無線通信技術及應用探究
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【摘要】為了解決有線通信技術靈活性差、成本高的先天缺陷，更為靈活的無線通信技術得到了關注，并且通過一個多世紀的發(fā)展，無線通信技術大有取代有線通信的趨勢。無線通信技術是不借助數(shù)據(jù)線等實體傳輸媒介實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，并且已在數(shù)據(jù)傳輸方面得到了廣泛的應用，如藍牙技術、微波通信等。本文概述了無線通信的原理及其與有線通信的差異，并重點總結了若干種無線通信技術的特點，最后對無線通信的局限性及其未來發(fā)展趨勢做了概述。
【關鍵詞】無線通信；電磁波；藍牙
1引言
從人類文明誕生起，信息的傳遞就是一項十分重要的社會活動，無線通信的起源可追溯到數(shù)千年以前，人們在戰(zhàn)爭時通過烽火等形式傳播信息就可以說是原始意義上的無線通信。1895年，馬可尼發(fā)明了無線電報，標志著現(xiàn)代無線通信技術的誕生。由于無線通信相比于有線通信的種種優(yōu)點，在近代無線通信便被應用于戰(zhàn)爭等方面。在現(xiàn)代，因為網(wǎng)絡的普及科學技術探索領域的擴展，無線通信技術又得到了進一步的發(fā)展。不僅其頻段和帶寬得到了擴展，而且其安全性也得到了極大地提升。如今，無線通信技術不僅與我們的生活密切結合，如4G網(wǎng)絡、3S技術、藍牙技術等，而且也深刻地促進著科學技術的進步，如利用無線通信促進航空航天技術的發(fā)展、實現(xiàn)深海探測、建立全球定位導航系統(tǒng)等，都是無線通信在生產(chǎn)生活中典型的應用。
2無線通信概述
2.1無線通信的原理概述
無線通信技術就是不借助網(wǎng)線等有限媒介來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送與接收的技術。其主要通過電磁波來傳輸數(shù)據(jù)。一般來說，無線通信系統(tǒng)主要由三部分組成，以簡單的電話通信為例，分別是發(fā)信器、天線（包括饋線）、收信器。其中，發(fā)信器主要的功能是將音頻信號通過音頻放大、調制、變頻、放大等程序變?yōu)樯漕l載波信號并將其傳至天線。音頻信號要先通過調制成為高頻的已調載波信號，再通過變頻成為射頻載波信號，另外，為了實現(xiàn)遠距離的傳輸，就必須要增加信號所具有的能量，放大電路可以完成這一任務。天線則把電信號轉化為電磁波或者進行該過程的逆變換，其實在本質上，天線就相當于一種能量轉化器，它通過電場的不斷變化產(chǎn)生不斷變化的磁場，而不斷變化的磁場又激發(fā)出不斷變化的電場，依此類推，實現(xiàn)了電場能量和磁場能量的轉換，從而實現(xiàn)電磁波的產(chǎn)生和傳播，并且由于射頻載波信號頻率較高，所以其激發(fā)出的磁場和隨之產(chǎn)生的電場的變化也較快，使電磁波快速地傳播開來，提高了傳輸速度。收信器在收到天線傳來的射頻載波信號后首先要進行放大并去掉無用的信號，同時濾波可以去掉一些噪聲，但是由于射頻載波信號本身并不帶有信息，其只能傳播信息，所以要將其傳播的信息分離出來，這就是解調。通過解調，可得到原始的音頻信號。再經(jīng)過放大輸出，就實現(xiàn)了無線通信。
2.2無線通信的特點
無線通信相比于有線通信，其建設的成本低、靈活性強，適合在惡劣的環(huán)境下使用，在網(wǎng)絡擴展時較為方便，并且網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時的維修相對簡單。然而，無線通信也有一些不足。無線通信與有線通信相比，首先是其穩(wěn)定性較差，隨著距離的增加，無線通信可能會變得不穩(wěn)定；其次是可靠性，無線通信的電磁波可以被“捕獲”，并且可以被破解，使用戶的信息發(fā)生泄漏；最后便是速度，無線網(wǎng)絡發(fā)展至今其網(wǎng)速已有了極大的提升，但仍較有線網(wǎng)絡有一定的差距。
3無線通信分類及應用
3.1短距離的無線通信技術
