1.3 短距离无线通信技术概览

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，因此，作为无线通信技术的一个重要分支——短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的关注。

短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，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，通常是几十米以内，就可以称为近（短）距离无线通信。低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势：首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。其次，低功耗是相对其他无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在毫瓦量级。第三，对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源的管理通常采用竞争的方式（如载波侦听）。

按数据传输速率分，短距离无线通信技术一般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类。高速短距离无线通信最高数据速率大于100Mbps，通信距离小于10m，典型技术有高速超宽带（UWB）等；低速短距离无线通信的最低数据速率小于1Mbps，通信距离小于100m，典型技术有Zigbee、Bluetooth等。目前，比较受关注的短距离无线通信技术包括蓝牙、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、红外（IrDA）、超宽带（UWB）、近场通信（NFC）等，它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的要求。

短距离无线通信技术以其丰富的技术种类和优越的技术特点，满足了物物互连的应用需求，逐渐成为物联网架构体系的主要支撑技术。同时，物联网的发展也为短距离无线通信技术的发展提供了丰富的应用场景，极大地促进了短距离无线通信技术与行业应用的融合。

1.3.1 蓝牙

蓝牙（Bluetooth）是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备（如掌上电脑、笔记本电脑和手机等）提供廉价的接入服务。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无线接口，将通信技术与计算机技术结合起来，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或操作。其传输频段为全球通用的2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。

蓝牙技术诞生于1994年，爱立信公司当时决定开发一种低功耗、低成本的无线接口，以建立手机及其附件间的通信。该技术还陆续获得PC行业业界巨头的支持。1998年5月，爱立信联合诺基亚、英特尔、IBM、东芝这4家公司一起成立了蓝牙特别兴趣小组（Special Interest Group，SIG），负责蓝牙技术标准的制定、产品测试，并协调各国蓝牙技术的具体使用。3Com、朗讯、微软和摩托罗拉也很快加盟到SIG，与SIG的5个创始公司一同成为SIG的9个倡导发起者。自蓝牙规范1.0版推出后，蓝牙技术的推广与应用得到了迅猛发展。截至目前，SIG的成员已经超过了2500家，几乎覆盖了全球各行各业，包括通信厂商、网络厂商、外设厂商、芯片厂商、软件厂商等，甚至消费类电器厂商和汽车制造商也加入了Bluetooth SIG。

蓝牙协议的标准版本为IEEE 802.15.1，基于蓝牙规范V1.1实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版IEEE 802.15.1a基本等同于蓝牙规范V1.2标准，具备一定的QoS特性，并完整保持后向兼容性。IEEE 802.15.1a的PHY层中采用先进的扩频跳频技术，提供10Mbps的数据速率。另外，在MAC层中改进了与802.11系统的共存性，并提供增强的语音处理能力、更快速的建立连接能力、增强的服务品质以及提高蓝牙无线连接安全性的匿名模式。

从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点。

1）全球范围适用

蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4～2.4835GHz，使用该频段无须向各国的无线电资源管理部门申请许可证。

2）可同时传输语音和数据

蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbps，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbps，反向为57.6kbps；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbps。蓝牙有两种链路类型：异步无连接（Asynchronous Connection-Less，ACL）链路和同步面向连接（Synchronous Connection-Oriented，SCO）链路。

3）可以建立临时性的对等连接（Ad hoc Connection）

根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet，又名微微网）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网。

4）具有很好的抗干扰能力

工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网WLAN和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μs。

5）蓝牙模块体积很小、便于集成

由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。

6）低功耗

蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式：激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。

7）开放的接口标准

SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。

8）成本低

随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。

蓝牙技术遭遇的最大障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等。这就使得许多用户不愿花大价钱来购买这种无线设备。因此业内专家认为蓝牙的市场前景取决于蓝牙的价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。

1.3.2 Wi-Fi

Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线保真）技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段是无须申请的ISM无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。

其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右（约合15m），而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右（约合100m），办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。

其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11Mbps，符合个人和社会信息化的需求。

其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100m的地方，用户只要将支持WLAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。

