短距离无线通信技术（通用9篇）
短距离无线通信技术 篇1
短距离的无线通信技术是指在一定范围内, 通过无线网络通信传递信息的智能技术, 是集计算机网络技术、半导体连接通信技术、无线通信等技术于一身的高科技技术, 是具有广阔的发展空间的技术。
一、短距离无线通信技术的基本特征
随着社会的发展, 科学技术的不断进步, 曾用于军事、海防等重要领域内的无线通信技术被“下放”到社会基层, 支撑着短距离范围内通信的设备传输, 为人们的日常生活带来便利。其主要特征表现在:第一;短平快。短距离无线通信设备只需要两台即可, 直接进行数据传输, 不要求在两台设备之间有运用线路来连接。第二;有效地控制成本。短距离无线通信技术的成本核算, 依据用户数量、宽带的宽窄程度及距离传输的范围等成本内容, 制定通信技术成本的价格, 有效地对成本进行合理的控制。第三;高度的加密功能。隐私性通讯用户最重要的关注点, 无线通信技术在安全性能上加大了研究力度, 尽量在短距离的范围内保证用户信息传输的安全性。
二、短距离无线通信的主要技术分析
1、蓝牙技术。
这种技术的应用主要是针对连接范围在10米内, 2.4GHZ频段进行信号传输。现代通过一定的技术改过, 可以扩大到100米。它的应用功效可以实现短距离的临时性的对等连接。依靠主设备与从设备的网络连接, 组成一个局域网。有两种主要的方式:第一种是最基本的信息形式---微微网, 通过一条主信道给多个从蓝牙设备共享资源;第二种是层层覆盖的散射网, 微微网的从设备可以成为散射网中的主设备, 也可以跳跃到别的微微网充当主设备, 交互式的运行, 形成一个独立的跳频序列, 支持着不同的蓝页设备。而且蓝牙还支持多条同步语音信号通道, 一条异步的数据通信信号通道, 具有成本低, 体积小, 移动性能好等特点。
2、超宽带UWB技术。
超宽带短距离无线通信技术是一种功率为20m W的通讯技术, 在视线范围内, 采用极宽阔的频谱、超级快速地传输信息, 在无线装置的平台上运转工作。与传统的无线通信技术相比, 取缔了将信号传输到基带的过程限制, 将频谱范围扩大化, 宽带可达到2GHZ, 甚至更宽, 速率也可以下速的上升和下降, 冲击脉都可以直接地给予调制。因此, 这种技术的应用深受欢迎, 得到普遍的扩展。
3、Zigbee技术。
简言之, 这是一种低功率局域网协议。可分为全功能和精简功能设备。它是运用动物飞翔与同伴进行花粉传递的原理, 实现全智能性的控制运行, 在接收到通讯信息的同时, 快速地激活无线通讯状态, 投入到高效的工作状态, 从某种程度而言, 对设备的损耗、电量的浪费都有所降低。如:工业中的数据自动采集、农业中的远程播种、医疗卫生中的远程监测病人的身体状况、日常生活中的照明设备和门禁系统等远程控制。
三、短距离无线通信技术的应用
首先, 在军事战略上的应用。现代科学技术高速发展的今天, 国与国之间的军事较量已不是像原来的真枪实弹来进行, 而是一种无影的军事信息技术较量, 信息技术的高低决定了国家军事实力, 谁先拥有最新的信息资源, 谁就掌握了行动的主动权, 率先构成一种无形的网络作战布局, 对战争的取胜率就会增加。因此, 在军事学习战场上, 无人机等尖端的无线收发器成为战场的主要通讯设备。其次, 在紧急救援系统中的应用。紧急救援要的就是时间和速度, 快速的信息传输为提供现场的实况, 采取有效的救援措施, 赢得了时间和效率。而且短距离的无线通信网灵活多变, 即使在工作过程中一台无线转发器不能正常运行工作, 也可以通过其余的转发器替代, 充当了紧急救援的功能, 对宽带数据、视频及定位等功能及时地、不间断地提供服务, 使网络的运行正常化、稳定化。第三, 数字信息站也广泛运用短距离无线通信网, 它对于数字传播的地域十分的适用。比如:在交通运输业中, 地铁或公交在行驶过程中, 都要与前方对接的单位进行通信联系, 以保证到站运行的安全;在煤矿井下、油田监测以及智能电表等, 都有广泛的应用;甚至在人们外出旅游在浏览观光之际, 短距离的无线通信网设备为游客提供了旅游景点的重要资料, 为出行娱乐带来了方便。
四、结束语
随着多种短距离通信技术对社会生活的推动, 被人们认知和应用的程度不断地加深, 研发出多元化的网络终端技术, 符合个性化、智能化的短距离通信技术, 是无线通信设备运用者的最佳选择, 它的发展空间有着极大的潜力, 通过实践的验证, 不断地去更新、完善, 为社会的发展带来更强大的技术支撑力。
参考文献
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短距离无线通信技术 篇2
发布者:熊斌
发布时间:1998-5-19 12:09:00
[发布单位]：信息产业部
[发布文号]：信部〔1998〕178号
[效力级别]：规范性文件
[发布日期]：1998-05-19
[生效日期]：1999-01-0
1[失效日期]：2005-10-01
[有 效 性]：已被《关于发布〈微功率（短距离）无线电设备的技术要求〉的通知》(信部无〔2005〕423号)废止。
关于发布《微功率（短距离）无线电设备管理暂行规
定》的通知
信部〔1998〕178号
各省、自治区、直辖市无线电管理委员会，全军无线电管理委员会，国务院各部委、直属机构无线电管理机构：
近年来，随着无线电事业的不断发展，各种微功率（短距离）无线电设备的应用日趋广泛，在人们日常生活和经济建设中发挥着越来越重要的作用。为加强对微功率无线电设备的管理，防止微功率（短距离）无线电设备对广播 电视、导航、移动通信等无线电业务产生干扰，维护空中电波秩序，确保各种无线电设备正常、有序的工作，现将《微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定》发 布，自1999年1月1日起施行。
原国家无线电管理委员会发布的有关规定或办法，凡与本规定不符的，均以本规定为准。
原国家无线电管理委员会对无绳电话机、无线话筒、导游解说 无线电设备、电视伴音无线电转发器、大型起重机械专用遥控设备、电子吊秤无线传输设备、玩具型无线电通信设备以及玩具型无线电遥控设备等各种微功率（短距 离）无线电设备发布的有关规定同时废止；凡按照原规定生产的上述设备，若与本规定各项技术要求不符，必须在1998年12月31日前停止生产。
特此通知。
信息产业部
一九九九年五月十八日
微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定
第一章 总 则
第二章 一般规定
第三章 附 则
第一章 总 则
第一条 为促进无线电通信事业的健康发展，加强对微功率（短距离）无线电设备（以下简称微功率无线电设备）的管理，防止微功率无线电设备对广播电视、导航、移动通信及射电天文等无线电业务产生干扰，确保各种无线电设备正常、有序的 工作，根据《中华人民共和国无线电管理条例》，特制定本规定。
第二条 微功率无线电设备是指符合本规定附件中各项技术要求的无线电设备。
第三条 凡研制、生产、销售、进口和使用微功率无线电设备，均须严格遵守本规定。
第二章 一般规定
第四条 微功率无线电设备的使用不得对其它合法的各种无线电台站产生有害干扰。如产生有害干扰现象时，应立即停止使用，并设法消除有害干扰后方可继续使用。
第五条 使用微功率无线电设备必须避让或忍受其它合法的无线电台站的干扰或工业、科学及医疗应用设备的辐射干扰，遇有干扰时不受法律上的保护，但可向当地无线电管理机构报告。
第六条 使用微功率无线电设备不需办理无线电电台执照手续，但必须接受无线电管理办事机构对其产品性能指标进行必要的检查或测试。
