背景
通信系統示意圖通信（communication）是一切將信息從傳送者傳送到接收者的過程。自古以來，信息就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發展的基礎資源之一。人類通信的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽火及驛站等作為主要的通信方式，曾經延續了幾千年。
電通信的發展歷史從1837年美國人莫爾斯發明人工電報裝置開始，至今不過170年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年歷史的電通信發生了翻天覆地的巨變，取得了令人驚嘆的輝煌成就。
訊息 （NEWS，MESSAGE）：
—— 關於人或事物情況的報導。
—— 通信過程中傳輸的具體對象：文字，語音，圖象，數據等。
信息 （INFORMATION）：
—— 有用的訊息
信號 （SIGNAL）：
無線通信系統—— 信息的具體存載體。
通信系統是實現信息傳送過程的系統。它可以分為以下幾類：
（1）按傳輸的信息的物理特徵，可以分為電話、電報、傳真通信系統，廣播電視通信系統，數據通信系統等；
（2）按信道傳輸的信號傳送類型，可以分為模擬和數字通信系統；
（3）按傳輸媒介（信道）的物理特徵，可以分為：
——有線通信系統—利用導線傳送信息；
——無線通信系統—利用電磁波傳送信息；
——光纖通信系統—利用光導纖維傳送信息。
在無線模擬通信系統中，信道便是指自由空間。
組成
無線通信系統的組成無線通信系統包括：傳送設備、接收設備、傳輸媒體。
傳送設備
（1）變換器（換能器）：將被傳送的信息變換為電信號。例如話筒將聲音變為電信號。
（2）發射機：將換能器輸出的電信號變為強度足夠的高頻電振盪。
（3）天線：將高頻電振盪變成電磁波向傳輸媒質輻射。
傳輸媒體——電磁波
在自由空間中，波長與頻率存在以下關係：c = f λ式中: c為光速，f 和λ分別為無線電波的頻率和波長，因此，無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段，分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號的產生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而它們的分析方法和套用範圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據的頻率範圍很廣。
電磁波從發射機天線輻射後，不僅電波的能量會擴散，接收機只能收到其中極小的一部分，而且在傳播過程中，電波的能量會被地面、建築物或高空的電離層吸收或反射；或在大氣層中產生折射或散射，從而造成強度的衰減。根據無線電波在傳播過程所發生的現象 , 電波的傳播方式主要有繞射（地波），反射和折射（天波），直射（空間波）。決定傳播方式的關鍵因素是無線電信號的頻率。
沿大地與空氣的分界面傳播的電波叫地表面波，簡稱地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決於地面的電特性。地波在傳播過程中，由於能量逐漸被大地吸收，很快減弱（波長越短，減弱越快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電信號，都是利用地波傳播的。短波近距離通信也利用地波傳播。
天波是利用天空的電離層折射和反射而傳播的電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產生反射作用，因此天波傳播主要用於短波遠距離通信。兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產生中間靜區地帶，二是傳播不穩定，隨晝夜和季節的變化而變化。因此，短波通信要經黨更換波段，以保證質量。
空間波又稱為直射波，是由發射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限於視距範圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通信，其接收點的場強由兩路組成：一路由發射天線直達接收天線，另一路由地面反射後到達接收天線，如果天線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。限制直射波通信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線要求儘量高架。
接收設備
接收是發射的逆過程，它包括：
（1）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波轉化為高頻電振盪
（2）接收機：高頻電振盪轉化為電信號
（3）變換器（換能器）：將電信號轉化為所傳送信息
發展歷史
無線通信系統構架示意圖採用頻分多址（Frequency Division Multiple Access）技術組建的模擬蜂窩網也被稱為第一代（First Generation，下稱1G）無線通信系統。這些系統中，話務是主要的通信方式。由於採用模擬調製，這些系統容易被第三方竊聽。1G的主要蜂窩系統包括AMPS、NMT、Hicap、CDPD、Mobitex、DataTac、TACS和ETACS。
