無線通信技術(shù)已經(jīng)在市場上起飛，因為它為電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)提供了便利和靈活性，并且其安裝不需要昂貴的電纜和布線。軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家電等諸多行業(yè)都需要使用無線通信技術(shù)。每個行業(yè)因其用途和環(huán)境而需要不同的技術(shù)特性。

短距離無線通信技術(shù)

短距離無線通信技術(shù)是一種遠(yuǎn)程節(jié)點在極短距離內(nèi)連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。短距離無線電通信可以最大限度地減少功耗、體積、熱量和成本。它還具有廣泛的場景、技術(shù)和要求，使其成為商業(yè)樓宇自動化、高密度溫室傳感和住宅能源監(jiān)控的理想解決方案。大多數(shù)都是以小型、低成本IC或完整插件模塊的形式實現(xiàn)的。本文將短距離無線通信技術(shù)定義為在本地交互范圍內(nèi)提供無線連接的系統(tǒng)，并將其分為以下類型。

1、藍(lán)牙

藍(lán)牙是一種基于IEEE802.5.1標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，其功耗比WiFi低。藍(lán)牙最初設(shè)計用于從個人計算機(jī)到鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、手機(jī)、耳機(jī)、個人數(shù)字助理等外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。對于這些類型的應(yīng)用，藍(lán)牙稱為WPAN(無線個人局域網(wǎng))。藍(lán)牙使用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌试S最多七個設(shè)備的簡單網(wǎng)絡(luò)與單個接入點進(jìn)行通信。

藍(lán)牙工作在2.4HzISM頻段，并使用GFSK、差分DQPSK或(8DPSK)跳頻擴(kuò)頻進(jìn)行調(diào)制。GFSK的總基本數(shù)據(jù)速率為1mbit/s、DQPSK2mbits/s和3mbits/s對于8DPSK，還有3個功率級別：0dBm(1mW)、4dBm(2.5mW)和20dBm(100mW)，這基本上決定了標(biāo)準(zhǔn)距離在十米左右，最大功率在100米以上，路徑清晰。

2、Wi-Fi

Wi-fi是一種基于IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)。它通常用于PC筆記本電腦和臺式機(jī)、智能電視、智能手機(jī)、無人機(jī)、智能音箱、打印機(jī)和汽車。Wi-Fi頻段具有相當(dāng)高的吸收率，最適合視線使用。許多常見的障礙物，例如墻壁、家用電器等，可能會大大縮小范圍。然而，它也有助于減少不同網(wǎng)絡(luò)之間的干擾。

IEEE802.11a工作頻率為5GHz，最大數(shù)據(jù)速率為54Mbps。IEEE802.11b和IEEE802.11g工作頻率為2.4GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率分別為11Mbps和54Mbps。此外，還有多種不同的無線頻率范圍可用于WiFi通信：900MHz、2.4GHz、5GHz、5.9GHz和60GHz頻段。每個范圍分為多個通道。每個國家對允許的渠道都有自己的規(guī)定。ISM頻段范圍也被廣泛使用。

Wi-Fi嵌入式模塊可與任何附近的基站互操作，并具有高達(dá)300英尺的標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi范圍和高吞吐量。這部分抵消了Wi-Fi的額外配置復(fù)雜性以及更耗電的協(xié)議的額外成本，使其成為向現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)添加設(shè)備的理想選擇。只需確保準(zhǔn)備計劃包含大量資源，以便長期管理多個身份驗證設(shè)置。

3、ZigBee

ZigBee是一種基于IEEE802.15.4的短距離無線通信協(xié)議。它用于創(chuàng)建具有低功耗和小型數(shù)字無線電的PAN，這些無線電比藍(lán)牙或Wi-Fi等其他無線個域網(wǎng)(Wpan)更便宜，可用于家庭自動化和醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)收集。應(yīng)用包括交通管理系統(tǒng)、無線燈開關(guān)、帶家用顯示器的電表以及其他需要短距離、低速率無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備。綜上所述，Zigbee是一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率、近距離(即個人區(qū)域)無線網(wǎng)絡(luò)。

該標(biāo)準(zhǔn)在2.4至2.4835GHz(全球)、902至928MHz(美國和澳大利亞)和868至868.6MHz(歐洲)的免許可ISM頻段運(yùn)行。這16個通道分配在2.4GHz頻段，間隔5MHz，但每個通道僅使用2MHz帶寬。該無線電使用直接序列擴(kuò)頻編碼。數(shù)字流將其管理到調(diào)制器中。BPSK在868和915MHz頻段運(yùn)行，OQPSK在2.4GHz頻段運(yùn)行，每個符號傳輸2位。

