《工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析.ppt（99页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、2023/9/30,1,工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析,2023/9/30,2,内 容 提 要,无线网络技术概述为什么无线通信在工业中应用特别受到重视？ISA SP100控制环境下无线系统的标准无线通信网络的分类无线局域网WLAN无线短程网WPAN HART基金会正在积极开发无线HART协议结 束 语,2023/9/30,3,无线网络技术概述,2023/9/30,4,目前市场上近距离无线通信产品层出不穷，广泛应用的还是蓝牙(Bluetooth)，红外(IrDA)和无线局域网802.11（Wi-Fi）。同时还有一些具有发展潜力的近距离无线技术标准，它们分别是：zigbee、超宽频
2、（UltraWideBand）、短距离通信（NFC）、WiMedia、GPS、无线139和专用无线系统等。它们都有各自立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；但没有一种技术完美到可以满足所有的要求。,概述,2023/9/30,5,蓝牙技术诞生于1994年，蓝牙技术在推出时就瞄准了无线局域网的通信，在10米到100米的空间内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行音频通信或直接通过手机进行Internet冲浪。其应用范围相当广泛，可以应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等，使用无线的方式将
3、它们连成一个微微网(Piconet)，多个Piconet之间也可以互连形成 Scatternet，从而方便快速地实现各类设备.,蓝牙技术,2023/9/30,6,蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand英译为Harold Bluetooth。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，例如计算机，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。,蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的一项无线网络技术。随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织（SIG）来负责该技术的开发和技术协议的制定，
4、如今全世界已有1800多家公司加盟该组织，最近微软公司也正式加盟并成为SIG组织的领导成员之一。,2023/9/30,7,蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。它的传输距离为10cm10m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。它采用2.4GHz 频段和调频、跳频技术。蓝牙提供1Mbps的传输速率支持64kb/s实时语音传输和数据传输，发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多
5、种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。,2023/9/30,8,蓝牙协议的标准版本为，由蓝牙小组（SIG）负责开发。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。这就使得许多用户不愿花大价钱来购买这种无线设备。因此业内专家认为蓝牙的市场前景取决于蓝牙的价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。,2023/9/30,9,Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率
6、最高可达11Mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。,Wi-Fi技术,2023/9/30,10,WLAN未来最具潜力的应用将主要在家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。Wi-Fi技术可将Wi
7、-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来，可以大幅度减少企业的成本。例如企业选择在每一层楼或每一个部门配备802.11b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。,2023/9/30,11,最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率也是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使
8、用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术。它工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。,2023/9/30,12,微软推出的桌面操作系统WindowsXP和嵌入式操作系统WindowsCE，都包含了对Wi-Fi的支持。其中，WindowsCE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其它无线通信技术的支持。由于投资802.11b的费用降低，许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网卡，就可实现无线上网。,2023/9/30,13,红外线数
