无线通信基本技术

1、1无线通信基本技术目录contents无线通信概述电磁波与天线技术调制与解调技术信道编码与差错控制技术多址接入与扩频通信技术无线传输协议和标准无线网络安全与加密技术301无线通信概述定义与发展历程定义无线通信是指利用电磁波在自由空间中传播信息，实现两个或多个设备间通信的技术。发展历程从早期的无线电报到现代移动通信、卫星通信等，无线通信经历了多个发展阶段，技术不断革新。将待传输的信息转换为电磁波信号，并发射到空中。发射器传输媒介接收器即电磁波传播的空间，可以是空气、水或其他介质。接收空中的电磁波信号，并将其转换回原始信息。030201无线通信系统组成移动通信卫星通信无线局域网物联网无线通信应用领域01020304手机通信、移动数据传输等。电视广播、电话通信、军事应用等。Wi-Fi、蓝牙等短距离无线通信技术。智能家居、工业自动化、智能交通等领域。302电磁波与天线技术 电磁波传播特性电磁波的产生变化的电场和磁场相互激发，形成电磁波向外传播。电磁波的频谱按照频率从低到高，电磁波可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。电磁波的传播方式电磁波在空间中的传播遵循麦克斯韦方

2、程组，以光速传播，无需介质支持。由两根相等长度的直导线组成，中间馈电，产生电磁辐射。偶极子天线利用抛物面的反射特性，将馈源发出的球面波反射成平面波，实现定向辐射。抛物面天线在介质基片上覆盖一层金属薄膜构成辐射元，通过微带线或同轴线馈电实现电磁辐射。微带天线天线类型及工作原理天线增益天线方向性天线带宽天线选型天线性能参数与选型描述天线朝一个特定方向收发信号的能力，增益越高，信号传输距离越远。指天线在某一频率范围内能够正常工作，且性能参数满足一定要求的频率范围。表示天线辐射或接收电磁波的空间指向性，即天线在空间的辐射场强分布。根据实际应用需求，综合考虑天线的增益、方向性、带宽等性能参数以及成本、尺寸等因素进行选型。303调制与解调技术通过改变载波的振幅来传递信息，如普通调幅广播。振幅调制（AM）通过改变载波的频率来传递信息，如调频广播和电视伴音。频率调制（FM）通过改变载波的相位来传递信息，常用于模拟通信系统中。相位调制（PM）模拟调制方法123通过改变载波的振幅来表示二进制数字信号“0”和“1”。振幅键控（ASK）通过改变载波的频率来表示二进制数字信号“0”和“1”，如无线电话和蓝牙通信

3、。频移键控（FSK）通过改变载波的相位来表示二进制数字信号“0”和“1”，如QPSK、8PSK等。相移键控（PSK）数字调制方法相干解调01利用与发送端相同的载波进行解调，通过比较接收信号与本地载波的相位或频率差异来恢复原始信号。相干解调需要严格的载波同步，但性能较好。非相干解调02不需要与发送端相同的载波，而是直接利用接收信号的包络或频率变化来恢复原始信号。非相干解调相对简单，但性能略差于相干解调。差分解调03利用相邻信号间的差异进行解调，不需要严格的载波同步。差分解调常用于移动通信等场景，以降低同步要求并提高抗干扰能力。解调原理及实现方式304信道编码与差错控制技术通过在发送端对信息进行编码，增加冗余度，以便在接收端能够检测和纠正传输过程中可能发生的错误，提高通信的可靠性。根据编码方式的不同，信道编码可分为线性分组码、卷积码、级联码、Turbo码、LDPC码等。信道编码原理及分类信道编码分类信道编码原理发送端在编码时加入冗余信息，接收端根据这些冗余信息自动纠正错误。这种方法不需要反向信道，但纠错能力有限。前向纠错（FEC）接收端在检测到错误后，通过反向信道向发送端发送请求，要求重新

4、发送出错的数据。这种方法需要反向信道，但纠错能力强。自动重传请求（ARQ）结合前向纠错和自动重传请求的优点，当接收端检测到错误时，首先尝试用前向纠错方法纠正错误；如果无法纠正，则通过反向信道请求重传。混合纠错（HEC）差错控制方法卷积码一种非线性分组码，通过卷积运算实现编码。卷积码具有较低的编码复杂度和较高的纠错能力，广泛应用于无线通信中。Turbo码一种并行级联卷积码，通过交织器和两个递归系统卷积编码器实现高性能的编码。Turbo码具有接近香农极限的性能，被广泛应用于移动通信、卫星通信等领域。LDPC码一种低密度奇偶校验码，通过稀疏的校验矩阵实现高性能的编码。LDPC码具有较低的译码复杂度和较高的纠错能力，被广泛应用于宽带无线通信、光纤通信等领域。典型信道编码方案介绍305多址接入与扩频通信技术频分多址（FDMA）将通信系统的总频段划分成若干等间隔的频道，分配给不同的用户使用。每个频道只传输一路信号，各频道之间无干扰。时分多址（TDMA）将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号。码分多址（CDMA）利

