第1章無線通信技術(shù)概述1.1無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介1.2無線通信技術(shù)基礎(chǔ)1.3典型無線通信技術(shù)1.4無線通信技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)小結(jié)1.1無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介無線通信(WirelessCommunication)是指利用電磁波信號(hào)在自由空間的傳播特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。無線通信技術(shù)發(fā)展至今，已從最初的模擬通信方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字通信方式，在功能上也由模擬功能轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珜?shí)現(xiàn)了數(shù)字語音、數(shù)據(jù)、傳真、圖像等業(yè)務(wù)的傳輸。近些年來，信息通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。1.1.1無線通信技術(shù)發(fā)展歷史

隨著科技水平的提高，為了不斷適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的步伐，同時(shí)滿足人類日益增長(zhǎng)的對(duì)通信服務(wù)的要求，無線通信技術(shù)已由固定方式發(fā)展為移動(dòng)方式，并大致經(jīng)歷了下述五個(gè)重要的發(fā)展階段：

20世紀(jì)20年代初期到50年代初期為無線通信技術(shù)發(fā)展的第一階段。此時(shí)，無線通信技術(shù)主要用于艦船及軍用，采用短波及電子管技術(shù)。由于技術(shù)等方面的原因，無線通信技術(shù)的應(yīng)用范圍較小，功能也相對(duì)單一。

20世紀(jì)50年代到60年代為無線通信技術(shù)發(fā)展的第二階段。頻段擴(kuò)展至超高頻(UltraHighFrequency，UHF)?450MHz，通信設(shè)備器件被應(yīng)用于移動(dòng)環(huán)境的專用系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)了向半導(dǎo)體器件技術(shù)的過渡。

20世紀(jì)70年代初期到80年代初期為無線通信技術(shù)發(fā)展的第三階段。頻段擴(kuò)展至800MHz，產(chǎn)生了第一代通信技術(shù)系統(tǒng)。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩移動(dòng)網(wǎng)理論。

20世紀(jì)80年代初期到90年代中期為無線通信技術(shù)發(fā)展的第四階段。頻段擴(kuò)展至900MHz～1.9GHz，繼第一代數(shù)字移動(dòng)通信興起后，第二代數(shù)字移動(dòng)通信逐漸興起和大發(fā)展，并逐步向個(gè)人移動(dòng)通信業(yè)務(wù)方向邁進(jìn)。

20世紀(jì)90年代中期至今為無線通信技術(shù)發(fā)展的第五階段。隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)多媒體運(yùn)作需要的第三代移動(dòng)通信技術(shù)逐步興起，其全球標(biāo)準(zhǔn)化及相應(yīng)的融合工作、樣機(jī)研制和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作正在快速推進(jìn)。

隨著全球化標(biāo)準(zhǔn)的制定，無線通信技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)多樣化、融合化與創(chuàng)新化。1.1.2無線通信技術(shù)種類

隨著無線通信技術(shù)的逐步深化與發(fā)展，現(xiàn)代無線通信技術(shù)的種類也在進(jìn)一步完善與更新。一般認(rèn)為，現(xiàn)代無線通信技術(shù)有下述幾種分類。

根據(jù)傳輸距離，可將無線通信技術(shù)分為近距離無線通信技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)、中距離無線通信技術(shù)和長(zhǎng)距離無線通信技術(shù)。近距離無線通信技術(shù)的傳輸距離通常在一米以內(nèi)，在電子設(shè)備間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，例如RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)及其衍生的NFC(近場(chǎng)通信)技術(shù)。

短距離無線通信技術(shù)的傳輸距離通常在一米至幾百米，如紅外(IrDA)、藍(lán)牙(Bluetooth)、WiFi(WirelessFidelity)、HomeRF技術(shù)、UWB技術(shù)、UHF無線數(shù)傳技術(shù)和Zigbee技術(shù)。中距離無線通信技術(shù)的傳輸距離通常在幾百米至幾千米，例如微波通信，視距范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)視頻傳輸。

長(zhǎng)距離無線通信技術(shù)有短波通信和長(zhǎng)波通信，通過電離層反射可實(shí)現(xiàn)幾百千米的語音和數(shù)據(jù)傳輸。另外，通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、第三代移動(dòng)通信(3G)等技術(shù)通過移動(dòng)通信蜂窩組網(wǎng)，也可實(shí)現(xiàn)廣域范圍的長(zhǎng)距離無線通信。按照移動(dòng)性，可將無線通信技術(shù)分為移動(dòng)無線接入技術(shù)和固定無線接入技術(shù)。

