1.3 短距離無線通信技術概覽

當今，無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產品尤其是便攜產品的強烈追求，因此，作為無線通信技術的一個重要分支——短距離無線通信技術正逐漸引起越來越廣泛的關注。

短距離無線通信技術的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內，通常是幾十米以內，就可以稱為近（短）距離無線通信。低成本、低功耗和對等通信，是短距離無線通信技術的三個重要特征和優勢：首先，低成本是短距離無線通信的客觀要求，因為各種通信終端的產銷量都很大，要提供終端間的直通能力，沒有足夠低的成本是很難推廣的。其次，低功耗是相對其他無線通信技術而言的一個特點，這與其通信距離短這個先天特點密切相關，由于傳播距離近，遇到障礙物的幾率也小，發射功率普遍都很低，通常在毫瓦量級。第三，對等通信是短距離無線通信的重要特征，有別于基于網絡基礎設施的無線通信技術。終端之間對等通信，無須網絡設備進行中轉，因此空中接口設計和高層協議都相對比較簡單，無線資源的管理通常采用競爭的方式（如載波偵聽）。

按數據傳輸速率分，短距離無線通信技術一般分為高速短距離無線通信技術和低速短距離無線通信技術兩類。高速短距離無線通信最高數據速率大于100Mbps，通信距離小于10m，典型技術有高速超寬帶（UWB）等；低速短距離無線通信的最低數據速率小于1Mbps，通信距離小于100m，典型技術有Zigbee、Bluetooth等。目前，比較受關注的短距離無線通信技術包括藍牙、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、紅外（IrDA）、超寬帶（UWB）、近場通信（NFC）等，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要求。

短距離無線通信技術以其豐富的技術種類和優越的技術特點，滿足了物物互連的應用需求，逐漸成為物聯網架構體系的主要支撐技術。同時，物聯網的發展也為短距離無線通信技術的發展提供了豐富的應用場景，極大地促進了短距離無線通信技術與行業應用的融合。

1.3.1 藍牙

藍牙（Bluetooth）是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，它以低成本的短距離無線連接為基礎，可為固定的或移動的終端設備（如掌上電腦、筆記本電腦和手機等）提供廉價的接入服務。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。其傳輸頻段為全球通用的2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。

藍牙技術誕生于1994年，愛立信公司當時決定開發一種低功耗、低成本的無線接口，以建立手機及其附件間的通信。該技術還陸續獲得PC行業業界巨頭的支持。1998年5月，愛立信聯合諾基亞、英特爾、IBM、東芝這4家公司一起成立了藍牙特別興趣小組（Special Interest Group，SIG），負責藍牙技術標準的制定、產品測試，并協調各國藍牙技術的具體使用。3Com、朗訊、微軟和摩托羅拉也很快加盟到SIG，與SIG的5個創始公司一同成為SIG的9個倡導發起者。自藍牙規范1.0版推出后，藍牙技術的推廣與應用得到了迅猛發展。截至目前，SIG的成員已經超過了2500家，幾乎覆蓋了全球各行各業，包括通信廠商、網絡廠商、外設廠商、芯片廠商、軟件廠商等，甚至消費類電器廠商和汽車制造商也加入了Bluetooth SIG。

藍牙協議的標準版本為IEEE 802.15.1，基于藍牙規范V1.1實現，后者已構建到現行很多藍牙設備中。新版IEEE 802.15.1a基本等同于藍牙規范V1.2標準，具備一定的QoS特性，并完整保持后向兼容性。IEEE 802.15.1a的PHY層中采用先進的擴頻跳頻技術，提供10Mbps的數據速率。另外，在MAC層中改進了與802.11系統的共存性，并提供增強的語音處理能力、更快速的建立連接能力、增強的服務品質以及提高藍牙無線連接安全性的匿名模式。

