第1章 无线通信基础
1.1 概述
1.1.1 通信的含义
通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。然而，随着社会生产力的发展，人们对传递消息的要求也越来越高。在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息的通信方法称为进程间通信信号电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。
在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警、符号、身体语言、眼神、触碰等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网甚至视频电话等各种通信方式。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面。
1.1.2 无线通信的概念
无线通信(Wireless communication)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。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。
无线通信可以分为两大类：无线移动通信和无线局域网(LAN)通信。它们的传输设施不同。
无线移动通信：是指在移动中实现的无线通信，又称移动通信。无线移动通信需要电话电信局或其它公共服务，来为“离开办公室”或“正在旅途中”的用户提供设施，使用分组无线电、蜂窝网络和卫星站来传输和接收信号。
无线局域网(LAN)通信：无线局域网通信使用发射器和接收器，它们都是放在公司希望的地方，并且属于这家公司所有。
1.1.3 无线通信的特点
1.无线信道。
2.带宽有限。取决于可使用的频率资源和信道的传播特性。
3.干扰和噪声影响大。由无线通信工作的电磁环境所决定。
4.在移动通信中存在多径衰落。在移动环境下，接收信号起伏变化。
1.1.4 无线通信系统的分类
无线通信包含的面很广，按不同的分类标准，有不同的类型。
1. 按频段范围分：短波、超短波、微波、毫米波等。
2. 按传播方式分：地面视距、地面超视距、对流层散射、电离层反射、卫星等。
3. 按多址方式分：点对点、点对多点等。
4. 按应用背景分：固定接入、移动接入、数据接入等。
5. 按连接方式分：电路连接、分组连接等。
1.1.5 无线通信简史
图1-1 展示了无线系统的发展历史进程。
图1-1 无线系统发展进程
1.1.6 无线通信的发展方向
近几年来，全球通信技术的发展日新月异，尤其是近两三年来，无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，呈现出如火如荼的发展态势。其中最具代表性的有蜂窝移动通信、宽带无线接入，也包括集通信、卫星通信，以及手机视频业务与技术。
蜂窝移动通信从上世纪80年代出现到现在，已经发展到了第三代移动通信技术，目前业界正在研究面向未来第四代移动通信的技术；宽带无线接入也在全球不断升温，近几年来我国的宽带无线用户数增长势头强劲。宽带无线接入研究重点主要包括无线城域网（WMAN）、无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)技术；模拟集通信的应用开始得比较早，但随着技术的发展，数字集通信技术越来越赢得大家的关注；卫星通信以其特殊的技术特性，已经成为无线通信技术中不可忽视的一个领域；手机视频广播作为一种新的无线业务与技术，正在成为目前最热门的无线应用之一。
1．无线技术与业务发展趋势
（1）网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入。
（2）宽带化是未来通信发展的一个必然趋势，窄带的、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代。
（3）融合趋势明显加快，包括：技术融合、网络融合、业务融合。
（4）数据速率越来越高，频谱带宽越来越宽，频段越来越高，覆盖距离越来越短。
（5）终端智能化越来越高，为各种新业务的提供创造了条件和实现手段。
（6）从两个方向相向发展：
