无线通信技术的发展、现状及未来

一、移动无线接入技术:

  此类技术主要指用户终端在较大范围内移动的通信系统的接入技术。这类通信系统主要包括以下几种:

  集群移动无线电话系统:它是专用调度指挥无线电通信系统,它在我国得到了较为广泛的应用。集群系

统是从一对一的对讲机发展而来的,从单一信道一呼百应的群呼系统,到后来具有选呼功能的系统,现在已

是多信道基站多用户自动拨号系统,它们可以与市话网相连,并于该系统外的市话用户通话。如警察、消防、

公交、出租、矿山等

  蜂窝移动电话系统:70年代初由美国贝尔实验室提出的,在给出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关理

论之 后,该系统得到迅速的发展。其中第一代蜂窝移动电话系统:指陆上模拟蜂窝移动电话系统,主要特征

是用无线信道传输模拟信号。第二代则指数字蜂窝移动电话系 统,它以直接传输和处理数字信息为主要特征,

因此具有一切数字系统所具有的优点,代表性的是GSMCDMA、3G

  卫星通信系统:采用低轨道卫星通信系统是实现个人通信的重要途径之一,现在有美国Motorola公司的

“铱星”计划,日本NTT计划,欧洲RACE计划,整个系统由三个部分构成:系统的主要部分是卫星及地面控制

设备,关口站,终端。

  无线寻呼系统,如BB机。

  无绳移动通信系统(小灵通)。

 

二、固定接入无线技术:

  其英文各为Fixed Wireless Access ,简称FWA ,它是指能把从有线方式传来的信息(语音、数据、图象

用无线方式传送到固定用户终端或是实现相反传输的一种通信系统,按上述定义,它应该包括了所有来自公共

电话网的业务并用无线作传输方式送到固定用户终端的系统,与移动通信相比,固定无线接入系统的用户终端

是固定的,或者是在极小范围内。从某种意义上讲,BlueTooth、IrDA、Wi-Fi、ZigbeeWiMax等。

 

Zigbee

  ZigBee技术是一种应用于短距离范围内、低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名

字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式,蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、

距离和方向等信息,于是,ZigBee被作为新一代无线通讯技术的名称。

无线Zigbee技术特点

  和GSM、CDMA、3G技术相比,ZigBee技术致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、

成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点:

    功耗低:工作模式情况下,ZigBee技术传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短,并且,在

非工作模式时,ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入

时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得ZigBee节点非常省电,ZigBee节点

的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。

    数据传输可靠:ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的

数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻传送,发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息,并进行确认

信息回复,若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次,采用这种方法可以提高系统信息传输的可

靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏

感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。

   网络容量大:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:

全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件,要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件,

在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按3种

方式工作,分别为:个域网协调器、协调器或器件方式。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非常简单的

应用。

   兼容性:ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络,采用载波

侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入。为了可靠传递,还提供全握手协议。

    安全性:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,

对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护,器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第

二级安全级别,器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据,在这一级不采取加密措施。第三级安全

级别在数据转移中采用属于高级加密标准(AES)的对称密码。经过三重加密机制,Zigbee具有高度的安全性。

    实现成本低:模块的初始成本估计在6美元左右,很快就能降到1.5-2.5美元,且Zigbee协议免专利费用。目前低速

低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。

ZigBee协议框架

  Zigbee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无

线标准如802.11或802.16不同,Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。ZigBee 2006版本的

网络标准已推出,其它应用领域也越发广泛。

ZigBee无线网络的拓扑结构

 

Wi-Fi

  全称Wireless Fidelity,又称802.11b标准,它的最大优点就是传输速度较高,可以达到11Mbps,另外它的有效距

离也很长,同时也与已有的各种 802.11 DSSS设备兼容。笔记本电脑技术——迅驰技术就是基于该标准的,无线上网已

经成为现实。

  IEEE 802.11b无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的变种,最高带宽为11 Mbps,在信号较弱或有干扰的情况下,

带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps,带宽的自动调整,有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为:速度

快,可靠性高,在开放性区域,通讯距离可达305米,在封闭性区域,通讯距离为76米到122米,方便与现有的有线以太

网络整合,组网的成本更低。

  Wi-FiWirelessFidelity,无线保真技术与蓝牙技术一样,同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技

术使用的是2.4GHz 附近的频段,该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个,分别是IEEE802.11a

IEEE802.11b。该技术由于有着自身的优点,因此受到厂商的青睐。

Wi-Fi技术突出的优势

  其一,无线电波的覆盖范围广,基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小,半径大约只有50英尺左右约合15米,而Wi-Fi

的半径则可达300英尺左右约合100米,办公室自不用说,就是在整栋大楼中也可使用。

  其二,虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙差一些,传输质量也有待改进,但传输

速度非常快,可以达到11mbps,最高54Mb/s,符合个人和社会信息化的需求。

  其三,厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”,

并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样,由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方,

用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内,即可高速接入因特网。也就是说,厂商不用耗费资金来进行网

络布线接入,从而节省了大量的成本。

  根据无线网卡使用的标准不同,WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高为11Mbps(部分厂商在设备配套的情况

下可以达到22Mbps),IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。

WI-FI网络结构

  WIFI是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的有线局域网

络与无线局域网络之间的桥梁,因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源,其工作

原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由,而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。

  Wi-Fi代表了"无线保真",指具有完全兼容性的802.11标准IEEE802.11b子集,它使用开放的2.4GHz直接序列扩频,最大

数据传输速率为11Mbps,也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。无需直线传播传输范围为室外最

300米,室内有障碍的情况下最大100米,是现在使用的最多的传输协议。它与有线网络相较之下,有许多优点:

  • 无须布线

    WiFi最主要的优势在于不需要布线,可以不受布线条件的限制,因此非常适合移动办公用户的需要,具有广阔市场前景。

目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去,甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。

  • 健康安全

  IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦,实际发射功率约60~70毫瓦,这是一个什么样的概念呢?手机的发射功率约

200毫瓦至1瓦间,手持式对讲机高达5瓦,而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体,应该是绝对安全的。

  • 简单的组建方法

  一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP,如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设

费用和复杂程序远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网,也可不要AP,只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint

简称,一般翻译为“无线访问节点”,或“桥接器 ”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。

有了AP,就像一般有线网络的Hub一般,无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用,WiFi更显优势,有线

宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后,连接到一个AP,然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够,

甚至用户的邻里得到授权后,则无需增加端口,也能以共享的方式上网。

  • 长距离工作

  别看无线WIFI的工作距离不大,在网络建设完备的情况下,802.11b的真实工作距离可以达到100米以上,而且解决了高速移动

时数据的纠错问题、误码问题,WIFI设备与设备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。

WiFi的发展和未来

  这两年内,无线AP的数量呈迅猛的增长,无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外,

国外已经有先例以无线标准来建设城域网,因此,WiFi的无线地位将会日益牢固。

  WiFi是目前无线接入的主流标准,但是,WiFi会走多远呢?在Intel的强力支持下,WiFi已经有了接班人。它就是全面兼容现有

WiFi的 WiMAX,对比于WiFi的802.11X标准,WiMAX就是802.16x。与前者相比,WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高

的接入速度等等,预计会在未来几年间成为无线网络的一个主流标准,Intel计划将来采用该标准来建设无线广域网络。这相比于现时

的无线局域网或城域网,是质的变革,而且现有设备仍能得到支持,保护人们的每一分钱投资。

  总而言之,家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是无线局域网市场增长的动力,虽然到目前为止,美国、日本等发达国家

仍然是目前WiFi用户最多的地区,但随着电子商务和移动办公的进一步普及,廉价的WiFi,必将成为那些随时需要进行网络连接用户

的必然之选。

  虽然WIFI技术的商用在目前碰到了一些困难,但这种先进的技术也不可能包办所有功能的通信系统。可以说只有各种接入手段相

互补充使用才能带来经济性、可靠性和有效性。因而,它可以在特定的区域和范围内发挥对3G的重要补充作用,WIFI技术与3G技术相

结合将具有广阔的发展前景。

WiFi是高速有线接入技术的补充

  目前,有线接入技术主要包括以太网、xDSL等。WIFI技术作为高速有线接入技术的补充,具有为可移动性、价格低廉的优点,WIFI

技术广泛应用于有线接入需无线延伸的领域,如临时会场等。由于数据速率、覆盖范围和可靠性的差异,WIFI技术在宽带应用上将作

为高速有线接入技术的补充。而关键技术无疑决定着WIFI的补充力度。现在OFDM、MIMO(多入多出)、智能天线和软件无线电等,都

开始应用到无线局域网中以提升WIFI性能,比如说802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合,使数据速率成倍提高。另外,天线及传输技

术的改进使得无线局域网的传输距离大大增加,可以达到几公里。

WiFi是蜂窝移动通信的补充

  WIFI技术的次要定位——蜂窝移动通信的补充。蜂窝移动通信可以提供广覆盖、高移动性和中低等数据传输速率,它可以利用WIFI

高速数据传输的特点弥补自己数据传输速率受限的不足。而WIFI不仅可利用蜂窝移动通信网络完善的鉴权与计费机制,而且可结合蜂窝

移动通信网络广覆盖的特点进行多接入切换功能。这样就可实现WIFI与蜂窝移动通信的融合,使蜂窝移动通信的运营锦上添花,进一步

扩大其业务量。

WiFi是现有通信系统的补充,可看作是3G的一种补充

  对于电信运营商来说,WIFI技术的定位主要是作为高速有线接入技术的补充,逐渐也会成为蜂窝移动通信的补充。当然WIFI与蜂窝

移动通信也存在少量竞争。一方面,用于WIFI的IP话音终端已经进入市场,这对蜂窝移动通信有一部分替代作用。另一方面,随着蜂窝

移动通信技术的发展,热点地区的WIFI公共应用也可能被蜂窝移动通信系统部分取代。但是总的来说,他们是共存的关系,比如一些特

殊场合的高速数据传输必须借助于WIFI,象波音公司提出的飞机内部无线局域网;而在另外一些场合使用WIFI可以较为经济,象实现高

速列车内部的无线局域网时。

  另外目前公共接入服务的应用,除了上网、接收email等既有应用之外,并未出现对使用者而言具有独占性、迫切性、必要性之应用

服务,可使消费者产生另一种新的使用需求,这也是它难以大量吸引用户族群的原因。百年来通信发展的历史证明,使用一种包办所有

功能的通信系统是不可取的,各种接入手段的混合使用才能带来经济性、可靠性和有效性的同时提高。毫无疑问,第三代蜂窝移动通信

3G)技术是一个比较完美的系统,它有较高的技术先进性、较强的业务能力和广泛的应用。但是WIFI可以在特定的区域和范围内发挥

对 3G的重要补充作用,WIFI技术与3G技术相结合会有广阔的发展前景。 

一个Wi-Fi联接点网络成员和结构

  站点(Station) ,网络最基本的组成部分。

  基本服务单元(Basic Service Set, BSS) 。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联

(associate)到基本服务单元中。

  分配系统(Distribution System, DS) 。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介(Medium) 逻辑上和基本服务

单元使用的媒介是截然分开的,尽管它们物理上可能会是同一个媒介,例如同一个无线频段。

  接入点(Acess Point, AP) 。接入点即有普通站点的身份,又有接入到分配系统的功能。

  扩展服务单元(Extended Service Set, ESS) 。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上的--不同的基

本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。

  关口(Portal) ,也是一个逻辑成分。用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

  这儿有3种媒介,站点使用的无线的媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们

可能互相重叠。 IEEE802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

 

蓝牙Bluetooth

 

  简单地说,蓝牙是一种短程宽带无线电技术,是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱(FHSS)、时分多址

(TDMA)、码分多址(CDMA)等先进技术,在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。

 

  Bluetooth的主要技术特点:

 

  (1)、工作频段:2.4GHz的工科医(ISM)频段,无需申请许可证。大多数国家使用79个频点,载频为(2402+k)MHz(k=0,1, 2…78),

载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。

 

  (2)、传输速率:1Mb/s(V2.0以上版本吗)

 

  (3)、调试方式:BT=0.5的GFSK调制,调制指数为0.28-0.35。

 

  (4)、采用跳频技术:跳频速率为1600跳/秒,在建链时(包括寻呼和查询)提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干

扰,保证传输的可靠性。

 

