近距离无线通信技术的发展现状与展望

宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。另外．蓝牙技术的 基带层提供ＡＲＱ协议。Ｌ２ＣＡＰ层【逻辑链路控制和适配协
具有在长达１０米的距离内传输大容量数据的能力．因此适
议）可选择性地提供深入错误检测和指向Ｌ２ＣＡＰ ＰＤＵ的重
用于高速、近距离的无线个人通信。概括地说。和传统窄带 新传输，以及基于视窗的流控制功能。该功能可用于管理接
责任编辑：周霞ｚｈｏｕｘｉａ２００６＠ｇｍａ¨．ｃｏｍ＞＞＞
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万方数据
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机以及其他需与ＰＣ进行数据交换的产品。此后，它在２００８ 年很可能会经历爆炸性增长，无数终端市场将开始应用这样 的解决方案，包括消费类产品、个人电脑和手机产品。研究 机构ＩＤＣ日前公布的研究报告预测，至Ｕ２０１０年，ＵＷＢ和蓝 牙技术在笔记本电脑中的应用比例将翻一番，达到５７％的份 额。
２ 近距离无线通信技术沿着高速、低耗、 简易、可靠的方向迅速发展，产业联盟 推动标准化进程
（１）ＵＷＢ技术 首先。以高速率而著称的ＵＷＢ是一种无载波通信技
—１秒８年勤３逦丽信） 日
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术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输教据。并通 速跳频来减少干扰。除跳频外，它还采用了时分双工传输方
国通信标准化协会ｆ ＣＣＳＡ）日前在国内率先完成。ＵＷＢ
使用，１６Ｍ速率的ＶＦＩＲ技术已经发布。由于其与蓝牙技术
与ＴＤ—ＳＣＤＭＡ干扰保护研究。的研究报告。今后还将陆续 的一些相似性，下面将这两种技术进行比较，如表１所示：
发布。ＵＷＢ与ｌＭＴ一２０００ＦＤＤ。、 。ＵＷＢ与ＧＳＭ”、。ＵＷＢ与ＩＭＴ—
收稿日期：２００８年２月２８日
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信技术主要超宽带技术（ＵＷＢ），蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、红外 （Ｉ ｒＤＡ）、Ｚｉｇｂｅｅ（ＩＥＥＥ ８０２．１５．４）、ＲＦＩＤ等。下面本文
将阐述以上几种技术的底层原理、上层应用等方面的发展现 状，并展望其今后的技术及产业发展趋势。
相对球形
由爱立信、ＩＢＭ、诺基亚、英特
尔和东芝于１９９８年５月共同推出的。蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）。是
（４）ＺｉｇＢｅｅ技术
一个开放性的、近距离无线通信技术标准。以低成本的近距
ＺｉｇＢｅｅ是一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的
离无线连接为基础。采用高速跳频（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｐｐｉｎｇ） 和时分多址《Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉ—ａｃｃｅｓｓ，ＴＤＭＡ）等先 进技术，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝
极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术，相比其他 技术。Ｚｉｇｂｅｅ技术有以下一些特点：
