短距離無線通訊技術有哪些？

短距離無線通訊技術

短距離無線通訊技術是一種遠端節點在極短距離內連線的網路協定。短距離無線電通訊可以最大限度地減少功耗、體積、熱量和成本。它還具有廣泛的場景、技術和要求，使其成為商業樓宇自動化、高密度溫室傳感和住宅能源監控的理想解決方案。大多數都是以小型、低成本IC或完整外掛程式模組的形式實作的。本文將短距離無線通訊技術定義為在本地互動範圍內提供無線連線的系統，並將其分為以下型別。
1、藍芽
藍芽是一種基於IEEE802.5.1標準的短距離無線通訊技術，其功耗比WiFi低。藍芽最初設計用於從個人電腦到滑鼠、鍵盤、印表機、手機、耳機、個人數位助理等外圍裝置的數據傳輸。對於這些型別的套用，藍芽稱為WPAN（無線個人區域網路）。藍芽使用星形網路拓撲，允許最多七個裝置的簡單網路與單個存取點進行通訊。
藍芽工作在2.4HzISM頻段，並使用GFSK、差分DQPSK或(8DPSK)跳頻展頻進行調變。GFSK的總基本數據速率為1mbit/s、DQPSK2mbits/s和3mbits/s對於8DPSK，還有3個功率級別：0dBm（1mW）、4dBm（2.5mW）和20dBm（100mW），這基本上決定了標準距離在十米左右，最大功率在100公尺以上，路徑清晰。
2、Wi-fi
Wi-fi是一種基於IEEE802.11系列標準的短距離無線通訊技術。它通常用於PC膝上型電腦和桌上型電腦、智慧型電視、智慧型手機、無人機、智慧音箱、印表機和汽車。Wi-Fi頻段具有相當高的吸收率，最適合視線使用。許多常見的障礙物，例如墻壁、家用電器等，可能會大大縮小範圍。然而，它也有助於減少不同網路之間的幹擾。
IEEE802.11a工作頻率為5GHz，最大數據速率為54Mbps。IEEE802.11b和IEEE802.11g工作頻率為2.4GHz，最大數據傳輸速率分別為11Mbps和54Mbps。此外，還有多種不同的無線頻率範圍可用於WiFi通訊：900MHz、2.4GHz、5GHz、5.9GHz和60GHz頻段。每個範圍分為多個通道。每個國家對允許的渠道都有自己的規定。ISM頻段範圍也被廣泛使用。
Wi-Fi嵌入式模組可與任何附近的基站互操作，並具有高達300英尺的標準Wi-Fi範圍和高吞吐量。這部份抵消了Wi-Fi的額外配置復雜性以及更耗電的協定的額外成本，使其成為向現有網路添加裝置的理想選擇。只需確保準備計劃包含大量資源，以便長期管理多個身份驗證設定。
3、ZigBee
ZigBee是一種基於IEEE802.15.4的短距離無線通訊協定。它用於建立具有低功耗和小型數位無線電的PAN，這些無線電比藍芽或Wi-Fi等其他無線個域網(Wpan)更便宜，可用於家庭自動化和醫療裝置數據收集。套用包括交通管理系統、無線燈開關、帶家用顯視器的電表以及其他需要短距離、低速率無線數據傳輸的裝置。綜上所述，Zigbee是一種低功耗、低數據速率、近距離（即個人區域）無線網路。
該標準在2.4至2.4835GHz（全球）、902至928MHz（美國和澳洲）和868至868.6MHz（歐洲）的免授權ISM頻段執行。這16個通道分配在2.4GHz頻段，間隔5MHz，但每個通道僅使用2MHz頻寬。該無線電使用直接序列展頻編碼。數位流將其管理到調變器中。BPSK在868和915MHz頻段執行，OQPSK在2.4GHz頻段執行，每個符號傳輸2位。
2.4GHz頻段的原始無線數據速率為每通道250kbit/s，915MHz頻段為每通道40kbit/s，868MHz頻段為每通道20kbit/s。對於室內套用，2.4GHz傳輸範圍為10-20公尺。
4、超寬頻
超寬頻(UWB)是WiMedia聯盟定義的短距離無線電通訊技術標準。它可以利用超低功耗避免在3.1~10.6GHZ指定頻段內的幹擾，進行短距離、高頻寬通訊。最大通訊距離約為十米。在大多數套用中，範圍小於幾米。頻段被劃分為多個528-mhz寬的通道。數據速率範圍為53mbits/s至480mbits/s。UWB主要為電視、相機、膝上型電腦等提供高速數據連線。最近的套用集中在傳感器數據收集、跟蹤套用和精確定位。與展頻不同，UWB的傳輸方式不會影響傳統窄帶和同一頻段內的載波傳輸。
5、紅外（IR）
紅外無線采用低頻、不可見光連線，而不是無線電。主要波長範圍為850～940μm。發射器采用紅外發光二極體，接收器采用二極體光電探測器和放大器。光波通常用高頻訊號進行調變，然後對高頻訊號進行編碼和調變以進行傳輸。
IrDA是一個單獨的數據傳輸標準。紅外數據協會維護其規範。增加速率範圍為9.6～115.2kbits/s，包括4mbits/s、16mbits/s、96mbits/s、512mbits/s～1gbit/s。5和10gbit/s速率的新標準正在開發中，範圍小於一米。
IR有幾個主要優點。首先，由於它是光而不是無線電波，因此不易受到任何形式的無線電幹擾。其次，它的訊號很難被攔截或欺騙，因此安全性很高。
紅外光譜曾經廣泛套用於印表機、膝上型電腦和相機。它已很大程度上被藍芽、Wi-Fi和其他短距離無線通訊技術所取代。目前消費類遙控器中仍普遍采用射頻遙控。
