幾種無線技術的比較

1、無線傳輸技術比較無線傳輸技術按技術領域大致分為：無線能量（電能）傳輸技術與無線通 信（數(shù)據(jù)）傳輸技術。1. 無線能量（電能）傳輸技術無線能量（電能）傳輸方式及技術原理：無線電力傳輸是一種傳輸電力的 新技術，它將電力通過電磁耦合、射頻微波、激光等載體進行傳輸。這種技術 解除了對于導線的依賴，從而得到更加方便和廣闊的應用。無線電力傳輸?shù)幕驹恚海?）電磁感應一一短程傳輸。電磁感應現(xiàn)象是電磁學中最重大的發(fā)現(xiàn)之一， 它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉化。電磁感應是電磁學中的基本原理， 變壓器就是利用電磁感應的基本原理進行工作的。利用電磁感應進行短程電力 傳輸?shù)幕驹頌椋喊l(fā)射線圈L1和接收線圈L2

2、之間利用磁耦合來傳遞能量。 若線圈L1中通已交變電流，該電流將在周圍介質(zhì)中形成一個交變磁場，線圈 L2中產(chǎn)生的感應電勢可供電給移動設備或者給電池充電。電磁耦合共振一一中程傳輸。中程無線電力傳輸方式是以電磁波射頻或者非輻射性諧振磁耦合 等形式將電能進行傳輸。它基于電磁共振耦 合原理，利用非輻射磁場實現(xiàn)電力高效傳輸。在電子學的理論中，當交變電流 通過導體，導體的周圍會形成交變的電磁場，稱為電磁波。在電磁波的頻率低 于lOOOkhz時，電磁波就會被地表吸收，不能形成有效的傳輸，當電磁波頻率 高于lOOOkhz時，電磁波便可以在空氣中傳播，并且經(jīng)大氣層外緣的電離層反 射，形成較遠距離傳輸能力，人們把具

3、有較遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為 射頻（即：RF）0將電信息源（模擬或者數(shù)字）用高頻電流進行調(diào)制（調(diào)幅或 者調(diào)頻），形成射頻信號后，經(jīng)過天線發(fā)射到空中；較遠的距離將射頻信號接 收后需要進行反調(diào)制，再還原成電信息源，這一過程稱為無線傳輸。中程傳輸 是利用電磁波損失小的天線技術，并借助二極管、非接觸IC卡、無線電子標簽等等，實現(xiàn)效率較高的無線電力傳輸。（3）微波/激光一一遠程傳輸。理論上講，無線電波的波長越短，其定向 性越好彌散就越小。所以可以利用微波或激光形式來實現(xiàn)電能的遠程傳輸，這 對于新能源的開發(fā)利用解決未來能源短缺問題也有著重要意義。1968年美國工程師彼得格拉提出了空間太陽能發(fā)電（SP

4、P的概念，其構想是在地球外層空間 建立太陽能發(fā)電基地通過微波將電能送回地球。2. 無線信息（數(shù)據(jù)）傳輸技術無線通信（數(shù)據(jù)）傳輸方式及技術原理：無線通信是利用電磁波信號在自 由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。無線通信技術自身有很多 優(yōu)點，成本較低，無線通信技術不必建立物理線路，更不用大量的人力去鋪設 電纜，而且無線通信技術不受工業(yè)環(huán)境的限制，對抗環(huán)境的變化能力較強，故 障診斷也較為容易，相對于傳統(tǒng)的有線通信的設置與維修，無線網(wǎng)絡的維修可 以通過遠程診斷完成，更加便捷；擴展性強，當網(wǎng)絡需要擴展時，無線通信不 需要擴展布線；靈活性強，無線網(wǎng)絡不受環(huán)境地形等限制，而且在使用環(huán)境發(fā) 生變化時

