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第1章绪论 (1)
1.1课题的研究目的和意义 (1)
1.2短距离无线通信技术的现状与发展趋势 (2)
1.3关于2.4GH Z频段的历史背景、应用前景及发展现状 (4)
1.4本课题要注意的主要问题 (4)
第2章系统方案的总体设计 (7)
2.1系统方案构想与确定 (7)
2.2器件的选择 (11)
第3章系统各部分硬件的设计 (13)
3.1系统的总体设计 (13)
3.2无线耳机N RF24E1核心电路 (13)
3.2.1 nRF24E1简介 (14)
3.2.2 芯片引脚功能以及结构 (14)
3.2.3 nRF24E1收发器子系统（nRF2401） (18)
3.2.4 模数/数模转换器及电压基准源 (29)
3.2.5 电源管理模块 (29)
3.2.6 GPIO通用输入/输出 (29)
3.2.7 外部存储器 (30)
3.3麦克风输入电路和扬声器输出电路 (31)
3.4天线的设计及其与N RF24E1的接口电路 (33)
3.5PCB板的设计 (36)
第4章系统的软件设计 (39)
4.1主程序设计 (41)
4.2接收子程序模块 (41)
4.3发送子程序模块 (43)
4.4中断子程序模块 (44)
第5章应用系统的调试 (45)
5.1硬件的调试 (45)
5.2软件的调试 (45)
5.3系统联调 (45)
5.4现场调试 (45)
I
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结论 (47)
致谢 (49)
参考文献 (51)
附录 (52)
前言
前言
短距离的无线通信技术在无线通信系统的实现中扮演着重要的角色。短距离无线通信的方式有两种：红外IrDA(InfraRed Data Association)和无线射频技术(Radio Frequency)。由于红外方向性强、距离短，而且不能有遮挡物，所以很难推广应用。射频技术因为功耗低和无方向性等优点而受到青睐。目前世界上流行的蓝牙技术（Bluetooth）是一种开放性短距离无线通信技术标准，它就是一种无线射频技术。但是，与普通的射频技术相比，蓝牙技术很难满足快速开发和低成本的要求。首先，蓝牙技术复杂度高。因为蓝牙的传输量较大，往往几百Kbps,而普通射频技术的传输量在100Kbps以内。因此蓝牙硬件设计、软件及其协议编程不但复杂而且昂贵。而且，蓝牙成本高，只有大批量时才有可能降为5美元/片；而无线射频芯片一般在3美元以下。因此普通无线射频可实用、经济地实现无线通信。蓝牙很少有实用的例子，一般只多见于手机和PC之间的通信，而某些无线射频芯片已经广泛投入了实用，如汽车的安全系统、无线身份识别卡、无线抄表、饭店中的无线传感器、无线鼠标、机器宠物、遥控器、键盘等。它们具有低成本、低功耗、能够快速开发应用的特点，来实现设备的无线连接。
本课题研究开发的无线耳机，可以应用在许多方面，比如手机上用无线耳机接听手机电话，省却了耳机电线，同时免除了存在争议的手机辐射问题。还可以用于智能系统中的无线通信，比如近几年盛行的足球机器人比赛，机器人之间为了配合而互相通信以及主机为了作全局指挥与机器人之间的通信就需要无线耳机。所以我们相信无线耳机是有很宽广的市场前景的。
本论文首先介绍了无线通信技术的现状与发展趋势，并对2.4GHz频段的历史背景进行了探讨。接下来分别对该系统的硬件设计和软件设计进行了详细介绍，最后给出了代码。焊接了PCB板，并测试了系统性能。
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第1章绪论
第1章绪论
1.1课题的研究目的和意义
崇尚自由的人类都会有向往自由、并且追求自由的潜在天性，美国的山姆大叔把“自由女神”当作它们国家的象征，无数英雄儿女前赴后继就是为了“自由”这两个字。人类为了自由不断追求着摆脱空间或者时间的束缚和局限。对于处于社会中人类个体或者群体来说，交流就是作为主体的行为，但是在遥远的过去，由于时间空间的限制，很难进行远距离的信息交换。给当时人类的社会行为造成很大的不便。追求自由的人们为此进行了不懈的努力。自由的理念体现了在人类的设计天赋中，从最初单调的信件联络到后来的电报，到后来的有线语音电话，无一不渗透着人们渴望摆脱客观限制所作的努力，这个历程显然没有结束，通信电缆渐渐地成为了人们心中的绊脚石，有没有能够取代那些冗长的电缆的技术呢？经过几十年的探索和努力，电报从有线到无线，电话从有线到无线，网络从有线到无线。如今，一张人们描画已久的蓝图已经在面前展示：遥远阿尔卑斯的窗景,仿佛就在眼前,你的声音随电波信号穿越大洋,无论何地都能触及到天涯一角的知己,这就是无线通信给我们带来的惊喜。
短距离的无线通信技术在无线通信系统的实现中扮演着重要的角色。短距离无线通信的方式有两种：红外IrDA(InfraRed Data Association)和无线射频技术(Radio Frequency)。由于红外方向性强、距离短，而且不能有遮挡物，所以很难推广应用。射频技术因为功耗低和无方向性等优点而受到青睐。目前世界上流行的蓝牙技术（Bluetooth）是一种开放性短距离无线通信技术标准，它就是一种无线射频技术。但是，与普通的射频技术相比，蓝牙技术很难满足快速开发和低成本的要求。首先，蓝牙技术复杂度高。因为蓝牙的传输量较大，往往几百Kbps,而普通射频技术的传输量在100Kbps以内。因此蓝牙硬件设计、软件及其协议编程不但复杂而且昂贵。而且，蓝牙成本高蓝牙成本高，蓝牙只有大批量时才有可能降为5美元/片；而无线射频芯片一般在3美元以下。因此普通无线射频可实用、经济地实现无线通信。蓝牙很少有实用的例子，一般只多见于手机和PC之间的通信，而某些无线射频芯片已经广泛投入了实用，如汽车的安全系统、无线身份识别卡、无线抄表、饭店中的无线传感器、无线鼠标、机器宠物、遥控器、键盘等。它们具有低成本、低功耗、能够快速开发应用的特点，来实现设备的无线连接。
本课题研究开发的无线耳机，可以应用在许多方面，比如手机上用无线耳机接听手机电话，省却了耳机电线，同时免除了存在争议的手机辐射问题。还可以用于智能系统中的无线通信，比如近几年盛行的足球机器人比赛，为了使机器人之间进行通信以形成配合，使主机与机器人之间进行通信以便于实时指挥，无线耳机无疑提供了良好的通信途径。所以我们相信无线耳机是有很宽广的市场前景的。
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1.2短距离无线通信技术的现状与发展趋势
随着移动通信需求和远程数据采集量的增加，加之有线传输的费用日益增长，人们正逐渐认识到在许多检测领域采用无线传输的必要性。在过去的几年中，无线通讯领域取得了很大的进展，这其中包括数字电路和射频电路制作工艺的进步、低功耗电路、高能电池以及微电子技术的采用。以上诸多方面的发展使移动通信设备更加灵巧、经济、可靠。与上述技术一样，数字通信技术和数字调制技术的发展也发挥了很大的作用，他们使无线通信网络向更加经济、更加容易操作的方向发展。所以如果我们能够很好地了解无线通信的基本原则以及这些技术的特点，就能更好地理解并完成传感数据的无线采集。无线数据通信技术可分为两大类：一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据(CDPD)，通用分组无线传输技术(GPRS) 、EDGE 等。二是基于局域网的技术，如IEEE802.11 WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距离无线通信技术等。与目前已经具备相当规模的无线长距离通信网络(如蜂窝移动通信网)相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。
