无线通信技术概述

-1-第1章无线通信技术概述-2-本章目标了解无线通信技术的发展历史和趋势熟悉无线通信技术的分类掌握蓝牙、WiFi、UHF无线数传、GPRS技术的特点了解常见的无线通信开发技术的方法-3-1.4无线通信技术应用开发1.3典型无线通信技术1.2无线通信技术基础1.1无线通信技术简介-4-利用电磁波信号在自由空间传播的特性进行信息交换的一种通信方式近年来在信息通信领域中发展最快、应用最广与“有线”方式相比，具有不用架线、灵活性强的优点移动通信——在移动中实现的无线通信1.1无线通信技术简介-5-无线通信技术发展历史无线通信技术种类无线通信技术发展趋势1.1无线通信技术简介-6-1.1.1无线通信技术发展历史马可尼1896年，马可尼发明无线电报，标志着无线通信技术的诞生无线通信初期，受技术条件限制，大量使用长波及中波通信20世纪20年代初，短波通信开始出现，目前对应急通信和军用通信依然有一定的使用价值-7-1.1.1无线通信技术发展历史无线通信技术发展的五个阶段：-8-1.1.2无线通信技术种类按传输距离分：近距离、短距离、中距离和长距离无线通信技术。≤1mRFID、NFC1m~几百m红外、蓝牙、WiFi、HomeRF、UWB、UHF无线数传、Zigbee几百m~几Km可至几百Km微波通信GPRS、GSM、3G-9-1.1.2无线通信技术种类按移动性分：固定接入和移动接入技术。3.5GHz无线接入MMDS（多路微波分配系统）、LMDS（区域多点传输服务）GPRS、WPAN、WLAN、WiMAX、WWAN-10-联合化和一体化联合各种技术手段，采用一体化的思路建设无线通信网络宽带化更宽的网络带宽和更高的通信速率网络的融合化包括核心网、接入技术，以及业务的融合核心网的融合表现为移动与固定网络，通信、计算机与广电网，以及信息通信网与基于传感器和RFID的物联网融合。无线通信终端的信息个人化移动智能终端将是移动智能网与IP技术的进一步融合无线通信技术的跨行业创新应用多个学科，如健康、生物、环境、信息之间彼此关联1.1.3无线通信技术发展趋势-11-1.2无线通信技术基础电磁波信道调制解调-12-1.2.1电磁波电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场和磁场在空间以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。-13-1.2.1电磁波波段波长频段频率传播方式主要用途超长波1000Km-100KmVLF（甚低频）3Hz-30Hz空间波为主海岸潜艇通信、远距离通信、超远距离通信长波10000m-1000mLF（低频）30Hz-300KHz地波为主越洋通信、中距离通信、地下岩层通信、远距离导航中波1000m-100mMF（中频）300KHz-3MHz地波与天波船用通信、业余无线电通信、移动通信、中距离导航短波100m-10mHF（高频）3MHz-30MHz天波与地波远距离短波通信、国际定点通信微波米波1m-10mVHF（甚高频）30MHz-300MHz空间波电离层散射、流星余迹通信、人造电离层通信、对空间飞行体通信、移动通信分米波0.1m-1mUHF（特高频）300MHz-3000MHz空间波小容量微波中继通信、对流层散射通信、中容量微波通信厘米波1cm-10cmSHF（超高频）3GHz-30GHz空间波大容量微波中继通信、数字通信、卫星通信毫米波1mm-10mmEHF（极高频）30GHz-300GHz空间波卫星通信、对流层散射通信、微波接力通信、波导通信无线电波划分-14-1.2.1电磁波无线电波由于波长不同，形成了三种不同方式的传播特性：•地波：沿地球表面空间向外传播的无线电波，中、长波均利用该方式传播。•天波：依靠电离层的反射作用传播天线的电波，短波多利用该方式传播。•空间波：沿直线传播的无线电波，它包括由发射点直接到达接收点的直射波和经地面反射到接收点的发射波，微波的电视和雷达多采用空间波方式传播。