第七条 研制微功率无线电设备须按国家无线电管理机构发布的《研制无线电发射设备的管理规定》办理有关手续。
第八条 生产、进口微功率无线电设备（或含有微功率无线电设备的其它设备）须按 国家无线电管理机构发布的《进口无线电发射设备的管理规定》、《生产无线电发射设备的管理规定》办理有关手续。生产、进口的设备应在其显著部位上标明微功 率无线电设备的型号核准代码（其第三位字母为“D”）。
生产厂商应接受国家或所在省（区、市）无线电管理机构对其产品性能指标的检查和测试。所生产产品的性能指标须符合本规定的要求，不符合要求的产品不得出厂。
第九条 凡未经国家无线电管理机构型号核准的微功率无线电设备，不得在中国境内生产、销售和使用。
第十条 已经国家无线电管理机构型号核准的微功率无线电设备，任何厂商和用户不得擅自更改使用频率、加大发射功率（包括额外加装射频功率放大器），不得擅自外接天线或改用其它发射天线，或改变原设计特性及功能。
第十一条 微功率无线电设备必须装在完整的机壳内，其外部的调整或控制装置仅用于在型号核准的技术指标范围内进行调整或控制。
第十二条 各类微功率无线电设备的性能及技术指标见附件。根据技术的发展和市场的需求，国家无线电管理机构将视具体情况对微功率无线电设备及技术指标进行修改和补充。
使用下列微功率无线电设备还必须遵守以下规定：
1.无线传声器、生物医学遥测设备
若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时，不得在当地使用；若对当地声音、电视广播接收产生干扰时，应立即停止使用，待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。
2.起重机或传送机械专用遥控设备、电子吊秤无线传输专用设备
设备安装前须进行电磁环境测试，以免受到干扰或干扰其他同类设备的正常工作，造成生产事故；
当受到有害干扰时应立即停止使用，待消除干扰或调整到无干扰的频率后方可重新使用；
为保护北京天文台射电天文业务，在北京辖区内不得使用229.0－235.0MHz频率的设备。
3.工业用无线遥控设备
限在工业厂房（或建筑物内）使用，两次发射的间隔时间不小于5秒。
4.无线数据传送设备
限在建筑物内使用，两次发射的间隔时间不小于5秒。
为保护北京天文台射电天文业务，在北京辖区内不得使用229.0－235.0MHz频率范围内的设备。
5.防盗报警无线控制设备
每次电波发射的持续时间不超过1秒；两次间隔时间不小于1分钟；不得用于无线控制玩具。
6.通用无线遥控设备
必须具有自动控制装置，使周期性工作的无线控制设备的电波发射持续时间不超过1秒，两次间隔时间不小于60分钟；或使非周期性工作的设备每次电波发射的持续时间不超过5秒，两次间隔时间不小于60分钟；
不得用于无线控制玩具；
若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时，不得在当地使用；若对当地声音、电视广播接收产生干扰时，应立即停止使用，待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。
7.模型玩具无线电遥控设备
限单向控制；
不得在机场附近及航空管制区内使用；
不得在军事管制区内使用；
第十三条 进口和生产厂商在其产品的说明书或使用手册中，应刊印下述有关内容：
1.标明附件中所规定的技术指标和使用范围，说明所有控制、调整及开关等使用方法；
2.不得擅自更改发射频率、加大发射功率（包括额外加装射频功率放大器），不得擅自外接天线或改用其它发射天线；
3.使用时不得对各种合法的无线电通信业务产生有害干扰；一旦发现有干扰现象时，应立即停止使用，并采取措施消除干扰后方可继续使用；
4.使用微功率无线电设备，必须忍受各种无线电业务的干扰或工业、科学及医疗应用设备的辐射干扰；
5.不得在飞机和机场附近使用。
第三章 附 则
第十四条 凡研制、生产、销售和进口微功率无线电设备违反本规定者，或擅自改变微功率无线电设备的频率、发射功率者，按国家无线电管理机构发布的《无线电管理处罚规定》处理。
第十五条 凡进口、生产和销售不符合本规定要求的微功率无线电设备，由国家或所在省（区、市）无线电管理办事机构、技术监督部门依据相关法律、法规予以处理。
第十六条 凡进口、生产的微功率无线电设备，在其设备说明或使用手册中未刊印本规定第十三条内容的，由国家或所在省（区、市）无线电管理办事机构、技术监督部门依据相关法律、法规予以处理。
第十七条 本规定由国家无线电管理办事机构负责解释。
第十八条 本规定自1999年1月1日起施行。
远距离无线充电成为现实 篇3
不过，WiTricity不会销售它所演示的任何无线产品；这家公司未来销售的而是别人使用其申请专利的设计来制造产品的许可证。WiTricity的这种无线充电技术目前没有多少竞争对手，它称之为强共振无线输电技术。
调研机构IHS Research的电力与能源部首席分析师Jason dePreaux说：“WiTricity是率先演示这种共振无线输电技术的公司之一；与感应式充电技术相比，这项技术提供了线圈与线圈之间更远的距离，这需要发射器和接收器紧密耦合。WiTricity给我留下的印象是，它完全向市场开放这项技术。”
总部设在广东的惠州市明天科技有限公司（3DVOX Technology）声称它在2012年3月成功开发出了“三维充电系统”；借助一个1.5英尺×1.5英尺见方的盒子，该系统就能为堆满整个房间的电子设备充电。该公司声称，其广泛磁场发射（Widely Magnetic Field Launching）和聚焦磁场接收（Focus Magnetic Field Receiving）技术很强大，足以让磁共振电力传送到数英尺开外的地方。
感应式无线充电VS共振式无线充电
迄今为止，市面上的产品主要采用磁感应充电技术，这项技术要求移动设备与充电表面（如充电垫）相互接触。领先的充电垫供应商一向是拥有Powermat技术的金霸王公司（Duracell）。
像WiTrcity这样的共振充电让支持该技术的设备能够放在离电源最多几英尺开外的地方进行充电。共振充电基于与磁感应同样的发射器/接收器线圈技术，但是它能够实现更远距离的输电。所以举例来说，移动设备放在笔记本电脑的旁边时，可以借助共振充电功能来进行充电；或者如果借助WiTricity的技术，可以在几英尺之外的地方充电。
前景广阔
WiTricity的技术在消费类产品领域有着无限的应用前景，从嵌入无线充电器的办公桌和橱柜，到埋在混凝土里面可以为停在自家车库和停车场的电动汽车充电的充电垫。WiTricity甚至还为太阳能电池板开发了一种接收器，因而不需要任何电线穿过屋顶。设想一下电力和内容都以无线方式（使用蓝牙）提供的无线电视机。WiTricity就有这样一种无线电视机。
医疗设备也可以通过WiTricity提供的技术来充电。比如，如今人工心脏泵必须连线到患者佩戴的电池组。而采用无线充电的话，破坏性比较小，有助于避免电线穿过患者皮肤进入的部位出现感染。
在美国《计算机世界》最近采访WiTricity的期间，Schatz展示了一个名为“Prodigy”的新无线充电器原型如何为大概10英寸外的设备充电。这个黑色椭圆形的的Prodigy充电器看起来酷似如今许多商店在卖的普通充电垫，售价高达995美元。它实际上是面向工程师、研究人员和创业家的一款演示工具包，供他们用来开发自己的充电产品。
