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短距离无线通信的挑战与前景

介绍了短距离无线通信的背景与内涵，比较分析了现有的短距离

无线通信技术的技术特点和技术难点，主要包括WLAN、Bluetooth、

Zigbee、UWB、NFC和60GHz通信等短距离通信技术。

一、背景与内涵

目前的移动通信向大宽带、高速率、大容量、多媒体的方向发展，

频率资源和通信容量的之间矛盾日益突出，如何使用一种更好的无线

方法建立起设备之间的信息传输，这给各种短距离无线通信技术和网

络的发展提供了广阔空间。

短距离无线通信并没有一个严格的定义。一般意义上，只要通信

收发双方通过无线电波传输信息，单跳传输距离限制在较短（通常最

远为数百米）的范围内，就可以称为短距离无线通信。短距离无线通

信的特点是：通信距离短，在在几厘米到几百米；功耗低，无线发射

功率在W到mW量级；不需要申请频率资源使用许可证（ISM，CR等）

应用场景众多，特别是频率资源稀缺情况。

短距离无线通信技术大部分工作在2.4G(2.45G±50MHz)和5G

（5.8G±0.75G）频段。短距离无线通信主要是实现空间复用，即实

现小范围的热点覆盖，如何避免多用户之间的相互干扰成为其技术难

点问题。

二、现有的短距离无线通信技术

1、WLAN
WLAN工作在ISM频段，包括2.4G和5G两个频段。在这些频段

上，互不干扰的频段十分有限。为了进行频谱共享，在ＷＬＡＮ中采

用ＡＬＯＨＡ接入方式，包括PureＡＬＯＨＡ和SlottedＡＬＯＨ

Ａ，并分析了其吞吐率和信道的利用效率。ＡＬＯＨＡ不进行载波侦

听，想发送就可以发送，适用于任何无协调关系的多用户争用信道。

在ALOHA协议中，各站点在发送数据时从不考虑其它站点是否已经在

发送数据，这样会引起许多冲突。对一个大的WLAN网络来说，同一

信道常常需要被不同AP使用,两个AP之间将根据CSMA/CA原则，进

行互相退避，实现干扰回避。

2、Bluetooth

蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，它可以在

较小的范围内，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、

相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙工作在全球通用的

2.4GHzISM(即工业、科学、医学）频段，其技术演进从蓝牙1.0、

蓝牙2.0、蓝牙3.0发展到最新的蓝牙4.0技术规范版本。

蓝牙技术为了回避干扰，采用时分多址和高速跳频方案以确保链

路稳定。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包

更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。采用FEC抑制了长距离链路的

随机噪音，采用了二进制调频技术的跳频收发器来抑制干扰和防止衰

落。

3、Zigbee

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成
本的双向无线通信技术，要应用在短距离范围之内并且数据传输速率

不高的各种电子设备之间。ZigBee使用2.4GHz波段，采用扩频技

术抗干扰，其特点是：低功耗、成本低、短时延、网络容量大、可靠

性高、安全性强。

ZigBee采用扩频方式进行抗干扰，采用预约+竞争的机制实现频

谱共享。ZigBee协议栈是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，包

括IEEE802.15.4标准的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层、网络层

(NWK)、应用层和安全服务提供层等。

4、UWB

超宽带是指信号绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于等于20%，

就称之为超宽带信号。超宽带的发展历史一开始是使用脉冲无线电技

术，此技术可追溯至19世纪。后来由Intel等大公司提出了应用了

UWB的MB-OFDM技术方案。

UWB的实现方式，类似于基带信号，可采用OOK，脉冲振幅调制

或脉位调制。UWB无线系统的关键技术主要包括：脉冲信号串(发送

源)的产生方法，脉冲串的调制方法，适用于UWB有效的天线设计方

法及接收机的设计方法等。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带

宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势。

5、NFC

NFC是近场通信技术，是一种短距离的高频无线通信技术，允许

电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。

NFC通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递信息，具有双
向连接和识别的特点。NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点，提

供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。通过NFC，电脑、数

码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，

进而实现数据交换和服务。NFC可用于智能媒体、付款和购票、电

子票证等方面。

6、60GHz（毫米波）通信

当前无线通信频谱资源越来越紧张，而数据传输速率越来越高，