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关于无线电通信技术、系统与网络

浏览:1967  来源:通信人在线  日期:2020-12-16

一、概述

无线通信严格意义上应分为无线电波通信和无线光波通信。无线光波通信由于其光波在陆上自由空间的传播特性,目前的技术应用不是很广泛。因此,现在通常我们大家所说的无线通信多是指无线电波通信,无线通信属于通信系统中传输网络的一种;无线通信传输网络与有线通信传输网络构成了传统的通信系统传输网络,两者只是传输信道的差别。

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1、定义

根据国际电信联盟(ITU)的《无线电规则》,电信(telecommunication)定义为利用有线电、无线电、光或其它电磁系统对于符号、信号、文字、图像、声音或任何性质的信息的传输、发射或接收。而无线电通信(radio communication)则为使用无线电波的电信。

根据GB/T 2900.54《电工术语 无线电通信 发射机、接收机、网络和运行》中队无线电波(radio waves)的定义是:不通过人为导引而在空间传播的电磁波,其频率通常在3000GHz以下。频率3000GHz左右的电磁波既可以视为电波,也可以视为光波。作为信息传输载体的无线电波都具有一定的频率和波长,即位于无线电频谱中的一定位置,并占据一定的宽度。无线电频谱是电磁谱的一部分。无线电频谱(radio spectrum)一般指9kHz~3000GHz频率范围内发射无线电波的无线电频率的总称。

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2、无线电通信的由来

1873年麦克斯韦尔建立了电磁场理论;1887年赫兹验证了电磁波的存在;1895年意大利的马克尼发明了无线电,开启了无线电波的实际应用。随后,马可尼和俄国的波波夫分别利用电磁波传递电报码的试验获得成功,开创了人类使用无线电通信的纪元。再后来随着通信技术的发展,利用无线电波开展的通信业务种类越来越多。

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二、关于无线电频率

1、无线电频率的概念

对于无线电通信,无论是无线电通信技术的采用和无线电业务的应用,都离不开无线电频率,无线电频率是无线电通信中一个非常重要的概念。在GB/T 2900.54中对无线电频率(RFRadio Frequency)的定义为:周期性无线电波的频率或对应的周期性电磁振荡的频率。可见,无线电频率是指无线电波的电磁振荡的周期性变化,变化值越大,其频率越高。无线电频率是自然界中存在的一种电磁波,是一种看不见摸不着、而又真实存在的物质,是一种各国可均等获得的宝贵自然资源,它具有以下六种特征:有限性;排他性;复用性;非耗竭性;固有的传播特性和易污染性,其具体释义详见下表2-1

2-1:无线电频率的特征

2、无线电频率的划分

为了使不同频率的无线电波传输不同无线电业务,且互相之间不受影响,必须进行频率的划分,让不同的通信业务传输使用相应的频率范围(即频段)。《无线电规则》中对(频段)的划分给出了明确的定义,详见下表2-2中。无线电频率规划可分为国际频率规划和国内频率规划。国际无线电频率规划是依据国际电联(ITU)通过的具有法律效力的《无线电规则》,它形成全球无线电通信共同遵守的框架。通常是由ITU定期召开的世界无线电通信大会(WRC)确定和修改。

2-2:无线电频段的划分的定义

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国内频率规划一般是由各国政府依据《无线电规则》,结合各国的具体情况实施。在我国通常由国务院的通信管理部门研究制定《中华人民共和国无线电频率划分规定》,它成为我国无线电频率规划的法律依据。

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三、无线电波的传播

由于无线电波的传输介质是自由大气空间,因此,无线电通信必须要研究和利用无线电波传播的基本特性和传播特性,以保障无线电通信的传输质量和效率。其基本特性包括方向性、能量密度、特性阻抗、极化形式、辐射与散射等。传输特性包括抗衰耗/衰落特性、抗干扰特性、提高频率利用率特性等等。

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四、关于无线电业务

1、概念

根据《无线电规则》以及我国国家标准GB/T 13622《无线电管理术语》中的定义,无线电通信业务(radio communication service)是指为电信用途所进行的无线电波的传输、发射及接收。因此,无线电业务是与无线电频率密切相关,即各项无线电业务应严格按照《无线电规则》划定的频段来开展。

