無線通信技術原理
隨著技術的發展，無線通信技術發展速度已經超過有線通信技術，與有線通信相比，無線通信有很多優點。其中最重要的是它免布線更靈活。無線信號可以從一個發射器發送到很多接收器，不需要電纜。所有無線信號都是與電磁波一起通過空氣傳遞的，電磁波是由電子部分和能量部分組成的能量波。在無線通信中，頻譜包括9khz到30萬Ghz之間的頻率，每個無線服務都與無線頻譜區域相關聯，無線信號也來自于沿著導體傳輸的電流。電子信號從發射器到達天線，然后天線將信號以一系列電磁波發射到空氣中，信號空氣傳播通過，直到到達目標位置。在目標位置，另一個天線接收信號，接收器將其轉換回電流。接收和發送信號都需要天線，天線分為全向天線和定向天線。由于信號傳播中反射、衍射和散射的影響，無線信號沿多條不同路徑到達目的地，形成多路徑信號。
無線通信基本原理
無線通信是利用傳播信號在自由空間傳播的特性交換信息的一種通信方式。在移動中進行的無線通信也稱為移動通信，人們將兩者稱為無線移動通信。簡單地說，無線通信是只使用電磁波，不使用電纜的通信方式。
1、無線頻譜
所有無線信號都是與電磁波一起通過空氣傳遞的，電磁波是由電子部分和能量部分組成的能量波。聲音和光是電磁波的兩個例子。無線頻譜的波是看不見或聽不到。
無線頻譜是用于具有不同頻率和波長的遠程通信的電磁波連續體。無線頻譜包括9khz到30萬Ghz之間的頻率。每個無線服務都與無線頻譜區域相關聯。例如，AM廣播包括無線通信頻譜的低端頻率，使用535至1605khz之間的頻率。
無線頻譜是所有電磁波頻譜的子集。自然界中仍然有頻率更高或更低的電磁波，但它們不用于遠程通信。低于9kz的頻率用于特殊應用程序，如野生動物追蹤或車庫門開關。頻率超過30萬GHz的電磁波在人類身上很難體現，正是因為這個原因，他們不能通過空氣進行通信。例如，將頻率為428570Ghz的電磁波識別為紅色。
當然，空氣傳播通過信號并不一定留在一個國家。因此，世界各國就無線遠程通信標準達成協議非常重要。ITU是決定國際無線服務標準的監管機構，包括頻率分配、無線設備使用的信號傳輸和協議、無線通信和接收設備、衛星軌道等。如果政府和公司不遵守ITU標準，則可能無法在制造無線設備的國家以外使用。
2、無線通信特性
有線信號和無線信號有很多相似之處，如使用協議和編碼，但空氣的本質使無線通信與有線傳輸大不相同。工程師們談論無線通信的時候，他們把空氣當作“沒有誘導的介質”。因為空氣不提供信號可以遵循的固定路徑，所以信號傳輸不被誘導。
與有線信號一樣，無線信號也來自沿著導體傳輸的電流。電子信號從發射器到達天線，然后天線將信號以一系列電磁波發射到空氣中。信號空氣傳播通過，直到到達目標位置。在目標位置，另一個天線接收信號，接收器將其轉換回電流。
無線信號的發送端和接收端都使用天線，要交換信息，連接到每個天線的收發器必須調整為相同的頻率。
3、射頻天線
所有無線服務都需要專門設計的天線。服務規格決定天線的功率輸出、頻率和輻射度。天線的“輻射圖”描述了天線發送和接收的所有電磁能量三維區域的相對長度。定向天線向單獨的方向發送無線信號。當源需要與目標位置(如點對點連接)通信時，使用此天線。定向天線還可以用于多個接收節點排列在一行中。或者，由于天線可以使用能量向更多的方向發送信號或向一個方向發送更長的距離，因此保持信號特定距離的強度可能比覆蓋更大的地理區域更重要。使用定向天線無線服務的一些例子包括衛星下行和上行鏈路、無線局域網、宇宙、海洋和航空導彈。
相反，“全方位天線”在所有方向以相同的強度和清晰度發送和接收無線信號。該天線在多個接收器需要能夠接收信號或接收器的位置非常容易變化的情況下使用。電視臺和電視臺使用全方位天線，發送移動電話的大部分發射塔也是如此。
無線信號傳輸中的一個重要考慮因素是天線可以傳輸信號的距離，同時信號可以足夠強，能夠被接收器明確解釋。無線通信的簡單原則是強信號傳輸比較弱的信號更遠。
正確的天線位置對確保無線系統的最佳性能也很重要。用于傳輸遠程信號的天線經常安裝在塔或高層頂部。從高處發射信號可以保證接收較少的障礙和更好的信號。
