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短距离无线通信技术及其融合发展研究
作者：张方奎 张春业
来源：RFID世界网
日期：2008-01-24 17:05:49
摘要：本文对短距离无线通信领域应用广泛的WLAN技术、蓝牙技术、紫蜂技术、UWB技术以及RFID技术进行阐述，分析了它们的技术特点、发展现状和应用领域，最后阐述了它们的融合发展趋势。
0 引 言
随着因特网、多媒体和无线通信技术的发展。人们与信息网络已经密不可分。当今无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通信技术一个重要分支的短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的观注。
1 短距离无线通信技术简介
近年来，由于数据通信需求的推动，加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展，短距离无线与移动通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术、蓝牙技术、UWB技术，以及紫蜂(ZigBee)技术、射频识别(RFID)技术等取得了令人瞩目的成就。短距离无线通信通常指的是lOOm以内的通信，分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信两类。高速短距离无线通信最高数据速率>loMbits，通信距离<lOm，典型技术有高速UWB、WirelessUSB；低速短距离无线通信的最低数据速率<lMbits，通信距离<lom。典型技术有蓝牙、紫蜂和低速UWBt”。
2 无线局域网(WLAN)与IEEE802．11标准族
wLAN顾名思义是一种借助无线技术取代以往有线信道方式构成计算机局域网的手段，以解决有线方式不易实现的计算机的可移动性，使其应用更加不受空间限制。
IEEE802．11无线局域网 (WLAN)是IEEE最初制定的，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，包括IEEE802．1 la、IEEE802．11b 和IEEE 802．11g。IEEE802．11a主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，工作在5 GHzU—NIIfUnlicensed—National Information Infras—tructure)频带，物理层速率54Mbps，传输层速率25Mbps。它采用正交频分复用(OFDM)扩频技术，可提供25Mbps的无线ATM 接口、10Mbps的以太网无线帧结构接口以及TDD／TDMA的空中接口．支持语音、数据、图像业务。一个扇区可接人多个用户，每个用户可带多个用户终端。其缺点是芯片没有进入市场，设备昂贵，空中接力不好，点对点连接很不经济，不适合小型设备。
Wi—Fi(Wireless Fidelityi~线保真1是属于无线局域网(WLAN)的一种，通常是指IEEE802．11b产品，是利用无线接人手段的新型局域网解决方案。Wi—Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速、便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等，因此具有良好的发展前景。IEEE 802．11b工作频段为2．4GHz的ISM 自由频段，采用直接序列扩频(DSSS)技术理论上可以达到1 1Mpit／s速率。典型通信距离为2Mbit／s时30～45m，2Mbit／s时为40～75m，2Mbit／s时为75～100m。
IEEE802．11g使用了与IEEE802．1lb相同的2．4GHz的ISM免特许频段。它采用了两种调制方式：即IEEE802．11a所采用的OFDM和IEEE802．11b所采用的CCK。通过采用这两种分别与IEEE802．11a和IEEE802．11b相同的调制方式，使IEEE802．1lg不但达到了IEEE802．11a的54 Mb／s的传输速率，同时也实现了与现在广泛存在的采用IEEE802。llb标准设备的兼容。IEEE802．11g已经被大多数无线网络产品制造商选择作为下一代无线网络产品的标准。
3 蓝牙(Bluetooth)技术
“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中．因此，特别适用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。
蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础．采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Di．vision 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。蓝牙技术使得一些便于携带的移动通信设备和计算机设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线连接因特网．其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。打印机、PDA、桌上型计算机、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。
