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短距離無線通信技術及其融合發展研究
作者：張方奎 張春業
來源：RFID世界網
日期：2008-01-24 17:05:49
摘要：本文對短距離無線通信領域應用廣泛的WLAN技術、藍牙技術、紫蜂技術、UWB技術以及RFID技術進行闡述，分析了它們的技術特點、發展現狀和應用領域，最后闡述了它們的融合發展趨勢。
0 引 言
隨著因特網、多媒體和無線通信技術的發展。人們與信息網絡已經密不可分。當今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產品尤其是便攜產品的強烈追求，作為無線通信技術一個重要分支的短距離無線通信技術正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1 短距離無線通信技術簡介
近年來，由于數據通信需求的推動，加上半導體、計算機等相關電子技術領域的快速發展，短距離無線與移動通信技術也經歷了一個快速發展的階段，WLAN技術、藍牙技術、UWB技術，以及紫蜂(ZigBee)技術、射頻識別(RFID)技術等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是lOOm以內的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數據速率>loMbits，通信距離<lOm，典型技術有高速UWB、WirelessUSB；低速短距離無線通信的最低數據速率<lMbits，通信距離<lom。典型技術有藍牙、紫蜂和低速UWBt”。
2 無線局域網(WLAN)與IEEE802．11標準族
wLAN顧名思義是一種借助無線技術取代以往有線信道方式構成計算機局域網的手段，以解決有線方式不易實現的計算機的可移動性，使其應用更加不受空間限制。
IEEE802．11無線局域網 (WLAN)是IEEE最初制定的，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，包括IEEE802．1 la、IEEE802．11b 和IEEE 802．11g。IEEE802．11a主要用來解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入，工作在5 GHzU—NIIfUnlicensed—National Information Infras—tructure)頻帶，物理層速率54Mbps，傳輸層速率25Mbps。它采用正交頻分復用(OFDM)擴頻技術，可提供25Mbps的無線ATM 接口、10Mbps的以太網無線幀結構接口以及TDD／TDMA的空中接口．支持語音、數據、圖像業務。一個扇區可接人多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。其缺點是芯片沒有進入市場，設備昂貴，空中接力不好，點對點連接很不經濟，不適合小型設備。
Wi—Fi(Wireless Fidelityi~線保真1是屬于無線局域網(WLAN)的一種，通常是指IEEE802．11b產品，是利用無線接人手段的新型局域網解決方案。Wi—Fi的主要特點是傳輸速率高、可靠性高、建網快速、便捷、可移動性好、網絡結構彈性化、組網靈活、組網價格較低等，因此具有良好的發展前景。IEEE 802．11b工作頻段為2．4GHz的ISM 自由頻段，采用直接序列擴頻(DSSS)技術理論上可以達到1 1Mpit／s速率。典型通信距離為2Mbit／s時30～45m，2Mbit／s時為40～75m，2Mbit／s時為75～100m。
IEEE802．11g使用了與IEEE802．1lb相同的2．4GHz的ISM免特許頻段。它采用了兩種調制方式：即IEEE802．11a所采用的OFDM和IEEE802．11b所采用的CCK。通過采用這兩種分別與IEEE802．11a和IEEE802．11b相同的調制方式，使IEEE802．1lg不但達到了IEEE802．11a的54 Mb／s的傳輸速率，同時也實現了與現在廣泛存在的采用IEEE802。llb標準設備的兼容。IEEE802．11g已經被大多數無線網絡產品制造商選擇作為下一代無線網絡產品的標準。
3 藍牙(Bluetooth)技術
“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術規范。它可以在較小的范圍內，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網絡互聯，使得近距離內各種通信設備能夠實現無縫資源共享，也可以實現在各種數字設備之間的語音和數據通信。由于藍牙技術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通信設備，使設備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。
藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎．采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Di．vision Multi—access-TDMA)等先進技術，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。藍牙技術使得一些便于攜帶的移動通信設備和計算機設備不必借助電纜就能聯網，并且能夠實現無線連接因特網．其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。打印機、PDA、桌上型計算機、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。
