无线通信 - 快速指南

无线通信 - 概述

无线通信涉及在不借助电线、电缆或任何其他形式的电导体的情况下远距离传输信息。

无线通信是一个广义术语，它包含通过无线通信技术和设备使用无线信号在两个或多个设备之间连接和通信的所有过程和形式。

无线通信的特点

无线技术的发展以其有效的功能带来了许多进步。

传输距离可以是几米（例如电视遥控器）到数千公里（例如无线电通信）之间的任意距离。
无线通信可用于蜂窝电话、无线接入互联网、无线家庭网络等。
无线电无线技术应用的其他示例包括GPS装置、车库门开启器、无线计算机鼠标、键盘和耳机、耳机、无线电接收器、卫星电视、广播电视和无绳电话。

无线 - 优点

无线通信涉及在两点或多点之间没有任何物理连接的信息传输。由于缺乏任何“物理基础设施”，无线通信具有一定的优势。这通常包括折叠距离或空间。

无线通信有几个优点：最重要的讨论如下 -

成本效益

有线通信需要使用连接线。在无线网络中，通信不需要复杂的物理基础设施或维护实践。因此成本降低了。

示例- 任何提供无线通信服务的公司都不会产生大量成本，因此，它能够以低廉的价格收取客户费用。

灵活性

无线通信使人们无论身在何处都可以进行通信。无需在办公室或电话亭即可传递和接收消息。

内陆矿工可以依靠卫星电话给亲人打电话，从而通过与对他们最重要的人保持联系来帮助改善他们的总体福利。

方便

移动电话等无线通信设备非常简单，因此任何人都可以使用它们，无论他们身在何处。无需物理连接任何东西即可接收或传递消息。

示例- 无线通信服务也可以在 Wi-Fi 等互联网技术中看到。由于没有网络电缆阻碍移动，我们现在可以随时随地与几乎任何人联系。

速度

速度方面也可以看到改进。网络连接或可访问性在准确性和速度上都有很大提高。

示例- 无线遥控器可以比有线遥控器更快地操作系统。如果出现问题，机器的无线控制可以很容易地停止工作，而直接操作则不能那么快。

无障碍

无线技术有助于轻松访问，因为无法正确铺设地线的偏远地区可以轻松连接到网络。

示例- 在农村地区，在线教育现在是可能的。教育工作者不再需要前往遥远的地区授课。感谢他们的教育模块的直播。

持续连接

持续的连接还确保人们能够相对快速地应对紧急情况。

示例- 尽管您从一个地方移动到另一个地方或在旅行时，无线移动设备可以确保您保持稳定的连接，而有线固定电话则不能。

移动电话术语

在移动电话中使用的各种术语中，这里将讨论最常用的术语。

移动站（MS） - 移动站（MS）与用户通信信息并将其修改为空中接口的传输协议以与BSS通信。用户信息通过用于语音的麦克风和扬声器、用于短消息的键盘和显示器以及用于其他数据终端的电缆连接与MS进行通信。移动站具有移动设备（ME）和用户识别模块（SIM）两个元件。

移动设备 (ME) - ME 是客户从设备制造商购买的硬件。硬件部分包含实现与用户接口的协议以及与基站的空中接口所需的所有组件。

用户身份模块（SIM） - 这是在订阅时发行的智能卡，用于识别用户的规格，例如地址和服务类型。GSM 中的呼叫被定向到SIM 卡而不是终端。

短信也存储在 SIM 卡中。它携带每个用户的个人信息，从而支持许多有用的应用程序。

基站 (BS) - 基站发送和接收用户数据。当移动设备仅负责其用户的数据发送和接收时，基站能够同时处理多个用户的呼叫。

基站收发台 (BTS) - 用户数据传输通过基站收发台在移动电话和基站 (BS) 之间进行。收发器是一种既可以发送又可以接收的电路。

移动交换中心 (MSC) - MSC 是无线交换机的硬件部分，可以使用 7 号信令系统 (SS7) 协议与 PSTN 交换机以及服务提供商覆盖范围内的其他 MSC 进行通信。MSC还提供与其他有线和无线网络的通信以及对与移动站的连接的注册和维护的支持。

下图展示了不同子系统的组成部分。HLR、VLR、EIR和AuC是网络子系统的子系统。

频道- 它是分配给特定服务或系统的频率范围。

控制信道- 用于传输呼叫建立、呼叫请求、呼叫发起和其他信标或控制目的的无线电信道。

前向控制信道 (FCC) - 用于从基站到移动设备传输信息的无线电信道

反向信道(RC) - 用于从移动设备到基站传输信息的无线电信道。

语音通道(VC) - 用于语音或数据传输的无线电通道。

切换- 定义为将呼叫从信道或基站转移到另一个基站。

漫游器- 在已订阅服务的服务区域以外的服务区域中运行的移动站

收发器- 能够同时发送和接收无线电信号的设备。

无线通信 - 多路访问

多址接入方案允许许多移动用户同时共享有限数量的无线电频谱。

多址技术

在无线通信系统中，通常希望允许用户在从基站向移动站接收信息的同时，同时从移动站向基站发送信息。

蜂窝系统将任何给定区域划分为小区，每个小区中的移动单元与基站通信。蜂窝系统设计的主要目标是能够增加信道的容量，即在给定带宽内以足够的服务质量水平处理尽可能多的呼叫。

