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无线通信

不经由导体或缆线传播进行的传输通信
（重定向自无线通信）
提示：此条目页的主题不是无线电通讯。

无线通信是指多个节点间不经由导体或线缆传播进行的远距离传输通信，[1] 利用收音机、无线电等都可以进行无线通信。相对概念为有线通信（英语：Wired communication）。

无线通信
研究领域、​学科
上级分类电信、​通信工程 编辑
发现或发明时间1895 编辑
主题历史Q11874572 编辑
使用电磁波 编辑
相对概念有线通讯 编辑
军用手持无线电通话器

无线通信包括各种固定式、移动式和便携式应用，例如双向无线电（英语：two-way radio）、手机、个人数字助理及无线网络。其他无线电无线通信的例子还有GPS、车库门遥控器（英语：Garage door opener）、无线鼠标等。[2]

大部分无线通信技术会用到无线电，包括距离只到数米的Wi-fi，也包括和航海家1号通信、距离超过数百万公里的深空网络。但有些无线通信的技术不使用无线电频段，而是使用其他的电磁波无线技术，例如光、磁场、电场等波段。

历史

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光电话

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贝尔和天特在1880年发明的光电话

世界上第一次无线电话对话出现在1880年，当时使用的是光电话（英语：photophone），由亚历山大·格拉汉姆·贝尔及查尔斯·萨姆纳·天特（英语：Charles Sumner Tainter）发明，并且申请专利。光电话借由调制的光束来传递语音频号。在那个年代，还没有设备可以提供电力，甚至连科幻小说中也还没提到激光，他们的发明在当时看来并没有实用价值，而且通话的效果还会受到阳光及天气的限制。光电话和自由空间光通信系统（英语：free-space optical communication）一様，在传送器及发射器之间不能有阻隔光束的物体。数十年后，光电话才应用到了军事通信（英语：military communications）领域[3][4]。

早期工作

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戴维·E·休斯（英语：David E. Hughes）在1878年利用发射器传送无线电达数百米远[5]。当时马克士威的电磁理论还不为世人周知，因而当代的科学家将此发明视为感应的结果。1885年汤玛斯·爱迪生利用振动器磁铁来作为感应的传输，在1888年时爱迪生布署了哈伊谷铁路（英语：Lehigh Valley Railroad）的信号传输系统，在1891年获得使用电感的无线电专利（美国专利第465,971号）。

1888年时海因里希·赫兹展示了电磁波的存在，这成了后来大部分无线科技的基础[6][7]。赫兹证明了电磁波在空间中会沿直线前进，可以被实验设备所接收[6][7]，不过他没有继续进行其他相关的实验。贾格迪什·钱德拉·博斯当时开发了一个早期的无线电侦测设备，也有助于了解波长在数厘米内的电磁波特性[8]。

无线电

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古列尔莫·马可尼发射穿过大西洋的无线电信号

“无线”一开始是指无线电的接收器，或称为收发器（可以同时作为传送及接收用途的设备），早在无线电报时代就已应用过类似设备。现在“无线”一词是指现代的无线通信，例如蜂窝网络以及无线寛频通信，无线一词也泛指任何一种不需要电线即可进行的应用，例如“无线遥控”、“无线能量转换”，而不去区分实际应用的技术是无线电、红外线或是超声波。

古列尔莫·马可尼和卡尔·布劳恩因为在无线电报上的贡献，获得1909年的诺贝尔物理奖[9]。

模式

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无线通信可以用以下的方式进行：

无线电

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主条目：无线电

无线电通信及微波通信用在长距离的通信，需搭配高方向性的天线，或是短距离的通信。

自由空间光通信

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主条目：自由空间光通信
 
一个有八个光束的自由空间激光光网络，在距离2 km时速率为1 Gbit/s，接收器是中间的大圆盘，上方和右侧有单筒望远镜，使两个接头可以对正

自由空间光通信系统（英语：free-space optical communication）（FSO）是利用光在自由空间（即空气、外太空、真空）中行进来传递信号的无线光通信技术。自由空间光通信系统会使用可见光或是红外线，例如遥控及红外通信等。

声通信

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音波及超声波常用在短距离，利用音波来传递信号的应用。

电磁感应

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电磁感应主要是用在低能量及短通信距离的应用，例如起搏器及短距离的RFID标签。

