無線通信技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用

1、無線通信技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用作者：鄧開樂 指導(dǎo)教師：陳冠英 教授湛江師范學(xué)院物理學(xué)院 湛江 5240481 引 言無線通信是利用電磁波信號(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。在信息與通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的是無線通信技術(shù)。無線通信在過去的90多年時(shí)間里，已經(jīng)朝著傳輸寬帶化、移動(dòng)高速化、接入靈活化、綜合化及個(gè)人化等方向不斷發(fā)展，并且各種無線通信技術(shù)之間呈現(xiàn)出一種融合發(fā)展的狀態(tài)1,2,3,4,5,7,9。本文力圖使人們盡快理解無線通信的基本理念是：實(shí)現(xiàn)在任何地方（Wherever)、任何時(shí)候(Whenever)與任何人(Whomever)之間進(jìn)行任何種類（Whatever)的快

2、捷、方便、動(dòng)態(tài)的自由通信1,3，14,15,16，在這種背景下，有必要分析一下公眾蜂窩移動(dòng)無線通信技術(shù)的發(fā)展，短距離、近距離無線通信技術(shù)，以求對(duì)公眾無線移動(dòng)通信的發(fā)展有比較清晰的了解，從中把握各種無線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，以便更好地了解下一代無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。2 無線通信的概念無線通信是無線電通信的簡稱，是利用電磁波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。無線通信可用于傳輸電報(bào)、電話、傳真、圖像、數(shù)據(jù)和廣播電視等。相對(duì)于有線通信而言，無線通信不需要架設(shè)專門的傳輸線路，不受通信距離的限制，機(jī)動(dòng)性能也比較好，建立起來相當(dāng)迅速。1，2，6，72.1 無線通信的起源19世紀(jì)末，歷經(jīng)

3、奧斯特、安培、法拉第、亨利等人的無數(shù)次試驗(yàn)，奠定了無線通信的基礎(chǔ)。之后，由麥克斯韋集前人之大成提出了具有劃時(shí)代意義的理論電磁場(chǎng)理論。1887年，德國物理學(xué)家H · 赫茲通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言（這是一個(gè)關(guān)于電磁波的發(fā)生、檢測(cè)及其屬性的測(cè)量的實(shí)驗(yàn)）。1894年，俄國的波波夫發(fā)明了天線和無線電接收機(jī)；1897年，馬可尼驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)中的無線通信的可應(yīng)用性，隨即人類開始了對(duì)移動(dòng)無線通信的追求。這一階段可視為無線通信的起源階段。1，2，3，183 無線通信系統(tǒng)的基本組成最基本的無線通信系統(tǒng)由發(fā)射器、接收器和無線信道組成，如圖1所示。信號(hào)源傳送的電信號(hào)在發(fā)射器中完成信息的調(diào)制，即

4、將基帶信號(hào)搬移到射頻上并放大到足夠的功率，在發(fā)射器中完成對(duì)信息的調(diào)制，射頻信號(hào)通過發(fā)射天線轉(zhuǎn)換成為電磁波在無線信道上傳輸，在接收器的接收端口，空間中的電磁波經(jīng)過接收天線轉(zhuǎn)換成為射頻信號(hào)進(jìn)入到接收器中，接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將原始電信息復(fù)原，然后傳輸?shù)叫潘蕖?,6,7信號(hào)源 發(fā)射器（調(diào)制）信宿接收器（解調(diào)）噪聲源 已調(diào)信號(hào) 無線信道 圖1 無線通信系統(tǒng)基本組成3.1 信號(hào)源信號(hào)源（信源）的作用是把各種信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)；據(jù)信息的類型可以把信源分為模擬和數(shù)字信源。模擬信源輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，常見的有話筒和攝像機(jī)；數(shù)字信源輸出離散的數(shù)字信號(hào)，常見的有計(jì)算機(jī)等數(shù)字終端。模擬信源的信號(hào)也可以經(jīng)過數(shù)字

5、化處理而輸送出數(shù)字信號(hào)。6,73.2 發(fā)射器發(fā)射器的作用是產(chǎn)生可以在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，既具有抗信道干擾的能力，也具有足夠的功率將信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰?。發(fā)射器的作用很大，包括信號(hào)的變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過程。1，2，6，73.3 無線信道信道是一種物理媒質(zhì)，發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)可以經(jīng)過它傳播到接收端。無線信道可以是自由空間（包括空氣和真空）；無線信道具有信道的一般特性，既給予信號(hào)通路，也產(chǎn)生對(duì)信號(hào)的干擾和噪聲，圖1中的噪聲源就包括了來自無線信道的噪聲，同時(shí)也包括了無線通信系統(tǒng)各部分的噪聲。6，73.4 接收器接收器的作用是把信號(hào)放大及逆變換（如譯碼和解調(diào)等），以從接收到的信號(hào)中正確地恢復(fù)原始

6、信號(hào)，盡可能地減少傳輸過程中噪聲及干擾對(duì)信號(hào)的影響。6,73.5 信宿信宿是信號(hào)傳輸?shù)哪康牡?，與信源的作用相反，它是把原始電信號(hào)還原成為原來的信息，如揚(yáng)聲器等。4，6,74 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是將信號(hào)轉(zhuǎn)化成可以在信道中傳輸?shù)男问降倪^程，其實(shí)質(zhì)是頻譜變換，把攜帶信息的基帶信號(hào)的頻譜搬移到所需要的頻譜范圍（頻率得到提高）；在無線通信中，調(diào)制均指載波調(diào)制。載波調(diào)制指的是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)，使得載波中的一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制信號(hào)其實(shí)是來自信源的基帶信號(hào)（既可以是模擬的，也可以是數(shù)字的）；載波是未受調(diào)制的周期振蕩信號(hào)，載波經(jīng)過調(diào)制之后就成為已調(diào)信號(hào)。載波調(diào)制的產(chǎn)生是通信技術(shù)的要

