交通領域近距離無線通信技術應用

秦婷婷

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

目前，近距離無線通信數據傳輸使用范圍不斷擴大，特別是無線局域網發展之下，近距離數據傳輸技術發展加速，如藍牙技術、紅外傳輸技術以及NFC 技術等。但是在具體的使用中，不同傳輸技術存在差異性，所以要加強分析與研究，提高技術水平，為人們生活提供良好的條件。

1 近距離無線通信數據傳輸技術的特性

科學技術水平發展加速，傳統無線通信技術通常是在國防、軍事等領域內被應用。經過全面探索和分析，傳統通信技術已經被全面應用到實踐中。通信技術使人們生活更加便利，也使該領域發展加速。經過調查和分析，近距離無線通信技術具備下述優勢：

第一，不再使用傳統的數據線傳輸方式，可以快速完成數據交互和傳輸使用，促進數據傳輸和利用效率的提升，操作更加便捷、順暢。

第二，可以根據不同使用者的需求開展成本調節，滿足正常使用的要求。就目前來說，可以根據使用者的要求進行帶寬、容量等方面的調節，結合不同傳輸距離、范圍以確定具體的傳輸成本，提高使用的效果。

第三，信息傳輸環節惡意信息攻擊的情況非常常見，而近距離無線通信傳輸技術可以杜絕這種問題，信息加密性能較高，不會發生傳輸環節的信息泄漏情況，從而提升傳輸信息的安全性，具備更高的隱私性。

2 近距離無線通信數據傳輸技術分析

2.1 紅外無線數據通信技術

紅外無線通信技術主要包含下述幾個部分：

第一，信號發射部分。這一部分是利用發射設備實現功能的，主要是通過解碼器、發射器達到相應的要求。

第二，信號通道。目前的無線通信系統來說，其采用的是雙向通道的形式，滿足通信系統要求。

第三，信號接收部分。這一部分的主要設備是信號探測系統和信號解碼系統。紅外線傳輸系統有著很高的局限性。在信號發射強度方面，在紅外線發射頻率超出規定范圍時，容易給人們的身體造成較大的傷害，灼傷眼睛、損傷皮膚。因此，應加強對紅外線強度的控制，防止發生意外事故。根據目前我國的國家標準要求，紅外線的發射強度應控制在450mW/sr 以內。紅外無線通信技術對使用環境要求較高，尤其是在使用環境中存在著外界光源，這樣就會造成光源發出的光給紅外無線通信傳輸系統產生影像，尤其是太陽光。

2.2 藍牙通信技術

藍牙通信技術是比較先進的無線通信技術類型，是目前比較常見的近距離傳輸技術。該技術最初是由愛立信公司研發，首創于1994年，該技術的應用可以將多個設備連接起來，從而解決和處理無法同步傳輸的缺陷。藍牙通信技術可以快速地完成設備之間的文件傳輸和使用。在藍牙傳輸技術中，包含散射網與微微網等部分。散射網的應用，需要把多個設備組合起來形成穩定的網絡體系，而微微網是應用一主多從的形式建設網絡結構。但是通過對比分析發現，散射網既可以快速保持網絡之間的獨立，還能夠確保一個設備在多個網絡中發揮出應有的作用。

藍牙技術一經研發，就受到行業內的關注，是一種非常先進的近距離傳輸技術。該技術屬于一種高效的傳輸技術類型，可以實現固定設備傳輸、移動設備傳輸以及樓宇個人域網的數據傳輸，其傳輸原理是應用2.4～2.485GHz 的ISM 波段的UHF 無線電波。根據藍牙系統的組成，主要是通過數據包、主從架構協議完成傳輸使用。通常情況下，一個主設備最多能夠合格微微網內的7 個從設備連接使用。在這些設備中，可以共享主設備的時鐘。在系統的工作過程中，單槽封包比較簡單時，主設備的雙數槽發送信息、單數槽接收信息，而從設備是正好相反的。根據目前的應用效果要求，最先進的藍牙5.3 版本，數據傳輸速度可以達到42Mbit/s，最大的傳輸距離可以達到300m。

