交通領(lǐng)域近距離無線通信技術(shù)應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸使用范圍不斷擴(kuò)大，特別是無線局域網(wǎng)發(fā)展之下，近距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展加速，如藍(lán)牙技術(shù)、紅外傳輸技術(shù)以及NFC 技術(shù)等。但是在具體的使用中，不同傳輸技術(shù)存在差異性，所以要加強(qiáng)分析與研究，提高技術(shù)水平，為人們生活提供良好的條件。

1 近距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的特性

科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展加速，傳統(tǒng)無線通信技術(shù)通常是在國(guó)防、軍事等領(lǐng)域內(nèi)被應(yīng)用。經(jīng)過全面探索和分析，傳統(tǒng)通信技術(shù)已經(jīng)被全面應(yīng)用到實(shí)踐中。通信技術(shù)使人們生活更加便利，也使該領(lǐng)域發(fā)展加速。經(jīng)過調(diào)查和分析，近距離無線通信技術(shù)具備下述優(yōu)勢(shì)：

第一，不再使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)線傳輸方式，可以快速完成數(shù)據(jù)交互和傳輸使用，促進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸和利用效率的提升，操作更加便捷、順暢。

第二，可以根據(jù)不同使用者的需求開展成本調(diào)節(jié)，滿足正常使用的要求。就目前來說，可以根據(jù)使用者的要求進(jìn)行帶寬、容量等方面的調(diào)節(jié)，結(jié)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(huán)節(jié)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(shù)可以杜絕這種問題，信息加密性能較高，不會(huì)發(fā)生傳輸環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分析

2.1 紅外無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)

紅外無線通信技術(shù)主要包含下述幾個(gè)部分：

第一，信號(hào)發(fā)射部分。這一部分是利用發(fā)射設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能的，主要是通過解碼器、發(fā)射器達(dá)到相應(yīng)的要求。

第二，信號(hào)通道。目前的無線通信系統(tǒng)來說，其采用的是雙向通道的形式，滿足通信系統(tǒng)要求。

第三，信號(hào)接收部分。這一部分的主要設(shè)備是信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)解碼系統(tǒng)。紅外線傳輸系統(tǒng)有著很高的局限性。在信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度方面，在紅外線發(fā)射頻率超出規(guī)定范圍時(shí)，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(yīng)加強(qiáng)對(duì)紅外線強(qiáng)度的控制，防止發(fā)生意外事故。根據(jù)目前我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，紅外線的發(fā)射強(qiáng)度應(yīng)控制在450mW/sr 以內(nèi)。紅外無線通信技術(shù)對(duì)使用環(huán)境要求較高，尤其是在使用環(huán)境中存在著外界光源，這樣就會(huì)造成光源發(fā)出的光給紅外無線通信傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生影像，尤其是太陽(yáng)光。

2.2 藍(lán)牙通信技術(shù)

藍(lán)牙通信技術(shù)是比較先進(jìn)的無線通信技術(shù)類型，是目前比較常見的近距離傳輸技術(shù)。該技術(shù)最初是由愛立信公司研發(fā)，首創(chuàng)于1994年，該技術(shù)的應(yīng)用可以將多個(gè)設(shè)備連接起來，從而解決和處理無法同步傳輸?shù)娜毕荨Ｋ{(lán)牙通信技術(shù)可以快速地完成設(shè)備之間的文件傳輸和使用。在藍(lán)牙傳輸技術(shù)中，包含散射網(wǎng)與微微網(wǎng)等部分。散射網(wǎng)的應(yīng)用，需要把多個(gè)設(shè)備組合起來形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)體系，而微微網(wǎng)是應(yīng)用一主多從的形式建設(shè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，散射網(wǎng)既可以快速保持網(wǎng)絡(luò)之間的獨(dú)立，還能夠確保一個(gè)設(shè)備在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

