2013年01月08日10:15 來(lái)源：人民網(wǎng)-財(cái)經(jīng)頻道
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無(wú)線技術(shù)最新趨勢(shì)（一）：移動(dòng)通信篇
無(wú)線技術(shù)最新趨勢(shì)（二）：無(wú)線LAN篇
介紹無(wú)線技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)的第三次連載將把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)較近距離無(wú)線連接使用的無(wú)線PAN（個(gè)人局域網(wǎng)）技術(shù)。
智能手機(jī)的藍(lán)牙
無(wú)線PAN技術(shù)正在面向眾多用途不斷發(fā)展，本文將挑選最近尤其受到關(guān)注的三個(gè)用途，對(duì)其動(dòng)向進(jìn)行解說(shuō)。三個(gè)用途分別是（1）智能手機(jī)周邊、（2）醫(yī)療保健、（3）面向家庭能源管理的“HAN”（home area network，家庭局域網(wǎng)）。
首先，（1）智能手機(jī)周邊是指智能手機(jī)及其外設(shè)使用的無(wú)線PAN技術(shù)。在這個(gè)領(lǐng)域，普及度占?jí)旱剐詢?yōu)勢(shì)的當(dāng)屬近距離無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)“藍(lán)牙”。主要生產(chǎn)商的智能手機(jī)絕大多數(shù)都配備了藍(lán)牙通信功能，用于連接無(wú)線耳機(jī)和耳麥等。
藍(lán)牙的焦點(diǎn)在于最新版本“Version 4.0”中加入的低耗電量模式“Bluetooth Low Energy”，該模式又被稱作BluetoothLE或BLE，該模式的耗電量?jī)H為傳統(tǒng)藍(lán)牙的1/5～1/10，因此可以應(yīng)用于使用紐扣電池驅(qū)動(dòng)的小型設(shè)備。
縮小的包的最大長(zhǎng)度
BLE利用2.4GHz頻帶、使用跳頻方式的擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)收發(fā)電波這一點(diǎn)與現(xiàn)行藍(lán)牙相同。不同之處是跳頻利用的信道數(shù)量從過(guò)去的79個(gè)減少到了40個(gè)，相應(yīng)地，信道間隔擴(kuò)大到了2MHz。
為了減少消耗電流，數(shù)據(jù)收發(fā)需要的時(shí)間縮短到了300μs左右，不到過(guò)去的1/2。而且還通過(guò)大幅縮短需要輸出峰值電流的時(shí)間，延長(zhǎng)待機(jī)模式狀態(tài)下的時(shí)間，減少了消耗電流。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，收發(fā)的數(shù)據(jù)包的最大長(zhǎng)度控制在了現(xiàn)行藍(lán)牙的1/8左右。如此一來(lái)，實(shí)際最大數(shù)據(jù)傳輸速度有所降低，約為300kbps。
新版本的前身是諾基亞在2006年發(fā)布的低耗電無(wú)線技術(shù)“Wibree”。這是該公司為手表和傳感器產(chǎn)品提出的無(wú)線規(guī)范，博通、CSR等半導(dǎo)體廠商以及精工愛(ài)普生、太陽(yáng)誘電都在主導(dǎo)企業(yè)之列。但之后，隨著Wibree與藍(lán)牙合并，該技術(shù)被冠以了Low Energy的名稱。
醫(yī)療和保健用途
關(guān)于無(wú)線PAN的第二個(gè)動(dòng)向——醫(yī)療和保健，如今備受關(guān)注的標(biāo)準(zhǔn)是“IEEE802.15.6”。因?yàn)槭窃谌梭w周圍使用，所以也叫做“BAN”（body areanetwork，人體局域網(wǎng)）。
IEEE802.15.6是以應(yīng)用于醫(yī)療和保健領(lǐng)域?yàn)榍疤嶂贫ǖ臉?biāo)準(zhǔn)（表1），因此傳輸可靠性高，嚴(yán)格的安保、優(yōu)先傳輸緊急數(shù)據(jù)等功能均為基本性能。而且，因?yàn)樵O(shè)想的應(yīng)用對(duì)象是佩戴在身上的小型傳感器，所以耗電量控制在較低水平，可以使用紐扣電池驅(qū)動(dòng)。
表1：主要近距離無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)示例
因?yàn)槊嫦虻氖窃谌梭w周邊構(gòu)筑的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所以BAN的傳輸距離最大僅為2m左右。另外，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（樞紐與各傳感器節(jié)點(diǎn)的連接形態(tài)）僅限于星型，各節(jié)點(diǎn)的深度可以達(dá)到兩層。
通過(guò)使用能夠利用同一接口連接人體周圍的多個(gè)傳感器的IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)，包括掌握走路時(shí)的脂肪燃燒量、住院患者的監(jiān)控在內(nèi)，無(wú)線PAN有望進(jìn)入各種各樣的用途。
充分利用UWB和人體通信
IEEE802.15.6的物理層由3種無(wú)線方式構(gòu)成，分別是（1）窄帶（narrowband，NB）通信、（2）超寬帶（ultra wideband，UWB）通信、（3）人體通信（humanbody communications，HBC）。其中，窄帶通信使用的是400MHz頻帶到2.4GHz頻帶的頻率。
