1物聯(lián)網(wǎng)與近距離無線通信技術(shù)概述[高教書苑]

1、物聯(lián)網(wǎng)與近距離無物聯(lián)網(wǎng)與近距離無 線通信技術(shù)線通信技術(shù) 授課人：金甌 教授 董健 副教授 1高級教育 課程安排課程安排 l28學(xué)時(shí)+4學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn) l教學(xué)目標(biāo) 本課程主要介紹各種短距離無 線通信技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)、協(xié)議以及在 物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用等。本課程理論與實(shí)驗(yàn)并重， 依托“物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室平臺”，籍演示、 操作、測試、硬件制作、軟件調(diào)試等環(huán)節(jié)， 讓學(xué)生對各種短距離無線通信技術(shù)有實(shí)際的 感受和直接的經(jīng)驗(yàn)。解決理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng) 用脫節(jié)的矛盾，對于學(xué)生掌握前沿通信技術(shù)、 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、理解理論知識、提高實(shí)踐能 力以及增強(qiáng)就業(yè)競爭力，均起到積極作用。 2高級教育 課程安排課程安排 l考核方式 平時(shí)成

2、績占30%：包括平時(shí)上課考核、作 業(yè)和實(shí)驗(yàn)； 期終考試占70%：閉卷（或半開卷）考試， 以筆試為主。 3高級教育 課程安排課程安排 l參考教程 董健等著. 物聯(lián)網(wǎng)與短距離無線通信 技術(shù).電子工業(yè)出版社.2012.9.1 孫弋 等著.短距離無線通信及組網(wǎng)技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社,2008.3. 4高級教育 第第1章章 物聯(lián)網(wǎng)與近距離無線通信技術(shù)概述物聯(lián)網(wǎng)與近距離無線通信技術(shù)概述 內(nèi)容概要： 1、物聯(lián)網(wǎng)概述 2、無線與移動通信概述 3、射頻與微波通信 4、近距離無線通信技術(shù)概覽 5高級教育 l物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）的概念最早由MIT Auto-ID中心Ashton教授

3、于1999年在研究射頻識 別（RFID）時(shí)首先提出。 l2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的 報(bào)告，指出： 無所不在的無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，通信時(shí)代即將來臨， 世界上所有的物體從輪胎到牙刷，從房屋到世界上所有的物體從輪胎到牙刷，從房屋到 紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進(jìn)行信息交換。紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進(jìn)行信息交換。 射頻識別技術(shù)，傳感器技術(shù)，納米技術(shù)，智射頻識別技術(shù)，傳感器技術(shù)，納米技術(shù)，智 能 嵌 入 式 技 術(shù) 將 達(dá) 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 。能 嵌 入 式 技 術(shù) 將 達(dá) 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義 6高級教育 l早期認(rèn)識

4、 典型的物聯(lián)網(wǎng)是將所有的物品通過短距 離RFID等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn) 局域范圍內(nèi)的物品“智能化識別和管理”。 l當(dāng)代認(rèn)識 物聯(lián)網(wǎng)的基本含義就是一種虛擬數(shù)字世 界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。 l物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo) 現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的雙向融合 第一個(gè)方向是現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界的融入第一個(gè)方向是現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界的融入 第二個(gè)方向是虛擬世界向現(xiàn)實(shí)世界的融入第二個(gè)方向是虛擬世界向現(xiàn)實(shí)世界的融入 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義 7高級教育 l在“數(shù)字世界泛在化”和“物理世界智能化”的融 合過程中，物聯(lián)網(wǎng)被賦予多個(gè)維度的內(nèi)涵，具有多 重含義。 l從領(lǐng)域的維度（橫向） 物聯(lián)網(wǎng)覆蓋了信息技術(shù)和通信技術(shù)的眾

5、多領(lǐng)域，包 括RFID 、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、移動通信等。 廣義上，物聯(lián)網(wǎng)就是以廣義上，物聯(lián)網(wǎng)就是以“物物”的信息感知、傳輸、處的信息感知、傳輸、處 理為特征，利用包括理為特征，利用包括RFID 、移動通信、傳感器等在、移動通信、傳感器等在 內(nèi)的通信技術(shù)使內(nèi)的通信技術(shù)使“物物”具有通信能力，利用嵌入式、具有通信能力，利用嵌入式、 中間件編程等信息技術(shù)使中間件編程等信息技術(shù)使“物物”具有信息處理能力，具有信息處理能力， 形成一個(gè)物物、人人、人物都能通信的系統(tǒng)。形成一個(gè)物物、人人、人物都能通信的系統(tǒng)。 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義 8高級教育 l從層次的維度（縱向） 第一層是感知網(wǎng)絡(luò) 利用R

