數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 課件 第9章無線通信技術(shù)

第9章無線通信技術(shù)本章提要無線通信概述短距離無線通信技術(shù)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)9.1無線通信概述9.1.1無線通信的發(fā)展歷程無線通信（WirelessCommunication）就是不使用導(dǎo)線、電纜、光纖等有線介質(zhì)，而是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。9.1無線通信概述9.1.2無線通信的應(yīng)用1.聲音廣播2.電視廣播3.蜂窩移動(dòng)通信4.無線數(shù)據(jù)傳輸5.衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、緊急救援服務(wù)、雷達(dá)探測9.1無線通信概述9.1.3無線通信的發(fā)展趨勢1.第5代移動(dòng)通信（5G）逐步商用2.移動(dòng)、寬帶業(yè)務(wù)逐步融合3.關(guān)鍵技術(shù)逐步突破9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述短距離無線通信技術(shù)的范圍較為廣泛，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)其無嚴(yán)格定義，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)（通常為幾十米以內(nèi)），就可以稱為短距離無線通信。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述從通信范圍看，短距離無線通信技術(shù)一般分為無線個(gè)域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetworks，WPAN）和無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）兩類。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述無線個(gè)域網(wǎng):藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、HomeRF技術(shù)和IrDA紅外技術(shù)無線局域網(wǎng):Wi-Fi9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述從通信速率看，短距離無線通信技術(shù)可分為高速短距離無線通信技術(shù)和低速短距離無線通信技術(shù)兩類。高速超寬帶（UWB）技術(shù)紫蜂（ZigBee）技術(shù)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)1．Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi是一種能夠?qū)€(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式電子設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)、筆記本電腦）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)1．Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用手持設(shè)備（大部分）PC小型辦公網(wǎng)絡(luò)智能家居物聯(lián)網(wǎng)美國密歇根州運(yùn)輸研究所(UMTRI)聯(lián)合汽車廠家和各種機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備推出一個(gè)基于專用短程通訊(DSRC)的云平臺(tái)，利用Wi-Fi技術(shù)連接車載電腦和遠(yuǎn)程交通安全管理平臺(tái)，在汽車有可能發(fā)生事故前發(fā)出警告信息，提醒司機(jī)注意安全駕駛，從而減少交通事故的發(fā)生。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種短距離無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)娜蛐蚤_放式技術(shù)規(guī)范，主要為智能穿戴設(shè)備、平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備提供低成本、低功耗、靈活安全、方便快捷的無線通信服務(wù)。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)工作在全球開放的2.4?GHzISM頻段使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)一臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與其他7臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備建立連接數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mb/s以上把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道(HopChannel)，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道“跳”到另一個(gè)信道9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)語音/數(shù)據(jù)接入將一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過安全的無線鏈路連接到通信設(shè)備上

完成與廣域網(wǎng)的連接外圍設(shè)備互聯(lián)

將各種設(shè)備通過藍(lán)牙鏈路連接到主機(jī)上個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）主要用于個(gè)人網(wǎng)絡(luò)與信息的共享與交換藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)3．ZigBee技術(shù)ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)

是一個(gè)有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要適用于自動(dòng)控制領(lǐng)域

可以嵌入各種設(shè)備中同時(shí)支持地理定位功能用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對(duì)等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率(<250?kb/s)“嗡嗡”(zig)+蜜蜂(bee)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)3．ZigBee技術(shù)頻帶使用范圍數(shù)據(jù)傳輸率信道數(shù)2.4?GHz(ISM)全世界250?kb/s16868?MHz歐洲20?kb/s1915?MHz(ISM)美國40?kb/s10Zigbee頻帶和頻帶傳輸率情況該頻段為全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)(ISM)頻段是免付費(fèi)、免申請(qǐng)的無線電頻段9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)4．RFID技術(shù)射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通常又稱為感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等，RFID技術(shù)被認(rèn)為是信息領(lǐng)域最優(yōu)秀和應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)4．RFID技術(shù)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)5．NFC技術(shù)近場通信（NearFieldCommunication，NFC）是由諾基亞、飛利浦和索尼公司共同推出的一種類似于RFID（非接觸式射頻識(shí)別）的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。RFID互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)NFC9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)6．UWB技術(shù)超寬帶（UltraWideBand，UWB）技術(shù)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，對(duì)信道衰落不敏感，截獲能力低，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.1低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)概述低功耗廣域網(wǎng)英文全稱為LowPowerWideAreaNetwork，簡寫為LPWAN，是一種使用較低功耗實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)基于無線頻譜的授權(quán)與否，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)可以分為授權(quán)頻譜技術(shù)和非授權(quán)頻譜技術(shù)兩大陣營，其中授權(quán)頻譜技術(shù)主要包括LoRa技術(shù)，Sigfox技術(shù)，Ingenu公司的RPMA技術(shù)，國內(nèi)縱行科技自主研發(fā)的ZETA技術(shù)等；非授權(quán)頻譜技術(shù)主要包括以傳統(tǒng)運(yùn)營商和通信設(shè)備商主推的NB-IoT技術(shù)、eMTC技術(shù)、EC-GSM技術(shù)等9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)1．LoRa技術(shù)LoRa主要的運(yùn)行頻段為433MHz、868MHz、915MHz。包括四個(gè)部分：終端（EndNodes）、基站（Concentrator）/網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（NetworkServer）、應(yīng)用服務(wù)器（ApplicationServer）。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)2.Sigfox技術(shù)Sigfox在2010年成立初期即推出了工作在Sub-1GHz非授權(quán)頻段的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，旨在構(gòu)建低成本、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)3.ZETA技術(shù)ZETA技術(shù)由國內(nèi)廈門縱行科技公司自主研發(fā)。ZETA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是由接入點(diǎn)（AP基站，PoE或太陽能供電），Mesh中繼（可選，電池供電）和傳感終端（電池供電）組成9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)4．NB-IoT技術(shù)NB-IoT（NarrowBandInternetofThings）是3GPP針對(duì)低功耗物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行深度優(yōu)化的窄帶移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)5.eMTC技術(shù)eMTC（EnhanceMachineTypeCommunication）是基于LTE協(xié)議演進(jìn)而來，為了更加適合物與物之間的通信，也為了更低的成本，對(duì)LTE協(xié)議進(jìn)行了裁剪和優(yōu)化。eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，其用戶設(shè)備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可以直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，支持移動(dòng)性和基站定位，可實(shí)現(xiàn)漫游和無縫切換，并且支持VoLTE語音。9.4蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)9.4.1蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展歷程9.4蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)9.4.25G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)1.5