1．红外通信技术（IrDA）【1,2】
红外通信技术IrDA(InfraRed Data Association)采用人眼看不到的红外线传输信息，是使用最广泛的短距离无线通信技术。它利用红外线的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，传统速度可达4 Mbit/s，1995 年IrDA 将通信速率扩展到的高达16Mbit/s，红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收具有方向性，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低廉的特点。因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA(个人数字助手)，移动电话等移动设备。但红外技术只是一种视距传输技术，有效距离近，发射角度较小，一般不超过20 度，两台相互通信的设备之间必须对准，而且传输数据时两台设备之间不能有阻挡物，只能限于两台设备通信，无法灵活构成网络，且无法用于边移动边使用的设备，另外，IrDA 设备中的核心部件LED 易磨损。
2．蓝牙技术（Bluetooth）【3】
蓝牙技术使用全球统一开放的 2.4GHz 的ISM 频段，采用跳频扩频FHSS 技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，能够全方位传送，主要面对网络中各种数据和语音设备，通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet)。多个微微网之间也可以形成分布式网络(Scatternet)，从而方便，快速的实现各类设备之间的通信。蓝牙技术作为一种新兴的技术，主要具有以下特点:规范的开放性、产品的互操作性及兼容性、公用通信频段以及提供大容量的语音和数据网络。蓝牙技术目前只是一种行业联盟制定的短距离无线通信规范。
3．IEEE802.11b（Wi-Fi）【1】
IEEE802.11b技术标准是无线局域网的国际标准，使用 2.4GHz 的ISM频段，采
第1章绪论
用直接序列扩频DSSS 技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度。802.11b 无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上AP(Access Point)，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。802.11b 具有有线等价保密机制WEP(Wired EquivalentPrivacy)确保数据安全。以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。更多新的Wi-Fi 标准正在制定之中。速度更快的802.11g 使用与802.11b 相同的正交频分多路复用（OFDM）调制技术，同样工作在 2.4GHz频段，速率达54 Mbit/s，比目前通用的802.11b 快了 5 倍，并且完全向后兼容802.11b，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，而下一代的Wi-Fi 标准802.11n 可望达到100 Mbit/s。
4．微功率短距离无线通信技术【1】
近年来，随着大规模集成电路技术的发展，短距离无线通信系统的大部分功能都可以集成到一块芯片内部，一般使用单片数字信号射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界影响。射频芯片一般采用FSK 调制方式，工作于ISM 频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速，可以方便地嵌入到各种设备中，实现设备间的无线连接，因此，较适合搭建小型网络，在工业、民用领域得到较为广泛的应用。
当今，全球无线通信产业主要体现出两个特点：一是公众移动通信保持增长态势强劲，但也存在发展不均衡的现象。具统计，2003年全球移动用户数增长率在17％以上，在市场值方面，比上年增长了11.3％以上。尽管全球移动市场在增长，但这种增长也呈现出很大的不均衡性。从用户数来看，在北美、欧洲等发达国家和地区，由于移动用户普及率已经很高，因此新增用户数日益减少；而在亚洲、非洲等地区移动用户数增长迅猛。从用户创造的价值来看，欧美发达国家的ARPU值远远超过了新兴的发展中国家。二是宽带无线通信热点技术研究和应用十分活跃。目前，我国的移动通信市场呈现持续快速增长的局面，移动用户总数达到4亿左右，用户普及率达到30％左右。所以，我国移动通信用户普及率相对还比较低，仍有相当巨大和持久的增长空间。
除传统的公众移动通信外，全球的宽带无线接入领域近期研究和应用十分活跃，
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热点不断出现。这包括MMDS技术、WLAN技术、WiMAX技术等等，呈现百花齐放的局面。这些技术的出现和发展，给整个无线通信产业注入了勃勃生机。
1.3关于
2.4GHz频段的历史背景、应用前景及发展现状
一般来说，无论组织或个人，希望使用某一频段进行无线通信，都必须向当地政府申请许可证(License)并交纳一定的管理费用。但有三个频段是例外，FCC（Federal Communications Commission 美国联邦通信委员会）指定了三个频率段为无需许可证的频段，称为ISM（Industrial, Scientific and Medical工业、科学、医学）频段【1,2】。这三个频段分别为：
●UHF 902-928MHz
●S-band 2.40-2.4835GHz
●C-band 5.725-5.875GHz
事实上，这几个频段本来并非为无线通信而设的。设立这几个频段的本意是，允许一些工业产品、科学仪器和医学设备在这些规定的频段发出一些射频能量，由于限定频段，这些设备在工作中发射出的一些射频信号就不会影响到其它频段的无线设备。
后来，由于DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum, 直接序列扩频）与CDMA（Code Division Multiple Access, 码分多址）技术的应用，使得各无线设备共用一个频段而不相互干扰成为可能，于是FCC决定开放此频段，并且规定使用ISM频段无需使用许可证（这也就意味着无需向政府申请频段并为之付费）。因此，虽然FCC同时规定了使用ISM频段的很多限制（如发射功率不得超过1瓦等），但由于此频段免费，使得它受到了各无线设备厂商的欢迎与大力支持，基于ISM频段的无线设备层出不穷。
