電信

電信是一個(gè)用來(lái)表示許多事物的術(shù)語(yǔ)。前綴，tel，表示遙遠(yuǎn)，遙遠(yuǎn)，遙遠(yuǎn)。因此，電信一詞是指長(zhǎng)距離通信的過(guò)程。就我們的目的而言，我們指的是電子通信（從技術(shù)上講，煙霧信號(hào)和信鴿也可以歸類(lèi)為電信模式）。較早的電信教科書(shū)將它們描述為通過(guò)有線進(jìn)行的通信。在某種程度上，今天仍然如此，但是大量的通信是通過(guò)光纖以及通過(guò)RF和微波信號(hào)（通過(guò)傳輸線輻射或傳導(dǎo)的）來(lái)進(jìn)行的。本節(jié)將電信視為通信的發(fā)送和接收。通過(guò)輻射的微波信號(hào)在各種距離上獲取信息，特別是被稱(chēng)為無(wú)線的應(yīng)用，包括移動(dòng)電話和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。  

手機(jī)（手機(jī)）

移動(dòng)電話起源于1940年代后期，但由于成本高和頻率分配有限而未能得到廣泛使用。在1970年代，當(dāng)將800到900 MHz頻段分配給移動(dòng)通信時(shí)，消除了最后一個(gè)限制，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，隨著用戶(hù)的使用，移動(dòng)通信系統(tǒng)（即蜂窩電話）的成本已大大降低。在功能和性能方面經(jīng)歷了革命性的進(jìn)步。

圖7蜂窩電話系統(tǒng)。

最好將基本的蜂窩概念描述為一組自動(dòng)切換的中繼站。人口稠密的區(qū)域分為許多稱(chēng)為細(xì)胞的小區(qū)域。這些信元鏈接到一個(gè)稱(chēng)為移動(dòng)電話交換局（MTSO）的中心位置，該位置協(xié)調(diào)所有傳入呼叫。除了協(xié)調(diào)蜂窩站點(diǎn)之間的呼叫外，MTSO還生成時(shí)間和計(jì)費(fèi)信息。蜂窩系統(tǒng)的示意圖如圖7所示。。每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)區(qū)域特定部分的發(fā)射器/接收器組合。MTSO是主要模塊，是系統(tǒng)的控制區(qū)域。它是將呼叫者連接到呼叫者試圖聯(lián)系的一方的單元。如果呼叫者正在移動(dòng)（例如在汽車(chē)中），則MTSO會(huì)感測(cè)到正在使用的信號(hào)的級(jí)別，并自動(dòng)將呼叫切換到適當(dāng)?shù)男^(qū)，從而以最佳的清晰度完成傳輸。中心局提供的功能與常規(guī)電話系統(tǒng)中的中心局相同，也就是說(shuō)，它提供了一部電話與另一部電話之間的連接。

圖8蜂窩電話塔。

小區(qū)位置實(shí)際上是特殊的發(fā)送器/接收器組合。由于它僅覆蓋較小的地理區(qū)域，因此該設(shè)備的功率相對(duì)較低。由于功率足夠低，因此不會(huì)發(fā)生干擾，因此這允許其他小區(qū)以相同的頻率工作。此功能非常重要，因?yàn)槿绻皇且驗(yàn)槊總€(gè)單元的低功耗要求，區(qū)域中的許多單元將相互干擾。因此，在一個(gè)地理區(qū)域中可以存在許多小區(qū)，所有小區(qū)以相同的頻率工作并且很好地共存。圖8 顯示了一個(gè)蜂窩電話站點(diǎn)。