目前蓝牙的标准是IEEE802．15．工作在2．4GHz频带，通道带宽为1Mb／s，异步非对称连接最高数据速率为723．2kb／s。蓝牙速率亦拟进一步增强，新的蓝牙标准2．0版支持高达lOMb／s以上速率f4、8及12～20Mb／s)．这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。
作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。
4 紫蜂(ZigBee)技术
新一代的无线传感器网络将采用802．15．4(Zig．Bee)协议。ZigBee是一种供廉价的固定、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，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入在各种设备中，同时支持地理定位功能。
Zigbee技术的特点主要有：
(1)低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz1和20kbps(868MHz)I~原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
(2)低时延：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。相比较，蓝牙需要-10s，Wi—Fi则需要3s。
(3)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。低功耗意味着较高的可靠性和可维护性，更适合体积小的大量日常应用。
(4)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)-r作，而不需要任何重换电池或充电操作(低成本、易安装)。
(5)网络容量高：ZigBee通过使用IEEE 802．15．4标准的PHY和MAC层，支持几乎任意数目的设备，这对于大规模传感器阵列和控制尤其重要。
ZigBee技术的应用范围非常广泛，其中包括智能建筑、军事领域、工业自动化、医疗设备、智能家居及各种监察系统等。ZigBee技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。
5 超宽带(UWB)技术
超宽带(Ultra—widebandiUWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求．超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于50oMHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25％的无线通信方案。与常见的使用连续载波通信方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。因此脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百分之一。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声．因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式．它有望在无线通信领域得到广泛的应用。UWB的特点如下：
(1)抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
(2)传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍。
(3)带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
(4)消耗电能少：通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去。并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能少。
(5)保密性好：UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
(6) 发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于lmW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长了系统电源工作时问。
(7)成本低，适合于便携型使用：由于UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF厂rF转换器及本地振荡器等复杂元件，系统结构简化，成本大大降低，同时更容易集成到CMOS电路中。
由于UWB具有广阔应用前景，在标准制定上竞争激烈。目前UWB标准提案有二：以摩托罗拉为代表的DS—CDMA方案和多频带OFDM联盟fMBOA1的OFDM方案。两种提案各有优缺点。DS—CDMA方案建议采用双频带(3．1 5．15GHz和5．825—13．6GHz)，即在每超过1 GHz的频带内用极短的时间脉冲发送数据，其优势是硬件简单，频谱利用率高。OFDM方案需建立一个子信道化UWB系统，每个子信道采用正交频分复用方式，优势是抗ISI(符号问干扰1能力强，但硬件相对复杂。虽然前段时间有消息说两大阵营要和解，标准之争改成兼容性的讨论，但并没有看到实际行动。毫无疑问，两阵营之争不仅没有停止，反而会进一步升级，成为事实标准、赢得市场占有率是他们的努力目标。