在这三个ISM频段中，以2.4GHz频段最受瞩目。这是因为，虽然FCC规定这三个ISM频段为无需许可证频段，但各国对频段的利用情况不尽相同，只有2.4GHz这一频段是国际公认的无需许可证频段。换句话说，基于此频段的无线设备可以在大部分国家通用，因此学术界和工业界对此频段都格外重视，近期十分热门的WLAN （Wireless Local Area Network,无线局线网）就是基于此频段的。世界各主要国家（地区）对2.4GHz扩频设备的频段分配情况见表1-1。
1.4本课题要注意的主要问题
本课题所研究的基于nRF24E1的无线耳机是短距离无线通信的一个应用。
无线耳机在设计上有两个特点：一是印刷线路板体积一定要小；二是作为电池供电的电子产品，一定要求把线路的功耗设计得非常低。
根据以上第一点原则，在设计中一是要尽可能的采用集成度高的贴片封装芯片，二是芯片的外围元件一定要少；根据第二原则，除了采用低功耗芯片设计产品外，产品中在守候状态时应使电源间歇脉冲供电。
第1章绪论
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第2章系统方案的总体设计
第2章系统方案的总体设计
2.1系统方案构想与确定
从表1-1中我们可以看出，大多数国家都认可2.4000GHz~2.4835GHz为免许可证频段，本系统考虑到国际通用性，决定采用此频段进行无线通讯。
应用于2.4GHz频段的技术主要有DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列扩频）和FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum，跳频扩频）【4,5】。
直序扩频技术将实际传送的数据加在一个事先定义的伪随机码中发送，发送的信号扩展在很宽的频带上。方法是对一直序扩频代码进行相干或差分相干二进制相移键控调制。每一代码C由N位码片（Chip）组成。假设用16位码片来表示一位代码C，1 Kbps的数据基带扩成16Kbps，则扩频16倍。数据速率高了N倍，带宽也就宽了N 倍。在接收端，接收机从噪声中滤出信号，把信号还原到原来很窄的带宽上。
跳频技术与直序扩频技术完全不同，是另外一种意义上的扩频。跳频的载频受一个伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率合成器按PN码的随机规律不断改变频率。在接收端，接收机的频率合成器受伪随机码的控制，并保持与发射端的变化规律一致。跳频是载波频率在一定范围内不断跳变意义上的扩频，而不是对被传送信息进行扩谱，不会得到直序扩频的处理增益。跳频相当于瞬时的窄带通信系统，基本等同于常规通信系统，由于无抗多径能力，同时发射效率低，同样发射功率的跳频系统在有效传输距离内小于直扩系统。跳频的优点是抗干扰，定频干扰只会干扰部分频点。用于语音信息的传输，当定频干扰只占一小部分时不会对语音通信造成很大的影响。
基于DSSS的协议主要有802.11b（即无线局域网的通信协议）等，本来此系统准备采用DSSS，模拟无线局域网的通讯方式进行无线通讯，但由于基于DSSS技术的无线收发芯片在零售市场很难买到，因此，最后我们放弃了这一方案，改用基于FHSS 的无线收发芯片。
基于FHSS的技术较多，较有名的有蓝牙（Bluetooth）、HOMERF和NORDIC公司的nRF（事实上nRF并不是一种协议，只是由于其NORDIC公司的nRF芯片应用十分广泛，因此在此与Bluetooth和HOMERF等协议相提并论）。由于市面上尚无基于HOMERF的收发芯片，下面仅将蓝牙与nRF作比较：（如表2-1）
经过这样的比较我们决定采用nRF方案，于是我们就开始寻找适合的射频收发模块的芯片。
Nordic公司是挪威一家生产无线通信芯片的公司，其产品在国内引进后，得到了众多厂家的青睐。其产品技术新颖，性价比高。
我们所要开发的这款无线耳机最重要的部分就是无线收发模块，我们的最初方案使用Nordic公司的nRF2401这块无线收发芯片进行研究。
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该芯片的高集成度解决了在模拟和数字混合设计中的很多困难，同时，参考设计还支持两种不同的天线技术：其中一款设计采用环行天线，直接在PCB上用铜铂实现，该天线设计具有体积和重量小，成本低的优势；另外一种设计支持嵌入式高增益天线，有效扩大了系统的覆盖距离。该参考设计已经为无线远程抄表、汽车双向遥控防盗控制和无线计算机外设的设计提供了很好的设计模板，降低了设计开发周期和成本。
nRF2401是真正单片无线收发器，它是半双工收发芯片，也就是说，在发射信号的时候不能同时接收，但是由于间隔时间非常短暂以致人耳听不出来，所以完全不会影响人们的正常通讯。而且，它工作于2.4～2.5GHz ISM 频段，该频段是全球免费通用频段。该芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有0.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM 技术使nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401 适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
nRF2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。（见图2-1）QFN24 引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。基本上符合无线耳机的内置芯片的外形要求。芯片引脚功能表见附录表7。
值得关注的是nRF2401的收发方式，它有两种收发模式：ShockBurstTM收发方式
第2章系统方案的总体设计
和直接收发方式。
ShockBurstTM 收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401 的ShockBurstTM 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流【4】。
图2-1 nRF2401功能模块
1. 在ShockBurstTM 收发模式下，nRF2401 自动处理字头和CRC 校验码。
在接收数据时，自动把字头和CRC 校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC 校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。
2. 在直接收发模式下，nRF2401 如传统的射频收发器一样工作。
直接发送模式接口引脚为CE、DATA
●当微控制器有数据要发送时，把CE 置高；
●nRF2401 射频前端被激活；
●所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理(包括字头、地址和CRC 校验码)；
●直接接收模式接口引脚为CE、CLK1 和DATA；
●一旦nRF2401被配置为直接接收模式，DATA引脚将根据天线接收到的信号开始
高低变化(由于噪声的存在)；
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●CLK1 引脚也开始工作；
●一旦接收到有效的字头，CLK1引脚和DATA引脚将协调工作，把射频数据包以其
被发射时的数据从DATA 引脚送给微控制器；
●这头必须是8位；
