几种无线通信技术的比较.docx

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几种无线通信技术的比较

几种无线通信技术的比较

摘要:

随着电子技术、计算机技术的发展,近年来无线通信技术蓬勃发展,出现了各种标准的无线数据传输标准,它们各有其优缺点和不同的应用场合,本文将目前应用的、无线通信方式进行了分析对比,并总结和预见了它们今后的发展方向。

关键词:

ZigbeeBluetoothUWBWi-FiNFC

　　SeveralWirelessCommunicationsTechnologyComparison

　　Abstract:

Asthedevelopmentofelectronictechnology,computertechnology,wirelesscommunicationtechnologyhavearapiddevelopmentinrecentyears,emergedwirelessdatatransmissionstandard,theyhavetheiradvantagesanddisadvantages,anddifferentapplications,theapplicationofvariouswirelesscommunicationwereanalyzedandcompared,andsummarizedandforeseetheirfuturedevelopment.

一．几种无线通讯技术

（一）ZigBee

1.简介：

。

根据这个规定的技术是一种短距离、低功耗的技术。

其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。

主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于和网络。

ZigBee数传模块类似于移动网络。

通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

　　ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

与的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。

而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。

每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。

除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。

2.结构特点：

ZigBee协定层从下到上分别为实体层（PHY）、（MAC）、（NWK）、（APL）等。

网络装置的角色可分为ZigBeeCoordinator、ZigBeeRouter、ZigBeeEndDevice等三种。

3.技术优势：

①低功耗。

在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。

这是ZigBee的突出优势。

相比较，蓝牙能工作数周、可工作数小时。

现在，TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee节点。

该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee提供电源。

②低成本。

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。

每块芯片的价格大约为2美元。

③低速率。

ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

④近距离。

传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km。

这指的是相邻间的距离。

如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

　　⑤短时延。

ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。

相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。

⑥高容量。

ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

⑦高安全。

ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。

　　⑧免执照。

采用在工业科学医疗（ISM）频段，2.4GHz（全球）、915MHz（美国）和868MHz（欧洲）。

4.性能分析：

（1）．数据速率比较低，在2.4GHZ的频段只有250Kb/S，而且这只是上的速率，除掉信道竞争应答和重传等消耗，真正能被应用所利用的速率可能不足100Kb/S，并且余下的速率可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分，因此不适合做视频之类事情。

（2.）在可靠性方面，ZigBee有很多方面进行保证。

物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰，应用层（APS部分）有应答重传功能。

MAC层的CSMA机制使节点发送前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。

当ZigBee网络受到外界干扰，无法正常工作时，整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上。

（3）．时延由于ZigBee采用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些实时的业务。

（4）．能耗特性能耗特性是ZigBee的一个技术优势。

通常ZigBee节点所承载的应用数据速率都比较低。

在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。

由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果。

（5）．组网和路由性————----网络层特性　　ZigBee大规模的组网能力——————-----每个网络65000个节点bluetooth-------每个网络8个节点。

　　因为ZigBee底层采用了直扩技术，如果采用非信标模式，网络可以扩展得很大，因为不需同步而且节点加入网络和重新加入网络的过程很快，一般可以做到1秒以内，甚至更快。

bluetooth通常需要3秒。

在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的网状网的路由，所以可以布置范围很广的网络，并支持多播和广播特性，能够给丰富的应用带来有力的支持。

5.前景展望

ZigBee并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。

ZigBee联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50个ZigBee器件，最后将达到每个家庭150个。

据估计，到2007年，ZigBee市场价值将达到数亿美元。

其应用领域主要包括：

（1）家庭和楼宇网络：

空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等　　

（2）工业控制：

各种监控器、传感器的自动化控制　

（3）商业：

智慧型标签等　　

（4）公共场所：

烟雾探测器等　　

（5）农业控制：

收集各种土壤信息和气候信息　　

医疗：

老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等【3】，

（6）

（2）蓝牙

1.简介：

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的技术。

能在包括移动电话、PDA、、、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

利用“蓝牙”技术，能够有效地简化终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而变得更加迅速高效，为拓宽道路。