5、，無線網(wǎng)絡只需要做很少的調(diào)整，就能適應新環(huán)境的要求。2.1遠距離無線傳輸技術常用的遠距離無線傳輸技術：目前偏遠地區(qū)廣泛應用的無線通訊技術主要 有GPRS/CDMA數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術等。 它主要使用在較為偏遠或不宜鋪設線路的地區(qū)，如：煤礦、海上、有污染或環(huán) 境較為惡劣地區(qū)等。（1）GPRS/CDM無線通信技術：GPRS通用無線分組業(yè)務）是由中國移動開 發(fā)運營的一種基于GSMS信系統(tǒng)的無線分組交換技術，是介于第二代和第三代 之間 的技術，通常稱為2.5G它是利用“包交換”概念發(fā)展的一種無線傳輸方 式。包交換就將數(shù)據(jù)封裝成許多獨立的包，再將這些包一個一個傳送出去，形

6、 式上有點類似寄包裹，其優(yōu)勢在于有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且是以 資料量計價，有效的提高網(wǎng)絡的利用率。 GPR刪絡同時支持電路型數(shù)據(jù)和分組 交換數(shù)據(jù)，從而GPR刪絡能夠方便的和因特網(wǎng)互相連接，相比原來的 GSM網(wǎng)絡 的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GRRS的分組交換技術具有實時在線按量計費高速 傳輸?shù)葍?yōu)點。CDMA是碼分多址的英文縮寫）由中國電信運行的一種基于碼分技 術和多址技術的新的無線通信系統(tǒng)，其原理基于擴頻技術。其最早是由于軍事 上對高質(zhì)量無線通訊技術的需要而開發(fā)設計在數(shù)據(jù)傳送過程中，將數(shù)據(jù)用一個 帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，然 后經(jīng)載波調(diào)制將數(shù)據(jù)發(fā)送

7、出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，進行相反過 程的處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號從而進行解擴，以實現(xiàn)數(shù)據(jù) 傳輸。其特點是抗干擾能力強、抗衰落能力強、信號隱蔽性強、抗截獲的能力 強、可以多用戶同時接收發(fā)送。（2）數(shù)傳電臺通信：數(shù)傳電臺是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。它是采用 數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線 數(shù)據(jù)傳輸電臺。數(shù)傳電臺的工作頻率大多使用 220-240MHZ或400-470MHZ頻 段，具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實時性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有 運行使用費、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。數(shù)傳電臺的有效覆蓋半徑約 有幾十公里，可以

8、覆蓋一個城市或一定的區(qū)域。數(shù)傳電臺通常提供標準的RS232 數(shù)據(jù)接口，可直接與計算機、數(shù)據(jù)采集器、RTU PLC數(shù)據(jù)終端、GPS接收 機、數(shù)碼相機等連接。傳輸速率從 9600到19200bps,誤碼低于10-6 （-110dBm 時），可工作于單工、半雙工、時分雙工 TDD全雙工方式。無線數(shù)傳電臺是 通信行業(yè)發(fā)展較早的通信方式，也是比較成熟的一項無線通信技術，已經(jīng)在各 行業(yè)取得廣泛的應用，在航空航天、鐵路、電力、石油、氣象、地震等各個行 業(yè)均有應用，在遙控、遙測、搖信、遙感等 SCAD領域也取得了長足的進步和 發(fā)展。（3）擴頻微波通信：擴頻通信，即擴展頻譜通信技術是指其傳輸信息所用信號的帶寬遠

9、大于信息本身帶寬的一種通信技術。最早始用于軍事通信。它傳 輸?shù)幕驹硎菍⑺鶄鬏數(shù)男畔⒂脗坞S機碼序列（擴頻碼）進行調(diào)制，偽隨機 碼的速率遠大于傳送信息的速率，這時發(fā)送信號所占據(jù)帶寬遠大于信息本身所 需的帶寬實現(xiàn)了頻譜擴展，同時發(fā)射到空間的無線電功率譜密度也有大幅度的 降低。在接收端則采用相同的擴頻碼進行相關解調(diào)并恢復信息數(shù)據(jù)！其主要特點是：抗噪聲能力極強；抗干擾能力極強；抗衰落能力強；抗多徑干擾能力強；易于多媒體通信組網(wǎng)；具有良好的安全通信能力；不干擾同類的其他系統(tǒng)等， 同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應用。（4）無線網(wǎng)橋：無線網(wǎng)橋是無線射頻技術和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術相結合的

