電信

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

手機（手機）

移動電話起源于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，當將800到900 MHz頻段分配給移動通信時，消除了最后一個限制，并且隨著技術(shù)的進步，隨著用戶的使用，移動通信系統(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切換的中繼站。人口稠密的區(qū)域分為許多稱為細胞的小區(qū)域。這些信元鏈接到一個稱為移動電話交換局（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)蜂窩站點之間的呼叫外，MTSO還生成時間和計費信息。蜂窩系統(tǒng)的示意圖如圖7所示。。每個小區(qū)都有一個區(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（例如在汽車中），則MTSO會感測到正在使用的信號的級別，并自動將呼叫切換到適當?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，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)備的功率相對較低。由于功率足夠低，因此不會發(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，因為如果不是因為每個單元的低功耗要求，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 顯示了一個蜂窩電話站點。

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）上，頻率相反。這種方法是合乎邏輯的，因為電話的發(fā)送方是手機的接收方，反之亦然。在分配的頻段內(nèi)，分配了666個單獨的通道用于語音和控制，每個頻段333個。每個通道的帶寬為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)會從小區(qū)站點發(fā)送到帶有站點站點的標識號的MTSO。一旦MTSO檢測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，但是可以在很短的時間內(nèi)完成。當蜂窩電話的信號強度由于移動距離而降低時，MTSO會搜索這些單元以找到強度最大的單元，并自動切換對話。此過程稱為切換，用戶永遠不會看到或什至不知道。當蜂窩電話的信號強度由于移動距離而降低時，MTSO會搜索這些單元以找到強度最大的單元，并自動切換對話。此過程稱為切換，用戶永遠不會看到或什至不知道。當蜂窩電話的信號強度由于移動距離而降低時，MTSO會搜索這些單元以找到強度最大的單元，并自動切換對話。此過程稱為切換，用戶永遠不會看到或什至不知道。

大多數(shù)蜂窩電話都在最初注冊電話的本地使用。當需要在所選區(qū)域之外操作電話時，系統(tǒng)會采用一種稱為漫游的方案。僅當您所在的區(qū)域具有蜂窩服務(wù)并且在電話公司及其用戶之間達成協(xié)議時，才可以進行漫游。該國許多地區(qū)都具有漫游能力，因此大大擴展了蜂窩系統(tǒng)的范圍。對于那些經(jīng)常去該國不同地區(qū)的人來說，漫游是一個方便的功能。

最早使用模擬的手機將語音信號模擬調(diào)制到射頻載波上。這被稱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無線功能，但它受到限制。因為它是模擬的，所以每個30 KHz通道僅支持一個用戶，并且只能支持語音通信。

在1990年代初期，引入了帶有第二代蜂窩電話（2G）的電話。全球移動通信系統(tǒng)或GSM使用數(shù)字調(diào)制來改善語音質(zhì)量，但是網(wǎng)絡(luò)僅提供有限的數(shù)據(jù)服務(wù)。時域多址訪問（TDMA）可在每個通道上啟用多個用戶，但要求通道（保護帶）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。它使用通用分組無線服務(wù)（GPRS）標準，該標準將分組交換數(shù)據(jù)功能提供給現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，從而使用戶可以將圖形豐富的數(shù)據(jù)作為分組發(fā)送。GSM演進增強數(shù)據(jù)速率（EDGE）網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)字移動電話技術(shù)，可作為GSM的向后兼容擴展，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，是2.5G移動技術(shù)的一個示例。

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)，是移動音頻，圖形和視頻應(yīng)用程序的推動者。CDMA開放了整個帶寬，允許多個用戶共享相同的頻率并同時進行通信。此外，它建立了一個單一的全球網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議具有對各種設(shè)備的兼容性，并且可以從任何位置訪問Internet。通用移動電信服務(wù)（UMTS）是一種3G寬帶，基于分組的文本，數(shù)字語音，視頻和多媒體傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率高達每秒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行優(yōu)先級排序，并動態(tài)調(diào)整資源以優(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)流分成幾個并行流，這些流通過單獨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擾的效果。長期演進（LTE）是基于TCP / IP聯(lián)網(wǎng)方案的采用IP地址的4G實例。無線網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都有一個唯一的地址。LTE標準是由第三代合作伙伴計劃（3GPP）創(chuàng)建的，并已被全球大多數(shù)無線運營商采用。   

5G LTE有望在無線通信技術(shù)方面進行一場革命，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的大規(guī)模實施。它將現(xiàn)有批準的RF頻譜擴展到mmw區(qū)域，為更多的用戶提供了更高的帶寬，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)實和自動交通開辟了新的應(yīng)用（參見圖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間表。初始5G標準于3GPP于2017年12月批準。

