無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理與實踐應(yīng)用

張浩

摘 要：無線網(wǎng)絡(luò)通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信兩個方面，研究無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理與應(yīng)用對于現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的研究而言具有重要意義。本文筆者從“無線頻譜、無線傳輸、信號傳播、應(yīng)用空間、技術(shù)分析”等五個維度入手對無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理與應(yīng)用進行初步的探究與思考，旨在為相關(guān)技術(shù)研究提供微薄借鑒價值。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò);通信;基本原理;發(fā)展應(yīng)用

無線網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理與應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極其龐大，筆者依據(jù)自身學習概況選取了五個較為關(guān)鍵的點加以論述，其中包括“無線頻譜、無線傳輸、信號傳播、應(yīng)用空間和技術(shù)分析”等，無線頻譜作為無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)構(gòu)成的核心要素，無線頻譜承載在調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等工作原理是研究無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理的第一要點;無線傳輸作為無線網(wǎng)絡(luò)通信的神經(jīng)系統(tǒng)，它承擔著網(wǎng)絡(luò)通過功能的傳輸與接收，因此無線傳輸又能看作是相關(guān)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的傳感器，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用等;信號傳播是任何通信系統(tǒng)的核心組織，作為信道中核心技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)通信才得以發(fā)展，最后是應(yīng)用空間和技術(shù)分析，兩者需要相關(guān)技術(shù)力量與應(yīng)用做支撐，具體如下：

一、無線頻譜

無線網(wǎng)絡(luò)通信功能中無線頻譜是核心技術(shù)要點，頻譜作為寶貴的信號資源，頻譜的管理與利用是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理的核心要義。無線通信頻譜分為非授權(quán)頻譜和授權(quán)頻譜這兩類。非授權(quán)頻譜：顧名思義，就是不需要經(jīng)過工信部同意，只要遵守相關(guān)法規(guī)的要求，就可以直接使用。我們最熟悉的Wi-Fi就工作在授權(quán)頻譜上，使用2.4GHz和58GH這兩個頻段。授權(quán)頻譜：就是得到工信部的授權(quán)之后才能使用，在使用中也要嚴格遵守相關(guān)法規(guī)。2G、3G、4G以及即將到來的5G全部使用的是授權(quán)頻譜。授權(quán)給誰？當然是移動、聯(lián)通和電信這三大巨頭了。頻譜的使用有兩種方式：FDD（頻分復(fù)用）和TDD（時分復(fù)用）。對于FDD來說，手機的發(fā)射頻率和接收發(fā)射的頻率是不同的，也就是說，用頻率來區(qū)分發(fā)送還是接收，發(fā)送和接收可以同時進行。

無線頻譜，是運營商最寶貴的資源。如果把無線網(wǎng)絡(luò)比作一片稻田的話，無線頻譜就是種植這些水稻的土地。如果土地本來就少，還想要高產(chǎn)的話，只能從培育良種上下功夫。移動通信的每一代發(fā)展，都相當于培育出了更高產(chǎn)的水稻品種，再結(jié)合開荒，把以前難以利用的貧瘠土地也想辦法用上，才能實現(xiàn)產(chǎn)量的數(shù)倍增長。對于通信來說，提升產(chǎn)量就是要在同樣大小的帶寬（單位一般為MHz）上，實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速率（單位為Mbit/s）。4G和5G可以支持多種不同的系統(tǒng)帶寬，要衡量它們的能力的話，就需要算下單位帶寬的傳輸速率，也叫做頻譜效率：

二、無線傳輸

無線傳輸技術(shù)十分復(fù)雜，其關(guān)鍵技術(shù)分為信號同步、定時同步與幀同步、載波同步三個方面。首先是信號同步，在進行信號傳輸時需要對接收端和發(fā)射端的及帶信號進行抽樣，進而得出相應(yīng)的采樣指定時，在此期間如果接收端和發(fā)射端的信號處于頻率非理想狀態(tài)，就會導(dǎo)致系統(tǒng)的IQ正交性受到嚴重影響，進而使得信號同步嚴重受阻，所以需要信號同步技術(shù)來對信道進行相應(yīng)的估計和均衡，針對接收端和發(fā)射端進行數(shù)據(jù)的固定，保證多途徑下的頻域信號連續(xù)性;其次是定時同步和幀同步，定時同步和幀同步主要是通過相關(guān)值的共軛乘積搜索相關(guān)的峰值來約定發(fā)射幀的起始位置，進而獲得相應(yīng)參數(shù)完成定時同步和幀同步;最后是載波同步，載波同步主要是基于特征字的幀結(jié)構(gòu)，來確定連續(xù)信號載波殘差的間隔相位差，進而算出整體的頻率偏差后完成載波捕獲和追蹤?？梢哉f信號同步、定時同步與幀同步、載波同步三個技術(shù)幫助了廣播電視傳輸信號實現(xiàn)了穩(wěn)定傳輸。

