無線通信技術(shù)概述PPT.ppt

- 1 -,第1章,無線通信技術(shù)概述,- 2 -,本章目標(biāo),了解無線通信技術(shù)的發(fā)展歷史和趨勢(shì) 熟悉無線通信技術(shù)的分類 掌握藍(lán)牙、WiFi、UHF無線數(shù)傳、GPRS技術(shù)的特點(diǎn) 了解常見的無線通信開發(fā)技術(shù)的方法,- 3 -,1.4 無線通信技術(shù)應(yīng)用開發(fā),1.3 典型無線通信技術(shù),1.2 無線通信技術(shù)基礎(chǔ),1.1 無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介,- 4 -,利用電磁波信號(hào)在自由空間傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種 通信方式 近年來在信息通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣 與“有線”方式相比，具有不用架線、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 移動(dòng)通信在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的無線通信,1.1 無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介,- 5 -,無線通信技術(shù)發(fā)展歷史 無線通信技術(shù)種類 無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),1.1 無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介,- 6 -,1.1.1 無線通信技術(shù)發(fā)展歷史,馬可尼,1896年，馬可尼發(fā)明無線電報(bào)， 標(biāo)志著無線通信技術(shù)的誕生,無線通信初期，受技術(shù)條件限 制，大量使用長(zhǎng)波及中波通信,20世紀(jì)20年代初，短波通信開 始出現(xiàn)，目前對(duì)應(yīng)急通信和軍 用通信依然有一定的使用價(jià)值,- 7 -,1.1.1 無線通信技術(shù)發(fā)展歷史,20年代初至50 年代初，艦船及 軍用，短波及電 子管技術(shù),第一階段,50年代至60年 代，擴(kuò)展至450 MHz，半導(dǎo)體器件 技術(shù)，移動(dòng)環(huán)境中 的專用系統(tǒng),第二階段,70年代初至 80年代初，800 MHz，蜂窩系統(tǒng) 概念（貝爾實(shí) 驗(yàn)室）,第三階段,80年代初至 90年代末，900M Hz1.9GHz，二 代數(shù)字移動(dòng)通 信，個(gè)人業(yè)務(wù),第四階段,90年代末至 今，移動(dòng)數(shù)據(jù)、 計(jì)算、多媒體運(yùn)作 需求，三代數(shù)字移 動(dòng)通信興起,第五階段,無線通信技術(shù)發(fā)展的五個(gè)階段：,- 8 -,1.1.2 無線通信技術(shù)種類,按傳輸距離分：近距離、短距離、中距離和長(zhǎng)距離無線通信技術(shù)。,1m,RFID、NFC,1m幾百m,紅外、藍(lán)牙、 WiFi、HomeRF、 UWB、UHF無 線數(shù)傳、Zigbee,幾百m幾Km,可至幾百Km,微波通信,GPRS、GSM、 3G,- 9 -,1.1.2 無線通信技術(shù)種類,按移動(dòng)性分：固定接入和移動(dòng)接入技術(shù)。,3.5GHz無線接入MMDS （多路微波分配系統(tǒng)）、 LMDS（區(qū)域多點(diǎn)傳輸服務(wù)）,GPRS、WPAN、WLAN、 WiMAX、WWAN,- 10 -,聯(lián)合化和一體化 聯(lián)合各種技術(shù)手段，采用一體化的思路建設(shè)無線通信網(wǎng)絡(luò) 寬帶化 更寬的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更高的通信速率 網(wǎng)絡(luò)的融合化 包括核心網(wǎng)、接入技術(shù)，以及業(yè)務(wù)的融合 核心網(wǎng)的融合表現(xiàn)為移動(dòng)與固定網(wǎng)絡(luò)，通信、計(jì)算機(jī)與廣 電網(wǎng)，以及信息通信網(wǎng)與基于傳感器和RFID的物聯(lián)網(wǎng)融合。 無線通信終端的信息個(gè)人化 移動(dòng)智能終端將是移動(dòng)智能網(wǎng)與IP技術(shù)的進(jìn)一步融合 無線通信技術(shù)的跨行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用 多個(gè)學(xué)科，如健康、生物、環(huán)境、信息之間彼此關(guān)聯(lián),1.1.3 無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),- 11 -,1.2 無線通信技術(shù)基礎(chǔ),電磁波 信道 調(diào)制解調(diào),- 12 -,1.2.1 電磁波,電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。,- 13 -,1.2.1 電磁波,無 線 電 波 劃 分,- 14 -,1.2.1 電磁波,無線電波由于波長(zhǎng)不同，形成了三種不同方式的傳播特性：,地波：沿地球表面空間向外傳播的無線電波，中、長(zhǎng)波均 利用該方式傳播。