前言

IEEE802工作组根据发射机与接收机之间的直接通信距离，将无线通信系统分成无线区域网（WRAN）、广域网（WAN）、无线城域网（WMAN）、无线局域网（WLAN）、无线个人区域网（WPAN）。最大覆盖半径为100千米的WRAN主要用于人口低密度区，提供对数据网络的访问；最大覆盖半径为15千米的WAN用于实现不同地区的局域网或城域网的互连，提供不同地区、城市和国家之间的计算机通信的远程计算机网；最大覆盖半径为5千米的WMAN提供面向互联网的高速连接，提供“最后一千米”的宽带无线接入（BWA）；最大覆盖半径为150米的WLAN的基本用途是用于替代计算机与计算机之间的有线连接。

根据IEEE802的描述，WLAN、WPAN均属于短距离无线通信系统。WPAN的最大覆盖半径为10米。目前，WPAN包括蓝牙、高速WPAN（HR-WPAN）、低速WPAN（LR-WPAN）、无线人体区域网（WBAN）。蓝牙用于无线鼠标、无线键盘、非手持式耳机和听筒。HR-WPAN用于高宽带多媒体传输。LR-WPAN主要用于物联网，实现可靠的无线网络化监视和控制。其中，星形拓扑 LR-WPAN 的应用包括家庭自动化、个人计算机外设、玩具与游戏、个人卫生保健等。对等拓扑LR-WPAN的应用包括工业监控、无线传感器网络、资产与详细清单跟踪、智能化农业、安全等。

短距离无线通信系统RF输出功率低（几毫瓦～100毫瓦），通信距离短（几厘米～150米），结构简单，价格相对低廉，无许可证操作，通常电池供电。正是由于这些特点以及许多其他优点，因此无线局域网（WLAN）、蓝牙、ZigBee发展十分迅速，应用越来越普遍，在市场上获得了巨大成功。例如，无线局域网（WLAN）已经在企业、医院、商店、工厂、学校、交通、飞机、商船和舰船等场合得到了广泛的应用。IEEE802.15.4（LR-WPAN）是物联网的一种重要短距离传输系统。ZigBee在工业监控与工业自动化控制，无线传感器网络，资产与详细清单跟踪，智能化农业，安全监视，保健监视，环境监视，军事行动、消防队员操作指挥，货单自动更新，库存实时跟踪，家庭自动化，个人计算机外设，玩具与游戏，个人卫生保健等领域获得了应用。而市场的成功又反过来强力推动WLAN、ZigBee、蓝牙的进一步发展，形成了技术与市场的良性循环，持续发展。

软件无线电技术、低功率电子学、CMOS 技术、低功率 RF 设计技术、网络体系结构、以及无线网络协议的发展和进步，使人们已经能够开发出功能全、功耗低的芯片，实现单片解决方案，从而保证和实现了短距离无线通信的低成本要求。

市场上有许多IEEE802.15.4（LR-WPAN）芯片可供选择。例如，TI公司推出的芯片CC2430提供单片系统解决方法。CC2430采用低功率全静态CMOS设计，集成了遵循IEEE802.15.4标准的RF收发信机（相当于TI公司推出的IEEE 802.15.4收发信机RF芯片CC2420）、优化8051内核（其性能是标准8051的8倍）、双数据指针、系统内可编程闪存（32/64/128KB）、8KB RAM、DMA、定时器（1个IEEE802.15.4MAC定时器，1个通用16比特定时器，2个8比特定时器）、自动前导发生器、同步字插入/检测、MAC有效载荷的CRC-16计算和校验、空闲信道评估（CCA）、能量检测/数字 RSSI、链路质量指示（LQI）、CSMA/CA 协处理器、电池监视与温度传感器、12比特ADC（8输入，精度可配置）、AES安全协处理器、AES加密/解密硬件、两个可编程通用同步/异步接收机/发射机（USART）、随机数发生器、21个通用I/O引脚（其中2个具有20mA 信宿/信源能力）、硬件调试接口等，采用兼容有害物质约束（RoHS）的7×7mm QLP48封装，支持低功率操作（微处理器按32MHz速率运行时，接收和发送的电流均为27mA；电源休眠方式下0.5μA电流；待命方式下0.3μA电流），数据速率250kb/s，码片速率2Mchip/s，接收机抗干扰能力强，外接元件少，对于网状网系统只需要一个晶振，给系统设计和开发人员提供了极大方便。建议学校构建 CC2430 或者类似的实验环境，做到教学、实践、科研的统一，使学生不仅学习了相关网络系统知识，而且还能够到实际环境中去实践，切身参与调试、软件编写、网络实验。