●DR引脚没用上，所有的地址和CRC校验必须在微控制器内部进行；
●将以上两种模式比较后，我们认为节能而且又不占用CPU的ShockBurstTM（突发
脉冲）模式是符合我们设计要求的【6】；
决定使用nRF2401作为收发模块的最重要的原因还有一个那就是Nordic公司今年最新推出的的nRF24E1无线收发芯片，它集成了8051兼容单片机，一个9个通道的A/D转换控制器和2.4GHz的nRF2401无线收发芯片。nRF24E1只支持nRF24E1的ShockBurstTM收发方式，不支持直接收发方式，我们之前既然已经采用了ShockBurstTM（突发脉冲），该问题不予考虑。
nRF24E1适用于各种无线设备的短距离互连应用场合，工作于ISM（工业、科学和医学）频段。该器件有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰。
我们在最终设计中确定所有功能后可以为了进一步地节约空间将外部存储器EEPROM25320省略掉，换以将程序固化在nRF24E1内部。更大限度地缩小外围空间。而且体积小的无线耳机就可以取代现在市场上出售的那种手机上附带的有线耳机，更方便地达到防手机辐射的效果。
最终我们确定用两块带2.4GHz无线收发器nRF2401和增强型8051内核的无线收发模块来作为我们无线耳机的主要部件。以下为无线耳机硬件设计原理图：
图2-2 无线耳机硬件设计原理图
整个运行过程为：用户从麦克风传播模拟音频信号，经过滤波和放大再由A/D转换器将模拟信号转化为数字信号。由8051控制RF收发器发出信号从天线发出，由另一个无线耳机的天线接收，同样由该耳机的8051微控制器控制RF前端接收，再通过D/A转换器转换为模拟信号再由扬声器（耳机）播出。
在第三章我们将从电路设计的角度来分析硬件的设计。
第2章系统方案的总体设计
2.2器件的选择
经过前面方案的讨论，我们最终使用的器件也已经决定。
1．无线收发芯片我们选择nRF24E1【5】
nRF24E1收发器是Nordic VLSI推出的系统级芯片之一，采用先进的0.18μs CMOS工艺、6mm×6mm的36引脚QFN封装；以nRF2401/02芯片结构为基础，将射频、8051MCU、9输入12位ADC、125通道、UART（通用异步收发器）、SPI、PWM、RTC（实时计数器）、WDT（看门狗定时器）全部集成到单芯片中；内部有电压高速器（工作电压1.9～3.6V）和VDD电压监视，通常开关时间小于200μs，数据速率1Mbps，输出功率0dBm；不需要外接SAW（Surface Acoustic Wave）滤波器，是目前世界首次推出的、全球2.4GHz通用的、完善的低成本射频系统级芯片。该芯片将在第三章作详细介绍。
2．用于演示使用的DEMO板我们选用的EEPROM为AT25320它的芯片引脚图如图2-3所示：
图2-3 EEPROM25320的引脚图
该芯片的引脚功能如表2-2所示：
关于该EEPROM的使用将在第三章作介绍。
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第3章 系统各部分硬件的设计
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第3章 系统各部分硬件的设计
3.1系统的总体设计
图3-1 硬件设计原理图
如图3-1所示,该无线耳机系统主要模块就是nRF24E1这块无线收发芯片,它的内部集成了无线收发芯片nRF2401、8051兼容CPU 、A/D 转换器、GPIO （通用输入/输出）、电源管理模块，还附带有PWM(脉冲宽度调节器)、SPI(串行外设接口)、看门狗、WUT(Wake Up Timer 唤醒定时器)、RC 振荡器。外围部件主要有外部存储器晶振、BIAS （偏压电阻器）、25320EEPROM 、天线、耳机以及扬声器【6】【8】【9】。
无线耳机的工作过程我们已经在第二章第一小节提过，在这一章，我们从电路的角度来剖析一下系统的硬件构成，用以解释无线耳机的工作过程是如何实现的。
首先给出以无线收发芯片nRF24E1为中心的核心电路，而后给出了麦克风输入电路和扬声器输出电路，最后描述了一下天线与nRF24E1的接口电路。
3.2无线耳机nRF24E1核心电路
图3-2 nRF24E1核心电路图
图3-2是该无线耳机设计的核心电路【2】。
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●该电路图中，以Nordic公司开发的无线收发芯片nRF24E1为核心。
●J2用来作为EEPROM与nRF24E1之间通信的USB插口。由于并没有用到该插口
的所有引脚，该外围器件的面积可以适当缩小。当程序固化在芯片内部即不需要EEPROM的时候，该外围器件可以被省略。
●电阻R26、R27与R28用来减小通到EEPROM引脚上的电流，防止nRF24E1读入
EEPROM中程序时电流过大导致发热过多将其烧坏。
●电阻R22与R23分别与P0.2以及P0.1连接，通过分压决定了每块板的主从功能。
●其中的电容C1~C14都是为了滤去电路板引起的杂波，以减小无线耳机通信时由于
传输环境造成的杂音。
●最右边的粗黑线是环形天线，射频将语音信号通过天线传播出去由另外一个无线耳
机收发系统的天线接收。关于天线的介绍我们将在本章节的第四节给出详细的介绍。
在该电路中，可以清楚地看到该电路的核心芯片是位于电路中心的nRF24E1，它是无线耳机系统的无线收发芯片。我们已经在第二章将它与其他方案进行了比较，解释了最终选用这块芯片的具体原因。在接下来的这一节我们将从这块芯片的引脚和功能出发对这块芯片作详细的介绍，通过本节，大家对nRF24E1这块芯片应该会有系统的认识，并借此理解它实现无线耳机功能的原理。
3.2.1 nRF24E1简介
nRF24E1收发器是Nordic VLSI推出的系统级芯片之一，采用先进的0．18μｍCMOS工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductou集成在金属氧化物的半导体材料上)、6mm×6mm的36引脚QFN(Quad Flat Non-leaded Package)四侧无引脚扁平封装；以nRF2401/02芯片结构为基础，将射频nRF2401、增强型8051MCU（微处理器）、9输入（AREF、AIN0~AIN7）12位ADC(模数/数模转换器)、125通道、UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)通用异步收发器、SPI（串行外设接口）、PWM（脉冲宽度调节器）、RTC（Real Time Clock实时时钟）、WDT（Watch Dog Timer看门狗定时器）全部集成到单芯片中，可工作在低电压1.9～3.6V下，待机电流可低至2μA，同时器件还带有唤醒定时器，不需要外接SAW滤波器，是目前世界首次推出的、全球2.4GHz通用的、完美的低成本射频系统级芯片。该芯片的外围元件只有一个晶振和一个偏置电阻。nRF24E1/nRF24E2适用于无线耳机、无线鼠标和键盘、无线手持终端、无线频率识别、数字视频、遥控和汽车电子及其它短距离无线高速应用。
3.2.2芯片引脚功能以及结构
1. 芯片的引脚功能
nRF24E1采用36脚QFN（6×6mm）封装，其引脚排列如图3-3所示，各引脚功能如下：
第3章 系统各部分硬件的设计