目前藍牙的標準是IEEE802．15．工作在2．4GHz頻帶，通道帶寬為1Mb／s，異步非對稱連接最高數據速率為723．2kb／s。藍牙速率亦擬進一步增強，新的藍牙標準2．0版支持高達lOMb／s以上速率f4、8及12～20Mb／s)．這是適應未來愈來愈多寬帶多媒體業務需求的必然演進趨勢。
作為一個新興技術，藍牙技術的應用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍牙技術已成為近年應用最快的無線通信技術，它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
4 紫蜂(ZigBee)技術
新一代的無線傳感器網絡將采用802．15．4(Zig．Bee)協議。ZigBee是一種供廉價的固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入在各種設備中，同時支持地理定位功能。
Zigbee技術的特點主要有：
(1)低速率：ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz1和20kbps(868MHz)I~原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。
(2)低時延：ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms．節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要-10s，Wi—Fi則需要3s。
(3)低功耗、實現簡單：設備可以在電池的驅動下運行數月甚至數年。低功耗意味著較高的可靠性和可維護性，更適合體積小的大量日常應用。
(4)低成本：對用戶來說，低成本意味著較低的設備費用、安裝費用和維護費用。ZigBee設備可以在標準電池供電的條件下(低成本)-r作，而不需要任何重換電池或充電操作(低成本、易安裝)。
(5)網絡容量高：ZigBee通過使用IEEE 802．15．4標準的PHY和MAC層，支持幾乎任意數目的設備，這對于大規模傳感器陣列和控制尤其重要。
ZigBee技術的應用范圍非常廣泛，其中包括智能建筑、軍事領域、工業自動化、醫療設備、智能家居及各種監察系統等。ZigBee技術彌補了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，其成功的關鍵在于豐富而便捷的應用，而不是技術本身。
5 超寬帶(UWB)技術
超寬帶(Ultra—widebandiUWB)技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著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，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于50oMHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25％的無線通信方案。與常見的使用連續載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數據傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時，UWB設備的發射功率卻很小，僅僅是現有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲．因此從理論上講，UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式．它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下：
(1)抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。
(2)傳輸速率高：UWB的數據速率可以達到幾十Mbit／s到幾百Mbit／s，有望高于藍牙100倍。
(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統在通信時需要連續發射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發送出去。并且在需要時才發送脈沖電波，所以消耗電能少。
(5)保密性好：UWB保密性表現在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據；另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。
(6) 發送功率非常小：UWB系統發射功率非常小，通信設備可以用小于lmW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長了系統電源工作時問。
(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術使用基帶傳輸，無需進行射頻調制和解調，所以不需要混頻器、過濾器、RF廠rF轉換器及本地振蕩器等復雜元件，系統結構簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。
