无线传输距离计算
Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB)
Pr:接受端灵敏度
Pt: 发送端功率
Cr: 接收端接头和电缆损耗
Ct: 发送端接头和电缆损耗
Gr: 接受端天线增益
Gt: 发送端天线增益
FL: 自由空间损耗
FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + 92.44
R是两点之间的距离
f是频率=2.4
自由空间通信距离方程
自由空间通信距离方程
设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗L0 有以下表达式:
L0 (dB) = 10 Lg(PT / PR )= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设:PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ;f = 1910MHz
问:R = 500 m 时,PR = ?
解答:(1) L0 (dB) 的计算L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB))
(2)PR 的计算
PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW) = 156 ( mμW ) # 顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失(10~15) dB
无线传输距离估算
传输距离估算
无线网络系统的传输距离或覆盖范围受多种因素的影响,除了信号源的发射功率、天线的增益、接收设备的灵敏度、频率、自由空间衰减、噪声干扰外,还有现场环境的影响,例如建筑物、树木和墙壁的遮挡,人体、气候等对电磁波的衰减,纯粹自由空间的传输环境在实际应用中是不存在的。
由于无线网络系统是一个实际应用的工程,必须在实施前进行设计和预算,必须事前对无线网络系统的传输距离或覆盖范围进行估算,进而对系统部署规模有一个估计,下面的表格就是对一个“基站”的覆盖能力进行估算的办法。
第一步:计算无线通信系统上下行总增益。
第二步:计算最大视距传输距离。计算公式为:
最大视距传输距离(m)=10(系统总增益-40)/30
第三步:估算现场实际覆盖距离。
例如:
传输距离估算
总增益(dBm) 最大距离(m) 实际距离(m)
91 50 43
100 100 80
109 200 149
121 500 342
125 700 463
130 1000 639
139 **** ****
148 4000 2233
153 **** ****
160 10000 5106
169 20000 9548
181 50000 21838
通过上述三个步骤可以对每个基站所覆盖的范围有一个初步的估计,进一步估算出所要覆盖区域的基站数量和网络规模。
无线通信距离的计算
这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。
通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关
﹝Los﹞(dB)=32.44 +20lgD(km) +20lgF(MHz)
式中Lfs为传输损耗,D为传输距离,频率的单位以MHz计算。
由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离D有关,当F或D增大一倍时,﹝Lfs﹞将分别增加6dB.
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗
Los = 32.44 +20lg D(Km) +20lg F(MHz)
Los 是传播损耗,单位为dB
D是距离,单位是Km
F是工作频率,单位是MHz
下面举例说明一个工作频率为433.92MHz,发射功率为+10dBm(10mW),接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离:
1. 由发射功率10dBm,接收灵敏度为-105dBm
Los = 115dB
2. 由Los、F计算得出D =31公里.
这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。
假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为: D =1.7公里
Los = 32.44 +20lg D(Km) +20lg F(MHz)
F=433MHz
Los=接收灵敏度LNA Gain Tx power 天线增益–大气衰减
NRF905接收灵敏度-100dBm
LNA Gain: 25dB
TX power 26dBm
天线增益2dB
大气衰减: 35dB(根据目前市场上的模块实际传输距离算出的)
Los=100 +25 +26 +2-35=32.44 +20lg D(Km) +20lg 433
D=45.34Km
实际测试结果: D=1.3Km
代入上面公式可算出实际大气的衰减量:
Los = 32.44 20lg 1.3 20lg 433
Los=接收灵敏度LNA Gain Tx power 天线增益–大气衰减
NRF905接收灵敏度-100dBm
LNA Gain: 25dB
TX power 26dBm
天线增益2db
大气衰减: 35dB(根据目前市场上的模块实际传输距离算出的)
Los=100 +25 +26 +2-x=32.44 +20lg 1.3 +20lg 433
X=65.55dB
从而可以推算出如果D=20Km,至少需要输出Power多大:
Los=100 +25 +Tx +2-65.55=32.44 +20lg20 +20lg433
Tx=49.74dBm
若用三菱公司的RD06HVF1和RD15HVF1作放大,最大输出约20W,转换成dBm后为10lg20000mW=43dBm;则可以传输的实际距离为:
Los=100 +25 +43 +2-65.55=32.44 +20lgD +20lg433
D=9.2Km
无线传输距离和发射功率以及频率的关系
功率灵敏度(dBm dBmV dBuV)
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值
dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值
换算关系:
Pout=Vout×Vout/R
dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗
dBuV=60+dBmV
应用举例
无线通信距离的计算
这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。
通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
[Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)
式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。
由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关,当f或d增大一倍时,[Lfs]将分别增加6 dB.