Schatz展示了一款黑色橡胶垫（他所说的“中继器”）如何增强充电信号，从而有望实现远距离充电。（与中继器的充电距离大约是2英尺）。就像使用电源的无线充电器一样，橡胶中继器里面嵌入了铜线圈，但是线圈是无源的——它没必要接入到任何电源。Schatz解释道：“中继器这种结构让电能得以远距离跳跃传输，没必要为它添加任何能量。”
虽然如今嵌在中继器里面的铜线圈用铜线做成，但Schatz表示他们的线圈还可以印制在平板上，就像任何印制电路一样。WiTricity已经生产出了印制线圈，并在智能手机中进行了演示，智能手机没有因此而变厚。
WiTricity的技术还可以直接透过实心物体（如木头或塑料贴面）来充电。为了进行演示，Schatz将充电垫拿到木制会议桌下方，证明它可以为会议桌上面的电灯充电。这项技术有望让无线充电功能嵌入在桌子或其他家具里面。
无线充电市场
Pike Research公司最近的一份报告估计，到2020年，全球无线充电设备的收入将超过150亿美元；基于强共振无线输电的系统将占整个市场的80%以上。WiTricity拥有与强共振无线输电有关的基本专利：它在全球共有270多项已申请或正在申请的专利。磁感应充电和磁共振充电都使用铜线圈：发射器线圈和接收器线圈。发射器线圈里面的交流电形成一个磁场，从而在接收线圈里面感应出电压。
WiTricity的主要竞争对手是像金霸王这些公司的Powermat技术，以及通过比较新的Qi认证的产品。虽然Qi产品仅限于无线充电垫和近距离共振充电，但是它们的确允许多个设备可以放在充电垫上同时充电，不管位置摆放如何。比如说，通过Qi认证的无线充电技术厂商Fulton Innovation其充电垫采用磁感应技术，可以为充电垫上任何位置的最多三个设备充电。Schatz提到符合Qi标准的产品时说：“我还得把设备非常精确地放在充电垫上。要是位置偏离5mm，就充不了电。”
Qi标准由无线充电联盟（WPC）开发而成。Qi得到了120多家公司的广泛支持，这些公司一直在开发符合Qi认证的产品。Qi能够实现感应式或充电垫式的充电和近距离（不超过1.5cm）磁共振充电。这些公司都是电子行业的知名厂商，包括LE电子、索尼、诺基亚和韦里逊无线等大公司。
Schatz认为，符合Qi认证的产品不会流行起来，因为为充电垫上的智能手机或其他移动设备充电，或者近距离充电没有多大优势。他说：“这几年来他们一直在竭力推广这项技术。去商店买只充电垫来，你会看到它其实不是很有用。”
但是Qi不是目前唯一的无线充电规范。高通和三星支持的无线充电联盟（A4WP）近日表示，其技术工作委员会已经批准了一种更灵活的无线充电规范，有望让消费者可以使用感应和近距离共振无线充电技术，在众多兼容的表面上为移动设备充电。
A4WP声称，该规范将让人们更容易为嵌在家具、机器和车辆里面的电气设备充电。该技术来自高通今年早些时候收购的一家名为WiPower的公司。WiPower声称，其无线充电技术的距离比Qi更远：可达到45mm。
Qi标准无线交流电可以将电力输送到离电源5mm至40mm不等的设备。
不过，另一家无线充电技术厂商：总部位于新西兰的Power by Proxi近日宣布，它通过奥克兰大学的商业化公司UniServices，从这所大学获得了关键的无线充电专利组合。专利组合包括122项专利，适用于便携式消费电子设备、半导体和电池。
Power by Proxi的联合创始人兼首席执行官Greg Cross表示，使用Qi规范的设备要求设备放在充电垫上的精确位置，而他公司的“松耦合”无线技术让多个设备可以同时充电，不管它们放在感应充电垫上的什么位置。
与其他无线充电技术厂商不一样，Power by Proxi四年前从面向建筑、电信、国防和农业等商业行业销售大规模系统起家。Cross说：“我们在过去几年开始与市场调研公司合作时，越来越认识到工业部件市场的潜在规模至少与消费类电子产品市场一样大。”Power by Proxi现在把精力集中在零售市场上，诸如可以装AA电池的小型设备。
相比之下，WiTricity的技术可以为数英尺之外的设备充电。到目前为止，很少有公司提供远距离无线充电技术。2008年，英特尔实验室演示了有望为移动设备无线充电的芯片技术。英特尔的无线充电技术（WCT）让用户只要将智能手机放在笔记本电脑旁边，就可以通过笔记本电脑为智能手机进行无线充电。上个月，英特尔宣布与集成设备技术公司（IDT）达成合作伙伴关系，共同为WCT产品开发芯片组。英特尔称，使用该芯片组的产品预计2013年上市。
富士通也宣布，会在今年推出基于磁共振的无线充电系统。不过近日富士通的发言人称，这项技术方面没有什么新的进展。
富士通演示能够通过基于磁共振的无线充电系统为风扇充电。
距离之争
无线充电联盟主席Menno Treffers表示，一般情况下，无线充电器的输电距离与充电线圈的直径大致相当。所以说，比如10英寸的线圈能够为最远10英寸外的设备充电。
据Treffers声称，超过相当于线圈直径的距离后，充电能力“急剧下降”。Power by Proxi公司的Cross同意这一说法，甚至表示：有人竭力声称可以为一满屋的设备无线充电，或者声称无线输电会与无线网络一样无所不在，那都是“骗人的”。
Criss说：“我们不认为这是有效地使用电力或安全地使用电力。我们认为这不可能，这有一大堆原因：远距离输电所需的线圈直径，输电效率会迅速下降到10%或更低。你可以为6英尺外的设备无线输电，但是收到的电量可能不到10%。”
短距离无线通信技术 篇4
1 短距离无线通信技术
1.1 短距离无线通信技术概念
短距离无线通信,即通信范围不超过100米的无线通信。短距离无线通信技术集半导体连接传输技术、计算机网络电子技术及无线通信技术于一体而形成了一种数据数码型通信技术。短距离无线通信的数据传输速率最高可超过100Mbit/s,被称作高速短距离无线通信技术。另有低速短距离无线通信技术,其数据传输速率不超过1Mbit/s。随着局域网的发展和普及,短距离无线通信技术也呈现出多元化及多样化的特征,现使用较多且较为普及的短距离无线通信技术主要有IrD A,Bluetooth,Zig Bee,UWB等,这些技术支撑着短距离无线通信技术的发展[1]。
1.2 短距离无线通信技术特征
近些年来,短距离无线通信技术更是走进了人们的日常生活,为人们的生活提供了更加方便、快捷的通信方式,并逐步成为人类社会的主要通信方式。短距离无线通信技术的特征主要体现在以下方面:
第一,就字面意思而言,短距离无线通信技术是利用2个电子设备实现数据的短距离传输,因此其并不需要利用线路设备来连接各电子设备,应用起来相对方便快捷。
第二,短距离无线通信技术可利用对数据传输范围、传输距离及带宽的控制以控制通信技术的成本,从而满足各阶层用户的不同需求。
第三,短距离无线通信技术拥有加密功能,可在使用的过程当中实现用户信息加密处理,从而有效保护用户的私密信息,进而提高信息传输的安全性。
虽然短距离通信技术具有以上多种特征和优势,但以上特征是将短距离无线通信技术的主要技术进行综合后所总结的特征,受技术研究限制,现还未发现有哪种单独的无线通信技术同时拥有以上所有特征。
2 几种主要的短距离无线通信技术
2.1 UWB技术
