03_第三章_近距离无线通信技术
UWB
3.4.1 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲对应的时域和频域的数学模型 可以表示为：
v(t) 6 A e t exp[ 6 ( t )2 ]
3
v( f ) j 2 ft 2 e exp( f 2t 2 )
32 6
式中，A为脉冲的峰值幅度， 是一个时间延迟长度，
等于脉冲持续时间。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术 （1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
1
-40
Magnitude (dBm)
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
UWB技术常用的脉冲调制方式包括脉位调制 （PPM）、脉幅调制（PAM）和二相调制 （BPSK）。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
脉位调制（PPM）：
通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对 于基准时间的位置来传递信息，它的优点就是 简单，但是需要比较精确的时间控制。
此后研究焦点主要集中在雷达系统，并一直被 美国军方严格控制，利用占用频带极宽的超短 基带脉冲进行通信，主要应用于军用的雷达， 以及低截获率/低侦测率的通信系统。
3.4.1 UWB技术背景和概述
UWB技术背景
1989年，美国国防部首次使用超宽带UWB的名 称，规定相对带宽大于0.2或在传输的任何时 刻带宽大于500MHz的信号为超宽带信号。
3近距离无线通信技术
高速近距离无线通信实例
无线局域网 WLAN 技术
网络结构主要有点对点、点对多、多对点和混合型等几种
应用
蓝牙技术在移动电话和计算机等电子设备中的应用汽车应用
医疗监护应用
QPSK四进制相移键控
四比特相位偏移调制，通过四个相位，在带宽不变的情况下增大一倍数据传送速率或者在BPSK数据传送速率不变的情况下将所需带宽减半
在家庭和楼宇自动化领域的应用在医学领域的应用
在传感器网络领域的应用
在工业控制领域的应用
在农业领域的应用。
物联网通信技术Bluetooth.pdf
Bluetooth能够有效地简化-多种通信终端(PDA/智能手机) -Internet 使数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓 宽道路。
Bluetooth是实现语音和数据无线传输的开放性 规范，蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米， 强的可以达到100米左右。
Page(寻呼)
(known address)
Connection
.Active power(活动)
• Sniff(呼吸) • Hold(保持) • Park(休眠)
蓝牙系统—四个功能单元组成
天线单元 链路控制（固件）单元 链路管理（软件）单元 蓝牙软件（协议栈）单元
1. 无线单元 蓝牙是以无线LAN的IEEE802.11标准技术为基础 的，使用2.45GHz ISM （工业、科学、医学）全 球通自由波段。
物联网通信技术
近距离无线通信 ——Bluetooth技术
3.3 Bluetooth技术
3.3.1 Bluetooth技术概述 3.3.2 Bluetooth协议体系结构 3.3.3 Bluetooth应用及产品
3.3.1 Bluetooth技术概述
Bluetooth简介
1998年5月爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五 家公司于联合成立了Bluetooth（蓝牙）特别兴趣 小组（Special Interest Group，SIG），并制订了 短距离无线通信技术标准—蓝牙技术。
链路控制器负责处理基带协议和其他一些底层常 规协议。
链路管理（Link management）
链路管理（LM）软件模块实现链路的建立、认 证及链路硬件配置等。
物联网技术概论-5-物联网通信技术
• CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元 ZigBee 协议栈（Z-Stack™），提供了一个强大和完整 的ZigBee 解决方案。
➢ 由Wi-Fi 联盟于1999发布，Wi-Fi联盟最初为无线 以太网相容联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA），因此，WiFi技术又称无线相容性认证技术。
5.1.1 Wi-Fi技术
• Wi-Fi联盟主要针对移动设备，规范了基于IEEE 802.11协 议的数据连接技术，用以支持包括本地无线局域网（ Wireless Local Area Networks，WLAN）、个人局域 网（Personal Area Networks，PAN）在内的网络。