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
Los=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))=20Lg(4π/3x10^8)+20L g(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20L
gd+60=32.45+20Lgf+20Lgd, d 单位为km,f 单位为MHz
Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB
d是距离,单位是Km
f是工作频率,单位是MHz
例:如果某路径的传播损耗是50dB,发射机的功率是10dB,那末接收机的接收信号电平是-40dB。
下面举例说明一个工作频率为433.92MHz,发射功率为+10d Bm(10mW),接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离:
1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm
Los = 115dB
2. 由Los、f
计算得出d =30公里
这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。
假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为:
d =1.7公里
结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍
在遥控钥匙门禁(RKE)系统中,可以用钥匙扣上的发射器从远端开锁,发射器将无线编码发送到汽车内的接收机。遥控钥匙门禁(RKE)系统通常工作在ISM频段,包括315MHz和433.92MHz。随着远程启动和带校验的RKE的出现,设计者希望延长这些短程设备的有效收发距离。影响有效收发距离的关键因素是无线信号的路径损耗。该应用笔记描述了无线信号的“地面反射”对路径损耗的影响,给出了路径损耗的近似式,并给出了在空旷停车场内路径损耗的曲线。另外,本文还给出了多路径信号和阻塞影响的估算。
在RKE系统中,汽车驾驶员利用钥匙扣上的发射器向车内接收机发送无线编码信号,打开车锁。接收机对接收到的信号进行解码,并控制执行装置打开车门。RKE系统的一个重要指标是它的有效收发距离。该距离由链路预算决定,关键因素是钥匙扣上发射器的发射功率、接收器的灵敏度和路径损耗。本应用只讨论路径损耗,阐述了发射器与接收器的距离、发射信号频率以及发射器与接收器之间的相对高度对路径损耗的影响。
地面反射中的路径损耗
在一个空旷的停车场环境中,几米以上距离的路径损耗与距离的4次方成正比,在自由空间传输中它与距离的平方成正比。实际上,对于增益为1的小天线而言,路径损耗与频率无关,可由一个简单的式表示:其中,R是发射器和接收器之间的水平距离,h 1 是发射器的高度,h 2 是接收器的高度。这个简单的用于表示路径损耗的公式式是根据“地面反射”原理得出的。在靠近地面的任何位置,无线信号传输都会在
发射器和接收器之间选择一条直接路径和一条地面反射路径,如图1所示。地面反射类似于镜面反射。对于常规地形,地面反射会使信号产生180 相移,而且比直接路径传输更远的距离。两条路径信号在接收端重新组合,如果不考虑路径长度的影响,这两路信号可以完全抵消。直接路径和地面反射路径的传输距离由式2和式3表示:
由于R、R1、R2 >> h1、h2,上述表达式可近似为式4和式5:两者距离之差由式6表示:
地面反射是多径传输的一个简单例子:无线电波在传播过程中,遇到不同的表面反射,形成幅值和延迟均不同的多径信号到达接收机。若在自由空间只有一条传输路径,接收器收到的信号功率由式7表示:其中,P R 是接收功率、P T 是发射功率、G T 是发射机天线增益、G R 是接收天线增益、是波长。
在地面传输时,传输信号会选择两条路径:直接路径和地面反射路径。有许多种方法可以模拟这种传输,且大多数都可以作为学术论文的内容。我们采取这样一种合理且直观的方法来模拟第二种路径所产生的影响:假定一半的发射功率进入直接路径传输,而另一半进入地面反射路径。结果会有两路具有微小相位差异的电压信号在接收天线端相减(反射会产生180°的相位翻转)。式8是两路电压信号组合后的复数表达式:
实际上,在大多数地面平坦的条件下,两路电压信号V 1 和V 2 的幅值相等。我们可以把V看成是一个“电压” ,等于接收功率的1/2次方(这种情况下,是V/ ,如式9所示:
接收功率刚好是式8电压幅值的平方。
将式9中的V代入该式,整理并转化为三角函数,可得到精确的路径损耗式为:
如果我们将式6中的近似表达式代入式11,并将近似为x,就可得到如下简化表达式:
对于具有宽角度覆盖范围的小天线来说,其天线增益近似为1。将式12表示为PR/PT的比值,并设置G T =G R =1, 所得到的近似表达式既为式1。图2和图3是天线增益为1时,在315MHz和434MH z下路径损耗的曲线图。包括式7表示的自由空间路径损耗、式11给出的精确路径损耗和式12给出的近似路径损耗。由图可以看出:在距离非常近时,确切的路径损耗会随信号频率不同而发生变化。
从这两幅图我们可以发现,对于图1 所示的典型遥控钥匙信号传输路径,在距离10米远处的路径损耗近似等于自由空间的路径损耗。这是因为在300MHz至400MHz,直接路径传输信号和通过地面反射的信号在距离上相差四分之一波长,产生90 和176 的相位差。这意味着两路信号叠加后既不增强也不抵消。而在大于10米处,路径损耗以R -4 变化,这说明在中等或较远距离时,式1是计算路径损耗的一个非常有用、快捷的方法。实际上,在发射和接收高度相等且均为h时,路径损耗(单位:dB)可以简化为:
由该式可知,当发射和接收高度均为1米时,1千米远处的路径损耗为123dB。路径损耗计算的使用技巧
将发射功率一分为二,一半进入直接路径传输,一半进入地面反射路径传输的传播模型并不精确。这也是根据该模型建立的式12和式13表达式有时会出现2次方因子。但是,重要的是该应用笔记给出的表达式非常近似地估计了可以达到的最远距离。并描述了高度和距离对路径损耗的影响。自由空间损耗模型可用于传输距离在10米以内的情况,因为在相距10米以内时,地面反射会使信号传输发生巨大的变化。而在距离大于10米且无障碍的环境中,可以采用的规律近似估算。任何散射体的存在都会影响任意距离处的路径损耗。任何障碍物(如停车场的其他汽车、灯柱、低矮的建筑物等)都会造成更多的反射路径,并使无线电波发生绕射,在混凝土建筑物中还会进一步削弱信号。这说明在实际情况中,以R 4 变化的损耗模型比自由空间的损耗模型更准确。实际使用时,考虑到不同表面造成的瞬时衰落,估计路径损耗较好的方法是从式1计算出的空旷停车场的路径损耗中减去20dB。如果钥匙扣发射器在一个建筑物内发送信号(比如一个远程启动装置),则要从式1计算出的路径损耗中减去30dB到40dB。总之,要想得到最远收发距离,最可靠的方法就是进行实际测试。上述近似法只是一种参考,或者说是在测量开始之前进行的一个“可靠检验”。
dBm, dBi, dBd, dB, dBc释义
dBm
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1 mw)。
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
dBc
有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。
经验算法:
有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10
所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W
还有左边加3=右边乘2,如40+3DBM=10*2W,即43DBM=20W,这些是经验公式,蛮好用的。
