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毫米波雷达

毫米波雷达

毫米波雷达在通讯领域的应用
2020-12-28
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电信

电信是一个用来表示许多事物的术语。前缀,tel,表示遥远,遥远,遥远。因此,电信一词是指长距离通信的过程。就我们的目的而言,我们指的是电子通信(从技术上讲,烟雾信号和信鸽也可以归类为电信模式)。较早的电信教科书将它们描述为通过有线进行的通信。在某种程度上,今天仍然如此,但是大量的通信是通过光纤以及通过RF和微波信号(通过传输线辐射或传导的)来进行的。本节将电信视为通信的发送和接收。通过辐射的微波信号在各种距离上获取信息,特别是被称为无线的应用,包括移动电话和无线网络。  

手机(手机)

移动电话起源于1940年代后期,但由于成本高和频率分配有限而未能得到广泛使用。在1970年代,当将800到900 MHz频段分配给移动通信时,消除了最后一个限制,并且随着技术的进步,随着用户的使用,移动通信系统(即蜂窝电话)的成本已大大降低。在功能和性能方面经历了革命性的进步。

 图7 蜂窝电话系统

图7蜂窝电话系统。

最好将基本的蜂窝概念描述为一组自动切换的中继站。人口稠密的区域分为许多称为细胞的小区域。这些信元链接到一个称为移动电话交换局(MTSO)的中心位置,该位置协调所有传入呼叫。除了协调蜂窝站点之间的呼叫外,MTSO还生成时间和计费信息。蜂窝系统的示意图如图7所示。。每个小区都有一个区域特定部分的发射器/接收器组合。MTSO是主要模块,是系统的控制区域。它是将呼叫者连接到呼叫者试图联系的一方的单元。如果呼叫者正在移动(例如在汽车中),则MTSO会感测到正在使用的信号的级别,并自动将呼叫切换到适当的小区,从而以最佳的清晰度完成传输。中心局提供的功能与常规电话系统中的中心局相同,也就是说,它提供了一部电话与另一部电话之间的连接。

 图8 蜂窝电话塔

图8蜂窝电话塔。

小区位置实际上是特殊的发送器/接收器组合。由于它仅覆盖较小的地理区域,因此该设备的功率相对较低。由于功率足够低,因此不会发生干扰,因此这允许其他小区以相同的频率工作。此功能非常重要,因为如果不是因为每个单元的低功耗要求,区域中的许多单元将相互干扰。因此,在一个地理区域中可以存在许多小区,所有小区以相同的频率工作并且很好地共存。图8 显示了一个蜂窝电话站点。

分配给蜂窝电话服务的800至900 MHz频带范围为825至845和870至890 MHz。对于蜂窝电话,低端(825至845 MHz)用于发送,而高端(870至890 MHz)用于接收。在基本单元(小区站点)上,频率相反。这种方法是合乎逻辑的,因为电话的发送方是手机的接收方,反之亦然。在分配的频段内,分配了666个单独的通道用于语音和控制,每个频段333个。每个通道的带宽为30 kHz。拨打蜂窝电话的人输入本地七位数字或长途10位数字。然后,呼叫者按下发送按钮,该按钮将数据发送到通道。数据会从小区站点发送到带有站点站点的标识号的MTSO。一旦MTSO检测到蜂窝电话在正确的信道上,就将呼叫发送到中心办公室,然后再发送到“被叫方”电话。这似乎很耗时,但是可以在很短的时间内完成。当蜂窝电话的信号强度由于移动距离而降低时,MTSO会搜索这些单元以找到强度最大的单元,并自动切换对话。此过程称为切换,用户永远不会看到或什至不知道。当蜂窝电话的信号强度由于移动距离而降低时,MTSO会搜索这些单元以找到强度最大的单元,并自动切换对话。此过程称为切换,用户永远不会看到或什至不知道。当蜂窝电话的信号强度由于移动距离而降低时,MTSO会搜索这些单元以找到强度最大的单元,并自动切换对话。此过程称为切换,用户永远不会看到或什至不知道。

