电磁波的应用

电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。

电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于 1865 年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯韦推导出电磁波方程，一种波动方程，这清楚地显示出电场和磁场的波动本质。因为电磁波方程预测的电磁波速度与光速的测量值相等，麦克斯韦推论光波也是电磁波。2100433B

电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。

第一篇 认识电磁波

第1章 认识围绕着我们的邻居——电磁波 1

1.1 简易电磁学 2

1.2 认识电磁波 4

1.2.1 电磁波的来源 4

1.2.2 电磁波的种类 5

1.2.3 电磁波的传播 5

1.3 从电磁波的应用开始认识无线通信 8

1.3.1 电磁波的应用——卫星与太空通信 8

1.3.2 电磁波的应用——数字电视的原理 10

1.3.3 与个人计算机有关的无线通信小常识 11

1.4 电磁波的生物效应 12

1.4.1 电磁波对人体可能产生的危害 12

1.4.2 如何保护自己免受电磁波的危害 13

1.5 科技新发展——电磁波屏蔽材料 13

常见问题 14

课后习题 14

第2章 承载信号的传输介质 15

2.1 传输介质的种类 16

2.2 导向介质 17

2.2.1 双绞线 17

2.2.2 同轴电缆 19

2.2.3 光纤 20

2.3 非导向介质 25

2.3.1 红外线 25

2.3.2 无线电微波 25

2.3.3 无线电波 26

2.4 可靠的通信方式 26

常见问题 27

课后习题 27

第二篇 通信的原理与技术

第3章 信号与通信 30

3.1 认识信号 30

3.1.1 信号的特征 31

3.1.2 数据与信号之间的转换 35

3.2 无线通信里使用的信号 36

3.2.1 无线电频谱 37

3.2.2 有线世界里的无限资源与无线世界里的有限资源 38

3.3 传输的减损 38

3.3...