  (5)、语音调制方式:连续可变斜率增量调制(CVSD,ContinuousVariableSlope Delta Modulation),抗衰落性强,即使误码率达到4%,

话音质量也可接受。

 

  (6)、支持电路交换和分组交换业务:蓝牙支持实时的同步定向联接(SCO链路)和非实时的异步不定向联接(ACL链路),前者主要传送

语音等实时性强的信息,后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道,或三个并发的同步话音通道,或同

时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音;异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称

全双工通信。

 

  (7)、支持点对点及点对多点通信:蓝牙设备按特定方式可组成两种网络:微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet),其中微微网

的建立由两台设备的连接开始,最多可由八台设备组成。在一个微微网中,只有一台为主设备(Master),其它均为从设备(Slave),不同的主

从设备对可以采用不同的链接方式,在一次通信中,链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网

络。所有的蓝牙设备都是对等的,所以在蓝牙中没有基站的概念。

 

  (8)、工作距离:蓝牙设备分为三个功率等级,分别是:100mW(20dBm)、2.5mW(4dBm)和1mW(0dBm),相应的有效工作范围为:100米、

10米和1米。

 

RFID

  RFID是一种非接触的自动识别技术。目前,RFID虽然得到了巨大的发展,但对于远程的RFID还是存在着传输距离、防碰撞算法等一些问题。本

文通过对RFID技术原理、特点、应用,让读者更好的了解这个技术。

1 远程RFID原理

1 )远程RFID的组成

  在探讨远程RFID的原理之前,我们必须先要研究一下RFID的组成。RFID的系统包括以下3个部分:电子标签(TAG)、读写器(Reader)和计算机及

其应用软件。电子标签主要由内置天线和电路芯片组成的,功能是与射频天线之间完成通信;读写器主要由天线、控制单元、射频收发前段和通信接

口这四个部分组成的,主要功能是读取或写入电子标签的信息;计算机和应用软件的功能则是通过读写器的通信接口而连接外部计的算机,或者是连

接上位机主系统,从而实现数据的交换。

2 )远程RFID的工作原理

  读写器(Reader)与电子标签(TAG)组成了应答器(Transponder),其工作原理是。Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder用以驱动

Transponder电路将内部的数据送出,此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。

2 远程RFID系统的特点

  目前无源远距离远程RFID系统有两种工作频段UHF和2.45 GHz。无源超高频系统的读写距离可以长达十米以上,比2.45 GHz系统要远很多,因此

已经成为了远程识别系统的主流部分。其优点主要有以下几点:

1)实时性:可以实时响应,自动读出ID号,得到其信息;

2)防伪性:形成的微波标示是不可伪造、更改和不可复制的;

3)联网性:通过计算机的网络对物流进行监控;

4)准确性:读出信息的准确率非常高,可以高达99.99%;

5)低成本:使用时,只需要数元;

6)可靠性:适应恶劣环境条件,如:多尘、潮湿等;

7)寿命长:使用时不需要电池,只需无源卡,并且终身免维修;

  由于远程RFID系统采用的是无线传输模式,无线环境又极其复杂,因此有很多因素都会影响远程RFID系统读写距离,主要有如下几方面:

1)影响射频卡读写距离的因素是读写器的RF输出功率、反射的能量和射频卡的功耗、读写器的接收的能量和接收灵敏度;

2)影响上述指标的是射频卡天线的有效接收和反射截面积,读写器的接收天线有效面积;

3)在视场范围同样的条件下,当频率升高时,无源RFID系统的作用距离就会减小。

3 RFID技术的应用

(1)高速公路收费及智能交通系统

  高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。

  目前中国的高速公路发展非常快,地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件,而高速公路收费却存在一些问题,一是交通堵塞,在

收费站口,许多车辆要停车排队交费,成为交通瓶颈问题;二是少数不法的收费员贪污收取的过路费,使国家蒙受了财政收入损失。

  REID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现该技术的优势。在车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费,解决了交通的瓶颈问题,

提高了车行速度,避免了拥堵,提高了收费计算效率,同时可以解决收费员贪污收取的过路费的问题。

(2)生产的自动化及过程控制

  RFID技术因其具有抗恶劣环境能力强、非接触识别等特点,在生产过程控制中有很多应用。通过在大型工厂的自动化流水作业线上使用RFID

技术,实现了物料跟踪和生产过程自动控制、监视,提高了生产效率,改进了生产方式,降低了成本:

  在生产线的自动化及过程控制方面,德国BMW公司为保证汽车在流水线各位置准确地完成装配任务,将RFID系统应用在汽车装配线上。而

Motoro 1 a公司则采用了RFID技术的自动识别工序控制系统,满足了半导体生产对环境的特殊要求,同时提高了生产效率。

(3)车辆的自动识别以及防盗

  通过建立采用射频识别技术的自动车号识别系统,能够随时了解车辆的运行情况,不仅实现了车辆的自动跟踪管理,还可以大大减少发生事

故的可能性,并且可以通过射频识别技术对车辆的主人进行有效验证,防止车辆偷盗发生,在车辆丢失以后可以有效寻找丢失的车辆。

  采用射频识别技术可以对道路交通流量进行实时监控、统计、调度,还可以用作车辆闯红灯记录报警,被盗(可疑)车辆报警与跟踪,特殊车

辆跟踪,肇事逃逸车辆排查等。据报道,英国计划在汽车上安装射频芯片,行驶超速时将被自动“举报”。

(4)电子票证

  使用电子标签来代替各种“卡”,实现非现金结算,解决了现金交易不方便也不安全以及以往的各种磁卡、IC卡容易损坏等问题。同时电子

标签用起来方便、快捷,还可以同时识别几张电子标签,并行收费。。

  射频识别系统,特别是非接触IC卡(电子标签)应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域。用电子标签作为电子车票,具有使用方便、可以