1) 移动网增加数据业务：1xEV-DO、HSDPA等技术的出现使移动网的数据速率逐渐增加，在原来的移动网上叠加，覆盖可以连续;另外，WiMAX的出现加速了新的3G增强型技术的发展；
2) 固定数据业务增加移动性：WLAN等技术的出现使数据速率提高，固网的覆盖范围逐渐扩大，移动性逐渐增加;移动通信、宽带业务和WiFi的成功，促成802.16/WiMAX等多种宽带无线接入技术的诞生。
（7）B3G的概念兼顾了移动性和数据速率。
2．各种无线通信技术发展演进 
（1） 蜂窝移动通信标准的演进
总结这些年来蜂窝移动通信技术的演进过程，可以得出这样几个特点:
1）无线接口频谱效率更高，速率更快。
首先，每10年出现一代新技术，每15～20年退出一代；速率从几十kbit/s、几百kbit/s到几Mbit/s再到几百Mbit/s。 其次，技术在平稳中演进。第一代模拟系统已经基本退出；第二代GSM/CDMA数字系统处于主导地位，占据约95%的市场；3G技术已经成熟开始商用，今后10年将与2G长期并存，最终逐步替代2G；超3G正处在初期研究阶段，将在10年后进入实质商用阶段。
2） 核心网既考虑与现有网的后向兼容，又积极向基于IP的方向演进。  
（2）宽带无线接入技术的发展
在IEEE802涉及的无线领域中，目前主要分为四类无线接入技术，分别是个域网（PAN:802.15）、局域网WiFi（LAN:802.11）、城域网WiMAX（MAN:802.16)、广域网（WAN:802.20）。这里着重介绍WiMAX技术（802.16）。
802.16d是一种固定无线接入技术，802.16e技术目标是一种移动宽带无线接入技术，支持车速移动(120km/h)，可以提供宽带接入（几十Mbit/s），覆盖范围一般在几公里之内。802.16
e具备后向兼容802.16d的能力，物理层主要采用OFDM、OFDMA技术。目前只对无线接口物理层和MAC层进行标准化，预计明年中完成;核心网部分标准化尚不明朗。其频谱可能包括现有的固定无线接入频段、WLAN频段或新划分许可频段；
WiMAX可能的应用包括:接入移动通信网、固定网无线宽带接入、单独组网。它与3G、B3G的不同在于:3G及其增强型技术强调无处不在(连续覆盖)、移动性和全业务(话音和数据)，数据速率较高；WiMAX提供的是热点覆盖、游牧式移动或有限移动，以数据业务为主，数据速率高;B3G则以蜂窝移动通信技术为主，多种无线技术集成应用，提供全业务，数据速率高、覆盖连续。
802.16的目标与3G、3G增强型及B3G有交叠，并在动态地变化，采用的关键技术也较接近。但从标准化程度、产品成熟度、市场应用和频谱情况等综合分析，3G及其增强型和B3G等蜂窝移动通信的主导地位难以撼动。总体上来讲，3G、WiMAX和B3G是满足不同速率和不同需求，在不同时间推出的技术，是互补和共存的。
国际上对WiMAX监管主要体现在频谱分配方面，目前只有韩国在2004年底发放了许可证，使用频段为2.3 GHz～2.4 GHz。
（3）RFID技术的发展
　RFID（无线射频识别技术）的理念是实现物与物的通信，它的发展经过了物品识别、跟踪记录、环境感知阶段，正向着物物通信和实时控制方向演进。
（4） 集通信技术
集通信是多个用户共用一组无线电信道的专用移动通信系统的技术，组内用户共享前向信道，支持组呼叫;它采用PTT方式，呼叫接续快，被叫不需摘机，适合调度类业务和专用系统。
相比过去的模拟集技术，数字集通信在系统性能、用户体验等方面有着模拟集不能比拟的优点。(1)数字集采用的大区制和蜂窝小区技术频率复用率高;(2)采用数字信令方式、语音编码、调制解调；频谱利用率高、抗无线信道衰落能力强;(3)在覆盖漫游范围、容量、保密性、业务种类（数据、短消息）等方面弥补了模拟集通信的种种不足。
数字集的基础技术包括:TDMA（GT800）、FDMA/CDMA（GoTa）和FHMA（跳频）等;运营方式分专网和共网两种，专网由某一单位独自建设、维护和使用，共网由运营商负责建
设和维护，多个单位通过VPN方式共同使用。共网运营将是数字集的发展方向。
（5） 手机视频业务与技术
手机视频业务的发展是电信与广播行业融合的起点之一，其基本工作模式有三种:
1）基本传播方式: 广播方式/蜂窝移动通信方式;
2）频带利用方式: 独占方式/共享方式;
3）信息选播方式: 选台方式/VOD方式。
（6） IPTV业务应用系统

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