所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00 001mw。
波特率
波特率是每秒钟传送的信息位的数量。它是所传送代码的最短码元占有时间的倒数。例如一个代码的最短时间码元宽度为20毫秒,则其波特率就是每秒50波特。
20毫秒=0.02秒波特率1/0.02=50波特
在信息传输通道中,携带数据信息的信号单元叫码元,每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率,简称波特率。波特率是传输通道频宽的指标。
每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率,简称比特率。比特率表示有效数据的传输速率。
无线传输距离和发射功率以及频率的关系 功率灵敏度(dBm dBmV dBuV) dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值 dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值 dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值 换算关系: Pout=Vout×Vout/R dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗 dBuV=60+dBmV 应用举例 无线通信距离的计算 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。 [Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz) 式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。 由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关,当f或d增大一倍时,[Lfs]将分别增加6dB. 下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗 Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz) Los 是传播损耗,单位为dB,d是距离,单位是Km,f是工作频率,单位是MHz 下面举例说明一个工作频率为433.92MHz,发射功率为+10dBm(10mW),接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离:
1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm Los = 115dB(10dBm-Los=-105dBm =>Los=115dB) 2. 由Los、f 计算得出d =30公里 (Solve[ 115==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x] {{x 30.945}}) 这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。 假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为: d =1.7公里 (Solve[90==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x] {{x 1.74016}}) 结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍 无线传输距离测算 很多时候,需要预估自己的无线究竟能传输多远距离,来粗略评估产品是否能够达到实用的水平。下面大致给出无线在自由空间传播距离的计算公式。自由空间指天线周围附近为无限大真空环境,是理想的环境。无线电波在传播中,能量不会被其他物体吸收、反射、衍射。自由空间中无线通信距离与发射功率,接收灵敏度,工作频率有关。 自由空间无线电波传播的损耗为: Loss=32.44+20lgd+20lgf Loss—传播损耗,单位dB;d—距离,单位km;f—工作频率,单位MHz。 例如:工作频率在2.4GHz,发射功率为0dBm(1mw),接收灵敏度为-70dBm的蓝牙系统在自由空间的传播距离:
无线通信距离计算 The manuscript was revised on the evening of 2021
无线传输距离计算 Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB) Pr:接受端灵敏度 Pt: 发送端功率 Cr: 接收端接头和电缆损耗 Ct: 发送端接头和电缆损耗 Gr: 接受端天线增益 Gt: 发送端天线增益 FL: 自由空间损耗 FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + R是两点之间的距离 f是频率= 自由空间通信距离方程 自由空间通信距离方程 设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式: L0 (dB) = 10 Lg( PT / PR ) = + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
[举例] 设:PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ; f = 1910MHz 问:R = 500 m 时, PR = 解答: (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg ( km ) - GR (dB) - GT (dB)= + 65.62 - 6 - 7 - 7 = (dB)) (2) PR 的计算 PR = PT / ( 10 ) = 10 ( W ) / ( 10 ) = 1 ( μW ) / ( 10 ) = 1 ( μW ) / = ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出,电波在穿透一层砖墙时,大约损失 (10~15) dB 无线传输距离估算 传输距离估算? 无线网络系统的传输距离或覆盖范围受多种因素的影响,除了信号源的发射功率、天线的增益、接?收设备的灵敏度、频率、自由空间衰减、噪声干扰外,还有现场环境的影响,例如建筑物、树木和墙壁的遮挡,人体、气候等对电磁波的衰减,纯粹自由空间的传输环境在实际应用中是不存在的。 由于无线网络系统是一个实际应用的工程,必须在实施前进行设计和预算,必须事前对无线网络系统的传输距离或覆盖范围进行估算,进而对系统部署规模有一个估计,下面的表格就是对一个“基站”的覆盖能力进行估算的办法。 第一步:计算无线通信系统上下行总增益。 第二步:计算最大视距传输距离。计算公式为: 最大视距传输距离(m)=10(系统总增益-40)/30 第三步:估算现场实际覆盖距离。 例如:
蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、Wi—Fi、WiMAX、无线USB、UWB性 能对比 蓝牙: 蓝牙就是一种支持设备短距离通信(一般就是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准就是IEEE802、15,工作在2、4GHz 频带,带宽为1Mb/s。 “蓝牙”(Bluetooth)原就是一位在10世纪统一丹麦的国王,她将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用她的名字来命名这种新的技术标准,含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频(FH,Frequency Hopping)与时分多址(TDMA,Time DivesionMuli—access)等先进技术,在近距离内最廉价地将几台数字化设备(各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统,如数字照相机、数字摄像机等,甚至各种家用电器、自动化设备)呈网状链接起来。蓝牙技术将就是网络中各种外围设备接口的统一桥梁,它消除了设备之间的连线,取而代之以无线连接。 蓝牙就是一种短距的无线通讯技术,电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来,省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通,传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离,而现在有了蓝牙技术,这样的麻烦也可以免除了 蓝牙技术的系统结构分为三大部分:底层硬件模块、中间协议层与高层应用。底层硬件部分包括无线跳频(RF)、基带(BB)与链路管理(LM)。无线跳频层通过2、4GHz无需授权的ISM频段的微波,实现数据位流的过滤与传输,本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据与信息帧的传输。链路管理负责连接、建立与拆除链路并进行安全控制。 蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点,可以进行异步数据通信,可以支持多达3个同时进行的同步话音信道,还可以使用一个信道同时传送异步数据与同步话音。每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另一端速率为57、6kb/秒的不对称连接,也可以支持43、2kb/秒的对称连接。 中间协议层包括逻辑链路控制与适应协议、服务发现协议、串口仿真协议与电话通信协议。逻辑链路控制与适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量与复用协议的功能,该层协议就是其它各层协议实现的基础。服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。电话通信协议层则提供蓝牙设备间话音与数据的呼叫控制指令。 主机控制接口层(HCI)就是蓝牙协议中软硬件之间的接口,它提供了一个调用基带、链路管理、状态与控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备之间进行通信时,HCI以上的协议软件实体在主机上运行,而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成,二者之间通过一个对两端透明的传输层进行交互。 在蓝牙协议栈的最上部就是各种高层应用框架。其中较典型的有拨号网络、耳机、局域网访
短距离无线通信技术 1.1短距离无线通信 以信号有效接发/传输距离为标志区分各种无线技术,由于技术不断融合和发展,具体 技术的应用围也会动态变化。 WWAN 无线广域网 WMAN 无线城域网 WLAN 无线局域网 WPAN 无线个域网 无线基站(信源) 发送/接收 蜂窝通讯技术 2G/3G/4G GPRS EDGE LTE …… WiMax Wibro(国) 802.16 WIFI WAPI 802.11 Bluetooth UWB Zigbee …… RFID NFC IrDA 中、长距离无线通信,卫星通信和长波、 短波则能实现超长距离无线通信 短距离无线通信,NFC则被视为非接触超 短距离无线通信 WIFI IrDA Zigbee Bluetooth UWB NFC RFID 通信模式点对点网状单点对多点点对点 通信距离0~100m 0~1m 10m~75m 0~10m 0~10m 0~20cm 0~50m 传输速度54Mbps 1Mbps 10K~250Kbps 1Mbps 53.3~480M 424Kbps 安全性低低中高高极高高 频段 2.4GHz 2.4GHz 868MHZ欧洲 915MHz美国 2.4GHz 3.1~10.6G 13.56MHz 多频段 国际标准802.11b 802.11g 无802.15.4 802.15.1x 无ECMA340 ECMA352 成本高低极低低高低低 1.1.1WLAN WIFI是WLAN的主流技术标准,应用中常把WIFI与WLAN等价,其实这并不严谨,例如,中国对WLAN强制执行自有知识产权的WAPI标准。 WLAN应用的标准协议是802.11,这是一个庞大的协议家族。 802.11是WLAN原始标准,WIFI应用802.11b标准,可向11g、11n升级。有兴趣的可
短距离无线通信技术的时代背景 我们已经真正进入一个无线技术无所不在的时代。手机通话、短信息通信无处不在;GPS导航系统为我们导航指路;无线智能家居设备、无线故障监测系统、农作物环境监测控制系统等典型应用,让我看到无线技术不断发展和不断扩大,无线技术正不断改变我们的生活方式,使人们的生活更加舒适、美好、安全。对于无线系统来说,是以天线为载体发送接收无线电波来实现信息地正确发送和接收,发射时,把高频电流转化为电波;接收时,把电波转换为高频电流。依据频谱不同,各国的无线电管理机构都对RF频道的使用进行了相应的管理。而频道管理最基本的规则是无线收发器的使用需要获得许可,同时也规定了一些无须许可的免费频带,也称ISM频带,以满足不同的需要。目前,我国可以使用的ISM 频率为433MHz和2.4GHz。此外,在我国整个低于135Khz的频带也都是免费的。而ISM频带在欧洲所分配到的频率为433MHz、868MHz、2.4GHz。 无线通信系统可分为长距离无线通信系统和短距离无线通信系统。典型的长距离无线通讯系统主要包括发送终端、接收终端和中继站。其中发送终端向外界发送数据信息,随着距离的增加,需要中继站来提高信号传输质量,接收终端把信息接收下来并进行分析、处理以备使用。长距离无线通讯系统,广泛应用于军事、交通、电台、石油勘探等领域。但长距离无线通讯系统的最大特点是通讯距离一般在几十米到几千公里,但大部分需要申请固定的无线频道,需要交纳使用费用。短距离无线通信系统,是随着数字通信和计算机技术的不断发展而产生的,短距离无线通信和长距离无线通信有很多不同之处,主要有无线发射功率低适合电池供电,一般功率在几1mW到小于10mW,通信距离从几厘米到几百米,使用全向天线或PCB天线,不受环境阻隔影响,一般工作在ISM频段等优点。主要应用于室内无线信息交换。典型应用包括射频身份识别(RFID)系统、无线局域网、无线条码阅读器、无线安全系统等。同时,在现代网络技术中,以太网是一种采用CSMA/CD访问机制,基于总线型的局域网,以其高度灵活、相对简单、易于实现等显著特点,成为当前最重要、最广泛采用的局域网技术。随着无线技术的发展,很多专家提出了以太网在无线领域的逻辑扩展思想,形成由许多独立的无线节点通过无线电波相互信息交换的无线通信网络。时代需要速度更快、互操作更方便以及更安全可靠的无线网络,Nordic VLSI ASA Freascale、Atmel等具有国际影响力的IC生厂商都相继推出了新一代短距离无线数据通信收发芯片,以nRF905、CC1100、Jennic为主流的无线芯片性能得到了很大提高,最新的无线收发芯片将全部无线通信需要的调制/解调芯片、高/低频放大器等全部集成在芯片中,使外围器件大幅度减少,很容易与各种型号微控制器连接实现高可靠性无线通信,使开发无线产品成本大大降低,开发难度更简单,应用更广泛,嵌入式无线通信和无线网络将逐步取代现有的有线通信和有线网络,无线技术将展示其巨大的影响力,必将掀起一场的新的技术浪潮。 短距离无线通信技术的典型应用领域 (1)检测监控类:车辆管理系统、遥控引爆、工业遥控、无线鼠标键盘、遥测、航模控制器、无线抄表、门禁系统、安全防火系统;
