流行無線技術專題課件

1、流行無線技術專題無線寬帶技術元老貴族802.11家族譜 IEEE802.11是IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）1997年制定的一個無線局域網(wǎng)標準，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中的用戶與用戶終端之間的無線接入。802.11業(yè)務主要限于數(shù)據(jù)存取，傳輸速率最高只能達到2Mbps。由于它在速率、傳輸距離、安全性、電磁兼容能力及服務質(zhì)量方面均不盡人意；IEEE又相繼推出了802.11b和802.11a、g等一系列標準。系列之間技術差別主要在于MAC（MediumAccessControl，媒介訪問控制）子層和物理層。（注：802.11協(xié)議只規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）的物理層和MAC

2、層，其MAC層利用載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議。在物理層，802.11定義了三種不同的物理介質(zhì)：紅外線、跳頻擴譜方式（FHSS）以及直擴方式（DSSS）。） IEEE802.11b標準 IEEE802.11b（Wi-Fi）使用開放的2.4GHz直接序列擴頻（DSSS），最大數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps。 使用動態(tài)速率轉(zhuǎn)換，當射頻情況變差時，可將數(shù)據(jù)傳輸速率降低為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。 且當工作在2Mbps和1Mbps速率時可向下兼容IEEE802.11。 IEEE802.11b的使用范圍在室外為300米，在辦公環(huán)境中則最長為100米。 工作模式基本分為兩種：

3、點對點模式和基本模式，點對點模式是指無線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡之間的通信方式?；灸Ｊ绞侵笩o中心自組網(wǎng)(Adhoc)或無線網(wǎng)卡與接入點（AP）的通信方式，這是IEEE802.11b最常用的方式。IEEE802.11b標準 802.11b 把2.4GHz 頻段劃分成14個帶寬為22MHz的信道，每一個信道的間隔為5MHz。鄰近的信道互相重疊。當兩個信道之間的間隔達到25MHz 時，信道才不會互相重疊。 美國和中國的標準是使用第111信道，在一個范圍內(nèi)同時使用3 個信道時，只有使用第1、6、11信道是互相不重疊的。利用這3 個信道，覆蓋區(qū)域可以消除所有信道重疊現(xiàn)象和覆蓋區(qū)域的間隙，而且不會產(chǎn)生輻射干擾現(xiàn)象

4、。中國信息產(chǎn)業(yè)部無管局規(guī)定了2.4002.4835GHz 頻段的無線電發(fā)射設備的主要技術指標，等效全向輻射功率(EIRP)為：當天線增益10dBi 時，不大于100mW或20dBm IEEE802.11b標準 AP (Access Point)無線接入點作用類似一個無線HUB(集線器)可以組成一個無線局域網(wǎng)同一個區(qū)域可以同時存在多個AP，使用不同的信道。所有工作于同一個AP下面的無線網(wǎng)卡共享11M帶寬。采用分時共享方式HUBAP無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡HUBAP無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡InternetRouterIEEE802.11g標準 依然工作于2.4GHz頻段，是對802.11b的提速物

5、理層速率從11Mbps提到54Mbps兼容802.11b接入支持DSSS和OFDM，是目前最普及的標準108Mbps的無線路由器 依然工作于2.4GHz頻段，兼容802.11g，尚處于廠商級別標準，非國際標準物理層速率從54Mbps提高到108Mbps主要技術：Super G：主要依賴于硬件壓縮AirPlus Xtreme G ：是D-Link專有技術無線倍馳：是雙路無線傳輸技術 幾經(jīng)起伏藍牙 “藍牙” ：學名IEEE802.15, 1998年問世英文名稱為“Bluetooth”，是一種開放性短距離無線通信技術標準。它是面向移動設備間的小范圍連接，其本質(zhì)可以說它是一種代替線纜的技術。它與日前廣

6、泛應用于微波通信中的一點多址技術十分相似；因此，它很容易穿透障礙物，實現(xiàn)全方位的語音與數(shù)據(jù)傳輸。藍牙同IEEE802.11b一樣，使用2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻（FHSS）技術（注：跳頻是藍牙使用的關鍵技術。對應于單時隙分組，藍牙的跳頻速率為1600跳/秒；在建鏈時則提高為3200跳/秒。）以2.45GHz為中心頻率，來得到79個1MHz帶寬的信道。由于使用比較高的跳頻速率，使藍牙系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力。在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數(shù)據(jù)速率為721kbps。 幾經(jīng)起伏藍牙 藍牙本意電纜替代（初衷）目標是無線局域網(wǎng)（定位錯誤）被從802.11b開始的系列打得一敗涂地。 從手機藍牙耳際重新

