淺析短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

張和平 （天津市厚德科技有限公司 天津300384）

淺析短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

張和平 （天津市厚德科技有限公司 天津300384）

介紹短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的特征分類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)比較以及應(yīng)用前景。提出它們都有使其在市場(chǎng)立足的突出優(yōu)勢(shì)，也都不可避免地有著不同的劣勢(shì)，并沒(méi)有一個(gè)能夠滿(mǎn)足所有要求的十全十美的技術(shù)。各個(gè)不同領(lǐng)域應(yīng)依照自身對(duì)傳輸速率、通信距離、頻段、功耗、安全性以及成本等等各方面的要求，選擇最適合的品種。

短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) 藍(lán)牙協(xié)議 紅外數(shù)據(jù)傳輸 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)

0 引言

隨著Internet技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，更因?yàn)槿藗儗?duì)信息隨時(shí)隨地獲取和交換的迫切需要，無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)始在人們的生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。而在這其中，作為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的一個(gè)重要分支——短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)因其在技術(shù)、成本、可靠性及可實(shí)用性方面的突出優(yōu)勢(shì)，正逐漸引起人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米以?xún)?nèi)，就可以稱(chēng)為短距離無(wú)線(xiàn)通信。

1 短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的特征

同長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通信相區(qū)別，短距離無(wú)線(xiàn)通信的特征主要有如下幾點(diǎn)：

①通訊的距離在幾厘米到幾百米之間，主要在小范圍區(qū)域內(nèi)使用。

②由于傳播距離近，遇到障礙物的幾率也小，無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率在幾微瓦到小于100 μW之間，低功耗。

③對(duì)等通信是短距離無(wú)線(xiàn)通信的重要特征，有別于基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，終端之間對(duì)等通信無(wú)需網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

④低成本。因?yàn)楦鞣N通信終端的產(chǎn)銷(xiāo)量都很大，要提供終端間的直通能力，沒(méi)有足夠低的成本是很難推廣的。

2 短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)分類(lèi)和應(yīng)用

一個(gè)典型的短距離無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)基本包括一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器和一個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器。目前使用較廣泛的短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是藍(lán)牙（Bluetooth）、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) 802.11（Wi-Fi）和紅外數(shù)據(jù)傳輸（IrDA）3種。同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是ZigBee、超寬頻（Ultra WideBand）等。

2.1 藍(lán)牙（Bluetooth）

藍(lán)牙是由愛(ài)立信公司于1994年首先提出的一種工作在2.4 GHz頻段的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)規(guī)范，有效范圍大約在10 m半徑內(nèi)。在此范圍內(nèi)，采用藍(lán)牙技術(shù)的多臺(tái)設(shè)備，如手機(jī)、微機(jī)、激光打印機(jī)等能夠無(wú)線(xiàn)互聯(lián)，以約1 Mb/s的速率相互傳遞數(shù)據(jù)，并能方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。它是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)拈_(kāi)放性規(guī)范，是一種低成本、低功耗、短距離、安全性高的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。由于藍(lán)牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此特別適用于小型的移動(dòng)通信設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過(guò)無(wú)線(xiàn)建立通信。藍(lán)牙技術(shù)支持一對(duì)一和一對(duì)多的鏈接方式，在一對(duì)多的模式中，多個(gè)藍(lán)牙結(jié)點(diǎn)共享傳輸通道互聯(lián)。

2.2 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）

Wi-Fi是無(wú)線(xiàn)保真（wireless fidelity）的縮寫(xiě)，全稱(chēng)Wireless Fidelity，指具有完全兼容性的802.11標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b子集，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)其實(shí)就是IEEE 802.11b的別稱(chēng)。與藍(lán)牙一樣，同屬于短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，最早提出于1997年，目的是提供無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的接入，可實(shí)現(xiàn)幾Mbps的無(wú)線(xiàn)接入。主要用于解決辦公室無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶(hù)與用戶(hù)終端的無(wú)線(xiàn)接入。其優(yōu)勢(shì)在于：無(wú)線(xiàn)電波的覆蓋范圍廣（100 m左右）；傳輸速度快（11 Mb/s）；成本低，省去網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)，便于廠(chǎng)商介入。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍(lán)牙技術(shù)要差一些，但在帶寬和電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌。但由于其優(yōu)異的帶寬是以較高的功耗作為代價(jià)的，因此大多數(shù)便攜Wi-Fi裝置都需要較高的電能儲(chǔ)備，這限制了它在工業(yè)場(chǎng)合的推廣和應(yīng)用。

2.3 紅外數(shù)據(jù)傳輸（IrDA）

IrDA（Infrared Data Association）是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1 m之間，傳輸速率最快可達(dá)16 Mbps，通信介質(zhì)為波長(zhǎng)900 nm左右的近紅外線(xiàn)。其傳輸具備小角度（30°錐角以?xún)?nèi)），短距離，直線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)，傳輸速率較高的特點(diǎn)，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。并且無(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，成本低廉。IrDA已被全球范圍內(nèi)的眾多廠(chǎng)商采用，目前主流的軟硬件平臺(tái)均提供對(duì)它的支持。

IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線(xiàn)發(fā)射角度較小，傳輸安全性高。

IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)設(shè)備之間的連接，不能同時(shí)連接更多的設(shè)備，且一般不會(huì)應(yīng)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上。而藍(lán)牙就沒(méi)有此限制，且不受墻壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解決視距傳輸問(wèn)題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。

2.4 紫蜂（Zigbee）

ZigBee技術(shù)是最新發(fā)展起來(lái)的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，可以說(shuō)是藍(lán)牙的同族兄弟，使用2.4 GHz波段，采用跳頻技術(shù)。但與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低?；舅俾适?50 kb/s，當(dāng)降低到28 kb/s時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134 m，并獲得更高的可靠性。另外，可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)?？杀人{(lán)牙更好地支持游戲、消費(fèi)電子、儀器和家庭自動(dòng)化應(yīng)用。人們期望能在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域拓展ZigBee的應(yīng)用。

2.5 超寬帶技術(shù)UWB（Ultra Wideband）

超寬帶技術(shù)UWB（Ultra Wideband）是指信號(hào)帶寬大于500 MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%的無(wú)線(xiàn)通信方案。與常見(jiàn)的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來(lái)傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百分之一。在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對(duì)于普通的非UWB接收機(jī)來(lái)說(shuō)近似于噪聲。因此從理論上講UWB可以與現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式。UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費(fèi)娛樂(lè)方面的無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)使UWB較適合家庭無(wú)線(xiàn)消費(fèi)市場(chǎng)的需求。

3 短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)縱橫比

幾種常用短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)方式的主要性能比較如表1。

表1 幾種常用短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)方式比較

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析以上幾種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可以看出它們都有使其在市場(chǎng)立足的突出優(yōu)勢(shì)，也都不可避免的有著不同的劣勢(shì)，并沒(méi)有一個(gè)能夠滿(mǎn)足所有要求的十全十美的技術(shù)。各個(gè)不同領(lǐng)域都可以依照自身對(duì)傳輸速率、通信距離、頻段、功耗、安全性以及成本等等方面的要求，選擇最適合的品種，做到優(yōu)勢(shì)最大化。■

2012-03-06