无线个域网技术和应用简介

无线个域网技术和应用简介无线通信的最大优点就是自由方便，无线网络让人们在摆脱了线缆的束缚之后，更加便捷自由地相互随时沟通，在网上享受冲浪的乐趣。

近年来无线网络的应用日渐增加，无论在军事领域、仓储物流业还是在制造业、区域办公环境、家庭组网等方面，无线网络扮演着越来越重要的角色。

如今无线网络技术与Internet（互联网）相结合，向我们迸发出极其诱人的活力。

无线个域网WPAN（Wireless Personal Area Network）是一种新兴的无线通信网络，如果把接入网称为迈向用户数字家庭的“最后一公里”，那么，那么无线个域网则可称为“最后的几十米”。

当计算机的外围设备如打印机、扫描仪、调制解调器、音频播放器、数码相机等逐渐增多后，用户不仅需在自己的主机上连接诸多外设，又要通过USB（通用串行总线）接口将一些数据来回传输并存储到硬盘中去或从硬盘中读取。

频繁地插拔某个接口、计算机前后面板上缠绕着的各种接线，是用户在体验新技术、新快乐、新用途的同时，又不得不忍受的“烦恼”。

此外，公司办公大楼内部、企业各部门之间的信息短距离快速传递也显得十分迫切和必要。

在一间不大的办公室里因有线局域组网带来的密密麻麻的布线令使用者心烦不已，且某个设备一旦需要“搬家”，还会“牵动株连”其它设备。

无线个域网就是为了解决这些问题而诞生的。

WPAN是一种与无线广域网WWAN（Wireless Wide Area Network）、无线城域网WMAN（Wireless Metropolitan Area Network）、无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network)并列但覆盖范围相对较小的无线网络，是一种为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定使用群体、无线无缝连接而提出的新兴无线通信网络组网技术。

它能够有效地解决“最后几米至几十米电缆连接”的问题，进而将无线联网进行到底。

在网络构成上，WPAN位于整个网络链的末端，用于实现同一地点终端与终端间的连接。

WPAN工作在个人操作系统下，相互无线射频通信的装置构成一个网络，而无需任何中央管理装置及软件。

这种专用网络最重要的特性是采用动态拓扑结构以适应网络节点的移动性。

无线个域网的基本功能便携式技术产品的发展和应用需求迅速增长。

无线个域网WPAN 的诞生，继无线局域网（WLAN）、无线城域网（WMAN）无线广域网WWAN之后，使得无线接入链接更加完善。

WPAN使得便携式电器设备和通信设备之间能进行短距离“特别连接”，即设备既能承担主控功能，又能承担被控功能，而且设备加入或离开现有网络十分方便。

WPAN的主要技术及其特征和WLAN并无明显界限，随着短距离无线移动通信组网技术的发展，能够近距离为设备建立连接，还可以将一组相互连接的设备中的一个或多个或全部设备连入局域网或广阔的互联网。

与LAN连接机制不同的是，LAN中的各个设备是相对固定的，WPAN设备则是时常移动的，这意味着WPAN的技术标准应该具有很好的互操作性，在任何地方——无论是在交通工具如汽车、轮船中，或是在公共场馆中如车站、候机楼、图书馆、宾馆饭店中，都能不受干扰地传送语音、图片和数据。

无线个域网具有可移动性和自由接入性。

WPAN设备能随时随地联网或下网，入网的终端设备不受限制，入网方式不受接入点或服务器的制约，在10米半径大小的空间范围内和接入数量有规定的情况下，自动建立与其他设备之间的联系，无需人为干预。

无线连接方便灵活、低成本、功耗也小。

但是由于无线电磁信号发送的全方向性，不是仅仅由发送源直达接收者，存在着向四周散射的问题，因此可靠性和安全性将大大降低，这就对无线连接提出了信息安全、低功率传输等性能要求。

从网络构成上来看，无线个域网WPAN位于整个网络架构的底层，且是小范围内的终端设备之间的连接，即点到点的短距离连接。

通过WPAN可以把个人通信、在线娱乐、办公等设备联网并实现个人手写板、手机、便携电脑等个人电子通信设备之间的通信。

无线个域网的分类WPAN支持即插即用情形，支持话音和数据设备，具有功耗低、覆盖范围小、带宽中等、价格便宜、节点移动性较小等特点。

随着科技的发展，无线个域网的应用范围越来越广泛，涉及的关键技术也越来越丰富。

按照无线个域网各个领域的运用及满足应用要求的不同，通常人们将无线个域网的关键技术按照传输速率分为低速LR-WPAN（Low Rate）无线个域网技术、高速HR-WPAN(High Rate)无线个域网技术和超高速SR-WPAN(Super-high Rate)无线个域网技术。

