出品团队：佳嵌工作室
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“佳嵌工作室”是由有着多年研发和教学经验的老师所组成的嵌入式技术团队，团队致力于嵌入式产品以及‘嵌入式技术课程’的研发，
由衷地希望所推出的嵌入式技术课程，能够帮助到哪些正在努力学习嵌入式技术的同学，欢迎大家和我们一起共同学习，共同进步。
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21.2 无线通信
21.2.1 无线通信概述
（1）无线通信传输的信号
可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，
1）模拟信号：早期的无线通信，传输的都是模拟信号
2）数字信号：目前使用的都是数字设备，大都是传输数字信号
（2）并行/串行：无线通信都是串行通信。
（3）相比有线的好处
无线通信相比有线的最大好处是，无线不会收到数据线的束缚，特别是对一手持移动设备来说，移动通信好处是明显的。
（4）载波回顾
1）99%的无线通信都需要载波
无线通信时，基本都需要将低频的、承载信息的基带信号装入载波中传输，只有极少数情况不会需要载波，直接发送基带信号。
2）为什么必须要有载波
（a）天线尺寸问题
前面就说过，无线通信必须要天线，而天线的尺寸与波长成正比，基带信号波长太长，直接发送基带信号的要求天线特别大，
但是如果加入载波后，而载波是高频的，所以波长短，需要的尺寸很小。
（b）以家庭路由器为例
如果没有载波的话，路由器上支出来两根棍子（天线），就会做的非常大，谁还买。
又比如，移动通信的基站天线，如果没有载波的话，天线做的跟一栋楼那么高，有了载波后，你会发现基站上的天线尺
寸非常小。
3）当说这个无线通信是xxxHZ时：指的都是载波频率。
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21.2.2 常见的无线通信例子
（1）无线通信分类
大致分成四类，即WPAN、WLAN、WWAN、LPWAN。
1）WPAN
（a）名称：英文全称为Wireless Personal Area Networks，直译为“无线个人局域网”。
（b）什么是WPAN—无线个人局域网
· 通过某无线通信技术，以个人为中心，将平均10米以内数字设备连接在一起，所构成的网络就是WPAN。
· WPAN的覆盖面积很小，因为这种网络只能覆盖平均10米左右面积。
· WPAN中连接的设备，大多是辅助数字设备，比如典型的蓝牙耳机就是辅助数字设备，而耳机所连接的手机才是主设备。
（c）能够用于构建WPAN的无线通信技术有哪些
比如有蓝牙、红外、RFID/NFC(射频识别)、UWB、HomeRF、ZigBee、Z-Wave、Insten、HomePluge等短距离无线通信，
都可以用来构建WPAN网络，其中蓝牙、红外、RFID/NFC、ZigBee最为常见。
我们在前面介绍过，对于99%无线通信来说，都需要将基带信号加入载波后再进行传输，但是当时说过有特例，
比如UWB就是一个特例，UWB无线通信就不使用载波，而是直接传输基带信号。
· 蓝牙
- 使用场合：常用于点对点、短距离大数据量传输，比如手机间使用蓝牙文件传输，手机与蓝牙耳机语音通信。
- 载波频率：2.4GHZ
· 红外(irDA)：
- 使用场合：常用于点对点、短距离小数据量传输，比如电视、空调遥控器，传输的都是小数据量的遥控数据。
- 载波频率：38KHZ
· RFID/NFC：非接触式射频识别技术，其中NFC由RFID演变而来。
- 使用场合：饭卡、公交卡、门禁卡
- 载波频率：125KHZ~2.54GHZ
· ZigBee：短距离低速无线用途
- 使用场合：常用于对于稳定性和安全性要求较高的工业上的通信。
- 载波频率：2.4GHZ
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2）WLAN
（a）名称：Wireless Local Area Networks，直译为“无线本地局域网”。
（b）什么是WLAN
· 通过某无线通信技术，将平均100米左右内的设备连接在一起所构建的局域网络就是WLAN。
· WLAN主要目的是为了满足家庭或者小型公司的使用需求
· WLAN基本上能覆盖一个小公司的全部工作空间，WLAN的覆盖的面积比WPAN大非常多，毕竟一个使用来满足
个人使用需求，而另一个则是为了满足整个家庭和公司的使用需求的。
· 既然要求WLAN能够覆盖平均100米左右，因此构建WLAN的无线通信的传输距离必然在平均100米左右。
（c）用于构建WLAN的无线通信技术有哪些
能够用于构建WLAN的无线通信技术有很多，但是目前最主要的还是wifi这种无线通信技术。
由于wifi使用实在是太过广泛，因此一般人往往将wifi和WLAN这两个概念等同看待，说到说wifi时，大家就认为
说的是WLAN，说到WLAN就认为说的是wifi，但是实际上你要知道，这是两个不同的概念，wifi只是构建WLAN网络的
其中一种通信技术而已。
· wifi
- 使用场合