固定無線接入技術(shù)主要包括：3.5?GHz無線接入MMDS(多路微波分配系統(tǒng))、LMDS(區(qū)域多點(diǎn)傳輸服務(wù))。

移動(dòng)無線接入技術(shù)主要包括：通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)、基于IEEE802.15的無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)(WLAN)、基于IEEE802.16e的WiMAX和基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)(WWAN)等。1.1.3無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

無線通信技術(shù)是社會(huì)信息化的重要支撐，隨著信息化社會(huì)的到來，其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)為下述幾個(gè)方面：

聯(lián)合化和一體化：發(fā)展無線通信網(wǎng)絡(luò)需要聯(lián)合各種技術(shù)手段，采取一體化的思路規(guī)劃和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同用戶和場(chǎng)合的需要。寬帶化：窄帶、低速的網(wǎng)絡(luò)會(huì)逐漸被寬帶網(wǎng)絡(luò)所取代，例如第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)可達(dá)到理論下行速率7.2Mb/s。

網(wǎng)絡(luò)的融合化：主要包括核心網(wǎng)的融合、接入技術(shù)的融合和業(yè)務(wù)的融合等。其中，核心網(wǎng)的融合主要表現(xiàn)為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)融合，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)融合(即三網(wǎng)融合)，以及信息通信網(wǎng)絡(luò)與基于傳感器和RFID的物聯(lián)網(wǎng)融合。無線通信終端的信息個(gè)人化：未來的通信終端必將是移動(dòng)智能網(wǎng)與IP技術(shù)的進(jìn)一步融合，不同用戶的通信終端可以互不干涉，適時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，完成網(wǎng)絡(luò)感知與選擇，并可以優(yōu)化軟件升級(jí)下載。

無線通信技術(shù)的跨行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用：伴隨著無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不同的行業(yè)對(duì)無線通信的迫切需求也與日俱增。目前，無線通信技術(shù)正在把多個(gè)學(xué)科的物聯(lián)網(wǎng)，如健康、生物、環(huán)境、信息等彼此聯(lián)系起來，而且關(guān)聯(lián)度越來越高。

1.2無線通信技術(shù)基礎(chǔ)

無線通信技術(shù)涉及領(lǐng)域較多，技術(shù)復(fù)雜，其中有幾個(gè)重要的概念：電磁波、信道以及調(diào)制與解調(diào)。1.2.1電磁波

電磁波由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。電磁波按照頻率由低到高可依次劃分為無線電波、紅外線、可見光、紫外光、X射線和伽馬射線等。其中，無線電波的頻率從3Hz至300GHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為1000km至1mm，包含(超)長(zhǎng)波、中波、短波和微波波段。通常無線電波波段的劃分如表1-1所示。表1-1中的傳播方式是指無線電波的傳播方式。無線電波因波長(zhǎng)的不同會(huì)產(chǎn)生不同的傳播特性，可以分為三種形式：

地波：沿地球表面空間向外傳播的無線電波。如中、長(zhǎng)波均利用地波方式傳播。

天波：依靠電離層的反射作用傳播的無線電波。如短波多利用這種方式傳播。

空間波：沿直線傳播的無線電波。它包括由發(fā)射點(diǎn)直接到達(dá)接收點(diǎn)的直射波和經(jīng)地面反射到接收點(diǎn)的發(fā)射波，如微波的電視和雷達(dá)多采用空間波方式傳播。1.2.2信道

信道可以從狹義和廣義兩方面理解。狹義信道即信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)，分為有線信道和無線信道。廣義信道除包括傳輸媒質(zhì)外還包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換器，如發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等。本小節(jié)只簡(jiǎn)要介紹廣義信道。

廣義信道按功能可以分為模擬信道(即調(diào)制信道)和數(shù)字信道(即編碼信道)。廣義信道模型如圖1-1所示。在圖1-1所示的廣義信道模型中：

調(diào)制信道(模擬信道)：傳輸模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道。其主要組成部分有發(fā)轉(zhuǎn)換器、媒質(zhì)和收轉(zhuǎn)換器。模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)必須經(jīng)過數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

編碼信道(數(shù)字信道)：數(shù)字信道是一種離散信道，它只能傳送離散的數(shù)字信號(hào)。其組成部分包括調(diào)制器和解調(diào)器以及兩者之間的調(diào)制信道。圖1-1廣義信道模型1.2.3調(diào)制與解調(diào)

