无线通信技术与产业发展

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【摘要】随着经济高速发展，我国电子产业水平不断进步，无线通信已成为电信行业中最大的产业之一，同时也必将是我国外来发展的重点。目前无线通信不仅应用到了各行各业，还全面渗透到了每个家庭、每个人的生活中。个人无线设备快速普及，无线通信使用率爆炸式增长，充分展示出无线通信在当今社会的巨大价值，也显示出其未来发展的光明前景。本文首先简单介绍无线通信的概念、原理与发展历程；随后详细分析无线通信的特点与优势，阐述其发展现状及产业水平；最后，思考无线通信发展规律，并对其未来发展趋势做出展望。

【关键词】无线通信；发展历程；产业；发展趋势

1无线通信技术

1.1原理与发展历程

无线通信是近些年通信领域中发展最快、应用最广的通信方式，其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。移动通信是在移动中实现的无线通信。人们把这两者合成为无线移动通信。无线通信的工作原理是将信号发射、接收、处理、传输。以手机为例，两部手机进行无线通信时，其中一部将无线信号发射出去，基站接收信号并进行处理，传输给另一基站，另一基站将信号处理后再以电磁波形式发出，另一部手机接收基站发出的电磁波信号，实现无线通信。此外，在无线传输过程中还要进行加密处理，保证信息安全。前工业化时期出现了闪光镜、火炬等原始的无线通信方式。1838年，塞缪尔•莫尔斯发明电报网，替代了这些原始通信网。接着电话发明，取代了电报。直到1895年，马可尼首次从英国怀特岛到30km之外的一条拖船之间成功进行了无线传输，现代意义下的无线通信从此诞生。20世纪70年代，人们开始研究无线网。到了20世纪80年代，伴随以太局域网的飞速发展，无线网凭借着不用架线，灵活性强的优势弥补有线网的不足，取得了市场的认可，成为了有线网的一种补充。近现代无线通信技术高速发展的过程中，随着传播距离越来越远，通信质量越来越高，体积、功耗越来越小，价格越来越低廉，使公网和专网的无线通信、无线电视、无线网络等成为现实，无线通信真正融入了每个人的生活。

1.2与有线通信的对比

尽管近年来更为先进的无线通信技术发展迅速，无线通信依然无法取代传统的有线通信。目前，依然有众多有线通信设备存在于通信设备市场。例如我们正使用的宽带，现今市场仍分无线网络和有线网络。这是因为有线通信传输数据更加稳定、快速、安全，可传输的信息量更大。电子计算机的出现使整个人类社会发生了翻天覆地的变化，引发产业变革和技术变革的同时，也推动了通信技术的长足发展。但就目前看来，电子计算机工作时连接有线网络的信号交换律远高于无线网络。一方面是因为电子计算机只有安装无线网卡才能实现无线网络传输。另一方面是在运行网页或进行网络游戏的时候，会产生很大的数据流量，有线网络的数据传递速度远远高于无线网络，且前者的稳定性也优于后者。

2无线通信产业

当今无线通信已广泛应用于人们生活的方方面面。手机、PC、可穿戴设备、智能家居等都至少具有一种或多种无线通信能力。每种通信功能都需要一支或几支天线，而如移动电话等无线通讯设备往往需要大量基站建立支持。因此随着无线通信在生活中的普及，相关产业也蓬勃发展。

2.1天线产业

通常，智能手机需要2G、3G、4G天线，WiFi、蓝牙天线，GPS天线，NFC天线和无线充电天线等；移动PC至少需要WiFi、蓝牙天线，一些平板电脑还会配置GPS天线；智能手表普遍配有蓝牙天线和GPS天线；智能家居设备通常配有WiFi天线或者ZigBee天线。据预测到2020年，全球物联网设备数量将增加至208亿个，天线市场规模有望突破1000亿。

2.2智能设备产业

在智能手机方面，主流研究机构对智能机出货量预测趋于一致，到2020年将稳定在18亿部左右。在PC方面，据统计和预测，全球PC市场已趋于稳定，2016~2020年将维持在5亿部左右，其中具备无线通信功能（WiFi、蓝牙等）的笔记本电脑和平板电脑的出货量维持在4亿部左右。在可穿戴智能设备方面，到2020年出货量将达到2亿部，CARG约为20%。在智能家居方面，多家大公司推出相关产品应用，例如苹果公司构建的HomeKit智能家居平台，通过与飞利浦等厂商合作来提供智能灯泡产品。谷歌和亚马逊分别推出了智能音箱设备。三星通过打造SmartThings智能家居物联网平台，为用户提供室内灯光、运动、温度、湿度等多种传感器设备。据统计，在智能家居方面，2015年全球智能家居市场将以60%的年符合率增长，销量达到4700万台。预计到2020年其销售量将达到4.77亿台。

