详解物联网无线通信技术

　　短波通信

　　1、短波通信概述

　　短波通信（high frequency communication，HF），是指利用频率在3 M～30 MHz的电磁波经过电离层的反射后无须建立中继站而进行远距离通信的无线电通信技术，它既可以通过天波来进行远距离通信，又可以利用地波进行近距离通信，但主要是利用天波。

　　2、短波通信的特点

　　短波通信具有多种优点，如传播距离远、灵活性高和抗毁性较强等。由于电离层对短波吸收少，天波经电离层的反射后可以传播到很远距离；短波通信设备简单，组网方便迅速；短波通信设备小易隐蔽，破坏后易恢复。但是短波通信也不足之处，如其衰落现象比较严重、信号不稳定等。

　　3、短波通信的发展现状

　　短波通信近些年发展势头迅猛，在技术上已经取得一系列的突破与进展。迄今影响短波通信的主要难题已经得到解决，短波通信性能已经大大提升。其发展趋势主要表现如下：由单一自适应技术向全自适应技术方向发展；由窄带低速数据通信技术向高带宽高速数据通信技术发展；短波终端技术向自适应调制解调技术发展；短波通信系统由数字化向软件化发展；新型短波天线向自适应、智能化发展。

　　4、短波通信技术的应用

　　海洋石油行业是传统的高风险行业，海上各种通信手段在海洋石油生产中显得至关重要。目前，短波通信在海洋石油生产中的作用仍然是不可替代的。短波通信具有低成本、高机动性和超远距离通信等优势，然而令短波通信在海洋石油生产中广泛使用的主要原因是其超强抵抗恶劣环境的能力。同时，通过技术创新，对短波通信系统进行改造，进行系统联网，可实现对短波发射机远程监测及远程遥控。为海洋石油作业船舶提供安全生产和应急保障，提高了短波通信系统的接通率与覆盖范围，尤其是随着南海和南沙油田的开发，可以为南海及南沙作业船舶提供短波通信保障，同样该技术可为海洋渔业发展提供技术支撑。

　　微波通信

　　1、微波通信技术的基本概念

　　微波通信指的是利用波长为1 mm～1 m或频率为300 MHz～300 GHz的电磁波作为载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。

　　我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段，K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高，其在空中的传播特性与光波相近，即直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。一般说来，由于地球曲面的影响及空间传输的损耗，每隔50 km左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸。这种通信方式，也称为微波中继通信或称为微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千千米仍可保持很高的通信质量。

　　2、数字微波通信的相关技术

　　由于经济建设和国防建设的发展，许多专用通信网（如石油、电力、水利、矿山和部队等）都有一定要求，如要求对传输数据和信息进行加密；要求工作高度可靠和运行维护方便。这就要求微波通信必须实现全数字化、全固态化和无人值守，而满足这些要求的数字微波通信系统被提到日程上来了。

　　数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段，可以用来传输电话信号，也可以用来传输数字信号和图像信号。

　　微波站按工作性质可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站，其中数字微波中继站最为重要。同步数字体系（synchronous digItal hierarchy，SDH）微波中继站主要完成信号的双向接收和转发。有调制、解调设备的中继站，称为再生中继站。需要上、下话路的中继站称为微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。再生中继站具有全线公务联络能力，并向网管系统汇报站信息。

　　3、微波通信技术的特点

　　微波通信技术具有通信容量大、接力传输、信号稳定、不易受干扰和保密性好的特点。

　　4、微波通信技术的应用场合

　　随着技术的发展，微波技术也越来越受到人们的重视，其仍具有良好的市场前景。具体应用场合如下：可作为干线光纤传输的备份及补充，用于不适合使用光纤的地段和场合；可用于农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合；也可用于都市农业、现代农业园区等短距离支线连接。

　　红外通信

　　红外通信是指利用红外线来传输信号的一种通信方式。红外线的波长范围为0.70 μm～1 mm，其中300 μm～1 mm，也称为亚毫米波。在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。

