短距离无线通信技术

UWB技术的应用
军事
UWB雷达 预警机、舰船 UAV/UGV数据链 探测地雷 家电设备及便携设备 汽车防冲撞传感器
民用
地质勘探及可穿透障 碍物的传感器
探测隐蔽军事目标
之间的无线数据通信
UWB技术的应用
戴姆勒克莱斯勒公司已经 试制出用于自动刹车系统 的雷达。在不久的将来， 这种防撞雷达将成为高级 汽车的一个选件。
工作在全球开放的2.4 GHz ISM频段 使用跳频频谱扩展技术
把频带分成若干个跳频信道(Hop Channel)，在一次连接中，无线电收发器 按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道

一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接 数据传输速率可达1Mb/s 低功耗、通信安全性好 在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求 组网简单方便
基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有15 m
而Wi-Fi的半径则可达100 m左右
传输速度非常快 可以达到11 Mb/s 厂商进入该领域的门槛比较低
Wi-Fi技术的应用
手持设备（大部分） PC 小型办公网络 智能家居 物联网
美国密歇根州运输研究所(UMTRI)联合汽车厂家和各种机构，准备推出一个 基于专用短程通讯(DSRC)的云平台，利用Wi-Fi技术连接车载电脑和远程交通 安全管理平台，在汽车有可能发生事故前发出警告信息，提醒司机注意安全 驾驶，从而减少交通事故的发生。
×10 ×10
×10
10Gbps
1Gbps
100Mbps
GAP
Bottle Neck in the Last Mile Of Access
×5.5
Wired LAN
10Mbps
Wireles s LAN
2Mbps 10k
1rd Gen
×5.5
11Mbps 110k
2rd Gen
×5.5
54Mbps 384k
AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的 有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此 任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享 有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理 相当于一个内置无线发射器的Hub或者是路由
负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备
Wi-Fi的技术优势
无线电波的覆盖范围广
Zigbee 频带和频带传输率情况
频带 2.4 GHz(ISM) 868 MHz 915 MHz(ISM) 使用范围 全世界 欧洲 美国 数据传输率 250 kb/s 20 kb/s 40 kb/s 信道数 16 1 10
该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段 是免付费、免申请的无线电频段
抗干扰性能强
带宽极宽 • UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz • 超宽带系统容量大，并且可以和窄带通信系统同时工作而互不干扰 • 这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源
消耗电能小
保密性好
发送功率非常小
UWB技术特点
抗干扰性能强 带宽极宽
消耗电能小 • 通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗 一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接 按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小
超宽带技术( Ultra Wideband UWB)
通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据，是一种无载波通信 技术。窄脉冲(小于1ns)产生极大带宽的信号。
脉冲采用
工作波段 3.1～10.6 GHz
雷达和图像系统中
脉位调制(PPM) 或 二进制移相键控(BPSK)调制
主要应用 应用于小范围、高分辨率，能够穿透墙壁、地面和身体的 适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的局域网
3rd Gen
250Mbps
???
4rd Gen
各种短距离无线通信技术
Bluetooth 蓝牙技术
IEEE 802.11系列
HiperLAN 系列
WLAN
UWB
无线局域网技术
超宽带技术
Zigbee IrDA Ad hoc RFID NFC
紫蜂技术 红外线数据协会技术 自组织网络技术 射频识别技术 短距通信技术
至低于普通设备产生的噪声 • 接收时, 将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益 • 因此，与IEEE 802．11a、IEEE802．11b和蓝牙相比，在同等码速条 件下， UWB具有更强的抗干扰性，传输速率高，有望高于蓝牙100倍
带宽极宽 消耗电能小 保密性好 发送功率非常小
UWB技术特点
UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号 能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率
UWB技术特点
抗干扰性能强 带宽极宽
消耗电能小
保密性好 发送功率非常小
UWB技术特点
抗干扰性能强 • UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益
• 发射时 , 将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚
蓝牙技术已经成熟
蓝牙3.0版本，传输 距离10米，速度 1.8M/s，现在蓝牙
兴趣小组，致力于
开发一种全球通用 的小范围无线通信 技术，即蓝牙技术
已经发展到4.0版本
传输距离能达到60 米，传输更稳定,不 易被其他同频段信 号干扰
版本：V1.1/1.2/2.0/2.1/
3.0/4.0
蓝牙技术的特点
短距离无线通信技术
主要内容
基本概念
发展、应用及特点
研究开发实例
基本概念
有线通信 无线通信
借助线缆线路传送信号的通信方式
数据传输介质 双绞线，同轴电缆，光纤，etc
仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式
一般意义上，只要通信收发双方通过电磁波（红外、无线电微
波）传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几 十米以内，都可以称之为短距离无线通信
保密性好 发送功率非常小
UWB技术特点
抗干扰性能强
带宽极宽
消耗电能小 保密性好 • 采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据 • 系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收
发送功率非常小
UWB技术特点
抗干扰性能强 带宽极宽 消耗电能小 保密性好