◆低速率：ＺｉｇＢｅｅＩ作在２０ｋｂ／ｓ一２５０ｋｂ／ｓ的较低速
牙技术的标准版本为ＩＥＥＥ ８０２．１５．１，但大多数标准的制订 率．分别提供２５０ｋｂ／ｓ（２．４ＧＨｚ）、４０ｋｂ／ｓ（９１５ＭＨｚ）和
工作还是由蓝牙小组ＳＩＧ负责。其业务采用的是不需要申请 ２０ｋｂ／ｓ（８６８ＭＨｚ）的原始数据吞吐率。满足低速率传输数
然的安全性能。它采用跳时扩频信号，在发射时信号能量弥 术。它通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无
散在极宽的频带范围内，对～般通信系统，ＵＷＢ信号相当
线的数据收发，主要是用来取代点对点的线缆连接。１９９３
于白噪声信号，并且大多数情况下，ＵＷＢ信号的功率谱密
年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会（Ｉ ｒＤＡ）。
的２．４ＧＨｚ的ＩＳＭ波段．并采用额定速率为１６００跳点／秒的高 据的应用需求。
＿ 秒勤通信 ２００８年３月Ｉ下ｌ
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ｔｌ＂ｔ玉时延：ＺｉｇＢｅｅ的响应速度较快，一般从睡眠转入 工作状态只需１５ｍｓ，节点连接进入网络只需３０ｍｓ，进一步 节省了电能。
为此，我刊于本期特别推出“近距离无线通信技术”专题，以期与业内研究者一起就近距离无线通信技术的标准 化进展、发展现状、业务及应用场景、与电信网络共存及融合、未来发展趋势等方面的问题进行研究和探讨。
本期专题特别邀请到信息产业部电信研究院通信标准研究所副总工程师、中国通信标准化协会无线通信技术委员 会无线接入组（ＣＣＳＡ ＴＣ５ ＷＧ３）组长党梅梅女士担任审稿专家。党梅梅女士为本专题的内容策划提出了宝贵的意 见、为稿件的组织提供了诸多的支持，为专题稿件的审阅付出了辛勤的劳动。在此，本刊编辑部对审稿专家及所有撰 稿作者表示诚挚的谢意１
过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内 案（时隙）。由于蓝牙面向小功率、便携式的应用，因此，
（这两种技术是目前ＩＥＥＥ ８０２．１５．３ａ ＴＧ３ａ所讨论的两个竞
一个典型的蓝牙设备只有大约１０ｍ的有效范围。它支持物理
争提议的基础）．在较宽的频谱上传送极低功率的信号。
信道中１ Ｍｂ／ｓ的最大带宽，异步非对称连接最高数据速率为
（２）蓝牙技术 蓝牙技术将会在Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ网络通信、蓝牙芯片的单芯 片化设计、高速扩展（宽蓝牙）、增加传输距离的“长蓝 牙１以及与无线局域网（ＷＬＡＮ）间的干扰等问题上做进一 步研究。蓝牙的发展在各种无线技术中一直令人瞩目。普及 速度令人吃惊…】。蓝牙技术联盟亚太区及日本市场总监何 万庄表示。手机显然是带动蓝牙技术增长的最大。功臣”。 手机市场增长依然强劲．增幅可达４０％。这将持续带动蓝牙 市场增长。并且。蓝牙也将在汽车、电脑、ＰＤＡ、鼠标、键 盘、手持设备、游戏设备、相机和打印机上得到广泛应用。 国际上，蓝牙技术联盟（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ）正大力发展数字 家庭中和医疗市场的无线应用市场，与各成员密切合作。确 保其蓝牙产品达到高速蓝牙技术发展蓝图的核心规范要求， 新产品的数据传输速率有望从目前的３Ｍｂ／ｓ（２．０＋ＥＤＲ版） 提升到１００Ｍｂ／ｓｌ，义上ｍ】。此外，蓝牙与红外的互补竞争关系 将会在市场上长期共存下去，而彼此间的互通是一个亟待解 决的问题。 （３）ＺｉｇＢｅｅ技术 目前已经作为模块解决方案用于大规模生产的ＺｉｇＢｅｅ 技术一向以低成本、低功耗和易部署的特点著称。ＺｉｇＢｅｅ 侧重应用于对能源管理具有较高要求的领域，例如传感器 应用和网络控制领域。据预测，在数字家庭的应用方面， ＺｉｇＢｅｅ将从现有的家电遥控、灯光控制、门禁领域进一步 拓展到灯光控制、便携设备领域等。随着ＺｉｇＢｅｅ模块成本 的下降．其产品在一两年内会大范围应用。不出几年，一些 手持式设备将会采用ＺｉｇＢｅｅ芯片进行家电控制、小额付款 等领域。 （４）ＲＦＩＤ技术 另外值得一提的是被列为２１世纪最有前途的重要产业
