第 15 章无线通信实用技术

一、无线通信发展的现状2008 年是无线通信发展的重要一年

公众移动通信市场持续增长 1

3G 走向规模化商用 2

多种宽带无线技术迅速成熟 3

众多短距离无线技术浮出水面 4

无线通信已步入融合发展的新阶段无线通信已步入融合发展的新阶段

一、无线通信发展的现状网络和应用无所不在的“泛网时代”

3G 与 WiMAX 、 WLAN 等宽带无线技术融合1

3G 与 RFID 、 ZigBee 、 UWB 等各种短距离无线技术的融合 2

IMS 将是未来核心网的发展方向 3

配备无线通信功能的传感控制芯片将附着在任何物体上 4

构建一个无处不在的信息、传感、测控网络构建一个无处不在的信息、传感、测控网络

一、无线通信发展的现状几种无线通信技术

PAN ：射频识别 (RFID) 、蓝牙 (Bluetooth) 、超宽带(UWB)

1

LAN ： Wi-Fi 、 ZigBee(802.11x) 、 DECT ( 无绳电话 )2

MAN ： Wi-MAX （ 802.16x ）3

WAN ： 2G 、 3G 、 4G 4

融合构建一个全空间的无线网络融合构建一个全空间的无线网络


Zigbee


蓝牙 WiFi

WiMaxWiMax

二、各种无线通信的特点1.RFID(Radio Frequency Identification)

一种非接触式的自动识别技术应用特点应用特点 11

应用特点应用特点 33

可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体

其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息

可以同时对多个物体进行识读，条形码只能一个一个地读。

应用特点应用特点 22


识别距离识别距离 1 ～ 30米，无须要光源

工作速度工作速度实现每秒 30个对象的识别，对付最大速度为 < 1m/s的运动目标 . 数据传输速度 26kbps.

低频 RFID芯片 ( 无源 ) 工作在 130 kHz左右；高频RFID工作在 13.56MHz左右。工作频率工作频率


任何对象的读取、识别和跟踪任务可以受益于的 RFID技术应用，特别是当每个数据都必须被写入到芯片、被授权用户修改以及防止对可分段存储器的非授权访问的场合，都可以采用该技术，如取代现行使用的条形码

应用前景


应用将继续以供应物流领域为主，在这个领域用 RFID 收发器进行包括各种各样的可移动货物 / 产品的记录和跟踪，在 RFID 收发器( 信用卡大小的塑料 / 纸标签，内含芯片、射频部分和天线 ) 上的必要存储将继续成为主要的应用。

应用前景

二、各种无线通信的特点2. 蓝牙技术

蓝牙的来历蓝牙的来历

英文： Bluetooth代表一种短距离无线通信技术

“ 蓝牙”（ Bluetooth ）一词是一位丹麦国王的名字，在 10 世纪他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用“蓝牙”他的名字来命名这种短距离无线通信的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。通过这种技术，可以将电子装置彼此通过无线连接起来，省去了传统的电线。

二、各种无线通信的特点2. 蓝牙技术 (Bluetooth)

蓝牙使用的技术 Frequency Hopping & TDMA

蓝牙业务特征传输数据和语音

蓝牙的应用为网络中的主从设备建立临时性的对等连接


蓝牙的技术标准 IEEE802.15

工作频段和带宽 2.4GHz ， 1Mb/s

传输距离 10m

通道指标 1 个异步数据通道 (最高达 721kb/s)3 个并发的同步话音通道 (64kb/s)

1 个同时传送异步数据和同步话音的通道


蓝牙体积小 1cm×1cm×2mm

美国德州仪器（ TI ）公司推出了单片蓝牙 LSI 。该产品将蓝牙的基带处理电路和 RF 收发器电路集成到一个 CMOS LSI中。到目前为止只有英国 CSR公司和美国 Broadcom 公司在研究这种 LSI ， TI首先实现了此类芯片的单片产品化。


