中国电子技术网

设为首页 网站地图 加入收藏

 
 

短距离无线传输技术分析

关键词:短距离无线传输

时间:2017-12-12 10:21:25      来源:网络

无线网络应用广泛,而在需要低耗电、较少量资料传输的家电控制、物件辨识,大多会采用短距离无线技术,例如红外线、蓝牙、ZigBeeANT等等。随著物联网的兴起,各技术都各有所长,也正互相较劲中,以下就来看看这些技术。

无线网络的分类

无线通讯的应用普及,摆脱传统有线通讯的枷锁,让各种行动装置都能够随时随地连接上网。不过在需要长时间运行、超低耗电、传输少量资料的应用场合,例如家电控制、物件辨识、医疗照护、建筑自动化等等,就不适合高耗电的Wi-Fi传输协定。

 

 

以无线传感器网络(Wireless Sensor NetworksWSN)为例,其所构成的内部网络,很多还是采用一些工业标准的无线传输协定,例如ZigBee6LowPANWirelessHARTWIA-PAISA100等等,穿戴式感测用品主要使用ANT与低耗电蓝牙(BLE)协定,而仓储、门禁系统、电子钱包与则使用RFID等,而传统遥控器则使用红外线来传输、手机传输逐渐采用NFC。这些短距离的无线通讯技术,在当今云端(Cloud)、物联网(IoT)流行之际,逐渐跃升为主角。

老朋友、新应用的红外线“光通讯”传输技术

红外线这个老牌的技术,早已普遍应用在摄影、感应、传输、侦测、控制、条形码扫描、鼠标等各种场合,其衍生出来的各式产品种类繁多,而一些超大屏幕的触控技术,也是采用红外线的感应技术来实现。

红外线通讯属于无线光通讯中应用最广、历史最悠久的短距通讯技术。当今的许多家电遥控器,仍采红外线遥控设计。而在数据传输部份,其专属协会IrDA1993年成立,制定红外线传输工业标准,SIR (Serial Infrared)模式速度在9.6K~115.2K bps,而FIR (Fast Infrared)模式则达4M bps,传输距离在1米内,对传角度在30度以内。早期的笔记本电脑、PDA、行动装置,均内建IrDA红外线技术,来进行资料同步与传输。

由于红外线传输速度较慢,虽说新的VFIRUFIR、甚至Giga-IR(可达1Gbps)等标准已经发表,但光通讯技术易受障碍物遮蔽而导致传输中断,再加上更多先进的短距射频通讯技术被开发之后,红外线通讯在主流ICT产品的应用上,已经逐渐式微。如今许多新款的智能型手机,已改用(NFCNear Field Communication,近场通讯协定),来做为资料传输、电子支付等应用。

争夺短距通信标准 ANT、蓝牙、ZigBee较劲 

无线电(Radio)射频(RF)技术,不像光那样会受到障碍物影响,是当今应用最广泛的无线传输技术。发射方透过天线射出电磁波,接收方透过适配器与解调动作,即可收讯,早期大量应用在广播、电视、通信等用途。

后来在数码通讯应用上,除了以IEEE 802.11为基础的Wi-FiWLAN传输标准外,在短距离通讯部份,则有IEEE 802.15.1的蓝牙、ANTZigBee技术,皆采2.4GHzISM band (工业/科学/医学专属频段)作为标准。

蓝牙技术最早由易立信(Ericsson)1994年发起,主要针对手机和配件(如耳机)间进行低功耗、低成本的无线通讯联机。后来蓝牙协会成立,在各大ICT厂商的推广之下,如今蓝牙已成为短距传输的主流标准之一,广泛应用于手机、平板、游戏机、耳机、立体声音频串流、汽车、计算机,与穿戴式装置等产品。

蓝牙主攻个人区域网络(PAN),“传统蓝牙”标准主要作为讯息传递、装置联机为目标,传输速度为13Mbps,距离10米或100米;另“高速蓝牙”(Bluetooth HS)主攻数据交换与传输,速度为传统蓝牙8倍;至于“低耗电蓝牙”(BLEBluetooth Low Energy,亦称作Bluetooth Smart)则是针对穿戴式装置(如手表、体育健身/医疗保健产品)或工业自动化之低耗电需求,于2010年所公布的分支标准,距离在30米以内,传输速度为1Mbps

ANT Wireless无线传输技术,是由Dynastream Innovations公司所主导。ANT主打PAN应用,且基于无线感应网络之短距传输需求而制定的标准,传输速度为20Kbps,采自适应同步网络架构,确保各装置在传输时不受其它讯号干扰。

