常見無線通信（數(shù)據(jù)）傳輸技術(shù) 你知道哪些 - 全文

近年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了各種標準的無線數(shù)據(jù)傳輸標準，它們各有其優(yōu)缺點和不同的應(yīng)用場合，本文將目前應(yīng)用的、無線通信種類進行了分析對比，方便大家參考了解。

一、無線通信（數(shù)據(jù)）傳輸方式及技術(shù)原理

無線通信是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。無線通信技術(shù)自身有很多優(yōu)點，成本較低，無線通信技術(shù)不必建立物理線路，更不用大量的人力去鋪設(shè)電纜，而且無線通信技術(shù)不受工業(yè)環(huán)境的限制，對抗環(huán)境的變化能力較強，故障診斷也較為容易，相對于傳統(tǒng)的有線通信的設(shè)置與維修，無線網(wǎng)絡(luò)的維修可以通過遠程診斷完成，更加便捷;擴展性強，當網(wǎng)絡(luò)需要擴展時，無線通信不需要擴展布線;靈活性強，無線網(wǎng)絡(luò)不受環(huán)境地形等限制，而且在使用環(huán)境發(fā)生變化時，無線網(wǎng)絡(luò)只需要做很少的調(diào)整，就能適應(yīng)新環(huán)境的要求。

常見的無線通信（數(shù)據(jù)）傳輸方式及技術(shù)分為兩種：“近距離無線通信技術(shù)”和“遠距離無線傳輸技術(shù)”。

1. 近距離無線通信技術(shù)

短（近）距離無線通信技術(shù)是指通信雙方通過無線電波傳輸數(shù)據(jù)，并且傳輸距離在較近的范圍內(nèi)，其應(yīng)用范圍非常廣泛。近年來，應(yīng)用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信標準有：Zig-Bee、藍牙（Bluetooth）、無線寬帶（Wi-Fi）、超寬帶（UWB）和近場通信（NFC）。

（1） Zig-Bee

Zig-Bee是基于IEEE802.15.4標準而建立的一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zig-Bee來源于蜜蜂群的通信方式，由于蜜蜂（Bee）是靠飛翔和‘嗡嗡’（Zig）地抖動翅膀的來與同伴確定食物源的方向、位置和距離等信息，從而構(gòu)成了蜂群的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是距離近，其通常傳輸距離是10-100m;低功耗，在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個終端工作6-24個月，甚至更長;其成本，Zig-Bee免協(xié)議費，芯片價格便宜;低速率，通Zig-Bee常工作在20-250kbps的較低速率;短時延，Zig-Bee的響應(yīng)速度較快等。主要適用于家庭和樓宇控制、工業(yè)現(xiàn)場自動化控制、農(nóng)業(yè)信息收集與控制、公共場所信息檢測與控制、智能型標簽等領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

（2） 藍牙（Bluetooth）

能夠在10米的半徑范圍內(nèi)實現(xiàn)點對點或一點對多點的無線數(shù)據(jù)和聲音傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達1Mbps通訊介質(zhì)為頻率在2.402GHz到2.480GHz之間的電磁波。藍牙技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備，如PC、撥號網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、打印機、傳真機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等，實現(xiàn)各類設(shè)備之間隨時隨地進行通信。

藍牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無線辦公環(huán)境、汽車工業(yè)、信息家電、醫(yī)療設(shè)備以及學校教育和工廠自動控制等領(lǐng)域，藍牙目前存在的主要問題是芯片大小和價格較高;抗干擾能力較弱。

