近距離無線通信技術(shù)zongjie

1、無線通信系統(tǒng)概述一、無線通信概念n無線通信無線通信（Wireless Communication）是利用電磁波信號可以在空間傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。n無線通信包括固定體之間的無線通信和移動通信兩大部分。二、現(xiàn)代無線通信分類三、無線與移動通信的發(fā)展歷程四、寬帶無線接入技術(shù) 國際電子電氣工程師協(xié)會(IEEE)成立了無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會，并于1997年制定出第一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11。 1999年，IEEE成立了802.16工作組開始研究建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。 已經(jīng)制定或正在制定的IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.20、IEEE8

2、02.22等寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)集，覆蓋了無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個域網(wǎng)(WMAN)、無線城域網(wǎng)(WPAN)的領(lǐng)域。射頻通信一、什么是射頻？n射頻射頻(Radio Frequency，RF) 表示可以輻射到空間的電磁波頻率，通常所指的頻率范圍為300KHz30GHz。n射頻的本質(zhì)是射頻電流，是一種高頻交流電的簡稱。二、頻譜的劃分 IEEE劃分的頻譜 微波和射頻 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻率IEEE劃分的頻譜IEEE劃分的頻譜 微波和射頻n微波也是經(jīng)常使用的波段，微波是指頻率300MHz3 000GHz的電磁波，對應(yīng)的波長為1m0.1mm，分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波4個波段。n目前射頻頻率與微

3、波頻率之間沒有定義出明確的頻率分界點，微波的低頻端與射頻頻率相重合。 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻率 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻率三、RFID使用的頻段nRFID系統(tǒng)在讀寫器和電子標(biāo)簽之間通過射頻無線信號自動識別目標(biāo)對象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。n讀寫器和電子標(biāo)簽之間射頻信號的傳輸主要有兩種方式，一種是電感耦合方式，一種是電磁反向散射方式，這兩種方式采用的頻率不同，工作原理也不同。電感耦合方式 在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽，其工作能量是通過電感耦合方式從讀寫器天線的近場中獲得的 電子標(biāo)簽與讀寫器之間傳送數(shù)據(jù)時，電子標(biāo)簽需要位于讀寫器附近，通信和能量傳輸由讀寫器和電子標(biāo)簽諧振電路的電感耦合來實現(xiàn)

4、。在這種方式中，讀寫器和電子標(biāo)簽的天線是線圈，讀寫器的線圈在它周圍產(chǎn)生磁場，當(dāng)電子標(biāo)簽通過時，電子標(biāo)簽線圈上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，整流后可為電子標(biāo)簽上的微型芯片供電，使電子標(biāo)簽開始工作。RFID 電感耦合方式中，讀寫器線圈和電子標(biāo)簽線圈的電感耦合如圖 3.1所示。電感耦合方式圖3.1 讀寫器線圈和電子標(biāo)簽線圈的電感耦合 電感耦合方式n現(xiàn)在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)，一般采用低頻和高頻頻率，典型的頻率為125kHz、135kHz、6.78MHz、13.56MHz和27.125MHz。電感耦合方式n低頻頻段低頻頻段的RFID系統(tǒng)最常用的工作頻率為125kHz。n該頻段RFID系統(tǒng)的工作特性如下：l工作頻

5、率不受無線電頻率管制約束；l閱讀距離一般情況下小于1m；l有較高的電感耦合功率可供電子標(biāo)簽使用；l無線信號可以穿透水、有機組織和木材等；電感耦合方式n低頻頻段低頻頻段的RFID系統(tǒng)非常適合近距離、低速度、數(shù)據(jù)量要求較少的識別應(yīng)用。典型應(yīng)用為動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜等。電感耦合方式n高頻頻段高頻頻段的RFID系統(tǒng)最典型的工作頻率為13.56MHz。n該頻段RFID系統(tǒng)的工作特性如下：l數(shù)據(jù)傳輸快，典型值為106kbit/s；l高時鐘頻率，可實現(xiàn)密碼功能或使用微處理器；電感耦合方式n高頻頻段高頻頻段的電子標(biāo)簽是實際應(yīng)用中使用量最大的電子標(biāo)簽之一。n該頻段的典型應(yīng)用包括電子車票、電