7、求，一般從語言、音樂、圖像等信源轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)的頻率是很低的，屬于包括（或不包括）直流成分的低通頻譜，這種信號(hào)稱為基帶信號(hào)；在無線傳輸中，信號(hào)是通過天線轉(zhuǎn)變成空間中的電磁波傳輸?shù)模鶕?jù)電磁輻射理論，天線的長度要與信號(hào)的波長相比擬時(shí)才能獲得較高的輻射效率，由于基帶信號(hào)的頻率很低，那么所需的天線長度將因?yàn)檫^長而無法實(shí)現(xiàn)；另外，調(diào)制可以把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率，還可以擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾和抗衰落能力。由于基帶信號(hào)有模擬基帶信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)，因而，調(diào)制相應(yīng)也有模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。無論是哪種信號(hào)，調(diào)制的基本方式有：幅度調(diào)制和角調(diào)制（頻率調(diào)制和相

8、位調(diào)制）。在模擬調(diào)制中有三種基本的調(diào)制方式：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM)和相位調(diào)制（PM)；幅度調(diào)制指的是利用調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的振幅，使得已調(diào)信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)幅值作線性變化的調(diào)制方式。而頻率調(diào)制和相位調(diào)制是通過調(diào)制信號(hào)、改變載波的角度實(shí)現(xiàn)的，即在頻率調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)振幅控制的是已調(diào)信號(hào)的頻率；而在相位調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)振幅控制的是已調(diào)信號(hào)的相位；在調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的幅度、頻率和相位的變化是由調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的瞬時(shí)振幅控制的。數(shù)字調(diào)制也有三種基本調(diào)制方式：數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。由于數(shù)字信號(hào)屬于離散信號(hào)，那么調(diào)制后的載波參量也是離散的，數(shù)字調(diào)制

9、過程是利用數(shù)字信號(hào)離散取值經(jīng)過開關(guān)鍵控制載波，這種方法稱為鍵控法。因此，分別稱數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制為幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK）。解調(diào)是從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程，是調(diào)制的逆過程。不同的調(diào)制方式，對(duì)應(yīng)的解調(diào)方式也就不相同。在幅度解調(diào)中，從調(diào)幅信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的過程稱為振幅解調(diào)，也稱為振幅檢波（檢波）；調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)稱為頻率檢波（鑒頻），鑒頻的作用是把調(diào)制信號(hào)頻率中的原調(diào)制信號(hào)取出；調(diào)相信號(hào)的解調(diào)稱為相位檢波（鑒相），其目的是把調(diào)相信號(hào)相位中的原調(diào)制信號(hào)取出。1,2,4,5，6,75 無線電波傳播5.1 無線電波的傳播特性

10、無線電波的傳播特性是指無線電波在各種具體介質(zhì)中傳播的方式。在地球上，無線電波傳播的介質(zhì)有地殼、海水、大氣等。無線電波在自由空間中傳播的速度與光速相同，為，高頻信號(hào)的頻率與其波長的關(guān)系為。在自由空間中傳播的無線電波一般可分為地表波、天波、空間波和散射波，如圖2所示：圖2 無線電波的傳播特性地表波是指在地球表面附近傳播的無線電波。天波指的是利用電離層反射傳播的的無線電波。由天線發(fā)射直接到達(dá)接收點(diǎn)的電波，被稱為直射波。還有另外一部分無線電波是通過地面或其他障礙物反射到達(dá)接收點(diǎn)的，被稱為反射波；直射波和反射波合稱為空間波。散射波是指當(dāng)對(duì)流層或電離層出現(xiàn)不均勻團(tuán)塊時(shí)，而有可能被這些不均勻媒質(zhì)向四面八方反

11、射到達(dá)接收點(diǎn)的無線電波。1，2，6，75.2 無線電波頻段劃分在通信領(lǐng)域，一般根據(jù)無線電波的波長或頻率將無線電波劃分為不同的波段或頻段，1，6，7如表1所示：頻段頻段名稱頻段范圍/Hz傳播方式波長范圍波段名稱典型應(yīng)用4甚低頻VLF3k30k波導(dǎo)10km100m超長波遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信、聲吶5低頻LF30k300k地波、天波1km10m長波導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)6中頻MF300k3M地波、天波1km200m中波廣播、海事通信、測(cè)向、遇險(xiǎn)求救、海岸警衛(wèi)7高頻HF3M30M地波、天波20010m短波遠(yuǎn)程廣播、電報(bào)、電話、傳真、搜尋救生、飛機(jī)與船只間通信、船岸通信、業(yè)余無線電8甚高頻VHF30M3

12、00M空間波、對(duì)流層散射、繞射101m超短波（米波）電視、調(diào)頻廣播、陸地交通、空中管制、出租汽車、警察、導(dǎo)航、飛機(jī)通信9特高頻UHF0.3G3G空間波、對(duì)流層散射、繞射、視距10010cm微波分米波電視、蜂窩網(wǎng)、無線電探空儀及高度計(jì)、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、GPS、監(jiān)視雷達(dá)10超高頻SHF3G30G視距101cm厘米波衛(wèi)星通信、機(jī)載雷達(dá)、公用陸地移動(dòng)通信11極高頻EHF30G300G視距10.1mm毫米波雷達(dá)著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星、移動(dòng)通信、鐵路業(yè)務(wù)表16 無線通信系統(tǒng)的分類無線通信系統(tǒng)根據(jù)不同分類方法，可以有不同類型，具體的分類如表2：按技術(shù)體制分類模擬、數(shù)字、數(shù)模兼容按工作波長分類長波、中波、短波、超短波