由于UWB具有廣闊應用前景，在標準制定上競爭激烈。目前UWB標準提案有二：以摩托羅拉為代表的DS—CDMA方案和多頻帶OFDM聯盟fMBOA1的OFDM方案。兩種提案各有優缺點。DS—CDMA方案建議采用雙頻帶(3．1 5．15GHz和5．825—13．6GHz)，即在每超過1 GHz的頻帶內用極短的時間脈沖發送數據，其優勢是硬件簡單，頻譜利用率高。OFDM方案需建立一個子信道化UWB系統，每個子信道采用正交頻分復用方式，優勢是抗ISI(符號問干擾1能力強，但硬件相對復雜。雖然前段時間有消息說兩大陣營要和解，標準之爭改成兼容性的討論，但并沒有看到實際行動。毫無疑問，兩陣營之爭不僅沒有停止，反而會進一步升級，成為事實標準、贏得市場占有率是他們的努力目標。
6 射頻識別(RFID)技術
射頻識別技術fRadio Frequency Identification-RFID)是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術。它利用射頻信號通過空間耦合f交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞，并通過傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID技術無須精確定位，就可以大批量地對數據進行實時采集，實時傳遞，實時核對、更新，避免人為操作中的錯掃、漏掃、重掃等差錯。
和傳統的條形碼相比．RFID可以突破條形碼須人工掃描、一次讀一個的限制．實現非接觸性和大批量數據采集，具有不怕灰塵、油污的特性；也可以在惡劣環境下作業，實現長距離的讀取，同時讀取多個卷；還具有實時追蹤、重復讀寫及高速讀取的優勢，此特性讓其具有極其廣泛的應用范圍。RFID低頻系統主要用于短距離、低成本的應用，如多數的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等：高頻系統則用于需傳送大量數據的應用系統；超高頻系統應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合．其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監控、高速公路收費等系統中應用。
RFID系統因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子標簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數據交換與管理系統(Processor)大部分組成。電子標簽f或稱射頻卡、應答器等)，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲器)、微處理器CPU以及射頻收發及相關電路。
電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備進行數據交換，工作的能量是由閱讀器發出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，再把從主機發往電子標簽的數據加密，將電子標簽返回的數據解密后送到主機。數據交換與管理系統主要完成數據信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等。其工作原理為：當帶有電子標簽的物品在讀寫器的可讀范圍時，讀寫器發出的查詢信號將會激活標簽，標簽根據接收到的查詢信號要求反射信號，讀寫器接收到標簽反射回的信號后，經過內部電路的解碼處理可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。然后進一步通過計算機及計算機網絡實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。
通常情況下。RFID閱讀器發送的頻率稱為RFID系統的工作頻率或載波頻率。RFID載波頻率基本上有3個范圍：低頻(30～300kHz)、高頻(3～30MHz)和超高頻f300MHz～3GHz)。常見的工作頻率有低頻125kHz與134．2kHz、高頻13．56MHz、超高頻433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。
近年來。隨著通信、微電子、計算機和網絡技術的發展．RnD的應用范圍和深度都得到了迅速的發展，并被列為21世紀最有前途的重要產業和應用技術之一。RFID作為接人層技術，結合互聯網或公共電信網，將能構造一個實現全球物品、人員信息實時共享的“物聯網”。其廣泛的應用將深刻地影響我們的社會形態，極大地提升整個社會的信息化水平，提高生產效率和經濟增長的質量。
7 幾種短距離無線通信技術的應用領域及融合發展趨勢
在短距離無線通信領域，Wi—Fi目前正日益普及，路由和PC正向采用下一代802．1ln技術演變。802．1lg有更好的可靠性和更高冉句傳輸速率，這將使其成為下一代消費電子產品的最佳選擇；UWB具備高傳輸速率，其定位為多媒體傳輸；藍牙擁有QoS，可作為語音與數據資料傳輸之用；ZigBee傳輸速率雖低，但適合應用在感測與控制場合，搭配低價與耐用之特性，成為眾所矚目的新興技術；RFID技術則在電子商務、電子政務、現代物流等領域有著廣闊的應用。各種短距離無線通信技術如藍牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技術因其各自不同的技術特點，有著不同的應用領域。它們之間互相融合和向更高速率邁進的趨勢使得它們找到了更強勁的發展“支點”．
7．1 藍牙與WLAN、UWB加快共存