缩短交易时间、降低运营成本等优势。

  1996年1月韩国在首尔的600辆公共汽车上安装射频识别系统用于电子月票,实现了非现金结算,方便了市民出行。而德国汉莎航空公司则开

始试用射频卡(电子标签)作为飞机票,改变了传统的机票购销方式,简化了机场入关手续。

(5)货物跟踪管理及监控

  射频识别技术为货物的跟踪管理及监控提供了方便、快捷、准确的自动化技术手段。

  以射频识别技术为核心的集装箱自动识别,成为全球范围内最大的货物跟踪管理应用。将记录有集装箱位置、物品类别、数量等数据的电子

标签安装在集装箱上,借助射频识别技术,就可以确定集装箱在货场内的确切位置。系统还可以识别未被允许的集装箱移动,有利于管理和安全。

  在货物的跟踪、管理及监控方面,澳大利亚和英国的希斯罗机场将射频识别技术应用于旅客行李管理中,大大提高了分拣效率,降低了出错

率。在几年前,欧共体就要求从1997年开始生产的新车型必须具有基于射频识别技术的防盗系统。目前我国铁路部门也计划推广行包自动追踪管

理系统,但真正应用还要假以时日。

(6)仓储、配送等物流环节

  将射频识别系统用于智能仓库货物管理,可以有效地解决仓库里与货物流动相关的信息的管理,监控货物信息,实时了解库存情况,自动识

别货物,确定货物的位置。

(7)邮件、邮包的自动分拣系统

  射频识别技术已经被成功应用到邮政领域的邮包自动分拣系统中,该系统具有非接触、非视线数据传输的特点,所以包裹传送中可以不考虑

包裹的方向性问题。另外,当多个目标同时进入识别区域时,可以同时识别,大大提高了货物分拣能力和处理速度。另外,由于电子标签可以记

录包裹的所有特征数据,更有利于提高邮包分拣的准确性。

(8)动物跟踪和管理

  射频识别技术可以用于动物跟踪与管理。将用小玻璃封装的电子标签植于动物皮下,可以标识牲畜,监测动物健康状况等重要信息,为牧场

的管理现代化提供了可靠的技术手段。在大型养殖场,可以通过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等,达到高效、自动化管理牲畜

的目的,同时为食品安全提供保障。

  在动物的跟踪及管理方面,许多发达国家采用射频识别技术,通过对牲畜个体识别,保证牲畜大规模疾病爆发期间对感染者的有效跟踪及对

未感染者进行隔离控制。

(9)门禁保安

  未来的门禁保安系统都可以应用电子标签,一卡可以多用,比如做工作证、出入证、停车证、饭店住宿证甚至旅游护照等。使用电子标签可

以有效地识别人员身份,进行安全管理以及高效收费,简化了出入手续,提高了工作效率,并且有效地进行了安全保护。人员出入时该系统会自

动识别身份,非法闯入时会有报警。安全级别要求高的地方,还可以结合其他的识别方式,将指纹、掌纹或颜面特征存入电子标签。

(10)防伪

  伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题,现在应用的防伪技术如全息防伪等同样会被不法分子伪造。将射频识别技术应用在防伪领域有它

自身的技术优势,它具有成本低而又很难伪造的优点。电子标签的成本相对便宜,且芯片的制造需要有昂贵的工厂,使伪造者望而却步。电子标

签本身具有内存,可以储存、修改与产品有关的数据,利于进行真伪的鉴别。利用这种技术不用改变现行的数据管理体制,唯一的产品标识号完

全可以做到与已用数据库体系兼容。

 

UWB超宽带

一、介绍  

  当设计未来的短距离无线通信系统时,我们要考虑通信的普遍特性和B3G中提到的“任何人,任何时间,任何地点”的连接性。这要求新的

无线世界是现在和未来无线通信系统的综合,包括WANs,WLANs,WPANs以及Ad Hoc和家用局域网,可以连接各种不同的设备,包括计算机和各种

娱乐设备。要实现这个目标,就需要新的无线技术。 

  UWB技术最初是在1960年作为军用雷达技术开发的,早期主要用于雷达技术领域;1972年UWB脉冲检测器申请了美国专利;1978年出现了最初

的UWB通信系统;1984年UWB系统成功地进行了10公里的试验;1990年美国国防部高级计划局(DARPA)开始对UWB技术进行验证。2002年2月,FCC

批准了UWB技术用于民用。 

  UWB技术发展慢的原因主要有:在1994年以前主要限于军方使用,限制了第三方开发支持UWB的软件和硬件;由于UWB使用许多专用频段,FCC

对UWB技术的批准进展缓慢;UWB带来的干扰问题也阻碍了UWB的发展步伐;而且,由于UWB技术可能取代现在使用的所有无线技术,包括PAN,WLAN

(802.11a,802.11b,802.11g)和无线WAN(如GPRS,1XRTT),因此,许多公司会抵制该技术的商用。 

二、UWB频谱效率 

  在短距离通信中,UWB-RT为现在的频谱管理和无线系统工程中的多数问题提供了答案。在UWB-RT中,新的方法是共享现有的频谱,而不是寻求

新的频段。这个观点得到US管制局的批准。欧洲和亚洲也开始了这方面的工作,尤其是日本和新加坡。UWB-RT将对多媒体家用网络和娱乐市场产生

很大的冲击力,它允许实施智能网络和设备,可以实现以用户为中心的无线通信世界。 

  FCC的最初报告和工业界对UWB设备的定义是:一种发射信号的相对带宽大于0.2,或者传输时带宽至少为500MHz的设备。相对带宽定义为2(fH-fL)/(fH+fL),

