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短距离无线通信技术你知道多少?

赢淼业余无线电2021-05-30 12:12:53



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随着Internet的飞速发展,从WAN到MAN,再到LAN,PAN,这些技术已逐渐成熟。目前,各类网络中最具增长潜力的是无线网络,许多机构会选择采用无线局域网(WLAN)来拓展他们的现有网络,获得在机构区域内部移动接入网络的能力
怎样不通过电缆,摆脱物理连接上的限制,使设备互联起来呢?为了找到这个问题的答案,十多年来,人们不断探索,形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。其中,最流行的关于短距离无线数据通信的3个标准是蓝牙(Bluetooth),802.11(Wi-Fi)和IrDA。
1蓝牙
1.1蓝牙简介
爱立信在1994年开始研究一种能使手机与其附件(如耳机)之间互相通信的无线模块,4年后,爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出了蓝牙技术,主要用于通信和信息设备的无线连接。
蓝牙工作频率为2.4GHz,有效范围大约在10m半径内。在此范围内,采用蓝牙技术的多台设备,如手机、微机、激光打印机等能够无线互联,以约1Mb/s的速率相互传递数据,并能方便地接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低,蓝牙已成为许多高端PDA和手机的必备功能。
1.2蓝牙技术的应用及市场展望
作为一种电缆替代技术,蓝牙具有低成本高速率的特点,他可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端互联起来,为其提供语音和数字接入服务,实现信息的自动交换和处理,并且蓝牙的使用和维护成本据称要低于其他任何一种无线技术。目前蓝牙技术开发重点是多点连接,即一台设备同时与多台(最多7台)其他设备互联。今后,市场上不同厂商的蓝牙产品将能够相互联通。

