無線通信技術(shù)前沿介紹

宋健

引言：隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，無線通信技術(shù)作為傳統(tǒng)通信技術(shù)的改良和換代產(chǎn)品，在技術(shù)方向和實(shí)現(xiàn)手段等方面都將帶領(lǐng)我們進(jìn)入一個(gè)全新的數(shù)字通信時(shí)代。

本文通過對(duì)無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀分析以及在我國(guó)的發(fā)展來介紹這些技術(shù)的前沿狀況。

一、分析無線通信前沿技術(shù)

RFID技術(shù)

a）概念

RFID（RadioFrequencyIdentification）是一種無線射頻識(shí)別技術(shù)，它是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種。RFID類似于條碼掃描，條碼技術(shù)是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID標(biāo)簽，利用頻率信號(hào)將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID讀寫器。

b）應(yīng)用

自2004年國(guó)家金卡工程[2]將物聯(lián)網(wǎng)RFID應(yīng)用試點(diǎn)列為重點(diǎn)工作以來，金卡工程每年都推出新的RFID應(yīng)用試點(diǎn)工程。該產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模在逐年增加，2009年85億，2010年120億，2011年已達(dá)到179.7億。射頻識(shí)別RFID技術(shù)已在我國(guó)第二代居民身份證、城市公共交通“一卡通”、電子證照與商品防偽、特種設(shè)備強(qiáng)檢、安全管理、動(dòng)植物電子標(biāo)識(shí)、以及現(xiàn)代物流管理等領(lǐng)域啟動(dòng)了應(yīng)用試點(diǎn)并發(fā)揮了巨大能量。

c）淺析

RFID射頻標(biāo)簽是承印物與電子技術(shù)的一個(gè)典型組合應(yīng)用。其在承印物上就包含了存有產(chǎn)品信息的IC芯片與天線組成的射頻電路，通過天線接收來自專用閱讀器所發(fā)射的射頻信號(hào)，并應(yīng)答出標(biāo)簽芯片中所包含的數(shù)據(jù)信息，也可送入主計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品非接觸式的識(shí)別、查找與管理，打破了傳統(tǒng)條形碼識(shí)別的局限性。

RFID的優(yōu)勢(shì)在于，其具有安全性、可重復(fù)使用、穿透性、抗污染和耐用性、體積小形狀多樣、數(shù)據(jù)容量大、可靠識(shí)別高速移動(dòng)物體，遠(yuǎn)距離讀取等。但RFID并非已經(jīng)取代條碼技術(shù)，因成本低，有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和普遍的市場(chǎng)接受力，條碼技術(shù)仍有市場(chǎng)，而RFID的內(nèi)存芯片成本相對(duì)較貴，且開發(fā)難度大，目前在我國(guó)仍有較大的發(fā)展空間。

二、ZigBee技術(shù)

1.概念

ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。

2.應(yīng)用

該項(xiàng)技術(shù)主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。可以針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、遙測(cè)遙控、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理、油田、電力、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。

3.淺析

具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等特點(diǎn)的ZigBee技術(shù)，目前已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值。因其超低功耗、抗干擾和網(wǎng)絡(luò)的健壯性等優(yōu)點(diǎn)，使其在無線傳感器領(lǐng)域發(fā)揮出巨大的作用。

該技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是發(fā)展成為易搭建、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)產(chǎn)品需求為成本低、電力要求低、體積小、避免頻繁更換電池、覆蓋較大范圍時(shí)，則可以考慮使用ZigBee技術(shù)。

但事實(shí)上，目前的Zigbee最大的缺點(diǎn)卻是價(jià)格相對(duì)昂貴，其次協(xié)議占帶寬的開銷量對(duì)信道帶寬要求較高，而這反過來會(huì)影響通訊距離和環(huán)境適應(yīng)性，于是只好提高發(fā)射功率，進(jìn)而無法滿足低功耗等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)?？梢姡F(xiàn)下Zigbee最大的優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，從而可以實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品互相替代，對(duì)促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)、繁榮市場(chǎng)以及長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上的環(huán)保有利，但這一點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)學(xué)上的優(yōu)點(diǎn)，不少技術(shù)人員并未理解到，從而在技術(shù)角度片面夸大了那些本不是優(yōu)點(diǎn)的“優(yōu)點(diǎn)”。這也說明了ZigBee技術(shù)的開發(fā)難度在于其復(fù)雜的協(xié)議。

三、4G

4G技術(shù)支持100Mbps～150Mbps的下行網(wǎng)絡(luò)帶寬，也就是4G意味著用戶可以體驗(yàn)到最大12.5MB/s～18.75MB/s的下行速度。這是當(dāng)前主流移動(dòng)3G（TD-SCDMA）2.8Mbps的35倍，中國(guó)聯(lián)通3G（WCDMA）的25倍。

支持4G技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備可以提供高性能的匯流媒體內(nèi)容，并通過ID應(yīng)用程序成為個(gè)人身份鑒定設(shè)備。它也可以接受高分辨率的電影和電視節(jié)目，從而成為合并廣播和通信的新基礎(chǔ)設(shè)施中的一個(gè)紐帶。

此外，4G的無線即時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用會(huì)比3G便宜。還有，4G有望集成不同模式的無線通信——從無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、蜂窩信號(hào)、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

4G通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并利用了一些新的通信技術(shù)，來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能的。如果說3G能為人們提供一個(gè)高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么4G通信會(huì)是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級(jí)高速公路，這種新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線及三維空間虛擬實(shí)境連線。

與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。然而，在通話品質(zhì)方面，移動(dòng)電話消費(fèi)者還是能接受的。隨著技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)有移動(dòng)電話網(wǎng)中手機(jī)的通話質(zhì)量還在進(jìn)一步提高。

新技術(shù)、新變化、新需求為工程師們創(chuàng)造了一個(gè)非常復(fù)雜的全新環(huán)境，他們需要使用新一代射頻及無線測(cè)試工具，來應(yīng)對(duì)當(dāng)前更為嚴(yán)峻的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。 而隨著近年來電子設(shè)備的高度集成，3G、4G（LTE、WiMAX）、5G WiFi（802.11ac）為代表的無線通信的快速發(fā)展，以及物聯(lián)網(wǎng)、RFID、ZigBee的廣泛應(yīng)用。新應(yīng)用領(lǐng)域、新技術(shù)推動(dòng)射頻微波及無線通信技術(shù)全面快速的發(fā)展，中國(guó)已成為該領(lǐng)域增長(zhǎng)速度最快的市場(chǎng)之一。

參考文獻(xiàn)

[1]引自《RFID 技術(shù)與在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用》——《電子設(shè)計(jì)工程》2011/17期.

[2]引自《基于RFID技術(shù)的新型智能電子機(jī)票設(shè)計(jì)》——《信息技術(shù)》2007/03期.

[3]引自《Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用》——《現(xiàn)代電子技術(shù)》2008/02期.

[4]《Wireless location technology and its application》——《Engineering Sciences》2011/04期.

（作者單位：西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院）