本書匯集了十余名相關專業的博士和專家，結合各自在物聯網通信技術領域的理路研究和實踐，從物聯網通信距離出發全方位闡述了物聯網涉及的短距離通信技術、中長距離通信技術和遠距離通信技術，并在最后介紹了物聯網通信技術的典型應用。

本書可以作為高等院校物聯網專業等相關專業學生的教材和參考書，也可以作為物聯網技術相關研究人員、企事業單位相關專業人員進行物聯網工作的重要參考資料。

物聯網通過部署大量感知設備實現對物理世界的感知和控制，同時將分布在不同地點的感知點通過各種通信技術實現互聯互通，并隨時隨地以任意方式通過任意終端為用戶提供智能服務。物聯網將人與人之間的通信擴展為人與人、人與物、物與物之間的通信。在感知層，物聯網借助各類傳感器、標簽、RFID、二維碼等實現數據的采集，并利用短距離通信技術（如藍牙、ZigBee、UWB等）將數據通過網關節點傳輸到核心網。核心網通過新興的低功耗廣域網和OPC UA等互聯互通技術實現無線通信網、因特網、移動通信網、固定電話網、衛星通信網等異構網絡安全高效的融合，完成數據的遠距離傳輸。在應用層，通過大數據、云計算、邊緣計算、數據倉庫、分布式存儲等技術進行數據建模、分析、優化，實現多源異構數據的深度開發，為用戶提供隨時隨地的智能服務。

通信技術在物聯網應用中起著橋梁作用，不同環境下，不同應用對通信性能有不同的需求。例如，在傳感網中首要目標是節能，從而會延遲整個網絡的生命周期，所以通信距離不能過長；而傳送網則要完成主干網之間的通信，對傳輸速率有更高的要求。因此，物聯網需要針對不同應用和不同環境選擇合適的傳輸介質、編碼技術、調制技術、雙工技術、多址技術、擴頻技術和加密技術等。另外，為了保證有效可靠地傳輸信息，還需要設計合理的MAC協議和路由協議。

本書匯集了十余名物聯網相關專業的博士和專家，結合各自在物聯網通信技術領域的理論研究和實踐，從物聯網通信距離出發全方位闡述了物聯網涉及的短距離通信技術、中長距離通信技術和遠距離通信技術，并在最后介紹了物聯網通信技術的典型應用。

第1章介紹物聯網通信的基礎知識，包括使用的傳輸介質、調制技術、復用技術、多址技術和雙工技術等。

第2章介紹短距離無線通信技術，主要對藍牙、ZigBee、RFID、WSN等技術的特點、關鍵技術以及應用場合進行詳細介紹。

第3章介紹移動通信技術，主要對第一代移動通信技術、第二代移動通信技術、第三代移動通信技術、第四代移動通信技術進行詳細闡述，同時對第五代移動通信技術涉及的關鍵技術及發展作了詳細介紹。

第4章介紹遠距離通信技術，即低功耗廣域網通信技術，包括低功耗廣域網的特點，LoRa、SigFox、NB-IoT和eMTC通信技術的特點、實現原理及應用。

第5章介紹衛星通信技術，主要包括衛星通信系統的組成和分類，典型的衛星移動通信系統，全球定位系統，北斗衛星導航系統，天地一體化系統等。

第6章詳細介紹PDH、SDH和OTN等光纖通信技術。

第7章介紹物聯網通信技術的典型應用，包括煙草智能配送系統、多表一體化系統、智能樓宇系統和停車場智能車牌識別系統。

本書由張翼英、史艷翠任主編，梁琨、張素香任副主編。張翼英負責全書統籌工作并參與全部章節編寫，張翼英、史艷翠對全書進行了審校。

具體編寫分工如下：第1章由張愛華編寫，第2章由梁琨、侯琳、于洋編寫，第3章由張二青、楊成月編寫，第4章由劉亞坤、何業慎編寫，第5章由史艷翠、梁琨編寫，第6章由張素香、鄒維福編寫，第7章由張茜、梁琨、樊麗霞、張翼飛編寫。

同時，感謝中國水利水電出版社在本書出版過程中給予的大力支持，感謝石永峰編輯的幫助。

希望本書能夠對關心物聯網技術和產業發展的各級領導和行業監管部門、高校師生，以及產業鏈相關各領域的從業人員、投融資人士等讀者有所裨益，能夠為我國物聯網產業的發展添磚加瓦。由于筆者水平及時間所限、各位編者編寫風格各異，書中難免有不足之處，懇請專家和讀者批評指正。

