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单位代码01学号xxxxxxxxx分类号TN92密级文献综述关于短距离无线通信技术发展方向的综述院（系）名称信息工程学院专业名称电子信息工程学生姓名xxx指导教师xxx2013年3月21日黄河科技学院毕业设计（文献综述）第1页关于短距离无线通信技术发展方向的综述摘要近年来，由于数据通信需求的推动，加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展，短距离无线与移动通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术、蓝牙技术、UWB技术，以及紫峰（ZigBee）技术、射频识别（RFID）技术等取得了令人瞩目的成就。本文简要分析了WLAN，蓝牙，UWB，ZigBee以及RFID技术的工作原理，并详细综述了五种短距离无线通信技术的发展方向。关键词：短距离无线通信，工作原理，发展方向，关键技术黄河科技学院毕业设计（文献综述）第2页1引言随着因特网、计算机技术、多媒体、电子技术和无线通信技术的发展，因为人们对信息随时随地获取和交换的迫切需要，无线通信开始在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，人们与信息网络已经密不可分。当今无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通信技术一个重要分支的短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的关注。[1]作为无线通信技术的一个重要分支-短距离无线通信技术因其在技术、成本、可靠性及可实用性方面的突出优势，正逐渐引起人们越来越广泛的关注。短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线投通信。[2]它的技术特点在于：首先是低成本，这是短距离无线通信技术的客观要求；其次是低功耗，相对其他无线通信技术而言，由于其为近距离传输，愈大障碍物的概率也小，发射功率普遍都很低。本文按照课题要求，概述了短距离无线通信技术的发展，详细分析了其主要设计方案，具体分析比较了各个短距离无线通信的发展现状，为毕业设计课题的完成提供了理论依据和设计基础。2主流无线通信技术多年来，人们不断探索形成了当今令人眼花缭乱的短距离无线通信协议和相关产品。其中最为广泛WLAN技术、蓝牙技术、紫蜂技术、UWB技术以及RFID技术。他们基本上覆盖了目前市面的各种应用需求，在各自的领域发挥着巨大的作用。以下将简要概括WLAN技术，蓝牙技术，UWB技术，ZigBee技术以及RFID的工作原理，技术实现方法及其发展前景。2.1蓝牙技术2.1.1蓝牙技术的原理蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术，通过编码运算增加了发送比特的数量，扩大了使用的带宽。蓝牙使用跳频方式来扩展频谱。跳频扩频使得黄河科技学院毕业设计（文献综述）第3页带宽上信号的功率谱密度降低，从而大大提高了系统抗电磁干扰、抗串话干扰的能力，使得蓝牙的无线数据传输更加可靠。[3]蓝牙的具体实施依赖于应用软件、蓝牙存储栈、硬件及天线4个部分，适用于包括任何数据、图像、声音等短距离通信的场合。蓝牙技术可以代替蜂窝电话和远端网络之间通信时所用的有线电缆，提供新的多功能耳机，从而在蜂窝电话、PC甚至随身听等中使用，也可用于笔记本电脑、个人数字助理、蜂窝电话等之间的名片数据交换。协议可以固化为一个芯片，可安置在各种智能终端。[4]2.1.2蓝牙技术的发展蓝牙无线接入技术如主干网络的神经末梢将通信技术渗透到各行各业。蓝牙无线通信技术的出现之所以引起企业界如此广泛的关注，就是因为它为其他领域的技术发展注入了鲜活的生命力。1.三合一电话。在任何地方均使用同一具电话，一机在手走遍天下。当你在办公室时，你的电话可以当作对讲机使用，不须支付任何电话费；在家时，你的电话可以当作无线电话使用，只须支付有线电话的费用；而当你出差旅游时，你的电话就可以当作行动电话使用，此时你才需要支付行动电话的费用。