蓝牙采用结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）。

其数据速率为1Mbps。

采用传输方案实现。

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。

其写在一个9x9mm的中。

蓝牙工作在全球通用的2.4GHz（即工业、科学、医学）。

蓝牙的数据速率为1Mb/s。

传输方案被用来实现传输。

使用IEEE802.15。

ISM是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。

例如某些家电、无绳电话、开门器、等等，都可能是干扰。

为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。

是把频带分成若干个跳频（hopchannel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫做“”，就是"假"的随机码）不断地从一个信道"跳"到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。

与其它工作在相同的系统相比，蓝牙跳频更快，更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。

（ForwardErrorCorrection，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机。

应用了二进制（）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。

协议是电路交换与分组交换的结合。

在被保留的时隙中可以传输同步，每个数据包以不同的频率发送。

一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。

蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。

每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。

异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持433.9kb/s的对称连接。

2技术优势：

（1）全球可用

Bluetooth规格供我们全球的成员公司免费使用。

许多行业的制造商都积极地在其产品中实施此技术，以减少使用零乱的电线，实现无缝连接、流传输，传输数据或进行语音通信。

Bluetooth技术在2.4GHz波段运行，该波段是一种无需申请许可证的工业、科技、医学（ISM）无线电波段。

正因如此，使用Bluetooth技术不需要支付任何费用。

但您必须向手机提供商注册使用GSM或CDMA，除了设备费用外，您不需要为使用Bluetooth技术再支付任何费用。

（2）设备范围

Bluetooth技术得到了空前广泛的应用，集成该技术的产品从手机、汽车到医疗设备，使用该技术的用户从消费者、工业市场到企业等等，不一而足。

低功耗，小以及低成本的解决方案使得Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。

请在Bluetooth产品目录和组件产品列表中查看我们的成员提供的各类产品大全。

（3）易于使用

Bluetooth技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。

您不需要电缆即可实现连接。

新用户使用亦不费力–您只需拥有Bluetooth品牌产品，检查可用的配置文件，将其连接至使用同一配置文件的另一Bluetooth设备即可。

后续的PIN码流程就如同您在ATM上操作一样简单。

外出时，您可以随身带上您的个人（PAN），甚至可以与其它网络连接。

（4）全球通用的规格

Bluetooth无线技术是当今市场上支持范围最广泛，功能最丰富且安全的无线标准。

全球范围内的资格认证程序可以测试成员的产品是否符合标准。

自1999年发布Bluetooth规格以来，总共有超过4000家公司成为Bluetooth特别兴趣小组（SIG）的成员。

同时，市场上Bluetooth产品的数量也成倍的迅速增长。

产品数量已连续四年成倍增长，安装的数量在2005年底也可能达到5亿个。

3.应用

（1）居家

现代家庭与以往的家庭有许多不同之处。

在现代技术的帮助下，越来越多的人开始了居家办公，生活更加随意而高效。

Bluetooth设备不仅可以使居家办公更加轻松，还能使家庭娱乐更加便利：

用户可以在30英尺以内无线控制存储在PC或AppleiPod上的文件。

Bluetooth技术还可以用在适配器中，允许人们从相机、手机、膝上型计算机向电视发送照片以与朋友共享。

（2）工作

Bluetooth技术的用途能解决办公室环境的杂乱情况。

启用Bluetooth的设备能够创建自己的即时网络，让用户能够共享演示稿或其它文件，不受兼容性或访问的限制。

Bluetooth设备能方便地召开小组会议，通过与其它办公室进行对话，并将干擦白板上的构思传送到计算机。

（3）途中

　人们经常穿梭于工作场所、家庭和其它目的地之间，而Bluetooth技术恰好为人们提供了在途中访问重要信息或通信的个人连接能力。

　　具有Bluetooth技术的手机、PDA、膝上型计算机、耳机和汽车等能够在旅途中实现免提通信，让用户身处或有线宽带连接范围之外仍能保持Internet网络连接，以及在PC和移动设备之间同步联系人和日历条目以访问重要信息。

（4）蓝牙的车载多媒体系统运用

　目前许多汽车的车载多媒体信息系统都支持蓝牙接入功能，比如豪华轿车上所搭载的移动互联体验系统的蓝牙接入功能，最多可支持10组蓝牙配对，包括智能手机、平板电脑和多媒体播放器等。