通常來講，調(diào)制與解調(diào)主要通過調(diào)制解調(diào)器使模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。調(diào)制把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便傳輸?shù)哪M信號(hào)；解調(diào)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。兩者合稱調(diào)制

解調(diào)。調(diào)制解調(diào)按照不同的方式可作如下分類：

按調(diào)制信號(hào)的形式分，可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

按載波信號(hào)的種類分，可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制(如對(duì)非相干光調(diào)制等)。

按調(diào)制方式分，可分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、復(fù)合調(diào)制和多級(jí)調(diào)制。

按解調(diào)方式分，可分為包絡(luò)檢波法(僅適用于幅度調(diào)制)和同步檢波法(適用于大部分調(diào)制)。

1.3典型無線通信技術(shù)

目前，短距離無線通信領(lǐng)域較為熱門的技術(shù)有藍(lán)牙、WiFi、UHF無線數(shù)傳、Zigbee等，長(zhǎng)距離無線通信領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的為GPRS技術(shù)。關(guān)于Zigbee技術(shù)，請(qǐng)參考本書系列教材之《Zigbee開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐》。

本節(jié)僅對(duì)各項(xiàng)技術(shù)作簡(jiǎn)單的介紹，在后續(xù)章節(jié)中將重點(diǎn)講解其理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用。1.3.1藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙(Bluetooth)是一種低成本、低功率、短距離無線連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范。藍(lán)牙工作在全球開放的2.4GHzISM(IndustryScienceMedicine)頻段，無需申請(qǐng)?jiān)S可即可免費(fèi)使用。

1.起源

藍(lán)牙技術(shù)誕生于1994年，是瑞典愛立信公司開發(fā)的一種低功耗、低成本的無線接口，用以建立手機(jī)及其附件間的通信。該技術(shù)陸續(xù)獲得PC行業(yè)業(yè)界巨頭的支持。1998年5月，愛立信、英特爾、東芝、諾基亞和IBM五家公司組成的“藍(lán)牙特別興趣小組(SIG，又稱藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟)”把藍(lán)牙無線技術(shù)的理念正式推向社會(huì)，使其成為無線技術(shù)的全球規(guī)范。藍(lán)牙英文名稱為Bluetooth，取自中世紀(jì)歐洲丹麥的一個(gè)開國(guó)皇帝HaraldBlatand(英文解釋為Bluetooth)的名字，他為統(tǒng)一四分五裂的瑞典、丹麥、芬蘭立下了汗馬功勞。瑞典愛立信公司為這種即將全球通用的無線通信技術(shù)命此名，有一統(tǒng)天下的含義。

藍(lán)牙協(xié)議的最初版本為IEEE802.15.1，傳輸速率可達(dá)1Mb/s，由SIG負(fù)責(zé)開發(fā)。IEEE802.15.1的最初標(biāo)準(zhǔn)是基于藍(lán)牙1.1實(shí)現(xiàn)的，后期又發(fā)展了多個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)。

2.特點(diǎn)

藍(lán)牙技術(shù)作為一種短距離的無線通信技術(shù)，主要有下述特點(diǎn)：

全球范圍適用。藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數(shù)國(guó)家ISM頻段的范圍是2.4GHz～2.4835GHz，使用該頻段無需向各國(guó)的無線電資源管理部門申請(qǐng)?jiān)S可證。

能同時(shí)傳送語音和數(shù)據(jù)。藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈０踩院?。與工作在相同頻段的其他系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，能夠更有效地減少同頻干擾，具有較高的安全性。

傳輸距離短。藍(lán)牙的傳輸距離一般是10m左右，雖然在增加功率或加上某些外設(shè)后可達(dá)到100m，但并非常規(guī)的使用方法。

功耗低。在通信連接狀態(tài)下，藍(lán)牙設(shè)備有激活、呼吸、保持和休眠模式，后3種模式均是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。

便于集成。藍(lán)牙模塊體積較小，輕薄，可以很方便地嵌入個(gè)人移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部。

3.應(yīng)用

藍(lán)牙技術(shù)主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的文件傳輸，通過彼此之間的配對(duì)連接進(jìn)行信息交換。目前，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用非常普遍，產(chǎn)品涉及PC、移動(dòng)電話等信息設(shè)備，以及A/V設(shè)備、汽車電子、家用電器和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域，如各種無線設(shè)備(如PDA、手機(jī)等)、圖像處理設(shè)備、消費(fèi)娛樂產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、家用電器、樓宇無線局域網(wǎng)、醫(yī)療健身設(shè)備、玩具等。

