射頻技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的應用

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：射頻技術(shù)   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月26日

什么是射頻Radio Frequency ，簡(jiǎn)稱(chēng)RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱(chēng)。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于10000次的稱(chēng)為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。射頻技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。 

　　藍牙射頻技術(shù) 

　　藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)采用的是一種擴展窄帶信號頻譜的數字編碼技術(shù)，通過(guò)編碼運算增加了發(fā)送比特的數量，擴大了使用的帶寬。藍牙使用跳頻方式來(lái)擴展頻譜。跳頻擴頻使得帶寬上信號的功率譜密度降低，從而大大提高了系統抗電磁干擾、抗串話(huà)干擾的能力，使得藍牙的無(wú)線(xiàn)數據傳輸更加可靠。 

　　在頻帶和信道分配方面，藍牙系統一般工作在2.4GHz的ISM頻段。起始頻率為2.402GHz，終止頻率為2.480GHz，還在低端設置了2MHz的保護頻段，高端設置了3.5MHz的保護頻段。共享一個(gè)公共信道的所有藍牙單元形成一個(gè)微網(wǎng)，每個(gè)微網(wǎng)最多可以有8個(gè)藍牙單元。在微網(wǎng)中，同一信道的各單元的時(shí)鐘和跳頻均保持同步。藍牙具有以下的射頻收發(fā)特性。藍牙采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用一個(gè)天線(xiàn)利用不同的時(shí)間間隔發(fā)送和接收信號，且在發(fā)送和接收信息中通過(guò)不斷改變傳輸方向來(lái)共用一個(gè)信道，實(shí)現全雙工傳輸；藍牙發(fā)射功率可分為3個(gè)級別：100mW、2.5mW和1mW。一般采用的發(fā)送功率為1mW，無(wú)線(xiàn)通信距離為10m，數據傳輸速率達1Mb/s。若采用新的藍牙2.0標準，發(fā)送功率為100mW，可使藍牙的通信距離達100m，數據傳輸速率也達到10Mb/s。除此之外，藍牙標準還對收發(fā)過(guò)程的寄生輻射、射頻容限、干擾和帶外抑制等做了詳盡的規定，以保證數據傳輸的安全。藍牙無(wú)線(xiàn)設備實(shí)現串行通信是通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻鏈接，利用藍牙模塊實(shí)現。藍牙模塊主要由無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元、鏈路控制單元和鏈路管理及主機I/O這3個(gè)單元組成。就藍牙射頻模塊來(lái)說(shuō)，為了在提高收發(fā)性能的同時(shí)減小器件的體積和成本，各公司都采用了自己特有的一些技術(shù)，從而使藍牙射頻模塊的結構都不盡相同。但就其基本原理來(lái)說(shuō)，藍牙射頻模塊一般由接收模塊、發(fā)送模塊和合成器這三個(gè)模塊組成。 

　　其中，合成器是收發(fā)模塊中最關(guān)鍵的部分。合成器在頻道選擇和接收模式時(shí)采用鎖相環(huán)技術(shù)。在接收模式下，鎖相環(huán)路閉合，用于提供接收模塊解調信號所需穩定的本振。在發(fā)送模式下，鎖相環(huán)路開(kāi)路，調制信號直接加載到VCO上對載波進(jìn)行調制。此時(shí)載波頻率由環(huán)路濾波器輸出電壓保持。通常合成器的工作頻率僅為發(fā)射頻率的一半，以減少與射頻放大器的耦合。 

　　下一代WLAN射頻技術(shù) 

　　第一代的WLAN解決方案對于用戶(hù)密度變化的反應能力非常有限，并且不能有效的優(yōu)化帶寬資源。隨著(zhù)WLAN負載的增加，現存的產(chǎn)品通常無(wú)法判斷臨近的接入點(diǎn)的負載和用戶(hù)量是否相近，也無(wú)法判斷是否有必要和臨近的接入點(diǎn)分擔負載。用戶(hù)負載均衡要求使用更為集中的軟件控制，通過(guò)這個(gè)軟件來(lái)實(shí)現基于系統級的網(wǎng)絡(luò )效率的評估，從而優(yōu)化用戶(hù)和接入點(diǎn)的比例。 