局域網(wǎng)絡(luò)

了解無線局域網(wǎng)（WLAN）首先需要了解其前身局域網(wǎng)（LAN）。在無線之前，有有線局域網(wǎng)。這是一組計算機和關(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)跨越相對較短的區(qū)域，例如單個建筑物或建筑物組。局域網(wǎng)可以通過電話線更遠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建筑物或建筑物組之外的位置進行通信的能力。

WLAN是LAN的下一代。這是一種靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可實現(xiàn)為有線LAN的擴展或替代。WLAN并不是典型LAN的替代品，而是一種增強功能。許多人已經(jīng)采用WLAN來提高移動性。安裝速度是另一個優(yōu)勢，同時又具有安裝靈活性，即無線網(wǎng)絡(luò)可以連接到電線無法連接的地方。盡管初始成本可能更高，但無線網(wǎng)絡(luò)的長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)備即時獲取信息；大學(xué)校園的學(xué)生和教授可以訪問信息以滿足各種需求；公司的培訓(xùn)人員可以在研討會和短期課程中交換信息，

大多數(shù)WLAN使用擴頻技術(shù)來提高安全性。所使用的兩種方法是跳頻擴頻（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）。跳頻采用的載波會按照由隨機信號發(fā)生器確定的模式改變頻率。該模式僅對于發(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€位（稱為芯片）生成冗余位模式。芯片越長，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的可能性就越大。

聯(lián)邦通信委員會（FCC）已批準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受某些標準約束。電氣和電子工程學(xué)院（IEEE）有一個特定的標準，即802.11。此標準有不同級別，例如802.11（在2.4 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達2 Mbps），802.11a（在5 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達54 Mbps），802.11b（在2.4 GHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)高達11 Mbps）頻段）和802.11g（2.4 GHz頻段的數(shù)據(jù)高達54 Mbps）。802.11n通過利用多個無線信號和天線（即多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)）在802.11g上改進了支持的帶寬量。最新一代的802.11ac利用雙頻無線技術(shù)，支持在2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi頻段上同時連接。802.11ac向后兼容802.11b / g / n，在5 GHz頻段上的帶寬額定高達1300 Mbps，在2.4 GHz上的帶寬高達450 Mbps。

藍牙

廣泛使用的另一個標準是藍牙。這是哈拉爾藍牙誰是丹麥的國王在晚10點以后命名日世紀。他將丹麥和挪威的一部分統(tǒng)一為一個王國，然后將基督教引入丹麥。無線標準使用此名稱的選擇表明了波羅的海地區(qū)的公司對通信行業(yè)的重要性。藍牙工作在2.4 GHz頻段，該頻段已被國際協(xié)議擱置，用于工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）領(lǐng)域。在美國和歐洲，頻率范圍為2.400至2.483.5 GHz，具有79個1 MHz通道（實際上使用的范圍為2.402至2.480 GHz）。在日本，使用的23個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。

藍牙提供了通用的短距離無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可在全球范圍內(nèi)用于無執(zhí)照的低功耗使用。例如，如果兩個藍牙設(shè)備之間的距離不超過10 m，則它們最多可以共享720 Kbps的容量。藍牙可以傳輸數(shù)據(jù)，音頻，圖形和視頻。應(yīng)用包括耳機，無繩電話，家庭立體聲和數(shù)字MP3播放器。從無線耳機到手機的通話，消除計算機與外圍設(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的機器，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行的某些事情許多家用電器。微微網(wǎng)是一個小型網(wǎng)絡(luò)，其中八個設(shè)備在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進行通信。

無線局域網(wǎng)技術(shù)

當前的無線技術(shù)分為三類：紅外（IR），其波長從770 nm到更高，擴展頻譜系統(tǒng)和窄帶微波系統(tǒng)。紅外應(yīng)用的范圍相當有限，因為它們涉及無法穿透不透明壁的紅外光。因此，IR通信僅在單個房間內(nèi)是可行的。擴頻系統(tǒng)僅在ISM頻段內(nèi)運行。在這些頻段內(nèi)，不需要FCC許可證。窄帶微波WLAN不使用擴頻技術(shù)，并且在ISM頻帶以外的頻帶中使用時，它需要FCC許可證。除WLAN外，窄帶微波的應(yīng)用還包括陸地移動無線電和無線回程。

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區(qū)域上）和直接光束紅外（使用更聚焦的光束）的參數(shù)。擴頻又分為跳頻和直接序列（見表2）。窄帶微波示于表3。