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11Mbps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kbps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技术未来最具潜力的应用将主要在SOHO、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。Wi-Fi技术可将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来，可以大幅度减少企业的成本。例如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。

最初的IEEE 802.11规范是在1997年提出的，称为IEEE 802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率是ISM 2.4GHz，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。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。速度更快的802.11g使用与802.11a相同的OFDM（正交频分多路复用）调制技术，同样工作在2.4GHz频段，速率可达54Mbps。根据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。当前在各地如火如荼展开的“无线城市”的建设，强调将Wi-Fi技术与3G、LTE等蜂窝通信技术的融合互补，通过WLAN对于宏网络数据业务的有效补充，为电信运营商创造出一种新的盈利运营模式；同时，也为Wi-Fi技术带来了新的巨大市场增长空间。

1.3.3 IrDA

红外线数据协会IrDA（Infrared Data Association）成立于1993年。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kbps的速率传输数据，很快发展到4Mbps（Fast Infrared，FIR）以及16Mbps（Very Fast Infrared，VFIR）的速率。

IrDA是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域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）的技术。目前它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在技术上的主要优点有：

• 无须专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的；
• 具有移动通信设备所必需的体积小、功率低、连接方便、简单易用的特点，与同类技术相比，耗电量也是最低的；
• 传输速率在适合于家庭和办公室使用的微微网（Piconet）中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mbps；
• 红外线发射角度较小（30°以内），传输上安全性高。

除了在技术上有自己的技术特点外，IrDA的市场优势也是十分明显的。在成本上，红外线LED及接收器等组件远较一般RF组件来得便宜。此外，IrDA接收角度也由传统的30°扩展到120°。这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有IrDA接口的键盘、鼠标就有了基本的技术保障。同时，由于Internet的迅猛发展和图形文件逐渐增多，IrDA的高速率传输优势在扫描仪和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。

但是，IrDA也的确有其不尽如人意的地方。首先，IrDA是一种视距传输技术，也就是说两个具有IrDA端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的，但在多个电子设备间就必须彼此调整位置和角度等。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。其次，IrDA设备中的核心部件——红外线LED不是一种十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。

总之，对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，IrDA技术是首选。

1.3.4 ZigBee

ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。

ZigBee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、摩托罗拉以及飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布加盟ZigBee联盟，研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。到目前为止，该联盟已有包括芯片、IT、电信和工业控制领域内约500多家世界著名企业会员。ZigBee联盟负责制定网络层、安全层和API（应用编程接口）层协议。2004年12月14日，ZigBee联盟发布了第一个ZigBee技术规范。ZigBee的PHY层和MAC层由IEEE 802.15.4标准定义。802.15.4定义了两个PHY层标准，分别对应于2.4GHz频段和868/915MHz频段。两者均基于直接序列扩频（DSSS），物理层数据包格式相同，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率等，具体见表1.2。

表1.2 ZigBee在2.4GHz频段和868/915MHz频段物理层的区别

ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kbps，当降低到28kbps时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点连网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。此外，人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展ZigBee的应用。

ZigBee技术的特点如下：

• 数据传输速率低，只有20～250kbps，专注于低传输应用；
• 功耗低，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee的支持者一直引以为豪的独特优势；
• 成本低，因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；积极投入ZigBee开发的摩托罗拉以及飞利浦，均已于2003年正式推出芯片，飞利浦预估，应用于主机端的芯片成本和其他终端产品的成本比蓝牙更具价格竞争力；
• 网络容量大，每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接；
• 有效范围小，有效覆盖范围在10～75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境；
• 工作频段灵活，使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段。

根据ZigBee联盟目前的设想，ZigBee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。

1.3.5 RFID

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对静止或移动物品的自动识别。射频识别常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。一个简单的RFID系统由阅读器（Reader）、应答器（Transponder）或电子标签（Tag）组成，其原理是由读写器发射特定频率的无线电波能量给应答器，用以驱动应答器电路，读取应答器内部的ID码。应答器其形式有卡、纽扣、标签等多种类型，电子标签具有免用电池、免接触、不怕脏污，且芯片密码为世界唯一，无法复制，具有安全性高、寿命长等特点。所以，RFID标签可以贴在或安装在不同物品上，由安装在不同地理位置的读写器读取存储于标签中的数据，实现对物品的自动识别。RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物芯片、汽车芯片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理、校园一卡通等。