10、 產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián) 而設計。它是一種在鏈路層實現(xiàn) LAN互聯(lián)的存儲轉發(fā)設備，可用于固定數(shù)字設 備與其他固定數(shù)字設備之間的遠距離（可達 50Kn）、高速（可達百兆bps）無 線組網(wǎng)。擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務。（5）衛(wèi)星通信：衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)無線電 信號，從而實現(xiàn)在多個地面站之間進行通信的一種技術，它是地面微波通信的 繼承和發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由二部分組成，分別是衛(wèi)星端、地面端。衛(wèi)星 端在空中，主要用于將地面站發(fā)送的信號放大再轉發(fā)給其它地面站。地面站主 要用

11、于對衛(wèi)星的控制、跟蹤以及實現(xiàn)地面通信系統(tǒng)接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星可 分為同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星，同步衛(wèi)星在空中的運行方向和周期與地球的自轉 方向及周期相同，從地面的任何位置看，該衛(wèi)星都是靜止不動的；非同步衛(wèi)星 的運行周期大于或小于地球的運行周期，其軌道高度傾角形狀都可根據(jù)需要 調(diào)整。衛(wèi)星通信的的特點是：覆蓋范圍廣，工作頻帶寬，通信質(zhì)量好，不受地 理條件限制，成本與通信距離無關等。其主要用在國際通信，國內(nèi)通信，軍事 通信，移動通信和廣播電視等領域，衛(wèi)星通信的主要缺點是通信具有一定的延遲，比如打衛(wèi)星電話時，不能立即聽到對方回話，主要原因是衛(wèi)星通信的傳輸 距離較長，無線電波在空中傳輸是有一定延遲的。（6

12、）短波通信：按照國際無線電咨詢委員會的劃分，短波是指波長10010m頻率為3MHZ-30MH的電磁波。短波通信是指利用短波進行的無線電通信，又稱高頻（HF）通信。短波通信可分為地波傳播和天波傳播。地波 傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增，在同樣的地面條件下，頻率越高，衰耗 越大。利用地波只適用于近距離通信，其工作頻率一般選在5MH血下。地波傳播受天氣影響小，比較穩(wěn)定，信道參數(shù)基本不隨時間變化，故信道可視為恒參 信道。天波傳播是無線電波經(jīng)電離層反射來進行遠距離通信的方式，傾斜投射 的電磁波經(jīng)電離層反射后，可以傳到幾千千米外的地面。天波的傳播損耗比地 波小得多，經(jīng)地面與電離層之間多次反射之后，可以達

13、到極遠的地方，因此， 利用天波可以進行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響 極不穩(wěn)定，其信道參數(shù)隨時間而急劇變化，因此稱為變參信道。短波通信的特 點是：建設維護費用低，周期短，設備簡單，電路調(diào)度容易，抗毀能力強，頻 段窄，通信容量小，天波信道信號傳輸穩(wěn)定性差等。長期以來，廣泛用于政府、 軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門，用以傳送電報、電話、傳真、低速數(shù)據(jù)和圖 像、語音廣播等信息。2.2近距離無線通信技術常見短距離無線通信技術：短距離無線通信技術是指通信雙方通過無線電 波傳輸數(shù)據(jù)，并且傳輸距離在較近的范圍內(nèi)，其應用范圍非常廣泛。近年來， 應用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信

14、標準有：Zig-Bee、藍牙（Bluetooth ）、無線寬帶（Wi-Fi ）、超寬帶（UWB和近場通信（NF。（1）Zig-Bee : Zig-Bee是基于IEEE802.15.4標準而建立的一種短距離、 低功耗的無線通信技術。Zig-Bee來源于蜜蜂群的通信方式，由于蜜蜂（Bee） 是靠飛翔和嗡嗡（Zig ）地抖動翅膀的來與同伴確定食物源的方向、位置和 距離等信息，從而構成了蜂群的通信網(wǎng)絡。其特點是距離近，其通常傳輸距離是10-100m低功耗，在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個終端工 作6-24個月，甚至更長；其成本，Zig-Bee免協(xié)議費，芯片價格便宜；低速率， 通Zig-Be

