流行无线技术专题

流行无线技术专题无线宽带技术元老贵族—802.11家族谱IEEE802.11是IEEE（电气和电子工程师协会）1997年制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中的用户与用户终端之间的无线接入。802.11业务主要限于数据存取，传输速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率、传输距离、安全性、电磁兼容能力及服务质量方面均不尽人意；IEEE又相继推出了802.11b和802.11a、g等一系列标准。系列之间技术差别主要在于MAC（Medium

Access

Control，媒介访问控制）子层和物理层。（注：802.11协议只规定了开放式系统互联参考模型（OSI/RM）的物理层和MAC层，其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免（CSMA/CA）协议。在物理层，802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式（FHSS）以及直扩方式（DSSS）。）IEEE802.11b标准

IEEE802.11b（Wi-Fi）使用开放的2.4GHz直接序列扩频（DSSS），最大数据传输速率为11Mbps。使用动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。且当工作在2Mbps和1Mbps速率时可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.11b的使用范围在室外为300米，在办公环境中则最长为100米。工作模式基本分为两种：点对点模式和基本模式，点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。基本模式是指无中心自组网(Adhoc)或无线网卡与接入点（AP）的通信方式，这是IEEE802.11b最常用的方式。IEEE802.11b标准

802.11b把2.4GHz频段划分成14个带宽为22MHz的信道，每一个信道的间隔为5MHz。邻近的信道互相重叠。当两个信道之间的间隔达到25MHz时，信道才不会互相重叠。美国和中国的标准是使用第1~11信道，在一个范围内同时使用3个信道时，只有使用第1、6、11信道是互相不重叠的。利用这3个信道，覆盖区域可以消除所有信道重叠现象和覆盖区域的间隙，而且不会产生辐射干扰现象。中国信息产业部无管局规定了2.400~2.4835GHz频段的无线电发射设备的主要技术指标，等效全向辐射功率(EIRP)为：当天线增益＜10dBi时，不大于100mW或20dBmIEEE802.11b标准AP(AccessPoint)无线接入点作用类似一个无线HUB(集线器)可以组成一个无线局域网同一个区域可以同时存在多个AP，使用不同的信道。所有工作于同一个AP下面的无线网卡共享11M带宽。采用分时共享方式HUBAP无线网卡无线网卡无线网卡HUBAP无线网卡无线网卡无线网卡InternetRouterIEEE802.11a标准IEEE802.11a工作在5GHz

U-NII频带物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps。采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；EEE802.11a在使用频率的选择和数据传输速率上都优于IEEE802.11b，不过其芯片还没有进入市场加之设备昂贵、不兼容IEEE802.11b、空中接力不好和点对点连接很不经济，不适合小型设备。相比而言，业界非常看好IEEE802.11b，因此也得到了广泛应用。IEEE802.11g标准依然工作于2.4GHz频段，是对802.11b的提速物理层速率从11Mbps提到54Mbps兼容802.11b接入支持DSSS和OFDM，是目前最普及的标准108Mbps的无线路由器依然工作于2.4GHz频段，兼容802.11g，尚处于厂商级别标准，非国际标准物理层速率从54Mbps提高到108Mbps主要技术：SuperG：主要依赖于硬件压缩AirPlusXtremeG：是D-Link专有技术无线倍驰：是双路无线传输技术其他802.11x标准802.11c为MAC／LLC性能增强；801.11d对应802.11b版本，解决那些不能使用2.4GHz频段国家的使用问题；802.11e则是一个瞄准扩展服务质量的标准，其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略；802.11f用于改善802.11协议的切换机制，使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游；802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率(借助／PC技术)和选择无线信道（借助动态频率选择技术DFS），而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准；802.11i及802.1x主要着重于安全性，802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议，支持企业、公众及家庭应用，802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP，可对以太网端口鉴权，扩展至无线应用；802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN／2网络的互连互通；802.11／WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口；802.11n已将速率增强至108／320Mbit／s；并已进一步改进其管理开销及效率802.11／RRM与无线电资源管理有关的标准，以增强802.11的性能；几经起伏—蓝牙“蓝牙”：学名——IEEE802.15,1998年问世英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准。它是面向移动设备间的小范围连接，其本质可以说它是一种代替线缆的技术。它与日前广泛应用于微波通信中的一点多址技术十分相似；因此，它很容易穿透障碍物，实现全方位的语音与数据传输。蓝牙同IEEE802.11b一样，使用2.4GHz频段，采用跳频扩频（FHSS）技术（注：跳频是蓝牙使用的关键技术。对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；在建链时则提高为3200跳/秒。）以2.45GHz为中心频率，来得到79个1MHz带宽的信道。由于使用比较高的跳频速率，使蓝牙系统具有较高的抗干扰能力。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kbps。几经起伏—蓝牙蓝牙本意电缆替代（初衷）目标是无线局域网（定位错误）被从802.11b开始的系列打得一败涂地。从手机蓝牙耳际重新找到感觉，继而得到快速发展。目前应用最广泛的五大领域分别是手机加耳机、电脑加键盘、鼠标等外设、打印机、PDA和汽车市场。现在全球已经有22种车型把蓝牙技术作为一个标准或者可选的配置，其中包括丰田、本田、宝马等。在配备蓝牙的汽车中，当有电话打入时，驾驶者可以通过扬声器听到来电者的声音，并通过车内麦克风通话，轻松得就像和车内其他人聊天一样。目前中国本地的汽车生产商还没有把蓝牙技术配置在自己的车型中，但这同样被认为会是一种发展趋势。蓝牙系统结构、参数及指标工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz双工方式：TDD；业务类别：同时支持电路交换及分组交换业务；数据标称速率：1Mbit／s；异步信道速率：非对称连接723.2kbit／s／57.6kbit／s；对称连接：433.9kbit／s(全双工模式)；同步信道速率：64kbit／s(3个全双工信道)；信道间隔：1MHz；信道数：79；发射功率及覆盖：0dBm(1mW)，1—10m覆盖，20dBm(100mW)，扩展至100m覆盖；跳频频点数：79个频点／MHz(2408+k(MHz))，k=0，1，2……78；跳频速率：3200/1600次／s；纠错方式：1／3FEC(3bit重复码)，2/3FEC(截短Hamming码)，CRC—16，ARQ；网络拓扑结构：Adhoc(无中心自组织)结构蓝牙一切像是在寻求悖论的突破

