《無(wú)線(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)筆記》課件

無(wú)線(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)筆記本筆記旨在記錄無(wú)線(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)點(diǎn)，涵蓋無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)、常見(jiàn)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等方面。課程介紹課程目標(biāo)學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的原理、應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。掌握無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的基本知識(shí)和技能。為從事無(wú)線(xiàn)通信相關(guān)領(lǐng)域工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涵蓋無(wú)線(xiàn)電磁波基礎(chǔ)、無(wú)線(xiàn)電調(diào)制解調(diào)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。為什么學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)11.普遍應(yīng)用無(wú)線(xiàn)技術(shù)無(wú)處不在，從智能手機(jī)到物聯(lián)網(wǎng)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)改變著我們的生活方式，學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以幫助我們更好地理解和應(yīng)用這些技術(shù)。22.未來(lái)發(fā)展無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)不斷發(fā)展，5G、6G等新一代通信技術(shù)將帶來(lái)更快的速度、更低的延遲和更大的容量，學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以為未來(lái)發(fā)展做好準(zhǔn)備。33.就業(yè)前景無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域人才需求量大，學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以提升競(jìng)爭(zhēng)力，獲得更多職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)。44.科研創(chuàng)新無(wú)線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以參與到科研創(chuàng)新中，推動(dòng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)發(fā)展。無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展歷程1無(wú)線(xiàn)電報(bào)19世紀(jì)末，無(wú)線(xiàn)電報(bào)誕生，標(biāo)志著無(wú)線(xiàn)通信時(shí)代的開(kāi)啟。2模擬無(wú)線(xiàn)電20世紀(jì)初，模擬無(wú)線(xiàn)電技術(shù)發(fā)展，電話(huà)、廣播等應(yīng)用出現(xiàn)。3數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信20世紀(jì)70年代，數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)興起，移動(dòng)電話(huà)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用出現(xiàn)。4現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以4G、5G為代表，高速率、低延遲、大容量。無(wú)線(xiàn)電磁波基礎(chǔ)電磁波的本質(zhì)無(wú)線(xiàn)電磁波是電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互耦合形成的能量波動(dòng)。它是電磁輻射的一種形式，可以在真空中以光速傳播。無(wú)線(xiàn)電磁波的頻率無(wú)線(xiàn)電磁波的頻率范圍非常廣泛，從低頻的無(wú)線(xiàn)電波到高頻的伽馬射線(xiàn)。每個(gè)頻率范圍都有不同的應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)電磁波的傳輸無(wú)線(xiàn)電磁波可以通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射和接收。天線(xiàn)的設(shè)計(jì)和尺寸取決于所使用的頻率范圍。無(wú)線(xiàn)電調(diào)制解調(diào)技術(shù)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線(xiàn)電波傳輸。解調(diào)接收信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)。頻譜分析頻譜分析技術(shù)在無(wú)線(xiàn)電調(diào)制解調(diào)技術(shù)中起著重要作用。無(wú)線(xiàn)電頻譜分配無(wú)線(xiàn)電頻譜是有限的資源，需要合理分配和管理。廣播電視移動(dòng)通信衛(wèi)星通信雷達(dá)導(dǎo)航航空航天其他不同類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)需要不同的頻段。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述無(wú)線(xiàn)設(shè)備之間的連接方式，影響著網(wǎng)絡(luò)性能、可靠性和擴(kuò)展性。常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、總線(xiàn)型、網(wǎng)狀型和混合型。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所有設(shè)備連接到一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)，如接入點(diǎn)，簡(jiǎn)單易管理，但中央節(jié)點(diǎn)故障會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)?？偩€(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所有設(shè)備共享一條通信信道，成本低，但擴(kuò)展性較差，信號(hào)干擾嚴(yán)重。網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中設(shè)備之間互相連接，形成多個(gè)路徑，提高了網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力和數(shù)據(jù)傳輸效率?；旌闲屯?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)計(jì)。無(wú)線(xiàn)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式鏈路層協(xié)議定義數(shù)據(jù)幀格式，包含源地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼等信息。確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中正確傳輸。流量控制防止接收方過(guò)載，通過(guò)控制數(shù)據(jù)傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正使用校驗(yàn)和、循環(huán)冗余校驗(yàn)等機(jī)制，保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制管理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中共享介質(zhì)的使用，避免多個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)造成沖突。