從目前的應用來看，由于藍牙體積小、功率低，其應用已不局限于計算機外設，幾乎可以被集成到任何數字設備之中，特別是那些對數據傳輸速率要求不高的移動設備和便攜設備。藍牙技術的特點可歸納為如下幾點。

1）全球范圍適用

藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數國家ISM頻段的范圍是2.4～2.4835GHz，使用該頻段無須向各國的無線電資源管理部門申請許可證。

2）可同時傳輸語音和數據

藍牙采用電路交換和分組交換技術，支持異步數據信道、三路語音信道以及異步數據與同步語音同時傳輸的信道。每個語音信道數據速率為64kbps，語音信號編碼采用脈沖編碼調制（PCM）或連續可變斜率增量調制（CVSD）方法。當采用非對稱信道傳輸數據時，速率最高為721kbps，反向為57.6kbps；當采用對稱信道傳輸數據時，速率最高為342.6kbps。藍牙有兩種鏈路類型：異步無連接（Asynchronous Connection-Less，ACL）鏈路和同步面向連接（Synchronous Connection-Oriented，SCO）鏈路。

3）可以建立臨時性的對等連接（Ad hoc Connection）

根據藍牙設備在網絡中的角色，可分為主設備（Master）與從設備（Slave）。主設備是組網連接主動發起連接請求的藍牙設備，幾個藍牙設備連接成一個皮網（Piconet，又名微微網）時，其中只有一個主設備，其余的均為從設備。皮網是藍牙最基本的一種網絡形式，最簡單的皮網是一個主設備和一個從設備組成的點對點的通信連接。通過時分復用技術，一個藍牙設備便可以同時與幾個不同的皮網保持同步，具體來說，就是該設備按照一定的時間順序參與不同的皮網，即某一時刻參與某一皮網，而下一時刻參與另一個皮網。

4）具有很好的抗干擾能力

工作在ISM頻段的無線電設備有很多種，如家用微波爐、無線局域網WLAN和HomeRF等產品，為了很好地抵抗來自這些設備的干擾，藍牙采用了跳頻（Frequency Hopping）方式來擴展頻譜（Spread Spectrum），將2.402～2.48GHz頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1MHz。藍牙設備在某個頻點發送數據之后，再跳到另一個頻點發送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1600次，每個頻率持續625μs。

5）藍牙模塊體積很小、便于集成

由于個人移動設備的體積較小，嵌入其內部的藍牙模塊體積就應該更小，如愛立信公司的藍牙模塊ROK101008的外形尺寸僅為32.8mm×16.8mm×2.95mm。

6）低功耗

藍牙設備在通信連接（Connection）狀態下，有四種工作模式：激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active模式是正常的工作狀態，另外三種模式是為了節能所規定的低功耗模式。

7）開放的接口標準

SIG為了推廣藍牙技術的使用，將藍牙的技術標準全部公開，全世界范圍內的任何單位和個人都可以進行藍牙產品的開發，只要最終通過SIG的藍牙產品兼容性測試，就可以推向市場。

8）成本低

隨著市場需求的擴大，各個供應商紛紛推出自己的藍牙芯片和模塊，藍牙產品價格飛速下降。

藍牙技術遭遇的最大障礙是過于昂貴。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。這就使得許多用戶不愿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的價格和基于藍牙的應用是否能達到一定的規模。

1.3.2 Wi-Fi

Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真）技術與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。該技術使用的使2.4GHz附近的頻段，該頻段是無須申請的ISM無線頻段。其目前可使用的標準有兩個，分別是IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。該技術由于有著自身的優點，因此受到廠商的青睞。

其一，無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右（約合15m），而Wi-Fi的半徑則可達300英尺左右（約合100m），辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。

其二，雖然由Wi-Fi技術傳輸的無線通信質量不是很好，數據安全性能比藍牙差一些，傳輸質量也有待改進，但傳輸速度非常快，可以達到11Mbps，符合個人和社會信息化的需求。