4.發(fā)展前景

目前，眾多廠商已紛紛研制和推出自己的藍(lán)牙模塊和產(chǎn)品。隨著藍(lán)牙芯片價(jià)格和耗電量的不斷降低，藍(lán)牙已成為消費(fèi)電子產(chǎn)品和手機(jī)的必備功能。利用個(gè)人都擁有手機(jī)的優(yōu)勢(shì)，藍(lán)牙技術(shù)可以應(yīng)用在更加廣闊的領(lǐng)域。1.3.2WiFi技術(shù)

WiFi(WirelessFidelity，無線高保真)是另一種目前流行的無線通信協(xié)議，與藍(lán)牙一樣，它也屬于短距離無線通信技術(shù)，使用的是2.4GHz的頻段。

WiFi是以太網(wǎng)的一種無線擴(kuò)展，基于IEEE802.11無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，有多個(gè)版本，如IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。WiFi速率可以高達(dá)上百兆每秒，并且非常容易接入以太網(wǎng)。

1.起源

最初的WiFi協(xié)議是在1997年提出的，稱為IEEE802.11，主要目的是提供WLAN(無線局域網(wǎng))接入，也是目前WLAN的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它的工作頻率也是2.4GHz，最高速率可達(dá)11Mb/s。在惡劣環(huán)境下，可動(dòng)態(tài)切換到較低的速率上以保證通信。在辦公環(huán)境下的作用范圍約為100m，在室外可以達(dá)到300m。

2.特點(diǎn)

盡管WiFi技術(shù)還存在一些問題，如無線通信質(zhì)量不是很穩(wěn)定，數(shù)據(jù)安全性能也有待進(jìn)一步提高，但它仍具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

覆蓋范圍廣。IEEE802.11b的無線電波覆蓋半徑最遠(yuǎn)可達(dá)300m，Vivato公司推出的新型交換機(jī)能把目前WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的通信距離擴(kuò)大到約6.5km。

傳輸速度快。IEEE802.11b最高速率可達(dá)11Mb/s，在設(shè)備配套的情況下，速率可以達(dá)到22Mb/s，IEEE802.11a/g為54Mb/s，最新的IEEE802.11n為300Mb/s。業(yè)務(wù)可集成。WiFi技術(shù)在開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層上與以太網(wǎng)完全一致，所以可以利用已有的有線接入資源，迅速部署無線網(wǎng)絡(luò)，形成無縫覆蓋。

較低的廠商進(jìn)入門檻。廠商只要在機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店等公共場(chǎng)所設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場(chǎng)所。只要用戶攜帶的無線通信設(shè)備在“熱點(diǎn)”覆蓋的范圍內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)，可為廠商省去大量鋪設(shè)電纜的

資金。

無線接入。WiFi最主要的優(yōu)勢(shì)在于無需布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶。

3.應(yīng)用

WiFi因其自由、便捷和互聯(lián)網(wǎng)接入的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，室內(nèi)可用于機(jī)場(chǎng)、大型辦公室、車間、酒店賓館、智能倉(cāng)庫(kù)等，室外可用于城市建筑物群間通信、學(xué)校校園

網(wǎng)絡(luò)、工礦企業(yè)廠區(qū)自動(dòng)化等。WiFi有下述幾種典型的行業(yè)應(yīng)用：交通運(yùn)輸：航空行李及貨物控制、移動(dòng)售票、無線安全監(jiān)控、停車管理系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)因特網(wǎng)訪問無線接入等。

醫(yī)療：病房看護(hù)監(jiān)控、生理支持系統(tǒng)及監(jiān)護(hù)、急救系統(tǒng)監(jiān)控等。

教育：迅速構(gòu)建校區(qū)網(wǎng)絡(luò)、學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)、學(xué)術(shù)交流的臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)等。

與早前應(yīng)用于手機(jī)上的藍(lán)牙技術(shù)不同，WiFi技術(shù)主要用于無線聯(lián)網(wǎng)方式，而且具有更大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率，因此WiFi手機(jī)成為了目前移動(dòng)通信業(yè)界的時(shí)尚潮流。

