射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用

文章出處：http://www.luckydriving.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 ，簡稱RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。 

　　藍(lán)牙射頻技術(shù) 

　　藍(lán)牙無線技術(shù)采用的是一種擴(kuò)展窄帶信號頻譜的數(shù)字編碼技術(shù)，通過編碼運(yùn)算增加了發(fā)送比特的數(shù)量，擴(kuò)大了使用的帶寬。藍(lán)牙使用跳頻方式來擴(kuò)展頻譜。跳頻擴(kuò)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(tǒng)抗電磁干擾、抗串話干擾的能力，使得藍(lán)牙的無線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。 

　　在頻帶和信道分配方面，藍(lán)牙系統(tǒng)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(shè)置了2MHz的保護(hù)頻段，高端設(shè)置了3.5MHz的保護(hù)頻段。共享一個公共信道的所有藍(lán)牙單元形成一個微網(wǎng)，每個微網(wǎng)最多可以有8個藍(lán)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(lán)牙具有以下的射頻收發(fā)特性。藍(lán)牙采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用一個天線利用不同的時(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不斷改變傳輸方向來共用一個信道，實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸；藍(lán)牙發(fā)射功率可分為3個級別：100mW、2.5mW和1mW。一般采用的發(fā)送功率為1mW，無線通信距離為10m，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)1Mb/s。若采用新的藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送功率為100mW，可使藍(lán)牙的通信距離達(dá)100m，數(shù)據(jù)傳輸速率也達(dá)到10Mb/s。除此之外，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)還對收發(fā)過程的寄生輻射、射頻容限、干擾和帶外抑制等做了詳盡的規(guī)定，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。藍(lán)牙無線設(shè)備實(shí)現(xiàn)串行通信是通過無線射頻鏈接，利用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙模塊主要由無線收發(fā)單元、鏈路控制單元和鏈路管理及主機(jī)I/O這3個單元組成。就藍(lán)牙射頻模塊來說，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(lán)牙射頻模塊的結(jié)構(gòu)都不盡相同。但就其基本原理來說，藍(lán)牙射頻模塊一般由接收模塊、發(fā)送模塊和合成器這三個模塊組成。 

　　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(diào)信號所需穩(wěn)定的本振。在發(fā)送模式下，鎖相環(huán)路開路，調(diào)制信號直接加載到VCO上對載波進(jìn)行調(diào)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解決方案對于用戶密度變化的反應(yīng)能力非常有限，并且不能有效的優(yōu)化帶寬資源。隨著WLAN負(fù)載的增加，現(xiàn)存的產(chǎn)品通常無法判斷臨近的接入點(diǎn)的負(fù)載和用戶量是否相近，也無法判斷是否有必要和臨近的接入點(diǎn)分擔(dān)負(fù)載。用戶負(fù)載均衡要求使用更為集中的軟件控制，通過這個軟件來實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)級的網(wǎng)絡(luò)效率的評估，從而優(yōu)化用戶和接入點(diǎn)的比例。 

　　下一代的系統(tǒng)將充分利用整個軟件框架來實(shí)現(xiàn)接入點(diǎn)的失效探測并且將根據(jù)附近接入點(diǎn)的工作情況來自動調(diào)整。通過控制每個接入點(diǎn)的輸出傳輸功率和操作頻率，系統(tǒng)可以允許特定的接入點(diǎn)通過增加功率或者改變信道的方式來填補(bǔ)可能出現(xiàn)的沒有覆蓋到的漏洞，或者減輕接入點(diǎn)間的相互干擾，從而增加網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。更進(jìn)一步的是，如果某個接入點(diǎn)失效，系統(tǒng)可以指導(dǎo)特定的接入點(diǎn)分擔(dān)一定的客戶端以優(yōu)化通信路由和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。最后，接入點(diǎn)通過這種方式可以知道在他們周圍發(fā)生了什么事情，并且可以探測范圍內(nèi)的漏洞。由于無法預(yù)測RF覆蓋模式，系統(tǒng)的可用性在很大程度上可能會受到一些表面上看起來無害行為的影響，例如電梯的移動都會影響系統(tǒng)的可用性。雖然很多企業(yè)會回避那些過于自適應(yīng)的系統(tǒng)，但是通過增加輸出功率的辦法可以使得系統(tǒng)能夠探測范圍內(nèi)的漏洞并對其進(jìn)行修補(bǔ)，另外還可以帶來其他的益處例如增加網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行時(shí)間。 

　　在考慮無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性時(shí)，對RF域有一個全面的認(rèn)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(shè)計(jì)的目的都應(yīng)該是優(yōu)化可用信道的使用，為每個客戶端提供最大數(shù)量的帶寬。 

　　在整個無線網(wǎng)絡(luò)的安全體系中，RF媒介扮演了一個截然不同的角色。雖然物理層并不負(fù)責(zé)設(shè)備和用戶的認(rèn)證，也不負(fù)責(zé)對空中傳播的數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密，但是，對于那些未授權(quán)的接入點(diǎn)或者可疑的客戶端設(shè)備行為，它可以提供重要的數(shù)據(jù)。雖然在市場上有很多種探測器解決方案，但是大多數(shù)產(chǎn)品的配置方案都是覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)，而不是將其集成到一個單一的系統(tǒng)中。無線接入點(diǎn)應(yīng)該能夠以探測模式操作，從而可以判斷其它的無線組件的配置是否正確。他們應(yīng)該還可以報(bào)告哪些接入點(diǎn)或者客戶端設(shè)備還沒有得到ITO的批準(zhǔn)。理想的情況是，這種無線探測的RF實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)該可以通過有線的實(shí)現(xiàn)方法來進(jìn)行補(bǔ)充，并且有相應(yīng)的能力將在無線網(wǎng)絡(luò)中探測的可疑行為和在有線環(huán)境中收集到的信息進(jìn)行對應(yīng)。通過這種相關(guān)能力，系統(tǒng)可以判斷這種可疑的接入點(diǎn)是屬于某個主機(jī)網(wǎng)絡(luò)還是只是鄰近企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。另外，通過連續(xù)不斷的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)行為，系統(tǒng)可以執(zhí)行入侵檢測和防止入侵的功能，并且可以報(bào)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)沒有形成疊加，這對每個使用同一頻率的CDMA系統(tǒng)的小區(qū)來講尤其重要。 