13、、微波等按無線應(yīng)用分類移動(dòng)、無線接入、微波、衛(wèi)星按工作狀態(tài)分類固定、移動(dòng)按位于通信網(wǎng)絡(luò)的位置分類無線接入、無線傳輸 表2雖然無線通信系統(tǒng)按照不同的原則有不同的類型，但其內(nèi)涵不會(huì)改變。本文主要從應(yīng)用的角度討論無線通信系統(tǒng)，但僅限于公眾蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。1，77 公眾蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)7.1 移動(dòng)通信的概念移動(dòng)通信一般指的是移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信，也就是通信過程中至少有一方處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)（用戶也可以暫時(shí)停留在某一個(gè)非既定位置上進(jìn)行信息傳遞和交換）。1，2，77.2 “蜂窩”的概念及公眾蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信自無線通信出現(xiàn)之日就產(chǎn)生了，可以追溯到馬可尼在1895年的無線通信試

14、驗(yàn)。而現(xiàn)代通信出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，最早是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，公眾移動(dòng)通信始于20世紀(jì)60年代，爾后的發(fā)展中經(jīng)歷了第一代(1G)、第二代(2G)和第三代(3G)，并將繼續(xù)朝著第四代(4G)發(fā)展。1,2公眾蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)又可以分為大區(qū)制移動(dòng)通信方式（用于農(nóng)村及交通干線）和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)（主要用于城市），小區(qū)制移動(dòng)通信采用的是六邊形的“蜂窩”狀，故又稱為蜂窩移動(dòng)通信，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域（Cell，稱為小區(qū)），各小區(qū)使用小功率的發(fā)射機(jī)（即基站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿（即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖3?！胺涓C”概念的提出真正解決了公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)

15、追求系統(tǒng)容量大與頻率資源有限的矛盾。由于城市的發(fā)展，蜂窩移動(dòng)通信的覆蓋范圍會(huì)越來越大，公眾蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)部組網(wǎng)主要由“移動(dòng)臺(tái)(Mobile Station，MS，如手機(jī))”、“移動(dòng)基站系統(tǒng)(Base Station，BS)”、“中繼傳輸系統(tǒng)（MSC之間、MSC和BS之間采用有線方式連接）”、和“移動(dòng)交換中心(Mobile-services Switching Centre，MSC）等四大部分組成，1，2，7 如圖4： 圖3 蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖 圖4 蜂窩移動(dòng)通信內(nèi)部組網(wǎng)7.3 多址技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，存在多個(gè)移動(dòng)用戶終端同時(shí)進(jìn)行通信的情況，在這種情況下，對(duì)如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋址和對(duì)多個(gè)地址的動(dòng)

16、態(tài)劃分與識(shí)別的問題的研究，最終導(dǎo)致了多址技術(shù)的出現(xiàn)。多址技術(shù)的出現(xiàn)也在一定的范圍內(nèi)解決了頻譜的有效利用問題，使得多個(gè)用戶共享系統(tǒng)頻譜資源1，2，3，4，7。無線信號(hào)用頻率、時(shí)間和碼型表示的函數(shù)為，其中是頻率和時(shí)間的函數(shù)，是碼型函數(shù)1。根據(jù)頻率、時(shí)間和碼型劃分，多址方式可分為頻分多址方式（FDMA）、時(shí)分多址方式（TDMA）和碼分多址方式（CDMA）。頻分多址（FDMA）把整個(gè)系統(tǒng)的頻譜分割成若干個(gè)頻率正交的信道。典型的FDMA系統(tǒng)是第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。時(shí)分多址（TDMA）則將時(shí)間正交分割，每一信道在指定的時(shí)隙內(nèi)占用了整個(gè)頻段，客戶在這指定的時(shí)隙內(nèi)占用整個(gè)頻段收（或發(fā)）信息。由于TDMA

17、系統(tǒng)要求用戶在時(shí)間上保持嚴(yán)格的同步，因此實(shí)現(xiàn)起來比FDMA要困難一些，可是TDMA支持多速率傳輸功能，只需給一個(gè)用戶分配多個(gè)時(shí)隙。典型的TDMA系統(tǒng)有北美的D-AMPS，歐洲的GSM-900、DCS-1800和日本的PDC。碼分多址（CDMA）是利用擴(kuò)頻技術(shù)形成不同的碼序列實(shí)現(xiàn)的多址方式，用不同的碼子區(qū)分不同的用戶，有多少個(gè)相互正交的碼序列，就可以實(shí)現(xiàn)多少個(gè)用戶終端在同一個(gè)載波上通信。典型的CDMA系統(tǒng)是北美的IS-95。1,2,3,4,7三種多址方式如圖5：圖5 三種多址方式7.4 第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）第一代模擬移動(dòng)通信出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代中期，蜂窩移動(dòng)通信也是從模擬移動(dòng)通信開始

18、的，第一代模擬通信使得電話與網(wǎng)絡(luò)之間不再需要用戶線連接，可以在任何地方實(shí)現(xiàn)接收與發(fā)送信息。第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用模擬調(diào)制方式進(jìn)行語音傳輸和FDMA（頻分多址）的接入方式。在往后的運(yùn)行使用過程中，1G系統(tǒng)的劣勢(shì)也逐漸顯露出來，比如只能實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)且語音服務(wù)質(zhì)量差；設(shè)備造價(jià)高，終端體積龐大、高耗電、易被盜號(hào)；頻譜利用率差；保密性差。1G有三種主流標(biāo)準(zhǔn)，分別是：北美蜂窩系統(tǒng)(Advance Mobile Phone System,AMPS)、北歐移動(dòng)電話(Nordic Mobile Telephone,NMT-450/900)和全向通信系統(tǒng)(Total Access Communic

19、ations System,TACS)。這三種模擬蜂窩通信系統(tǒng)的性能對(duì)比如表3：系統(tǒng)AMPSTACSNMT-900下行頻段/MHz 869894935960935960上行頻段/MHz 824849890915890915頻道間隔/kHz302512.5雙工頻道總數(shù)83210002000基站發(fā)射功率/W4010050移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率/W車載34106手機(jī)0.60.61.62基站覆蓋半徑/km220220220調(diào)制方式語音FMFMFM信令FSKFFSKFSK語音信號(hào)頻偏±12±9.5±4信令信號(hào)頻偏±8±6.4±2.5數(shù)據(jù)傳輸速率 kbi

