Connectivity Modules
无线通信的基础知识-无线机制（2）
1. 什么是无线通信？
2. 无线通信的用途事例
3. 无线通信系统的基本构成和要素
4. 无线通信的方式—调制和解调—
专栏——电波及其频率
INDEX - 无线机制（2）
5. 数据传输方向—双向（全双工/半双工）和单向—
无论是无线还是有线，将数据向何处传输的传输形式都是通信应用的重要规格，这种形式可以分为双向传输和单向传输。双向传输又可以进一步分为全双工传输和半双工传输。下面，我们将对多种传输形式进行说明。
5.1 双向传输（Duplex transmission）
双向传输*5是一种被认为在现在的数字通信设备中占有相当比率的传输形式，有全双工传输和半双工传输两种方式。
全双工传输（Full duplex transmission）
如图8-1所示，这是一种能同时从设备A到设备B、从设备B到设备A双向（双工）同时进行数据通信和会话的传输形式。此外，当接收和发送（有时分别称为“Rx”和“Tx”）的信号被分配了不同的频率时，将它们分开的电子元件称为双工器（以橙色显示）。
采用示例：固定电话、手机、智能手机等（终端之间直接方向）
*5 双向传输中经常会听到“下载/上传”、“下行链路/上行链路”等术语。如果将您使用的终端或PC作为设备A，则从设备B接收数据称为下载，反之，从设备A向设备B发送数据则称为上传。此外，如果数据传输本身并不重要，而设备A和设备B之间的连接，例如终端和基站之间的连接非常重要，则称为下行链路/上行链路。
半双工传输（Half-duplex transmission）
如图8-2a和8-2b所示，这是一种设备A和设备B通过相互切换发送和接收来传输数据的形式。这种形式与全双工传输不同，因为数据不能同时在两个方向上传输。
采用示例：收发器
5.2 单向传输（Simplex transmission）
如图8-3所示，这是一种数据在设备A（发送器）和设备B（接收器）之间仅从设备A沿一个方向（单向）传输到设备B的传输形式。
采用示例：AM/FM无线电广播、使用电波的遥控器等
6. 什么是通信协议？
到目前为止，我们已经从硬件方面对无线通信的概要进行了说明。另一方面，无论是无线还是有线，软件对于建立电信也很重要。那就是被称为通信协议或协议的通信约定。
协议是在包括计算机在内的数据通信（数字通信）系统中的一些步骤和规则，用于在不同系统之间无差错地相互传输数据。图9显示了数据传输相关协议的作用示例。
为了可靠地传输数据，需要规定用于多种作用和功能的协议，例如控制步骤、数据结构和接口等，其范围广泛，数据量庞大。如果将协议固定为1种模型，则在需要向协议添加内容或变更协议等版本升级时，很难应对。为了使升级更容易，人们为每个协议分配了作用和功能，并为这些协议创建了层次结构。这种经过系统组织后的协议结构称为协议栈（有时也称为协议套件或网络体系结构）。
该协议栈已被按照国际标准进行模型化，并称为OSI基本参考模型（表4）。现实中并没有采用这种模型，而是针对每种用途采用与其相适应的规格（数据传输效率高、数据传输可靠性高等）的协议栈。表5以互联网标准使用的TCP/IP模型和Bluetooth® LE模型中的协议栈为例，给出了与OSI基本参考模型之间的对应关系。TCP/IP模型和Bluetooth® LE模型中各层的说明已被省略，但您可以看到层数较少，并且省略了一些层。
此外，4G LTE和5G通信的机制是通过基站，因此其通信协议比TCP/IP和Bluetooth® LE模型更加复杂。
专栏——无线通信的历史和演变
无线通信的历史可以追溯到1864年。英国理论物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell）在他的论文《电磁场的动力学理论》中预言了电波的存在。但是，当时它太难理解了，以至于没有人能理解它的内容。证明电波存在的人是德国人赫兹（H.R.Hertz）。1888年，赫兹成功地通过人工造出了电波。他揭示了电波在反射、折射、衍射及干涉方面与光具有相同的特性。此外，意大利发明家马可尼（G.Marconi）是第一个将利用电波的无线电信投入实际应用的人。1896年，也就是1837年莫尔斯利用电线成功实现有线通信约60年后，马可尼在英国利用莫尔斯电码成功实现了约3km的无线通信。此外，无线电通信于1899年成功跨越多佛海峡，并于1901年成功跨越大西洋（图10-1）。
人们很自然地想到将无线通信用到船舶上以实现以前未能实现的从陆地到海洋、从海洋到陆地、从海洋到海洋的移动通信，1897年，人们实施了这种试验。在这段无线通信黎明期中具有重大历史意义的事件是1912年泰坦尼克号的沉没事故。众所周知，这艘船在首航时就与冰山相撞而沉没，但当时它通过无线电通信用莫尔斯电码发出了求救信号“SOS”。在附近航行的卡帕西亚号等接收到求救信号并立即赶赴现场，救出了711人。
1900年代初期，出现了使用莫尔斯电码以外的方法进行无线传输音频和视频的无线电广播和电视播放等。无线电广播于1906年在美国首次实现，东京放送局（NHK）于1925年在日本开设。就在同一时期，人们发明了黑白电视机，电视播放于1950年左右开始。此外，彩色电视机在黑白电视机发明三年后出现，发达国家在20世纪60年代引入彩色电视播放，为电视播放奠定了基础。此后，直到2000年代初，电视播放一直是模拟方式，但自2010年下半年以后，全世界都在逐步向数字方式过渡。
如今，在播放以外的其他领域，无线通信也正在渗透到我们的生活中。随着警察、消防、防灾、铁路、机场等特定业务专用无线（业务无线）的普及，以及作为个人无线通信代表的手机的普及，其使用范围大幅扩大。1993年左右，手机在各国开始数字化（第2代：2G），此后开始迅速向速度更快、容量更大的方向发展。4G于2009年在日本海外出现，2012年在日本出现，其水平大幅提升。在进入2020年代的今天，5G已处于普及阶段（图10-2），而且，下一代——Beyond 5G/6G构想的讨论正在不断取得进展。