有几种不同的方式可以允许访问该频道。主要包括以下内容 -

频分多址 (FDMA)
时分多址 (TDMA)
码分多址 (CDMA)
空分多址 (SDMA)

根据如何将可用带宽分配给用户，这些技术可以分为窄带和宽带系统。

窄带系统

使用比相干带宽窄得多的信道运行的系统称为窄带系统。窄带TDMA允许用户使用相同的信道，但为信道上的每个用户分配唯一的时隙，从而在单个信道上及时分离少量用户。

宽带系统

在宽带系统中，单个信道的传输带宽远大于信道的相干带宽。因此，多径衰落不会极大地影响宽带信道内的接收信号，并且频率选择性衰落仅发生在信号带宽的一小部分中。

频分多址 (FDMA)

FDMA 是先进移动电话服务的基础技术。FDMA的特点如下。

FDMA为每个不同的用户分配不同的频率子带来访问网络。
如果未使用 FDMA，则信道将保持空闲状态，而不是分配给其他用户。
FDMA 在窄带系统中实现，并且比 TDMA 简单。
这里进行严格的滤波以减少相邻信道干扰。
基站BS和移动站MS在FDMA中同时且连续地发送和接收。

时分多址 (TDMA)

在不需要连续传输的情况下，使用TDMA代替FDMA。TDMA 的特点如下。

TDMA 与多个用户共享单个载波频率，其中每个用户都使用不重叠的时隙。
TDMA 中的数据传输不是连续的，而是突发式的。因此，切换过程更简单。
TDMA 使用不同的时隙进行发送和接收，因此不需要双工器。
TDMA的优点是可以为不同的用户分配每帧不同数量的时隙。
通过根据优先级连接或重新分配时隙，可以按需向不同用户提供带宽。

码分多址 (CDMA)

码分多址技术是多址的一个示例，其中多个发射机使用单个信道同时发送信息。其特点如下。

在 CDMA 中，每个用户都使用完整的可用频谱，而不是按单独的频率分配。
强烈建议将 CDMA 用于语音和数据通信。
虽然CDMA中多个代码占用相同的信道，但是具有相同代码的用户可以互相通信。
CDMA 比 TDMA 提供更多的空域容量。
CDMA 很好地处理了基站之间的切换。

空分多址 (SDMA)

空分多址或空分多址是一种MIMO（多输入多输出）架构技术，主要用于无线和卫星通信。它具有以下特点。

所有用户可以使用同一通道同时进行通信。
SDMA 完全不受干扰。
一颗卫星可以与更多相同频率的卫星接收器进行通信。
使用定向点波束天线，因此 SDMA 中的基站可以跟踪移动用户。
控制空间中每个用户的辐射能量。

扩频多址

扩频多址 (SSMA) 使用传输带宽的信号，其幅度大于所需的最小 RF 带宽。

扩频多址技术有两种主要类型 -

跳频扩频 (FHSS)
直接序列扩频 (DSSS)

跳频扩频 (FHSS)

这是一种数字多址系统，其中各个用户的载波频率在宽带信道内以伪随机方式变化。数字数据被分成统一大小的突发，然后在不同的载波频率上传输。

直接序列扩频 (DSSS)

这是 CDMA 最常用的技术。在 DS-SS 中，消息信号乘以伪随机噪声码。每个用户都有自己的码字，该码字与其他用户的码正交，并且为了检测用户，接收器必须知道发射器使用的码字。

称为混合的组合序列也用作另一种类型的扩频。跳时也是另一种很少被提及的类型。

由于许多用户可以共享相同的扩频带宽而不会互相干扰，因此扩频系统在多用户环境中变得带宽高效。

渠道特点

无线信道容易受到各种传输障碍的影响，例如路径损耗、干扰和阻塞。这些因素限制了无线传输的范围、数据速率和可靠性。

路径类型

这些因素影响传输的程度取决于环境条件以及发射器和接收器的移动性。信号到达接收器所遵循的路径有两种类型，例如 -

直接路径

当发送的信号直接到达接收器时，可以将其称为直接路径，并且信号中存在的分量称为直接路径分量。

多路径

发射信号到达接收器时，经过不同的方向，经历不同的现象，这样的路径称为多径，发射信号的分量称为多径分量。

它们被环境反射、衍射和散射，并到达接收器时，其幅度、频率和相位相对于直接路径分量发生了偏移。

无线信道的特点

无线信道最重要的特征是 -

路径损耗
衰退
干涉
多普勒频移

在下面的章节中，我们将一一讨论这些渠道特征。

路径损耗

路径损耗可以表示为在给定路径上发射信号的功率与接收器接收到的相同信号的功率之比。它是传播距离的函数。

路径损耗的估计对于设计和部署无线通信网络非常重要
路径损耗取决于许多因素，例如所使用的无线电频率和地形的性质。
自由空间传播模型是最简单的路径损耗模型，其中发射机和接收机之间存在直接路径信号，没有大气衰减或多径分量。

