无线通信

无线通信

摘要：论文主要介绍无线通信基础、无线通信的历史和无线通信历史上的一些重要任务和无线通信未来的发展趋势。

关键词：无线通信、信息、电信技术、移动通信

一、无线通信简介

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。

二、无线通信系统的简介

1、采用频分多址（Frequency Division Multiple Access）技术组建的模拟蜂窝网也被称为第一代（First Generation，下称1G）无线通信系统。

2、第二代无线通信系统：从2G开始，无线通信步入了纯数字时代。2G的另一个显著特点是，所有的标准都以商业利益为宗旨。目前，世界上大多数运营中的无线通信系统都是2G系统，其中60%的市场被欧洲标准占据。

3、第三代无线通信系统：为了满足不断增长的网络容量需求，数据速率亟待提高到能提供高速数据传输和多媒体应用的水平上来，于是3G标准出现了。3G系统基本上是2G的线性扩展，它们基于两种不同的骨干架构，一种基于电路交换，另一种则基于包交换。

4、第四代无线通信系统：在UMTS（W-CDMA）的基础上，诞生了HSPA（High Speed Packet Access）家族，它包括HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）和HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）。目前实现的HSDPA支持1.8、3.6、7.2和14.4Mbps的下行速率，而HSUPA则提供最高5.76Mbps的上行速率。采用了正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和多天线等新技术的系统则被称为后3G（Post 3G）、超3G（Beyond 3G或Super 3G），或4G 系统。

三、无线电通信的历史

自古以来，信息就如同物质和能量一样，是人类赖以生存和发展的基础资源之一。人类通信的历史可以追溯到远古时代，文字、信标、烽火及驿站等作为主要的通信方式，曾经延续了几千年。

无线电通信的发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始，至今不过170年。翻开厚厚的电信史册，沿着历史的脚步一路走来，在技术和市场需求的双重驱动下，仅有一百多年历史的电通信发生了翻天覆地的巨变，取得了令人惊叹的辉煌成就。

从最初的电报开始经过150多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家，工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。他们当中只有少数独立负责发明的人成了名，而大多数达到顶点的发明是许多个人的成果。

在苏联发射第一人造地球卫星Sputnik—1前12年，克拉克于1945年在“无线世界”中发表文章建议利用静止卫星实现世界范围的无线电覆盖。从此，卫星通信成为世界通信系统的非常重要的组成部分。

在苏联发射第一人造地球卫星Sputnik—1前12年，克拉克于1945年在“无线世界”中发表文章建议利用静止卫星实现世界范围的无线电覆盖。从此，卫星通信成为世界通信系统的非常重要的组成部分。

莫尔斯是电磁记录电报的发明者，是点划电报码的开发者，即称为莫尔斯码。1832年，在41岁的时候，莫尔斯完成了他的电报的设计，在1837年8月进行公开演示。

1876年3月10日贝尔在美国波斯顿宣布“瓦特森先生来了，我需要您”，组成第一个智能句子在电话线里传送，但贝尔是第一个获得发明专利的。

仅在两年后，1878年3月25日他做出了如下预测：“电话电缆可以铺在地下或架空，利用支线将私人住宅，乡村，商店，工厂等连接起来，通过主电缆和中心交换实现任何两个地方的直接通信是可能的。我相信，电话面对公众是必然的结果，不仅如此，我确信，在将来，电线将不同程度的电话公司的电话局连接起来，部分乡村的一个人能够与不同地方的人打电话”。

马克尼对电磁和赫兹波的应用特别感兴趣。1896年6月2日他申

请了他的第一个关于无线电的专利。马克尼是高度实践和企业化的人，他很快将他的发明商业化，并于1897年7月在伦敦建立它的第一个无线电报公司。

在1899年，他操纵发送跨英吉利海峡的无线电信号。1901年发送了跨大西洋（从英格兰的康沃尔到荷兰的信号山）的信号。

1907年，开通了大西洋彼岸的无线电业务，1909年他获得了诺贝尔物理奖。1920年在改进的马克尼公司演播室开始声音广播。在1924年，他发明了能提供世界范围通信业务的天波传输。

1887年赫兹验证了电磁波的存在。证明了麦克斯威尔的电磁场的论。赫兹的发现是无线电技术的基础，也是后来广播和电视的发展的基础。

伏特研究利用化学反应产生电。他发现第一个电荷，他是开发通信用电池的先驱。

特斯拉研究交流电和高频无线电波。在1899年他演示了不用导线传送电能的实验，并在美国克罗里达州建设一座发射台，它可以清楚地接收到1千里外的信号。他发明了两个电路间感应耦合系统。它得到了一百多项专利，例如电容器的制造，电导体的绝缘，频率表等。