短距離的無線通信技術主要指應用于百米以內的無線通信技術，解決了短距離的數(shù)據(jù)交換問題，其包括藍牙、NFC、Zigbee等，這三個技術各有優(yōu)缺點。NFC即近距離通信技術，是三者中應用距離最短的，其傳輸距離在10cm以內，由于其應用成本低且較為便捷，目前已應用于手機支付、電子票識別等。藍牙技術的通信距離在10~100m之間，是對語音和數(shù)據(jù)進行短距離傳播的技術，目前主要應用于電子設備短距離通信中（包括數(shù)據(jù)、語音的傳輸）。在短距離通信中藍牙技術有很多優(yōu)點，首先其應用靈活便利，當今藍牙技術的收發(fā)器尺寸小，可方便地攜帶或插入設備中。其次，其耗能少，其縮短了開啟和建立連接的時間并發(fā)送較短的數(shù)據(jù)包，增長了待機時間。最后，其實現(xiàn)了同一信道由多個用戶共享，可建立個人的網(wǎng)絡，克服了點對點連接帶來的不便。但是，藍牙技術也有不足，首先，芯片制造成本相對較高并且有時芯片太大，難以應用在小型耳機等小型電子設備中。其次，由于藍牙技術使用和微波爐等在同一頻率范圍的電磁波，因此其易受同一頻率范圍中其它電磁波的干擾，且對人體有較大的安全隱患。為了彌補藍牙技術的不足，就必須使用另一種技術，那就是Zigbee技術，其傳輸速率雖不及藍牙，但由于其可靠性強且具有一定的網(wǎng)路自愈能力，主要應用于短距離且傳輸速率不高的電子設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。
3.2中距離的無線通信技術
中距離的無線通信技術主要實現(xiàn)幾百米到數(shù)十千米之間的通信，其主要是微波通信技術和WiFi技術。微波傳播的信息容量大質量好且較為穩(wěn)定。但由于微波的傳播和光的傳播類似，易受大氣折射的影響，所以，微波通信主要是視距傳播，但是由于微波也可以被散射，因此微波通信也可實現(xiàn)超視距傳播。但總的來說，我國微波通信的實現(xiàn)仍然主要通過視距傳播，并且如果要傳播較遠的距離（超過50km）就需要建立中繼站來提升微波傳播的距離。由于微波主要在視距范圍內進行直線傳播，且其繞射能力較弱，所以在傳播過程中，不能有高大建筑物的阻擋，所以微波通信的實現(xiàn)，在我國一般都是在政府的建設規(guī)劃下運行的，主要應用于移動通信、廣播電視通信等公共服務領域，很少有完全私人的中距離微波通信。WiFi技術為用戶提供無線接入互聯(lián)網(wǎng)的服務，其采用了IEEE802協(xié)議集，WiFi由于成本低、速度快并且安裝簡易等優(yōu)點，不僅被應用在一些公共場合，如機場、辦公室等，更是被應用為家庭環(huán)境之中。
3.3遠距離的無線通信技術
遠距離的無線通信技術可實現(xiàn)數(shù)百千米乃至更遠的通信，一般來說通信范圍廣、質量高，目前主要應用于移動網(wǎng)絡。GPRS技術就是所謂的2.5G，是向3G過渡的一種技術，它和2G技術同樣是使用戶可以在移動狀態(tài)下進行數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，并且其覆蓋范圍和2G一樣廣闊，但其以數(shù)據(jù)包的形式來傳輸數(shù)據(jù)而不是占用整個頻道，因此其價格更低廉、資源利用率更高且傳輸速度更快。GPRS技術不僅為個人提供服務，如發(fā)送郵件、瀏覽網(wǎng)頁等，還為企業(yè)用戶提供遠程通信服務，如防盜、遠程監(jiān)控等。當前，4G已經(jīng)普及，相比于3G和GPRS技術，4G的傳播速度更快，其能以100Mbps的速度下載，并且傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?，如可傳輸高質量的圖像。4G通信現(xiàn)已普及，5G通信目前正在研發(fā)之中。
4無線通信未來發(fā)展趨勢
當前的無線通信技術具有抗干擾能力弱、延遲大等缺點，并且其通信速度也慢于有線通信。所以，無線通信在將來要更好地發(fā)揮其靈活性并克服上述缺點。因此，可以將有線通信和無線通信結合使用如在長距離的通信中，將有線和無線融合為一個通信系統(tǒng)，為了減少信號的衰弱，可以使用有線通信，而在環(huán)境復雜，用戶較多的地方可以使用無線通信。同時無線通信未來發(fā)展的趨勢之一就是無線通信寬帶化，相比于有線寬帶接入，無線寬帶接入更加靈活、方便，并且通過擴大無線通信的帶寬可以增大無線通信傳遞信息的速率，這也是無線通信進一步發(fā)揮其優(yōu)勢并彌補其在通信速度方面的不足的一種途徑。無線通信技術還可以繼續(xù)擴展頻段，由于有時同一頻段中信號干擾較強，可通過擴展頻段減少干擾。最后，為了提升安全性，無線通信還可以開發(fā)新的安全協(xié)議，特別是在軍事和國家安全領域，增加通信的安全性和隱私性。值得一提的是，量子通信正在快速度地發(fā)展，雖然現(xiàn)在量子通信在自由空間內只能達到極短的距離，但在信息呈爆炸式增長的背景下，量子通信的高效性無疑適應了當前的信息狀況，因此，可能在將來無線通信最終會被量子通信所代替。
參考文獻
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作者:崔子劍 單位:濰坊實驗中學