10世纪，绰号为“蓝牙”（Bluetooth）的丹麦国王哈罗德（HaraldBlatland）统一了四分五裂的北欧，最终成为维京王国的国王。1998年问世的“蓝牙”技术以名喻义，冀望能像哈罗德一统北欧那样成为短距离传输的统一标准，然而，它却发现自己面临着最严重的分裂。

在无线世界，大部分领域都被一至两种技术所主导，无线局域网（WLAN）被802.11协议占据，城域网（MAN）被WiMAX笼罩，广域网（WAN）则被GSM和CDMA主宰，偏偏在个人局域网（PAN）中存在着最复杂的技术竞争，蓝牙、超宽带（UWB）、NFC、ZigBee四种技术并存在这个领域，蓝牙发现，现实和自己的梦想成了一个悖论，而它要做的只能是突破悖论。

异军突起-UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。此后，超宽带这个术语才被沿用下来。其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20dB辐射点对应的下限频率。图1给出了带宽计算示意图。可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。UWB的技术特点

(1)传输速率高，空间容量大 根据香农(Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪声(AWGN)信道中，系统无差错传输速率的上限为：

C=B×log2(1+SNR)(1)在UWB系统中，信号带宽B高达500MHz～7.5GHz。因此，即使信噪比SNR很低，UWB系统也可以在短距离上实现几百兆至1Gb/s的传输速率。例如，如果使用7GHz带宽，即使信噪比低至-10dB，其理论信道容量也可达到1Gb/s。因此，将UWB技术应用于短距离高速传输场合(如高速WPAN)是非常合适的，可以极大地提高空间容量。理论研究表明，基于UWB的WPAN可达的空间容量比目前WLAN标准IEEE802.11.a高出1～2个数量级。UWB的技术特点(2)适合短距离通信 按照FCC规定，UWB系统的可辐射功率非常有限，3.1GHz～10.6GHz频段总辐射功率仅0.55mW，远低于传统窄带系统。随着传输距离的增加，信号功率将不断衰减。因此，接收信噪比可以表示成传输距离的函数SNRr(d)。根据香农公式，信道容量可以表示成距离的函数C(d)=B×log2[1+SNRr(d)](2)超宽带信号具有极其丰富的频率成分。无线信道在不同频段表现出不同的衰落特性。由于随着传输距离的增加高频信号衰落极快，这导致UWB信号产生失真，从而严重影响系统性能。研究表明，当收发信机之间距离小于10m时，UWB系统的信道容量高于5GHz频段的WLAN系统，收发信机之间距离超过12m时，UWB系统在信道容量上的优势将不复存在。因此，UWB系统特别适合于短距离通信。UWB的技术特点(3)具有良好的共存性和保密性 由于UWB系统辐射谱密度极低(小于-41.3dBm/MHz)，对传统的窄带系统来讲，UWB信号谱密度甚至低至背景噪声电平以下，UWB信号对窄带系统的干扰可以视作宽带白噪声。因此，UWB系统与传统的窄带系统有着良好的共存性，这对提高日益紧张的无线频谱资源的利用率是非常有利的。同时，极低的辐射谱密度使UWB信号具有很强的隐蔽性，很难被截获，这对提高通信保密性非常有利。UWB的技术特点(4)多径分辨能力强，定位精度高由于UWB信号采用持续时间极短的窄脉冲，其时间、空间分辨能力都很强。因此，UWB信号的多径分辨率极高。极高的多径分辨能力赋予UWB信号高精度的测距、定位能力。对于通信系统，必须辩证地分析UWB信号的多径分辨力。无线信道的时间选择性和频率选择性是制约无线通信系统性能的关键因素。在窄带系统中，不可分辨的多径将导致衰落，而UWB信号可以将它们分开并利用分集接收技术进行合并。因此，UWB接收机必须通过牺牲复杂度(增加分集重数)以捕获足够的信号能量。这将对接收机设计提出严峻挑战。在实际的UWB系统设计中，必须折衷考虑信号带宽和接收机复杂度，得到理想的性价比。

