短距离无线通信技术有哪些?

网络 通信技术
短距离无线通信技术是一种远程节点在极短距离内连接的网络协议。短距离无线电通信可以最大限度地减少功耗、体积、热量和成本。它还具有广泛的场景、技术和要求,使其成为商业楼宇自动化、高密度温室传感和住宅能源监控的理想解决方案。

无线通信技术已经在市场上起飞,因为它为电子设备和网络提供了便利和灵活性,并且其安装不需要昂贵的电缆和布线。军事、工业、农业、家电等诸多行业都需要使用无线通信技术。每个行业因其用途和环境而需要不同的技术特性。

短距离无线通信技术

短距离无线通信技术是一种远程节点在极短距离内连接的网络协议。短距离无线电通信可以最大限度地减少功耗、体积、热量和成本。它还具有广泛的场景、技术和要求,使其成为商业楼宇自动化、高密度温室传感和住宅能源监控的理想解决方案。大多数都是以小型、低成本IC或完整插件模块的形式实现的。本文将短距离无线通信技术定义为在本地交互范围内提供无线连接的系统,并将其分为以下类型。

1、蓝牙

蓝牙是一种基于IEEE802.5.1标准的短距离无线通信技术,其功耗比WiFi低。蓝牙最初设计用于从个人计算机到鼠标、键盘、打印机、手机、耳机、个人数字助理等外围设备的数据传输。对于这些类型的应用,蓝牙称为WPAN(无线个人局域网)。蓝牙使用星形网络拓扑,允许最多七个设备的简单网络与单个接入点进行通信。

蓝牙工作在2.4HzISM频段,并使用GFSK、差分DQPSK或(8DPSK)跳频扩频进行调制。GFSK的总基本数据速率为1mbit/s、DQPSK2mbits/s和3mbits/s对于8DPSK,还有3个功率级别:0dBm(1mW)、4dBm(2.5mW)和20dBm(100mW),这基本上决定了标准距离在十米左右,最大功率在100米以上,路径清晰。

2、Wi-Fi

Wi-fi是一种基于IEEE802.11系列标准的短距离无线通信技术。它通常用于PC笔记本电脑和台式机、智能电视、智能手机、无人机、智能音箱、打印机和汽车。Wi-Fi频段具有相当高的吸收率,最适合视线使用。许多常见的障碍物,例如墙壁、家用电器等,可能会大大缩小范围。然而,它也有助于减少不同网络之间的干扰。

IEEE802.11a工作频率为5GHz,最大数据速率为54Mbps。IEEE802.11b和IEEE802.11g工作频率为2.4GHz,最大数据传输速率分别为11Mbps和54Mbps。此外,还有多种不同的无线频率范围可用于WiFi通信:900MHz、2.4GHz、5GHz、5.9GHz和60GHz频段。每个范围分为多个通道。每个国家对允许的渠道都有自己的规定。ISM频段范围也被广泛使用。

Wi-Fi嵌入式模块可与任何附近的基站互操作,并具有高达300英尺的标准Wi-Fi范围和高吞吐量。这部分抵消了Wi-Fi的额外配置复杂性以及更耗电的协议的额外成本,使其成为向现有网络添加设备的理想选择。只需确保准备计划包含大量资源,以便长期管理多个身份验证设置。

3、ZigBee

ZigBee是一种基于IEEE802.15.4的短距离无线通信协议。它用于创建具有低功耗和小型数字无线电的PAN,这些无线电比蓝牙或Wi-Fi等其他无线个域网(Wpan)更便宜,可用于家庭自动化和医疗设备数据收集。应用包括交通管理系统、无线灯开关、带家用显示器的电表以及其他需要短距离、低速率无线数据传输的设备。综上所述,Zigbee是一种低功耗、低数据速率、近距离(即个人区域)无线网络。

该标准在2.4至2.4835GHz(全球)、902至928MHz(美国和澳大利亚)和868至868.6MHz(欧洲)的免许可ISM频段运行。这16个通道分配在2.4GHz频段,间隔5MHz,但每个通道仅使用2MHz带宽。该无线电使用直接序列扩频编码。数字流将其管理到调制器中。BPSK在868和915MHz频段运行,OQPSK在2.4GHz频段运行,每个符号传输2位。

2.4GHz频段的原始无线数据速率为每通道250kbit/s,915MHz频段为每通道40kbit/s,868MHz频段为每通道20kbit/s。对于室内应用,2.4GHz传输范围为10-20米。

4、超宽带

超宽带(UWB)是WiMedia联盟定义的短距离无线电通信技术标准。它可以利用超低功耗避免在3.1~10.6GHZ指定频段内的干扰,进行短距离、高带宽通信。最大通讯距离约为十米。在大多数应用中,范围小于几米。频段被划分为多个528-mhz宽的通道。数据速率范围为53mbits/s至480mbits/s。UWB主要为电视、相机、笔记本电脑等提供高速数据连接。最近的应用集中在传感器数据收集、跟踪应用和精确定位。与扩频不同,UWB的传输方式不会影响传统窄带和同一频段内的载波传输。

5、红外(IR)

红外无线采用低频、不可见光连接,而不是无线电。主要波长范围为850~940μm。发射器采用红外发光二极管,接收器采用二极管光电探测器和放大器。光波通常用高频信号进行调制,然后对高频信号进行编码和调制以进行传输。

IrDA是一个单独的数据传输标准。红外数据协会维护其规范。增加速率范围为9.6~115.2kbits/s,包括4mbits/s、16mbits/s、96mbits/s、512mbits/s~1gbit/s。5和10gbit/s速率的新标准正在开发中,范围小于一米。