其中fH和fL分别为-10dB时的上界频率和下界频率。在物理层,UWB通信扩展少量的EIRP,根据FCC的定义,低于0.56mW与其中心频率相比,穿过很宽

的频带。这可以从其功率谱密度中计算出,在3.01~10.6GHz,为75nW/MHz。UWB的这个定义不仅有高的时间分辨率,也有比窄带系统低的衰落边际。 

  UWB设备可以分为很多类,如图像系统,车载雷达系统,通信,测量系统等。它们都需要很高的频谱效率,通过采用适当的技术标准,UWB可以使

用现有的无线设备使用的频谱,而不会引起干扰,从而可以更好地利用频谱。在WBAN/WPAN网络的节点之间,应用Ad Hoc 的概念,如使用多跳路由,

UWB设备可以降低发射功率和覆盖范围,这使得在同样的区域内,可以有大量的设备运行,极大地增加了频谱利用率和容量。由于一个系统的最大传

输范围与速率成反比,要在任何时候,任何地点进行覆盖,成本会随着数据速率增加。因此,短距离无线系统覆盖的区域很小,基于UWB-RT的技术,

将会是未来高空间容量网络的一个选择。 

三、UWB的优点 

  与其他无线通信技术相比,UWB具有许多优点。表1将UWB技术与其他无线局域网技术进行了比较。UWB技术的特点有:传输速率高、系统容量大、

抗多径能力强、功耗低、成本低。UWB通过改变脉冲的幅度、间距或者持续时间来传递信息。与窄带收发信机和蓝牙收发信机相比,UWB不需要产生正

弦载波信号,可以直接发射冲激脉冲序列,因而具有很宽的频谱和很低的平均功率,有利于与其他系统共存,提高频谱利用率。 

  UWB不需要正弦波调制和上、下变频,也不需要本地振荡器、功放和混频器等,因此体积小,系统的结构比较简单。UWB信号的处理也比较简单,

只需使用很少的射频或微波器件,射频设计简单,系统的频率自适应能力强。可以将脉冲发射机和接收机前端集成到一个芯片上,再加上时间基和

控制器,就可以构成一部UWB通信设备。因此,它的成本可以大大降低。 

  由于UWB信号采用了跳时扩频,其射频带宽可以达到1GHz以上,它的发射功率谱密度很低,信号隐蔽在环境噪声和其他信号之中,用传统的接收

机无法接收和识别,必须采用与发端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调,因此增加了系统的安全性。 

  UWB信号的衰落比较低,有很强的抗多径衰落的能力。UWB信号的高带宽带来了极大的系统容量,由于UWB无线电信号发射的冲激脉冲占空比极低,

系统有很高的增益和很强的多径分辨力,所以系统容量比其他的无线技术都高。 

  由于UWB信号的扩频处理增益比较大,即使采用低增益的全向天线,也可使用小于1mW的发射功率实现几公里的通信。如此低的发射功率延长了系

统电源的使用时间,非常适合移动通信设备的应用。有研究表明,使用超宽带的手机待机时间可以达6个月,而且低辐射功率可以避免过量的电磁波

辐射对人体的伤害。 

四、UWB-RT的应用 

  随着UWB-RT商业化的开始用,这项技术为支持高速应用和低速智能设备的短距离无线通信系统的部署提供了可能性。FCC定义的UWB天线系统,使

用简单的调制和编码机制,在短距离内可达到的信息速率大于100Mb/s。UWB在信息速率和覆盖范围之间可以做一个折衷。 

  大量的应用场景适合使用UWB,主要包括:高速无线个人网(HDR-WPAN);无线以太网接口链路(WEIL);智能天线区域网(IWAN);室外点对点

网络(OPPN);传感器,定位和识别网络(SPIN)。 

  前三种情况假定UWB设备网络部署在居民区或者办公区,主要传送用于娱乐的无线视频/音频和控制信号。第四种情况提供室外点对点连接,而第五

种考虑工业和商业环境。 

  1. 高速无线个人网(HDR-WPAN) 

  HDR-WPAN定义为:每个房间的活动设备为5~10,在1~10m范围内,数据速率为100~500Mb/s,主要基于点对点拓扑。使用现有的有线或者无线标准,

通过中继与外部相连。 

  2.无线以太网接口链路(WEIL) 

  可以将HDR的概念扩展到更高的数据速率,如1Gb/s,2.5Gb/s。WEIL应该满足以下需求:从PC厂商方面,需要以太网线的替代品;从消费者角度看,

在PC和LCD屏之间要求高质量的无线视频传输能力,可以传无线数字视频。 

  3.智能天线区域网(IWAN) 

  IWAN的特征是:在室内或者办公室等有高密度设备的地方,覆盖范围为30m。设备的要求是:低成本,低功率消耗,如1~10mw,给用户提供家庭/办

公室的智能分布网。设备的功能有:准确定位,跟踪,支持环境敏感的设备,在当前的窄带短距离网络中不太容易实现。这种情况,无线最后一英里或者

到外部的可用连接可以用来发送报警、控制信号,或者远程检查家庭周围传感器的状态。

  4.室外点对点网络(OPPN) 

  UWB设备部署在室外,主要适用于PDA上行和信息交换,新闻文本,图片和视频的下载。采用何种标准将决定OPPN结构使用集中式还是分布式的,这是

一个需要进一步研究的课题。 

  欧洲即将采用的UWB标准将严格限制支持室外的UWB设备的部署。然而,这种情况可能会改变,因为UWB管制的使用也将不断进步,如同过去其他无线业

务所经历的一样。 

  5.传感器,定位和识别网(SPIN) 

