各种短距离无线通信技术

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随着通信和信息技术的不断发展，短距离无线通信技术的应用步伐不断加快，正日益走向成熟。一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围(几十米)以内，就可称为短距离无线通信。经过十多年来的不断探索，形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。


IrDA、Bluetooth和Wi-Fi已成历史？


关于短距离无线数据通信，目前最为成熟的三个标准是IrDA、蓝牙(Bluetooth)和802.11(Wi-Fi)。


       IrDA(Infrared Data Association)是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。其传输具备小角度(30度锥角以内)，短距离，直线数据传输，保密性强，传输速率较高的特点，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，因而只适用于2台(非多台)设备之间的连接。


       而诸如Bluetooth就不受此限制。1998年5月，东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出该技术标准。它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，数据传输带宽可达1Mbps。Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。一台Bluetooth设备可同时与七台Bluetooth设备建立连接，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。此外，Bluetooth还具备功耗低、通信安全性好、支持语音传输、组网简单等特点。


       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、笔记本电脑与手机的互联以及无线RS232，RS485接口等。


       但Bluetooth同时存在植入成本高、通信对象少、通信速率较低和技术不够成熟的问题，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。


      802.11Wi-Fi(Wireless Fidelity)即无线保真技术是另一种目前流行的技术。它使用的是2.4GHz附近的频段。Wi-Fi基于IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。不仅传输的有效距离很长，而且速率还高达上百兆，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100米的通信距离扩大到约6.5公里。另外，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。


      Wi-Fi未来最具潜力的应用将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。凭借这些优点，Wi-Fi已成为目前最为流行的笔记本电脑技术而大受青睐。


       目前，IEEE802.11标准的发展呈多元化趋势，但几种标准仍然存在一些亟须解决的问题。包括厂商间的互操作性和备受关注的安全性问题。相信不远的将来，一个经济、高效、安全的无线标准会出现在我们的眼前。


后起之秀：RFID和UWB


随着科技飞速发展，最近，两种新兴的短距离无线传输技术凭借其独有的特点进入了我们的视线。


       其一是RFID(Radio Frequency Identification)，即射频识别，俗称电子标签。它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。其基本工作原理并不复杂，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可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车场和高速公路的不停车收费系统等。从行业上讲，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。


     其二是UWB(Ultra Wideband)即超宽带技术。UWB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。此外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。


      与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB具有巨大的数据传输速率优势，在无线通信方面的创新性和利益性已引起了全球业界的关注。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信方式。


      当然，UWB技术也存在自身的弱点。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。


列强争霸，花落谁家？


      综合分析以上五种短距离无线传输技术，可以看出UWB与其他技术有很大区别。它为无线局域网(LAN)和个人局域网(PAN)的接入带来低功耗、高带宽并且相对简单的解决方案，而且还解决了困扰传统无线电技术多年的诸如信道衰落、高速率时系统复杂、成本高和功耗大等重点难题。那么我们是否可以断定新兴的UWB将成为短距离无线通信技术的王者呢？答案是否定的。


      虽然UWB所需的频带宽度相当大，从500MHz直至几GHz。但实际上并不存在如此宽的空闲频带。无论采取什么办法，UWB与现有无线通信使用的频带必定会发生重叠。按照FCC的规定，UWB在近期内将只可能用于极短距离的无线通信，这就意味着在一段时期内，UWB将会与现有短距离无线技术共同生存，共同发展。