6 射频识别(RFID)技术
射频识别技术fRadio Frequency Identification-RFID)是从20世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频信号通过空间耦合f交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过传递的信息达到识别目的的技术。RFID技术无须精确定位，就可以大批量地对数据进行实时采集，实时传递，实时核对、更新，避免人为操作中的错扫、漏扫、重扫等差错。
和传统的条形码相比．RFID可以突破条形码须人工扫描、一次读一个的限制．实现非接触性和大批量数据采集，具有不怕灰尘、油污的特性；也可以在恶劣环境下作业，实现长距离的读取，同时读取多个卷；还具有实时追踪、重复读写及高速读取的优势，此特性让其具有极其广泛的应用范围。RFID低频系统主要用于短距离、低成本的应用，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等：高频系统则用于需传送大量数据的应用系统；超高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合．其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签(Tag)、阅读器(Reader)和数据交换与管理系统(Processor)大部分组成。电子标签f或称射频卡、应答器等)，由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM(电可擦除及可编程式只读存储器)、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。
电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。其工作原理为：当带有电子标签的物品在读写器的可读范围时，读写器发出的查询信号将会激活标签，标签根据接收到的查询信号要求反射信号，读写器接收到标签反射回的信号后，经过内部电路的解码处理可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。然后进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
通常情况下。RFID阅读器发送的频率称为RFID系统的工作频率或载波频率。RFID载波频率基本上有3个范围：低频(30～300kHz)、高频(3～30MHz)和超高频f300MHz～3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz与134．2kHz、高频13．56MHz、超高频433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。
近年来。随着通信、微电子、计算机和网络技术的发展．RnD的应用范围和深度都得到了迅速的发展，并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。RFID作为接人层技术，结合互联网或公共电信网，将能构造一个实现全球物品、人员信息实时共享的“物联网”。其广泛的应用将深刻地影响我们的社会形态，极大地提升整个社会的信息化水平，提高生产效率和经济增长的质量。
7 几种短距离无线通信技术的应用领域及融合发展趋势
在短距离无线通信领域，Wi—Fi目前正日益普及，路由和PC正向采用下一代802．1ln技术演变。802．1lg有更好的可靠性和更高冉句传输速率，这将使其成为下一代消费电子产品的最佳选择；UWB具备高传输速率，其定位为多媒体传输；蓝牙拥有QoS，可作为语音与数据资料传输之用；ZigBee传输速率虽低，但适合应用在感测与控制场合，搭配低价与耐用之特性，成为众所瞩目的新兴技术；RFID技术则在电子商务、电子政务、现代物流等领域有着广阔的应用。各种短距离无线通信技术如蓝牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技术因其各自不同的技术特点，有着不同的应用领域。它们之间互相融合和向更高速率迈进的趋势使得它们找到了更强劲的发展“支点”．
7．1 蓝牙与WLAN、UWB加快共存
随着蓝牙与无线局域网络(WLAN)应用的普及，其共存问题成为业界关注的焦点。国际芯片大厂透过自行开发与持续购并，目前几乎均掌握了WLAN与蓝牙的产品线，开始同时布局WLAN与蓝牙芯片，未来也将进一步寻求整合。
此外，蓝牙与超宽带UWB融合的苗头也已在显现。蓝牙技术联盟日前宣布，将在新一代蓝牙技术中融合超宽带(UWB)线技术。该联盟预测。融合后的基于新一代蓝牙技术的产品将于2007年末投放市场。
蓝牙与UWB合作，试图解决目前蓝牙成本高、传输慢。应用范围窄等技术和市场瓶颈。UWB与蓝牙的结合。将为支持UWB的硬件产品与目前蓝牙重点支持的通信产品之间提供更为广泛的对接途径。蓝牙的品牌加上UWB的技术优势将使双方共赢。这种融合，弥补了蓝牙在技术上的缺陷，在高速传输和低耗电量上能够迎接WLAN(无线局域网)的挑战。同样，通过与蓝牙联手。UWB可以绕过技术和市场发展过程中“后来者”的身份，与目前全球近5亿个蓝牙产品直接对接，两家合作是必然的结果。