隨著藍牙與無線局域網絡(WLAN)應用的普及，其共存問題成為業界關注的焦點。國際芯片大廠透過自行開發與持續購并，目前幾乎均掌握了WLAN與藍牙的產品線，開始同時布局WLAN與藍牙芯片，未來也將進一步尋求整合。
此外，藍牙與超寬帶UWB融合的苗頭也已在顯現。藍牙技術聯盟日前宣布，將在新一代藍牙技術中融合超寬帶(UWB)線技術。該聯盟預測。融合后的基于新一代藍牙技術的產品將于2007年末投放市場。
藍牙與UWB合作，試圖解決目前藍牙成本高、傳輸慢。應用范圍窄等技術和市場瓶頸。UWB與藍牙的結合。將為支持UWB的硬件產品與目前藍牙重點支持的通信產品之間提供更為廣泛的對接途徑。藍牙的品牌加上UWB的技術優勢將使雙方共贏。這種融合，彌補了藍牙在技術上的缺陷，在高速傳輸和低耗電量上能夠迎接WLAN(無線局域網)的挑戰。同樣，通過與藍牙聯手。UWB可以繞過技術和市場發展過程中“后來者”的身份，與目前全球近5億個藍牙產品直接對接，兩家合作是必然的結果。
藍牙專業工作小組SIG與超寬帶開發者合作來整合這兩種無線網絡技術。去年兩者之間的標準協議就已出爐。今年則會有整合性的產品問世。此舉對藍牙技術最大的意義是使其應用超越個人設備，未來藍牙可以進入到數字家庭領域。
7．2 WLAN與UWB競合發展。802．1ln技術開始得到應用
WLAN的應用已開始從傳統的攜帶型計算機應用向手機等領域擴展，我們已經明顯看到了802．1lb向802．11g過渡的步伐，對速度的追求也將推動802．1ln標準盡快面市。
近年來。WLAN在工業和物流、自動化等領域都獲得了比較廣泛的發展。WLAN技術的發展已經日益成熟。WLAN發展的另一個典型是802．1ln的出現，其速率已經超過了100Mbps，因此大大推動了家庭聯網中的視頻傳輸應用。此外，WLAN的Mesh技術在這兩年也迅速發展起來。大大擴展了WLAN的覆蓋范圍。
目前，國內政府已對WLAN Mesh技術表示出極大興趣。希望通過Mesh實現大規模的無線覆蓋。從局端到終端。WLAN的應用范圍大有同時向上下兩個方向延伸的趨勢，特別是在短距離寬帶領域，802．1ln更是與UWB技術在今后存在共同爭奪家庭網絡應用市場的可能。
目前市場被802．1lb和802．1lg占領，而今明兩年，802．1la／g也有一定的市場，等到2009年，市場會被802．1lg和802．1ln占領。其中，802．1lg的成本很低，而802．11n是新一代速度更高的技術，從目前看，它已能滿足PC、手機和便攜電子三個市場的不同需求。而隨著越來越多的設備和產品使用2．4GHz波段．該波段中的沖突也不斷增加，這使得轉向5GHz顯得非常必要，802．1ln無線解決方案無疑承接了市場這一需求。
此外，802．1ln技術的推出將使其與UWB的逐鹿升級，UWB產品面市的步伐亦在加快。有分析認為．最終UWB的速度將更快，其芯片組的價格將更加便宜，在與Wi—Fi競爭時有可能在非實時數據轉移中尋求商機。UWB的理論速率目前可從100Mbps到1Gbps，當前能夠支持的速率為480Mbps，而這與802。1In(100Mbps)的定位會有一定的重疊。盡管從技術發展軌跡看，UWB具有更小的功耗和超低的成本優勢，但是802．11n本身從Wi—Fi產業發展而來，其成本也較低。而且，從目前的發展情況看，由于Wi—Fi產業已經相對比較成熟，因此802．11n的設備成本甚至會比UWB更低一些。從本質上說，802．11和802．15之間有著嚴格的劃分．802．11不適合PAN， 同樣802．15的目標，也絕對不是LAN fLocal Area Net．work一本地局域網)。UWB最大的優勢，最終還是會體現在高速上。
7．3 ZigBee產品規模化生產，未來兩三年一些便攜設備將采用ZigBee
ZigBee低成本、低功耗和易部署的技術特點為它的應用和推廣打下了良好基礎。目前，ZigBee技術已經作為模塊解決方案用于大規模生產，ZigBee聯盟預計，第一批經過ZigBee認證的零售產品將在2007年末上市。
ZigBee側重應用于對能源管理具有較高要求的領域，傳感器應用和網絡控制是ZigBee主要應用市場。到目前為止，ZigBee在數字家庭的應用量還不是很大，其主要應用還是在家電遙控、燈光控制、門禁領域。隨著zigBee模塊成本的下降，在一兩年內會大范圍應用。未來ZigBee應用將向燈光控制、便攜設備領域拓展。在兩三年內一些手持式設備將會采用ZigBee芯片，進行家電控制、小額付款等領域。ZigBee芯片也將更多地與一些終端產品的芯片進行集成。
7．4 UWB技術向高速率的方向邁進．開發更多新應用
UWB超寬帶技術的優勢在于能夠在短距離范圍內以超高速率傳輸數據。當前，UWB技術可以實現480Mbps速率產品的標準化和商業化，期望在今后5年達到6Gbps。而近期的目標，將會朝著速率1Gbps的方向發展。
UWB作為一種高速PAN無線技術，同時將被開發出更多新應用。如應用在冢庭多媒體中．用在支持UWB的電視、DVD、機頂盒、手持攝像機和P(：中等；同時，作為由英特爾等公司主導的無線USB1．0的技術基礎，將主要應用于個人電腦、打印機、投影儀及數碼相機等電子設備間的無線傳輸。在接下來的幾年內，隨著消費產品的出現和消費者開始在各種多媒體、PC和信息娛樂應用中使用這一技術，我們將會看到UWB技術帶來的巨大影響。
8 結束語
綜上所述，各短距離無線通信技術不同的技術優勢決定了他們廣闊的發展前景，他們的融合發展則拓展了他們的應用領域。短距離無線通信技術的不斷完善與發展．將給我們的生活帶來更多的便利與豐富多彩。
參 考 文 獻
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[9]A Summary of Short-Range Wireless in 2003[EWOL]．http://www.techonline.com，2003．