20、t/s1085.28信道編碼下行BCH(40,28)BCH(40,28)B1型卷積碼上行BCH(40,36)BCH(40,36)哈氏碼使用國家/地區(qū)北美中國、英國、意大利、西班牙、日本等挪威、芬蘭、丹麥、瑞典表31983年，我國規(guī)定模擬蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段為870889.975MHz與915935.975MHz，頻道間隔為25KHz。后來在上世紀(jì)80年代末，我國發(fā)展了第一代TASC系統(tǒng)（頻段為890915MHz與935960MHz，頻道間隔為45MHz），到2000年之后，已經(jīng)全部退網(wǎng)，全面停止使用。1,2,3,47.5 第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）20世紀(jì)90年代，第二代數(shù)字移動(dòng)通信系

21、統(tǒng)開始逐漸發(fā)展起來；第二代數(shù)字移動(dòng)通信是以1G為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的，為的是解決1G系統(tǒng)中存在的根本性技術(shù)缺陷。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及TDMA或CDMA接入方式，具有頻譜利用率較高、保密性好、系統(tǒng)容量大、接口標(biāo)準(zhǔn)明確等優(yōu)點(diǎn)1，2，3。較大程度上滿足了人們對(duì)語音業(yè)務(wù)以及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，在省內(nèi)、省際可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游服務(wù)（漫游服務(wù)包括位置更新、呼叫轉(zhuǎn)移和呼叫建立三個(gè)過程），因此在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。1，2第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)根據(jù)接入方式可以分為兩大類，分別是：TDMA系統(tǒng)和窄帶CDMA系統(tǒng)。其中TDMA系統(tǒng)的代表有泛歐的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System Mobil

22、e,GSM)、美國的數(shù)字先進(jìn)移動(dòng)電話服務(wù)(Digital Advanced Mobile Phone Service, D-AMPS)，亦稱IS-54(ADC，北美數(shù)字蜂窩)和日本的個(gè)人數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)(Personal Digital Cellular Telecommunication System,PDC)；而窄帶CDMA系統(tǒng)的代表為北美的另一種數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)Interim Standard 95（IS-95），該技術(shù)已成為美國個(gè)人通信網(wǎng)(PCS)的首選。GSM，俗稱“全球通”，工作的頻段有900MHz（稱為GSM900）和1800MHz（稱為DSC1800），即所謂的雙頻網(wǎng)絡(luò)，擁有雙頻手

23、機(jī)的客戶可以在兩者之間進(jìn)行任意的切換，選擇最佳的信道。GSM并非是純使用TDMA的接入方式，而是使用FDMA - TDMA混合的接入方式；GSM體制比較完善、技術(shù)也相對(duì)成熟，但不能提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了解決這一問題而開發(fā)了GPRS(Generic Packet Radio Service)系統(tǒng)。第二代（2G）系統(tǒng)以提供語音傳輸和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為發(fā)展方向，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從1995年開始向提供中速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展，出現(xiàn)了后來被稱為2.5G的移動(dòng)通信系統(tǒng)，比如 GPRS和IS-95B。IS-54(ADC)、GSM、DCS1800和CDMA(IS-95)四種數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的參數(shù)特性如表4：系統(tǒng)

24、IS-54(ADC)GSMDCS1800CDMA(IS-95)下行頻段/MHz82484989091518051880824849上行頻段/MHz86989493596017101785869894雙工間隔/MHz45454545RF信道間隔/KHz302002001250手機(jī)功率/W0.20.1250.1250.6調(diào)制方式/4-DQPSKGMSKGMSKBPSK/QPSK語音編碼VSELPRPE-LTPRPE-LTPQCELP語音速率/(kbit/s)7.9513/6.513/6.58信令速率/(kbit/s)48.6270.833270.833-幀長/ms404.6154.61520信道編

25、碼1/2卷積碼1/2卷積碼1/2卷積碼上行：1/3卷積碼下行：1/2卷積碼使用國家/地區(qū)北美歐洲、中國歐洲、中國北美、韓國、香港、俄羅斯表4我國在第二代數(shù)字通信系統(tǒng)中的移動(dòng)業(yè)務(wù)分別由中國移動(dòng)通信公司（GSM系統(tǒng)）和中國聯(lián)合通信有限公司（GSM和窄帶CDMA兩種系統(tǒng)）開展，主要提供移動(dòng)電話業(yè)務(wù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)短信業(yè)務(wù)及各類基本組合業(yè)務(wù)的“移動(dòng)套餐”業(yè)務(wù)等。1,2,3,47.6 第三代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）由于第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的帶寬有限而限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，并且無法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的多媒體業(yè)務(wù)；各國標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無法實(shí)現(xiàn)全球漫游。同時(shí)，由于電子商務(wù)蓬勃發(fā)展及Internet的廣泛普及，以GSM為代表的2

26、G系統(tǒng)在寬帶、容量及數(shù)據(jù)傳輸方式等方面已經(jīng)無法滿足人們的生活需要，由此導(dǎo)致了第三代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)。3G系統(tǒng)使用全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可提供全球無縫漫游業(yè)務(wù)而實(shí)現(xiàn)全球的普及，3G系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化由3GPP(3rd Generation Partner Project，第三代合作伙伴計(jì)劃)和3GPP2推動(dòng)實(shí)施，其中3GPP采用W-CDMA和TD-SCDMA構(gòu)筑新的無線接入網(wǎng)，而3GPP2采用的是CDMA 2000；支持多媒體業(yè)務(wù)特別是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)范圍覆蓋了語音、分組數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)；在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率問題上，3G系統(tǒng)無線傳輸速率有最低的標(biāo)準(zhǔn)：在高速運(yùn)動(dòng)情況下（如車載通信）提供144kbit/s速

