第1節無線數據通信 3 1 1無線數據通信概念3 1 2無線數據通信的主要類別3 1 3無線數據通信的特點 功能和應用3 1 4無線數據通信網絡3 1 5無線數據通信的發展趨勢 無線數據通信 指在無線終端與中心主機或無線終端之間采用無線連接 通過無線方式傳輸數據 無線數據通信的主要類別 移動數據通信固定或半固定無線數據通信 移動數據通信 指通信客戶端常處于移動狀態 其位置具有不確定性的數據通信方式 特點 所處環境較差 技術實現難度較大 數據傳輸率較低 移動數據通信分類 按技術實現方式分類 蜂窩移動數據通信無繩移動數據通信集群移動數據通信尋呼數據通信 這部分內容在下一章中詳述 固定或半固定無線數據通信 指通信雙方位置變化不大 無線傳輸距離較短的數據通信方式 特點 通信環境條件較好 技術上實現相對容易 有利于形成高速數據傳輸 固定或半固定無線數據通信 包括 遙控遙測紅外數據點對點傳輸無線局域網計算機高速數據傳輸 無線數據通信的特點 方便地擴展了現有有線網絡受物理線路的限制較小 可擴展性好 具有較強的獨立性接入與傳輸方式靈活 性價對較高 無線數據通信的功能 可實現文本 傳真 信息等數據的無線通信傳輸可實現移動分組交換功能可支持不同協議 不同用戶設備間的訪問和互聯可實現開放和閉合用戶群 以用于公用 專用私用通信網絡可以廣域覆蓋 有大范圍的漫游功能 無線數據通信的應用 個人通信電子商務應用專用系統調度與定位遙感遙測家庭網絡 3 1 4無線數據通信網絡 無線廣域網 WWAN 無線局域網 WLAN 無線個人區域網絡 WPAN 無線廣域網 WWAN 一般指對公眾運營的移動數據網絡主要應用公共接入網絡 蜂窩技術專用無線數據通信網絡 集群技術主要問題 速度慢 安全性差 費用高主要技術 GPRS 3G WAP 無線局域網 WLAN 有限范圍內 可移動 高速率的無線通信網 主要應用 有線局域網的擴展和補充主要技術 802 11 無線個人區域網絡 WPAN 10米范圍內 帶寬在1Mbps以下的個人網絡 目標 低功耗 小尺寸 低成本主要技術 視距紅外藍牙Zigbee 3 1 5無線數據通信的發展趨勢 無線移動終端的智能化和普及無線通信網絡的寬帶化協議標準的統一化 實現不同網絡互聯 第2節紅外無線數據通信 3 2 1概述3 2 2紅外無線數據通信的系統組成及原理3 2 3紅外無線數據通信的特點3 2 4紅外無線數據通信的主要協議 IrDA協議集3 2 5紅外數據網絡 紅外無線數據通信概述 已主宰低速遙控市場在無線多信道室內話音系統 無繩電話 計算機外設短距離無線連接等方面得到應用高帶寬 高速率的紅外無線數據通信技術也得到迅速發展 紅外動態消息 2007年9月19日 日本巖手縣立大學研究小組開發出 紅外線瞬時通信系統 傳輸速度為16Mbps 最大傳輸距離20米 帶有相關功能的MP3播放器也開發完成 與以往紅外線通信系統相比 該系統通過簡化通信協議等方式提高了實際傳輸速度 傳輸距離也大幅增加 該系統發送及接收模塊成本約2美元 尺寸2mm 10mm 數據傳輸時僅需較少功率即可完成 因此耗電小 計劃進一步提高數據傳輸速度 有望在10月實現32Mbps 并計劃未來達到1Gps的速率來傳送電影數據 紅外無線數據通信分類 按應用分為 點對點無線數據傳輸紅外無線局域網按工作環境分為 室外 即激光通信室內 應用更廣泛 更具有實用價值 紅外無線數據通信的系統組成及原理 紅外線紅外發射器傳輸信道紅外接收器調制技術系統的工作方式 紅外線 紅外線波長范圍 700nm 1300nm紅外線LED通常工作在近紅外區 即700nm 950nm 主要是820nm 因為空氣在這個數值點所產生的衰減最小 紅外發射器 功能 完成信號的電光轉換 向空間發射紅外脈沖 關鍵部件 紅外發光二極管和相應的驅動電路 傳輸信道 主要問題 光信號的反射 散射及背景光噪聲與干擾常用元件 光學濾光片 聚光鏡等作用 整形 濾波 視場變換 頻段劃分 紅外接收器 主要問題 紅外發射器的發射功率較小 且是無線傳輸 易受外界環境影響 組成 光接收機 光電轉換 采樣 濾波 判決 量化 均衡和解碼部分 調制技術 基帶調制ASK 幅度鍵控 即調幅 PSK 移相鍵控 即調相 MSK 多路副載波調制 PPM 脈位調制 其中 PPM在功能效率和頻帶利用率之間 折中較好 紅外無線通信系統的工作方式 按發射器 