物联网概论模块4

模块4通过智能家居认识物联网通信技术人民邮电出版社目录CONTENTS1智能家居2有线接入网3无线接入网4移动通信网络5量子通信思维导图学习目标了解无线接入技术的特点。了解蓝牙技术和ZigBee技术的优缺点。掌握移动通信技术的基本概念。了解各类物联网通信技术的标准。知识目标能识别与物联网通信技术相关的设备。掌握蓝牙技术、ZigBee技术网络连接方式。能对常用的蓝牙设备进行配置与连接。能搭建基于ZigBee技术的开发环境、创建工程、编写简单代码并使用仿真器对程序进行调试、下载。技能目标能理解物联网通信技术的分类与各种通信技术特点，能根据应用场景选择合适的物联网通信技术。能洞察物联网市场需求及其发展动态，掌握物联网通信技术的发展趋势。掌握各类接入技术在物联网技术方面的应用。素质目标01PARTONE智能家居情景导入智能家电、网络家居家居管理、家居安全……“智能家居”（1）什么是智能家居？（2）智能家居涉及哪些方面的功能？“智能家居”思考1.1智能家居概述1.1智能家居概述智能家居：利用先进的计算机、嵌入式系统、综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术、云计算平台将家居生活有关的设施集成连接到一起，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境，为用户提供个性化生活服务。

1.2基本内涵一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。1.3智能家居系统组成智能家居系统包含的主要子系统有：家居布线系统家庭网络系统智能家居（中央）控制管理系统家居照明控制系统家庭安防系统背景音乐系统家庭影院与多媒体系统家庭环境控制系统1.4智能家居主要内容1.家庭自动化通过微处理技术控制家电（如照明、安保、空调等）。2.家庭网络连接家庭中的设备（PC、家电、安防）与互联网。连接方式：有线（电力线、双绞线）与无线（Wi-Fi、射频）。3.网络家电通过网络互联的智能家电（如冰箱、空调、洗衣机等）。4.信息家电带有PC功能且可联网的家电（如机顶盒、WebTV、互联网电话）。1.5智能家电之智能冰箱食品管理功能物联云服务功能冰箱控制系统娱乐功能1.5智能家电之智能冰箱智能冰箱的系统组成

1.6全屋智能家居拓展知识：未来智能家居中最炫的10种“黑科技”悬浮产品：结合磁悬浮和无线充电，产品如Flyte灯泡可悬浮并缓慢旋转，创造未来感和美学。环保屋顶：特斯拉太阳能瓦片，产生和存储电能，推动绿色环保与可持续发展。智能魔镜：具备AI私教、健康检测、自拍和AR化妆等功能的健身镜，智能化提升生活质量。智能闹钟：通过监测睡眠环境，智能闹钟根据最佳时机叫醒用户，避免起床气。全能家电控制：智能系统如海尔U-home，通过物联网控制家中所有设备，提供远程智能管理。智能厨房：自动化烹饪机器人和智能厨房桌面，提升烹饪效率并提供互动性与娱乐性。人体感应家具：可调节沙发和床，通过智能控制根据用户需求调节舒适度和功能。智能安保摄像头：海康威视等安防产品能智能识别人、动物和车辆，提升家居安全性。智能烟雾报警器：Halo智能烟雾报警器可识别烟雾类型并预警灾难，如龙卷风，确保家庭安全。智能门锁：多重开锁方式（如指纹、脸识别、NFC），支持远程控制，提升安全和便利。02PARTTWO有线接入网情景导入（1）这个设备的核心功能是什么？为什么需要它来连接互联网？（2）当年上网的速度是多少？现在上网的速度是多少？20年前电话拨号上网思考现在光纤上网用户使用接入网进入网络，用户的数据在核心网上被高速地传递和转发。就好像立交桥一样，接入网是立交桥的引桥或者盘桥的匝道，用户通过接入网上立交桥，而核心网是立交桥上的主干道，如图所示。这种网络划分方式称为“水平方向”上的划分，在水平方向上，接入网位于用户驻地网和核心网之间，是整个公用网的边缘部分，是公用网中与用户距离最近的一部分，负责使用有线或无线连接，将广大用户一级级汇接到核心网中，常被形象地称作通信网的“最后一公里”。水平方向上接入网在电信网的位置2.1

有线接入网概述有线接入网是一种通过有线方式将计算机、终端设备或家庭网络连接到互联网的技术。根据距离用户的远近，通信网可以划分为公用网和用户驻地网两部分。公用电信网又可以划分为接入网和核心网。公用网离用户相对较远，物权归通信运营商或内容服务商所有，包含所有属于运营商或服务商的、用于完成用户间通信的机线设备。核心网顾名思义就是通信网络的核心，是数据交换、转发、接续和路由的网络部分。用户驻地网靠近用户，通常是指一栋楼房内完成用户通信和控制功能的用户驻地布线系统，物权属用户所有。不同类型的有线接入网使用不同的传输介质，如铜线（如双绞线和同轴电缆）或光纤。2.1

有线接入网概述数字用户线（DigitalSubscriberLine，DSL）的概念于20世纪80年代末期提出，是一种以铜制电话双绞线为传输介质的接入传输技术，可以允许语音信号和数据信号同时在一条电话线上传输。DSL接入网示意图2.2铜线接入技术（DSL）铜线接入技术就是用家里电话线（那根不起眼的“双绞线”）来连接网络的一种方式。想象你家有一条“高速路”，它之前只允许语音电话“汽车”跑，但后来技术人员聪明地在这条高速上划分了车道，让“数据”也能跑起来。这条“老路”不需要翻新，但通过一些“黑科技”（信号编码和调制），就能跑出新用途。与最初的拨号接入相比，采用DSL技术可在开通数据业务的同时不影响语音业务，用户能在打电话的同时上网

2.2.1铜线接入技术（DSL）DSL的工作原理假设你家住在小区，只有一条老旧的小区公路（电话线）。一开始，这条路只能跑邮政车（语音电话），送信很慢也很单调。后来有人给这条路设计了两种车道：慢车道：依然跑邮政车（语音信号）。快车道：新增跑快递车（数据信号，比如上网）。这就是DSL技术的核心，它通过分频技术，让语音和数据可以“和平共处”在同一根线里跑，各不干扰。为什么DSL技术很“香”？省钱：不用换路（不用重新铺线），直接用已有的电话线。效率高：不仅能打电话，还能同时上网，两不耽误。解决“最后一公里”问题：比如你家离网络公司的“大站点”有点远，DSL就相当于修了一条从小区到你家门口的专属“网路”。对称DSL技术主要有高比特率数字用户线（HDSL）、对称数字用户线（SDSL）、多虚拟线（MVL）及因特网数字用户线（IDSL）等几种。两条车道宽度一样，来回跑车都很顺畅非对称DSL技术适用于对双向带宽要求不一致的应用，如Web浏览、多媒体点播及信息发布等，非对称DSL技术主要有ADSL、速率自适应数字用户线（RADSL）及甚高比特率数字用户线（VDSL）。下行车道（下载）特别宽，上行车道（上传）窄一些。2.2.2铜线接入技术（DSL）——分类技术名称传输方式最高上行速率/(Mbit/s)最高下行速率/(Mbit/s)最大传输距离/km传输介质HDSL对称2.322.3251～3对双绞线SDSL对称2.322.3231对双绞线ADSL非对称1851对双绞线RADSL非对称1125.51对双绞线VDSL非对称2.35621对双绞线拨号上网技术（Dial-UpInternetAccess）是最早用于连接互联网的技术之一，它依赖于传统的电话线，通过模拟调制解调器（Modem）将计算机信号转化为电话信号来实现数据传输。

