無線通信技術與產業(yè)發(fā)展

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【摘要】隨著經濟高速發(fā)展，我國電子產業(yè)水平不斷進步，無線通信已成為電信行業(yè)中最大的產業(yè)之一，同時也必將是我國外來發(fā)展的重點。目前無線通信不僅應用到了各行各業(yè)，還全面滲透到了每個家庭、每個人的生活中。個人無線設備快速普及，無線通信使用率爆炸式增長，充分展示出無線通信在當今社會的巨大價值，也顯示出其未來發(fā)展的光明前景。本文首先簡單介紹無線通信的概念、原理與發(fā)展歷程；隨后詳細分析無線通信的特點與優(yōu)勢，闡述其發(fā)展現(xiàn)狀及產業(yè)水平；最后，思考無線通信發(fā)展規(guī)律，并對其未來發(fā)展趨勢做出展望。

【關鍵詞】無線通信；發(fā)展歷程；產業(yè)；發(fā)展趨勢

1無線通信技術

1.1原理與發(fā)展歷程

無線通信是近些年通信領域中發(fā)展最快、應用最廣的通信方式，其利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換。移動通信是在移動中實現(xiàn)的無線通信。人們把這兩者合成為無線移動通信。無線通信的工作原理是將信號發(fā)射、接收、處理、傳輸。以手機為例，兩部手機進行無線通信時，其中一部將無線信號發(fā)射出去，基站接收信號并進行處理，傳輸給另一基站，另一基站將信號處理后再以電磁波形式發(fā)出，另一部手機接收基站發(fā)出的電磁波信號，實現(xiàn)無線通信。此外，在無線傳輸過程中還要進行加密處理，保證信息安全。前工業(yè)化時期出現(xiàn)了閃光鏡、火炬等原始的無線通信方式。1838年，塞繆爾•莫爾斯發(fā)明電報網，替代了這些原始通信網。接著電話發(fā)明，取代了電報。直到1895年，馬可尼首次從英國懷特島到30km之外的一條拖船之間成功進行了無線傳輸，現(xiàn)代意義下的無線通信從此誕生。20世紀70年代，人們開始研究無線網。到了20世紀80年代，伴隨以太局域網的飛速發(fā)展，無線網憑借著不用架線，靈活性強的優(yōu)勢彌補有線網的不足，取得了市場的認可，成為了有線網的一種補充。近現(xiàn)代無線通信技術高速發(fā)展的過程中，隨著傳播距離越來越遠，通信質量越來越高，體積、功耗越來越小，價格越來越低廉，使公網和專網的無線通信、無線電視、無線網絡等成為現(xiàn)實，無線通信真正融入了每個人的生活。

1.2與有線通信的對比

盡管近年來更為先進的無線通信技術發(fā)展迅速，無線通信依然無法取代傳統(tǒng)的有線通信。目前，依然有眾多有線通信設備存在于通信設備市場。例如我們正使用的寬帶，現(xiàn)今市場仍分無線網絡和有線網絡。這是因為有線通信傳輸數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定、快速、安全，可傳輸?shù)男畔⒘扛?。電子計算機的出現(xiàn)使整個人類社會發(fā)生了翻天覆地的變化，引發(fā)產業(yè)變革和技術變革的同時，也推動了通信技術的長足發(fā)展。但就目前看來，電子計算機工作時連接有線網絡的信號交換律遠高于無線網絡。一方面是因為電子計算機只有安裝無線網卡才能實現(xiàn)無線網絡傳輸。另一方面是在運行網頁或進行網絡游戲的時候，會產生很大的數(shù)據(jù)流量，有線網絡的數(shù)據(jù)傳遞速度遠遠高于無線網絡，且前者的穩(wěn)定性也優(yōu)于后者。

2無線通信產業(yè)

當今無線通信已廣泛應用于人們生活的方方面面。手機、PC、可穿戴設備、智能家居等都至少具有一種或多種無線通信能力。每種通信功能都需要一支或幾支天線，而如移動電話等無線通訊設備往往需要大量基站建立支持。因此隨著無線通信在生活中的普及，相關產業(yè)也蓬勃發(fā)展。

2.1天線產業(yè)

通常，智能手機需要2G、3G、4G天線，WiFi、藍牙天線，GPS天線，NFC天線和無線充電天線等；移動PC至少需要WiFi、藍牙天線，一些平板電腦還會配置GPS天線；智能手表普遍配有藍牙天線和GPS天線；智能家居設備通常配有WiFi天線或者ZigBee天線。據(jù)預測到2020年，全球物聯(lián)網設備數(shù)量將增加至208億個，天線市場規(guī)模有望突破1000億。

2.2智能設備產業(yè)

在智能手機方面，主流研究機構對智能機出貨量預測趨于一致，到2020年將穩(wěn)定在18億部左右。在PC方面，據(jù)統(tǒng)計和預測，全球PC市場已趨于穩(wěn)定，2016~2020年將維持在5億部左右，其中具備無線通信功能（WiFi、藍牙等）的筆記本電腦和平板電腦的出貨量維持在4億部左右。在可穿戴智能設備方面，到2020年出貨量將達到2億部，CARG約為20%。在智能家居方面，多家大公司推出相關產品應用，例如蘋果公司構建的HomeKit智能家居平臺，通過與飛利浦等廠商合作來提供智能燈泡產品。谷歌和亞馬遜分別推出了智能音箱設備。三星通過打造SmartThings智能家居物聯(lián)網平臺，為用戶提供室內燈光、運動、溫度、濕度等多種傳感器設備。據(jù)統(tǒng)計，在智能家居方面，2015年全球智能家居市場將以60%的年符合率增長，銷量達到4700萬臺。預計到2020年其銷售量將達到4.77億臺。