,天波：依靠電離層的反射作用傳播天線的電波，短波多利用 該方式傳播。,空間波：沿直線傳播的無線電波，它包括由發(fā)射點(diǎn)直接到達(dá) 接收點(diǎn)的直射波和經(jīng)地面反射到接收點(diǎn)的發(fā)射波， 微波的電視和雷達(dá)多采用空間波方式傳播。,- 15 -,1.2.2 信道,信道可以從狹義和廣義兩方面理解 狹義信道即信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)，分為有線信道和無線信道,廣義信道還包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換器，如發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、 饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等。,- 16 -,1.2.2 信道,無線信道類似于車道 無線信道是無線信號(hào)的載體 無線信號(hào)即公路上的車輛,- 17 -,1.2.3 調(diào)制與解調(diào),調(diào)制解調(diào)定義：,調(diào)制是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便傳輸?shù)哪M信號(hào) 解調(diào)是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 兩者合稱調(diào)制解調(diào),調(diào)制解調(diào)分類：,按調(diào)制信號(hào)形式：可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。 按載波信號(hào)的種類：可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制 （如對(duì)非相干光調(diào)制等）。 按調(diào)制方式：可分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、復(fù)合調(diào)制 和多級(jí)調(diào)制。 按解調(diào)方式：可分為包絡(luò)檢波法（僅適用于幅度調(diào)制）和同步檢 波法（適用于大部分調(diào)制）。,- 18 -,藍(lán)牙技術(shù) WiFi技術(shù) UHF無線數(shù)傳技術(shù) GPRS技術(shù),1.3 典型無線通信技術(shù),不帶協(xié)議,- 19 -,Bluetooth 全球數(shù)據(jù)與語音無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范（IEEE802.15） 低成本、低功耗、短距離無線連接標(biāo)準(zhǔn) 工作在全球開放的2.4GHz ISM（Industry Science Medicine）頻段,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù),由ITU-R（國(guó)際通信聯(lián)盟無線電通信局）定義 主要開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用 無需授權(quán)許可，只要遵守一定的發(fā)射功率（一般 不低于1W）且不要對(duì)其他頻段造成干擾即可。,- 20 -,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)起源,藍(lán)牙技術(shù)誕生于1994年，是由瑞典愛立信公司開發(fā)的低功耗、 低成本的無線接口，為建立手機(jī)及其附件之間的通信。,1998年5月，藍(lán)牙SIG（Special Interest Group，特別興趣 小組，技術(shù)聯(lián)盟）愛立信、英特爾、東芝、諾基亞和 IBM將藍(lán)牙無線技術(shù)的理念推向全球。,- 21 -,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)起源,藍(lán)牙的英文名稱為Bluetooth，取自中世紀(jì)歐洲丹麥的一個(gè) 開國(guó)皇帝Harald Blatand(英文解釋為Bluetooth)的名字。 這個(gè)開國(guó)皇帝實(shí)名為Harald Gormson，由于特別喜歡吃藍(lán) 梅致使牙齒染成了藍(lán)色，因此獲得了Blatand的外號(hào)。他為 統(tǒng)一四分五裂的瑞典、丹麥、芬蘭立下了汗馬功勞，愛立信 公司如此為藍(lán)牙命名，大有全球通用，一統(tǒng)天下的意思。,藍(lán)牙協(xié)議的最初版本為IEEE802.15.1，對(duì)應(yīng)于藍(lán)牙1.1實(shí)現(xiàn)， 速度為1Mbps，由SIG負(fù)責(zé)開發(fā)，后期又發(fā)展了多個(gè)版本。,- 22 -,功耗低,便于集成,全球范圍 適用,能同時(shí)傳輸 語音數(shù)據(jù),安全性好,傳輸距離短,藍(lán)牙技術(shù) 特點(diǎn),藍(lán)牙工作在2.4GHz的 ISM頻段，全球大多數(shù)國(guó)家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz。,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn),藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，能夠更有效地減少同頻干擾，具有較高的安全性,藍(lán)牙設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有3種模式為低功耗的節(jié)點(diǎn)模式,藍(lán)牙模塊體積較小、輕薄，可以很方便地嵌入個(gè)人移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部。,藍(lán)牙的傳輸距離一般是10m左右,- 23 -,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,藍(lán)牙技術(shù)可以在包括移動(dòng)電話、PDA（Personal Digital Assistant，掌上電腦）、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。 藍(lán)牙技術(shù)主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的文件傳輸，通過彼此之間的配對(duì)連接，進(jìn)行信息交換。 目前藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用非常普遍，產(chǎn)品涉及到PC、移動(dòng)電話等信息設(shè)備和A/V設(shè)備、汽車電子、家用電器和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域，如各種無線設(shè)備（如PDA、手機(jī)等）、圖像處理設(shè)備、消費(fèi)娛樂產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、家用電器、樓宇無線局域網(wǎng)、醫(yī)療健身設(shè)備、玩具等。,- 24 -,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,藍(lán)牙耳機(jī),藍(lán)牙太陽鏡,IPAD2藍(lán)牙鍵盤,藍(lán)牙適配器,藍(lán)牙音響設(shè)備,凱迪拉克XTS的CUE系統(tǒng),藍(lán)牙太陽鏡,- 25 -,1.3.1 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,藍(lán)牙技術(shù)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù),- 26 -,1.3.2 WiFi技術(shù),WiFi（Wireless Fidelity，無線高保真，IEEE802.11） 以太網(wǎng)的一種無線擴(kuò)展，可為用戶提供無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問 是WLAN的一個(gè)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 速度高達(dá)上百兆，是在家庭、辦公室或旅途上網(wǎng)的快速、便捷的途徑 工作在全球開放的2.4GHz ISM（Industry Science Medicine）頻段,- 27 -,1.3.2 WiFi技術(shù)起源,WiFi聯(lián)盟成立于1999年，稱WECA（ Wireless Ethernet Compatibility Alliance，無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟），2002年 10月正式改為WiFi Aliiance。,WiFi是WiFi聯(lián)盟(WiFi Alliance)制造的基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn) 的WLAN設(shè)備的商標(biāo)。,WiFi技術(shù)最早于1997年提出，稱IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)。,繼802.11標(biāo)準(zhǔn)之后，又出現(xiàn)了多個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為WiFi。,- 28 -,1.3.2 WiFi技術(shù)特點(diǎn),無線接入,覆蓋范圍廣,傳輸速度快,業(yè)務(wù)可集成,較低的廠商 進(jìn)入門檻,WiFi技術(shù) 特點(diǎn),IEEE802.11b的無線電波覆蓋半徑最遠(yuǎn)可達(dá)300米，Vivato公司推出的新型交換機(jī)能把目前WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的通信距離擴(kuò)大到約6.5公里。,IEEE802.11b速度為11Mbps，IEEE802.11a/g為54Mbps，IEEE802.11n為300Mbps。,WiFi技術(shù)在OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián))參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層上與以太網(wǎng)完全一致，所以可以利用已有的有線接入資源，迅速部署無線網(wǎng)絡(luò)，形成無縫覆蓋。