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一花一世界一叶一菩提
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)。
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(1) Zig-Bee
Zig-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。主要适⽤于家庭和楼宇控制、⼯业现场⾃动化控制、农业信息收集与控制、公共场所信息检测与控制、智能型标签等领域，可以嵌⼊各种设备。
(2) 蓝⽛(Bluetooth)
能够在10⽶的半径范围内实现点对点或⼀点对多点的⽆线数据和声⾳传输，其数据传输带宽可达1Mbps通讯介质为频率在2.402GHz到
2.480GHz之间的电磁波。蓝⽛技术可以⼴泛应⽤于局域⽹络中各类数据及语⾳设备，如PC、拨号⽹
络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和⾼品质⽿机等，实现各类设备之间随时随地进⾏通信。
蓝⽛技术被⼴泛应⽤于⽆线办公环境、汽车⼯业、信息家电、医疗设备以及学校教育和⼯⼚⾃动控制等领域，蓝⽛⽬前存在的主要问题是芯⽚⼤⼩和价格较⾼；抗⼲扰能⼒较弱。
(3) ⽆线宽带(Wi-Fi)
它是⼀种基于802.11协议的⽆线局域⽹接⼊技术。(Wi-Fi)技术突出的优势在于它有较⼴的局域⽹覆盖范围，其覆盖半径可达100⽶左右，相⽐于蓝⽛技术，(Wi-Fi)覆盖范围较⼴；传输速度⾮常快，其传输速度可以达到11mbps(802.11b)或者54mbps(802.11.a)，适合⾼速数据传输的业务;⽆须布线，可以不受布线条件的限制，⾮常适合移动办公⽤户的需要。在⼀些⼈员密集的地⽅，⽐如⽕车站、汽车站、商场、机场、图书馆、校园等地⽅设置‘热点’，可以通过⾼速线路将因特⽹接⼊上述场所。⽤户只需要将⽀持⽆线⽹络的终端设备该区域内，即可⾼速接⼊因特⽹；健康安全，具有WiFi功能的产品发射功率不超过100毫⽡，实际发射功率约60-70毫⽡，与⼿机、⼿持式对讲机等通讯设备相
⽐，WiFi产品的辐射更⼩。
(4) 超宽带(UWB)
UWB是⼀种⽆载波通信技术，利⽤纳秒⾄微微秒级的⾮正弦波窄脉冲传输数据，其传输距离通常在10M以内，使⽤1GHz以上带宽，通信速度可以达到⼏百兆bit/s以上，UWB的⼯作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最⼩⼯作频宽为500MHz。
其主要特点是：传输速率⾼；发射功率低，功耗⼩；保密性强;UWB通信采⽤调时序列，能够抗多径衰落;UWB所需要的射频和微波器件很少，可以减⼩系统的复杂性。由于系UWB统占⽤的带宽很⾼，UWB系统可能会⼲扰现有其他⽆线通信系统。UWB主要应⽤在⾼分辨率"较⼩范围"能够穿透墙壁"地⾯等障碍物的雷达和图像系统中。
这种装置可以⽤来检查楼房、桥梁、道路等⼯程的混凝⼟和沥青结构中的缺陷，以及定位地下电缆及其它管线的故障位置，也可⽤于疾病诊断。另外，在救援、治安防范、消防及医疗、医学图像处理等领域都⼤有⽤途。
(5) NFC
NFC是⼀种新的近距离⽆线通信技术，其⼯作频率为13.56MHz，由13.56MHz的射频识别(RFID)技术发展⽽来，它与⽬前⼴为流⾏的⾮接触智能卡ISO14443所采⽤的频率相同，这就为所有的消费类电⼦产品提供了⼀种⽅便的通讯⽅式。NFC采⽤幅移键控(ASK)调制⽅式，其数据传输速率⼀般为106kbit/s和424kbit/s三种。NFC的主要优势是：距离近、带宽⾼、能耗低，与⾮接触智能卡技术兼容，
其在门禁、公交、⼿机⽀付等领域有着⼴阔的应⽤价值。
NFC的应⽤情境基本可以分为以下五类：
A接触-通过，主要应⽤在会议⼊场、交通关卡、门禁控制和赛事门票等⽅⾯;
B接触-确认/⽀付，主要应⽤在⼿机钱包、移动和公交付费等⽅⾯;
2013笑傲江湖演员表C接触-连接，这种应⽤可以实现2个具有NFC功能的设备实现数据的点对点传输;
川藏线攻略D接触-浏览，⽤户可以通过NFC⼿机了解和使⽤系统所能提供的功能和服务;
E下载-接触，通过具有NFC功能的终端设备，使⽤GPRS/CDMA⽹络接收或下载相关信息，⽤于门禁或⽀付等功能。
