電磁波的應(yīng)用

電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，變化的電場會產(chǎn)生磁場（即電流會產(chǎn)生磁場），變化的磁場則會產(chǎn)生電場。變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波，電磁的變動就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此被稱為電磁波，也常稱為電波。

電磁波首先由詹姆斯·麥克斯韋于 1865 年預(yù)測出來，而后由德國物理學(xué)家海因里希·赫茲于1887年至1888年間在實驗中證實存在。麥克斯韋推導(dǎo)出電磁波方程，一種波動方程，這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質(zhì)。因為電磁波方程預(yù)測的電磁波速度與光速的測量值相等，麥克斯韋推論光波也是電磁波。2100433B

電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是本身溫度大于絕對零度的物體，都可以發(fā)射電磁輻射，而世界上并不存在溫度等于或低于絕對零度的物體。

第一篇 認(rèn)識電磁波

第1章 認(rèn)識圍繞著我們的鄰居——電磁波 1

1.1 簡易電磁學(xué) 2

1.2 認(rèn)識電磁波 4

1.2.1 電磁波的來源 4

1.2.2 電磁波的種類 5

1.2.3 電磁波的傳播 5

1.3 從電磁波的應(yīng)用開始認(rèn)識無線通信 8

1.3.1 電磁波的應(yīng)用——衛(wèi)星與太空通信 8

1.3.2 電磁波的應(yīng)用——數(shù)字電視的原理 10

1.3.3 與個人計算機(jī)有關(guān)的無線通信小常識 11

1.4 電磁波的生物效應(yīng) 12

1.4.1 電磁波對人體可能產(chǎn)生的危害 12

1.4.2 如何保護(hù)自己免受電磁波的危害 13

1.5 科技新發(fā)展——電磁波屏蔽材料 13

常見問題 14

課后習(xí)題 14

第2章 承載信號的傳輸介質(zhì) 15

2.1 傳輸介質(zhì)的種類 16

2.2 導(dǎo)向介質(zhì) 17

2.2.1 雙絞線 17

2.2.2 同軸電纜 19

2.2.3 光纖 20

2.3 非導(dǎo)向介質(zhì) 25

2.3.1 紅外線 25

2.3.2 無線電微波 25

2.3.3 無線電波 26

2.4 可靠的通信方式 26

常見問題 27

課后習(xí)題 27

第二篇 通信的原理與技術(shù)

第3章 信號與通信 30

3.1 認(rèn)識信號 30

3.1.1 信號的特征 31

3.1.2 數(shù)據(jù)與信號之間的轉(zhuǎn)換 35

3.2 無線通信里使用的信號 36

3.2.1 無線電頻譜 37

3.2.2 有線世界里的無限資源與無線世界里的有限資源 38

3.3 傳輸?shù)臏p損 38

3.3...