15、e常工作在20-250kbps的較低速率；短時延，Zig-Bee的響應速度較 快等。主要適用于家庭和樓宇控制、工業(yè)現(xiàn)場自動化控制、農(nóng)業(yè)信息收集與控 制、公共場所信息檢測與控制、智能型標簽等領域，可以嵌入各種設備。（2）藍牙（Bluetooth）:藍牙（Bluetooth ）是在1998年5月由東芝、 愛立信、IBM、Intel和諾基亞等公司共同提出的一種近距離無線數(shù)據(jù)通訊技術 標準。它能夠在10米的半徑范圍內(nèi)實現(xiàn)點對點或一點對多點的無線數(shù)據(jù)和聲音 傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達1Mbps通訊介質(zhì)為頻率在2.402GHz到2.480GHz之 間的電磁波。藍牙技術可以廣泛應用于局域網(wǎng)絡中各類數(shù)據(jù)及語音設

16、備，如PG撥號網(wǎng)絡、筆記本電腦、打印機、傳真機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì) 耳機等，藍牙的無線通訊方式將上述設備連成一個微微網(wǎng)，多個微微網(wǎng)之間也 可以實現(xiàn)互連接，從而實現(xiàn)各類設備之間隨時隨地進行通信。藍牙技術被廣泛 應用于無線辦公環(huán)境、汽車工業(yè)、信息家電、醫(yī)療設備以及學校教育和工廠自 動控制等領域，藍牙目前存在的主要問題是芯片大小和價格較高；抗干擾能力 較弱。（3）無線寬帶（Wi-Fi）: （Wi-Fi ）誕生于1999年，它是一種基于802.11協(xié)議的無線局域網(wǎng)接入技術。（Wi-Fi ）技術突出的優(yōu)勢在于它有較廣 的局域網(wǎng)覆蓋范圍，其覆蓋半徑可達100米左右，相比于藍牙技術，（Wi-Fi）

17、覆蓋范圍較廣；傳輸速度非?？?，其傳輸速度可以達到11mbps（ 802.11b ）或者54mbps（802.11.a ），適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務；無須布線，可以不受布線 條件的限制，非常適合移動辦公用戶的需要。在一些人員密集的地方，比如火 車站、汽車站、商場、機場、圖書館、校園等地方設置熱點，可以通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。用戶只需要將支持無線網(wǎng)絡的終端設備該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)；健康安全，具有 WiFi功能的產(chǎn)品發(fā)射功率不超過 100毫瓦，實際發(fā)射功率約60-70毫瓦，與手機、手持式對講機等通訊設備相 比，WiFi產(chǎn)品的輻射更小。（4）超寬帶（UWB： UW是一種無載波通信技術，

18、利用納秒至微微秒級 的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，其傳輸距離通常在 10M以內(nèi)，使用1GHz以上帶寬, 通信速度可以達到幾百兆bit/s以上，UWB勺工作頻段范圍從3.1GHz到 10.6GHz最小工作頻寬為500MHz其主要特點是：傳輸速率高；發(fā)射功率低，功耗小；保密性強；UW通信采用調(diào)時序列，能夠抗多徑衰落；UW所需要的射 頻和微波器件很少，可以減小系統(tǒng)的復雜性。由于系UW統(tǒng)占用的帶寬很高，UW系統(tǒng)可能會干擾現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)。UW主要應用在高分辨率較小范 圍能夠穿透墻壁地面等障礙物的雷達和圖像系統(tǒng)中。軍事部門利用UW技術已經(jīng)開發(fā)出了高分辨率的雷達。據(jù)相關報道，一些具有特殊功能的UWE收發(fā)器

19、已經(jīng)被開發(fā)出來，用在了能夠看穿地面、墻壁、身體等障礙物的雷達和圖像裝 置，這種裝置可以用來檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結構中的 缺陷，以及定位地下電纜及其它管線的故障位置，也可用于疾病診斷。另外， 在救援、治安防范、消防及醫(yī)療、醫(yī)學圖像處理等領域都大有用途。（5）NFC:NF（是一種新的近距離無線通信技術，由飛利浦、索尼和諾基亞等公司共同開發(fā)，其工作頻率為13.56MHz由13.56MHz的射頻識別（RFID）技 術發(fā)展而來，它與目前廣為流行的非接觸智能卡 ISO14443所采用的頻率相同， 這就為所有的消費類電子產(chǎn)品提供了一種方便的通訊方式。NFC采用幅移鍵控（ASK調(diào)制方式，其