（5）娱乐

Bluetooth无线技术是唯一一种能够真正实现无线娱乐的技术。

将很快实现使用无线耳机方便地欣赏MP3里的音乐，驾驶汽车或在公园游玩的电线。

发送照片到打印机或朋友的手机也非常简单。

【4】，

（三）UWB

1.简介：

UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄传输数据。

有人称它为领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离的主流技术。

UWB（Ultra-Wideband）超宽带，一开始是使用技术。

UWB调制采用宽度在ns级的快速上升和下降，脉冲覆盖的从直流至GHz，不需常规调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至发射。

峰峰时间间隔在10-100ps级。

形状可通过甚窄持续单形状和负载特征来调整。

UWB在上是稀疏分布的，其谱密度相当低，RF可同时发射多个UWB。

UWB类似于，可采用OOK，对映键控，振幅调制或。

UWB不同于把变换为（RF）的常规无线系统，可视为在RF上基带传播方案，在内能以极低达到100Mb/s。

为进一步提高，UWB应用超短基带丰富的GHz级，采用安全方法（IntriguingSignalingMethod）。

基于UWB的宽广，FCC在2002年宣布UWB可用于精确测距，金属探测，新一代WLAN和。

为保护GPS，导航和军事通信，UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射。

2.技术原理：

　UWB技术最基本的工作原理是发送和接收间隔严格受控的单周期超短时脉冲，超短时单周期脉冲决定了的很宽，接收机直接用一级前端交叉相关器就把脉冲序列转换成，省去了传统通信设备中的级，极大地降低了设备复杂性。

　　UWB技术采用PPM单周期脉冲来携带信息和信道编码，一般工作脉宽0.1-1.5ns（1纳秒=一亿分之一秒），重复周期在25-1000ns。

图1显示了实用的单周期高斯的波形和频域特性，图中脉冲的中心频率在2GHz。

实际通信中使用一长串的，图2显示了周期性重复的单脉冲的和频域特性。

中出现了强烈的能量尖峰，这是由于中重复的周期性造成了频谱的离散化。

这些尖峰将会对传统设备和构成干扰，而且这种十分规则的序列也没有携带什么有用信息。

改变的周期性可以减低这种尖峰，即采用位置调制。

3.特点：

与和WLAN等相对较窄的传统无线系统不同，UWB能在宽频上发送一系列非常窄的低。

较宽的、较低的、化数据，意味着UWB引起的干扰小于传统的无线解决方案，并能够在室内无线环境中提供与有线相媲美的性能。

UWB具有以下特点：

（1）性能强。

UWB采用跳时扩频，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的分散在宽阔的频带中，输出甚至低于普通设备产生的噪声。

接收时将能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。

因此，与IEEE802．11a、IEEE802．11b和相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。

传输速率高。

UWB的可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。

（2）极宽。

UWB使用的在1GHz以上，高达几个GHz。

超宽带系统容量大，并且可以和目前的通信系统同时工作而互不干扰。

这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的。

（3）消耗电能小。

通常情况下，系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。

而UWB不使用载波，只是发出瞬间电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送电波，所以消耗电能小。

（4）保密性好。

UWB保密性表现在两。

一是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一是系统的发射谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

（5）发送非常小。

UWB系统发射非常小，通信设备可以用小于1mW的发射就能实现通信。

低发射大大延长系统电源工作时间。

而且，发射小，其对人体的影响也会很小，应用面就广。

4.发展前景：

　如前所述，UWB系统在很低的谱密度的情况下，已经证实能够在户内提供超过480Mbps的可靠数据传输。

与当前流行的短距离技术相比，UWB具有巨大的数据优势，最大可以提供高达1000Mbps以上的传输速率。

UWB技术在无线通讯的创新性、利益性已引起了全球业界的关注。

与、802.11b、802.15等相比，UWB可以提供更快、更远、更宽的，越来越多的研究者投入到UWB领域，有的单纯开发UWB技术，有的开发UWB应有，有的兼而有之。

相信UWB技术，不仅为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需求和商业市场的推动下，UWB技术将会进一步发展和成熟起来。