3.3.1衰減39

3.3.2延遲失真40

3.3.3噪聲40

3.3.4信道容量與奈奎斯特帶寬41

3.3.5香農(nóng)容量公式41

3.4無線電波傳輸?shù)脑砼c特性43

3.4.1理論上預(yù)測的模型——大規(guī)模的傳播模型43

3.4.2理論上預(yù)測的模型——小規(guī)模的傳播模型47

3.5無線電信號強(qiáng)度的迷惑56

3.5.1電壓駐波比56

3.5.2EIRP的定義57

3.5.3測量的單位57

常見問題59

課后習(xí)題60

第4章隱藏在信號中的信息61

4.1通信信道的特征62

4.1.1頻域的特征62

4.1.2時域的特征63

4.1.3數(shù)字通信信道的基本限制64

4.2數(shù)據(jù)與信號的轉(zhuǎn)換65

4.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號65

4.2.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號66

4.2.3模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號67

4.2.4模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號68

4.3調(diào)制技術(shù)簡介68

4.3.1模擬調(diào)制技術(shù)69

4.3.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)70

4.3.3數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類75

常見問題78

課后習(xí)題79

第5章通信工程：多路復(fù)用與交換80

5.1網(wǎng)絡(luò)的形成80

5.1.1交換的起源81

5.1.2交換與多路復(fù)用在網(wǎng)絡(luò)中扮演的角色82

5.1.3多路復(fù)用的起源82

5.2架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)83

5.2.1多路復(fù)用技術(shù)84

5.2.2通信的協(xié)調(diào)85

5.2.3交換技術(shù)85

5.3多路復(fù)用與交換的設(shè)備87

5.3.1多路復(fù)用器87

5.3.2交換機(jī)89

5.3.3網(wǎng)絡(luò)接口90

5.4容量工程91

5.5移動交換中心92

常見問題93

課后習(xí)題93

第6章無線通信的多路訪問技術(shù)94

6.1共享傳輸介質(zhì)的原理95

6.2有趣的隱藏節(jié)點問題97

6.3無線訪問技術(shù)簡介98

6.3.1無線多路訪問技術(shù)的簡單分類98

6.3.2介質(zhì)訪問控制協(xié)議99

6.4各種多路訪問技術(shù)99

6.4.1頻分多址100

6.4.2時分多址101

6.4.3擴(kuò)頻多址102

6.4.4空分多址104

6.4.5正交頻分多路復(fù)用104

6.4.6其他多路訪問技術(shù)107

6.4.7多樣性的概念107

6.5蜂窩系統(tǒng)的容量108

常見問題108

課后習(xí)題108

第三篇從有線通信網(wǎng)絡(luò)到無線通信網(wǎng)絡(luò)