• WPA协议的提出旨在克服所有WEP协议的安全缺 陷，WPA协议大大改进了之前的无线网络安全保 护能力和访问控制技术，使无线网络数据的安全级 别提高。
• WPA 主要解决了WEP中在客户端与缺乏身份认证 的访问点之间使用相同静态密钥和网络接入时身份 认证方面存在的缺陷问题。
•表7-2 WEP和WPA的比较
➢ 近距离无线通信技术通常有Wi-Fi技术、蓝牙技术、 ZigBee技术。
5.1.1 Wi-Fi技术
• 5.1.1 Wi-Fi技术
➢ Wi-Fi （wireless fidelity，无线保真）技术，是 一种将PC机、笔记本、移动手持设备（如PDA、手 机）等终端以无线方式互相连接的短距离无线电通信 技术。
近距离无线通讯技术(NFC)详解
近距离无线通讯技术（NFC）详解近距离无线通讯技术（NFC）详解电子元件知识11月29，NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。
由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。
NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。
概述近场通信(Near Field Communication，NFC)，又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输(在十厘米内)交换数据。
这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自开发成功，主要用于手机等手持设备中提供M2M(Machine to Machine)的通信。
由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。
NFC 芯片是具有相互通信功能，并具有计算能力，在Felica标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块(SAM)。
NFC标准兼容了索尼公司的FeliCaTM标准，以及ISO 14443 A，B，也就是使用飞利浦的MIFARE标准。
在业界简称为TypeA，TypeB 和TypeF，其中A,B为Mifare标准，F为Felica标准。
为了推动NFC 的发展和普及，业界创建了一个非营利性的标准组织mdash;mdash;NFC Forum，促进NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。
目前，NFC Forum在全球拥有数百个成员，包括：SONY、Phlips、LG、摩托罗拉、NXP、NEC、三星、atoam、Intel、其中中国成员有中国移动、华为、中兴、上海同耀和台湾正隆等公司。
NFC技术原理近距离无线通信支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。
无线通讯有哪些常见技术
⽆线通讯有哪些常见技术近年来，随着电⼦技术、计算机技术的发展，⽆线通信技术蓬勃发展，出现了各种标准的⽆线数据传输标准，它们各有其优缺点和不同的应⽤场合，本⽂将⽬前应⽤的、⽆线通信种类进⾏了分析对⽐，⽅便⼤家参考了解。
⼀、⽆线通信(数据)传输⽅式及技术原理⽆线通信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。
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。
常见的⽆线通信(数据)传输⽅式及技术分为两种：“近距离⽆线通信技术”和“远距离⽆线传输技术”。
1. 近距离⽆线通信技术短(近)距离⽆线通信技术是指通信双⽅通过⽆线电波传输数据，并且传输距离在较近的范围内，其应⽤范围⾮常⼴泛。
近年来，应⽤较为⼴泛及具有较好发展前景的短距离⽆线通信标准有：Zig-Bee、蓝⽛(Bluetooth)、⽆线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)。
(1) Zig-BeeZig-Bee是基于IEEE802.15.4标准⽽建⽴的⼀种短距离、低功耗的⽆线通信技术。
Zig-Bee来源于蜜蜂群的通信⽅式，由于蜜蜂(Bee)是靠飞翔和‘嗡嗡’(Zig)地抖动翅膀的来与同伴确定⾷物源的⽅向、位置和距离等信息，从⽽构成了蜂群的通信⽹络。
其特点是距离近，其通常传输距离是10-100m;低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号⼲电池可⽀持1个终端⼯作6-24个⽉，甚⾄更长;其成本，Zig-Bee免协议费，芯⽚价格便宜;低速率，通Zig-Bee常⼯作在20-250kbps的较低速率;短时延，Zig-Bee的响应速度较快等。
NFC