（3） 無線寬帶（Wi-Fi）

它是一種基于802.11協(xié)議的無線局域網(wǎng)接入技術(shù)。（Wi-Fi）技術(shù)突出的優(yōu)勢在于它有較廣的局域網(wǎng)覆蓋范圍，其覆蓋半徑可達100米左右，相比于藍牙技術(shù)，（Wi-Fi）覆蓋范圍較廣;傳輸速度非?？?，其傳輸速度可以達到11mbps（802.11b）或者54mbps（802.11.a），適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù);無須布線，可以不受布線條件的限制，非常適合移動辦公用戶的需要。在一些人員密集的地方，比如火車站、汽車站、商場、機場、圖書館、校園等地方設(shè)置‘熱點’，可以通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。用戶只需要將支持無線網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng);健康安全，具有WiFi功能的產(chǎn)品發(fā)射功率不超過100毫瓦，實際發(fā)射功率約60-70毫瓦，與手機、手持式對講機等通訊設(shè)備相比，WiFi產(chǎn)品的輻射更小。

（4） 超寬帶（UWB）

UWB是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，其傳輸距離通常在10M以內(nèi)，使用1GHz以上帶寬，通信速度可以達到幾百兆bit/s以上，UWB的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6GHz，最小工作頻寬為500MHz。

其主要特點是：傳輸速率高;發(fā)射功率低，功耗小;保密性強;UWB通信采用調(diào)時序列，能夠抗多徑衰落;UWB所需要的射頻和微波器件很少，可以減小系統(tǒng)的復雜性。由于系UWB統(tǒng)占用的帶寬很高，UWB系統(tǒng)可能會干擾現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)。UWB主要應(yīng)用在高分辨率“較小范圍”能夠穿透墻壁“地面等障礙物的雷達和圖像系統(tǒng)中。

這種裝置可以用來檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結(jié)構(gòu)中的缺陷，以及定位地下電纜及其它管線的故障位置，也可用于疾病診斷。另外，在救援、治安防范、消防及醫(yī)療、醫(yī)學圖像處理等領(lǐng)域都大有用途。

（5） NFC

NFC是一種新的近距離無線通信技術(shù)，其工作頻率為13.56MHz，由13.56MHz的射頻識別（RFID）技術(shù)發(fā)展而來，它與目前廣為流行的非接觸智能卡ISO14443所采用的頻率相同，這就為所有的消費類電子產(chǎn)品提供了一種方便的通訊方式。NFC采用幅移鍵控（ASK）調(diào)制方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率一般為106kbit/s和424kbit/s三種。NFC的主要優(yōu)勢是：距離近、帶寬高、能耗低，與非接觸智能卡技術(shù)兼容，其在門禁、公交、手機支付等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用價值。

NFC的應(yīng)用情境基本可以分為以下五類：

A接觸-通過，主要應(yīng)用在會議入場、交通關(guān)卡、門禁控制和賽事門票等方面;

B接觸-確認/支付，主要應(yīng)用在手機錢包、移動和公交付費等方面;

C接觸-連接，這種應(yīng)用可以實現(xiàn)2個具有NFC功能的設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的點對點傳輸;

D接觸-瀏覽，用戶可以通過NFC手機了解和使用系統(tǒng)所能提供的功能和服務(wù);

E下載-接觸，通過具有NFC功能的終端設(shè)備，使用GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)接收或下載相關(guān)信息，用于門禁或支付等功能。

2. 遠距離無線傳輸技術(shù)

遠距離無線傳輸技術(shù)：目前偏遠地區(qū)廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。它主要使用在較為偏遠或不宜鋪設(shè)線路的地區(qū)，如：煤礦、海上、有污染或環(huán)境較為惡劣地區(qū)等。

（1） GPRS/CDMA無線通信技術(shù)：

GPRS（通用無線分組業(yè)務(wù)）是由中國移動開發(fā)運營的一種基于GSM通信系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，是介于第二代和第三代之間 的技術(shù)，通常稱為2.5G它是利用?包交換？概念發(fā)展的一種無線傳輸方式。包交換就將數(shù)據(jù)封裝成許多獨立的包，再將這些包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹，其優(yōu)勢在于有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且是以資料量計價，有效的提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。GPRS網(wǎng)絡(luò)同時支持電路型數(shù)據(jù)和分組交換數(shù)據(jù)，從而GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠方便的和因特網(wǎng)互相連接，相比原來的GSM網(wǎng)絡(luò)的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GRRS的分組交換技術(shù)具有實時在線”按量計費“高速傳輸?shù)葍?yōu)點。

