短距离无线通信技术综述

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共4页短距离无线通信技术综述 随着网络及通信技术的飞速发展，人们对无线通信的需求越来越大，也出现了许多的无线通信协议。文章对目前使用较广泛的蓝牙、802.11(Wi-Fi)和IrDA无线协议分别进行了阐述，比较了他们技术上的异同点，讨论了在选择、使用这些技术时应注意的问题，对较具发展潜力的新无线技术标准UWB，ZigBee也进行了阐述。对他们的未来应用进行了展望。 随着Internet的飞速发展，从WAN到MAN，再到LAN，PAN，这些技术已逐渐成熟。目前，各类网络中最具增长潜力的是无线网络，许多机构会选择采用无线局域网（WLAN）来拓展他们的现有网络，获得在机构区域内部移动接入网络的能力。 怎样不通过电缆，摆脱物理连接上的限制，使设备互联起来呢？为了找到这个问题的答案，十多年来，人们不断探索，形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。其中，最流行的关于短距离无线数据通信的3个标准是蓝牙(Bluetooth),802.11(Wi-Fi)和IrDA。1 蓝牙11蓝牙简介爱立信在1994年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块，4年后，爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无线连接。 蓝牙工作频率为24 GHz，有效范围大约在10 m 半径内。在此范围内，采用蓝牙技术的多台设备，如手机、微机、激光打印机等能够无线互联，以约1 Mbs的速率相互传递数据，并能方便地接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低，蓝牙已成为许多高端PDA和手机的必备功能。12蓝牙技术的应用及市场展望 作为一种电缆替代技术，蓝牙具有低成本高速率的特点，他可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端互联起来，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自动交换和处理，并且蓝牙的使用和维护成本据称要低于其他任何一种无线技术。目前蓝牙技术开发重点是多点连接，即一台设备同时与多台（最多7台）其他设备互联。今后，市场上不同厂商的蓝牙产品将能够相互联通。 蓝牙技术的应用主要有以下3类： （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）如图1所示，主要用于个人网络与信息的共享与交换。 蓝牙产品涉及PC、笔记本电脑、移动电话等信息设备和AV设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。蓝牙的支持者们预言说，一旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜，蓝牙将置身于几乎所有产品之中，从微波炉一直到衣服上的纽扣。 蓝牙在个人局域网中获得了很大的成功，应用包 括无绳电话，PDA与计算机的互联，笔记本电脑与手机的互联，以及无线RS232，RS485接口等。 采用蓝牙技术的设备使用方便，可自由移动。与无线局域网相比，蓝牙无线系统更小、更轻薄，成本及功耗更低，信号的抗干扰能力强。 IBM、索尼和东芝等公司已经推出同时支持蓝牙 和80211b的笔记本电脑。微软也表示，一旦支持蓝牙的外围设备开始问世，出现了足够多的设备驱动程序，他将在Windows XP中增加对蓝牙的支持。韩国和台湾的许多公司也利用其在手机、电脑开发制造上的优势，积极介入蓝牙技术的研发，并不断有产品推出。可以预料，蓝牙技术将和PC、移动电话、数码相机一样迅速流行。 2802.11(Wi-Fi)Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真）也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE80211b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术.Wi-Fi速率最高可达11 Mbs。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右，不用说家庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。 最初的IEEE80211规范是在1997年提出的，称为80211b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，他的工作频率也是24 GHZ，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。起先,Wi-Fi元件昂贵，兼容性不好，安全性也不能令人满意。随着时间推移，这些问题逐步得到解决，且随着Wi-Fi协议新版本，如80211a和80211g的先后推出,Wi-Fi的应用将越来越广泛。 80211a标准还没有被工业界广泛接受。他工作在5 GHz频率范围，传输速率54 Mbs，使用正交频分多路复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）调制技术，比80211b采用的补码键控（Complementary Code Keying，CCK）调制方案快，但他不向后兼容80211b。 Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11 Mbs的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享,Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。 Wi-Fi技术的最具诱惑力的方面在于将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来之后，可以大幅度减少企业的IT成本。例如，许多企业选择在每一层楼或每一个部门配备80211b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。 WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO（SmallOffice Home Office，在家办公）、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统WindowsCE，都包含了对Wi-Fi的支持。其中，Windows CE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其他无线通信技术的支持。 由于投资80211b的费用降低，许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网卡，就可实现无线上网。国内的联想、清华同方、方正等公司都推出无线网卡等无线网络解决方案。 一些厂商为了争夺市场，推出同时支持80211a，80211b和80211g的芯片，这种芯片可以在24 GHz 和52 GHz的波段以54 Mbs的速率传输数据。至少已经有一家公司发布了同时支持Wi-Fi和蓝牙的芯片。摩托罗拉、诺基亚和韩国三星公司等厂商，计划在他们的手机产品中加入Wi-Fi功能。 更多新的Wi-Fi标准正在制定之中。速度更快的80211g使用与80211b相同的正交频分多路复用调制技术。他工作在24 GHz频段，速率达54 Mbs。比目前通用的80211b快了5倍。80211g标准本质上扩展了80211b在24 GHz频段的性能，通过使用OFDM技术，获得了54 Mbs的高速，并且完全向后08兼容80211b，他将最终取代80211a。80211g虽然还在草稿阶段，但是根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，80211g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。 3IrDA 红外线数据协会IrDA（Infrared DataAssociation）成立于1993年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1 m范围内以1152 kbs速率传输数据，很快发展到4 Mbs的速率，后来，速率又达到16 Mbs。 IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，他也许是第一个实现无线个人局域网（PersonalAreaNetwork，PAN）的技术。目前他的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。 IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。他还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。 IrDA的不足在于他是一种视距传输，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，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。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。 表1列出了以上3种短距离无线通信协议特性的比较。 4UWB 超宽带技术UWB（Ultra Wideband）是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。窄脉冲（小于1 ns）产生极大带宽的信号。脉冲采用脉位调制（Pulse PositionModulation，PPM）或二进制移相键控（BPSK）调制。UWB被允许在31106 GHz的波段内工作。他主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高（大于100 Mbs）的LANs或PANs。 军事部门已对UWB进行了多年研究，开发出了分辨率极高的雷达。直到2002年2月14日，美国FCC（联邦通信委员会）才准许该技术进入民用领域。所以对于商业和消费领域，UWB还是新鲜事物。但据报道，一些公司已开发出UWB收发器，用于制造能够看穿墙壁、地面的雷达和图像装置，这种装置可以用来检查道路、桥梁及其他混凝土和沥青结构建筑中的缺陷，可用于地下管线、电缆和建筑结构的定位。另外，在消防、救援、治安防范及医疗、医学图像处理中都大有用武之地。 UWB的一个非常有前途的应用是汽车防撞系统。戴姆勒克莱斯勒公司已经试制出用于自动刹车系统的雷达。在不久的将来，这种防撞雷达将成为高级汽车的一个选件。 UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网（PANs）。考察现有的无线通信方式，80211b和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据；54 Mbs速率的80211a标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而UWB有可能在10 m范围内，支持高达110 Mbs的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。 5ZigBee ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，他使用24 GHz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。他的基本速率是250 kbs，当降低到28 kbs时，传输范围可扩大到134 m，并获得更高的可靠性。另外，他可与254个节点联网。可比蓝牙更好地支持游戏、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。 6技术选型 对于一些企业来说，绕过主要的无线通信运营商可以节约可观的成本。目前基站和无线Modem已经相对较为便宜，许多企业纷纷建立自己的无线局域网，并和任何希望使用的人分享带宽。在需要个人特制网络、点到点交换的场合，采用IrDA技术是最合适的。如果需要低功率音频或全向连接，Bluetooth占优势；而UWB最适于视频消费娱乐个人无线局域网。从长远来看，企业应密切关注各种无线通信技术的发展，选择最适合自己需要的一种标准第 4 页 共 4 页