IR有几个主要优点。首先,由于它是光而不是无线电波,因此不易受到任何形式的无线电干扰。其次,它的信号很难被拦截或欺骗,因此安全性很高。

红外光谱曾经广泛应用于打印机、笔记本电脑和相机。它已很大程度上被蓝牙、Wi-Fi和其他短距离无线通信技术所取代。目前消费类遥控器中仍普遍采用射频遥控。

6、IEEE802.15.4

IEEE802.15.4的创建是为了支持点对点链路和无线传感器网络。多种无线标准使用802.15.4标准作为PHY/MAC基础

该标准定义了3个基本频率距离。最常用的频段是全球2.4GHzISM频段。基本数据速率为250kbits/s。另一个范围是美国的902-928MHZISM频段(10频道)。数据速率为40kbits/s或250kbits/s。

所有3个范围都使用带有BPSK或偏移QPSK的DSSS调制。最小定义功率电平为-3dBm(0.5mW)。0dbm是广泛使用的功率电平。20dbm级别用于远程应用,其典型范围不超过10米。

7、IEEE802.22

IEEE802.22标准,也称为无线区域网络(WRAN)标准,是最新的IEEE无线标准之一。它设计用于在未经许可的情况下在未使用的广播电视频道(称为空白空间)上使用。6MHZ通道的频率范围为470MHZ至698MHZ。然而,该标准尚未被普遍采用。空白无线电使用专有协议和无线标准。

802.22无线电应满足严格的要求,并发现因潜在干扰电视台而未使用的频道。无线电使用频率灵活的电路来扫描未使用的信道并监听潜在的干扰信号。基站与多个固定位置的用户进行放射状通信,以获得互联网接入或其他服务。

该标准提供足够的频谱效率,以满足多个用户通道的需求,下载速度高达1.5Mbit/s,上传速度高达384kbit/s。每个6MHz通道的最大数据速率在18至22mbits/s之间。22的最大优点是它同时使用VHF和低频UHF频率,并且可以提供非常长距离的连接。最大允许有效全向辐射功率(EIRP)为4W,基站范围可达100公里(近60英里)。

8、ISM频段

最常用的ISM频段是2.4至2.483GHz,用于Wi-Fi、无绳电话、蓝牙、802.15.4无线电等。第二个最流行的频段是902-928-mhz频段。

其他广泛使用的ISM频率包括用于RKE应用和车库门开启的315MHz以及用于远程温度监控的433MHz。其他不太常用的频率有13.56MHz、27MHz和72MHz。

9、近场通信

近场通信(NFC)是一种超短距离无线通信技术,主要用于类似应用和安全支付交易。它的最大范围约为20厘米,典型连接距离为4至5厘米。如此短的距离提高了连接安全性,而且连接安全性也是加密的。许多智能手机都具备NFC功能,目标是实现NFC支付系统,让消费者可以用手机点击支付。

NFC使用13.56MHz的ISM管理频率。在此较低频率下,发射环路天线和接收环路天线。传输是通过信号的磁场而不是伴随的电场进行的。

NFC还用于读取标签。无电源标签将射频信号转换为直流电源,为处理器和存储器提供特定于应用的信息。许多NFC收发器芯片可用于实现新的应用,并且存在多种标准。

10、射频识别

射频识别(RFID)主要用于识别、定位、跟踪和管理库存。附近的阅读器发送高功率射频信号为无源标签供电,然后读取标签内存中存储的数据。

RFID标签扁平、便宜、小,可以贴在任何需要识别或监控的东西上。在某些应用中,它们取代了条形码。RFID采用13.56MHz的ISM频率,但也使用其他频率,包括125kHz、134.5kHz以及902-928MHz范围内的频率。存在各种ISO/IEC标准。

11、6 LoWPAN

6 LoWPAN是指低功耗无线PAN中的IPv6协议。它由ITEF开发,提供了一种通过低功耗无线网状网络和点对点链路传输IPv4和IPv6互联网协议的方法。RFC4944还允许在最小的远程设备上实施物联网。该协议为802.15.4无线电提供封装和标头压缩例程。

12、Z-wave

Z-wave是一种短距离无线网状网络技术,最多可容纳232个节点。在美国和加拿大,无线收发器在ISM频段(908.42MHz)运行,但根据国家法规使用其他频率。调制方式为GFSK。数据速率包括9600位/秒和40位/秒。在自由空间条件下,距离可达30米。穿透墙壁的范围要短得多。Z-wave的主要应用是恒温器、门锁、家庭自动化、照明、烟雾探测器、安防和其他家用电器。

短距离无线通信技术的典型应用

无线是几乎所有新产品的一个简单且低成本的补充,它还可以提高便利性、性能或营销。

家庭

家用消费电子产品充满了无线功能。几乎所有娱乐产品都有红外遥控器。能源计量和配件监视器、远程温度计、无线恒温器和其他天气监视器、安全系统、车库门开启器、智能停车传感器也连接到无线网络。几乎每个家庭都有Wi-Fi连接。

商业

无线温湿度监测、照明控制和无线恒温器常用于商业应用。一些视频监控摄像机使用无线而不是同轴电缆。手机无线支付系统有望彻底改变商业。

行业

业界有线连接逐渐被无线取代。流量、湿度、温度和压力的远程监控是常见的应用。机器人、工业流程和机床的无线控制提高了工业环境的便利性并促进了经济发展。M2M技术为汽车定位(GPS)和监控自动售货机等许多应用打开了大门。物联网主要是无线的。射频识别技术使得追踪和定位几乎任何东西变得更加容易。

总之,这些短距离无线通信技术在不同的应用场景中具有各自的优势和特点,可以根据具体的需求选择合适的技术进行应用。

责任编辑:华轩 来源: 千家网
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