前言

第1章 物聯網通信技術概述 1
1.1 通信網的基本概念 1
1.1.1 通信網的定義及組成 1
1.1.2 通信網的類型 2
1.1.3 通信網的拓撲結構 3
1.2 傳輸介質 4
1.2.1 有線傳輸介質 4
1.2.2 無線傳輸介質 6
1.3 調制技術 7
1.3.1 模擬調制 8
1.3.2 數字調制 12
1.4 復用技術 15
1.4.1 頻分復用（FDM） 16
1.4.2 正交頻分復用（OFDM） 16
1.4.3 時分復用（TDM） 17
1.4.4 波分復用（WDM） 17
1.5 多址技術 18
1.5.1 時分多址（TDMA） 18
1.5.2 頻分多址（FDMA） 19
1.5.3 正交頻分多址（OFDMA） 19
1.5.4 碼分多址（CDMA） 19
1.6 雙工技術 19
1.6.1 單工技術 19
1.6.2 半雙工技術 20
1.6.3 全雙工技術 20
1.7 通信技術分類 20
1.7.1 短距離無線通信技術 21
1.7.2 移動通信技術 21
1.7.3 低功耗廣域網通信技術 21
1.7.4 衛星通信技術 22
1.7.5 光纖通信技術 22
小結 22
習題 22
第2章 短距離無線通信技術 24
2.1 藍牙技術 24
2.1.1 藍牙技術的特點 24
2.1.2 藍牙地址及協議棧 25
2.1.3 藍牙技術的應用 27
2.2 ZigBee技術 28
2.2.1 ZigBee技術的特點 28
2.2.2 ZigBee網絡的組成 29
2.2.3 ZigBee組網通信方式 31
2.2.4 ZigBee技術的應用 32
2.3 RFID技術 32
2.3.1 RFID簡介 32
2.3.2 RFID系統的組成 33
2.3.3 RFID系統的分類 34
2.3.4 讀寫器 35
2.3.5 電子標簽 36
2.3.6 RFID技術的應用 36
2.4 NFC技術 38
2.4.1 NFC技術概述 38
2.4.2 NFC中的連接與傳輸技術 39
2.4.3 NFC技術的應用 40
2.5 UWB技術 41
2.5.1 UWB的定義 42
2.5.2 UWB技術的特點 42
2.5.3 UWB的實現方式 43
2.5.4 UWB技術的應用 44
2.6 WiFi技術 46
2.6.1 WiFi技術的特點 47
2.6.2 IEEE802.11標準中的物理層 47
2.6.3 IEEE 802.11標準中的MAC子層 50
2.7 LiFi技術 52
2.7.1 LiFi技術概述 52
2.7.2 LiFi技術原理 53
2.7.3 產品優勢 54
2.8 M2M技術 54
2.8.1 M2M技術的定義 54
2.8.2 M2M系統構成 55
2.8.3 M2M高層系統架構 56
2.8.4 M2M技術的應用 58
2.9 WSN技術 61
2.9.1 WSN的組成 61
2.9.2 WSN的特點 63
2.9.3 WSN的關鍵技術 64
2.9.4 WSN技術的應用 65
小結 65
習題 65
第3章 移動通信技術 67
3.1 移動通信系統發展概述 67
3.2 第一代移動通信系統 70
3.3 第二代移動通信系統 71
3.3.1 GSM 72
3.3.2 GPRS 74
3.3.3 N-CDMA 75
3.4 第三代移動通信系統 77
3.4.1 WCDMA技術 77
3.4.2 CDMA 2000技術 79
3.4.3 TD-SCDMA技術 81
3.5 第四代移動通信系統 85
3.5.1 OFDM技術 87
3.5.2 智能天線技術 88
3.5.3 無線鏈路增強技術 89
3.5.4 軟件無線電（SDR）技術 89
3.5.5 多用戶檢測技術 90
3.6 第五代移動通信系統 90
3.6.1 場景和需求 91
3.6.2 網絡架構 92
3.6.3 關鍵技術 93
小結 94
習題 94
第4章 低功耗廣域網通信技術 95
4.1 低功耗廣域網的特點 95
4.2 LoRa無線通信技術 96
4.2.1 LoRa無線通信設計原理 97
4.2.2 LoRa終端工作模式 100