　　1、红外通信的原理

　　红外通信利用950 nm近红外波段的红外线作为传递信息的通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（pulse widthmodulation，PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（pulse position modulation，PPM）两种方法。

　　红外信号的调制与解调：为了避免红外控制信号在传输过程中受到其他红外杂光的干扰，一般将红外控制信号调制在固定的载波频率上，接收端就可以滤除其他频率的杂光而只接收固定频率的红外光，再将其还原成相应的二进制编码。通常的载波频率在30～60 kHz，普通家用电器的载波频率一般为38 kHz。

　　2、红外通信技术的特点

　　通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；主要是用来取代点对点的线缆连接；新的通信标准兼容早期的通信标准；小角度（30°锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布；无有害辐射，绿色产品特性：科学实验证明，红外线是一种对人体有益的光谱，所以红外线产品是一种真正的绿色产品。

　　然而红外通信技术也有不足之处，其受视距影响传输距离短；要求通信设备的位置固定；其点对点的传输连接无法灵活地组成网络等。

　　3、红外通信技术的应用

　　红外光雨水传感器由集雨器、导流管、红外光发射器、红外光接收器和微控制器组成，集雨器为一个漏斗，用于收集雨水。

　　导流管将雨水导入传感器内部的由红外光发射器和接收器组成的红外光通信系统中，红外光发射器和接收器使用的红外光路与导流管导入雨水的水流方向在同一平面且相互垂直，流入的雨水能干扰甚至阻断光反射器和接收器之间的光通信。微控制器控制红外光发射器发送特定数据码，将接收器接收的数据码与发送的数据码进行比较，判断是否产生误码，进而感知导流管中是否有雨水流过。

　　卫星通信

　　1、卫星通信技术

　　卫星通信以人造地球卫星作为中继站，在地面通信站之间转发无线电信号，从而实现各通信站之间的信息交换和信息传输的通信方式。卫星通信是宇宙通信方式之一，采用的是微波频段。

　　2、卫星通信的特点

　　与其他通信方式相比，卫星通信具有很多不可比拟的优势，如覆盖区域大，通信距离远，且投资费用与距离无关；工作频带宽，通信容量大，适用于多种通信业务传输；不会受地质灾害影响，通信线路稳定可靠，通信质量高；以广播方式工作，可以实现多址通信和信道按需分配，组网灵活；可以自发、自收进行检测。

　　当然卫星通信也有它的不足之处，由于电波需要传输很长的距离而产生长的延时；10 GHz以上频带受气象条件的影响；当太阳穿过面向卫星的地球站天线波束时，容易受到太阳噪声的干扰。

　　3、卫星通信的应用

　　a.卫星固定通信

　　我国的卫星固定通信网主要建设在比较大型的工程上，或者关系到国家安全和建设的方面，如交通、电力、水利、能源、银行、报社或地震局和气象局等需要实时监测的地方。

　　b.卫星移动通信

　　卫星移动通信系统机动性好，覆盖范围大，广泛应用于军事于民生工程中，我国应用最多的是便携式移动通信系统，并且运营状态良好。虽然，这些卫星通信网络使用比较方便，安全性高，但是价格要略高于普通通信网络，而且应用也受到一定限制。

　　c.卫星电视广播

　　我国卫星电视广播系统一直是卫星通信技术中应用最广的系统。卫星电视广播应用广泛的原因是其服务范围大、传播远、信息容量大、信号质量高，所以，在一些山区或者偏远地区信号差的地方，卫星电视广播系统可发挥着巨大的作用。

　　d.卫星宽带通信

　　宽带的发展不仅解决了数据处理传输问题，同时也真正意义上将世界连成了一个“整体”。卫星与宽带的结合可以有效扩展宽带覆盖面积，使宽带的应用更加广泛，同时卫星通信具有可靠、灵活、机动等特点，宽带和卫星的联合还能有效保证宽带网络的安全，实现整个宽带网络的有效运行。