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nRF24E1有11个数字I/O 引脚，由P0口（DIO2～DIO9）和P1口（DIO0、DIO1、DIN0）组成，除了DIN0只能用于输入外，其余都是双向引脚，而且大部分数字I/O 有复用功能。P0口各个引脚的复用功能如表3-1所列。
此外，P0口还有两个控制寄存器P0_ALT 和P0_DIR 。其中P0_ALT 的控制优先级高于P0_DIR 。设计时可以通过设定P0_ALT 来决定哪些引脚使用复用功能，没有选用复用功能的引脚则为GPIO(通用接口)，而可用P0_DIR 来设置这些P0口是输入还是输出。
图3-3 nRF24E1芯片引脚图
P1口只有3个引脚，可设为SPI 接口或GPIO ，nRF24E1使用SPI 时，只能作为
常州工学院计算机信息工程学院毕业设计说明书
主机。SPI接口的引脚功能如下：
P1．2（DIN0）：串行数据输入脚；
P1．1（DIN1）：串行数据输出脚；
P1．0（DIO0）：串行时钟引脚。
nRF24E1带有9个模拟输入引脚，其中AIN0～AIN7为ADC的8路模拟输入，AREF为ADC参考电压。此外，该器件还有2个天线接口引脚ANT1和ANT2以及两个晶振引脚XC1和XC2。
nRF24E1必须用高精度的晶振，为了支持1Mbit/s的传输速率，设计时还必须采用16MHz以上的晶振。
nRF24E1的其它引脚还有12个。其中IREF用于连接外部偏置参考电阻，AREF 用来连接外部参考电压。其余为电源和接地脚。
2. 内部结构【9】
从芯片的内部结构图3-4可以看出，nRF24E1内有增强型8051内核、无线收发器nRF2401、9路100kbps/s的10bit模数转换器、UART异步串口、SPI接口、PWM输出、RC振荡器、看门狗和唤醒定时器，此外，nRF24E1还内置了专门的稳压电路。（1）微处理器
nRF24E1微处理器的指令系统与工业标准8051的指令系统相兼容，但两者的指令执行时间有些不同。通常，nRF24E1的每条指令执行时间为4～20个时钟周期，而工业标准8051的每条指令执行时间为12～48个时钟周期。nRF24E1比工业标准8051增加了ADC、SPI、RF接收器1、RF接收器2、唤醒定时器5个中断源，以及3个与8051一样的定时器。nRF24E1内含1个与8051相同的UART，在传统的异步通信方式下，可用定时器1和定时器2作为UART的波特率发生器。为了便于和外部RAM区进行数据传递，nRF24E1的CPU还集成2个数据指针。nRF24E1微控制器的时钟直接来源泉于晶振。微处理器中有256字节的数据RAM和512字节的ROM。
上电复位或软件复位后，处理器自动执行ROM中引导区的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从EEPROM加载到1个4KB的RAM中，这个4KB的RAM也可作存储数据用。如果应用当中不用掩膜ROM（也即内含的ROM），程序代码必须从外部非易失性存储器中加载。比较常见的是通过SPI接口扩展型号为25320的EEPROM。该EEPROM的引脚功能已经在第二章作过介绍。
为了控制一些标准8051没有的功能，nRF24E1增加了一些特殊功能寄存器，如RADIO（P2）、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、PWMCON、PWMDUTY等。其P0和P1也和标准8051有所不同，其它的特殊功能寄存器与标准8051相同。详细的情况可以参照附录SFR寄存器表。
常用无线网络通信技术解析 发表时间：2017-10-19T10:33:32.157Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：陶庆东 [导读] 摘要：随着我国信息技术不断发展，促进了无线网络通信技术的不断进步，出现了GPS检测、挖掘机器人设计等相关技术，在实际应用过程中，发挥了至关重要的作用，因此本文主要探讨了常用无线网络通信技术，旨在为相关工作者提供借鉴。 广东省电信工程有限公司广东东莞 523000 摘要：随着我国信息技术不断发展，促进了无线网络通信技术的不断进步，出现了GPS检测、挖掘机器人设计等相关技术，在实际应用过程中，发挥了至关重要的作用，因此本文主要探讨了常用无线网络通信技术，旨在为相关工作者提供借鉴。 关键词：无线网络；通信技术；分析 无线网络随着局域网的发展而不断发展，无线网络不需要进行布线，就可以实现信息传输，为人们的通信提供了较大的便利。无线网络不仅具有质量高的优点，同时还可以降低通信成本，所以在许多的领域中，都可以应用无线网络通信，以此提高各领域的工作效率，充分发挥无限网络的的应用优势。目前我国无线网络通信技术有很多种，与人们的生活也息息相关，所以应常用网线网络技术的深入的分析，以此不断提高无线网络通信技术水平。 1 无线广域网 无线广域网不仅可以实现与私人网络进行无线连接，同时还可以与遥远的观众进行无限连接。在无限广域网中，常使用的通信技术，主要有以下几种，GPS、GSM、以及3G，下面就针对这三种技术进行探讨。 1.1 GPS GPS是一项重要的定位技术，其主要基础为子午仪卫星导航系统，它可以在海陆空进行三维导航，同时还具有较强的定位能力，美国在1994年全面建成。GPS系统主要由GPS卫星星座、地面监控系统以及GPS信号接收机三部分组成，GPS系统的卫星共有24颗，它们在轨道平面上均匀分布，其主要负责两方面工作，其一是对卫星进行监控，其二计算卫星星历；对于GPS用户设备主要由两部分组成，一部分为GPS信号接收机硬件，另一部分为GPS信号接收机处理软件。GPS在工作过程中，通常利用GPS信号接收机，对GPS卫星信号进行接收，并对信号进行相应的处理，进行确定相关的信息，包括用户位置以及速度等等，以此实现GPS定位以及导航的目的。GPS系统具有一定的特点，包括操作简便、高效率以及多功能等，最初，在军事领域中应用GPS，随着GPS系统的不断发展，GPS应用范围越来越广，在民用领域中应用力度逐渐加大，特别是在工程测量中，可以实现全天候的准确监测，大大提高了工程测量的精度，促进工程测量的行业的不断发展。 1.2 GSM GSM是全球移动通信系统的简称，是蜂窝系统之一。GSM发展的较为迅速，在欧洲和亚洲，已经将GSM作为标准，目前在世界上许多的国家，都建立的GSM系统，这主要是因为GSM系统具有一定的优势，如稳定性强、通话质量高、以及网络容量等等，这主要是因为GSM系统在工作中，可以实现多组通话在同一射频进行，GSM系统一般主要有包括三个频段，即1800MHZ、900MHz以及1900MHz。 1.3 GPRS GPRS是指通用分组无线业务，它是一种新的分组传输技术，在应用过程中，GPRS具有较多的优点，包括广域的无线IP连接、接口传输速率块等等。在GPRS系统运行过程中，通过分组交换技术，一方面可以实现多个无线信号共一个移动用户使用，另一方面可以实现一个无线信道共多个移动用户使用。信道资源会在移动用户进行无数据传输过程中让出来，这样可以实现无线频带资源利用率的提升。 2 无线局域网 无线局域网主要指的网络传输主要通过无线媒介，包括无线电波以及红外线等。对于无线局域网通信技术覆盖范围，一般情况下，在半径100m左右，目前IEEE制订的无线局域网标准，主要采用的是IEEE802.11系列标准，对于网络的物理层，作出的主要规定，同时还规定了媒质访问控制层。