　　下一代的系統將充分利用整個(gè)軟件框架來(lái)實(shí)現接入點(diǎn)的失效探測并且將根據附近接入點(diǎn)的工作情況來(lái)自動(dòng)調整。通過(guò)控制每個(gè)接入點(diǎn)的輸出傳輸功率和操作頻率，系統可以允許特定的接入點(diǎn)通過(guò)增加功率或者改變信道的方式來(lái)填補可能出現的沒(méi)有覆蓋到的漏洞，或者減輕接入點(diǎn)間的相互干擾，從而增加網(wǎng)絡(luò )的穩定性。更進(jìn)一步的是，如果某個(gè)接入點(diǎn)失效，系統可以指導特定的接入點(diǎn)分擔一定的客戶(hù)端以?xún)?yōu)化通信路由和網(wǎng)絡(luò )負載。最后，接入點(diǎn)通過(guò)這種方式可以知道在他們周?chē)l(fā)生了什么事情，并且可以探測范圍內的漏洞。由于無(wú)法預測RF覆蓋模式，系統的可用性在很大程度上可能會(huì )受到一些表面上看起來(lái)無(wú)害行為的影響，例如電梯的移動(dòng)都會(huì )影響系統的可用性。雖然很多企業(yè)會(huì )回避那些過(guò)于自適應的系統，但是通過(guò)增加輸出功率的辦法可以使得系統能夠探測范圍內的漏洞并對其進(jìn)行修補，另外還可以帶來(lái)其他的益處例如增加網(wǎng)絡(luò )的正常運行時(shí)間。 

　　在考慮無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的擴展性時(shí)，對RF域有一個(gè)全面的認識也是非常有益處的。下一代的接入點(diǎn)將有能力提供雙頻連接，包括對802.11b，802.11g，以及802.11a。對于有限可用的頻譜如2.4GHz和5GHz頻率，任何網(wǎng)絡(luò )設計的目的都應該是優(yōu)化可用信道的使用，為每個(gè)客戶(hù)端提供最大數量的帶寬。 

　　在整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全體系中，RF媒介扮演了一個(gè)截然不同的角色。雖然物理層并不負責設備和用戶(hù)的認證，也不負責對空中傳播的數據包進(jìn)行加密，但是，對于那些未授權的接入點(diǎn)或者可疑的客戶(hù)端設備行為，它可以提供重要的數據。雖然在市場(chǎng)上有很多種探測器解決方案，但是大多數產(chǎn)品的配置方案都是覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，而不是將其集成到一個(gè)單一的系統中。無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)應該能夠以探測模式操作，從而可以判斷其它的無(wú)線(xiàn)組件的配置是否正確。他們應該還可以報告哪些接入點(diǎn)或者客戶(hù)端設備還沒(méi)有得到ITO的批準。理想的情況是，這種無(wú)線(xiàn)探測的RF實(shí)現方法應該可以通過(guò)有線(xiàn)的實(shí)現方法來(lái)進(jìn)行補充，并且有相應的能力將在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中探測的可疑行為和在有線(xiàn)環(huán)境中收集到的信息進(jìn)行對應。通過(guò)這種相關(guān)能力，系統可以判斷這種可疑的接入點(diǎn)是屬于某個(gè)主機網(wǎng)絡(luò )還是只是鄰近企業(yè)的基礎設施的一部分。另外，通過(guò)連續不斷的監控網(wǎng)絡(luò )行為，系統可以執行入侵檢測和防止入侵的功能，并且可以報告哪些是具有欺騙性質(zhì)的接入點(diǎn)、哪些是Ad hoc網(wǎng)絡(luò )、哪些是拒絕服務(wù)攻擊以及中間人攻擊等。 

　　網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化中的射頻管理 

　　在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化的時(shí)候，我們必須保證在傳輸能量的同時(shí)沒(méi)有形成疊加，這對每個(gè)使用同一頻率的CDMA系統的小區來(lái)講尤其重要。 

　　射頻管理就是保證射頻能量在不造成任何污染的情況下進(jìn)行傳播——讓能量到需要它的地方去，遠離不需要它的地方。因此，抑制天線(xiàn)旁瓣和后瓣并且通過(guò)調校電傾角來(lái)調整天線(xiàn)覆蓋范圍是相當重要的。小區越小時(shí)，其重要性越為突出。有關(guān)研究顯示干擾影響大小與天線(xiàn)上波瓣的抑制度有關(guān)。在尋求降低干擾水平時(shí)，盡可能地對天線(xiàn)上波瓣進(jìn)行抑制。過(guò)去，上波瓣的抑制度通常在12dB以?xún)?，而如今的目標抑制度已達到了18-20dB。RFS的Optimizer系列天線(xiàn)更在整個(gè)傾角范圍內取得了高于20dB的抑制度。旁瓣相對于主瓣越小，天線(xiàn)抵御同頻干擾的能力就越強。如果引起干擾的不是第一上波瓣，則可能是第二上波瓣，因此每個(gè)不需要的信號都必須盡量小。電傾角調校功能是現代成熟網(wǎng)絡(luò )的小區規劃和管理的一大優(yōu)勢。以機械方式對天線(xiàn)波束進(jìn)行傾角調校雖然易于操作，但對雜散旁瓣的輻射收效甚微，甚至會(huì )增加來(lái)自于后瓣的干擾。而電傾角調校技術(shù)能將所有的主瓣、后瓣和旁瓣傾斜至同一角度，也就是說(shuō)，電傾角調校技術(shù)可在不同傾角角度對旁瓣進(jìn)行輻射管理，以加強對干擾的控制。 