  SPIN系统的特征是:设备密度高,每层几百个,主要在工厂或者仓库,发送带有定位信息的低速数据包。SPIN设备使用范围较大,如果为主从拓扑,在

单独设备和主站之间可达100m。在工业应用中,SPIN需要高级链路可靠性和自适应的系统特征,以对动态改变的接口和传播环境作出反应。 

  UWB将起到的一个重要作用是:根据用户需求提供有效的业务。场景机制的划分和各种网络的发展,包括上面分析的各种情况,是远远不能满足用户的期

望的。一个宏伟的目标是,在不同场景下,实现各种网络的无缝共存和互操作性。因此,设计有效的连接,自动漫游机制和数据链路的自适应,是将来一个重

要的研究课题。 

五、技术挑战 

  基于窄带载波调制的短距离无线系统,不能提供高速数据速率来传输视频或者准确的移动终端位置信息,不能支持位置敏感的应用。今天的市场很需要有这

种能力的系统。这也是UWB的一个研究目标。可以网络总的数据速率和其他相关参数来标识UWB设备的系统性能和频谱效率。在UWB设备之间的相互干扰和可达到

的QoS级方面,仍然有很多未解决的问题。考虑位置敏感的应用,有必要决定一个给定的应用所需的准确性,这个质量级在可变信道和网络负载条件下能否维持。 

  在调制和编码技术领域也存在挑战。最初,UWB-RT用于军事通信,获得高容量不是一个主要目标。然而,在商用系统中,有很大的用户容量是很重要的。编

码和调制是能够改善系统多用户容量的最有效方法之一,应该设计自适应的调制方法和信道编码机制。尽管在UWB中,平均EIRP是很低的,短时间内的峰值功率可

能很大,因此,要求能够优化传输技术(如自适应功率控制)。为适应不同的信号传播环境,各种高级技术,如UWB-MIMO,能够提供所需的高可靠性和自适应能力。

与窄带系统不同,UWB系统受到更少的信号衰落,因为很窄的脉冲在不同路径上传播,引起大量独立衰落的信号成分,可以加以区分,由于高时间分辨率,导致很

大的多径分集。UWB-MIMO系统也可抗时域ISI和ICI,因为接收信号有很好的自相关和互相关特性,能简单适应脉冲重复频率到主要的信道时延扩展。 

  此外,尽管UWB系统有内在的强健性抵抗多径,但也不是完全不受影响。极端信号传播情况会引起室内环境中大量的多径,导致传播时延持续10毫秒至几百毫秒。

这引起的ISI限制了系统的最大数据速率,除非有一种有效的方法可以用来减轻这些影响。在快速脉冲调制技术(如PPM),实现有效均衡的成本很高,这个问题在

使用低脉冲重复频率系统中较轻。系统复杂性是另外一个挑战,UWB需要多个并行检测器或者高阶调制。 

  另外一个挑战来自于物理层UWB设备的天线设计和实施。一般来说,便携式通信设备要求很小和不易受损的天线,可以集成到设备中,能够在不同的环境下有效

工作。有效天线的设计和实施,是UWB系统设计中的一个巨大挑战。 

  另外一个问题是,来自于其他无线信号对UWB接收机的带内干扰的影响。近处干扰问题引起了学术界的极大兴趣,UWB设备发射功率谱密度很小,UWB接收机中容

易受到噪声影响和干扰。当一个区域有大量集中的UWB设备同时工作时,也有相同的问题,还有多径传播的不利影响和设备间干扰现象,以及要考虑在接收机和网络

层如何发起和维持同步。 

  最后,除了非线性模电设计技术外,还需进一步研发在UWB系统使用新的,先进的半导体技术,如MEMS,SOI等。这些技术可以提供有效的方案解决速度和同步

时延,功率消耗等问题,它们的成功研发对UWB-RT的未来开发和应用是至关重要的。 

六、UWB研究现状 

  现在有许多公司在进行UWB技术的研究开发工作。美国XtremeSpectrun公司能够提供在各种设备之间无线传输音频、视频的UWB芯片组,它采用双相调制技术和

IEEE 802.15.3 MAC协议,传输速率达到100Mb/s。 

  Intel在2000年成立了UWB研究实验室,其实验室产品在2~3年内能达到100Mb/s的数据速率。Intel认为UWB在短距离内可以达到400~500Mb/s,因此Intel称UWB

为无线USB。Time Domain公司利用UWB PPM技术,开发了两代PulsON芯片,第三代PulsON商用产品也即将问世。 

  2003年1月,Philips和GA签订了一个备忘录,利用Philips在BiCOMS的优势和GA的UWB技术联合开发速率达480Mb/s的UWB芯片组,并支持IEEE 802.15.3a标准。

Pulse Link公司在2003年第一季度推出了传输速率达400Mb/s的UWB芯片组。 

  新加坡的Cellonics公司开发了基于非线性动态理论的新技术,它只需要使用一个电感器和一个二极管就可以实现数字调制解调器,不需要混频器、振荡器和锁

相环。该技术可以改善UWB接收器设计中的相关接收,而且简单、成本低,功耗也低。 

  美国Discrete Time公司开发了多频段UWB技术,它采用不同频段发送信息而不是发射单个脉冲。与单频段UWB相比,多频段UWB系统的每频段内可以用较低的速率

发送信息,这降低了UWB的成本,具有较好的自适应性,可以与802.11a共存。 

  Intel、Cisco、Sony等公司都准备进入UWB无线数据通信市场,无线家用网络将会是UWB的主流市场。对短距离高速WPAN,UWB-RT有希望成为一项可行和有竞争力

的无线技术,有能力支持以用户为中心的个人无线通信世界。UWB-RT的新特点,可能成为短距离无线设备和应用的基础,在未来的泛网中,对用户而言,从一个网络

过渡到另一个网络是透明的。尽管在技术,经济和管制方面的挑战,各种研究和开发的努力与全球管制框架结合,会进一步增加UWB-RT成为新的智能短距离联网应用

和业务的首选技术的机会。 

 

NFC

  与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。首先,NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通

信的无线连接技术,其传输范围比RFID小。 其次,NFC与现有非接触智能卡技术兼容,已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次,NFC还是一种近距离

连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比,NFC是一种近距离的私密通信方式。NFC、红外线、蓝牙同为非接触

传输方式,它们具有各自不同的技术特征,可以用于各种不同的目的,其技术本身没有优劣差别。

  NFC手机内置NFC芯片,比原先仅作为标签使用的RFID更增加了数据双向传送的功能,这个进步使得其更加适合用于电子货币支付的;特别是RFID所不能实现的,

相互认证和动态加密和一次性钥匙(OTP)能够在NFC上实现。NFC技术支持多种应用,包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过NFC手机,人们可以

在任何地点、任何时间,通过任何设备,与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起,从而完成付款,获取海报信息等。NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡

的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路,其应用主要可分为以下四个基本类型:用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。

NFC技术原理

  支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据
                              NFC主动通信模式
                                                  NFC主动通信模式
  在被动模式下,启动NFC通信的设备,也称为NFC发起设备(主设备),在整个通信过程中提供射频场(RF-field),。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中
一种传输速度,将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必产生射频场,而使用负载调制(load modulation)技术,即可以相同的速度将
数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容,因此,NFC发起设备在被动模式下,可以用相同的连接和初始化过程检
测非接触式智能卡或NFC目标设备,并与之建立联系。

NFC与RFID区别

  第一、NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片,而rfid必须有阅读器和标签组成。RFID只能实现信息的读取以及判定,而NFC技术则强调的
是信息交互。通俗的说NFC就是RFID的演进版本,双方可以近距离交换信息。NFC手机内置NFC芯片,组成RFID模块的一部分,可以当作RFID无源标签使用进行支付费
用;也可以当作RFID读写器,用作数据交换与采集,还可以进行NFC手机之间的数据通信。
    第二、NFC传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能
耗低等特点。
  第三、应用方向不同。NFC看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯,有源RFID则更擅长在长距离识别。
    随着互联网的普及,手机作为互联网最直接的智能终端,必将会引起一场技术上的革命,如同以前蓝牙、USB、GPS等标配,NFC将成为日后手机最重要的标配,通
过NFC技术,手机支付、看电影、坐地铁都能实现,将在我们的日常生活中发挥更大的作用