1.拨号上网的工作原理拨号上网的核心是调制解调器，它将计算机的数字信号和电话线使用的模拟信号之间进行转换。用户的调制解调器拨打一个特定的电话号码，与互联网服务提供商（ISP）的服务器进行通信。调制解调器将数字信号调制成模拟信号，通过电话线传输到ISP的设备。ISP的设备再将模拟信号解调成数字信号，发送到互联网。2.3拨号上网技术概述2.拨号上网的主要特点慢速数据传输：拨号上网的最高速度为56Kbps（千比特每秒），实际速度往往更低。只能满足基础的网页浏览、电子邮件等简单操作。占用电话线路：上网期间，电话线被占用，无法同时接打电话。如有人拨打电话，可能导致网络连接中断。点到点的连接：每次上网都需要重新拨号建立连接，无法实现24小时不间断的网络连接。按时计费：用户通常按使用时间收费（如每小时8元），而不是按数据流量收费。3.拨号上网的优势低成本：无需铺设新线路，直接利用现有的电话网络。普及范围广：因为电话网络已经普及到大多数家庭和机构，拨号上网几乎可以覆盖所有地方。4.拨号上网的局限性速度慢、占用电话线、不稳定性、安全性差5.拨号上网的历史地位互联网的启蒙者：拨号上网是许多人接触互联网的起点，虽然速度慢，但让全球开始进入互联网时代。时代的过渡技术：拨号上网逐渐被DSL、光纤和无线技术取代，但它为现代宽带网络的发展铺平了道路。2.3拨号上网技术概述2.3铜线接入技术（DSL）——拨号上网与DSL的对比特性拨号上网DSL技术速度最高56Kbps高达56Mbps（VDSL）是否占用电话线占用，无法同时通话不占用，可以同时通话和上网连接方式每次拨号建立连接永久在线稳定性受电话线路干扰影响较大稳定性更高，传输距离远费用按时计费，费用较低按月计费，费用相对较高

ADSL是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术，其上行速率和下行速率不相等。ADSL下行速率接近8Mbit/s，上行速率接近1Mbit/s，并且在同一对双绞线上可以同时传输传统的模拟语音信号。采用非对称传输模式的主要原因有两个：一是在目前的DSL应用中，大多用户从主干网络大量获取数据，而发送出去的数据却少得多；二是非对称传输可以大大减小近端串扰。ADSL具有较好的速率自适应性和抗干扰能力，可以根据线路状况自动调节到一个合理的速率上。

ADSL的数据传输速率与传输距离的关系是：传输距离越远，衰减越大，数据传输速率越低。但传输距离与衰减并非线性关系。2.4

ADSL接入技术概述ADSL是在现有双绞线上传送高速非对称数字信号的一种新技术，只需在双绞线两侧各装一个ADSL收发机（一种专用的调制解调器，用户端为ATU-R，即用户端猫，局端为ATU-C，也称为DSLAM，即局端猫），即可迅速提供高速数字通道。ADSL接入系统由局端设备和用户端设备组成。用户端设备包括用户ADSLModem即ATU-R用户端收发模块和用户端分离器，局端设备包括在中心机房的ADSLModem，即ATU-C局端收发模块DSL接入多路复用器DSLAM和局端分离器。2.4

ADSL接入技术概述ADSL接入技术主要有以下几个特点。（1）充分利用现有铜线网络及带宽，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可，方便、灵活、时间短、系统投资小。（2）同时提供普通电话业务、数字通路（PC）、高速远程接收（电视和电话频道）。（3）使用高于3kHz的频带传输数字信号。（4）使用高性能的离散多音频调制（DiscreteMulti-ToneModulation，DMT）编码技术。（5）使用频分多路复用（FrequencyDivisionMultiplexing，FDM）和回波抵消混合技术。（6）使用分路器（Splitter）信号分离技术。2.4

ADSL接入技术特点

VDSL是一种数据传输速率更高、速率配置更灵活的铜线传输技术，通过高效信号调制技术，可在一对双绞线上实现视频业务、数据业务和语音业务的全业务传输。

使用VDSL系统，普通模拟电话线不需要改动（上半部分），图像信号由局端的数字终端图像接口经光纤传输给远端。VDSL的传输速率大大高于ADSL和Modem（调制解调器），它可以大大提高互联网的接入速度，并可用来开展视频信息服务。2.5

VDSL接入技术概述VDSL系统结构

VDSL所采用的技术在很大程度上与ADSL类似。不同的是，ADSL必须面对更高的动态范围要求，而VDSL相对简单；VDSL的开销和功耗都比ADSL小；用户方的VDSL单元需要完成物理层介质访问（接入）控制及上行数据复用功能。

VDSL的技术优势主要体现在以下几点。（1）高速传输。VDSL技术是xDSL技术中最快的一种。下行数据的速率理论上可达到56Mbit/s，上行数据的速率为1.5M~2.3Mbit/s。（2）互不干扰。VDSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各自频段，互不干扰。上网的同时可以拨打或接听电话，避免了拨号上网时不能使用电话的烦恼。（3）独享带宽。VDSL利用我国电信运营商深入千家万户的电话网络，先天形成星形结构的网络拓扑构造，骨干网络采用我国电信运营商遍布全国的光纤传输，用户可独享10Mbit/s带宽，信息传递快速、可靠、安全。（4）价格实惠。VDSL业务上网资费构成为基本月租费和信息费之和，不需要再支付上网通信费。2.5

VDSL接入技术概述2000年代初期：

在光纤接入（FTTH）尚未普及之前，中国电信和中国联通等运营商曾大规模使用DSL技术（包括ADSL和VDSL），以满足用户对更高宽带速率的需求。过渡性技术：

随着宽带需求从低速逐步提升到高速，VDSL作为电话线网络的技术升级，用于从ADSL逐步过渡到光纤接入。大约在2005年至2010年间，VDSL被广泛部署，尤其是在一些城市化程度较高、用户集中、电话线质量较好的地区。VDSL的逐步退出：原因：光纤接入普及，自2010年后，中国开始大规模推进光纤到户（FTTH），使得VDSL逐渐被淘汰。虽然VDSL可以利用现有的铜线资源，但对线路质量要求较高，且传输距离有限（通常不超过2公里），因此不如光纤适用范围广。2.5

VDSL接入技术概述——VDSL在中国的应用背景光纤通信是现代通信的一次革命性飞跃。光纤是社会信息化的“神经”。我国光纤通信技术全球领先：全国通信网光纤化率超80%。光纤光缆年产量占全球一半以上。2.6