蓝牙功耗低、价格低 6 美元左右，批量购买 4 美元

采用四种工作模式，其最大消耗电流只有 25mA


音频蓝牙发送

蓝牙耳机


蓝牙适配器

二、各种无线通信的特点3 UWB （超宽带技术）

什么是超宽带？什么是超宽带？

“UWB” 是超宽带无线技术的缩写。始于 20 世纪 60

年代兴起的脉冲通信技术，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。 UWB 技术最早是利用频谱极宽的超短脉冲进行通信。通信速度可以达到几百 Mbit/ 秒以上。

http://www.cctime.com/


1960’s1960’s UWB 最初的定义源自于 60 年代兴起的军用脉冲通信技术，又被称为脉冲无线电（ Impulse Radio ）技术。19721972 一种高灵敏的短脉冲接收设备被研制成功，进一步加速

了 UWB 技术的研究和发展。

19981998美国国防部（ DARPA ）才正式启用超宽带（ UWB ）这一术语 , 该项技术采用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信。

20022002 UWB 技术首次获得了美国 FCC 的批准而用于民用通信，发布全球第一个民用 UWB 设备使用频谱规范，使 UWB技术的研发骤然加速。


20052005 上半年上半年 2005 年 3 月， WiMedia 和 Ecma 提交 WiMediaUWB 平台规范 ,FCC 批准 MBOA-UWB 、 DS-UWB 的高速产品测试。20052005 年下半年年下半年英国和日本政府监管部门批准 UWB 方案，支持 UWB 发展

20062006 年年国际电信联盟（ ITU ）在确定了各国频谱分配原则后，第一次核准 UWB 全球性监管标准建议

20072007 ISO 正式通过了 WiMedia 联盟提交的 MBOFDM 标准，正式成为第一个 UWB 技术的国际标准。


现在的 UWB 技术含义不同于早期的 UWB 技术含义2000 年后， Intel 、 TI 、 Motorola 等大公司开始研发高速 UWB 技术时，放弃了脉冲方法，不约而同地转而采用传统的载波调制技术，进行改造使其具有 UWB 技术的特点，并推出了多频带 OFDM （ MB-OFDM ）和DS-CDMA 两大主要方案。 OFDM （ MB-OFDM ）和 DS-CDMA 这两种方案经过几年激烈的竞争， 2007 年 3 月， ISO 正式通过了 WiMedia 联盟提交的 MB-OFDM 标准， WiMedia 联盟最终在标准上胜出，正式成为UWB 技术的第一个国际标准。


UWB 技术标准 IEEE 802.15.4a

传输速率 <1Gbit/s

传输距离 10~20m

工作频段 3.1GHz 和 10.6GHz之间


UWB 的应用UWB 技术的应用场景主要包括家庭、办公室、个人消费电子产品UWB 技术的高传输带宽可以实现主机和显示屏、摄像头、会议设备、终端设备及投影仪之间的无线互连。


UWB 的应用由于 UWB 技术已经可以提供相当于计算机总线的传输速率，这样个人终端就可以从互联网或局域网上即时下载大量的数据，因此将大部分数据存放在网络服务器的存储空间中，而不是保存在个人终端中。携带具有 UWB 功能的小巧终端，在任何地点都可以接入当地的 UWB 网络 . 。无线 UWB 接口取代现有 USB 接口的线缆连接，将成为UWB 技术最有前途的应用。


UWB 的应用

二、各种无线通信的特点4.Zigbee 无线通信技术

网络的现状网络的现状

Internet 一个逻辑的网络预加载信息的方式C/S 、 B/S 模式


网络的现状网络的现状

问题：构建一个无处不在的、检测、控制真实世界的网络？

Zigbee 技术提供了一种解决方案


主要用于构建无线个域网和无线传感网络

什么是什么是 ZigbeeZigbee 技术？技术？“Zig” 的英文含义是“之字形”“Zag” 的含义是“急转 , 急变”“Zigzag” 的含义是“之字形跳变”“bee” 是“蜜蜂”“Zigbee” 一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳“ Zigzag”形舞蹈来相互告知，达到交换信息目的


什么是什么是 ZigbeeZigbee 技术？技术？

“ZigBee” 被人们借来称呼一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。

http://product.yesky.com/catalog/4282/


Zigbee 技术是 Zigbee 联盟推出的基本情况

Zigbee联盟在 IEEE802.15.4协议上定义了网络层和应用层而形成的主要用于构建无线个域网和无线传感网络速率：根据不同的工作频段，有不同的速率： 16-250k成本：每片 Zigbee价格 2 美元


特点距离：有效传输范围 10 ～ 75m

功耗：两节 5 号电池可供终端工作 6 个月以上速率： 250kb/s(2.4G) 40kb/s(915M) 20kb/s(868M)成本：每片 Zigbee价格 2 美元


