几种短距离无线通信技术及应用

0 引 言

物联网技术的出现，将信息互通的方式从 H2H（Human to Human）扩展至 M2M（Machine to Machine），是一种新的 通过物物互联来实现感知世界的技术手段，开辟了信息化的 新途径 [1]。近年来，电子技术的发展产生了越来越多的便携式 个人通讯设备和家用电器，人们希望实现各种电子产品和其他 设备之间的信息交互。通过一个小型的、短距离的无线网络可 以实现在任何时间、任何地点与任何人进行通信，从而促使 RFID、蓝牙、ZigBee、UWB 等技术应运而生。短距离无线 通信技术作为物联网架构体系的主要支撑技术得到了迅猛的发 展，应用范围逐步扩大 [2]。 

1 几种短距离无线通信技术 

短距离无线通信不存在一个严格的定义，它的范围很广 泛，通过无线电波传输信息的通信双方传输距离限制在较小范 围内，就可以称为短距离无线通信 [3]，它主要关注建立局部 范围内临时性的物联网通信。短距离无线通信技术有三个显 著特点：第一个特点是低成本，工作频率是免付费的 ISM 频段； 第二个特点是低功耗，无线发射器的发射功率一般在 100 mW 以内 ；第三个特点是对等通信，通信距离大多在几十米或上百 米之内。

目前，射频识别（RFID）技术、蓝牙（Bluetooth）技术、 ZigBee 技术、超宽带（UWB）技术已被广泛应用在短距离无 线通信技术中。 

1.1 射频识别（RFID）技术 

射频识别（RFID）技术是一种无需直接接触的自动识别 技术，它是采用无线射频技术对物体对象进行非接触式操作， 并能够自动识别的无线通信系统 [4]。标签、读写器、天线三 部分构成一个最基本的 RFID 系统，该系统的工作原理是标 签与读写器之间发送具有空间耦合、传输特性的射频信号， 通过天线完成对物品的自动识别。 

RFID 技术的主要特点为 ：自动读取，实时显示，简单方 便，应用领域广，安全性能高。

1.2 蓝牙（Bluetooth）技术 

蓝牙技术是一种低功率短距离的无线连接技术标准，该 技术采用较低的成本完成设备间的无线通信，天线单元、链路 控制单元、链路管理单元和软件单元四部分组成一个蓝牙系 统 [5,6]。蓝牙技术的实质是要建立一个通用的无线电空中接口 和控制软件的统一标准，使得通信技术和计算机技术完美结 合，在没有电缆连接的情况下，不同厂家生产的便携式设备可 以在短距离范围内拥有互相通信的功能。蓝牙技术的出现推 动和拓展了无线通信的应用领域。 

蓝牙技术的主要特点是 ：低功率，低成本，工作频段为 全球通用的 2.4 GHz，可同时传输音频和数据，具有很好的抗 干扰能力。 

1.3 ZigBee 技术 

ZigBee 技术是一种新兴的短距离、低速率、低功耗、低 成本的无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙技术 之间的技术提案，该技术依据的研发标准是 IEEE802.15.4 无 线标准 [7,8]。ZigBee 技术主要应用在短距离范围内且数据传输 速率要求不高的电子设备之间，通过多个 ZigBee 节点的部署， 建立一个无线传感器网络，达到数据信息传输的目的。

ZigBee 技术特点：数据传输速率低，为 20 ～250 kb/s，功 耗低、成本低、网络容量大，每个 ZigBee 设备最多可与 254 个设备相连接，组成一个具有 255 个节点的 ZigBee 网络，覆 盖 10 ～ 75 m 的范围，基本上可以覆盖一般的家庭或办公室 环境，工作频段相对比较灵活，不仅可以使用全球通用的 2.4 GHz 频段，还可以使用欧洲的 868 MHz 频段和美国的 915 MHz 频段。

1.4 超宽带（UWB）技术 

超宽带（UWB）技术是一种使用极窄脉冲方式完成无线 发射和接收的特殊技术，它的独特之处在于彻底摒弃了普通 无线收发中必须采用载波调制的传统技术手段，成为一种在 时域中直接操作的无线技术，打破了传统无线通信技术高速 度、低成本和低功耗不可兼得的两难问题。鉴于该技术的众 多优点，使得它很好的应用在成像系统、车载雷达系统、通 信与测量系统。依据美国联邦通信委员会（FCC）的规定， UWB 通信系统可使用 3.1～10.6 GHz 的频段，在 10 m 范围内， 信号传输速率达到 500 Mb/s。

 UWB 技术的显著特点是传输速度快，保密性强，兼容 性好，定位精准，体积小，功耗低，系统结构易于实现，适 合短距离通信 [9]。 

2 应用领域 

目前，RFID 技术得到了业界越来越广泛的关注，全球各 大软硬件厂商相继投入大量的研究，主要应用领域包括 ：物 流领域的仓库管理、日用品销售 ；运输领域的集装箱管理和 包装运输，公路收费和车辆监控；农林牧渔领域的跟踪定位 [10]； 医疗领域的药品生产、医疗垃圾跟踪等。

蓝牙具有功耗低及体积小的特性，因此它可以被集成到 对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备中。主要应 用领域包括 ：家用无线联网、移动办公和会议联网、个人局域 网、Internet 接入服务、移动电子商务等。

ZigBee 技术应用领域主要包括智能家居、工业与环境控 制、医疗看护等行业中的低速率无线通信，具体包括 ：家庭安 全智能控制、工业控制、公共场所的烟雾探测、农业领域的 信息采集及传输 [11]、医疗部门的实时监测与治疗等。

UWB 技术最初被应用在军事方面，后来拓展到民用领域， 具有很好的商业价值。主要包括两方面技术，一方面是高速率 数据传输的短距离无线通信技术 ；一方面是精确测距、定位、 成像等的无线探测技术。具体的应用领域包括 ：短距离高速 无线多媒体智能网络、智能交通系统、传感网络和智能环境、 工程探测和救援、军事领域等，超宽带具有很宽的带宽、低 功耗，它可以与其他应用程序共存。因此，在无线通信领域， 超宽带技术是一项非常有前途的技术。 

3 结 语

短距离无线通信技术的飞速发展，助推了物联网的普及 速度，RFID、蓝牙、ZigBee、UWB 等技术分别具有不同的 优缺点，可适用于不同的物联网应用场景，它们相互之间是一 个完美的补充。短距离无线通信技术将朝着物联网的发展方 向不断努力，发挥其在各个层面上的作用，为打造智慧城市、 建立智慧地球服务。