无线通讯技术调研

无线通信技术调研1.定义无线通信(Wirelesscommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。2.主要分类1.长距离无线通讯技术GPRS/CDMA无线通信技术GPRS(通用无线分组业务)是由中国移动开发运营的一种基于GSM通信系统的无线分组交换技术，是介于第二代和第三代之间的技术，通常称为2.5G。它是利用“包交换”概念发展的一种无线传输方式。包交换就将数据封装成许多独立的包，再将这些包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，其优势在于有资料需要传送时才会占用频宽，而且是以资料量计价，有效的提高网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据，从而GPRS网络能够方便的和因特网互相连接，相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式，GPRS的分组交换技术具有实时在线、按量计费、高速传输等优点。CDMA是码分多址的英文缩写(CodeDivisionMultipleAccess)，是由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统，其原理基于扩频技术。其最早是由于军事上对高质量无线通讯技术的需要而开发设计。CDMA在数据传送过程中，将数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使数据信号的带宽被扩展，然后经载波调制将数据发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，进行相反过程的处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号从而进行解扩，以实现数据传输。其特点是抗干扰能力强、抗衰落能力强、信号隐蔽性强、抗截获的能力强、可以多用户同时接收发送。数传电台通信数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的工作频率大多使用220～240MHz或400～470MHz频段，具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。数传电台的有效覆盖半径约有几十公里，可以覆盖一个城市或一定的区域[2]。数传电台通常提供标准的RS-232数据接口，可直接与计算机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、GPS接收机、数码相机等连接。传输速率从9600到19200bps，误码低于10-6(-110dBm时)，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式。无线数传电台是通信行业发展较早的通信方式，也是比较成熟的一项无线通信技术，已经在各行业取得广泛的应用，在航空航天、铁路、电力、石油、气象、地震等各个行业均有应用，在遥控、遥测、摇信、遥感等SCADA领域也取得了长足的进步和发展。扩频微波通信扩频通信，即扩展频谱通信技术（SpreadSpectrumCommunication）是指其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身带宽的一种通信技术。最早始用于军事通信。它传输的基本原理是将所传输的信息用伪随机码序列(扩频码)进行调制，伪随机码的速率远大于传送信息的速率，这时发送信号所占据带宽远大于信息本身所需的带宽实现了频谱扩展，同时发射到空间的无线电功率谱密度也有大幅度的降低。在接收端则采用相同的扩频码进行相关解调并恢复信息数据。其主要特点是：抗噪声能力极强；抗干扰能力极强；抗衰落能力强；抗多径干扰能力强；易于多媒体通信组网；具有良好的安全通信能力；不干扰同类的其他系统等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。无线网桥无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50km)、高速(可达百Mbps)无线组网。扩频微波和无线网桥技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。卫星通信卫星通信（satellitecommunication）是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，从而实现在多个地面站之间进行通信的一种技术，它是地面微波通信的继承和发展。卫星通信系统通常由二部分组成，分别是卫星端、地面端。卫星端在空中，主要用于将地面站发送的信号放大再转发给其它地面站。地面站主要用于对卫星的控制、跟踪以及实现地面通信系统接入卫星通信系统。卫星可分为同步卫星和非同步卫星，同步卫星在空中的运行方向和周期与地球的自转方向及周期相同，从地面的任何位置看，该卫星都是“静止”不动的；非同步卫星的运行周期大于或小于地球的运行周期，其轨道高度、倾角、形状都可根据需要调整。卫星通信的的特点是：覆盖范围广、工作频带宽、通信质量好、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等，其主要用在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域，卫星通信的主要缺点是通信具有一定的延迟，比如打卫星电话时，不能立即听到对方回话，主要原因是卫星通信的传输距离较长，无线电波在空中传输是有一定延迟的。短波通信按照国际无线电咨询委员会的划分，短波是指波长在l00m~l0m，频率为3MHz~30MHz的电磁波。短波通信是指利用短波进行的无线电通信，又称高频(HF)通信。短波通信可分为地波传播和天波传播。地波传播的衰耗随工作频率的升高而递增，在同样的地面条件下，频率越高，衰耗越大。利用地波只适用于近距离通信，其工作频率一般选在5MHz以下。地波传播受天气影响小，比较稳定，信道参数基本不随时间变化，故信道可视为恒参信道。天波传播是无线电波经电离层反射来进行远距离通信的方式，倾斜投射的电磁波经电离层反射后，可以传到几千千米外的地面。天波的传播损耗比地波小得多，经地面与电离层之间多次反射之后，可以达到极远的地方，因此，利用天波可以进行环球通信。天波传播因受电离层变化和多径传播的严重影响极不稳定，其信道参数随时间而急剧变化，因此称为变参信道。短波通信的特点是：建设维护费用低、周期短、设备简单、电路调度容易、抗毁能力强、频段窄，通信容量小、天波信道信号传输稳定性差等。长期以来，广泛用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，用以传送电报、电话、传真、低速数据和图像、语音广播等信息。2.短距离无线通信技术短距离无线通信技术是指通信双方通过无线电波传输数据，并且传输距离在较近的范围内，其应用范围非常广泛。