短距離無(wú)線傳輸技術(shù)分析研究

謝翹楚 楊林森

摘要：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，而在需要低耗電、較少量資料傳輸?shù)募译娍刂?、物件辨識(shí)，大多會(huì)采用短距離無(wú)線技術(shù)，例如紅外線、藍(lán)牙、ZigBee、ANT等等。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，各技術(shù)都各有所長(zhǎng)，也正互相競(jìng)爭(zhēng)中。本文主要將各個(gè)主流的短距離無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行介紹和比較。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò);短距離;無(wú)線傳輸技術(shù)

引言：無(wú)線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信，微波是一種無(wú)線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或移動(dòng)體之間建立微波通信聯(lián)系。

語(yǔ)言是人類最重要的交際工具，是人們進(jìn)行溝通交流的主要表達(dá)方式。在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代當(dāng)機(jī)器需要交流的時(shí)候，也需要按照相互之間可以聽懂的語(yǔ)言進(jìn)行。目前使用較廣泛的近距無(wú)線通信技術(shù)有藍(lán)牙（Bluetooth）、無(wú)線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）和紅外數(shù)據(jù)傳輸（IrDA）。同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕酂o(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如Zigbee、超寬頻（Ultra WideBand）、5G Wi-Fi、433MHz、近場(chǎng)通信（NFC）、DECT等等。

一、藍(lán)牙

藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無(wú)線接口，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHz ISM頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。

但藍(lán)牙技術(shù)遭遇了最大的障礙是過于昂貴。突出表現(xiàn)在芯片大小和價(jià)格難以下調(diào)、抗干擾能力不強(qiáng)、傳輸距離太短、信息安全問題等等。這就使得許多用戶不愿意花大價(jià)錢來(lái)購(gòu)買這種無(wú)線設(shè)備。因此，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，藍(lán)牙的市場(chǎng)前景取決于藍(lán)牙價(jià)格和基于藍(lán)牙的應(yīng)用是否能達(dá)到一定的規(guī)模。但目前藍(lán)牙在手持移動(dòng)設(shè)備短距離傳輸上還占很大的市場(chǎng)份額。

二、ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。主要特點(diǎn)包括低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Router）、傳感器節(jié)點(diǎn)（EndDevice）等三種角色。

Zigbee作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷的為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的的發(fā)展變化，人們對(duì)家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時(shí)越來(lái)越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡(jiǎn)單的智能，更要求整個(gè)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡(jiǎn)單、方便、輕松、安全。很顯然，我們的家居生活需要改變。

雖然智能家居的概念很早就出現(xiàn)，市場(chǎng)需求也一直存在，但長(zhǎng)期以來(lái)智能家居的發(fā)展由于受制于相關(guān)技術(shù)的突破，一直沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用普及。ZigBee的出現(xiàn)使這個(gè)問題得到了很好的解決。

物聯(lián)網(wǎng)則是一個(gè)極其龐大的網(wǎng)絡(luò)，它涉及各行各業(yè)，其實(shí)質(zhì)就是讓萬(wàn)事萬(wàn)物通過網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)許多超級(jí)智能化的應(yīng)用。傳感器網(wǎng)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)最基本的網(wǎng)絡(luò)，傳感器作為感知的最前端探測(cè)和搜集信號(hào)，之后則需要各種有線和無(wú)線的通信技術(shù)進(jìn)行設(shè)備相互間的通信交流。而光纖、ADSL、3G和Wi-Fi是作為聯(lián)網(wǎng)的主要?jiǎng)用}，而最后100米的短距離接入則是通過短距離無(wú)線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而Zigbee被認(rèn)為是目前最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)接入端的無(wú)線通信技術(shù)。

三、5G Wi-Fi

5G Wi-Fi（802.11ac）是指第五代Wi-Fi傳輸技術(shù)，并且運(yùn)行在5Ghz無(wú)線電波頻段（并不是運(yùn)行在5Ghz頻段的Wi-Fi就是5G Wi-Fi，而只有采用802.11ac協(xié)議的Wi-Fi才是真正5G Wi-Fi）。

更高的無(wú)線傳輸速度是5G Wi-Fi的最大特征。業(yè)界認(rèn)為，5G Wi-Fi的入門級(jí)速度是433Mbps，這至少是現(xiàn)在Wi-Fi速率的三倍，一些高性能的5G Wi-Fi還能達(dá)到1Gbps以上。而博通是較早提出提出此技術(shù)和較早應(yīng)用此技術(shù)且相對(duì)比較成熟的芯片廠商，目前使用博通5G芯片的著名品牌有蘋果手機(jī)iphone5、三星手機(jī)GALAXY S4、HTC one 、騰達(dá)11ac 千兆無(wú)線路由器等。

盡管被稱為4G的第四代移動(dòng)通信制式還沒有正式商用，但5G Wi-Fi卻已興起。由于國(guó)內(nèi)外廠商紛紛在產(chǎn)品中加入對(duì)5G Wi-Fi功能的支持，有業(yè)內(nèi)專家表示未來(lái)一年內(nèi)，5G Wi-Fi將迅速普及，而各大連鎖咖啡店和西餐廳或?qū)⒚媾R5G Wi-Fi路由器的更換潮。

四、超寬頻（UWB）

UWB（Ultra Wideband）是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

UWB抗干擾性能強(qiáng)，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。有人稱它為無(wú)線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展，認(rèn)為它將成為未來(lái)短距離無(wú)線通信的主流技術(shù)。

總結(jié)

總的來(lái)說，它們都有其立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求;或著眼于功能的擴(kuò)充性;或符合某些單一應(yīng)用的特別要求;或建立競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的差異化等。但是沒有一種技術(shù)可以完美到足以滿足所有的需求，各種傳輸技術(shù)，有其所長(zhǎng)也有其所短，很希望看到他們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)的世界里大放異彩，為我們的社會(huì)主義現(xiàn)代化道路添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：成都工業(yè)學(xué)院校級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目2020ZR005，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目S202011116010