2.3 ZigBee 技術探究與分析

ZigBee 也是一種較常見的近距離傳輸技術，其被應用在傳輸速度相對較低的設備之間。ZigBee 的名稱起源于蜂群，是其主要的通信方式。蜜蜂在傳遞信息時，主要是通過跳ZigZag 形狀的舞蹈將食物的位置信息傳輸給其他同伴，獲得距離、方向的信息。Zig-Bee 的傳輸也是應用2.4GHz 的波段，應用跳頻技術傳輸使用。與藍牙技術對比，ZigBee 組成簡單、效率高、成本低。一般來說，ZigBee 技術通信速度可以達到250kb/s，在傳輸速度下降到28kb/s 以下時，傳輸的范圍可以擴大到134m，并且更加穩定、可靠。此外，還可以與254 個節點聯網。目前來說，ZigBee 應用到游戲、電子、儀器等空間中，尤其是在工業監控、傳感器等領域，應用前景非常廣闊，完全可以達到通信性能的要求。

2.4 超寬頻技術(UWB)

超寬頻技術(UWB)由Ultra Wide Band 縮寫而成，這是目前應用比較普遍的無載波通信技術，主要通過應用時間間隔非常小的非正弦波窄沖傳輸數據，傳輸的帶寬較大，使用的頻率范圍也較大。應用UWB 可以實現信號傳輸的控制，功率可以做出調整，安全性比較高，系統組成也并不復雜，而定位精度則可以達到厘米級。經過分析發現，UWB 系統的組成比較簡單，發射器被應用到脈沖小型微帶天線，并且不會再應用載波信號的調制和解調，所以可以更好地被應用到CMOS 電路內。目前我國針對UWB 技術的研發，只能在雷達設備上應用，所以目前這一技術的應用還不是很寬。

同時，超寬帶技術UWB 屬于比較普遍的無線載波通信技術，并不需要應用正弦載波技術，而是應用納米級非正弦波窄脈沖傳輸數據，所以頻譜是相對較寬的。將UWB 技術應用到比較寬的帶寬中完成信號傳輸，達到使用的需要。在美國標準中規定UWB 為在3.1～10.6GHz 頻段中占用500MHz 以上的帶寬。因為UWB 在使用中，其能耗是比較低的，復雜性也不高，通過使用發射、接收機可以完成數據傳輸與利用，使用效果非常好，所以被大量的應用到實際中。UWB 使用低功率脈沖數據傳輸，且不會對常規性的無線通信系統產生負面影響，還可以達到資源合理開發和利用。

UWB 技術也是比較簡單的，信號頻譜密度低，信道衰落的敏感性較低，信息保密度較高，定位數據也會有較高的精度，特別是應用在復雜的室內場所，可以達到高速無線接入。一般應用在局域網中時，傳輸質量和效果是非常高的。此外，應用UWB 技術能夠達到傳輸速率的提高，這是因為其兼容性比較好，成本比較低，能耗也比較低，所以在家庭無線消費場所應用非常常見。而UWB 技術的發展，必然會取決于未來的無線方案技術發展、成本、用戶習慣以及技術水平等方面。

3 近距離無線通信技術

NFC（Near Field Communication）就是近距離無線通信，是一種實現近距離感應的無線通信技術，其工作原理是電磁感應。該技術是近年來才被研發應用的，屬于新興技術形式，其將有NFC 功能性的設備相互靠近，即可完成數據交換和使用。研發之初是應用非接觸射頻技術（RFID），經過逐步的演變和應用形成的。在具體的使用中，需要應用多個設備進行雙向通信和使用，具備較高的安全性、穩定性。

從實際情況分析，應用NFC 技術可以實現點對點通信，還可以被應用到感應式通信的領域內，將多種功能都集中在芯片上，發揮出多種功能性的要求，且在近距離和兼容性的NFC 設備傳輸，達到身份識別與互認的效果。應用NFC 可以完成實現近場通信性要求，距離通常在10cm 以內，以確保數據安全性，不會存在信息泄漏的情況。

由此可見，NFC 技術與射頻技術的差異，這是因為射頻技術是利用調節信號的頻率來達到傳輸距離改變的，距離可以在幾厘米到幾十米之間。應用NFC技術時，通過調節天線的長度、位置等，以調節靈敏度數據，從而可以改變通信的距離，但是距離必須在合理的范圍內，如果超出距離范圍，會給數據傳輸造成不利的影響，甚至直接使傳輸失敗。在兩個都有NFC通信功能的設備相互靠近時，一個設備發送信息，另外一個設備接收信息，利用電磁耦合的方式進行通信，優化傳輸體系，并且利用調制的方法達到數字傳輸的效果。