蓝牙专业工作小组SIG与超宽带开发者合作来整合这两种无线网络技术。去年两者之间的标准协议就已出炉。今年则会有整合性的产品问世。此举对蓝牙技术最大的意义是使其应用超越个人设备，未来蓝牙可以进入到数字家庭领域。
7．2 WLAN与UWB竞合发展。802．1ln技术开始得到应用
WLAN的应用已开始从传统的携带型计算机应用向手机等领域扩展，我们已经明显看到了802．1lb向802．11g过渡的步伐，对速度的追求也将推动802．1ln标准尽快面市。
近年来。WLAN在工业和物流、自动化等领域都获得了比较广泛的发展。WLAN技术的发展已经日益成熟。WLAN发展的另一个典型是802．1ln的出现，其速率已经超过了100Mbps，因此大大推动了家庭联网中的视频传输应用。此外，WLAN的Mesh技术在这两年也迅速发展起来。大大扩展了WLAN的覆盖范围。
目前，国内政府已对WLAN Mesh技术表示出极大兴趣。希望通过Mesh实现大规模的无线覆盖。从局端到终端。WLAN的应用范围大有同时向上下两个方向延伸的趋势，特别是在短距离宽带领域，802．1ln更是与UWB技术在今后存在共同争夺家庭网络应用市场的可能。
目前市场被802．1lb和802．1lg占领，而今明两年，802．1la／g也有一定的市场，等到2009年，市场会被802．1lg和802．1ln占领。其中，802．1lg的成本很低，而802．11n是新一代速度更高的技术，从目前看，它已能满足PC、手机和便携电子三个市场的不同需求。而随着越来越多的设备和产品使用2．4GHz波段．该波段中的冲突也不断增加，这使得转向5GHz显得非常必要，802．1ln无线解决方案无疑承接了市场这一需求。
此外，802．1ln技术的推出将使其与UWB的逐鹿升级，UWB产品面市的步伐亦在加快。有分析认为．最终UWB的速度将更快，其芯片组的价格将更加便宜，在与Wi—Fi竞争时有可能在非实时数据转移中寻求商机。UWB的理论速率目前可从100Mbps到1Gbps，当前能够支持的速率为480Mbps，而这与802。1In(100Mbps)的定位会有一定的重叠。尽管从技术发展轨迹看，UWB具有更小的功耗和超低的成本优势，但是802．11n本身从Wi—Fi产业发展而来，其成本也较低。而且，从目前的发展情况看，由于Wi—Fi产业已经相对比较成熟，因此802．11n的设备成本甚至会比UWB更低一些。从本质上说，802．11和802．15之间有着严格的划分．802．11不适合PAN， 同样802．15的目标，也绝对不是LAN fLocal Area Net．work一本地局域网)。UWB最大的优势，最终还是会体现在高速上。
7．3 ZigBee产品规模化生产，未来两三年一些便携设备将采用ZigBee
ZigBee低成本、低功耗和易部署的技术特点为它的应用和推广打下了良好基础。目前，ZigBee技术已经作为模块解决方案用于大规模生产，ZigBee联盟预计，第一批经过ZigBee认证的零售产品将在2007年末上市。
ZigBee侧重应用于对能源管理具有较高要求的领域，传感器应用和网络控制是ZigBee主要应用市场。到目前为止，ZigBee在数字家庭的应用量还不是很大，其主要应用还是在家电遥控、灯光控制、门禁领域。随着zigBee模块成本的下降，在一两年内会大范围应用。未来ZigBee应用将向灯光控制、便携设备领域拓展。在两三年内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。ZigBee芯片也将更多地与一些终端产品的芯片进行集成。
7．4 UWB技术向高速率的方向迈进．开发更多新应用
UWB超宽带技术的优势在于能够在短距离范围内以超高速率传输数据。当前，UWB技术可以实现480Mbps速率产品的标准化和商业化，期望在今后5年达到6Gbps。而近期的目标，将会朝着速率1Gbps的方向发展。
UWB作为一种高速PAN无线技术，同时将被开发出更多新应用。如应用在冢庭多媒体中．用在支持UWB的电视、DVD、机顶盒、手持摄像机和P(：中等；同时，作为由英特尔等公司主导的无线USB1．0的技术基础，将主要应用于个人电脑、打印机、投影仪及数码相机等电子设备间的无线传输。在接下来的几年内，随着消费产品的出现和消费者开始在各种多媒体、PC和信息娱乐应用中使用这一技术，我们将会看到UWB技术带来的巨大影响。
8 结束语
综上所述，各短距离无线通信技术不同的技术优势决定了他们广阔的发展前景，他们的融合发展则拓展了他们的应用领域。短距离无线通信技术的不断完善与发展．将给我们的生活带来更多的便利与丰富多彩。
参 考 文 献
[1]方旭明，何蓉．短距离无线与移动通信网络[M]．北京：人民邮电出版社 2004．
[2]刘乃安．无线局域网(WLAN)一原理、技术与应用[M]．西安电子科技大学出版社．2004．
[3]金纯，等．蓝牙技术[M]．北京：电子工业出版社，2001．
[4]蒋挺，赵成林．紫蜂技术及其应用[M]．北京邮电大学出版社，2006．
[5]李莉敏．射频识别技术(RFID)及其应用[J]．电力信息化，2006，(3)．
[6]解析射频识别(RFID)技术[Jl_电脑知识与技术，2006，(24)．
[7]李 映．2006WPAN技术盘点初现融合端倪L玎．中国电子报．
[8]赵均鑫．主流宽带无线接入技术的应用互补性融合展望[J]．信息通信，2005，(4)．
[9]A Summary of Short-Range Wireless in 2003[EWOL]．http://www.techonline.com，2003．
作者简介：