27、率的多媒體業(yè)務(wù)，在低速運(yùn)動(dòng)情況下（如步行通信）提供384kbit/s速率的多媒體業(yè)務(wù)，在室內(nèi)固定情況下提供2Mbit/s速率的多媒體業(yè)務(wù)。3G系統(tǒng)是在2G系統(tǒng)已形成較大規(guī)模的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，可與固定網(wǎng)相兼容。目前，3G系統(tǒng)已逐漸完善，主流的三種標(biāo)準(zhǔn)有：WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access,寬帶碼分多址)、CDMA 2000 (Code Division Multiple Access 2000)、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多

28、址)。3G牌照是無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的經(jīng)營許可權(quán)。2009年1月7日，我國工業(yè)與信息化部為中國移動(dòng)、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放3張3G牌照，其中，中國移動(dòng)獲得TD-SCDMA牌照，中國電信獲得CDMA 2000牌照，中國聯(lián)通獲得WCDMA牌照，這標(biāo)志著我國正式進(jìn)入3G時(shí)代。WCDMA、TD-SCDMA、CDMA 2000三種標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)性能對(duì)比如表5：1，2，3，4，7性能標(biāo)準(zhǔn)WCDMATD-SCDMACDMA 2000載波間隔5MHz1.6MHz1.25MHz碼片速率3.84Mc/s1.28Mc/s1.228Mc/s幀長10ms10ms(兩個(gè)子幀）20ms

29、基站同步同步（需GPS）；異步同步（需GPS）同步（需GPS）功率控制快速控制：上、下行1500Hz0200Hz反向：800Hz前向：慢、快速功控下行發(fā)射分集支持支持支持頻率間切換支持可用壓縮模式測(cè)量支持可用空閑時(shí)隙測(cè)量支持檢測(cè)方式相干解調(diào)聯(lián)合解調(diào)相干解調(diào)信道估計(jì)公共導(dǎo)頻DwPCH、 UpPCH、Midamble（中間碼）前向、反向?qū)ьl編碼方式卷積碼、Turbo碼卷積碼、Turbo碼卷積碼、Turbo碼表57.7 第四代代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）自第三代數(shù)字移動(dòng)通信誕生之日開始，由于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及多媒體通信的廣泛普及，人們對(duì)通信容量及數(shù)據(jù)傳輸速率的較大需求，同時(shí)，3G系統(tǒng)各個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)之間的競(jìng)爭(zhēng)壓

30、力，使得3G不斷演進(jìn)。譬如在通用移動(dòng)通信系統(tǒng)UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，W-CDMA）的基礎(chǔ)上，誕生了HSPA（High Speed Packet Access）家族，它包括HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）和HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）。目前，HSDPA支持1.8、3.6、7.2和14.4Mbps的下行速率，HSUPA最高可提供5.76Mbps的上行速率。在3G技術(shù)不斷成熟升級(jí)的同時(shí)，各國又開始了對(duì)第四代數(shù)字移動(dòng)通信的研制，以便提供

31、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。2000年，在確定了3G標(biāo)準(zhǔn)后不久，國際電盟（ITU）就開始了關(guān)于4G的研發(fā)工作，當(dāng)時(shí)叫B3G(Beyond 3G)；在國際電盟(ITU )的定義里，任何達(dá)到或超過100Mbps的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以稱為4G；目前4G至少包含了LTE和WiMAX兩大不同類型的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。2010年10月，在我國重慶召開的國際電盟無線通信部門(ITU-R)第五組國際移動(dòng)通信工作組(WP5D)第9次會(huì)議通過了將所收到的6個(gè)關(guān)于4G標(biāo)準(zhǔn)候選案重新合并為兩個(gè)主流標(biāo)準(zhǔn)即LTE - Advanced（ Long Term Evolution Advanced ) 和Wireless MAN - A

32、dvanced (IEEE 802.16 m）；2012年1月18日下午17時(shí)，在日內(nèi)瓦舉行的國際電盟2012年無線電通信全體會(huì)議上，LTE - Advanced（Long Term Evolution Advanced）和Wireless MAN-Advanced（IEEE802.16m）技術(shù)規(guī)范通過審議，正式被確立為IMT - Advanced（俗稱“4G”）國際標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，國際上通用4G通信標(biāo)準(zhǔn)有FDDLTE和TDLTE兩種，都都屬于LTE-Advanced 標(biāo)準(zhǔn)。FDDLTE標(biāo)準(zhǔn)已在歐美一些國家投入使用，而另一種4G標(biāo)準(zhǔn)TD LTE- Advance 則是名符其實(shí)的“中國制造”。

33、TDLTE-Advance其實(shí)是由TD SCDMA升級(jí)而來的一種支撐高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。2013年12月4日，我國工業(yè)與信息化部向中國聯(lián)通、中國電信和中國移動(dòng)正式頒發(fā)了第四代TD-LTE移動(dòng)通信業(yè)務(wù)牌照，標(biāo)志著中國電信產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入4G時(shí)代，其中中國移動(dòng)采用的是TD-LTE，中國聯(lián)通采用的是FDD-LTE，中國電信也贊成FDD-LTE模式。4G具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、高度智能化和通話質(zhì)量高的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，有更好的兼容性和覆蓋性能，基于IP網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)，通信資費(fèi)更加便宜；與星羅密布的3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，4G采用全數(shù)字全I(xiàn)P技術(shù)，采用正交頻分多址技術(shù)OFDM（Orthogonal Freque

34、ncy Division Multiplexing，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾）和單一的全球范圍的蜂窩核心網(wǎng)，4G系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖6所示：1，2，3，4，15，16IP核心網(wǎng)多媒體接入系統(tǒng)Internet路由器WLAN4G無線接入網(wǎng)終端終端Ad hoc網(wǎng)PSTN/ISDN2G/3G接入網(wǎng)終端網(wǎng)關(guān)圖6 4G系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 從1G、2G到3G、4G系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室苍絹碓娇?，而且在移?dòng)終端移動(dòng)的速度越來越大的情況下也能提供較快的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸

35、率從小于0.01M bit/s發(fā)展到了0.3M bit/s，在4G中將超過100M bit/s，蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展如圖7所示：1，2圖7 蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展14通過以下七種無線蜂窩通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率的對(duì)比，我們可以更清楚地看到4G所具有的強(qiáng)大的傳輸速率；如表6：無線蜂窩系統(tǒng)GSM(EDGE,2.5G)CDMA2000(1X,2.75G)CDMA20001X EV-DOTD-SCDMA (HSPA)W-CDMATD-LTEFDD-LTE下行速率236kbps153kbps3.1Mbps2.8Mbps14.4Mbps100Mbps150Mbps上行速率118kbps153kbps1.8Mb

36、ps2.2Mbps5.76Mbps50Mbps40Mbps表68 寬帶無線接入技術(shù)及其應(yīng)用寬帶無線接入（Broadband Wireless Access,BWA）技術(shù)是連接交換節(jié)點(diǎn)和用戶的寬帶接入通信技術(shù)，具有覆蓋范圍靈活、應(yīng)用頻率范圍廣及頻譜利用率高等特點(diǎn)。根據(jù)覆蓋范圍的不同，寬帶無線接入可以分為無線廣域網(wǎng)（W-WAN）、無線城域網(wǎng)（W-MAN）、無線局域網(wǎng)（W-LAN）、無線個(gè)域網(wǎng)（W-PAN）。無線個(gè)域網(wǎng)解決的是通信系統(tǒng)中最后那幾米（10米以內(nèi)）電纜的問題，近年來，越來越多的作為個(gè)域網(wǎng)（PAN）的主流技術(shù)的近距離無線通信技術(shù)正在在蓬勃發(fā)展。具體技術(shù)分類如表7：1，2WWAN2G、3G、

37、4GWMANWiMAXWLANWiFi、DECT(Digital European Cordless Telephone無繩電話，2.75G)WPAN藍(lán)牙、超寬帶(UWB)、ZigBee、射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、NFC表7而各種無線通信網(wǎng)相應(yīng)的的覆蓋范圍層次及其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如圖8所示：、4GL圖8 無線通信網(wǎng)覆蓋層次及其標(biāo)準(zhǔn)88.1 WiMAXWiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）是從屬于IEEE 802.16協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一種無線寬帶城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）技術(shù)。

38、WiMAX可達(dá)到百兆的傳輸速率，具備在266GHz頻帶范圍之內(nèi)利用所有需要或者不需要許可的頻帶；同時(shí)，由于具備極強(qiáng)的傳輸能力使得其傳輸距離可達(dá)50km；覆蓋面積是3G發(fā)射塔的30倍，所需基站數(shù)量也就比3G的少得多；WiMAX理論的最高接入速率是70Mbit/s，是3G寬帶速率的30倍；提供最后一公里的網(wǎng)絡(luò)接入的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，既可作為連接Wi-FI與互聯(lián)網(wǎng)的橋梁，也可以作為DSL（Digital Subscriber Line數(shù)字用戶專線）等有線終端的無線擴(kuò)展，在不便部署傳統(tǒng)寬帶接入技術(shù)的地區(qū)，可通過WiMAX實(shí)現(xiàn)用戶與基站的寬帶連接。Wi-FI可提供54M bit/s的接入速率，但其覆蓋距離十分短

39、，移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋面積很廣，但其接入速率很慢，而WiMAX的出現(xiàn)正好可以彌補(bǔ)兩者的不足，三者結(jié)合可以使得網(wǎng)絡(luò)更加良好。同時(shí)，WiMAX也存在一些不足，主要是對(duì)于高速移動(dòng)的用戶，其標(biāo)準(zhǔn)上的速率50km/h很難實(shí)現(xiàn)無縫切換；嚴(yán)格意義上WiMAX并不屬于無線通信系統(tǒng)的一種標(biāo)準(zhǔn)，而是屬于無線城域網(wǎng)的一種技術(shù)。近些年，為了分享ITU分配給3G的頻譜資源，移動(dòng)WiMAX正在努力加入3G家族，實(shí)現(xiàn)全球漫游等目標(biāo)，成為真正意義上的移動(dòng)通信技術(shù)。WiMAX在IEEE802.16e的基礎(chǔ)上，2007年提出了新的增強(qiáng)技術(shù)IEEE802.16m，將支持移動(dòng)速率高達(dá)350km/h的終端用戶的接入和正常通信，并保證10

40、0Mbit/s左右的傳輸速率，下行最大數(shù)據(jù)傳輸速率為350Mbit/s以上，上行不小于200Mbit/s。WiMAX的幾種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表8：1，2802.16802.16a802.16d802.16e發(fā)布時(shí)間2001年12月2003年4月2004年6月2006年2月使用頻段1066GHz211GHz1066GHz 211GHz266GHz信道條件視距非視距視距+非視距非視距固定/移動(dòng)固定固定固定+漫游移動(dòng)+漫游信道寬帶25/28MHz1.2520MHz1.2520MHz1.2520MHz傳輸速率32134 Mbps(以28MHz為載波帶寬)在20 MHz信道上提供約75 Mbps的速率在20 M

41、Hz信道上提供約75 Mbps的速率在5 MHz 的信道上提供約15 Mbps 的速率額定小區(qū)半徑<5km510km515km數(shù)千米表88.2 Wi-FIWi-FI是Wireless Fidelity（無線高保真）的縮寫，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11（具體來說，Wi-FI屬于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)）與藍(lán)牙技術(shù)一樣，屬于短距離無線技術(shù)，是WLAN的代言技術(shù)；Wi-FI最早于1997年提出，誕生于1999年。1 Wi-FI主要用于解決辦公或移動(dòng)辦公、校園中用戶與用戶終端之間的無線接入；其優(yōu)勢(shì)在于：覆蓋面積可達(dá)百米左右；傳輸速率可達(dá)11Mbit/s或54Mbit/s，可用于高速數(shù)據(jù)的傳