能够将家庭、办公室等平均100米内的手机、平板电脑和笔记本电脑等连接在一起，构建出一个WLAN，如果再将
WLAN连入互联网的话，那么手机、平板电脑和笔记本电脑就可以上网了。
- 载波频率：2.4GHZ或者5GHZ
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3）WWAN
（a）名称：Wireless Wide Area Network，直译为“无线广域网”。
（b）什么是WWAN
· 通过某种无线通信技术，将十几公里~几十公里以内的所有设备（手机、笔记本等）连接在一起，所构成的网络就是WWAN。
· WWAN的覆盖范围比WLAN大了非常多，毕竟WWAN要满足几十公里范围内设备的无线连接需求。
· 为了让WWAN能够覆盖几十公里，所以必须采用与WPAN和WLAN所使用的完全不同的无线通信技术，才能满足这样的要求。
（c）用于构建WWAN的具体无线通信技术
主要就是1G、2G、2.5G、3G、4G等移动通信技术，其中G是英文Generation（代）的首字母，
· 1G、2G、2.5G、3G、4G基本介绍
- 1G：第一代移动无线通信技术
a）这一代只能打电话，80~90年代大哥大电话时期就是1G时代。
b）目前第一代技术已经被完全淘汰。
- 2G：第二代移动通信技术
a）2G时代只有语音业务，只能用于打电话。
b）具体的移动通信技术有GSM，CMDA。
- 2.5G：第二代与第三代的过渡代。
a）电话的语音通信仍然由2G技术提供，但是开始加入网络通信功能，因此2G升级为了2.5G，但是网速很慢，最多
只能看小说。
b）属于2.5G的具体通信技术有，GPRS和EDGE，GPRS和EDGE都是从GSM升级而来。
- 3G：第三代移动通信技术。
a）电话的语音通信任然由2G提供，但是3G网络通信能力在2.5G基础上有所增强，不仅可以看小说，还能看各种
新闻、微博、APP等，如果2.5G的上速度好比绿皮火车的话，3G的上网速度好比快车。
b）属于3G的具体移动通信技术有，WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，它们都是基于CMDA实现的。
- 4G：第四代移动通信技术。
a）电话语音业务任然还是由2G提供，但4G的上网速度比3G更胜一筹，已经可以使用爱奇艺、优酷等看视频了，3G是
快车，4G就好比动车。
b）属于4G具体的动通信技术有，TD-LTE和FDD-LTE这两种制式。
· 1G、2G、2.5G、3G、4G之间的关系
- 1G已经被淘汰
- 电话的语音通信一直是由2G技术实现，至于2.5G、3G、4G等一代一代的升级，升级的只是网络通信速度。
· 移动通信与基站
- 所有的手机、笔记本都是连接在附近最近的基站上的，基站会与手机之间进行移动通信，然后就可以上网和打电话了。
- 所有的基站之间使用光纤等连接。
- 基站就像是一个特大号的wifi，但是采用的是与wifi完全不同的无线通信技术，毕竟要满足的几十公里范围内设备
的无线通信。
- 基站既会和电话网连接在一起，也会和互联网连接，打电话时电话数据走电话网，上网时网络数据走互联网。
· 手机定位
手机的定位很重要，比如我们的手机地图导航就必须使用定位数据，目前的手机定位技术有两种，
- 第一种：基站定位，手机连上基站通信时，基站通过收发手机信号来定位手机位置。
- 第二种：GPS全球定位，通过全球定位卫星来定位。
如果手机需要使用GPS的话，需要安装GPS接收器，GPS的数据只是定位数据，而不是打电话和上网的数据，但是GPS通信
也是WWAN的范畴。
需要注意一点的是，不要将GPRS和GPS搞混，一个移动通信技术，另一个用于全球定位。
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（d）1G、2G、2.5G、3G、4G详细介绍
· 1G：是第一代移动通信技术，使用的是频分多址技术，即FDMA。
· 2G：有两种具体的通信技术，一种是GSM，另一种是CMDA，具体使用哪个通信技术，是由不同国家的移动运行商来决定的。
- GSM
a）名称：Global System for Mobile Communications的缩写，直译为“全球移动通信系统”。
b）使用技术：时分多址技术（TDMA）
c）基本介绍
GSM是世界上主要的通信技术之一，GSM最早兴起于欧洲，1991年在芬兰正式投入使用，早期主要也是使用于欧洲，到目
前为止，全世界有进两百个国家在使用，GSM在全球移动通信市场中占有很大份额，中国2G使用的就是GSM技术。
d）技术用途：对手机进行无线连接，实现电话之间的语音通信。
e）载波频率：850MHZ、900MHZ、1800MHZ、M1900MHZ不等。
- CMDA
a）名称：Code Division Multiple Access，直译为“码分多址”，直接是以技术方式命名。
b）使用技术：码分多址技术
c）基本介绍
CDMA最早是由美国高通公司研制，当时正值GSM技术统领全球移动通信市场，因此几乎没有一个移动通信运营商敢使用CDMA。
到了上世纪90年代初，韩国政府开始寻找发展本国电子制造业的机会，发现欧洲几乎垄断了GSM市场，自己也使用GSM技术的话