例如，數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的傳輸內(nèi)容個主要包括中波廣播、短波廣播和調(diào)頻廣播三種。當前我國主要應(yīng)用調(diào)頻同步廣播，主要應(yīng)用技術(shù)為HD Radio技術(shù)。HD Radio技術(shù)應(yīng)用到信號傳輸技術(shù)需要給一個特定的樣本進行輸入，從而完成線性組合的超完備字典表示。這就需要HD Radio系統(tǒng)提供相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)空間位置信息。HD Radio技術(shù)包含了多種不同類型的層。HD Radio系統(tǒng)在針對輸入數(shù)據(jù)空間位置信息方面有著良好的表現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)的三層能夠依次完成輸入樣本的特征表示、特征表示的平移和提取抽象特征三個步驟。同時應(yīng)用到信號處理工作時，能夠憑借線性修正單元的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元函數(shù)優(yōu)勢進行速度的提升，同時卷積層的存在還能夠構(gòu)建出兩個不同模式的非線性映射，進而完成特征轉(zhuǎn)換工作。同時還能夠引入時間概念來對HD Radio系統(tǒng)的多個平臺進行數(shù)據(jù)處理，進而完成時間域和空間域的互補。此外HD Radio技術(shù)還能夠擴展相應(yīng)的附加業(yè)務(wù)，幫助實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)功信號的功能擴展。

三、信號傳播

通信系統(tǒng)中信道的作用不可或缺，根據(jù)不同媒介的傳送媒質(zhì)不同，信道傳輸媒質(zhì)可分為有線信道和無線信道兩個方面，而移動光纖設(shè)備中的信道信號是一種較為典型的無線信道。故此，研究相關(guān)傳送信道領(lǐng)域中的電波特性應(yīng)過渡到無線信道的傳播與發(fā)展上，因此在信道傳播過程中我們要注重研究信道的長短期衰落，接收機方面的信號是否可以表示為：r（t）=m（t）×r0（t）式以及受到相關(guān)數(shù)據(jù)的正太分步兩者間的關(guān)系是否可以加大關(guān)聯(lián)度。

信號傳播模型的構(gòu)建主要的應(yīng)用方位為在基于信號分流站與信號源之間大于信1km的距離時，應(yīng)根據(jù)相關(guān)建造模型進行構(gòu)造，可采用采用宏蜂窩模型，如Hata模型、CCIR模型、LEE宏峰模型和WIM模型。在相對較遠的距離時，一般為大于5km的距離要采用Hata模型或CCIR模型;距離近時（小于5km），采用WIM模型。相關(guān)基建建設(shè)中要通過模型的建立及相關(guān)距離進行確定性和可靠性的測試，根據(jù)其中的因數(shù)分子確定相關(guān)模型的數(shù)據(jù)參數(shù)，利用線性關(guān)系及回歸分析的相關(guān)方法來對距離因子進行校正發(fā)展，當相關(guān)因勢分子的輸入?yún)?shù)不同時，線性關(guān)系的回歸因子也就有所不同。

四、應(yīng)用空間

無線通信是指不用導(dǎo)線、電纜、光纖等有線介質(zhì)，而是用空間來傳遞電磁信號的通信方式。目前無線通信的應(yīng)用主要應(yīng)用于：無線電臺、微波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、無線寬帶、航天器與地球之間的遙測、遙控及通信等。海能達在無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域擁有近三十年行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，是全球極少數(shù)同時提供TETRA、PDT、DMR、專網(wǎng)LTE、衛(wèi)星通信等全系列標準產(chǎn)品的專網(wǎng)通信設(shè)備商，擁有從終端到系統(tǒng)、應(yīng)用的端到端全系列產(chǎn)品，能幫助用戶打造一站式解決方案。