ＵＷＢ系统已经证实能够在很低的功率谱密度的情况下，在 ７２３．２ｋｂ／ｓ。蓝牙速率亦拟进一步增强．新的蓝牙标准２．０版
户内提供超过４８０Ｍｂ／ｓ的可靠数据传输。与当前流行的近 支持高达１０Ｍｂ／ｓ以上的速率）‘２】ｆ引。这是适应未来愈来愈多
距离无线通信技术相比，ＵＷＢ具有巨大的数据传输速率优 势。最大可以提供高达１０００Ｍｂ／ｓ以上的传输速率。由于其
◆低功耗、实现简单：设备可以在电池的驱动下运行数 月甚至数年。
◆低成本：对用户来说，低成本意味着较低的设备费 用、安装费用和维护费用。ＺｉｇＢｅｅ设备可以在标准电池供 电的条件下（低成本）工作．而不需要任何重换电池或充电 操作（低成本、易安装）。
◆网络容量高：ＺｉｇＢｅｅ通过使用ＩＥＥＥ ８０２．１５．４标准的 物理层和ＭＡＣ层。支持几乎任意数目的设备Ⅲ，这对于大规 模传感器阵列和控制尤其重要。
技术相比，超宽带技术有如下几个优势：高速的数据数率、
收设备中的缓冲区分配。这几项功能都将提高ＱｏＳ在特定应
丰富的多径差异性、极低的功率消耗，而且多址的实现也较 用中的性能。
简单。这些特性使得超宽带技术成为一种近距离无线通信的
（３）红外技术
可行技术。此外，ＵＷＢ作为通信系统的物理层技术具有天
被众多的硬件和软件平台所支持的另一种技术是红外技
Ａｄｖａｎｃｅｄ”研究报告‘”。 ｌ ２）蓝牙《Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技术
表１ 红外与蓝牙两种技术的比较
睡型特征 频率 速度 通信距离
蓝牙
２．４ＧＨｚ ２Ｍｂ／ｓ １０ｍ
源自文库
１红外 红外波段 ４Ｍｂ／ｓ
５ｍ
使用标准 应用环境 发射功率 …传输模堑—习
蓝牙 替代有线连接 １００ｍＷ 相对狭窄的圆锥形
ｆｒＤＡ 点对点数据传送 １０ｍＷ
ＺｉｇＢｅｅ填补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场 的空缺，与其他标准在应用上几乎无交叉。其成功的关键在 于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。它广泛应用在自动 控制、家居自动化、军事领域、环境科学、医疗健康、空间 探索、商业应用等诸多领域的实际应用环境中。
（５）ＲＦＩＤ技术 此外。还有一项很重要的近距离无线通信技术—— ＲＦＩＤ。不同与其它几项技术，ＲＦＩＤ的单个设备并不具备同 时收发的能力，它是一种非接触的自动识别技术。其基本原 理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特 性，实现对被识别物品的自动识别。一套典型的ＲＦＩＤ系统 由电子标签、读写器和信息处理系统组成。如图１所示，电 子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能，信 息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。目 前，ＲＦＩＤ已经广泛地应用于诸多行业．如制造、物流、公 共安全、零售、资产管理、医疗等。
１引言