RFID技术的主要特点是通过电磁耦合方式来传送识别信息，不受空间限制，可快速地进行物体跟踪和数据交换。由于RFID需要利用无线电频率资源，必须遵守无线电频率管理的诸多规范。具体来说，与同期或早期的接触式识别技术相比较，RFID还具有如下特点：

（1）数据的读写功能。只要通过RFID读写器，不需要接触即可直接读取射频卡内的数据信息到数据库内，且一次可处理多个标签，也可以将处理的数据状态写入电子标签。

（2）电子标签的小型化和多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状的限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID电子标签更可向小型化发展，便于嵌入到不同物品内。因此，可以更加灵活地控制物品的生产和加工，特别是在生产线上的应用。

（3）耐环境性。RFID最突出的特点是可以非接触读写（读写距离可以从十厘米至几十米）、可识别高速运动物体，抗恶劣环境，且对水、油和药品等物质具有较强的抗污性。RFID可以在黑暗或脏污的环境之中读取数据。

（4）可重复使用。由于RFID为电子数据，可以反复读写，因此可以回收标签重复使用，提高利用率，降低电子污染。

（5）穿透性。RFID即便是被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信。但是它不能穿过铁质等金属物体进行通信。

（6）数据的记忆容量大。数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的数据量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也会增加，对此，RFID将不会受到限制。

（7）系统安全性。将产品数据从中央计算机中转存到标签上将为系统提供安全保障，大大地提高系统的安全性。射频标签中数据的存储可以通过校验或循环冗余校验的方法来得到保证。

1.3.6 NFC

近场通信（Near Field Communication，NFC）是由飞利浦、诺基亚和索尼公司主推的一种类似于RFID（非接触式射频识别）的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接。工作频率为13.56MHz，工作距离在20cm以内。

NFC最初仅仅是RFID和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围内进行通信。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不用再听到各种电子杂音。

NFC通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。有了NFC，多个设备如数码相机、PDA、机顶盒、电脑、手机等之间的无线互连，彼此交换数据或服务都将有可能实现。

此外NFC还可以将其他类型无线通信（如Wi-Fi和蓝牙）“加速”，实现更快和更远距离的数据传输。每个电子设备都有自己的专用应用菜单，而NFC可以创建快速安全的连接，而无须在众多接口的菜单中进行选择。与知名的蓝牙等短距离无线通信标准不同的是，NFC的作用距离进一步缩短且不像蓝牙那样需要有对应的加密设备。

同样，构建Wi-Fi家族无线网络需要多台具有无线网卡的电脑、打印机和其他设备。除此之外，还得有一定技术的专业人员才能胜任这一工作。而NFC被置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流，比配置Wi-Fi连接容易得多。

与其他短距离通信技术相比，NFC具有鲜明的特点，主要体现在以下几个方面：

（1）距离近、能耗低。NFC是一种能够提供安全、快捷通信的无线连接技术，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，其他通信技术的传输范围可以达到几米、甚至几百米，通信距离不超过20cm；由于其传输距离较近，能耗相对较低。

（2）NFC更具安全性。NFC是一种近距离连接技术，提供各种设备间距离较近的通信。与其他连接方式相比，NFC是一种私密通信方式，加上其距离近、射频范围小的特点，其通信更加安全。

（3）NFC与现有非接触智能卡技术兼容。NFC标准目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准，很多非接触智能卡都能够与NFC技术相兼容。

（4）传输速率较低。NFC标准规定了数据传输速率具备了三种传输速率，最高的仅为424kbps，传输速率相对较低，不适合诸如音/视频流等需要较高带宽的应用。

NFC有三种应用类型：

（1）设备连接。除了无线局域网，NFC也可以简化蓝牙连接。比如，手提电脑用户如果想在机场上网，他只需要走近一个Wi-Fi热点即可实现。

（2）实时预定。比如，海报或展览信息背后贴有特定芯片，利用含NFC协议的手机或PDA，便能取得详细信息，或是立即联机使用信用卡进行票券购买。而且，这些芯片无须独立的能源。

