无线通信系统与技术蓝牙技术133页PPT

蓝牙设备在通信连（Connection） 状态下，有四种工作模式：激活 （Active）模式，呼吸（Sniff）模 式保持（Hold）模式，休眠（Park） 模式，Active 模式是正常的工作状 态，另外三种模式是为了节能所规 定的低功耗模式。
物联网通信技术
第五章 近距离无线通信技术
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总体概述
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在物联网中，经常需要和物理空间较小范围的感知层物联网 终端进行灵活的接入，实现感知控制层与网络传输层的通信。 这就需要采用一种非接触式的近距离无线通信来承载信息的传 输，目前能完成这样功能的无线通信技术主要有蓝牙(Bluetooth Technology)、红外技术(Infrared)、超宽带无线技术(UltraWideband， UWB)、WI-FI技术(Wireless Fidelity, WI-FI)以及无线 传感网络(Wireless Sensor Network)。这些近距离通信的技术广 泛应用在智能电网的数据采集与抄表、智能交通与汽车、物流 与追踪、智能家居、金融与服务、智慧农业、医疗健康、工业 自动化与控制、环境监测等物联网所涉及的各个领域，并且成 为了物联网的基础与核心技术之一。本章将从原理与应用两个 方面来介绍蓝牙技术、红外通信技术、超宽带无线技术。
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蓝牙技术简介
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m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。利用“蓝牙”技术， 能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功 地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变 得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网 络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信， 工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。 其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

多径效应
由于无线电波经过多个路径到 达接收机，产生时间延迟和信 号衰落。
噪声与干扰
包括自然噪声和人为干扰，影 响信号的接收质量。
无线信道容量
在给定带宽和信噪比条件下， 无线信道所能传输的最大数据 速率。
03
无线通信系统组成
发射机与接收机
发射机
负责将信息转换为电磁波信号，通过 天线发送出去。发射机的主要组成部 分包括调制器和振荡器，用于产生载 波信号。
无线电波在经过不同介质时发生折射，改变传播 方向。
反射波
无线电波遇到障碍物时发生反射，改变传播方向 。
多径传播
无线电波经过多个路径到达接收机，产生多径效 应。
调制与解调技术
01
调制
02
解调
03 调频（FM）
04
调相（PM）
ห้องสมุดไป่ตู้
调相而幅度不变（APM）
05
将低频信号加载到高频载波上，以便传输。 从高频信号中提取出低频信号。 载波的频率随信号变化。 载波的相位随信号变化。 载波的相位和幅度同时随信号变化。
无线通信具有灵活性、移动性、便捷性、广泛覆盖范围等优势， 可以满足不同用户在不同场景下的通信需求。
无线通信的发展历程
早期无线电报
20世纪初，无线电报技术开始出现，主要用于军事 和航海通信。
无线电话
20世纪中叶，无线电话开始出现，最初是模拟信号 传输，后来逐渐演变为数字信号传输。
无线网络技术
随着计算机技术和互联网的发展，无线网络技术逐 渐普及，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
物联网与无线传感器网络的发展趋势
随着技术的不断发展，物联网和无线传感器网络将更加智能化、自组织 化、低功耗化，为人类生活带来更多便利。

蓝牙协议的最初版本为IEEE802.15.1，对应于蓝牙1.1实现， 速度为1Mbps，由SIG负责开发，后期又发展了多个版本。
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1.3.1 蓝牙技术——特点
蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频 段，全球大多数国家ISM频段 的范围是2.4-2.4835GHz。
蓝牙采用电路交换和分组交换 技术，支持异步数据信道、三路 语音信道以及异步数据与同步语 音同时传输的信道。
网络的融合化
包括核心网、接入技术，以及业务的融合 核心网的融合表现为移动与固定网络，通信、计算机与广 电网，以及信息通信网与基于传感器和RFID的物联网融合。
无线通信终端的信息个人化
移动智能终端将是移动智能网与IP技术的进一步融合
无线通信技术的跨行业创新应用
多个学科，如健康、生物、环境、信息之间彼此关联
越洋通信、中距离通信、地 下岩层通信、远距离导航
船用通信、业余无线电通信、 移动通信、中距离导航 远距离短波通信、国际定点 通信 电离层散射、流星余迹通信、 人造电离层通信、对空间飞 行体通信、移动通信 小容量微波中继通信、对流 层散射通信、中容量微波通 信 大容量微波中继通信、数字 通信、卫星通信 卫星通信、对流层散射通信、 微波接力通信、波导通信
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1.3.2 WiFi技术——特点
IEEE802.11b的无线电波覆盖半径最 远可达300米，Vivato公司推出的新型 交换机能把目前WiFi无线网络的通信 距离扩大到约6.5公里。 覆盖范围广 传输速度快 IEEE802.11b速度为11Mbps， IEEE802.11a/g为54Mbps， IEEE802.11n为300Mbps。
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1.3.1 蓝牙技术——起源