7、找到感覺，繼而得到快速發(fā)展。目前應用最廣泛的五大領域分別是手機加耳機、電腦加鍵盤、鼠標等外設、打印機、PDA和汽車市場?，F(xiàn)在全球已經(jīng)有22種車型把藍牙技術作為一個標準或者可選的配置，其中包括豐田、本田、寶馬等。在配備藍牙的汽車中，當有電話打入時，駕駛者可以通過揚聲器聽到來電者的聲音，并通過車內(nèi)麥克風通話，輕松得就像和車內(nèi)其他人聊天一樣。目前中國本地的汽車生產(chǎn)商還沒有把藍牙技術配置在自己的車型中，但這同樣被認為會是一種發(fā)展趨勢。 藍牙系統(tǒng)結構、參數(shù)及指標工作頻段：ISM頻段2.402GHz2.480GHz雙工方式：TDD；業(yè)務類別：同時支持電路交換及分組交換業(yè)務； 數(shù)據(jù)標稱速率：1Mbits；

8、異步信道速率：非對稱連接723.2kbits57.6kbits； 對稱連接：433.9kbits(全雙工模式)； 同步信道速率：64kbits(3個全雙工信道)； 信道間隔：1MHz； 信道數(shù)：79； 發(fā)射功率及覆蓋：0dBm(1mW)，110m覆蓋，20dBm(100mW)，擴展至100m覆蓋；跳頻頻點數(shù)：79個頻點MHz(2408+k(MHz)，k=0，1，278； 跳頻速率：3200/1600次s； 糾錯方式：13FEC(3bit重復碼)，2/3FEC(截短Hamming碼)，CRC16，ARQ； 網(wǎng)絡拓撲結構：Adhoc(無中心自組織)結構異軍突起-UWB的產(chǎn)生與發(fā)展超寬帶(UWB)有

9、著悠久的發(fā)展歷史，但在1989年之前，超寬帶這一術語并不常用，在信號的帶寬和頻譜結構方面也沒有明確的規(guī)定。1989年，美國國防部高級研究計劃署(DARPA)首先采用超寬帶這一術語，并規(guī)定：若信號在-20dB處的絕對帶寬大于1.5GHz或相對帶寬大于25%，則該信號為超寬帶信號。此后，超寬帶這個術語才被沿用下來。其中，fH為信號在-20dB輻射點對應的上限頻率、fL為信號在-20 dB輻射點對應的下限頻率。圖1給出了帶寬計算示意圖。可見，UWB是指具有很高帶寬比(射頻帶寬與其中心頻率之比)的無線電技術。 UWB的技術特點 (1)傳輸速率高，空間容量大根據(jù)香農(nóng)(Shannon)信道容量公式，在加性

10、高斯白噪聲(AWGN)信道中，系統(tǒng)無差錯傳輸速率的上限為： C=Blog2(1+SNR)(1)在UWB系統(tǒng)中，信號帶寬B高達500MHz7.5GHz。因此，即使信噪比SNR很低，UWB系統(tǒng)也可以在短距離上實現(xiàn)幾百兆至1Gb/s的傳輸速率。例如，如果使用7 GHz帶寬，即使信噪比低至-10 dB，其理論信道容量也可達到1 Gb/s。因此，將UWB技術應用于短距離高速傳輸場合(如高速WPAN)是非常合適的，可以極大地提高空間容量。理論研究表明，基于UWB的WPAN可達的空間容量比目前WLAN標準IEEE 802.11.a高出12個數(shù)量級。 UWB的技術特點 (3)具有良好的共存性和保密性由于UWB

11、系統(tǒng)輻射譜密度極低(小于-41.3dBm/MHz)，對傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)來講，UWB信號譜密度甚至低至背景噪聲電平以下，UWB信號對窄帶系統(tǒng)的干擾可以視作寬帶白噪聲。因此，UWB系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)有著良好的共存性，這對提高日益緊張的無線頻譜資源的利用率是非常有利的。同時，極低的輻射譜密度使UWB信號具有很強的隱蔽性，很難被截獲，這對提高通信保密性非常有利。UWB的技術特點 (4)多徑分辨能力強，定位精度高由于UWB信號采用持續(xù)時間極短的窄脈沖，其時間、空間分辨能力都很強。因此，UWB信號的多徑分辨率極高。極高的多徑分辨能力賦予UWB信號高精度的測距、定位能力。對于通信系統(tǒng)，必須辯證地分析UWB信

12、號的多徑分辨力。無線信道的時間選擇性和頻率選擇性是制約無線通信系統(tǒng)性能的關鍵因素。在窄帶系統(tǒng)中，不可分辨的多徑將導致衰落，而UWB信號可以將它們分開并利用分集接收技術進行合并。因此，UWB接收機必須通過犧牲復雜度(增加分集重數(shù))以捕獲足夠的信號能量。這將對接收機設計提出嚴峻挑戰(zhàn)。在實際的UWB系統(tǒng)設計中，必須折衷考慮信號帶寬和接收機復雜度，得到理想的性價比。UWB的技術特點 (5)體積小、功耗低傳統(tǒng)的UWB技術無需正弦載波調(diào)制發(fā)射，數(shù)據(jù)被調(diào)制在納秒級或亞納秒級基帶窄脈沖上傳輸，接收機利用相關器直接完成信號檢測。收發(fā)信機不需要復雜的載頻調(diào)制/解調(diào)電路和濾波器。因此，可以大大降低系統(tǒng)復雜度，減小收