作者簡介：
張方奎(1976一)，男，山東青島人，碩士研究生。研究領域為短距離無線通信技術。Email：zfk2005229@mail．sdu．edu．cn
張春業(1951一)，男，山東濟南人，副教授，碩導。研究領域為無線通信與系統。WLAN中的關鍵技術等。
隨著因特網、多媒體和無線通信技術的發展。人們與信息網絡已經密不可分。當今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產品尤其是便攜產品的強烈追求，作為無線通信技術一個重要分支的短距離無線通信技術正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1 短距離無線通信技術簡介
近年來，由于數據通信需求的推動，加上半導體、計算機等相關電子技術領域的快速發展，短距離無線與移動通信技術也經歷了一個快速發展的階段，WLAN技術、藍牙技術、UWB技術，以及紫蜂(ZigBee)技術、射頻識別(RFID)技術等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是lOOm以內的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數據速率>loMbits，通信距離<lOm，典型技術有高速UWB、WirelessUSB；低速短距離無線通信的最低數據速率<lMbits，通信距離<lom。典型技術有藍牙、紫蜂和低速UWBt”。
2 無線局域網(WLAN)與IEEE802．11標準族
wLAN顧名思義是一種借助無線技術取代以往有線信道方式構成計算機局域網的手段，以解決有線方式不易實現的計算機的可移動性，使其應用更加不受空間限制。
IEEE802．11無線局域網 (WLAN)是IEEE最初制定的，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，包括IEEE802．1 la、IEEE802．11b 和IEEE 802．11g。IEEE802．11a主要用來解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入，工作在5 GHzU—NIIfUnlicensed—National Information Infras—tructure)頻帶，物理層速率54Mbps，傳輸層速率25Mbps。它采用正交頻分復用(OFDM)擴頻技術，可提供25Mbps的無線ATM 接口、10Mbps的以太網無線幀結構接口以及TDD／TDMA的空中接口．支持語音、數據、圖像業務。一個扇區可接人多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。其缺點是芯片沒有進入市場，設備昂貴，空中接力不好，點對點連接很不經濟，不適合小型設備。
Wi—Fi(Wireless Fidelityi~線保真1是屬于無線局域網(WLAN)的一種，通常是指IEEE802．11b產品，是利用無線接人手段的新型局域網解決方案。Wi—Fi的主要特點是傳輸速率高、可靠性高、建網快速、便捷、可移動性好、網絡結構彈性化、組網靈活、組網價格較低等，因此具有良好的發展前景。IEEE 802．11b工作頻段為2．4GHz的ISM 自由頻段，采用直接序列擴頻(DSSS)技術理論上可以達到1 1Mpit／s速率。典型通信距離為2Mbit／s時30～45m，2Mbit／s時為40～75m，2Mbit／s時為75～100m。
IEEE802．11g使用了與IEEE802．1lb相同的2．4GHz的ISM免特許頻段。它采用了兩種調制方式：即IEEE802．11a所采用的OFDM和IEEE802．11b所采用的CCK。通過采用這兩種分別與IEEE802．11a和IEEE802．11b相同的調制方式，使IEEE802．1lg不但達到了IEEE802．11a的54 Mb／s的傳輸速率，同時也實現了與現在廣泛存在的采用IEEE802。llb標準設備的兼容。IEEE802．11g已經被大多數無線網絡產品制造商選擇作為下一代無線網絡產品的標準。
3 藍牙(Bluetooth)技術
“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術規范。它可以在較小的范圍內，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網絡互聯，使得近距離內各種通信設備能夠實現無縫資源共享，也可以實現在各種數字設備之間的語音和數據通信。由于藍牙技術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通信設備，使設備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。
藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎．采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Di．vision Multi—access-TDMA)等先進技術，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。藍牙技術使得一些便于攜帶的移動通信設備和計算機設備不必借助電纜就能聯網，并且能夠實現無線連接因特網．其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。打印機、PDA、桌上型計算機、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。