（3）移动商务。飞利浦的Mifare技术支持了世界上几个大型交通系统及在银行业为客户提供VISA卡等各种服务。索尼的FeliCa非接触智能卡技术产品在中国香港及深圳、新加坡、日本的市场占有率非常高，主要应用在交通及金融机构。

总而言之，这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但NFC的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。所以，目前后来居上的NFC发展态势相当迅速！

1.3.7 UWB

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。

UWB技术具有系统复杂度低、发射信号功率谱密度低、对信道衰落不敏感、低截获能力、定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网或无线个域网（WPAN）。UWB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100Mbps）的LAN或PAN。

UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个域网（WPAN）。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；54Mbps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10m范围内，支持高达110Mbps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。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得UWB较适合家庭无线消费市场的需求：UWB尤其适合近距离内高速传送大量多媒体数据，可以穿透障碍物的突出优点，让很多商业公司将其看成一种很有前途的无线通信技术，应用于诸如将视频信号从机顶盒无线传送到数字电视等家庭场合。当然，UWB未来的前途还要取决于各种无线方案的技术发展、成本、用户使用习惯和市场成熟度等多方面的因素。

1.3.8 60GHz

随着HDTV（高清晰度电视）的广泛应用，如高清机顶盒、蓝光DVD播放机、个人手持设备与个人电脑之间的海量数据交互以及无线显示等应用都对无线高速传输提出了更高的要求。这些远远超过了目前无线通信系统所提供的传输能力。因此，必须通过研究新的无线通信技术来满足这些应用的需求。这些应用主要是在2～20m范围提供传输速率高达几Gbps甚至几十Gbps的无线传输。60GHz毫米波技术为这种高速传输提供了有效的手段。

60GHz无线数据传输技术广受欢迎的一个最重要的原因就是60GHz频段拥有更多的可用带宽。在60GHz频段范围内，各国无须许可就可免费使用的带宽频段为7～9GHz，如此大的带宽频段可以提供较高的数据传输速率。并且由于60GHz具有抗干扰能力强、体积小、速率高、保密性好等特点，除了配备与平板电视和蓝光播放机外，手机、摄像机、数码相机、上网本和计算机，汽车防撞雷达和卫星通信等方面也将是60GHz无线传输技术的应用平台。无线USB、蓝牙等无线连接方案也在考虑使用60GHz无线传输技术作为载体。毫米波无线通信系统的研发可为大容量的无线传输提供一个可行的技术途径，可以极大地缓解目前60GHz以下频段拥挤的问题，成为拓展未来无线通信系统的重要发展方向。

1.3.9 Z-Wave

Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为868.42MHz（欧洲）～908.42MHz（美国），采用FSK（BFSK/GFSK）调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本通常都会增加，而相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个域网（WPAN）。

Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测。Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kbps的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kbps的速率传输。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

Z-Wave最初由丹麦Zensys公司提出，目前Z-Wave联盟已经具有160多家国际知名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。尤其是思科与英特尔的加入，强化了Z-Wave在家庭自动化领域的地位。就市场占有率来说，Z-Wave在欧美普及率比较高，知名厂商如wintop、Leviton、control4等。在2011年美国国际消费电子展（CES）中，wintop已经推出基于互联网远程控制的产品，如远程监控、远程照明控制等。随着Z-Wave联盟的不断扩大，该技术的应用也将不仅仅局限于智能家居方面，在酒店控制系统、工业自动化、农业自动化等多个领域，都将发现Z-Wave无线网络的身影。

此外，还有其他短距离无线通信技术，如HomeRF、无线1394、Ad hoc（自组织网络）技术等，这里就不一一介绍。

1.3.10 小结

技术的发展在于用户的需求，上述各种短距离无线通信技术都是满足用户一定的需求，在某个领域有其相关的应用。

蓝牙主要应用于短距离的电子设备直接的组网或点对点信息传输，如耳机、计算机、手机等。蓝牙节能性好，在数据流量不大的场合，完全可以替代有线网络技术。它问世的时间最早，目前已用于手机（如蓝牙耳机）等设备，但是存在兼容性的问题。比如不少蓝牙耳机与部分电话之间无法正常通信，令个人和集团消费者深感不便。另外，连接两台蓝牙设备的操作过程比较复杂，妨碍了它的推广和应用。

