无网通信 | 原理分析 / 应用

注:本文为“无网通信”相关几篇文章合辑。


到底什么是 “无网通信”?

原创 小枣君 鲜枣课堂 2024 年 10 月 30 日 18:18 江苏

最近智能手机市场迎来了一波发布热潮,在发布会现场,厂商们展示了令人眼花缭乱的各种参数和概念。其中,有一个名词,成功吸引了小枣君的注意,那就是 ——无网通信

根据厂商的介绍,基于这个无网通信技术,可以在没有网络的情况下,实现多达数公里的语音通信,非常犀利。

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图片来自 vivo

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图片来自小米

那么,无网通信,到底是一个什么性质的通信呢?它是如何实现的?又有哪些使用场景?

接下来,小枣君就和大家聊聊这个话题。

█ 什么是无网通信

无网通信,是指不依赖于外部网络所进行的通信。也就是说,在没有第三方设备(基站或无线路由器等)提供网络的情况下,两台设备之间进行的点对点通信。

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大家一定想到了两项技术,一个是对讲机,另一个是蓝牙。

没错,它们俩理论上都属于无网通信。

无网通信和有网通信之间有什么区别呢?

有网通信是我们目前最常用的通信方式。它的优势在于通信范围大、带宽高、覆盖用户多。

有网通信在功率上有优势。

例如移动通信基站,拥有更大的无线射频发射功率,可以覆盖更远的距离(几百米~十几千米),接入更多的设备。无线路由器,功率会小得多,但也可以覆盖较远的距离(百米级)。

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运营商基站

而终端设备,例如手机,在射频功率上有更严格的限制。所以,设备之间直接通信,能够实现的通信距离非常有限。

有网通信还有一个优势,就是频段

手机和基站进行通信,都是采用国家颁发给运营商的合法通信频段,是优质且专有的频段资源。

无线局域网通信(Wi-Fi),采用的是国家划定的免授权频段(ISM 频段,也可以叫免费频段)。大家都能用,所以非常拥挤。这也影响了通信距离和效果。

无线对讲机,有的是专网通信(公安、消防、军队等单位专用,采用专门分配的频段),有的是公众共用(酒店、保安等使用)。共用频段也很拥挤。

蓝牙,采用的是和 Wi-Fi 一样的免授权频段,公用且拥挤。

总而言之,在网络能力上,有网通信(主要指蜂窝移动通信)都占有绝对优势。而且,有网通信非常适合中心化的组网,能够让海量终端快速访问互联网节点(数据中心服务器),适合互联网的业务场景。所以,它成为了现在最主流的通信手段。

█ 无网通信的优点和使用场景

那么,有了 “有网” 通信,为什么还要搞无网通信呢?

因为无网通信有以下优势:

1、无网通信简单、灵活、便捷。两个终端只要离得近,就能点对点通信,无需组网,去中心化,能够满足最基本的通信需求。

2、在没有第三方网络设备(偏远区域或发生灾害)的情况下,无网通信也可以实现通信。

3、不消耗手机流量,费用成本低。

4、不接入公网,具有更好的私密性。

大家一定要明白:无网通信并不是要取代有网通信,而是作为补充手段,在特定场景下使用。

具体是哪些场景呢?

我们可以举几个例子:

1、地下车库没有基站信号。通过无网通信,可以联系朋友,或者找到自己的车。

2、在沙漠、森林、雪山等地区进行户外探险。没有基站信号,通过无网通信,可以满足队友之间的基本通信需求。(卫星通信费用更加昂贵,适合探险队伍与外界之间的联系,例如呼救。)

3、在发生地震等自然灾害时,基站信号全部中断。通过无网通信,可以帮助进行救援。(人员被掩埋或被困住时,卫星通信无法使用,而无网通信可以呼叫近距离的救援人员。)

4、在国外旅行,通过无网通信,可以在不产生漫游流量或话费的情况下,与同行亲友保持联系。

5、实现区域社交,让一定区域的用户可以建立社交网络。对讲式的通话,也增加了可玩性。

█ 无网通信的最新趋势和启示

无网通信是这两年才兴起的概念,以前根本没什么人提。

前面说的对讲机和蓝牙两大技术。对讲机因为便宜方便,Push to talk(即按即通),所以一直存在。蓝牙的话,主要是用于耳机、键盘、可穿戴、智能家居等设备,因为功耗低、成本低,简单好用,所以成为一个标准。