42、輸；可在一些用戶密集的地方（如校園、商城、火車站、汽車站等）設(shè)置“熱點(diǎn)”，由此連接因特網(wǎng)，如圖9所示。Wi-FI成本較低，輻射較手機(jī)更小；劣勢(shì)在于其優(yōu)良的寬帶性能是以較大的功耗為代價(jià)的，限制了其在工業(yè)場(chǎng)合的推廣；數(shù)據(jù)傳輸安全性方面比藍(lán)牙要低。圖9 由Wi-FI實(shí)現(xiàn)用戶與互聯(lián)網(wǎng)高速連接組網(wǎng)自從1997年提出IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)以來，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了一系列的演進(jìn)，演進(jìn)的過程大體上是與當(dāng)代產(chǎn)生的新技術(shù)，如多輸出多輸入（Multiple-Input Multiple- Out-put,MIMO）技術(shù)等相互融合，以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且作了相應(yīng)的物理層補(bǔ)充。其演進(jìn)的主要路徑如圖1

43、0：IEEE802.11ac5GHz >1Gbit/sIEEE802.112.4GHz 2Mbit/s1997年IEEE802.11ad60GHz >1Gbit/s2013年IEEE802.11b2.4GHz 11Mbit/sIEEE802.11a50GHz 54Mbit/s1999年IEEE802.11g2.4GHz 54Mbit/s2003年2009年IEEE802.11n2.4GHz/5GHz 600Mbit/s2011年圖10 IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)主要演進(jìn)過程其中IEEE802.11n、802.11ac及802.11ad三種標(biāo)準(zhǔn)之間的參數(shù)對(duì)比如表9：標(biāo)準(zhǔn)802.11n

44、802.11ac802.11ad傳輸速率600Mbps3.2Gbps7Gbps覆蓋半徑70m30m< 5m頻帶2.4/5GHz5GHz2.4/5/60GHz天線4×4 MIMO8×8 MIMO>10×10 MIMO應(yīng)用數(shù)據(jù)、視頻視頻未壓縮視頻表9可見，無論在數(shù)據(jù)傳輸速率、帶寬，還是數(shù)據(jù)的接收及傳送能力，IEEE802.11ad都具有很大優(yōu)勢(shì)，特別是采取了10個(gè)空間流的多輸出多接收MIMO技術(shù)，獲得了極高的數(shù)據(jù)傳輸速率。1，2，4 2013年1月15日，IEEE正式批準(zhǔn)了超快速，短距離新一代無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11ad。與前代IEEE802.11

45、ac，包括目前仍在使用的IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)不同，IEEE802.11ad不需要改變現(xiàn)有的Wi-FI網(wǎng)絡(luò)，只是在一個(gè)房間內(nèi)短距離提供7Gbps的傳輸能力，頻段不再使用2.4GHz和5GHz，而是啟用60GHz頻段。然而早在2010年5月，Wi-FI聯(lián)盟便同無線吉比特WiGig(WiGig是對(duì)電視、影碟機(jī)、攝像機(jī)、投影儀、手機(jī)、PC、筆記本電腦等電子產(chǎn)品制定的基于60GHz頻段、速率達(dá)到千兆字節(jié)量級(jí)的短距離高速無線通信標(biāo)準(zhǔn))簽署合作協(xié)議，目的也正是為了共享60GHz的IEEE802.11ad。1，28.3 藍(lán)牙藍(lán)牙（ Bluetooth ）是在1998年5月由東芝、瑞典愛立信、IBM（In

46、ternational Business Machines Corporation）、Intel和諾基亞等公司共同提出的一種短距離（一般在100米以內(nèi)）無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙工作頻段是ISM(工業(yè)、科技、醫(yī)學(xué))全球通用的2.4GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為2425Mbit/s，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，藍(lán)牙技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備，例如PC、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、打印機(jī)、傳真機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話和高品質(zhì)耳機(jī)等，藍(lán)牙的無線方式將上述設(shè)備連成一個(gè)微微網(wǎng)，多個(gè)微微網(wǎng)之間也可以實(shí)現(xiàn)互連接成為分散網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備之間隨時(shí)隨地進(jìn)行快速通信。藍(lán)牙是實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范，

47、是一種低成本、低功耗、短距離及安全性高的無線連接技術(shù)。藍(lán)牙目前存在的主要問題是芯片大小和價(jià)格較高，抗干擾能力較弱。藍(lán)牙這個(gè)名稱來源于十世紀(jì)的一位丹麥國王Harald Blatand。Blatand的英文意思可以被解釋為Bluetooth，Blatand國王將挪威，瑞典和丹麥統(tǒng)一起來，他的口齒伶俐，善于交際，就如同這項(xiàng)即將面世的技術(shù)，技術(shù)將被定義為允許不同工業(yè)領(lǐng)域之間的協(xié)調(diào)工作，保持著個(gè)各系統(tǒng)領(lǐng)域之間的良好交流，用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。藍(lán)牙技術(shù)使用的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，但藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范大部分是由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)制定的

48、，由最初推出的V1.0發(fā)展到現(xiàn)在的V4.0版本，其發(fā)展的過程如圖11：V1.01999年V1.1748810kbit/sV1.2748810kbit/sV2.02004年1.82.1Mbit/sV3.02009年2425Mbit/sV4.02010年2425Mbit/s圖11 藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展2010年7月28日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式宣布采用V4.0核心規(guī)范，并向所有具備藍(lán)牙4.0規(guī)格的產(chǎn)品開放；該技術(shù)的特點(diǎn)是運(yùn)行和待機(jī)的功耗極低，可用一顆紐扣電池連續(xù)工作數(shù)年；在新的技術(shù)規(guī)范下，可以更進(jìn)一步增加醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)與健身和保安及家庭娛樂、辦公等的市場(chǎng)占有。藍(lán)牙技術(shù)為制造商及用戶提供三種連接方式：用于多種類