6、FID 、攝像頭、傳感器、GPS等識別物體、 采集信息 第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò) 利用移動通信系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等將感知層獲取的信息 進(jìn)行處理 和傳遞 第三層是業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò) 分析和處理獲取的信息，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用 和服務(wù) 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義 9高級教育 l物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng) l物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng) l物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng) 傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的組成部分， 物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸， 泛在網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的愿景。 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義 10高級教育 1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 11高級教育 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 12高級教育 發(fā)展無所不在的網(wǎng)絡(luò)（U網(wǎng)絡(luò)），以人為本，實(shí)現(xiàn) 所有人與人、物與物、人與物之

7、間的連接，即所謂 的4U（Ubiquitous，Universal，User-oriented， Unique）。 l 韓國的“U-Korea”戰(zhàn)略 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 韓國信息和通信部具體推動“U-Korea”項(xiàng)目的建設(shè)， 重點(diǎn)支持“無所不在的網(wǎng)絡(luò)”相關(guān)的技術(shù)研發(fā)及科 技應(yīng)用，希望通過“U-Korea”計(jì)劃的實(shí)施帶動國家 信息產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。 l 日本的“U-Japan”計(jì)劃 13高級教育 2005年2月，新加坡資訊通信發(fā)展局發(fā)布名為“下 一代I-Hub”的新計(jì)劃，標(biāo)志著該國正式將“U”型網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)建納入國家戰(zhàn)略。該計(jì)劃旨在通過一個(gè)安全、 高速、無所不在的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)下一代的聯(lián)接。 l

8、新加坡“下一代I-Hub”計(jì)劃 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 14高級教育 l 美國的“智慧的地球” 2008年11月，IBM公司總裁彭明盛推廣“智慧的地球” （Smart Planet）這一概念，建議新政府投資新一代 的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施，闡明其短期和長期效益。 2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后與美國工商 業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會議”，對此給予了積極的 回應(yīng)，認(rèn)為“智慧的地球” 有助于美國的“巧實(shí)力” （Smart Power）戰(zhàn)略，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后國家發(fā)展的 核心領(lǐng)域。 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 15高級教育 l 歐盟的物聯(lián)網(wǎng)行動計(jì)劃 2006年歐盟成了的工作組，進(jìn)行RFID技術(shù)研

9、究。 2008年發(fā)布了2020年的物聯(lián)網(wǎng)未來路線 2009年歐盟制訂了物聯(lián)網(wǎng)歐洲行動計(jì)劃。 目前歐盟已將物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)納入到預(yù)算高達(dá)500 億歐元并開始實(shí)施的歐盟“第七個(gè)科技框架計(jì)劃 （20072013年）”中。 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 16高級教育 l 中國的“感知中國” 2009年8月國家領(lǐng)導(dǎo)人在考察無錫高新微納傳感器工程 技術(shù)中心時(shí)指出，要積極創(chuàng)造條件，在無錫建立中國的 傳感網(wǎng)中心“感知中國”中心。 2010年3月，“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”第一次寫入中 國政府工作報(bào)告。 國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（20062020年） 和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)中均將傳感 網(wǎng)列入

10、重點(diǎn)研究領(lǐng)域。 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 17高級教育 l 我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 一是產(chǎn)業(yè)體系初步形成但產(chǎn)業(yè)化能力不高，尚未形成規(guī)?；a(chǎn) 業(yè)優(yōu)勢； 二是核心關(guān)鍵技術(shù)有待突破，在傳感器、芯片、關(guān)鍵設(shè)備制造、 智能通信與控制、海量數(shù)據(jù)處理等核心技術(shù)上，與發(fā)達(dá)國家存 在較大差距； 三是標(biāo)準(zhǔn)比較分散、體系還不完善，在國際上面臨標(biāo)識等關(guān)鍵 資源和核心標(biāo)準(zhǔn)的競爭； 四是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的規(guī)模和領(lǐng)域比較小，沒有形成成熟的商業(yè)模式， 應(yīng)用成本較高； 五是物聯(lián)網(wǎng)承載大量的國家經(jīng)濟(jì)社會活動和戰(zhàn)略性資源，因而面 臨巨大的安全與隱私保護(hù)挑戰(zhàn)。 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 18高級教育 目前物聯(lián)網(wǎng)還缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化的