20世紀70年代末，AT&T的貝爾實驗室發明了美國的第一個蜂窩電話系統，即AMPS（Advanced Mobile Phone Service）。Ameritech公司的AMPS在1983年首次在芝加哥的城區和郊區部署。當年，FCC（Federal Communications Commission）分配了位於800MHz頻段的40MHz頻譜給AMPS，到了1989年，由於業務量激增，FCC又額外分配了10MHz（稱為擴展頻譜）給AMPS。最初的AMPS蜂窩系統的特點是：蜂窩較大，基站採用全向天線以減少成本。在芝加哥部署的AMPS覆蓋了大約2100平方英里。
時至今日，AMPS仍然在世界上的許多地方（尤其是農村）使用，包括美國、南美、澳大利亞和中國。雖然在每個國家AMPS所使用的頻帶不同，但其無線接口標準是一致的。
到了80年代中期，ETACS（The European Total Access Communication System）在歐洲發展了起來，ETACS和AMPS基本一致，但其每個信道的頻寬為25KHz（AMPS為30KHz）。ETACS和AMPS的另一個不同在於電話號碼（Mobile Identification Number）的劃分，因為歐洲的電話號碼要劃分為國家區號，而美國的電話號碼要劃分的是州區號（Area Code）。
中國於1983年規定蜂窩式行動電話系統頻段為870-889.975MHz與915-935.975MHz，頻道間隔為25KHz。1990年8月確定採用TACS制式，即頻段為890-915MHz與935-960MHz，雙工間隔頻率為45MHz，並且規定即日起停止引進非該頻段的模擬蜂窩系統，原來已引進的各種系統可以沿用到2005年。
第二代無線通信系統
第二代無線通信系統示意圖從2G開始，無線通信步入了純數字時代。2G的另一個顯著特點是，所有的標準都以商業利益為宗旨。目前，世界上大多數運營中的無線通信系統都是2G系統，其中60%的市場被歐洲標準占據。2G標準包括GSM、iDEN、USDC（D-AMPS）、IS-95、PDC、CSD、PHS、GPRS、HSCSD和WiDEN。
第一代AMPS系統並不能滿足當今大城市的通信容量需求。數字蜂窩（Digital Cellular），亦即採用數字調製技術的蜂窩系統，可以極大地提供系統的容量和性能。經過主要蜂窩產商的大量研究和比較，在20世紀80年代晚期，USDC（The United States Digital Cellular System）實現了可以在固定頻帶內支持更多用戶的時分多址（Time Division Multiple Access）系統。在每個AMPS信道上，USDC可以支持3個全速率（Full-rate）用戶或6個半速率（Half-rate）用戶。在FDD模式上，USDC沿用了AMPS的45MHz間隔。1990年，USDC/AMPS雙模式系統由EIA/TIA（Electronic Industries Association and Telecommunication Industry Association）在Interim Standard 54（IS-54）中標準化，隨後被升級到IS-136。由於USDC保持了和AMPS的兼容性，有時也被稱為D-AMPS（Digital AMPS）。
1982年，北歐四國向CEPT（Conference Europe of Post and Telecommunications）提交了一份建議書，要求訂製900MHz頻段的歐洲公共電信業務規範，建立全歐統一的蜂窩網移動通信系統，以解決歐洲各國在1G系統中採用多種不同系統造成的互不兼容、無法漫遊的問題。同年，GSM（Group Special Mobile）成立。經過幾年的討論和現場測試和論證比較，1986年，GSM成員國選定了窄帶TDMA方案。1988年，歐洲18國達成GSM諒解備忘錄並頒布了GSM（Global System for Mobile communications）標準。它包括兩個並行的系統，GSM 900和DCS 1800，這兩個系統功能相同，主要的差異是頻段不同。在GSM標準中，未對硬體做出規定，只對功能、接口等做了詳細規定，便於不同公司的產品可以互連互通。GSM標準共有12項內容，包括：概述、業務、網路、MS-BS（移動台-基站）接口與協定、無線鏈路的物理層、話音編碼規範、MS的終端適配器、BS-MSC（基站-移動交換中心）接口與協定、網路互通、業務互通、設備型號認可規範、操作和維護。
第三代無線通信系統
為了滿足不斷增長的網路容量需求，數據速率亟待提高到能提供高速數據傳輸和多媒體套用的水平上來，於是3G標準出現了。3G系統基本上是2G的線性擴展，它們基於兩種不同的骨幹架構，一種基於電路交換，另一種則基於包交換。
