交通领域近距离无线通信技术应用

秦婷婷

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

目前，近距离无线通信数据传输使用范围不断扩大，特别是无线局域网发展之下，近距离数据传输技术发展加速，如蓝牙技术、红外传输技术以及NFC 技术等。但是在具体的使用中，不同传输技术存在差异性，所以要加强分析与研究，提高技术水平，为人们生活提供良好的条件。

1 近距离无线通信数据传输技术的特性

科学技术水平发展加速，传统无线通信技术通常是在国防、军事等领域内被应用。经过全面探索和分析，传统通信技术已经被全面应用到实践中。通信技术使人们生活更加便利，也使该领域发展加速。经过调查和分析，近距离无线通信技术具备下述优势：

第一，不再使用传统的数据线传输方式，可以快速完成数据交互和传输使用，促进数据传输和利用效率的提升，操作更加便捷、顺畅。

第二，可以根据不同使用者的需求开展成本调节，满足正常使用的要求。就目前来说，可以根据使用者的要求进行带宽、容量等方面的调节，结合不同传输距离、范围以确定具体的传输成本，提高使用的效果。

第三，信息传输环节恶意信息攻击的情况非常常见，而近距离无线通信传输技术可以杜绝这种问题，信息加密性能较高，不会发生传输环节的信息泄漏情况，从而提升传输信息的安全性，具备更高的隐私性。

2 近距离无线通信数据传输技术分析

2.1 红外无线数据通信技术

红外无线通信技术主要包含下述几个部分：

第一，信号发射部分。这一部分是利用发射设备实现功能的，主要是通过解码器、发射器达到相应的要求。

第二，信号通道。目前的无线通信系统来说，其采用的是双向通道的形式，满足通信系统要求。

第三，信号接收部分。这一部分的主要设备是信号探测系统和信号解码系统。红外线传输系统有着很高的局限性。在信号发射强度方面，在红外线发射频率超出规定范围时，容易给人们的身体造成较大的伤害，灼伤眼睛、损伤皮肤。因此，应加强对红外线强度的控制，防止发生意外事故。根据目前我国的国家标准要求，红外线的发射强度应控制在450mW/sr 以内。红外无线通信技术对使用环境要求较高，尤其是在使用环境中存在着外界光源，这样就会造成光源发出的光给红外无线通信传输系统产生影像，尤其是太阳光。

2.2 蓝牙通信技术

蓝牙通信技术是比较先进的无线通信技术类型，是目前比较常见的近距离传输技术。该技术最初是由爱立信公司研发，首创于1994年，该技术的应用可以将多个设备连接起来，从而解决和处理无法同步传输的缺陷。蓝牙通信技术可以快速地完成设备之间的文件传输和使用。在蓝牙传输技术中，包含散射网与微微网等部分。散射网的应用，需要把多个设备组合起来形成稳定的网络体系，而微微网是应用一主多从的形式建设网络结构。但是通过对比分析发现，散射网既可以快速保持网络之间的独立，还能够确保一个设备在多个网络中发挥出应有的作用。

蓝牙技术一经研发，就受到行业内的关注，是一种非常先进的近距离传输技术。该技术属于一种高效的传输技术类型，可以实现固定设备传输、移动设备传输以及楼宇个人域网的数据传输，其传输原理是应用2.4～2.485GHz 的ISM 波段的UHF 无线电波。根据蓝牙系统的组成，主要是通过数据包、主从架构协议完成传输使用。通常情况下，一个主设备最多能够合格微微网内的7 个从设备连接使用。在这些设备中，可以共享主设备的时钟。在系统的工作过程中，单槽封包比较简单时，主设备的双数槽发送信息、单数槽接收信息，而从设备是正好相反的。根据目前的应用效果要求，最先进的蓝牙5.3 版本，数据传输速度可以达到42Mbit/s，最大的传输距离可以达到300m。