其三，廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發射出的電波可以達到距接入點半徑數十米至100m的地方，用戶只要將支持WLAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入因特網。也就是說，廠商不用耗費資金來進行網絡布線接入，從而節省了大量的成本。

Wi-Fi是以太網的一種無線擴展，理論上只要用戶位于一個接入點四周的一定區域內，就能以最高約11Mbps的速度接入Web。但實際上，如果有多個用戶同時通過一個點接入，帶寬被多個用戶分享，Wi-Fi的連接速度一般將只有幾百kbps的信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內的有效傳輸距離小于戶外。

Wi-Fi技術未來最具潛力的應用將主要在SOHO、家庭無線網絡以及不便安裝電纜的建筑物或場所。目前這一技術的用戶主要來自機場、酒店、商場等公共熱點場所。Wi-Fi技術可將Wi-Fi與基于XML或Java的Web服務融合起來，可以大幅度減少企業的成本。例如企業選擇在每一層樓或每一個部門配備802.11b的接入點，而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來。這樣一來，可以節省大量鋪設電纜所需花費的資金。

最初的IEEE 802.11規范是在1997年提出的，稱為IEEE 802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技術標準，它的工作頻率是ISM 2.4GHz，與無繩電話、藍牙等許多不需頻率使用許可證的無線設備共享同一頻段。隨著Wi-Fi協議新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的應用將越來越廣泛。速度更快的802.11g使用與802.11a相同的OFDM（正交頻分多路復用）調制技術，同樣工作在2.4GHz頻段，速率可達54Mbps。根據國際消費電子產品的發展趨勢判斷，802.11g將有可能被大多數無線網絡產品制造商選擇作為產品標準。當前在各地如火如荼展開的“無線城市”的建設，強調將Wi-Fi技術與3G、LTE等蜂窩通信技術的融合互補，通過WLAN對于宏網絡數據業務的有效補充，為電信運營商創造出一種新的盈利運營模式；同時，也為Wi-Fi技術帶來了新的巨大市場增長空間。

1.3.3 IrDA

紅外線數據協會IrDA（Infrared Data Association）成立于1993年。起初，采用IrDA標準的無線設備僅能在1m范圍內以115.2kbps的速率傳輸數據，很快發展到4Mbps（Fast Infrared，FIR）以及16Mbps（Very Fast Infrared，VFIR）的速率。

IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，是第一個實現無線個域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）的技術。目前它的軟硬件技術都很成熟，在小型移動設備，如PDA、手機上廣泛使用。事實上，當今每一個出廠的PDA及許多手機、筆記本電腦、打印機等產品都支持IrDA。

IrDA在技術上的主要優點有：

• 無須專門申請特定頻率的使用執照，這一點，在當前頻率資源匱乏，頻道使用費用增加的背景下是非常重要的；
• 具有移動通信設備所必需的體積小、功率低、連接方便、簡單易用的特點，與同類技術相比，耗電量也是最低的；
• 傳輸速率在適合于家庭和辦公室使用的微微網（Piconet）中是最高的，由于采用點到點的連接，數據傳輸所受到的干擾較少，速率可達16Mbps；
• 紅外線發射角度較小（30°以內），傳輸上安全性高。

除了在技術上有自己的技術特點外，IrDA的市場優勢也是十分明顯的。在成本上，紅外線LED及接收器等組件遠較一般RF組件來得便宜。此外，IrDA接收角度也由傳統的30°擴展到120°。這樣，在臺式電腦上采用低功耗、小體積、移動余度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠標就有了基本的技術保障。同時，由于Internet的迅猛發展和圖形文件逐漸增多，IrDA的高速率傳輸優勢在掃描儀和數碼相機等圖形處理設備中更可大顯身手。