随着当今无线通信技术的飞速发展，不仅实现广域网 （ＷＡＮ）远距离通信的第三代蜂窝移动通信（３Ｇ）技术和 宽带无线接入技术（ＢＷＭＡ Ｉ竞争发展，越来越多的作为 个域网（ＰＡＮ）主流技术的近距离无线通信技术同时也在 蓬勃发展。后者主要解决的是传输距离限制在较短的范围 内，通常是几十米以内的无线通信问题．并且具有低成本、 低功耗和对等性的特点。当前比较有潜力的近距离无线通
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歹；『 。７ Ｚ￡蔷题ｉ巾磊稿７毒２家粢：ｉ党～ｆ磊ｆ｛蒜｝ｆｆ焉｛ｆ。戈泛Ｉｊ’－鬻？急惫摅溉
＜ｃ：ｃ：编者按：＞＞＞
作为终端间直接通信的技术，近距离无线通信技术正处于一个快速发展时期。近距离无线通信技术包括ＵＷＢ、蓝 牙、ＲＦＩＤ、ＮＦＣ、ＺｉｇＢｅｅ等，具有低成本、低功耗、小型化等共同特点，将广泛应用于通信、电子、自动化控制、工 业、农业、生活等领域。近距离无线通信技术与电信网络的结合，可以推动依赖多媒体业务需求的宽带通信技术的快 速发展，同时也会为推动这些技术的宽带运营商带来新的业务增长点。如何将近距离无线通信技术与现有移动通信网 络相结合已成为目前业界研究的热点。
度低于自然的电子噪声．从电子噪声中将脉冲信号检测出来 统一了红外通讯的标准。红外通信使用的是小角度（３０度
是一件非常困难的事。此外ＵＷＢ内键还使用ＡＥＳ（先进加
锥角以内）、短距离、点对点直线数据传输，具有保密性
密标准）进行加密。ＵＷＢ的技术和市场都在飞速发展，中
强、传输速率较高的特点，目前４Ｍ速率的ＦＩＲ技术已被广泛
图１ ＲＦＩＤ基本工作原理
３多种技术共存并融合，在互补和竞争中各 谋发展
（１）ＵＷＢ技术 放眼未来，各种技术的发展趋势是学术和产业界关注的 焦点。当前，超宽带理论体系还不完善，很多问题仍在摸索 阶段。首先．ＵＷＢ技术必须解决其与现有其他无线系统共 存的问题。由于超宽带系统使用很宽的频谱。因此与很多其 他的无线通信系统频谱重叠。这就必然会导致超宽带系统的 带外干扰，带内干扰以及与未来４Ｇ的。和平共处。问题成 为首要解决的难题。其中针对ＵＷＢ与４Ｇ的共存研究，ＤＡＡ （Ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ Ａｖｏｉｄ）作为ＵＷＢ的防干扰技术在日本和欧 洲已经受到重视。为了保护未来４Ｇ移动通信系统，一些国 家提出ＵＷＢ必须使用ＤＡＡ的限制方案【８】。 其次，ＵＷＢ的另一发展方向是将ＭＩＭＯ技术用于ＵＷＢ 系统，从而得到很高的链路可靠性和速率适配能力。这主要 归功于ＵＷＢ非常窄的脉；中在多径传播时引起大量独立的衰 落信号分量能够被分辨．从而能实现有效的多径信号分集接 收。目前还存在ＭＢ—ＯＦＤＭ—ＵＷＢ方案，即采用ＭＢ—ＯＦＤＭ 技术把ＵＷＢ的频谱分成多个子带，然后利用多载波进行信 号的传输。在这种方案中，融入ＯＦＤＭ、扩频与交织、跳 频等多种机制，保证了在多径衰落信道上可靠实现高速数 据的传输。ＭＩＭＯ—ＯＦＤＭ—ＵＷＢ的实现的关键技术之一是 ＭＩＭＯ—ＯＦＤＭ系统的编码技术㈣Ｉ７１。从空间、时间、频率三 维方向上同时编码的技术和ＭＢ—ＯＦＤＭ—ＵＷＢ方案的结合将 是未来的一个重要研究方向。ＵＷＢ技术发展不可避免的另 一趋势是其与Ｍｅｓｈ（网状网技术）的结合。Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ 作为一种在军事、救灾和无线组网等领域十分有潜力的技 术．其与ＵＷＢ及智能天线技术的融合更是将深刻影响无线 宽带接入的未来。 ＵＷＢ技术多年来一直是美国军方使用的作战技术之 一。但由于它具有巨大的数据传输速率优势，因此可用在 数字家庭网络或办公网络中，实现近距离、高速率数据传 输ｆ９ｌ。例如，在家用电器设备之间提供高速的音频、视频业 务传输；在数字办公环境中．提供无线高速互联等等ｍ】。 ２００７年，第一批内置解决方案率先应用于打印机、数码相