3现状与未来

3.1现状发展

移动通信方面，已经广泛普及4G（LTE）相对前代已表现出很大的先进性。LTE应用OFDM技术、MIMO技术、高阶调制技术，降低了时延、提高了传输速率、提高了信道利用率。不仅提升了用户对于移动通信的体验，还能够为运营商们带来更大的技术优势和成本优势。4G广泛应用的同时，5G的研究与商业化也在有条不紊地进行中。5G商用时间基本上可以划分为三个阶段：第一阶段，到2015年底对于5G完成宏观描述；第二阶段，2016~2017年底进行技术准备；第三阶段，各国和国际组织从2017年底开始向ITU提交候选技术，同时力争达成一致。正式的商用5G标准将于2020年底由ITU。至此，5G技术将正式投入商用。蓝牙技术是以现代化无线通信技术为基础的，适用于短距离的无线通信。其利用语音和无线数据为载体实现短距离无线通信，主要服务于移动及固定的终端设备。蓝牙技术能为用户提供信息和数据传输服务，其频段为2.4GHz，传输速率约1Mbps，无遮挡最大传输距离约10m，是短距离无线传输数据的极佳选择。无线宽带技术近年蓬勃发展，目前的无线宽带接入方式主要有四种：①微波宽带接入技术。微波宽带的工作频段大约是28GHz，其利用蜂窝式的网络布局降低传输距离损耗，进而降低无线信号发射功率，能为用户提供近距离双线数据、图像、语言等传输服务。②卫星接入技术。该技术具有互联网高速接入、数据包快速分发能力，并且稳定性强，多被应用于金融行业、房地产及教育等领域。③红外光通信接入。该技术使用光学仪器进行无线信号的发射和接收，理论上能够实现高达3~621Mbps的数据传输速度。由于红外线的传播特点，红外光通信传输距离可达上百米，且不会干扰其他通信系统。在中距离大数据流传输方面其优势极为凸显。④多点微波接入技术。该技术工作频段仅限于5.8GHz，2.5Ghz和3.5GHz三种低频段，这也就决定了其应用范围较小。

3.2未来发展趋势

无线通信技术作为通信基础技术，在未来一定有巨大的发展空间和潜力。就现有的无线技术发展来看，我认为未来无线通信将有以下发展趋势：蓝牙网格聚合。目前市场上有许多产品都用到蓝牙技术。现今蓝牙连接了82亿个设备；据ABIResearch研究显示，2021年预计会有60%的设备使用蓝牙。因此蓝牙技术的更新是广泛需求背景下的必然结果。蓝牙从经典的“一对一”通信模式发展到“一对多”广播模式，未来将出现“多对多”通信模式，应用于大型联网服务，如资产跟踪、家居和楼宇自动化、照明、信标和智能计量等等。“多对多”模式的“蓝牙网”中所有设备路由通信，因此该模式具有通信范围更广、自我修复力强、可靠性高、扩展性大等传统蓝牙模式所不具有的优势。目前对“蓝牙网”的研究正在进行中。短距离定向通信普及。未来短距离定向通信在辅助蓝牙配对方面会有较大价值。蓝牙设备的普及是当今市场发展的趋势。当人们在生活中大量使用蓝牙设备的时候，传统的人工检索配对方式就会变得低效甚至不便。此时，如果使用短距离定向通信，使两设备快速锁定彼此并进行简单的口令互换，就能大大缩短整个人工蓝牙配对过程所需时间。可以使用的方式有近距离无线通信（NFC），红外线通信等，未来还可能将可视波通信投入应用。日本索尼公司于2017年9月的蓝牙耳机wi-1000x使用了NFC配对功能，大大简化了传统蓝牙配对操作。相信未来短距离定向通信辅助蓝牙配对将会更加普及。此外，因其定向性，短距离定向通信相对传统辐射式信号有更好的安全性，未来可用于家庭与单位网络架设等。

4总结

回望无线通信从诞生，到发展，再到壮大，它的潜力被一步步挖掘，优势被一步步强化。无线通信拥有架设灵活，不受地形障碍等有线通信无法企及的优势，但其信息安全性和信息传递稳定方面无线通信还是远比不上有线通信。随着科技进步，无线通信相关产业也快速发展，其中天线产业与智能设备产业一直呈增长趋势。目前，无线宽带、蓝牙、移动通信等无线通信方式已经得到广泛应用，并且各自都处在不断进步、完善的过程中。在未来，各种无线通信方式在不断强化自身优势的同时，也可以通过互连融合来弥补各自的不足，形成一个聚合网络，真正实现“一网行天下”。

参考文献

[1]周怡頲，凌志浩，吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表，2005，26（6）：5~9.

[2]张方奎，张春业.短距离无线通信技术及其融合发展研究[J].电测与仪表，2007，44（10）：48~52.

作者：黄俊恺 单位：山东省青岛第二中学