盘点：无线通信最新技术趋势

　　本节主要介绍较近距离无线连接使用的无线PAN（个人局域网）技术。

　　智能手机的蓝牙

　　无线PAN技术正在面向众多用途不断发展，本文将挑选最近尤其受到关注的三个用途，对其动向进行解说。三个用途分别是（1）智能手机周边、（2）医疗保健、（3）面向家庭能源管理的"HAN"（home area network，家庭局域网）。

　　首先，（1）智能手机周边是指智能手机及其外设使用的无线PAN技术。在这个领域，普及度占压倒性优势的当属近距离无线标准"蓝牙"。主要生产商的智能手机绝大多数都配备了蓝牙通信功能，用于连接无线耳机和耳麦等。

　　蓝牙的焦点在于最新版本"Version 4.0"中加入的低耗电量模式"Bluetooth Low Energy"，该模式又被称作BluetoothLE或BLE，该模式的耗电量仅为传统蓝牙的1/5～1/10，因此可以应用于使用纽扣电池驱动的小型设备。

　　缩小的包的最大长度

　　BLE利用2.4GHz频带、使用跳频方式的扩频技术来收发电波这一点与现行蓝牙相同。不同之处是跳频利用的信道数量从过去的79个减少到了40个，相应地，信道间隔扩大到了2MHz。

　　为了减少消耗电流，数据收发需要的时间缩短到了300μs左右，不到过去的1/2。而且还通过大幅缩短需要输出峰值电流的时间，延长待机模式状态下的时间，减少了消耗电流。为了实现这一点，收发的数据包的最大长度控制在了现行蓝牙的1/8左右。如此一来，实际最大数据传输速度有所降低，约为300kbps。

　　新版本的前身是诺基亚在2006年发布的低耗电无线技术"Wibree"。这是该公司为手表和传感器产品提出的无线规范，博通、CSR等半导体厂商以及精工爱普生、太阳诱电都在主导企业之列。但之后，随着Wibree与蓝牙合并，该技术被冠以了Low Energy的名称。

　　医疗和保健用途

　　关于无线PAN的第二个动向——医疗和保健，如今备受关注的标准是"IEEE802.15.6"。因为是在人体周围使用，所以也叫做"BAN"（body areanetwork，人体局域网）。

　　IEEE802.15.6是以应用于医疗和保健领域为前提制定的标准（表2），因此传输可靠性高，严格的安保、优先传输紧急数据等功能均为基本性能。而且，因为设想的应用对象是佩戴在身上的小型传感器，所以耗电量控制在较低水平，可以使用纽扣电池驱动。

　　表2：主要近距离无线通信标准示例

　　因为面向的是在人体周边构筑的无线网络，所以BAN的传输距离最大仅为2m左右。另外，网络拓扑结构（枢纽与各传感器节点的连接形态）仅限于星型，各节点的深度可以达到两层。

　　通过使用能够利用同一接口连接人体周围的多个传感器的IEEE802.15.6标准，包括掌握走路时的脂肪燃烧量、住院患者的监控在内，无线PAN有望进入各种各样的用途。

　　充分利用UWB和人体通信

　　IEEE802.15.6的物理层由3种无线方式构成，分别是（1）窄带（narrowband，NB）通信、（2）超宽带（ultra wideband，UWB）通信、（3）人体通信（humanbody communications，HBC）。其中，窄带通信使用的是400MHz频带到2.4GHz频带的频率。

　　窄带通信通过采用扩散通信（反复发送）和具有良好纠错性能的BCH（bose chaudhuri hocquenghem）码，确保了较低的误码率。可以说是能够确保传输可靠性的通信方式。而且采用了包络波动小的调制方式和差分编码/延迟检测方式。各频带使用的方式相同。

　　超宽带通信利用脉冲来传输数据，分配到的带宽为3.1G～10.6GHz，利用条件因国家和地区而异。这种方式通信时的传输功率密度极低，因此具备在现有无线系统使用的频带下也能够实现频率共用的特点。

　　最后的人体通信是把人体作为信号传输媒介的通信方式。由于波长较短，其传输距离自然也短，因此，无线通信借助的不是辐射电磁场，而是静电场。中心频率为21MHz或32MHz，如果是在日本使用，类别属于微弱无线电台。

　　还可充当HEMS的传输媒介

　　无线PAN的第三个焦点动向是用于家庭能源管理的"HAN（home area network）"。

　　HAN设想的用途是作为家庭内部的空调、照明等基础电器的能源管理系统"HEMS（home energymanagement system）"的传输媒介。"HAN"的说法最初主要出现在美国电力公司的讨论之中。虽然也可以连接电视和个人电脑，但连接的主体是基础电器和白色家电等。

　　HAN传输的数据不是大容量的视频等数据，主要是电器控制指令、状态报告等小型数据。因此，HAN对于传输容量没有太高要求，传输速度只需达到大约几十kbps即可。与传输性能相比，HAN注重的反而是家庭内传输距离长、能够应用于采用电池驱动的传感器产品的低功耗等方面。

　　在HAN的传输标准中，无线标准"ZigBee"和"Z-Wave"比较受关注。以Zig-Bee为例，与无线LAN相比，其低功耗性能备受瞩目，还支持多个终端串联传输数据的"多次反射连接"等。过去，Zig-Bee与无线LAN一样，主要使用2.4GHz频带，但目前，使用1GHz以下的频带延长传输距离的举动也日渐活跃。例如在日本，受到期待的是920MHz频带的利用。

　　思科推进的标准

　　从制定之初就以使用920MHz等较低频带的为前提的标准是"IEEE802.15.4g"（图5）。这项标准由燃气公司和智能仪表生产商主导制定，特点是功耗低。IEEE802.15.4g是物理层标准，必须要与IEEE802.15.4e等MAC层标准组合使用。

　　图5：面向智能仪表的"IEEE802.15.4g" 支持各种频带和调制方式，符合各国的频率规定（a）。（b）是NICT开发的支持IEEE802.15.4g的无线收发模块。

　　关于4g和4e，业内企业成立了"Wi-SUN联盟"，旨在对各公司产品之间的互联性进行认证，并在思科系统和NICT等企业的主导下，开展标准制定工作。测试互联性的活动"Plug Festa"已经在日本和新加坡成功举办。

　　IEEE802.15.4g支持400MHz～2.4GHz频带的众多带宽，调制方式也可以在4值FSK和OFDM中选择。最大的优点是能够利用传输速度、传输距离、易传达性表现均衡的700M～900MHz频带的各个带宽。另外，IEEE802.15.4g还想到了在IP网络中的使用，最大帧长度拓展到了2048字节（过去的IEEE802.15.4标准为127字节）。

　　IEEE802.15.4e以IEEE802.15.4的MAC层为基础，通过使无线设备之间的通信待机动作和数据收发动作的时间相配合，增加间歇执行等功能，实现了节电化。