现在,手机厂商之所以重点提出无网通信,有多方面的原因。

首先,是市场内卷。

在激烈的竞争下,屏幕、摄像头、SoC 芯片…… 能卷的都卷了,所以,要创造一些差异化的优势,找新的 “卷点”。

其次,是场景需求。

中短距离的点对点通信,确实存在一些需求场景(例如前面提到的那些),且这些场景越来越普遍。在泛在通信的大目标下,开发这个功能也有一定的必要性和实用价值。

第三,是技术探索。

这个其实是最关键的。传统的蓝牙技术,已经很久没有大的突破了,在通信距离、带宽和功耗等方面,并不能很好地满足用户场景的需求。

大家应该会发现,最近几年,终端厂商不仅加大了在全球公共技术标准上的参与和投入,也加大了私有协议的开发力度。

有网通信,例如 5G、Wi-Fi,基于公共标准协议,虽然有利于产业链的统一,但标准掌握在少数大企业(主要是运营商和设备商)手里,终端厂商缺乏话语权。像蓝牙这种标准协议,要顾及的方面也很多,涉及太多利益,也不能说动就动。

那么,终端厂商就只能在私有协议方面做文章。

最典型的例子,其实不是手机,而是大疆的无人机。

大疆无人机进行遥控,控制终端(手柄)和无人机之间的通信,就是点对点通信,无网通信。因为传统技术根本无法满足遥控和图传需求,所以,大疆才选择了自研私有协议,可以将控制距离扩展到惊人的 10 公里以上。

今年,大疆发布的全新 DJI SDR 图传,基于软件定义无线电(SDR)技术开发,并采用 SDR 和 Wi-Fi 双制式图传技术,支持 1080p/60fps 传输规格,传输码率高达 20Mbps,延时低至 35 毫秒,图传传输距离最远可达 3 公里。

在手机终端这边,开发私有协议,一方面是补足现有技术的短板,另一方面是服务于自己旗下产品之间的互联。

大家应该想到了,现在手机厂商通常会推出手机、PAD、笔记本电脑、手表等。那么,这些设备之间的联动、投屏等,也可以基于私有协议。

传统技术,尤其是蓝牙,确实在技术性能上存在很大的提升空间。之前,我和大家介绍过星闪。星闪标准在技术指标上,完全是吊打 Wi-Fi 和蓝牙的。

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技术参数对比(背景条件复杂,仅供参考)

这说明,现有主流技术标准并不是完美的。之所以无法替代,主要还是因为它们已经成为既定的全球标准,很难替换(需要所有厂商或大部分厂商支持)。

最近手机厂商们发布的无网通信,其实本质上都是在蓝牙基础上进行增强,或者开发了类似蓝牙的技术。这些技术利用了手机既有的无线电硬件,然后采用了特殊的协议和算法。

vivo 的无网通信技术,主要基于蓝牙和 LoRa 扩频技术。vivo X200 系列手机,可以实现了长达 1500 米的无网通信。这项技术可以支持 SOS 文字广播、一对一语音和文字对讲、地图位置显示等功能。

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图片来自 vivo

OPPO 的无网通信技术被称为 MeshTalk。可以在没有蜂窝网络、Wi-Fi 和蓝牙的情况下,实现 3000 米内的文字、语音传输乃至语音通话。MeshTalk 甚至可以支持多台设备以 mesh 的方式进行自由组网,实现多人群聊。

小米刚刚发布的星辰通信系统,支持 “行业首个公里级无网通话”,半径 3.5km 内,完全无网也能双向通话。据了解,小米的无网通信,也支持 mesh 组网。

这些无网通信技术,都是自研私有协议,需要在同品牌终端下才能支持,且目前只有部分终端支持。

█ 最后的话

总而言之,开发私有协议,进一步提升终端的通信能力,满足特殊场景下的用户体验,已经成为厂商们的普遍选择。全球统一标准协议在灵活性和定制性方面存在不足,给私有协议提供了一定的发展空间。

这种趋势是否会继续扩大,是否会有新的厂商或技术联盟出现,还有待进一步观察。


无网通信技术是什么原理?