9、据协会IrDA（Infrared Data Association）成立于1993年。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s速率传输数据，很快发展到4Mb/s以及16Mb/s的速率。IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。,红外线接口-IrDA技术,2023/9/30,14,IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积
10、小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。,2023/9/30,15,Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。Zigbee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，密蜂通过跳zigbee形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee过去又称为“HomeRF L
11、ite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、philips以及半导体公司四大巨头共同宣布加盟zigbee联盟，以研发名为zigbee的下一代无线通信标准。到目前为止，该联盟大约已有27家成员企业。所有这些公司都参加了负责开发zigbee物理和媒体控制层技术标准的工作组。,Zigbee技术,2023/9/30,16,zigbee联盟负责制作网络层以上协议。目前，标准制定工作已完成。Zigbee协议比蓝牙、高速率个人区域网络或802.11x无线局域网
12、更简单使用。Zigbee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，zigbee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，当降低到280kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。可以比蓝牙更好的支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展zigbee的应用。,2023/9/30,17,zigbee技术特点主要包括以下几个部分：1、数据传输输率低。只有10kb/s250kb/s,专注于低传输应用。2、功耗低。在低耗电待机模式下，两节
13、普通5号干电池可使用6个月以上。这也是zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势。3、低成本。因为zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；积极投入zigbee开发的Motorola以及Philips，均已在2003年正式推出芯片，飞利浦预估，应用于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比蓝牙更具有价格竞争力。,2023/9/30,18,4、网络容量大。每个zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说每个zigbee设备可以与另外254台设备相连接。5、有效范围小。有效覆盖范围1075m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公
14、室环境。6、工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）915MHz（美国），均为免执照频段。根据zigbee联盟目前的设想，zigbee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。,2023/9/30,19,NFC(Near Field Communication近距离传输)是由Philips、NOKIA和Sony主推的一种类似于RFID（非接触式射频识
15、别）的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作与13.56 MHz频率范围。NFC 适合应用于各种设备之间，且毋需使用者事先设定的一种直觉、简便与安全的通信方式。为了使两个设备进行通信，使用者必须让他们相互靠拢甚至接触，设备内的 NFC 接口会自动连接并形成一个点对点网络。NFC 也可以藉由交换配置与 对话(session)资料来启动其他协议如蓝牙或无线网络(WiFi)。,NFC技术,2023/9/30,20,这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但是它的目标不是完全取代蓝牙、Wi-Fi等无线技术，而是在不同场合、不同的领域起到互相补充的作
16、用。所以如今后来居上的NFC发展势态相当迅速。,2023/9/30,21,超宽带技术UWB（Ultra wideband）是一种无线载波通信技术，他不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，在3.110.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UWB技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。,UWB技术,2023/9/3
