2024年1月29日 星期一

★ 無線通訊與下一代技術保持同步

 
無線技術溝通未來




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為了跟上物聯網、人工智慧和 5G 頻譜等新技術的步伐,無線技術也在升級。以下是短程和遠端通訊領域正在發生的事情

Wi-Fi 6 的特點(www.howtogeek.com


對於一個互聯的世界,我們需要各種短程和遠端無線通訊裝置,來解決汙染控制、災害管理、基礎設施監控、資源管理和廢棄物管理等挑戰。短程無線通訊可以將資料從幾釐米傳輸到幾米。一些支援短距離無線通訊的技術,是藍牙、Wi-Fi、近場通訊(NFC)和 Zigbee。

遠端無線通訊使用,從幾公里到幾千公里的訊號。支援遠端無線通訊的一些技術是無線電傳輸、衛星通訊和 LoRaWAN。

藍牙 5( Bluetooth 5)

藍牙透過建立個人區域網路,取代不同電子裝置之間的電纜,相互通訊。它可以在五十米範圍內高速傳輸音訊、影像、圖像或文件。在其設定中,一個裝置作為主伺服器執行,一個或多個裝置作為從屬來傳送和接收資料。

藍牙 5 是這項技術的最新版本。它消耗低功耗,並以 2Mbps 的速度傳輸資料。它採用高斯變頻鍵控(GFSK)調製技術,頻譜範圍超過 2.4GHz 至 2.483GHz。

它允許使用無線蜂窩耳機、揚聲器或汽車音訊系統進行擴音電話。它廣泛用於在手機或電腦與其他電子裝置(包括滑鼠、鍵盤、印表機、數位相機、揚聲器等)之間建立無線連線。

藍牙 5 版本為物聯網(IoT)裝置提供了兩個介面:一個用於低能耗操作,用於在更長的距離上傳輸更少的資料,另一個用於在更短的範圍內傳輸兩倍資料。

藍牙 5 允許使用者同時在兩個連線的裝置上播放音訊。人們可以將音訊傳送到房子的多個房間,在一個空間中建立立體聲效果,或者在兩套耳機之間共享音訊。

藍牙 5 增加改進的另一個領域是信標技術;零售等企業可以透過優惠或廣告向附近的潛在客戶傳送訊息。人們可以透過關閉定位服務和檢查零售店的應用 app 許可權來選擇退出此功能。

信標技術還可以方便室內導航,例如在機場或購物中心,並使倉庫更容易跟蹤庫存。

Wi-Fi 6

Wi-Fi 設定由無線路由器組成,該路由器根據路由器配置,將許多具有網際網路連線的裝置連線。Wi-Fi 6,也被稱為 802.11ax Wi-Fi,是 Wi-Fi 技術的下一代標準。它使用 2.4GHz 和 5GHz 頻段,並提供 9.6Gbps 的資料傳輸速率。

憑藉其 1024-QAM(四振幅調製)技術,每個符號攜帶十位而不是八位,與 802.11ac 256-QAM 相比,原始速度提高了 25%。有兩種關鍵技術可以提高效率,並加快 Wi-Fi 6 連線:多使用者多輸入多輸出(MU-MIMO)和正交頻分多訪問(OFDMA)。

如果我們假設 Wi-Fi 連線,是一系列向裝置傳遞資料包的送貨卡車,使用 OFDMA,每輛卡車可以同時向多個裝置交付多個包裹,從而提高上傳和下載的效率。它的 8×8 MU-MIMO 技術,允許超過八個串流可用於串流媒體、下載、種子、玩虛擬實境/擴增實境(VR/AR)、大型多人線上遊戲或角色扮演遊戲。

目標喚醒時間功能,允許裝置決定何時,以及多久一次喚醒,以傳送或接收資料,從而增加裝置睡眠時間,並延長行動和物聯網裝置的電池壽命。基地台顏色標記來自鄰近網路的幀,以忽略來自鄰近無線網路的干擾。

Wi-Fi 6 提供約 100 米的通訊距離,使其適合在體育場和其他公共場所等,數百或數千個連線裝置,以及利用時間敏感、高頻寬和低延遲應用的企業網路中進行高品質的連線。Wi-Fi 6 裝置在機場和火車站等,最密集和動態的連線環境中高效執行。它透過最新的 Wi-Fi 保護訪問3(WPA3)提供更好的安全功能。

近場通訊 NFC

NFC 通常用於安全支付應用、快速通行證、共享資訊和無線充電應用。它以  13.56MHz ISM 頻率執行,最大範圍約為 10 釐米。這提供了一個更安全的連線,通常是加密的。內建的 NFC 標籤允許手機、平板電腦、膝上型電腦和其他裝置輕鬆,與其他配備 NFC 的裝置共享資料。


NFC 支付(信用:https://tender-retail.acceo.com)


NFC 從射頻辨識(RFID)技術演變而來。它使用小型扁平標籤,可以貼在任何東西上,並用於辨識、位置、追蹤和庫存管理。當讀取器單元在附近時,它將高功率射頻訊號傳輸到標籤,並讀取儲存在記憶體中的資料。

NFC 可用於行動支付和信用卡的替代品。它還允許在兩個啟用 NFC 的裝置之間傳輸資料。使用 NFC,當另一個 NFC 裝置進入之前指定的範圍時,連線會自動啟動。一旦進入範圍,這兩個裝置會立即通訊,並向用戶傳送提示,以啟動行動支付、資料共享或無線充電。