3.1 NFC 的通信模式

目前所使用的NFC 主要是通過主動模式、被動模式、雙向模式實現運行。主動模式中，NFC 設備擁有讀寫功能，是射頻場內發起設備，利用設備可以識別或者改寫相關的信息，直接調整標簽信息，為讀寫和使用提供基礎。被動模式和主動模式有著很大的差異，在被動模式中，應用NFC 終端設備，與卡片的功能是相似的，不具備發射功能，這時的其他設備所在射頻場內可以響應其他設備，并且可以完成讀寫功能。雙向通信的功能應用之下，使用NFC 發射、接收的雙方是通過主動發出射頻場以實現點對點通信。這種模式下，主動、被動設備可以相互轉變，并不是固定的。

3.2 NFC 的工作模式

NFC 系統可以實現仿真卡、讀寫器、點對點模式的應用。仿真卡與以往應用的IC 卡是基本相似的，其中存儲著ID 號，一般是應用到需要刷卡檢驗的場所，如驗票等。這種卡片內置有讀卡器提供電源，不需要再設置外接電源，用戶需要使用具備NFC 功能的手機靠近讀卡器，再按照指示的要求輸入用戶密碼即可完成交易活動。讀卡器模式可以快速獲取NFC設備或者卡片中的信息，并根據需要進行系統內容的改寫。點對點模式就是將兩個兼容的NFC 設備實現點對點的連接，然后進行數據傳輸。該方式的傳輸距離一般比較小，在4cm 以內，但是連接速度比較快，只要是距離適宜，優于藍牙和紅外傳輸效果。

4 NFC 在智能交通中的應用

第一，如果手機具備NFC 的功能，在結構上會具備相似的特點，其背部的固定位置上安裝有內置天線，而手機主板則安裝有NFC 芯片，這樣就可以組合形成RFID 系統。在使用的過程中，手機作為RFID 標簽使用，如公交、地鐵刷卡。在這種模式之下，NFC 模塊和手機同時使用電池。如果手機電池的能量足夠，其NFC 模塊可以實現主動、被動、雙向模式通信；如果手機電量不足，則只能進行被動使用，僅能作為公交卡等使用。此外，如果人為操作僅開啟手機共同交通刷卡功能，則無論是否有電，都只能進行刷卡使用。

第二，現代科學的持續發展使手機不僅僅是通信工具，其功能也得到日益完善。當前很多手機制造商都開始研發出NFC 功能手機，不斷地普及消費市場中。手機中應用NFC 讀卡模式后，是一種非接觸式的讀寫器形式，與我們日常所應用的讀卡器是相同的，可以進行近場通信使用，通過電磁原理的使用，直接獲取NFC 相應設備上的信息。在交通系統的使用中，比較常見的是應用NFC 手機直接進行公交卡的充值，這就是我們應用的NFC 讀寫器模式。

第三，現代社會發展之下，我國的汽車保有量已經超過2 億臺。隨著私家車數量的不斷增加，傳統交通管理模式已經無法適應現代社會的發展需要，傳統手寫罰單的方式效率低，錯誤率高，操作也不方便。當前我國很多城市在公務交警系統中，統一配置了NFC 功能的終端以及具備NFC 功能的微型打印機。在發生交通違章的問題后，如違章停車，將相應信息傳輸到系統內，并且拍攝現場照片，則利用NFC 手持靠近微信打印機能夠實現無線通信，直接打印處罰單，操作方便快捷。

5 近距離無線通信數據傳輸技術的比較

對近距離無線通信技術來說，不同技術的優勢是不同的，如NFC 技術研發和應用，并不是為了取代藍牙等技術，而是滿足用戶在不同情況之下的應用要求。藍牙技術的優勢就是確保低功率以及全面連接的應用。如果網絡處于良好狀態之下，Wi-Fi 技術應用效果是非常好的。在個人特制網絡以及點對點傳輸時，通過紅外線傳輸是最佳的選擇，效果也非常好。而ZigBee 技術的優勢是成本低、能耗小，應用范圍是不同的。

6 結語

近距離無線通信技術應用范圍不斷擴大，使用效果也在不斷提高，并且形式更加多樣化。雖然每個技術都有優越點，但是它們也有著一定的缺陷，如在交易支付時安全性是否合格、兼容性是否達標等。因此，技術人員還要進一步研發和應用，解決目前近距離無線傳輸技術的缺陷，創新技術形式，才能提高無線通信技術水平，滿足當前社會發展需要。