各種短距離無線通信技術

 

面向未來,各種短距離無線通信技術將在自動化控制和家庭信息化領域扮演越來越重要的角色。在這個沒有硝煙的戰場上,究竟誰能成爲真正的贏家?<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

隨着通信和信息技術的不斷髮展,短距離無線通信技術的應用步伐不斷加快,正日益走向成熟。一般意義上,只要通信收發雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短範圍(幾十米)以內,就可稱爲短距離無線通信。經過十多年來的不斷探索,形成了當今令人眼花繚亂的無線通信協議和產品。

IrDABluetoothWi-Fi已成歷史?

關於短距離無線數據通信,目前最爲成熟的三個標準是IrDA藍牙(Bluetooth)802.11(Wi-Fi)

IrDA(Infrared Data Association)是點對點的數據傳輸協議,通信距離一般在0到<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />1米之間,傳輸速率最快可達16Mbps,通信介質爲波長900納米左右的近紅外線。其傳輸具備小角度(30度錐角以內),短距離,直線數據傳輸,保密性強,傳輸速率較高的特點,適於傳輸大容量的文件和多媒體數據。並且無需申請頻率的使用權,成本低廉。IrDA已被全球範圍內的衆多廠商採用,目前主流的軟硬件平臺均提供對它的支持。

IrDA的不足在於它是一種視距傳輸,2個相互通信的設備之間必須對準,中間不能被其他物體阻隔,因而只適用於2(非多臺)設備之間的連接。

而諸如Bluetooth就不受此限制。19985月,東芝愛立信IBMIntel諾基亞共同提出該技術標準。它能夠在10米的半徑範圍內實現單點對多點的無線數據和聲音傳輸,數據傳輸帶寬可達1MbpsBluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段,使用跳頻頻譜擴展技術,通信介質爲2.402GHz2.480GHz的電磁波。一臺Bluetooth設備可同時與七臺Bluetooth設備建立連接,在有效範圍內可越過障礙物進行連接,沒有特別的通信視角和方向要求。此外,Bluetooth還具備功耗低、通信安全性好、支持語音傳輸、組網簡單等特點。

Bluetooth產品涉及PC、筆記本、移動電話等信息設備和A/V設備、汽車電子、家用電器和工業設備領域。尤其是個人局域網應用,包括無繩電話、PDA計算機的互聯、筆記本電腦與手機的互聯以及無線RS232RS485接口等。

Bluetooth同時存在植入成本高、通信對象少、通信速率較低和技術不夠成熟的問題,它的發展與普及尚需經過市場的磨鍊,其自身的技術也有待於不斷完善和提高。

802.11Wi-Fi(Wireless Fidelity)即無線保真技術是另一種目前流行的技術。它使用的是2.4GHz附近的頻段。Wi-Fi基於IEEE802.11aIEEE802.11bIEEE802.11gIEEE802.11n。不僅傳輸的有效距離很長,而且速率還高達上百兆,與各種802.11DSSS設備兼容。目前最新的交換機能把Wi-Fi無線網絡從接近100米的通信距離擴大到約6.5公里。另外,使用Wi-Fi的門檻較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置熱點,並通過高速線路即可接入因特網。

Wi-Fi未來最具潛力的應用將主要在SOHO、家庭無線網絡以及不便安裝電纜的建築物或場所。憑藉這些優點,Wi-Fi已成爲目前最爲流行的筆記本電腦技術而大受青睞。

目前,IEEE802.11標準的發展呈多元化趨勢,但幾種標準仍然存在一些亟須解決的問題。包括廠商間的互操作性和備受關注的安全性問題。相信不遠的將來,一個經濟、高效、安全的無線標準會出現在我們的眼前。

後起之秀:RFIDUWB

隨着科技飛速發展,最近,兩種新興的短距離無線傳輸技術憑藉其獨有的特點進入了我們的視線。

其一是RFID(Radio Frequency Identification),即射頻識別,俗稱電子標籤。它是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻信號自動識別目標對象並獲取相關數據。RFID由標籤(Tag)、解讀器(Reader)天線(Antenna)三個基本要素組成。其基本工作原理並不複雜,標籤進入磁場後,接收解讀器發出的射頻信號,憑藉感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(PassiveTag,無源標籤或被動標籤),或者主動發送某一頻率的信號(ActiveTag,有源標籤或主動標籤)。解讀器讀取信息並解碼後,送至中央信息系統進行有關數據處理。

RFID可被廣泛應用於安全防僞、工商業自動化、財產保護、物流業、車輛跟蹤、停車場和高速公路的不停車收費系統等。從行業上講,RFID將滲透到包括汽車、醫藥、食品、交通運輸、能源、軍工、動物管理以及人事管理等各個領域。然而,由於成本、標準等問題的侷限,RFID技術和應用環境還很不成熟。主要表現在:製造技術較爲複雜,智能標籤的生產成本相對過高;標準尚未統一,最大的市場尚無法啓動;應用環境和解決方案還不夠成熟,安全性將接受很大考驗。

其二是UWB(Ultra Wideband)即超寬帶技術。UWB起源於20世紀50年代末,此前主要作爲軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨着無線通信的飛速發展,人們對高速無線通信提出了更高的要求,超寬帶技術又被重新提出,並備受關注。

UWB可提供高速率的無線通信,保密性很強,發射功率譜密度非常低,被檢測到的概率也很低,在軍事通信上有很大的應用前景。此外UWB通信採用調時序列,能夠抗多徑衰落,因此特別適合高速移動環境下使用。更重要的是,UWB通信又被稱爲是無載波的基帶通信,幾乎是全數字通信系統,所需要的射頻和微波器件很少,因此可以減小系統的複雜性,降低成本。

與當前流行的短距離無線通信技術相比,UWB具有巨大的數據傳輸速率優勢,在無線通信方面的創新性和利益性已引起了全球業界的關注。可以說,低成本、低功耗、高速率、簡單有效的UWB通信正是人類所期望的夢幻般的無線通信方式。

當然,UWB技術也存在自身的弱點。主要是佔用的帶寬過大,可能會干擾其他無線通信系統,因此其頻率許可問題一直在爭論之中。另外,有學者認爲,儘管UWB系統發射的平均功率很低,但由於其脈衝持續時間很短,瞬時功率峯值可能會很大,這甚至會影響到民航等許多系統的正常工作。但是學術界的種種爭論並不影響UWB的開發和使用,20022美國通信協會(FCC)批准了UWB用於短距離無線通信的申請。

列強爭霸,花落誰家?

綜合分析以上五種短距離無線傳輸技術,可以看出UWB與其他技術有很大區別。它爲無線局域網(LAN)和個人局域網(PAN)的接入帶來低功耗、高帶寬並且相對簡單的解決方案,而且還解決了困擾傳統無線電技術多年的諸如信道衰落、高速率時系統複雜、成本高和功耗大等重點難題。那麼我們是否可以斷定新興的UWB將成爲短距離無線通信技術的王者呢?答案是否定的。

雖然UWB所需的頻帶寬度相當大,從500MHz直至幾GHz。但實際上並不存在如此寬的空閒頻帶。無論採取什麼辦法,UWB與現有無線通信使用的頻帶必定會發生重疊。按照FCC的規定,UWB在近期內將只可能用於極短距離的無線通信,這就意味着在一段時期內,UWB將會與現有短距離無線技術共同生存,共同發展。

在當今短距離無線通信領域,沒有真正的王者,只有適合的技術。

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