原创 技象物联网 技象科技物联网 2024 年 11 月 08 日 11:12 广东

无网通信技术是一种在没有传统网络覆盖的情况下,通过设备之间的直接通信实现远距离通信的技术。这种技术通常依赖于蓝牙、扩频技术 (如TPUNBLoRa) 等无线通信技术,能够在空旷的环境中实现点对点的语音对讲和文字传输。

例如,vivo 推出的公里级无网通信技术主要基于蓝牙技术,并结合了 LoRa 扩频技术,使其能够在无网络覆盖的情况下实现超过 1.5 公里的通信距离。此外,vivo X200 系列手机还支持 SOS 文字广播和一对一语音对讲功能,这使得用户可以在极端环境下保持通信。

这种技术的工作原理是通过设备之间的直接无线连接,不依赖于任何外部网络基础设施 (如基站或路由器),从而在没有网络信号的区域也能实现通信。这种技术特别适用于徒步、露营等户外活动以及灾害救援等场景,确保用户在无网络覆盖的情况下仍能保持通信。

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一、无网通信技术的优缺点

无网通信技术具有显著的优势,但也存在一些局限性,具体如下:

1. 无网通信技术的优势

无需依赖网络基础设施: 无网通信技术能够在没有蜂窝网络或互联网的情况下进行设备间的直接通信,适合网络基础设施不足或受损的区域。

低延迟: 设备之间直接通信,不经过中间的网络节点或服务器,降低了延迟,使得信息传输更加迅速,对需要实时通信的场景特别有利,如应急救援和设备联动。

隐私性和安全性: 信息传输不通过公共网络,数据仅在设备之间传递,有效保护用户隐私。适用于对信息安全性要求较高的场景,如军事和执法领域。

低功耗: 多数无网通信技术 (如 TPUNB、LoRa、Zigbee) 设计为低功耗,适合电池供电的小型设备,有助于延长设备的使用寿命,适用于物联网和传感器网络。

临时性和应急适用: 无网通信适合建立临时通信网络,在自然灾害、紧急救援等情况下可快速恢复基本的通信需求,支持救援和信息共享。

2. 无网通信技术的局限

有限的通信范围: 大部分无网通信技术的传输距离有限,例如蓝牙的有效范围通常在 10 米左右,Wi-Fi Direct 则为 100 米左右;虽然 TPUNB、LoRa 覆盖范围较远,但在城市环境中信号衰减明显。因此,远距离传输依然存在瓶颈。

带宽和速率受限: 多数无网通信技术的带宽较低,适合小数据量传输,而不适合高带宽需求的应用 (如视频流传输)。这限制了其在一些数据密集型应用中的使用。

网络扩展性受限: 无网通信技术更适用于小规模、有限节点的连接,难以支撑大规模设备的联网需求。对于需要成千上万设备同时连接的场景,无网通信可能无法稳定支持。

数据可靠性与稳定性: 由于没有固定的网络基础设施作为支撑,信号易受地形、环境障碍和干扰影响,特别是在复杂的城市环境或地下区域内,容易出现信号不稳定或丢失的情况。

网络复杂性与维护: 尽管无网通信无需基础设施支持,但一些类型 (如 Mesh 网络) 的节点自组织管理复杂,维护成本高。此外,一些节点出现故障时可能影响整体网络的可靠性。

无网通信技术在特定场景下具有不可替代的优势,尤其适用于应急救援、偏远地区和隐私性较高的应用。然而,带宽限制、传输距离和网络规模等局限性也限制了它的广泛应用。选择无网通信技术时,需要综合考虑应用场景的具体需求以及通信性能的权衡。

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二、公里级无网通信技术中蓝牙和 LoRa 技术如何结合

在公里级无网通信技术中,蓝牙和 LoRa 扩频技术的结合使用主要体现在通过特殊的协议和算法来实现远距离通信。具体来说,vivo 在其 X200 系列手机上采用了这种技术,利用手机的无线电硬件,结合蓝牙和 LoRa 扩频技术,能够在无网络覆盖的情况下实现最大 1.5 公里的通讯能力。

蓝牙技术通常用于短距离内的数据传输和控制,而 LoRa 扩频技术则用于长距离通信。通过将这两种技术结合使用,可以弥补各自在覆盖范围和精度上的不足,从而实现更加全面和稳定的通信服务。例如,在室内场景下,可以利用蓝牙进行设备之间的连接和数据传输,而在需要更远距离通信时,则通过 LoRa 技术实现设备到云端的长距离通信。

此外,这种结合使用的技术还具有经济实用的特点,能够提供一种免费且高效的 “无成本通信” 解决方案。

三、无网通信技术如何确保数据传输的安全性?