6、IEEE802.15.4
IEEE802.15.4的建立是為了支持點對點鏈路和無線傳感器網路。多種無線標準使用802.15.4標準作為PHY/MAC基礎
該標準定義了3個基本頻率距離。最常用的頻段是全球2.4GHzISM頻段。基本數據速率為250kbits/s。另一個範圍是美國的902-928MHZISM頻段(10頻道)。數據速率為40kbits/s或250kbits/s。
所有3個範圍都使用帶有BPSK或偏移QPSK的DSSS調變。最小定義功率電平為-3dBm(0.5mW)。0dbm是廣泛使用的功率電平。20dbm級別用於遠端套用，其典型範圍不超過10公尺。
7、IEEE802.22
IEEE802.22標準，也稱為無線區域網路(WRAN)標準，是最新的IEEE無線標準之一。它設計用於在未經授權的情況下在未使用的廣播電視訊道（稱為空白空間）上使用。6MHZ通道的頻率範圍為470MHZ至698MHZ。然而，該標準尚未被普遍采用。空白無線電使用專有協定和無線標準。
802.22無線電應滿足嚴格的要求，並行現因潛在幹擾電視台而未使用的頻道。無線電使用頻率靈活的電路來掃描未使用的通道並監聽潛在的幹擾訊號。基站與多個固定位置的使用者進行放射狀通訊，以獲得互聯網接入或其他服務。
該標準提供足夠的頻譜效率，以滿足多個使用者通道的需求，下載速度高達1.5Mbit/s，上傳速度高達384kbit/s。每個6MHz通道的最大數據速率在18至22mbits/s之間。22的最大優點是它同時使用VHF和低頻UHF頻率，並且可以提供非常長距離的連線。最大允許有效全向放射線功率(EIRP)為4W，基站範圍可達100公裏（近60英裏）。
8、ISM頻段
最常用的ISM頻段是2.4至2.483GHz，用於Wi-Fi、無繩電話、藍芽、802.15.4無線電等。第二個最流行的頻段是902-928-mhz頻段。
其他廣泛使用的ISM頻率包括用於RKE套用和車庫門開啟的315MHz以及用於遠端溫度監控的433MHz。其他不太常用的頻率有13.56MHz、27MHz和72MHz。
9、近場通訊
近場通訊（NFC）是一種超短距離無線通訊技術，主要用於類似套用和安全支付交易。它的最大範圍約為20厘米，典型連線距離為4至5厘米。如此短的距離提高了連線安全性，而且連線安全性也是加密的。許多智慧型手機都具備NFC功能，目標是實作NFC支付系統，讓消費者可以用手機點選支付。
NFC使用13.56MHz的ISM管理頻率。在此較低頻率下，發射環路天線和接收環路天線。傳輸是透過訊號的磁場而不是伴隨的電場進行的。
NFC還用於讀取標簽。無電源標簽將射頻訊號轉換為直流電源，為處理器和記憶體提供特定於套用的資訊。許多NFC收發器芯片可用於實作新的套用，並且存在多種標準。
10、射頻辨識
射頻辨識（RFID）主要用於辨識、定位、跟蹤和管理庫存。附近的閱讀器發送高功率射頻訊號為無源標簽供電，然後讀取標簽記憶體中儲存的數據。
RFID標簽扁平、便宜、小，可以貼在任何需要辨識或監控的東西上。在某些套用中，它們取代了條形碼。RFID采用13.56MHz的ISM頻率，但也使用其他頻率，包括125kHz、134.5kHz以及902-928MHz範圍內的頻率。存在各種ISO/IEC標準。
11、6 LoWPAN
6 LoWPAN是指低功耗無線PAN中的IPv6協定。它由ITEF開發，提供了一種透過低功耗無線網狀網路和點對點鏈路傳輸IPv4和IPv6互聯網協定的方法。RFC4944還允許在最小的遠端裝置上實施物聯網。該協定為802.15.4無線電提供封裝和檔頭壓縮常式。
12、Z-wave
Z-wave是一種短距離無線網狀網路技術，最多可容納232個節點。在美國和加拿大，無線收發器在ISM頻段(908.42MHz)執行，但根據國家法規使用其他頻率。調變方式為GFSK。數據速率包括9600位/秒和40位/秒。在自由空間條件下，距離可達30公尺。穿透墻壁的範圍要短得多。Z-wave的主要套用是恒溫器、門鎖、家庭自動化、照明、煙霧探測器、安防和其他家用電器。
短距離無線通訊技術的典型套用
無線是幾乎所有新產品的一個簡單且低成本的補充，它還可以提高便利性、效能或行銷。

家用消費電子產品充滿了無線功能。幾乎所有娛樂產品都有紅外遙控器。能源計量和配件監視器、遠端溫度計、無線恒溫器和其他天氣監視器、安全系統、車庫門開啟器、智慧停車傳感器也連線到無線網路。幾乎每個家庭都有Wi-Fi連線。

無線溫濕度監測、照明控制和無線恒溫器常用於商業套用。一些視訊監控攝影機使用無線而不是同軸電纜。手機無線支付系統有望徹底改變商業。

業界有線連線逐漸被無線取代。流量、濕度、溫度和壓力的遠端監控是常見的套用。機器人、工業流程和機床的無線控制提高了工業環境的便利性並促進了經濟發展。M2M技術為汽車定位(GPS)和監控自動售貨機等許多套用開啟了大門。物聯網主要是無線的。射頻辨識技術使得追蹤和定位幾乎任何東西變得更加容易。
總之，這些短距離無線通訊技術在不同的套用場景中具有各自的優勢和特點，可以根據具體的需求選擇合適的技術進行套用。