无线通信技术及应用探究

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【摘要】为了解决有线通信技术灵活性差、成本高的先天缺陷，更为灵活的无线通信技术得到了关注，并且通过一个多世纪的发展，无线通信技术大有取代有线通信的趋势。无线通信技术是不借助数据线等实体传输媒介实现数据传输的技术，并且已在数据传输方面得到了广泛的应用，如蓝牙技术、微波通信等。本文概述了无线通信的原理及其与有线通信的差异，并重点总结了若干种无线通信技术的特点，最后对无线通信的局限性及其未来发展趋势做了概述。

【关键词】无线通信；电磁波；蓝牙

1引言

从人类文明诞生起，信息的传递就是一项十分重要的社会活动，无线通信的起源可追溯到数千年以前，人们在战争时通过烽火等形式传播信息就可以说是原始意义上的无线通信。1895年，马可尼发明了无线电报，标志着现代无线通信技术的诞生。由于无线通信相比于有线通信的种种优点，在近代无线通信便被应用于战争等方面。在现代，因为网络的普及科学技术探索领域的扩展，无线通信技术又得到了进一步的发展。不仅其频段和带宽得到了扩展，而且其安全性也得到了极大地提升。如今，无线通信技术不仅与我们的生活密切结合，如4G网络、3S技术、蓝牙技术等，而且也深刻地促进着科学技术的进步，如利用无线通信促进航空航天技术的发展、实现深海探测、建立全球定位导航系统等，都是无线通信在生产生活中典型的应用。

2无线通信概述

2.1无线通信的原理概述

无线通信技术就是不借助网线等有限媒介来实现数据的传送与接收的技术。其主要通过电磁波来传输数据。一般来说，无线通信系统主要由三部分组成，以简单的电话通信为例，分别是发信器、天线（包括馈线）、收信器。其中，发信器主要的功能是将音频信号通过音频放大、调制、变频、放大等程序变为射频载波信号并将其传至天线。音频信号要先通过调制成为高频的已调载波信号，再通过变频成为射频载波信号，另外，为了实现远距离的传输，就必须要增加信号所具有的能量，放大电路可以完成这一任务。天线则把电信号转化为电磁波或者进行该过程的逆变换，其实在本质上，天线就相当于一种能量转化器，它通过电场的不断变化产生不断变化的磁场，而不断变化的磁场又激发出不断变化的电场，依此类推，实现了电场能量和磁场能量的转换，从而实现电磁波的产生和传播，并且由于射频载波信号频率较高，所以其激发出的磁场和随之产生的电场的变化也较快，使电磁波快速地传播开来，提高了传输速度。收信器在收到天线传来的射频载波信号后首先要进行放大并去掉无用的信号，同时滤波可以去掉一些噪声，但是由于射频载波信号本身并不带有信息，其只能传播信息，所以要将其传播的信息分离出来，这就是解调。通过解调，可得到原始的音频信号。再经过放大输出，就实现了无线通信。

2.2无线通信的特点

无线通信相比于有线通信，其建设的成本低、灵活性强，适合在恶劣的环境下使用，在网络扩展时较为方便，并且网络出现故障时的维修相对简单。然而，无线通信也有一些不足。无线通信与有线通信相比，首先是其稳定性较差，随着距离的增加，无线通信可能会变得不稳定；其次是可靠性，无线通信的电磁波可以被“捕获”，并且可以被破解，使用户的信息发生泄漏；最后便是速度，无线网络发展至今其网速已有了极大的提升，但仍较有线网络有一定的差距。