-15-1.2.2信道信道可以从狭义和广义两方面理解狭义信道即信号传输的媒质，分为有线信道和无线信道广义信道还包括有关的转换器，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。-16-1.2.2信道无线信道类似于车道无线信道是无线信号的载体无线信号即公路上的车辆-17-1.2.3调制与解调调制解调定义：调制是把数字信号转换成方便传输的模拟信号解调是把模拟信号转换为数字信号两者合称调制解调调制解调分类：按调制信号形式：可分为模拟调制和数字调制。按载波信号的种类：可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制（如对非相干光调制等）。按调制方式：可分为幅度调制、频率调制、相位调制、复合调制和多级调制。按解调方式：可分为包络检波法（仅适用于幅度调制）和同步检波法（适用于大部分调制）。-18-蓝牙技术WiFi技术UHF无线数传技术GPRS技术1.3典型无线通信技术不带协议-19-Bluetooth全球数据与语音无线传输的开放性规范（IEEE802.15）低成本、低功耗、短距离无线连接标准工作在全球开放的2.4GHzISM（IndustryScienceMedicine）频段1.3.1蓝牙技术•由ITU-R（国际通信联盟无线电通信局）定义•主要开放给工业、科学、医疗三个主要机构使用•无需授权许可，只要遵守一定的发射功率（一般不低于1W）且不要对其他频段造成干扰即可。-20-1.3.1蓝牙技术——起源蓝牙技术诞生于1994年，是由瑞典爱立信公司开发的低功耗、低成本的无线接口，为建立手机及其附件之间的通信。1998年5月，蓝牙SIG（SpecialInterestGroup，特别兴趣小组，技术联盟）——爱立信、英特尔、东芝、诺基亚和IBM将蓝牙无线技术的理念推向全球。-21-1.3.1蓝牙技术——起源蓝牙的英文名称为Bluetooth，取自中世纪欧洲丹麦的一个开国皇帝HaraldBlatand(英文解释为Bluetooth)的名字。这个开国皇帝实名为HaraldGormson，由于特别喜欢吃蓝梅致使牙齿染成了蓝色，因此获得了Blatand的外号。他为统一四分五裂的瑞典、丹麦、芬兰立下了汗马功劳，爱立信公司如此为蓝牙命名，大有全球通用，一统天下的意思。蓝牙协议的最初版本为IEEE802.15.1，对应于蓝牙1.1实现，速度为1Mbps，由SIG负责开发，后期又发展了多个版本。-22-功耗低便于集成全球范围适用能同时传输语音数据安全性好传输距离短蓝牙技术特点蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。1.3.1蓝牙技术——特点蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。跳频更快，数据包更短，能够更有效地减少同频干扰，具有较高的安全性蓝牙设备在通信连接状态下，有3种模式为低功耗的节点模式蓝牙模块体积较小、轻薄，可以很方便地嵌入个人移动设备内部。蓝牙的传输距离一般是10m左右-23-1.3.1蓝牙技术——应用蓝牙技术可以在包括移动电话、PDA（PersonalDigitalAssistant，掌上电脑）、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙技术主要用于点对点的文件传输，通过彼此之间的配对连接，进行信息交换。目前蓝牙技术的应用非常普遍，产品涉及到PC、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电子、家用电器和工业设备等领域，如各种无线设备（如PDA、手机等）、图像处理设备、消费娱乐产品、汽车产品、家用电器、楼宇无线局域网、医疗健身设备、玩具等。