无线通信技术.docx

无线通信技术.docx

《无线通信技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线通信技术.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无线通信技术

无线通信技术

一、概述

物联网（TheInternetofthings）的定义是：

通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网的概念是在1999年提出的。

物联网就是“物物相连的互联网”。

这有两层意思：

第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

由于物的分散性和动态性，物与网的连接必然不可避免的大量使用无线通信技术，所以无线通信技术是物联网落的一个核心技术。

无线通信技术根据传输距离大致可分为近距无线通信、短距无线通信以及中长距无线通信。

目前的无线通信技术多样，使用的通信协议不统一，可以说是物联网发展的一个瓶颈，研发一种无线模块即可以兼容目前各种成熟无线通信协议，又可以灵活组网，实现物联功能将是今后的一个主流技术方向。

二、目前的无线通信技术介绍

1、近距离无线通信技术

NFC是NearFieldCommunication缩写，即近距离无线通讯技术。

由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。

NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。

这是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，也是虚拟连接器，服务于现有蜂窝状网络、蓝牙和无线802.11设备。

与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。

首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。

再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。

与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。

最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。

同时，NFC还优于红外和蓝牙传输方式。

作为一种面向消费者的交易机制，NFC比红外更快、更可靠而且简单得多。

与蓝牙相比，NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；蓝牙能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信。

因此，NFC和蓝牙互为补充，共同存在。

事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进了蓝牙的使用。

NFC手机内置NFC芯片，组成RFID模块的一部分，可以当作RFID无源标签使用———用来支付费用；也可以当作RFID读写器———用作数据交换与采集。

NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。

通过NFC手机，人们可以在任何地点、任何时间，通过任何设备，与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起，从而完成付款，获取海报信息等。

NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路，其应用主要可分为以下四个基本类型：

用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。

2、短距离无线通信技术：

一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围（几十米）以内，就可称为短距离无线通信。

关于短距离无线数据通信，目前最为成熟的三个标准是IrDA、蓝牙（Bluetooth）和802.11（Wi-Fi），已经成为历史。

RFID和UWB是比较新的技术。

IrDA　这是利用红外线进行点到点视距传输的技术，它是在1993年由红外线数据标准协会制订的。

目前IrDA的传送速率最高为16Mbps，接收角度120度。

红外传输设备体积小，功耗低，技术成熟，进入市场早，价格便宜，应用广泛。

但IrDA的最大缺点是只能进行视距传输，即通信设备中间不能存在阻挡物，从而把IrDA应用限制在特定领域之内。

IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而只适用于2台（非多台）设备之间的连接。

蓝牙（Bluetooth）技术。

1998年5月，东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出该技术标准。

它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，数据传输带宽可达1Mbps。

Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。

一台Bluetooth设备可同时与七台Bluetooth设备建立连接，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。