光网络技术概述2.6

光网络技术基本概念1.光网络的定义光网络是利用光纤传输光信号来进行数据传输的通信网络。它通过将电信号转换成光信号，利用光纤传输到接收端，再转换回电信号。2.光纤是什么光纤是一种细长的透明材料（通常是玻璃或塑料），能够通过反射将光信号在其中传输。它是光网络的主要传输媒介。3.光纤通信与传统通信的区别光纤通信使用光信号，而传统的铜线通信使用电信号。光信号能够以更高的速度传输更远的距离，且不受电磁干扰。4.光信号的传输过程在光纤通信中，电信号首先转换为光信号，通过光纤进行传输。到达接收端后，光信号被转换回电信号，再处理成原始信息。2.6

光网络技术的优势及光纤类型光网络的优势高速传输：光纤提供更高的带宽，支持更快速的数据传输。长距离传输：光纤信号衰减低，支持更远的传输距离。抗干扰能力强：不受电磁干扰，保证信号稳定。安全性高：光信号难以窃听，确保数据安全。低能耗：光纤传输几乎没有能量损耗，更加节能。光纤的类型单模光纤（SMF）特点：核心直径小（8-10微米），传输单一模式信号。优点：长距离、低损耗、适合远程通信。应用：远程通信、互联网骨干网。多模光纤（MMF）特点：核心直径较大（50-100微米），传输多路径信号。优点：成本低、安装方便、适合短距离传输。应用：局域网、数据中心。光纤从最初的理论概念到真正实现光通信前后经历了100多年的时间。1842年，瑞士物理学家让·丹尼尔·科拉顿（Jean-DanielColladon）演示了一个简单的实验，在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮，结果放光的水会从水桶的小孔里流出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲。通过该现象，可以依靠光折射现象来引导光线的理论被指出。1887年，英国科学家查尔斯·弗农·波伊斯（CharlesVernonBoys）在实验室里拉出了第一条光纤。他先将玻璃棒加热，再用弓箭将玻璃棒射出，弓箭带动热玻璃在实验室里拉出了一道长长的玻璃纤维。20世纪60年代初期，华裔物理学家、教育家高琨提出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，由此奠定了现代光纤通信的基础。同时他提出的利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。1970年，美国康宁公司研制出可用于通信的光纤。1976年世界第一条民用的光纤通信线路在美国华盛顿到亚特兰大间开通。“中国光纤之父”——中国工程院院士赵梓森。1977年，赵梓森和研究团队通过近3年的努力，在无比简陋的条件下研制出了中国第一根实用型光纤，随后倡议并支撑建立起“武汉·中国光谷”这个全球最大的光电子产品研产基地。1982年12月31日，我国光纤通信的第一个实用化系统——“八二工程”按期全线开通，并正式进入武汉市市话网，标志着我国进入光纤数字化通信时代。伴随技术不断成熟，现在单根光导纤维的数据传输速率可达几Gbit/s。在光纤基础上，由几层保护结构包覆后形成的光缆，其传递信息的速度可超100TB/s，使人们真正感觉到光纤通信巨大的优越性。2.6

光纤通信发展2.6

光纤通信原理视频讲解2.6光纤通信系统组成主要组成部分：电端机光端机（光发射机、光接收机）光中继器光缆传输线路三大功能模块：光发送（电光转换）光传输（光信号传输）光接收（光电转换）基本过程：数字信号通过激光器发送光信号。光纤传输信号至接收端。接收端完成光信号的检测和还原。2.6光接入网的类型光接入网（OpticalAccessNetwork）是指在接入网中使用光纤进行信号传输的网络结构。根据不同的应用场景和技术实现，光接入网通常分为以下几种类型：1.混合光纤/双绞线铜缆接入网（HFC）原理：将光纤与传统的双绞线铜缆结合使用，充分利用光纤的高带宽和铜缆的普及性。典型应用：适用于住宅区、商业大楼等用户密集的区域。分类：FTTC（光纤到路边）：光纤到达距离用户较近的路边，通过铜缆与用户连接。适用于高密度居民区。FTTB（光纤到大楼）：光纤接入大楼，楼内使用铜线或同轴电缆进行分配。适用于现代化智能大楼。FTTZ（光纤到居民区）：光纤到达居民区的交接箱，再通过铜线连接到用户。适用于分散的居民区。FTTR（光纤到远端模块）：光纤通过远端模块更接近用户，提升传输性能，适用于大规模用户区。2.6光接入网的类型2.混合光纤/同轴电缆接入网（HFC）原理：将光纤铺设到用户小区，通过同轴电缆连接到用户设备。特点：同轴电缆网络可为多个用户提供电视、电话和互联网服务，是有线电视的升级版。优势：容量大，灵活性强，适合于用户密集的区域。适用场景：广泛应用于有线电视系统的升级，支持广播电视、互联网和电话服务。3.纯光纤接入网（FTTH/FTTO）原理：光纤直接连接到用户家中或办公室，不涉及其他传输媒介。典型应用：适合对带宽需求极高的家庭或企业用户，提供全光网络服务。分类：FTTH（光纤到户）：光纤直接接入家庭用户，确保高速、稳定的互联网和电视服务，适用于需要高带宽的家庭用户。FTTO（光纤到办公室）：光纤直接接入办公楼，适用于商业和企业环境，支持大带宽的数据传输和视频会议等业务。2.6光纤发展现状——国际高速化和大容量传输全球光纤通信技术已经非常成熟，最新的光纤通信系统能够支持每秒几百Gbps到Tbps的超高速传输。新一代通信技术（如6G）正在布局，对光纤传输提出更高要求，推动大容量光纤网络的发展。全光网络普及全球主要国家都在推动全光网络建设，将光纤全面应用于骨干网、接入网和城域网。例如，美国和欧洲广泛部署光纤到户（FTTH），光纤用户渗透率快速提升。技术创新加速新型光纤（如空芯光纤、少模光纤）在实验室取得重大突破，有望进一步提升传输速度和距离。光通信系统逐渐采用人工智能、大数据技术实现网络智能化管理。全球竞争加剧光纤通信已成为各国科技竞争的重要领域，美国、日本、欧洲在高端光纤技术和设备制造方面具有领先优势。中国和印度等新兴经济体正在快速追赶，尤其在部署规模和覆盖率上表现突出。2.6光纤发展现状——国内光纤网络全球领先中国的光纤网络覆盖率和用户数居世界第一。到目前为止，中国“光纤到户”用户数超过5亿，城乡区域基本实现了光纤覆盖。中国在5G和即将到来的6G网络建设中依然使用光纤作为重要传输介质。高标准技术推广中国自主研发的光纤技术（如G.654.E光纤）已经达到世界领先水平，可支持远距离、大容量传输。国内光纤企业（如长飞光纤、中天科技）掌握了从材料到生产的全链条技术，形成完整的产业链优势。农村和边远地区覆盖提升“宽带中国”战略和数字乡村建设推动了光纤向农村、边远地区的普及，助力城乡数字化均衡发展。国际市场竞争力增强中国光纤设备和材料出口规模不断扩大，产品已覆盖全球大多数国家。华为、中兴等企业推出的光通信设备在国际市场占据重要地位，挑战传统光纤巨头的主导地位。2.6光纤发展趋势传输能力越来越强传输的光波范围越来越广，从过去只能用短波长光（比如850纳米）到现在能用更长的波长（比如1550纳米甚至更远），让信号传得更远、更清楚。新一代光纤（比如低衰减和低色散的光纤）可以减少信号在长距离中的衰减和失真，传输效果更好。传输速度越来越快利用技术手段，比如把不同颜色的光混合（波分复用）或分时发送数据（分时复用），可以让一根光纤同时传输更多信息。新型光纤可以支持更高的传输速率，比如从10Gbit/s提升到100Gbit/s甚至更高。网络越来越智能化光纤网络正向“全光”方向发展，也就是全程使用光纤来传输数据，不再需要中间转换成电信号，速度更快，效率更高。光纤逐渐走进家庭和办公室，比如“光纤到户”（FTTH），让每个人都能享受高速的网络连接。新型光纤的诞生科学家设计了更厉害的光纤，比如能解决传输中各种问题的“色散移位光纤”和专门应对复杂网络的“G.655光纤”。光缆也越来越“多功能”，比如一次可以容纳几千根光纤的高密度光缆，让大规模工程施工变得更方便。应用范围更广从过去的简单电话和短信通信，到现在支持上网、视频通话、在线学习等更多功能，光纤正在改变我们的日常生活。以前只有骨干网络才用光纤，现在逐渐推广到家庭和学校，让每个人都能用上超快的网络。未来会怎么样？光纤的传输能力还会继续提升，有可能达到让全球互联互通更加顺畅的程度。光纤网络会越来越聪明，可以自动调整，快速响应各种需求。拓展知识——有线接入网的发展趋势1.视频业务高清/超高清化高清/超高清需求增长：随着屏幕增大和分辨率提升，标清视频已无法满足需求，4K/8K视频成为主流。政策推动：2022年我国超高清视频产业规模将突破4万亿元，推进4K/8K视频的普及。视频监控发展：H.264/H.265技术革新，使得高清和超高清视频传输成为可能，4K摄像头已实现1200万像素。2.业务承载IP化和宽带化带宽需求增加：4K/8K视频大幅增加数据传输量，传统有线网络难以承载，IP通道成为关键。传输带宽要求：4K点播：18M～45Mbit/s8K点播：105M～135Mbit/sVR应用：最低带宽需求可达418Mbit/s至4.93Gbit/s。发展趋势：超高清视频、VR等业务需要更高带宽和IP化支持。3.数据流量模型的多样化视频流量主导：视频流量占互联网流量的82%，短视频、直播业务快速发展。用户行为变化：用户从视频消费者转变为生产者，短视频和直播用户急剧增长。带宽需求多样化：上行、下行带宽需求灵活多变，推动接入网发展。03PARTTHREE无线接入网情景导入1、在日常生活中，Wi-Fi如何改变了我们的上网体验？你认为未来无线网络技术还能带来哪些新的可能性？2、有线网络和无线网络各自的优缺点是什么？在物联网时代，为什么无线接入网逐渐成为主流？高速移动的高铁WIFI思考万米高空的飞机WIFI无处不在的WIFI网络3.1无线接入网概述无线接入网是指部分或全部采用无线电波这一传输媒介连接用户与交换中心的一种接入技术，如采用微波、红外线、激光等无线传输媒介替代有线网络中的电缆/光缆等。物联网的无线接入技术很多，主要分为两类：低速、短距离无线通信ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等；低功耗广域网（Low-PowerWide-AreaNetwork，LPWAN），即广域网通信技术。LPWAN又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、NB-IoT等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4/5G蜂窝移动通信技术。蓝牙（Bluetooth）是一种短距离（一般10m内）的无线通信技术。利用蓝牙技术能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换，以取代原来所需的有线电缆。各种各样的蓝牙连接设备3.2