Internet

Zigbee协调器

Zigbee协调器

Zigbee 传感节点

Zigbee 传感节点


应用1. 监控照明。

Zigbee 无线开关


应用3. 交通灯控制 Zigbee节点 Zigbee

协调器控制逻辑


应用3. 配合传感器和激励器对制造、过程控制、农田耕作、环境及其它区域进行工业监控。

GPRS

PLMN

http://www.ed-china.com/ART_8800023799_400005_500002_TS_4cecaf9f.HTM


应用4. 带负载管理功能的自动抄表(AMR) ，这可使得地产管理公司削减成本和节省电气能源。

GPRS

PLMN

Zigbee节点

http://www.ed-china.com/SEARCH/ART/%D7%D4%B6%AF%B3%AD%B1%ED.HTM


应用6. 对病患、设备及设施进行医疗和健康监控。

值班室Zigbee节点

二、各种无线通信的特点5.WiFi 无线通信技术

什么是什么是WiFiWiFi？？全称 Wireless Fidelity ，又称 802.11b 标准与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达 305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到 122米，方便与现有的有线以太网络整合


WiFiWiFi的技术优势的技术优势

组网方式设置 WiFi 无线路由器，组网方便传输速率 IEEE802.11b:11Mb/s IEEE802.11a/g:54Mb/s

覆盖范围半径 100m


Internet

应用

Internet高速无线接入WiFi 无线路由器

在热点区把多台计算机互相链接，以及链接到外围设备和互联网

无线局域网WLAN


应用

3G 无线线接入技术的补充

无线局域网WLANPLMN

WiFi 无线 3G 接入


应用

无线局域网WLANInternet

WiFi 无线路由器

IPTV

空调

打印机

二、各种无线通信的特点6. WiMAX 无线通信技术

什么是什么是WiMAXWiMAX？？全称 World Interoperability for Microwave Access ，

即全球微波接入互操作性

是一种基于 IEEE 802.16-2004 标准的宽带无线技术最初该技术的目的在于统一固定无线接入的空中接口。基于 802.16e 的第二代 WiMAX 是支持移动特性的标准。


WiMAXWiMAX的特点的特点Sprint 成为美国首家宣布将采用 WiMax 技术构建 4G网络的主流手机运营商。WiMAX 建立在 IP 技术之上，顺应了宽度移动化发展大势，有着众多其他无线通信技术所不具有的优势。

在理论上， WiMAX能实现的 50 公里的信号传输距离，网络覆盖面积是 3G 发射塔的 10倍。WiMAX 最高可以 70M 的接入速度，这个速度是 3G所能提供的宽带速度的 30倍

二、各种无线通信的特点6. WiMax 无线通信技术


WiMAXWiMAX的关键技术的关键技术OFDM （正交频分复用）是一种多载波数字调制技术，它具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。而 OFDMA 是利用 OFDM 的概念实现上行多址接入，每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开。OFDMA允许单个用户仅在部分子载波发送，降低了对发送功率的要求。

OFDM/OFDMA


WiMAXWiMAX的关键技术的关键技术HARQ 技术因为提高了频谱效率，所以可以明显提高系统吞吐量，同时因为重传可以带来合并增益，所以间接扩大了系统的覆盖范围。在 WiMAX 技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常明显， WiMAX 技术在链路层加入了 HARQ 机制，减少了到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。

HARQ混合自动重传要求


WiMAXWiMAX的关键技术的关键技术由于 AMC 技术需要根据信道条件来判断将要采用的编码方案和调制方案，所以 AMC 技术必须根据WiMAX 的技术特征来实现 AMC

功能。由于 WiMAX物理层采用的是 OFDM 技术，所以时延扩展、多普勒频移、 PAPR值、小区的干扰等对于 OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到 AMC 算法中，用于调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。

AMC( 自适应调制编码 )


WiMAXWiMAX的关键技术的关键技术MIMO( 多进多出 )

QoS机制睡眠模式


WiMAXWiMAX的优势的优势实现更远的传输距离提供更高速的宽带接入提供优良的最后一公里网络接入服务

提供多媒体通信服务

二、各种无线通信的特点6. WiMax 无线通信技术

70Mbit/S

10~50km 的覆盖范围

数据、语音图像、视频

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