11、實(shí)現(xiàn)將能夠 整合行業(yè)應(yīng)用，規(guī)范新業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)和測試，保證物 聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的互操作性和全網(wǎng)的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo) 準(zhǔn)體系的建設(shè)與完備，是擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模的基 礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。 l 物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化概況 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 19高級教育 l 國際物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀 目前投入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)整體架構(gòu)研究的國際組 織有： （1）ETSI 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 M2M技術(shù)委員會，研究M2M物聯(lián)網(wǎng) （2）ITU-T 國際電信聯(lián)盟 泛在傳感網(wǎng)（USN） （3）ISO/IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工協(xié)會 RFID的標(biāo)準(zhǔn)化研究 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 20高級教育 （1）電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組成了于2

12、005年10月 （2）傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組（WGSN）成立于2009 年9月 （3）成立于2003年的資源共享協(xié)同服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)工作組 （閃聯(lián)）：信息設(shè)備智能互聯(lián)與資源共享協(xié)議 （4）中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）：無線泛在網(wǎng) 絡(luò)體系架構(gòu)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合 的網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)要求 （5）運(yùn)營商。中國電信開發(fā)了開放式架構(gòu)的M2M平 臺，在一定程度上解決了標(biāo)準(zhǔn)化問題。 l 我國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀 1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況 21高級教育 歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺組織（EPoSS）在Internet of Things in 2020中預(yù)測，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷四個(gè)階 段： 1.1.4 物聯(lián)網(wǎng)的

13、前景展望 2010年之前以RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛 應(yīng)用于物流、零售和制藥等領(lǐng)域； 20102015年實(shí)現(xiàn)物與物之間的互聯(lián)； 2020年之后實(shí)現(xiàn)全智能化 20152020年進(jìn)入半智能化； 22高級教育 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 廣 泛 應(yīng) 用 1.1.4 物聯(lián)網(wǎng)的前景展望 23高級教育 l 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) 雖然物聯(lián)網(wǎng)具有美好的前景和重大的意義，但 物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模地應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)，至少包括 三個(gè)方面: 一是成本的挑戰(zhàn) 二是安全的挑戰(zhàn) 三是侵犯隱私的威脅 1.1.4 物聯(lián)網(wǎng)的前景展望 24高級教育 l 無線通信系統(tǒng)概述 1.2 無線與移動通信概述 自1897年意大利科學(xué)家馬可尼首次成功利用 無線

14、電波進(jìn)行傳輸以來，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間， 無線通信取得了迅速的發(fā)展，特別在飛速發(fā)展的 計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體的推動下，無線通信的理論和技 術(shù)不斷取得進(jìn)步和突破。時(shí)至今日，由于使用的 靈活性、方便性，無線通信已逐漸成為人們?nèi)粘?生活中不可或缺的重要通信方式之一。 25高級教育 l 無線與移動通信的概念 1.2 無線與移動通信概述 無線通信（Wireless Communication）是指利用電磁 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，包括固定體之間的無線通信和移動通信兩大部分。由 于人類社會活動具有顯著的移動性，因而移動通信在無線 通信中占主導(dǎo)地位。所謂移動通信（Mobile Com

15、munication），就是移動體之間的通信或移動體與固 定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、 輪船、收音機(jī)等在移動狀態(tài)中的物體。移動通信可認(rèn)為是 在移動中實(shí)現(xiàn)的無線通信，人們常常把二者合稱為無線與 移動通信。 26高級教育 l 無線與移動通信的概念 1.2 無線與移動通信概述 移動通信與固定物體之間的通信比較起來，具有一系列的特點(diǎn)： 移動性，就是要保持物體在移動狀態(tài)中的通信，因而它必須 是無線通信，或無線通信與有線通信的結(jié)合； 電磁波傳播條件復(fù)雜，因移動體可能在各種環(huán)境中運(yùn)動，電 磁波在傳播時(shí)會產(chǎn)生反射、折射、繞射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象， 產(chǎn)生多徑干擾、信號傳播延遲和展寬等效應(yīng)；