蓝牙技术——无线通信领域的主流选择蓝牙是一个标准的无线通信协议，基于设备低成本的收发器芯片，传输距离近、功耗低。设计者的初衷是用隐形的连接线代替线缆。其目标和宗旨是保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式。它通过统一的短程无线链路，在各信息设备之间可以穿过墙壁或公文包，实现方便快捷、灵活安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。3.2

蓝牙技术由来技术研发的开始：1994年，爱立信的工程师开始着手研究无线通信技术，特别是为了替代当时的红外线（IR）技术，寻找一种更高效、能耗更低、能够在短距离内进行设备间连接的无线通信方式。蓝牙联盟的成立：为了推广这一技术，1998年，爱立信、IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司联合成立了一个名为蓝牙特别兴趣小组（BluetoothSpecialInterestGroup，简称SIG）的组织，目的是促进蓝牙技术的标准化与应用。这一小组的成立奠定了蓝牙技术能够快速走向商业化的基础。技术的商业化：蓝牙技术的首次商业应用出现在2000年代初期，最初主要应用于无线耳机、键盘和鼠标等消费电子产品中。随着技术的不断成熟，蓝牙逐渐应用到更多的领域，比如智能家居、汽车、医疗设备等。版本演进：蓝牙技术从最初的1.0版本（1999年发布）到如今的5.2版本，经历了多个版本的更新。每次更新都对速度、范围、功耗等方面进行了优化，特别是蓝牙低功耗技术（BluetoothLowEnergy，简称BLE）的出现，使得蓝牙在物联网领域得到了广泛应用。创意来源：蓝牙技术的开发灵感来自于北欧历史上的一位国王——哈拉尔·蓝牙（KingHaraldBluetooth）。这位国王在10世纪统一了丹麦和挪威两国，并且帮助两国建立了强大的沟通联系。因为蓝牙技术的目标是实现设备之间的无线连接，像哈拉尔·蓝牙一样打破不同设备之间的隔阂，促使不同设备之间能够“相互沟通”，因此采用了他的名字。3.2

蓝牙技术简介工作原理：在2.4GHz频段，采用频分跳频扩频（FHSS）技术，避免干扰。通信距离：一般10米以内，蓝牙低功耗（BLE）可达100米。连接方式：支持点对点（P2P）和点对多点（P2MP）连接。数据传输速率：蓝牙4.0及以下：1Mbps；蓝牙5.x：最高2Mbps。功耗管理：蓝牙低功耗技术（BLE）适用于长期运行设备。安全性：配对时使用PIN码或认证机制，支持加密通信。应用领域：广泛应用于无线耳机、智能家居、物联网设备等。3.2蓝牙无线频段频段范围蓝牙工作在2.4GHz频段，这是一个全球通用的无线电频段，广泛应用于无线通信设备中。共享频段2.4GHz频段不仅仅是蓝牙在使用，像Wi-Fi、微波炉、无线键盘等设备也在使用这个频段。这意味着蓝牙有时会遇到干扰。跳频技术蓝牙通过“频分跳频扩频（FHSS）”技术工作，即在多个频率之间快速切换，避免与其他设备的干扰，提高通信稳定性。蓝牙5.0优化蓝牙5.0及以上版本通过更高效的频谱利用和增强的传输能力，减少了干扰，增强了信号稳定性和传输速率。3.2蓝牙频段工作方式2.4GHz频段和ISM频段