4、信號傳播
理想情況下，無線信號直接從發射器傳播到預期接收器。這種傳播被稱為“視線”(LineOf Sight，LOS)，幾乎不使用能量，能收到非常明確的信號。但是，由于空氣是未誘導的介質，發射器和接收器之間的路徑不明確，所以無線信號通常不會沿直線傳播。如果障礙物阻斷信號的路徑，信號可能會繞過該物體，被物體吸收，或發生發射、衍射或散射等現象。物體的幾何形狀決定了這三種現象之一的發生。
(1)反射、衍射和散射
無線信號傳輸的“反射”與其他電磁波(如光或聲音)的反射沒有區別。波遇到障礙，反射——或以源反彈。對于大小大于信號平均波長的物體，無線信號會再次反彈。例如，想想微波爐。微波的平均波長小于1毫米，所以一旦微波發出，就會反射到微波爐的內壁(通常至少15厘米長)。究竟哪個物體引起無線信號反射取決于信號的波長。無線局域網可以使用波長在1到10米之間的信號，因此這些物體包括墻壁、地板天花板和地面。
在衍射中，無線信號在遇到障礙物時分解為輔助波。第二波繼續向分解的方向傳播。如果你能看到衍射的無線信號，你會發現它在障礙物周圍彎曲。有尖銳邊緣的物體——包括墻壁和桌子的角度，可能會發生衍射。
散射是指信號在多個方向擴散或反射。當無線信號遇到比信號波長小的物體時，就會發生散射。散射也與無線信號相遇表面的粗糙度有關。表面也很粗糙，遇到這個表面信號更容易散射。在野外，樹木會把標志都造成移動電話信號的散射。另外，霧、雨、雪等環境條件也會引起反射、散射和衍射
(2)多路徑信號
由于反射、衍射和散射的影響，無線信號沿著多種不同的路徑到達目的地。這些信號被稱為“多路徑信號”。多路徑信號的生成并不取決于信號的傳輸方式。它們可以從源開始，在多個方向具有相同的發射強度，也可以從源開始，主要朝一個方向發射。但是信號傳輸后，由于反射、衍射和散射的影響，會沿著很多路徑傳播。
無線信號的多路徑特性是優點和缺點。另一方面，信號反射在障礙物上，因此更有可能到達目的地。在辦公建筑等環境下，無線服務依靠對墻壁、天花板、地板和家具的信號反射，最終可以到達目的地。多路徑信號傳輸的缺點是多路徑信號在發射器和接收器之間的不同距離傳播。因此，同一信號的多個實例在不同的時間到達接收器，導致淡入和延遲。
5、窄帶、寬帶和擴展頻譜信號
傳輸技術取決于信號使用無線頻譜的部分大小。一個重要的區別是無線使用窄帶或寬帶信號傳輸。在窄頻帶中，發射機在單個頻率或極小的頻率范圍內集中信號能量。與窄頻帶不同，“寬帶”是指使用無線頻譜的較寬頻帶的信號傳輸方式。
使用多種頻率傳輸信號稱為擴展頻譜技術。也就是說，在傳輸過程中，信號不會停留在一個頻率范圍內。在寬頻帶上分散信號的結果是，每個頻率需要的功率比窄頻帶信號傳輸少。信號強度的這種分布使擴展頻譜信號更難干擾在同一個頻帶上傳輸的窄頻帶信號。將信號分散到多個頻率的另一個結果是提高安全性。信號根據只有批準的發射器和接收器知道的序列分布，因此未經認證的接收器更難捕獲和解碼這些信號。
擴展頻譜的特定實現之一是跳頻展頻(FHSS)。在FHSS傳輸中，信號以與信道接收器和發射器相同的同步模式在一個頻帶的不同頻率之間跳躍。另一個擴展頻譜信號稱為直接序列展頻(DSSS)。在DSSS中，信號的比特同時分布在整個頻帶中。接收器接收這些位時，對每個位進行編碼，以便重新配置原始信號。
6、固定和移動
每個無線通信都屬于兩個類別之一：固定或移動。在“固定”無線系統中，發射器和接收器的位置不變。傳輸天線將它的能量直接對準接收器天線，這樣就可以對信號使用更多的能量。固定無線連接在需要跨越長距離或復雜地形的情況下比鋪設電纜更經濟。
但是，固定無線不適用于某些通信。例如，移動用戶不能使用需要停留在一個位置才能接收信號的服務。相反，手機、尋呼、無線局域網和許多其他服務都使用移動無線系統。在移動無線系統中，接收器可以位于發射器特定范圍內的任何位置。這樣，接收器可以從一個位置移動到另一個位置，同時繼續接收信號。
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