UWB技术,全称“Ultra Wide Band”,即超宽带技术。根据FCC(美国联邦通信委员会)的相关规定,UWB通信系统所使用的频段为3.1~10.6GHz。在不超过10m的范围,UWB技术的信息传输速率可达500Mb/s以上。UWB技术的功率非常小,一般来说,其功率通常为20mW,频谱范围可达7.5GHz,速率最高超过500Mbit/s。另UWB技术可直接调制冲击脉,从而有效弥补了传统无线通信技术需将信号传输至基带再实现载波调节的不足,因此在实际应用当中,利用UWB技术所建立的无线通信技术拥有强大的带宽。通常情况下,利用UWB技术所建立的系统其带宽最高可达2GHz,甚至更宽[2]。UWB技术的工作原理主要是利用对应时间发射低功率冲击脉而完成的,因此UWB技术受外界干扰较少,信号相对清晰。
UWB技术的优势主要是传输速度快、强保密性和兼容性、可准确定位、功耗低、体积小,且其系统结构简单易于实现,非常适用于短距离通信。
2.2 Bluetooth技术
Bluetooth,即蓝牙,Bluetooth技术源于1994年的爱立信公司。通常情况下,Bluetooth技术的接收范围不超过10m,但经过改造之后,其传输范围可扩至100m,从而形成一个临时的对等连接。Bluetooth技术的应用主要是利用内部一块8×8mm2的芯片来实现短距离射频连接。一般来说,其频段可达2.4GHz[3]。Bluetooth技术在实际应用当中主要由一个主设备及多个从设备共同组成。Bluetooth技术的组网方式主要有两种:一种是微微网,另一种是散射网。其中微微网是Bluetooth技术的最基本信息网络形式。在微微网当中,各个设备都可通过所连接的蓝牙设备来实现主信道的共享,但微微网当中最多可有7个设备与一个蓝牙设备相连接。而散射网则是由多个微微网共同组成。散射网当中的蓝牙设备既可以是某个微微网的主设备,同时也可以是另一个微微网的从设备,因此根据不同的跳频序列,每个微微网都可独立出来,而依照时间顺序,每个蓝牙设备都可参与不同的微微网。
Bluetooth技术的优势主要是成本低、功率低。虽然Bluetooth技术只能使用2.4GHz这一单一频段,但其仍可实现较大功能,利用Bluetooth技术可实现音频及数据的同时传输,且其抗干扰能力非常强。
2.3 ZigBee技术
ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4标准的局域网协议,其功耗大小较低。Zig Bee技术的原理源于蜜蜂的“八字舞”,蜜蜂在采蜜时通过飞翔和翅膀抖动将所得到的花粉信息传递给同伴,ZigBee技术就是依照这一原理而形成的,因此ZigBee技术也被称为“紫蜂协议”[4]。ZigBee技术主要应用于远程控制和自动控制领域。ZigBee技术的传输速率虽然较低,但其反应速度非常快,通常只需几毫秒便可迅速将设备自休眠状态转为工作状态。另其安装、维修成本较低,且功率低、时延短,具有高网络容量及安全性,此外稳定性也比较高。因此,总体来说,相对其他短距离无线通信技术而言,ZigBee技术是一种较为便宜的通讯技术。
ZigBee技术的主要特点是传输速率低,通常保持在20~25kb/s,功耗低、网络容量大而成本低。据相关研究表明,每一个ZigBee设备与其他设备相连接的个数最高可达254,从而使得每个ZigBee网络最高可拥有255个节点,另其覆盖范围可达10~75m,普通家庭或办公环境都可利用ZigBee技术实现无线通信。此外,ZigBee技术所使用的频段相对灵活,其不但可利用2.4GHz这一全球通用频段,而且还可使用欧洲的868GHz频段及美国的915MHz频段。
3 各种短距离无线通信技术的比较
UWB技术、Bluetooth技术及ZigBee技术是目前使用较为普遍的短距离无线通信技术,三者的空间容量具体如表1所示。
由表1可以看出,UWB技术的空间容量相对较大,其可实现短距离超高速信息传输,从而取代现有的有线通信技术,如双绞线及光纤。Bluetooth技术的空间容量最小。就Bluetooth技术协议而言,因相邻微微网可相互联系而形成散射网,因此从理论上来说,利用Bluetooth技术所组成的微微网无个数限制,但受微微网组网方式和内部宽带宽度限制,实际上,微微网的个数是有一定限制的,因此,Bluetooth技术只能应于PAN范围内,其传输速度相对较低。ZigBee技术的空间容量在三者当中相对居中。
4 短距离无线通信技术的应用
短距离无线通信技术的应用范围越来越广,应用领域也越来越多,在各行各业基本都可见到短距离无线通信技术的身影。由于不同短距离无线通信技术的优势有所不同,因此其重点应用范围也有所不同。
UWB技术的传输速率高,同时还可精确测距,实现准确定位,并具有成像等无线探测技术,在实际应用当中为信息的交互提供了更多的便利。UWB技术最初主要应用于军事方面,随着短距离无线通信技术的不断普及,UWB技术的应用逐步拓展至民用领域,且为民用领域创造了良好的商业价值。UWB技术的主要应用领域有:军事领域、工程探测与救援、短距离高速无线多媒体智能网络、智能交通系统、传感网络和智能环境等。UWB技术的带宽高、功耗低,且可共存于多种应用程序,是一种具有广阔发展前景的短距离无线通信技术。
Bluetooth技术的体积小、功耗低,且可与各种移动设备及便携式设备相互集成,实现各通信设备的短距离连接。但因其传输速率及传输距离的限制,所以其应用范围也存在一定局限性。Bluetooth技术的主要应用领域有:家用无线网络、移动办公、会议联网、个人局域网、Internet接入服务及移动电子商务等。
ZigBee技术的应用领域其传输速率相对较低,主要有智能家居、工业及环境控制、医疗看护等,具体有家庭安全智能控制、工业控制、烟雾探测、农业信息采集和传输、医疗监测与治疗等。
5 结语
文章主要介绍了UWB,Bluetooth及ZigBee等短距离无线通信技术,不同短距离无线通信技术有其各自的优势,且其应用领域也有所不同。但不管是哪种短距离无线通信技术,其都有着广阔的发展空间。相信随着通信技术及计算机网络电子技术的进一步发展,短距离无线通信技术将为社会的发展带来更多便利,为人们的生产及生活提供更多便利。
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短距离无线通信技术 篇5
关键词：短距离,短距离无线通信,技术与应用
随着社会的进步, 人们对无线通信技术形成的产物提出了更高的要求:消耗要低、设计体积要小。短距离的无线通信技术在无线技术通信中的优势越来越明显, 因此, 越来越多的人对它的开发和应用寄予了更多的重视。
一、短距离无线通信的概述
短距离无线通信技术是将三种不同技术综合起来产生的一种数据数码型通信技术, 这三种技术分别是计算机电子网络技术、半导体连接传输技术以及无线通信技术。人们常常把通信距离在100米范围内的无线通信都称之为短距离无线通信, 还可以根据传输数据的速率大小分为高速短距离无线通信技术和低速短距离无线通信技术两种。短距离无线通信的优点:短距离无线通信不需要专业的传输线连接就能工作;可以充分满足不同客户的详细要求;短距离无线通信创新加入了加密的功能, 用户的内部资料的安全性能够得到有效的保护。但是, 短距离无线通信中也存在一些尚未解决的问题:尚未有一种短距离无线通信技术能够充分包含上述所提到的各种优势。
二、常见的几种短距离无线通信
2.1UWB技术
UWB技术也可以称之为超宽带技术, 它具有超强的信号范围, 一般大于500兆赫兹, 通常在军事方面应用的较为广泛。它具有强大的自身安全保护功能, 很强的抗干扰能力, 能够高效传输数量巨大的信息并且传输的速度非常快, 在能源消耗上比较少, 具有非常强大的安全保密性能, 在传输成本消耗上比较少。
2.2蓝牙技术