目前藍牙的標準是IEEE802．15．工作在2．4GHz頻帶，通道帶寬為1Mb／s，異步非對稱連接最高數據速率為723．2kb／s。藍牙速率亦擬進一步增強，新的藍牙標準2．0版支持高達lOMb／s以上速率f4、8及12～20Mb／s)．這是適應未來愈來愈多寬帶多媒體業務需求的必然演進趨勢。
作為一個新興技術，藍牙技術的應用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍牙技術已成為近年應用最快的無線通信技術，它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
4 紫蜂(ZigBee)技術
新一代的無線傳感器網絡將采用802．15．4(Zig．Bee)協議。ZigBee是一種供廉價的固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入在各種設備中，同時支持地理定位功能。
Zigbee技術的特點主要有：
(1)低速率：ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz1和20kbps(868MHz)I~原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。
(2)低時延：ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms．節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要-10s，Wi—Fi則需要3s。
(3)低功耗、實現簡單：設備可以在電池的驅動下運行數月甚至數年。低功耗意味著較高的可靠性和可維護性，更適合體積小的大量日常應用。
(4)低成本：對用戶來說，低成本意味著較低的設備費用、安裝費用和維護費用。ZigBee設備可以在標準電池供電的條件下(低成本)-r作，而不需要任何重換電池或充電操作(低成本、易安裝)。
(5)網絡容量高：ZigBee通過使用IEEE 802．15．4標準的PHY和MAC層，支持幾乎任意數目的設備，這對于大規模傳感器陣列和控制尤其重要。
ZigBee技術的應用范圍非常廣泛，其中包括智能建筑、軍事領域、工業自動化、醫療設備、智能家居及各種監察系統等。ZigBee技術彌補了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，其成功的關鍵在于豐富而便捷的應用，而不是技術本身。
5 超寬帶(UWB)技術
超寬帶(Ultra—widebandiUWB)技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著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，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于50oMHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25％的無線通信方案。與常見的使用連續載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數據傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時，UWB設備的發射功率卻很小，僅僅是現有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲．因此從理論上講，UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式．它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下：
(1)抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。
(2)傳輸速率高：UWB的數據速率可以達到幾十Mbit／s到幾百Mbit／s，有望高于藍牙100倍。
(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統在通信時需要連續發射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發送出去。并且在需要時才發送脈沖電波，所以消耗電能少。
(5)保密性好：UWB保密性表現在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據；另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。
(6) 發送功率非常小：UWB系統發射功率非常小，通信設備可以用小于lmW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長了系統電源工作時問。
(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術使用基帶傳輸，無需進行射頻調制和解調，所以不需要混頻器、過濾器、RF廠rF轉換器及本地振蕩器等復雜元件，系統結構簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。