NFC1.近距离无线通讯技术编辑本义项百科名片百科名片：NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。
由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。
NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。
目录概述技术优势发展前景NFC 在全球的试验地点概述NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。
这是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，也是虚拟连接器，服务于现有蜂窝状网络、蓝牙和无线802.11设备。
NFC可兼容索尼公司的FeliCaTM卡以及已广泛建立的非接触式智能卡架构，该架构基于ISO 14443 A，使用飞利浦的MIFARE?技术。
为了推动 NFC 的发展和普及，飞利浦、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性的行业协会——NFC 论坛，促进 NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。
目前，NFC 论坛在全球拥有 70 多个成员，包括：万事达卡国际组织、松下电子工业有限公司、微软公司、摩托罗拉公司、NEC 公司、瑞萨科技公司、三星公司、德州仪器制造公司和 Visa 国际组织。
注：NFC全球最早的商用发布： * 德国，美因茨交通公司（RMV） 2006年4月19日，飞利浦、诺基亚、Vodafone公司及德国法兰克福美因茨地区的公交网络运营商美因茨交通公司（Rhein-Main Verkehrsverbund）宣布，在成功地进行为期10个月的现场试验后，近距离无线通信（NFC）技术即将投入商用。
目前，Nokia 3220手机已集成了NFC技术，可以用作电子车票，还可在当地零售店和旅游景点作为折扣忠诚卡使用。
哈瑙市的大约95.000位居民现在只需轻松地刷一下兼容手机，就能享受NFC式公交移动售票带来的便利。
第3章 近距离无线通信技术
物联网通信技术
3.2 ZigBee技术
ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通 信技术。它是为低速率控制网络设计的标准无线网络 协议，依据IEEE 802 .15. 4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，就能以接力的方式通过无线电波将数据从一 个结点传到另一个结点，从而实现在全球2.4 GHz免 费频带范围内的高效、低速率的通信功能。
从调制方式可看出，在ISM频段上，一条FH信 道所支持的比特率为1 Mbit/s。理论上，79条载 波频谱支持79 Mbit/s。由于跳频序列非正交化， 理论容量79 Mbit/s不可能达到，但可远远超过1 Mbit/s。
物联网通信技术
3.1.3 蓝牙关键技术
4. 基于包的通信 蓝牙系统采用基于包的传输：将信息流分片
物联网通信技术
3.1.3 蓝牙关键技术
2. 多址接入体系和调制方式 频分多址(FDMA)的优势在于信道的正交性仅
依赖发射端晶振的准确性，结合自适应或动态信 道分配结构，可免除干扰，但单一的FDMA无法满 足ISM频段内的扩频需求。
时分多址(TDMA)的信道正交化需要严格的时 钟同步，在多用户专用系统连接中，保持共同的 定时参考十分困难。
码分多址(CDMA)可实现扩频，应用于非对称 系统，可使专用系统达到最佳性能。
物联网通信技术
3.1.3 蓝牙关键技术
3. 媒体接入控制(MAC) 蓝牙系统可实现同一区域内大量的非对称通信。
与其他专用系统实行一定范围内的单元共享同一 信道不同，监牙系统设计为允许大量独立信道存 在，每一个信道仅为有限的用户服务。
ZigBee设备具有能量检测和链路质量指示的功能，并 采用了碰撞避免机制，以避免发送数据时产生数据冲 突。在网络安全方面，ZigBee设备采用了密钥长度为 128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处 理，从而保证数据传输时的高可靠性和安全性。