但是，IrDA也的確有其不盡如人意的地方。首先，IrDA是一種視距傳輸技術，也就是說兩個具有IrDA端口的設備之間如果傳輸數據，中間就不能有阻擋物，這在兩個設備之間是容易實現的，但在多個電子設備間就必須彼此調整位置和角度等。而藍牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。其次，IrDA設備中的核心部件——紅外線LED不是一種十分耐用的器件，對于不經常使用的掃描儀、數碼相機等設備雖然游刃有余，但如果經常用裝配IrDA端口的手機上網，可能很快就不堪重負了。

總之，對于要求傳輸速率高、使用次數少、移動范圍小、價格比較低的設備，如打印機、掃描儀、數碼像機等，IrDA技術是首選。

1.3.4 ZigBee

ZigBee主要應用在短距離范圍之內并且數據傳輸速率不高的各種電子設備之間。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發現的食物源的位置、距離和方向等信息。

ZigBee聯盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、摩托羅拉以及飛利浦半導體公司四大巨頭共同宣布加盟ZigBee聯盟，研發名為ZigBee的下一代無線通信標準。到目前為止，該聯盟已有包括芯片、IT、電信和工業控制領域內約500多家世界著名企業會員。ZigBee聯盟負責制定網絡層、安全層和API（應用編程接口）層協議。2004年12月14日，ZigBee聯盟發布了第一個ZigBee技術規范。ZigBee的PHY層和MAC層由IEEE 802.15.4標準定義。802.15.4定義了兩個PHY層標準，分別對應于2.4GHz頻段和868/915MHz頻段。兩者均基于直接序列擴頻（DSSS），物理層數據包格式相同，區別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率等，具體見表1.2。

表1.2 ZigBee在2.4GHz頻段和868/915MHz頻段物理層的區別

ZigBee可以說是藍牙的同族兄弟。與藍牙相比，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。它的基本速率是250kbps，當降低到28kbps時，傳輸范圍可擴大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個節點連網。可以比藍牙更好地支持游戲、消費電子、儀器和家庭自動化應用。此外，人們期望能在工業監控、傳感器網絡、家庭監控、安全系統和玩具等領域拓展ZigBee的應用。

ZigBee技術的特點如下：

• 數據傳輸速率低，只有20～250kbps，專注于低傳輸應用；
• 功耗低，在低耗電待機模式下，兩節普通5號干電池可使用6個月以上。這也是ZigBee的支持者一直引以為豪的獨特優勢；
• 成本低，因為ZigBee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本；積極投入ZigBee開發的摩托羅拉以及飛利浦，均已于2003年正式推出芯片，飛利浦預估，應用于主機端的芯片成本和其他終端產品的成本比藍牙更具價格競爭力；
• 網絡容量大，每個ZigBee網絡最多可支持255個設備，也就是說每個ZigBee設備可以與另外254臺設備相連接；
• 有效范圍小，有效覆蓋范圍在10～75m之間，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環境；
• 工作頻段靈活，使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），均為免執照頻段。

根據ZigBee聯盟目前的設想，ZigBee的目標市場主要有PC外設（鼠標、鍵盤、游戲操控桿）、消費類電子設備（TV、VCR、CD、VCD、DVD等設備上的遙控裝置）、家庭內智能控制（照明、煤氣計量控制及報警等）、玩具（電子寵物）、醫護（監視器和傳感器）、工控（監視器、傳感器和自動控制設備）等非常廣闊的領域。

1.3.5 RFID

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實現對靜止或移動物品的自動識別。射頻識別常稱為感應式電子芯片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條碼等。一個簡單的RFID系統由閱讀器（Reader）、應答器（Transponder）或電子標簽（Tag）組成，其原理是由讀寫器發射特定頻率的無線電波能量給應答器，用以驅動應答器電路，讀取應答器內部的ID碼。應答器其形式有卡、紐扣、標簽等多種類型，電子標簽具有免用電池、免接觸、不怕臟污，且芯片密碼為世界唯一，無法復制，具有安全性高、壽命長等特點。所以，RFID標簽可以貼在或安裝在不同物品上，由安裝在不同地理位置的讀寫器讀取存儲于標簽中的數據，實現對物品的自動識別。RFID的應用非常廣泛，目前典型應用有動物芯片、汽車芯片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理、校園一卡通等。

