《无线技术学习笔记》课件

无线技术学习笔记本笔记旨在记录无线技术学习过程中的知识点，涵盖无线通信基础、常见无线标准、无线网络设计等方面。课程介绍课程目标学习无线技术的原理、应用和发展趋势。掌握无线通信系统的基本知识和技能。为从事无线通信相关领域工作打下坚实基础。课程内容涵盖无线电磁波基础、无线电调制解调技术、无线网络拓扑结构、无线网络接入技术、4G/5G网络架构等。为什么学习无线技术11.普遍应用无线技术无处不在，从智能手机到物联网，无线技术改变着我们的生活方式，学习无线技术可以帮助我们更好地理解和应用这些技术。22.未来发展无线通信技术不断发展，5G、6G等新一代通信技术将带来更快的速度、更低的延迟和更大的容量，学习无线技术可以为未来发展做好准备。33.就业前景无线通信领域人才需求量大，学习无线技术可以提升竞争力，获得更多职业发展机会。44.科研创新无线技术领域充满挑战，学习无线技术可以参与到科研创新中，推动无线技术发展。无线通信发展历程1无线电报19世纪末，无线电报诞生，标志着无线通信时代的开启。2模拟无线电20世纪初，模拟无线电技术发展，电话、广播等应用出现。3数字无线通信20世纪70年代，数字无线通信技术兴起，移动电话、移动互联网等应用出现。4现代无线通信现代无线通信技术以4G、5G为代表，高速率、低延迟、大容量。无线电磁波基础电磁波的本质无线电磁波是电场和磁场相互耦合形成的能量波动。它是电磁辐射的一种形式，可以在真空中以光速传播。无线电磁波的频率无线电磁波的频率范围非常广泛，从低频的无线电波到高频的伽马射线。每个频率范围都有不同的应用。无线电磁波的传输无线电磁波可以通过天线发射和接收。天线的设计和尺寸取决于所使用的频率范围。无线电调制解调技术调制将数字信号转换为无线电波传输。解调接收信号还原为数字信号。频谱分析频谱分析技术在无线电调制解调技术中起着重要作用。无线电频谱分配无线电频谱是有限的资源，需要合理分配和管理。广播电视移动通信卫星通信雷达导航航空航天其他不同类型的无线通信服务需要不同的频段。无线网络拓扑结构无线网络拓扑结构描述无线设备之间的连接方式，影响着网络性能、可靠性和扩展性。常见的无线网络拓扑结构包括星型、总线型、网状型和混合型。星型拓扑结构中所有设备连接到一个中央节点，如接入点，简单易管理，但中央节点故障会影响整个网络。总线型拓扑结构中所有设备共享一条通信信道，成本低，但扩展性较差，信号干扰严重。网状型拓扑结构中设备之间互相连接，形成多个路径，提高了网络容错能力和数据传输效率。混合型拓扑结构结合了多种拓扑结构的优点，可根据实际需求灵活设计。无线链路层协议数据帧格式链路层协议定义数据帧格式，包含源地址、目标地址、数据和校验码等信息。确保数据在网络中正确传输。流量控制防止接收方过载，通过控制数据传输速率，避免网络拥塞。错误检测与纠正使用校验和、循环冗余校验等机制，保证数据传输可靠性。介质访问控制管理无线网络中共享介质的使用，避免多个设备同时发送数据造成冲突。无线网络接入技术无线路由器无线路由器通过无线信号连接多个设备，实现网络共享。它们通常采用802.11协议标准。蜂窝网络蜂窝网络通过基站和手机之间的无线信号建立连接，提供语音通话和数据服务。卫星网络卫星网络利用卫星在太空中的信号中继，为偏远地区提供无线通信服务。无线宽带接入无线宽带接入技术使用无线网络连接互联网，例如WiMAX和LTE。WLAN的工作原理1无线接入点(AP)连接无线设备2无线网络接口卡(NIC)连接无线设备3无线电波传输数据4数据包传输数据WLAN使用无线电波进行数据传输。无线设备通过无线网络接口卡(NIC)与无线接入点(AP)通信。AP将无线信号转换为有线信号，并连接到网络。无线设备通过AP与网络上的其他设备通信。蓝牙通信基础蓝牙技术原理蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，采用2.4GHz频段，支持低功耗、低成本、低延迟的无线数据传输。蓝牙使用跳频扩频技术来减少干扰，提高抗干扰能力。蓝牙应用场景蓝牙技术广泛应用于各种无线设备，如智能手机、耳机、音箱、键盘、鼠标、打印机等。蓝牙可用于连接不同类型的设备，实现数据传输、语音通话、文件共享等功能。蓝牙网络拓扑蓝牙网络拓扑结构决定了蓝牙设备之间的连接方式和数据传输路径。常见的蓝牙网络拓扑结构包括星型、点对点、网状网络等。星型拓扑结构以一个主设备为中心，其他设备连接到主设备，适用于简单的设备连接场景。点对点拓扑结构是指两个设备直接连接，适用于简单的设备配对和数据传输。网状网络拓扑结构是指多个设备相互连接形成网络，适用于复杂的设备互联场景。蓝牙协议栈蓝牙协议栈概述蓝牙协议栈分为多个层次，各层相互协作，完成蓝牙设备间的通信协议栈层级应用层蓝牙核心协议层链路管理层主机控制器接口层物理层协议栈功能蓝牙协议栈负责数据传输、设备连接、安全认证等关键功能数据传输与控制蓝牙协议栈支持多种数据传输模式，提供可靠的连接和数据传输保障蓝牙设备配对流程设备发现蓝牙设备开始搜索彼此。