2.3 ZigBee 技术探究与分析

ZigBee 也是一种较常见的近距离传输技术，其被应用在传输速度相对较低的设备之间。ZigBee 的名称起源于蜂群，是其主要的通信方式。蜜蜂在传递信息时，主要是通过跳ZigZag 形状的舞蹈将食物的位置信息传输给其他同伴，获得距离、方向的信息。Zig-Bee 的传输也是应用2.4GHz 的波段，应用跳频技术传输使用。与蓝牙技术对比，ZigBee 组成简单、效率高、成本低。一般来说，ZigBee 技术通信速度可以达到250kb/s，在传输速度下降到28kb/s 以下时，传输的范围可以扩大到134m，并且更加稳定、可靠。此外，还可以与254 个节点联网。目前来说，ZigBee 应用到游戏、电子、仪器等空间中，尤其是在工业监控、传感器等领域，应用前景非常广阔，完全可以达到通信性能的要求。

2.4 超宽频技术(UWB)

超宽频技术(UWB)由Ultra Wide Band 缩写而成，这是目前应用比较普遍的无载波通信技术，主要通过应用时间间隔非常小的非正弦波窄冲传输数据，传输的带宽较大，使用的频率范围也较大。应用UWB 可以实现信号传输的控制，功率可以做出调整，安全性比较高，系统组成也并不复杂，而定位精度则可以达到厘米级。经过分析发现，UWB 系统的组成比较简单，发射器被应用到脉冲小型微带天线，并且不会再应用载波信号的调制和解调，所以可以更好地被应用到CMOS 电路内。目前我国针对UWB 技术的研发，只能在雷达设备上应用，所以目前这一技术的应用还不是很宽。

同时，超宽带技术UWB 属于比较普遍的无线载波通信技术，并不需要应用正弦载波技术，而是应用纳米级非正弦波窄脉冲传输数据，所以频谱是相对较宽的。将UWB 技术应用到比较宽的带宽中完成信号传输，达到使用的需要。在美国标准中规定UWB 为在3.1～10.6GHz 频段中占用500MHz 以上的带宽。因为UWB 在使用中，其能耗是比较低的，复杂性也不高，通过使用发射、接收机可以完成数据传输与利用，使用效果非常好，所以被大量的应用到实际中。UWB 使用低功率脉冲数据传输，且不会对常规性的无线通信系统产生负面影响，还可以达到资源合理开发和利用。

UWB 技术也是比较简单的，信号频谱密度低，信道衰落的敏感性较低，信息保密度较高，定位数据也会有较高的精度，特别是应用在复杂的室内场所，可以达到高速无线接入。一般应用在局域网中时，传输质量和效果是非常高的。此外，应用UWB 技术能够达到传输速率的提高，这是因为其兼容性比较好，成本比较低，能耗也比较低，所以在家庭无线消费场所应用非常常见。而UWB 技术的发展，必然会取决于未来的无线方案技术发展、成本、用户习惯以及技术水平等方面。

3 近距离无线通信技术

NFC（Near Field Communication）就是近距离无线通信，是一种实现近距离感应的无线通信技术，其工作原理是电磁感应。该技术是近年来才被研发应用的，属于新兴技术形式，其将有NFC 功能性的设备相互靠近，即可完成数据交换和使用。研发之初是应用非接触射频技术（RFID），经过逐步的演变和应用形成的。在具体的使用中，需要应用多个设备进行双向通信和使用，具备较高的安全性、稳定性。

从实际情况分析，应用NFC 技术可以实现点对点通信，还可以被应用到感应式通信的领域内，将多种功能都集中在芯片上，发挥出多种功能性的要求，且在近距离和兼容性的NFC 设备传输，达到身份识别与互认的效果。应用NFC 可以完成实现近场通信性要求，距离通常在10cm 以内，以确保数据安全性，不会存在信息泄漏的情况。

由此可见，NFC 技术与射频技术的差异，这是因为射频技术是利用调节信号的频率来达到传输距离改变的，距离可以在几厘米到几十米之间。应用NFC技术时，通过调节天线的长度、位置等，以调节灵敏度数据，从而可以改变通信的距离，但是距离必须在合理的范围内，如果超出距离范围，会给数据传输造成不利的影响，甚至直接使传输失败。在两个都有NFC通信功能的设备相互靠近时，一个设备发送信息，另外一个设备接收信息，利用电磁耦合的方式进行通信，优化传输体系，并且利用调制的方法达到数字传输的效果。