RFID技術的主要特點是通過電磁耦合方式來傳送識別信息，不受空間限制，可快速地進行物體跟蹤和數據交換。由于RFID需要利用無線電頻率資源，必須遵守無線電頻率管理的諸多規范。具體來說，與同期或早期的接觸式識別技術相比較，RFID還具有如下特點：

（1）數據的讀寫功能。只要通過RFID讀寫器，不需要接觸即可直接讀取射頻卡內的數據信息到數據庫內，且一次可處理多個標簽，也可以將處理的數據狀態寫入電子標簽。

（2）電子標簽的小型化和多樣化。RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀的限制，不需要為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID電子標簽更可向小型化發展，便于嵌入到不同物品內。因此，可以更加靈活地控制物品的生產和加工，特別是在生產線上的應用。

（3）耐環境性。RFID最突出的特點是可以非接觸讀寫（讀寫距離可以從十厘米至幾十米）、可識別高速運動物體，抗惡劣環境，且對水、油和藥品等物質具有較強的抗污性。RFID可以在黑暗或臟污的環境之中讀取數據。

（4）可重復使用。由于RFID為電子數據，可以反復讀寫，因此可以回收標簽重復使用，提高利用率，降低電子污染。

（5）穿透性。RFID即便是被紙張、木材和塑料等非金屬、非透明材質包覆，也可以進行穿透性通信。但是它不能穿過鐵質等金屬物體進行通信。

（6）數據的記憶容量大。數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的數據量會越來越大，對卷標所能擴充容量的需求也會增加，對此，RFID將不會受到限制。

（7）系統安全性。將產品數據從中央計算機中轉存到標簽上將為系統提供安全保障，大大地提高系統的安全性。射頻標簽中數據的存儲可以通過校驗或循環冗余校驗的方法來得到保證。

1.3.6 NFC

近場通信（Near Field Communication，NFC）是由飛利浦、諾基亞和索尼公司主推的一種類似于RFID（非接觸式射頻識別）的短距離無線通信技術標準。和RFID不同，NFC采用了雙向的識別和連接。工作頻率為13.56MHz，工作距離在20cm以內。

NFC最初僅僅是RFID和網絡技術的合并，但現在已發展成無線連接技術。它能快速自動地建立無線網絡，為蜂窩設備、藍牙設備、Wi-Fi設備提供一個“虛擬連接”，使電子設備可以在短距離范圍內進行通信。NFC的短距離交互大大簡化了整個認證識別過程，使電子設備間互相訪問更直接、更安全和更清楚，不用再聽到各種電子雜音。

NFC通過在單一設備上組合所有的身份識別應用和服務，幫助解決記憶多個密碼的麻煩，同時也保證了數據的安全保護。有了NFC，多個設備如數碼相機、PDA、機頂盒、電腦、手機等之間的無線互連，彼此交換數據或服務都將有可能實現。

此外NFC還可以將其他類型無線通信（如Wi-Fi和藍牙）“加速”，實現更快和更遠距離的數據傳輸。每個電子設備都有自己的專用應用菜單，而NFC可以創建快速安全的連接，而無須在眾多接口的菜單中進行選擇。與知名的藍牙等短距離無線通信標準不同的是，NFC的作用距離進一步縮短且不像藍牙那樣需要有對應的加密設備。

同樣，構建Wi-Fi家族無線網絡需要多臺具有無線網卡的電腦、打印機和其他設備。除此之外，還得有一定技術的專業人員才能勝任這一工作。而NFC被置入接入點之后，只要將其中兩個靠近就可以實現交流，比配置Wi-Fi連接容易得多。