3.3.1衰减39

3.3.2延迟失真40

3.3.3噪声40

3.3.4信道容量与奈奎斯特带宽41

3.3.5香农容量公式41

3.4无线电波传输的原理与特性43

3.4.1理论上预测的模型——大规模的传播模型43

3.4.2理论上预测的模型——小规模的传播模型47

3.5无线电信号强度的迷惑56

3.5.1电压驻波比56

3.5.2EIRP的定义57

3.5.3测量的单位57

常见问题59

课后习题60

第4章隐藏在信号中的信息61

4.1通信信道的特征62

4.1.1频域的特征62

4.1.2时域的特征63

4.1.3数字通信信道的基本限制64

4.2数据与信号的转换65

4.2.1数字数据转换成数字信号65

4.2.2数字数据转换成模拟信号66

4.2.3模拟数据转换成数字信号67

4.2.4模拟数据转换成模拟信号68

4.3调制技术简介68

4.3.1模拟调制技术69

4.3.2数字调制技术70

4.3.3数字调制技术的分类75

常见问题78

课后习题79

第5章通信工程：多路复用与交换80

5.1网络的形成80

5.1.1交换的起源81

5.1.2交换与多路复用在网络中扮演的角色82

5.1.3多路复用的起源82

5.2架构网络的通信技术83

5.2.1多路复用技术84

5.2.2通信的协调85

5.2.3交换技术85

5.3多路复用与交换的设备87

5.3.1多路复用器87

5.3.2交换机89

5.3.3网络接口90

5.4容量工程91

5.5移动交换中心92

常见问题93

课后习题93

第6章无线通信的多路访问技术94

6.1共享传输介质的原理95

6.2有趣的隐藏节点问题97

6.3无线访问技术简介98

6.3.1无线多路访问技术的简单分类98

6.3.2介质访问控制协议99

6.4各种多路访问技术99

6.4.1频分多址100

6.4.2时分多址101

6.4.3扩频多址102

6.4.4空分多址104

6.4.5正交频分多路复用104

6.4.6其他多路访问技术107

6.4.7多样性的概念107

6.5蜂窝系统的容量108

常见问题108

课后习题108

第三篇从有线通信网络到无线通信网络

第7章电信网络110

7.1从我们自己家里的电话谈起110

7.2通信系统的架构111

7.2.1通信网络的由来113

7.2.2通信技术与计算机技术的结合114

7.3通信网络与电信服务115

7.3.1电信网络的服务与市场化116

7.3.2国际电信法规变革一览117

7.4无线网络与传统电话网络相连118

7.4.1互连的组成119

7.4.2互连的操作119

7.4.3互连的类型119

7.5通信运营商互连120

7.6展望电信网络的未来120

7.6.1PSTN的发展120

7.6.2VoIP的原理121

7.6.3无线智能网络123

7.7企业电话系统的规划124

7.8无线交换机125

7.9无线本地回路126

7.9.1无线本地回路的系统与架构128

7.9.2WLL所采用的各种技术129

7.9.3市场上WLL的设备与系统130

常见问题130

课后习题131

第8章计算机网络132

8.1数据通信与网络模型132

8.1.1通信网络模型133

8.1.2标准化138

8.2常见的分类法138

8.3局域网139

8.3.1局域网协议与标准化139

8.3.2共享传输介质的原理140

8.3.3局域网的未来发展141

8.4广域网141

8.5网络软件系统143

8.6鸟瞰计算机网络世界144

8.7网络的规划145

8.7.1需求分析与环境评估147

8.7.2规划方法149

常见问题150

课后习题151

第9章无线通信网络152

9.1无线通信的定义与简单的分类152

9.1.1无线通信网络简介153

9.1.2从覆盖范围来看无线通信网络154

9.1.3无线网络的架构155

9.1.4无线网络的主要介质156

9.2无线通信网络的历史157

9.3无线通信的产品159

9.4无线通信的网络模型159

9.5无线通信的服务与覆盖的范围164

9.6与无线通信相关的标准165

9.7无线通信应用的分类167

9.8无线网络中的隐私与安全问题167

9.8.1隐私与安全问题168

9.8.2无线病毒的作用168

9.8.3蜂窝手机的危机168

9.8.4与网络安全相关的协议168

9.9建立无线通信的背景知识170

常见问题170

课后习题170

第10章无线通信系统的工程实践172

10.1电路与元件设计的层次172

10.1.1元件173

10.1.2电路174

10.2无线通信系统的设计174

10.3无线通信网络的工程175

10.3.1无线通信系统的塔台175

10.3.2基站177

10.3.3天线的作用与种类179

10.3.4天线与基站的外观184

10.3.5无线通信工程的设计工具186

10.4客户端设备的演进187

10.4.1手机187

10.4.2个人数字助理189

10.4.3智能手机与平板电脑189

10.5无线通信网络的设计实例189

10.5.1网络设计与构建的实例190

10.5.2无线网桥191

10.5.3无线通信改造工程的实例193

常见问题195

课后习题195

第四篇无线通信的代次发展

第11章无线通信的代次198

11.1移动通信系统的发展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各种已经发展出来的3G标准203