张方奎(1976一)，男，山东青岛人，硕士研究生。研究领域为短距离无线通信技术。Email：zfk2005229@mail．sdu．edu．cn
张春业(1951一)，男，山东济南人，副教授，硕导。研究领域为无线通信与系统。WLAN中的关键技术等。
随着因特网、多媒体和无线通信技术的发展。人们与信息网络已经密不可分。当今无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通信技术一个重要分支的短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的观注。
1 短距离无线通信技术简介
近年来，由于数据通信需求的推动，加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展，短距离无线与移动通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术、蓝牙技术、UWB技术，以及紫蜂(ZigBee)技术、射频识别(RFID)技术等取得了令人瞩目的成就。短距离无线通信通常指的是lOOm以内的通信，分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信两类。高速短距离无线通信最高数据速率>loMbits，通信距离<lOm，典型技术有高速UWB、WirelessUSB；低速短距离无线通信的最低数据速率<lMbits，通信距离<lom。典型技术有蓝牙、紫蜂和低速UWBt”。
2 无线局域网(WLAN)与IEEE802．11标准族
wLAN顾名思义是一种借助无线技术取代以往有线信道方式构成计算机局域网的手段，以解决有线方式不易实现的计算机的可移动性，使其应用更加不受空间限制。
IEEE802．11无线局域网 (WLAN)是IEEE最初制定的，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，包括IEEE802．1 la、IEEE802．11b 和IEEE 802．11g。IEEE802．11a主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，工作在5 GHzU—NIIfUnlicensed—National Information Infras—tructure)频带，物理层速率54Mbps，传输层速率25Mbps。它采用正交频分复用(OFDM)扩频技术，可提供25Mbps的无线ATM 接口、10Mbps的以太网无线帧结构接口以及TDD／TDMA的空中接口．支持语音、数据、图像业务。一个扇区可接人多个用户，每个用户可带多个用户终端。其缺点是芯片没有进入市场，设备昂贵，空中接力不好，点对点连接很不经济，不适合小型设备。
Wi—Fi(Wireless Fidelityi~线保真1是属于无线局域网(WLAN)的一种，通常是指IEEE802．11b产品，是利用无线接人手段的新型局域网解决方案。Wi—Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速、便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等，因此具有良好的发展前景。IEEE 802．11b工作频段为2．4GHz的ISM 自由频段，采用直接序列扩频(DSSS)技术理论上可以达到1 1Mpit／s速率。典型通信距离为2Mbit／s时30～45m，2Mbit／s时为40～75m，2Mbit／s时为75～100m。
IEEE802．11g使用了与IEEE802．1lb相同的2．4GHz的ISM免特许频段。它采用了两种调制方式：即IEEE802．11a所采用的OFDM和IEEE802．11b所采用的CCK。通过采用这两种分别与IEEE802．11a和IEEE802．11b相同的调制方式，使IEEE802．1lg不但达到了IEEE802．11a的54 Mb／s的传输速率，同时也实现了与现在广泛存在的采用IEEE802。llb标准设备的兼容。IEEE802．11g已经被大多数无线网络产品制造商选择作为下一代无线网络产品的标准。
3 蓝牙(Bluetooth)技术
“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中．因此，特别适用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。
蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础．采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Di．vision 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。蓝牙技术使得一些便于携带的移动通信设备和计算机设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线连接因特网．其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。打印机、PDA、桌上型计算机、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。