无网通信技术的安全性依赖多种加密和协议措施,以确保数据在无网络的环境中传输安全可靠。通常采用的安全机制:

1. 端到端加密

公里级无网通信通常采用端到端加密 (E2EE),确保数据在发送端加密后,只有接收端能解密读取。这种加密方式即使在传输过程中被截获,数据仍然难以被破解。

2. 密钥协商和交换协议

为了确保数据加密的密钥安全,这些技术往往采用安全密钥交换协议 (如 Diffie-Hellman 或 Elliptic Curve Cryptography)。双方设备在连接时生成一个安全密钥,密钥不会被第三方截获。此类协议在多设备环境中尤其重要,能保证密钥生成和交换的过程安全。

3. 匿名性和身份验证

大多数公里级无网通信系统要求设备之间进行身份验证 (如基于设备 ID 或用户权限) 以确认通信双方身份合法。通过认证机制,每个设备在与其他设备通信时需要经过身份校验,防止非授权设备窃听或中途截取通信数据。

4. 频率跳变技术

使用类似蓝牙的跳频机制,信号在不同频段间切换,从而降低外部干扰或窃听的风险。这种方式可以增加数据传输的安全性,使其更难被第三方追踪。

5. 链路层加密

在物理链路层实施加密,可以防止数据在通信链路中被窃听或篡改。这种加密层保护数据完整性,即使传输过程被第三方捕获,也难以解析有效内容。

6. 信息签名与完整性检查

每次传输的数据包附带信息签名,接收端验证签名以确认数据未经修改。这种数据完整性校验可确保数据不被篡改或误传,适用于需要较高安全性的数据传输。

公里级无网通信通过端到端加密、密钥交换、安全频率跳变等多层次的加密与验证措施,确保数据传输的机密性、完整性和安全性。这些技术不仅增强了数据保护,还提升了抗窃听和抗干扰能力,使其适用于安全性要求较高的应用场景。

四、无网通信技术在灾害救援场景中的应用

无网通信技术在灾害救援场景中的应用案例包括:

紧急救援功能:公里级无网通信技术可以在极端天气、地震、泥石流等救援场景中使用。这项技术允许用户一键快速向周边设备发送求救广播,传递个人被困位置和身体状况,从而帮助救援人员更有效地进行救援行动。

无人机应急通信保障:翼龙 - 2 无人机在四川木里地区进行了一次成功的应急通信保障演练。该无人机搭载了多种设备,如公网通信设备,能够在没有网络覆盖的情况下提供应急通信服务,确保救援队伍能够保持联系并协调救援行动。

户外探险和科学考察:公里级无网通信技术不仅适用于灾害救援,还可以用于户外探险和科学考察。例如,在野外探险或科学考察中,科研人员可以利用该技术进行远程数据传输和共享,保持团队间的联系。

五、目前市场上哪些品牌采用了公里级无网通信技术?

目前市场上采用公里级无网通信技术的品牌和产品主要包括 vivo 和小米。

-vivo:vivo X200 系列是全球首发公里级无网通信技术的设备。该技术基于蓝牙实现,能够在无网络且空旷的环境下,支持最远超过 1.5 公里的点对点语音对讲及文字传输。此外,iQOO 13 智能手机也搭载了这一特性,并在 vivo X200 系列手机上率先亮相。

小米:小米发布的星辰通信系统支持 “行业首个公里级无网通话”,能够在半径 3.5 公里内实现完全无网的双向通话,并且支持 mesh 组网。

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什么是无网通信能力?

原创 小宝爹 科学小宝爹 2024 年 11 月 29 日 11:47 中国香港

一个知乎的问题如下

“ 行业首个 3.5km 无网通话:小米星辰通信系统公布,大家怎么看这个功能?
 
该技术由小米 15 Pro 首发搭载,支持 “行业首个公里级无网通话”,半径 3.5km 内完全无网也能双向通话。这个功能会不会影响电信运营商的利益?友商会不会跟进?”

答复:

解释无网通信这个概念,应该先从 “星辰通信” 开始。

星辰通信应该是个体系的概念,对我这种普通消费者来说,公开的信息不太系统,多少有点混乱。但总的来看,小米在主力终端品牌 “小米” 上,正在努力向上爬坡。

自从剥离 “红米” 子品牌之后,小米的主力终端品牌目标很明确,就是能卖上价的主力机和旗舰。所以对终端芯片的自主性和定制化有要求,特别是在小米真正解决了澎湃 OS 自主化之后。当然,一步直接迈向从 AP (主应用芯片)到 BP (基带芯片)的突破肯定不太容易,这也应该是整个高端产品布局中最难的一块。之前小米有一款松果什么的做得不是特别理想( SoC 形态),后来基本还是延续高通系列的合作包括这次的小米 15 。但小米在芯片上的布局还是在外围的 CP (协处理器功能体系)上长期坚持并有很大的突破。这里面包含电池管理芯片、充电管理芯片、影像处理芯片和今天这个问题所提到的 “星辰无网通讯” 所依赖的射频信号管理芯片 T1S ,基本上算是遍地开花了。如下图:

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图表 1 T1S ,来自小米官网

有点类似农村包围城市的感觉,先从难度较低的 “协处理” 部分切入,这个思路还是正确的。关于今天这个问题所问到的星辰 “无网通信” 技术,其射频能力的物理基础和其他标准制式的无线通讯能力,就都是这颗 T1S 信号增强芯片,涉及到的不仅仅是 RF 的算法部分,还包括更后端的天线组合和天线选择(切换),如下图:

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图表 2 星辰通信系统,来自小米发布会

需要注意的是,T1S 信号增强芯片所涉及的这部分 RF 硬件资源的调配算法,是在各种主流无线技术标准协议栈之外的。例如不论 3GPP 的 4/5G ,还是 IEEE 的 802.11 、802.15 ,甚至 GPS 、卫通和无网通信能力(注意上图 2 中所支持的标准,跨越制式、跨越频段和跨越手持状态下所带来的天线效能损耗),都可以对接 T1S 和其背后的天线阵列。在既有通讯协议上,终端厂家在射频收发链路上做部署的技术并不会影响协议的兼容性。例如根据在标准内所进行的无线通讯的测量结果或者 T1S 自主(标准外)的测量结果,都可以触发灵活选择天线数和天线位置的机制,可以更好满足协议所需要的最优射频资源。这是个 “不算太吃力但很讨巧” 的产品化实现。如下图:

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图表 3 星辰无网通信结构推测,来自手绘

所以,如果我们把话题回落到 “无网通” 这个在小米星辰通讯体系内的专项技术上,也就比较容易理解了。 T1S+ 多频段天线组 + 天线智选能力组合,就是无网通射频侧的物理基础。在这个基础之上,选择最合适的无线通讯技术体制,比如蓝牙( vivo 的类似无网通技术确定是使用了蓝牙 5.0-Coded PHY ),或者其他工作在 ISM 开放频段上任何自有定义的无线技术,只要能实现点到点通讯链路的发现机制、呼叫机制、和通话话路保持机制等必要步骤,就可以了。再搭配上用户友好的操作 UI ,就完全可以形成一个脱离公众移动网络的独立通讯系统了。回到我们上文中提到过的,这个无网通讯系统相当于实现了一个自主定义的 AP (用户操作 UI ) +BP (点到点链路实现) +CP ( T1S ) + 多天线。具体结构参见上图 3 。

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图表 4 星辰无网通信 UI,来自小米发布会

对于小米的星辰无网通信功能来说,重点并非猜测其工作频段和制式(如前述,好几种可行技术都可以选择)、以及其具体实现调制解调的 BP 在哪里是哪颗等诸如此类问题,还是更应该关注其实现方式和实际效果。上图 4 可以看到小米的思路,就是把无网通信能力整合到现有的通信组件内,做到无缝。对于用户接受度来说,也比较合适。

说到这里,手边正好有 vivo 的 iQOO13 。 vivo 的做法是将不依赖运营商大网的点到点无网通信包装成对讲功能,其实也是一个比较好的选择。更契合这个应用的实际使用场景,确实非常类似 “对讲”。

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图表 5 iQOO13 的无网通信应用截图

我们前面讲过的,无网通信所涉及的点到点通讯链路的发现机制、呼叫机制、和通话话路保持机制等必要步骤,在 iQOO 13 的对讲机 app 里都能找到,兼容终端的发现、列表维护、呼叫和取消呼叫键,以及求救信息和 SOS 呼救机制,这里都齐全了。都打在 GIS 地图上。这就完全可以不需要运营商的公网服务了,只要在本机有效的信号覆盖范围内,就可以实现通信了。

现在市面上宣称自己提供无网通信功能的,目前我知道的应该就是这三家,小米、vivo 和 OPPO 。小米干脆没提自己的具体通信协议实现是基于什么的,OPPO 仅明确了自己不是蓝牙但没说自己是哪种技术。只有 vivo 是明确提到自己是基于蓝牙 BLE 的。选择已经规模应用的无线协议作为自主应用的底层技术,优势是非常明显的。利用现有 BP 和接口 API ,确实可以省掉很多开发工作。 vivo 的选择显然是更合理的,当然,还是需要看看 BLE 蓝牙是否完全契合无网点对点通信的需要。