2.4GHz頻段的原始無線數(shù)據(jù)速率為每通道250kbit/s，915MHz頻段為每通道40kbit/s，868MHz頻段為每通道20kbit/s。對于室內(nèi)應(yīng)用，2.4GHz傳輸范圍為10-20米。

4、超寬帶

超寬帶(UWB)是WiMedia聯(lián)盟定義的短距離無線電通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它可以利用超低功耗避免在3.1~10.6GHZ指定頻段內(nèi)的干擾，進(jìn)行短距離、高帶寬通信。最大通訊距離約為十米。在大多數(shù)應(yīng)用中，范圍小于幾米。頻段被劃分為多個528-mhz寬的通道。數(shù)據(jù)速率范圍為53mbits/s至480mbits/s。UWB主要為電視、相機(jī)、筆記本電腦等提供高速數(shù)據(jù)連接。最近的應(yīng)用集中在傳感器數(shù)據(jù)收集、跟蹤應(yīng)用和精確定位。與擴(kuò)頻不同，UWB的傳輸方式不會影響傳統(tǒng)窄帶和同一頻段內(nèi)的載波傳輸。

5、紅外(IR)

紅外無線采用低頻、不可見光連接，而不是無線電。主要波長范圍為850～940μm。發(fā)射器采用紅外發(fā)光二極管，接收器采用二極管光電探測器和放大器。光波通常用高頻信號進(jìn)行調(diào)制，然后對高頻信號進(jìn)行編碼和調(diào)制以進(jìn)行傳輸。

IrDA是一個單獨的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會維護(hù)其規(guī)范。增加速率范圍為9.6～115.2kbits/s，包括4mbits/s、16mbits/s、96mbits/s、512mbits/s～1gbit/s。5和10gbit/s速率的新標(biāo)準(zhǔn)正在開發(fā)中，范圍小于一米。

IR有幾個主要優(yōu)點。首先，由于它是光而不是無線電波，因此不易受到任何形式的無線電干擾。其次，它的信號很難被攔截或欺騙，因此安全性很高。

紅外光譜曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、筆記本電腦和相機(jī)。它已很大程度上被藍(lán)牙、Wi-Fi和其他短距離無線通信技術(shù)所取代。目前消費類遙控器中仍普遍采用射頻遙控。

6、IEEE802.15.4

IEEE802.15.4的創(chuàng)建是為了支持點對點鏈路和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。多種無線標(biāo)準(zhǔn)使用802.15.4標(biāo)準(zhǔn)作為PHY/MAC基礎(chǔ)

該標(biāo)準(zhǔn)定義了3個基本頻率距離。最常用的頻段是全球2.4GHzISM頻段。基本數(shù)據(jù)速率為250kbits/s。另一個范圍是美國的902-928MHZISM頻段(10頻道)。數(shù)據(jù)速率為40kbits/s或250kbits/s。

所有3個范圍都使用帶有BPSK或偏移QPSK的DSSS調(diào)制。最小定義功率電平為-3dBm(0.5mW)。0dbm是廣泛使用的功率電平。20dbm級別用于遠(yuǎn)程應(yīng)用，其典型范圍不超過10米。

7、IEEE802.22

IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)，也稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRAN)標(biāo)準(zhǔn)，是最新的IEEE無線標(biāo)準(zhǔn)之一。它設(shè)計用于在未經(jīng)許可的情況下在未使用的廣播電視頻道(稱為空白空間)上使用。6MHZ通道的頻率范圍為470MHZ至698MHZ。然而，該標(biāo)準(zhǔn)尚未被普遍采用。空白無線電使用專有協(xié)議和無線標(biāo)準(zhǔn)。

802.22無線電應(yīng)滿足嚴(yán)格的要求，并發(fā)現(xiàn)因潛在干擾電視臺而未使用的頻道。無線電使用頻率靈活的電路來掃描未使用的信道并監(jiān)聽潛在的干擾信號。基站與多個固定位置的用戶進(jìn)行放射狀通信，以獲得互聯(lián)網(wǎng)接入或其他服務(wù)。

該標(biāo)準(zhǔn)提供足夠的頻譜效率，以滿足多個用戶通道的需求，下載速度高達(dá)1.5Mbit/s，上傳速度高達(dá)384kbit/s。每個6MHz通道的最大數(shù)據(jù)速率在18至22mbits/s之間。22的最大優(yōu)點是它同時使用VHF和低頻UHF頻率，并且可以提供非常長距離的連接。最大允許有效全向輻射功率(EIRP)為4W，基站范圍可達(dá)100公里(近60英里)。

8、ISM頻段

最常用的ISM頻段是2.4至2.483GHz，用于Wi-Fi、無繩電話、藍(lán)牙、802.15.4無線電等。第二個最流行的頻段是902-928-mhz頻段。