北京万蓝拓通信技术有限公司宣 关于无线信号传输距离和衰减问题什么是无线CPE?CPE 的英文全称为:Customer Premise Equipment!无线CPE 就是一种接收wifi 信号的无线终端接入设备,可取代无线网卡、无线AP 和无线网桥!可以接收无线路由器,无线AP 和无线打印服务器的无线信号!是一款新型的无线终端接入设备!大量应用于医院,单位,工厂,小区等无线网络接入,节省铺设有线网络的费用!搭配14DBI的原装平板定向天线!按照理想的状况来说户外直线传输距离达到2000 米是没问题的!理想的情况所指的是无干扰无障碍的情况下,而在我们生活的城市这种情况基本上是不可能存在的,在一般的生活小区,医院和单位的较为稳定接收距离是50米左右!如果接收的距离内有墙体阻隔,按照每堵墙衰减3DBI 来算(具体衰减值跟墙的参数有很大区别) 此款无线USB CPE 还搭配USB延长线,如果要接受户外的无线信号,CPE 天线最好是外置于户外,这样搭配的3 米USB 延长线是不可缺少的了!"穿墙能力"与设备使用的频段有直接的关系。 微波的最大特点就是近乎直线传播,绕射能力非常弱,因此身处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物给阻挡。所以对于直线传播的无线微波信号来说,只能是"穿透"障碍物以到达障碍物后面的无线设备了。"穿透"了障碍物的无线
信号将逐渐变成较弱的信号,至于这个信号还有多强,这就是穿透能力或直接说是"穿墙能力"了。对于用户来说,都希望无线信号能至少穿透屋内的墙壁和地板。墙壁的材质有多种,有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等;地板一般是钢筋混凝土。每穿透一道隔离墙,无线的接受信号或多或少都有衰减,上面的建筑结构依次从低到高的衰减。一旦选用了发射功率过低、接收灵敏度不够、天线增益不够的无线设备,无线信号会衰减得很利害,传输速率急速下降,甚至会容易出现无线的盲点。无线设备的发射功率、接收灵敏度(这是双向的)、天线增益、有效传输距离都直接与隔断穿透能力和连接是否稳定以及最终实际传输速率有关,是能否实现稳定速度无缝连接十分关键的指标。 无线设备的穿透隔墙的能力,通常情况下取决于以下技术指标:(1)IEEE 802.11 规定的无线局域网设备的最大发射功率是20dBm(100 毫瓦),一般较好的产品要达到17dBm。(2)接收灵敏度目前最优的是-105dB。经过一层木板,接收信号将衰减4dB;经过一堵砖墙,接收信号将衰减8~15 dB;经过钢筋混凝土墙,则至少衰减15~30 dB。发射灵敏度高达105dB 的无线设备具有强大的墙壁穿透性;能够连续穿透三面厚度达1.2 米总间隔30 米的钢筋混凝土墙壁而不需要任何中继设备。(3)天线增益最好是27 dBi。一般的无线局域网设备的天线增益为2dBi,按照经验,
深圳大学期末考试试卷 开/闭卷 A/B 卷 课程编号 23130014 课程名称 短距离无线通信 学分 2 命题人(签字) 审题人(签字) 年 月 日 从实现方法、频谱特性等方面阐述跳频和直接序列扩频技术的区别,码分多址属于其中的哪一种?如何实现?(15分) 天线有哪些特征?导致信号衰减衰落的原因有哪些?在移动通信中为何要使用蜂窝模式?如何控制蜂窝的大小?(15分) 请回答下列问题:(30分) 1) 802.11中规定了哪些拓扑结构?分别适用于哪些应用场合? 2) 无线介质访问为何不能采用CSMA/CD ?请以802.11种无线介质访问 协议为例,论述无线介质访问的典型方法。 3) 请简述802.11中共享密钥认证的方法。 请回答下列问题:(20分) 1) 谈谈你对篮牙微微网的认识? 2) 请简要叙述两个篮牙设备连接得过程? 请回答下列问题:(20分) 1) IEEE802.15.4协议和Zigbee 协议有何联系和区别?请根据这两个 协议,谈谈你对无线传感器网络的认识。 2) 请结合自己的专业特点,设计一个无线传感器网络的应用场景。
1.从实现方法、频谱特性等方面阐述跳频和直接序列扩频技术的区别,码分多址属于其中的哪一种?如何实现?(15分) 答: 跳频:跳频本质上就是按照收发双方约定的、对第三者保密的、规律不断变换地发射频率。在跳频频段内分布着若干个信道,每个信道带宽都和窄带信号带宽相同。传输时,在每个固定间隔信号在这些信道之间随机跳跃。它具有躲避式抗瞄准干扰能力,尤其是抗窄带干扰信号能力强。有良好的远近特性,不会引起同频阻塞干扰。频率合成器产生的载频准确度和稳定度高,且由扩频码控制,同步容易实现。存在的缺点是信号隐蔽性差,快跳频系统频率合成器不容易实现。 直接序列扩频技术:直接序列扩频技术是利用扩展码,每个输入信号在传输信号中被k个比特表示,扩频码展宽信号频谱的带宽和k成正比。它具有良好的抗噪、抗多径效应、抗窃听能力。此外,由于采用码分多址自相关技术进行扩频和解扩,众多用户可以共享同一带宽,频谱利用率高。 码分多址属于直接序列扩频技术。实现:每个站点(移动台)被指定一个唯一的m位代码或称码片序列,并且都必须是两两正交,当发送比特1时,站点就发送其码片序列,发送比特0时,站点就发送其码片序列的反码。 2.天线有哪些特征?导致信号衰减衰落的原因有哪些?在移动通信中为何要使用蜂 窝模式?如何控制蜂窝的大小?(15分) 答: 天线的特征:1.每一种天线都有其频率范围:频率 = 光速/波长(Hz)2.长度:波长越长天线尺寸越大3.形状:全向天线和定向天线形状不同。理想的天线是在空间的一个点向四周均匀发射信号,但通常的天线都是有方向性的4.增益:天线在某方向的增益就是该方向发射的功率与理想天线在该方向的功率之比,单位是(dBi)。 导致信号衰减衰落的原因:1.射频信号在自由空间衰减。2.反射和透射3.绕射4.与其他的射频信号源互相干扰造成衰减。5.多径衰落。 使用蜂窝模式的原因:1.1956年,FCC分配的带宽总共只能支持44个信道,有许多用户都用不上。而使用蜂窝模式,每一个蜂窝使用一组频道。如果两个蜂窝相隔足够远,则可以使用同一组频道。可以重复利用信道,提高信道的利用率。2.信号随距离快速衰落:障碍物越密,衰落越快。将一块大的区域划分为多个小的蜂窝,使用多个小功率发射器代替一个大功率发射机。可以获得更好的信号,降低发射功率,节约成本。 控制蜂窝的大小的方法:蜂窝的大小取决于发射机的有效发射距离,六边形蜂窝在发射机的有效发射距离覆盖范围之内,而两个七小区群的中心的距离要超过有效发射距离的两倍。 3.请回答下列问题:(30分) 802.11中规定了哪些拓扑结构?分别适用于哪些应用场合? 无线介质访问为何不能采用CSMA/CD?请以802.11种无线介质访问协议为例,论述无线介质访问的典型方法。 请简述802.11中共享密钥认证的方法。 答: 1、802.11中规定了四种拓扑结构,分别为:独立基本服务集(IBSS)网络、基本服务集(BSS)网络、扩展服务集(ESS)网络、ESS(无线)网络。 2、IBSS可以让用户自发地形成一个无线局域网.,我们可以轻易把手上网卡,以特设方式,在会议室迅速建立一个小型无线局域网。在电信本地网中,可以应用于业务受理、工单管理、资源管理等场合。BSS则可以运用在通信信号处理(多用户检测)、语音分离、生物信号分离、经济数据
各种近距离无线传输对比
蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、Wi—Fi、WiMAX、无线USB、UWB 性能对比 蓝牙: 蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在 2.4GHz 频带,带宽为1Mb/s。 “蓝牙”(Bluetooth)原是一位在10世纪统一丹麦的国王,他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准,含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频(FH,Frequency Hopping)和时分多址(TDMA,Time DivesionMuli—access)等先进技术,在近距离内最廉价地将几台数字化设备(各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统,如数字照相机、数字摄像机等,甚至
蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点,可以进行异步数据通信,可以支持多达3个同时进行的同步话音信道,还可以使用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另一端速率为57.6kb/秒的不对称连接,也可以支持43.2kb/秒的对称连接。 中间协议层包括逻辑链路控制和适应协议、服务发现协议、串口仿真协议和电话通信协议。逻辑链路控制和适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量和复用协议的功能,该层协议是其它各层协议实现的基础。服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。电话通信协议层则提供蓝牙设备间话音和数据的呼叫控制指令。 主机控制接口层(HCI)是蓝牙协议中软硬件之间的接口,它提供了一个调用基带、链路管理、
无线通信距离计算 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
无线传输距离计算 Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB) Pr:接受 端灵敏度Pt: 发送端功率Cr: 接收端接头和电缆损耗Ct: 发送端接头和电缆损耗Gr: 接受端天线增益Gt: 发送端天线增益FL: 自由空间损耗FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + 92.44R是两点之间的距离f是频率=2.4 自由空间通信距离方程 自由空间通信距离方程 设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线 增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损 耗 L0 有以下表达式: L0 (dB) = 10 Lg( PT / PR ) = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设:PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ; f = 1910MHz 问:R = 500 m 时, PR =
解答: (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)) (2) PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出, 1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失 (10~15) dB 无线传输距离估算 传输距离估算无线网络系统的传输距离或覆盖范围受多种因素的影响,除了信号源的发射功率、天线的增益、接收设备的灵敏度、频率、自由空间衰减、噪声干扰外,还有现场环境的影响,例如建筑物、树木和墙壁的遮挡,人体、气候等对电磁波的衰减,纯粹自由空间的传输环境在实际应用中是不存在的。由于无线网络系统是一个实际应用的工程,必须在实施前进行设计和预算,必须事前对无线网络系统的传输距离或覆盖范围进行估算,进而对系统部署规模有一个估计,下面的表格就是对一个“基站”的覆盖能力进行估算的办法。第一步:计算无线通信系统上下行总增益。第二步:计算最大视距传输距离。计算公式为:最大视距传输距离(m)=10(系统总增益-40)/30第三步:估算现场实际覆盖距离。例如:传输距离估算 总增益(dBm)最大距离(m)实际距离(m)91 50 43100 100 80109 200 149121 500 342125 700 463130 1000 639139 2000 1194148 4000 2233153 6000 3220160 10000 5106169 20000 9548181 50000 21838通过上述三个步骤可以对每个基
1. 支持 Zigbee 短距离无线通信技术的是(B) A .IrDA B. Zigbee 联盟 C. IEEE802.11b D.IEEE802.11a 2.下面哪个不是 Zigbee 技术的优点( B ) A . 近距离 B .高功耗 C .低复杂度 D . 低数据速率 3 作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是( A )。 A IEEE 802.15.4 协议 B IEEE802.11b C IEEE802.11a D IEEE802.12 4.ZigBee 中每个协调点最多可连接()个节点,一个 ZigBee 网络最多可容纳()个节点(D )。 A 255 65533 B 258 65534 C 258 65535D255 65535 5. ZigBee 网络中传输的数据可分为哪几类(D) A周期性的,间歇性的、固定的数据 B周期性的,间歇性的 C周期性的,发复兴的、反应时间低的数据 D周期性,间歇性,反复性的、反应时间低的数据 6.下列哪项不是FFD 通常有的工作状态(D) A. 主协调器 B.协调器 C.终端设备 D. 从设备 7.下列哪项不是WPAN 的特点( B) A 有限的功率和灵活的吞吐量 B 可靠性监测 C 网络结构简单 D 成本低廉 8.下列哪项不属于ZigBee 技术的体系结构( A ) A 应用层 B. 网络 /安全层 C.媒体接入控制层 9 下列哪项不是低速无线个域网的功能( D ) A 帧结构 B 鲁棒性 C 数据传输模式 10.Confirm 的意思是( D)D. 物理层D 可靠性 A 请求原语 B 指示原语 C 响应原语 D 确认原语 11 下面哪项不是FFD 的工作状态( D ) A 作为一个主协调器 B 、作为一个协调器C、作为一个终端设备D、作为一个服务器 12 下列哪项不是PAN 网络结构中的帧结构(C) A 信标帧B、数据帧C、链路帧D、确认帧 13.下列哪项不属于密钥提供的安全服务(B) A 接入控制 B 、输出控制C、数据加密D、有序刷新 14.下列哪项不是ZigBee 工作频率范围( A ) A 、 512~1024B、 868~868.6C、 902~928 D 、2400~2483.5 15 通常 ZigBee 的发射功率范围为(C) A 、 0~15dBm B、 10~20dBm C、 0~10dBm D 、 15~20dBm 16.ZigBee ,这个名字来源于 _______使用的赖以生存和发展的通信方式。( B) A .狼群 B.蜂群 C.鱼群 D .鸟群 17.ZigBee 具体如下技术特点:低功耗,低成本,_______,网络容量大,可靠,安全。(A) A .时延短 B.时延长 C.时延不长不短 D.没有时延 18.ZigBee 适应的应用场合___________ 。(D) A .个人健康监护C.家庭自动化B.玩具和游戏D .上述全部 19.下面哪些是ZigBee 产品?(D) A .菲利普楼宇无线照明控制 B .韩国Pantech&Curitel手机 C.日立的压力检测传感器 D.上述都是
蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、Wi—Fi、WiMAX、无线USB、UWB 性能对比 蓝牙: 蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz 频带,带宽为1Mb/s。 “蓝牙”(Bluetooth)原是一位在10世纪统一丹麦的国王,他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准,含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频(FH,Frequency Hopping)和时分多址(TDMA,Time DivesionMuli—access)等先进技术,在近距离内最廉价地将几台数字化设备(各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统,如数字照相机、数字摄像机等,甚至各种家用电器、自动化设备)呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁,它消除了设备之间的连线,取而代之以无线连接。 蓝牙是一种短距的无线通讯技术,电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来,省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通,传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离,而现在有了蓝牙技术,这样的麻烦也可以免除了 蓝牙技术的系统结构分为三大部分:底层硬件模块、中间协议层和高层应用。底层硬件部分包括无线跳频(RF)、基带(BB)和链路管理(LM)。无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波,实现数据位流的过滤和传输,本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。链路管理负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制。 蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点,可以进行异步数据通信,可以支持多达3个同时进行的同步话音信道,还可以使用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另一端速率为57.6kb/秒的不对称连接,也可以支持43.2kb/秒的对称连接。 中间协议层包括逻辑链路控制和适应协议、服务发现协议、串口仿真协议和电话通信协议。逻辑链路控制和适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量和复用协议的功能,该层协议是其它各层协议实现的基础。服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。电话通信协议层则提供蓝牙设备间话音和数据的呼叫控制指令。 主机控制接口层(HCI)是蓝牙协议中软硬件之间的接口,它提供了一个调用基带、链路管理、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备之间进行通信时,HCI以上的协议软件实体在主机上运行,而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成,二者之间通过一个对两端透明的传输层进行交互。
短距离无线通信场指的是100m 以内的通信,主要技术包括Wifi、紫蜂(Zigbee)、蓝牙技术(Bluetooth)、超宽带技术(?U ltra-wideband ,UWB)、射频识别技术(Radio Frequency IDentification ,RFID)以及近场通信(Near Field Communication,NFC)等类型。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈要求,作为无线通信技术重要分支的短距离无线通信技术正逐步引起越来越广泛的关注。各国也相应地制定短距离通信技术标准,特别是RFID 和NFC 在物联网、移动支付和手机识别方面的应用标准,例如主要的RFID 相关规范有欧美的EPC 规范、日本的UID(Ubiquitous ID)规范和ISO 18000 系列标准。中国政府也高度重视短距离通信的发展,制定了一系列的政策来扶持短距离通信产业。例如科技部、工信部联合14 部委制订的《中国RFID 发展策略白皮书》等。此外,包括诺基亚、英特尔、IBM、东芝、华为、中兴和联想等众多企业也积极参与到短距离无线通信中各技术的研究中。 1、Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)是一种无线通信协议(IEEE802.11b),Wi-Fi的传输速率最高可达11Mb/s,虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些,但在无线电波的覆盖范围方面却略胜一筹,可达100 m左右。 Wi-Fi是以太网的一种无线扩展,理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内,就能以最高约11Mb/s的速率接入互联网。实际上,如果有多个用户同时通过一个点接入,带宽将被多个用户分享,Wi-Fi的连接速度会降低到只有几百kb/s,另外,Wi-Fi的信号一般不受墙壁阻隔的影响,但在建筑物内的有效传输距离要小于户外。 最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的,称为802.11b,主要目的是提供WLAN接入,也是目前WLAN的主要技术标准,它的工作频率是2.4GHz,与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出,Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术,它也工作在2.4GHz频段,速率达54Mb/s。根据最新的发展趋势判断,802.11g 将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE,都包含了对Wi-Fi的支持。 2、UWB技术 超宽带技术UWB(Ultra Wideband)是一种无线载波通信技术,它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。 UWB可在非常宽的带宽上传输信号,美国FCC对UWB的规定为:在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复
详谈如何加长无线网络信号传输距离 无线网络的传输距离、覆盖范围和穿透能力一直是人们关注的问题。对于需要很远距离的传输,一般是采用无线室外网桥桥接,网桥的传输距离可高达几十公里,无线室外网桥的主要功能是桥接两个不同的局域网。无线室外网桥主要是连接楼宇之间、校园内、工业区以及偏僻地方的理想解决方案。比如,需要将两栋大楼中两个不同的局域网连接起来。如果按照传统的有线方式,即使是近在咫尺,也需要牵线挖管,采用铺设线缆或租用线路的方法,需要花费大量的金钱。还要考虑是否会遇到周围环境的条件限制,无线技术可以直接通过两台无线网桥连接局域网,距离可以达到几十公里。不但节省了铺设线路的费用,并且不会受到地理环境的限制。 实际上,一般在SOHU级的无线局域网组网,一般都会用无线接入点或无线路由器来作为无线基站,基本上不涉及网桥。常用无线AP的覆盖范围有多广?按照协议标准本身来说IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的覆盖范围是:室内100米、室外300米。这个数值仅是理论值,在实际应用中除了要有信号连接外,还要有速度方面的使用价值,所以通常 Wi-Fi无线产品的实际使用范围是:室内30米、室外100米(没有障碍物)。在实际应用中,会碰到各种障碍物,其中以玻璃、木板、石膏墙对无线信号的影响最小,而混凝土墙壁和铁对无线信号的屏蔽最大。 解决方案 对于已经购买了无线AP的用户来说,当把整个无线网络架设好之后,发现无线覆盖的距离不够远,这时候就必须考虑要延长无线的传输距离。要延长无线的传输距离,可以采用两个方法。方法一:首先所选购的的AP天线是可拆卸的,可选择更换增益值较高的天线。方法二:采用增加无线基站进行无线中继以提高传输距离,这个办法的实际上就是在一定的范围内增加AP数量,达到信号传递的效果。下面主要介绍方法一。 1、中继网桥+全向天线