16、 噪聲和干擾嚴(yán)重，在城市環(huán)境中的汽車火花噪聲、各種工業(yè) 噪聲，移動用戶之間的互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等； 系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它是一個(gè)多用戶通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，必 須使用戶之間互不干擾，能協(xié)調(diào)一致地工作，此外，移動通信 系統(tǒng)還應(yīng)與市話網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等互連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)更加復(fù)雜； 要求頻帶利用率高、設(shè)備性能好。 27高級教育 l 無線與移動通信的概念 1.2 無線與移動通信概述 按用途的不同，現(xiàn)代無線與移動通信系統(tǒng)可以分為陸 地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、無線局域 網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)、無繩電話、集群通信、衛(wèi)星移動通信等 1,7。其中陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)是移動通信中發(fā) 展最快

17、、規(guī)模最大的系統(tǒng)。另外，按使用的頻段，現(xiàn)代無 線與移動通信又可分為：中長波通信（小于1 MHz）、短 波通信（130 MHz）、超短波通信（30 MHz1 GHz）、 微波通信（1 GHz到幾十吉赫）、毫米波通信（幾十吉 赫）、紅外光通信、大氣激光通信等。 28高級教育 l無線與移動通信的發(fā)展歷程 1.2 無線與移動通信概述 （1）現(xiàn)代無線與移動通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代 （2）20世紀(jì)40年代中期至60年代初期，公用移動通信業(yè)務(wù)開 始問世。 （3）從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，美國推出了改進(jìn)型 移動電話系統(tǒng)（IMTS），使用150 MHz和450 MHz頻段，采用大 區(qū)制、中

18、大容量，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到 公司電話網(wǎng)。 （4）20世紀(jì)70年代中期至80年代中期是移動通信蓬勃發(fā)展的 時(shí)期。1978年年底，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功了采用小區(qū)制的 先進(jìn)移動電話系統(tǒng)（AMPS），建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)，大大 提高了系統(tǒng)容量，開始了第一代陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)。 （5）移動通信技術(shù)在20世紀(jì)90年代呈現(xiàn)出加快發(fā)展的趨勢。 （6）從20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的 開發(fā)和推出，使移動通信進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。 （7）目前我國及世界上部分發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始了面向未來的 移動通信技術(shù)與系統(tǒng)的研究。 29高級教育 1.3 射頻與微波通信 1.3.

19、1射頻的概念 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300 kHz30 GHz。RF的本質(zhì)是射頻電流，是 一種高頻交流電的簡稱。每秒變化小于1 000次 的交流電稱為低頻電流，大于10 000次的稱為高 頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。 30高級教育 1.3 射頻與微波通信 1.3.2頻譜的劃分 因?yàn)殡姶挪ㄊ窃谌虼嬖诘模孕枰蓢H協(xié)議來分 配頻譜。頻譜的分配是指將頻率根據(jù)不同的業(yè)務(wù)加以分配， 以避免頻率使用方面的混亂?，F(xiàn)在進(jìn)行頻率分配的世界組織 有國際電信聯(lián)盟（ITU）、國際無線電咨詢委員會（CCIR） 和國際頻率登記局（

20、IFRB）等，我國進(jìn)行頻率分配的組織是 工業(yè)和信息化部無線電管理局。 1IEEE劃分的頻譜 由于應(yīng)用領(lǐng)域的眾多，對頻譜的劃分有多種方式，而今 較為通用的頻譜分段法是IEEE建立的，如下表所示。 31高級教育 1.3 射頻與微波通信 1.3.2頻譜的劃分 32高級教育 1.3 射頻與微波通信 微波也是經(jīng)常使用的波段，微波是指頻率300 MHz3 000 GHz的電磁波，對應(yīng)的波長為1 m0.1 mm，分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波4個(gè)波 段。 目前射頻沒有一個(gè)嚴(yán)格的頻率范圍定義，廣 義地說，可以向外輻射電磁信號的頻率均可稱為射頻。 在射頻識別中，頻率一般選為10 kHz至幾GHz。從上 面