由于手机有高功率的电磁波，据报导证实电磁波会对人体造成伤害，但是由于蓝牙应用的是低功率，所以不会对人体有任何伤害，蓝牙收发话器对也有健康的好处。2.交互式会议。连接到每一位参与者做实时数据交换。在会议中，你能立即和其它参与者共同分享信息，也能以无线的方式操作投影机，这就比传统的会议记录更加灵活。3.网际网络桥接。漫游网际网络时不需要考虑连接的方式。在任何地方，当你使用你的笔记型计算机漫游Internet时，你不需要考虑你是要透过以行动电话无线的方式连结或是以有线的方式连结。[5]2.2UWB技术2.2.1UWB技术的基本原理\黄河科技学院毕业设计（文献综述）第4页UWB又被称为脉冲无线电(ImpulseRadio)，具体定义为相对带宽(信号带宽与中心频率的比)大于25％的信号或者是带宽超过1.5GHz的信号.UWB实质上是以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术，它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。[6]UWB的关键技术LUWB信号的编码UWB系统主要采用两种编码方式：跳时编码TH—UWB和直接序列编码DS—UWB。[7]2.2.２UWB的发展方向市场分析UWB对于我国而言，同样也是新生事物。就其技术本身而言，我国正在积极加入到UWB技术研究领域中去，很多科研机构和越来越多的高校已经将目光投向这一极具发展力的技术。国家无线电管理部门也在积极筹划，与国外先进UWB生产商进行技术交流，争取尽早制定我国UWB管理框架，为我国UWB市场尽早制定技术规则。(1)家用电视领域为适应信息社会的快速发展，科学家们意识到，数字电视的功能已远远超出原先设想的提供高清晰图像、高质量音响的范畴，数字电视还能够支持实现家庭信息化、宽频互联网、移动互联社区服务等人们企望的功能，而UWB技术的应用将会成为这一换代过程当中最为耀眼的卖点。(2)集成电路设计领域UWB技术的蓬勃发展，必定会带动集成电路设计领域的大发展。一方面，UWB技术的实现目前仅局限于一些国外公司或组织中，一旦UWB标准确定，并且通过我国无线电管理部门的设备检测和型号核准认证，它将会给我国的集成电路设计带来无限机遇。另外一方面，据有关研究组织称，UWB技术已经成功地应用于集成电路领域，并可在一定程度上取代模块之间的连线。如果这一技术得到发展，那么就好比是一个正反馈作用于UWB制造业，使UWB设备外围芯片技术得到更快的发展。(3)消费电子产品方面高速数据传输方面我国消费电子产品消费市场的不断膨胀给UWB技术的应用提供了绝好的发展机遇。以MP3为例：作为普及度越来越高的时尚类产品，MP3已经成为数码相机、笔记本、手机等流行消费电子产品之后的又一大行业。据数据统计，从2002年到2007年MP3的销售量逐年增长，对于消费者、产品开发商、制造商、销售商来说，黄河科技学院毕业设计（文献综述）第5页产品功能、数据质量、待机时间、传输速度4方面共占其购买考虑因素的65％。而高速数据传输恰恰是UWB的最大亮点，因此UWB技术的应用会给为消费电子领域带来一场前所未有的提速运动。(4)数字化家庭领域随着UWB技术的不断发展，智能家庭数据传输也将成为现实。UWB的近距离高质量通信会成为这一领域的中坚力量。据报道，韩国有1千万户家庭全面引入数字化生活方式，70％的韩国家庭可以收看双向数字电视，可以通过手机、因特网等各种设备实现对冰箱、空调等家用电器的远距离交互式操作，数字化家庭配备的电器产品也将具有相当的智能，如自我诊断功能等。数字化家庭将会给UWB技术一个非常好的施展才华的空间。[8]2.3WLAN技术2.3.1WLAN技术的原理无线局域网借助于无线电波和红外线两种媒体进行传输，按照其调制方法的区别，又可以将采用无线电波作为传输媒体的无线局域网划分为窄带调制方式和扩频方式。即无线局域网可归类为：窄带微波局域网、扩频局域网和红外线局域网。无线局域网通常由无线接入点AP（AccessPoint）和无线网卡组成。其信号覆盖范围，易于网络的跨荣；无需布线，安装便捷，灵活性和移动性高；采用OFDM技术，频谱利用率高。