将会不占优势，因此果断地决定使用CDMA技术，CDMA也就是从那时开始发展起来。
现在全球都在使用CDMA技术，但目前CDMA主要还是大量使用于美国、韩国和日本等，尤其在韩国，使用CDMA移动通信的
用户达60%。
d）技术用途：对手机进行无线连接，实现电话之间的语音通信。
e）载波频率：850/900/1700/1900/2100MHz
· 2.5G：具体有两种通信技术，第一种是GPRS、第二种是EDGE
- GPRS
a）名称：General Packet Radio System，直译为“通用分组无线系统”，同样直接是以技术命名。
b）使用技术：GRPS有GSM升级而来，本质上使用的还是GSM的TDMA。
c）基本介绍
GPRS基于GSM发展而来的，相比GSM，GPRS提高了无线频带资源利用率，传输速率也更高，GPRS还提供了流量控制，
所以GPRS是按流量收费，而不是按时间计费的。
GPRS的电话语音通话功能仍然由2G的GSM提供，但是在2G的基础之上开始加入网络通信功能，从2.5G开始，可以上网了。
d）技术用途：除了支持2G的电话语音通信外，还开始支持网络通信。
e）载波频率：与GSM同。
- EDGE：Enhanced DataRate for GSM Evolution，直译“增强型GSM”，与GPRS类似，也是基于GSM演进而来。
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· 3G
- 3G使用技术：3G基于2G的CDMA（码分多址）实现。
- 3G的语音通信主要还是由2G提供，但是3G的网络通行功能在2.5G的基础上又有所增强。
- 3G的主流技术有
分别有WCDMA、CDMA20003x、TD-SCDMA(中国提出的)，三个不同标准所使用的核心频段都是2000MHz。
- WCDMA
a）全称：Wideband Code Division Multiple Access，即宽带码分多址。
b）使用技术：码分多址
c）介绍
由欧洲主推的技术，WCDMA是在原有的GSM网络之上，融入CDMA技术后的产物，它与日本提出CDMA技术标准基本相同，
目前两者正在融合。
WCDMA技术标准演进策略为GSM(2G)→GPRS(2.5G)→EDGE(2.5G)→WCDMA(3G)，中国移动公司也采用这一方案向3G过渡。
d）用途：用于无线连接手机、笔记本等，实现电话语音通信、互联网通信等。
e）载波频率：2000MHZ左右
- CDMA20003x
a）名称：2000年提出的，由原来2G的CDMA发展而来。
c）使用技术：码分多址
b）介绍：它是由美国主推的3G通信技术标准。
d）用途：用于无线连接手机、笔记本等，实现电话语音通信、互联网通信等。
e）频段：2000MHZ左右
- TD-SCDMA
a）名称：Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，即“时分同步CDMA”。
b）使用技术：本质上还是码分多址
c）介绍：由中国大唐电信公司提出的3G标准。可以不经过2.5G，直接从2G跨到3G。
d）用途：用于无线连接手机、笔记本等，实现电话、互联网通信等。
e）频段：2000MHZ左右
· 4G
- 4G并不是在这个3G的基础上，经过简单的升级而得到的，它们的核心技术不同。
- 3G的核心技术为CDMA，而4G的核心技术为OFDM，即“正交多任务分频技术”。
- 不过考虑到与3G的兼容性，4G不仅仅只采用OFDM技术，也使用了CDMA技术。
- 4G包括TD-LTE和FDD-LTE两种。
- TD-LTE介绍：略
- FDD-LTE介绍：略。
· GPS
- 名称：Global Positioning System，即全球定位系统。
- 与GSM/GPRS/CDMA等不同，GPS主要是用于定位，不过GPS仍然属于WWAM范畴的无线通信，注意不要和GPRS搞混淆。
- 介绍：
美国从20世纪70年代开始研制GPS，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，与GPS类似的还有中国的北斗全球定
位系统，以及欧洲的伽利略全球定位系统，GPS系统包括三大部分，即GPS卫星群，地面监控系统，用户的GPS接收器。
- 用途：最初GPS只应用在军事领域，后来也应用于民用。比如，
a）在测量方面：由于GPS测量精度高、操作简便，在大地测量、工程测量等方面均有应用。
b）在交通领域：利用GPS技术对各种车辆进行实时跟踪、调度管理，解决交通拥堵等问题。
c）民航运输：比如通过GPS信号引导飞机安全起飞和降落。
d）安全领域：通过GPS定位技术，迅速知道火灾、车祸等事故发生地，能立即展开救援，以降低事故损失。
我们在前面说过，手机定位有两种，一种时通过基站定位，另一种时通过GPS定位，如果使用GPS定位的话，手机需要
安装GPS模块。
- 载波频率：L1波段－1.57542GHz，L2波段－1.22760GHz，L3波段－1.38105GHz，L4波段－1.84140GHz（预计2017年使用）。
（2）对WPAN、WLAN、WWAN、LPWAN所涉及的常见无线通信技术，进行详细介绍