蓝牙工作在2400MHz到2483.5MHz的频段，这个范围属于工业、科学和医疗（ISM）频段。ISM频段是一个无需许可的无线电频段，允许全球范围内的设备使用，因此适合蓝牙这种广泛应用的短距离无线技术。跳频技术

蓝牙使用跳频扩频技术（FHSS），即将数据分割成多个小的数据包，并在多个频道之间快速跳跃传输。这种技术可以有效避免设备间的干扰。蓝牙频道

蓝牙协议将2.4GHz频段分成79个1MHz宽的频道，每个频道用于传输一个数据包。蓝牙4.0及以前的版本，每个频道间距为2MHz，这样可以容纳40个频道，而后续的蓝牙版本（如蓝牙5.0）则进行了优化，改善了信号的稳定性和传输速率。频道安排

频道的起始频率是2402MHz，每个频道之间相隔1MHz，直到2480MHz。这种频率分配确保了蓝牙设备可以在有限的频段内实现频繁的跳频传输，避免干扰并保证数据的可靠性。3.2

蓝牙技术主要特点短距离通信：典型通信范围10米以内，适合近距离设备间通信。低功耗：蓝牙低功耗模式（BLE），适合长时间运行的设备。低成本：实施成本低，广泛应用于消费电子和物联网设备。高兼容性：不同品牌设备之间互操作性好，支持配对连接。多设备连接：支持点对点、点对多点、广播模式，多设备同时连接。稳定性强：使用跳频技术（FHSS），减少干扰，确保稳定通信。安全性：通过加密和认证保证数据传输安全。标准化：国际标准，确保全球通用。3.2

蓝牙技术主要应用无线耳机与音响：蓝牙广泛应用于无线耳机和音响系统，提供便捷的音频传输，不受线缆限制，支持高质量的音乐播放。智能家居：通过蓝牙，用户可以轻松控制家中的智能设备，如智能灯泡、门锁、温控器等，实现智能家居自动化。健康监测设备：蓝牙连接智能手环、心率监测器等设备，实时监测用户健康数据，帮助管理健康状况。物联网（IoT）设备：蓝牙低功耗（BLE）技术应用于智能电表、环境监测仪器等物联网设备，帮助实现远程监控和数据采集。无线输入设备：蓝牙用于无线键盘、鼠标、打印机等外设设备，提供无线连接，减少桌面杂乱。汽车与导航系统：蓝牙技术用于车载免提电话、导航系统、音响系统等，提升驾驶体验和安全性。定位与追踪：蓝牙定位系统（如蓝牙标签）在商场、仓库等场所实现精准物品追踪，帮助定位和管理。ZigBee译为“紫蜂”，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。ZigBee技术研究组织是ZigBee联盟（ZigBeeAlliance），协议是IEEE802.15.4标准的WPAN协议。3.3ZigBee技术ZigBee名称的由来

源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式；蜜蜂通过跳Zig-Zag形状的舞蹈来分享新发现的食物源位置、距离和方向等资讯。3.3Zigbee技术的起源Zigbee技术起源于2002年，由Zigbee联盟（现称ConnectivityStandardsAlliance，CSA）推出，旨在为低功耗、低数据传输速率、短距离通信的设备提供无线标准。其设计灵感来源于对家庭自动化、智能家居以及物联网设备的需求。初衷与目标Zigbee的核心目标是提供一种低功耗、低成本且可靠的无线通信解决方案，适用于简单的传感器、控制器等设备。与其他无线技术（如Wi-Fi和蓝牙）相比，Zigbee的重点在于低功耗和大规模设备连接能力。基于IEEE802.15.4标准Zigbee是基于IEEE802.15.4标准开发的，这一标准规定了无线个人区域网（WPAN）的物理层和链路层。Zigbee在此基础上增加了网络层和应用层，以满足传感器网络和自动化控制的需要。发展与应用自推出以来，Zigbee已经逐渐被应用于智能家居、楼宇自动化、工业控制、医疗监测等多个领域，成为低功耗无线通信的代表技术之一。2001年

8月ZigBee联盟成立2004年12月1.0标准敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0标准并提供下载2006年12月进行标准修订，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修订(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小组起IEEE802.15.4标准3.3

ZigBee形成与发展20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率。最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模块的初始成本；协议简单，免专利费。基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms。传输速率低速度快、时延短网络容量大安全、可靠低功耗、低成本特点3.3

ZigBee技术特点物理层数据链路层网路层应用层IEEE802.15.4ZigBee联盟3.3

ZigBee协议栈ZigBee协议栈的体系结构适用条件BECDA设备成本很低，传输的数据量很小设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块没有充足的电源支持，只能使用一次性电池没有条件频繁地更换电池或者反复地充电用于监测或控制且通信覆盖较大范围的网络3.3

ZigBee技术适用条件3.3

ZigBee技术与蓝牙、WIFI技术对比——相同点无线通信Zigbee、Wi-Fi和蓝牙都属于无线通信技术，广泛应用于设备间的数据传输和网络连接。基于IEEE标准三者都遵循IEEE标准：Wi-Fi基于IEEE802.11、蓝牙基于IEEE802.15.1，而Zigbee基于IEEE802.15.4。支持多设备连接Zigbee、Wi-Fi和蓝牙都支持多设备连接，允许多个设备在同一个网络中互相通信。3.3

ZigBee技术与蓝牙、WIFI技术对比——不同点通信范围Zigbee：通常在10-100米范围内，适合短距离、低功耗设备。Wi-Fi：较长的通信范围，通常为50-100米，适用于互联网接入和大范围的设备连接。蓝牙：典型通信范围为10米以内，蓝牙低功耗（BLE）可以达到更远的范围。功耗Zigbee：低功耗设计，非常适合电池供电的设备，可持续工作多年。Wi-Fi：功耗较高，通常用于需要高带宽的应用，适合有电源支持的设备。蓝牙：蓝牙低功耗（BLE）相对较低功耗，适用于短时间使用的设备。数据传输速率Zigbee：数据传输速率较低（最高250kbps），适用于简单的传感器和控制数据传输。Wi-Fi：数据传输速率较高（最高可达几百Mbps），适合高清视频流和大文件传输。蓝牙：数据传输速率介于二者之间（蓝牙5.0最高2Mbps），适用于音频传输和较小的数据交换。应用场景Zigbee：主要应用于物联网、智能家居、楼宇自动化、传感器网络等领域，强调低功耗和设备数量多的网络。Wi-Fi：用于互联网连接、数据密集型应用（如视频流和网页浏览）以及家庭、办公环境。蓝牙：广泛应用于无线耳机、音响、智能设备和个人区域网（PAN）设备，注重便捷连接和低功耗。网络结构Zigbee：支持星型、树型、网状等多种拓扑结构，特别适合大规模、低功耗设备的网络。Wi-Fi：通常为星型结构，路由器作为中央节点，连接终端设备。蓝牙：支持点对点、点对多点和广播模式，适用于个人设备之间的简单连接。数字家庭工业领域精准农业医学领域智能交通3.3