大多数蜂窝电话都在最初注册电话的本地使用。当需要在所选区域之外操作电话时,系统会采用一种称为漫游的方案。仅当您所在的区域具有蜂窝服务并且在电话公司及其用户之间达成协议时,才可以进行漫游。该国许多地区都具有漫游能力,因此大大扩展了蜂窝系统的范围。对于那些经常去该国不同地区的人来说,漫游是一个方便的功能。

最早使用模拟的手机将语音信号模拟调制到射频载波上。这被称为第一代蜂窝电话网络,即1G,奠定了我们今天所处的基础。1G被提供了基本的多用户无线功能,但它受到限制。因为它是模拟的,所以每个30 KHz通道仅支持一个用户,并且只能支持语音通信。

在1990年代初期,引入了带有第二代蜂窝电话(2G)的电话。全球移动通信系统或GSM使用数字调制来改善语音质量,但是网络仅提供有限的数据服务。时域多址访问(TDMA)可在每个通道上启用多个用户,但要求通道(保护带)之间的频率间隔较大,以减少干扰。在1990年代后期引入了中间阶段2.5G。它使用通用分组无线服务(GPRS)标准,该标准将分组交换数据功能提供给现有GSM网络,从而使用户可以将图形丰富的数据作为分组发送。GSM演进增强数据速率(EDGE)网络是一种数字移动电话技术,可作为GSM的向后兼容扩展,以提高数据传输速率,是2.5G移动技术的一个示例。

 图9  5G革命

图9 5G革命。

3G蜂窝网络于2001年推出。它以码分多路复用(CDMA)为基础,是移动音频,图形和视频应用程序的推动者。CDMA开放了整个带宽,允许多个用户共享相同的频率并同时进行通信。此外,它建立了一个单一的全球网络协议,该协议具有对各种设备的兼容性,并且可以从任何位置访问Internet。通用移动电信服务(UMTS)是一种3G宽带,基于分组的文本,数字语音,视频和多媒体传输,数据传输速率高达每秒2兆比特(Mbps)。

4G于2009年推出,提供的传输速率是3G的10倍或更高。它根据应用程序对流量进行优先级排序,并动态调整资源以优化需求。GSM使用TDMA,3G使用CDMA,而4G使用正交频分多址(OFDMA)。正交频分复用将串行数据流分成几个并行流,这些流通过单独的紧密间隔的窄带通道传输。这具有在不牺牲吞吐量的情况下减少干扰和串扰的效果。长期演进(LTE)是基于TCP / IP联网方案的采用IP地址的4G实例。无线网络上的每个设备都有一个唯一的地址。LTE标准是由第三代合作伙伴计划(3GPP)创建的,并已被全球大多数无线运营商采用。   

5G LTE有望在无线通信技术方面进行一场革命,以实现物联网(IoT)的大规模实施。它将现有批准的RF频谱扩展到mmw区域,为更多的用户提供了更高的带宽,更高的速度和更低的延迟,从而为智能家居,城市和基础设施,虚拟现实和自动交通开辟了新的应用(参见图9)。尚未确定5G发展的确切日期,但是许多公司和组织都有自己的时间表。初始5G标准于3GPP于2017年12月批准。

局域网络

了解无线局域网(WLAN)首先需要了解其前身局域网(LAN)。在无线之前,有有线局域网。这是一组计算机和关联的设备,它们共享一条通常为同轴电缆的公共通信线。这些网络跨越相对较短的区域,例如单个建筑物或建筑物组。局域网可以通过电话线更远地连接到其他局域网。这极大地增加了覆盖范围,并提供了更大的灵活性以及与单个建筑物或建筑物组之外的位置进行通信的能力。