无线网络

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无线网络可以符合许多不同的需求，最常见的可以是方便笔记性电脑的用户在往来不同地方的路途中可以连网，另一个用途是由手机连网。若某一个网段的实际位置经常会变动，利用无线网络来连线是比较合理的方法。在以下的情形下可以使用无线网络：

  • 网络的距离超过一般有线网络允许的长度。
  • 作为备援网络，在正常网络异常时使用。
  • 连接移动的或是暂时性的节点。
  • 在一般网络布线困难或是费用过高的情形。
  • 行动用户连线或是连接到移动网络。

在开发射频无线网络时，设计者需考虑以下的因素：

  • 使用数百至数千MHz或是GHz的频段。
  • 运作范围及电池寿命。
  • 灵敏度及资料速率。
  • 网络拓扑及节点智能程度。

无线网络的应用包括点对点通信（英语：point-to-point (telecommunications)）、点对多点通信、广播、蜂窝网络及其他无线网络及Wi-Fi技术。

电磁波频谱

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光、颜色、AM及FM广播以及许多电子设备都用到电波波频谱，可用来通信的无线电频谱频率中视为是公共财财产，会由国家级的机构管理，例如美国的美国联邦通信委员会，英国的Ofcom，这些机构会定义谁可以使用哪一个频段的频率，以及其目的为何。若公共频段像个人使用的电磁波频谱一様，没有类似的控制或替代配置措施，可能会出现混乱，例如飞机没有特别可以用在航管上的频率，而业余无线电操作者的信号干扰航管信号，使得飞行员无法正常使飞机降落。无线通信的频带由9 kHz至300 GHz。

无线通信技术的应用

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移动电话

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移动电话应该是无线通信最广为人知的应用之一，在2010年底时全世界已有超过46亿手机[10]。移动电话借由无线电波，使不同地方的用户可以互相电话联络。用户可以在行动通信基地台的范围内使用手机，基地台会接送及接收手机的信号。

无线资料传输

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无线资料传输是行动运算中不可少的一部分[11]。有许多可用的技术，差异是在地区的可用性、覆盖范围及性能[12][13]，在一些情形下，用户必须可以布署多种连线方式，并在不同模式中切换。为了简化使用者所花的时间，可以使用连接管理软件（英语：connection manager software）[14][15]，或者使用MVPN，将数个连线处理为一个保安的单一虚拟网络（英语：virtual network）[16]。。以下是一些用在无线资料传输的无线通信：

Wi-Fi是无线的局域网络，让便携式的运算装置以简单的方式连接到互连网[17]，借由IEEE 802.11 a,b,g,n等标准，Wi-Fi的速度接近一些有线的网络。Wi-Fi已成为家中、办公室及公共空间热点的事实上的标准[18]。有些企业是每月收取一次Wi-Fi的费用，有些企业则是免费提供，因为提供Wi-Fi可以提升他们产品的销售额[19]。
蜂窝网络：只要离最近的基站十到十五公里以内即可使用[12]，其速度随着科技的演进而提升，从早期的GSM、CDMA及GPRS，到像是W-CDMA、GSM增强数据率演进（EDGE）或是CDMA2000等3G网络[20][21]。
行动卫星通信：可以用在无法用其他无线技术通信的情况，例如广大的乡村地区[22]或是遥远的地方[12]。通信卫星在运输、航空、航海及军事上格外的重要[23]。
无线感测器网络：可以直接侦测有关的物理量，监控及收集资料，产生有意义供人观看的显示，并提供一些决策的机能[24]。

无线供电

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主条目：无线供电

无线供电是指在使用电线的情形下，将电能从电源传到另一个没有内建电源的设备中。有二种基础的无线供电方式，可以用光束/激光，无线电或是微波传输，或是使用近场感应的方式。几种方式都会用到电磁波磁场[25]。

无线医疗技术

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像无线体域网（mobile body area networks，简称MBAN）等新技术可以利用无线技术监测血压、心跳、含氧浓度及体温。无线体域网会送出低功率的无线信号给接收器，再传送到监控设备或是护理站。这种技术减少了有意或是无意造成的感染风险，或是因为有线接线断线而产生的问题[26]。

电脑界面设备

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最早的键盘、鼠标等设备都是有线的，后来也慢慢出现了无线的界面设备，多半是利用Bluetooth技术的设备，其反应可能会略慢于有线的设备，但两者的差距越来越小。

像键盘、鼠标等电脑的无线界面设备一般是由电池供电，会传送射频的信号到接到电脑USB埠上的接收器。因为使用射频信号，使得资料可以用无线的方式传递，并且扩展使用的范围，一般可以到三米。距离、实体的障碍物、其他的无线信号甚至是人体都可能降低其信号品质[27]。