这可以通过打开设备上的蓝牙功能来实现。配对请求一个设备向另一个设备发送配对请求。这将提示接收设备接受或拒绝配对请求。输入PIN码如果配对请求被接受，两个设备可能需要输入一个PIN码来确认配对。配对成功一旦PIN码验证完成，两个设备就会配对成功。它们现在可以互相通信。4G/5G网络架构4G/5G网络架构是移动通信网络的核心基础，它定义了无线网络和核心网之间的交互方式，并提供了一种灵活、可扩展的框架来支持各种无线通信服务。4G/5G网络架构主要由无线接入网(RAN)、核心网(CN)和用户设备(UE)三部分组成。无线接入网负责将用户设备连接到核心网，核心网负责提供各种通信服务，用户设备是用户使用的终端。4G/5G接入网技术演进型基站4G/5G系统使用演进型基站，提供更高数据速率、更低延迟和更强覆盖能力。多天线技术MIMO技术，通过多个天线同时传输数据，提高系统容量和频谱效率。载波聚合技术聚合多个载波，增加带宽，满足高数据速率需求。新型接入技术4GLTE和5GNR等技术，支持高速数据传输、低延迟和高可靠性。4G/5G核心网技术1核心网概述核心网负责控制和管理移动通信网络，提供各种核心服务，例如用户认证、呼叫控制、计费等。24G核心网传统的4G核心网采用EPC架构，包含多个功能实体，如MME、S-GW、P-GW等。35G核心网5G核心网采用基于云的5GC架构，简化了网络结构，并支持多种新兴技术，例如网络切片、边缘计算等。4演进与发展5G核心网相比4G核心网更加灵活、高效，并具备更强的扩展性，以满足未来网络需求。4G/5G密码学安全数据加密4G/5G网络使用先进加密算法，例如AES，保护用户数据在传输过程中的安全性。身份验证用户身份验证机制，例如EAP和TLS，确保只有授权设备和用户才能访问网络。网络完整性通过数据包完整性校验，确保数据在传输过程中没有被篡改。安全协议使用标准安全协议，例如HTTPS和DTLS，保护网络通信的安全。软件定义无线电灵活性和可重构性软件定义无线电通过软件定义无线电平台实现灵活的无线电功能，可通过软件重构实现多种无线通信模式。成本效益软件定义无线电可以通过软件升级实现新功能，降低硬件成本，提高成本效益。毫米波通信技术1高频段优势毫米波频率较高，带宽更大，可提供更高的数据速率。2覆盖范围局限性毫米波信号传播距离较短，易受障碍物影响，需要密集部署基站。3高容量接入毫米波可支持大量用户同时接入，满足未来海量移动数据流量需求。4应用场景主要用于室内密集区域，例如大型体育场馆、会议中心和高层建筑。无线通信信号检测信号特征无线通信信号检测的关键在于从噪声和干扰中提取出有用信号特征。滤波器滤波器用于去除干扰和噪声，增强信号强度。检测算法匹配滤波、最大似然估计等算法用于判断信号的存在和类型。频率估计通过分析信号的频率特性，可以识别信号来源和类型。无线通信系统建模1系统参数建模需要定义系统参数，包括发射功率、天线增益、噪声功率等。2信道模型使用信道模型模拟无线信道特性，如衰落、多径效应和干扰等。3性能指标定义评估模型性能的指标，例如误码率、吞吐量和时延等。无线电波传播模型直线传播无线电波在自由空间中以直线传播，不受障碍物阻挡。绕射无线电波遇到障碍物时，会绕过障碍物继续传播，但信号强度会减弱。反射无线电波遇到导体表面时，会发生反射，反射方向取决于入射角和反射角。折射无线电波穿过不同介质时，传播方向会发生改变，称为折射，折射角取决于入射角和两种介质的折射率。无线信号调制解调算法1数字调制数字调制将数字信号转换为适合无线传输的模拟信号。2模拟调制模拟调制将模拟信号转换为适合无线传输的模拟信号。3解调解调将无线传输接收到的模拟信号转换为原始的数字或模拟信号。4算法种类常见的无线信号调制解调算法包括：ASK,FSK,PSK,QAM等。无线网络性能评估指标无线网络性能评估指标用于衡量无线网络的质量和效率。这些指标可以帮助我们了解网络的性能，并识别需要改进的地方。100%数据吞吐量网络每秒传输数据的数量10ms延迟数据从源到目的地的时间99.99%可靠性数据传输成功率1000容量网络能够同时支持的用户数量无线电波干扰分析来源分析干扰信号来源众多，包括自然现象、人为干扰和同频干扰。自然现象包括雷电、太阳耀斑等，人为干扰包括工业设备、家用电器等，同频干扰则来自其他无线通信系统。影响分析干扰信号会影响无线通信系统的性能，例如降低信噪比、增加误码率、降低数据传输速率等。干扰严重时甚至会造成通信中断。抑制方法常用的干扰抑制方法包括频率规划、空间隔离、信号处理等。频率规划是指选择合适的频率进行通信，空间隔离是指将发射机和接收机分离一定距离，信号处理是指通过滤波、编码等手段来抑制干扰信号。无线通信发展趋势5G+持续提升带宽和速率，满足未来高带宽应用需求。卫星通信拓展无线通信覆盖范围，为偏远地区提供网络服务。物联网无线通信技术为物