当今社会中, 人们普遍使用并且广泛使用的一种短距离无线通信技术就是蓝牙技术。蓝牙可以在小范围中、通过无线连接的方式进行使用, 使不同的网络之间可以实现安全、低功耗、低成本的相互连接, 通信设备只要在距离范围之内都可以共享不同信息。
2.3局域网中的无线通信技术
局域网中使用的无线通信技术是一种新型的短距离无线通信技术, 它是将无线通信技术和计算机的网络技术两种技术进行融合形成的, 使计算机脱离空间方面的束缚, 能够在任何地方都能进行网络连接, 还可以进行信息、数据、资源的传输和共享。
2.4Zigbee技术
Zighee技术也可以称之为紫蜂技术, 它是利用网络协议来实现无线信息传播的一种短距离无线通信技术, 它不仅能够进行自动化控制, 还能在某些范围领域中进行远程操控。这种技术具有较慢的传输速度;具有很快的反应速度, 只需几毫秒就能从休眠的状态转变成工作状态;在进行安装、维护和设备设施修理时花费很少, 具有较高的可靠性能和维护性能;具有较高的网络容量。
三、短距离无线通信网的应用
(1) 短距离无线通信网在军事战场上的应用:现代战场上的较量毫不夸张的说, 是信息的较量。这一切得以实现的前提是短距离无线通信网能够满足上述的需求, 并且为每个作战人员配备专业的无线收发器, 使整个作战团队形成一个网络。 (2) 短距离无线通信网在紧急响应、紧急救援中的应用:在紧急救援中, 一套可靠性能高的无线通信系统是保障救援人员密切配合, 顺利完成各种任务的关键所在。短距离无线通信充分提供宽带数据、视频、话音和定位等多种功能。短距离无线通信网络中各无线转发器都具备路由功能, 如果某台无线转发器出现问题, 可以由其余的无线转发器事先设置好的路由表推算出一个新的路由, 这样网络就能够照常工作。 (3) 短距离无线通信网在数字信息站中的应用:这项应用主要用于各种在移动中需要接入网络的情况, 比如地铁在行驶过程中随时与站台之间的通信联系、公共汽车在行驶过程中随时与公交总站之间的通信联系、游客在进行参观游览时利用专业设备获取景点介绍等等。
四、小结
随着社会的发展, 科学技术的不断进步, 短距离无线通信技术自身需要不断的发展和完善, 以便使其更好的为社会生活做贡献, 而社会对这种先进的信息通信技术也给予了大量的发展空间, 因此, 我们有理由相信, 短距离无线通信技术会得到良好的发展, 会为人们的生活需求以及社会的发展带去更多的便捷。
参考文献
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[2]冯莉, 董桂梅, 林玉池.短距离无线通信技术及其在仪器通信中的应用[J].仪表技术与传感器.2010, (02)
短距离无线通信技术 篇6
1 短距离无线通信技术的突出特点
现如今,随着网络技术的不断发展,越来越多的人开始接触网络通信,网络方便了人们的生活。而人们追求便捷生活的过程,也变相地促进了无线通信技术的发展,尤其是在我国,无线通信技术在最近几年更是得到快速发展。在无线通信技术的发展过程中,它的一些特点也逐渐的表现出来,下面就简要介绍几个方面。
首先,无线通信技术具有应用便捷的特点。在运用无线通信设备时,两个设备可以进行短距离的数据直接传输,即在网络环境下,两个设备各自连接网络,就能够进行数据传输。它不需要运用相关的线路连接,因而省去了许多多余的操作步骤。比如:现在人们使用的QQ聊天工具,只要登录各自帐号,就可以进行QQ聊天,也能够进行图片传输。其次,短距离无线通信技术可以根据距离长短进行成本计算。由于无线通信技术在距离方面有一定的限制,所以,在数据传输过程中,可以根据数据传输的距离范围来计算成本价格。这样有利于人们自动调节通信技术的成本。比如:人们使用的宽带网络,需要交付一定的网费,数据传输的距离远,相应的时间长、速度相对受影响,消耗比较大,因而网络成本比较高。最后,通信技术具有一定的加密功能。客户在运用无线通信技术时,技术系统将自动为客户加密相关的资料,这样,客户在使用时可以避免发生信息泄露的情况,从某方面来讲,通信技术的自动加密功能能够得到广大用户的青睐,从而有利于该通信技术的推广与发展[1]。
2 人们最常见的几种短距离无线通信技术
2.1 超宽带技术
超宽带技术是UWB技术的别称,它是最早使用在军事方面的无线通信技术,它的信号波及范围一般比较广,适合于军事勘察等活动,安全保护功能比较强,并且信息传输量也比较大,军事的侦查活动需要极其隐秘,因而超宽带技术是最早运用于军事活动的技术。虽然超宽带技术的传输信息量大,但传输的支持点比较少,因此,传输成本比较低。
2.2 蓝牙技术
蓝牙技术对于使用电子产品的人们来讲并不陌生,诸多手机上都有蓝牙功能,人们可以在双方打开蓝牙的情况下进行图片、文档传输。因此,蓝牙技术是当下使用最频繁的短距离无线通信技术。蓝牙的使用只能在一定的范围内才能使用,它使用无线连接,耗能、成本都比较低,但是在信息传输中,信息包含量比较大,可以进行语音、数据等资源共享。但是,蓝牙技术在传输安全保密性能方面仍无法让用户百分之百满意,还需要对蓝牙技术进行进一步的完善[2]。
2.3 Zigbee技术
Zigbee技术又叫紫蜂技术,将它与其他几种无线通信技术相比,Zigbee技术的自由度不是很高,这种技术在使用过程中,首先要进行一种网络协议,然后才能进行短距离无线技术通信,并且在信息传输的过程中速度比较慢,但反应速度比较快,因此在工作中需要消耗的东西比较少,并有利于延长使用工具的时间。
2.4 局域网中的无线通信技术
ieee802.ll无线通信技术是在局域网中使用的无线通信技术,它是将无线通信技术和计算机的网络技术二者相互结合,综合出现的新的短距离无线通信技术,主要让计算机在任何地域环境中都能自动连接网络,并进行信息、数据等资源的传输,计算机不受任何地域的限制,信息传输速度快,安全系数高,有利于达到资源共享。
3 短距离无线通信网在各个方面的应用
3.1 短距离无线通信技术在军事战场上的运用
随着社会的发展,经济技术日益发达,信息全球化已成为现实。在现代信息化的社会里,军事竞争依然是个热门话题,在当今的军事竞争中,信息战与技术战是当今军事较量的主要方面,短距离网络通信技术的先进程度是军事较量的关键因素之一。因此,为了让我国有一个厚实的军备力量,在军事装备中,要给每一个军事训练人员配备专业的无线收发器,让参军人员熟练操作通信工具,并成为合格的新型军事人才,让作战团队形成一个网络团队[3]。
3.2 短距离无线通信技术在紧急救援中的应用
紧急救援工作是处理突发事件的后备力量,能够减少事故的损失,将损失降到最低。比如:在地震救援中,要迅速建立一套完整、可靠性能高的无线通信系统,给救援人员配备无线通信工具,让救援人员形成一个庞大的救援网,每个负责小组各司其职,小组间进行默契配合,利用无线通信技术进行实施有效的救援工作。除救援人员配备无线通信工具之外,还要在各个站点设立无线通信联络站,进行传输信息,指挥救援工作。让无线通信技术在救援工作中发挥极大的作用。
3.3 短距离通信技术在数字信息站中的应用
数字信息站主要指一些交通工具的行驶站点、旅游景点的网络服务等。人们通常会遇到这样的情况,当进入地铁或乘坐公共交通工具时,会出现通讯信号中断的情况,为了让人们在出行中能够与网络保持畅通联系,国家网络相关负责部门可以在交通站点或交通工具中接入网络,让旅客在使用短距离通信技术过程中,给出行带来方便。让网络进入旅游景点,对游客而言,利用短距离无线通信技术,可以随时随地查阅景点的相关资料,有利于加深游客对旅游景点的了解。从而发挥旅游资源应有的价值[4]。
4 结语