目前蓝牙的标准是IEEE802．15．工作在2．4GHz频带，通道带宽为1Mb／s，异步非对称连接最高数据速率为723．2kb／s。蓝牙速率亦拟进一步增强，新的蓝牙标准2．0版支持高达lOMb／s以上速率f4、8及12～20Mb／s)．这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。
作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。
4 紫蜂(ZigBee)技术
新一代的无线传感器网络将采用802．15．4(Zig．Bee)协议。ZigBee是一种供廉价的固定、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，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入在各种设备中，同时支持地理定位功能。
Zigbee技术的特点主要有：
(1)低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz1和20kbps(868MHz)I~原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
(2)低时延：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。相比较，蓝牙需要-10s，Wi—Fi则需要3s。
(3)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。低功耗意味着较高的可靠性和可维护性，更适合体积小的大量日常应用。
(4)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)-r作，而不需要任何重换电池或充电操作(低成本、易安装)。
(5)网络容量高：ZigBee通过使用IEEE 802．15．4标准的PHY和MAC层，支持几乎任意数目的设备，这对于大规模传感器阵列和控制尤其重要。
ZigBee技术的应用范围非常广泛，其中包括智能建筑、军事领域、工业自动化、医疗设备、智能家居及各种监察系统等。ZigBee技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。
5 超宽带(UWB)技术
超宽带(Ultra—widebandiUWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求．超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于50oMHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25％的无线通信方案。与常见的使用连续载波通信方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。因此脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百分之一。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声．因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式．它有望在无线通信领域得到广泛的应用。UWB的特点如下：
(1)抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
(2)传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍。
(3)带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
(4)消耗电能少：通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去。并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能少。
(5)保密性好：UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
(6) 发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于lmW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长了系统电源工作时问。
(7)成本低，适合于便携型使用：由于UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF厂rF转换器及本地振荡器等复杂元件，系统结构简化，成本大大降低，同时更容易集成到CMOS电路中。
由于UWB具有广阔应用前景，在标准制定上竞争激烈。目前UWB标准提案有二：以摩托罗拉为代表的DS—CDMA方案和多频带OFDM联盟fMBOA1的OFDM方案。两种提案各有优缺点。DS—CDMA方案建议采用双频带(3．1 5．15GHz和5．825—13．6GHz)，即在每超过1 GHz的频带内用极短的时间脉冲发送数据，其优势是硬件简单，频谱利用率高。OFDM方案需建立一个子信道化UWB系统，每个子信道采用正交频分复用方式，优势是抗ISI(符号问干扰1能力强，但硬件相对复杂。虽然前段时间有消息说两大阵营要和解，标准之争改成兼容性的讨论，但并没有看到实际行动。毫无疑问，两阵营之争不仅没有停止，反而会进一步升级，成为事实标准、赢得市场占有率是他们的努力目标。
6 射频识别(RFID)技术