　　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(yuǎn)離不需要它的地方。因此，抑制天線旁瓣和后瓣并且通過調(diào)校電傾角來調(diào)整天線覆蓋范圍是相當(dāng)重要的。小區(qū)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)，盡可能地對天線上波瓣進(jìn)行抑制。過去，上波瓣的抑制度通常在12dB以內(nèi)，而如今的目標(biāo)抑制度已達(dá)到了18-20dB。RFS的Optimizer系列天線更在整個傾角范圍內(nèi)取得了高于20dB的抑制度。旁瓣相對于主瓣越小，天線抵御同頻干擾的能力就越強(qiáng)。如果引起干擾的不是第一上波瓣，則可能是第二上波瓣，因此每個不需要的信號都必須盡量小。電傾角調(diào)校功能是現(xiàn)代成熟網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)規(guī)劃和管理的一大優(yōu)勢。以機(jī)械方式對天線波束進(jìn)行傾角調(diào)校雖然易于操作，但對雜散旁瓣的輻射收效甚微，甚至?xí)黾觼碜杂诤蟀甑母蓴_。而電傾角調(diào)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，電傾角調(diào)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(qiáng)對干擾的控制。 

　　遠(yuǎn)程天線傾角控制技術(shù)主要是指從天線塔頂以外的其它地點(diǎn)對天線傾角進(jìn)行控制的能力。遠(yuǎn)程傾角控制有許多優(yōu)點(diǎn)：無需租用設(shè)備登臨天線塔的費(fèi)用；避免了對在同一地點(diǎn)擁有基站的其它運(yùn)營商的影響等。它能夠幫助運(yùn)營商全天動態(tài)地根據(jù)業(yè)務(wù)流量模式的變化對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，是多功能高性能天線的另一個基本特性。 

　　超寬帶(UWB)無線技術(shù) 

　　超寬帶(UWB)是一種無線射頻技術(shù)，支持家電、電腦外設(shè)和移動設(shè)備在短距離內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)，且功耗非常低。該技術(shù)是無線傳輸高品質(zhì)多媒體內(nèi)容的理想選擇。UWB技術(shù)使用寬帶無線頻譜在短距離(如在家中或小型辦公室中)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)無線技術(shù)相比，它能夠在特定時(shí)段通過無線方式傳輸更多的數(shù)據(jù)。這一特性與低功耗脈沖數(shù)據(jù)交付(pulsed data delivery)功能相結(jié)合，加快了數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)也不會受到現(xiàn)有其它無線技術(shù)(如Wi-Fi、WiMAX和蜂窩廣域通信)的干擾。 

　　沖激無線電(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(jī)出現(xiàn)。偽隨機(jī)性依靠跳時(shí)碼實(shí)現(xiàn)，跳時(shí)碼的作用是讓發(fā)射信號隨機(jī)化，有利于用戶分隔和譜成形，以避免竊聽。信號的調(diào)制方式可以用脈沖幅度調(diào)制(PAM)或脈沖位置調(diào)制(PPM)。為了確保低成本的超寬帶設(shè)備，所有脈沖都具有同一波形。 

　　與現(xiàn)有的無線通信技術(shù)相比，UWB無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，形象地說，這種電波就像是一個人拿著水管澆灌草坪時(shí)，水管中的水隨著人手的上下移動形成的連續(xù)的水流波動。幾乎所有的無線通信包括移動電話、無線局域網(wǎng)的通信都是這樣的：用某種調(diào)制方式將信號加載在連續(xù)的電波上。與此相比，UWB無線通信技術(shù)就像是一個人用旋轉(zhuǎn)的噴灑器來澆灌草坪一樣，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)過精確計(jì)時(shí)的，每個只有幾個毫微秒長，脈沖可以覆蓋非常廣泛的區(qū)域。 

　　超寬帶技術(shù)帶來一個優(yōu)點(diǎn)，即電路更簡單，尤其是在接收端，因?yàn)椴恍枰镜厣奢d波，也不必提供多級混合電路、成形濾波等。但是，使用載波擴(kuò)頻所帶來的優(yōu)點(diǎn)勝過超寬帶技術(shù)。超寬帶本身是一類基帶信號(雖然其頻譜范圍達(dá)到數(shù)GHz)。在這種情況下，頻譜的近直流和中遠(yuǎn)部分的傳播特性具有不同的特點(diǎn)，使得這項(xiàng)技術(shù)局限于短距離通信。對于長距離通信而言，特別是中繼，擴(kuò)頻技術(shù)更合適一些。 

　　射頻技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，目前仍處于開拓狀態(tài)，應(yīng)用還不是很廣，但隨著射頻通信技術(shù)的成熟，未來市場需要巨大，前景廣闊。