無線電網路

無線電網路

Radio Networks。

窄帶無線電通信（Narrow-Band Radio）這種技術類似於無線電台的廣播，必須把發送器和接收器都調撥到同一頻帶。無線電信號可以穿越牆物，在一個很廣的域內傳播，所以不必把它調聚成束。然而，窄帶射頻發送有無線電波反射的問題，並受聯邦通信委員會管制，它們必須準確地進行調諧，以防其它頻率的干擾。

擴頻無線電通信（Spread Spectrum Radio）這種技術是在一個很寬的頻率範圍內廣播信號，避免在窄帶無線電通信中遇到的問題。用一種編碼來傳播信號，接收站用同一編碼來恢複信號。用這種方法，擴頻無線電信號能工作在其它信號所佔據的頻率範圍內。擴頻無線電信號不會幹涉常規的無線電廣播，這是因為它的能量十分微弱。

Mobile Radio Networks。

有兩種相互競爭的移動式無線電技術。第一種基於分組無線電技術和上聯衛星的鏈路，第二種是使用現有的蜂窩式電話系統。移動無線電網正逐步成熟起來。服務公司為流行的通信服務和網路提供信關，如AT& T Mail、MCI Mail、CompuServe和網際網路。像Microsoft（微軟）這樣的操作系統和軟體供應商正在為移動用戶專門設計軟體包。

（Packet-Radio Communication）分組無線電通信把（PRC）發送的信息分成若干數字分組，每一個分組都包括源地址、目的地址和糾錯信息。這些分組被鏈接發送給衛星，然後進行廣播，各接收設備只接收目的地址是自己的分組，由於傳送是雙向的，所以可以使用檢錯和糾錯方法。從事分組無線電通信的公司有位於依利諾州Linco lnshire的Ardis、新澤西州Woodbridge的RAM Mobile Data和加州Lafayette的Nextel等。

（Cellular Digital Packte Communication）蜂窩數字分組數據（CDPD）是一個允許顧客通過現行蜂窩網路發送計算機數據的蜂窩無線網規範。CDPD中定義的分組方法為突發方式的計算機數據傳送提供了有效的方法，典型的象E-mail交換和資料庫查詢。由於設備具有雙向傳送性能，所以傳送過程中還可以進行檢錯和糾錯。CDPD是一個由蜂窩電信局和計算機公司組成的國際性組織定義的。其中包括九個地方貝爾運營公司中的八個、IBM公司、McCaw Data公司、Contel Cellular公司和GTE Mobilnet公司。

無線電是指在所有自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，是其中的一個有限頻帶，上限頻率在300GHz（吉赫茲），下限頻率較不統一，在各種射頻規範書，常見的有3KHz~300GHz（ITU－國際電信聯盟規定），9KHz~300GHz，10KHz~300GHz。

無線電技術是通過無線電波傳播信號的技術。無線電技術的原理在於，導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象，通過調製可將信息載入於無線電波之上。當電波通過空間傳播到達收信端，電波引起的電磁場變化又會在導體中產生電流。通過解調將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。

用途

無線電的最早應用於航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息。無線電有著多種應用形式，包括無線數據網，各種移動通信以及無線電廣播等。

以下是一些無線電技術的主要應用：

無線通信在現代通信中佔據著極其重要的位置，幾乎任何領域都使用無線通信，包括有商業、氣象、金融、軍事、工業、民用等。我們可從通信系統、調製方式、多址方式等幾方面可看到無線通信系統種類的繁多。類 別 種 類 通信系統 衛星通信系統、蜂窩移動通信系統、無線尋呼系統、短波通信系統、微波通信系統等 調製方式 AM、FM、LSB、USB、ISB、FSK、PSK、MSK、GMSK、QAM等 多址方式 時分多址（TDMA）、頻分多址（ FDMA）和碼分多址（CDMA）等。

1.聲音

聲音廣播的最早形式是航海無線電報。它採用開關控制連續波的發射與否，由此在接收機產生斷續的聲音信號，即摩爾斯電碼。調幅廣播可以傳播音樂和聲音。調幅廣播採用幅度調製技術，即話筒處接受的音量越大則電台發射的能量也越大。這樣的信號容易受到諸如閃電或其他干擾源的干擾。調頻廣播可以比調幅廣播更高的保真度傳播音樂和聲音。對頻率調製而言，話筒處接受的音量越大對應發射信號的頻率越高。調頻廣播工作於甚高頻段（Very High Frequency，VHF）。頻段越高，其所擁有的頻率帶寬也越大，因而可以容納更多的電台。同時，波長越短的無線電波的傳播也越接近於光波直線傳播的特性。調頻廣播的邊帶可以用來傳播數字信號如，電台標識、節目名稱簡介、網址、股市信息等。在有些國家，當被移動至一個新的地區后，調頻收音機可以自動根據邊帶信息自動尋找原來的頻道。

