【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，很快發(fā)展到 4Mb／ s 的速率，后來(lái)，速率又達(dá)到 16Mb／ s。 IrDA 是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，他也許是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（ PersonalAreaNetwork， PAN）的技術(shù)。目前他的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備，如 PDA、手機(jī)上廣泛使用。事實(shí)上，當(dāng)今每一個(gè)出廠的 PDA 及許多手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)等 產(chǎn)品都支持 IrDA。 小結(jié) IrDA 的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。他還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。此 12 外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。 IrDA 的不足在于他是一種視距傳輸， 2 個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于 2 臺(tái)（非多臺(tái)）設(shè)備之間的連接。而藍(lán)牙就沒(méi)有此限制，且不受墻壁的阻隔。 IrDA 目前的研究方向是如何解決視距傳輸問(wèn)題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。 HomeRF 技術(shù) HomeRF 簡(jiǎn)介 HomeRF 工作組是由美國(guó)家用射頻委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)、于 1997 年成立的，其主要工作任務(wù)是為家庭用戶建立具有互操作性的話音和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。 家庭射頻（ HomeRF）標(biāo)準(zhǔn)是由 HomeRF 工作組開(kāi)發(fā)的，旨在家庭范圍內(nèi)，使計(jì)算機(jī)與其他電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的開(kāi)放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF 是 與 DECT 的結(jié)合，使用這種技術(shù)能降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)成本。 HomeRF 采用了擴(kuò)頻技術(shù)，工作在 頻帶，能同步支持 4 條高質(zhì)量語(yǔ)音信道，但是 HomeRF 的傳輸速率只有 1M～ 2Mbps。由于 HomeRF技術(shù)沒(méi)有完全公開(kāi)，目前只有幾十家小企業(yè)支持，在抗干擾等方面相對(duì)應(yīng)其他技術(shù)而言尚有欠缺，因此它的應(yīng)用前景還不是十分明朗。 小結(jié) HomeRF 是對(duì)現(xiàn)有無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，采用 規(guī)范中的 TCP/IP 傳輸協(xié)議；當(dāng)進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，則采用數(shù)字增強(qiáng)型無(wú)繩通信標(biāo)準(zhǔn)。但是，該標(biāo)準(zhǔn)與 不兼容，并占據(jù)了與 和 Bluetooth 相同的 頻率段，所以在應(yīng)用范圍上會(huì)有很大的局限性，更多的是在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用。 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)簡(jiǎn)介 ZigBee 是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、傳感、監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。 13 工作組定義了一種廉價(jià)的供固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、成本和功耗的低速率無(wú)線連接技術(shù)。 ZigBee 聯(lián)盟在制定 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用了 作為其物理層和媒體接入層規(guī)范。在其基礎(chǔ)之上，ZigBee 聯(lián)盟制定了數(shù)據(jù)鏈路層（ DLL）、網(wǎng)絡(luò)層 (NWK)和應(yīng)用編程接口(API)規(guī)范，并負(fù)責(zé)高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作。 ZinBee 技術(shù)特點(diǎn) (1)系統(tǒng)的復(fù)雜性 ZigBee 協(xié)議棧簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，需要的系統(tǒng)資源也較少，據(jù)估計(jì)運(yùn)行 ZigBee需要系統(tǒng)資源約 28Kb； ZigBee定義了兩種類(lèi)型的設(shè)備：全 功 能 設(shè) 備 FFD(Full Functional Device ） 和 簡(jiǎn) 化 功 能 設(shè) 備RFD(Reduced Function Device)。網(wǎng)絡(luò)為主從結(jié)構(gòu)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者 (Coordinator)和最多可達(dá) 65 535 個(gè)從屬設(shè)備。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者必須是 FFD，它負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，包括路由、安全性、節(jié)點(diǎn)的附著與離開(kāi)等。