无线通信技术合集

1. 概述

 

随着物联网的广泛应用,无线通信将在窄带通信中占据主导地位,未来将与无线射频技术密不可分。

2. 窄带物联网

1、NB-IOT专业缩写:

1)IOT:物联网;

2)NB-IOT:窄带物联网;

3)IMEI:International Mobile Equipment Identity 国际移动设备识别码;

4)OneNET:中国移动PaaS物联网开放平台;

5)CIoT:蜂窝物联网;

6) M2M:移动设备到移动设备

7)3GPP:制定以GSMMAP核心网、WCDMA为无线接口的第三代移动通信标准;

2、物联网开发涉及很多协议栈;

3、各种云的接入方式大致相同。 区别在于访问方法和协议支持。 只要你了解整个流程;

4、心跳包:通常是客户端每隔很短的时间向服务器发送的一个数据包,通知服务器自己仍然在线,并传输一些维持长连接所必需的数据;

5、NB-IOT与GPRS的区别:

1)硬件方面: 1)接口相同; 2)工作频率:同样是850MHz/900MHz(但这些频段资源宝贵);

2)软件:遵循的协议不同;

3)协议栈上:

(1)NB-IOT:基于LTE(4G)协议栈设计,但去掉了一些不必要的功能,减少了协议栈处理过程的开销;

(2)CoAP协议:支持与各种云服务对接:透明云、电信IOT平台、移动OneNet等;

7、通讯模式:

1)目前只有电信/移动支持IOT平台,电信有IP访问限制(只能访问电信云、华为云、透明云等少量私有IP)

2)基站建设形式:在4G FDD基站上升级部署;

8、通讯信号:

1)NB接收灵敏度高,穿透力强(覆盖室内、地下室);

2)NB基站连接终端数量是GSM的50-100倍,网络覆盖比GSM强20dBm,覆盖面积扩大100倍;

3)功耗极低,电池供电待机可达10年以上;

9、帧结构:与LTE帧结构一致:每个时隙为0.5ms,2个时隙组成一个子帧(SF),10个子帧组成一个无线帧(RF);

10、小区重选和移动性;

11、模块工作模式:CoAP:专为低功耗互联网应用设计的协议栈;

12、NB低功耗的实现(参数可自由定制,类似蓝牙、zigbee):

1)PSM模式:NB的休眠模式;

2)eDRX:监听间隔;

13. NB是一种并发有限的窄带通信协议。 不建议频繁通信占用带宽;

14、模块网络注入和上报数据的能耗与信号覆盖强度成反比! !

15、NB-IOT发展的问题和难点:信号不稳定(GPRS也存在);

3.洛拉

LoRa是一种低功耗局域网无线标准。 低功耗一般难以长距离覆盖,长距离功耗一般较高。 LoRa最大的特点是在相同功耗条件下比其他无线方式传播得更远。 实现了低功耗和远距离的统一。 传输速率一般为数百至数十Kbps。 传输距离越远,速率越低。 同等功耗下,与传统无线射频相比,通信距离延长3-5倍。

LoRa技术特点:

1、低功耗:LoRa网关的电池供电可持续使用几年甚至十几年;

2、覆盖范围广:单个LoRa网关的覆盖距离通常在3-5公里左右,城镇一般为2-5公里,在开阔的郊区可以达到15公里以上;

3、高容量:由于LoRa网关终端的非连接性,一个LoRa网关可以连接数千个LoRa节点;

4、成本低:LoRa通信的成本极低,而且还支持窄带数据传输;

由于其技术优势和性能特点,LoRa网关非常适合需要低功耗、长距离、大量连接的场景。 因此被广泛应用于智能抄表、智慧停车、智慧农业、智慧城市等场景。

LoRa组网方式(以宗科智控LORA模块为例):

四、433

1. 433概述:

1)通讯速率低:9600bps; 安全性较差; 但通讯距离和穿透力很强;

2)仅支持星型拓扑关系;

3)433的不同形式:

(1)集成芯片(可以运行协议栈,具体例子是LoRa):连接、组网、穿越不同频段等功能;

(2) MCU+RF IC:传输固定序列数据; 在固定频段传输;

4、433与红外的区别:

1)传输介质不一致(433是无线电传输,红外线是红外光传输),传播方向性不同;

2)传输距离、加密技术等;

5. 433编码形式:

1)固定码:明文传输;

2)滚动代码:保密性强,每次上线后自动更换代码; 地址数量大于10万组,使用中“重码”概率极小;

6、433三轴天线参数:

1)谐振频率;

2)感应电流:

七、433开发中存在的问题和困难:

1)低功耗的实现是433最大的难点;

2)接收端与发送端功耗关系:

(1)发射信号越弱,接收端消耗的功耗越大;

