短距离无线通信技术综述[文献综述]

文献综述

通信工程

短距离无线通信技术综述

摘要：近年来，数字家庭，无线通信，无线控制，无线定位，无线组网和移动连接等词语频频映入我们的眼帘，短距离无线通信技术才逐渐进入我们的生活。正是由于IT产业的高速发展，网络的普及，家电的智能化以及单片机强有力的功能拓展，才使得它们逐渐来到我们身边，进入我们的生活。有增无减的相关信息报道足以预测这些新事物必将具有强大的生命力和广阔前景。

关键词：WirelessUSB技术；UWB；Bluetooth；Zigbee

1.引言

短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通[1]。人们注意到在同一幢楼内或在相距咫尺的地方,同样也需要无线通信。因此,短距离无线通信技术应运而生。目前,便携式设备间的网络连接使用的短距离无线通信技术主要有UWB超带宽、wrielessUSB技术、蓝牙(Bluetooth) 技术、zigbee等。下面叙述几种主要的短距离无线通信及其应用技术[2]。

2.短距离无线通信技术的特征

低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势[3]。

首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。

其次，低功耗是相对其它无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在１毫瓦量级[4]。

最后，对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源的管理通常采用竞争的方式如载波侦听[5]。

3.主流的短距离无线通信技术

3.1UWB

UWB( Ultra Wide Band):是一种短距离的无线通信方式, 传输距离通常在10M 以内, 使GH z以上带宽[6]。通信速度可以达到几百Mbit/秒以上. UWB的技术特点使UWB具有传统窄带和宽带技术不可比拟的优势. UWB 系统结构的实现比较简单: UWB发射器直接用脉冲小型激励天线, 允许采用非常低廉的宽带发射器. 在接收端, 不需要中频处理. 高速数据传输: 民用商品中,一般要求UWB信号的传输范围为10m以内, 其传输速率可达500 Mb

i t / s以上. 功耗低: UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据,有很低的占空因数[7]。

3.2WirelessUSB技术

WirelessUSB 技术是近年来出现的一种新的无线通信技术这种短距离无线通信技术是以有线的USB Universal Serial Bus通用串行总线技术为基础发展而来的WirelessUSB 技术是第一个高速的无线个人接口它使无线技术的自由性柔韧性和有线USB 技术的易用高速和安全性有机结合起来具有高速率低功耗便携性和允许多设备并发传输的特点[8]。相对于其他在2. 4 GHz 波段使用的无线短距技术,成本较低, 消除了系统的复杂性和开销,方便易用,特别适合于点对点以及多点对多点的设备小数据包通信。目前应用WirelessUSB 技术的产品还不多主要的产品是赛普拉斯半导体公司Cypress Semiconductor 提供的一系列WirelessUSB 通信芯片赛普拉斯是首个推出无线USB 通信芯片的企业它以业界最低的成本提供了一系列优秀的WirelessUSB 通信芯[9]。

3.3Bluetooth

蓝牙技术标准精心设计的协议有多层结构，分别负责实现数据位流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和拆除，以及链路控制、数据包的拆装、服务质量和协议复用等功能。整个协议结构简单，并使用前向纠错编码及自动重传等机制保证链路的可靠性。遵循蓝牙协议的设备将能够用无线通信链路取代传统网络中错综复杂的电缆，非常方便地实现快速灵活、安全、低成本、低功耗的数据和话音通信。蓝牙技术可以同时支持语音和数据的[10]。

蓝牙技术带来了短距离无线通信技术的一场革命,将其与掌上电脑和其他移动计算技术相互融合，则可充分扩大移动计算设备的应用范围，通过无处不在的蓝牙接入点，可以将上述各种数字化的便携式设备连接到互联网上，从而以很低的成本，用移动终端随时随地实现无线接入互联网[11]。

3.4Zigbee

IEEE802.15.4工作组致力于定义一种供廉价的固定，便携或移动设备使用的极低复杂度，成本和功耗的低速率无线连接技术。Zigbee正是这种技术的商业化命名[12]。完整的zigbee 协议栈模型。相对于常见的无线通信标准，zigbee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，网络层以上的协议由zigbee联盟负责，IEEE则制定物理层和链路层标准[13]。应用汇聚层把不同的应用映射到zigbee网络上，主要包括安全属性设置和多个业务数据流的汇聚等功能。网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议，除了包含通用的网络层功能外，还应该与底层的IEEE 802.15.4标准同样省电。另外，还应实现网络的自组织和自维护，以最大程度方便消费者使用，降低网络的维护成本[14]。

4.短距离无线通信的应用前景

短距离无线通信的应用不仅在工业，农业，环境，军事，医疗等传统领域有巨大的应用价值，未来的应用中还可以涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域[15]。成功的关键在于丰富而快捷的应用，而不是技术本身。所以我们有理由相信在不远的将来有越来越多的内置近距离无线通信功能的设备进入我们的生活并将极大地改变我们的生活方式和体验。也希望国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。

参考文献

[1]李文仲, 段朝玉. ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007,1.

[2]蔡文晶，秦会斌. 基于ZigBee精简协议的无线数据采集系统[J]. 机电工程, 2011,2,

28(2):224-226.

[3]Theodore S. Rappaport 著, 周文安付秀花王志辉等译. 无线通信原理与应用[M]. 第

版. 北京：电子工业出版社2006,7.

[4]Garcia L R,Barreiro P.Performance of ZigBeebasedwireless sensor nodes for

real-timemonitoring of fruitlogistics[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 87:405-415.

[5] Theodore S. Rappaport 著, 周文安付秀花王志辉等译. 无线通信原理与应用[M]. 第二版. 北京：电子工业出版社2006,7.

[6]金京林,赵智能.DS-UWB技术及其应用[J]. 华南师范大学学报(自然科学版). 2006，11，(4)：64-70.

[7]严晓华. 基于MB-OFDM UWB的短距离无线多媒体传输[J]. 中国图象图形学报. 2006，(11):12-15.