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，其他終端設(shè)備可以是 RFD，也可以是 FFD。 RFD 的價(jià)格要比 FFD 便宜得多，其占用系統(tǒng)資源僅約為4Kb，因此網(wǎng)絡(luò)的整體成本比較低。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)， ZigBee 非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化等。 （ 2）可靠性 信號(hào)在無(wú)線環(huán)境中傳輸，必然存在大尺度衰落、陰影衰落、多徑和干擾等問(wèn)題。 ZigBee、藍(lán)牙和 WLAN()都是工作于 頻段，相互間的干擾 是不可避免的，因此保證可靠性尤為重要。 ZigBee 有三個(gè)工作頻段： ～ 、 868～ 、 902～928MHz，共 27 個(gè)信道。信道接入方式采用 CSMACA，能有效地減少幀的沖突。為抗干擾和多徑， ZigBee 在物理層采用直接序列擴(kuò)頻 DSSS 和頻率捷變 FA 技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)層， ZigBee 支持網(wǎng)狀網(wǎng)，存在冗余路由，保證了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。 （ 3）功耗 低功耗是 ZigBee 的一個(gè)重要特征。在一個(gè)典型的 ZigBee 傳感網(wǎng)絡(luò)中，一塊普通堿性電池可以供 ZigBee 設(shè)備工作六個(gè)月到兩年！下面討論 ZigBee 獲得低功耗的方法。 14 ZigBee 的 MAC 信道接入機(jī)制有兩種：無(wú)信標(biāo)（ Beacon）模式和有信標(biāo)模式。 無(wú)信標(biāo)模式就是標(biāo)準(zhǔn)的 ALOHACSMACA 的信道接入機(jī)制，終端節(jié)點(diǎn)只在有數(shù)據(jù)要收發(fā)的時(shí)候才和網(wǎng)絡(luò)會(huì)話，其余時(shí)間都處于休眠模式，這樣平均功耗就非常低。 有信標(biāo)模式下，終端設(shè)備可以只在信標(biāo)被廣播時(shí)醒來(lái)，并偵聽(tīng)地址，如果沒(méi)有偵聽(tīng)到自己的地址，則又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。信標(biāo)對(duì)簇形網(wǎng)絡(luò)(Cluster tree work)和網(wǎng)狀網(wǎng) (Mesh work)的節(jié)點(diǎn)同步尤為重要，節(jié)點(diǎn)不用長(zhǎng)時(shí)間偵聽(tīng)信道 而消耗能量。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)功率節(jié)省也有很重要的關(guān)系。星形和簇形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)更有利于功率節(jié)省。因?yàn)榍罢叩慕K端節(jié)點(diǎn)不充當(dāng)路由器的功能，只收發(fā)自己的數(shù)據(jù)，這樣可以節(jié)省更多功率。 小結(jié) 由于 ZigBee 具有功耗極低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、低等待時(shí)間(Latency Time)和低數(shù)據(jù)速率的性質(zhì)，它非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)?？梢詰?yīng)用到以下領(lǐng)域：樓宇自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)視及控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、互動(dòng)玩具、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、家庭自動(dòng)化以及其他一些傳感網(wǎng)絡(luò)。 超寬帶技術(shù) (UWB) UWB 簡(jiǎn)介 超寬帶 (UWB)有著悠久的發(fā)展歷史，但在 1989 年之前，超寬帶這一術(shù)語(yǔ)并不常用，在信號(hào)的帶寬和頻譜結(jié)構(gòu)方面也沒(méi)有明確的規(guī)定。 1989年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署 (DARPA)首先采用超寬帶這一術(shù)語(yǔ)，并規(guī)定：若信號(hào)在 20dB 處的絕對(duì)帶寬大于 或相對(duì)帶寬（ 信號(hào)帶寬與中心頻率之比 ）大于 25%，則該信號(hào)為超寬帶信號(hào)。 信號(hào)帶寬與中心頻率之比在 1%～ 25%之間為寬帶，小于 1%為窄帶 。見(jiàn)表 所示。 絕對(duì)帶寬和相對(duì)帶寬定義如下： 15 絕對(duì)帶寬 LHAbsolute ffBW ?? ,相對(duì) 帶寬LHLHFr ac tional ff ffBW ??? 2 。 其中 Hf 為信號(hào)在 20dB 輻射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的上限頻率、 Lf 為信號(hào)在 20dB輻射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下限頻率。可見(jiàn) ,UWB 是指具有很高帶寬比 (射頻帶寬與其中心頻率之比 )的無(wú)線電技術(shù)。 窄帶，寬帶和超寬帶的比較 分類(lèi) 信號(hào)帶寬 /中心頻率 窄帶 小于 1% 寬帶 大于 1%，并且小于 25% UWB 大于 25% 為探索 UWB 應(yīng)用于民用領(lǐng)域的可行性，自 1998 年起，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC)開(kāi)始在產(chǎn)業(yè)界廣泛征求意見(jiàn)。美國(guó) NTIA 等通信團(tuán)體對(duì)此大約提交了 800 多份意見(jiàn)書(shū)。 