通信。
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物联网概论
➢ 时分多址（TDMA）访问技术
第3讲 无线通信系统
• 时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)是把时间分割成周 期性帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号， 在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各 移动终端的信号而不混扰。基站发向多个移动终端的信号都按顺 序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接 收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。
• 跳频通信的关键技术是如何实现接收和发送端在改变频道过程 中实现频道的一致同步，且在跳频过程中应当尽可能的少花费 时间。
• FHSS和FDMA一样是一个多频率的通信方式。
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课后作业
物联网概论
3-3，3-7，3-8
第3讲 无线通信系统
补：什么是扩频通信技 术？
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新材料作文审题训练
• 文题一： 阅读下面文字，按要求作文。
物联网概论
第3讲 无线通信系统
3.4.2 有效性指标-----频带利用率
频带利用率η是描述数据传输速率和带宽之间关系的1 个指标。它是单位时间内所能传 输的信息速率，可表示为 系统的传输速率/系统的頻带宽度（B），单位为Bd/HZ或 bit/(s .Hz)
η=NBd/B η=R/B
从以上可看出，若码元速率相同，加大M或减少B都可使頻带 利用率提高。前者可采用 多进制调制技术实现，后者可采 用单边调制、部分响应等压缩发送信号频谱的方法。
• 在FDMA系统中，分配给用户一个信道，
即一对频谱，一个频谱用作前向信道
即基站向移动台方向的信道，另一个
则用作反向信道即移动台向基站方向

无线电频率划分表
2020/2/14
可编辑
2.3 电波传播模式
1、水下传播 电波在海水中的吸收衰减随频率升高而增大，
目前仅用于超长波水下通信。
2、地表波传播 又称地波传播。地面吸收衰减随频率升高而增
大。地波传播用于中频（中波）以下频段。
3、对流层视距传播 在低层大气中，利用直射波的传播模式。传播
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多径传播
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寂静区
解决寂静区问题的办法是低频率、大仰角。
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3.4 短波自适应通信
自适应(Adaptive)：通信系统具有适应通信 条件变化的能力。
短波通信中可能用到的自适应： 频率自适应
功率自适应 分集自适应 自适应均衡 自适应天线阵列
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2.1 简单的无线电通信系统
两个无线电台（对讲机） 信号以无线电波的形式传输 无线电波最重要的参数：
频率 功率
频率需符合国家无线电频谱规划 频率决定了设备（特别是天线）的尺寸
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2.2 频率、波长、无线电频段划分
频率（f）就是单位时间（1s）内正弦波变化的次 数，单位Hz
信源编码器
信源
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信道 噪声源 ➢➢频使谱信搬息移带，有 ➢以规模适律拟应性信频，号带以传减 ➢数输少信字要误息信求码加号概密率 ➢➢➢可减基增选少带加件信传冗号输余中无以 的需提冗此高余模可以块靠提性高 有➢可效选性件
解调器
信道译码器 接 收 设
解密器 备
信源译码器
信宿
可编辑

802.11a
与传统无线信号 的重叠
FCC 第 15 部分的功率限制
UWB 信号
1.0 1.6 1.9 2.4 3.1 4
5
6
7
8 9 10.6
频率（GHz）
。
P5
❖ UWB的多入多出系统
MIMO 系统的多入多出是针对多径无线信道而言,多径会 引起衰落,通常是不利于通信的因素,而MIMO系统却将多 径作为一个有利因素利用, MIMO 系统在发射端和接收端 均采用多天线(或阵列天线) 和多通道,多天线接收机利用 先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从 而实现最佳的处理,抑制信道衰落。
P12
❖ UWB技术的特点
(1) 系统结构简单、成本低、易数字化。 (2) 超高速、超大容量、抗截获性好等诸多优点，超宽 带的低功耗特点对于用便携式电池供电的系统长时间工 作是非常重要的。 (3)保密性强 (4)定位精确 (5)多径分辨能力强 (6) 穿透能力强。
P13
❖UWB系统的应用
超宽带无线通信应用按照通信距离分大体可以分为两类， 一类是短距离高速应用，数据传输速率可以达到数百 Mbit/s，主要是构建短距离高速个域网、家庭无线多媒体 网络以及替代高速短程有线连接，如无线USB和DVD，典型 的通信距离是10m。 另一类中长距离（几十米以上）低速率应用，通常传输速 率为1Mbit/量级，主要应用于无线传感器网络和低速率连 接。比如智能交通系统，以及应用于军事、公安、救援、 医疗、测量等多个领域。
• Z-Wave技术专门针对窄带应用并采用创新的软件 解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其它 类似技术的一小部份成本就可以组建高质量的无 线网络
Z-wave网络结构
• 每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址 (HomeID);网络内每个节点的地址(NodeID)，由控 制节点(Controller)分配。每个网络最多容纳232 个节点(Slave)，包括控制节点在内。控制节点可 以有多个，但只有一个主控制节点，即所有网络 内节点的分配，都由主控制节点负责，其他控制 节点只是转发主控制节点的命令。已入网的普通 节点，所有控制节点都可以控制。超出通信距离 的节点，可以通过控制器与受控节点之间的其他 节点，以路由(Routing)的方式完成控制