近年来，应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信标准有：Zig-Bee、蓝牙（Bluetooth）、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带（UWB）和近场通信（NFC）。Zig-BeeZig-bee是基于IEEE802.15.4标准而建立的一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zig-bee来源于蜜蜂群的通信方式，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的来与同伴确定食物源的方向、位置和距离等信息，从而构成了蜂群的通信网络。其特点是距离近，其通常传输距离是10-100米；低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个终端工作6～24个月，甚至更长；其成本，Zig-Bee免协议费，芯片价格便宜；低速率，Zig-bee通常工作在20～250kbps的较低速率；短时延，Zig-bee的响应速度较快等。主要适用于家庭和楼宇控制、工业现场自动化控制、农业信息收集与控制、公共场所信息检测与控制、智能型标签等领域，可以嵌入各种设备。蓝牙（Bluetooth）早在1994年，瑞典的爱立信公司便已经着手蓝牙技术的研究开发工作，意在通过一种短程无线连接替代已经广泛使用的有线连接。1998年2月，爱立信、诺基亚、英特尔、东芝和IBM公司共同组建了兴趣小组。他们的共同目标是开发一种全球通用的小范围无线通信技术，即蓝牙技术。蓝牙工作频率为2.4GHz，有效范围大约在10m半径内，在此范围内，采用蓝牙技术的多台设备，如手机、电脑、打印机等能够无线互联，以约1Mb/s的速率相互传递数据，并能方便地接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低，蓝牙已经成为手机和平板电脑的必备功能。作为一种电缆替代技术，蓝牙具有低成本、高速率的特点，它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和其他编写通信终端互联起来，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自动交换和处理，并且蓝牙的使用和维护成本低于其他任何一种无线技术。蓝牙技术的应用主要有以下三类：（1）语音/数据接入，指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成与广域网的连接。（2）外围设备互联，指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。（3）个人局域网（PAN），主要用于个人网络与信息的共享与交换。蓝牙技术出众的特点和有点如下：（1）蓝牙工作在全球开放的2.4GHzISM频段。（2）使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（HopChannel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道。（3）一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接。（4）数据传输速率可大1Mb/s。（5）低功耗、通信安全性好。（6）在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求。（7）组网简单方便。采用“即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜索到另一蓝牙设备，马上就可以建立连接，传输数据。（8）支持语音传输。无线宽带(Wi-Fi)Wi-Fi（WirelessFidelity无线高保真）属于无线局域网的一种，通常是指符合IEEE802.11b标准的网络产品，是利用无线接入手段的新型局域网解决方案。Wi-Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等。虽然在数据安全性方面Wi-Fi技术比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右，不用说家庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。Wi-Fi技术的优势在于：第一，无线电波的覆盖范围广。第二，Wi-Fi技术的传输速度非常快，可以达到11Mb/s，更能符合个人和社会信息化的需求。第三，门槛较低，只要在机场、车站、咖啡店、图书馆、教学楼等人员密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将Internet接入上述场所。Wi-Fi与有线相比有许多有点，具体如下：（1）无须布线。健康安全。发射功率小，且使用方式为非接触式。（3）简单的组建方法。（4）长距离工作。超宽带（UWB）UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，其传输距离通常在10m以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。其主要特点是：传输速率高；发射功率低，功耗小；保密性强；UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落；UWB所需要的射频和微波器件很少，可以减小系统的复杂性。由于UWB系统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统。UWB主要应用在高分辨率、较小范围、能够穿透墙壁、地面等障碍物的雷达和图像系统中。军事部门利用UWB技术已经开发出了高分辨率的雷达。据相关报道，一些具有特殊功能的UWB收发器已经被开发出来，用在了能够看穿地面、墙壁、身体等障碍物的雷达和图像装置，这种装置可以用来检查楼房、桥梁、道路等工程的混凝土和沥青结构中的缺陷，以及定位地下电缆及其它管线的故障位置，也可用于疾病诊断。另外，在救援、治安防范、消防及医疗、医学图像处理等领域都大有用途[7]。超宽带技术（UWB）是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。窄脉冲（小于1ns）产生极大带宽的信号。脉冲采用脉位调制货二进制移相键控调制。UWB被允许在3.1-10.6GHz的波段内工作，主要应用在小范围、高分辨率，能够透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种技术适用于对速率要求非常高（大于100Mb/s）的LAN货PAN。军事部门已对UWB进行了多年研究，开发出了分辨率极高的雷达。美国研制出来的穿墙雷达就是使