第7章電信網(wǎng)絡(luò)110

7.1從我們自己家里的電話談起110

7.2通信系統(tǒng)的架構(gòu)111

7.2.1通信網(wǎng)絡(luò)的由來113

7.2.2通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合114

7.3通信網(wǎng)絡(luò)與電信服務(wù)115

7.3.1電信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)與市場化116

7.3.2國際電信法規(guī)變革一覽117

7.4無線網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)相連118

7.4.1互連的組成119

7.4.2互連的操作119

7.4.3互連的類型119

7.5通信運營商互連120

7.6展望電信網(wǎng)絡(luò)的未來120

7.6.1PSTN的發(fā)展120

7.6.2VoIP的原理121

7.6.3無線智能網(wǎng)絡(luò)123

7.7企業(yè)電話系統(tǒng)的規(guī)劃124

7.8無線交換機(jī)125

7.9無線本地回路126

7.9.1無線本地回路的系統(tǒng)與架構(gòu)128

7.9.2WLL所采用的各種技術(shù)129

7.9.3市場上WLL的設(shè)備與系統(tǒng)130

常見問題130

課后習(xí)題131

第8章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)132

8.1數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)模型132

8.1.1通信網(wǎng)絡(luò)模型133

8.1.2標(biāo)準(zhǔn)化138

8.2常見的分類法138

8.3局域網(wǎng)139

8.3.1局域網(wǎng)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)化139

8.3.2共享傳輸介質(zhì)的原理140

8.3.3局域網(wǎng)的未來發(fā)展141

8.4廣域網(wǎng)141

8.5網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)143

8.6鳥瞰計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界144

8.7網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃145

8.7.1需求分析與環(huán)境評估147

8.7.2規(guī)劃方法149

常見問題150

課后習(xí)題151

第9章無線通信網(wǎng)絡(luò)152

9.1無線通信的定義與簡單的分類152

9.1.1無線通信網(wǎng)絡(luò)簡介153

9.1.2從覆蓋范圍來看無線通信網(wǎng)絡(luò)154

9.1.3無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)155

9.1.4無線網(wǎng)絡(luò)的主要介質(zhì)156

9.2無線通信網(wǎng)絡(luò)的歷史157

9.3無線通信的產(chǎn)品159

9.4無線通信的網(wǎng)絡(luò)模型159

9.5無線通信的服務(wù)與覆蓋的范圍164

9.6與無線通信相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)165

9.7無線通信應(yīng)用的分類167

9.8無線網(wǎng)絡(luò)中的隱私與安全問題167

9.8.1隱私與安全問題168

9.8.2無線病毒的作用168

9.8.3蜂窩手機(jī)的危機(jī)168

9.8.4與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的協(xié)議168

9.9建立無線通信的背景知識170

常見問題170

課后習(xí)題170

第10章無線通信系統(tǒng)的工程實踐172

10.1電路與元件設(shè)計的層次172

10.1.1元件173

10.1.2電路174

10.2無線通信系統(tǒng)的設(shè)計174

10.3無線通信網(wǎng)絡(luò)的工程175

10.3.1無線通信系統(tǒng)的塔臺175

10.3.2基站177

10.3.3天線的作用與種類179

10.3.4天線與基站的外觀184

10.3.5無線通信工程的設(shè)計工具186

10.4客戶端設(shè)備的演進(jìn)187

10.4.1手機(jī)187

10.4.2個人數(shù)字助理189

10.4.3智能手機(jī)與平板電腦189

10.5無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計實例189

10.5.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與構(gòu)建的實例190

10.5.2無線網(wǎng)橋191

10.5.3無線通信改造工程的實例193

常見問題195

課后習(xí)題195

第四篇無線通信的代次發(fā)展

第11章無線通信的代次198

11.1移動通信系統(tǒng)的發(fā)展198

11.2第一代199

11.3第二代199

11.4第2.5代201

11.5第三代202

11.5.1各種已經(jīng)發(fā)展出來的3G標(biāo)準(zhǔn)203

11.5.2開發(fā)3G標(biāo)準(zhǔn)的組織205

11.63.5G206

11.73.75G207

11.8什么是4G208

11.9各代次特征的整理209

11.10無線生活的起源210

11.10.13G/4G網(wǎng)卡上網(wǎng)210

11.10.2如何申請移動寬帶的服務(wù)211

11.10.3移動網(wǎng)卡的外觀與安裝211

11.11建立無線通信系統(tǒng)的常識212

11.11.1無線電廣播的原理212

11.11.2電視廣播的原理213

11.11.3家庭無線電服務(wù)是什么213

11.12網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實例214

11.13網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計216

11.13.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計216

11.13.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的方法217

11.14計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建221