由于UWB具有廣闊應用前景，在標準制定上競爭激烈。目前UWB標準提案有二：以摩托羅拉為代表的DS—CDMA方案和多頻帶OFDM聯盟fMBOA1的OFDM方案。兩種提案各有優缺點。DS—CDMA方案建議采用雙頻帶(3．1 5．15GHz和5．825—13．6GHz)，即在每超過1 GHz的頻帶內用極短的時間脈沖發送數據，其優勢是硬件簡單，頻譜利用率高。OFDM方案需建立一個子信道化UWB系統，每個子信道采用正交頻分復用方式，優勢是抗ISI(符號問干擾1能力強，但硬件相對復雜。雖然前段時間有消息說兩大陣營要和解，標準之爭改成兼容性的討論，但并沒有看到實際行動。毫無疑問，兩陣營之爭不僅沒有停止，反而會進一步升級，成為事實標準、贏得市場占有率是他們的努力目標。
6 射頻識別(RFID)技術
射頻識別技術fRadio Frequency Identification-RFID)是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術。它利用射頻信號通過空間耦合f交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞，并通過傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID技術無須精確定位，就可以大批量地對數據進行實時采集，實時傳遞，實時核對、更新，避免人為操作中的錯掃、漏掃、重掃等差錯。
和傳統的條形碼相比．RFID可以突破條形碼須人工掃描、一次讀一個的限制．實現非接觸性和大批量數據采集，具有不怕灰塵、油污的特性；也可以在惡劣環境下作業，實現長距離的讀取，同時讀取多個卷；還具有實時追蹤、重復讀寫及高速讀取的優勢，此特性讓其具有極其廣泛的應用范圍。RFID低頻系統主要用于短距離、低成本的應用，如多數的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等：高頻系統則用于需傳送大量數據的應用系統；超高頻系統應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合．其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監控、高速公路收費等系統中應用。
RFID系統因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子標簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數據交換與管理系統(Processor)大部分組成。電子標簽f或稱射頻卡、應答器等)，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲器)、微處理器CPU以及射頻收發及相關電路。
電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備進行數據交換，工作的能量是由閱讀器發出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，再把從主機發往電子標簽的數據加密，將電子標簽返回的數據解密后送到主機。數據交換與管理系統主要完成數據信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等。其工作原理為：當帶有電子標簽的物品在讀寫器的可讀范圍時，讀寫器發出的查詢信號將會激活標簽，標簽根據接收到的查詢信號要求反射信號，讀寫器接收到標簽反射回的信號后，經過內部電路的解碼處理可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。然后進一步通過計算機及計算機網絡實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。
通常情況下。RFID閱讀器發送的頻率稱為RFID系統的工作頻率或載波頻率。RFID載波頻率基本上有3個范圍：低頻(30～300kHz)、高頻(3～30MHz)和超高頻f300MHz～3GHz)。常見的工作頻率有低頻125kHz與134．2kHz、高頻13．56MHz、超高頻433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。
近年來。隨著通信、微電子、計算機和網絡技術的發展．RnD的應用范圍和深度都得到了迅速的發展，并被列為21世紀最有前途的重要產業和應用技術之一。RFID作為接人層技術，結合互聯網或公共電信網，將能構造一個實現全球物品、人員信息實時共享的“物聯網”。其廣泛的應用將深刻地影響我們的社會形態，極大地提升整個社會的信息化水平，提高生產效率和經濟增長的質量。
7 幾種短距離無線通信技術的應用領域及融合發展趨勢
在短距離無線通信領域，Wi—Fi目前正日益普及，路由和PC正向采用下一代802．1ln技術演變。802．1lg有更好的可靠性和更高冉句傳輸速率，這將使其成為下一代消費電子產品的最佳選擇；UWB具備高傳輸速率，其定位為多媒體傳輸；藍牙擁有QoS，可作為語音與數據資料傳輸之用；ZigBee傳輸速率雖低，但適合應用在感測與控制場合，搭配低價與耐用之特性，成為眾所矚目的新興技術；RFID技術則在電子商務、電子政務、現代物流等領域有著廣闊的應用。各種短距離無線通信技術如藍牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技術因其各自不同的技術特點，有著不同的應用領域。它們之間互相融合和向更高速率邁進的趨勢使得它們找到了更強勁的發展“支點”．
7．1 藍牙與WLAN、UWB加快共存
隨著藍牙與無線局域網絡(WLAN)應用的普及，其共存問題成為業界關注的焦點。國際芯片大廠透過自行開發與持續購并，目前幾乎均掌握了WLAN與藍牙的產品線，開始同時布局WLAN與藍牙芯片，未來也將進一步尋求整合。