20xx 年 2 月， FCC 批準(zhǔn) UWB 技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，并對(duì) UWB 進(jìn)行了重新定義，規(guī)定 UWB 信號(hào)為相對(duì)帶寬大于 20%或10dB 帶寬大于 500MHz 的無(wú)線電信號(hào)。 根據(jù) UWB 系統(tǒng)的具體應(yīng)用，分為成像系統(tǒng)、車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)、通信與測(cè)量系統(tǒng)三大類(lèi)。根據(jù) FCC Part15 規(guī)定， UWB 通信系統(tǒng)可使用頻段為～ 。 為保護(hù)現(xiàn)有系統(tǒng) (如 GPRS、移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)、 WLAN 等 )不被 UWB 系統(tǒng)干擾，針對(duì)室內(nèi)、室外不同應(yīng)用，對(duì) UWB 系統(tǒng)的輻射譜密度進(jìn)行了嚴(yán)格限制，規(guī)定 UWB 系統(tǒng)的最高輻射譜密度為 。圖 示出了FCC 對(duì)室內(nèi) UWB 系統(tǒng)的輻射功率譜密度限制。當(dāng)前，人們所說(shuō)的 UWB 是指 FCC 給出的新定義。 16 1 1 0 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 50 . 9 61 . 6 11 . 9 93 . 1 1 0 . 6G P S頻 率 （ G H z ）F C C 戶 內(nèi)P a r t 1 5UWB EIRP輻射值(dBm) 圖 FCC 對(duì)室內(nèi) UWB 系統(tǒng)的輻射限制 自 20xx 年至今，新技術(shù)和系統(tǒng)方案不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了基于載波的多帶脈沖無(wú)線電超寬帶 (IRUWB)系統(tǒng)、基于直擴(kuò) 碼分多址 (DSCDMA)的UWB 系統(tǒng)、基于多帶正交頻分復(fù)用 (OFDM)的 UWB 系統(tǒng)等。 可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的幾年中， UWB 將成為無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位的物理層技術(shù)之一。 UWB 的技術(shù)特點(diǎn) (1)傳輸速率高，空間容量大 根據(jù)仙農(nóng) (Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪聲 (AWGN)信道中，系統(tǒng)無(wú)差錯(cuò)傳輸速率的上限為： )1(lo g 2 SN RBc ??? () 其中 ,B(單位 :Hz)為信道帶寬 ,SNR 為信噪比。在 UWB 系統(tǒng)中，信號(hào)帶寬 B 高達(dá) 500MHz~。因此，即使信噪比 SNR 很低， UWB 系統(tǒng)也可以在短距離上實(shí)現(xiàn)幾百兆至 1Gb/s 的傳輸速率。例如，如果使用 7GHz帶寬，即使信噪比低至 10dB，其理論信道容量也可達(dá)到 1Gb/s。因此，將 UWB 技術(shù)應(yīng)用于短距離高速傳輸場(chǎng)合 (如高速 WPAN)是非常合適的，可以極大地提高空間容量。理論研究表明，基于 UWB 的 WPAN 可達(dá)的空 17 間容量比目前 WLAN 標(biāo)準(zhǔn) 高出 1～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。 (2)適合短距 離通信 按照 FCC 規(guī)定， UWB 系統(tǒng)的可輻射功率非常有限， ~頻段總輻射功率僅 ，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)。隨著傳輸距離的增加，信號(hào)功率將不斷衰減。因此，接收信噪比可以表示成傳輸距離的函數(shù) rSNR (d)。根據(jù)仙農(nóng)公式，信道容量可以表示成距離的函數(shù)： )](1[lo g)( 2 dS N RBdc r??? () 另外 ,超寬帶信號(hào)具有極其豐富的頻率成分。眾所周知，無(wú)線信道在不同頻段 表現(xiàn)出不同的衰落特性。由于隨著傳輸距離的增加高頻信號(hào)衰落極快，這導(dǎo)致 UWB 信號(hào)產(chǎn)生失真，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。 (3)具有良好的共存性和保密性 由于 UWB 系統(tǒng)輻射譜密度極低 (小于 )，對(duì)傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)來(lái)講， UWB 信號(hào)譜密度甚至低至背景噪聲電平以下， UWB 信號(hào)對(duì)窄帶系統(tǒng)的干擾可以視作寬帶白噪聲。因此， UWB 系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)有著良好的共存性，這對(duì)提高日益緊張的無(wú)線頻譜資源的利用率是非常有利的。同時(shí)，極低的輻射譜密度使 UWB 信號(hào)具有很強(qiáng)的隱蔽性，很難被截獲，這對(duì)提高通信保密性非常有利。 (4)多徑分辨能力強(qiáng)，定位精度高 由于 UWB 信號(hào)采用持續(xù)時(shí)間極短的窄脈沖，其時(shí)間、空間分辨能力都很強(qiáng)。因此， UWB 信號(hào)的多徑分辨率極高。極高的多徑分辨能力賦予UWB 信號(hào)高精度的測(cè)距、定位能力。無(wú)線信道的時(shí)間選擇性和頻率選擇性是制約無(wú)線通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。 在窄帶系統(tǒng)中，不可分辨的多徑將導(dǎo)致衰落，而 UWB 信號(hào)可以將它們分開(kāi)并利用分集接收技術(shù)進(jìn)行合并。因此， UWB 系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗衰落能力。但 UWB 信號(hào)極高的多徑分辨力也導(dǎo)致信號(hào)能量產(chǎn)生嚴(yán)重的時(shí)間彌散 (頻率選擇性衰落 )，接收機(jī)必須通過(guò)犧牲復(fù)雜度