分配給蜂窩電話服務(wù)的800至900 MHz頻帶范圍為825至845和870至890 MHz。對(duì)于蜂窩電話，低端（825至845 MHz）用于發(fā)送，而高端（870至890 MHz）用于接收。在基本單元（小區(qū)站點(diǎn)）上，頻率相反。這種方法是合乎邏輯的，因?yàn)殡娫挼陌l(fā)送方是手機(jī)的接收方，反之亦然。在分配的頻段內(nèi)，分配了666個(gè)單獨(dú)的通道用于語(yǔ)音和控制，每個(gè)頻段333個(gè)。每個(gè)通道的帶寬為30 kHz。撥打蜂窩電話的人輸入本地七位數(shù)字或長(zhǎng)途10位數(shù)字。然后，呼叫者按下發(fā)送按鈕，該按鈕將數(shù)據(jù)發(fā)送到通道。數(shù)據(jù)會(huì)從小區(qū)站點(diǎn)發(fā)送到帶有站點(diǎn)站點(diǎn)的標(biāo)識(shí)號(hào)的MTSO。一旦MTSO檢測(cè)到蜂窩電話在正確的信道上，就將呼叫發(fā)送到中心辦公室，然后再發(fā)送到“被叫方”電話。這似乎很耗時(shí)，但是可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。當(dāng)蜂窩電話的信號(hào)強(qiáng)度由于移動(dòng)距離而降低時(shí)，MTSO會(huì)搜索這些單元以找到強(qiáng)度最大的單元，并自動(dòng)切換對(duì)話。此過(guò)程稱(chēng)為切換，用戶(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)看到或什至不知道。當(dāng)蜂窩電話的信號(hào)強(qiáng)度由于移動(dòng)距離而降低時(shí)，MTSO會(huì)搜索這些單元以找到強(qiáng)度最大的單元，并自動(dòng)切換對(duì)話。此過(guò)程稱(chēng)為切換，用戶(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)看到或什至不知道。當(dāng)蜂窩電話的信號(hào)強(qiáng)度由于移動(dòng)距離而降低時(shí)，MTSO會(huì)搜索這些單元以找到強(qiáng)度最大的單元，并自動(dòng)切換對(duì)話。此過(guò)程稱(chēng)為切換，用戶(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)看到或什至不知道。

大多數(shù)蜂窩電話都在最初注冊(cè)電話的本地使用。當(dāng)需要在所選區(qū)域之外操作電話時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采用一種稱(chēng)為漫游的方案。僅當(dāng)您所在的區(qū)域具有蜂窩服務(wù)并且在電話公司及其用戶(hù)之間達(dá)成協(xié)議時(shí)，才可以進(jìn)行漫游。該國(guó)許多地區(qū)都具有漫游能力，因此大大擴(kuò)展了蜂窩系統(tǒng)的范圍。對(duì)于那些經(jīng)常去該國(guó)不同地區(qū)的人來(lái)說(shuō)，漫游是一個(gè)方便的功能。

最早使用模擬的手機(jī)將語(yǔ)音信號(hào)模擬調(diào)制到射頻載波上。這被稱(chēng)為第一代蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)，即1G，奠定了我們今天所處的基礎(chǔ)。1G被提供了基本的多用戶(hù)無(wú)線功能，但它受到限制。因?yàn)樗悄M的，所以每個(gè)30 KHz通道僅支持一個(gè)用戶(hù)，并且只能支持語(yǔ)音通信。

在1990年代初期，引入了帶有第二代蜂窩電話（2G）的電話。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)或GSM使用數(shù)字調(diào)制來(lái)改善語(yǔ)音質(zhì)量，但是網(wǎng)絡(luò)僅提供有限的數(shù)據(jù)服務(wù)。時(shí)域多址訪問(wèn)（TDMA）可在每個(gè)通道上啟用多個(gè)用戶(hù)，但要求通道（保護(hù)帶）之間的頻率間隔較大，以減少干擾。在1990年代后期引入了中間階段2.5G。它使用通用分組無(wú)線服務(wù)（GPRS）標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將分組交換數(shù)據(jù)功能提供給現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，從而使用戶(hù)可以將圖形豐富的數(shù)據(jù)作為分組發(fā)送。GSM演進(jìn)增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率（EDGE）網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)字移動(dòng)電話技術(shù)，可作為GSM的向后兼容擴(kuò)展，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，是2.5G移動(dòng)技術(shù)的一個(gè)示例。