（一）4G空間

4G移動通信技術(shù)是集3G和WLAN于一體，能夠傳輸高質(zhì)量的視頻和圖像，它的核心要點是不受到時間與孔家的限制，其主要應(yīng)用技術(shù)較為普遍，如MIMO技術(shù)―MIMO技術(shù)采用分立式多天線技術(shù)，以此實現(xiàn)空間分集，將一個網(wǎng)絡(luò)通信鏈路分解成多個并行的通信子通道，從而提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的數(shù)據(jù)容。

（二）ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)主要用于無線域網(wǎng)（WPAN），是基于IEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的，是一種介于RFID和藍牙技術(shù)之間的技術(shù)提案，主要應(yīng)用在短距離并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee協(xié)議比藍牙、高速率個域網(wǎng)或802.11x無線局域網(wǎng)更簡單使用，可以認為是藍牙的同族兄弟。

（三）WLAN與Wi-Fi/WAPI

WLAN（無線局域網(wǎng)）是一種借助無線技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。Wi-Fi俗稱無線寬帶，全稱Wireless Fideliry。無線局域網(wǎng)又常被稱作Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，這一名稱來源于全球最大的無線局域網(wǎng)技術(shù)推廣與產(chǎn)品認證組織——Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）。WAPI安全的無線網(wǎng)絡(luò)本身所蘊含的“可運營、可管理”等優(yōu)勢，已被以中國移動、中國電信為代表的極具專業(yè)能力的運營商積極挖掘并推廣、應(yīng)用，運營市場對WAPI的應(yīng)用進一步促進了其他行業(yè)市場和消費者關(guān)注并支持WAPI。

（四）WiMAX

WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系統(tǒng)，可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，來提供最后一英里的無線寬帶接入，其技術(shù)標準為IEEE 802.16，其目標是促進IEEE 802.16的應(yīng)用。相比其他無線通信系統(tǒng)，WiMAX的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在具有較高的頻譜利用率和傳輸速率上，因而它的主要應(yīng)用是寬帶上網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

五、技術(shù)分析

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)使無線通信水平大幅度提高，同時也深化了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。在無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中網(wǎng)絡(luò)蜂窩技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)，對于構(gòu)建全面的網(wǎng)絡(luò)布局而言具有重要保障作用，因此研究無線通信網(wǎng)絡(luò)蜂窩結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。

（一）空間調(diào)制技術(shù)

空間調(diào)制技術(shù)能夠使無線網(wǎng)絡(luò)天線布局更加的科學化和合理化，空間調(diào)制本身就是信息技術(shù)發(fā)展的形式，而在這種形式下空間調(diào)整能夠幫助蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)模式想成一個整體的空間，在網(wǎng)絡(luò)空間的具體通道中能夠極大地提升網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸性能，因此網(wǎng)絡(luò)通道優(yōu)勢是無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的重要媒介，而形成該項功能的關(guān)鍵技術(shù)就是空間調(diào)制技術(shù)。

（二）大規(guī)模天線技術(shù)

大規(guī)模天線技術(shù)，也就是在無線網(wǎng)絡(luò)蜂窩技術(shù)中，通過天線這種固化的設(shè)施，形成了能夠進行發(fā)射和接受的傳輸渠道。

（三）無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線電是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基礎(chǔ)，無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用中，可以通過無線電頻譜來形成高效的傳輸渠道。無線電網(wǎng)絡(luò)當中，可以對網(wǎng)絡(luò)用戶的使用需求進行識別，進而為用戶自主分配適合的網(wǎng)絡(luò)渠道。

總之，現(xiàn)代化社會發(fā)展中無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已從單一的通信功能過渡到了具有全面功能的通信功能中，因此筆者認為系統(tǒng)性了解無線網(wǎng)絡(luò)通信基本原理與應(yīng)用有利于更全面的認識5G技術(shù)的發(fā)展，尤其是對于5G發(fā)展背景下蜂窩技術(shù)通信功能的研究，我們應(yīng)重點挖掘蜂窩技術(shù)通信功能的相關(guān)特性，最終推進5G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋和發(fā)展。

參考文獻：

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