,廠商只要在機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店等公共場(chǎng)所設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場(chǎng)所，省去了大量鋪設(shè)電纜需花費(fèi)的資金。,WiFi最主要的優(yōu)勢(shì)在于無需布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要。,- 29 -,WiFi主要的應(yīng)用為無線接入互聯(lián)網(wǎng)。 任何支持WiFi的設(shè)備在WiFi熱點(diǎn)覆蓋的地方，均可以無線接入互聯(lián)網(wǎng)。 大部分WiFi熱點(diǎn)均位于供大眾訪問的地方，如機(jī)場(chǎng)、大型辦公室、車間、酒店賓館、咖啡店、旅館、書店以及校園等。 WiFi典型的行業(yè)應(yīng)用：,1.3.2 WiFi技術(shù)應(yīng)用,交通運(yùn)輸：航空行李及貨物控制、移動(dòng)售票、無線安全監(jiān)控、停車管理系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)因特網(wǎng)訪問無線接入等。 醫(yī)療：病房看護(hù)監(jiān)控、生理支持系統(tǒng)及監(jiān)護(hù)、急救系統(tǒng)監(jiān)控等。 教育：迅速構(gòu)建校區(qū)網(wǎng)絡(luò)、學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)、學(xué)術(shù)交流的臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)等。,- 30 -,1.3.2 WiFi技術(shù)應(yīng)用,- 31 -,1.3.2 WiFi技術(shù)應(yīng)用,- 32 -,1.3.3 UHF無線數(shù)傳技術(shù),UHF：3003000MHz ，特高頻，波長(zhǎng)相對(duì)較短，天線尺寸相對(duì)較小，容易操作 UHF無線數(shù)傳技術(shù)：工作于UHF頻段的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在收發(fā)過程中，用戶可以在鏈路上傳輸任意比特編碼的信息，而不必關(guān)注協(xié)議的任何限制。 UHF頻段包含2.4GHz免費(fèi)ISM頻段，以及我國(guó)的免申請(qǐng)發(fā)射接收頻率（433MHz/868MHz/915MHz），這些頻率都可以直接使用而不需要申 請(qǐng)執(zhí)照。,- 33 -,1.3.3 UHF無線數(shù)傳技術(shù)特點(diǎn),穩(wěn)定性高,UHF信道是一種傳輸特性比較穩(wěn)定的信道，不依靠電離層傳 播，沒有短波存在的明顯的衰落現(xiàn)象，信道質(zhì)量比較穩(wěn)定。,讀寫距離遠(yuǎn),UHF無線數(shù)傳技術(shù)的讀寫距離可達(dá)100-1000米。,通信速率較高,nKbpsn*100Kbps,- 34 -,1.3.3 UHF無線數(shù)傳技術(shù)應(yīng)用,主要用于條件比較惡劣的工業(yè)遠(yuǎn)程控制與測(cè)量場(chǎng)合：, 航海通信 LED屏幕控制 POS機(jī)的聯(lián)網(wǎng) 交通聯(lián)網(wǎng)控制 PLC控制與管理 停車場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)控制 水利、電力、油田數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 其他RS-232/485設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,- 35 -,1.3.3 UHF無線數(shù)傳技術(shù)應(yīng)用,無線數(shù)傳用于電力抄表,- 36 -,1.3.4 GPRS技術(shù),通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service） 位于第二代（GSM）和第三代（3G）移動(dòng)通信技術(shù)之間，俗稱“2.5G” 采用分組交換方式 在GSM基站上增加相應(yīng)的實(shí)體和功能單元即可，改造和投入不大 原來的SIM卡一旦開通GPRS業(yè)務(wù)，便可訪問互聯(lián)網(wǎng) GPRS是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的一種服務(wù)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢(shì),- 37 -,1.3.4 GPRS技術(shù)特點(diǎn),豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),按流量計(jì)費(fèi),廣域覆蓋,資源利用率高,傳輸速率高,接入速度快,GPRS技術(shù) 優(yōu)點(diǎn),GPRS覆蓋在GSM的物理層和網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之上，理論上在手機(jī)可以打電話的地方都可以通過GPRS無線上網(wǎng)。,GPRS采用分組交換傳輸模式，用戶并不固定占用無線信道，提高了資源的利用率。,GPRS具有56115Kbps的傳輸速度，10倍于GSM。