蓝牙技术的应用主要有以下3类:
(1)语音/数据接入是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上,完成与广域网的联接。
(2)外围设备互连是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。
(3)个人局域网(PAN)如图1所示,主要用于个人网络与信息的共享与交换。
蓝牙产品涉及PC、笔记本电脑、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。蓝牙的支持者们预言说,一旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜,蓝牙将置身于几乎所有产品之中,从微波炉一直到衣服上的纽扣。
蓝牙在个人局域网中获得了很大的成功,应用包括无绳电话,PDA与计算机的互联,笔记本电脑与手机的互联,以及无线RS232,RS485接口等。
采用蓝牙技术的设备使用方便,可自由移动。与无线局域网相比,蓝牙无线系统更小、更轻薄,成本及功耗更低,信号的抗干扰能力强。
IBM、索尼和东芝等公司已经推出同时支持蓝牙 和802.11b的笔记本电脑。微软也表示,一旦支持蓝牙的外围设备开始问世,出现了足够多的设备驱动程序,他将在Windows XP中增加对蓝牙的支持。韩国和台湾的许多公司也利用其在手机、电脑开发制造上的优势,积极介入蓝牙技术的研发,并不断有产品推出。可以预料,蓝牙技术将和PC、移动电话、数码相机一样迅速流行。
2 802.11(Wi-Fi)
  Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议,正式名称是IEEE802.11b,与蓝牙一样,同属于短距离无线通信技术.Wi-Fi速率最高可达11 Mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些,但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹,可达100 m左右,不用说家庭、办公室,就是小一点的整栋大楼也可使用。
  最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的,称为802.11b,主要目的是提供WLAN接入,也是目前WLAN的主要技术标准,他的工作频率也是2.4 GHZ,与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。起先,Wi-Fi元件昂贵,兼容性不好,安全性也不能令人满意。随着时间推移,这些问题逐步得到解决,且随着Wi-Fi协议新版本,如802.11a和802.11g的先后推出,Wi-Fi的应用将越来越广泛。
  802.11a标准还没有被工业界广泛接受。他工作在5 GHz频率范围,传输速率54 Mb/s,使用正交频分多路复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)调制技术,比802.11b采用的补码键控(Complementary Code Keying,CCK)调制方案快,但他不向后兼容802.11b。
  Wi-Fi是以太网的一种无线扩展,理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内,就能以最高约11 Mb/s的速度接入Web。但实际上,如果有多个用户同时通过一个点接入,带宽被多个用户分享,Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔,但在建筑物内的有效传输距离小于户外。
  Wi-Fi技术的最具诱惑力的方面在于将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来之后,可以大幅度减少企业的IT成本。例如,许多企业选择在每一层楼或每一个部门配备802.11b的接入点,而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来,可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。
  WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO(SmallOffice Home Office,在家办公)、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。
  微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE,都包含了对Wi-Fi的支持。其中,Windows CE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其他无线通信技术的支持。
  由于投资802.11b的费用降低,许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组,不用外接无线网卡,就可实现无线上网。国内的联想、清华同方、方正等公司都推出无线网卡等无线网络解决方案。
  一些厂商为了争夺市场,推出同时支持802.11a,802.11b和802.11g的芯片,这种芯片可以在2.4 GHz 和5.2 GHz的波段以54 Mb/s的速率传输数据。至少已经有一家公司发布了同时支持Wi-Fi和蓝牙的芯片。摩托罗拉、诺基亚和韩国三星公司等厂商,计划在他们的手机产品中加入Wi-Fi功能。
  更多新的Wi-Fi标准正在制定之中。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术。他工作在2.4 GHz频段,速率达54 Mb/s。比目前通用的802.11b快了5倍。802.11g标准本质上扩展了802.11b在2.4 GHz频段的性能,通过使用OFDM技术,获得了54 Mb/s的高速,并且完全向后08兼容802.11b,他将最终取代802.11a。802.11g虽然还在草稿阶段,但是根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断,802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。
3 IrDA
  红外线数据协会IrDA(Infrared DataAssociation)成立于1993年,是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。起初,采用IrDA标准的无线设备仅能在1 m范围内以115.2 kb/s速率传输数据,很快发展到4 Mb/s的速率,后来,速率又达到16 Mb/s。
  IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术,他也许是第一个实现无线个人局域网(PersonalAreaNetwork,PAN)的技术。目前他的软硬件技术都很成熟,在小型移动设备,如PDA、手机上广泛使用。事实上,当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。
  IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权,因而红外通信成本低廉。他还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。由于数据传输率较高,适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外,红外线发射角度较小,传输上安全性高。
  IrDA的不足在于他是一种视距传输,2个相互通信的设备之间必须对准,中间不能被其他物体阻隔,因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制,且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

UWB
  超宽带技术UWB(Ultra Wideband)是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。窄脉冲(小于1 ns)产生极大带宽的信号。脉冲采用脉位调制(Pulse PositionModulation,PPM)或二进制移相键控(BPSK)调制。UWB被允许在3.1~10.6 GHz的波段内工作。他主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外,这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100 Mb/s)的LANs或PANs。
  军事部门已对UWB进行了多年研究,开发出了分辨率极高的雷达。直到2002年2月14日,美国FCC(联邦通信委员会)才准许该技术进入民用领域。所以对于商业和消费领域,UWB还是新鲜事物。但据报道,一些公司已开发出UWB收发器,用于制造能够看穿墙壁、地面的雷达和图像装置,这种装置可以用来检查道路、桥梁及其他混凝土和沥青结构建筑中的缺陷,可用于地下管线、电缆和建筑结构的定位。另外,在消防、救援、治安防范及医疗、医学图像处理中都大有用武之地。
  UWB的一个非常有前途的应用是汽车防撞系统。戴姆勒克莱斯勒公司已经试制出用于自动刹车系统的雷达。在不久的将来,这种防撞雷达将成为高级汽车的一个选件。
  UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PANs)。考察现有的无线通信方式,802.11b和蓝牙的速率太慢,不适合传输视频数据;54 Mb/s速率的802.11a标准可以处理视频数据,但费用昂贵。而UWB有可能在10 m范围内,支持高达110 Mb/s的数据传输率,不需要压缩数据,可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。

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