短距離無線傳輸技術分析研究

謝翹楚 楊林森

摘要：無線網絡應用廣泛，而在需要低耗電、較少量資料傳輸的家電控制、物件辨識，大多會采用短距離無線技術，例如紅外線、藍牙、ZigBee、ANT等等。隨著物聯網的興起，各技術都各有所長，也正互相競爭中。本文主要將各個主流的短距離無線傳輸技術進行介紹和比較。

關鍵詞：無線網絡;短距離;無線傳輸技術

引言：無線通信主要包括微波通信和衛星通信，微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛星通信是利用通信衛星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯系。

語言是人類最重要的交際工具，是人們進行溝通交流的主要表達方式。在物聯網的時代當機器需要交流的時候，也需要按照相互之間可以聽懂的語言進行。目前使用較廣泛的近距無線通信技術有藍牙（Bluetooth）、無線局域網802.11（Wi-Fi）和紅外數據傳輸（IrDA）。同時還有一些具有發展潛力的近距無線技術標準，如Zigbee、超寬頻（Ultra WideBand）、5G Wi-Fi、433MHz、近場通信（NFC）、DECT等等。

一、藍牙

藍牙技術是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，其實質內容是為固定設備或移動設備之間的通信環境建立通用的近距無線接口，將通信技術與計算機技術進一步結合起來，使各種設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內實現相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHz ISM頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。

但藍牙技術遭遇了最大的障礙是過于昂貴。突出表現在芯片大小和價格難以下調、抗干擾能力不強、傳輸距離太短、信息安全問題等等。這就使得許多用戶不愿意花大價錢來購買這種無線設備。因此，業內專家認為，藍牙的市場前景取決于藍牙價格和基于藍牙的應用是否能達到一定的規模。但目前藍牙在手持移動設備短距離傳輸上還占很大的市場份額。

二、ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。主要特點包括低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網絡中的設備可分為協調器（Coordinator）、匯聚節點（Router）、傳感器節點（EndDevice）等三種角色。

Zigbee作為一種短距離無線通信技術，由于其網絡可以便捷的為用戶提供無線數據傳輸功能，因此在物聯網、智能家居、工業控制等領域具有非常強的可應用性。

隨著社會經濟結構、家庭人口結構以及信息技術的的發展變化，人們對家居環境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時越來越多的家庭要求家居產品不僅要具備簡單的智能，更要求整個系統在功能擴展、外延以及服務方面能夠做到簡單、方便、輕松、安全。很顯然，我們的家居生活需要改變。

雖然智能家居的概念很早就出現，市場需求也一直存在，但長期以來智能家居的發展由于受制于相關技術的突破，一直沒有得到大規模的應用普及。ZigBee的出現使這個問題得到了很好的解決。

物聯網則是一個極其龐大的網絡，它涉及各行各業，其實質就是讓萬事萬物通過網絡連接起來，實現許多超級智能化的應用。傳感器網是構建物聯網最基本的網絡，傳感器作為感知的最前端探測和搜集信號，之后則需要各種有線和無線的通信技術進行設備相互間的通信交流。而光纖、ADSL、3G和Wi-Fi是作為聯網的主要動脈，而最后100米的短距離接入則是通過短距離無線通信技術來實現的，而Zigbee被認為是目前最適合傳感器網絡接入端的無線通信技術。

三、5G Wi-Fi

5G Wi-Fi（802.11ac）是指第五代Wi-Fi傳輸技術，并且運行在5Ghz無線電波頻段（并不是運行在5Ghz頻段的Wi-Fi就是5G Wi-Fi，而只有采用802.11ac協議的Wi-Fi才是真正5G Wi-Fi）。

更高的無線傳輸速度是5G Wi-Fi的最大特征。業界認為，5G Wi-Fi的入門級速度是433Mbps，這至少是現在Wi-Fi速率的三倍，一些高性能的5G Wi-Fi還能達到1Gbps以上。而博通是較早提出提出此技術和較早應用此技術且相對比較成熟的芯片廠商，目前使用博通5G芯片的著名品牌有蘋果手機iphone5、三星手機GALAXY S4、HTC one 、騰達11ac 千兆無線路由器等。

盡管被稱為4G的第四代移動通信制式還沒有正式商用，但5G Wi-Fi卻已興起。由于國內外廠商紛紛在產品中加入對5G Wi-Fi功能的支持，有業內專家表示未來一年內，5G Wi-Fi將迅速普及，而各大連鎖咖啡店和西餐廳或將面臨5G Wi-Fi路由器的更換潮。

四、超寬頻（UWB）

UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率。

UWB抗干擾性能強，傳輸速率高，系統容量大發送功率非常小。UWB系統發射功率非常小，通信設備可以用小于1mW的發射功率就能實現通信。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展，認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。

總結

總的來說，它們都有其立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求;或著眼于功能的擴充性;或符合某些單一應用的特別要求;或建立競爭技術的差異化等。但是沒有一種技術可以完美到足以滿足所有的需求，各種傳輸技術，有其所長也有其所短，很希望看到他們在物聯網的世界里大放異彩，為我們的社會主義現代化道路添磚加瓦。

參考文獻：

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[2]無線通信技術的分析[J].段鵬飛.通訊世界.2019（10）

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基金項目：成都工業學院校級重點項目2020ZR005，大學生創新創業訓練項目S202011116010