传统比较

  NFC和蓝牙(Bluetooth)都是短程通信技术,而且都被集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序。NFC也可以简化蓝牙连接。NFC略胜蓝牙的地方在于设置程
序较短,但无法达到低功率蓝牙(Bluetooth Low Energy)的速度。在两台NFC设备相互连接的设备识别过程中,使用NFC来替代人工设置会使创建连接的速度大大加快:
少于十分之一秒。NFC的最大数据传输量 424 kbit/s 远小于 Bluetooth V2.1 (2.1 Mbit/s)。虽然NFC在传输速度与距离比不上蓝牙 (小于 20 cm),但相应可以减少不必要
的干扰。这让NFC特别适用于设备密集而传输变得困难的时候。相对于蓝牙,NFC兼容于现有的被动 RFID (13.56 MHz ISO/IEC 18000-3) 设施。NFC的能量需求更低,与
蓝牙 V4.0低功耗协议类似。当NFC在一台无动力的设备(比如一台关机的手机,非接触式智能信用卡,或是智能海报)上工作时,NFC的能量消耗要小于低功耗蓝牙 V4.0。对
于移动电话或是移动消费性电子产品来说,NFC的使用比较方便。NFC的短距离通信特性正是其优点,由于耗电量低、一次只和一台机器链接,拥有较高的保密性与安全性,
NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。NFC的目标并非是取代蓝牙等其他无线技术,而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。

  

对比WIFI、蓝牙、Zigbee、UWB超宽带、RFID、NFC

 

WLAN

  WLAN目前得到广泛应用的技术是802.11家族、802.15家族和802.16 家族。

 

WiMax

  WiMAX全称为Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互联接入。WiMAX的另一个名字是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将逐步

实现宽带业务的移动化,而3G则将实现移动业务的宽带化,两种网络的融合程度将会越来越高。

  该技术以IEEE 802.16 的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi 联盟,WiMAX 也成立了论坛,将提高大众

对宽频潜力的认识,并力促供应商解决设备兼容问题,借此加速WiMAX 技术的使用率,让WiMAX技术成为业界使用IEEE 802.16 系列宽频无线

设备的标准。虽然WiMAX 无法另辟新的市场﹙目前市面已有多种宽频无在线网方式﹚,但是有助于统一技术的规范,有了标准化的规范,就可

以以量制价,降低成本,提高市场增长率。

WiMax技术

  WiMAX是一项新兴技术,能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性,由此支持企业客户享受T1类服务以及居民用

户拥有相当于线缆/DSL的访问能力。凭借其在任意地点的1~6英里覆盖范围(取决于多种因素),WiMAX将可以为高速数据应用提供更出色的移

动性。此外,凭借这种覆盖范围和高吞吐率,WiMAX还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。

WiMax部署

    WiMAX将分三个阶段进行部署。第一阶段是通过室内天线来部署采用IEEE802.16d规范的WiMAX技术,目标用户是固定地点的已知订户。第二

阶段会大量部署室内天线,将WiMAX技术的吸引力拓宽到寻求简化用户点安装的运营商身上。第三阶段将推出IEEE802.16e规范,在此规范中 WiMAX

认证硬件将应用于便携式解决方案,面向那些希望在服务区内漫游的用户,支持类似于当今Wi-Fi能力,但更加持久稳固的连接性。

  WiMAX面临的首要挑战依然是其建设成本和设备价格。目前MMDS多点多信道分布式系统,包括WiMAX天线部署在内的每个用户成本高达3000美

元左右,这不仅使运营商难以获得足够的投资回报,也会使用户望而生畏、退避三舍,更何况对中国3.5GHz频段这一资源很有限的MMDS宽带无线

接入系统。

    WiMAX是一种基于标准的技术,可以替代现有的有线和DSL连接方式,来提供最后一英里的无线宽带接入。WiMAX将提供固定、移动、便携形

式的无线宽带连接,并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供移动无线宽带连接。

WiMax优势

WiMax四大优势

  WiMax之所以能掀起大风大浪,显然是有自身的许多优势。而各厂商也正是看到了WiMax的优势所可能引发的强大市场需求才对其抱有浓厚的兴趣。

  • 优势之一,实现更远的传输距离。WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的,网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,

只要少数基站建设就能实现全城覆盖,这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。

  • 优势之二,提供更高速的宽带接入。据悉,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说,

这的确是一个惊人的进步。

  • 优势之三,提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术,它可以将Wi-Fi热点连接到互联网,也可作为DSL等有线接入方式

的无线扩展,实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50公里线性区域内提供服务,用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。

  • 优势之四,提供多媒体通信服务。由于WiMax较之Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性,从而能够实现电信级的多媒体通信服务。

WiMax的技术特点

*链路层技术

  TCP/IP协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益增长的IP数据业务,必须适应TCP/IP协议对信道传输质量的

要求。在WiMax技术的应用条件下(室外远距离),无线信道的衰落现象非常显着,在质量不稳定的无线信道上运用TCP/IP协议,其效率将十分低下。

WiMax技术在链路层加入了ARQ机制,减少到达网络层的信息差错,可大大提高系统的业务吞吐量。同时WiMax采用天线阵、天线极化方式等天线分集技 

术来应对无线信道的衰落。这些措施都提高了WiMax的无线数据传输的性能。

*QoS性能

  WiMax可以向用 户提供具有QoS性能的数据、视频、话音(VoIP) 业务。WiMax可以提供三种等级的服务:CBR(Con-stant Bit Rate,固定带宽)、

CIR(Com-mitted Rate,承诺带宽、BE(Best Effort,尽力而为)。CBR的优先级最高,任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低