既然确定了支撑协议,这里就值得多解释一下,蓝牙 BLE 的目标是点对点为主的低能耗无线连接,如果要提供公里级别的无网通信能力,就应该使用到了 BLE5.0 以后提供的新的物理层技术,Coded PHY 。要点如下:

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图表 6 蓝牙 BLE5.0 后所支持的三种物理层,来自蓝牙官方协议截图

参照上表格,LE 1M PHY 是低功耗蓝牙随蓝牙核心规范 4.0 版推出时引入的原始 PHY 。此 PHY 允许实现每秒 1 兆符号的原始数据速率(注意是符号速率 symbol rate ,以下都是);

随着蓝牙规范 5.0 版的推出,出现了两种新的 PHY : 2M PHY 和 Coded PHY 。因此,今天(截至 v5.4 ),我们有三个可用的 PHY :

  1. 1M PHY (每秒 1 兆符号) —— 所有 BLE 设备支持的原始 PHY ;

  2. 2M PHY (每秒 2 兆符号) —— 在蓝牙 5.0 中引入,速度约为 1M PHY 的两倍;

  3. Coded PHY (每秒 1 兆符号) —— 在蓝牙 5.0 中引入,可实现 1M PHY 范围的四倍。这就是我们所说的蓝牙长距离模式(字面上叫编码模式,注意这和 CDMA 类的扩频通信的扩频动作不是一个概念,但效果有点类似),新模式可将蓝牙设备的范围从 30-100 英尺扩展到 1 公里甚至更远的范围。

注意表格中 Coded PHY 有两种配置,这正是长距离传输能力的来源:

  • S2 ,其中每个数据位由两个符号表示。数据速率 = 500 kbps ( 1M PHY 数据速率的 1/2 );

  • S8 ,其中每个数据位由八个符号表示。数据速率 = 125 kbps ( 1M PHY 数据速率的 1/8 );

(需要注意的是,数据包内并非所有字段都采用相同的配置进行编码,因为有些字段始终采用 S=8 配置。由于所选配置会影响无线电开启时间,因此功耗会根据所选配置而有很大差异。)

这里比较容易理解的是,Code PHY 利用了多个符号表示单一数据位,从而降低了对于符号的解调信噪比门限,实现以传输效率换取传输距离。 vivo 的 iQOO 应该就是借助这种来自物理层强大的范围扩展,在蓝牙无线电开启时间、功耗和占空比在无线调度和共存方面的一些权衡,这种新模式需要进行一些硬件上的改进。由于对这种新模式的支持是可选的,因此并非所有蓝牙 LE 芯片组和模块(即使是符合蓝牙 5.0 及更高版本的芯片组和模块)都支持这种新模式。所以 vivo 的对讲机功能仅能工作在硬软件都兼容的自家指定型号的终端之间。

长距离模式不仅有助于扩大蓝牙设备的范围,还有助于在信号拥挤的环境或障碍物较多的环境中实现更可靠的连接。读者其实不必诟病这种协议的封闭性。因为这本身在业务层面就是有一定封闭性的。国内厂商的聪明之处在于,没必要去等待什么 IOT 兼容性的进展和协调,自己实现和自己终端的无网通信就可以了,在很大程度上确实能满足很多应用场景的需求,增加终端产品的卖点,始终寻找蓝海竞争局面,这是很好的产品化落地思路。

当然,从蓝牙 BLE 来看,这种 coded PHY 应用主要示例包括:

  • 无人机远程控制及远程识别系统

  • 部署在大面积农场的监测传感器

  • 在存在许多障碍的区域(例如工业环境)中使连接更加稳固

好,绕了一大圈儿,从小米的星辰系统,到无网通讯应用,再到一个明确采用蓝牙 BLE5.0 Coded PHY 的 vivo 的对讲应用 …… 我们可以看到终端制造商在竭尽全力武装移动终端。这种技术进步是如此多角度和多形态,以至于每每我们觉得 “还能做出什么花样儿来?” 的时候,他们还是能不断推陈出新,哪怕是在细节上。这几天华为 Mate 新机其实也特别强调了终端的移动网络接入能力,其技术本质和小米的星辰应该是类似的。

回首十几年前,乔老爷拿出 iPhone4 震惊全世界的时候,有一个卖点也是多频段边框天线(当然做不到动态切换,否则也不会有尴尬的天线门事件了),到如今国内厂家玩儿的这些更极致的 RF 技术,真是此时彼时。