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)無(wú)線(xiàn)路由器無(wú)線(xiàn)路由器通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)連接多個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。它們通常采用802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通過(guò)基站和手機(jī)之間的無(wú)線(xiàn)信號(hào)建立連接，提供語(yǔ)音通話(huà)和數(shù)據(jù)服務(wù)。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)利用衛(wèi)星在太空中的信號(hào)中繼，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)。無(wú)線(xiàn)寬帶接入無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接互聯(lián)網(wǎng)，例如WiMAX和LTE。WLAN的工作原理1無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(AP)連接無(wú)線(xiàn)設(shè)備2無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)連接無(wú)線(xiàn)設(shè)備3無(wú)線(xiàn)電波傳輸數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)包傳輸數(shù)據(jù)WLAN使用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線(xiàn)設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(AP)通信。AP將無(wú)線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線(xiàn)信號(hào)，并連接到網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)設(shè)備通過(guò)AP與網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備通信。藍(lán)牙通信基礎(chǔ)藍(lán)牙技術(shù)原理藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，采用2.4GHz頻段，支持低功耗、低成本、低延遲的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)減少干擾，提高抗干擾能力。藍(lán)牙應(yīng)用場(chǎng)景藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種無(wú)線(xiàn)設(shè)備，如智能手機(jī)、耳機(jī)、音箱、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。藍(lán)牙可用于連接不同類(lèi)型的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音通話(huà)、文件共享等功能。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌{(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了藍(lán)牙設(shè)備之間的連接方式和數(shù)據(jù)傳輸路徑。常見(jiàn)的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以一個(gè)主設(shè)備為中心，其他設(shè)備連接到主設(shè)備，適用于簡(jiǎn)單的設(shè)備連接場(chǎng)景。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指兩個(gè)設(shè)備直接連接，適用于簡(jiǎn)單的設(shè)備配對(duì)和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指多個(gè)設(shè)備相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，適用于復(fù)雜的設(shè)備互聯(lián)場(chǎng)景。藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧概述藍(lán)牙協(xié)議棧分為多個(gè)層次，各層相互協(xié)作，完成藍(lán)牙設(shè)備間的通信協(xié)議棧層級(jí)應(yīng)用層藍(lán)牙核心協(xié)議層鏈路管理層主機(jī)控制器接口層物理層協(xié)議棧功能藍(lán)牙協(xié)議棧負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備連接、安全認(rèn)證等關(guān)鍵功能數(shù)據(jù)傳輸與控制藍(lán)牙協(xié)議棧支持多種數(shù)據(jù)傳輸模式，提供可靠的連接和數(shù)據(jù)傳輸保障藍(lán)牙設(shè)備配對(duì)流程設(shè)備發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備開(kāi)始搜索彼此。這可以通過(guò)打開(kāi)設(shè)備上的藍(lán)牙功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。配對(duì)請(qǐng)求一個(gè)設(shè)備向另一個(gè)設(shè)備發(fā)送配對(duì)請(qǐng)求。這將提示接收設(shè)備接受或拒絕配對(duì)請(qǐng)求。輸入PIN碼如果配對(duì)請(qǐng)求被接受，兩個(gè)設(shè)備可能需要輸入一個(gè)PIN碼來(lái)確認(rèn)配對(duì)。配對(duì)成功一旦PIN碼驗(yàn)證完成，兩個(gè)設(shè)備就會(huì)配對(duì)成功。它們現(xiàn)在可以互相通信。4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心基礎(chǔ)，它定義了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)之間的交互方式，并提供了一種靈活、可擴(kuò)展的框架來(lái)支持各種無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)。4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(RAN)、核心網(wǎng)(CN)和用戶(hù)設(shè)備(UE)三部分組成。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)負(fù)責(zé)將用戶(hù)設(shè)備連接到核心網(wǎng)，核心網(wǎng)負(fù)責(zé)提供各種通信服務(wù)，用戶(hù)設(shè)備是用戶(hù)使用的終端。4G/5G接入網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)型基站4G/5G系統(tǒng)使用演進(jìn)型基站，提供更高數(shù)據(jù)速率、更低延遲和更強(qiáng)覆蓋能力。多天線(xiàn)技術(shù)MIMO技術(shù)，通過(guò)多個(gè)天線(xiàn)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)容量和頻譜效率。載波聚合技術(shù)聚合多個(gè)載波，增加帶寬，滿(mǎn)足高數(shù)據(jù)速率需求。新型接入技術(shù)4GLTE和5GNR等技術(shù)，支持高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲和高可靠性。4G/5G核心網(wǎng)技術(shù)1核心網(wǎng)概述核心網(wǎng)負(fù)責(zé)控制和管理移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，提供各種核心服務(wù)，例如用戶(hù)認(rèn)證、呼叫控制、計(jì)費(fèi)等。