无线通信技术发展及应用培训.ppt

无线通信技术发展及应用,一、无线通信发展的现状,2008年是无线通信发展的重要一年,无线通信已步入融合发展的新阶段,一、无线通信发展的现状,网络和应用无所不在的“泛网时代”,构建一个无处不在的信息、传感、测控网络,一、无线通信发展的现状,几种无线通信技术,融合构建一个全空间的无线网络,一、无线通信发展的现状,几种无线通信技术,Zigbee,一、无线通信发展的现状,几种无线通信技术,蓝牙,WiFi,WiMax,WiMax,二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体,其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息,可以同时对多个物体进行识读，条形码只能一个一个地读。,二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),应用前景,二、各种无线通信的特点,1.RFID(RadioFrequencyIdentification),应用前景,二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术,英文：Bluetooth代表一种短距离无线通信技术,“蓝牙”（Bluetooth）一词是一位丹麦国王的名字，在10世纪他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。,用“蓝牙”他的名字来命名这种短距离无线通信的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。通过这种技术，可以将电子装置彼此通过无线连接起来，省去了传统的电线。,二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),美国德州仪器（TI）公司推出了单片蓝牙LSI。该产品将蓝牙的基带处理电路和RF收发器电路集成到一个CMOSLSI中。到目前为止只有英国CSR公司和美国Broadcom公司在研究这种LSI，TI首先实现了此类芯片的单片产品化。,二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),采用四种工作模式，其最大消耗电流只有25mA,二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),音频蓝牙发送,蓝牙耳机,二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),二、各种无线通信的特点,2.蓝牙技术(Bluetooth),蓝牙适配器,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,“UWB”是超宽带无线技术的缩写。始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。UWB技术最早是利用频谱极宽的超短脉冲进行通信。通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,现在的UWB技术含义不同于早期的UWB技术含义,2000年后，Intel、TI、Motorola等大公司开始研发高速UWB技术时，放弃了脉冲方法，不约而同地转而采用传统的载波调制技术，进行改造使其具有UWB技术的特点，并推出了多频带OFDM（MB-OFDM）和DS-CDMA两大主要方案。OFDM（MB-OFDM）和DS-CDMA这两种方案经过几年激烈的竞争，2007年3月，ISO正式通过了WiMedia联盟提交的MB-OFDM标准，WiMedia联盟最终在标准上胜出，正式成为UWB技术的第一个国际标准。,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,UWB的应用,UWB技术的应用场景主要包括家庭、办公室、个人消费电子产品,UWB技术的高传输带宽可以实现主机和显示屏、摄像头、会议设备、终端设备及投影仪之间的无线互连。,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,UWB的应用,由于UWB技术已经可以提供相当于计算机总线的传输速率，这样个人终端就可以从互联网或局域网上即时下载大量的数据，因此将大部分数据存放在网络服务器的存储空间中，而不是保存在个人终端中。携带具有UWB功能的小巧终端，在任何地点都可以接入当地的UWB网络.。,无线UWB接口取代现有USB接口的线缆连接，将成为UWB技术最有前途的应用。,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,UWB的应用,二、各种无线通信的特点,3UWB（超宽带技术）,UWB的应用,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,一个逻辑的网络,预加载信息的方式,C/S、B/S模式,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,问题：构建一个无处不在的、检测、控制真实世界的网络？,Zigbee技术提供了一种解决方案,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,主要用于构建无线个域网和无线传感网络,“Zig”的英文含义是“之字形”“Zag”的含义是“急转,急变”“Zigzag”的含义是“之字形跳变”“bee”是“蜜蜂”“Zigbee”一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳“ZigZag”形舞蹈来相互告知，达到交换信息目的,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,“ZigBee”被人们借来称呼一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,基本情况,Zigbee联盟在IEEE802.15.4协议上定义了网络层和应用层而形成的,主要用于构建无线个域网和无线传感网络,速率：根据不同的工作频段，有不同的速率：16-250k,成本：每片Zigbee价格2美元,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,特点,距离：有效传输范围1075m,功耗：两节5号电池可供终端工作6个月以上,速率：250kb/s(2.4G)40kb/s(915M)20kb/s(868M),成本：每片Zigbee价格2美元,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,Internet,GPRS,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,应用,1.监控照明。,Zigbee无线开关,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,应用,3.交通灯控制,Zigbee节点,Zigbee协调器,控制逻辑,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,应用,3.配合传感器和激励器对制造、过程控制、农田耕作、环境及其它区域进行工业监控。,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,应用,4.带负载管理功能的自动抄表(AMR)，这可使得地产管理公司削减成本和节省电气能源。,Zigbee节点,二、各种无线通信的特点,4.Zigbee无线通信技术,应用,6.对病患、设备及设施进行医疗和健康监控。,值班室,Zigbee节点,二、各种无线通信的特点,5.WiFi无线通信技术,全称WirelessFidelity，又称802.11b标准,与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术,主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合,二、各种无线通信的特点,5.WiFi无线通信技术,二、各种无线通信的特点,5.WiFi无线通信技术,Internet,应用,Internet高速无线接入,WiFi无线路由器,在热点区把多台计算机互相链接，以及链接到外围设备和互联网,无线局域网WLAN,二、各种无线通信的特点,5.WiFi无线通信技术,应用,3G无线线接入技术的补充,二、各种无线通信的特点,5.WiFi无线通信技术,应用,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,全称WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性,是一种基于IEEE802.16-2004标准的宽带无线技术,最初该技术的目的在于统一固定无线接入的空中接口。