3現(xiàn)狀與未來

3.1現(xiàn)狀發(fā)展

移動通信方面，已經廣泛普及4G（LTE）相對前代已表現(xiàn)出很大的先進性。LTE應用OFDM技術、MIMO技術、高階調制技術，降低了時延、提高了傳輸速率、提高了信道利用率。不僅提升了用戶對于移動通信的體驗，還能夠為運營商們帶來更大的技術優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。4G廣泛應用的同時，5G的研究與商業(yè)化也在有條不紊地進行中。5G商用時間基本上可以劃分為三個階段：第一階段，到2015年底對于5G完成宏觀描述；第二階段，2016~2017年底進行技術準備；第三階段，各國和國際組織從2017年底開始向ITU提交候選技術，同時力爭達成一致。正式的商用5G標準將于2020年底由ITU。至此，5G技術將正式投入商用。藍牙技術是以現(xiàn)代化無線通信技術為基礎的，適用于短距離的無線通信。其利用語音和無線數(shù)據(jù)為載體實現(xiàn)短距離無線通信，主要服務于移動及固定的終端設備。藍牙技術能為用戶提供信息和數(shù)據(jù)傳輸服務，其頻段為2.4GHz，傳輸速率約1Mbps，無遮擋最大傳輸距離約10m，是短距離無線傳輸數(shù)據(jù)的極佳選擇。無線寬帶技術近年蓬勃發(fā)展，目前的無線寬帶接入方式主要有四種：①微波寬帶接入技術。微波寬帶的工作頻段大約是28GHz，其利用蜂窩式的網絡布局降低傳輸距離損耗，進而降低無線信號發(fā)射功率，能為用戶提供近距離雙線數(shù)據(jù)、圖像、語言等傳輸服務。②衛(wèi)星接入技術。該技術具有互聯(lián)網高速接入、數(shù)據(jù)包快速分發(fā)能力，并且穩(wěn)定性強，多被應用于金融行業(yè)、房地產及教育等領域。③紅外光通信接入。該技術使用光學儀器進行無線信號的發(fā)射和接收，理論上能夠實現(xiàn)高達3~621Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。由于紅外線的傳播特點，紅外光通信傳輸距離可達上百米，且不會干擾其他通信系統(tǒng)。在中距離大數(shù)據(jù)流傳輸方面其優(yōu)勢極為凸顯。④多點微波接入技術。該技術工作頻段僅限于5.8GHz，2.5Ghz和3.5GHz三種低頻段，這也就決定了其應用范圍較小。

3.2未來發(fā)展趨勢

無線通信技術作為通信基礎技術，在未來一定有巨大的發(fā)展空間和潛力。就現(xiàn)有的無線技術發(fā)展來看，我認為未來無線通信將有以下發(fā)展趨勢：藍牙網格聚合。目前市場上有許多產品都用到藍牙技術?，F(xiàn)今藍牙連接了82億個設備；據(jù)ABIResearch研究顯示，2021年預計會有60%的設備使用藍牙。因此藍牙技術的更新是廣泛需求背景下的必然結果。藍牙從經典的“一對一”通信模式發(fā)展到“一對多”廣播模式，未來將出現(xiàn)“多對多”通信模式，應用于大型聯(lián)網服務，如資產跟蹤、家居和樓宇自動化、照明、信標和智能計量等等?！岸鄬Χ唷蹦Ｊ降摹八{牙網”中所有設備路由通信，因此該模式具有通信范圍更廣、自我修復力強、可靠性高、擴展性大等傳統(tǒng)藍牙模式所不具有的優(yōu)勢。目前對“藍牙網”的研究正在進行中。短距離定向通信普及。未來短距離定向通信在輔助藍牙配對方面會有較大價值。藍牙設備的普及是當今市場發(fā)展的趨勢。當人們在生活中大量使用藍牙設備的時候，傳統(tǒng)的人工檢索配對方式就會變得低效甚至不便。此時，如果使用短距離定向通信，使兩設備快速鎖定彼此并進行簡單的口令互換，就能大大縮短整個人工藍牙配對過程所需時間?？梢允褂玫姆绞接薪嚯x無線通信（NFC），紅外線通信等，未來還可能將可視波通信投入應用。日本索尼公司于2017年9月的藍牙耳機wi-1000x使用了NFC配對功能，大大簡化了傳統(tǒng)藍牙配對操作。相信未來短距離定向通信輔助藍牙配對將會更加普及。此外，因其定向性，短距離定向通信相對傳統(tǒng)輻射式信號有更好的安全性，未來可用于家庭與單位網絡架設等。

4總結

回望無線通信從誕生，到發(fā)展，再到壯大，它的潛力被一步步挖掘，優(yōu)勢被一步步強化。無線通信擁有架設靈活，不受地形障礙等有線通信無法企及的優(yōu)勢，但其信息安全性和信息傳遞穩(wěn)定方面無線通信還是遠比不上有線通信。隨著科技進步，無線通信相關產業(yè)也快速發(fā)展，其中天線產業(yè)與智能設備產業(yè)一直呈增長趨勢。目前，無線寬帶、藍牙、移動通信等無線通信方式已經得到廣泛應用，并且各自都處在不斷進步、完善的過程中。在未來，各種無線通信方式在不斷強化自身優(yōu)勢的同時，也可以通過互連融合來彌補各自的不足，形成一個聚合網絡，真正實現(xiàn)“一網行天下”。

參考文獻

[1]周怡頲，凌志浩，吳勤勤.ZigBee無線通信技術及其應用探討[J].自動化儀表，2005，26（6）：5~9.

[2]張方奎，張春業(yè).短距離無線通信技術及其融合發(fā)展研究[J].電測與儀表，2007，44（10）：48~52.

作者：黃俊愷 單位：山東省青島第二中學