BLE一样,ANT具超低耗电特性,使用钮扣电池可维持1年以上,普遍应用在体育健身、医疗保健、穿戴式装置等产品上。而ANT+ANT的延伸协定,可定义不同厂商产品的装置参数(包含心律器、单车速度、力量/重量范围等等),以便互享传感器数据资料。由于市面上许多ICT装置并不支持ANT协定,加上BLE也以低耗电、兼容于ICT产品来抢市,使得许多厂商逐渐采用ANT+BLE双模芯片来设计上述产品,以提升产品互连兼容性。

2005年开始崭露头角的ZigBee协定,同样也基于PAN应用,以IEEE 802.15.4标准规范之无线网状网络节点为架构,具备低成本、低功耗特性,传输速度在250Kbps,距离10~20公尺,广泛应用在远程监控/遥控(如家用灯控),自动化(家庭、建筑、工厂等)以及无线感测网络(WSN)产品中。其网络拓扑可支持Star(星状)Cluster Tree(簇树状)Mesh(网状)型态,被业界视为智能建筑(Smart Building)、物联网(IoT)最广泛的协定之一。

ZigBee v1.2 (又称ZigBee PROZigBee 2007),涵盖了: 家庭自动化、智能能源、通信服务、医疗保健、Light Link(灯光控制)、建筑自动化、闸道器、以及Green Power(绿能)等协定,运用广泛。而ZigBee RF4CE (消费性电子之无线电)以取代遥控器、输入装置为主,与BLE抢市。

WSN专用的IoT网络协定

无线感测网络(WSN)之节点(Node)间传输,除采用ZigBee协定,另也有采用ISA100WirelessHARTWIA-PA6LowPAN等嵌入式产品专用的通讯协定。以IETF (Internet Engineering Task Force)制定的6LoWPAN开放标准,支持IPv6,让路由器可休眠,免闸道器设置,适合WSN低规、低耗的客制化环境,故也广被ZigBee IPETSI M2MISA 100.11aBLE等无线网络技术所采纳。

新一代的无线传输技术

其它无线传输技术中,像Sony2008年发表的TransferJet,就是以近场通讯(NFC)结合超宽频(UWB)的基础,采用电感磁场技术,两个装置只要在相距几公分内,资料传输率可高达375Mbps;若采用4.48GHz频带,传输速率更高达560Mbps,能应用在手机、游戏机、数码相机、摄摄像机、计算机、电视、与打印机等产品。

TransferJet2013年开始崭露头角,并有一系列外围产品上市。TransferJet协会最近也与SDA协会合作,共同推广TransferJet的应用。东芝更推出microSDIOTransferJet无线网卡、与USB/microUSB网络卡,以做为手机超高速传输之用。

另外值得一提、尚在研发阶段的无线传输技术,就是Li-Fi (灯光上网技术,Light Fidelity),跟红外线类似的光通讯技术,但Li-Fi是利用可见光(LED)来做沟通,速度号称比传统Wi-Fi10倍以上。由于灯光也是一种电磁波,加上灯光的频率较一般Wi-Fi讯号高出10万倍,肉眼难以察觉,因此只要让LED灯泡快速地闪烁,搭配专属的Li-Fi适配器,即可做为资料传递的目的。

该技术最早是由德国物理学家Harald Haas博士,于201110月提出可见光通讯(VLCVisible Light Communication)的概念,同时成立Li-Fi Consortium联盟推广其应用。只是后来该技术被上海复旦大学研究成功,于201310月发表成功案例,能在单一LED灯源下提供4台装置同时上网、互传资料,平均速度达150Mbps

除了欧洲的Li-Fi,亚洲也组成VLC(可见光通讯)联盟,有CasioNECPanasonic、三星、夏普、东芝、NTT Docomo等成员,致力推动光通讯的无线PAN计划草案,与RFIrDA的标准互别苗头。在台湾,台北科技大学光电工程系吕海涵教授于20144月透过红光雷射光进行传输实验,结果高达10Gbps速度、与最长17.5米的距离,为全球首位成功案例。但光通讯有无法折射、怕阻挡物、接收角度受限等缺点,再度加上成本高、耗电大,因此尚无法完全取代Wi-Fi


图说:各种无线传输技术标准比较图 (lificonsortium.org)

 

猜你喜欢

  • Vivado专家系列:高速时序收敛的技巧 赛灵思“Vivado专家系列”研讨会将由来自赛灵思Vivado开发者及资深技术支持团队成员为您带来包括技术分享、设计方法学、设计技巧等内容,以帮助用户快速提高其基于FPGA 的设计效率。此次研讨会为该系列的第一期,旨在深入剖析Vivado高速时序收敛技术。另外我们还将总结高速设计面临的挑战,介绍设计分析、设计向导以及设计复杂性和拥塞的分析方法。 赛灵思     2018年02月01日     注册