無(wú)線通信原理——簡(jiǎn)述

與有線傳輸相比，無(wú)線傳輸具有許多優(yōu)點(diǎn)?；蛟S最重要的是，它更靈活。無(wú)線信號(hào)可以從一個(gè)發(fā)射器發(fā)出到許多接收器而不需要電纜。所有無(wú)線信號(hào)都是隨電磁波通過(guò)空氣傳輸?shù)?，電磁波是由電子部分和能量部分組成的能量波。

在無(wú)線通信中頻譜包括了9khz到300000Ghz之間的頻率。每一種無(wú)線服務(wù)都與某一個(gè)無(wú)線頻譜區(qū)域相關(guān)聯(lián)。無(wú)線信號(hào)也是源于沿著導(dǎo)體傳輸?shù)碾娏?。電子信?hào)從發(fā)射器到達(dá)天線，然后天線將信號(hào)作為一系列電磁波發(fā)射到空氣中。

信號(hào)通過(guò)空氣傳播，直到它到達(dá)目標(biāo)位置為止。在目標(biāo)位置，另一個(gè)天線接收信號(hào)，一個(gè)接收器將它轉(zhuǎn)換回電流。接收和發(fā)送信號(hào)都需要天線，天線分為全向天線和定向天線。在信號(hào)的傳播中由于反射、衍射和散射的影響，無(wú)線信號(hào)會(huì)沿著許多不同的路徑到達(dá)其目的地，形成多徑信號(hào)。

圖1無(wú)線通信無(wú)所不在

無(wú)線通信原理——基本原理

無(wú)線通信是利用電波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信又通稱(chēng)為移動(dòng)通信，人們把二者合稱(chēng)為無(wú)線移動(dòng)通信。簡(jiǎn)單講，無(wú)線通信是僅利用電磁波而不通過(guò)線纜進(jìn)行的通信方式。

1，無(wú)線頻譜

所有無(wú)線信號(hào)都是隨電磁波通過(guò)空氣傳輸?shù)模姶挪ㄊ怯呻娮硬糠趾湍芰坎糠纸M成的能量波。聲音和光是電磁波得兩個(gè)例子。無(wú)線頻譜(也就是說(shuō)，用于廣播、蜂窩電話以及衛(wèi)星傳輸?shù)牟?中的波是不可見(jiàn)也不可聽(tīng)的——至少在接收器進(jìn)行解碼之前是這樣的。

“無(wú)線頻譜”是用于遠(yuǎn)程通信的電磁波連續(xù)體，這些波具有不同的頻率和波長(zhǎng)。無(wú)線頻譜包括了9khz到300 000Ghz之間的頻率。每一種無(wú)線服務(wù)都與某一個(gè)無(wú)線頻譜區(qū)域相關(guān)聯(lián)。例如，AM廣播涉及無(wú)線通信波譜的低端頻率，使用535到1605khz之間的頻率。

無(wú)線頻譜是所有電磁波譜的一個(gè)子集。在自然界中還存在頻率更高或者更低的電磁波，但是他們沒(méi)有用于遠(yuǎn)程通信。低于9kz的頻率用于專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用，如野生動(dòng)物跟蹤或車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)。頻率高于300 000Ghz的電磁波對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的，正是由于這個(gè)原因，他們不能用于通過(guò)空氣進(jìn)行通信。例如，我們將頻率為428570Ghz的電磁波識(shí)別為紅色。圖2顯示了整個(gè)電磁波譜。

圖2電磁波譜

當(dāng)然，通過(guò)空氣傳播的信號(hào)不一定會(huì)保留在一個(gè)國(guó)家內(nèi)。因此，全世界的國(guó)家就無(wú)線遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議是非常重要的。ITU就是管理機(jī)構(gòu)，它確定了國(guó)際無(wú)線服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，包括頻率分配、無(wú)線電設(shè)備使用的信號(hào)傳輸和協(xié)議、無(wú)線傳輸及接收設(shè)備、衛(wèi)星軌道等。如果政府和公司不遵守ITU標(biāo)準(zhǔn)，那么在制造無(wú)線設(shè)備的國(guó)家之外就可能無(wú)法使用它們。

