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無線通信

(僅利用電磁波而不通過線纜進行的通信方式)

鎖定
無線通信(英語:Wireless communication)是指多個節點間不經由導體或纜線傳播進行的遠距離傳輸通訊,利用收音機、無線電等都可以進行無線通訊。
無線通訊包括各種固定式、移動式和便攜式應用,例如雙向無線電、手機個人數碼助理無線網絡。其他無線電無線通訊的例子還有GPS車庫門遙控器無線鼠標等。
大部分無線通訊技術會用到無線電,包括距離只到數米的Wi-fi,也包括和航海家1號通訊、距離超過數百萬公里的深空網絡。但有些無線通訊的技術不使用無線電,而是使用其他的電磁波無線技術,例如光、磁場、電場等。 [1] 
中文名
無線通信
外文名
Wireless Communication
性    質
無線通信技術
應    用
無線資料傳輸、移動電話
分    類
固定式、移動式和便攜式
技    術
無線電、電磁波

無線通信歷史

無線通信光電話

世界上第一次無線電話對話出現在1880年,當時使用的是光電話,由亞歷山大·格拉漢姆·貝爾及查爾斯·薩姆納·天特發明,並且申請專利。光電話藉由調變的光束來傳遞語音訊號。在那個年代,還沒有設備可以提供電力,甚至連科幻小説中也還沒提到激光,他們的發明在當時看來並沒有實用價值,而且通話的效果還會受到陽光及天氣的限制。光電話和自由空間光通信系統一様,在傳送器及發射器之間不能有阻隔光束的物體。數十年後,光電話才應用到了軍事通訊領域。

無線通信早期工作

戴維·E·休斯在1878年利用發射器傳送無線電達數百米遠。當時馬克士威的電磁理論還不為世人周知,因而當代的科學家將此發明視為感應的結果。1885年湯瑪斯·愛迪生利用振動器磁鐵來作為感應的傳輸,在1888年時愛迪生布署了哈伊谷鐵路的信號傳輸系統,在1891年獲得使用電感的無線電專利(美國專利 465,971)。
1888年時海因裏希·赫茲展示了電磁波的存在,這成了後來大部分無線科技的基礎。赫茲證明了電磁波在空間中會沿直線前進,可以被實驗設備所接收,不過他沒有繼續進行其他相關的實驗。賈格迪什·錢德拉·博斯當時開發了一個早期的無線電偵測設備,也有助於瞭解波長在數釐米內的電磁波特性。

無線通信無線電

“無線”一開始是指無線電的接收器,或稱為收發器(可以同時作為傳送及接收用途的設備),早在無線電報時代就已應用過類似設備。現在“無線”一詞是指現代的無線通訊,例如蜂巢式網絡以及無線寛頻通訊,無線一詞也泛指任何一種不需要電線即可進行的應用,例如“無線遙控”、“無線能量轉換”,而不去區分實際應用的技術是無線電紅外線或是超音波。
古列爾莫·馬可尼卡爾·布勞恩因為在無線電報上的貢獻,獲得1909年的諾貝爾物理獎。

無線通信模式

無線通訊可以用以下的方式進行:

無線通信無線電

主條目:無線電
無線電通訊及微波通訊用在長距離的通訊,需搭配高方向性的天線,或是短距離的通訊。

無線通信自由空間光通信

自由空間光通信系統(FSO)是利用光在自由空間(即空氣、外太空、真空)中行進來傳遞訊號的無線光通訊技術。自由空間光通信系統會使用可見光或是紅外線,例如遙控及紅外通訊等。

無線通信聲通訊

音波及超音波常用在短距離,利用音波來傳遞訊號的應用。

無線通信電磁感應

電磁感應主要是用在低能量及短通訊距離的應用,例如起搏器及短距離的RFID標籤。

無線通信無線網絡

無線網絡可以符合許多不同的需求,最常見的可以是方便筆記性電腦的用户在往來不同地方的路途中可以連網,另一個用途是由手機連網。若某一個網段的實際位置經常會變動,利用無線網絡來連線是比較合理的方法。在以下的情形下可以使用無線網絡: [1] 
  • 網絡的距離超過一般有線網絡允許的長度。
  • 作為備援網絡,在正常網絡異常時使用。
  • 連接移動的或是暫時性的節點。
  • 在一般網絡佈線困難或是費用過高的情形。
  • 行動用户連線或是連接到移動網絡。
在開發射頻無線網絡時,設計者需考慮以下的因素:
  • 使用數百至數千MHz或是GHz的頻段。
  • 運作範圍及電池壽命。
  • 靈敏度及資料速率。
  • 網絡拓撲及節點智能程度。
無線網絡的應用包括點對點通訊、點對多點通信廣播蜂窩網絡及其他無線網絡Wi-Fi技術。