(2)控制发射器和接收器之间的射频时间间隔; 实现不同的功耗组合;

8. ASK:幅移键控

9、低功耗433方案设计:

1)遥控传输方案:HD8301晶振+SC3356

2)低功耗实现:

(1)定时唤醒接收;

(2)时间压缩比尽可能高;

3)注意中断接收时不要处理过多。 例如,打印语句需要最小化,保持在最简单的程度,以保证数据接收的完整性;

5、GPRS

1、GSM工作条件:GSM是时分多址,在传输时隙时会造成瞬时电流波动,产生电压纹波现象。 如果此时处理不当,这些频繁的电压纹波会降低模块的性能。 建议将该纹波控制在300mV以内。 在任何情况下,模块的供电电压都不应低于其最低电压。

2、手机业务区分:GPRS业务、modbus业务、语音业务、数据业务信息;

3、GPS通讯模式:卫星信号->GPS接收讲解->GPRS/GSM->目标终端(手机、PC);

4. SIM:Subscribe Identity Module,用户识别卡,智能卡,GSM数字手机上必须有;

1)分类:标准SIM(1FF)Mini SIM(2FF)Micro SIM(3FF)Nano SIM(4FF)Embedded-SIM,尺寸和存储介质不一致;

2)组成:CPU ROM RAM EEPROM和I/O口应用;

3)提供GSM网络客户身份进行认证(即存储关键信息);

4)20位ICCID卡号、4位SIM密码(PIN码)、PUK密码;

5)认证过程:手机GPRS向网络发送入网请求——>网络回复随机字符串——>手机接收并交给SIM卡——>SIM卡计算出具体结果—— > 返回计算结果;

7、IMEI/ICCI回传给网络,网络读取ICCID->通过网络验证,下发KC码,完成入网过程;

8、BSS:基站子系统;

1)基站子系统的组成:

(1)基站收发台(BTS:手机信号的收发)

(2)基站控制器(BSC:控制功能)

(3)编码转换和速率适配器(XCDR:数据编码),

(4)无线运维中心(OMC_R:用户运维功能)

2)功能:基站的功能是中继。 各基站之间通过无线信道连接,终点为主基站;

3)每个基站组成一个蜂窝网络(基站布局非常重要),在覆盖区域内可以完成手机通信;

4)天线类型:发射全向和定向; 全向和定向联合接收;

5)频率分类:766.9125-791.8875MHz; 每个用户的通信都会占用一个通道;

6)基站子系统通过A口和Um接口(空中接口)专用接口与MSC和移动终端进行通信;

7)基站分类:宏基站、微基站、微微基站、分布式基站(基带单元BBU和拉远射频单元RRU);

9、MS(mobile station):移动台;

1)移动用户终端设备;

2)分类:车载型(开发难度大)、便携型、手持型(手机、对讲机(免费));

3)组成:移动终端(MT)、客户识别卡(SIM);

4)不同的应用和地区使用不同的通信通道(通用、专用):国际通道、美国通道、加拿大通道; 天气频道;

10、GPS需要在室外使用,室内没有卫星信号(中国卫星:北斗BDS美国卫星:GPS;两颗卫星的协议不同,所以支持两个,需要双模); 其他卫星:俄罗斯卫星:格洛纳斯、欧盟卫星:伽利略;

11、需要外接有源天线;

12、数据以星历的形式存储,描述卫星位置和速度信息;

13、定位一般为正负5米(CEP),抓拍时间一般在半分钟以内;

14、通讯协议:

1)NMEA:串口传出数据;

2)UBX Binary:配置GPS模块的参数;

15、数据含义较多:请联系我们了解;

1)UTC+时区差=当地时间;

2)GPS经纬度数据可转换为百度、谷歌格式;

16、硬件连接:PPS:时钟脉冲;

17、冷启动、热启动、热启动;

18、通过卫星可以获得的信息:定位(经纬度); 时区和时间; 高度;

19、模块会自动获取信号最好的四颗卫星进行定位;

20.常用协议:MQTT、

21、硬件:原理应该和其他类型的无线(蓝牙、zigbee、wifi)一样,发射模块发射特定频段;

1)内部集成TCP/IP协议,作为GPRS MODEM存在;

22、电源滤波需要加1000uf电容吗? GPRS启动电压波动较大;

23、GPRS发展中的问题和困难:

1)GPRS网络不稳定,网络较差,可能出现丢包;

2)主控制器(内嵌TCP/IP)需要实现IP设计,使用起来相对复杂;

3)上位机基于互联网的方案保密性相对较差;

24.GPRS缩写:

1) GSM->全球移动通信系统;

2) GPRS->通用分组无线电服务;

3)MQTT:Message Queuing Telemetry Transport,消息队列远程传输,是一种即时通信协议;

