[发明专利]一种低功耗远距离无线传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种低功耗远距离无线传输系统。

背景技术

物联网被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息革命浪潮。到目前为止，物联网已经在全世界得到极大重视，很多国家和企业纷纷提出了各自的物联网发展战略。我国政府部门对物联网行业发展表现出了积极的支持态度，已发布一系列政策文件推动物联网的产业进展。2016年12月27日，国务院发布的《“十三五”国家信息化规范》中有20处提到“物联网”，明确提出10个物联网发展专项行动计划实施物联网重大应用示范工程，推进物联网应用区域试点。世界各地的调研机构和运营商均预测物联网将成为下一个万亿级市场。IDC预计，2020年全球物联网市场规模将达1.7万亿美元；中国移动也预计，2020年全球物联网市场规模将达8300亿美元，物联网连接设备将达500亿[3]。物联网产业发展前景广阔。随着物联网的快速发展，从个人电子产品到工业机械和传感器等相关应用逐渐的接入网络。通信技术是网络连接的基础。没有通信技术的支持，物联网感知的大量信息无法进行有效地交换和共享，从而也不能利用基于这些物理世界的数据产生丰富的物联网应用。无线通信因其结构简单、成本低、克服有线通信在某些情况下布线困难等优势成为现阶段研究的重点。

表1现有无线数据传输方案对比

现有成熟的无线传输技术如表1。其中采用蓝牙(Bluetooth)、紫蜂(Zigbee)和无线路由(WiFi)技术的无线数据传输终端工作频段是2.4GHz，基于蜂窝移动通信技术的4G频段由于运营商不同，大致分布在1800MHz～1900MHz、2.3GHz和2.5GHz等专用频段上。从现有无线传输方案可以看出，每种无线传输方案都有各自的优势，比如采用Bluetooth技术的方案相较其他方案，功耗较低，基于跳频技术可以实现安全传输，但数据传输率较低、通信距离较短；基于Zigbee技术的方案相比其他方案的优势是可以实现局域内快速组网，同时功耗较低，缺点是随着网络节点的增多，无线数据在节点间传输延时较高，相应的数据传输率较低；WiFi技术与上述两种方案相比，数据传输率较高，在物理层增加功率放大器模块可以实现远距离无线数据传输，同时与网关相连可以直接连接Internet。但是WiFi技术功耗较大，虽然可以基于Mesh组网，但其对应网络拓扑结构对通信数据传输影响较大。基于WiFi技术的无线通信终端还具有数据安全性没法保障的缺点；3G/4G或者GSM等基于蜂窝技术的无线传输方案可以使用现有基站实现远距离无线传输，缺点是在基站没法覆盖的偏远地区，无法使用。

现有无线传输系统方案的硬件结构如图1示，主要由MCU电路和射频芯片电路两部分构成，MCU主要作用是运行协议栈，控制并把数据通过某种通信接口传输到射频芯片，射频芯片主要完成调制、解调，把调制好的无线电磁波信号传到物理空间和从物理空间感应接收电磁波信号。基于Bluetooth和WiFi的应用一般采用这种方案。

采用Zigbee技术的方案与与采用Bluetooth和WiFi技术方案不同点在于，有良好的自组网特性。如图2所示，采用Zigbee技术方案中，节点分为3种类型，分别为协调器节点、路由器节点和终端节点。协调器节点主要任务是构建网络，一旦网络构建完毕，退化为路由器节点。路由器节点主要功能是数据路由，终端节点主要完成数据采集和发送。

从以上现有无线数据传输方案可以看出，现有方案只能应用于某些特定条件下。比如在低功耗方面，Bluetooth有天然的优势，而数据传输率较大时，WiFi优势明显，Zigbee的优势在于组网简单方便。随着物联网技术的发展，物联网应用对无线通信技术的需求是如何在较低功耗下实现远距离无线传输。低功耗是物联网无线传输设备的基本需求，因为低功耗意味着同样电池容量供电设备能工作更长的时间，远距离保证了无线传输设备能够覆盖较大的通信范围。现有成熟的无线通信技术无法满足物联网应用对传输距离和功耗的需求。现阶段，市场上尚未存在一种解决上述问题的低成本、远距离低功耗无线传输方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种低功耗远距离无线传输系统，该传输系统具有在较低的运行功耗下实现远距离的无线数传功能，同时配合通信协议能够在较低的成本下实现安全保密通讯、组网和跳频通信等功能。

本发明的技术方案是：