无线通信研究背景与现状分析及短距离无线通信技术

无线通信研究背景与现状分析及短距离无线通信技术1研究背景与现状分析工业应用中，现阶段基本上都是以有线的方式进行连接，实现各种控制功能。各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带来了便利，改变了我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。但随着射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。而同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的设备，或人们不方便随时到达现场的条件下。因此出现一些典型的无线应用，如：无线智能家居，无线抄表，无线点菜，无线数据采集，无线设备管理和监控，汽车仪表数据的无线读取等等。短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通信。低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。低功耗是相对其它无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在１毫瓦量级。对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源的管理通常采用竞争的方式，如载波侦听。2短距离无线通信技术短距离无线通信实用技术主要有：红外技术，蓝牙技术，802.11b无线局域网标准技术，微功率短距离无线通信技术，现简介如下：2.1红外技术红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。它在技术上的主要优点是：1、无需专门申请特定频率的使用执照；2、具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；3、传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4、信号无干扰，传输准确度高；5、成本低廉。它的缺点是：1、由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接，具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物；2、通讯距离较短，红外线LED不是一种十分耐用的器件；3、红外射束易受尘埃、雨水等物质的吸收，如何在野外环境下克服这些物质的吸收，增强红外射束信号的强度是重要的研究课题。2.2蓝牙技术“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中．因此，特别适用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，采用高速跳频(FrequencyHop-ping)和时分多址(TimeDivisionMulti-access-TDMA)等先进技术，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术使得一些便于携带的移动通信设备和计算机设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线连接因特网．其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。打印机、PDA、桌上型计算机、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。目前蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz频带，通道带宽为1Mb/s，异步非对称连接最高数据速率为723.2kb/s。蓝牙速率亦拟进一步增强，新的蓝牙标准2.0版支持高达lOMb/s以上,这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。2.3802.11b技术IEEE(InstituteofElecticalandElectronicsEngineers)802.11b技术标准是无线局域网的国际标准，使用2.4GHz的ISM频段，802.11b协议主要工作在OSI(OpenSystemInterconnectReferenceModel)的物理层和数据链路层，其物理层支持5.5MBit/s和11MBit/s两种速度，采用直接序列扩普DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度，并使用动态速率漂移，数据传输速率可根据环境在11MBit/s、5.5MBit/s、2MBit/s、1MBit/s之间自动切换，有效通讯距离100－300米。802.11b无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上AP，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。802.11b具有有线等价保密机制WEP（WiredEquivalentPrivacy）确保数据安全。以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。2.4微功率短距离无线通信技术它一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，一般射频芯片采用FSK调制方式，工作于ISM频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小，开发简单快速而应用广泛，但数据传输速度、流量都较小，较适合搭建小型网络。在工业，民用领域使用较广。2.5几种技术的比较分析现将几种通信技术进行比较：表1-1项目红外技术蓝牙技术802.11b微功率技术系统功耗/mA通信距离/m通信速率/Mb/s通信频率频率申请开发难易通信方式模块成本100104红外否易红外很低10010012.4GHz否难蓝牙高45030022.4GHz否难802.11b很高603001433MHz否易FSK低红外通信技术由于在数据传输过程中两个通信设备之间不能有障碍物，且不能边移动边传输，因此不适合在复杂的工作环境中使用。蓝牙技术的有效传输距离小于10m，更适合鼠标、键盘等设备。802.11b技术标准是无线局域网的国际标准，主要用来组建大型的无线网络,设备比较昂贵。微功率短距离无线通信一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围元器件即可构成专用或通用无线通信模块。其功率小、开发简单快速而被广泛应用。通过表1-1比较分析，微功率技术由于其系统功耗低，通信距离远，开发容易，模块成本低，很适合用做无线遥控的无线通信模块，便于大规模投入生产。