4.發(fā)展前景

隨著3G時(shí)代的到來，越來越多的電信運(yùn)營(yíng)商也將目光投向了WiFi技術(shù)。WiFi覆蓋小、帶寬高，3G覆蓋大、帶寬低，兩種技術(shù)有著相互對(duì)立的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰。WiFi技術(shù)具有的低成本及無線、高速的特征也非常符合3G時(shí)代的應(yīng)用要求。將WiFi技術(shù)與3G技術(shù)相結(jié)合，在特定的區(qū)域和范圍內(nèi)發(fā)揮對(duì)3G的重要補(bǔ)充作用，會(huì)使WiFi技術(shù)具有更加廣闊的發(fā)展前景。1.3.3UHF無線數(shù)傳技術(shù)

UHF頻段是頻率為300MHz～3000MHz的特高頻無線電波，波長(zhǎng)相對(duì)較短，天線尺寸相對(duì)較小，容易操作。UHF頻段包含全球通用的2.4GHz免費(fèi)ISM頻段，以及我國(guó)的免申請(qǐng)發(fā)射接收頻率(433MHz/868MHz/915MHz)，這些頻率都可以直接使用而不需要申請(qǐng)執(zhí)照。

1.概述

UHF無線數(shù)傳技術(shù)是一種工作于UHF頻段的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在數(shù)據(jù)收、發(fā)過程中，用戶可以在鏈路上傳輸任意比特編碼的信息，而不必關(guān)注協(xié)議的任何限制。該技術(shù)可以為用戶提供高速、穩(wěn)定、可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。

2.特點(diǎn)

由于UHF(分米波波段)電磁波的特點(diǎn)，使UHF無線數(shù)傳技術(shù)具有下述優(yōu)點(diǎn)：

穩(wěn)定性高。UHF信道是一種傳輸特性比較穩(wěn)定的信道，不依靠電離層傳播，沒有短波存在的明顯的衰落現(xiàn)象，信道質(zhì)量比較穩(wěn)定。

讀/寫距離遠(yuǎn)。UHF無線數(shù)傳技術(shù)的讀/寫距離可達(dá)

100m～1000m。

通信速率較高。

3.應(yīng)用

無線數(shù)傳技術(shù)一般用于條件比較惡劣的工業(yè)遠(yuǎn)程控制與測(cè)量場(chǎng)合，典型的應(yīng)用如下：

航海通信。

LED屏幕控制。

POS機(jī)的聯(lián)網(wǎng)。

交通聯(lián)網(wǎng)控制。

PLC控制與管理。

停車場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)控制。

水利、電力、油田數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

其他RS232/485設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。1.3.4GPRS技術(shù)

1.概述

GPRS技術(shù)通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA(時(shí)分多址)信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只提供電路交換的思維方式，采用分組交換方式，僅通過在GSM基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造即可實(shí)現(xiàn)。這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。

2.特點(diǎn)

GPRS技術(shù)目前應(yīng)用非常廣泛，具有下述優(yōu)點(diǎn)：

廣域覆蓋。GPRS覆蓋在GSM的物理層和網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之上，理論上在手機(jī)可以打電話的地方都可以通過GPRS無線上網(wǎng)。

資源利用率高。GPRS采用分組交換傳輸模式，用戶并不固定占用無線信道，只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，使多個(gè)用戶可高效地共享同一無線信道，提高了資源的利用率。傳輸速率高。相對(duì)于GSM的9.6kb/s訪問速度而言，GPRS具有56kb/s～115kb/s的傳輸速度，是GSM的10倍。

接入速度快。GPRS能提供快速、即時(shí)的連接，大幅提高一些事務(wù)(如信用卡核對(duì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等)的效率，并使已有的Internet應(yīng)用操作更加便捷、流暢。

豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS包含豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)群呼、IP廣播等業(yè)務(wù)。

按流量計(jì)費(fèi)。GPRS按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計(jì)費(fèi)，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕是GPRS服務(wù)一直在線，也不必?fù)?dān)心費(fèi)用問題，真正體現(xiàn)了少用少付費(fèi)的原則。

3.應(yīng)用

GPRS是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的一種服務(wù)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用主要分為面向個(gè)人用戶的橫向應(yīng)用和面向集團(tuán)用戶的縱向應(yīng)用兩種。

對(duì)于橫向應(yīng)用，GPRS主要有網(wǎng)上沖浪、E-mail、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、增強(qiáng)型短消息等業(yè)務(wù)。對(duì)于縱向應(yīng)用，GPRS主要有下述幾類：

遙測(cè)、遙感、遙控：氣象、水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，對(duì)災(zāi)害進(jìn)行遙測(cè)和遠(yuǎn)程操作。