17、0,22,UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的LANs或PANs。UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网（PANs）。现有的无线通信方式，802.11b和蓝牙的速率都太慢，不适合传输视频数据；54Mb/s速率的802.11a标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而UWB有可能在10m范围内，支持高达110Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济的完成视频数据处理。,2023/9/30,23,几种无线网络比较,2023/9/30,24,为什么无线通信在工业中
18、的应用特别受到重视？,2023/9/30,25,为什么无线通信在工业应用特别受到重视？,工业发达国家和新兴崛起国家为提高其产品在全球市场的竞争力，都力求在提高生产率的同时，降低包括能源消耗、原材料消耗和劳务成本。对于发达国家来讲，其劳务成本远远高于新兴崛起国家，因此特别重视促进创新和技术进步，采用新的技术手段。在这场竞争日益激烈的比赛中，无线通信技术在工业中的推广应用受到了特殊的重视，显然是基于这样的大背景。在工业环境下任何地点均能安装使用的智能无线传感器及其网络，具有足够的可靠性和自治处理能力，将为各种生产装置配备实时共享的数据采集能力，从而为提高生产率，改善产品质量，降低成本发挥重要作用。
19、,2023/9/30,26,Invensys的无线网络业应用策略,室内,室外,专用无线网络,数据传输率,功耗,成本/复杂度,2023/9/30,27,欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图,2023/9/30,28,欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图,在欧洲，从2004年10月至2005年4月，集中了25个组织（大小公司和研究所）制定了一个名为RUNES、在未来10年内无线技术发展应用的路线图。背景：及时而牢固地抓住无线网络为工业系统安装和运行的高度灵活性和成本优势创造的机会。目标：到2008年将安装成本降低50%，运行成本降低30%；到2014年将安装成本降低80%，运行成本降低50%。
20、,2023/9/30,29,欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图,发展无线应用必须考虑的原则：在工业控制和自动化中尽可能利用无线通信是必然的选择无线通信应与传统有线通信系统有互操作性开发可重复配置（reconfigurable）的设备尽可能地从环境中取得电源（如用太阳能电池）尽可能采用开放的频段（如世界通用的ISM频段2.4GMHz）,2023/9/30,30,工业应用无线传输的优势,无线传输的优势表现在：极大降低安装成本、持续降低运行维护成本，更换方便，便于升级，减少接插件故障，移动自由且不受限制，投运快速，可以实际利用MEMS（微机电系统）技术。美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工
21、业现场节能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。应充分利用无线通信，开发适当无线产品和系统，为实现我国“十一五”规划的节能降耗目标建功立业。,2023/9/30,31,无线通信网络的工业应用正在发展,无线的工业应用当前出现的新动态是使用高速、无须申请频率许可证、低价的技术。无线通信距离与具体应用强烈相关，一般大致在150毫米至80公里。,2023/9/30,32,当前影响无线网络应用的主要障碍,当前影响无线系统广泛应用的主要障碍是：如何克服工业环境对无线传输的影响和无线技术目前发展的状态尚难以满足工业应用的要求。工业环境对无线通信的挑战有：工作环境温度由-40C+70C；高湿度（当温度为4
22、0C湿度 95%时不结露）；本质安全防爆要求；固定设备和移动设备对无线传输路径的影响（衰变、中断和发生各种各样的缺陷，诸如频散、多径时延、干扰、与频率有关的衰减，节点休眠、节点隐蔽和与安全有关的问题）。,2023/9/30,33,控制中无线系统的标准ISA SP100,2023/9/30,34,美国ISA SP100标准委员会正在加紧制定工业环境下实现无线系统的标准，推荐实践指南、技术报告和相关的信息。着重在三方面制定标准：运用无线技术的环境，无线通信设备和系统技术的生命周期，无线技术的应用。主要面向现场仪表和设备。在SP 100标委会下设五个主要的分标委会：射频物理学基础 可互操作性 用户要
23、求 用户指南 集成,2023/9/30,35,面 向 成 功 的 SP 100,SP 100力求在现有相关标准的基础上，能在一个较短的时间内取得符合要求的结果。SP 100尽可能应用下列标准并有所提高：ISA SP 99信息安全 IEEE 1451智能传感器 FIPS 140-2信息安全 ISO/OSI 网络可连接的7层模型SP 100力争促进 新技术的发展应用 无线网络的节点合理部署 从业人员和公司相互间的交流,2023/9/30,36,SP100规定的五类应用（1）,2023/9/30,37,SP100规定的五类应用（2）,直接的操作结果的数据和消息，譬如历史数据的采集，为预防性维护而必须
24、进行的周期性采集的数据，事件顺序记录数据的上传（这类似于文件传递，不能因通信类型而发生数据丢失，属于监控的第5类应用，是指通过无线传输那些不会产生但又非像控制信号那样必须考虑时间性），其它的上装和下载。属于监控的第4类应用，是指通过无线传输那些只在短时间内产生操作结果的数据和消息，例如基于事件的维护而必须采集的数据，为测试需要而发往现场的限界动作所产生的临时而短暂的结果，无线设备上的电压低限指示器所产生的告知更换电池的信号等等。,2023/9/30,38,SP100规定的五类应用（3）,第3类开环控制是指在回路中还有人在作用，例如操作人员手动启动一个信号装置且注视着这个装置，远程指导开启一个安