其他廣泛使用的ISM頻率包括用于RKE應(yīng)用和車庫門開啟的315MHz以及用于遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控的433MHz。其他不太常用的頻率有13.56MHz、27MHz和72MHz。

9、近場通信

近場通信(NFC)是一種超短距離無線通信技術(shù)，主要用于類似應(yīng)用和安全支付交易。它的最大范圍約為20厘米，典型連接距離為4至5厘米。如此短的距離提高了連接安全性，而且連接安全性也是加密的。許多智能手機(jī)都具備NFC功能，目標(biāo)是實現(xiàn)NFC支付系統(tǒng)，讓消費者可以用手機(jī)點擊支付。

NFC使用13.56MHz的ISM管理頻率。在此較低頻率下，發(fā)射環(huán)路天線和接收環(huán)路天線。傳輸是通過信號的磁場而不是伴隨的電場進(jìn)行的。

NFC還用于讀取標(biāo)簽。無電源標(biāo)簽將射頻信號轉(zhuǎn)換為直流電源，為處理器和存儲器提供特定于應(yīng)用的信息。許多NFC收發(fā)器芯片可用于實現(xiàn)新的應(yīng)用，并且存在多種標(biāo)準(zhǔn)。

10、射頻識別

射頻識別(RFID)主要用于識別、定位、跟蹤和管理庫存。附近的閱讀器發(fā)送高功率射頻信號為無源標(biāo)簽供電，然后讀取標(biāo)簽內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)。

RFID標(biāo)簽扁平、便宜、小，可以貼在任何需要識別或監(jiān)控的東西上。在某些應(yīng)用中，它們?nèi)〈藯l形碼。RFID采用13.56MHz的ISM頻率，但也使用其他頻率，包括125kHz、134.5kHz以及902-928MHz范圍內(nèi)的頻率。存在各種ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)。

11、6 LoWPAN

6 LoWPAN是指低功耗無線PAN中的IPv6協(xié)議。它由ITEF開發(fā)，提供了一種通過低功耗無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和點對點鏈路傳輸IPv4和IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的方法。RFC4944還允許在最小的遠(yuǎn)程設(shè)備上實施物聯(lián)網(wǎng)。該協(xié)議為802.15.4無線電提供封裝和標(biāo)頭壓縮例程。

12、Z-wave

Z-wave是一種短距離無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最多可容納232個節(jié)點。在美國和加拿大，無線收發(fā)器在ISM頻段(908.42MHz)運(yùn)行，但根據(jù)國家法規(guī)使用其他頻率。調(diào)制方式為GFSK。數(shù)據(jù)速率包括9600位/秒和40位/秒。在自由空間條件下，距離可達(dá)30米。穿透墻壁的范圍要短得多。Z-wave的主要應(yīng)用是恒溫器、門鎖、家庭自動化、照明、煙霧探測器、安防和其他家用電器。

短距離無線通信技術(shù)的典型應(yīng)用

無線是幾乎所有新產(chǎn)品的一個簡單且低成本的補(bǔ)充，它還可以提高便利性、性能或營銷。

家庭

家用消費電子產(chǎn)品充滿了無線功能。幾乎所有娛樂產(chǎn)品都有紅外遙控器。能源計量和配件監(jiān)視器、遠(yuǎn)程溫度計、無線恒溫器和其他天氣監(jiān)視器、安全系統(tǒng)、車庫門開啟器、智能停車傳感器也連接到無線網(wǎng)絡(luò)。幾乎每個家庭都有Wi-Fi連接。

商業(yè)

無線溫濕度監(jiān)測、照明控制和無線恒溫器常用于商業(yè)應(yīng)用。一些視頻監(jiān)控攝像機(jī)使用無線而不是同軸電纜。手機(jī)無線支付系統(tǒng)有望徹底改變商業(yè)。

行業(yè)

業(yè)界有線連接逐漸被無線取代。流量、濕度、溫度和壓力的遠(yuǎn)程監(jiān)控是常見的應(yīng)用。機(jī)器人、工業(yè)流程和機(jī)床的無線控制提高了工業(yè)環(huán)境的便利性并促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。M2M技術(shù)為汽車定位(GPS)和監(jiān)控自動售貨機(jī)等許多應(yīng)用打開了大門。物聯(lián)網(wǎng)主要是無線的。射頻識別技術(shù)使得追蹤和定位幾乎任何東西變得更加容易。

總之，這些短距離無線通信技術(shù)在不同的應(yīng)用場景中具有各自的優(yōu)勢和特點，可以根據(jù)具體的需求選擇合適的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。