天線、長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等；按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等；按維數(shù)來(lái)分可以簡(jiǎn)單分為一維天線和二維天線。天線分類(lèi)天線基本原理與分類(lèi)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)03調(diào)制技術(shù)原理調(diào)制是將待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)通過(guò)某種方式轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制技術(shù)可以改變信號(hào)的幅度、頻率或相位等特征，以便在無(wú)線信道中進(jìn)行有效傳輸。調(diào)制技術(shù)分類(lèi)根據(jù)調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)和調(diào)制方式的不同，調(diào)制技術(shù)可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩大類(lèi)。模擬調(diào)制主要包括振幅調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）等；數(shù)字調(diào)制主要包括振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）等。調(diào)制技術(shù)原理及分類(lèi)解調(diào)技術(shù)原理解調(diào)是將已調(diào)信號(hào)還原為原始基帶信號(hào)的過(guò)程，它是調(diào)制的逆過(guò)程。解調(diào)技術(shù)通過(guò)檢測(cè)已調(diào)信號(hào)的幅度、頻率或相位等特征，將其還原為原始的基帶信號(hào)。解調(diào)技術(shù)分類(lèi)解調(diào)技術(shù)也可分為模擬解調(diào)和數(shù)字解調(diào)兩大類(lèi)。模擬解調(diào)主要包括包絡(luò)檢波、同步檢波等；數(shù)字解調(diào)主要包括相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種，其中相干解調(diào)需要提取載波信息，而非相干解調(diào)則不需要。解調(diào)技術(shù)原理及分類(lèi)通信系統(tǒng)在通信系統(tǒng)中，調(diào)制與解調(diào)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)調(diào)制技術(shù)，可以將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；通過(guò)解調(diào)技術(shù)，可以將已調(diào)信號(hào)還原為原始基帶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸。廣播系統(tǒng)在廣播系統(tǒng)中，調(diào)制技術(shù)用于將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在空中傳播的無(wú)線電波；解調(diào)技術(shù)則用于將接收到的無(wú)線電波還原為音頻信號(hào)，供聽(tīng)眾收聽(tīng)。遙測(cè)遙控系統(tǒng)在遙測(cè)遙控系統(tǒng)中，調(diào)制技術(shù)用于將控制信號(hào)或測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；解調(diào)技術(shù)則用于將接收到的已調(diào)信號(hào)還原為原始的控制信號(hào)或測(cè)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和測(cè)量。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景信道編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)04通過(guò)在發(fā)送端對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的編碼處理，以增加數(shù)據(jù)的冗余度，從而在接收端能夠檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中可能發(fā)生的錯(cuò)誤，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｐ诺谰幋a基本原理根據(jù)編碼方式的不同，信道編碼可分為線性分組碼、卷積碼、級(jí)聯(lián)碼、Turbo碼、LDPC碼等。信道編碼分類(lèi)信道編碼基本原理及分類(lèi)差錯(cuò)控制基本原理差錯(cuò)控制是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，通過(guò)采用一定的技術(shù)和方法，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，以保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。差錯(cuò)控制分類(lèi)根據(jù)差錯(cuò)控制方式的不同，可分為前向糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）兩種類(lèi)型。其中，F(xiàn)EC是在接收端通過(guò)冗余信息進(jìn)行錯(cuò)誤糾正，而ARQ則是在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)請(qǐng)求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。差錯(cuò)控制基本原理及分類(lèi)移動(dòng)通信01在移動(dòng)通信中，由于無(wú)線信道的時(shí)變性和多徑效應(yīng)等因素，數(shù)據(jù)傳輸容易受到干擾和衰落的影響，因此需要采用信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。衛(wèi)星通信02衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著信號(hào)衰減、多徑干擾等問(wèn)題，因此需要采用高效的信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)保證通信質(zhì)量。深空通信03深空通信是指地球與深空探測(cè)器之間的通信，由于傳輸距離極遠(yuǎn)、信號(hào)衰減嚴(yán)重等因素，需要采用高性能的信道編碼和差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。信道編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景多址接入與擴(kuò)頻通信技術(shù)05多址接入基本原理及分類(lèi)多址接入基本原理多址接入技術(shù)是指允許多個(gè)用戶共享同一無(wú)線信道進(jìn)行通信的技術(shù)。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)不同的地址碼或簽名序列來(lái)區(qū)分不同的用戶，從而實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)通信。多址接入分類(lèi)根據(jù)多址接入方式的不同，可以分為時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）以及空分多址（SDMA）等。擴(kuò)頻通信基本原理及分類(lèi)擴(kuò)頻通信是一種通過(guò)擴(kuò)展信號(hào)頻譜來(lái)提高抗干擾能力和通信可靠性的技術(shù)。在發(fā)送端，原始信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻碼調(diào)制后，頻譜被擴(kuò)展；在接收端，通過(guò)相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出原始信號(hào)。擴(kuò)頻通信基本原理根據(jù)擴(kuò)頻方式的不同，可以分為直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、跳頻擴(kuò)頻（FHSS）、跳時(shí)擴(kuò)頻（THSS）以及混合擴(kuò)頻等。擴(kuò)頻通信分類(lèi)移動(dòng)通信系統(tǒng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址接入技術(shù)用于區(qū)分不同的移動(dòng)用戶，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)通信。擴(kuò)頻通信技術(shù)則用于提高抗干擾能力和通信可靠性，保證移動(dòng)用戶在復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信質(zhì)量。無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）在無(wú)線局域網(wǎng)中，多址接入技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶設(shè)備共享同一無(wú)線信道進(jìn)行通信。擴(kuò)頻通信技術(shù)則用于提高WLAN的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸速率。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，多址接入技術(shù)用于區(qū)分不同地面站或移動(dòng)終端的信號(hào)。擴(kuò)頻通信技術(shù)則用于提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力和傳輸可靠性，確保信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定性。多址接入與擴(kuò)頻通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議06定義了無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的物理層和媒體訪問(wèn)控制（MAC）層規(guī)范，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11一種高速無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，工作在5GHz頻段，支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲。IEEE802.11ac也稱(chēng)為Wi-Fi6，是一種高效的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在提高網(wǎng)絡(luò)容量和效率，特別是在密集環(huán)境中。IEEE802.11ax無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE8一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，工作在2.4GHz頻段，支持設(shè)備間的無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙基本技術(shù)一種針對(duì)低功耗設(shè)備的藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在延長(zhǎng)設(shè)備電池壽命。藍(lán)牙低功耗技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、低速率無(wú)線通信技術(shù)，主要用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用。包括智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。Zi