5、用扩频技术，使不同用户占用同一频率和时间，但采用不同的编码方式，以实现多址通信。多址接入方式及其特点保密性好由于扩频信号的带宽很宽，使得窃听者难以截获和破译。扩频通信原理通过发送比信息数据速率高得多的扩频码，将信息数据的频谱扩展到一个较宽的频带内，在接收端通过相关接收技术解扩，恢复出原始信息数据。抗干扰能力强由于扩频信号的带宽远大于信息带宽，因此具有很强的抗干扰能力。抗多径干扰扩频信号的多径分量在接收端可以通过相关接收技术进行分离和合并，从而减小多径干扰的影响。扩频通信原理及优势要点三直接序列扩频（DS-SS）在发送端直接用高速率的扩频码序列对信息数据进行调制，产生宽带信号进行传输。在接收端通过相同的扩频码序列进行解扩和相关接收，恢复出原始信息数据。要点一要点二跳频扩频（FH-SS）在发送端，信息数据通过调制器调制到不同的频率上，这些频率按照某种特定的规律进行跳变。在接收端，通过同步跳变的本地振荡器产生的频率与接收到的信号进行混频和相关接收，恢复出原始信息数据。跳时扩频（TH-SS）在发送端，信息数据在不同的时间片上进行发送，时间片的选取按照某种特定的规律进行跳变。在接收端，通过同步跳

6、变的时间片选择器和相关接收技术，恢复出原始信息数据。要点三典型扩频通信系统举例306无线传输协议和标准VS蓝牙协议栈由底层硬件模块、中间协议层和高层应用层组成。底层硬件模块负责无线信号的收发和调制解调；中间协议层包括链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）等，负责数据链路层的建立和管理；高层应用层则提供各类应用服务。蓝牙协议特点蓝牙协议具有低功耗、低成本、短距离通信的特点，支持点对点和点对多点的通信方式。同时，蓝牙协议还具有较好的兼容性和互操作性，可广泛应用于手机、耳机、音箱等设备的无线连接。蓝牙协议栈结构蓝牙协议栈结构和特点Wi-Fi协议栈结构Wi-Fi协议栈主要由物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）和上层应用组成。物理层负责无线信号的调制和解调；媒体访问控制层负责数据帧的传输和控制；上层应用则提供各类网络服务。Wi-Fi协议特点Wi-Fi协议具有传输速率高、传输距离远、组网灵活的特点。它采用基于IEEE802.11标准的无线局域网技术，支持多种传输速率和调制方式，可广泛应用于家庭、办公室等场景的无线接入。Wi-Fi协议栈结构和特点ZigBee协议栈结构Zi

7、gBee协议栈由物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL）组成。物理层和媒体访问控制层负责无线信号的收发和数据处理；网络层负责网络的建立和管理；应用层则提供各类应用服务。ZigBee协议特点ZigBee协议具有低功耗、低成本、低速率、近距离通信的特点，适用于物联网领域中的智能家居、工业自动化等场景。它采用基于IEEE802.15.4标准的无线通信技术，支持多种拓扑结构和组网方式，具有自组网和自愈能力。ZigBee协议栈结构和特点307无线网络安全与加密技术无线网络安全威胁分析攻击者通过截获无线信号，窃取通信内容。攻击者伪装成合法用户或基站，诱骗其他用户连接并窃取信息。攻击者截获并复制合法用户的通信内容，再次发送给接收方，造成混乱。攻击者通过发送大量无用信号，干扰正常通信，使网络瘫痪。窃听假冒重放拒绝服务03混合加密结合对称加密和非对称加密的优点，保证安全性和效率。01对称加密加密和解密使用相同密钥，典型算法有AES、DES等。02非对称加密加密和解密使用不同密钥，分为公钥和私钥，典型算法有RSA、ECC等。加密算法原理及分类基于预共享密钥的WPA2加密方式，提供较强的安全性。WPA2-PSKWPA2-EnterpriseWEPVPN采用802.1X认证和RADIUS服务器，实现更高级别的安全认证。虽然存在安全漏洞，但在某些场景中仍可使用，需配合MAC地址过滤等措施提高安全性。在无线网络上建立虚拟专用网络，提供端到端的安全传输通道。典型无线网络安全解决方案感感谢谢您的您的观观看看THANKS

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