藍(lán)牙技術(shù)一經(jīng)研發(fā)，就受到行業(yè)內(nèi)的關(guān)注，是一種非常先進(jìn)的近距離傳輸技術(shù)。該技術(shù)屬于一種高效的傳輸技術(shù)類型，可以實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備傳輸、移動(dòng)設(shè)備傳輸以及樓宇個(gè)人域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸原理是應(yīng)用2.4～2.485GHz 的ISM 波段的UHF 無線電波。根據(jù)藍(lán)牙系統(tǒng)的組成，主要是通過數(shù)據(jù)包、主從架構(gòu)協(xié)議完成傳輸使用。通常情況下，一個(gè)主設(shè)備最多能夠合格微微網(wǎng)內(nèi)的7 個(gè)從設(shè)備連接使用。在這些設(shè)備中，可以共享主設(shè)備的時(shí)鐘。在系統(tǒng)的工作過程中，單槽封包比較簡(jiǎn)單時(shí)，主設(shè)備的雙數(shù)槽發(fā)送信息、單數(shù)槽接收信息，而從設(shè)備是正好相反的。根據(jù)目前的應(yīng)用效果要求，最先進(jìn)的藍(lán)牙5.3 版本，數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到42Mbit/s，最大的傳輸距離可以達(dá)到300m。

2.3 ZigBee 技術(shù)探究與分析

ZigBee 也是一種較常見的近距離傳輸技術(shù)，其被應(yīng)用在傳輸速度相對(duì)較低的設(shè)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(shí)，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(yīng)用2.4GHz 的波段，應(yīng)用跳頻技術(shù)傳輸使用。與藍(lán)牙技術(shù)對(duì)比，ZigBee 組成簡(jiǎn)單、效率高、成本低。一般來說，ZigBee 技術(shù)通信速度可以達(dá)到250kb/s，在傳輸速度下降到28kb/s 以下時(shí)，傳輸?shù)姆秶梢詳U(kuò)大到134m，并且更加穩(wěn)定、可靠。此外，還可以與254 個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。目前來說，ZigBee 應(yīng)用到游戲、電子、儀器等空間中，尤其是在工業(yè)監(jiān)控、傳感器等領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊，完全可以達(dá)到通信性能的要求。

2.4 超寬頻技術(shù)(UWB)

超寬頻技術(shù)(UWB)由Ultra Wide Band 縮寫而成，這是目前應(yīng)用比較普遍的無載波通信技術(shù)，主要通過應(yīng)用時(shí)間間隔非常小的非正弦波窄沖傳輸數(shù)據(jù)，傳輸?shù)膸捿^大，使用的頻率范圍也較大。應(yīng)用UWB 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)目刂?，功率可以做出調(diào)整，安全性比較高，系統(tǒng)組成也并不復(fù)雜，而定位精度則可以達(dá)到厘米級(jí)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，UWB 系統(tǒng)的組成比較簡(jiǎn)單，發(fā)射器被應(yīng)用到脈沖小型微帶天線，并且不會(huì)再應(yīng)用載波信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，所以可以更好地被應(yīng)用到CMOS 電路內(nèi)。目前我國(guó)針對(duì)UWB 技術(shù)的研發(fā)，只能在雷達(dá)設(shè)備上應(yīng)用，所以目前這一技術(shù)的應(yīng)用還不是很寬。

同時(shí)，超寬帶技術(shù)UWB 屬于比較普遍的無線載波通信技術(shù)，并不需要應(yīng)用正弦載波技術(shù)，而是應(yīng)用納米級(jí)非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，所以頻譜是相對(duì)較寬的。將UWB 技術(shù)應(yīng)用到比較寬的帶寬中完成信號(hào)傳輸，達(dá)到使用的需要。在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定UWB 為在3.1～10.6GHz 頻段中占用500MHz 以上的帶寬。因?yàn)閁WB 在使用中，其能耗是比較低的，復(fù)雜性也不高，通過使用發(fā)射、接收機(jī)可以完成數(shù)據(jù)傳輸與利用，使用效果非常好，所以被大量的應(yīng)用到實(shí)際中。UWB 使用低功率脈沖數(shù)據(jù)傳輸，且不會(huì)對(duì)常規(guī)性的無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，還可以達(dá)到資源合理開發(fā)和利用。