11.5.2开发3G标准的组织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无线生活的起源210

11.10.13G/4G网卡上网210

11.10.2如何申请移动宽带的服务211

11.10.3移动网卡的外观与安装211

11.11建立无线通信系统的常识212

11.11.1无线电广播的原理212

11.11.2电视广播的原理213

11.11.3家庭无线电服务是什么213

11.12网络规划的实例214

11.13网络的设计216

11.13.1计算机网络的设计216

11.13.2网络设计的方法217

11.14计算机网络的构建221

11.14.1计算机网络构建工程221

11.14.2网络部署以后的工作222

常见问题222

课后习题223

第12章无线广域网224

12.1个人通信服务224

12.1.1个人通信服务简介225

12.1.2常见的PCS226

12.2寻呼网228

12.3GSM229

12.3.1GSM的架构229

12.3.2GSM网络的基本特性231

12.3.3GSM提供的服务232

12.3.4GSM的网络信令机制233

12.3.5GSM的移动性管理234

12.3.6GSM的漫游机制235

12.3.7GSM网络的管理与应用236

12.3.8GSM构建的实践237

12.4CDMA2000239

12.5UMTS网络240

12.6无线数据通信简介243

12.6.1早期的发展245

12.6.2分组无线网络245

12.7蜂窝数字分组数据246

12.8GSM通用分组无线业务247

12.8.1GPRS网络的架构248

12.8.2GPRS手机250

12.8.3连上网络251

12.8.4GPRS的面面观252

12.9从CDMA来看无线数据通信253

12.10其他无线数据通信系统254

12.11与应用系统相关的协议255

12.12移动性管理256

12.12.1转接257

12.12.2漫游管理260

常见问题261

课后习题262

第13章无线局域网263

13.1认识各种与我们切身相关的无线网络264

13.2IEEE802网络技术概观266

13.3802.11网络的架构268

13.3.1802.11网络的基本结构269

13.3.2802.11网络的类型270

13.4802.11网络的工作方式275

13.4.1802.11的网络服务275

13.4.2移动性的支持277

13.5无线局域网的应用278

13.5.1应用的分类278

13.5.2Wi-Fi是什么279

13.6802.11WLAN标准的比较280

13.7组成部件281

13.7.1PoE设备281

13.7.2其他常见的附件282

13.8基础设施设备287

13.8.1无线接入点287

13.8.2无线网桥289

13.8.3无线工作组网桥290

13.8.3无线家庭网关291

13.8.5企业无线网关292

13.9客户端设备293

13.9.1薄形卡片293

13.9.2无线网络的转换器294

13.9.3支持USB接口的客户端294

13.9.4传统的PCI与ISA扩展卡295

13.9.5安装与设置295

13.10认识Wi-Fi296

13.10.1让Wi-Fi成为简易的上网方式297

13.10.2让Wi-Fi成为安全的网络通道299

13.10.3移动性的支持300

13.10.4网络的管理问题301

13.10.5Wi-Fi的商业模式301

13.10.6认识WISP302

13.10.7企业对于Wi-Fi的运用302

13.11下一代无线局域网303

13.11.1无线局域网与Wi-Fi的普及303

13.11.2IEEE802.11的发展经过：回顾与整理303

13.11.3进入下一代无线局域网的关键技术304

13.11.4延伸学习306

常见问题306

课后习题306

第14章短距离无线通信307

14.1自组网络308

14.2红外线309

14.3蓝牙的起源311

14.3.1蓝牙协议栈313

14.3.2蓝牙技术的使用与管理318

14.3.3蓝牙的市场与未来发展320

14.4认识ZigBee322

14.5专属短距离通信323

常见问题323

课后习题324

第15章无线宽带技术325

15.1从固网的概念谈起326

15.2固定式的无线通信技术327

15.2.1本地多点分配业务327

15.2.2多路多点分配业务330

15.3无线城域网332

15.4无线宽带技术简介333

15.4.1无线宽带技术的发展334

15.4.2无线宽带技术的历史335

15.4.3无线宽带的市场与应用336

15.5WiMAX与其他无线宽带技术的比较337

15.5.1蜂窝系统337

15.5.2Wi-Fi系统337

15.5.3其他相关的技术338

15.6无线宽带系统与WiMAX面临的挑战338

15.6.1商业发展上的挑战338