1 FFD通常有的工作状态。A.主协调器 B.协调器 C.终端设备 2 Zigbee技术的优点。近距离低复杂度低数据速率 3作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是802.15.4 4 Zigbee每个协调点最多可连接255个节点。Zigbee网络最多可容纳65535个节点。 5 ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类周期性,间歇性,反复性的、反应时间低的数据6支持Zigbee短距离无线通信技术的是Zigbee联盟 7 WPAN的特点。A有限的功率和灵活的吞吐量C网络结构简单D成本低廉 8 Zigbee体系结构。 物理层(PHY) 物理层定义了物理无线信道和MAC 子层之间的接口,提供物理层数据服务和物理层管理服务。-物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。-物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。 物理层功能 1)ZigBee 的激活;2)当前信道的能量检测;3)接收链路服务质量信息;4)ZigBee 信道接入方式;5)信道频率选择;6)数据传输和接收。 MAC 层 MAC 层负责处理所有的物理无线信道访问,并产生网络信号、同步信号;支持PAN 连接和分离,提供两个对等MAC 实体之间可靠的链路。_MAC 层数据服务:保证MAC 协议数据单元在物理层数据服务中正确收发。MAC 层管理服务:维护一个存储MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 层功能 1)网络协调器产生信标;2)与信标同步;3)支持PAN(个域网)链路的建立和断开;4)
为设备的安全性提供支持;5)信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制;6)处理和维护保护时隙(GTS)机制;7)在两个对等的MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。 网络层(NWK) ZigBee 协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能,支持Cluster-Tree 等多种路由算法,支持星形(Star)、树形(Cluster-Tree)、网格(Mesh)等多种拓扑结构。 网络层功能: 1)网络发现;2)网络形成;3)允许设备连接;4)路由器初始化;5)设备同网络连接;6)直 接将设备同网络连接;7)断开网络连接;8)重新复位设备;9)接收机同步;10)信息库维护。 安全层(SSP)(Security Service Provider) 安全层是Zigbee独立开发出来进行信息安全验证的功能模块,在OSI和TCP/IP模型中都没有体现。它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。 应用程序接口(API) ZigBee 应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee 设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。应用支持层的功能包括:维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。所谓绑定就是基于两台设备的服务和需求将它们匹配地连接起来。 ZigBee 设备对象的功能包括:定义设备在网络中的角色(如ZigBee 协调器和终端设备),发起和响应绑定请求,在网络设备之间建立安全机制。ZigBee 设备对象还负责发现网络中的设备,并且决定向他们提供何种应用服务。ZigBee 应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外,一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。
常用短距离无线通信优缺点的纵横比较 目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth),无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准,它们分别是:ZigBee、超宽频(Ultra WideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等。它们都有其立足的特点,或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求;或着眼于功能的扩充性;或符合某些单一应用的特别要求;或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。 蓝牙技术 (bluetooth)技术是近几年出现的,广受业界关注的近距无线连接技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,它以低成本的短距离无线连接为基础,可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口,将通信技术与计算机技术进一步结合起来,使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段,提供1Mbps 的传输速率和10m的传输距离。蓝牙技术诞生于1994年,Ericsson当时决定开发一种低功耗、低成本的无线接口,以建立手机及其附件间的通信。该技术还陆续获得PC行业业界巨头的支持。1998年,蓝牙技术协议由 Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba等5家公司达成一致。蓝牙协议的标准版本为802.15.1,由蓝牙小组(SIG)负责开发。802.15.1的最初标准基于蓝牙1.1实现,后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版802.15.1a基本等同于蓝牙1.2标准,具备一定的 QoS特性,并完整保持后向兼容性。蓝牙行业是个突飞猛进的行业,2004年到2011年,蓝牙设备的综合年增长率为40%。07年蓝牙设备的出货量达5 亿件,市场份额增加了71%。预计到2009,出货量将达到20亿件。中国是世界最大的蓝牙生产研发基地,全球80%的蓝牙企业在中国,中国80%的蓝牙企业在深圳。国内最大的蓝牙方案公司深圳市吉联通数码科技有限公司、国内最大的蓝牙电池邦凯电子有限公司、全球著名的蓝牙键盘制造商中易腾达,国内最著名的蓝牙车载创美佳等公司都深圳,但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵,这就使得许多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此,首要解决的就是蓝牙附属地位的问题和蓝牙芯片国产化的问题。随着蓝牙芯片国产化,中国确定自己的技术标准,很快就可以解决目前中国蓝牙企业“山寨化”的问题,让所有中国蓝牙企业生产合乎中国技术标准的产品。二是进入了蓝牙产业链的上游,形成完整的产业链条。第三,可以借此解决目前蓝牙使用上由于“配对”复杂,而妨碍用户使用,造成市场推广的障碍。 以上优势的形成,必将改变中国蓝牙行业的现有局面,并在深圳形成以高新技术为龙头的一体化蓝牙产业基地,更好的为全中国,全世界服务。业内专家认为,蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。有了蓝牙,我们可以不再为数字家庭的布线而烦恼,移动电话、计算机、数码相机、摄像机、打印机、传真机和掌上电脑等能随心所欲无线连通。有了蓝牙,这些设备即会实现自动同步。即使用户的个人电脑放在手提箱内,用户也可以通过电话收电子邮件,通过移动电话屏幕阅读邮件标题,而不会有到处找连接线、开机、关机等待等等诸如此类的一系列烦恼。蓝牙技术拥有广阔的潜力市场。 Wi-Fi技术