随着社会经济技术的发展,短距离无线通信技术也在不断地发展中,给人们的生活带来极大的方便,从多方面改变了人们的生活方式,也给人们的生活增添了不少色彩。随着科学技术的进步,短距离无线通信技术也逐渐运用到人们的生活中,比如:超宽带技术和蓝牙技术,让人们的交流通讯变得越来越快捷,也给人们的工作提供了方便。为了让短距离无线通信技术在今后的社会发展中做出重要贡献,还要不断对新技术进行运用和研究,只有在不断实践中才能提高、完善无线通信技术的使用范围,让无线通信技术为国家的建设和发展做技术的支撑基石。
参考文献
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短距离无线通信中的关键技术研究 篇7
我们现在研究的就是采用LTCC工艺, 研究开发适于目前和未来短距离无线通信系统天线芯片技术。 LTCC技术是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术。其原理是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带, 在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形, 并将多个无源组件 (如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等) 埋入多层陶瓷基板中, 制成三维空间内集成的无源元件, 也可在其表面贴装IC和有源器件, 制成无源/有源集成的功能模块。
与传统PCB版电路加工工艺相比, LTCC工艺具有如下性能优势:
(1) 品质因数高, 响应频率温度系数低, 有助于提高产品性能;
(2) 介质损耗低, 减少了功率损耗, 延长了电池使用寿命;
(3) 可以混合模拟、数字和射频技术, 有利于设计创新、集成化和降低成本;
(4) 气密性良好, 有助于提高设计灵活性、减小尺寸、降低成本、提高可靠性;
(5) 光敏导带的介入, 有助于提高布线密度, 改善阻抗的可控性;
(6) 热膨胀系数低, 温度变化对性能影响极低;
(7) 热膨胀系数与硅、砷化镓, 锗化硅相匹配, 有利于裸芯片组装;
(8) 导热率高, 有利于简化设计, 减少产品尺寸, 降低成本;
(9) 可以埋置无源元件, 有利于减少产品尺寸、降低成本、提高可靠性和集成度。
早期, LTCC技术主要应用于军事电子领域, 成本相对很高。 近年来, 由于受到汽车电子、移动通信等商用市场的推动, LTCC技术在材料和工艺方面进行了较大的改进, 如采用Ag导带、提高基板尺寸、简化工艺等, 从而形成了新的低成本解决方案。 可以说, 目前LTCC技术进入移动通信领域的时机已经成熟。以LTCC技术为基础的器件及系统将更多的电子设备顺利应用于各种大型计算机或大功率电子设备 ( 如卫星系统、航天系统、无线通讯等) , 方便人们生活, 创造巨大经济价值, 助推社会财富积累。 因此, 基于LTCC工艺的天线芯片技术得到国内外通信研究机构和国际公司高度重视。
在移动通信领域中, LTCC技术可以应用于制作滤波器 (Filter) 、压控振荡器 (VCO) 、功率放大器 (Power Amplifiers) 、锁相环路 (PLL) 、天线 (Antenna) 等等。 Motorola陶瓷技术在应用LTCC材料于移动通信领域起领先作用, 如其研究开发的MCIC (多层陶瓷集成电路) 就是在LTCC材料上制成。 MCIC在集成无源元件上具有很强的优势, 特别适合800MHz及其以上频率使用。 诸如收发开关、延迟线、滤波器、VCO (压控振荡器) 和定向耦合器等等, 广泛应用于微电子工业的各个领域, 具有十分广阔的应用市场和发展前景。
目前LTCC技术已经进入更新的应用阶段, 包括无线局域网络、地面数字广播、全球定位系统接收器组件、数字信号处理器和记忆体等及其它电源供应组件甚至是数位电路组件基板。例如, 村田、三菱电工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家开发的手机无线开关组件, NEC、 村田等开发的蓝牙组件都是由LTCC技术制成的。 此外, LTCC组件因其结构紧凑, 高耐热和耐冲击性, 目前在军工和航天设备中广泛应用, 预计未来在汽车电子系统上的应用也会十分普遍。 CTS公司已经宣布将为汽车电子市场提供低温烧结陶瓷电路板。
在天线领域, NTT未来网络研究所推出天线一体型60GHz频带LTCC发送模块, 其特点是将无线嵌入到LTCC底板中。模块在外形尺寸为12mm×12mm×1.2mm的LTCC底板中集成了带反射线的天线、功率放大器 (PA) 、带通滤波器和电压控制振震器 (VCO) 等元器件。 布线层由0.1mm×6 层和0.05mm×12 层组成。 从LTCC的介电常数来说, 在Er=7.7 和10GHz条件下tan=0.002。
采用LTCC工艺设计的短距离无线通信用天线芯片技术具有如下优点:
(1) 在0.5 MHz~80 GHz频率范围内, LTCC技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术;
(2) 由于批量生产设备和工艺的引入, 原材料成本降低以及在中国进行加工制造, LTCC产品的成本得以大幅度的降低;
(3) 由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件, 模块尺寸减小20%~40%, 天线加工装配成本更低;
(4) 满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中, LTCC材料是最理想的材料。
(5) 具备自主知识产权的LTCC天线CAD设计和分析软件, 对有关设计技术可起到一定的技术保护作用。
国外射频元件大厂商在LTCC领域布局较久, 技术与市场均占有领先地位。技术方面, 其在原材料控制, 专利技术与产品良率上较有优势。 市场方面, 在无源元件与射频系统整合过程中, IC解决方案提供商往往会挑选一些LTCC厂商作为出货时建议配套器件甚至直接提供LTCC封装模块方式供下游制造商采购, 以往国内的终端产品为了尽快抢占市场, 最初的设计方案大都是从国外买来的, 甚至方案与元器件打包采购, 其所购方案都选用了国外元器件, 由于IC供应现今仍掌握在美日大厂手中, 直接切入可能性不大。 但是近几年来台湾等地射频IC方案取得突破 (如联发科, 雷凌) , 以其高性价比迅速在国内众多制造商中普及, 采购本土生产的LTCC元件的意愿大幅提高;而且随着终端产品产能过剩, 价格和成本竞争日趋激烈, 可以预见, 元器件的国产化带来的成本优势, 支持服务的便利, 采购周期的节约, 与国内终端生产线的匹配, 将会成为下游制造业追逐的重要焦点。 但是国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后五年, 拥有自主知识产权的材料体系和器件几乎是空白, 虽然本土的LTCC产能、工艺控制与设计技术近年也有迅猛的发展, 浙江正原, 深圳顺络已成功切入市场, 但大多是原陶瓷材料生产厂商通过并购而来, 在产品线完整性, 专利技术的保有度, 与IC厂商的合作度等均远不能满足市场的需求。LTCC器件需求与产能的不足的矛盾必会激化, 这将为国内LTCC器件的发展提供良好的市场契机。
参考文献
[1]王海南.常用无线电传播模型的对比分析及应用[D].吉林大学, 2011.
[2]傅民仓, 冯立杰, 李文波.短距离无线网络通信技术及其应用[J].现代电子技术, 2006 (11) .