13、發(fā)信機體積和功耗。FCC對UWB的新定義在一定程度上增加了無載波脈沖成形的實現(xiàn)難度，但隨著半導體技術的發(fā)展和新型脈沖產(chǎn)生技術的不斷涌現(xiàn)，UWB系統(tǒng)仍然繼承了傳統(tǒng)UWB體積小、功耗低的特點。藍牙、超寬帶走向融合目前UWB還只是一個純粹的技術概念，還沒有相關的架構，不像藍牙已經(jīng)有了架構配置和成熟的產(chǎn)品應用。UWB要建立起支撐產(chǎn)品應用的架構，可能需要幾年的時間。反過來，如果藍牙技術要像UWB一樣做到非常高的傳輸速率，但是又不運用UWB現(xiàn)在的技術，也要花幾年的時間做成高速無線電的設計。所以兩者合作的優(yōu)勢是顯而易見的。另一方面，UWB和藍牙其實都是標準，但是背后支撐這些技術標準開發(fā)的是公司，而支持UWB

14、和支持藍牙的這些成員公司其實很多都是同樣的公司。如果他們在市場上開發(fā)出兩種不同的競爭標準，對這些公司并沒有任何的好處，因此融合也就成為必然的選擇。牙聯(lián)盟希望通過與超寬帶的合作，未來使藍牙速率提高到200M到480M之間。 藍牙、超寬帶走向融合力不從心HomeRF HomeRF無線標準是由HomeRF工作組開發(fā)的，旨在家庭范圍內(nèi)，使計算機與其他電子設備之間實現(xiàn)無線通信的開放性工業(yè)標準。 HomeRF是IEEE802.11與DECT（DigitalEnhancedCordlessTelephony）的結合，使用這種技術能降低語音數(shù)據(jù)成本。使用開放的2.4GHz頻段。采用跳頻擴頻（FHSS）技術，跳

15、頻速率為50跳/秒,共有75個帶寬為1MHz的跳頻信道。調(diào)制方式為恒定包絡的FSK調(diào)制，分為2FSK與4FSK兩種（注：采用調(diào)頻調(diào)制可以有效地抑制無線環(huán)境下的干擾和衰落。）。2FSK方式下，最大數(shù)據(jù)的傳輸速率為1Mbps；4FSK方式下，速率可達2Mbps。在新的HomeRF2.x標準中，采用了WBFH（WideBandFrequencyHopping，寬帶跳頻）技術來增加跳頻帶寬，由原來的1MHz跳頻信道增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率也增加到75跳/秒，數(shù)據(jù)峰值達到10Mbps。 一息尚存IrDA 簡單來講，IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，是由紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會制訂的一種

16、無線協(xié)議現(xiàn)行的IrDA傳輸速率為最新VFIR的16Mbps，相比原來FIR的4Mbps快了4倍。接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴展到120度。其硬件及相應軟件技術都已比較成熟 IrDA技術上的主要優(yōu)點無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照。這一點，在當前頻率資源匱乏，頻道使用費增加的背景下是比較重要的。 具有移動通信設備所必需的體積小、功率低的優(yōu)點。 數(shù)據(jù)傳輸速率比較高。由于采用點到點的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較少，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達16Mbps。 IrDA具有一定的市場優(yōu)勢。目前，全世界有5000萬臺設備采用IrDA技術，并且仍然每年以50的速度增長。大多數(shù)的筆記本電腦及一些外設都安裝有IrDA接口。

17、在成本上，紅外線LED及接收器等組件較其他產(chǎn)品來得更便宜。 非接觸無線技術RFIDRFID，射頻識別(Radio Frequency Identification)的英文縮寫，是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術，從20世紀90年代開始興起并逐漸走向成熟。與目前廣泛使用的自動識別技術例如攝像、條碼、磁卡、IC卡等相比，射頻識別技術具有很多突出的優(yōu)點：非接觸操作，長距離識別；無機械磨損，壽命長，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境；可識別高速運動物體并可同時識別多個電子標簽；讀寫器具有不直接對最終用戶開放的物理接口，保證其自

18、身的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除電子標簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理；讀寫器與標簽之間存在相互認證的過程，實現(xiàn)安全通信和存儲。RFID系統(tǒng)的頻段特點 典型的工作頻率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。 按照工作頻率的不同，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同，低頻和高頻頻段RFID電子標簽一般采用電磁耦合原理，而超高頻及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。每一種頻率都有它的特點，被用在不同的領域，因此

19、要正確使用就要先選擇合適的頻率。 RFID不同頻段的應用 低頻段射頻標簽，簡稱為低頻標簽，其工作頻率范圍為30kHz300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標簽一般為無源標簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標簽的典型應用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應答器的汽車鑰匙）等。 中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3MHz30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。中頻標簽一般也采用無源設備為主，其工作能量同低頻標簽一樣，也是通過電感（磁）耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。中頻標簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻標簽由于可方便地做成卡狀，廣泛應用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）、小區(qū)物業(yè)治理、大廈門禁系統(tǒng)等。 超高頻與微波頻段的射頻標簽簡稱為微波射頻標簽，其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz928MHz、2.45G