另外值得再说几句的还是脱离大网结构的无网无线技术。其实 3GPP 在 R12 (大概六年前)就已经开始关注 sidelink 这种技术架构了。顾名思义 sidelink 就是脱离大网的接入网 + 核心网结构的,是属于 UE 到 UE 的连接。当时的设计对象主要是满足道路上高速移动车辆之间的 v2v ( vehicle 2 vehicle )需求,因为时延要求非常苛刻,车辆又距离很近。如果编队驾驶类似这类业务,真就没有必要经过基站 NodeB 节点去兜一圈了。车载 OBU 和 OBU 之间的 sidelink 链路就特别合适(也叫 PC5 接口)。在协议上这并非原罪,虽然有悖 3GPP 内运营商主宰一切的原则。其实,sidelink 所提供的终端到终端的直接接口,也还是在受到基站的集中协调才会效率更高的(参与 sidelink 通信的 UE 首先接受关联基站的资源分配先)。

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图表 7 Sidelink 接口和 UU 之间的关系,来自 Qualcomm.com

WiFi 领域内,IEEE 也有 Ad-hoc 的点到点通信机制。只是彼此的重点应用场景不吻合,我觉得这些选择权留给消费者决定即可,设备制造商最终会选择消费者的选择。

至于安全问题。无网通信不太会涉及通话监管问题。至少目前看,这些应用非常小众,便利性和通达性远没有主流话务通道( by uu 接口)那么协调好用。但未来类似网络结构慢慢承担话务量时,确实需要考虑相应的监管机制。


无线通信

注:本段节选自百科,页面翻译有点 “硬” 。

发现或发明时间 1895

无线通信是指多个节点间不经由导体或线缆传播进行的远距离传输通信。

无线通信包括各种固定式、移动式和便携式应用,例如双向无线电、手机、个人数字助理及无线网络。其他无线电无线通信的例子还有 GPS、车库门遥控器、无线鼠标等。

大部分无线通信技术会用到无线电,包括距离只到数米的 Wi-fi,也包括和航海家 1 号通信、距离超过数百万公里的深空网络。但有些无线通信的技术不使用无线电频段,而是使用其他的电磁波无线技术,例如光、磁场、电场等波段。

历史

光电话

贝尔和天特在 1880 年发明的光电话

世界上第一次无线电话对话出现在 1880 年,当时使用的是光电话,由亚历山大・格拉汉姆・贝尔及查尔斯・萨姆纳・天特发明,并且申请专利。光电话借由调制的光束来传递语音频号。在那个年代,还没有设备可以提供电力,甚至连科幻小说中也还没提到激光,他们的发明在当时看来并没有实用价值,而且通话的效果还会受到阳光及天气的限制。光电话和自由空间光通信系统一様,在传送器及发射器之间不能有阻隔光束的物体。数十年后,光电话才应用到了军事通信领域。

早期工作

戴维・E・休斯在 1878 年利用发射器传送无线电达数百米远。当时马克士威的电磁理论还不为世人周知,因而当代的科学家将此发明视为感应的结果。1885 年汤玛斯・爱迪生利用振动器磁铁来作为感应的传输,在 1888 年时爱迪生布署了哈伊谷铁路的信号传输系统,在 1891 年获得使用电感的无线电专利(美国专利第 465,971 号)。

1888 年时海因里希・赫兹展示了电磁波的存在,这成了后来大部分无线科技的基础。赫兹证明了电磁波在空间中会沿直线前进,可以被实验设备所接收,不过他没有继续进行其他相关的实验。贾格迪什・钱德拉・博斯当时开发了一个早期的无线电侦测设备,也有助于了解波长在数厘米内的电磁波特性。

无线电

古列尔莫・马可尼发射穿过大西洋的无线电信号

“无线” 一开始是指无线电的接收器,或称为收发器(可以同时作为传送及接收用途的设备),早在无线电报时代就已应用过类似设备。现在 “无线” 一词是指现代的无线通信,例如蜂窝网络以及无线寛频通信,无线一词也泛指任何一种不需要电线即可进行的应用,例如 “无线遥控”、“无线能量转换”,而不去区分实际应用的技术是无线电、红外线或是超声波。

古列尔莫・马可尼和卡尔・布劳恩因为在无线电报上的贡献,获得 1909 年的诺贝尔物理奖。

模式

无线通信可以用以下的方式进行:

无线电

无线电通信及微波通信用在长距离的通信,需搭配高方向性的天线,或是短距离的通信。

自由空间光通信

自由空间光通信系统(FSO)是利用光在自由空间(即空气、外太空、真空)中行进来传递信号的无线光通信技术。自由空间光通信系统会使用可见光或是红外线,例如遥控及红外通信等。