25、全门，操作人员执行手动调节泵/阀门等。第2类闭环监督控制，通常并非关键部位，如不频繁的串级控制，多变量控制，优化控制等。第1类闭环调节控制，一般均为关键回路，如现场执行器的直接控制，频繁的串级控制等。第0类恒为关键的紧急行动，包括安全联锁，紧急停车，自动消防控制等。,2023/9/30,39,SP100规定的五类应用（4）,报警信号根据具体应用场合，分属以上由0类至5类。例如：0类报警是指那些具有自动响应的、致命有毒气体的泄漏检测器信号（如对污染的自动响应），1类报警是指具有自动响应的、对流程状态会带来高度影响的信号（如自动停止反应的停车信号），2类报警是指对流程状态自动响应的信号（如要对某种
26、参与反应的流体做分流处理），3类报警是指对流程状态作手动启动的操作响应的信号（如由操作人员来判断决定是否分流至另一并行的反应器），4类报警是指有关设备状态的报警，以通知维护人员在短时间内到达现场，5类报警指那些有关设备状态的报警，要求维护人员采取长期维护的动作。,2023/9/30,40,SP100规定的五类应用（5）,实际对这些类别（不包括0类）的应用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10 第四、五类应用是大量的 状态监控振动，温度/压力 性能监控热交换，环境，机械性能,2023/9/30,41,用于工业无线网络的最紧要的要求,2023/9/30,42,现场设备级无线网络的要求(1
27、/6),成本目标=(有线)+不致增加任何维护成本,2023/9/30,43,现场设备级无线网络的要求(2/6),底层结构支持不同供货商提供的设备,而不致干扰现有的无线设备,2023/9/30,44,现场设备级无线网络的要求(3/6),像有线数字通信网络一样可提供和支持闭环控制,2023/9/30,45,现场设备级无线网络的要求(4/6),保持信息安全的过程具有智能特性,2023/9/30,46,现场设备级无线网络的要求(5/6),必须支持现场设备的无线就地接入,2023/9/30,47,现场设备级无线网络的要求(6/6),信息时间性的重要程度,2023/9/30,48,无 线 通 信 网 络
28、的 分 类,2023/9/30,49,无线通信网络的分类,无线通信网络按传输距离可分为：城际网（WMAN）局域网（WLAN）个人网（短程网，WPAN）无线通信网络的标准 城际网（IEEE 802.20，IEEE 802.16）局域网（IEEE 802.11）短程网（IEEE 802.15）,2023/9/30,50,IEEE 802标准的无线空间,2023/9/30,51,正在发展的一些无线传输的标准,ZigBee 特长的电池寿命 很适合工业自动化，家用电器，传感器网络 超宽带（UWB，IEEE 802.15.3a 和）美国FCC开放一无须申请的自由宽带频率范围3.1-10.6GHz 无射频载
29、波，低成本，低功耗，非直线传输 在低传输速率模式，可用于一个重要的工业市场：位置感知（在2厘米-20米范围内）WiMax（IEEE 802.16，Intel 提出）适于住宅区/经营性建筑的长距离（1km）射频链接 较高数据传输率（在一个20MHz的信道约70Mbps）也可用于大型工业部署 今年将有商品问世,2023/9/30,52,（1）提供广泛的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体通信服务,支持语音、视频和Internet。运行于10GHz到66GHz频谱之上.（2）传输距离远、数据传输速率高：在信息传播方式上，WiMAX技术借助无线基站进行数据传输。当频宽为20MHz时，数据传输速率最高
30、可以达到75Mbit/s，是3G所能提供的宽带速度的30倍，目前实际应用时每3.5MHz载波可传输净速率为18Mbit/s，频率利用系数高。高达50km的覆盖范围，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，无线网络的应用范围大大扩展。（3）服务质量（QoS）机制完善、数据安全性更高.,WiMAX/802.16技术优势,2023/9/30,53,WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）全称为全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16标准的无线城域网技术。WiMAX组织从2001年开始制定标准，并对芯片、设备进行认证，规模经济使成本下降成为
31、可能，WiMAX的应用领域也随之扩大。现在WiMAX组织包括芯片制造商（例如英特尔）、设备供应商（例如阿尔卡特）、电信运营商（例如BT英国电信），产业链已经十分完整。目前全球有众多的实验网络，已推出集成移动WiMAX芯片的讯驰芯片组。WiMAX的规模应用为期不远。更快、更远、更便宜，就是WINMAX的特点,什么是WiMAX技术-1,2023/9/30,54,WiMAX技术的突出特点是比WiFi具有更远的覆盖半径。WiFi主要是解决100米内的无线接入问题，是属于WLAN（无线局域网）的范畴。WiFi在开阔地带最远可以达到300米，在室内一般有效覆盖范围在100米以内。而WiMAX最远可以达到5
32、0公里的覆盖范围，属于无线城域网（WMAN）的范畴，其典型应用的覆盖范围是610公里。相比3G提供小于2M的带宽，WiMAX可以提供70M独立带宽，并且基站的覆盖范围是3G基站的10倍。因此有人认为WiMAX将取代3G，成为下一代通讯的主流技术。在此基础上WiMAX组织开发了802.16a，其工作的频段要比802.16低，主要工作在211G的频段范围，信号绕过障碍的能力得到提高，目前已经可以支持非视距传输，意味着在基站和客户端之间可以有树木或者建筑物的阻挡，WiMAX的应用领域被拓宽。针对802.16a不具备移动性能的问题，WiMAX在此基础上制定了802.16e标准。按照802.16e标准，
