第9章無線通信技術(shù)本章提要無線通信概述短距離無線通信技術(shù)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)蜂窩移動通信技術(shù)9.1無線通信概述9.1.1無線通信的發(fā)展歷程無線通信（WirelessCommunication）就是不使用導線、電纜、光纖等有線介質(zhì)，而是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。9.1無線通信概述9.1.2無線通信的應用1.聲音廣播2.電視廣播3.蜂窩移動通信4.無線數(shù)據(jù)傳輸5.衛(wèi)星定位與導航、緊急救援服務、雷達探測9.1無線通信概述9.1.3無線通信的發(fā)展趨勢1.第5代移動通信（5G）逐步商用2.移動、寬帶業(yè)務逐步融合3.關(guān)鍵技術(shù)逐步突破9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述短距離無線通信技術(shù)的范圍較為廣泛，工業(yè)界和學術(shù)界對其無嚴格定義，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)（通常為幾十米以內(nèi)），就可以稱為短距離無線通信。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述從通信范圍看，短距離無線通信技術(shù)一般分為無線個域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetworks，WPAN）和無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）兩類。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述無線個域網(wǎng):藍牙技術(shù)（Bluetooth）、HomeRF技術(shù)和IrDA紅外技術(shù)無線局域網(wǎng):Wi-Fi9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.1短距離無線通信技術(shù)概述從通信速率看，短距離無線通信技術(shù)可分為高速短距離無線通信技術(shù)和低速短距離無線通信技術(shù)兩類。高速超寬帶（UWB）技術(shù)紫蜂（ZigBee）技術(shù)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)1．Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi是一種能夠?qū)€人計算機、便攜式電子設(shè)備（如平板電腦、智能手機、筆記本電腦）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)1．Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi技術(shù)的應用手持設(shè)備（大部分）PC小型辦公網(wǎng)絡智能家居物聯(lián)網(wǎng)美國密歇根州運輸研究所(UMTRI)聯(lián)合汽車廠家和各種機構(gòu)，準備推出一個基于專用短程通訊(DSRC)的云平臺，利用Wi-Fi技術(shù)連接車載電腦和遠程交通安全管理平臺，在汽車有可能發(fā)生事故前發(fā)出警告信息，提醒司機注意安全駕駛，從而減少交通事故的發(fā)生。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍牙（Bluetooth）技術(shù)藍牙（Bluetooth）技術(shù)是一種短距離無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)娜蛐蚤_放式技術(shù)規(guī)范，主要為智能穿戴設(shè)備、平板電腦、智能手機等移動通信終端設(shè)備提供低成本、低功耗、靈活安全、方便快捷的無線通信服務。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍牙（Bluetooth）技術(shù)工作在全球開放的2.4?GHzISM頻段使用跳頻頻譜擴展技術(shù)一臺藍牙設(shè)備可同時與其他7臺藍牙設(shè)備建立連接數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mb/s以上把頻帶分成若干個跳頻信道(HopChannel)，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道“跳”到另一個信道9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)2．藍牙（Bluetooth）技術(shù)語音/數(shù)據(jù)接入將一臺計算機通過安全的無線鏈路連接到通信設(shè)備上

完成與廣域網(wǎng)的連接外圍設(shè)備互聯(lián)

將各種設(shè)備通過藍牙鏈路連接到主機上個人局域網(wǎng)（PAN）主要用于個人網(wǎng)絡與信息的共享與交換藍牙技術(shù)的應用9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)3．ZigBee技術(shù)ZigBee是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準

是一個有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)標準主要適用于自動控制領(lǐng)域

可以嵌入各種設(shè)備中同時支持地理定位功能用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)狀網(wǎng)絡標準、經(jīng)濟、高效、低數(shù)據(jù)速率(<250?kb/s)“嗡嗡”(zig)+蜜蜂(bee)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)3．ZigBee技術(shù)頻帶使用范圍數(shù)據(jù)傳輸率信道數(shù)2.4?GHz(ISM)全世界250?kb/s16868?MHz歐洲20?kb/s1915?MHz(ISM)美國40?kb/s10Zigbee頻帶和頻帶傳輸率情況該頻段為全球通用的工業(yè)、科學、醫(yī)學(ISM)頻段是免付費、免申請的無線電頻段9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)4．RFID技術(shù)射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通常又稱為感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條碼等，RFID技術(shù)被認為是信息領(lǐng)域最優(yōu)秀和應用最為廣泛的技術(shù)之一。9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)4．RFID技術(shù)9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)5．NFC技術(shù)近場通信（NearFieldCommunication，NFC）是由諾基亞、飛利浦和索尼公司共同推出的一種類似于RFID（非接觸式射頻識別）的短距離無線通信技術(shù)標準。RFID互聯(lián)網(wǎng)絡NFC9.2短距離無線通信技術(shù)9.2.2典型的短距離無線通信技術(shù)6．UWB技術(shù)超寬帶（UltraWideBand，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。UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，截獲能力低，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.1低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)概述低功耗廣域網(wǎng)英文全稱為LowPowerWideAreaNetwork，簡寫為LPWAN，是一種使用較低功耗實現(xiàn)遠距離無線信號傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)基于無線頻譜的授權(quán)與否，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)可以分為授權(quán)頻譜技術(shù)和非授權(quán)頻譜技術(shù)兩大陣營，其中授權(quán)頻譜技術(shù)主要包括LoRa技術(shù)，Sigfox技術(shù)，Ingenu公司的RPMA技術(shù)，國內(nèi)縱行科技自主研發(fā)的ZETA技術(shù)等；非授權(quán)頻譜技術(shù)主要包括以傳統(tǒng)運營商和通信設(shè)備商主推的NB-IoT技術(shù)、eMTC技術(shù)、EC-GSM技術(shù)等9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)1．LoRa技術(shù)LoRa主要的運行頻段為433MHz、868MHz、915MHz。包括四個部分：終端（EndNodes）、基站（Concentrator）/網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)絡服務器（NetworkServer）、應用服務器（ApplicationServer）。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)2.Sigfox技術(shù)Sigfox在2010年成立初期即推出了工作在Sub-1GHz非授權(quán)頻段的低功耗廣域網(wǎng)絡技術(shù)，旨在構(gòu)建低成本、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)3.ZETA技術(shù)ZETA技術(shù)由國內(nèi)廈門縱行科技公司自主研發(fā)。ZETA的網(wǎng)絡架構(gòu)主要是由接入點（AP基站，PoE或太陽能供電），Mesh中繼（可選，電池供電）和傳感終端（電池供電）組成9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)4．NB-IoT技術(shù)NB-IoT（NarrowBandInternetofThings）是3GPP針對低功耗物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務進行深度優(yōu)化的窄帶移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準。9.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)9.3.2典型的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)5.eMTC技術(shù)eMTC（EnhanceMachineTypeCommunication）是基于LTE協(xié)議演進而來，為了更加適合物與物之間的通信，也為了更低的成本，對LTE協(xié)議進行了裁剪和優(yōu)化。eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡進行部署，其用戶設(shè)備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可以直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，支持移動性和基站定位，可實現(xiàn)漫游和無縫切換，并且支持VoLTE語音。9.4蜂窩移動通信技術(shù)9.4.1蜂窩移動通信發(fā)展歷程9.4蜂窩移動通信技術(shù)9.4.25G網(wǎng)絡架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)1.5