無線通信電磁波頻譜

光、顏色、AM及FM廣播以及許多電子設備都用到電波波頻譜,可用來通訊的無線電頻譜頻率中視為是公共財財產,會由國家級的機構管理,例如美國的美國聯邦通信委員會,英國的Ofcom,這些機構會定義誰可以使用哪一個頻段的頻率,以及其目的為何。若公共頻段像個人使用的電磁波頻譜一様,沒有類似的控制或替代配置措施,可能會出現混亂,例如飛機沒有特別可以用在航管上的頻率,而業餘無線電操作者的訊號干擾航管訊號,使得飛行員無法正常使飛機降落。無線通訊的頻帶由9kHz至300GHz。

無線通信無線通訊技術的應用

無線通信移動電話

移動電話應該是無線通訊最廣為人知的應用之一,在2010年底時全世界已有超過46億手機。移動電話藉由無線電波,使不同地方的用户可以互相電話聯絡。用户可以在行動通信基地台的範圍內使用手機,基地台會接送及接收手機的信號。

無線通信無線資料傳輸

無線資料傳輸是行動運算中不可少的一部分。有許多可用的技術,差異是在地區的可用性、覆蓋範圍及性能,在一些情形下,用户必須可以佈署多種連線方式,並在不同模式中切換。為了簡化使用者所花的時間,可以使用連接管理軟件,或者使用MVPN,將數個連線處理為一個保安的單一虛擬網絡。。以下是一些用在無線資料傳輸的無線通訊:
  • Wi-Fi是無線的局域網絡,讓便攜式的運算裝置以簡單的方式連接到互連網,藉由IEEE 802.11a,b,g,n等標準,Wi-Fi的速度接近一些有線的網絡。Wi-Fi已成為家中、辦公室及公共空間熱點的事實上的標準。有些企業是每月收取一次Wi-Fi的費用,有些企業則是免費提供,因為提供Wi-Fi可以提升他們產品的銷售額。
  • 蜂巢式網絡:只要離最近的基地台十到十五公里以內即可使用,其速度隨着科技的演進而提升,從早期的GSMCDMAGPRS,到像是W-CDMA、GSM增強數據率演進(EDGE)或是CDMA20003G網絡。
  • 行動衞星通訊:可以用在無法用其他無線技術通訊的情況,例如廣大的鄉村地區或是遙遠的地方。通訊衞星運輸航空航海軍事上格外的重要。
  • 無線感測器網絡:可以直接偵測有關的物理量,監控及收集資料,產生有意義供人觀看的顯示,並提供一些決策的機能。

無線通信無線供電

主條目:無線供電
無線供電是指在使用電線的情形下,將電能從電源傳到另一個沒有內建電源的設備中。有二種基礎的無線供電方式,可以用光束/激光,無線電或是微波傳輸,或是使用近場感應的方式。幾種方式都會用到電磁波磁場。

無線通信無線醫療技術

像無線體域網(mobile body area networks,簡稱MBAN)等新技術可以利用無線技術監測血壓、心跳、含氧濃度及體温。無線體域網會送出低功率的無線信號給接收器,再傳送到監控設備或是護理站。這種技術減少了有意或是無意造成的感染風險,或是因為有線接線斷線而產生的問題。

無線通信電腦界面設備

最早的鍵盤、鼠標等設備都是有線的,後來也慢慢出現了無線的界面設備,多半是利用Bluetooth技術的設備,其反應可能會略慢於有線的設備,但兩者的差距越來越小。
像鍵盤、鼠標等電腦的無線界面設備一般是由電池供電,會傳送射頻的訊號到接到電腦USB埠上的接收器。因為使用射頻訊號,使得資料可以用無線的方式傳遞,並且擴展使用的範圍,一般可以到三米。距離、實體的障礙物、其他的無線訊號甚至是人體都可能降低其信號品質。
2007年底時開始討論無線鍵盤保安的問題,當時發現微軟在使用27MHz的系列,其加密的實現方式高度的缺乏保安性。

無線通信無線通訊的實現、設備及相關標準

無線通信相關條目

參考資料
  • 1.    Rappaport T S. 無線通信原理與應用: 英文版[M]. 電子工業出版社, 2004.