接收器的布局不同 工作方式可分為直視定向 信道特性好 但難于實現漫游漫射非方向性 易于實現漫游 但信道質量不如直視方式 紅外無線數據通信的優點 體積小 重量輕 成本低頻帶寬 使用范圍靈活 不受無線電管制不能穿透墻壁 傳輸視距 難以被干擾和竊聽 安全保密性強 容易管理 紅外無線數據通信的局限性 幾乎沒有繞射能力 反射能力也較弱 不能穿透墻壁 僅用于視距數據傳輸易受陽光和熒光燈 噪聲 水蒸氣和二氧化碳 吸收作用 霧雪云煙 散射作用 影響 接收紅外線的點和波長都是由器件所固定 實現全雙工鏈路困難 紅外無線數據通信的主要協議 IrDA協議集 IrDA協議棧結構 IrDA InfraredDataAssociation 紅外數據協會 1993年成立的標準化團體 工作目標 制定低功率 定向型 短距離 點對點或點對多點的紅外線數據通信標準 主要成員 AT T Apple DEC HP IBM Intel Microsoft NTT等發布的IrDA協議集已成為事實工業標準 物理層規范 IrPHY 制定了紅外通信硬件設計上的目標和要求 包括 紅外的光特性數據編碼各種波特率下的幀等 為達到兼容 硬件平臺以及硬件接口設計必須符合紅外協議制定的規范 IrDA的技術參數 鏈路接入協議 IrLAP 制定了底層連接建立的過程規范 描述了在紅外信道上建立一個基本可靠連接的過程和要求 要實現尋址 沖突處理 恢復 站點的發現 識別 連接建立 主站競爭 媒體接入控制等功能 可選數據塊大小 64 2048字節可選比特率 9 6k 4Mbps 鏈路管理協議 IrLMP 制定了在單個IrLAP連接的基礎上復用多個服務和應用的規范 一旦通過IrLAP建立了鏈路連接 鏈路的使用和應用參數的設定將由IrLMP軟件來管理 高層協議 IrLAN 紅外局域網 支持IrDA與其它已有局域網互連 TingTP 流傳輸協議 在傳輸數據時進行流控制 制定把數據進行拆分 重組 重傳等的機制 IrMC 紅外移動通信 定義了無線通信設備利用IR進行傳輸的方法 及利用光接口進行語音通信和呼叫控制的規程 IrCOMM 模擬串口層協議 允許已存在的使用串口通信的應用 象使用串口那樣使用紅外進行通信 紅外數據網絡 主要實現方法給計算機串口配置紅外收發器專用紅外網卡給現有網卡增加紅外收發端口紅外漫反射器紅外HUB 第3節基于802 11的無線局域網 3 3 1無線局域網概述3 3 2無線局域網網絡硬件3 3 3網絡拓撲結構3 3 4網絡協議3 3 5無線局域網的頻段分配3 3 6無線局域網的發展趨勢 無線局域網概述 用無線電波 激光 紅外線等來代替部分或全部電纜 成為網絡設備之間主要的通信傳輸介質 就構成了無線局域網特點 保密性強 高移動性 抗干擾性好 架設與維護容易 與有線局域網的區別 主要體現在底層的連接方式連接設備不同 網卡 網橋 集線器 是否需要天線物理層和數據鏈路層的協議不同 無線局域網網絡硬件 由多個節點依據某種拓撲結構組成一個基本的節點包括 計算機或數據終端終端節點控制器調制解調器 Modem 無線收發設備 是最關鍵的設備 把終端與Modem和無線電臺連接起來 無線局域網的節點組成圖 3 3 3網絡拓撲結構 點對點型視距下傳輸可達8km 功率損失小可用于連接兩個有線網HUB型典型的集中控制式 可有效利用信號發射功率 用戶設備簡單 網絡管理單一 易于與現有有線局域網相連 一般用于將無線終端 筆記本電腦 PDA等 接入網中全分布型 AdHoc 分布式結構連通性好 移動能力強 適合在軍事領域應用 但用戶節點結構復雜 成本高 網絡協議IEEE802 11 IEEE802 11的體系結構及與IEEE802其它標準的關系 網絡協議IEEE802 11 網絡協議IEEE802 11協議模型 IEEE802 11的物理層 定義了數據傳輸的信號特征和調制方法 三種物理層規范 紅外線LANDSSS直接序列擴頻LANFSSS跳頻擴頻LAN IEEE802 11的MAC層 兩種訪問控制方式DCF分布式使用CSMA CA實現分布接入控制PCF集中式由中心控制節點進行輪詢 某一時刻僅允許一個站點發送 實現PCF控制 CSMA CA算法 CSMA CA 載波監聽多路訪問 沖突避免欲傳輸幀的無線工作站若監聽到信道有某一幀間隔IFS長的空閑后 立即發送幀 若監聽到信道忙 