延时为用户提供服务,保证用户订购的带宽。 CIR的优先级次之,网络操作者以约定的速率来提供,但速率超过规定的峰值时,优先级会降低,还可以

根据设备带宽资源情况向用户提供更多的传输带宽。BE 则具有更低的优先级,这种服务类似于传统IP网络的尽力而为的服务,网络不提供优先级与速

率的保证。在系统满足其他

  用户较高优先级业务的条件下,尽力为用户提供传输带宽。

*工作频段

  整体来说,802.16工作的频段采用的是无需授权频段,范围在2GHz至 66GHz之间,而802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入

系统,其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整。因此,802.16所使用的频谱将比其它任何无线技术更丰富,具有以下优点:

1)对于已知的干扰,窄的信道带宽有利于避开干扰。

2)当信息带宽需求不大时,窄的信道带宽有利于节省频谱资源。

3)灵活的带宽调整能力,有利于运营商或用户协调频谱资源。

WiMax分类

WiMax的具体分类

  根据是否支持移动特性,IEEE 802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准移动宽带无线接入空中接口标准,其中802.16a、802.16d

属于固定无线接入空中接口标准,而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。802.16d是2G~66GHz固定宽带无线接入系统的标准,已经于2004年6月

IEEE 802委员会获得通过,将以IEEE 802.16-2004名称发布。

  作为全球最大的芯片供应商,其产品对各种协议的支持一直是某项技术能否最终取得市场成功的重要因素之一,不仅仅Intel,更多的芯片厂商也正

在加入WiMax芯片的研发队伍。

WiMax前景

WiMax技术的应用前景

  宽带无线接入技术是各种有线接入技术强有力的竞争对手,在高速因特网接入、双向数据通信、私有或公共电话系统、双向多媒体服务和广播视频等

领域具有广泛的应用前景。相对于有线网络,宽带无线接入技术具有巨大的优势,如:

*无线网络部署快,建设成本低廉

*无线网络具有高度的灵活性,升级方便

*无线网络的维护和升级费用低

*无线网络可以根据实际使用的需求阶段性地进行投资

  其主要的应用范围主要有:

*中国幅员辽阔,存在很多经济欠发达地区,在这些地方的信息化建设是非常落后的。应用低成本的WiMax技术则可以给那里架起一座信息高速公路,对当地

的经济发展会有很大的促进作用。

*应用WiMax技术可以迅速部署完成一个高速数据通信网络。例如2008年奥运会期间可以在奥运场馆构建WiMax网络。

*可以使用WiMax技术在大学校园内部署高速无线网络。使用WiFi技术的校园无线网络目前已经十分普遍,但是WiMax要比WiFi先进很多,WiMax使用很少的基

站即可达到整个校园的无线信号无缝连接。

WiMax的优势

  同目前正在广泛使用的无线网络相比,WiMax技术有着自己独特的优势。WiFi技术可以提供高达54Mbps的无线接入速度,但是它的传输距离十分有限,

仅限于半径约为100米的范围。移动电话系统可以提供非常广阔的传输范围,但是它的接入速度却十分缓慢。WiMax的出现刚好弥补了这两个不足。因此在

不久的将来WiFi(无线局域网),WiMax(无线城域网),3G(无线广域网)三者的结合将会为我们创造出一个完美的无线网络。

  移动WiMAX由于采用了如OFDM/OFDMA、HARQ、AMC、MIMO、快速调度等先进技术。此外,为满足多业务承载能力,MAC层定义了端到端的QoS机制。为满

足移动性,移动WiMAX还增加了终端睡眠模式:Sleep模式和Idle模式。移动WiMAX还可以满足用户在时速120公里的移动环境中的服务需求,提供高带宽、

大数据流应用。

WiMax的核心技术

(1)在物理层采用正交频分复用,实现高效的频谱利用率。 

(2)双工方式:支持时分双工(TDD)、频分双工(FDD),同时也支持半双工频分双工(HFDD)。FDD需要成对的频率,TDD则不需要,而且可以实现灵活的上下

行带宽动态分配。半双工频分双工方式降低了终端收发器的要求,从而降低了对终端收发器的要求。 

(3)可支持移动和固定的情况,移动速度最高可达120 km/h。 

(4)带宽划分灵活,系统的带宽范围为1.25 MHz~20 MHz。WiMAX规定了几个系列的带宽:1.25 MHz的倍数系列、1.75 MHz的倍数系列。其中1.25 MHz倍数

系列包括:1.25 MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz 等,1.75 MHz倍数系列包括:1.75 MHz、3.5 MHz、7 MHz、14 MHz等。 

(5)使用先进的多天线技术提高系统容量和覆盖范围。 

(6)采用混合自动重传(HARQ)技术。混合自动重传操作中融合了前向纠错(FEC)的功能,使得每一次分组包的发送操作都能够为最终的正确解码做出贡献。

主要分为两类:追赶合并和递增冗余。 

(7)采用自适应调制编解码(AMC)技术。AMC根据接收信号的质量,随时调整分组包的调制、编码方式、编码速率,使得系统在能够达到足够的可靠性的基

础上,使用尽可能高的数据传输速率。 

(8)采用功率控制技术,目标是最大化频谱效率,而同时满足其他系统指标。 

(9)采用先进的信道编码技术增加通信质量,扩大覆盖范围。 

  从先进国际移动通信和下一代移动网络的技术需求来看,未来移动通信的传输速率要求达到百兆比特位每秒甚至吉比特位每秒,目前的IEEE 802.16e 

中最高的物理层速率是75 Mb/s,为了能够在保证通信质量的同时达到很高的数据速率,在未来的标准演进中,必须对物理层的关键技术进行有效的演进。

 

结束语

  WiMAX已作为一种宽带网络解决方案得到了很多运营商的认可。在WiMAX领域内已经诞生了802.16d/e标准,不久的将来802.16m也将应运而生,该标

准使用了当前无线通信领域中的多项先进技术,其产品将拥有高速数据传输能力和较大的覆盖区域,容易和其他无线通信网络融合。 

     WiMAX标准将对无线宽带网市场产生巨大的推动力。随着网上多媒体技术的日益应用发展,传输速率更高的无线网络设备将会涌现,无线宽带网设
备和服务的 投资前景将会非常乐观。在在无线宽带网用户和国际众多运营商的双重推动下,未来几年内,高速WiMAX网络的应用将会成为未来网络的技
术主流之一。
posted @ 2017-11-20 10:57  steed灬  阅读(1119)  评论(0编辑  收藏