2，無(wú)線傳輸?shù)奶卣?/p>

雖然有線信號(hào)和無(wú)線信號(hào)具有許多相似之處——例如，包括協(xié)議和編碼的使用——但是空氣的本質(zhì)使得無(wú)線傳輸與有線傳輸有很大的不同。當(dāng)工程師門(mén)談到無(wú)線傳輸時(shí)，他們是將空氣作為“無(wú)制導(dǎo)的介質(zhì)”。因?yàn)榭諝鉀](méi)有提供信號(hào)可以跟隨的固定路徑，所以信號(hào)的傳輸是無(wú)制導(dǎo)的。

正如有線信號(hào)一樣，無(wú)線信號(hào)也是源于沿著導(dǎo)體傳輸?shù)碾娏?。電子信?hào)從發(fā)射器到達(dá)天線，然后天線將信號(hào)作為一系列電磁波發(fā)射到空氣中。信號(hào)通過(guò)空氣傳播，直到它到達(dá)目標(biāo)位置為止。在目標(biāo)位置，另一個(gè)天線接收信號(hào)，一個(gè)接收器將它轉(zhuǎn)換回電流。圖3顯示了這個(gè)過(guò)程。

圖3 無(wú)線發(fā)送和接收

注意，在無(wú)線信號(hào)的發(fā)送端和接收端都使用了天線，而要交換信息，連接到每一個(gè)天線上的收發(fā)器都必須調(diào)整為相同的頻率。

3，天線

每一種無(wú)線服務(wù)都需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的天線。服務(wù)的規(guī)范決定了天線的功率輸出、頻率及輻射圖。天線的“輻射圖”描述了天線發(fā)送或接收的所有電磁能的三維區(qū)域上的相對(duì)長(zhǎng)度。“定向天線”沿著一個(gè)單獨(dú)的方向發(fā)送無(wú)線電信號(hào)。這種天線用在來(lái)源需要與一個(gè)目標(biāo)位置(如在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接中)通信時(shí)。定向天線還可能用在多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)排列在一條線上時(shí)?；蛘撸赡苡迷诰S持信號(hào)的一定距離上的強(qiáng)度比覆蓋一個(gè)較廣的地理區(qū)域更重要時(shí)，因?yàn)樘炀€可以使用它的能量在更多的方向發(fā)送信號(hào)，也可以在一個(gè)方向上發(fā)送更長(zhǎng)的距離。使用定向天線無(wú)線服務(wù)的一些例子包括衛(wèi)星下行線路和上行線路，無(wú)線LAN以及太空、海洋和航空導(dǎo)彈。圖4顯示了一個(gè)定向天線的輻射示意圖。

圖4 定向天線的輻射示意圖

與之相比，“全向天線”在所有的方向上都與相同的強(qiáng)度和清晰度發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)。這種天線用在許多不同的接收器都必須能夠獲得信號(hào)時(shí)，或者用在接收器的位置高度易變時(shí)。電視臺(tái)和廣播站使用全向天線，大多數(shù)發(fā)送移動(dòng)電話的發(fā)射塔也是如此。圖5顯示了全向天線的輻射圖。

圖5全向天線的輻射圖

無(wú)線信號(hào)傳輸中的一個(gè)重要考慮是天線可以將信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，同時(shí)還使信號(hào)能夠足夠強(qiáng)，能夠被接收機(jī)清晰地解釋。無(wú)線傳輸?shù)囊粋€(gè)簡(jiǎn)單原則是，較強(qiáng)的信號(hào)將傳輸?shù)谋容^弱的信號(hào)更遠(yuǎn)。

正確的天線位置對(duì)于確保無(wú)線系統(tǒng)的最佳性能也是非常重要的。用于遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸?shù)奶炀€經(jīng)常都安裝在塔上或者高層的頂部。從高處發(fā)射信號(hào)確保了更少的障礙和更好的信號(hào)接收。

4，信號(hào)傳播

在理想情況下，無(wú)線信號(hào)直接在從發(fā)射器到預(yù)期接收器的一條直線中傳播。這種傳播被稱(chēng)為“視線”(Line Of Sight,LOS)，它使用很少的能量，并且可以接收到非常清晰的信號(hào)。不過(guò)，因?yàn)榭諝馐菬o(wú)制導(dǎo)介質(zhì)，而發(fā)射器與接收器之間的路徑并不是很清晰，所以無(wú)線信號(hào)通常不會(huì)沿著一條直線傳播。當(dāng)一個(gè)障礙物擋住了信號(hào)的路線時(shí)，信號(hào)可能會(huì)繞過(guò)該物體、被該物體吸收，也可能發(fā)生以下任何一種現(xiàn)象：發(fā)射、衍射或者散射。物體的幾何形狀決定了將發(fā)生這三種現(xiàn)象中的那一種。