20、數(shù)據(jù)傳輸速率一般為 106kbit/s和424kbit/s 三種。NFC 的主要優(yōu)勢是：距離近、帶寬高、能耗低，與非接觸智能卡技術兼容，其在門 禁、公交、手機支付等領域有著廣闊的應用價值。NFC勺應用情境基本可以分為以下五類：A接觸-通過，主要應用在會議入場、交通關卡、門禁控制和賽事 門票等方面；B接觸-確認/支付，主要應用在手機錢包、移動和公交付費等方 面；C接觸-連接，這種應用可以實現(xiàn)2個具有NFC功能的設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的點對 點傳輸；D接觸-瀏覽，用戶可以通過NFC手機了解和使用系統(tǒng)所能提供的功能和服務；E下載-接觸，通過具有NFC功能的終端設備，使用GPRS/CDM網(wǎng)絡接 收或下載相關信息

21、，用于門禁或支付等功能。3. 各種主流無線通訊技術方案的比較1. RFIDRFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測 和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器和很多應答器組成。應答器：由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標簽作為應答器， 每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。閱讀器：由天線，耦合元件，芯片組成，讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標簽信息的 設備，可設計為手持式rfid讀寫器或固定式讀寫器。應用軟件系統(tǒng)：是應用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并為人們所使用。2. GPRS如下圖為典型GPRSS統(tǒng)結構圖，通過監(jiān)控中心與In ternet相連，可以支持一

22、些比較復雜的應用，另外支持的通信方式比較多，使用戶可以隨時隨地以 多種通信方式來監(jiān)控實際應用點。該方案還可以讓監(jiān)控中心同時和多個GPRSS塊通信，從而監(jiān)控多個工作現(xiàn)場。（；仃4 H. I3. Bluetooth藍牙系統(tǒng)由無線單元、鏈路控制器、鏈路管理器和提供到主機端接口功能的支持單元組成，如下圖所示1.oik*忡制atr 卅111114 4 i藍牙無線單元是一個微波跳頻擴頻通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)和話音信息分組在指定時 隙，指定跳頻頻率發(fā)送和接收。跳頻序列由主設備設備地址決定，采用尋呼和查詢方式建立信道連接。鏈路控制（基帶控制）器包括基帶數(shù)字信號處理的硬件部 分并完成基帶協(xié)議和其它底層鏈路規(guī)程。鏈路管理

23、器 （LM）軟件實現(xiàn)鏈路的建立、 驗證、鏈路配置及其協(xié)議。鏈路管理器可以發(fā)現(xiàn)其它的鏈路管理器 ，并通過連接 管理協(xié)議LMP建立通信聯(lián)系。鏈路管理器通過鏈路控制器提供的服務實現(xiàn)上述 功能。4. Wi-FiWi-Fi方案的設計相對其他方案比較簡單，僅需要通過 MCI控制WIFI模塊, 通過CAN總線與主板通信，然后通過 WIFI模塊傳輸訊息到In ternet。通過連 接服務器，然后服務器對數(shù)據(jù)進行處理。5.IrDA紅外通訊主要有3部分組成：（1）發(fā)射器部分：目前已有紅外無線數(shù)字通信 系統(tǒng)的信息源包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等。（2）信道部分：它們的作用是：整形、 濾波、視場變換、頻段劃分等。（3）終端部

24、分：紅外無線數(shù)字通信系統(tǒng)終端部分 包括光接收部分、采樣、濾波、判決、量化、均衡和解碼等部分。BIIT80MIrDA紅外通訊IrDA 纟丄外通訊CU-8O21(選配)CI-800I 8002 (逸配)rarBHTSASJC Compiler Inlcrfaca (option)lrTransfer Ulilit/ C glion)Ir-TransferUGIity E (option)Transfer Utihly /option)6. UWBUW(UltraWideband )是一種無載波通信技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UW宙亡在10

25、米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。7. Zig-Bee上位xa|1-ZigBtc橫塊iSPFftftn芯片 RFID射頻Aft(MCU)讀歸復塊r1L廠1USB轉串1 1一廠t匡1廉統(tǒng)箱構|薩ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無 線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進 行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?用。8. NFC口:與RFID樣，NFC信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式 傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術，其傳輸范圍比 RFID小。