在该模型中，发射功率P _t和接收功率P _r之间的关系由下式给出

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$

在哪里

G _t是发射机天线增益
Gr_是接收机天线增益
d是发射器和接收器之间的距离
λ是信号的波长

双向模型也称为二路径模型，是广泛使用的路径损耗模型。上述自由空间模型假设从发射器到接收器只有一条路径。

实际上，信号通过多个路径到达接收器。两条路径模型试图捕捉这种现象。该模型假设信号通过两条路径到达接收器，一条路径是视线，另一条路径是接收反射波的路径。

根据双路径模型，接收功率由下式给出

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$

在哪里

p _t是发射功率
G _t表示发射机处的天线增益
Gr表示接收器处_的天线增益
d是发射器和接收器之间的距离
h _t是发射机的高度
h _r是接收器的高度

衰退

衰落是指接收器接收时信号强度的波动。衰落可以分为两种类型 -

快速衰落/小规模衰落和
慢衰落/大规模衰落

快衰落是指由于到达接收器的同一发射信号的多个版本之间的干扰，在略有不同的时间到达接收信号的幅度、相位或多径延迟的快速波动。

接收到第一个信号版本和最后一个回波信号之间的时间称为延迟扩展。传输信号的多径传播会导致快速衰落，这是由于三种传播机制，即 -

反射
衍射
散射

多个信号路径有时可能在接收器处相长地相加或有时相消地相加，从而导致接收信号的功率电平的变化。接收到的快衰落信号的单个包络据说遵循瑞利分布，以查看发射器和接收器之间是否不存在视距路径。

缓慢衰落

慢衰落这个名字本身就意味着信号慢慢消失。慢衰落的特征如下。

当部分吸收传输的物体位于发射器和接收器之间时，会发生慢衰落。
之所以称为慢衰落，是因为衰落的持续时间可能持续数秒或数分钟。
当接收器位于建筑物内并且无线电波必须穿过建筑物的墙壁时，或者当接收器与发射器被建筑物暂时屏蔽时，可能会发生缓慢衰落。阻挡物体会导致接收信号功率的随机变化。
尽管发射器和接收器之间的距离保持不变，但慢衰落可能会导致接收到的信号功率发生变化。
慢衰落也称为阴影衰落，因为引起衰落的物体（可能是大型建筑物或其他结构）阻挡了从发射机到接收机的直接传输路径。

干涉

无线传输必须对抗各种来源的干扰。干扰的两种主要形式是 -

邻道干扰和
同信道干扰。

在相邻信道干扰的情况下，附近频率中的信号具有其分配范围之外的分量，并且这些分量可能干扰相邻频率中正在进行的传输。通过在分配的频率范围之间仔细引入保护带可以避免这种情况。

同信道干扰有时也称为窄带干扰，是由于附近的其他系统使用相同的传输频率造成的。

符号间干扰是另一种类型的干扰，其中接收信号中的失真是由时间扩展以及随后信号中各个脉冲的重叠引起的。

自适应均衡是对抗符号间干扰的常用技术。它涉及将分散的符号能量收集到其原始时间间隔中。均衡过程中使用了复杂的数字处理算法。

无线通信 - TCP/IP

最初的 TCP/IP 协议被定义为构建在硬件之上的四个软件层。然而，如今，TCP/IP 被认为是一个五层模型，各层的命名与 OSI 模型中的层类似。

OSI 和 TCP/IP 套件之间的比较

当我们比较这两个模型时，我们发现 TCP/IP 协议中缺少会话层和表示层这两个层。套件中的应用层通常被认为是OSI模型中三层的组合。

OSI模型指定了哪些功能属于其每一层，但TCP/IP协议簇的各层包含相对独立的协议，这些协议可以根据系统的需要进行混合和匹配。术语“分层”意味着每个上层协议都由一个或多个下层协议支持。

TCP/IP 套件中的层

TCP/IP 模型的四层是主机到网络层、互联网/网络层、传输层和应用层。下面详细介绍 TCP/IP 协议族中各层的用途。

上图代表了 TCP/IP 协议簇的各层。

物理层

TCP/IP 没有为物理层定义任何特定协议。它支持所有标准和专有协议。

在此级别，通信发生在两跳或节点（计算机或路由器）之间。通信的单位是一位。
当两个节点之间建立连接时，比特流在它们之间流动。然而，物理层单独处理每一位。

除了比特传送之外，物理层的职责与 OSI 模型的物理层所提到的职责相匹配，但它主要取决于提供链路的底层技术。

数据链路层

TCP/IP 也没有为数据链路层定义任何特定协议。它支持所有标准和专有协议。

同样在这个级别，通信是在两跳或节点之间进行的。然而，通信的单位是称为帧的数据包。
帧是一个数据包，它封装了从网络层接收到的数据，并添加了标头（有时还添加了标尾）。
除其他通信信息外，头部还包括帧的源和目的地。
需要目标地址来定义帧的正确接收者，因为许多节点可能已连接到该链路。
某些协议可能需要源地址来进行可能的响应或确认。