21、的頻率劃分可以看出，目前射頻頻率與微波頻率之 間沒有定義出明確的頻率分界點(diǎn)，微波的低頻端與射 頻頻率相重合。 1.3.3 微波和射頻 33高級教育 1.3 射頻與微波通信 微波通信（Microwave Communication）是使用波長在0.1 mm1 m（300 MHz3000 GHz）之間的電磁波微波進(jìn)行的 通信。微波通信不需要固體介質(zhì)，當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙 時(shí)就可以使用微波傳送。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量 好并可傳輸很長的距離，因此是國家通信網(wǎng)的一種重要通信手 段，也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)。 我國微波通信廣泛應(yīng)用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應(yīng)用 尚在開發(fā)之中。由于微波的

22、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，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以 后需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)。 1.3.4 微波通信 34高級教育 1.3 射頻與微波通信 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(bào)、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，微波通信一般 都不受水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害的影響。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

23、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。 1.3.4 微波通信 35高級教育 1.4 近距離無線通信技術(shù)概覽 目前使用較廣泛的近距無線通信技術(shù)是藍(lán)牙 (Bluetooth)，無線局域網(wǎng)802.11(Wi-Fi)和紅外 數(shù)據(jù)傳輸(IrDA)。同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ?近距無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是：ZigBee、超寬 頻(Ultra WideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、 GPS、DECT、無線1394和專用無線系統(tǒng)等。它們都 有其立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電 量的特殊要求；或著眼于功能的擴(kuò)充性；或符合

24、某些單一應(yīng)用的特別要求；或建立競爭技術(shù)的差 異化等。但是沒有一種技術(shù)可以完美到足以滿足 所有的需求。 36高級教育 1.4.1藍(lán)牙技術(shù) (bluetooth)技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的，廣受業(yè)界關(guān)注的近 距無線連接技術(shù)。它是一種無線數(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(jià)的接入服務(wù)。藍(lán)牙技術(shù)是 一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容 是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距 無線接口，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來，使 各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距 離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為

25、全球公眾通 用的2.4GHzISM頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距 離。藍(lán)牙技術(shù)誕生于1994年，Ericsson當(dāng)時(shí)決定開發(fā)一種 低功耗、低成本的無線接口，以建立手機(jī)及其附件間的通 信。該技術(shù)還陸續(xù)獲得PC行業(yè)業(yè)界巨頭的支持。1998年， 藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議由 Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba 等5家公司達(dá)成一致。 37高級教育 1.4.1藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)版本為802.15.1，由藍(lán)牙小組（SIG）負(fù)責(zé)開發(fā)。 802.15.1的最初標(biāo)準(zhǔn)基于藍(lán)牙1.1實(shí)現(xiàn)，后者已構(gòu)建到現(xiàn)行很多藍(lán)牙設(shè)備 中。新版802.15.1a基本等同于藍(lán)牙1.2標(biāo)準(zhǔn)，具備一定

26、的 QoS特性，并 完整保持后向兼容性。藍(lán)牙行業(yè)是個(gè)突飛猛進(jìn)的行業(yè)，2004年到2011年， 藍(lán)牙設(shè)備的綜合年增長率為40。07年藍(lán)牙設(shè)備的出貨量達(dá)5 億件，市 場份額增加了71。預(yù)計(jì)到2009，出貨量將達(dá)到億件。中國是世界 最大的藍(lán)牙生產(chǎn)研發(fā)基地，全球80%的藍(lán)牙企業(yè)在中國，中國80%的藍(lán)牙 企業(yè)在深圳。國內(nèi)最大的藍(lán)牙方案公司深圳市吉聯(lián)通數(shù)碼科技有限公司、 國內(nèi)最大的藍(lán)牙電池邦凱電子有限公司、全球著名的藍(lán)牙鍵盤制造商中 易騰達(dá)，國內(nèi)最著名的藍(lán)牙車載創(chuàng)美佳等公司都深圳，但藍(lán)牙技術(shù)遭遇 了最大的障礙是過于昂貴，這就使得許多用戶不愿意花大價(jià)錢來購買這 種無線設(shè)備。因此，首要解決的就是藍(lán)牙附屬地位的