ZigBee技术应用领域3.3

ZigBee技术的发展趋势Zigbee虽然面临一些竞争（特别是与Wi-Fi、蓝牙以及最新的低功耗广域网（LPWAN）技术），但它在许多领域都发挥着重要作用，尤其在物联网（IoT）和智能家居领域。1.物联网与智能家居Zigbee的低功耗、高效率和大规模设备连接的能力使它在物联网中仍然广泛使用。例如，智能灯泡、传感器、门锁、环境监测设备等常常采用Zigbee作为无线通信技术。2.低功耗广域网（LPWAN）的竞争随着技术的发展，LPWAN技术（如LoRa和NB-IoT）在一些应用场景中变得流行，这些技术具有更广的覆盖范围，适用于大规模传感器网络和远程设备连接。尽管LPWAN在远距离传输上占有优势，但Zigbee仍然在需要高频次数据传输和低延迟的场景中表现良好。此外，它的低功耗特性非常适合物联网中对能效要求较高的应用。3.与蓝牙和Wi-Fi的竞争蓝牙和Wi-Fi在传输速率和范围方面较强，但Zigbee的优势在于低功耗、大规模设备连接的能力，特别适合智能家居和传感器网络等需要大量设备之间持续通信的场景。4.Zigbee联盟的支持Zigbee联盟（现为ConnectivityStandardsAlliance，CSA）依然在积极推动Zigbee技术的发展，并与其他无线协议进行整合。例如，Zigbee已经与Thread（另一种低功耗无线协议）合作，联合推出了Matter协议，旨在统一智能家居设备的标准，提高互操作性和兼容性。3.4

NB-IoT技术窄带物联网（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。3.4

NB-IoT技术起源NB-IoT技术的起源在2012年左右，当物联网设备的需求日益增加，传统的无线通信技术（如Wi-Fi和蓝牙）无法满足低功耗、大规模连接和长距离覆盖的要求。随着4GLTE技术的广泛部署，运营商和设备制造商开始探索如何在现有的LTE网络上实现适应物联网应用的新技术。2012年，华为和诺基亚等公司提出了基于LTE的低功耗广域网（LPWAN）技术构想，为NB-IoT的形成奠定了基础。2016年，全球通信标准制定机构3GPP（第三代合作伙伴计划）将NB-IoT正式纳入LTE标准的扩展之一，并发布了相关技术规范。3GPP的这一决定使得NB-IoT得到了国际通信行业的广泛支持，全球各大通信运营商开始计划部署基于NB-IoT的网络服务。NB-IoT的出现，使得物联网设备能够在不依赖Wi-Fi的情况下，进行大范围、低功耗、低成本的连接。该技术迅速得到了各大运营商和企业的采纳，并应用于智能家居、智能交通、环境监测、智能农业等多个领域。3.4

NB-IoT技术原理NB-IoT（窄带物联网）技术的核心原理是通过改进现有的LTE网络，提供低功耗、大范围、高连接密度的物联网解决方案。其主要技术实现原理包括：窄带传输：使用180kHz带宽进行数据传输，节省频谱资源，适合低速、低功耗设备。深度覆盖：通过增强的信号传播和调制方式，提供比传统LTE更强的信号穿透力，确保地下和偏远地区的稳定连接。低功耗：设备支持深度睡眠模式，长时间待机，延长电池续航，通常可工作多年。基于LTE的网络架构：利用现有的LTE基础设施，优化空中接口支持大规模物联网设备连接，无需新建独立网络。大规模设备连接：每个基站支持数百万设备连接，适合海量物联网设备的部署。覆盖范围广终端节点功耗低海量连接运营维护成本低3.4

BN-IoT技术特点NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。3.4

NB-IoT网络体系架构智能秒表智能停车

共享单车3.4

NB-IoT应用智能畜牧业智能抄表：远程自动化读取水、电、气等表计数据。智能停车：实时监测停车位状态，提高停车效率。环境监测：监测空气质量、温湿度等环境数据。智能农业：用于土壤湿度、温度等农田数据监测。资产追踪：物流和货物的实时定位与监控。智能城市：包括路灯控制、垃圾管理等智慧城市应用。智能家居：控制智能家居设备，如智能灯泡、门锁等。

LoRa（LongRangeRadio，远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）通信技术中的一种，是美国Semtech公司创建的低功耗局域网无线标准。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。3.5

LoRa技术技术起源（2009年）法国公司Cycleo

开发了一种基于线性调频扩频（ChirpSpreadSpectrum,CSS）

的无线通信技术。这种技术最初的设计目标是解决远距离、低功耗的无线通信需求，同时兼具抗干扰能力和频谱效率。Semtech收购（2012年）美国的半导体公司Semtech

以500万美元的价格收购了Cycleo公司，获得了其核心的LoRa技术及相关专利。从此，LoRa技术被正式命名并推广到全球。LoRa联盟成立（2015年）为了推动LoRa技术的标准化和全球化应用，Semtech联合一些行业领先企业成立了LoRaAlliance（LoRa联盟）。该联盟致力于推动LoRaWAN协议的发展和广泛应用，确保设备和网络的互操作性。LoRaWAN是基于LoRa物理层之上的网络协议，为LoRa技术的实际应用提供了标准化支持。全球推广与普及在Semtech的推广下，LoRa技术迅速被应用于物联网的多个领域。由于其采用免许可的ISM频段，并且支持低功耗、远距离通信，它成为了智能抄表、环境监测、智能农业等领域的热门技术。中国、日本、欧洲和美国等地的物联网产业逐渐采用LoRa技术来部署低成本、广覆盖的物联网网络。技术的持续演进Semtech不断优化LoRa芯片，推出了更高性能的解决方案，如LoRaEdge（用于资产追踪的高效解决方案）。LoRa技术生态也在不断扩大，吸引了众多设备制造商、网络服务提供商和解决方案开发商加入。3.5

LoRa技术的起源超长传输距离：城镇可达2-5Km，郊区可达15Km。工作频率：ISM频段包括433、868、915MHz等。标准：IEEE802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，SEMTECH公司私有专利技术。连接数：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。极低功耗，电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。低传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长。3.5LoRa技术特征3.5

LoRaWAN网络架构星型拓扑：LoRa网络通常由终端设备（节点）、网关和网络服务器组成。终端设备通过网关与服务器通信。多网关覆盖：多个网关可覆盖重叠区域，提升网络可靠性和冗余度。3.5LoRa技术应用领域智慧城市智能农业智能抄表环境监测物流追踪智慧家庭智能路灯：远程控制与节能管理。垃圾管理：监测垃圾桶容量，优化收集路线。停车管理：实时车位监控，提高停车效率。环境监测：实时采集土壤湿度、气温等数据。远程灌溉：自动化灌溉系统优化水资源使用。牲畜管理：定位与健康状态监控。空气质量：PM2.5和有害气体监控。水质监测：实时采集水体数据，确保安全。冷链运输：监控运输环境，保障食品和药品质量。资产定位：货物追踪与管理。安防系统：烟雾报警、门窗状态监测。家电控制：远程控制和能耗优化。远程水表、电表和燃气表，自动化抄表与异常报警。1.优势超远传输距离和强抗干扰能力。低功耗设计，支持设备长时间运行。使用免许可频段，部署成本低。网络架构灵活，可支持多样化应用。2.局限性低数据速率，不适合实时性或大流量的传输需求。使用免许可频段，可能存在干扰问题。传输距离受环境影响较大（如建筑物阻挡）。3.5LoRa技术的优势与局限“UWB”（ultrawideband）是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。3.6