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太原理工大学计算机科学与技术学院/软件学院陈健近距离无线通信技术的分类近距离无线通信技术的工作模式与特点近距离高速无线通信技术WLAN BlueTooth近距离低速无线通信技术ZigBee RFID本章要点近距离无线通信定义只要是通信收发双方通过无线电波传输信息传输距离限制在较短的范围内，通常是几米到几百米内近距离无线通信特点作为终端间直接通信技术，近距离通信技术具有下列特征低成本：由于近距离无线通信这一客观要求，各种终端的用量较大，没有足够低的成本就难以推广低功耗：由于距离近，遇到障碍物的几率小，对发射功率的要求也低，通常在1mw 量级（手机一般在数十mw 量级） 对等性：采用对等通信，无需网络设备中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源管理通常采用竞争方式（如：载波侦听）近距离无线通信技术高速近距离无线通信技术高速UWB ，主要应用于无线个人网（WPAN ）的超宽带技术其目的是将电子设备间的物理联线替换为无线连接例：数字化家庭网络，高速UWB 的工作主要在IEEE 802.15.3a 中进行，其数据率可以100Mbps 以上 另一前景就是这样的个人终端可支持读取大量存放在服务器空间里的数据，也可利用本地设备随时构成一台属于自己的多媒体计算机近距离无线通信技术的分类（1）低速近距离无线通信技术802.15.4：具备连接简单器件（传感器和激活器）的能力802.15.4a ：具备精确定位（精度1米以内）及跟踪支持等能力例：实时公共汽车，以避免在烈日下等车近距离无线通信技术的分类（2）近距离无线通信技术的分类近距离无线通信技术的工作模式与特点近距离高速无线通信技术WLAN BlueTouth近距离低速无线通信技术ZigBee RFID本章要点其物理层关键技术主要分为两个分支（MD-OFDM ，DS-UWB ）都工作在FCC 分配的3.1-10.6GHz 的免许可频段MB-OFDM ：将该频带划分为14个频段，每个频段528MHz ，用来发送128点的OFDM 信号，每个子载波占用4MHz 带宽。
这14个频段又分为5组 范围10m高速近距离无线通信技术（1）其物理层关键技术主要分为两个分支都工作在FCC 分配的3.1-10.6GHz 的免许可频段DS-UWB ：将频带分为两个频段，3.1-4.85GHz 和6.2-9.7GHz 。
高低两个频段间的部分没有使用。
高速近距离无线通信技术（2）无线局域网WLAN 技术WLAN 的构成WLAN 的网络结构 WLAN 的优点WLAN 的系列标准WLAN 实用技术的发展WLAN 在物联网领域的应用 蓝牙技术蓝牙技术特点和指标 蓝牙技术的网络组成 蓝牙通信协议蓝牙技术的发展与现状蓝牙技术在物联网领域的应用高速近距离无线通信实例无线局域网主要是由接入点设备（AP ）、接入控制器（AC ）、无线接入服务器（AS ）和各种无线网络终端组成AP ：将各个无线网络客户端连接到一起，实现大范围，多用户的无线接入。
AC ：将来自不同AP 的数据进行汇聚并接入互联网，同时完成AP 的配置管理、无线用户认证、管理及带宽、访问、切换、安全等控制功能。
AS ：用于管理与控制无线局域网内提供的各种应用业务。
如IP 电话、视频会议、电子邮件等WLAN 的构成无线局域网的网络结构主要有点对点、点对多、多点对点和混合型等几种点对点型：常用于固定的要连网的两个位置间，优点是传输距离远、传输速率高、受外界环境影响较小点对多型网络：常用于一个中心点、多个远端点的情况。
最大优点是组网成本低、维护简单；设备调试相对容易。
缺点是因为使用全向天线，使功率大大衰减，网速较低，对远端点的可靠性得不到保证多点对点型：这种类型实际上是多个点对点的组合，通常用于有一个中心点，多个无端点的网络中，每一个无端点在中心点都有各自对应的设备，由于每个点采用的都是点对点方式，因此中心点的一台设备损坏后，只会影响相关的一个点。
混合型网络：适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或地形阻挡的点；远距离的点采用点对点方式，近距离的多个点采用点对多方式；有阻挡的点采用中继方式WLAN 的网络结构无线局域网的优点安装便捷：无需许可证，易配置和维护使用灵活：在服务区域内的任何一个位置都能接受服务 经济节约：不受布线接入点的位置的限制易于扩展：有多种配置方式，能应对不同的需要WLAN 的优点美国电气与电子工程师学会（IEEE ）标准 欧洲电信标准化组织ETSI 标准 我国的相关标准WLAN 的系列标准美国电气与电子工程师学会（IEEE ）标准IEEE 802.11b ：1999年9月被正式批准，为IEEE 802.11标准的一个补充，工作频段2.4GHz 。
采用补偿码键控制调制方式，采用点对点模式和基本模式，最大传输速率为11Mbps 。
室外最远300米，室内最远100米IEEE 802.11a ：1999年制定完成，规定WLAN 的工作频段在5.15-5.825GHz （在部分国家面临频谱管制问题），传输速率达到54Mbps/72Mbps ，传输距离在10－100米 IEEE 802.11g ：2003年6月推出，采用2.4GHz 频段，传输速率达54Mbps ，实现了上述两者的互通IEEE 标准（1）无线局域网的系列标准IEEE 的WLAN 标准IEEE 802.11n ：2009年9月被正式批准，传输速率提升到300Mbps ，甚至高达600Mbps ，多组独立开线的采用使其信号更加稳定。