3.1 NFC 的通信模式

目前所使用的NFC 主要是通过主动模式、被动模式、双向模式实现运行。主动模式中，NFC 设备拥有读写功能，是射频场内发起设备，利用设备可以识别或者改写相关的信息，直接调整标签信息，为读写和使用提供基础。被动模式和主动模式有着很大的差异，在被动模式中，应用NFC 终端设备，与卡片的功能是相似的，不具备发射功能，这时的其他设备所在射频场内可以响应其他设备，并且可以完成读写功能。双向通信的功能应用之下，使用NFC 发射、接收的双方是通过主动发出射频场以实现点对点通信。这种模式下，主动、被动设备可以相互转变，并不是固定的。

3.2 NFC 的工作模式

NFC 系统可以实现仿真卡、读写器、点对点模式的应用。仿真卡与以往应用的IC 卡是基本相似的，其中存储着ID 号，一般是应用到需要刷卡检验的场所，如验票等。这种卡片内置有读卡器提供电源，不需要再设置外接电源，用户需要使用具备NFC 功能的手机靠近读卡器，再按照指示的要求输入用户密码即可完成交易活动。读卡器模式可以快速获取NFC设备或者卡片中的信息，并根据需要进行系统内容的改写。点对点模式就是将两个兼容的NFC 设备实现点对点的连接，然后进行数据传输。该方式的传输距离一般比较小，在4cm 以内，但是连接速度比较快，只要是距离适宜，优于蓝牙和红外传输效果。

4 NFC 在智能交通中的应用

第一，如果手机具备NFC 的功能，在结构上会具备相似的特点，其背部的固定位置上安装有内置天线，而手机主板则安装有NFC 芯片，这样就可以组合形成RFID 系统。在使用的过程中，手机作为RFID 标签使用，如公交、地铁刷卡。在这种模式之下，NFC 模块和手机同时使用电池。如果手机电池的能量足够，其NFC 模块可以实现主动、被动、双向模式通信；如果手机电量不足，则只能进行被动使用，仅能作为公交卡等使用。此外，如果人为操作仅开启手机共同交通刷卡功能，则无论是否有电，都只能进行刷卡使用。

第二，现代科学的持续发展使手机不仅仅是通信工具，其功能也得到日益完善。当前很多手机制造商都开始研发出NFC 功能手机，不断地普及消费市场中。手机中应用NFC 读卡模式后，是一种非接触式的读写器形式，与我们日常所应用的读卡器是相同的，可以进行近场通信使用，通过电磁原理的使用，直接获取NFC 相应设备上的信息。在交通系统的使用中，比较常见的是应用NFC 手机直接进行公交卡的充值，这就是我们应用的NFC 读写器模式。

第三，现代社会发展之下，我国的汽车保有量已经超过2 亿台。随着私家车数量的不断增加，传统交通管理模式已经无法适应现代社会的发展需要，传统手写罚单的方式效率低，错误率高，操作也不方便。当前我国很多城市在公务交警系统中，统一配置了NFC 功能的终端以及具备NFC 功能的微型打印机。在发生交通违章的问题后，如违章停车，将相应信息传输到系统内，并且拍摄现场照片，则利用NFC 手持靠近微信打印机能够实现无线通信，直接打印处罚单，操作方便快捷。

5 近距离无线通信数据传输技术的比较

对近距离无线通信技术来说，不同技术的优势是不同的，如NFC 技术研发和应用，并不是为了取代蓝牙等技术，而是满足用户在不同情况之下的应用要求。蓝牙技术的优势就是确保低功率以及全面连接的应用。如果网络处于良好状态之下，Wi-Fi 技术应用效果是非常好的。在个人特制网络以及点对点传输时，通过红外线传输是最佳的选择，效果也非常好。而ZigBee 技术的优势是成本低、能耗小，应用范围是不同的。

6 结语

近距离无线通信技术应用范围不断扩大，使用效果也在不断提高，并且形式更加多样化。虽然每个技术都有优越点，但是它们也有着一定的缺陷，如在交易支付时安全性是否合格、兼容性是否达标等。因此，技术人员还要进一步研发和应用，解决目前近距离无线传输技术的缺陷，创新技术形式，才能提高无线通信技术水平，满足当前社会发展需要。