低速无线个域网是按照IEEE 802.15.4协议为近距离联网设计的，它的复杂性相对较低。

IEEE802.15.4包括工业监控和组网、办公、库存管理和家庭自动化与控制、人机接口装置以及无线传感器网络等。

LR-WPAN的出现完全是由于市场需要，因为现有无线解决方案成本仍然偏高，而有些应用无需WLAN，甚至不需要蓝牙系统那样的功能特性。

低速无线个域网LR-WPAN的结构简单、数据率较低、通信距离近、功耗低，成本自然也很低。

低速无线个域网系统适用于办公和家庭自动化、工业生产的过程监测以及农作物生长监测等。

例如，利用所建立的数千个LR-WPAN节点装置构成的网状网，收集土壤信息和气象资料，农民和农场管理部门利用这些信息来决定各个生产环节以获取较高的农作物产量。

而在工业应用方面，主要用于建立传感器网络、紧急状况监测（如火警、温控、事故报警）、机器工作状态检测等。

在民用和办公自动化方面，用于提供无线办公解决方案，用无线替代有线连接计算机外设、游戏机、安全报警系统、照明和空调控制系统。

我们可以将蓝牙技术（IEEE802.15.1）看作是第一个取代有线连接、工作在个人环境下将各种电器组网的无线个域网技术。

但是蓝牙系统中的数据传输有效速率仅限于1Mbit/s以下，而按照IEEE802.15.3建立的WPAN数据传输速率高达55Mbit/s以上。

高速WPAN适合大量多媒体文件、短时间内视频流和采用媒体播放格式MP3（Media Player3）等音频文件的传送。

传送一幅图片，高速无线个域网只需1s。

高速WPAN不仅用于数据和语音传输，还用于视频或多媒体传输。

如摄像机编码器与电视投影仪/个人存储装置间的高速传送，便携式装置之间的计算机图形交换等。

高速WPAN目前界定的数据率为55Mbit/s，网络采用动态拓扑结构，采用便携式装置能在极短的时间内（小于1s）链入或脱离网络。

在日常生活中，无线通信装置数量的急剧增长对更高速率和更快的内同步传送的要求与日俱增，超高速WPAN将把网络中各种信息传送速率推向更高。

显然，IEEE 802.15.3高速WPAN将来不能满足这些应用要求。

为此，IEEE 802.15.3a工作组提出了更高数据率的物理层标准，用以替代高速WPAN的物理层，从而构成超高速WPAN或超宽带(Ultra-Wide Band)无线个域网WPAN。

WPAN系统通常都由以下四个层面构成：(1)应用软件与程序。

该层面由驻留在主机上的软件模块组成，它控制WPAN中各个模块的运行。

(2)固件和软件栈。

该层面对链路的建立和拆除起管理作用，并规定和执行业务质量QoS （Quality of Service）要求。

这个层面的功能常常在固件和软件中实现。

(3)基带处理装置。

它负责数据传送所需的数字数据处理，其中包括编/解码、封/拆包、检错和纠错。

基带部分还定义装置运行的状态，并与主控制接口交互作用。

(4)无线电射频。

它链接经D/A（数/模）和A/D（模/数）变换处理的所有输入/输出数据，接收来自和到达基带设备的数据，调制/解调发往和来自天线的射频信号。

无线个域网主要技术及其应用一、超宽带UWB技术。

超宽带无线电是指具有很高带宽比(射频频带宽度与其中心频率之比)的无线电技术。

实际使用中，它的工作频带宽度接近1.25GHz。

该技术原为美国军方为了防止通信内容被窃听而开发的一项军用通信技术。

2002年2月，美国联邦通信委员会FCC（Federal Communication Commission）授权其可用于民用。

随着因特网、多媒体的发展，人们之间的信息交换量越来越大，对实现高速率、高质量无线多媒体业务的需求越来越迫切，便携式电子设备与因特网之间的短距离高速无线通信已成为未来通信技术的重要发展趋势之一。

UWB技术之所以成为无线通信领域关注的热点之一，是由用户需求和UWB技术的性能特点共同决定的。

UWB是一种在雷达和遥感中被广泛应用的传输技术，近来作为通信应用在业界受到了巨大的关注。

UWB的主要特点是频带宽、传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低、多径分辨能力强、穿透能力强、定位准确等。

未来的理想无线通信系统，需要解决这几个问题，即大数据量、高数据速率、远距离通信、更大的网络用户数。

然而对于实际的通信系统，是不可能同时实现以上要求的，只能取折衷方案。

最初的通信系统力求延长通信距离，而现在无线通信的发展趋势则是以牺牲通信距离为代价，最大限度地改善其他方面的性能。

目前侧重使用超宽带技术来提供短程的高速信息传输，也可以用来提供测距和定位等功能。

UWB技术相对于扩频通信等传统窄带和宽带通信方式而言，是一种全新的通信方式，UWB技术可以不采用中频载波变频调制，而将基带信号调制到信道上，用基带信号直接激励天线发射超短时宽的冲激脉冲，以时域窄脉冲作为信息载体。

目前UWB主要有两种通信技术：一种为基于窄脉冲的超宽带技术，主要由摩托罗拉（Motorola）等公司倡导；另一种为类似于正交频分技术OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)的脉冲化多波道超宽带技术，主要由因特尔（Intel）公司倡导。

但这两种超宽带通信技术，中国并不具有自己的知识产权，而且其相应的标准和应用还没有成熟；相反，对冲激脉冲型UWB技术，中国具有一定的知识产权优势，并且就冲激脉冲型UWB技术本身而言，具有数据传输速率高、定位精确等特点，能支撑更多的业务类型。

UWB技术标准主要在IEEE 802.15工作组进行。

该标准有两个：一个是极短程、极高数据传输速率的IEEE 802.15.3a；另一个是较长距离、数据传输速率要低的IEEE 802.15.4a。

超宽带通信系统采用了跳时扩频信号TH-SS (Time Hopping-Spread Signal)，发射载频在多个时隙上跳变，系统具有较大的扩频处理增益，对干扰信号具有很好的抑制特性。

超宽带通信系统利用窄脉冲信号本身具有的宽频谱特性进行扩频，扩展后的频谱为数个GHz，是一般扩频系统的一百多倍，因此，在同等码速率情况下，超宽带通信系统比一般扩领系统的扩频增益大20dB左右，具有更强的抗干扰特性。