该层支持 LAN、分组无线和点对点协议

网络层

在网络层，TCP/IP 支持互联网协议（IP）。互联网协议 (IP) 是 TCP/IP 协议使用的传输机制。

IP 以称为数据报的数据包形式传输数据，每个数据报都是单独传输的。
数据报可以沿着不同的路线传输，并且可能不按顺序到达或重复。

IP 不跟踪路由，并且无法在数据报到达目的地后对其重新排序。

传输层

传输层和网络层之间有一个主要区别。虽然网络中的所有节点都需要具有网络层，但只有两端计算机需要具有传输层。

网络层负责将单独的数据报从计算机A发送到计算机B；传输层负责将整个消息（称为段）从 A 传送到 B。
一个段可能由几个或几十个数据报组成。这些段需要分解为数据报，并且每个数据报必须传递到网络层进行传输。
由于互联网为每个数据报定义了不同的路由，因此数据报可能会无序到达并且可能会丢失。
计算机 B 的传输层需要等待所有这些数据报到达，将它们组装起来并从中形成一个分段。

传统上，传输层在 TCP/IP 协议族中由两种协议表示：用户数据报协议 (UDP)和传输控制协议 (TCP)。

过去几年推出了一种称为流控制传输协议（SCTP）的新协议。

应用层

TCP/IP 中的应用层相当于 OSI 模型中的会话层、表示层和应用层的组合。

应用程序层允许用户访问我们的私人互联网或全球互联网的服务。
在这一层定义了许多协议来提供诸如电子邮件文件传输、访问万维网等服务。
该层支持的协议有TELNET、FTP和HTTP。

蜂窝无线网络

蜂窝网络是移动电话、个人通信系统、无线网络等的基础技术。该技术是为移动无线电话取代高功率发射器/接收器系统而开发的。蜂窝网络使用更低的功率、更短的距离和更多的发射器来进行数据传输。

蜂窝系统的特点

无线蜂窝系统解决了频谱拥塞问题并提高了用户容量。蜂窝系统的特点如下：

在有限的频谱内提供非常高的容量。
在不同小区中重复使用无线电信道。
通过在整个覆盖区域重复使用信道，使固定数量的信道能够为任意数量的用户提供服务。
通信始终在移动设备和基站之间进行（而不是直接在移动设备之间进行）。
每个蜂窝基站都在称为小区的小地理区域内分配了一组无线电信道。
相邻小区被分配不同的信道组。
通过将覆盖区域限制在小区的边界内，可以重新使用信道组来覆盖不同的小区。
将干扰水平保持在可容忍的范围内。
频率复用或频率规划。
无线蜂窝网络的组织。

蜂窝网络由多个低功率发射器组成，每个发射器功率为 100w 或更低。

细胞形状

蜂窝网络的覆盖区域被划分为多个小区，每个小区都有自己的天线用于传输信号。每个细胞都有自己的频率。蜂窝网络中的数据通信由其基站发射器、接收器及其控制单元提供服务。

细胞的形状可以是正方形或六边形 -

正方形

方形单元有四个距离为d 的邻居，四个距离为根2 d的邻居

如果所有相邻天线等距就更好了
简化新天线的选择和切换

六边形

强烈建议使用六边形单元格形状，因为它易于覆盖和计算。它具有以下优点 -

提供等距天线
中心到顶点的距离等于边长

频率复用

频率复用的概念是在给定区域内使用相同的无线电频率，这些频率相隔相当远的距离，以最小的干扰建立通信。

频率复用具有以下优点 -

允许小区内以给定频率进行通信
限制逃逸到相邻电池的功率
允许重复使用附近小区的频率
对多个对话使用相同的频率
每个小区 10 至 50 个频率

例如，当N 个小区使用相同数量的频率时，K是系统中使用的频率总数。然后使用公式K/N计算每个小区的频率。

在高级移动电话服务 (AMPS) 中，当 K = 395 且 N = 7 时，每个小区的平均频率将为 395/7 = 56。此处，小区频率为 56。

传播损耗

天线和电波传播在无线通信网络中起着至关重要的作用。天线是一种电导体或导体系统，可将电磁能辐射到空间或从空间收集（传输或接收）电磁能。理想的各向同性天线在所有方向上均匀辐射。

传播机制

无线传输以三种模式传播。他们是 -

地波传播
天波传播
视距传播

地波传播遵循地球的轮廓，而天波传播则利用地球和电离层的反射。

视距传播要求发射天线和接收天线位于彼此的视距范围内。根据基础信号的频率，遵循特定的传播模式。

地波和天波通信的示例是AM 广播和BBC 等国际广播。高于 30 MHz 时，地面波和天波传播均不起作用，并且通过视线进行通信。

传输限制

在本节中，我们将讨论影响电磁波传输的各种限制。让我们从衰减开始。

衰减

信号强度随着传输介质距离的增加而下降。衰减程度是距离、传输介质以及基础传输频率的函数。

失真

由于不同频率的信号衰减程度不同，因此由一定频率范围内的分量组成的信号会发生失真，即接收到的信号的形状发生变化。

解决这个问题（并恢复原始形状）的标准方法是放大更高的频率，从而均衡频带上的衰减。

分散

色散是电磁能量在传播过程中爆发的扩散现象。由于分散，快速连续发送的数据突发往往会合并。

噪音

最普遍的噪声形式是热噪声，通常使用加性高斯模型对其进行建模。热噪声是由电子的热搅动引起的，并且在整个频谱上均匀分布。

其他形式的噪音包括 -

互调噪声（由载波频率之和或差的频率产生的信号引起）
串扰（两个信号之间的干扰）
脉冲噪声（由外部电磁干扰引起的不规则高能量脉冲）。

虽然脉冲噪声可能不会对模拟数据产生重大影响，但它会对数字数据产生显着影响，导致突发错误。

上图清楚地说明了噪声信号如何与原始信号重叠并试图改变其特性。

衰退

衰落是指信号强度随时间/距离的变化，在无线传输中广泛存在。无线环境中衰落的最常见原因是多径传播和移动性（对象以及通信设备）。

多径传播

在无线媒体中，信号利用三种原理传播：反射、散射和衍射。

当信号遇到尺寸远大于信号波长的大固体表面（例如固体墙）时，就会发生反射。
当信号遇到尺寸大于信号波长的边缘或角落（例如墙壁的边缘）时，就会发生衍射。
当信号遇到尺寸小于信号波长的小物体时，就会发生散射。