49、型的電子消費(fèi)產(chǎn)品的傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)；用于手機(jī)、相機(jī)、攝影機(jī)、PC及電視等視頻、圖片及語音提供高速傳輸?shù)乃{(lán)牙技術(shù)；用于保健、健康、個(gè)人設(shè)備、汽車級(jí)自動(dòng)化行業(yè)的低功率傳感及新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的藍(lán)牙低耗技術(shù)，如圖12：1,2,4,8,9,10,11,12,14,17圖12 藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用8.4 超寬帶（Ultra Wide band，UWB)超寬帶（Ultra Wide band，UWB）是一種始于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù)，它利用納秒至微微秒級(jí)的非正（或余）弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)；正是由于其利用時(shí)間間隔極短（小于1ns）的脈沖而不需要載波來傳輸信息，又可以把它稱為脈沖無線電（Impulse Radio）

50、、時(shí)域（Time Domain）或無載波（Carrier Free)通信；其執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.4a，傳輸距離在1020米。超寬帶與傳統(tǒng)的窄帶及寬帶有所不同，由于UWB發(fā)送許多小于1ns的脈沖，超寬帶的頻帶更寬，就從定義來說，相對(duì)帶寬大于25，且中心頻率為500MHz的稱為超寬帶；相對(duì)帶寬為小于1的是窄帶；相對(duì)帶寬位于125的稱為寬帶。按照美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）所定義的超寬帶是：10dB相對(duì)帶寬要大于25；還定義了相對(duì)帶寬的計(jì)算式，；其中，為10dB散射高頻率點(diǎn)，為10dB散射低頻點(diǎn)；頻率從3.110.6GHz即為超帶寬所用頻率1。超寬帶的特點(diǎn)是： 帶寬極寬；傳輸速率高，達(dá)

51、到了100500Mbit/s，發(fā)射功率低，功耗?。槐Ｃ苄詮?qiáng)；定位精度高，主要應(yīng)用在高分辨率、較小范圍、能夠穿透墻壁、地面等障礙物的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中；不過由于其極大的帶寬，會(huì)對(duì)其他無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。在軍用方面，用于UWB雷達(dá)、預(yù)警機(jī)、艦船、探測(cè)雷達(dá)、檢測(cè)地下埋藏的軍事目標(biāo)及以葉簇偽裝的物體等領(lǐng)域；2002年準(zhǔn)予其用于民用生產(chǎn)，主要是在地質(zhì)探測(cè)及穿透障礙物的傳感器、汽車防撞傳感器、家電及其他設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸；UWB可進(jìn)行直接的基帶傳輸，使得設(shè)備功耗小、成本低，適用于便攜式無線應(yīng)用，可用于數(shù)字電視、家庭影院、DVD機(jī)、投影機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)頂盒等家用電器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸;通過UWB組建的無

52、線個(gè)人局域網(wǎng)使得無線局域網(wǎng)與無線個(gè)域網(wǎng)可以互聯(lián)接入。1,8,9,10,118.5 ZigBee紫蜂ZigBee技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)，其PHY層和MAC層執(zhí)行IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層由具體的用戶需要進(jìn)行研發(fā)。主要用于構(gòu)建無線個(gè)域網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)。據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee工作頻段有三個(gè)：歐盟的868MHz，美國的915MHz和2.4MHz。其中2.4MHz是ISM全球通用免執(zhí)照頻段；三個(gè)頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為為40kbit/s、20kbit/s、250kbit/s?！癦igbee”源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過跳“Zi

53、gZag”形舞蹈來相互告知，達(dá)到交換信息目的。ZigBee技術(shù)致力于提供一種廉價(jià)、便攜及提供設(shè)備使用的低復(fù)雜、低功耗和低速率的技術(shù)，它的特點(diǎn)如下：低功耗，工作狀態(tài)下，傳輸速率低、數(shù)據(jù)量小，收發(fā)時(shí)間短，一般處于休眠狀態(tài)，兩節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月，甚至更長。低成本，傳輸速率低、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議簡單且免收專利費(fèi)，現(xiàn)在ZigBee芯片價(jià)格一般低于15元。低速率，ZigBee工作在250kbps的通信速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。短距離，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間傳輸距離一般在10100m之間。網(wǎng)絡(luò)容量大,ZigBee可采用星狀（Star）、片狀（Mesh）和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Cluster Tree）結(jié)構(gòu)

54、，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)至多管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。時(shí)延短，ZigBee的響應(yīng)速度比較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步減少了電能的消耗，而Bluetooth需要310 s，而Wi-FI需要3 s。高安全，ZigBee有3級(jí)安全性選擇，即無安全設(shè)定方式、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)和采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（基于128位AES算法的安全軟件）的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性及可支持簡單設(shè)備。1，8ZigBee技術(shù)具有的上述優(yōu)點(diǎn)，使得ZigBee技術(shù)具有廣闊的的發(fā)展空間，到目前為止，ZigBee技

55、術(shù)的應(yīng)用范圍有無線數(shù)傳、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線實(shí)時(shí)定位、射頻識(shí)別、數(shù)字家庭、安全監(jiān)視、無線鍵盤、無線遙控器、無線抄表、汽車電子、醫(yī)療電子、消費(fèi)類電子、工業(yè)自動(dòng)化等方面。具體應(yīng)用如表10：1，17應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)備家庭及樓宇自動(dòng)化照明、空調(diào)、窗簾等設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控消費(fèi)類電子產(chǎn)品電視、錄像機(jī)、DVD機(jī)及CD機(jī)等的遠(yuǎn)程遙控PC外接無線鍵盤、鼠標(biāo)及游戲操縱桿等工業(yè)各類監(jiān)控器、傳感器的自動(dòng)化控制農(nóng)業(yè)收集土壤信息及氣候信息醫(yī)療醫(yī)療傳感器、老年人的緊急呼叫按鈕等玩具及游戲產(chǎn)品電子寵物、游戲墊等軍事應(yīng)用在友軍人員及裝備上加裝傳感器以識(shí)別、監(jiān)控戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用監(jiān)控空氣污染、水污染及土壤污染等其他車輛追蹤及控制；監(jiān)控大型商品及車輛等表108.6 射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification,R