短程无线电波如何改变生活

作者

PeterKarlsson，u-blox短程通信高级技术总监

在忙碌一天后，您回到装有智能家居设备的家里。手机会自动连接到本地网络，室内温度也很舒适，不冷也不热。当您坐在最喜欢的沙发上，插上耳机准备聆听一首动听的乐曲的时候，家里人走过来让您连接设备共享给他一些文件。在这个等待传输过程中，你被一台曾经属于你祖母的旧收音机吸引了目光。刹那间，一切都怅然若失了，你瞥见了过去，回想着过去十年的林林总总，那时还没有这些短程无线技术。

上面说到的这些，都需要通过以光速在空气中传播的无线电波来传输数据。虽然我们无法观测到它们，但无线电波确实是在不同频率和距离的发射器和接收器之间传输着大量的信息。作为一种基础的、无处不在的信息载体，短程无线技术现已成为我们日常生活的一部分。要实现这一点，必须先取得许多科学和技术发展。

回望短程通信的前世

电报是最开始的雏形，在19世纪初的几十年时间里这项技术取得了革命性发展。19世纪80年代，Heinrich Hertz证明了电磁波（包括无线电波）的存在，也证实了通过空气收发电波的可能性。在此基础上，Guillermo Marconi于1895年成功发送了无线信息。

在世纪之交，无线电波在通信中的应用可谓是一项重大创新。由于无线电的发现以及发射机和接收机的进一步发展，到20世纪20年代，人们已经可以远程发送信息、广播媒体、聆听人声和音乐。

收音机在短短几十年内就进入了千家万户。音频传输开启了通信技术的新篇章，视觉广播则成为下一个挑战。电视随之也迅速成为下一个广泛应用的通信技术。

这些早期通信和广播工具的共同点是需要使用大功率发射机和频谱较低部分的无线电频率信道。当时，它们被定义为长波、中波和短波。但自20世纪60年代以来，为每条通信链路使用特定频段或信道比提及波长更为常见。

几十年以来，这些发展主要集中在完善广播技术、扩大远距离通信的范围以及覆盖更远的地方。但故事并未就此结束。科学家和工程师们又向前迈进了几步，开始在许可频谱中试验用于移动应用的蜂窝技术，并在免许可频谱中试验短程无线电和无线技术，为个人和数据通信开辟了新的可能性。

短程无线电和蜂窝无线电技术的历史过程非常具有故事性。因此，我们目前将重点介绍前者，而未来的文章中将介绍后者。

短程无线电

蓝牙和Wi-Fi是最常见的短程无线技术。智能手机和许多其他设备中嵌入的短程无线芯片和模块使这种通信成为可能，使它们能够与附近的其他设备连接和通信。

长距离传输基础设施和广播系统部署成熟之后，大约四十年前，人们突然对短距离通信产生了兴趣。美国联邦通信委员会扩大了无线电频谱频率，允许民用设备在900 MHz、2.4 GHz和5.8 GHz频段进行传输。随着各种通信技术的发展，短程无线技术时代即将来临。

Wi-Fi

如今，当我们到达一个新地方时，无论是朋友家、餐厅还是火车站，第一件事就是要求Wi-Fi密码。一旦你的手机“接入”，通过无线电波的高速数据传输就开始了。

20世纪80年代的时候，您都在忙什么？当我们许多人沉浸在时尚、音乐和电影等这些80年代的娱乐文化中时，科技公司正忙于建设无线局域网（WLAN）的基础设施。依靠这些基础设施，制造商开始生产大量设备。很快，不同品牌设备之间的不兼容性也开启了一个不确定性时期，这个时期非常需要一个通用的无线标准。

1997年的一项协议结束了这一时期。电气与电子工程师协会发布了通用的802.11标准，联合了业内一些最大的公司，为无线以太网兼容性联盟（WECA）的成立铺平了道路。有了802.11标准，不久后被称为Wi-Fi的技术就诞生了。