33、手持PDA步行或者使用移动计算设备，无线连接也不会中断。因此WiMAX具有了移动性能。,什么是WiMAX技术-2,2023/9/30,55,IEEE 802.16又称为IEEE Wireless MAN空中接口标准，是适用于2-66 GHz的空中接口规范。由于它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50km，因此802.16系统主要应用于城域网，被视为可与DSL竞争的“最后一公里”宽带接入解决方案。根据使用频段高低的不同，802.16系统可分为应用于视距和非视距两种，其中使用2-11GHz频段的系统应用于非视距范围，而使用 10-66GHz频段的系统应用于视距范围。根据是否支持移动特性，IEEE 8
34、02.16标准系列又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中的802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。,IEEE 802.16-IEEE Wireless MAN空中接口标准,2023/9/30,56,IEEE 802.20标准为基于IP 的移动宽带无线接入技术而制定，结合已经提出的移动数据通信技术标准(如GPRS、3G 等)，将形成移动宽带无线接入比较完整的标准体系结构。2002 年3 月根据Cisco、Flarion、HP和Nextel 等厂商提出的建议，IEEE 协会决定在I
35、EEE 802.16工作组内成立专门的移动宽带无线接入(MBWA)研究小组；2002 年7 月，形成IEEE 802.16和MBWA 两个独立的工作组，并达成协议，各自针对不同的市场，同时MBWA 工作组执行委员会研究小组(ECSG)成立；2002年11月，IEEE 802.20和IEEE 802.16e工作组宣告成立。,IEEE 802.20标准-1,2023/9/30,57,高通公司声表示，2008年将在其CDMA2000方式的手机芯片组中嵌入IEEE802.20收发功能。“IEEE802.20从一开始就瞄准了手机。从抗电波干扰特性和高速移动时的接收等方面来说，具有移动WiMAX所无法比拟
36、的优势。准备与移动WiMAX进行彻底决战”。IEEE 802.20也称为MBWA(Mobile Broadband Wireless Access，移动宽带无线访问)，旨在向时速超过100km的高速移动物体提供高速无线互联网服务。比如，使用20MHz带宽时最大数据传输速度据称超过了260Mbit/秒。计划在 3.5GHz下许可频段工作。,IEEE 802.20标准-2,2023/9/30,58,视距传播 电波沿直线传播的方式称为视距传播。注：微波只能进行视距传播,因为微波信号没有绕射功能,所以两个微波天线只能在可视,即中间无物体遮挡的情况下才能正常接收。非视距传播 当移动台（MS）与基站（BS
37、）之间的直射路径被障碍物挡住后，无线电波只能在经过反射和衍射后到达接收端，此时测量到的数据，如到达时间、时间差、入射角度等，将不能正确反映发送端与接受端的真实距离，这种现象被称为非视距传播（NLOS）。,视距传播 和非视距传播,2023/9/30,59,2004年11月第一个基于认知无线电的无线标准IEEE 802.22工作组成立，目的在于解决运营在广播电视频段的感知无线广域接入网络技术。认知无线电（CR）是针对频谱利用率不高的解决方案。其特点是根据实时感知环境，灵活、高效、可靠地利用频谱资源。这样认知无线电就具备了在已授权频段内，智能利用“空洞频谱”而不干扰其它授权用户的能力。IEEE 80
38、2.22系统和其它的IEEE 802的标准相比，是针对无线区域网的。覆盖范围半径最大可达100km，在目前4W的有效全向辐射功率（EIRP）条件下，覆盖面积的半径也达到 33km。这样802.22系统的覆盖面积就是当今最大的一个系统。,IEEE 802.22标准-1,2023/9/30,60,传统上频谱被划分成很多小块，然后分配给不同的应用。比如535-1065 KHz是分配给短波广播的，54-72 MHz,76-88 MHz,174-216 MHz,512-608 MHz以及614-698 MHz是分配给无线电视的，等等。,如果我们可以把这些没有充分利用的频谱重新利用起来，所谓的频谱短缺问题
39、起码又可以消失一段时间了。这个802.22协议就是设计出来专门利用无线电视空闲频谱的。也就是说，802.22专门找出电视暂时不用的频段，然后充分利用它。这个协议和别的无线协议不同的地方在于，别的协议工作的频谱段都是事先分配好的，所以设备在工作的时候一开始就调谐到这个频段就可以了。但是802.22协议是利用“别人”的空闲频谱，那么它可以工作的频段完全取决于别人的使用。,IEEE 802.22标准-2,2023/9/30,61,全称为3rd Generation，中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话；1996到1997年出现的第二代GSM、TDM
40、A等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特每秒）、384kbps（千比特每秒）以及144kbps的传输速度。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，3G通信的名称繁多，国际电联规定为
41、“IMT-2000”（国际移动电话2000）标准，欧洲的电信业巨头们则称其为“UMTS”通用移动通信系统。,3G简介,2023/9/30,62,国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文2000年国际移动通讯计划（简称IMT2000）。CDMA是Code Division Multiple Access(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)