此外，藍牙與超寬帶UWB融合的苗頭也已在顯現。藍牙技術聯盟日前宣布，將在新一代藍牙技術中融合超寬帶(UWB)線技術。該聯盟預測。融合后的基于新一代藍牙技術的產品將于2007年末投放市場。
藍牙與UWB合作，試圖解決目前藍牙成本高、傳輸慢。應用范圍窄等技術和市場瓶頸。UWB與藍牙的結合。將為支持UWB的硬件產品與目前藍牙重點支持的通信產品之間提供更為廣泛的對接途徑。藍牙的品牌加上UWB的技術優勢將使雙方共贏。這種融合，彌補了藍牙在技術上的缺陷，在高速傳輸和低耗電量上能夠迎接WLAN(無線局域網)的挑戰。同樣，通過與藍牙聯手。UWB可以繞過技術和市場發展過程中“后來者”的身份，與目前全球近5億個藍牙產品直接對接，兩家合作是必然的結果。
藍牙專業工作小組SIG與超寬帶開發者合作來整合這兩種無線網絡技術。去年兩者之間的標準協議就已出爐。今年則會有整合性的產品問世。此舉對藍牙技術最大的意義是使其應用超越個人設備，未來藍牙可以進入到數字家庭領域。
7．2 WLAN與UWB競合發展。802．1ln技術開始得到應用
WLAN的應用已開始從傳統的攜帶型計算機應用向手機等領域擴展，我們已經明顯看到了802．1lb向802．11g過渡的步伐，對速度的追求也將推動802．1ln標準盡快面市。
近年來。WLAN在工業和物流、自動化等領域都獲得了比較廣泛的發展。WLAN技術的發展已經日益成熟。WLAN發展的另一個典型是802．1ln的出現，其速率已經超過了100Mbps，因此大大推動了家庭聯網中的視頻傳輸應用。此外，WLAN的Mesh技術在這兩年也迅速發展起來。大大擴展了WLAN的覆蓋范圍。
目前，國內政府已對WLAN Mesh技術表示出極大興趣。希望通過Mesh實現大規模的無線覆蓋。從局端到終端。WLAN的應用范圍大有同時向上下兩個方向延伸的趨勢，特別是在短距離寬帶領域，802．1ln更是與UWB技術在今后存在共同爭奪家庭網絡應用市場的可能。
目前市場被802．1lb和802．1lg占領，而今明兩年，802．1la／g也有一定的市場，等到2009年，市場會被802．1lg和802．1ln占領。其中，802．1lg的成本很低，而802．11n是新一代速度更高的技術，從目前看，它已能滿足PC、手機和便攜電子三個市場的不同需求。而隨著越來越多的設備和產品使用2．4GHz波段．該波段中的沖突也不斷增加，這使得轉向5GHz顯得非常必要，802．1ln無線解決方案無疑承接了市場這一需求。
此外，802．1ln技術的推出將使其與UWB的逐鹿升級，UWB產品面市的步伐亦在加快。有分析認為．最終UWB的速度將更快，其芯片組的價格將更加便宜，在與Wi—Fi競爭時有可能在非實時數據轉移中尋求商機。UWB的理論速率目前可從100Mbps到1Gbps，當前能夠支持的速率為480Mbps，而這與802。1In(100Mbps)的定位會有一定的重疊。盡管從技術發展軌跡看，UWB具有更小的功耗和超低的成本優勢，但是802．11n本身從Wi—Fi產業發展而來，其成本也較低。而且，從目前的發展情況看，由于Wi—Fi產業已經相對比較成熟，因此802．11n的設備成本甚至會比UWB更低一些。從本質上說，802．11和802．15之間有著嚴格的劃分．802．11不適合PAN， 同樣802．15的目標，也絕對不是LAN fLocal Area Net．work一本地局域網)。UWB最大的優勢，最終還是會體現在高速上。
7．3 ZigBee產品規模化生產，未來兩三年一些便攜設備將采用ZigBee
ZigBee低成本、低功耗和易部署的技術特點為它的應用和推廣打下了良好基礎。目前，ZigBee技術已經作為模塊解決方案用于大規模生產，ZigBee聯盟預計，第一批經過ZigBee認證的零售產品將在2007年末上市。
ZigBee側重應用于對能源管理具有較高要求的領域，傳感器應用和網絡控制是ZigBee主要應用市場。到目前為止，ZigBee在數字家庭的應用量還不是很大，其主要應用還是在家電遙控、燈光控制、門禁領域。隨著zigBee模塊成本的下降，在一兩年內會大范圍應用。未來ZigBee應用將向燈光控制、便攜設備領域拓展。在兩三年內一些手持式設備將會采用ZigBee芯片，進行家電控制、小額付款等領域。ZigBee芯片也將更多地與一些終端產品的芯片進行集成。
7．4 UWB技術向高速率的方向邁進．開發更多新應用
UWB超寬帶技術的優勢在于能夠在短距離范圍內以超高速率傳輸數據。當前，UWB技術可以實現480Mbps速率產品的標準化和商業化，期望在今后5年達到6Gbps。而近期的目標，將會朝著速率1Gbps的方向發展。
UWB作為一種高速PAN無線技術，同時將被開發出更多新應用。如應用在冢庭多媒體中．用在支持UWB的電視、DVD、機頂盒、手持攝像機和P(：中等；同時，作為由英特爾等公司主導的無線USB1．0的技術基礎，將主要應用于個人電腦、打印機、投影儀及數碼相機等電子設備間的無線傳輸。在接下來的幾年內，隨著消費產品的出現和消費者開始在各種多媒體、PC和信息娛樂應用中使用這一技術，我們將會看到UWB技術帶來的巨大影響。
8 結束語
綜上所述，各短距離無線通信技術不同的技術優勢決定了他們廣闊的發展前景，他們的融合發展則拓展了他們的應用領域。短距離無線通信技術的不斷完善與發展．將給我們的生活帶來更多的便利與豐富多彩。
參 考 文 獻
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作者簡介：
張方奎(1976一)，男，山東青島人，碩士研究生。研究領域為短距離無線通信技術。Email：zfk2005229@mail．sdu．edu．cn
張春業(1951一)，男，山東濟南人，副教授，碩導。研究領域為無線通信與系統。WLAN中的關鍵技術等。
