第三章章通信技术

物联网技术概论第三章授课教师：季顺宁通信技术物联网技术概论3通信技术3.1数字通信3.2移动通信3.3短距离无线通信物联网技术概论3.1数字通信3.1.1数字通信概述3.1.2数据链路传输控制规程3.1.3数据传输3.1.4数据交换技术3.1.5数据通信网物联网技术概论3.1.1数字通信概述在计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。物联网技术概论3.1.2数据链路传输控制规程1）数据链路数据链路是数据电路加上传输控制规程，它由通信线路、调制解调器、终端及通信控制器之间的接口构成。2）数据链路控制规程数据通信的双方为有效地交换数据信息，必须建立一些规约，以控制和监督信息在通信线路上的传输和系统间信息交换，这些规则称为通信协议。数据链路的通信操作规则称为数据链路控制规程。物联网技术概论3.1.3数据传输数据传输以信号传输为基础，在理想情况下，接收信号的幅度和波形应与发送信号完全一样。然而，信号在实际传输过程中会发生衰减、变形，使接收信号与发送信号不一致，甚至使接收端不能正确识别信号所携带的信息。在数据通信系统中，数据在传输过程中可以用数字信号和模拟信号两种方式表示，即数字传输和模拟传输。物联网技术概论3.1.4数据交换技术对于计算机和终端之间的通信，交换是一个重要的问题。如果我们想使用任何遥远的计算机，若没有交换机，只能采用点对点的通信。为避免建立多条点对点的信道，就必须使计算机和某种形式的交换设备相连。交换又称转接，在多节点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换”。这种交换通过某些交换中心将数据进行集中和转送，可以大大节省通信线路。在当前的数据通信网中，有三种交换方式，那就是电路交换、报文交换和分组交换。一个通信网的有效性、可靠性和经济性直接受网中所采用的交换方式的影响。物联网技术概论3.1.5数据通信网数据通信实现了计算机与计算机之间，计算机与终端之间的传递。在20世纪60年代初，数据通信是在模拟网络环境下进行，那时人们采用专线或用户电报Telex进行异步低速数据通信。70年代初，由于计算机网络技术和分布处理技术的进步及用户需求量的增加，推动了数据通信网络与技术发展，采用分组交换技术组建的数据通信的应用渐趋普及，其基本技术是将传递信息分割成若干长度（每个长度称为一个分组），通过存储转发形式的统计复用，提高了网络效率及线路利用率，具有传输速率高、传输质量好、接续速度快及可靠性高等优点，成为当时计算机通信广泛采用的网络技术。物联网技术概论3.2移动通信3.2.1移动通信概述3.2.2数字蜂窝移动电话系统3.2.3CDMA移动通信系统物联网技术概论3.2.1移动通信概述1）移动通信的特点•电磁波传播的路径比较复杂。•移动通信是在强干扰环境下工作。•移动通信具有多普勒效应。当移动台达到一定速度时，基站台接收到的载波频率将随运动速度U的不同，产生不同的频移，通常把这种现象称为多普勒效应。在移动台高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深。•用户在经常地移动物联网技术概论2）移动通信的工作方式移动通信与固定通信一样，按照通话的状态和频率的使用方法可分为三种工作方式：单工半双工全双工。物联网技术概论3）移动通信中的多址方式实现无线多址通信的理论基础是信号分割技术，也就是在发送端，使发射的信号参量（发射频率、信号出现的时间或空间、信号的码型或波形等）有所差异，而在接收端有信号识别能力，能从混合信号中分离选择出相应的信号。在移动通信系统中采用的多址方式主要三种：频分多址、时分多址和码分多址。物联网技术概论3.2.2数字蜂窝移动电话系统GSM网络由于采用了数字无线传输和无限小区之间的切换方法，因此，能得到比模拟蜂窝移动电话系统更高的频率利用率，从而增加了服务的用户数量。由于GSM提供了一种公共标准，因此，用户能够在整个GSM服务区域使用他们的移动电话。在GSM系统覆盖的所有国家之间和内部的漫游都是全自动的。此外，GSM标准还提供了一些新的用户业务功能，如高速数据通信、传真和短信息业务等。物联网技术概论3.2.3CDMA移动通信系统CDMA是“CodeDivisonMuItipleAccess”缩写，译为“码分多址”，CDMA移动通信系统（以下简称为CDMA系统）是一种以扩频通信为基础、载波调制和码分多址技术相结合的移动通信系统。物联网技术概论3.3短距离无线通信3.3.1蓝牙技术(Bluetooth)3.2.2ZigBee无线接入技术3.2.3超宽带（UWB）物联网技术概论3.3.1蓝牙技术(Bluetooth)“蓝牙”是一种短距离的无线连接技术标准的代称，蓝牙的实质内容就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准。在近距离通信中，蓝牙（Bluetooth）无线接入技术使无线单元间的通信变得十分容易，将计算机技术与通信技术更紧密地结合在一起，人们可随时随地进行信息的交换与传输。除此之外，蓝牙技术还可为数字网络和外设提供通用接口，以组建远离固定网络的个人特别连接设备群。蓝牙技术主要面向网络中各类数据及语音设备（如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、数码相机、移动电话和高品质耳机等），通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconct)，多个微微网之间也可以互连形成分布式网络（Scattemet），从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。它是实现语音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离的无线连接技术。其中无线收发器是很小的一块芯片，大约有9mm×9mm，可方便地嵌入到便携式设备中，从而增加设备的通信选择性。物联网技术概论蓝牙技术的系统结构物联网技术概论蓝牙技术的通信过程物联网技术概论3.2.2ZigBee无线接入技术随着计算机技术和无线通信技术的发展，数字家电及各类数字手持式终端已经大量进入普通家庭，而网络通信的迅速普及又引起了无线通信的数字革命。设备联网正成为实现智能化网络业务与应用的关键技术。联网设备不断增多，机器间(machine-to-achine，M2M)通信能力的重要性日益凸现。2002年由英国Invensys公司、日本三菱电气、美国摩托罗拉公司宣布组成zigBee技术联盟，共同研究zigBee技术。IEEE也于2003年制定T针对LR-WPAN(LowRateWirelesspersonalAreaNetworks)的IEEE802.15.4-2003无线规范，定义了一种新的无线设备的物理层和MAC层，并致力于开发一种可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术。物联网技术概论ZigBee技术主要应用在短距离范围内以及数据传输速率不高的各种电子设备之间，因此非常适合于工业控制、环境监测、智能家电和小型电子设备间的无线传输，典型的传输数据类型有周期性数据，间歇性数据和重复、低反应时间数据。其目标功能是自动化控制，它采用DSSS扩频技术，使用的频段分为2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，而且均为免收费的频段，有效覆盖范围根据不同速率为0-300m。物联网技术概论3.2.3超宽带（UWB）超宽带技术UWB(UltraWideband)是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UWB技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。物联网技术概论本章小结•数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。•移动通信是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。•蓝牙技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案•ZigBee的体系结构由物理层、介质接入控制子层、网络层、应用层等组成。•超宽带技术UWB(UltraWideband)是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。