射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用

文章出處：http://xianjuhong.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(hào)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(hào)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(gè)公共信道的所有藍(lán)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(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(gè)天線利用不同的時(shí)間間隔發(fā)送和接收信號(hào)，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(gè)信道，實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸；藍(lán)牙發(fā)射功率可分為3個(gè)級(jí)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(duì)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(gè)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(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(diào)信號(hào)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(hào)直接加載到VCO上對(duì)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(duì)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(gè)軟件來實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)效率的評(píng)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(gè)軟件框架來實(shí)現(xiàn)接入點(diǎn)的失效探測(cè)并且將根據(jù)附近接入點(diǎn)的工作情況來自動(dòng)調(diào)整。通過控制每個(gè)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(gè)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(cè)范圍內(nèi)的漏洞。由于無法預(yù)測(cè)RF覆蓋模式，系統(tǒng)的可用性在很大程度上可能會(huì)受到一些表面上看起來無害行為的影響，例如電梯的移動(dòng)都會(huì)影響系統(tǒng)的可用性。雖然很多企業(yè)會(huì)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(cè)范圍內(nèi)的漏洞并對(duì)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(duì)RF域有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)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(duì)802.11b，802.11g，以及802.11a。對(duì)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(gè)客戶端提供最大數(shù)量的帶寬。 

　　在整個(gè)無線網(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(fù)責(zé)設(shè)備和用戶的認(rèn)證，也不負(fù)責(zé)對(duì)空中傳播的數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密，但是，對(duì)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(chǎng)上有很多種探測(cè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)，而不是將其集成到一個(gè)單一的系統(tǒng)中。無線接入點(diǎn)應(yīng)該能夠以探測(cè)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(cè)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(cè)的可疑行為和在有線環(huán)境中收集到的信息進(jìn)行對(duì)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(gè)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(cè)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(duì)每個(gè)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(duì)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(gè)傾角范圍內(nèi)取得了高于20dB的抑制度。旁瓣相對(duì)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(gè)不需要的信號(hào)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(shì)。以機(jī)械方式對(duì)天線波束進(jìn)行傾角調(diào)校雖然易于操作，但對(duì)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(duì)旁瓣進(jìn)行輻射管理，以加強(qiáng)對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)地根據(jù)業(yè)務(wù)流量模式的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，是多功能高性能天線的另一個(gè)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(dòng)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(huì)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(hào)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(hào)隨機(jī)化，有利于用戶分隔和譜成形，以避免竊聽。信號(hào)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(gè)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(dòng)形成的連續(xù)的水流波動(dòng)。幾乎所有的無線通信包括移動(dòng)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(hào)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(gè)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、非常快的能量脈沖。這些脈沖都是經(jīng)過精確計(jì)時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)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(gè)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(jí)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(hào)(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(duì)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(chǎng)需要巨大，前景廣闊。