在兼容方面，使得不同系统的基站和终端可以实现互通和兼容IEEE 802.11i ：被称为无线局域网保护访问，支持使用密钥集成协议进行加密IEEE 802.11x ：这弥补带宽不足、系统安全等问题而正在制订中的标准，有望在2014年完成IEEE 802.11ac ：在802.11a 的基础上建立，为传输速率达到1Gbps 打基础IEEE 802.11ad ：工作在60GHz ，定位与UWB 类似，现向视频应用IEEE 标准（2）欧洲电信标准化组织ETSI 标准HiperLAN 标准：1992年制定，与IEEE802.11b 对应，工作在2.4GHz 频段HiperLAN2标准：2000年制定，与IEEE802.11a 有相同的物理层，强调了与GSM 移动通信系统的整合，使用5GHz 频段。
它不是建立在以太网基础上的，而是采用TDMA 结构，形成一个面向连接的网络ETSI 标准GB15629.11/1102-2003（也称WAPI ）遵循ISO/IEC 8802.11国际标准，并参考了IEEE 802.11的相关标准包含了全新的无线局域网鉴权和保密基础结构（WAPI ）安全机制我国于2003年发布此标准，但遭英特尔、博通等美国公司抵制，美国政府出面干预2004年7月，我国向ISO 和IEC 提交了WAPI 提案，遭美国和英国的强烈阻挠2008年4月，我国在ISO/IECJTCI/SC6会议上，再次启动WAPI 提案，得到国际标准组织的认可。
2009年6月，该协议被同意推进为国际标准我国的技术标准（1）2006年我国颁布了无线局域网修改单GB15629.11-2003/XG1-2006GB15629.1101/2006（无线电局域网媒体访问控制和物理层规范：5.8GHz 频段高速物理层扩展规范）GB15629.1104/2006（无线电局域网媒体访问控制和物理层规范：2.4GHz 频段更高数据速率扩展规范）GB/T 15629.1103/2006（无线电局域网媒体访问控制和物理层规范：附加管理域操作规范）我国的技术标准（2）Wi-Fi 联盟是由厂商自发组成的非营利性组织，包括了最主要的无线局域网设备生产商Wi-Fi 联盟参考IEEE 802.11系列标准制定了大量无线局域网设备认证标准。
如：IEEE 802.11i 协议、WPA/WPA2认证标准、基于802.11e 的支持多媒体应用的WMM 认证标准通过Wi-Fi 联盟兼容性测试的产品都标以“Wi-Fi CERTIFIED ”标记Wi-Fi 联盟双频双模无线局域网技术让用户在802.11a 、802.11b 、802.11g 、802.11n 间可以自由切换无线虚拟局域网技术虚拟局域网在满足用户网络安全与QoS 方面可以起到重要作用，因此在无线局域网中也需要这样的技术。
目前已开发出了能够全面支持无线VLAN 功能的AP 设备以太网供电技术采用以太网供电技术可以彻底解决无线AP 设备的供电问题WLAN 实用技术的发展销售行业应用 物流行业应用 电力行业应用 服务行业应用 教育行业应用 证券行业应用 展厅应用中小型办公室/家庭办公应用 企业办公楼之间办公应用WLAN 在物联网领域的应用蓝牙技术是一种低成本、低功率、近距离通信技术移动电话、个人数字助理（PDA ）、无线了耳机、笔记本电脑、相关外设之间可通过蓝牙连接，进行无线信息的传输与交换蓝牙技术是由蓝牙联盟制定的工作在2.4GHz 频带采用高速跳频和时分多址（每时隙为0.625μs ）技术使用权向纠错编码、ARQ 、TDD 和基带协议（速率1Mbps ） 支持64kbps 实时语音传输和数据传输 发射功率分别1mW 、2.5mW 和100mW 使用全球统一48位设备识别码传输距离为10cm-100m ，覆盖范围是相隔1MHz 的79个通道蓝牙技术特点和指标蓝牙设备在组网中可同时与其他7个设备构成蓝牙微网（Pico Net ）多个微网又可互连成自组织的分散网（Adhoc Scatter Net ）1个蓝牙设备可同时加入8个不同的微网，每个微网分别有1Mbps 的传输频宽蓝牙技术的网络组成蓝牙专用协议专用协议位于协议栈的底部，从下到上分别是蓝牙无线通信层（Bluetooth Radio ）、基带层（Baseband ）、链路管理协议（Link Manager Protocol ）、逻辑链路控制与适配协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol ）、服务发现协议（Service Discovery Protocol ）、RFCOMM 层、电话控制协议（TelephonyControl Protocol Specification ）通用协议在专用层之上可以承载PPP 、TCP/IP 、UDP/IP 、WAP 等互联网通用高层协议蓝牙通信协议1994年，为解决电子设备间连线太多问题，爱立信公司开始着手蓝牙技术1998年，五家通信与IT 公司爱立信、诺基亚、东芝、IBM 和英特尔成立蓝牙联盟，并发表了最初的蓝牙标准蓝牙1.02003年发布了蓝牙2.0，其数据传输速率可达12Mbps 2009年推出了蓝牙3.0，其数据传输速率可达24Mbps 2010年颁布了蓝牙4.0，降低了功耗。