15.6.2技术发展上的挑战338

15.7长期演进338

15.7.14G发展的关键角色340

15.7.2从UMTS到LTE340

15.7.3从LTE到LTE-Advanced341

15.7.4技术的特征341

15.8协同通信与中继技术343

15.8.1协同通信343

15.8.2中继技术343

常见问题347

课后习题347

第五篇移动与无线通信的应用

第16章移动因特网和移动IP350

16.1因特网的由来与简介350

16.1.1从网络到因特网351

16.1.2IP地址与域名352

16.1.3TCP/IP网络协议353

16.1.4因特网的架构355

16.2因特网的重要协议与原理356

16.2.1MAC层上的寻址357

16.2.2较高层上的寻址359

16.3因特网中IP地址的概念361

16.3.1IP地址的分级361

16.3.2IP地址与网络结构的关系362

16.4因特网ARP协议简介363

16.4.1为什么要有ARP363

16.4.2冲突域与广播域的概念366

16.4.3揭开网络通信的奥秘366

16.5认识路由机制368

16.5.1路由器的种类368

16.5.2路由器作用的原理368

16.5.3路由机制的稳定性369

16.6移动因特网370

16.7移动IP与IPv6373

16.7.1移动IP工作的原理373

16.7.2IPv6对于移动计算的支持375

16.8移动IP的研究发展376

常见问题376

课后习题376

第17章基于位置的服务与移动商务377

17.1“移动定位”的定义377

17.2位置识别技术379

17.2.1定位技术的种类380

17.2.2移动定位系统的类型383

17.2.3移动定位的标准化386

17.2.4定位技术的应用387

17.3LBS应用的实例388

17.4移动商务388

17.4.1电子商务简介389

17.4.2移动商务的定义391

17.4.3促成移动商务的技术393

17.4.4无店铺商户的概念393

17.4.5支持移动商务应用的网络架构396

常见问题396

课后习题397

第18章射频识别技术398

18.1射频识别技术简介398

18.1.1RFID的概念399

18.1.2RFID标签401

18.1.3RFID普及面临的挑战403

18.1.4思考RFID的应用方向406

18.1.5增广见闻407

18.2RFID的应用案例409

18.2.1天津海关引入RFID技术409

18.2.2中国物联网RFID优秀应用案例410

18.3近距离无线通信411

18.3.1技术特征411

18.3.2技术的应用413

常见问题413

课后习题413

第19章无线通信平台的软件开发技术与安全问题414

19.1无线通信的技术与应用415

19.2无限可能的无线通信416

19.2.1移动和无线计算网络417

19.2.2无线通信服务418

19.3JINI与无线世界418

19.3.1网络精灵JINI419

19.3.2无线世界422

19.4无线通信的开发工具423

19.4.1手机上执行的程序要如何开发424

19.4.2J2ME424

19.4.3WAP与WML425

19.4.4i-mode428

19.4.5其他语言与工具428

19.5以WEP为例介绍无线网络安全429

19.5.1WEP的基本原理430

19.5.2WEP的运行431

19.5.3WEP的问题435

19.6WPA437

19.6.1加密的作用437

19.6.2无线局域通信加密安全的演进437

19.6.3家用的无线路由器438

19.6.4通信安全后操作系统才会安全440

19.7WTLS440

19.8建立安全的网络商务环境440

常见问题441

课后习题441

第20章无线通信未来的发展（4G及以上）443

20.1从应用的趋势谈起444

20.1.1从短信服务到多媒体短信服务444

20.1.2公共无线局域网444

20.1.3移动虚拟专用网络445

20.1.4移动家庭与移动生活447

20.2政府对于无线与移动通信的推动447

20.3无线传感器网络451

20.3.1传感器网络的基本概念451

20.3.2传感器网络的架构451

20.3.3传感器网络的设计452

20.3.4传感器网络的协议453

20.4无线通信的未来456

20.4.1移动通信的代次交替457

20.4.2什么是MMS459

20.4.3无线版权管理460

20.4.4移动学习460

20.5二维码461

20.6云计算462

20.6.1云计算的层次化架构464

20.6.2云计算的特性465

20.6.3云生活的想象465

20.7认识物联网466

20.7.1物联网的定义466

20.7.2物联网的应用468

20.7.3与物联网一起生活的一天469

20.8软件定义无线电470

常见问题471

课后习题471

参考文献472 2100433B