CDMA（是碼分多址的英文縮寫）由中國電信運行的一種基于碼分技術(shù)和多址技術(shù)的新的無線通信系統(tǒng)，其原理基于擴頻技術(shù)。

（2） 數(shù)傳電臺通信：

數(shù)傳電臺是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。它是采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。數(shù)傳電臺的工作頻率大多使用220--240MHz或400--470MHz頻段，具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實時性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有運行使用費、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。數(shù)傳電臺的有效覆蓋半徑約有幾十公里，可以覆蓋一個城市或一定的區(qū)域。數(shù)傳電臺通常提供標準的RS-232數(shù)據(jù)接口，可直接與計算機、數(shù)據(jù)采集器、RTU、PLC、數(shù)據(jù)終端、GPS接收機、數(shù)碼相機等連接。已經(jīng)在各行業(yè)取得廣泛的應(yīng)用，在航空航天、鐵路、電力、石油、氣象、地震等各個行業(yè)均有應(yīng)用，在遙控、遙測、搖信、遙感等SCADA領(lǐng)域也取得了長足的進步和發(fā)展。

（3） 擴頻微波通信：

擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(shù)是指其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身帶寬的一種通信技術(shù)。最早始用于軍事通信。它傳輸?shù)幕驹硎菍⑺鶄鬏數(shù)男畔⒂脗坞S機碼序列（擴頻碼）進行調(diào)制，偽隨機碼的速率遠大于傳送信息的速率，這時發(fā)送信號所占據(jù)帶寬遠大于信息本身所需的帶寬實現(xiàn)了頻譜擴展，同時發(fā)射到空間的無線電功率譜密度也有大幅度的降低。在接收端則采用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)并恢復信息數(shù)據(jù)！其主要特點是：抗噪聲能力極強;抗干擾能力極強;抗衰落能力強;抗多徑干擾能力強;易于多媒體通信組網(wǎng);具有良好的安全通信能力;不干擾同類的其他系統(tǒng)等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

（4） 無線網(wǎng)橋：

無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠距離（可達50Km）、高速（可達百兆bps）無線組網(wǎng)。擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。

（5） 衛(wèi)星通信：

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，從而實現(xiàn)在多個地面站之間進行通信的一種技術(shù)，它是地面微波通信的繼承和發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由二部分組成，分別是衛(wèi)星端、地面端。衛(wèi)星端在空中，主要用于將地面站發(fā)送的信號放大再轉(zhuǎn)發(fā)給其它地面站。地面站主要用于對衛(wèi)星的控制、跟蹤以及實現(xiàn)地面通信系統(tǒng)接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

衛(wèi)星可分為同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星，同步衛(wèi)星在空中的運行方向和周期與地球的自轉(zhuǎn)方向及周期相同，從地面的任何位置看，該衛(wèi)星都是靜止不動的;非同步衛(wèi)星的運行周期大于或小于地球的運行周期，其軌道高度”傾角“形狀都可根據(jù)需要調(diào)整。

衛(wèi)星通信的的特點是：覆蓋范圍廣，工作頻帶寬，通信質(zhì)量好，不受地理條件限制，成本與通信距離無關(guān)等。其主要用在國際通信，國內(nèi)通信，軍事通信，移動通信和廣播電視等領(lǐng)域，衛(wèi)星通信的主要缺點是通信具有一定的延遲，比如打衛(wèi)星電話時，不能立即聽到對方回話，主要原因是衛(wèi)星通信的傳輸距離較長，無線電波在空中傳輸是有一定延遲的。