4)CSD:电路交换;

5) SGSN:业务支撑节点(硬件设备);

6)GGSN:网关支持节点(硬件设备);

7) MSC:移动交换中心;

8) BSS:基站子系统;

9) MS:移动台;

6、4G/5G

4G通信技术是在之前的2G、3G通信技术的基础上,加入了一些新技术,使得无线通信信号更加稳定,数据传输速率提高,兼容性更加流畅,通信质量更高。 而且,4G通信所采用的技术也比2G和3G通信更加先进,使得信息通信更加快捷。 从技术标准来看,根据国际电信联盟(ITU)的定义,4G静态传输速率达到1Gbps,在高速移动条件下可以达到100Mbps。

4G通信技术是基于3G通信技术的不断优化、升级和创新发展。 它融合了3G通信技术的优点,衍生出一系列自身固有的特点,其中WLAN技术是发展的重点。 4G通信技术的创新使其与3G通信技术相比具有更大的竞争优势。 首先,4G通信在图片、视频传输方面可以实现原始图片、原始视频的高清传输,其传输质量可与电脑图片相媲美。 其次,利用4G通信技术,可以实现软件、文件、图片、音视频下载等方面的优势。 速度可达每秒数十兆字节,这是3G通信技术无法实现的。 同时,这也是4G通信技术的显着优势; 这种快速的下载模式可以给我们带来更好的沟通体验,方便我们下载学习资料进行日常学习; 同时,在网络高速便捷发展的背景下,用户对流量成本也提出了更高的要求。 从目前4G网络通信资费来看,价格相对较高,但各大运营商针对不同群体也推出了相应的优惠流量政策,以满足不同消费群体的需求。

关键技术

正交频分复用技术

FSK具有一定的抗干扰特性。 编码采用单极不归零码。 当发射机发送的代码为1时,表示处于高频状态。 当发送的代码为0时,表示处于低频状态。 如果发送的代码是1011010,则该代码形成的波形将呈现周期性波动。 使用OFDM技术传输的信号会有一定的重叠部分。 技术人员会基于处理器对其进行分析,并根据频率的细微差别将其分类为不同的信息类别,以确保数字信号的稳定传输。

多输入多输出技术

MIMO使用映射技术。 首先,发送设备将信息发送到无线载波天线。 天线接收到信息后,会快速对其进行编译,并将编译后的数据编译成数字信号并发送给不同的映射。 区,然后利用分集和复用方式对接收到的数据信号进行融合,以获得分层增益。

智能天线技术

智能天线技术是时分复用和波分复用技术有效融合的技术。 在4G通信技术中,智能天线可以实现发射信号的全覆盖。 每根天线的覆盖角度为120°。 为了保证全面覆盖,发射基站将配备至少三个天线。 此外,智能天线技术可以调整发射信号以获得增益效果,提高信号的发射功率。 需要注意的是,这里的增益控制与天线的辐射角度无关,只是在原有基础上增加传输。 只是力量。

特别提款权技术

软件无线电技术是无线电通信技术中常用的技术之一。 其技术思路是将宽带模数转换器或数模转换器放置在距离射频天线足够近的地方,编写特定的程序代码完成频段选择,采样传输信息后进行定量分析。 这样可以实现信道调制方式的差异化选择,完成不同的安全结构和控制终端的选择。

4G组网方式(以纵科智控4G模块为例):

7. 无线网络

1. WiFi原理——简介

WiFi(Wireless Fidelity),无线保真技术,也称为802.11b标准,是一种应用于办公室和家庭的短距离无线技术,就像蓝牙技术一样。 该技术遵循IEEE制定的802.11x系列标准。 主要有三种标准:不太流行的 802.11a、低速 802.11b 和高速 802.11g。 虽然Wi-Fi技术也存在兼容性、安全性等问题,但它也凭借自身的优势,比如传输速度高,可以达到11Mbps,有效距离长。 深受厂家青睐,占据领先地位。 占据主流无线传输的地位。

WiFi是对现有通信系统的补充,可以看作是对3G的补充。 无线接入技术主要有IEEE的802.11、802.15、802.16和802.20标准,分别指WLAN、无线个域网WPAN:蓝牙和uwb、无线城域网WMAN:WIMAX和宽带移动接入WBMA等。一般来说,WPAN提供超近距离无线高数据传输速率连接; WMAN提供城域覆盖和高数据传输速率; WBMA提供广覆盖、高移动性、高数据传输速率; WiFi可以提供热点覆盖和低移动性。 性能和高数据传输率。 现在,OFDM、MIMO(多输入多输出)、智能天线和软件无线电等技术开始应用于无线局域网,以提高WiFi性能。 例如,802.11n 使用 MIMO 与 OFDM 相结合,使数据速率加倍。 另外,天线和传输技术的改进使得无线局域网的传输距离大大增加,可以达到数公里。