NFC 無線充電模式,允許將高達 1W 的功率,非接觸式傳輸到藍牙耳機、健身追蹤器或智慧手錶等小型裝置,以及其他物聯網裝置。

Zigbee 3.0

Zigbee 是一種標準的無線通訊協議,它定義了實體和媒體訪問控制(MAC)層,以低資料速率處理許多裝置。它使用 802.15.4 收發器作為基礎,以 868MHz、902MHz 至 928MHz 和 2.4GHz 頻率執行。它可以建構用於裝置監控和控制的大型網格網路,處理多達 65,000 個節點。它還可以支援多種類型的無線電網路,如點對點和點對多點。它可以以 250kB/s 的速度在長達 100 米的距離內無線傳輸資料。


Zigbee 3.0(信用:https://zigbee.org)


Zigbee 技術最適合低頻寬的低延遲和低能耗。它可以以兩種模式傳輸資料:信標和非信標。當終端裝置沒有資料通訊時,信標模式下的協調器和路由器進入睡眠狀態。

在這裡,協調員負責透過網路啟動和管理裝置。它們在定期間隔後醒來,並將信標傳輸到網路中的路由器。因此,當通訊需要導致更低的佔空比,和更長的電池使用時,它們就會執行。

在非信標模式下,協調器和路由器持續監控傳入資料的活躍狀態,從而消耗更多電力。

Zigbee 可用於一系列應用,包括遠端患者監控、無線照明和電錶、交通管理系統、工業自動化、家庭自動化和智慧電網監控。智慧電網監控包括遠端溫度監控、故障定位、無功管理等。

它還透過支援及時庫存實踐,以及監測溫度、溼度、溢位等,幫助零售商更有效地營運。

最新的 Zigbee 3.0 基於現有的 Zigbee 標準,統一了特定於市場的應用,允許所有裝置在同一網路中無線連線。

Zigbee 3.0 認證計劃確保了不同製造商產品的互操作性,以及 128 位 AES 加密,以實現安全的資料連線。

射頻傳輸和 SDR

射頻是一種電磁傳輸形式,從 3kHz 到 300GHz 不等。由於其穿透物體和長距離旅行的特性,它用於無線通訊。通訊範圍取決於波長、發射功率、接收器品質,以及天線的型別、尺寸和高度

射頻使用一個發射器部分,後跟發射天線,該天線負責無線訊號傳輸。該傳輸訊號由接收天線接收,放大並解調到原始訊號。這項技術廣泛用於軍事通訊、個人通訊、無線電廣播和工作場所的通訊。

軟體定義無線電(SDR,Software defined Radio)是一種無線電通訊系統,它利用軟體實現在電腦,或嵌入式系統的硬體發射器/接收器單元中實現的元件。SDR 使用軟體在訊號上執行許多基本功能,如混合、放大、過濾、調製/解調、檢測等。

該軟體易於重新配置,可以在許多平台上使用。利用數位處理的力量,SDR 正在用於許多不同領域的不同應用。該軟體用於根據給定時間所需的功能,更改無線電的配置或升級。

純粹透過升級軟體,無需更改硬體,即可對任何標準進行更改,甚至新增新的波形。這甚至可以遠端完成,從而節省大量成本。也可以透過更新軟體來重新配置無線電並改變其效能。

衛星通訊

微波是無線通訊系統中,使用的電磁傳輸的一種形式。微波的波長範圍從一米到一毫米。頻率從 300MHz 到 300GHz 不等。這些廣泛用於長距離通訊,並且相對便宜。使用衛星技術的設備,允許使用者在地球上的任何地方保持無線連接。


衛星通訊由空間部分和地面部分組成。透過設備(衛星電話)發送到衛星的訊號,被衛星放大並發送回位於地球上的接收天線。


人們正在努力利用科技的好處來造福人類。印度太空研究組織為社會發展的重要措施,包括遠距教育、遠距醫療、村莊資源中心和災害管理系統方案。太空技術在國家發展,和電視廣播應用方面的潛力是巨大的。


固定衛星服務支援,與私人商業網路的國際互聯網連接。使用各種便攜式接收器和發射器設備的行動衛星服務為陸地移動、海上和航空客戶提供通訊服務。廣播衛星服務 (BSS) 使用非常小的地面設備,提供高傳輸功率進行接收。

LoRaWAN

遠端(LoRa)技術,目的在將電池供電的東西無線連線到區域、國家或全球網路中的網際網路。它在智慧城市、智慧家庭和建築、智慧農業、智慧計量、智慧供應鏈和物流,以及許多其他應用方面具有巨大潛力。

LoRa 在鄉村地區連接設備的距離可達 15 公里,並滲透到密集的城市或深入的室內環境。這需要最少的能源,電池壽命長達十年,從而最大限度地降低電池更換成本。

LoRa 具有端對端 AES128 加密、相互身份驗證、完整性保護和機密性。LoRa 調製基於 Chirp 擴頻技術,即使在低功率下,也能在多路徑衰落、通道噪音和多普勒效應方面表現良好。用於廣域網路的 LoRaWAN 可以使用頻寬為 125kHz、250kHz 或 500kHz 的通道,具體​​取決於區域或頻率計劃。


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