11.14.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建工程221

11.14.2網(wǎng)絡(luò)部署以后的工作222

常見問題222

課后習(xí)題223

第12章無線廣域網(wǎng)224

12.1個人通信服務(wù)224

12.1.1個人通信服務(wù)簡介225

12.1.2常見的PCS226

12.2尋呼網(wǎng)228

12.3GSM229

12.3.1GSM的架構(gòu)229

12.3.2GSM網(wǎng)絡(luò)的基本特性231

12.3.3GSM提供的服務(wù)232

12.3.4GSM的網(wǎng)絡(luò)信令機(jī)制233

12.3.5GSM的移動性管理234

12.3.6GSM的漫游機(jī)制235

12.3.7GSM網(wǎng)絡(luò)的管理與應(yīng)用236

12.3.8GSM構(gòu)建的實踐237

12.4CDMA2000239

12.5UMTS網(wǎng)絡(luò)240

12.6無線數(shù)據(jù)通信簡介243

12.6.1早期的發(fā)展245

12.6.2分組無線網(wǎng)絡(luò)245

12.7蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)246

12.8GSM通用分組無線業(yè)務(wù)247

12.8.1GPRS網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)248

12.8.2GPRS手機(jī)250

12.8.3連上網(wǎng)絡(luò)251

12.8.4GPRS的面面觀252

12.9從CDMA來看無線數(shù)據(jù)通信253

12.10其他無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)254

12.11與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的協(xié)議255

12.12移動性管理256

12.12.1轉(zhuǎn)接257

12.12.2漫游管理260

常見問題261

課后習(xí)題262

第13章無線局域網(wǎng)263

13.1認(rèn)識各種與我們切身相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)264

13.2IEEE802網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概觀266

13.3802.11網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)268

13.3.1802.11網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)269

13.3.2802.11網(wǎng)絡(luò)的類型270

13.4802.11網(wǎng)絡(luò)的工作方式275

13.4.1802.11的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)275

13.4.2移動性的支持277

13.5無線局域網(wǎng)的應(yīng)用278

13.5.1應(yīng)用的分類278

13.5.2Wi-Fi是什么279

13.6802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)的比較280

13.7組成部件281

13.7.1PoE設(shè)備281

13.7.2其他常見的附件282

13.8基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備287

13.8.1無線接入點287

13.8.2無線網(wǎng)橋289

13.8.3無線工作組網(wǎng)橋290

13.8.3無線家庭網(wǎng)關(guān)291

13.8.5企業(yè)無線網(wǎng)關(guān)292

13.9客戶端設(shè)備293

13.9.1薄形卡片293

13.9.2無線網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換器294

13.9.3支持USB接口的客戶端294

13.9.4傳統(tǒng)的PCI與ISA擴(kuò)展卡295

13.9.5安裝與設(shè)置295

13.10認(rèn)識Wi-Fi296

13.10.1讓W(xué)i-Fi成為簡易的上網(wǎng)方式297

13.10.2讓W(xué)i-Fi成為安全的網(wǎng)絡(luò)通道299

13.10.3移動性的支持300

13.10.4網(wǎng)絡(luò)的管理問題301

13.10.5Wi-Fi的商業(yè)模式301

13.10.6認(rèn)識WISP302

13.10.7企業(yè)對于Wi-Fi的運用302

13.11下一代無線局域網(wǎng)303

13.11.1無線局域網(wǎng)與Wi-Fi的普及303

13.11.2IEEE802.11的發(fā)展經(jīng)過：回顧與整理303

13.11.3進(jìn)入下一代無線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)304

13.11.4延伸學(xué)習(xí)306

常見問題306

課后習(xí)題306

第14章短距離無線通信307

14.1自組網(wǎng)絡(luò)308

14.2紅外線309

14.3藍(lán)牙的起源311

14.3.1藍(lán)牙協(xié)議棧313

14.3.2藍(lán)牙技術(shù)的使用與管理318

14.3.3藍(lán)牙的市場與未來發(fā)展320

14.4認(rèn)識ZigBee322

14.5專屬短距離通信323

常見問題323

課后習(xí)題324

第15章無線寬帶技術(shù)325

15.1從固網(wǎng)的概念談起326

15.2固定式的無線通信技術(shù)327

15.2.1本地多點分配業(yè)務(wù)327

15.2.2多路多點分配業(yè)務(wù)330

15.3無線城域網(wǎng)332

15.4無線寬帶技術(shù)簡介333

15.4.1無線寬帶技術(shù)的發(fā)展334

15.4.2無線寬帶技術(shù)的歷史335

15.4.3無線寬帶的市場與應(yīng)用336

15.5WiMAX與其他無線寬帶技術(shù)的比較337

15.5.1蜂窩系統(tǒng)337

15.5.2Wi-Fi系統(tǒng)337

15.5.3其他相關(guān)的技術(shù)338

15.6無線寬帶系統(tǒng)與WiMAX面臨的挑戰(zhàn)338

15.6.1商業(yè)發(fā)展上的挑戰(zhàn)338

15.6.2技術(shù)發(fā)展上的挑戰(zhàn)338