射频识别技术fRadio Frequency Identification-RFID)是从20世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频信号通过空间耦合f交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过传递的信息达到识别目的的技术。RFID技术无须精确定位，就可以大批量地对数据进行实时采集，实时传递，实时核对、更新，避免人为操作中的错扫、漏扫、重扫等差错。
和传统的条形码相比．RFID可以突破条形码须人工扫描、一次读一个的限制．实现非接触性和大批量数据采集，具有不怕灰尘、油污的特性；也可以在恶劣环境下作业，实现长距离的读取，同时读取多个卷；还具有实时追踪、重复读写及高速读取的优势，此特性让其具有极其广泛的应用范围。RFID低频系统主要用于短距离、低成本的应用，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等：高频系统则用于需传送大量数据的应用系统；超高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合．其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签(Tag)、阅读器(Reader)和数据交换与管理系统(Processor)大部分组成。电子标签f或称射频卡、应答器等)，由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM(电可擦除及可编程式只读存储器)、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。
电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。其工作原理为：当带有电子标签的物品在读写器的可读范围时，读写器发出的查询信号将会激活标签，标签根据接收到的查询信号要求反射信号，读写器接收到标签反射回的信号后，经过内部电路的解码处理可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。然后进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
通常情况下。RFID阅读器发送的频率称为RFID系统的工作频率或载波频率。RFID载波频率基本上有3个范围：低频(30～300kHz)、高频(3～30MHz)和超高频f300MHz～3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz与134．2kHz、高频13．56MHz、超高频433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。
近年来。随着通信、微电子、计算机和网络技术的发展．RnD的应用范围和深度都得到了迅速的发展，并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。RFID作为接人层技术，结合互联网或公共电信网，将能构造一个实现全球物品、人员信息实时共享的“物联网”。其广泛的应用将深刻地影响我们的社会形态，极大地提升整个社会的信息化水平，提高生产效率和经济增长的质量。
7 几种短距离无线通信技术的应用领域及融合发展趋势
在短距离无线通信领域，Wi—Fi目前正日益普及，路由和PC正向采用下一代802．1ln技术演变。802．1lg有更好的可靠性和更高冉句传输速率，这将使其成为下一代消费电子产品的最佳选择；UWB具备高传输速率，其定位为多媒体传输；蓝牙拥有QoS，可作为语音与数据资料传输之用；ZigBee传输速率虽低，但适合应用在感测与控制场合，搭配低价与耐用之特性，成为众所瞩目的新兴技术；RFID技术则在电子商务、电子政务、现代物流等领域有着广阔的应用。各种短距离无线通信技术如蓝牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技术因其各自不同的技术特点，有着不同的应用领域。它们之间互相融合和向更高速率迈进的趋势使得它们找到了更强劲的发展“支点”．
7．1 蓝牙与WLAN、UWB加快共存
随着蓝牙与无线局域网络(WLAN)应用的普及，其共存问题成为业界关注的焦点。国际芯片大厂透过自行开发与持续购并，目前几乎均掌握了WLAN与蓝牙的产品线，开始同时布局WLAN与蓝牙芯片，未来也将进一步寻求整合。
此外，蓝牙与超宽带UWB融合的苗头也已在显现。蓝牙技术联盟日前宣布，将在新一代蓝牙技术中融合超宽带(UWB)线技术。该联盟预测。融合后的基于新一代蓝牙技术的产品将于2007年末投放市场。
蓝牙与UWB合作，试图解决目前蓝牙成本高、传输慢。应用范围窄等技术和市场瓶颈。UWB与蓝牙的结合。将为支持UWB的硬件产品与目前蓝牙重点支持的通信产品之间提供更为广泛的对接途径。蓝牙的品牌加上UWB的技术优势将使双方共赢。这种融合，弥补了蓝牙在技术上的缺陷，在高速传输和低耗电量上能够迎接WLAN(无线局域网)的挑战。同样，通过与蓝牙联手。UWB可以绕过技术和市场发展过程中“后来者”的身份，与目前全球近5亿个蓝牙产品直接对接，两家合作是必然的结果。
蓝牙专业工作小组SIG与超宽带开发者合作来整合这两种无线网络技术。去年两者之间的标准协议就已出炉。今年则会有整合性的产品问世。此举对蓝牙技术最大的意义是使其应用超越个人设备，未来蓝牙可以进入到数字家庭领域。