据联合商业情报公司在《关于UWB的预测和潜在市场应用的报告》指出，2007年全球配备UWB的电子设备和芯片的生产量将达到4510万套，当年的收益将达到13.9亿美元。

【5】，

（3）Wi-Fi

1.简介：

Wi-Fi是一种能够将、手持设备（如、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。

Wi-Fi是一个路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）所持有。

目的是改善基于802.11标准的无线网路产品之间的互通性。

使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为Wi-Fi。

Wi-Fi原先是无线的缩写，Wi-Fidi英文全称为wirelessfidelity,在无线局域网di范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术，以前通过网线连接电脑，而现在则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线，在这个无线路由器的覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为“热点”。

2.特性：

（1）更宽的带宽

　　目前，所有11n无线收发装置支持两个空间，发送和接收数据可以使用两个或三个天线组合，很快将会有芯片支持三、四个，数据速率可以分别达到450Mbps和600Mbps。

可以通过s标准将这些高端节点连接起来，形成类似互联网的具有冗余能力的Wi-Fi网络。

（2）更强的射频信号

　　11n中更多可选的性能特性将会出现在无线芯片中，无线客户端和无线访问点利用这些芯片可以使射频（RF）更具弹性，稳定和可靠，换句话说更象一个电线。

这些性能特性包括：

低密度，提高纠错能力；发射波束形成，它使用来自Wi-Fi客户端的反馈，让一个访问点集中处理客户端的射频；空间时分组编码（STBC），它利用多重天线提高信号可靠性。

（3）Wi-Fi功耗更低

　　n在功耗和管理方面进行了重大创新，不仅能够延长Wi-Fi智能手机的电池寿命，还可以嵌入到其它设备中，如医疗监控设备，，实时定位跟踪标签和消费电子产品。

可以不断地监测和收集数据，可基于用户的身份和位置进行个性化。

（4）改进的安全性

Wi-Fi将会使用基于身份的安全，在Wi-Fi网络中，安全策略与用户关联，而不是与关联的，这样的好处是用户可以在家，办公场所，酒店，分支机构和公共场所移动，安全性不会受到影响。

（5）改善移动性

　　在以前的标准中缺乏RF管理，因为访问点和客户端之间，以及与相邻无线设备之间通常彼此不了解，它们只了解自己的频率，这种局限性使得想管理RF也很困难。

　　例如，当一个Wi-Fi手机进入某个访问点范围时，它会触发一个盲目的寻找过程，如果客户端可以询问它的访问点“你的邻居是谁，哪一个是最佳连接访问点?

”，这样设备和网络就可以更好地协作，与此同时，Wi-Fi访问点可以“看”到客户端的RF环境，确定弱或不足的覆盖面，然后采取措施优化连接。

（6）Wi-Fi个人区域

目前的Wi-Fi是一个端到端的连接，未来的Wi-Fi网络，你的设备无论在哪里都可以直接连接到其它客户端设备，例如搭载低功耗芯片的Ozmo设备让外围设备可以通过Wi-Fi直接连接到你的。

同时，Wi-Fi访问点通过z标准也可以变成点到点连接引擎，它将为直接连接配置提供扩展，客户端设备从一个访问点请求许可直接连接到另一个附近的设备，但数据不通过访问点，客户端仍然与访问点连接，由访问点提供全套安全和管理服务。

3.发展方向：

（1）网络技术，覆盖更大的范围，从到到整个城市，　　

（2）Wi-Fi手持终端和VoWLAN业务必然成为潜在的应用模式。

（3）基于IP的Wi-Fi/WiMAX的交换技术和开放的业务平台，将使WLAN网络更智能、更易管理。

（4）基于多层次的安全策略（WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等）提供不同等级的安全方案，将使企业、个人用户可以根据不同的性价比来选择满足自己需要的安全策略。

【6】，

（5）NFC

1.简介：

近场通信（NearFieldCommunication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。

[1]这个技术由免接触式射频识别（）演变而来，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自开发成功，主要用于手机等手持设备中提供M2M（MachinetoMachine）的通信。

由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

[2]　　NFC芯片是具有相互通信功能，并具有计算能力，在Felica标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块（SAM）。

2.技术特征：

　与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。

首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。

再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供