航海和航空中使用的話音電台應用VHF調幅技術。這使得飛機和船舶上可以使用輕型天線。政府、消防、警察和商業使用的電台通常在專用頻段上應用窄帶調頻技術。這些應用通常使用5KHz的帶寬。相對於調頻廣播或電視伴音的16KHz帶寬，保真度上不得不作出犧牲。民用或軍用高頻話音服務使用短波用於船舶，飛機或孤立地點間的通訊。大多數情況下，都使用單邊帶技術，這樣相對於調幅技術可以節省一半的頻帶，並更有效地利用發射功率。陸地中繼無線電（Terrestial Trunked Radio， TETRA）是一種為軍隊、警察、急救等特殊部門設計的數字集群電話系統。

2.電話

蜂窩電話或行動電話是當前最普遍應用的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋區通常分為多個小區。每個小區由一個基站發射機覆蓋。理論上，小區的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話名稱的來源。當前廣泛使用的行動電話系統標準包括：GSM，CDMA和TDMA以及LTE。運營商提供的3G移動通信服務，其主導標準為UMTS和CDMA2000，運營商提供的4G移動通信服務TD-LTE和FDD-LTE。衛星電話存在兩種形式：INMARSAT 和銥星系統。兩種系統都提供全球覆蓋服務。 INMARSAT使用地球同步衛星，需要定向的高增益天線。銥星則是低軌道衛星系統，直接使用手機天線

3.電視

通常的模擬電視信號採用將圖像調幅，伴音調頻併合成在同一信號中傳播。

數字電視採用MPEG-2圖像壓縮技術，由此大約僅需模擬電視信號一半的帶寬。

4.緊急服務

無線電緊急定位信標（emergency position indicating radio beacons，EPIRBs），緊急定位發射機或 個人定位信標是用來在緊急情況下對人員或測量通過衛星進行定位的小型無線電發射機。它的作用是提供給救援人員目標的精確位置，以便提供及時的救援。

5.數據傳輸

數字微波傳輸設備、衛星等通常採用正交幅度調製（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。QAM調製方式同時利用信號的幅度和相位載入信息。這樣，可以在同樣的帶寬上傳遞更大的數據量。

IEEE802.11是當前無線區域網（Wireless Local Area Network，WLAN）的標準。它採用2GHz或5GHz頻段，數據傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

藍牙（Bluetooth）是一種短距離無線通訊的技術。

6.辨識

利用主動及被動無線電裝置可以辨識以及表明物體身份。（參見射頻識別）

7.其它

業餘無線電是無線電愛好者參與的無線電台通訊。業餘無線電台可以使用整個頻譜上很多開放的頻帶。愛好者使用不同形式的編碼方式和技術。有些後來商用的技術，比如調頻，上邊帶調幅，數字分組無線電和衛星信號轉發器，都是由業餘愛好者首先應用的。

所有的衛星導航系統都使用裝備了精確時鐘的衛星。導航衛星播發其位置和定時信息。接收機同時接受多顆導航衛星的信號。接收機通過測量電波的傳播時間得出它到各個衛星的距離，然後計算得出其精確位置。

Loran系統也使用無線電波的傳播時間進行定位，不過其發射台都位於陸地上。

VOR系統通常用於飛行定位。它使用兩台發射機，一台指向性發射機始終發射並象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉。當指向型發射機朝向北方時，另一全向發射機會發射脈衝。飛機可以接收兩個VOR台的信號，從而通過推算兩個波束的交點確定其位置。

無線電定向是無線電導航的最早形式。無線電定向使用可移動的環形天線來尋找電台的方向。

雷達通過測量反射無線電波的延遲來推算目標的距離。並通過反射波的極化和頻率感應目標的表面類型。

導航雷達使用超短波掃描目標區域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過反射波確定地形。這種技術通常應用在商船和長距離商用飛機上。

多用途雷達通常使用導航雷達的頻段。不過，其所發射的脈衝經過調製和極化以便確定反射體的表面類型。優良的多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛等等。

搜索雷達運用短波脈衝掃描目標區域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達應用多普勒效應可以將移動物體同背景中區分開來。