2. 远距离⽆线传输技术
远距离⽆线传输技术：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) GPRS/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，GRRS的分组交换技术具有实时在线"按量计费"⾼速传输等优点。
CDMA(是码分多址的英⽂缩写)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。
(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。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。已经在各⾏业取得⼴泛的应⽤，在航空航天、铁路、电⼒、⽯油、⽓象、地震等各个⾏业均有应⽤，在遥控、遥测、摇信、遥感等SCADA领域也取得了长⾜的进步和发展。
(3) 扩频微波通信：
扩频通信，即扩展频谱通信技术是指其传输信息所⽤信号的带宽远⼤于信息本⾝带宽的⼀种通信技术。最早始⽤于军事通信。它传输的基本原理是将所传输的信息⽤伪随机码序列(扩频码)进⾏调制，伪随机码的速率远⼤于传送信息的速率，这时发送信号所占据带宽远⼤于信息本⾝所需的带宽实现了频谱扩展，同时发射到空间的⽆线电功率谱密度也有⼤幅度的降低。在接收端则采⽤相同的扩频码进⾏相关解调并恢复信息数据!其主要特点是：抗噪声能⼒极强；抗⼲扰能⼒极强；抗衰落能⼒强；抗多径⼲扰能⼒强；易于多媒体通信组⽹；具有良好的安全通信能⼒；不⼲扰同类的其他系统等，同时具有传输距离远、覆盖⾯⼴等特点，特别适合野外联⽹应⽤。
(4) ⽆线⽹桥：
⽆线⽹桥是⽆线射频技术和传统的有线⽹桥技术相结合的产物。⽆线⽹桥是为使⽤⽆线(微波)进⾏远距离数据传输的点对点⽹间互联⽽设计。它是⼀种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可⽤于固
定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50Km)、⾼速(可达百兆bps)⽆线组⽹。扩频微波和⽆线⽹桥技术都可以⽤来传输对带宽要求相当⾼的视频监控等⼤数据量信号传输业务。
(5) 卫星通信：
卫星通信是指利⽤⼈造地球卫星作为中继站来转发⽆线电信号，从⽽实现在多个地⾯站之间进⾏通信的⼀种技术，它是地⾯微波通信的继承和发展。卫星通信系统通常由⼆部分组成，分别是卫星端、地⾯端。卫星端在空中，主要⽤于将地⾯站发送的信号放⼤再转发给其它地⾯站。地⾯站主要⽤于对卫星的控制、跟踪以及实现地⾯通信系统接⼊卫星通信系统。
卫星可分为同步卫星和⾮同步卫星，同步卫星在空中的运⾏⽅向和周期与地球的⾃转⽅向及周期相同，从地⾯的任何位置看，该卫星都是静⽌不动的;⾮同步卫星的运⾏周期⼤于或⼩于地球的运⾏周期，其轨道⾼度"倾⾓"形状都可根据需要调整。
卫星通信的的特点是：覆盖范围⼴，⼯作频带宽，通信质量好，不受地理条件限制，成本与通信距离⽆关等。其主要⽤在国际通信，国内通信，军事通信，移动通信和⼴播电视等领域，卫星通信的主要缺点是通信具有⼀定的延迟，⽐如打卫星电话时，不能⽴即听到对⽅回话，主要原因是卫星通信的传输距离较长，⽆线电波在空中传输是有⼀定延迟的。
(6) 短波通信：
按照国际⽆线电咨询委员会的划分，短波是指波长100m——10m，频率为3MHZ-30MHZ的电磁波。短波通信是指利⽤短波进⾏的⽆线电通信，⼜称⾼频(HF)通信。短波通信可分为地波传播和天波传播。地波传播的衰耗随⼯作频率的升⾼⽽递增，在同样的地⾯条件下，频率越⾼，衰耗越⼤。利⽤地波只适⽤于近距离通信，其⼯作频率⼀般选在5MHZ以下。地波传播受天⽓影响⼩，⽐较稳定，信道参数基本不随时间变化，故信道可视为恒参信道。天波传播是⽆线电波经电离层反射来进⾏远距离通信的⽅式，倾斜投射的电磁波经电离层反射后，可以传到⼏千千⽶外的地⾯。天波的传播损耗⽐地波⼩得多，经地⾯与电离层之间多次反射之后，可以达到极远的地⽅，因此，利⽤天波可以进⾏
环球通信。天波传播因受电离层变化和多径传播的严重影响极不稳定，其信道参数随时间⽽急剧变化，因此称为变参信道。短波通信的特点是：建设维护费⽤低，周期短，设备简单，电路调度容易，抗毁能⼒强，频段窄，通信容量⼩，天波信道信号传输稳定性差等。