声通信

音波及超声波常用在短距离,利用音波来传递信号的应用。

电磁感应

电磁感应主要是用在低能量及短通信距离的应用,例如起搏器及短距离的 RFID 标签。

无线网络

无线网络可以符合许多不同的需求,最常见的可以是方便笔记性电脑的用户在往来不同地方的路途中可以连网,另一个用途是由手机连网。若某一个网段的实际位置经常会变动,利用无线网络来连线是比较合理的方法。在以下的情形下可以使用无线网络:

  • 网络的距离超过一般有线网络允许的长度。
  • 作为备援网络,在正常网络异常时使用。
  • 连接移动的或是暂时性的节点。
  • 在一般网络布线困难或是费用过高的情形。
  • 行动用户连线或是连接到移动网络。

在开发射频无线网络时,设计者需考虑以下的因素:

  • 使用数百至数千 MHz 或是 GHz 的频段。
  • 运作范围及电池寿命。
  • 灵敏度及资料速率。
  • 网络拓扑及节点智能程度。

无线网络的应用包括点对点通信、点对多点通信、广播、蜂窝网络及其他无线网络及 Wi-Fi 技术。

电磁波频谱

光、颜色、AM 及 FM 广播以及许多电子设备都用到电波波频谱,可用来通信的无线电频谱频率中视为是公共财财产,会由国家级的机构管理,例如美国的美国联邦通信委员会,英国的 Ofcom,这些机构会定义谁可以使用哪一个频段的频率,以及其目的为何。若公共频段像个人使用的电磁波频谱一様,没有类似的控制或替代配置措施,可能会出现混乱,例如飞机没有特别可以用在航管上的频率,而业余无线电操作者的信号干扰航管信号,使得飞行员无法正常使飞机降落。无线通信的频带由 9 kHz 至 300 GHz。

无线通信技术的应用

移动电话

移动电话应该是无线通信最广为人知的应用之一,在 2010 年底时全世界已有超过 46 亿手机。移动电话借由无线电波,使不同地方的用户可以互相电话联络。用户可以在行动通信基地台的范围内使用手机,基地台会接送及接收手机的信号。

无线资料传输

无线资料传输是行动运算中不可少的一部分。有许多可用的技术,差异是在地区的可用性、覆盖范围及性能,在一些情形下,用户必须可以布署多种连线方式,并在不同模式中切换。为了简化使用者所花的时间,可以使用连接管理软件,或者使用 MVPN,将数个连线处理为一个保安的单一虚拟网络。以下是一些用在无线资料传输的无线通信:

无线供电

无线供电是指在使用电线的情形下,将电能从电源传到另一个没有内建电源的设备中。有二种基础的无线供电方式,可以用光束 / 激光,无线电或是微波传输,或是使用近场感应的方式。几种方式都会用到电磁波磁场。

无线医疗技术

像无线体域网(mobile body area networks,简称 MBAN)等新技术可以利用无线技术监测血压、心跳、含氧浓度及体温。无线体域网会送出低功率的无线信号给接收器,再传送到监控设备或是护理站。这种技术减少了有意或是无意造成的感染风险,或是因为有线接线断线而产生的问题。

电脑界面设备

最早的键盘、鼠标等设备都是有线的,后来也慢慢出现了无线的界面设备,多半是利用 Bluetooth 技术的设备,其反应可能会略慢于有线的设备,但两者的差距越来越小。

像键盘、鼠标等电脑的无线界面设备一般是由电池供电,会传送射频的信号到接到电脑 USB 埠上的接收器。因为使用射频信号,使得资料可以用无线的方式传递,并且扩展使用的范围,一般可以到三米。距离、实体的障碍物、其他的无线信号甚至是人体都可能降低其信号品质。


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  • 到底什么是 “无网通信”?原创 小枣君 鲜枣课堂 2024 年 10 月 30 日 18:18 江苏
    https://mp.weixin.qq.com/s/vhzTwTvJwq2anP5OeaVp9w

  • 无网通信技术是什么原理?原创 技象物联网 技象科技物联网 2024 年 11 月 08 日 11:12 广东
    https://mp.weixin.qq.com/s/jskqKqtYabVivF4Xautcww

  • 什么是无网通信能力?原创 小宝爹 科学小宝爹 2024 年 11 月 29 日 11:47 中国香港
    https://mp.weixin.qq.com/s/bsExKDa_0EQNYVAYNNwwew

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