该系列的标准有很多种，包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b等等,对此进行简单的介绍。 2.1 IEEE802.11 对于无线局域网络，最早的网络规定为IEEE802.11，2.4GHZ的ISM工作频段是其工作的主要频段，物理层主要采用技术主要有两项，即红外线技术、跳频扩频技术等等，主要能够解决两项问题，一种为办公室局域网问题，另一种为校园网络用户终端无线接入问题。IEEE802.11数据传输速率可以达到2Mbps，随着我国网络技术的发展，IEEE802.11也得到了研究和发展，陆续推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a,其中陆续推出了IEEE802.11b的数据传输速率可以达到11Mbps，IEEE802.11a的数据传输速率可以达到54Mbps，以此满足不断发展的高带宽带网络应用的需要、 2.2 IEEE802.11b 在现实生活使用中，我们可以将IEEE802.11b称作为Wi-Fi，2.4GHz频带是IEEE802.11b工作主要的频带之一，物理层主要由支持两个速率，即5.5Mbps和11Mbps，IEEE802.11b传输速率会受许多因素的影响，包括环境干扰和传输距离等，传输速率可以进行相应的切换。直接序列扩频DSSS技术是IEEE802.11b主要采用的技术。对于IEEE802.11b，可以将其工作模式可以分为两种，一种为点对点模式，另一种为基本模式，其中点对点模式是指两个无线网卡计算机之间的相互通信；基本模式还包括两种通信方式，一种为无线网络的扩充的时的通信方式，另一种指的是有线网络并存时的通信方式。 2.3IEEE802.11a 在美国，IEEE802.11a主要有三个频段范围，即5.15-5.25GHz、5.725-5.825GHz，物理层和传输层的速率可以达到54Mbps和 25Mbps，正交频分复用的独特扩频技术是IEEE802.11a主要采用的技术，通过该技术，可以实现传输范围的扩大，同时对于数据加密，可以达到152位的WEP。 3 无线个域网 在网络架构的底层，设置无线个域网WPAN，一般点对点的短距离连接使用无线个域网。对于无线个域网，使用的通信技术包括红外、蓝牙以及UWB等等，对此下面进行详细的介绍和分析。 3.1 蓝牙 蓝牙作为一种短距离无线通信技术，主要应用小范围的无线连接。蓝牙技术的传输速率为1Mbps，有效的通信范围在10m-100m范围，2.4GHz频段是蓝牙运行的频段，传输速率可以通过GFSK调制技术来实现，同时通过FHSS扩频技术还可以将信道分成若个的时隙，
Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术 本栏目责任编辑：冯蕾 第8卷第5期(2012年2月) 常用无线通信技术简介 陈高锋 （杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100） 摘要：随着社会的不断进步和发展，通信与交流已经成为人们工作和生活中非常重要的部分，无线通信技术以其成本低、扩展性好、使用方便等优势，近些年而得到了长足的发展和广泛的应用。该文从远距离和近距离两个方面分别介绍了常用的无线通信技术。关键词：无线通信；远距离；短距离 中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)05-1062-03 Introduction to Wireless Communication Technology Used CHEN Gao-feng （Yangling Vocational&Technical College,Yangling712100,China） Abstract:With the continuous progress and development，communication and exchange of work and life has become a very important，wireless communications technology with its low cost,scalable,easy to use and other advantages,and in recent years has been considerable development and a wide range of applications.In this paper,both distance and close-introduced the popular wireless communication tech?nology. Key words:wireless communication;long distance;short distance 无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年，在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信技术自身有很多优点，成本较低，无线通信技术不必建立物理线路，更不用大量的人力去铺设电缆，而且无线通信技术不受工业环境的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通信的设置与维修，无线网络的维修可以通过远程诊断完成，更加便捷；扩展性强，当网络需要扩展时，无线通信不需要扩展布线；灵活性强，无线网络不受环境、地形等限制，而且在使用环境发生变化时，无线网络只需要做很少的调整，就能适应新环境的要求。 1常用的远距离无线通信技术 目前偏远地区广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。它主要使用在较为偏远或不宜铺设线路的地区，如：煤矿、海上、有污染或环境较为恶劣地区等。 1.1GPRS/CDMA无线通信技术 GPRS(通用无线分组业务)是由中国移动开发运营的一种基于GSM通信系统的无线分组交换技术，是介于第二代和第三代之间的技术，通常称为2.5G。它是利用“包交换”概念发展的一种无线传输方式。包交换就将数据封装成许多独立的包，再将这些包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，其优势在于有资料需要传送时才会占用频宽，而且是以资料量计价，有效的提高网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据，从而GPRS网络能够方便的和因特网互相连接，相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式，GPRS的分组交换技术具有实时在线、按量计费、高速传输等优点[1]。 CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，是由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统，其原理基于扩频技术。其最早是由于军事上对高质量无线通讯技术的需要而开发设计。CDMA在数据传送过程中，将数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使数据信号的带宽被扩展，然后经载波调制将数据发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，进行相反过程的处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号从而进行解扩，以实现数据传输。