⼆、各种主流⽆线通讯技术之间的⽐较
当前流⾏的⽆线通信技术有：RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi、IrDA 、UWB、Zig-Bee、LoRa和NFC。
1. RFID
RFID是⼀种简单的⽆线系统，只有两个基本器件，该系统⽤于控制、检测和跟踪物体。系统由⼀个询问器和很多应答器组成。
应答器：由天线，耦合元件及芯⽚组成，⼀般来说都是⽤标签作为应答器，每个标签具有唯⼀的电⼦编码，附着在物体上标识⽬标对象。
阅读器：由天线，耦合元件，芯⽚组成，读取(有时还可以写⼊)标签信息的设备，可设计为⼿持式rfid
应⽤软件系统 ：是应⽤层软件，主要是把收集的数据进⼀步处理，并为⼈们所使⽤。
2. GPRS
如下图为典型GPRS系统结构图，通过监控中⼼与Internet相连，可以⽀持⼀些⽐较复杂的应⽤，另外⽀持的通信⽅式⽐较多，使⽤户可以随时随地以多种通信⽅式来监控实际应⽤点。该⽅案还可以让监控中⼼同时和多个GPRS模块通信，从⽽监控多个⼯作现场。
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3. Bluetooth
蓝⽛系统由⽆线单元、链路控制器、链路管理器和提供到主机端接⼝功能的，⽀持单元组成。
蓝⽛⽆线单元是⼀个微波跳频扩频通信系统，数据和话⾳信息分组在指定时隙，指定跳频频率发送和接收。跳频序列由主设备设备地址决定，采⽤寻呼和查询⽅式建⽴信道连接。链路控制(基带控制)器包括基带数字信号处理的硬件部分并完成基带协议和其它底层链路规程。链路管理器(LM)软件实现链路的建⽴、验证、链路配置及其协议。链路管理器可以发现其它的链路管理器，并通过连接管理协议LMP建⽴通信联系。链路管理器通过链路控制器提供的服务实现上述功能。
4. Wi-Fi
Wi-Fi⽅案的设计相对其他⽅案⽐较简单，仅需要通过MCU控制WIFI模块，通过CAN总线与主板通信，然后通过WIFI模块传输讯息到Internet。通过连接服务器，然后服务器对数据进⾏处理。
5. IrDA
红外通讯主要有3部分组成：
发射器部分：⽬前已有红外⽆线数字通信系统的信息源包括语⾳、数据、图像等。
信道部分：它们的作⽤是：整形、滤波、视场变换、频段划分等。
终端部分：红外⽆线数字通信系统终端部分包括光接收部分、采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等部分。
6. UWB
UWB(UltraWideband)是⼀种⽆载波通信技术，利⽤纳秒⾄微微秒级的⾮正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10⽶左右的范围内实现数百Mbit/s⾄数Gbit/s的数据传输速率。
7. Zig-Bee
技术是⼀种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向⽆线通讯技术。主要⽤于距离短、功耗低且传输速率不⾼的各种电⼦设备之间进⾏数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应⽤。
8. LoRa
LoRa 是LPWAN通信技术中bai的⼀种，是美国Semtech公司采du⽤和推⼴的⼀种基于扩频技术的超远距离⽆zhi线传输⽅案。
是物理层dao或⽆线调制⽤于建⽴长距离通信链路。许多传统的⽆线系统使⽤频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是⼀种实现低功耗的⾮常有效的调制。
9. 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。
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各种⽆线通信技术的适⽤频段、调制⽅式、最⼤作⽤距离、数据率和应⽤领域。这些⽆线通信技术的作⽤距离与数据率的关系，数据率越⾼，作⽤距离就越短。可⽤⽹络技术扩展作⽤距离⽽仍然保持数据率。

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