27、問題和藍(lán)牙芯片國 產(chǎn)化的問題。隨著藍(lán)牙芯片國產(chǎn)化，中國確定自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很快就 可以解決目前中國藍(lán)牙企業(yè)“山寨化”的問題，讓所有中國藍(lán)牙企業(yè)生 產(chǎn)合乎中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。二是進(jìn)入了藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)鏈的上游，形成完整 的產(chǎn)業(yè)鏈條。第三，可以借此解決目前藍(lán)牙使用上由于“配對”復(fù)雜， 而妨礙用戶使用，造成市場推廣的障礙。 38高級教育 1.4.1藍(lán)牙技術(shù) 以上優(yōu)勢的形成，必將改變中國藍(lán)牙行業(yè)的現(xiàn)有局面， 并在深圳形成以高新技術(shù)為龍頭的一體化藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)基地， 更好的為全中國，全世界服務(wù)。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，藍(lán)牙的市 場前景取決于藍(lán)牙價(jià)格和基于藍(lán)牙的應(yīng)用是否能達(dá)到一定 的規(guī)模。有了藍(lán)牙，我們可以不再為數(shù)字家庭的布線而

28、煩 惱，移動電話、計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、打印機(jī)、傳 真機(jī)和掌上電腦等能隨心所欲無線連通。有了藍(lán)牙，這些 設(shè)備即會實(shí)現(xiàn)自動同步。即使用戶的個(gè)人電腦放在手提箱 內(nèi)，用戶也可以通過電話收電子郵件，通過移動電話屏幕 閱讀郵件標(biāo)題，而不會有到處找連接線、開機(jī)、關(guān)機(jī)等待 等等諸如此類的一系列煩惱。藍(lán)牙技術(shù)擁有廣闊的潛力市 場。 39高級教育 1.4.2 Wi-Fi技術(shù) Wi-Fi(Wireless Fidelity,無線高保真)也是一種無線通信 協(xié)議，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。雖然在數(shù)據(jù)安全性方 面比藍(lán)牙技術(shù)要差一些，

29、但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌， 可達(dá)100m左右。Wi-Fi是以太網(wǎng)的一種無線擴(kuò)展，理論上只要用 戶位于一個(gè)接入點(diǎn)四周的一定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約11Mb/s的 速度接入Web。但實(shí)際上，如果有多個(gè)用戶同時(shí)通過一個(gè)點(diǎn)接入， 帶寬被多個(gè)用戶分享，Wi-Fi的連接速度一般將只有幾百kb/s的 信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內(nèi)的有效傳輸距離小于戶外。 WLAN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。目前這一技術(shù)的用戶主要來自機(jī) 場、酒店、商場等公共熱點(diǎn)場所。Wi-Fi技術(shù)可將Wi-Fi與基于 XML或Java的Web服務(wù)融合起來，可以大幅度減少企業(yè)的成本。

30、 例如企業(yè)選擇在每一層樓或每一個(gè)部門配備802.11b的接入點(diǎn)， 而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來。 40高級教育 1.4.2 Wi-Fi技術(shù) 這樣一來，可以節(jié)省大量鋪設(shè)電纜所需花費(fèi)的資金。最初 的IEEE802.11規(guī)范是在1997年提出的，稱為802.11b，主要目的 是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它的工作頻 率也是2.4GHz，與無繩電話、藍(lán)牙等許多不需頻率使用許可證 的無線設(shè)備共享同一頻段。隨著Wi-Fi協(xié)議新版本如802.11a和 802.11g的先后推出，Wi-Fi的應(yīng)用將越來越廣泛。速度更快的 802.11g使用與 802.11b相同的正交頻分多路復(fù)用調(diào)

31、制技術(shù)。它 工作在2.4GHz頻段，速率達(dá)54Mb/s。根據(jù)最近國際消費(fèi)電子產(chǎn) 品的發(fā)展趨勢判斷，802.11g將有可能被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制 造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 微軟推出的桌面操作系統(tǒng)WindowsXP和嵌入式操作系統(tǒng) WindowsCE，都包含了對Wi-Fi的支持。其中，WindowsCE同時(shí)還 包含對 Wi-Fi的競爭對手藍(lán)牙等其它無線通信技術(shù)的支持。由 于投資802.11b的費(fèi)用降低，許多廠商介入這一領(lǐng)域。Intel推 出了集成WLAN技術(shù)的筆記本電腦芯片組，不用外接無線網(wǎng)卡， 就可實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。 41高級教育 1.4.3 ZigBee技術(shù) ZigBee 主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并

32、且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電 子設(shè)備之間。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式， 蜜蜂通過跳 ZigZag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向 等信息。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、 Mitsubishi、Motorola以及Philips半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布加盟 ZigBee聯(lián)盟，以研發(fā)名為ZigBee的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，該 聯(lián)盟大約已有27家成員企業(yè)。所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee物理 和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4工作組。ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定網(wǎng)絡(luò) 層以上協(xié)議。目前