(1)反射、衍射和散射

無(wú)線信號(hào)傳輸中的“反射”與其他電磁波(如光或聲音)的反射沒(méi)有什么不同。波遇到一個(gè)障礙物并反射——或者彈回——到其來(lái)源。對(duì)于尺寸大于信號(hào)平均波長(zhǎng)的物體，無(wú)線信號(hào)將會(huì)彈回。例如，考慮一下微波爐。因?yàn)槲⒉ǖ钠骄ㄩL(zhǎng)小于1毫米，所以一旦發(fā)出微波，它們就會(huì)在微波爐的內(nèi)壁(通常至少有15cm長(zhǎng))上反射。究竟哪些物體會(huì)導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)反射取決于信號(hào)的波長(zhǎng)。在無(wú)線LAN中，可能使用波長(zhǎng)在1~10米之間的信號(hào)，因此這些物體包括墻壁、地板天花板及地面。

在“衍射”中，無(wú)線信號(hào)在遇到一個(gè)障礙物時(shí)將分解為次級(jí)波。次級(jí)波繼續(xù)在它們分解的方向上傳播。如果能夠看到衍射的無(wú)線電信號(hào)，則會(huì)發(fā)現(xiàn)它們?cè)谡系K物周?chē)鷱澢?。帶有銳邊的物體——包括墻壁和桌子的角——會(huì)導(dǎo)致衍射。

“散射”就是信號(hào)在許多不同方向上擴(kuò)散或反射。散射發(fā)生在一個(gè)無(wú)線信號(hào)遇到尺寸比信號(hào)的波長(zhǎng)更小的物體時(shí)。散射還與無(wú)線信號(hào)遇到的表面的粗糙度有關(guān)。表面也粗糙，信號(hào)在遇到該表面是就越容易散射。在戶外，樹(shù)木會(huì)路標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)電話信號(hào)的散射。

另外，環(huán)境狀況(如霧、雨、雪)也可能導(dǎo)致反射、散射和衍射

(2)多路徑信號(hào)

由于反射、衍射和散射的影響，無(wú)線信號(hào)會(huì)沿著許多不同的路徑到達(dá)其目的地。這樣的信號(hào)被稱(chēng)為“多路徑信號(hào)”。多路徑信號(hào)的產(chǎn)生并不取決于信號(hào)是如何發(fā)出的。它們可能從來(lái)源開(kāi)始在許多方向上以相同的輻射強(qiáng)度，也可能從來(lái)源開(kāi)始主要在一個(gè)方向上輻射。不過(guò)，一旦發(fā)出了信號(hào)，由于反射、衍射和散射的影響，它們就將沿著許多路徑傳播。圖6顯示了這三種信號(hào)所導(dǎo)致的多徑信號(hào)。

圖6 多徑信號(hào)

無(wú)線信號(hào)的多路徑性質(zhì)既是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)又是一個(gè)缺點(diǎn)。一方面，因?yàn)樾盘?hào)在障礙物上反射，所以它們更可能到達(dá)目的地。在辦公樓這樣的環(huán)境中，無(wú)線服務(wù)依賴(lài)于信號(hào)在墻壁、天花板、地板以及家具上的反射，這樣最終才能到達(dá)目的地。

多路徑信號(hào)傳輸?shù)娜秉c(diǎn)是因?yàn)樗牟煌窂?，多路徑信?hào)在發(fā)射器與接收器之間的不同距離上傳播。因此，同一個(gè)信號(hào)的多個(gè)實(shí)例將在不同的時(shí)間到達(dá)接收器，導(dǎo)致衰落和延時(shí)。

5，窄帶、寬帶及擴(kuò)展頻譜信號(hào)