多路径传播的后果之一是信号传播的多个副本沿着多个不同路径在不同时间到达任意点。因此，某一点接收到的信号不仅受到信道中固有噪声、失真、衰减和色散的影响，而且还受到沿多条路径传播的信号相互作用的影响。

延迟传播

假设我们从某个位置发送探测脉冲，并测量接收位置处接收到的信号作为时间的函数。由于多径传播，接收信号的信号功率随时间扩展。

延迟扩展由所得到的延迟随时间扩展的密度函数确定。平均延迟扩展和均方根延迟扩展是可以计算的两个参数。

多普勒传播

这是由移动无线电信道的变化率引起的频谱展宽的度量。它是由移动设备和基站之间的相对运动或信道中物体的移动引起的。

当移动设备的速度较高时，多普勒扩展较高，由此产生的信道变化比基带信号的变化更快，这称为快衰落。当信道变化慢于基带信号变化时，所产生的衰落被称为慢衰落。

无线通信 - 技术

在某些情况下，存在一定范围的性能下降，从而影响输出。造成这种情况的主要原因可能是移动信道损伤。为了解决这个问题，有三种流行的技术 -

均衡器

接收器内的均衡器补偿预期信道幅度和延迟特性的平均范围。换句话说，均衡器是移动接收机处的滤波器，其脉冲响应是信道脉冲响应的倒数。这种均衡器可用于频率选择性衰落信道。

多样性

分集是另一种用于补偿快衰落的技术，通常使用两个或多个接收天线来实现。它通常用于减少平坦衰落信道中接收器所经历的衰落的深度和持续时间。

频道编码

信道编码通过在传输的消息中添加冗余数据位来提高移动通信链路性能。在发射机的基带部分，信道编码器将数字消息序列映射到另一个特定代码序列，该序列包含比消息中包含的原始位数更多的位数。信道编码用于纠正深度衰落或频谱零点。

均衡

ISI（符号间干扰）已被认为是移动无线信道上高速数据传输的主要障碍之一。如果调制带宽超过无线电信道的相干带宽（即频率选择性衰落），则调制脉冲会及时扩展，从而导致 ISI。

接收器前端的均衡器补偿预期信道幅度和延迟特性的平均范围。由于移动衰落信道是随机且时变的，均衡器必须跟踪移动信道的时变特性，因此应该是时变的或自适应的。自适应均衡器有两个操作阶段：训练和跟踪。

训练模式

最初，发射机发送已知的固定长度训练序列，以便接收机均衡器可以平均到适当的设置。训练序列通常是伪随机二进制信号或固定的规定位模式。

训练序列被设计为允许接收器处的均衡器在最坏的可能信道条件下获取适当的滤波器系数。因此，接收器处的自适应滤波器使用递归算法来评估信道并估计滤波器系数以补偿信道。

追踪模式

当训练序列完成时，滤波器系数接近最佳。紧随训练序列之后，发送用户数据。

当接收到用户的数据时，均衡器的自适应算法跟踪变化的信道。结果，自适应均衡器随时间连续改变滤波器特性。

多样性

分集是一种强大的通信接收器技术，可以以相对较低的成本提供无线链路改进。无线通信系统中使用分集技术主要是为了提高衰落无线电信道上的性能。

在这样的系统中，向接收器提供同一信息信号的多个副本，这些副本通过两个或更多个真实或虚拟通信信道来传输。因此，多样性的基本思想是信息的重复或冗余。实际上在所有应用中，分集决策都是由接收器做出的，而发射器并不知道。

多样性的类型

衰落可分为小尺度衰落和大尺度衰落。小规模衰落的特点是当移动设备移动几个波长的距离时会发生深而快速的幅度波动。对于窄带信号，这通常会导致瑞利衰落包络。为了防止深度衰落的发生，微观分集技术可以利用快速变化的信号。

如果接收器的天线元件被发射波长的一部分分开，则可以适当地组合信息信号的各种副本或一般称为分支，或者可以选择其中最强的信号作为接收信号。这种分集技术被称为天线或空间分集。