（6） 短波通信：

按照國際無線電咨詢委員會的劃分，短波是指波長100m——10m，頻率為3MHZ-30MHZ的電磁波。短波通信是指利用短波進行的無線電通信，又稱高頻（HF）通信。短波通信可分為地波傳播和天波傳播。地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增，在同樣的地面條件下，頻率越高，衰耗越大。利用地波只適用于近距離通信，其工作頻率一般選在5MHZ以下。地波傳播受天氣影響小，比較穩(wěn)定，信道參數(shù)基本不隨時間變化，故信道可視為恒參信道。天波傳播是無線電波經(jīng)電離層反射來進行遠距離通信的方式，傾斜投射的電磁波經(jīng)電離層反射后，可以傳到幾千千米外的地面。天波的傳播損耗比地波小得多，經(jīng)地面與電離層之間多次反射之后，可以達到極遠的地方，因此，利用天波可以進行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響極不穩(wěn)定，其信道參數(shù)隨時間而急劇變化，因此稱為變參信道。短波通信的特點是：建設(shè)維護費用低，周期短，設(shè)備簡單，電路調(diào)度容易，抗毀能力強，頻段窄，通信容量小，天波信道信號傳輸穩(wěn)定性差等。

二、各種主流無線通訊技術(shù)之間的比較

當前流行的無線通信技術(shù)有：RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi、IrDA 、UWB、Zig-Bee和NFC。

1. RFID

RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器和很多應(yīng)答器組成。

應(yīng)答器：由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標簽作為應(yīng)答器，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。

閱讀器：由天線，耦合元件，芯片組成，讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式rfid

應(yīng)用軟件系統(tǒng) ：是應(yīng)用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并為人們所使用。

2. GPRS

如下圖為典型GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過監(jiān)控中心與Internet相連，可以支持一些比較復雜的應(yīng)用，另外支持的通信方式比較多，使用戶可以隨時隨地以多種通信方式來監(jiān)控實際應(yīng)用點。該方案還可以讓監(jiān)控中心同時和多個GPRS模塊通信，從而監(jiān)控多個工作現(xiàn)場。

3. Bluetooth

藍牙系統(tǒng)由無線單元、鏈路控制器、鏈路管理器和提供到主機端接口功能的，支持單元組成。

藍牙無線單元是一個微波跳頻擴頻通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)和話音信息分組在指定時隙，指定跳頻頻率發(fā)送和接收。跳頻序列由主設(shè)備設(shè)備地址決定，采用尋呼和查詢方式建立信道連接。鏈路控制（基帶控制）器包括基帶數(shù)字信號處理的硬件部分并完成基帶協(xié)議和其它底層鏈路規(guī)程。鏈路管理器（LM）軟件實現(xiàn)鏈路的建立、驗證、鏈路配置及其協(xié)議。鏈路管理器可以發(fā)現(xiàn)其它的鏈路管理器，并通過連接管理協(xié)議LMP建立通信聯(lián)系。鏈路管理器通過鏈路控制器提供的服務(wù)實現(xiàn)上述功能。

4. Wi-Fi

Wi-Fi方案的設(shè)計相對其他方案比較簡單，僅需要通過MCU控制WIFI模塊，通過CAN總線與主板通信，然后通過WIFI模塊傳輸訊息到Internet。通過連接服務(wù)器，然后服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行處理。

5. IrDA

紅外通訊主要有3部分組成：

發(fā)射器部分：目前已有紅外無線數(shù)字通信系統(tǒng)的信息源包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等。

信道部分：它們的作用是：整形、濾波、視場變換、頻段劃分等。

終端部分：紅外無線數(shù)字通信系統(tǒng)終端部分包括光接收部分、采樣、濾波、判決、量化、均衡和解碼等部分。

6. UWB

UWB（UltraWideband）是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

7. Zig-Bee

技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

8. NFC

與RFID一樣，NFC信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小。 其次，NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準。再次，NFC還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。

無線通訊主流技術(shù)對比表

各種無線通信技術(shù)的適用頻段、調(diào)制方式、最大作用距離、數(shù)據(jù)率和應(yīng)用領(lǐng)域。這些無線通信技術(shù)的作用距離與數(shù)據(jù)率的關(guān)系，數(shù)據(jù)率越高，作用距離就越短?？捎镁W(wǎng)絡(luò)技術(shù)擴展作用距離而仍然保持數(shù)據(jù)率。