WLAN是LAN的下一代。这是一种灵活的数据通信系统,可实现为有线LAN的扩展或替代。WLAN并不是典型LAN的替代品,而是一种增强功能。许多人已经采用WLAN来提高移动性。安装速度是另一个优势,同时又具有安装灵活性,即无线网络可以连接到电线无法连接的地方。尽管初始成本可能更高,但无线网络的长期成本收益要好得多。受益于WLAN的人员包括:医院的医疗人员,他们使用手持式设备即时获取信息;大学校园的学生和教授可以访问信息以满足各种需求;公司的培训人员可以在研讨会和短期课程中交换信息,

大多数WLAN使用扩频技术来提高安全性。所使用的两种方法是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。跳频采用的载波会按照由随机信号发生器确定的模式改变频率。该模式仅对于发射器和预期的接收器是已知的。直接序列方案为要传输的每个位(称为芯片)生成冗余位模式。芯片越长,恢复原始数据的可能性就越大。

联邦通信委员会(FCC)已批准WLAN的特定频段。它们是902至928 MHz,2.4至2.483、5.15至5.35和5.725至5.875 GHz。WLAN受某些标准约束。电气和电子工程学院(IEEE)有一个特定的标准,即802.11。此标准有不同级别,例如802.11(在2.4 GHz频段内数据高达2 Mbps),802.11a(在5 GHz频段内数据高达54 Mbps),802.11b(在2.4 GHz频段内数据高达11 Mbps)频段)和802.11g(2.4 GHz频段的数据高达54 Mbps)。802.11n通过利用多个无线信号和天线(即多输入多输出(MIMO)技术)在802.11g上改进了支持的带宽量。最新一代的802.11ac利用双频无线技术,支持在2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi频段上同时连接。802.11ac向后兼容802.11b / g / n,在5 GHz频段上的带宽额定高达1300 Mbps,在2.4 GHz上的带宽高达450 Mbps。

蓝牙

广泛使用的另一个标准是蓝牙。这是哈拉尔蓝牙谁是丹麦的国王在晚10点以后命名日世纪。他将丹麦和挪威的一部分统一为一个王国,然后将基督教引入丹麦。无线标准使用此名称的选择表明了波罗的海地区的公司对通信行业的重要性。蓝牙工作在2.4 GHz频段,该频段已被国际协议搁置,用于工业,科学和医学(ISM)领域。在美国和欧洲,频率范围为2.400至2.483.5 GHz,具有79个1 MHz通道(实际上使用的范围为2.402至2.480 GHz)。在日本,使用的23个1 MHz信道的频率范围为2.472至2.479 GHz。它提供了一种使各种设备在大约10 m范围内彼此通信的方法。

蓝牙提供了通用的短距离无线网络,该网络可在全球范围内用于无执照的低功耗使用。例如,如果两个蓝牙设备之间的距离不超过10 m,则它们最多可以共享720 Kbps的容量。蓝牙可以传输数据,音频,图形和视频。应用包括耳机,无绳电话,家庭立体声和数字MP3播放器。从无线耳机到手机的通话,消除计算机与外围设备之间的电缆连接,将MP3设备连接到其他用于下载音乐的机器,家用电器的监控系统以及控制装置,可能的或目前正在运行的某些事情许多家用电器。微微网是一个小型网络,其中八个设备在该网络内进行通信。

无线局域网技术

当前的无线技术分为三类:红外(IR),其波长从770 nm到更高,扩展频谱系统和窄带微波系统。红外应用的范围相当有限,因为它们涉及无法穿透不透明壁的红外光。因此,IR通信仅在单个房间内是可行的。扩频系统仅在ISM频段内运行。在这些频段内,不需要FCC许可证。窄带微波WLAN不使用扩频技术,并且在ISM频带以外的频带中使用时,它需要FCC许可证。除WLAN外,窄带微波的应用还包括陆地移动无线电和无线回程。

红外技术参数和特性如表1所示。分别显示了散射红外(使用光源,如发光二极管(LED),将光的传播分布在一个区域上)和直接光束红外(使用更聚焦的光束)的参数。扩频又分为跳频和直接序列(见表2)。窄带微波示于表3。

 

无线局域网技术

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