常用短距离无线通信技术的介绍

目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时更有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，他们分别是：ZigBee、超宽频(Ultra Wide Band)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等。他们都有其立足的特点:◆或基于传输速度、距离、耗电量的特别需求；◆或着眼于功能的扩充性；◆或符合某些单一应用的特别需求；◆或建立竞争技术的差异化等不过没有一种技术能完美到足以满足所有的需求。1．IrDA技术红外线数据协会(Infrared DataAssociation，IrDA)成立于1993年，致力于建立红外线数据通信标准。IrDA规范是一种利用红外线进行点对点的数据传输协议，通信距离一般在0到1m之间，传输速度最快可达到16Mbps,通信介质为波长900nm左右的近红外线。其传输具有小角度、短距离、直线数据传输、保密性强及传输速率较高等特点，适于传输大容量的文件和多媒体数据。并且无需申请频率的使用权，成本低廉。IrDA已被全球范围内的众多厂商采用，目前主流的软硬件平台均提供对它的支持。IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，而且只适合2台设备之间的连接。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。2．蓝牙技术蓝牙（Bluetooth ）技术由爱立信公司在1994年开始研发，主要是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。通过一种短程无线连接替代已经被广泛使用的有线连接。蓝牙具有低成本、高传输速率的特点，可将内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携式通信终端连接起来，实现语音和数据通信。与红外技术技术相比，蓝牙无需对准就能传输数据，能够在10m半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，在信号放大器的帮助下，通信距离甚至达几十米。数据传输带宽可达1Mbps。蓝牙系统一般由无线单元、链路控制单元、链路管理单元和蓝牙软件（协议栈）单元等四个单元组成。蓝牙技术的特点和优点在于：◆工作在全球开放的2.4GHz ISM频段；◆使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道；◆在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求；◆组网简单方便；低功耗、通信安全性好；◆数据传输带宽可达1Mbps；◆一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接；支持语音传输。Bluetooth产品涉及PC、笔记本、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。尤其是个人局域网应用，包括无绳电话、PDA与计算机的互联。但Bluetooth同时存在植入成本高、通信对象少、通信速率较低等问题，它的发展与普及尚需经过市场的磨炼，其自身的技术也有待于不断完善和提高。蓝牙的典型应用有：①语音／数据接入是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成与广域网的联接。②外围设备互连是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。③个人局域网（PAN），主要用于个人网络与信息的共享与交换。3. Wi-Fi技术Wi-Fi（Wireless Fidelity，即无线保真技术）是属于无线局域网的一种，通常是指符合IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准（IEEE 802.11）。它使用的是2.4GHz附近的频段，物理层定义了两种无线调频方式和一种红外传输方式。Wi-Fi基于IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。最大优点：传输的有效距离很长，传输速率较高（可达11Mbps），与各种802.11DSSS设备兼容。目前，最新的交换机能把Wi-Fi无线网络从接近100m的通信距离扩大到约6.5Km。使用Wi-Fi的门槛较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路即可接入因特网。主要特性：◆速度快，可靠性高；◆在开放性区域通信距离305m，在封闭区域通信距离为76~122m；◆方便与现有的有线以太网络整合，组网结构弹性化、灵活、价格较低。在未来，Wi-Fi最具应用潜力的将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物等场所。目前，Wi-Fi已成为最为流行的笔记本电脑、平板电脑和手机的网络技术。然而，IEEE802.11标准的发展呈多元化趋势，其标准仍存在一些亟须解决的问题（如：厂商间的互操作性和备受关注的安全性问题）。4．RFID技术RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签(Tag)、解读器(Reader)和天线(Antenna)三个基本要素组成。基本工作原理：◆标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)。◆解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。然而，由于成本、标准等问题的局限，RFID技术和应用环境还很不成熟。主要表现在：◆制造技术较为复杂，智能标签的生产成本相对过高；◆标准尚未统一，最大的市场尚无法启动；◆应用环境和解决方案还不够成熟，安全性将接受很大考验。5．UWB技术UWB（UltraWideband，超宽带技术）起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并备受关注。UWB是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，在较宽的频谱上传送较低功率信号。UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。UWB可提供高速率的无线通信，保密性很强，发射功率谱密度非常低，被检测到的概率也很低，在军事通信上有很大的应用前景。UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落，因此特别适合高速移动环境下使用。更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。优势：与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB具有抗干扰能力强、传输速率高、带宽极宽、发射功率小等优点，具有广阔的应用前景，在室内通信、高速无线LAN、家庭网络等场合才能得到充分应用。弱点：主要是占用的带宽过大，可能会干扰其他无线通信系统，因此其频率许可问题一直在争论之中。另外，有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但由于其脉冲持续时间很短，瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。但是学术界的种种争论并不影响UWB的开发和使用，2002年2月美国通信协会(FCC)批准了UWB用于短距离无线通信的申请。6．ZigBee技术ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEE802.15.4无线标准研制开发的，是一种介于RFID和蓝牙技术之间的技术提案，主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee协议比蓝牙、高速率个域网或802.11x无线局域网更简单使用，可以认为是蓝牙的同族兄弟。◆使用2.4GHz波段，采用跳频技术。◆与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，传输范围可达134m。◆可与254个节点联网。◆可以比蓝牙更好的支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展ZigBee的应用。ZigBee技术特点：①数据传输速率低。只有10kb/s~250kb/s,专注于低传输应用。②功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通五号干电池可使用6个月至2年。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。③低成本。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；积极投入ZigBee开发的Motorola以及Philips，均已在2003年正式推出芯片，飞利浦预估，应用于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比蓝牙更具有价格竞争力。④网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。⑤有效范围小。有效覆盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。⑥工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）915MHz（美国），均为免执照频段。