則繼續監聽到信道空閑后一個IFS 若信道仍閑 再按二進制指數退避算法繼續監聽 信道仍閑 發送幀 IEEE802 11的MAC層 三種IFS 幀間隔 實現三種訪問優先權SIFS DIFS PIFS等待時間更短 即可有更高的優先權 若目地站接收到一個幀 在等待SIFS后發出一個ACK幀 源站接收到ACK后 也只等一個SIFS發出下一幀 于是一個站一旦爭到通道 將繼續控制通道直到發送完全部LLCPDU幀 3 3 5無線局域網的頻段分配 選用FCC開放的三個頻段902 928MHz2 4 2 4835GHz5 725 5 850GHz使用時無需申請 我國一般使用2 4 2 4835GHz頻段 無線局域網的發展趨勢 速度再快些價格再低些 第4節個人區域無線數據通信 藍牙技術 3 4 1藍牙技術概述3 4 2藍牙技術簡介 藍牙名字的由來 藍牙的名字來源于10世紀丹麥國王HaraldBlatand 英譯為HaroldBluetooth Blatand國王將現在的挪威 瑞典和丹麥統一起來現取其 統一 的含義 用來命名意在統一無線局域網通訊標準的藍牙技術 藍牙技術實質內容 建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標準 使通信和計算機進一步結合 使不同廠家生產的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下 能在近距離范圍內可相互作用的操作 藍牙技術概述 傳輸距離 10cm 10m 如果增加功率或是加上某些外設可達到100m工作頻段 2 4GHzISM 工業 科學 醫學 頻段調制和編碼技術 GFSK調頻 跳頻技術前向糾錯編碼 ARQTDD TDMA每時隙為0 625 s基帶協議 基帶符合速率為1Mb s 藍牙技術概述 藍牙支持64kb s實時語音傳輸和數據傳輸 語音編碼為CVSD發射功率分別為1mW 2 5mW和100mW使用全球統一的48比特的設備識別碼 藍牙的特點 采用無線接口來代替有線電纜連接 具有很強的移植性 并且適用于多種場合不限制直線范圍 可鏈接多個設備藍牙技術的無線電收發器芯片很小功耗低 對人體危害小應用簡單 容易實現 所以易于推廣藍牙手機存在著一定的安全問題 藍牙的發展 1998年5月 五大公司 Ericsson Nokia Toshiba IBM和Intel聯合宣布了一項叫做 Bluetooth 藍牙 的計劃 1999年7月26日推出了藍牙技術規范1 0版1999年底 藍牙產品開始進入市場2005年 有1800多家公司加盟該組織現在已擁有了近3000個企業成員 藍牙產品 藍牙傳輸使用的電力很低 有效范圍約為十米 因此 支持藍牙傳輸技術的產品 大多屬于便攜式的電子裝置 或是放在電腦附近的設備 例如筆記本電腦 PDA 手機 耳機 鍵盤 鼠標 數碼相機 DV攝像機等等 藍牙接口 用藍牙接口 BlueTooth 可以與其它同樣具有藍牙接口的設備實現無線連接沒有藍牙接口的電腦可通過加裝藍牙適配器來實現藍牙接口功能 這些藍牙適配器一般都是USB接口的 可以插在電腦的USB接口上使用 而且只有閃盤大小 攜帶遠比數據線要方便 藍牙耳機 藍牙耳機是一種基于藍牙技術的一種小型設備 只需要把這種輕巧的設備藏在耳機邊而不需要直接使用通訊設備 手機 電腦等 就可以實現自由通話 藍牙技術簡介 藍牙系統連接分為點對點連接點對多點連接藍牙系統包括無線單元鏈路控制單元支持單元 鏈路管理 主機終端接口 藍牙技術點對多點連接 多個藍牙設備共享信道 形成一個微微網多個微微網交迭覆蓋形成一個散射網一個微微網中包括一個主設備單元最多七個從設備單元設備狀態 激活 泊停 保持 監聽 藍牙協議棧結構 藍牙協議棧介紹 整個協議體系結構分三大部分 底層硬件模塊中間協議層高層應用 底層硬件模塊 無線跳頻 RadioFrequency RF RF層通過2 4GHz無需授權的ISM頻段的微波 實現數據位流的過濾和傳輸 本層協議主要定義了藍牙收發器在此頻帶正常工作所需滿足的要求基帶 Baseband BB BB負責跳頻和藍牙數據及信息幀的傳輸 鏈路管理 LinkManager LM LM負責連接的建立和拆除以及鏈路安全和控制 藍牙協議無線射頻結構 智能天線射頻前端電源控制器GPSK調制解調器收發開關 藍牙系統的基帶部分 采用時分雙工TDD方式