频率分集

相同的信息信号在不同的载波上传输，它们之间的频率间隔至少为相干带宽。

时间分集

信息信号以规则的间隔及时重复传输。传输时间之间的间隔应大于相干时间 T _c。该时间间隔取决于衰落率，并且随着衰落率的降低而增加。

极化分集

在这里，携带信息的信号的电场和磁场被修改，并且许多这样的信号被用来发送相同的信息。从而获得正交型偏振。

角度多样性

这里，定向天线用于创建多条路径上传输信号的独立副本。

空间分集

在空间分集中，多个接收天线放置在不同的空间位置，从而产生不同的（可能是独立的）接收信号。

分集方案之间的差异在于以下事实：在前两种方案中，由于要发送的信息信号的重复而存在带宽浪费。因此，其余三种方案中的问题得到了避免，但代价是增加了天线的复杂性。

信号之间的相关性作为天线元件之间距离的函数由以下关系给出 -

$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$

在哪里，

J ₀ = 零阶第一类贝塞尔函数
d = 天线元件空间中的间隔距离
λ = 载波波长。

无线通信 - 广域网

在计算机领域，组连接的广泛使用已成为必然，这导致了LAN（局域网）的引入。这些 LAN 属于单个建筑物或园区内的小型网络类别。

WAN是广域网，它覆盖更广泛的区域（例如城市）或比 LAN 更大的有限区域。无线个域网 (PAN)是 WLAN 的下一步，以低功率传输覆盖较小的区域，用于 PC、个人数字助理 (PDA) 等便携式和移动计算设备的联网。

WLAN 基础知识

必须了解 WLAN 中的技术问题才能理解有线网络和无线网络之间的差异。然后研究 WLAN 的使用及其设计目标。还详细介绍了 WLAN 的类型、其组件及其基本功能。

IEEE 802.11 标准

本节介绍 WLAN 的一个重要标准，即 IEEE 802.11 标准。解释了媒体访问控制（MAC）层和物理层机制。本节还介绍一些可选功能，例如安全性和服务质量 (QoS)。

HIPERLAN标准

本节介绍另一个 WLAN 标准，即 HIPERLAN 标准，它是基于无线电接入的欧洲标准。

蓝牙

本节介绍蓝牙标准，该标准使个人设备能够在缺乏基础设施的情况下相互通信。

无线局域网基础知识

虽然便携式终端和移动终端都可以从一个地方移动到另一地方，但是便携式终端只有在它们静止时才被访问。

另一方面，移动终端（MT）功能更强大，并且可以在移动时访问。WLAN 旨在支持真正的移动工作站。

无线局域网用途

无线计算机网络能够提供多种功能。WLAN 非常灵活，可以根据应用以各种拓扑进行配置。下面描述了 WLAN 的一些可能用途。

用户将能够在移动中上网、检查电子邮件和接收即时消息。
在受地震或其他灾害影响的地区，现场可能没有合适的基础设施。在这些地方，WLAN 可以方便地动态建立网络。
有许多历史建筑需要建立计算机网络。在这些地方，可能不允许布线，或者建筑设计可能不利于有效布线。在这些地方，WLAN 是非常好的解决方案。

设计目标

以下是设计 WLAN 时必须实现的一些目标 -

操作简单性- 无线 LAN 的设计必须包含使移动用户能够以简单有效的方式快速设置和访问网络服务的功能。
高能效运行- 笔记本电脑和 PDA 等移动计算设备的功耗特性使得 WLAN 必须以最低功耗运行。因此，WLAN的设计必须融入省电功能，并使用适当的技术和协议来实现这一点。
免许可操作- 影响无线接入成本的主要因素之一是特定无线接入技术运行频谱的许可费。低成本的接入是WLAN技术普及的一个重要方面。因此WLAN的设计应该考虑频谱的部分。对于不需要显式操作的操作
抗干扰能力- 民用和军事应用中不同无线网络技术的激增导致整个无线电频谱的干扰水平显着增加。

WLAN 设计应考虑到这一点，并通过选择在存在干扰的情况下运行的技术和协议来采取适当的措施。
全球可用性- WLAN 的设计、技术的选择以及工作频谱的选择应考虑到世界各国普遍存在的频谱限制。这确保了该技术在全世界的可接受性。
安全性- 无线介质固有的广播特性增加了 WLAN 技术设计中包含安全功能的要求。
安全要求- WLAN 技术的设计应遵循安全要求，可分为以下几类。
- 对医疗和其他仪器设备的干扰。
- 发射机的功率水平增加可能会导致健康危害。
设计良好的 WLAN 应遵循给定频谱中适用的功率发射限制。
服务质量要求- 服务质量 ( QoS ) 是指为多媒体流量提供指定的性能级别。WLAN 的设计应考虑支持多种流量（包括多媒体流量）的可能性。
与其他技术和应用程序的兼容性- 不同 LAN 之间的互操作性对于使用不同 LAN 技术运行的主机之间的有效通信非常重要。

网络架构

网络架构描述了WLAN的类型、典型WLAN的组成以及WLAN提供的服务。

基于基础设施与 Ad Hoc LAN

根据底层架构，WLAN 可大致分为两种类型，即基础设施网络和Ad hoc LAN 。

基础设施网络

基础设施网络包含称为接入点 (AP) 的特殊节点，它们通过现有网络连接。

AP 的特殊之处在于它们可以与无线节点以及现有的有线网络进行交互。
其他无线节点也称为移动站 (STA)，通过 AP 进行通信。
AP 还充当与其他网络的桥梁。

自组织 LAN

Ad hoc LAN 不需要任何固定基础设施。这些网络可以在任何地方即时建立。节点之间直接通信，通过可直接访问的其他节点转发消息。

无线通讯 - 蓝牙

蓝牙无线技术是一种短距离通信技术，旨在取代连接便携式设备的电缆并保持高水平的安全性。蓝牙技术基于Ad-hoc 技术，也称为Ad-hoc Pico 网，它是一种覆盖范围非常有限的局域网。