3无线通信分类及应用

3.1短距离的无线通信技术

短距离的无线通信技术主要指应用于百米以内的无线通信技术，解决了短距离的数据交换问题，其包括蓝牙、NFC、Zigbee等，这三个技术各有优缺点。NFC即近距离通信技术，是三者中应用距离最短的，其传输距离在10cm以内，由于其应用成本低且较为便捷，目前已应用于手机支付、电子票识别等。蓝牙技术的通信距离在10~100m之间，是对语音和数据进行短距离传播的技术，目前主要应用于电子设备短距离通信中（包括数据、语音的传输）。在短距离通信中蓝牙技术有很多优点，首先其应用灵活便利，当今蓝牙技术的收发器尺寸小，可方便地携带或插入设备中。其次，其耗能少，其缩短了开启和建立连接的时间并发送较短的数据包，增长了待机时间。最后，其实现了同一信道由多个用户共享，可建立个人的网络，克服了点对点连接带来的不便。但是，蓝牙技术也有不足，首先，芯片制造成本相对较高并且有时芯片太大，难以应用在小型耳机等小型电子设备中。其次，由于蓝牙技术使用和微波炉等在同一频率范围的电磁波，因此其易受同一频率范围中其它电磁波的干扰，且对人体有较大的安全隐患。为了弥补蓝牙技术的不足，就必须使用另一种技术，那就是Zigbee技术，其传输速率虽不及蓝牙，但由于其可靠性强且具有一定的网路自愈能力，主要应用于短距离且传输速率不高的电子设备之间的数据传输。

3.2中距离的无线通信技术

中距离的无线通信技术主要实现几百米到数十千米之间的通信，其主要是微波通信技术和WiFi技术。微波传播的信息容量大质量好且较为稳定。但由于微波的传播和光的传播类似，易受大气折射的影响，所以，微波通信主要是视距传播，但是由于微波也可以被散射，因此微波通信也可实现超视距传播。但总的来说，我国微波通信的实现仍然主要通过视距传播，并且如果要传播较远的距离（超过50km）就需要建立中继站来提升微波传播的距离。由于微波主要在视距范围内进行直线传播，且其绕射能力较弱，所以在传播过程中，不能有高大建筑物的阻挡，所以微波通信的实现，在我国一般都是在政府的建设规划下运行的，主要应用于移动通信、广播电视通信等公共服务领域，很少有完全私人的中距离微波通信。WiFi技术为用户提供无线接入互联网的服务，其采用了IEEE802协议集，WiFi由于成本低、速度快并且安装简易等优点，不仅被应用在一些公共场合，如机场、办公室等，更是被应用为家庭环境之中。

3.3远距离的无线通信技术

远距离的无线通信技术可实现数百千米乃至更远的通信，一般来说通信范围广、质量高，目前主要应用于移动网络。GPRS技术就是所谓的2.5G，是向3G过渡的一种技术，它和2G技术同样是使用户可以在移动状态下进行数据传输业务，并且其覆盖范围和2G一样广阔，但其以数据包的形式来传输数据而不是占用整个频道，因此其价格更低廉、资源利用率更高且传输速度更快。GPRS技术不仅为个人提供服务，如发送邮件、浏览网页等，还为企业用户提供远程通信服务，如防盗、远程监控等。当前，4G已经普及，相比于3G和GPRS技术，4G的传播速度更快，其能以100Mbps的速度下载，并且传输的可靠性得到了增强，如可传输高质量的图像。4G通信现已普及，5G通信目前正在研发之中。

4无线通信未来发展趋势

当前的无线通信技术具有抗干扰能力弱、延迟大等缺点，并且其通信速度也慢于有线通信。所以，无线通信在将来要更好地发挥其灵活性并克服上述缺点。因此，可以将有线通信和无线通信结合使用如在长距离的通信中，将有线和无线融合为一个通信系统，为了减少信号的衰弱，可以使用有线通信，而在环境复杂，用户较多的地方可以使用无线通信。同时无线通信未来发展的趋势之一就是无线通信宽带化，相比于有线宽带接入，无线宽带接入更加灵活、方便，并且通过扩大无线通信的带宽可以增大无线通信传递信息的速率，这也是无线通信进一步发挥其优势并弥补其在通信速度方面的不足的一种途径。无线通信技术还可以继续扩展频段，由于有时同一频段中信号干扰较强，可通过扩展频段减少干扰。最后，为了提升安全性，无线通信还可以开发新的安全协议，特别是在军事和国家安全领域，增加通信的安全性和隐私性。值得一提的是，量子通信正在快速度地发展，虽然现在量子通信在自由空间内只能达到极短的距离，但在信息呈爆炸式增长的背景下，量子通信的高效性无疑适应了当前的信息状况，因此，可能在将来无线通信最终会被量子通信所代替。

参考文献

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作者:崔子剑 单位:潍坊实验中学