6、子身份證、電子遙控門鎖控制器等；相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)有ISO14443、ISO15693和ISO18000-3等；電子標(biāo)簽一般制成標(biāo)準(zhǔn)卡片形狀。電磁反向散射方式n電磁反向散射的RFID系統(tǒng)，采用雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)的信息。n微波電子標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽兩類。電磁反向散射方式n該方式RFID系統(tǒng)的閱讀距離一般大于1m，典型情況為47m，最大可達(dá)10m以上。n讀寫器天線一般為定向天線，只有在讀寫器天線定向波束范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽可以被讀寫。該方式讀寫器天線和電子標(biāo)簽天線的電磁輻射如圖 3.2所示。圖3.2 讀寫器天線和電子標(biāo)簽之間的電磁輻射電磁反向散射方式n該方

7、式一般適合于微波頻段，典型的工作頻率有433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz，屬于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。微波通信一、微波通信定義n微波通信微波通信是使用波長在0.1毫米1米(300MHz3000GHz)之間的電磁波微波進(jìn)行的通信。二、微波的通信方式n視距通信：視距通信：由于微波的頻率極高，波長又很短，其在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進(jìn)，遇到阻擋就被反射或被阻斷。n微波中繼通信（微波中繼通信（或微波接力通信）：微波接力通信）：由于地球曲面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗，每隔50公里左右，就需要設(shè)置中繼站，將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸。三、微波站的設(shè)備n包括天線、收發(fā)信機、調(diào)制

8、器、多路復(fù)用設(shè)備以及電源設(shè)備、自動控制設(shè)備等。四、微波通信的特性及其應(yīng)用 微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務(wù)的傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。 微波通信具有良好的抗災(zāi)性能，對水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害，微波通信一般都不受影響。 但微波經(jīng)空中傳送，易受干擾，在同一微波電路上不能使用相同頻率于同一方向，因此微波電路必須在無線電管理部門的嚴(yán)格管理之下進(jìn)行建設(shè)。 此外由于微波直線傳播的特性，在電波波束方向上，不能有高樓阻擋，因此城市規(guī)劃部門要考慮城市空間微波通道的規(guī)劃，使之不受高樓的阻隔而影響通信。近距離無線通信技術(shù)概覽一、近距離無線通信技術(shù)的概念n

9、近距離無線通信技術(shù)的范圍很廣，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)，通常是幾十米以內(nèi)，就可以稱為近（短）距離無線通信近（短）距離無線通信。n近距離無線通信技術(shù)的三個重要特征和優(yōu)勢是低成本、低功耗和對等通信。二、近距離無線通信分類n高速近距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率100Mbit/s，通信距離10m，典型技術(shù)有高速超寬帶（UWB）；n低速近距離無線通信的最低數(shù)據(jù)速率1Mbit/s，通信距離100m，典型技術(shù)有Zigbee、Bluetooth等。三、近距離無線通信技術(shù)n目前，比較受關(guān)注的近距離無線通信技術(shù)包括藍(lán)牙、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、

10、紅外（IrDA）、超寬帶（UWB）、近距場無線通信（Near Field Communication，NFC）等。 藍(lán)牙n藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無線連接為基礎(chǔ)，可為固定的或移動的終端設(shè)備提供廉價的接入服務(wù)。n其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHz ISM頻段頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。藍(lán)牙技術(shù)的特點l全球范圍適用l可同時傳輸語音和數(shù)據(jù)l可建立臨時性的對等連接（Ad-hoc Connection)l良好的抗干擾能力l藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成l低功耗l開放的接口標(biāo)準(zhǔn)l成本低藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域n替代線纜（Ca

11、ble Replacement）n因特網(wǎng)橋（Internet Bridge）n臨時組網(wǎng)（Ad Hoc Network）替代線纜n點對點（Point to Point）的替代線纜。 n多個設(shè)備或外設(shè)在一個簡單的“個人局域網(wǎng)”（PAN）內(nèi)建立通信連接。 因特網(wǎng)橋藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件設(shè)施組成：n藍(lán)牙接入點（Bluetooth Access Point, BAP）n本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Local Network Server）n網(wǎng)絡(luò)管理軟件（Network Management Software）因特網(wǎng)橋的應(yīng)用現(xiàn)狀 在分布了多個藍(lán)牙接入點的商店，顧客可以利用帶有WAP、藍(lán)牙和Web瀏覽功能的移動電話付