蓝牙的历史

WLAN 技术使设备能够通过无线运营商提供商连接到基于基础设施的服务。个人设备需要在没有已建立的基础设施的情况下相互进行无线通信，这导致了个人局域网 (PAN)的出现。

爱立信 1994 年的蓝牙项目定义了 PAN 标准，以支持使用低功耗和低成本无线电接口的移动电话之间的通信。
1988 年 5 月，IBM、英特尔、诺基亚和东芝等公司加入爱立信，成立了蓝牙特别兴趣小组 (SIG)，其目标是为 PAN 开发事实上的标准。
IEEE 已批准基于蓝牙的无线个人区域网络 (WPAN) 标准，名为 IEEE 802.15.1。IEEE 标准涵盖 MAC 和物理层应用。

蓝牙规范详细介绍了整个协议栈。蓝牙采用射频 (RF) 进行通信。它利用频率调制来产生ISM频段的无线电波。

蓝牙的使用因其特殊功能而广泛增加。

蓝牙为各种设备之间的连接和通信提供了统一的结构。
蓝牙技术已获得全球认可，世界上几乎任何地方的任何支持蓝牙的设备都可以与支持蓝牙的设备连接。
蓝牙技术的低功耗和长达十米的覆盖范围为多种使用模式铺平了道路。
蓝牙通过建立笔记本电脑的临时网络来提供交互式会议。
蓝牙使用模式包括无绳电脑、对讲机、无绳电话和移动电话。

微微网和分散网

支持蓝牙的电子设备通过称为“微微网”的短距离设备进行无线连接和通信。蓝牙设备存在于小型临时配置中，能够充当主设备或从设备，该规范允许主设备和从设备切换角色的机制。一主一从的点对点配置是最简单的配置。

当两个以上的蓝牙设备相互通信时，这称为PICONET。一个微微网最多可以包含七个从站，这些从站聚集在一个主站周围。初始化建立微微网的设备成为主设备。

主设备负责通过将网络划分为网络成员之间的一系列时隙来进行传输控制，作为时分复用方案的一部分，如下所示。

微微网的特点如下：

在微微网内，各种设备的时序和各个设备的跳频序列由主设备的时钟和唯一的48 位地址确定。
每个设备最多可以与单个微微网中的七个其他设备同时通信。
每个设备可以同时与多个微微网通信。
当支持蓝牙的设备进入和离开微微网时，微微网是动态且自动建立的。
从机之间没有直接连接，所有连接本质上都是主站到从站或从站到主站。
一旦主站轮询从站，就允许从站进行传输。
在来自主设备的轮询数据包之后，传输立即在从设备到主设备的时隙中开始。
设备可以是两个或多个微微网的成员，通过调整由第二微微网的主设备指示的传输机制定时和跳频序列，从一个微微网跳到另一个微微网。
它可以是一个微微网中的从属设备，而在另一个微微网中是主控设备。然而，它不能成为多个微微网中的主设备。
驻留在相邻微微网中的设备提供了支持内部微微网连接的桥梁，允许链接的微微网的集合形成称为分散网的物理可扩展的通信基础设施。

光谱

蓝牙技术在 2.4 至 2.485 GHZ 的免许可工业、科学和医疗 (ISM) 频段运行，使用标称速率为 1600 跳/秒的扩频跳频、全双工信号。2.4 GHZ ISM 频段在大多数国家/地区均可用且未经许可。

范围

蓝牙工作范围取决于设备 3 类无线电的范围可达 1 米或 3 英尺 2 类无线电最常见于移动设备，范围为 10 米或 30 英尺 1 类无线电主要用于工业用例范围为 100 米或 300 英尺。

数据速率

蓝牙支持 1.2 版本的 1Mbps 数据速率和 2.0 版本的 3Mbps 数据速率以及错误数据速率。

无线通讯-互联网

互联网的出现给计算机的使用和信息搜索带来了革命性的变化。互联网影响了传统的信息交流方式，现在几乎每个城市、每个乡镇、每一条街道都接入了互联网。

如今，家庭、学校和企业使用各种不同的方法连接到互联网。其中一种方法是无线互联网服务，无需地下铜线、光纤或其他形式的商业网络布线即可为客户提供互联网接入。与 DSL 和有线互联网等更成熟的有线服务相比，无线技术为计算机网络带来了更多便利和移动性。

以下部分描述了可用的每种流行的无线互联网服务类型。

卫星互联网

卫星于 20 世纪 90 年代中期推出，成为第一个主流消费者无线互联网服务。与其他形式的无线互联网服务相比，卫星享有可用性的优势。卫星只需要一个小碟形天线、卫星调制解调器和订阅计划，就可以在几乎所有其他技术无法提供服务的农村地区使用。

然而，卫星还提供性能相对较低的无线互联网。由于信号必须在地球和轨道站之间传输长距离，卫星会遭受高延迟连接。卫星还支持相对适度的网络带宽。

公共 Wi-Fi 网络

一些城市已经使用Wi-Fi技术建立了公共无线互联网服务。这些所谓的网状网络将众多无线接入点连接在一起，以跨越更大的城市地区。个别 Wi-Fi 热点还在特定地点提供公共无线互联网服务。