基于802.16e的第二代WiMAX是支持移动特性的标准。,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,Sprint成为美国首家宣布将采用WiMax技术构建4G网络的主流手机运营商。,WiMAX建立在IP技术之上，顺应了宽度移动化发展大势，有着众多其他无线通信技术所不具有的优势。,在理论上，WiMAX能实现的50公里的信号传输距离，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍。,WiMAX最高可以70M的接入速度，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍,二、各种无线通信的特点,6.WiMax无线通信技术,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,OFDM（正交频分复用）是一种多载波数字调制技术，它具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。而OFDMA是利用OFDM的概念实现上行多址接入，每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开。OFDMA允许单个用户仅在部分子载波发送，降低了对发送功率的要求。,OFDM/OFDMA,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,HARQ技术因为提高了频谱效率，所以可以明显提高系统吞吐量，同时因为重传可以带来合并增益，所以间接扩大了系统的覆盖范围。在WiMAX技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常明显，WiMAX技术在链路层加入了HARQ机制，减少了到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。,HARQ混合自动重传要求,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,由于AMC技术需要根据信道条件来判断将要采用的编码方案和调制方案，所以AMC技术必须根据WiMAX的技术特征来实现AMC功能。由于WiMAX物理层采用的是OFDM技术，所以时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等对于OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到AMC算法中，用于调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。,AMC(自适应调制编码),二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,MIMO(多进多出),QoS机制,睡眠模式,二、各种无线通信的特点,6.WiMAX无线通信技术,实现更远的传输距离,提供更高速的宽带接入,提供优良的最后一公里网络接入服务,提供多媒体通信服务,二、各种无线通信的特点,6.WiMax无线通信技术,70Mbit/S,1050km的覆盖范围,数据、语音,图像、视频,三、扩频通信的历史,有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员HedyLamarr和钢琴家GeorgeAntheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。,当时该技术并没有引起美国军方的重视。,三、扩频通信的历史,直至1957年，美国军方才开始将注意力转向跳频技术，一家名为Sylvania的电子公司得到了军方授权，在拉玛和Antheil专利的基础上研究新一代无线通讯系统。受到电子和计算机技术高速发展的带动，基于跳频概念的无线通讯技术立刻得到了迅速发展。,1959年，跳频技术在全美范围开始广泛应用，1962年的古巴导弹危机期间，跳频技术让美国军方尽显优势，并在越南战争中获得极大成功。,三、扩频通信的历史,上个世纪八十年代初期，电子通讯和无线技术得到了长足发展，手机、卫星通讯、无线网络等技术的兴起标志着信息时代的到来，在60多年前提出的“跳频”技术基础上，GSM、CDMA等一系列通讯技术相继问世，拉玛也被业界尊称为“无线通讯之母”。,1997年，拉玛被美国国家科学协会授予了荣誉技术奖章。2000年1月19日，在佛罗里达的家中，这位最富传奇色彩的女性因病逝世。,三、扩频通信的历史,扩频通信解决了短距离数据收发信机(如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN、蓝牙技术、Wi-Fi、WiMAX等应用)的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助。,1913年出生于奥地利维也纳，2000年在美国去世。,1933年嫁给了一个奥地利的军火商FritzMandal。,他的军火工厂正在研制自导鱼雷，而其面临的一个主要问题是如何抗拒对方的无线电频率干扰。,FritzMandal这家伙可能怎么也没想到自己的妻子将利用从中产生的灵感发明这世界上最伟大的通信技术之一。1940年，Hedy认识了作曲家GeorgeAntheil，他们把话题转到了军事方面。利用Hedy当年在前夫军工厂里受到的启发，他们提出了FrequencyHopping-跳频技术的概念，并申请了专利。,三、OFDM的基本原理,1.PSK的原理,X：0,1,2PSK调制：,X：0,X：1,三、OFDM的基本原理,1.PSK调制的原理,X：00,01,10,11,4PSK调制：,X：00,X：01,X：10,X：11,T,三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,X3X2X1000001010011100101110111,三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,A,a0,B,a5,X3X2X1000：(A,a0)001：(B,a1)010：(B,a2)011：(A,a3)100：(A,a4)101：(B,a5)110：(B,a6)111：(A,a7),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,X3X2X1000:(A,a0)001:(B,a1)010:(B,a2)011:(A,a3)100:(A,a4)101:(B,a5)110:(B,a6)111:(A,a7),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,X3X2X1000:(A,a0)001:(B,a1)010:(B,a2)011:(A,a3),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,X3X2X1100:(A,a4)101:(B,a5)110:(B,a6)111:(A,a7),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,用在T时间长度上，正弦信号幅度相位的8种不同的组合来表示3位二进制码的8种不同状态,三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,已知U(t)为矩形时窗，其幅度谱为：,U(t),U(),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,f(t)为被矩形调制后的时窗，其幅度谱为：,f(t),F(),三、OFDM的基本原理,2.8QAM调制的原理,f