33、，標(biāo)準(zhǔn)制訂工作已完成。ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、高速率個(gè) 人區(qū)域網(wǎng)或 802.11x無線局域網(wǎng)更簡單實(shí)用。ZigBee可以說是藍(lán)牙的同族 兄弟，它使用2.4 GHz波段，采用跳頻技術(shù)。與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡單、 速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。它的基本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s 時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個(gè)節(jié) 點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。可以比藍(lán)牙更好地支持游戲、消費(fèi)電子、儀器和家庭自動化應(yīng)用。 人們期望能在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域 拓展ZigBee的應(yīng)用。 42高級教育 1.4.3 ZigBee技術(shù) ZigBee技術(shù)特點(diǎn)主要包

34、括以下幾個(gè)部分： （1）數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s250kb/s，專注于低 傳輸應(yīng)用。 （2）功耗低。在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號干電池 可使用6個(gè)月以上。這也是ZigBee的支持者所一直引以為豪 的獨(dú)特優(yōu)勢。 （3）成本低。因?yàn)閆igBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所 以大大降低了成本; 積極投入ZigBee開發(fā)的Motorola以及Philips，均已在 2003年正式推出芯片，飛利浦預(yù)估，應(yīng)用于主機(jī)端的芯片 成本和其它終端產(chǎn)品的成本比藍(lán)牙更具價(jià)格競爭力。 （4）網(wǎng)絡(luò)容量大。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備， 也就是說每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接。

35、有效范圍小。 43高級教育 1.4.3 ZigBee技術(shù) （5）有效覆蓋范圍1075m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率 的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通 的家庭或辦公室環(huán)境。 （6）工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz （歐洲）及915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段。 根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設(shè)想，ZigBee的目標(biāo)市場主要 有PC外設(shè)（鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿）、消費(fèi)類電子設(shè)備 （TV、VCR、CD、VCD、 DVD等設(shè)備上的遙控裝置）、家庭 內(nèi)智能控制（照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等）、玩具（電 子寵物）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視器和傳感器）、工控（監(jiān)視器、傳 感器和自動控制

36、設(shè)備）等非常廣闊的領(lǐng)域。 44高級教育 1.4.4 IrDA技術(shù) 紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會IrDA（Infrared DataAssociation）成立于 1993年。起初，采用IrDA標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備僅能在1m范圍內(nèi)以 115.2kb/s速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā)展到 4Mb/s以及16Mb/s的速率。 IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn) 無線個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的技術(shù)。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(jī)上廣泛使用。事實(shí)上，當(dāng)今每一 個(gè)出廠的PDA及許多手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)等產(chǎn)品都支持 IrDA。IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通 信成

37、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(diǎn)。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(gè)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。而藍(lán)牙就沒有此限 制，且不受墻壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解決視距 傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。 45高級教育 1.4.5 UWB技術(shù) 超寬帶技術(shù)UWB（Ultra Wideband）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。UWB可在非 常寬的帶寬上傳輸信

38、號，美國FCC對UWB的規(guī)定為：在3.1 10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。由于UWB可以利用 低功耗、低復(fù)雜度發(fā)射/接收機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，在近年 來得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率 脈沖傳送數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大的干 擾，并可充分利用頻譜資源。基于UWB技術(shù)而構(gòu)建的高速率 數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)有著廣泛的用途。UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低， 發(fā)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，低截獲能力， 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，非常適于建立一個(gè)高效的無線局域網(wǎng)或無線 個(gè)域網(wǎng)(WPAN)。 46高級教育 1.4.5 UWB技術(shù) UWB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。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速 率要求非常高（大于100Mb/s）的LANs或PANs。 UWB最具特色的 應(yīng)用將是視頻消費(fèi)娛樂方面的無線個(gè)人局域網(wǎng)（PANs）?，F(xiàn)有 的無線通信方式，802.11b和藍(lán)牙的速率太慢，不適合傳輸視頻 數(shù)據(jù)；54 Mb/s速率的802.11a標(biāo)準(zhǔn)可以處理視頻數(shù)據(jù)，但費(fèi)用 昂貴。而UWB有可能在10 m范圍內(nèi)，支持高達(dá)110 Mb/s的數(shù)據(jù)傳 輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù) 據(jù)處理。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)使得 UWB較適合家庭無