其特点是抗干扰能力强、抗衰落能力强、信号隐蔽性强、抗截获的能力强、可以多用户同时接收发送。 1.2数传电台通信 数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的工作频率大多使用220～240MHz或400～470MHz频段，具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。数传电台的有效覆盖半径约有几十公里，可以覆盖一个城市或一定的区域[2]。数传电台通常提供标准的RS-232数据接口，可直接与计算机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、GPS接收机、数码相机等连接。传输速率从9600到19200bps，误码低于10-6(-110dBm时)，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全 收稿日期：2012-01-15 作者简介：陈高锋（1976-），男，陕西杨凌人，讲师，硕士研究生，主要从事程序设计，嵌入式系统等方面的教学研究工作。 E-mail:info@https://www.doczj.com/doc/ed15839496.html, https://www.doczj.com/doc/ed15839496.html, Tel:+86-551-56909635690964 ISSN1009-3044 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术 Vol.8,No.5,February2012 1062
常用无线通信协议 目前使用较广泛的近距无线通信技术有蓝牙（Bluetooth）,无线局域网802.11（Wi-Fi）和红外线数据传输（IrDA）.此外，还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，分别是ZigBee,超宽频，短距通信，WiMedia,GPS,DECT,无线1394和专用无线系统等。 蓝牙（Bluetooth）技术 蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术。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。蓝牙技术的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。 优势：⑴全性高。蓝牙设备在通信时，工作的频率是不停地同步变化的，也就是跳频通信。双方的信息很难被抓获，防止被破解或恶意插入欺骗信息。⑵于使用。蓝牙技术是一项即时技术，不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。 不足：⑴通信速度不高。蓝牙设备的通信速度较慢，有很多的应用需求不能得到满足。⑵传输距离短。蓝牙规范最初为近距离通信而设计，所以他的通信距离比较短，一般不超过10m。 Wi-Fi（无线高保真）技术 无线宽带是Wi-Fi的俗称。所谓Wi-Fi就是IEEE 802.11b的别称，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。Wi-Fi速率最高可达11Mb/s，电波的覆盖范围可达200m左右。 优势：⑴覆盖广。其无线电波的覆盖范围广，穿透力强。可以方便地为整栋大楼提供无线的宽带互联网的接入。⑵速度高。Wi-Fi技术 的传输速度非常快，通信速度可达300Mb/s，能满足用户接入互联网，浏览和下载各类信息的要求。 不足：安全性不好。由于Wi-Fi设备在通信中没有使用跳频等技术，虽然使用了加密协议，但还是存在被破解的隐患。IrDA（红外线数据协会）技术 IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。 IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准， 中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。 优势：⑴无需申请频率的使用权，因此红外线通信成本低廉。⑵移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用。⑶外线发射角度较小，传输上安全性高。 不足：IrDA是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而只用于两台设备之间连接。 ZigBee（紫蜂）技术 ZigBee使用2.4 GHz波段，采用跳频技术。它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得 更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。 优势：⑴功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。⑵成本低。因ZigBee数据传输速率低，协议简单， 所以成本很低。⑶网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备。⑷作频段灵活。使用的频段分别为 2.4GHz、868MHz（欧）及915MHz（美），均为免执照频段。 不足：⑴数据传输速率低。只有10kb/s~250kb/s，专注于低传输应用。⑵有效范围小。有效覆盖范围为10?75m之间，具体依据实际发 射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。 UWB（超宽带）技术 UWB（Ultra Wideband ）是一种无线载波通信技术，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有可能在10 m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。特点：⑴系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，载货能力低。⑵定位精度高，相容性好，速度高。⑶成本低，功耗低，可穿透障碍物。近距离无线传输 NFC（近距离无线传输）技术 NFC采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作于13.56MHz频率范围。NFC现已发展成无线连接技术。它能快速自动地 建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。 特点：NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不用再听到各种电子杂音。 NFC通过在单一设备上组合所有的身份识另U应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。此外NFC 还可以将其它类型无线通讯（如Wi-Fi和蓝牙）“加速”，实现更快和更远距离的数据传输。