防盜警報(bào)：汽車防盜警報(bào)，遙控商業(yè)及住宅的防盜警報(bào)等。

車輛智能調(diào)度：銀行運(yùn)鈔車、郵政運(yùn)輸車監(jiān)控調(diào)度，移動(dòng)車輛監(jiān)控調(diào)度和指示等。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：機(jī)房、熱力系統(tǒng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)，醫(yī)療監(jiān)控等。

移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)：公安移動(dòng)性數(shù)據(jù)(身份證、犯罪檔案等)查詢，交警移動(dòng)性數(shù)據(jù)(車輛、司機(jī)檔案等)查詢等。

無線接入系統(tǒng)：無線磁卡電話，無線IC卡，無線POS機(jī)，無線ATM等。

1.4無線通信技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)

無線通信技術(shù)的開發(fā)與其他技術(shù)(例如嵌入式)一樣，需要有一定的方法和流程。本節(jié)將首先介紹無線通信應(yīng)用系統(tǒng)的一般構(gòu)成，然后講解無線通信應(yīng)用與開發(fā)的一般方法和

流程。1.4.1無線通信應(yīng)用系統(tǒng)

實(shí)際工程中無線通信應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，通常使用基于“單片機(jī)+應(yīng)用模塊+外圍電路”的硬件結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

在典型的無線應(yīng)用系統(tǒng)框架中，有下述組成部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)。它是無線通信應(yīng)用系統(tǒng)的控制中心，內(nèi)部通常含有I/O接口和ADC等電路。常見的有MCS51、AVR、ARM等芯片。

應(yīng)用模塊。應(yīng)用模塊通常通過匹配電路與單片機(jī)的通信接口相連，一般在確定采用某種開發(fā)技術(shù)后，應(yīng)選擇購(gòu)買合適的集成應(yīng)用模塊(如若選用藍(lán)牙技術(shù)，則應(yīng)選擇購(gòu)買相應(yīng)的藍(lán)牙模塊)。

外圍電路。它主要包括傳感器、晶振、放大器、開關(guān)電源、按鍵、LED、LCD等相關(guān)電路，以及根據(jù)需要選擇的芯片和外圍接口等。圖1-2典型的無線通信應(yīng)用結(jié)構(gòu)1.4.2系統(tǒng)開發(fā)一般方法

1.基本輸入/輸出分析

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行輸入/輸出分析是整個(gè)工程的第一步，通常以單片機(jī)為核心展開。輸入分析和輸出分析均可分為開關(guān)量與模擬量。另外，還可以對(duì)通信輸入、鍵盤輸入、通信輸出、顯示輸出進(jìn)行必要的列表。

2.確定技術(shù)方案

在進(jìn)行無線通信應(yīng)用和開發(fā)時(shí)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求中對(duì)功能、成本、體積、功耗的種種要求，結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方向，確定技術(shù)開發(fā)方案。具體來說，可考慮如下因素：

傳輸距離。應(yīng)根據(jù)通信距離的需要，選擇合適的技術(shù)方案，如若需在幾十米內(nèi)進(jìn)行無線通信，應(yīng)在幾種短距離無線通信技術(shù)中選擇。

硬件成本和開發(fā)周期。在同樣滿足通信要求的情況下，盡量選擇硬件成本低、開發(fā)周期短的技術(shù)方案。數(shù)據(jù)傳輸率。在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的場(chǎng)合，如需要傳送的數(shù)據(jù)是圖片或者視頻，那么一般選擇WiFi傳輸；在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的場(chǎng)合，如需要傳送的是語音數(shù)據(jù)，藍(lán)牙也可以較好地支持。

功耗。在對(duì)斷電操作要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)選用功耗低的技術(shù)。一般而言，WiFi功耗較大，Zigbee、藍(lán)牙、GPRS技術(shù)功耗較低，UHF無線數(shù)傳技術(shù)功耗一般。是否需要連接互聯(lián)網(wǎng)。若設(shè)備需要連接互聯(lián)網(wǎng)，一種方式是使用“節(jié)點(diǎn)+網(wǎng)關(guān)”的形式，另一種方式就是使用WiFi。

設(shè)備需要組成何種類型的網(wǎng)絡(luò)。若設(shè)備需要組成星型網(wǎng)絡(luò)，則可以使用Zigbee、WiFi和UHF無線數(shù)傳技術(shù)；若設(shè)備需要組成網(wǎng)狀網(wǎng)