UWB 技術(shù)也是比較簡(jiǎn)單的，信號(hào)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(shù)據(jù)也會(huì)有較高的精度，特別是應(yīng)用在復(fù)雜的室內(nèi)場(chǎng)所，可以達(dá)到高速無線接入。一般應(yīng)用在局域網(wǎng)中時(shí)，傳輸質(zhì)量和效果是非常高的。此外，應(yīng)用UWB 技術(shù)能夠達(dá)到傳輸速率的提高，這是因?yàn)槠浼嫒菪员容^好，成本比較低，能耗也比較低，所以在家庭無線消費(fèi)場(chǎng)所應(yīng)用非常常見。而UWB 技術(shù)的發(fā)展，必然會(huì)取決于未來的無線方案技術(shù)發(fā)展、成本、用戶習(xí)慣以及技術(shù)水平等方面。

3 近距離無線通信技術(shù)

NFC（Near Field Communication）就是近距離無線通信，是一種實(shí)現(xiàn)近距離感應(yīng)的無線通信技術(shù)，其工作原理是電磁感應(yīng)。該技術(shù)是近年來才被研發(fā)應(yīng)用的，屬于新興技術(shù)形式，其將有NFC 功能性的設(shè)備相互靠近，即可完成數(shù)據(jù)交換和使用。研發(fā)之初是應(yīng)用非接觸射頻技術(shù)（RFID），經(jīng)過逐步的演變和應(yīng)用形成的。在具體的使用中，需要應(yīng)用多個(gè)設(shè)備進(jìn)行雙向通信和使用，具備較高的安全性、穩(wěn)定性。

從實(shí)際情況分析，應(yīng)用NFC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，還可以被應(yīng)用到感應(yīng)式通信的領(lǐng)域內(nèi)，將多種功能都集中在芯片上，發(fā)揮出多種功能性的要求，且在近距離和兼容性的NFC 設(shè)備傳輸，達(dá)到身份識(shí)別與互認(rèn)的效果。應(yīng)用NFC 可以完成實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)通信性要求，距離通常在10cm 以內(nèi)，以確保數(shù)據(jù)安全性，不會(huì)存在信息泄漏的情況。

由此可見，NFC 技術(shù)與射頻技術(shù)的差異，這是因?yàn)樯漕l技術(shù)是利用調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率來達(dá)到傳輸距離改變的，距離可以在幾厘米到幾十米之間。應(yīng)用NFC技術(shù)時(shí)，通過調(diào)節(jié)天線的長(zhǎng)度、位置等，以調(diào)節(jié)靈敏度數(shù)據(jù)，從而可以改變通信的距離，但是距離必須在合理的范圍內(nèi)，如果超出距離范圍，會(huì)給數(shù)據(jù)傳輸造成不利的影響，甚至直接使傳輸失敗。在兩個(gè)都有NFC通信功能的設(shè)備相互靠近時(shí)，一個(gè)設(shè)備發(fā)送信息，另外一個(gè)設(shè)備接收信息，利用電磁耦合的方式進(jìn)行通信，優(yōu)化傳輸體系，并且利用調(diào)制的方法達(dá)到數(shù)字傳輸?shù)男Ч?/p>

3.1 NFC 的通信模式

目前所使用的NFC 主要是通過主動(dòng)模式、被動(dòng)模式、雙向模式實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。主動(dòng)模式中，NFC 設(shè)備擁有讀寫功能，是射頻場(chǎng)內(nèi)發(fā)起設(shè)備，利用設(shè)備可以識(shí)別或者改寫相關(guān)的信息，直接調(diào)整標(biāo)簽信息，為讀寫和使用提供基礎(chǔ)。被動(dòng)模式和主動(dòng)模式有著很大的差異，在被動(dòng)模式中，應(yīng)用NFC 終端設(shè)備，與卡片的功能是相似的，不具備發(fā)射功能，這時(shí)的其他設(shè)備所在射頻場(chǎng)內(nèi)可以響應(yīng)其他設(shè)備，并且可以完成讀寫功能。雙向通信的功能應(yīng)用之下，使用NFC 發(fā)射、接收的雙方是通過主動(dòng)發(fā)出射頻場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。這種模式下，主動(dòng)、被動(dòng)設(shè)備可以相互轉(zhuǎn)變，并不是固定的。