12、款、結(jié)賬和瀏覽店內(nèi)提供的商品； 在裝有基于藍(lán)牙的飯店客人服務(wù)系統(tǒng)的Holiday Inn中，客人使用Ericsson的R520m具備藍(lán)牙功能的移動電話就可以進(jìn)行入住登記和結(jié)賬服務(wù)，甚至可以用移動電話打開預(yù)定客房的房門。臨時組網(wǎng)l Ad Hoc Network是一個臨時組建的網(wǎng)絡(luò)，其中沒有固定的路由設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點都可以自由移動，并以任意方式動態(tài)連接（隨時都有節(jié)點加入或離開），網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點客串路由器來發(fā)現(xiàn)和維持與網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點間的路由。l Ad Hoc Network應(yīng)用于緊急搜索和救援行動中、會議和大會進(jìn)行中及參加人員希望快速共享信息的場合。 Wibree Wibree，超低功耗藍(lán)牙無

13、線技術(shù)，作為一種新的短距離無線通信技術(shù)，Wibree技術(shù)于2001年最先由諾基亞公司率先提出。 2007年6月12日，藍(lán)牙SIG與Wibree論壇宣布Wibree并入藍(lán)牙。 Wibree由于具有短距離、超低能耗、高數(shù)據(jù)傳輸率的特點，被廣泛認(rèn)為是新一代的藍(lán)牙技術(shù)，或者是藍(lán)牙技術(shù)的補充。 Wi-Fi Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線高保真）的正式名稱是IEEE802.11b，與藍(lán)牙一樣，同屬于短距離無線通信技術(shù)。 Wi-Fi速率最高可達(dá)11Mb/s，電波的覆蓋范圍可達(dá)100m左右。 Wi-Fi技術(shù)未來最具潛力的應(yīng)用將主要在SOHO、家庭無線網(wǎng)絡(luò)以及不便安裝電纜的建筑物或場所。

14、WiGig (60GHz) WiGig（Wireless Gigabit，無線千兆比特）是一種更快的短距離無線技術(shù)，和WirelessHD都使用60GHz的頻段，可用于在家中快速傳輸大型文件。 WiGig的技術(shù)規(guī)范為WiGig 1.0無線標(biāo)準(zhǔn)，其相對于WirelessHD而言的優(yōu)勢在于： lWiGig 1.0與Wi-Fi融合的優(yōu)勢lWiGig 1.0標(biāo)準(zhǔn)瞄準(zhǔn)多平臺應(yīng)用 IrDAnIrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點對點通信的技術(shù)，是第一個實現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)的技術(shù)。n目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備，如PDA、手機上廣泛使用。 IrDA IrDA的主要優(yōu)點是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信

15、成本低廉。并且還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。 IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺（非多臺）設(shè)備之間的連接。 ZigBee ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。 ZigBee技術(shù)特點：l數(shù)據(jù)傳輸速率低l功耗低l成本低l網(wǎng)絡(luò)容量大l有效范圍小l工作頻段靈活 NFCnNFC（Near Field Communication，近距離無線傳輸）是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID(非接

16、觸式射頻識別)的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。n和RFID不同，NFC采用了雙向的識別和連接。工作頻率13.56MHz，工作距離20cm距離以內(nèi)。NFC的三種應(yīng)用類型的三種應(yīng)用類型 設(shè)備連接。除了無線局域網(wǎng)，NFC也可以簡化藍(lán)牙連接。比如，手提電腦用戶如果想在機場上網(wǎng)，他只需要走近一個Wi-Fi熱點即可實現(xiàn)。 實時預(yù)定。比如，海報或展覽信息背后貼有特定芯片，利用含NFC協(xié)議的手機或PDA，便能取得詳細(xì)信息，或是立即聯(lián)機使用信用卡進(jìn)行票卷購買。而且，這些芯片無需獨立的能源。 移動商務(wù)。飛利浦Mifare技術(shù)支持了世界上幾個大型交通系統(tǒng)及在銀行業(yè)為客戶提供Visa卡等各種服務(wù)。索尼的FeliCa非接觸智能卡技術(shù)產(chǎn)品在中國香港及深圳、新加坡、日本的市場占有率非常高，主要應(yīng)用在交通及金融機構(gòu)。 UWBn超寬帶超寬帶（Ultra Wideband, 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。nUWB主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)（WPANs）。 Z-WaveZ-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短