下面介绍一下无线通信历史上的重大事件。

1873年麦克斯韦尔确定了像可见光一样的电磁波。

1887年赫兹演示了麦克斯韦尔预测的无线电波的存在。

1894年Sir Oliver Lodge 用粉末检波器检测无线电波并演示无线电波可以传送信号。

1895年马克尼开发一个发送和接收无线电信号的更实际的方法，但意大利当局无动于衷。

1896年马克尼在柏林演示了他的系统并申请了他的第一个专利。1898年在海军舰艇调动中首次使用无线电。

1899年在英国和法国之间首次国际无线电通信。

1899年从灯塔船首次发出遇险呼叫。

1901年首次实现康沃尔和纽芬兰之间的大西洋彼岸的通信。1902年首次人类语音的无线电发射。

1906年全世界采用“SOS”紧急遇险信号。首次利用无线电话进行广播实验。

1904年安布罗斯弗莱明发明了热电子管，改善了无线电接收机的特性。

1904年英国政府收取以回收管理成本为基础的频率执照费。1906年晶体被确定是一种好的无线电信号检波器。在19世纪20年代初期，由细心调整的晶体装置是接收早期广播的低价方式。1909年1700人被营救：马克尼无线电操作人员发送200个信号指导营救工作。

1912年700人从泰坦尼克号被营救—邮电大臣劳德萨穆尔说是通过马克尼先生以个人营救的。

1918年英国建立无线电报委员会开展协调避开干扰。

1920年第一个广告在柏林广播。

1922年马克尼公司建立伦敦广播电台—2LO—后来被英国广播公司接管。

1925年在匹兹堡的Westinghouse公司开展国际广播业务。

1925年John Logie Baird在Selfridges演示了电视。

1929年将英国与阿根廷，巴西，美国和加拿大连接起来的马克尼网络成为电缆和无线有限公司。

1932年英国皇家业务—BBC世界业务的先驱—从Daventry开始广播。1932年马克尼在梵蒂冈和罗马教皇办公驻地之间架设第一条微波电话链路。

1932年国际电报联盟（ITU）改为国际电信联盟，充分反映了他在无线电通信中的作用。

1936年BBC电视业务开始播出（但在大战中停止）。

1937年马克尼在意大利逝世：无线电台保持两分钟无线电静默。1947年ITU成为联合国的专门机构，建立国际频率登记委员会IFRB。1952年ITU开始技术合作活动。

1952年欧洲国家提出625行和50桢的单一电视标准的建议。

1953年由于洪水泛滥的原因，大不列颠无线电协会组成业余无线电应急网络。

1957年第一颗卫星—SPUNIC1—进入轨道。

1962年Telestar卫星可以跨越大西洋彼岸进行电视实况转播。

1963年世界第一颗对地静止轨道通信卫星Syncom—1发射成功。1966年从月球上进行图片实况转播。

1967年水上广播犯罪法使侵犯专利的电台像伦敦电台和卡罗琳电台做广告是非法的。

1967年BBC2采用彩色广播。

1971年世界第一次世界展览会和论坛在日内瓦举行。

1983年世界电信年。

1993年第一次世界无线电通信大会和全会在日内瓦举行。

四、无线通信未来的发展趋势

21世纪的电信技术正进入一个关键的转折时期、未来十年将是技术发展最为活跃的时期。信息化社会的到来以及IP技术的兴起，正深刻的改变着电信网络的面貌以及未来技术发展的走向。未来无线通信技术发展的主要趋势是宽带化、分组化、综合经、个人化、主要特点体现为以上几个方面：

（一）宽带化是通信信息技术发展的重要方向之一。随着光纤传输技术以及高通透量网络节点的进一步发展，有线网络的宽带化正在世界范围内全面展开，而无线通信技术也正在朝着无线接入宽带化的方向演进，无线传输速率将从第二代系统的9.6Kbit/s向第三代移动通信系统的最高速率2Mbit/s发展。

（二）核心网络综合化，接入网络多样化。未来信息网络的结构模式将向核心网/接入网转变，网络的分组化和宽带化，使在同一核心网络上综合传送多种业务信息成为可能，网络的综合化以及管制的逐步开放和市场竞争的需要，将进一步推动传统的电信网络与新兴的计算机网络的融合。接入网是通信信息网络中最具开发潜力的部分，未来网络可通过固定接入、移动蜂窝接入、无线本地环路入等不同的接入设备，接入核心网实现用户所需的各种业务。在技术上实现固定和移动通信等不同业务的相互融合，尤其是无线应用协

议（WAP）的问世，将极大地推动无线数据业务的开展，进一步促进移动业务与IP业务的融合。

（三）信息个人化是下世纪初信息业进一步发展的主要方向之一。而移动IP正是实现未来信息个人化的重要技术手段，在手机上实现

各种IP应用以及移动IP技术正逐步成为人们关注的焦点之一。移动智能网技术与IP技术的组合将进一步推动全球个人通信的趋势。

（四）移动通信网络结构正在经历一场深刻的变革，随着网络中数据业务量主导地位的形成，现有电路交换网络向IP网络过渡的趋势已不可阻挡，IP技术将成为未来网络的核心关键技术，IP协议将成为电信网的主导通信协议。随着移动通信通用分组无线业务（GPRS）的引入，用户将在端到端分组传输模式下发送和接收数据，打破传统的数据接入接式。以IP为基础组网，开始了移动骨干网IP应用的实践。在未来的移动通信中，用户将可以在任何地点、任何时间以任何方式接入网络；移动终端的类型不再限于手机，且用户可以自由地选择业务、应用和网络，还可实现非常先进的移动电子商务。最后，系统和业务的可扩展性也将大大提高。