ITU（International Telecommunication Union）定義了一組特定的空中接口技術並稱之為3G，包含在IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000）倡議中。IMT-2000是3G的國際標準，它包括IMT-DS（IMT Direct Sequence，或W-CDMA、UTRA-FDD）、IMT-MC（IMT Multi Carrier，或CDMA2000）、IMT-TD（IMT Time Division，或TD-CDMA和TD-SCDMA）、IMT-SC（IMT-Single Carrier，或EDGE，實際上是2.75G標準）和IMT-FT（IMT-Frequency Time或DECT）。現在，2G到3G的轉換正在進行中，無數的技術正在被標準化。
常見的3G標準包括：UMTS（W-CDMA）、CDMA2000、FOMA、TD-SCDMA、GAN/UMA、WiMax。
存在的問題及解決方案
無線通信系統存在的問題和解決方案在無線通信系統中，信號直接以電磁波形式從天線輻射出去，存在以下問題：
1．無法製造合適尺寸的天線。
天線尺寸與波長相比擬時，信號才能被天線有效輻射。如音頻信號：20Hz-20KHz。計算知實際做不到。
2. 接收者無法選出要接收的信號。
存在干擾：其它電台發射信號，各種工業設備輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾。
所以對接收裝置的要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱信號。
為了解決無線通信系統中存在的問題，發射機和接收機藉助線性和非線性電子線路對攜有信息的電信號進行變換和處理。除放大外，最主要有調製、解調。
1. 調製：由攜有信息的電信號去控制高頻振盪信號的某一參數，使該參數按照電信號的規律而變化。
調製信號：攜有信息的電信號。
載波信號：未調製的高頻振盪信號。
已調波：經過調製後的高頻振盪信號。
調幅、調角（調頻、調相）。
2. 解調：調製的逆過程，將已調波轉換為載有信息的電信號。
3. 調製的作用：
（1）顯著減小天線的尺寸；(聲音 30 ～ 3000 Hz，天線要幾百 km)；如果天線高度為輻射信號波長的四分之一，更便於發揮天線的輻射能力。於是分配民用廣播的頻段為535-1605 KHz（中頻段），對應波長為187-560 m，天線需要幾十米到上百米；而移動通信手機天線只不過10cm，它使用了900 MHz頻段。這些廣播與移動通信都必須進行某種調製，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到套用頻段。
（2）將不同電台傳送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電台的信息而抑制其它電台傳送的信息和各種干擾。
在無線通信系統中，發射機組成包括以下幾個部分：
（1）振盪器：產生fosc的高頻振盪信號，幾十kHz以上。
（2）高頻放大器（倍頻器）：一或多級小信號諧振放大器，放大振盪信號，使頻率倍增至fc，並提供足夠大的載波功率。
（3）低頻放大器：多級放大器組成，前幾級為小信號放大器，用於放大微音器的電信號；後幾級為功放，提供功率足夠的調製信號。
（4）高頻功放及調幅器：實現調幅功能，將輸入的載波信號和調製信號變換為所需的調幅波信號，並加到天線上。
新一代無線通信系統
新一代無線通信系統隨著基於控制與承載相分離思想的軟交換技術的不斷發展與成熟，以及基於交換與業務控制相分離的可以快速實現各種增值業務的智慧型網技術的廣泛套用，它們在新一代移動通信系統中將發揮更大的作用。此外，隨著IP技術的廣泛套用，業界廣泛認為基於新一代移動通信的通信網路結構發展趨勢是以IP網路為核心，其框架結構可以由圖1表示，這裡各個系統採用基於IP的分組方式傳送數據流，體現了下一代網路以IP為核心互聯的網路結構。同時，伴隨網路容量和用戶的快速發展，IPv6技術將成為下一代網路的核心協定。
光無線通信系統
光無線通信系統的組成光無線通信系統構成包括三個部分：發射機、信道和接收機。光發射機的光源受到電信號的調製，並通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號經過空間送到接收端的望遠鏡。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉換成電信號，值得注意的是，傳送端和接收端之間，必須是互相視線可見的，兩終端之間不能有阻擋。由於大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段視窗。光無線系統通常使用0.85μm或1.5μm紅外波段。 0.85μm的設備相對便宜，一般套用在傳輸距離不太遠的場合。1.5μm的設備價格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。 1.5μm的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網膜，因此，相關安全規定允許1.5μm波長設備的功率可以比0.85μm的設備高2個等級， 1.5μm波長的光無線通信具有更廣闊的使用前景。
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