发送功率非常小 • 通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大 延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的 影响也会很小。
网络容量大 安全 工作频段灵活
Zigbee技术的应用
数字 家庭 工业 智能 交通 其他 应用于家庭的照明、温度、安全、控制等 ZigBee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具 游戏机、门禁系统、空调系统和其他家电产品中
Zigbee技术的应用
数字 家庭 工业 智能 交通 其他 通过ZigBee网络自动收集各种信息，并将信息 回馈到系统进行数据处理与分析，以利于工厂整 体信息之掌握。例如火警的感测和通知，照明系 统的感测，生产机台的流程控制等，都可由ZigBee 网络提供相关信息，以达到工业与环境控制的目的 韩国的NURI Telecom在基于Atmel和Ember 的平台上成功研发出基于ZigBee技术的 自动抄表系统
主要特点
通信距离短
覆盖距离一般在10~200m
发射功率低 应用范围广
一般小于100mW 可自由连接各种个人便携式 电子设备、计算机外部设备和 各种家用电器设备，实现信息 共享和多业务的无线传输
Gap of transmission ability between fixed and wireless
采用“即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜索到另一蓝牙设备 马上就可以建立连接，传输数据
支持语音传输
蓝牙技术的应用
语音/数据接入
将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上 完成与广域网的连接
外围设备互联
将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上
个人局域网（PAN） 主要用于个人网络与信息的共享与交换
根据传输数据速率可分为 高速：最高数据速率>100Mb/s
通信距离小于10m 典型技术：高速UWB
目前主要应用于连接下一代便携式消费 电器和通信设备。它支持各种高速率的多 媒体应用、高质量的声像配送、多兆字节 音乐和图像文档传输等。
低速：最低数据速率<1Mb/s
通信距离小于100m
பைடு நூலகம்
主要用于家庭、工厂与仓库的自动化控制、 安全监视、保健监视、环境监视、军事行 动、消防、货单自动更新、库存实时跟踪 以及游戏和互动式玩具等方面的低速应用。
Zigbee网络
ZigBee技术是一种可以构建一个由多达数万个无线数传模块 组成的无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信CDMA 网或GSM网 网络节点间的距离：75m~几百米~几公里 ZigBee网络还可以与 现有的其他各种网络连接
Zigbee技术特点
功耗低
可靠
两节五号电池可支持长达6个月到2年 左右的使用时间
之间动态切换
缺点
速度不够高，且所在的2.4 GHz的ISM频段的带宽比较窄 (仅有85 MHz)，同时还要受到微波、蓝牙等多种干扰源的干扰
与蓝牙技术相比，Wi-Fi在数据安全性方面要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略 胜一筹，可达100 m左右，可用于整栋办公大楼
AP (Access Point) Wi-Fi 无线网卡
Zigbee技术的应用
数字 家庭 工业 智能 交通 其他 如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有 大量ZigBee终端设备，就不再担心会迷路。安装在 汽车里的器件将告诉你当前所处的位置，正向何处去 全球定位系统(GPS)也能提供类 似的服务，但是这种新的分布式 系统能够提供更精确、更具体的 信息。即使在GPS覆盖不到的楼 内或隧道内，仍能继续使用此系 统
IEEE 802.11b标准
IEEE 802.11b标准是当前应用最为广泛的WLAN标准，发布于1999年9月 主要目的 提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准
工作频率 2.4 GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需要频率使用许可证的无
线设备共享同一频段，且采用加强版的DSSS
传输速率 可以根据环境的变化在11 Mb/s、5.5 Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s
典型技术：Zigbee、低速UWB、蓝牙
主要内容
基本概念
发展、应用及特点
研究开发实例
Bluetooth（蓝牙）技术
1998年 1994年 爱立信公司开始着 手蓝牙技术的研究 开发工作，意在通 过一种短程无线连 接替代已经广泛使 用的有线连接 Ericsson、Nokia、 Intel、Toshiba和 IBM共同建立特别 经过十几年的发展
Wi-Fi（wireless fidelity）技术
Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持 设备（如Pad、手机）等终端以无线 方式互相连接的技术 它是一个无线网路通信技术的品牌， 由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有 目的是改善基于IEEE802.11标准的无 线网路产品之间的互通性
态激活的时延都非常短，通常时延都在15～30 ms之间
时延短
Zigbee技术特点
优良的网络拓扑能力
具有星、网和丛树状网络结构能力 具有无线网络自愈能力，能简单地覆 盖广阔范围 可支持多达65000个节点 提供了数据完整性检查和鉴权功能加密算法 采用通用的AES-128 使用的3个频段均为免执照频段
“嗡嗡”(zig)+蜜蜂 (bee)
Zigbee 紫蜂技术
ZigBee是 一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准 是一个有关组网、安全和应用软件方面的技术标准
主要适用于 自动控制领域 可以嵌入各种设备中 同时支持地理定位功能 用于个人区域网和对等网状网络 标准、 经济、高效、低数据速率(<250 kb/s)
采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务 预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突
传输速率低 10～250 kb/s，专注于低传输应用
成本低
ZigBee 协议免收专利费，采用ZigBee技术 产品的成 本一般为同类产品的几分之一甚至十分之一 针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状
国内的常州唐恩软件科技有 限公司，提供了基于UWB技 术的高精度定位系统，可在 室内环境实现三维15cm的高 精度定位，为目前无线电实 时定位领域最先进的定位系统
UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PAN) 与其它技术相比 IEEE 802.11b标准和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据 IEEE 802.11a标准速率可达54Mb/s，可以处理视频数据，但费用昂贵 而UWB有可能在10m范围内，支持高达110 Mb/s的数据传输率， 不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。