[9]2.3.2WLAN的发展WLAN未来会向着高带宽、广泛的方向发展，由于WLAN得2.4G频段干扰比较严重，未来新频率的引入将成为解决干扰的重要搜段。随着运营商布网规模的逐步夸大，势必将对WLAN设备的功能要求及射频指标进一步加严，同时AP/AC间的接口开放将使不同厂家之间的设备能够互联互通。[10]2.4ZigBee技术2.4.1ZigBee的工作原理紫蜂技术紫蜂技术，其英文名为ZigBee，是由英国的Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司、荷兰飞利浦公司等在2002年10月共同提出，研究开发的。黄河科技学院毕业设计（文献综述）第6页它是一种新的短距离无线通信技术。随着半导体技术、微系统技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，无线传感器网络的研究和应用正在世界各地展开，具有成本低、体积小、功耗低的ZigBee技术，无疑成为目前无线传感器网络中，作为无线通信应用的首选技术之一。[11]2.4.2ZigBee技术的发展在国内，目前ZigBee网络的应用范围非常广泛，很多我们想象不到的地方也在使用ZigBee技术。1、工业领域利用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动采集，分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。比如ZigBee技术不仅用来控制照明灯的开关，它还有一个用途是检查高速路上照明灯的工作情况。通过ZigBee网络，工程师通过计算机，就可以很清楚地监测到整个高速路上照明灯的工作情况，这是目前的一个热点应用。再如，ZigBee技术用于进出的控制，可以记录汽车的进出，也可以在人员进出时用于传输相关指纹来识别数据，进行身份认证。此外，通过ZigBee网络的路由器功能，它还可以用来实时监控煤矿内各点的安全状况，防止事故的发生。2、消费类电子方面现今我们也可以看到ZigBee用于家庭保安，消费者在家中的门和窗上都安装了Zi-gBee网络，当有人闯入时，ZigBee可以控制开启室内摄像装置，这些数据再通过Internet或WLAN网络反馈给主人，从而实现报警。当在家电产品如空调，热水器等安装ZigBee模块后，用户可以通过ZigBee无线网络来控制这些产品的开启。3、建筑智能化领域各种灯光的控制，气体的感应与监测，如煤气泄漏的感应和报警都可以应用ZigBee技术。三表（电表，气表和水表）上采用ZigBee技术，相关管理部门不但可以实现自动抄表功能，还可以监控仪表如电表的状态，防止偷电事件的发生。[12]2.5RFID技术2.5.1RFID的工作原理RFID系统原理典型的RFID系统由射频识别标签、读写器以及数据交换、管理系黄河科技学院毕业设计（文献综述）第7页统等组成。其中，装载识别信息的载体是射频识别标签，获取信息的装置称为射频读写器。射频识别标签与射频读写器之间利用感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，实现数据的交换，从而达到识别的目的。[13]2.5.2RFID的发展方向随着无线通信和微电子技术的发展，RFID技术的应用呈现了多样化的趋势，一方面随着电子标签的存储容量及CPU处理速度提高，RFID技术可以取代磁卡、智能卡在电子支付系统中使用；另一方面通过提高电子标签的读取速度、简化RFID标签功能，降低标签的成本，使得电子标签可以逐渐取代条码在商品物流广泛使用。[14]下面是一些最有前途的新型标签。1、无芯片标签无芯片标签能够更容易地使用在接近金属和液体的情况下或嵌入纸制品中，它们可以提供更大的灵活性和功能。采用表面声波技术的无芯片标签在供应链应用中显示出这种优点。其他有潜力的无芯片技术有可能革命性地改变RFID应用，它们使用纳米技术、基因技术甚至化学方法实现无芯片标签或物体的惟一标识，如纸币和产品标签。通过因特网可以找到开发和提供无芯片标签技术的厂商。2、电子印刷标签电子印刷包括使用导电墨水和标准的印刷方式印刷天线、晶体管甚至集成电路。在盒子或单品上廉价地印刷标签，扩大了日常生活中广泛使用的RFID应用。已经有少数公司使用导电墨水印刷标签天线