从技术层面上看，未来移动通信中的关键技术包括：智能天线、空时编码（Space Time Coding）、多输入多输出（Multiple-Input and Multiple-Output）和软件无线电。

智能天线的主要任务是实现基于空分多址（Space Division Multiple Access）的自适应天线。空时编码是指对发送符号进行联合编码，然后再多个天线上同时发送，从而实现接收段的有效分集合

并，以提高系统的可靠性。多输入多输出同样也是为了提高系统的可靠性，增加分集增益，它还可以提高系统的传输容量。最后，软件无线电可以解决通信产品更新换代越来越快、产品生存周期越来越短、对多种通信体制之间的互连和对移动终端的兼容性要求日益迫切的问题，它通过研制一种基本的可编程硬件平台，将无线通信新体制、新系统和新产品的研制和开发从以硬件为主转移到以软件为主。

无线移动通信最基本和最主要的一种是利用蜂窝网方式。它避免了一个城市使用大功率无线电发射台、覆盖直径40km面积的旧设想，而把一个城市按蜂窝网形状划分为若干互相靠近的六角形区，每区图形半径可以小于1km.在这样的蜂窝区的中心设立无线电基台BS，发射功率较小，可与区内所有移动终端MS或个人随身携带的手机随时取得联系。当某一MS从一区移动至邻近区，就改与邻近区的BS联系，称这种“交接”为“越区切换”。某区BS使用的波长与邻近区BS的波长不同，但与隔一、二区的波长可以相同，称为“频率再利用”，不会引起干扰，这是蜂窝网的优点，节约利用无线电频谱资源。80

年代初期，蜂窝网移动通信开始商用，那时使用模拟电话，由于集成电路进步快，又由于话音编码和数字通信技术研制都很成功。到了80年代下半期，蜂窝网发展至数字式，称为第二代ZG。在过渡时期移动手机可以双模运用，既可用于模拟电话，又可用于数字电话。那时欧洲有标准组织GMS，后来在900MHz频谱普遍运用的第二代称为GSM。在开始时数字式移动电话利用“时分多址”TDMA。90年代中期，

又出现“码分多址”CDMA，也在90年代中期，美国指定1850－1990MHz 的 14OMHz宽度的频谱，供“个人通信业务” PCS使用，这些都一直持续至90年代后期，保持不断的发展势头。

正在2G系统技术持续蓬勃发展的时期，国际上开始议论第三代移动通信3G的前景，既要尽量采用可预见的先进技术，又要照顾现已装置的系统设备，再要订定全世界都认可的标准，普遍称为

IMT-2000,设备采用2000MHz频谱，于2000年起开始试用。这种3G 系统不仅保持移动电话，还要十分重视开展数据通信，使无线系统和有线通信网一样重视数据传输，包括Internet/互联网规约IP和宽带业务，以至数据速率为2Mb/s的多媒体通信。国际标准组织已经评审各国提交的无线电传输方案，包括我国的方案，有频分双工FDD CDMA、TDMA,还有时分双工TDD的CDMA。总是没法使无线通信在性能、成本和容量等方面都显出优势。

在无线数字式移动通信，为了充分节约利用频谱，话音编码技术非常重要。这与有线通信大不相同，有线数字电话利用脉码调制PCM, 每路电话64kb/s，或自适应脉码调制AD－PCM,每路32kb/s，对通信网络容量没有困难。无线通信的话音编码，从早期的“线性预测编码”,至80年代开始的“码激励线性预测”，每路话音的数字速率降至 5~13kb/s。同时，在编码过程中还要考虑克服无线电波传播过程引起损害和背景噪音，保证通话质量。到了3G系统，还要考虑多媒体通信所需的音频和视频的编码技术，既节约频谱、又保证通信质量。

无线移动通信网有时为了公共安全的原因，需要相当精确地测定某一移动终端或个人在某一时间移动至地理上的位置，称为定位技术。现在已有一种独立的手持机能够附带设备，利用全球定位系统，在室外测定移动个人自己的位置。将来进入3G时代，个人移动无线手机本身可能附有定位功能，它在得到网的协助下进行定位工作，不必另外携带独立的GPS手持机。就是说，新式的移动通信手机附装协助的AGPS, 测定自己在室外，甚至室内的地理位置。通信手机于需要时由网提供情况，不必由通信手机本身连续跟踪GPS卫星。

蜂窝网3G系统向未来的分组交换有线网看齐，着重于提供尽量高速率的数据通信。蜂窝网也要提供不对称数字传输。象有线网的不对称数字用户线ADSL那样，无线电基台至用户的方向提供较高速率的数据传输。有线网是在交换局设置多载波离散多音调装备，而无线网是在基台设置多载波正交频分多路装备，这对于移动用户接上Internet索取大量信息时非常需要。

结语：无线通信与我们的生活息息相关。回顾无线通信的历史，我们看到了科技的发展与进步。展望无线通信的未来，我们充满了憧憬与希望。

参考文献：

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[7] 新浪博客