3.2 NFC 的工作模式

NFC 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)仿真卡、讀寫器、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式的應(yīng)用。仿真卡與以往應(yīng)用的IC 卡是基本相似的，其中存儲(chǔ)著ID 號(hào)，一般是應(yīng)用到需要刷卡檢驗(yàn)的場(chǎng)所，如驗(yàn)票等。這種卡片內(nèi)置有讀卡器提供電源，不需要再設(shè)置外接電源，用戶需要使用具備NFC 功能的手機(jī)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(dòng)。讀卡器模式可以快速獲取NFC設(shè)備或者卡片中的信息，并根據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)容的改寫。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式就是將兩個(gè)兼容的NFC 設(shè)備實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該方式的傳輸距離一般比較小，在4cm 以內(nèi)，但是連接速度比較快，只要是距離適宜，優(yōu)于藍(lán)牙和紅外傳輸效果。

4 NFC 在智能交通中的應(yīng)用

第一，如果手機(jī)具備NFC 的功能，在結(jié)構(gòu)上會(huì)具備相似的特點(diǎn)，其背部的固定位置上安裝有內(nèi)置天線，而手機(jī)主板則安裝有NFC 芯片，這樣就可以組合形成RFID 系統(tǒng)。在使用的過程中，手機(jī)作為RFID 標(biāo)簽使用，如公交、地鐵刷卡。在這種模式之下，NFC 模塊和手機(jī)同時(shí)使用電池。如果手機(jī)電池的能量足夠，其NFC 模塊可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、被動(dòng)、雙向模式通信；如果手機(jī)電量不足，則只能進(jìn)行被動(dòng)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(jī)共同交通刷卡功能，則無論是否有電，都只能進(jìn)行刷卡使用。

第二，現(xiàn)代科學(xué)的持續(xù)發(fā)展使手機(jī)不僅僅是通信工具，其功能也得到日益完善。當(dāng)前很多手機(jī)制造商都開始研發(fā)出NFC 功能手機(jī)，不斷地普及消費(fèi)市場(chǎng)中。手機(jī)中應(yīng)用NFC 讀卡模式后，是一種非接觸式的讀寫器形式，與我們?nèi)粘Ｋ鶓?yīng)用的讀卡器是相同的，可以進(jìn)行近場(chǎng)通信使用，通過電磁原理的使用，直接獲取NFC 相應(yīng)設(shè)備上的信息。在交通系統(tǒng)的使用中，比較常見的是應(yīng)用NFC 手機(jī)直接進(jìn)行公交卡的充值，這就是我們應(yīng)用的NFC 讀寫器模式。

第三，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展之下，我國(guó)的汽車保有量已經(jīng)超過2 億臺(tái)。隨著私家車數(shù)量的不斷增加，傳統(tǒng)交通管理模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要，傳統(tǒng)手寫罰單的方式效率低，錯(cuò)誤率高，操作也不方便。當(dāng)前我國(guó)很多城市在公務(wù)交警系統(tǒng)中，統(tǒng)一配置了NFC 功能的終端以及具備NFC 功能的微型打印機(jī)。在發(fā)生交通違章的問題后，如違章停車，將相應(yīng)信息傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)，并且拍攝現(xiàn)場(chǎng)照片，則利用NFC 手持靠近微信打印機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的比較

對(duì)近距離無線通信技術(shù)來說，不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是不同的，如NFC 技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，并不是為了取代藍(lán)牙等技術(shù)，而是滿足用戶在不同情況之下的應(yīng)用要求。藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是確保低功率以及全面連接的應(yīng)用。如果網(wǎng)絡(luò)處于良好狀態(tài)之下，Wi-Fi 技術(shù)應(yīng)用效果是非常好的。在個(gè)人特制網(wǎng)絡(luò)以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí)，通過紅外線傳輸是最佳的選擇，效果也非常好。而ZigBee 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是成本低、能耗小，應(yīng)用范圍是不同的。

6 結(jié)語(yǔ)

近距離無線通信技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使用效果也在不斷提高，并且形式更加多樣化。雖然每個(gè)技術(shù)都有優(yōu)越點(diǎn)，但是它們也有著一定的缺陷，如在交易支付時(shí)安全性是否合格、兼容性是否達(dá)標(biāo)等。因此，技術(shù)人員還要進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用，解決目前近距離無線傳輸技術(shù)的缺陷，創(chuàng)新技術(shù)形式，才能提高無線通信技術(shù)水平，滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需要。