傳輸技術(shù)根據(jù)它們的信號(hào)使用了無(wú)線頻譜的部分大小而有所不同。一個(gè)重要區(qū)別就是無(wú)線使用窄帶還是寬帶信號(hào)傳輸。在“窄帶”，發(fā)射器在一個(gè)單獨(dú)的頻率或者非常小的頻率范圍上集中信號(hào)能量。與窄帶相反，“寬帶”是指一種使用無(wú)線頻譜的相對(duì)較寬頻帶的信號(hào)傳輸方式。

使用多個(gè)頻率來(lái)傳輸信號(hào)被稱(chēng)為擴(kuò)展頻譜技術(shù)，換句話說(shuō)，在傳輸過(guò)程中，信號(hào)從來(lái)不會(huì)持續(xù)停留在一個(gè)頻率范圍內(nèi)。在較寬的頻帶上分布信號(hào)的一個(gè)結(jié)果是它的每一個(gè)頻率需要的功率比窄帶信號(hào)傳輸更小。信號(hào)強(qiáng)度的這種分布使擴(kuò)展頻譜信號(hào)更不容易干擾在同一個(gè)頻帶上傳輸?shù)恼瓗盘?hào)。

在多個(gè)頻率上分布信號(hào)的另一個(gè)結(jié)果是提高了安全性。因?yàn)樾盘?hào)是根據(jù)一個(gè)只有獲得授權(quán)的發(fā)射器和接收器才知道的序列來(lái)分布的，所以未獲授權(quán)的接收器更難以捕獲和解碼這些信號(hào)。

擴(kuò)展頻譜的一個(gè)特定實(shí)現(xiàn)是“跳頻擴(kuò)展頻譜”(Frequency Hopping Spread Spectrum ,FHSS)。在FHSS傳輸中，信號(hào)與信道的接收器和發(fā)射器知道的同一種同步模式在一個(gè)頻帶的幾個(gè)不同頻率之間跳躍。另一種擴(kuò)展頻譜信號(hào)被稱(chēng)為“直接序列擴(kuò)展頻譜”(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)。在DSSS中，信號(hào)的位同時(shí)分布在整個(gè)頻帶上。對(duì)每一位都進(jìn)行了編碼，這樣接收器就可以在接收到這些位時(shí)重組原始信號(hào)。

6，固定和移動(dòng)

每一種無(wú)線通信都屬于以下兩個(gè)類(lèi)別之一：固定或移動(dòng)。在“固定”無(wú)線系統(tǒng)中，發(fā)射器和接收器的位置是不變的。傳輸天線將它的能量直接對(duì)準(zhǔn)接收器天線，因此，就有更多的能量用于該信號(hào)。對(duì)于必須跨越很長(zhǎng)的距離或者復(fù)雜地形的情況，固定的無(wú)線連接比鋪設(shè)電纜更經(jīng)濟(jì)。

不過(guò)，并非所有通信都適用固定無(wú)線。例如，移動(dòng)用戶不能使用要求他們保留在一個(gè)位置來(lái)接收一個(gè)信號(hào)的服務(wù)。相反，移動(dòng)電話、尋呼、無(wú)線LAN以及 其它許多服務(wù)都在使用“移動(dòng)”無(wú)線系統(tǒng)。在移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中，接收器可以位于發(fā)射器特定范圍內(nèi)部的任何地方。這就允許接收器從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，同時(shí)還繼續(xù)接受信號(hào)。

1，分類(lèi)

無(wú)線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無(wú)線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或移動(dòng)體之間建立微波通信聯(lián)系。

2，熱點(diǎn)技術(shù)

(1)4G

第四代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，指的是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，外語(yǔ)縮寫(xiě)：4G。該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式(嚴(yán)格意義上來(lái)講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為4G無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，但它其實(shí)并未被3GPP認(rèn)可為國(guó)際電信聯(lián)盟所描述的下一代無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)IMT-Advanced，因此在嚴(yán)格意義上其還未達(dá)到4G的標(biāo)準(zhǔn)。只有升級(jí)版的LTE Advanced才滿足國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)4G的要求)。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL(4兆)快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。

圖7 4G迅速火爆

(2)ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)主要用于無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)，是基于IEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的，是一種介于RFID和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)提案，主要應(yīng)用在短距離并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、高速率個(gè)域網(wǎng)或802.11x無(wú)線局域網(wǎng)更簡(jiǎn)單使用，可以認(rèn)為是藍(lán)牙的同族兄弟。