圖9 5G革命。

3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)于2001年推出。它以碼分多路復(fù)用（CDMA）為基礎(chǔ)，是移動(dòng)音頻，圖形和視頻應(yīng)用程序的推動(dòng)者。CDMA開(kāi)放了整個(gè)帶寬，允許多個(gè)用戶(hù)共享相同的頻率并同時(shí)進(jìn)行通信。此外，它建立了一個(gè)單一的全球網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議具有對(duì)各種設(shè)備的兼容性，并且可以從任何位置訪問(wèn)Internet。通用移動(dòng)電信服務(wù)（UMTS）是一種3G寬帶，基于分組的文本，數(shù)字語(yǔ)音，視頻和多媒體傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)每秒2兆比特（Mbps）。

4G于2009年推出，提供的傳輸速率是3G的10倍或更高。它根據(jù)應(yīng)用程序?qū)α髁窟M(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，并動(dòng)態(tài)調(diào)整資源以?xún)?yōu)化需求。GSM使用TDMA，3G使用CDMA，而4G使用正交頻分多址（OFDMA）。正交頻分復(fù)用將串行數(shù)據(jù)流分成幾個(gè)并行流，這些流通過(guò)單獨(dú)的緊密間隔的窄帶通道傳輸。這具有在不犧牲吞吐量的情況下減少干擾和串?dāng)_的效果。長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）是基于TCP / IP聯(lián)網(wǎng)方案的采用IP地址的4G實(shí)例。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址。LTE標(biāo)準(zhǔn)是由第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）創(chuàng)建的，并已被全球大多數(shù)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商采用。   

5G LTE有望在無(wú)線通信技術(shù)方面進(jìn)行一場(chǎng)革命，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的大規(guī)模實(shí)施。它將現(xiàn)有批準(zhǔn)的RF頻譜擴(kuò)展到mmw區(qū)域，為更多的用戶(hù)提供了更高的帶寬，更高的速度和更低的延遲，從而為智能家居，城市和基礎(chǔ)設(shè)施，虛擬現(xiàn)實(shí)和自動(dòng)交通開(kāi)辟了新的應(yīng)用（參見(jiàn)圖9）。尚未確定5G發(fā)展的確切日期，但是許多公司和組織都有自己的時(shí)間表。初始5G標(biāo)準(zhǔn)于3GPP于2017年12月批準(zhǔn)。

局域網(wǎng)絡(luò)

了解無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）首先需要了解其前身局域網(wǎng)（LAN）。在無(wú)線之前，有有線局域網(wǎng)。這是一組計(jì)算機(jī)和關(guān)聯(lián)的設(shè)備，它們共享一條通常為同軸電纜的公共通信線。這些網(wǎng)絡(luò)跨越相對(duì)較短的區(qū)域，例如單個(gè)建筑物或建筑物組。局域網(wǎng)可以通過(guò)電話線更遠(yuǎn)地連接到其他局域網(wǎng)。這極大地增加了覆蓋范圍，并提供了更大的靈活性以及與單個(gè)建筑物或建筑物組之外的位置進(jìn)行通信的能力。

WLAN是LAN的下一代。這是一種靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)為有線LAN的擴(kuò)展或替代。WLAN并不是典型LAN的替代品，而是一種增強(qiáng)功能。許多人已經(jīng)采用WLAN來(lái)提高移動(dòng)性。安裝速度是另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又具有安裝靈活性，即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以連接到電線無(wú)法連接的地方。盡管初始成本可能更高，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期成本收益要好得多。受益于WLAN的人員包括：醫(yī)院的醫(yī)療人員，他們使用手持式設(shè)備即時(shí)獲取信息；大學(xué)校園的學(xué)生和教授可以訪問(wèn)信息以滿(mǎn)足各種需求；公司的培訓(xùn)人員可以在研討會(huì)和短期課程中交換信息，

大多數(shù)WLAN使用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高安全性。所使用的兩種方法是跳頻擴(kuò)頻（FHSS）和直接序列擴(kuò)頻（DSSS）。跳頻采用的載波會(huì)按照由隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器確定的模式改變頻率。該模式僅對(duì)于發(fā)射器和預(yù)期的接收器是已知的。直接序列方案為要傳輸?shù)拿總€(gè)位（稱(chēng)為芯片）生成冗余位模式。芯片越長(zhǎng)，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的可能性就越大。

聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）已批準(zhǔn)WLAN的特定頻段。它們是902至928 MHz，2.4至2.483、5.15至5.35和5.725至5.875 GHz。WLAN受某些標(biāo)準(zhǔn)約束。電氣和電子工程學(xué)院（IEEE）有一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)，即802.11。此標(biāo)準(zhǔn)有不同級(jí)別，例如802.11（在2.4 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達(dá)2 Mbps），802.11a（在5 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達(dá)54 Mbps），802.11b（在2.4 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達(dá)11 Mbps）頻段）和802.11g（2.4 GHz頻段的數(shù)據(jù)高達(dá)54 Mbps）。802.11n通過(guò)利用多個(gè)無(wú)線信號(hào)和天線（即多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)）在802.11g上改進(jìn)了支持的帶寬量。最新一代的802.11ac利用雙頻無(wú)線技術(shù)，支持在2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi頻段上同時(shí)連接。802.11ac向后兼容802.11b / g / n，在5 GHz頻段上的帶寬額定高達(dá)1300 Mbps，在2.4 GHz上的帶寬高達(dá)450 Mbps。

藍(lán)牙

廣泛使用的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是藍(lán)牙。這是哈拉爾藍(lán)牙誰(shuí)是丹麥的國(guó)王在晚10點(diǎn)以后命名日世紀(jì)。他將丹麥和挪威的一部分統(tǒng)一為一個(gè)王國(guó)，然后將基督教引入丹麥。無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)使用此名稱(chēng)的選擇表明了波羅的海地區(qū)的公司對(duì)通信行業(yè)的重要性。藍(lán)牙工作在2.4 GHz頻段，該頻段已被國(guó)際協(xié)議擱置，用于工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）領(lǐng)域。在美國(guó)和歐洲，頻率范圍為2.400至2.483.5 GHz，具有79個(gè)1 MHz通道（實(shí)際上使用的范圍為2.402至2.480 GHz）。在日本，使用的23個(gè)1 MHz信道的頻率范圍為2.472至2.479 GHz。它提供了一種使各種設(shè)備在大約10 m范圍內(nèi)彼此通信的方法。

藍(lán)牙提供了通用的短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可在全球范圍內(nèi)用于無(wú)執(zhí)照的低功耗使用。例如，如果兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間的距離不超過(guò)10 m，則它們最多可以共享720 Kbps的容量。藍(lán)牙可以傳輸數(shù)據(jù)，音頻，圖形和視頻。應(yīng)用包括耳機(jī)，無(wú)繩電話，家庭立體聲和數(shù)字MP3播放器。從無(wú)線耳機(jī)到手機(jī)的通話，消除計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間的電纜連接，將MP3設(shè)備連接到其他用于下載音樂(lè)的機(jī)器，家用電器的監(jiān)控系統(tǒng)以及控制裝置，可能的或目前正在運(yùn)行的某些事情許多家用電器。微微網(wǎng)是一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)，其中八個(gè)設(shè)備在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行通信。

無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)前的無(wú)線技術(shù)分為三類(lèi)：紅外（IR），其波長(zhǎng)從770 nm到更高，擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)和窄帶微波系統(tǒng)。紅外應(yīng)用的范圍相當(dāng)有限，因?yàn)樗鼈兩婕盁o(wú)法穿透不透明壁的紅外光。因此，IR通信僅在單個(gè)房間內(nèi)是可行的。擴(kuò)頻系統(tǒng)僅在ISM頻段內(nèi)運(yùn)行。在這些頻段內(nèi)，不需要FCC許可證。窄帶微波WLAN不使用擴(kuò)頻技術(shù)，并且在ISM頻帶以外的頻帶中使用時(shí)，它需要FCC許可證。除WLAN外，窄帶微波的應(yīng)用還包括陸地移動(dòng)無(wú)線電和無(wú)線回程。

紅外技術(shù)參數(shù)和特性如表1所示。分別顯示了散射紅外（使用光源，如發(fā)光二極管（LED），將光的傳播分布在一個(gè)區(qū)域上）和直接光束紅外（使用更聚焦的光束）的參數(shù)。擴(kuò)頻又分為跳頻和直接序列（見(jiàn)表2）。窄帶微波示于表3。