2000年，Wi-Fi联盟组织继续推广新的无线网络技术，并推广了Wi-Fi（无线保真）这一术语。在随后的几年里，联盟成员为确保Wi-Fi产品的安全应用、用例和互操作性付出了大量努力。

蓝牙

随身听是80年代的一项标志性技术。它小巧便携，人人都爱。将磁带混在一起听至少一个小时的音乐，就像在Spotify上创建自己喜欢的歌曲列表一样。

随身听发明于20世纪70年代末，是一款革命性的产品，在市场上畅销了约40年，并在前20年达到销售高峰。

虽然这项技术极具创新性，但却有一个重大缺陷：线材。当你运动或从事任何需要移动的活动时，难免会被周围的物体卡住或缠住。

蓝牙技术的创意源于1953年出生的瑞典医生Johan Ullman于1989年获得的一项专利。他在研究移动电话的模拟无线耳机时获得了这项专利，灵感可能来自使用随身听时线材缠绕的不便。他的研究成果为无线耳机的发展奠定了基础。

20世纪90年代，爱立信重要的努力之一，就是致力于实现Ullman的想法。在Ullman专利和1992年另一项专利的基础上，时任爱立信移动首席技术官的Nils Rydbeck委托Sven Mattisson领导的工程师团队开发了我们今天所熟知的蓝牙技术。为了纪念Harald Bluetooth，爱立信于1999年在隆德竖立了一座现代石碑，纪念这项创新技术的诞生。

Thread

虽然这种网络协议没有被定义为短程技术，但它是智能家居和物联网（IoT）应用的最新工具。它的优势在于可以提供可靠、低功耗和安全的连接。

Thread的起源可以追溯到2013年，当时Nest Labs的一个团队着手为智能家居设备开发一种新的网络协议。在此之前，该公司曾开发过一个名为Nest Weave的早期版本。与早期的Wi-Fi一样，这个版本也存在一个重大缺陷：不同制造商的设备之间缺乏互操作性。

随着物联网设备的出现，对特定网络协议的需求变得显而易见。2015年，Thread Group（最初由包括三星在内的七家公司组成，后来谷歌和苹果也加入其中）发布了Thread规范1.0。

该规范定义了为物联网设备设计的网络协议的细节。对于制造商来说，该协议至关重要，它有助于开发安全可靠的Thread兼容设备，并促进家庭环境中智能设备之间的通信。

该网络协议的独特之处在于其网状网络架构，这也是其与众不同之处。该架构可使多个设备或节点组成一个分段网状网络，其中每个设备都能与网络中的其他成员进行通信。网状拓扑结构使通信高效可靠，即使特定节点发生故障或不可用时也是如此。

在过去的十年中，Thread技术获得了广泛的关注和支持，尤其是在为智能家居和物联网生态系统开发解决方案的公司中。设备制造商、半导体公司、软件开发商和服务提供商都认识到了这一协议对于构建互联互通的智能家居系统的重要性。

无线传输的数据量从未像今天这样巨大。电子设备之间的信号传输呈指数级增长。无论是长距离还是短距离电波，都能实现设备之间的传输和通信，例如加入网络访问互联网。现在，无数无线电波包围着我们。

在过去的 34 年中，这些短程技术（包括协议）为汽车、工业自动化等各行各业的互联互通做出了贡献。直到最近几年，它们才各自独立完成了这些工作。

如今，制造商和其他利益相关者面临的挑战是为每种应用选择最合适的技术，如蓝牙或Thread。他们还意识到，将这些技术结合起来可以进一步推动物联网连接的可能性。

下一次，当您将智能手机连接到无线耳机、在咖啡馆询问网络密码或在Thread网络上与同事交流时，请花点时间记住在这样一个互联世界中生活所需的步骤。

/关于u-blox公司/

瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）专注于为客户提供丰富的芯片和模块产品以及全面的物联网服务，赋能客户以实现精准定位与万物互联。我们凭借业界领先的解决方案持续推动未来汽车与物联网行业的创新升级。u-blox公司总部设于瑞士苏黎世塔尔维尔，目前全球员工约1,400名，可为客户量身打造出兼具精准、智能和可持续性的解决方案。