15.7長期演進(jìn)338

15.7.14G發(fā)展的關(guān)鍵角色340

15.7.2從UMTS到LTE340

15.7.3從LTE到LTE-Advanced341

15.7.4技術(shù)的特征341

15.8協(xié)同通信與中繼技術(shù)343

15.8.1協(xié)同通信343

15.8.2中繼技術(shù)343

常見問題347

課后習(xí)題347

第五篇移動與無線通信的應(yīng)用

第16章移動因特網(wǎng)和移動IP350

16.1因特網(wǎng)的由來與簡介350

16.1.1從網(wǎng)絡(luò)到因特網(wǎng)351

16.1.2IP地址與域名352

16.1.3TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議353

16.1.4因特網(wǎng)的架構(gòu)355

16.2因特網(wǎng)的重要協(xié)議與原理356

16.2.1MAC層上的尋址357

16.2.2較高層上的尋址359

16.3因特網(wǎng)中IP地址的概念361

16.3.1IP地址的分級361

16.3.2IP地址與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)系362

16.4因特網(wǎng)ARP協(xié)議簡介363

16.4.1為什么要有ARP363

16.4.2沖突域與廣播域的概念366

16.4.3揭開網(wǎng)絡(luò)通信的奧秘366

16.5認(rèn)識路由機(jī)制368

16.5.1路由器的種類368

16.5.2路由器作用的原理368

16.5.3路由機(jī)制的穩(wěn)定性369

16.6移動因特網(wǎng)370

16.7移動IP與IPv6373

16.7.1移動IP工作的原理373

16.7.2IPv6對于移動計算的支持375

16.8移動IP的研究發(fā)展376

常見問題376

課后習(xí)題376

第17章基于位置的服務(wù)與移動商務(wù)377

17.1“移動定位”的定義377

17.2位置識別技術(shù)379

17.2.1定位技術(shù)的種類380

17.2.2移動定位系統(tǒng)的類型383

17.2.3移動定位的標(biāo)準(zhǔn)化386

17.2.4定位技術(shù)的應(yīng)用387

17.3LBS應(yīng)用的實例388

17.4移動商務(wù)388

17.4.1電子商務(wù)簡介389

17.4.2移動商務(wù)的定義391

17.4.3促成移動商務(wù)的技術(shù)393

17.4.4無店鋪商戶的概念393

17.4.5支持移動商務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)396

常見問題396

課后習(xí)題397

第18章射頻識別技術(shù)398

18.1射頻識別技術(shù)簡介398

18.1.1RFID的概念399

18.1.2RFID標(biāo)簽401

18.1.3RFID普及面臨的挑戰(zhàn)403

18.1.4思考RFID的應(yīng)用方向406

18.1.5增廣見聞407

18.2RFID的應(yīng)用案例409

18.2.1天津海關(guān)引入RFID技術(shù)409

18.2.2中國物聯(lián)網(wǎng)RFID優(yōu)秀應(yīng)用案例410

18.3近距離無線通信411

18.3.1技術(shù)特征411

18.3.2技術(shù)的應(yīng)用413

常見問題413

課后習(xí)題413

第19章無線通信平臺的軟件開發(fā)技術(shù)與安全問題414

19.1無線通信的技術(shù)與應(yīng)用415

19.2無限可能的無線通信416

19.2.1移動和無線計算網(wǎng)絡(luò)417

19.2.2無線通信服務(wù)418

19.3JINI與無線世界418

19.3.1網(wǎng)絡(luò)精靈JINI419

19.3.2無線世界422

19.4無線通信的開發(fā)工具423

19.4.1手機(jī)上執(zhí)行的程序要如何開發(fā)424

19.4.2J2ME424

19.4.3WAP與WML425

19.4.4i-mode428

19.4.5其他語言與工具428

19.5以WEP為例介紹無線網(wǎng)絡(luò)安全429

19.5.1WEP的基本原理430

19.5.2WEP的運行431

19.5.3WEP的問題435

19.6WPA437

19.6.1加密的作用437

19.6.2無線局域通信加密安全的演進(jìn)437

19.6.3家用的無線路由器438

19.6.4通信安全后操作系統(tǒng)才會安全440

19.7WTLS440

19.8建立安全的網(wǎng)絡(luò)商務(wù)環(huán)境440

常見問題441

課后習(xí)題441

第20章無線通信未來的發(fā)展（4G及以上）443

20.1從應(yīng)用的趨勢談起444

20.1.1從短信服務(wù)到多媒體短信服務(wù)444

20.1.2公共無線局域網(wǎng)444

20.1.3移動虛擬專用網(wǎng)絡(luò)445

20.1.4移動家庭與移動生活447

20.2政府對于無線與移動通信的推動447

20.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)451

20.3.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念451

20.3.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)451

20.3.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計452

20.3.4傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議453

20.4無線通信的未來456

20.4.1移動通信的代次交替457

20.4.2什么是MMS459

20.4.3無線版權(quán)管理460

20.4.4移動學(xué)習(xí)460

20.5二維碼461

20.6云計算462

20.6.1云計算的層次化架構(gòu)464

20.6.2云計算的特性465

20.6.3云生活的想象465

20.7認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)466

20.7.1物聯(lián)網(wǎng)的定義466

20.7.2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用468

20.7.3與物聯(lián)網(wǎng)一起生活的一天469

20.8軟件定義無線電470

常見問題471

課后習(xí)題471

參考文獻(xiàn)472 2100433B