一般意义上,只要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,通常是几米或几十米以内,就可以称为短距离通信。由于数据通信需求的推动,加上半导体和计算机等相关电子技术领域的快速发展,短距离通信技术的应用步伐不断加快,经历了一个快速发展的阶段。
短距离通信
泛指在较小的区域内提供无线通信的技术。
- 英文名称
- short range communication
- 所属学科
- 信息与通信工程
短距离通信主要包括蓝牙(bluetooth)技术、蜂舞协议(ZigBee)、 红外线数据协会(Infrared Data Association,IrDA)标准、超宽带(ultra-wideband,UWB)技术和60吉赫毫米波通信等。
①蓝牙技术。一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口,将通信技术与计算机技术进一步结合起来,使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在近距离范围内实现相互通信的操作。其传输频段为全球公众通用的2.4吉赫工业、科学和医疗频带(industria scientific and medical band,ISM),提供大于1兆比特/秒的传输速率和10米的传输距离。如图1所示,蓝牙主要应用场景为将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。
②蜂舞协议。一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要基于电气电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)批准通过的802.15.4无线标准,用于近距离无线连接。由于ZigBee网络可以便捷地为用户提供无线数据传输功能,因此在物联网、智能家居和工业控制等领域具有非常强的可应用性。如图2所示,其可以与其他网络形成互联互通。
③红外线数据协会标准。一种利用红外线进行点对点通信的技术,是第一个实现无线个人区域网的技术。它的软硬件技术都很成熟,在小型移动设备,如平板电脑和手机上广泛使用。起初,采用IrDA标准的无线设备仅能在1米范围内以115.2千比特/秒速率传输数据,很快发展到4兆比特/秒以及16兆比特/秒的速率。其典型应用场景是应用于单个设备与设备之间的信息传输。
④超宽带技术。在较宽的频谱上传送极低功率的信号,能在10米左右的范围内实现数百兆比特/秒至数吉比特/秒的数据传输速率。UWB应用范围非常广泛,如图3所示。
⑤60吉赫毫米波通信。一种短距离、高速率的超宽带通信,与低频窄带通信和其他超宽带通信如UWB和IEEE802.11n相比,它主要有巨大的连续可利用带宽(7吉赫),非严格限制的发射功率、高频率复用率和利于天线集成等优势。由于60吉赫毫米波技术的高速率等诸多优势,使它成为下一代无线通信系统的重要候选者之一。根据60吉赫短距离高速率通信特点,可以建立高数据传输速率的无线个人区域网,应用于如高清晰无压缩视频数据流无线传输来取代使用有线传输的高清晰多媒体接入和数吉比特/秒的文件传送等。
蓝牙技术最早始于1994年,由瑞典爱立信公司研发。它采用调频技术,通信频段为2.402~2.480吉赫。
ZigBee主流标准是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。主要特点包括低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器、汇聚节点和传感器节点等3种角色。ZigBee不算主流的无线通信技术,但却以其低功耗、低成本,低速率、高容量和长时间的电池寿命等特点深受一些厂家的关注。
UWB技术的标准化主要在IEEE802.15框架内进行。IEEE802.15致力于无线个人区域网(wireless personal area network,WPAN)的标准化。WPAN系统主要用于个人设备之间的互联,覆盖范围一般在10米以内,而且具有廉价和低能耗等特点。
IrDA是一个独立的组织,它的章程是建立通用的、低功率的、半双工红外串行数据互联标准,支持近距离、点到点、设备适应性广的用户模式。建立该标准是在各种设备之间较容易地进行低成本红外通信的关键。
基于对60吉赫短距离通信技术的研究,全世界形成了多个毫米波国际标准组织和产业联盟。
短距离通信技术有以下几个发展趋势:①网络覆盖的无缝化。通过多种技术的接力实现用户在任何时间、任何地点都能实现网络接入。②通信的宽带化。窄带、低速的网络会逐渐被宽带网络所替代。③多种短距离通信技术的融合趋势明显。包括硬件集成化和业务集成化等。④承载业务内容更加多元化。从单一的接入任务到语音、数据和图像等多媒体业务的历程。