UWB超宽带技术3.6

UWB技术的定义与特点定义：UWB是一种使用超宽频谱（≥500MHz带宽）传输数据的无线通信技术，典型频率范围为3.1GHz~10.6GHz。它通过发送极短的脉冲（纳秒级）来传输数据。技术特点：高精度定位：定位精度可达到厘米级，误差通常在10厘米以内。高速传输：可支持高达数百Mbps的数据传输速率。低功耗：能耗低，适合电池供电的设备。抗干扰能力强：通过短脉冲技术在低功率下工作，不易受其他无线信号干扰。传输距离有限：一般在10米至50米范围内。3.6

UWB技术的起源与发展起源：

UWB最早起源于美国军方的雷达和通信应用，用于高分辨率目标检测。民用化：

2002年，美国联邦通信委员会（FCC）批准了UWB技术在3.1GHz至10.6GHz频段的民用通信使用，为UWB商用化铺平道路。标准化：IEEE802.15.4标准中加入UWB作为无线个人局域网（WPAN）的技术规范。近年来，UWB由FiRa联盟和UWB联盟推动，广泛应用于消费电子、工业自动化和精准定位领域。3.6

UWB技术的技术原理超宽带信号：

UWB采用超宽带脉冲信号，每个脉冲宽度极短（纳秒级），频谱范围极广，但发射功率极低（低于-41.3dBm/MHz）。时间差测量（ToF和TDoA）：

UWB通过精确测量信号的到达时间（TimeofFlight,ToF）或多基站的到达时间差（TimeDifferenceofArrival,TDoA），实现高精度的距离和位置计算。主要应用领域：精准定位与导航、门禁与支付、消费电子、汽车行业、医疗健康3.6

UWB技术的应用场景举例1.消费电子苹果公司：（1）从iPhone11起，苹果在设备中引入了UWB芯片（U1），支持AirTag精确定位。（2）AirDrop功能中也利用UWB技术感知设备方向和距离，优化用户体验。三星公司：旗下GalaxyNote20、GalaxySmartTag+等设备内置UWB芯片，用于精确定位与设备控制。2.智能家居小米：在其智能家居生态中引入UWB技术，用于设备精准控制。例如，用户拿着智能手机靠近家电，家电可感知方向并快速响应。华为：推出基于UWB的智能门锁，支持厘米级精确解锁感应。3.汽车行业宝马：宝马在部分车型中引入基于UWB的无钥匙进入系统，提高车辆防盗能力。奥迪和现代：UWB用于车内物品定位、车钥匙感应解锁等功能。4.工业与医疗物流与仓储：美国和欧洲的物流公司利用UWB技术在大型仓库中定位货物与叉车，提高效率。医院与医疗设备追踪：医院中通过UWB定位追踪病患和重要设备，如监护仪、轮椅等，优化资源管理。5.无感支付与门禁FiRa联盟成员（如NXP和索尼）：推动UWB技术在支付和门禁中的应用。例如，在机场使用UWB快速完成登机身份验证。3.6

UWB技术的优势与挑战优势：定位精度高，适合复杂环境。抗干扰能力强，与其他无线技术共存性好。高速传输数据，支持多样化应用场景。挑战：传输距离有限，覆盖范围小。成本相对较高，硬件设计复杂。市场普及度和生态系统尚未完全成熟。3.7

60GHz通信技术60GHz通信技术是一种基于毫米波（mmWave）频段的无线通信技术，属于30GHz~300GHz

频率范围内的毫米波频段。60GHz频段以其极高的数据传输速率、低延迟、高频谱利用率等特点，适用于短距离、高速无线通信场景。发展历程60GHz频段最初用于军事雷达和卫星通信。随着无线通信需求的增加，60GHz技术逐渐被引入消费电子、短距离高速传输等领域。技术标准IEEE802.11ad（WiGig）：2012年推出的无线局域网标准，支持高达7Gbps的传输速率，工作于60GHz频段。IEEE802.11ay：2019年发布的增强版WiGig标准，支持高达20~40Gbps速率，并改善了信号范围和多设备支持能力。5G毫米波通信：5G网络部分采用60GHz频段，用于高密度地区的超高速通信。3.7

60GHz通信技术特点高频宽：60GHz频段提供高达7GHz的可用频宽（例如：57GHz~64GHz）。频宽比传统2.4GHz和5GHzWi-Fi高出数十倍，从而支持极高的数据吞吐量。高速率传输：可实现数Gbps

的数据传输速率，部分标准（如WiGig）支持高达7Gbps

或更高速率，满足高带宽应用需求。短距离通信：由于毫米波频率较高，信号衰减较大，通信距离一般限制在1~10米范围内，适用于短距离设备间的高速数据交换。低延迟：延迟低于1毫秒，适合实时交互需求场景，如增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和云游戏。强定向性：信号传播具有较强的方向性，使用波束成形技术（Beamforming），可以实现高效的点对点通信。弱穿透性：信号对墙壁、物体的穿透能力较弱，适合开阔或同一空间内的设备连接，减少干扰的同时提高安全性。3.7

60GHz通信技术原理60GHz通信技术的核心原理基于毫米波通信和高频调制。高频调制：常用调制方式包括正交振幅调制（QAM）

和正交频分复用（OFDM），以提高数据传输效率。波束成形技术（Beamforming）：通过智能天线阵列形成定向波束，集中传输能量到接收设备，提高信号强度和传输效率。信道复用与多用户支持：通过时分复用（TDM）

或频分复用（FDM）

支持多设备的同时通信，增强系统容量。3.7

60GHz通信技术应用领域家庭与企业高速通信WiGig路由器：提供千兆级无线网络速度，支持高清视频流媒体、云游戏等应用。无线显示器：通过60GHz实现高分辨率视频的无线传输，例如无线连接4K显示器。消费电子与虚拟现实AR/VR设备：支持高带宽和低延迟的无线传输，实现沉浸式体验。无线数据传输：手机、电脑等设备间的高速文件传输。5G网络与通信基础设施60GHz频段被用于5G小型基站的回传链路，支持高密度用户区域的网络覆盖。工业与医疗应用工业自动化：用于机器人、传感器之间的低延迟通信。医疗成像与设备通信：支持无线高清医疗影像传输。公共场所应用场馆无线网络：如体育馆、会议中心等高密度区域的高速网络接入。3.7

60GHz通信技术优势与挑战优势极高的通信速率，支持大容量数据传输。抗干扰能力强，适合高密度网络环境。延迟低，适合实时性要求高的场景。挑战传播范围有限：通信距离较短，信号受障碍物影响大。硬件成本较高：毫米波天线和设备的制造成本较传统技术更高。部署复杂：需要精确的天线对准和网络优化设计。无线局域网WLAN是利用无线技术实现快速接入以太网的技术。IEEE802.11制定了无线局域网技术标准。WiFi（WirelessFidelity）是IEEE802.11系列标准的应用，是一个名为“无线以太网相容联盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA，又称“WiFi联盟”）的组织所发布的业界术语。WiFi联盟（WiFiAlliance）旨在全球范围内推行WiFi产品的兼容认证。由于WiFi产品的广泛应用，人们往往把WiFi与WLAN及IEEE802.11标准相混淆，将它们不加区分地等同起来。3.8