常见无线通信技术 蓝牙 超宽带技术 ZigBe Wi一F zigBee的产生 ZigBee的优势 zigBee的应用 1.典型的短距离无线数据网络技术 典型的短距离无线系统由一个无线发射器（包括数据源、调制器、RF源、RF功率放大器、天线、电源组成）和一个无线接收器（包括数据接收电路、RF 解调器、译码器、RF低噪声放大器、天线、电源）组成。 随着无线的发展，网络化、标准化、要求逐渐出现在人们的面前。因此各种无线网络技术标准纷纷被制订出来。下面我们来看看目前比较热门的几种无线网络技术标准、 5种短程无线连接技术正在成为业界谈论的焦点，它们分别是ZigBee、无线局域网（Wi-Fi）、蓝牙（Bluetooth）、超宽频（Ultra Wide Band）和近距离无线传输（NFC）。
1.ZigBee ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它此前被称作HomeRF Lite或FireFly无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。最后，这些数据可以进入计算机，用于分析或者被另一种无线技术如WiMax收集。 ZigBee的基础是IEEE 802.15.4，这是IEEE无线个人区域网（PAN,Personal AreaNetwork)工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4（ZigBee）技术标准。 ZigBee不仅只是 802.15.4 的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本点的4KB或者作为Hub、路由器的协调器的32KB。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。、
无线通信技术简介和应用 作者：xx 班级：电信工二班姓名xx：学号：201100120xxx (山东大学信息科学与工程学院，山东济南250100) 摘要：本文中，我们将介绍关于无线通信技术的基础知识，包括无线通信技术的基本概述，无线通信的几种技术以及无线通信的几种应用。通过对无线通信技术的简单的介绍来初步了解无线通信技术。 关键词：无线通信，调制技术，多址技术，编码技术，WLAN技术，蓝牙技术 1 引言 无线电通信是电子学的最早应用之一，也是电子学的最新应用之一，在这领域中每天都有新的进展，如今在信息通信领域里，发展最快，应用最广的就是无线电通信技术，我们的生活也逐渐离不开无线通信。从最早的克拉克1945年在“无线世界”中发表文章建议利用静止卫星实现世界范围的无线电覆盖到二战后美国政府开通的民用波段无线电台系统，再到蜂窝电话的发明，直至今天2G蜂窝网络，3G无线网络已离不开我们的生活，无线通信都在飞速发展着，本文深入浅出的讲解了无线通信的基本概念，简单的介绍几种常用的无线通信系统和技术及它们的应用领域。 2 无线通信技术概述 （1）定义 无线通信（wireless communication）是指利用无线电波进行通信，术语“无线”一般指非广播通信，即使用便捷的通信设备的个人之间的通信。无线通信可用来传输电报，电话，传真，图像，数据和广播电视等通信业务，与有线通信相比，不需要架设传输线路，不受通信的距离限制，机动性能好，建立迅速等等。[1] （2）发展历史 1865年，英国人麦克斯韦尔成功的预测了电磁波的存在； 1886年到1888年间，德国人赫兹通过实验验证了麦克斯韦尔的理论； 1899年，马可尼操纵发送跨英吉利海峡的无线电信号，1901年发送了跨大西洋的信号；1899年，特斯拉演示了不用导线传送电能的实验，并在美国克罗里达州建设一座发射台，可以清楚的接收到一千里外的信号； 1906年，美国人德福雷斯特发明真空三极管，可以对连续波信号进行调制，并可用于语音传输，同年，费森登在马萨诸塞州采用外差法实现历史首次无线电广播； 1909年，马可尼和布劳恩由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖； 20世纪30年代中叶，出现双工的警用无线电； 1947年，三位科学家发明了晶体管，进一步推动无线通信的发展； 1962年，出现寻呼机； 1979年，世界上第一个蜂窝无线服务系统在日本投入使用；
6.短距离无线通信方式 6.1 蓝牙 蓝牙工作频率为2.4 GHz, 有效范围大约在10m半径内。在此范围内, 采用蓝牙技术的多台设备, 如手机、微机、激光打印机等能够无线互联, 以约1Mb/s的速率相互传递数据, 并能方便地接入互联网。 蓝牙技术的应用主要有以下3 类: (1)语音/数据接入是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上, 完成与广域网的联接。 (2)外围设备互连是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。 (3)个人局域网(PAN ) 主要用于于个人网络与信息的共享与交换。 6.2 Wifi(IEEE802.11b） WiFi (W ireless Fidelity, 无线高保真) 也是一种无线通信协议, 正式名称是IEEE802111b, 与蓝牙一样, 同属于短距离无线通信技术。WiFi 速率最高可达11Mb/s 6.3 IrDA（红外数据协会） 红外线数据协会IrDA ( Inf rared Data Association) 成立于1993 年, 是致力于建立红外线无 线连接的非营利组织。起初, 采用IrDA 标准的无线设备仅能在1m 范围内以115Mb/s速率传输数据, 很快发展到4Mb/s的速率, 后来, 速率又达到16Mb/s 6.4UWB 超宽带技术UWB (Ultra Wideband) 是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB 通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。窄脉冲(小于1 n s) 产生极大带宽的信号。脉冲采用脉位调制(Pulse Position Modulation, PPM ) 或二进制移相键控(BPSK) 调制。UWB 被允许在3.1～10.6GHz 的波段内工作。他主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外, 这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s) 的LAN s 或PAN s。 6.5Zig Bee Zig Bee 可以说是蓝牙的同族兄弟, 他使用2.4GHz波段, 采用跳频技术。与蓝牙相比, Zig Bee 更简单、速率更慢、功率及费用也更低。他的基本速率是250 Mb/s当降低到28 Mb/s时, 传输范围可扩大到134 m , 并获得更高的可靠性。另外, 他可与254 个节点联网。可比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展Zig Bee的应用. 6.6 WiMax WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入。WiMAX 也叫802·16无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。 6.7 NFC(近场通信）