7．2 WLAN与UWB竞合发展。802．1ln技术开始得到应用
WLAN的应用已开始从传统的携带型计算机应用向手机等领域扩展，我们已经明显看到了802．1lb向802．11g过渡的步伐，对速度的追求也将推动802．1ln标准尽快面市。
近年来。WLAN在工业和物流、自动化等领域都获得了比较广泛的发展。WLAN技术的发展已经日益成熟。WLAN发展的另一个典型是802．1ln的出现，其速率已经超过了100Mbps，因此大大推动了家庭联网中的视频传输应用。此外，WLAN的Mesh技术在这两年也迅速发展起来。大大扩展了WLAN的覆盖范围。
目前，国内政府已对WLAN Mesh技术表示出极大兴趣。希望通过Mesh实现大规模的无线覆盖。从局端到终端。WLAN的应用范围大有同时向上下两个方向延伸的趋势，特别是在短距离宽带领域，802．1ln更是与UWB技术在今后存在共同争夺家庭网络应用市场的可能。
目前市场被802．1lb和802．1lg占领，而今明两年，802．1la／g也有一定的市场，等到2009年，市场会被802．1lg和802．1ln占领。其中，802．1lg的成本很低，而802．11n是新一代速度更高的技术，从目前看，它已能满足PC、手机和便携电子三个市场的不同需求。而随着越来越多的设备和产品使用2．4GHz波段．该波段中的冲突也不断增加，这使得转向5GHz显得非常必要，802．1ln无线解决方案无疑承接了市场这一需求。
此外，802．1ln技术的推出将使其与UWB的逐鹿升级，UWB产品面市的步伐亦在加快。有分析认为．最终UWB的速度将更快，其芯片组的价格将更加便宜，在与Wi—Fi竞争时有可能在非实时数据转移中寻求商机。UWB的理论速率目前可从100Mbps到1Gbps，当前能够支持的速率为480Mbps，而这与802。1In(100Mbps)的定位会有一定的重叠。尽管从技术发展轨迹看，UWB具有更小的功耗和超低的成本优势，但是802．11n本身从Wi—Fi产业发展而来，其成本也较低。而且，从目前的发展情况看，由于Wi—Fi产业已经相对比较成熟，因此802．11n的设备成本甚至会比UWB更低一些。从本质上说，802．11和802．15之间有着严格的划分．802．11不适合PAN， 同样802．15的目标，也绝对不是LAN fLocal Area Net．work一本地局域网)。UWB最大的优势，最终还是会体现在高速上。
7．3 ZigBee产品规模化生产，未来两三年一些便携设备将采用ZigBee
ZigBee低成本、低功耗和易部署的技术特点为它的应用和推广打下了良好基础。目前，ZigBee技术已经作为模块解决方案用于大规模生产，ZigBee联盟预计，第一批经过ZigBee认证的零售产品将在2007年末上市。
ZigBee侧重应用于对能源管理具有较高要求的领域，传感器应用和网络控制是ZigBee主要应用市场。到目前为止，ZigBee在数字家庭的应用量还不是很大，其主要应用还是在家电遥控、灯光控制、门禁领域。随着zigBee模块成本的下降，在一两年内会大范围应用。未来ZigBee应用将向灯光控制、便携设备领域拓展。在两三年内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。ZigBee芯片也将更多地与一些终端产品的芯片进行集成。
7．4 UWB技术向高速率的方向迈进．开发更多新应用
UWB超宽带技术的优势在于能够在短距离范围内以超高速率传输数据。当前，UWB技术可以实现480Mbps速率产品的标准化和商业化，期望在今后5年达到6Gbps。而近期的目标，将会朝着速率1Gbps的方向发展。
UWB作为一种高速PAN无线技术，同时将被开发出更多新应用。如应用在冢庭多媒体中．用在支持UWB的电视、DVD、机顶盒、手持摄像机和P(：中等；同时，作为由英特尔等公司主导的无线USB1．0的技术基础，将主要应用于个人电脑、打印机、投影仪及数码相机等电子设备间的无线传输。在接下来的几年内，随着消费产品的出现和消费者开始在各种多媒体、PC和信息娱乐应用中使用这一技术，我们将会看到UWB技术带来的巨大影响。
8 结束语
综上所述，各短距离无线通信技术不同的技术优势决定了他们广阔的发展前景，他们的融合发展则拓展了他们的应用领域。短距离无线通信技术的不断完善与发展．将给我们的生活带来更多的便利与丰富多彩。
参 考 文 献
[1]方旭明，何蓉．短距离无线与移动通信网络[M]．北京：人民邮电出版社 2004．
[2]刘乃安．无线局域网(WLAN)一原理、技术与应用[M]．西安电子科技大学出版社．2004．
[3]金纯，等．蓝牙技术[M]．北京：电子工业出版社，2001．
[4]蒋挺，赵成林．紫蜂技术及其应用[M]．北京邮电大学出版社，2006．
[5]李莉敏．射频识别技术(RFID)及其应用[J]．电力信息化，2006，(3)．
[6]解析射频识别(RFID)技术[Jl_电脑知识与技术，2006，(24)．
[7]李 映．2006WPAN技术盘点初现融合端倪L玎．中国电子报．
[8]赵均鑫．主流宽带无线接入技术的应用互补性融合展望[J]．信息通信，2005，(4)．
[9]A Summary of Short-Range Wireless in 2003[EWOL]．http://www.techonline.com，2003．
作者简介：
张方奎(1976一)，男，山东青岛人，硕士研究生。研究领域为短距离无线通信技术。Email：zfk2005229@mail．sdu．edu．cn
张春业(1951一)，男，山东济南人，副教授，硕导。研究领域为无线通信与系统。WLAN中的关键技术等。