短距离无线通信技术 篇8
Zig Bee是基于IEEE802.15.4标准的近距离无线组网通讯技术, 由于蓝牙自身的技术缺陷, 从而迫切需要一种传输可靠性强、成本低、功耗低、复杂程度低的无线通讯技术, 这就是Zig Bee技术。Zig Bee技术已经被广泛地应用到各种实际环境中, 比如电量数据传输系统、智能家居系统、高压电气设备温度采集系统等等。本文通过对当今几种比较流行的短距离无线通信技术与Zig Bee的比较, 借此说明ZigBee的技术优势以及应用前景。
1 Zig Bee的技术特点
(1) 多频段、多速率
我国使用是Zig Bee的ISM频段, 频率为2.4GHz, 带宽为5MHz。在IEEE802.15.4中, 总共分配了27个信道, 采用调频技术。从表1可以看出, Zig Bee技术传输速率相对比较低, 但可以支持一些数字精度要求不高的简单器件。
(2) 传输可靠性强
Zig Bee协议的数据链路层采用了CSMA-CA (载波监听多路访问/冲突避免) 技术, 这种技术是通过基于竞争的仲裁来解决数据传输过程中的冲突, 当网络通信量很小时, 冲突发生概率很小, 网络吞吐量会变得很大, 有利于数据的快速传输, 使系统传输信息的可靠性得到了提高。反之, 网络通信量增加势必会降低网络数据传输的可靠性。除此之外, ZigBee协议利用通信时延和休眠激活的运行时间短的特点, 提高数据传输的可靠性。
(3) 网络节点数量大
Zig Bee采用三种不同的拓扑结构:星型、簇状性和网状性。每种拓扑结构中的主节点最多可以管理254个子节点, 同时主节点也可以由上一层的节点管理, 可以组成大约65000个节点的大型网络, 这是其它短距离无线网络技术无法媲及的优势。这一独特优势可以应用于在智能照明系统, 温度采集系统等对网络容量要求比较大的应用环境中。
(4) 传输功耗低、成本低
Zig Bee协议栈实现相对比较简单, 每当网络开始运行时, 协调器完成网络的启动和配置任务之后, 协调器的工作会和路由器做的工作一样, 可以间隔一定时间供电。而终端设备只有工作时才被唤醒, 其他情况下处于睡眠状态。因此可以用两节普通的干电池供电半年到两年之久, 整个网络功耗减少, 成本也会相对减少。
(5) 传输安全性高
Zig Bee技术采用了无安全设定、使用ACL防止非法获取数据、128比特AES分级的三级安全性策略, 这样对所传输的数据信息进行加密处理安全性很高。
(6) 自配置灵活强
网路自愈能力是指网路在工作过程中, 如果发现一个路径无法连接上, 路由会根据已经设定好的路由规则, 避开已经发生故障的路径, 而寻找新的路径, 直到数据到达目标节点才结束。
Zig Bee技术与其它无线通信技术的参数对比如图1所示。
2 Zig Bee与其它无线通信技术的比较
2.1 Zig Bee与蓝牙技术比较
(1) 安全性
Zig Bee与蓝牙技术主要区别有以下几个方面:
Zig Bee技术采用了三级安全性策略。不同的应用场合需要不同的安全级别, Zig Bee的安全性策略的灵活性选择可以有效地降低系统的成本和功耗。
蓝牙技术在保证传输数据的可靠性上采取了3种安全模式:无安全机制、服务级和链路级。链路层上采用了公开的蓝牙设备地址、认证密钥和加密密钥, 同时也采用调频扩频技术和低发射功率等手段保证无线传输的安全性。
其实, Zig Bee技术在安全性选择上比蓝牙技术灵活很多, 对于安全性要求比较低的场合, Zig Bee可以选择无安全设定的安全模式, 而安全性要求比较高的场合, 可以选择ACL防止非法获取数据或者128比特AES的安全模式。
(2) 复杂性
Zig Bee协议栈的总体架构比较简单, 从而在运行过程需要使用的系统资源会很少, 大概在28k B。而蓝牙的协议栈需要的系统资源达到了250k B, 可见蓝牙协议栈比Zig Bee要复杂很多。因此整个Zig Bee网络实现需要的成本也会降低, 非常适合拥有大量终端设备的网络系统。
(3) 可靠性
因为Zig Bee和蓝牙的工作频段是相同的, 处于ISM频段, 避免不了两者相互干扰, 如何保证各自传输的可靠性尤为重要。
Zig Bee工作频段在2.402GHz~2.480GHz, 这个频段是全球通用频段, 有16个信道。为了保障数据传输的可靠性, Zig Bee技术在协议栈的每一层采取了不同的措施, 数据链路层采用CSMA-CA技术来减少发送帧冲突, 在物理层上, 采用DSSS技术和FA技术实现抗干扰性和多径。网状网架构的ZigBee网络在网络层上配备了冗余的路由, 保证整个网络的健壮性。
蓝牙协议中的基带协议采用了1/3和2/3比例前向纠错码、数据加噪, 数据的自动重复请求ARQ等方案有效降低了数据传输过程中的误码率。而且在数据传输过程中, 为了减少与蓝牙处于同一工作频段的无线电波干扰, 使用了快速跳频技术和短分组技术提高传输的可靠性。
2.2 Zig Bee与Wi-Fi技术比较
Wi-Fi是现在使用最为广泛的无线通信技术, 已经成为了人们生活当中不可缺少的一部分。Wi-Fi的覆盖范围很广, 传输速率很快, 同时其无线电波穿透能力很强, 能方便地为整栋楼提供无线网络服务。其中最重要一点, Wi-Fi的门槛很低, 厂商可以在车站、图书馆、餐厅等等人员比较密集的地方设置“热点”, 支持Wi-Fi的各种设备方便地接入互联网。但是Wi-Fi也存在一些缺点, 比如功耗比较大、成本高、需要接入点, 存在安全隐患等等。
其实, Zig Bee的产生与发展实际上是对Wi-Fi的发展的补充。Zig Bee和Wi-Fi各自具有其独特优势, 它们可以利用各自的优势实现不同应用。图2是Zig Bee与Wi-Fi组成的无线网关在智能家居系统中的应用。
2.3 Zig Bee与UWB技术比较
UWB技术起初是用于美国的军用雷达系统, 由于UWB技术所具有的高速率、抗多径和低复杂性等优点, 现在已经被用于商业化、民用化的设备中。UWB技术尤其适合室内等密度多径场合的高速无线接入和军事应用中, 并且在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据有着广泛的应用前景。
(1) 带宽大、速率快
UWB的最显著的特点就是可以在较宽的频谱上发送功率极低的信号, 同时能够在10m范围内传输的速率达到几百Mbit/s甚至数Gbit/s。对于一个容量很大系统来说, 利用UWB的脉冲信号进行通信, 整个系统的发射功率会降低, 显然功耗也会减少很多。
(2) 保密性强、安全性高
由香农信息容量计算公式:C=B×log2 (1+S/N) 。UWB系统占据的带宽为7.5GHz, 在信道容量一定的情况下, 由于UWB的带宽比常规的无线通信系统的带宽高很多, 所以在信噪比很低的情况下, UWB系统也可以用极低的发射频率实现高速的数据传输, 再加上发射功率谱密度很低的特点, 即使UWB的发射功率淹没在各种电磁干扰和噪声中, 其他无线通信的接收端也是无法接受到的, 只有与发送端具有相同的扩频码才能被允许接受。因此UWB较好地满足了无线通信的保密性和安全性。
(3) 多径衰落少, 分辨能力强
由于UWB的射频信号采用窄脉冲, 其占空比极低, 多径信号在时间上是分离的, 不重叠的, 所以很容易分离出多径分量, 多径传播效应对UWB的通信质量和数据传输效率影响很小。其他短距离无线信号的多径衰落程度大概是超宽带无线信号的多径衰落程度2倍~6倍。
UWB和Zig Bee在无线通信过程中不存在较大冲击, 从而可以将UWB与Zig Bee技术结合用于数据量大的设备如家庭多媒体无线通信。
2.4 Zig Bee与现有移动 (GPRS、CDMA) 比较
可靠性强:Zig Bee网络的建立是为了传输工业自动化控制数据, 而移动网络是为了语音通信建立的。虽然移动网络也可以传输一些数据, 但是通过研究表明, 通信速率相对很慢, 而且在可靠性上也存在一定隐患。