與其他短距離通信技術相比，NFC具有鮮明的特點，主要體現在以下幾個方面：

（1）距離近、能耗低。NFC是一種能夠提供安全、快捷通信的無線連接技術，但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術，其他通信技術的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾百米，通信距離不超過20cm；由于其傳輸距離較近，能耗相對較低。

（2）NFC更具安全性。NFC是一種近距離連接技術，提供各種設備間距離較近的通信。與其他連接方式相比，NFC是一種私密通信方式，加上其距離近、射頻范圍小的特點，其通信更加安全。

（3）NFC與現有非接觸智能卡技術兼容。NFC標準目前已經成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準，很多非接觸智能卡都能夠與NFC技術相兼容。

（4）傳輸速率較低。NFC標準規定了數據傳輸速率具備了三種傳輸速率，最高的僅為424kbps，傳輸速率相對較低，不適合諸如音/視頻流等需要較高帶寬的應用。

NFC有三種應用類型：

（1）設備連接。除了無線局域網，NFC也可以簡化藍牙連接。比如，手提電腦用戶如果想在機場上網，他只需要走近一個Wi-Fi熱點即可實現。

（2）實時預定。比如，海報或展覽信息背后貼有特定芯片，利用含NFC協議的手機或PDA，便能取得詳細信息，或是立即聯機使用信用卡進行票券購買。而且，這些芯片無須獨立的能源。

（3）移動商務。飛利浦的Mifare技術支持了世界上幾個大型交通系統及在銀行業為客戶提供VISA卡等各種服務。索尼的FeliCa非接觸智能卡技術產品在中國香港及深圳、新加坡、日本的市場占有率非常高，主要應用在交通及金融機構。

總而言之，這項新技術正在改寫無線網絡連接的游戲規則，但NFC的目標并非是完全取代藍牙、Wi-Fi等其他無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。所以，目前后來居上的NFC發展態勢相當迅速！

1.3.7 UWB

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術是一種無線載波通信技術，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國FCC對UWB的規定為：在3.1～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。由于UWB可以利用低功耗、低復雜度發射/接收機實現高速數據傳輸，在近年來得到了迅速發展。它在非常寬的頻譜范圍內采用低功率脈沖傳送數據而不會對常規窄帶無線通信系統造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源。

UWB技術具有系統復雜度低、發射信號功率譜密度低、對信道衰落不敏感、低截獲能力、定位精度高等優點，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入，非常適于建立一個高效的無線局域網或無線個域網（WPAN）。UWB主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統中。除此之外，這種新技術適用于對速率要求非常高（大于100Mbps）的LAN或PAN。

UWB最具特色的應用將是視頻消費娛樂方面的無線個域網（WPAN）。現有的無線通信方式，802.11b和藍牙的速率太慢，不適合傳輸視頻數據；54Mbps速率的802.11a標準可以處理視頻數據，但費用昂貴。而UWB有可能在10m范圍內，支持高達110Mbps的數據傳輸率，不需要壓縮數據，可以快速、簡單、經濟地完成視頻數據處理。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優點使得UWB較適合家庭無線消費市場的需求：UWB尤其適合近距離內高速傳送大量多媒體數據，可以穿透障礙物的突出優點，讓很多商業公司將其看成一種很有前途的無線通信技術，應用于諸如將視頻信號從機頂盒無線傳送到數字電視等家庭場合。當然，UWB未來的前途還要取決于各種無線方案的技術發展、成本、用戶使用習慣和市場成熟度等多方面的因素。

1.3.8 60GHz

隨著HDTV（高清晰度電視）的廣泛應用，如高清機頂盒、藍光DVD播放機、個人手持設備與個人電腦之間的海量數據交互以及無線顯示等應用都對無線高速傳輸提出了更高的要求。這些遠遠超過了目前無線通信系統所提供的傳輸能力。因此，必須通過研究新的無線通信技術來滿足這些應用的需求。這些應用主要是在2～20m范圍提供傳輸速率高達幾Gbps甚至幾十Gbps的無線傳輸。60GHz毫米波技術為這種高速傳輸提供了有效的手段。