相对于其他形式的无线互联网服务，Wi-Fi 是一种低成本选择。设备价格低廉（许多较新的计算机内置了所需的硬件），并且 Wi-Fi 热点在某些地区仍然免费。

固定无线宽带

固定无线是一种宽带，利用指向无线电发射塔的安装天线。

手机宽带

手机已经存在了几十年，但直到最近，蜂窝网络才发展成为无线互联网服务的主流形式。通过安装蜂窝网络适配器，或者通过将手机连接到笔记本电脑，可以在任何有蜂窝塔覆盖的区域保持互联网连接。如果没有某些提供商的互联网数据订阅，移动宽带服务将无法运行。

经典的有线网络催生了TELNET、FTP、SMTP等多种应用协议。无线应用协议 (WAP) 架构旨在弥合无线用户与向他们提供的服务之间应用层的差距。

无线互联网

无线互联网是指互联网向移动用户提供的服务的延伸，使他们无论身在何处都能够访问信息和数据。与无线域、节点移动性以及互联网中使用的现有协议的设计相关的固有问题需要多种解决方案来使无线互联网成为现实。

无线互联网要考虑的主要问题如下 -

地址移动性
传输层协议效率低下
应用层协议效率低下

地址移动性

互联网中使用的网络层协议是互联网协议（IP），它是为具有固定节点的有线网络而设计的。IP 采用具有全球唯一的 32 位地址的分层寻址，该地址由网络标识符和主机标识符两部分组成。

网络标识符是指主机所连接的子网地址。该寻址方案用于减少互联网核心路由器中的路由表大小，该路由器仅使用 IP 地址的网络部分来进行路由决策。

这一寻址方案可能无法直接在互联网的无线扩展中工作，因为移动主机可能从一个子网移动到另一个子网，但是寻址到移动主机的数据包可能被传送到该节点最初附着的旧子网。

传输层协议效率低下

传输层在互联网中非常重要，它确保建立和维护端到端连接、可靠的端到端数据包传送、流量控制和拥塞控制。TCP 是有线网络的主要传输层协议，尽管某些应用程序使用UDP（一种无连接的不可靠传输层协议）。

无线互联网需要传输层协议的高效运行，因为无线介质由于其随时间变化和环境相关的特性而本质上不可靠。传统 TCP 调用拥塞控制算法来处理网络拥塞。如果数据包或ACK包丢失，则TCP认为丢失是由于拥塞造成的，并将拥塞窗口的大小减小一半。

随着每次连续的数据包丢失，拥塞窗口都会减少，因此 TCP 的无线链路性能会下降。即使在由于链路错误或冲突导致丢包的情况下，TCP 也会调用拥塞控制算法，从而导致吞吐量非常低。

识别导致数据包丢失的真正原因对于提高无线链路上的 TCP 性能非常重要。传输层问题的一些解决方案包括 -

间接 TCP (ITCP)
监听 TCP 和
移动TCP

应用层协议效率低下

互联网中使用的传统应用层协议（例如HTTP、TELNET、简单邮件传输协议 ( SMTP )）以及多种标记语言（例如HTML）都是针对有线网络进行设计和优化的。其中许多协议在与无线链路一起使用时效率不高。

阻止 HTTP 在无线互联网中使用的主要问题是其无状态操作、字符编码导致的高开销、HTTP 请求中携带的冗余信息以及每次事务都打开新的 TCP连接。

手持设备的功能有限，因此难以处理计算和带宽方面昂贵的应用协议。无线应用协议 ( WAP ) 和对传统 HTTP 的优化是应用层问题的一些解决方案。

无线通讯-WAP

WAP 代表无线应用协议。WAP 代表一套协议而不是单一协议。WAP 旨在将简单的轻量级浏览器（也称为微型浏览器）集成到手持设备中，从而在这些设备上需要最少的资源（例如内存和CPU）。

WAP 试图通过将更多的智能融入路由器、网络服务器和基站等网络节点来弥补无线手持设备和无线链路的不足。

WAP 协议套件的主要目标如下。

独立于无线网络标准
服务提供商之间的互操作性
克服无线介质的不足
克服手持设备的缺点
提高效率和可靠性
提供安全性、可伸缩性和可扩展性

无线应用协议模式

WAP 采用客户端-服务器方式。它指定充当无线域和核心有线网络之间接口的代理服务器。该代理服务器也称为WAP 网关，负责多种功能，例如协议转换和优化无线介质上的数据传输。

无线网络部分包括 -

内容提供商（应用程序或源服务器）
移动设备（WAP客户端）
WAP网关
WAP代理

WAP 架构的设计紧贴网络。唯一的区别是 WAP 网关的存在正在 HTTP 和 WAP 之间进行转换。

无线应用客户端

关于WAP 客户端要提到的三个部分是WAE 用户代理、WTA 用户代理和WAP 堆栈。

WAE 用户代理- 无线应用程序环境用户代理是呈现内容以供显示的浏览器。
WTA 用户代理- 无线电话应用程序代理从 WTA 服务器接收编译的 WTA 文件并执行它们。
WAP 堆栈- WAP 堆栈允许电话使用 WAP 协议连接到 WAP 网关。