　　遠程天線(xiàn)傾角控制技術(shù)主要是指從天線(xiàn)塔頂以外的其它地點(diǎn)對天線(xiàn)傾角進(jìn)行控制的能力。遠程傾角控制有許多優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需租用設備登臨天線(xiàn)塔的費用；避免了對在同一地點(diǎn)擁有基站的其它運營(yíng)商的影響等。它能夠幫助運營(yíng)商全天動(dòng)態(tài)地根據業(yè)務(wù)流量模式的變化對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行調整，是多功能高性能天線(xiàn)的另一個(gè)基本特性。 

　　超寬帶(UWB)無(wú)線(xiàn)技術(shù) 

　　超寬帶(UWB)是一種無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，支持家電、電腦外設和移動(dòng)設備在短距離內高速傳輸數據，且功耗非常低。該技術(shù)是無(wú)線(xiàn)傳輸高品質(zhì)多媒體內容的理想選擇。UWB技術(shù)使用寬帶無(wú)線(xiàn)頻譜在短距離(如在家中或小型辦公室中)內傳輸數據，與傳統無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，它能夠在特定時(shí)段通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸更多的數據。這一特性與低功耗脈沖數據交付(pulsed data delivery)功能相結合，加快了數據傳輸速度，同時(shí)也不會(huì )受到現有其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)(如Wi-Fi、WiMAX和蜂窩廣域通信)的干擾。 

　　沖激無(wú)線(xiàn)電(Impulse Radio，IR)是最有希望的超寬帶技術(shù)之一。IR信號由極窄的脈沖串組成，這些脈沖在時(shí)間上偽隨機出現。偽隨機性依靠跳時(shí)碼實(shí)現，跳時(shí)碼的作用是讓發(fā)射信號隨機化，有利于用戶(hù)分隔和譜成形，以避免竊聽(tīng)。信號的調制方式可以用脈沖幅度調制(PAM)或脈沖位置調制(PPM)。為了確保低成本的超寬帶設備，所有脈沖都具有同一波形。 

　　與現有的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相比，UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)所使用的通信載波是連續的電波，形象地說(shuō)，這種電波就像是一個(gè)人拿著(zhù)水管澆灌草坪時(shí)，水管中的水隨著(zhù)人手的上下移動(dòng)形成的連續的水流波動(dòng)。幾乎所有的無(wú)線(xiàn)通信包括移動(dòng)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的通信都是這樣的：用某種調制方式將信號加載在連續的電波上。與此相比，UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)就像是一個(gè)人用旋轉的噴灑器來(lái)澆灌草坪一樣，它可以噴射出更多、更快的短促水流脈沖。UWB產(chǎn)品在工作時(shí)可以發(fā)送出大量的非常短、非?？斓哪芰棵}沖。這些脈沖都是經(jīng)過(guò)精確計時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(cháng)，脈沖可以覆蓋非常廣泛的區域。 

　　超寬帶技術(shù)帶來(lái)一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即電路更簡(jiǎn)單，尤其是在接收端，因為不需要本地生成載波，也不必提供多級混合電路、成形濾波等。但是，使用載波擴頻所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)勝過(guò)超寬帶技術(shù)。超寬帶本身是一類(lèi)基帶信號(雖然其頻譜范圍達到數GHz)。在這種情況下，頻譜的近直流和中遠部分的傳播特性具有不同的特點(diǎn)，使得這項技術(shù)局限于短距離通信。對于長(cháng)距離通信而言，特別是中繼，擴頻技術(shù)更合適一些。 

　　射頻技術(shù)在通信領(lǐng)域的應用，目前仍處于開(kāi)拓狀態(tài)，應用還不是很廣，但隨著(zhù)射頻通信技術(shù)的成熟，未來(lái)市場(chǎng)需要巨大，前景廣闊。