本书取材于当前主流的短距离无线通信系统，包括四个部分的内容：短距离无线通信系统概述、典型短距离无线通信系统（LR-WPAN、HR-WPAN、蓝牙）、无线个人区域网络的网状网能力、异种网络系统的共存。具体安排如下：

第一部分“短距离无线通信系统概述”：包含1章（第1章）。内容包括无线通信系统的分类，以及各类无线通信系统的简单介绍。着重综述了IEEE802.11WLAN的物理层、MAC机制及其体系结构、应用。然后介绍无线网状网网络（WMN），包括WMN的特点、网络结构、性能影响因素、应用等。最后是短距离无线通信系统概述，包括短距离无线通信的特点、应用、短距离无线通信技术的选择考虑。

第二部分“典型短距离无线通信系统”：包含3章（第2、3、4章）。第2、3章分别详细描述低速无线个人局域网（LR-WPAN）、高速无线个人局域网（HR-WPAN），包括网络的体系结构（包括网络拓扑、协议参考模型）、帧结构、物理层、MAC层、节能技术。第4章是蓝牙通信系统的概述，包括蓝牙通信拓扑、核心系统体系结构、分组格式、数据传输体系结构等。

第三部分“无线个人区域网络的网状网能力”：包含1章（第5章）。本章详细描述LR-WPAN、HR-WPAN的网状网能力，包括网状网参考模型、网状网服务、网状网服务帧格式、网状网功能。

第四部分“异种网络系统的共存”：包含1章（第6章）。本章讨论无线个人区域网（W PAN）、无线局域网（WLAN）的共存问题，介绍多种协作共存机制（无线媒介交替访问，分组流量仲裁，确定性干扰抑制）和非协作共存机制（自适应干扰抑制，自适应分组选择，ACL/SCO链的分组传输时间安排，自适应跳频），以及这些共存机制的使用方法和使用效果。

本书由两位通信领域的研究员编写。中国电子科技集团公司第三十研究所研究员曾曦完成本书第4章“蓝牙通信系统”、第5章“无线个人区域网络（W PAN）的网状网能力”的编写。陈林星研究员完成其余4章的编写，并负责全书的统稿和校对。

另外就几个问题说明如下：

（1）在描述帧结构时，按照从右到左的顺序开始发送和接收。对于包含多个字节的域，按照从最低字节到最高字节、每个字节按照最低比特到最高比特的顺序开始发送和接收。对于在PHY与MAC子层之间的传递的数据域也按照这种顺序发送和接收。

（2）在使用本教材之前，学生最好应学过通信原理课程，具有分组通信、调制解调、纠错检错等基本通信知识；此外，还应该具备一定的数学知识，比如图论等。如果学生缺乏这些知识，建议老师讲课时适时补充一些这方面的知识。

在本书的构思和写作过程中，以及本书的成功出版，作者一直得到了电子工业出版社的大力支持和帮助。在写作过程中，在理解和讨论一些技术问题时，多位友人给予了有益的帮助。作者在此一并表示由衷感谢！

由于作者知识有限，本书难免有缺陷、甚至错误。非常欢迎来文指出本书的缺点和错误。联系E_Mail：clx-clx-clx@163.com。