Wi-Fi 6主要采用了OFDMA、MU-MIMO等技术。 MU-MIMO(多用户多输入多输出)技术允许路由器同时与多个设备通信,而不是顺序通信。 MU-MIMO 允许路由器同时与四台设备通信,Wi-Fi 6 将允许与最多八台设备通信。 Wi-Fi 6 还利用了 OFDMA(正交频分多址)和传输波束成形等其他技术,这两种技术分别提高了效率和网络容量。 Wi-Fi 6 的最高速度为 9.6Gbps。 [1]

Wi-Fi 6中的一项新技术允许设备规划与路由器的通信,减少天线保持通电以传输和搜索信号所需的时间,这意味着减少电池消耗并延长电池寿命。

2. WiFi原理—技术优势

1)无线电波覆盖范围广。 基于蓝牙技术的无线电波的覆盖范围很小,半径只有大约50英尺或15米,而WiFi的半径可以达到大约300英尺(约100米),更不用说办公室了。 ,它也可以在整个建筑中使用。 近日,Vivato公司推出了一款新交换机。 据悉,该产品可以将当前Wi-Fi无线网络的通信距离从300英尺、近100米扩大到4英里、6.5公里。

2)虽然WiFi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙差,传输质量也有待提高,但传输速度很快,达到11mbps,满足个人和社会信息化的需求。

3)厂商进入该领域的门槛较低。 制造商只需在机场、车站、咖啡店、图书馆等人口密集的地方设置“热点”,并通过高速线路将互联网连接到这些地方。 这样,由于“热点”发射的无线电波可以到达距离接入点数十米到百米的半径,因此用户只要带上支持无线局域网的笔记本电脑或PDA就可以高速上网进入该地区。 。 也就是说,厂商不必花钱进行网络布线接入,从而节省了大量成本。

3. WiFi原理—网络架构

一般来说,组建无线网络的基本设备是无线网卡和AP。 这样就可以以无线方式与现有的有线架构共享网络资源。 建立无线网络的成本和复杂性远低于传统的有线网络。 如果只是多台计算机的点对点网络,则不需要AP,每台计算机只需配备无线网卡即可。 AP是Access Point的缩写,一般翻译为“无线接入点”或“网桥”。 它主要充当媒体访问控制层MAC中无线工作站和有线局域网之间的桥梁。 有了AP,就像一般有线网络的集线器一样,无线工作站可以快速、轻松地连接到网络。 特别是对于宽带的使用,无线保真度更具有优势。 有线宽带网络(ADSL、社区局域网等)到家后,连接AP,然后在电脑中安装无线网卡。 普通家庭拥有一台AP就足够了。 即使用户邻居获得授权,也无需添加端口,用户即可共享上网。

WIFI组网方式(以纵科智控WIFI模块为例):

8、2.4G

1、应用范围:无线遥控器、无线鼠标、无线键盘、无线电子标签、遥控玩具、2.4G无线功放、无线麦克风、无线音箱;

2、2.4G无线鼠标与蓝牙鼠标对比:

1)通信格式不一致(2.4G为FSK调制);

2)2.4G发送和接收必须一一对应,也可以选择1对6模式;

3)2.4G的传输距离较高,通常在几百米左右;

4)2.4G传输速率要高,功耗要小;

3、芯片NRF24L01:

1)采用自己的Enhanced Short Burst协议;

2)模块使用方式类似(蓝牙模块),可以灵活使用各种模式,发送和接收数据的控制相对复杂;

4、项目问题及解决方案:由于接线不合理,导致复位引脚受到影响,导致整个系统复位; 解决办法是使用地线保护重要线路;

9. PKE无线近场通信

1、滚动码加密技术:原码、加密密钥和同步码经过Keelop算法加密后,生成32位高度保密的滚动码。

2、PKE近场通信总体设计框架(遥控器+主机):

1)远程控制:接受低频125K数据->合法数据->唤醒MCU->发送高频滚动码数据(固定编程数据,由滚动码芯片自动完成);

2)主机:定期发送低频125K数据(固定编程数据)->定期接收高频数据->轮询检查高频接收数据(如果接收到则执行指定动作)(处理数据有两种模式:学习模式(存储遥控数据)和普通模式(执行指定动作));

3、PKE项目开发中出现的问题及解决方案:

1)通讯距离短:

(1)重新选择天线发射芯片;

(2)天线重选;

(3)避免让金属遮挡信号;

2)逻辑关系比较复杂:

(一)根据实际应用进行适当调整;

3)无线相互干扰问题(同频干扰):

(1)频分、时分,缩短感应距离;

(2)通信时,时间尽可能短,周期尽可能长;