UWB的技术特点

(5)体积小、功耗低传统的UWB技术无需正弦载波调制发射，数据被调制在纳秒级或亚纳秒级基带窄脉冲上传输，接收机利用相关器直接完成信号检测。收发信机不需要复杂的载频调制/解调电路和滤波器。因此，可以大大降低系统复杂度，减小收发信机体积和功耗。FCC对UWB的新定义在一定程度上增加了无载波脉冲成形的实现难度，但随着半导体技术的发展和新型脉冲产生技术的不断涌现，UWB系统仍然继承了传统UWB体积小、功耗低的特点。蓝牙、超宽带走向融合目前UWB还只是一个纯粹的技术概念，还没有相关的架构，不像蓝牙已经有了架构配置和成熟的产品应用。UWB要建立起支撑产品应用的架构，可能需要几年的时间。反过来，如果蓝牙技术要像UWB一样做到非常高的传输速率，但是又不运用UWB现在的技术，也要花几年的时间做成高速无线电的设计。所以两者合作的优势是显而易见的。另一方面，UWB和蓝牙其实都是标准，但是背后支撑这些技术标准开发的是公司，而支持UWB和支持蓝牙的这些成员公司其实很多都是同样的公司。如果他们在市场上开发出两种不同的竞争标准，对这些公司并没有任何的好处，因此融合也就成为必然的选择。牙联盟希望通过与超宽带的合作，未来使蓝牙速率提高到200M到480M之间。蓝牙、超宽带走向融合力不从心—HomeRFHomeRF无线标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。HomeRF是IEEE802.11与DECT（Digital

Enhanced

Cordless

Telephony）的结合，使用这种技术能降低语音数据成本。使用开放的2.4GHz频段。采用跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒,

共有75个带宽为1MHz的跳频信道。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种（注：采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。）。2FSK方式下，最大数据的传输速率为1Mbps；4FSK方式下，速率可达2Mbps。在新的HomeRF

2.x标准中，采用了WBFH（Wide

Band

Frequency

Hopping，宽带跳频）技术来增加跳频带宽，由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/秒，数据峰值达到10Mbps。HomeRF

标准的主要特点HomeRF提供了流媒体（Stream

Media）真正意义上的支持。由于流媒体规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，这样就确保了实时播放流媒体所需的带宽、低干扰、低误码。

HomeRF把共享无线接入协议（SWAP）作为未来家庭联网的技术指标，基于该协议的网络是对等网，因此该协议主要针对家庭无线局域网。其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准，沿用类似与以太网技术中的冲突检测的载波监听多址技术（CSMA/CD）CSMA/CA。语音通信采用DECT（Digital

Enhanced

Cordless

Telephony）标准，使用TDMA时分多址技术。

不过由于HomeRF技术没有公开，目前只有几十家企业支持，在抗干扰等方面相对应其他技术而言尚有欠缺，因此注定它没有广泛的应用前景。一息尚存——IrDA简单来讲，IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是由红外线数据标准协会制订的一种无线协议现行的IrDA传输速率为最新VFIR的16Mbps，相比原来FIR的4Mbps快了4倍。接收角度也由传统的30度扩展到120度。其硬件及相应软件技术都已比较成熟IrDA技术上的主要优点无需专门申请特定频率的使用执照。这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费增加的背景下是比较重要的。

具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的优点。

数据传输速率比较高。由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，最高数据传输速率可达16Mbps。

IrDA具有一定的市场优势。目前，全世界有5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然每年以50％的速度增长。大多数的笔记本电脑及一些外设都安装有IrDA接口。在成本上，红外线LED及接收器等组件较其他产品来得更便宜。IrDA技术上的主要缺点IrDA是一种视距传输技术，也就是说在多个具有IrDA接口的设备之间传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的，但在多个设备之间传输数据就必须彼此调整其位置与角度等。IrDA设备的核心部件--红外线LED是一种不耐用的器件，频繁使用会令其使用寿命大大缩短。IrDA进入市场较早，产品应用比较多，有一定的市场价值，所以在短期内，还不会退出市场。不过由于其技术的原因，终不能成为无线局域网的标准。非接触无线技术RFIDRFID，射频识别(RadioFrequencyIdentification)的英文缩写，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，从20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟。与目前广泛使用的自动识别技术例如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，射频识别技术具有很多突出的优点：非接触操作，长距离识别；无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签；读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理；读写器与标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存储。RFID系统的频段特点典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，低频和高频频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而超高频及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。RFID不同频段的应用低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz～300kHz。典型工作频率有125KHz和133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz～30MHz。典型工作