2007年底时开始讨论无线键盘保安的问题，当时发现微软在使用27 MHz的系列，其加密的实现方式高度的缺乏保安性[28]。

无线通信的实现、设备及相关标准

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参考资料

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  1. ^ ATIS Telecom Glossary 2007. atis.org. [2008-03-16]. （原始内容存档于2008-03-02）. 
  2. ^ Tech Target - Definition of Wireless - Posted by Margaret Rouse (April 2006) What is wireless? （页面存档备份，存于互联网档案馆） - Retrieved December 25, 2012
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  4. ^ Alexander Graham Bell's Photophone - Ahead of its Time. http://inventors.about.com. [2014-04-21]. （原始内容存档于2020-03-14）.  外部链接存在于|journal= (帮助)
  5. ^ David Hughes - Carbon Microphone. http://inventors.about.com.  外部链接存在于|journal= (帮助)[失效链接]
  6. ^ 6.0 6.1 Story, Alfred Thomas. A story of wireless telegraphy. New York, D. Appleton and Co. 1904. 
  7. ^ 7.0 7.1 Heinrich Rudolf Hertz. chem.ch.huji.ac.il. [2008-03-16]. （原始内容存档于2006-10-02）. 
  8. ^ J.C. Bose, Collected Physical Papers. New York, N.Y.: Longmans, Green and Co., 1927
  9. ^ The Nobel Prize in Physics 1909. Nobel Foundation. [2014-04-21]. （原始内容存档于2018-12-26）. 
  10. ^ Robust demand for mobile phone service will continue, UN agency predicts （页面存档备份，存于互联网档案馆） UN News Centre February 15, 2010
  11. ^ TCO Insights on Rugged Mobile Computers （页面存档备份，存于互联网档案馆）, VDC Research, 2007.
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 High Speed Internet on the Road, 存档副本. [2014-05-01]. （原始内容存档于2013-08-24）. 
  13. ^ Mitchell, Bradley. Wireless Internet Service: An Introduction （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  14. ^ What is Connection Manager? （页面存档备份，存于互联网档案馆） Microsoft Technet, March 28, 2003
  15. ^ Unwired Revolution （页面存档备份，存于互联网档案馆） 互联网档案馆的存档，存档日期2012-01-09.
  16. ^ http://www.gd-itronix.com/index.cfm?page=Products:MobilityXE （页面存档备份，存于互联网档案馆） 互联网档案馆的存档，存档日期2011-09-26.
  17. ^ About.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  18. ^ "Wi-Fi" （页面存档备份，存于互联网档案馆） 互联网档案馆的存档，存档日期2012-03-27.
  19. ^ O'Brien, J. & Marakas, G.M.(2008) Management Information Systems (pp. 239). New York, NY: McGraw-Hill Irwin
  20. ^ Lachu Aravamudhan, Stefano Faccin, Risto Mononen, Basavaraj Patil, Yousuf Saifullah, Sarvesh Sharma, Srinivas Sreemanthula. "Getting to Know Wireless Networks and Technology" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, InformIT
  21. ^ "What really is a Third Generation (3G) Mobile Technology" 互联网档案馆的存档，存档日期2011-06-07., ITU
  22. ^ Geier, Jim. Wireless Network Industry Report 2007, Wireless-Nets, Ltd., 2008 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  23. ^ Ilcev, Stojce Dimov, Global Mobile Satellite Communications for Maritime, Land and Aeronautical Applications, Springer, 2005
  24. ^ F.L. Lewis. “Wireless Sensor Networks.” Smart Environments: Technologies, Protocols, and Applications, ed. D.J. Cook and S.K. Das, John Wiley, New York, 2004. Automation and robotics research institute. 26 Oct. 2013
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  26. ^ Linebaugh, Kate. “Medical Devices in Hospitals go wireless.” Online.wsj. The Wall Street Journal. 23 May 2010. Web. 27 Oct. 2013.
  27. ^ Paventi, jared. “How does a Wireless Keyboard Work.” Ehow. Web. 26 Oct. 2013.
  28. ^ Moser, Max; Schrödel, Philipp. 27Mhz Wireless Keyboard Analysis Report aka "We know what you typed last summer" (PDF). 2007-12-05 [6 February 2012]. （原始内容 (PDF)存档于2009年1月23日）. 

相关条目

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外部链接

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