ppt课件
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蓝牙技术的特点
全球范围 适用
开放性强 兼容性强
无线性强
可建立临时 对等连接
移植性好
传输距离小
成本低 体积小
抗干扰性强 安全性好
功耗低
ppt课件
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蓝牙网络的基本结构
微微网
◆微微网中，所有设备的级别 是相同的，具有相同的权限 （如手机可通过蓝牙音箱播放 音乐，同时与其他手机交换数 据）。
数据封包借助自动重送（ARQ）机制加以保护；蓝牙技术采用三 种自动重送模式里的选择性重送模式。
语音封包采用CVSD（Continuous Variable Slope Delta
Modulation 连续可变斜率增量调制）编码方式，CVSD方式抗干扰能
力很强，即使在误码率达到4%时仍然有可以接受的话音质量。
◆一个设备不能同时担任两个 微微网的主设备。
ppt课件
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蓝牙关键技术
蓝牙系统组成
体积小 重量轻 微带天线
系统组成
独立系统 不与其他系统捆绑
符合已有规范
ppt课件
链路控制器(LM) 连接控制器 基带处理器 无线电收发器
链路管理协议(LMP) 链路的建拆 安全、控制 链路模式的协商
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蓝牙关键技术
底层模块
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蓝牙关键技术
中间层
服务发现协议(SDP)
为高层提供发现可用服务的机制
动态查询 设备信息
查询服务类型 及其特征
建立所需服务的通信信道
ppt课件
◆也称业务搜寻 协议 ◆所有使用模式 的基础 ◆工作在L2CAP层 之上
查
按业务类别
询 方
按业务属性
式

探讨移动通信在智能手机和物 联网等领域的应用和未来前景。
无线安全与隐私
1 无线通信的安全问题
介绍无线通信面临的安全威胁和风险。
2 加密和身份认证
讨论无线通信中常用的加密和身份认证技 术，以保障通信数据的安全性。
无线通信技术
无线通信的定义和原 理
解释无线通信的概念和基 本原理，包括信号传输和 接收的过程。
不同类型的无线通信 技术
介绍不同种类的无线通信 技术，如蓝牙、Wi-Fi和移 动通信技术。
无线信号传输和接收
探讨无线信号在传输和接 收过程中的关键技术和要 点。
无线网络
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无线网络的基本概念
解释无线网络的基本概念，如网络拓扑结构和网络组件。
《无线通信基础知识》 PPT课件
无线通信技术是现代社会的基石，了解其基础知识至关重要。本课程将带你 深入了解无线通信的原理、无线网络和移动通信，以及无线安全与隐私。
课程介绍
1 PPT课件的目的和重要性
2 课程内容概述
了解PPT课件制作的目的和重要性，提高 教学效果和学习体验。
简要概述本课程所涵盖的无线通信基础知 识的内容。
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无线局域网和无线广域网
介绍无线局域网（WLAN）和无线广域网（WWAN）的原理和应用。
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无线网络的优势和挑战
讨论无线网络相对历程
详细描述移动通信系统自诞生 以来的发展历程。
不同方式的移动通信技术 移动通信的应用和前景
介绍不同方式的移动通信技术， 如2G、3G、4G和即将到来的 5G。

送话器
A f1
T
B f1
T
送话器
受话器
按-讲 开关 R
f1
按-讲 开关 R
f1
受话器
第2.2节、无线通信的工作方式
双向半双工通信方式：通信的一方使用双频双工方式（可以同时收发）， 另一方则使用双频单工方式（只能交替发信和收信）。典型应用：基群指 挥调度电话系统，调度中心采用双频双工方式（需要双工器来完成收信和 发信的信道隔离），“手台”采用双频单工方式，需要讲话时要按下“送 话”开关。
第2.1节、无线通信的频段
现在的无线通信系统主要使用微波频段，其中：移动通信系统主要使 用分米波（300~3000MHz），卫星通信和微波中继通信系统主要使用厘米 波（3~30GHz）。行业内部常把部分微波波段分为及几个子波段。
波段代号
频率范围
波长范围
L
1 ~ 2 GHz
30 ~ 15 cm
S
2 ~ 4 GHz
15 ~ 7.5 cm
C
4 ~ 8 GHz
7.5 ~ 3.75 cm
X
8 ~ 13 GHz
3.75 ~ 2.31 cm
Ku
13 ~ 18 GHz
2.31 ~ 1.67 cm
K
18 ~ 28 GHz
1.67 ~ 1.07 cm
Ka
28 ~ 40 GHz
1.07 ~ 0.75 cm
第2.2节、无线通信的工作方式
第2.3节、无线通信系统的组成
收信机：收信机的主要作用是将天线接收的射频载波恢复成信源信号并 送给接受者（信宿）。收信机的工作过程实际上是发信机的逆过程。 首先，对接收到的射频载波（经过空间传输后的微弱信号）进行低 噪声放大。 然后，经过变频、滤波和中频放大后恢复出调制载波。 最后，解调并还原出信源信号送给接收者。