氣象雷達與搜索雷達類似，但使用圓極化波以及水滴易於反射的波長。風廓線雷達利用多普勒效應測量風速，多普勒雷達利用多普勒效應檢測災害性天氣。

微波爐利用高功率的微波對食物加熱。（註：一種通常的誤解認為微波爐使用的頻率為水分子的共振頻率，而實際上使用的頻率大概是水分子共振頻率的十分之一。）

日本科學家提出了在太空中建立大型的太陽能電站，將電能轉化為微波送回地球。

2007年06月08日新浪科技新浪科技訊北京時間6月8日消息，據英國《泰晤士報》報道，美國麻省理工學院的科學家們完成了一項實驗，他們使用兩個相距2米的銅線圈，成功地通過無線電力傳輸點亮了一個功率為60瓦的電燈泡。

無線電波可以產生微弱的靜電力和磁力。在微重力條件下，這可以被用來固定物體的位置。

宇航動力：有方案提出可以使用高強度微波輻射產生的壓力作為星際探測器的動力。

是通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質。這門學科叫射電天文學。

一種基於認知無線感測網路的遠程醫療監護系統，該系統由基於FPGA的信號採集處理模塊和CC2530的認知無線傳輸模塊兩個模塊組成，並且信號採集處理單元具有最高150MHz、12位的信號採集能力和強大的實時信號處理能力，可以滿足多數常見醫學信號的採集處理，可實現遠程醫療監護的目的。

本系統以FPGA晶元為核心，由各種醫學感測器組成的感測器模塊、信號採集處理模塊、認知無線傳輸模塊、鍵盤顯示模塊以及報警模塊等組合而成。系統整體框圖如圖所示。

前端的感測器模塊負責採集醫學信號，並將其輸入信號採集處理模塊，經過信號調理和AD轉換后變為數字信號輸入FPGA進行數字信號處理，處理后的信號傳輸到認知無線傳輸模塊，通過模塊上的認知無線協議棧接入認知無線感測網路，實現醫學信號的採集、處理和無線認知傳輸的過程。終端監控設備能接收由前端採集處理后的醫學信號，並將其與預設數值進行比較，如果超出預設數值，則由報警模塊進行報警。

信號採集處理模塊完成的是信號輸入、調理、放大濾波、數字處理等過程。醫學信號通過接收前端介面進入信號採集處理模塊，經過低噪信號放大器放大並轉換為差分信號，再通過三階巴特沃茲濾波器進行抗混疊濾波，然後進入高速AD轉換器晶元進行採樣。採樣取得的信號傳入到FPGA中進行數字信號處理，再傳輸至認知無線傳輸模塊，完成原始醫學信號的採集處理過程。信號採集處理模塊由信號調理、高速AD轉換、FPGA信號處理以及電源組成。

1、信號調理

信號在接入前端電路后需要經過信號放大調理、濾波后才能輸入到AD晶元進行採樣。人體的體徵信號微弱，並且雜訊大，所以需要引進低雜訊放大器對原始信號進行調理。醫學信號多種多樣，需要設計一個通用性強，能夠適配各種各樣模擬信號的前端採集模塊，可以選用高精度、高速的AD。既能提高前端適配信號的頻率範圍，又便於後續通過採樣等方法靈活地提高採樣精度。放大電路採用兼容單端和差分輸入的低雜訊信號放大器ADA4960作為輸入信號的前級放大，並將輸入信號轉換為差分信號。ADA4960的增益由增益電阻的大小控制，同時受到負載影響。

2、高速AD轉換

高速AD轉換的實現是對經過調理和濾波信號的採樣處理，採用的是AD9230晶元。AD9230是12位的高精度低能耗晶元，其採樣信噪比達到65dB，最高採樣率可達到250MSPS，並通過LVDS高速匯流排接入FPGA，最大功耗僅為434MV，適用於高速微弱信號的採樣。同時，可以接受較寬範圍的時鐘輸入，支持通過介面的線上編程，方便靈活控制其採樣行為

3、FPGA數字系統設計

生物醫學的原始信號引入的干擾較大，需要經過一系列的演演算法處理才能被還原，這要求處理模塊具備較高的運算效率，可以實時處理一定複雜度的演演算法；另外，由於前端採集的信號類型各異，其處理單元也要具備較強的重配置和可編程的能力。因此，採用現場可編程門陣列（FPGA）作為信號處理單元的方案。

FPGA晶元還為外圍應用提供了豐富的介面，該系統採用的外圍模塊主要有作為鍵盤介面的GPIO介面、RS232介面及控制晶元、Flash儲存晶元等基於認知無線電網路的遠程醫療監護系統是慢性病病人、老人和孩子實時健康監護的重要依託。系統使用多種醫療監測感測器實現了對人體各項機能指標的實時監測，同時使用認知無線網路進行數據傳輸，使得被監護人可以在更多的空間內自由活動。該系統不僅實現了頻譜的高效利用，還有效地緩解了頻譜資源緊張的問題。在不遠的未來，基於認知無線電的遠程監護系統會得到普遍運用。