60GHz無線數據傳輸技術廣受歡迎的一個最重要的原因就是60GHz頻段擁有更多的可用帶寬。在60GHz頻段范圍內，各國無須許可就可免費使用的帶寬頻段為7～9GHz，如此大的帶寬頻段可以提供較高的數據傳輸速率。并且由于60GHz具有抗干擾能力強、體積小、速率高、保密性好等特點，除了配備與平板電視和藍光播放機外，手機、攝像機、數碼相機、上網本和計算機，汽車防撞雷達和衛星通信等方面也將是60GHz無線傳輸技術的應用平臺。無線USB、藍牙等無線連接方案也在考慮使用60GHz無線傳輸技術作為載體。毫米波無線通信系統的研發可為大容量的無線傳輸提供一個可行的技術途徑，可以極大地緩解目前60GHz以下頻段擁擠的問題，成為拓展未來無線通信系統的重要發展方向。

1.3.9 Z-Wave

Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為868.42MHz（歐洲）～908.42MHz（美國），采用FSK（BFSK/GFSK）調制方式，數據傳輸速率為9.6kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內是30m，室外可超過100m，適合于窄帶應用場合。隨著通信距離的增大，設備的復雜度、功耗以及系統成本通常都會增加，而相對于現有的各種無線通信技術，Z-Wave技術將是最低功耗和最低成本的技術，有力地推動著低速率無線個域網（WPAN）。

Z-Wave技術設計用于住宅、照明商業控制以及狀態讀取應用，例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。Z-Wave可將任何獨立的設備轉換為智能網絡設備，從而可以實現控制和無線監測。Z-Wave技術在最初設計時，就定位于智能家居無線控制領域。采用小數據格式傳輸，40kbps的傳輸速率足以應對，早期甚至使用9.6kbps的速率傳輸。與同類的其他無線技術相比，擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠的傳輸距離和一定的價格優勢。

Z-Wave最初由丹麥Zensys公司提出，目前Z-Wave聯盟已經具有160多家國際知名公司，范圍基本覆蓋全球各個國家和地區。尤其是思科與英特爾的加入，強化了Z-Wave在家庭自動化領域的地位。就市場占有率來說，Z-Wave在歐美普及率比較高，知名廠商如wintop、Leviton、control4等。在2011年美國國際消費電子展（CES）中，wintop已經推出基于互聯網遠程控制的產品，如遠程監控、遠程照明控制等。隨著Z-Wave聯盟的不斷擴大，該技術的應用也將不僅僅局限于智能家居方面，在酒店控制系統、工業自動化、農業自動化等多個領域，都將發現Z-Wave無線網絡的身影。

此外，還有其他短距離無線通信技術，如HomeRF、無線1394、Ad hoc（自組織網絡）技術等，這里就不一一介紹。

1.3.10 小結

技術的發展在于用戶的需求，上述各種短距離無線通信技術都是滿足用戶一定的需求，在某個領域有其相關的應用。

藍牙主要應用于短距離的電子設備直接的組網或點對點信息傳輸，如耳機、計算機、手機等。藍牙節能性好，在數據流量不大的場合，完全可以替代有線網絡技術。它問世的時間最早，目前已用于手機（如藍牙耳機）等設備，但是存在兼容性的問題。比如不少藍牙耳機與部分電話之間無法正常通信，令個人和集團消費者深感不便。另外，連接兩臺藍牙設備的操作過程比較復雜，妨礙了它的推廣和應用。