-24-1.3.1蓝牙技术——应用蓝牙耳机蓝牙太阳镜IPAD2蓝牙键盘蓝牙适配器蓝牙音响设备凯迪拉克XTS的CUE系统蓝牙太阳镜-25-1.3.1蓝牙技术——应用蓝牙技术用于医疗监护-26-1.3.2WiFi技术WiFi（WirelessFidelity，无线高保真，IEEE802.11）以太网的一种无线扩展，可为用户提供无线的宽带互联网访问是WLAN的一个主要技术标准速度高达上百兆，是在家庭、办公室或旅途上网的快速、便捷的途径工作在全球开放的2.4GHzISM（IndustryScienceMedicine）频段-27-1.3.2WiFi技术——起源WiFi联盟成立于1999年，称WECA（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，无线以太网相容联盟），2002年10月正式改为WiFiAliiance。WiFi是WiFi联盟(WiFiAlliance)制造的基于IEEE802.11标准的WLAN设备的商标。WiFi技术最早于1997年提出，称IEEE802.11标准。继802.11标准之后，又出现了多个版本的标准，统称为WiFi。-28-1.3.2WiFi技术——特点无线接入覆盖范围广传输速度快业务可集成较低的厂商进入门槛WiFi技术特点IEEE802.11b的无线电波覆盖半径最远可达300米，Vivato公司推出的新型交换机能把目前WiFi无线网络的通信距离扩大到约6.5公里。IEEE802.11b速度为11Mbps，IEEE802.11a/g为54Mbps，IEEE802.11n为300Mbps。WiFi技术在OSI(开放系统互联)参考模型的数据链路层上与以太网完全一致，所以可以利用已有的有线接入资源，迅速部署无线网络，形成无缝覆盖。厂商只要在机场、车站、咖啡店等公共场所设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所，省去了大量铺设电缆需花费的资金。WiFi最主要的优势在于无需布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。-29-WiFi主要的应用为无线接入互联网。任何支持WiFi的设备在WiFi热点覆盖的地方，均可以无线接入互联网。大部分WiFi热点均位于供大众访问的地方，如机场、大型办公室、车间、酒店宾馆、咖啡店、旅馆、书店以及校园等。WiFi典型的行业应用：1.3.2WiFi技术——应用•交通运输：航空行李及货物控制、移动售票、无线安全监控、停车管理系统、机场因特网访问无线接入等。•医疗：病房看护监控、生理支持系统及监护、急救系统监控等。•教育：迅速构建校区网络、学生宿舍网络接入系统、学术交流的临时性网络等。-30-1.3.2WiFi技术——应用-31-1.3.2WiFi技术——应用-32-1.3.3UHF无线数传技术UHF：300~3000MHz，特高频，波长相对较短，天线尺寸相对较小，容易操作UHF无线数传技术：工作于UHF频段的数据传输技术，在收发过程中，用户可以在链路上传输任意比特编码的信息，而不必关注协议的任何限制。UHF频段包含2.4GHz免费ISM频段，以及我国的免申请发射接收频率（433MHz/868MHz/915MHz），这些频率都可以直接使用而不需要申请执照。-33-1.3.3UHF无线数传技术——特点稳定性高UHF信道是一种传输特性比较稳定的信道，不依靠电离层传播，没有短波存在的明显的衰落现象，信道质量比较稳定。读写距离远UHF无线数传技术的读写距离可达100-1000米。通信速率较高nKbps~n*100Kbps-34-1.3.3UHF无线数传技术——应用主要用于条件比较恶劣的工业远程控制与测量场合：航海通信LED屏幕控制POS机的联网交通联网控制PLC控制与管理停车场设备联网控制水利、电力、油田数据监测其他RS-232/485设备联网应用-35-1.3.3UHF无线数传技术——应用无线数传用于电力抄表-36-1.3.4GPRS技术通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService）位于第二代（GSM）和第三代（3G）移动通信技术之间，俗称“2.5G”采用分组交换方式在GSM基站上增加相应的实体和功能单元即可，改造和投入不大原来的SIM卡一旦开通GPRS业务，便可访问互联网GPRS是移动运营商提供的一种服务，在远程突发性数据实时