[發(fā)明專利]一種低功耗遠距離無線傳輸系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107580362A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 王學香;張文偉;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18;H04W88/04;H04L29/08
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發(fā)明涉及通信技術領域，特別涉及一種低功耗遠距離無線傳輸系統(tǒng)。

背景技術

物聯(lián)網被認為是繼計算機、互聯(lián)網之后的第三次信息革命浪潮。到目前為止，物聯(lián)網已經在全世界得到極大重視，很多國家和企業(yè)紛紛提出了各自的物聯(lián)網發(fā)展戰(zhàn)略。我國政府部門對物聯(lián)網行業(yè)發(fā)展表現出了積極的支持態(tài)度，已發(fā)布一系列政策文件推動物聯(lián)網的產業(yè)進展。2016年12月27日，國務院發(fā)布的《“十三五”國家信息化規(guī)范》中有20處提到“物聯(lián)網”，明確提出10個物聯(lián)網發(fā)展專項行動計劃實施物聯(lián)網重大應用示范工程，推進物聯(lián)網應用區(qū)域試點。世界各地的調研機構和運營商均預測物聯(lián)網將成為下一個萬億級市場。IDC預計，2020年全球物聯(lián)網市場規(guī)模將達1.7萬億美元；中國移動也預計，2020年全球物聯(lián)網市場規(guī)模將達8300億美元，物聯(lián)網連接設備將達500億[3]。物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展前景廣闊。隨著物聯(lián)網的快速發(fā)展，從個人電子產品到工業(yè)機械和傳感器等相關應用逐漸的接入網絡。通信技術是網絡連接的基礎。沒有通信技術的支持，物聯(lián)網感知的大量信息無法進行有效地交換和共享，從而也不能利用基于這些物理世界的數據產生豐富的物聯(lián)網應用。無線通信因其結構簡單、成本低、克服有線通信在某些情況下布線困難等優(yōu)勢成為現階段研究的重點。

表1現有無線數據傳輸方案對比

現有成熟的無線傳輸技術如表1。其中采用藍牙(Bluetooth)、紫蜂(Zigbee)和無線路由(WiFi)技術的無線數據傳輸終端工作頻段是2.4GHz，基于蜂窩移動通信技術的4G頻段由于運營商不同，大致分布在1800MHz～1900MHz、2.3GHz和2.5GHz等專用頻段上。從現有無線傳輸方案可以看出，每種無線傳輸方案都有各自的優(yōu)勢，比如采用Bluetooth技術的方案相較其他方案，功耗較低，基于跳頻技術可以實現安全傳輸，但數據傳輸率較低、通信距離較短；基于Zigbee技術的方案相比其他方案的優(yōu)勢是可以實現局域內快速組網，同時功耗較低，缺點是隨著網絡節(jié)點的增多，無線數據在節(jié)點間傳輸延時較高，相應的數據傳輸率較低；WiFi技術與上述兩種方案相比，數據傳輸率較高，在物理層增加功率放大器模塊可以實現遠距離無線數據傳輸，同時與網關相連可以直接連接Internet。但是WiFi技術功耗較大，雖然可以基于Mesh組網，但其對應網絡拓撲結構對通信數據傳輸影響較大。基于WiFi技術的無線通信終端還具有數據安全性沒法保障的缺點；3G/4G或者GSM等基于蜂窩技術的無線傳輸方案可以使用現有基站實現遠距離無線傳輸，缺點是在基站沒法覆蓋的偏遠地區(qū)，無法使用。

現有無線傳輸系統(tǒng)方案的硬件結構如圖1示，主要由MCU電路和射頻芯片電路兩部分構成，MCU主要作用是運行協(xié)議棧，控制并把數據通過某種通信接口傳輸到射頻芯片，射頻芯片主要完成調制、解調，把調制好的無線電磁波信號傳到物理空間和從物理空間感應接收電磁波信號。基于Bluetooth和WiFi的應用一般采用這種方案。

采用Zigbee技術的方案與與采用Bluetooth和WiFi技術方案不同點在于，有良好的自組網特性。如圖2所示，采用Zigbee技術方案中，節(jié)點分為3種類型，分別為協(xié)調器節(jié)點、路由器節(jié)點和終端節(jié)點。協(xié)調器節(jié)點主要任務是構建網絡，一旦網絡構建完畢，退化為路由器節(jié)點。路由器節(jié)點主要功能是數據路由，終端節(jié)點主要完成數據采集和發(fā)送。

從以上現有無線數據傳輸方案可以看出，現有方案只能應用于某些特定條件下。比如在低功耗方面，Bluetooth有天然的優(yōu)勢，而數據傳輸率較大時，WiFi優(yōu)勢明顯，Zigbee的優(yōu)勢在于組網簡單方便。隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，物聯(lián)網應用對無線通信技術的需求是如何在較低功耗下實現遠距離無線傳輸。低功耗是物聯(lián)網無線傳輸設備的基本需求，因為低功耗意味著同樣電池容量供電設備能工作更長的時間，遠距離保證了無線傳輸設備能夠覆蓋較大的通信范圍。現有成熟的無線通信技術無法滿足物聯(lián)網應用對傳輸距離和功耗的需求。現階段，市場上尚未存在一種解決上述問題的低成本、遠距離低功耗無線傳輸方案。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是：提供一種低功耗遠距離無線傳輸系統(tǒng)，該傳輸系統(tǒng)具有在較低的運行功耗下實現遠距離的無線數傳功能，同時配合通信協(xié)議能夠在較低的成本下實現安全保密通訊、組網和跳頻通信等功能。

本發(fā)明的技術方案是：