(3)WLAN與WiFi/WAPI

WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))是一種借助無(wú)線技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是通用無(wú)線接入的一個(gè)子集，支持較高傳輸速率(2Mb/s～54Mb/s，甚至更高)，利用射頻無(wú)線電或紅外線，借助直接序列擴(kuò)頻(DSSS)或跳頻擴(kuò)頻(FHSS)、GMSK、OFDM等技術(shù)，甚至將來(lái)的超寬帶傳輸技術(shù)UWBT，實(shí)現(xiàn)固定、半移動(dòng)及移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的高速連接訪問(wèn)。目前，原則上WLAN的速率尚較低，主要適用于手機(jī)、掌上電腦等小巧移動(dòng)終端。1997年6月，IEEE推出了802.11標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)創(chuàng)了WLAN先河，WLAN領(lǐng)域現(xiàn)在主要有IEEE802.11x系列與HiperLAN/x系列兩種標(biāo)準(zhǔn)。

WiFi俗稱(chēng)無(wú)線寬帶，全稱(chēng)Wireless Fideliry。無(wú)線局域網(wǎng)又常被稱(chēng)作WiFi網(wǎng)絡(luò)，這一名稱(chēng)來(lái)源于全球最大的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)推廣與產(chǎn)品認(rèn)證組織——WiFi聯(lián)盟(WiFi Alliance)。作為一種無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，WiFi早已得到了業(yè)界的關(guān)注。WiFi終端涉及手機(jī)、PC(筆記本電腦)、平板電視、數(shù)碼相機(jī)、投影機(jī)等眾多產(chǎn)品。目前，WiFi網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于家庭、企業(yè)以及公眾熱點(diǎn)區(qū)域，其中在家庭中的應(yīng)用是較貼近人們生活的一種應(yīng)用方式。由于WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠很好地實(shí)現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，適合充當(dāng)家庭中的主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，家里的其他具備WiFi功能的設(shè)備，如電視機(jī)、影碟機(jī)、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機(jī)等，都可以通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)這個(gè)傳輸媒介，與后臺(tái)的媒體服務(wù)器、電腦等建立通信連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭的數(shù)字化與無(wú)線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。目前，除了用戶自行購(gòu)置WiFi設(shè)備建立無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)外，運(yùn)營(yíng)商也在大力推進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋。比如，中國(guó)電信的“我的E家”，將WiFi功能加入到家庭網(wǎng)關(guān)中，與有線寬帶業(yè)務(wù)綁定。今后WiFi的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)展，在現(xiàn)有的家庭網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和公眾網(wǎng)的基礎(chǔ)上向自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)等眾多新領(lǐng)域發(fā)展。

WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的縮寫(xiě)。WAPI作為我國(guó)首個(gè)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的自主創(chuàng)新安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能有效阻止無(wú)線局域網(wǎng)不符合安全條件的設(shè)備進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，也能避免用戶的終端設(shè)備訪問(wèn)不符合安全條件的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了“合法用戶訪問(wèn)合法網(wǎng)絡(luò)”。WAPI安全的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本身所蘊(yùn)含的“可運(yùn)營(yíng)、可管理”等優(yōu)勢(shì)，已被以中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信為代表的極具專(zhuān)業(yè)能力的運(yùn)營(yíng)商積極挖掘并推廣、應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)對(duì)WAPI的應(yīng)用進(jìn)一步促進(jìn)了其他行業(yè)市場(chǎng)和消費(fèi)者關(guān)注并支持WAPI。目前市場(chǎng)上已有50多款來(lái)自全球主要手機(jī)制造商的智能手機(jī)支持WAPI，包括諾基亞、三星、索愛(ài)、酷派。而中國(guó)三大電信運(yùn)營(yíng)商也都已開(kāi)始或完成第一批WAPI熱點(diǎn)的招標(biāo)和競(jìng)標(biāo)工作，以中國(guó)移動(dòng)為例，到目前為止已實(shí)際部署了大概10萬(wàn)個(gè)WAPI熱點(diǎn)。這意味著WAPI的生態(tài)系統(tǒng)已基本建成，WAPI商業(yè)化的大門(mén)已經(jīng)打開(kāi)。

(4)短距離無(wú)線通信(藍(lán)牙、RFID、IrDA)

藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)，實(shí)際上是一種短距離無(wú)線電技術(shù)。利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆試本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，進(jìn)而為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，其數(shù)據(jù)速率為1Mbps，采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。藍(lán)牙技術(shù)為免費(fèi)使用，全球通用規(guī)范，在現(xiàn)今社會(huì)中的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽。射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。目前RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻(125kHz～134kHz)、高頻(13.56MHz)和超高頻(860MHz～960MHz)，不同頻段的RFID產(chǎn)品有不同的特性。射頻識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、防偽等眾多領(lǐng)域，例如WalMart、Tesco、美國(guó)國(guó)防部和麥德龍超市都在它們的供應(yīng)鏈上應(yīng)用RFID技術(shù)。在將來(lái)，超高頻的產(chǎn)品會(huì)得到大量的應(yīng)用。

IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，也許是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)的技術(shù)。目前其軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)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(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。它還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn);且由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸安全性高。IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，2個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)(非多臺(tái))設(shè)備之間的連接(而藍(lán)牙就沒(méi)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(wèn)題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。

(5)WiMAX

WiMAX全稱(chēng)為World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系統(tǒng)，可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，來(lái)提供最后一英里的無(wú)線寬帶接入，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.16，其目標(biāo)是促進(jìn)IEEE 802.16的應(yīng)用。相比其他無(wú)線通信系統(tǒng)，WiMAX的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在具有較高的頻譜利用率和傳輸速率上，因而它的主要應(yīng)用是寬帶上網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(6)超寬帶無(wú)線接入技術(shù)UWB

UWB(Ultra Wideband)是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)b/s至數(shù)Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。

對(duì)于UWB技術(shù)，應(yīng)該看到，它以其獨(dú)特的速率以及特殊的范圍，也將在無(wú)線通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點(diǎn)，它很適合組建家庭的高速信息網(wǎng)絡(luò)。它對(duì)藍(lán)牙技術(shù)具有一定的沖擊，但對(duì)當(dāng)前的移動(dòng)技術(shù)、WLAN等技術(shù)的威脅不大，反而可以成為其良好的補(bǔ)充。

(7)EnOcean

EnOcean無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)被采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“ISO/IEC 14543-3-10”，這也是世界上唯一使用能量采集技術(shù)的無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。EnOcean能量采集模塊能夠采集周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的能量，從光、熱、電波、振 動(dòng)、人體動(dòng)作等獲得微弱電力。這些能量經(jīng)過(guò)處理以后，用來(lái)供給EnOcean超低功耗的無(wú)線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)數(shù)據(jù)線，無(wú)電源線，無(wú)電池的通訊系統(tǒng)。 EnOcean無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz頻段，傳輸距離在室外是300 米，室內(nèi)為30米。

(8)Z-Wave

Z-Wave是由丹麥公司Zensys所主導(dǎo)的無(wú)線組網(wǎng)規(guī)格， Z-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)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz，868.42MHz信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場(chǎng)合。Z-Wave技術(shù)也是低功耗和低成本的技術(shù)，有力地推動(dòng)著低速率無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。

圖8 各協(xié)議的功耗及傳輸距離對(duì)比

通過(guò)下面兩個(gè)表格，我們可以更直觀全面地對(duì)比幾種主流的無(wú)線通信技術(shù)：

表1 部分主流無(wú)線通信技術(shù)比較

表2 EnOcean、Zigbee和Z-Wave無(wú)線通信技術(shù)情況對(duì)比

圖9示出這些無(wú)線通信技術(shù)的作用距離與數(shù)據(jù)率的關(guān)系：可見(jiàn),數(shù)據(jù)率越高,作用距離就越短?？捎镁W(wǎng)絡(luò)技術(shù)擴(kuò)展作用距離而仍然保持?jǐn)?shù)據(jù)率。

圖9無(wú)線通信技術(shù)數(shù)據(jù)率與作用距離的關(guān)系

當(dāng)今最流行的無(wú)線通信技術(shù)、應(yīng)用、和規(guī)范示于表3，包括：各種無(wú)線通信技術(shù)的適用頻段、調(diào)制方式、最大作用距離、數(shù)據(jù)率和應(yīng)用領(lǐng)域等。

表3 常用無(wú)線通信技術(shù)、應(yīng)用、和規(guī)范

關(guān)鍵詞： 無(wú)線通信