此外，Bluetooth还具备功耗低、通信安全性好、支持语音传输、组网简单等特点。

蓝牙技术可以支持数据和语音传输，最高速率为1Mbps，其作用范围视微波发射功率而定：

0dbm的功率的作用距离为10米，20dbm的功率作用距离为100米。

与802.11系列局域网的组网方式不同，蓝牙技术支持一种灵活的组网方式。

即通过无线方式将若干蓝牙设备组织成微微网（pico—net），多个微微网之间又可以互连成为分散网（Scatter－net）。

　　Bluetooth产品涉及PC、笔记本、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。

尤其是个人局域网应用，包括无绳电话、PDA与计算机的互联、笔记本电脑与手机的互联以及无线RS232，RS485接口等。

　　但Bluetooth同时存在植入成本高、通信对象少、通信速率较低和技术不够成熟的问题，它的发展与普及尚需经过市场的磨炼，其自身的技术也有待于不断完善和提高。

802.11Wi-Fi（WirelessFidelity）即无线保真技术是另一种目前流行的技术。

它使用的是2.4GHz附近的频段。

Wi-Fi基于IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。

不仅传输的有效距离很长，而且速率还高达上百兆，与各种802.11DSSS设备兼容。

目前最新的交换机能把Wi-Fi无线网络从接近100米的通信距离扩大到约6.5公里。

另外，使用Wi-Fi的门槛较低。

厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路即可接入因特网。

目前最为常见的是802.11b无线局域网，它使用开放的2.4GHZ微波频段，最高速率为11Mbps；在恶劣环境下，可动态切换到较低的速率上以保证通信。

在办公环境下作用范围约100米，在室外可以达到300米。

另一种802.11a无线局域网工作在5G的频段上，速率可达到54Mbps，但设备昂贵，应用较少。

　　Wi-Fi未来最具潜力的应用将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。

凭借这些优点，Wi-Fi已成为目前最为流行的笔记本电脑技术而大受青睐。

　　目前，IEEE802.11标准的发展呈多元化趋势，但几种标准仍然存在一些亟须解决的问题。

包括厂商间的互操作性和备受关注的安全性问题。

相信不远的将来，一个经济、高效、安全的无线标准会出现在我们的眼前。

HomeRF技术　这是由HomeRF工作组开发的，目标是在家庭范围内，实现计算机与其他设备间的无线通信，HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合，作用距离为100米，传输速率为1～2Mbps，支持流媒体传输，在抗干扰能力上略有不足。

然而HomeRF技术没有公开，目前仅有为数很少的企业支持，因此应用前景并不广泛。

RFID（RadioFrequencyIdentification），即射频识别，俗称电子标签。

它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

RFID由标签（Tag）、解读器（Reader）和天线（Antenna）三个基本要素组成。

其基本工作原理并不复杂，标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签）。

解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车场和高速公路的不停车收费系统等。

从行业上讲，RFID将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。

然而，由于成本、标准等问题的局限，RFID技术和应用环境还很不成熟。

主要表现在：

制造技术较为复杂，智能标签的生产成本相对过高；标准尚未统一，最大的市场尚无法启动；应用环境和解决方案还不够成熟，安全性将接受很大考验。

RFID系统大体分为中低频段和高频段两类，典型的工作频率为135HZ以下、13.56MHZ、433MHZ、860MHZ～960MHZ、2.45GHZ和5.8GHZ等。

不同频率RFID系统的工作距离不同，应用的领域也有差异。

低频段的RFID技术主要应用于动物识别、工厂数据自动采集系统等领域；13.56MHZ的RFID技术已相对成熟，并且大部分以IC卡的形式广泛应用于智能交通、门禁、防伪等多个领域，工作距离小于1ｍ。

较高频段的433MHZRFID技术则被美国国防部用于物流托盘追踪管理；而在RFID技术中，当前研究和推广的重点是高频段的860MHZ～960MHZ的远距离电子标签，有效工作距离达到3~6ｍ，适用于对物流、供应链的环节进行管理；2.45GHZ和5.8GHZRFID技术以有源电子标签的形式应用在集装箱管理、公路收费等领域。

UWB（UltraWideband）即超宽带技术。

UWB起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。

随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并备受关注。

　　UWB可提供高速率的无线通信，保密性很强，发射功率谱密度非常低，被检测到的概率也很低，在军事通信上有很大的应用前景。

此外UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落，因此特别适合高速移动环境下使用。

更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。

　　与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB具有巨大的数据传输速率优势，在无线通信方面的创新性和利益性已引起了全球业界的关注。

可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信方式。

当然，UWB技术也存在自身的弱点。

主要是占用的带宽过大，可能会干扰其他无线通信系统，因此其频率许可问题一直在争论之中。

另外，有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但由于其脉冲持续时间很短，瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。