4.2.3 LoRa應用分析 101
4.3 SigFox無線通信技術 105
4.3.1 SigFox簡介 105
4.3.2 SigFox應用情況 106
4.4 NB-IoT無線通信技術 107
4.4.1 NB-IoT技術發展 107
4.4.2 NB-IoT簡介 108
4.4.3 NB-IoT特性 109
4.4.4 NB-IoT推廣應用 112
4.5 eMTC無線通信技術 115
4.5.1 eMTC簡介 115
4.5.2 eMTC特性 116
4.5.3 eMTC應用情況 116
小結 116
習題 117
第5章 衛星通信技術 118
5.1 衛星通信系統 119
5.1.1 衛星通信系統的組成 120
5.1.2 衛星通信系統的分類 122
5.2 衛星移動通信技術 123
5.2.1 衛星移動通信系統的相關技術 125
5.2.2 低軌道（LEO）衛星移動通信系統 127
5.2.3 中軌道（MEO）衛星通信系統 133
5.2.4 高軌道（GEO）衛星通信系統 135
5.2.5 衛星移動通信的應用 138
5.3 全球定位系統 139
5.3.1 GPS的組成 139
5.3.2 GPS的應用 140
5.4 中國北斗衛星導航系統 142
5.4.1 “北斗”的簡介 142
5.4.2 “北斗”的應用 144
5.5 天地一體化 148
5.5.1 天地一體化網絡的特征 150
5.5.2 天地一體化網絡主要問題分析 151
小結 152
習題 152
第6章 光纖通信技術 153
6.1 傳輸網技術發展歷程 154
6.2 PDH技術 155
6.3 SDH技術 156
6.3.1 SDH簡介 157
6.3.2 SDH幀結構 159
6.3.3 SDH的復用結構和步驟 161
6.3.4 映射、定位和復用的概念 162
6.3.5 SDH設備保護方式 166
6.4 OTN技術 172
6.4.1 WDM技術 173
6.4.2 OTN技術與SDH技術比較 175
6.4.3 OTN體系 175
6.4.4 OTN幀結構 176
6.4.5 OTN保護與應用 179
6.4.6 OTN應用與未來 183
小結 185
習題 185
第7章 物聯網通信技術的典型應用 186
7.1 煙草智能配送應用 186
7.1.1 煙草物流配送需求 186
7.1.2 煙草智能配送系統架構 187
7.1.3 煙草智能配送應用效果 191
7.2 多表一體化系統 192
7.2.1 多表一體化采集需求 192
7.2.2 多表一體化采集系統架構 193
7.2.3 多表一體化采集應用效果 199
7.3 智能樓宇系統 201
7.3.1 智能樓宇自動監控系統概述 201
7.3.2 智能樓宇自動監控系統需求 202
7.3.3 系統設計方案 203
7.4 停車場智能車牌識別系統 208
7.4.1 停車場車牌識別系統需求 208
7.4.2 停車場車牌識別系統架構 209
7.4.3 智能停車場收費系統 211
小結 213
習題 213
參考文獻 214

1. 人工智能技術導論 [主編 劉軍 趙守凱 林海]
2. 智能化技術基礎（第三版） [鄧文達　李禮]
3. 人工智能技術與機器人 [主編　邵克勇]
4. 物聯網導論（第三版） [主 編 張翼英]
5. 智能化技術基礎（第二版） [鄧文達　史勁　鄧寧　編著]
6. 物聯網編程與應用（C#） [主編　王浩　王偉旗]
7. 物聯網實訓案例設計 [主編 張翼英 梁琨]
8. 物聯網應用綜合項目開發 [主編 陳廣]
9. 物聯網典型應用案例 [主編 張翼英]
10. 網絡廣告實務（第二版） [主編 馮暉]
11. 物聯網技術應用開發 [主編 王浩 浦靈敏]
12. Web開發與安全防范 [主編 武春嶺]
13. 基于潛在語義的個性化搜索關鍵技術研究 [陳冬玲 著]
14. 智能農業技術及應用 [鄒承俊 張霞 魯剛強 余攀 雍]
15. Web數據庫程序設計 [呂阿璐]
16. 物聯網導論 [張翼英 楊巨成 李曉卉 等編著]
17. 網絡互聯技術與實訓 [主編 魯頂柱 劉邦桂]