,GPRS能提供快速即時(shí)的連接，Internet應(yīng)用操作更加便捷、流暢。,GPRS包含豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)群呼、IP廣播等業(yè)務(wù)。,GPRS按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計(jì)費(fèi)，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸便不必?fù)?dān)心費(fèi)用問題，真正體現(xiàn)了少用少付費(fèi)的原則。,同時(shí)，GPRS技術(shù)也存在一些問題，如會(huì)發(fā)生包丟失現(xiàn)象、調(diào)制方式不是最優(yōu)、存在轉(zhuǎn)接延時(shí)。,- 38 -,1.3.4 GPRS技術(shù)應(yīng)用,橫向應(yīng)用（面向個(gè)人）：,網(wǎng)上沖浪、Email、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫查詢、增強(qiáng)型短消息等業(yè)務(wù)。,縱向應(yīng)用（面向集團(tuán)）：,遙測(cè)、遙感、遙控：氣象、水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，對(duì)災(zāi)害進(jìn)行遙測(cè)和遠(yuǎn)程操 作。 防盜警報(bào)：汽車防盜警報(bào)，遙控商業(yè)及住宅的防盜警報(bào)等。 車輛智能調(diào)度：銀行運(yùn)鈔車、郵政運(yùn)輸車監(jiān)控調(diào)度，移動(dòng)車輛監(jiān)控調(diào)度和 指示等。 遠(yuǎn)程監(jiān)控：機(jī)房、熱力系統(tǒng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)，醫(yī)療監(jiān)控等。 移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)：公安移動(dòng)性數(shù)據(jù)（身份證、犯罪檔案等）查詢，交 警移動(dòng)性數(shù)據(jù)（車輛、司機(jī)檔案等）查詢等。 無線接入系統(tǒng)：無線磁卡電話，無線IC卡，無線POS機(jī)、無線ATM等。,- 39 -,1.3.4 GPRS技術(shù)應(yīng)用,GPRS DTU是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)(又稱G網(wǎng))為用戶提供無線長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸功能。采用高性能的工業(yè)級(jí)8/16/32位通信處理器和工業(yè)級(jí)無線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，同時(shí)提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接連接串口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。,- 40 -,1.3.4 GPRS技術(shù)應(yīng)用,GPRS技術(shù)用于安防監(jiān)控,- 41 -,1.4 無線通信技術(shù)應(yīng)用開發(fā)無線通信應(yīng)用系統(tǒng),無線通信應(yīng)用系統(tǒng)的控制中心，內(nèi)部通常含有I/O接口和ADC等電路。常見的有MCS51、AVR、ARM等芯片。,一般在確定采用某種開發(fā)技術(shù)后，應(yīng)選擇購買合適的集成應(yīng)用模塊（如若選用藍(lán)牙技術(shù)，則應(yīng)選擇購買相應(yīng)的藍(lán)牙模塊）。,外圍電路：主要包括傳感器、晶振、 放大器、開關(guān)電源、按鍵、LED、 LCD等相關(guān)電路，以及根據(jù)需要選 擇的芯片和外圍接口等。,- 42 -,1.4 無線通信技術(shù)應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)一般方法,基本輸入輸出分析,確定技術(shù)方案,硬件系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì),軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì),系統(tǒng)測(cè)試,整理歸納,- 43 -,1.4 無線通信技術(shù)應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)一般方法,基本輸入輸出分析：對(duì)通信輸入、鍵盤輸入進(jìn)行必要的列表，以及通信輸出、 顯示輸出進(jìn)行必要的列表。 確定技術(shù)方案：應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求中對(duì)功能、成本、體積、功耗的種種要求， 結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方向，確定技術(shù)開發(fā)方案。 硬件系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)：在綜合考慮成本、元件購買途