42、的数字调制方式。,CDMA 将话音转换为数字信号,给每个数字话音分组增加一个地址,进行扰码处理,并且将它发射到空中.CDMA最大的优点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫.CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。,3G的标准,下面分别介绍一下3G的几种标准：,2023/9/30,63,全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。
43、这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此WCDMA具有先天的市场优势。该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service(通用分组无线业务)的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM演进)的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。,3G的标准之一：W-CDMA,2023/9/30,64,CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA I
44、S95)技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。该标准提出了从CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA200
45、03x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络。,3G的标准之二：CDMA2000,2023/9/30,65,全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA)，该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内的庞大的市场，该
46、标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TDSCDMA标准。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。,3G的标准之三：TD-SCDMA,2023/9/30,66,WiMAX 的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，又称为80216无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，
47、在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA之后的第四个全球3G标准,3G的标准之四：WiMAX,2023/9/30,67,2008年4月1日中国移动通信集团公司在北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛个城市，启动第三代移动通信（）“中国标准”社会化业务测试和试商用，其号段为。标志着我国第三代移动通信(3G)标准TD的商业化应用正式起航。据介绍，首批社会化业务测试将邀请万名不同行业和部门的用户，免费提供2000元至4000元的手机和数据卡终端，并给予测试用户每月800元的话费补贴。从中移动
48、公开的资费标准看，普通通话费用TD比2G还要便宜。TD月租费为50元/月，本地基本通话费主叫0.40元/分钟，被叫免费；国内漫游通话费0.60元/分钟，被叫0.40元/分钟；国内长途通话费0.07元/6秒；短信息费网内0.1元/条，网外0.15元/条，接收免费。TD新业务可视电话收费则是本地通信主叫0.6元/分钟，被叫免费；国内漫游主叫0.9元/分钟，被叫0.60元/分钟；国内长途0.10元/6秒。此外，中国移动还推出三款TD语音套餐和数据卡套餐，语音资费低于当前G网水平。,中国3G的现状,2023/9/30,68,用于工业的无线传输网络,近些年来，无线传输网络成为工控领域中正在迅速发展的技术
49、热点之一，也是被不少工业自动化供应厂商看好的一种新的增长点。发展重点主要集中在无线局域网和无线短程网。一如以往所有的IT技术移植到工控应用中来所采取的方法一样，基础是IT行业的各种无线传输标准。但充分考虑在这种专门应用中的特别要求，开发适应这些特别要求的技术、规范、标准和行规。,2023/9/30,69,适应不同无线传输要求而发展的标准和技术,2023/9/30,70,无 线 网 络 标 准 的 比 较,2023/9/30,71,无线局域网WLAN标准,WLAN标准IEEE 802.11系列还在发展中，已完成的有:,OFDM(OrthogondFreguencyDivisionMultiple
50、xing，正交频分复用)技术是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定、完整传的技术，OFDM的原理是通信信号按90度的相位作频分，于是当某个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值的最大值。这种多路并行的传送模式不仅能有效利用频谱资源，还保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠，串扰。,2023/9/30,72,全球WLAN的市场容量及预测,设备单价,市场投放量,价格从300美元（2000）降至十几美元（2007），市场投放达5000万台。,2023/9/30,73,工业无线局域网WLAN的要求,工业WLAN具有与企业办公和家庭应用环境不同的要求。这些要求可归纳为：严格的延迟要求。确定性性能的