WLAN技术概述IEEE802.11是无线网络的协议标准。共同的协议标准是确保不同厂商生产设备实现互通与兼容的基础，到目前为止，IEEE正式发布的无线网络协议标准共有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n五个标准，五个标准的相关技术比较见表8-4。

标准提出工作频段最大速率覆盖范围IEEE802.111997年2.4GHz2Mbps100米IEEE802.11b1999年2.4GHz11Mbps80至100米IEEE802.11a1999年5GHz54Mbps30米IEEE802.11g2003年2.4GHz108Mbps室内150米，室外500米IEEE802.11n2004年2.4GHz和5GHz600Mbps几公里表8-4IEEE802.11系列标准比较3.8

WLAN技术标准WLAN网络由无线接入点（AccessPoint，AP）、无线工作站（STA）和空中端口组成。AP是WLAN的核心设备，是一种配备有WLAN适配器的网络设备STA是WLAN的用户设备，是一种配备有WLAN适配器的终端设备空中端口是WLAN设备的信道，可以支持单个点对点连接。WLAN网络组成3.8

WLAN基本组成常见WLAN网络结构中，一般有一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。WLAN网络拓扑3.8

WLAN网络拓扑WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）是一种基于IEEE802.16标准的无线宽带通信技术，旨在为固定和移动用户提供高速的无线接入服务。它被称为“无线城域网技术”，因其广覆盖和高传输速率的特点，曾被视为无线宽带接入的重要技术之一。3.9

WiMAX技术概述3.9

WiMAX技术特点频段灵活：支持2.3GHz、2.5GHz、3.5GHz

等多种频段，适应不同国家和地区的频谱分配。宽覆盖：单个基站覆盖范围可达30公里（固定通信）或5公里（移动通信），适合城域网和农村宽带覆盖。高速传输：数据速率最高可达1Gbps（固定用户）或100Mbps（移动用户）。多用户接入：使用正交频分复用（OFDM）

和正交频分多址（OFDMA）

技术，可同时为多个用户提供高效接入。支持移动性：支持快速切换（handover）和高达120km/h

的移动速度，适合移动宽带接入。QoS支持：提供强大的质量服务（QoS）支持，能够满足视频流、语音和数据的不同需求。3.9

WiMAX技术特点无线宽带接入提供最后一公里（LastMile）宽带接入，适用于城市、郊区和农村宽带覆盖。企业专网为企业用户提供高带宽和安全的无线接入，替代传统光纤和DSL连接。城市网络部署在智能城市中，用于公共Wi-Fi热点覆盖和物联网基础设施连接。远程监控与通信应用于安防监控、智慧农业和远程医疗中，支持大范围的高速无线数据传输。3.9

WiMAX在中国的发展现状初步引入阶段（2005年前后）WiMAX技术最早在全球范围内引起关注时，中国也积极跟进，主要以试验和研究为主。中国通信设备厂商（如华为、中兴）参与相关技术标准的制定和设备研发。试验推广阶段（2006~2010年）多个运营商（如中国移动、中国电信）开展了WiMAX网络试验，重点验证其在宽带接入和城域网覆盖中的应用。典型试验城市包括北京、上海和深圳，主要用于固定无线接入、农村宽带覆盖等场景。逐渐边缘化（2011~至今）随着LTE技术的兴起，WiMAX在技术、频谱和生态系统方面逐渐处于劣势：LTE在中国拥有更广泛的频谱支持（例如TD-LTE）。LTE更强的移动性和更大的产业支持吸引了运营商和设备厂商的注意力。WiMAX在中国市场应用逐渐减少，主要局限于特定行业，如工业专网和偏远地区宽带覆盖。当前现状小众应用：目前，WiMAX在中国主要用于一些行业专网，如能源、交通、远程监控等场景。退出主流市场：由于5G的快速发展，WiMAX已不再被视为主流技术。总结：无线接入技术对比技术名称频段数据速率覆盖范围功耗延迟典型应用蓝牙2.4GHz（ISM频段）1~3Mbps（BLE低至125kbps）10~100米低中等消费电子（耳机、智能穿戴）、物联网设备连接Zigbee2.4GHz、868MHz、915MHz20~250kbps10~100米很低中等智能家居（灯控、传感器）、工业自动化NB-IoTLTE频段（700~2100MHz）20~250kbps数公里（基站支持）极低较高（~10秒）智能抄表、智慧农业、环境监测LoRa433MHz、868MHz、915MHz0.3~50kbps数公里（城郊达10km）极低较高（~1秒）智慧城市、远程监控、农田物联网UWB3.1~10.6GHz110Mbps~480Mbps10~50米低极低（<1毫秒）精确定位（厘米级）、消费电子（AirTag、智能门锁）60GHz57~64GHz（毫米波）高达7Gbps1~10米中等极低（<1毫秒）高速无线传输（4K视频、VR/AR）、WiGig路由WLAN2.4GHz、5GHz、6GHz54Mbps~9.6Gbps（Wi-Fi6E）10~100米中等中等（510ms）局域网通信、家庭宽带、办公网络WiMAX2.3GHz、3.5GHz40Mbps~1Gbps数公里高低（~10ms）城市无线宽带覆盖、固定无线接入3.10

拓展知识——可见光通信可见光通信（VisibleLightCommunication,VLC）是一种利用可见光波段（约380nm至750nm）的光波进行数据传输的无线通信技术。它通过LED灯的高速闪烁来实现信息的传递，这种闪烁速度极快，肉眼无法察觉，因此不会影响正常照明。可见光通信兼具照明和通信双重功能，被视为未来无线通信领域的重要补充。可见光通信的特点高带宽：可见光频谱比无线电波宽约10000倍，具有巨大的数据传输潜力。安全性高：光波无法穿透墙壁，通信范围可控，适用于需要高保密性的场景。无电磁干扰：不受无线电频段的限制，非常适合对电磁环境要求高的场所，如医院和飞机。环境友好：利用现有LED照明设备进行通信，无需额外的频谱资源。可见光通信的应用室内通信：在智能家居中实现设备间的高速数据传输。交通领域：用于车灯与路灯之间的通信，支持车联网（V2X）应用。医疗领域：在手术室等对电磁干扰敏感的环境中提供数据传输服务。公共场所：机场、博物馆等通过灯光提供位置服务（LiFi）。3.10

拓展知识——可见光通信可见光通信（VLC）已经部分实现，但尚未大规模普及。当前进展实验室研究：许多研究机构和大学已经证明了VLC技术的可行性，通信速率在实验环境中可以达到Gbps级别。商业化探索：一些公司已推出基于可见光通信的产品。例如，LiFi（LightFidelity）是一种具体的VLC实现形式，已在一些企业和行业内进行试点应用。特定场景应用：在飞机客舱、医院、博物馆等对电磁干扰敏感的场所，可见光通