高度灵活性:建立一个Zig Bee网络只需将几个功能不同的Zig Bee模块构成的节点通过相同协议栈进行通信就可以了, 也可以使用其他非Zig Bee系统的无线收发模块, 再通过移动网络或者互联网与远端计算机连接, 可以实现工业自动化远程控制。
成本低:移动网络不仅需要购买的终端设备费用高, 而且需要长期支付网络节点使用费, 整个移动网络的管理与维护需要投入人力物力比较大。而对于Zig Bee不存在这样的问题, 无网络使用费, 设备投资成本低, 使用简单方便, 安全性能高。
下文是几种短距离无线通讯技术参数的比较, 如表2所示。
3 结束语
从以上分析与比较可以看出, 无论是哪种短距离无线通信技术, 它们都在各自的领域得到了广泛的应用。Zig Bee自身的独特的优势越来越受到广大消费者的青睐, 已经被应用于一些消费电子、游戏、家庭自动化和仪器仪表等。人们希望利用Zig Bee技术解决移动网中网络盲区问题, 比如油天、矿山、公路等等, 这就需要与现有的互联网、移动网和其他一些通信网络连接, 将许多Zig Bee局域网连接成一个整体。这不仅解决了移动网络盲区问题, 而且经济上也是可以接受的。
参考文献
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短距离无线通信技术 篇9
目前我国使用的冷藏列车每组由五个车厢连挂构成。冷藏车组中间的一个车厢为发电车。发电车前后各设有两个货物车厢, 列车首尾相距约100m。每个货物车两头各设置有一台制冷机, 全列共八台。每台制冷机上设有油压表、制冷剂高压表、低压表三块压力表, 分别用来监控压缩机油压和制冷机高、低压力参数。对制冷机的运转状况的判断有很关键的作用。由于车型开发较早, 发电车上无法监控到制冷机的状况。工作人员必须攀爬到货物车外部的制冷机工作台上才能查看“三表”, 存在一定的安全隐患, 并且在列车行驶时无法实施, 给制冷机状态的监控带来很大的不便。若将短距离无线通信技术运用在冷藏列车的仪表上, 对制冷机“三表”进行无线化改造, 便可实现监控数据的无线传输并用便携终端进行移动监测。
2 短距离无线通信技术现状
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信。作为终端间直接通信的技术, 短距离无线通信技术有低成本 (low cost) 、低功耗 (low power) 、对等性 (peer to peer) 的特点。在现代工业数字化的基础上, 随着计算机软硬件技术、网络技术和工业综合自动化系统整合水平的不断发展, 无线网络增加了各种控制和数据监测灵活性, 突破了有线设备对电缆布线的种种限制。在工控场合的应用条件下, 短距离的无线传输尤其受到瞩目。短距离无线通信技术在便携式终端中的应用, 解决了越来越迫切的仪器间的通信需求, 免布线的短距离无线通信在此领域应用的潜力很大。还特别适用于较难布线及线路容易磨损的环境, 并且是设备扩充时避免重新布线、施工的极佳解决方案。目前短距离无线通信技术已在广大的大型企业、油田、矿井等不易布线的场所广泛应用于数据采集和无线控制。目前短距离无线通信主要有蓝牙、ZigBee等技术。峰值传输速率低于1Mbps的归为低速短距离无线通信技术, 而高于100Mbps的作为高速短距离无线通信技术。冷藏列车的无线仪表系统数据量小, 采用低速的短距离无线通信技术。
3 短距离无线通信技术应用方案
3.1 无线数据传输模块
采用nRF905芯片开发一种无线数据传输模块。该芯片用独特的ShockBurst技术, 采用GF2SK (gaussian frequency shi ft keying, 高斯频移键控) 调制方式, 降低了数字集成电路成本, 传输速率可达50kB/s, 待机功耗仅2μA。它具有独特的载波监测输出CD (carry detect) , 避免无线通信碰撞;地址匹配输出AR (address match) , 易于点对多点无线通信设计;数据接收就绪DR (data ready) , 便于节能设计, 满足低功耗设计要求。nRF905工作于433MHz/868MHz/915MHz ISM频段, 符合欧洲标准ENTL, 与蓝牙、ZigBee等技术相比, 在功耗、速率、通信距离上具有明显的优势。作为一种单芯片模块, 其内部集成了高频发射/接收、PLL (phase lock loop, 相位锁定环路) 合成等电路, 只需10余个外围元件, 具有独特的直接串行数字接口。例如:嵌入AT89LV51低功耗单片机的某仪器系统, 通过控制nRF905模块进行数据发射和接收, 经MAX3232串口实现仪器系统和PC机的数据通信 (也可将单片机直接作为nRF905的控制器使用) , 模块的发射/接收端采用小巧的板上环状天线。其原理如图1所示。
图1中nRF905的TXEN、TRXEN和PWR 3个引脚负责模式控制, 当MCU的3个P0口设置不同的状态时分别控制发射、接收、待机和掉电模式。CSN、SCK、MOSI和MISO为SPI接口, nRF905的所有配置都通过此接口进行。在编程模式下, 单片机通过SPI接口配置模块的工作参数;在发射/接收模式下, 单片机通过SPI接口发送和接收数据。nRF905的CD、AM、DR引脚分别为载波检测、地址匹配和数据准备就绪, 这些功能的完善使nRF905发射和接收更加简便可靠。此模块为收发一体的数传模块, 可直接应用于低速设备中进行无线数传。经实验验证:通信稳定性高, 灵敏度高, 在1912kB/s速率下可达到较好的通信效果, 空旷地段通信距离可达200m, 楼房屋内可30m。通常情况下速率越低误码率越低, 效果良好。该模块完全可以实现一组冷藏列车的范围内仪表数据的可靠传输。由该模块构成的系统可完成点对点的数据采集传输及点对多点的双向数据传输, 有极高的通用性和可扩展性。可用于组建无线仪表网络。
3.2 无线压力表系统
3.2.1 无线仪表的拓扑结构
系统的仪表全部为压力表, 可使用较简单的非联网拓扑结构, 但是单个仪表却不能彼此支持, 系统包括一组单独的无线压力表, 它们使用同一条网关进行通讯。每台设备依次发送自己的数据, 网关对它们进行分类以使控制系统可以单独的检查设备变量。设备彼此不能进行对话, 所以没有一台设备关心其他设备发生了什么。由于仪表的数量只有24个, 每个仪表轮流发送自己的数据, 而且数据很简单, 它们互相间的平行干扰不会给系统带来明显的影响。
3.2.2 无线仪表系统组成
系统由带基于nRF905芯片开发的无线数据传输模块的无线压力表和便携接收器组成。仪表和便携接收器完全依靠电池供电 (一般使用3.6V锂电池) 。每个压力表都有一个变送器, 通过压力表的人机界面设置好ID号和指向网关 (便携接收器的网关) 后, 开启压力表的省电工作模式。每一块压力表的无线电模块都有一个标准时钟, 它们在指定间隔 (3s~5s) 启动向设定网关设备 (即便携接收器) 以点对点的方式发送数据。在省电模式下, 压力表的锂电池一般可连续工作1年。便携式接收器带有液晶显示屏幕, 可同时显示多块表的压力数值, 通过显示数据中压力表的编号可知道数据来自哪一台制冷机的压力表。便携式接收器一般可支持100块表组网。
3.2.3 无线仪表系统的可扩展性
由于基于nRF905芯片开发的无线数据传输模块同时具备数据收、发功能, 当需要改变无线仪表系统的拓扑结构, 组建更高级的无线仪表网络, 实现查询或仪表间通讯功能时, 可通过编制新的程序来实现。
4 结语
通过组建无线压力表系统, 工作人员可在发电车内或是在车下进行其他作业时用便携式接收器随时查看制冷机的各项压力, 为制冷机故障的预判提供参考。该系统提高了查看制冷机压力数据的便利性, 减少了工作人员攀爬列车的几率, 提高了人员的作业安全性, 还具备一定的扩展能力为更多无线仪表 (例如发电机监控仪表、货物温度监控仪表) 的加入, 创造了条件。
参考文献
[1]涂巧玲, 刘小康.短距离无线测控系统及其应用[J].电子技术, 2004, 31 (5) :16～18.