2、分类与定义

一百多年来,随着通信技术的不断发展,无线电通信应用非常广泛,可提供各种的无线电业务,来满足人类的需求。依据《无线电规则》以及我国国家标准GB/T 13622,将无线电业务通常分为地面无线电业务和空间无线电业务,一共有30余种。地面无线电业务主要分固定业务、移动业务、广播业务和无线电测定业务,移动业务又分为陆地、水上和航空移动业务。陆地移动业务主要分为公众移动通信业务和专用移动通信业务。等等。

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五、无线电通信网络

1、系统的构成

对于无线电通信系统应是有发信部分、收信部分和空间传输媒介三部分组成,如下图5-1所示。发信部分和收信部分利用自由空间传输媒介连接,此时收发双方遵守共同的空中接口规范,自由空间媒介传输的是无线射频信号。无线电通信通常大多为双工的,即通信双方都配置收/发设备。发信部分的设备应包括发信机、发射天线及馈线等;收信部分的设备应包括接收天线、馈线和接收机。这些设备的基本功能简单描述详见下表5-1中。为了提高无线电通信质量,不同业务的收/发信设备将会配置不同的功能单元;为了提高天线转换效率,将有不同形式的天线,以适应于不同的无线电通信网络,包括如今广泛使用的多输入多输出天线(MIMO)等形式。

5-1:无线电通信系统示意图

5-1:无线电通信系统基本组成设备的功能简述

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2、无线电通信网络的应用

在现代无线电通信系统的技术应用中,通常可分为长距离无线电通信网络、短距离无线电通信网络及异构无线电通信网络。它们往往可形成点对点或点对多点或多点对多点的网络拓扑结构。

长距离无线电通信系统主要适用于长途传输网络当中,像我们常用到的如微波通信、卫星通信、短波通信等系统。这些系统的通信双方的设备(收/发)通常是对等的。

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短距离无线电通信系统主要适用于无线接入网络之中,以实现通信终端的移动性,即形成移动通信系统。移动通信系统是无线电通信的一大特点,此时系统的通信双方的设备(收/发)往往是不对等的,核心网侧的设备称之为基站设备,且是固定的;用户侧的设备称之为终端设备,且为移动的。移动通信系统又分为公用移动通信系统和专用移动通信系统。公用移动通信系统如目前热门的公用数字蜂窝式移动通信系统,另外还有过去曾使用的无线市话系统、寻呼系统等;专用移动通信系统的种类较多,如集群通信系统;室内分布系统;固定无线接入系统(包括3.5GHz系统、26GHz系统、SCDMA系统等);移动无线接入系统(包括WMANWLANWPAN(含UWB及蓝牙)等);及其它VHF/UHF通信系统(包括业余无线电系统、无中心多信道选址系统、对讲机系统等);等等。而异构无线电网络系统主要用于为提高无线网络效率(如频谱效率、覆盖效率、抗扰效率等)而采用的相应技术,如Ad hoc网络、自组织无线网络技术(SON)、无线Mesh网络等。

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欲详细了解相关专用移动通信系统介绍的请进入集群通信系统室内分布系统固定无线接入系统移动无线接入系统

欲详细了解相关异构无线电网络介绍的请进入Ad hoc网络无线Mesh网络

六、无线电管理

由于无线电通信的通信信道是大气空间,无线电管理则是无线电通信的必备保障机制。无线电管理的首要任务是无线电频率规划。随着无线电业务的迅速发展,无线电频率资源越来越紧张,如何解决频率资源短缺,有效合理地开发、利用无线电频率资源,满足各行各业对无线电频率日益增长的需求,已成为世界无线电管理面临最主要的课题。随着卫星通信的不断发展,对卫星轨道的管理也成为无线电管理的重要的一部分。无线电管理的其他任务还包括无线电台站(指无线电收发信机)的管理、电磁兼容(EMC)分析、无线电监测和监督检查、无线电发射设备的管理等等。在我国,目前是由设在工业和信息化部的无线电管理委员会行使我国政府的无线电管理职能。

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附录
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