ZigBee技術受到摩托羅拉、Honeywell、三星、ABB和松下電氣等企業的支持，這種技術的特點是連接設備的操作十分簡便，通常只須按一個鍵，用戶無須懂得專門的知識。ZigBee非常適用于擁有大量無線傳感器和控制操作的工業控制領域。ZigBee技術能耗極低，可用于燈具、火警報警器和暖氣系統等。例如，汽車內的燈光系統、揚聲器、車載電話只需通過一枚ZigBee芯片，就可由儀表盤全部控制。它的另一個特點是只要有一兩個產品就能使用，而不像其他無線技術那樣，需要很多設備組成網絡才能使用。一旦ZigBee開始應用于消費類電子設備和PC外圍設備，一個不可避免的問題是，它將如何與藍牙等其他無線通信技術共存。

Wi-Fi提供一種接入互聯網的標準，可以看成互聯網的無線延伸。由于其熱點覆蓋、低移動性和高數據傳輸速率的特點，Wi-Fi更適于小型辦公場所或家庭網絡。Wi-Fi可以作為高速有線接入技術的補充，逐漸也會成為蜂窩移動通信的補充。現在OFDM、MIMO（多入多出）、智能天線和軟件無線電等，都開始應用到無線局域網中以提升Wi-Fi性能，比如802.11n采用MIMO與OFDM相結合，使數據速率成倍提高。另外，天線及傳輸技術的改進使得無線局域網的傳輸距離大大增加，可以達到幾千米。

UWB應用在家庭娛樂短距離的通信傳輸，直接傳輸大數據量寬帶視頻數據流。當需要從USB傳出視頻數據或從數碼相機向電腦傳輸數碼照片時，這種技術特別合適。但是，這種技術的使用范圍只有幾米，競爭力相對較弱。作為下一代高速無線數據傳輸技術的有力候選者，UWB技術出現之初曾引起業界的廣泛關注，以該技術為基礎的Wireless USB等接口被認為可以很快普及。不過，由于歐洲、美國和日本對于UWB的嚴格管制以及UWB標準的爭端，UWB技術的普及之路已變得鋪滿荊棘。從2008年開始，多家從事UWB技術研究的公司已經相繼倒閉或合并，英特爾等大公司也放棄了推進UWB技術的努力，WiMedia Alliance則已經宣告壽終正寢。與之相反，60GHz無線傳輸技術的數據傳輸速率和傳輸距離都超過UWB，在業界的支持方面更顯示出了令人樂觀的前景。甚至有分析師認為，不久的將來，UWB技術將在消費類電子領域銷聲匿跡，而60GHz技術則將進入快速發展期。

近場通信（NFC）技術是將RFID技術和互聯網技術相融合，為了滿足用戶包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問在內的多種應用。NFC技術的出現正是為了解決藍牙技術存在的操作問題。用戶在使用時，只要使兩臺設備相距幾厘米以內，NFC芯片就會完成自動識別和連接，完全不用人操作。支持這項技術的企業有索尼、諾基亞、飛利浦等。鑒于WXQ技術安全性能好，VISA信用卡公司有意將其應用于無線支付系統。NFC作為一種新興的技術，它的目標并非是完全取代藍牙、Wi-Fi等其他無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。NFC作為一種面向消費者的交易機制，比其他通信更可靠而且簡單得多。NFC面向近距離交易，適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要數據；但是其他通信方式能夠彌補NFC通信距離不足的缺點，適用于較長距離數據通信，比如快捷輕型的NFC協議可以用于引導兩臺設備之間的藍牙配對過程，促進藍牙的使用。因此，NFC與其他通信方式互為補充，共同存在。

表1.3給出了藍牙、超寬帶、ZigBee和WLAN等4種主要短距離無線通信技術的比較。總的看來，這些流行的短距離無線通信技術各有千秋，這些技術之間存在著相互競爭，但在某些實際應用領域內它們又相互補充，沒有一種技術可以完美到足以滿足所有的要求。單純地說“某種技術會取代另一種技術”，這是一種不負責任的說法，就好像飛機又快又穩，也沒有取代自行車一樣，各有各的應用領域。

表1.3 4種主要短距離無線通信技術的比較