ZigBee技术受到摩托罗拉、Honeywell、三星、ABB和松下电气等企业的支持，这种技术的特点是连接设备的操作十分简便，通常只须按一个键，用户无须懂得专门的知识。ZigBee非常适用于拥有大量无线传感器和控制操作的工业控制领域。ZigBee技术能耗极低，可用于灯具、火警报警器和暖气系统等。例如，汽车内的灯光系统、扬声器、车载电话只需通过一枚ZigBee芯片，就可由仪表盘全部控制。它的另一个特点是只要有一两个产品就能使用，而不像其他无线技术那样，需要很多设备组成网络才能使用。一旦ZigBee开始应用于消费类电子设备和PC外围设备，一个不可避免的问题是，它将如何与蓝牙等其他无线通信技术共存。

Wi-Fi提供一种接入互联网的标准，可以看成互联网的无线延伸。由于其热点覆盖、低移动性和高数据传输速率的特点，Wi-Fi更适于小型办公场所或家庭网络。Wi-Fi可以作为高速有线接入技术的补充，逐渐也会成为蜂窝移动通信的补充。现在OFDM、MIMO（多入多出）、智能天线和软件无线电等，都开始应用到无线局域网中以提升Wi-Fi性能，比如802.11n采用MIMO与OFDM相结合，使数据速率成倍提高。另外，天线及传输技术的改进使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几千米。

UWB应用在家庭娱乐短距离的通信传输，直接传输大数据量宽带视频数据流。当需要从USB传出视频数据或从数码相机向电脑传输数码照片时，这种技术特别合适。但是，这种技术的使用范围只有几米，竞争力相对较弱。作为下一代高速无线数据传输技术的有力候选者，UWB技术出现之初曾引起业界的广泛关注，以该技术为基础的Wireless USB等接口被认为可以很快普及。不过，由于欧洲、美国和日本对于UWB的严格管制以及UWB标准的争端，UWB技术的普及之路已变得铺满荆棘。从2008年开始，多家从事UWB技术研究的公司已经相继倒闭或合并，英特尔等大公司也放弃了推进UWB技术的努力，WiMedia Alliance则已经宣告寿终正寝。与之相反，60GHz无线传输技术的数据传输速率和传输距离都超过UWB，在业界的支持方面更显示出了令人乐观的前景。甚至有分析师认为，不久的将来，UWB技术将在消费类电子领域销声匿迹，而60GHz技术则将进入快速发展期。

近场通信（NFC）技术是将RFID技术和互联网技术相融合，为了满足用户包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问在内的多种应用。NFC技术的出现正是为了解决蓝牙技术存在的操作问题。用户在使用时，只要使两台设备相距几厘米以内，NFC芯片就会完成自动识别和连接，完全不用人操作。支持这项技术的企业有索尼、诺基亚、飞利浦等。鉴于WXQ技术安全性能好，VISA信用卡公司有意将其应用于无线支付系统。NFC作为一种新兴的技术，它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。NFC作为一种面向消费者的交易机制，比其他通信更可靠而且简单得多。NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；但是其他通信方式能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信，比如快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进蓝牙的使用。因此，NFC与其他通信方式互为补充，共同存在。

表1.3给出了蓝牙、超宽带、ZigBee和WLAN等4种主要短距离无线通信技术的比较。总的看来，这些流行的短距离无线通信技术各有千秋，这些技术之间存在着相互竞争，但在某些实际应用领域内它们又相互补充，没有一种技术可以完美到足以满足所有的要求。单纯地说“某种技术会取代另一种技术”，这是一种不负责任的说法，就好像飞机又快又稳，也没有取代自行车一样，各有各的应用领域。

表1.3 4种主要短距离无线通信技术的比较