24G核心網(wǎng)傳統(tǒng)的4G核心網(wǎng)采用EPC架構(gòu)，包含多個(gè)功能實(shí)體，如MME、S-GW、P-GW等。35G核心網(wǎng)5G核心網(wǎng)采用基于云的5GC架構(gòu)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并支持多種新興技術(shù)，例如網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等。4演進(jìn)與發(fā)展5G核心網(wǎng)相比4G核心網(wǎng)更加靈活、高效，并具備更強(qiáng)的擴(kuò)展性，以滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需求。4G/5G密碼學(xué)安全數(shù)據(jù)加密4G/5G網(wǎng)絡(luò)使用先進(jìn)加密算法，例如AES，保護(hù)用戶(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性。身份驗(yàn)證用戶(hù)身份驗(yàn)證機(jī)制，例如EAP和TLS，確保只有授權(quán)設(shè)備和用戶(hù)才能訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)完整性通過(guò)數(shù)據(jù)包完整性校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有被篡改。安全協(xié)議使用標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議，例如HTTPS和DTLS，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信的安全。軟件定義無(wú)線(xiàn)電靈活性和可重構(gòu)性軟件定義無(wú)線(xiàn)電通過(guò)軟件定義無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)實(shí)現(xiàn)靈活的無(wú)線(xiàn)電功能，可通過(guò)軟件重構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線(xiàn)通信模式。成本效益軟件定義無(wú)線(xiàn)電可以通過(guò)軟件升級(jí)實(shí)現(xiàn)新功能，降低硬件成本，提高成本效益。毫米波通信技術(shù)1高頻段優(yōu)勢(shì)毫米波頻率較高，帶寬更大，可提供更高的數(shù)據(jù)速率。2覆蓋范圍局限性毫米波信號(hào)傳播距離較短，易受障礙物影響，需要密集部署基站。3高容量接入毫米波可支持大量用戶(hù)同時(shí)接入，滿(mǎn)足未來(lái)海量移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求。4應(yīng)用場(chǎng)景主要用于室內(nèi)密集區(qū)域，例如大型體育場(chǎng)館、會(huì)議中心和高層建筑。無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)檢測(cè)信號(hào)特征無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)檢測(cè)的關(guān)鍵在于從噪聲和干擾中提取出有用信號(hào)特征。濾波器濾波器用于去除干擾和噪聲，增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。檢測(cè)算法匹配濾波、最大似然估計(jì)等算法用于判斷信號(hào)的存在和類(lèi)型。頻率估計(jì)通過(guò)分析信號(hào)的頻率特性，可以識(shí)別信號(hào)來(lái)源和類(lèi)型。無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建模1系統(tǒng)參數(shù)建模需要定義系統(tǒng)參數(shù)，包括發(fā)射功率、天線(xiàn)增益、噪聲功率等。2信道模型使用信道模型模擬無(wú)線(xiàn)信道特性，如衰落、多徑效應(yīng)和干擾等。3性能指標(biāo)定義評(píng)估模型性能的指標(biāo)，例如誤碼率、吞吐量和時(shí)延等。無(wú)線(xiàn)電波傳播模型直線(xiàn)傳播無(wú)線(xiàn)電波在自由空間中以直線(xiàn)傳播，不受障礙物阻擋。繞射無(wú)線(xiàn)電波遇到障礙物時(shí)，會(huì)繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播，但信號(hào)強(qiáng)度會(huì)減弱。反射無(wú)線(xiàn)電波遇到導(dǎo)體表面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，反射方向取決于入射角和反射角。折射無(wú)線(xiàn)電波穿過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，稱(chēng)為折射，折射角取決于入射角和兩種介質(zhì)的折射率。無(wú)線(xiàn)信號(hào)調(diào)制解調(diào)算法1數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)哪M信號(hào)。2模擬調(diào)制模擬調(diào)制將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)哪M信號(hào)。3解調(diào)解調(diào)將無(wú)線(xiàn)傳輸接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始的數(shù)字或模擬信號(hào)。4算法種類(lèi)常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)調(diào)制解調(diào)算法包括：ASK,FSK,PSK,QAM等。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估指標(biāo)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估指標(biāo)用于衡量無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和效率。這些指標(biāo)可以幫助我們了解網(wǎng)絡(luò)的性能，并識(shí)別需要改進(jìn)的地方。100%數(shù)據(jù)吞吐量網(wǎng)絡(luò)每秒傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量10ms延遲數(shù)據(jù)從源到目的地的時(shí)間99.99%可靠性數(shù)據(jù)傳輸成功率1000容量網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)支持的用戶(hù)數(shù)量無(wú)線(xiàn)電波干擾分析來(lái)源分析干擾信號(hào)來(lái)源眾多，包括自然現(xiàn)象、人為干擾和同頻干擾。自然現(xiàn)象包括雷電、太陽(yáng)耀斑等，人為干擾包括工業(yè)設(shè)備、家用電器等，同頻干擾則來(lái)自其他無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。影響分析干擾信號(hào)會(huì)影響無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的性能，例如降低信噪比、增加誤碼率、降低數(shù)據(jù)傳輸速率等。干擾嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐赏ㄐ胖袛?。抑制方法常用的干擾抑制方法包括頻率規(guī)劃、空間隔離、信號(hào)處理等。頻率規(guī)劃是指選擇合適的頻率進(jìn)行通信，空間隔離是指將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分離一定距離，信號(hào)處理是指通過(guò)濾波、編碼等手段來(lái)抑制干擾信號(hào)。無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展趨勢(shì)5G+持續(xù)提升帶寬和速率，滿(mǎn)足未來(lái)高帶寬應(yīng)用需求。衛(wèi)星通信拓展無(wú)線(xiàn)通信覆蓋范圍，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為物