但是学术界的种种争论并不影响UWB的开发和使用，2002年2月美国通信协会（FCC）批准了UWB用于短距离无线通信的申请。

IEEE802.15.4ａ/ZIGBEE，ZIGBEE是一种低速短距离无线通信技术。

它的出发点是希望发展一种拓展性强、易建的低成本无线网络，强调低耗电、双向传输和感应功能等特色。

ZIGBEEＰＨＹ和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。

IEEE802.15.4ａ是作为802.15.4的一个补充，其物理层的标准可能采用低速UWB技术。

通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。

主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

中距离无线通信技术：

利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网。

　　由于微波的频率极高，波长又很短，共在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。

一般说来，由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸。

这种通信方式，也称为微波中继通信或称微波接力通信长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。

长距离无线通信

GPRS

通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。

GPRS可说是GSM的延续。

GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。

GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

GSM

GSM全名为：

GlobalSystemforMobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。

目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。

GSM系统包括GSM900：

900MHz、GSM1800：

1800MHz及GSM1900：

1900MHz等几个频段。

3G

第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。

3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。

目前3G存在四种标准：

CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。

WiMax（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）,即全球微波互联接入。

WiMAX的另一个名字是802.16。

WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。

WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。

WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。

WiMAX移动应用模式如图9所示，其采用符合IEEE802.16e标准的设备，根据标准其工作频段应在6GHz以下。

WiMAX移动应用模式是面向个人用户的，提供支持切换和QoS机制的无线数据接入业务。

其网络架构同WLAN、3G无线接入网络相似，可以通过蜂窝组网方式覆盖较大区域。

在这种应用模式下，可以将WiMAX看作一种无线城域网、多点基站互联和回运的支持手段；同时，由于WiMAX的非视距特性，能够在城市中提供很好的应用，配合运营商实现快速建网的目的，如针对我国城域网建设的实际情况，可建立采用WiMAX接入技术的宽带SDH城域网。

   图9WiMAX作为移动网络基站传输

三、今后研发方向展望

SIMpass技术融合了DI卡技术和SIM卡技术，或者称为双界面SIM卡。

SIMpass是一种多功能的SIM卡，支持接触与非接触两个工作接口，接触界面实现SIM功能，非接触界面实现支付功能，兼容多个智能卡应用规范。

　　利用SIMpass技术，可在无线通信网络及相应的手机支付业务服务平台的支持下，开展各种基于手机的现场移动支付服务。

使用SIMPASS的用户只需在相应的消费终端前挥一下，即可安全、轻松完成支付过程。

SIMPASS卡除支持GSM或CDMA规范外，与低成本非接触CPU卡兼容，这也为SIMPASS卡片的广泛应用提供了基础应用环境。

RFSIM卡是可实现中近距离无线通信的手机智能卡,专利技术是一个可代替钱包、钥匙和身份证的全方位服务平台。

它的最大特点是不需换手机，现有手机换一张智能卡后就成了类NFC手机，但使用的频率是2.4G,不是13.56M，通信距离可在10-500CM自动调整，单向支持100M（数据广播）

RF-SIM卡

SIM卡部分用于正常的手机移动通讯、鉴权，仅用作与手机的物理连接；

　　内置软件用于管理高安全度的RF-ID、内置e-credit电子信用卡、EMV电子钱包以及其他基于mifare逻辑的VIP会员卡；

　　使用微型RF模块并通过内置的天线与外部设备通讯。

　　通讯特征：

　　使用2.4G频段,自动选频

　　通信速率1M，高可靠性连接与通信

　　支持自动感应和主动出发连接两种通信方法

　　双向通信距离10CM-500CM，可以根据应用调整

　　单向数据广播（半径100M）

　　刷卡感应功能可自行启闭（节电）

　　数据空中传输自动TDES加密，防窃听数据，刷卡时双向认证

　　RF-SIM卡主要功能包括：

　　•标准SIM功能（GSM11.11，11.14），

　电子钱包功能（模拟Mifare数据逻辑结构并符合PBOC2.0以及EMV电子信用卡的规范要求,支持空中开卡和充值），远程支付功能（Rsa），超级VIP卡功能（CRM、积分、打折、交易），电子票据功能，可以应用RF-SIM卡，电子证件功能，名片交换功能，现场组网隐身聊天功能（QQ），彩票功能，门禁功能，

情景OA。

在应用上，建议站在集团公司的高度考虑搭建一系列的信息平台，类似于应急信息平台。

个人考虑将来可能会有以下平台得到应用：

石油管道、油田电力信息监测平台：

通过监测各地的电力节电、开关的温度，来发现电力线路的内在威胁。

在总部设置信息平台，由专家组定时定量分析潜在威胁。

各地减少巡线、维护人员。

石油管道阴保信息监测平台：

各条管道安装阴保自动监测系统，在总部设置信息平台，由专家组定时定量分析潜在威胁。

各地减少维护人员。

石油加油站信息平台：

各加油站联网，对危险源进行监测、对各地油料的供应信息、销售价格实时统计，可办联网付费卡。

在总部建立信息平台，平台信息可通过网络查询。