窄帶通信通過(guò)采用擴(kuò)散通信（反復(fù)發(fā)送）和具有良好糾錯(cuò)性能的BCH（bose chaudhuri hocquenghem）碼，確保了較低的誤碼率�？梢哉f(shuō)是能夠確保傳輸可靠性的通信方式。而且采用了包絡(luò)波動(dòng)小的調(diào)制方式和差分編碼/延遲檢測(cè)方式。各頻帶使用的方式相同。
超寬帶通信利用脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，分配到的帶寬為3.1G～10.6GHz，利用條件因國(guó)家和地區(qū)而異。這種方式通信時(shí)的傳輸功率密度極低，因此具備在現(xiàn)有無(wú)線系統(tǒng)使用的頻帶下也能夠?qū)崿F(xiàn)頻率共用的特點(diǎn)。
最后的人體通信是把人體作為信號(hào)傳輸媒介的通信方式。由于波長(zhǎng)較短，其傳輸距離自然也短，因此，無(wú)線通信借助的不是輻射電磁場(chǎng)，而是靜電場(chǎng)。中心頻率為21MHz或32MHz，如果是在日本使用，類別屬于微弱無(wú)線電臺(tái)。
還可充當(dāng)HEMS的傳輸媒介
無(wú)線PAN的第三個(gè)焦點(diǎn)動(dòng)向是用于家庭能源管理的“HAN” （home area network）。
HAN設(shè)想的用途是作為家庭內(nèi)部的空調(diào)、照明等基礎(chǔ)電器的能源管理系統(tǒng)“HEMS” （home energymanagement system）的傳輸媒介�！癏AN”的說(shuō)法最初主要出現(xiàn)在美國(guó)電力公司的討論之中。雖然也可以連接電視和個(gè)人電腦，但連接的主體是基礎(chǔ)電器和白色家電等。
HAN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不是大容量的視頻等數(shù)據(jù)，主要是電器控制指令、狀態(tài)報(bào)告等小型數(shù)據(jù)。因此，HAN對(duì)于傳輸容量沒(méi)有太高要求，傳輸速度只需達(dá)到大約幾十kbps即可。與傳輸性能相比，HAN注重的反而是家庭內(nèi)傳輸距離長(zhǎng)、能夠應(yīng)用于采用電池驅(qū)動(dòng)的傳感器產(chǎn)品的低功耗等方面。
在HAN的傳輸標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)“ZigBee”和“Z-Wave”比較受關(guān)注。以Zig-Bee為例，與無(wú)線LAN相比，其低功耗性能備受矚目，還支持多個(gè)終端串聯(lián)傳輸數(shù)據(jù)的“多次反射連接”等。過(guò)去，Zig-Bee與無(wú)線LAN一樣，主要使用2.4GHz頻帶，但目前，使用1GHz以下的頻帶延長(zhǎng)傳輸距離的舉動(dòng)也日漸活躍。例如在日本，受到期待的是920MHz頻帶的利用。
思科推進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)
從制定之初就以使用920MHz等較低頻帶的為前提的標(biāo)準(zhǔn)是“IEEE802.15.4g”（圖1）。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)由燃?xì)夤竞椭悄軆x表生產(chǎn)商主導(dǎo)制定，特點(diǎn)是功耗低。IEEE802.15.4g是物理層標(biāo)準(zhǔn)，必須要與IEEE802.15.4e等MAC層標(biāo)準(zhǔn)組合使用。
圖1：面向智能儀表的“IEEE802.15.4g” 支持各種頻帶和調(diào)制方式，符合各國(guó)的頻率規(guī)定（a）。（b）是NICT開(kāi)發(fā)的支持IEEE802.15.4g的無(wú)線收發(fā)模塊。
關(guān)于4g和4e，業(yè)內(nèi)企業(yè)成立了“Wi-SUN聯(lián)盟”，旨在對(duì)各公司產(chǎn)品之間的互聯(lián)性進(jìn)行認(rèn)證，并在思科系統(tǒng)和NICT等企業(yè)的主導(dǎo)下，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)制定工作。測(cè)試互聯(lián)性的活動(dòng)“Plug Festa”已經(jīng)在日本和新加坡成功舉辦。
IEEE802.15.4g支持400MHz～2.4GHz頻帶的眾多帶寬，調(diào)制方式也可以在4值FSK和OFDM中選擇。最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠利用傳輸速度、傳輸距離、易傳達(dá)性表現(xiàn)均衡的700M～900MHz頻帶的各個(gè)帶寬。另外，IEEE802.15.4g還想到了在IP網(wǎng)絡(luò)中的使用，最大幀長(zhǎng)度拓展到了2048字節(jié)（過(guò)去的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為127字節(jié)）。
IEEE802.15.4e以IEEE802.15.4的MAC層為基礎(chǔ)，通過(guò)使無(wú)線設(shè)備之間的通信待機(jī)動(dòng)作和數(shù)據(jù)收發(fā)動(dòng)作的時(shí)間相配合，增加間歇執(zhí)行等功能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電化。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）
