物聯(lián)網(wǎng)技術導論-第03章

近距離無線通信技術無線通信系統(tǒng)概述射頻通信微波通信近距離無線通信技術概覽近場通信（NFC）本章小結

1

無線通信系統(tǒng)概述無線通信（WirelessCommunication）是利用電磁波信號可以在空間傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。無線通信包括固定體之間的無線通信和移動通信兩大部分。由于人類社會活動具有的顯著的移動性，因而移動通信在無線通信中占主導地位。移動通信（MobileCommunication）就是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。

2

無線通信系統(tǒng)概述

3移動通信與固定物體之間的通信比較起來，具有一系列的特點：移動性電磁波傳播條件復雜噪聲和干擾嚴重系統(tǒng)和網(wǎng)絡結構復雜要求頻帶利用率高、設備性能好

無線通信系統(tǒng)概述

4按用途不同，現(xiàn)代無線與移動通信系統(tǒng)可以分為：陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、無繩電話、集群通信、衛(wèi)星移動通信等。

按使用的頻段，現(xiàn)代無線與移動通信又可分為：中長波通信（小于1MHz）、短波通信（1~30MHz）、超短波通信（30MHz~1GHz）、微波通信（1GHz到幾十吉赫茲）、毫米波通信（幾十吉赫茲）、紅外光通信、紅外光通信、大氣激光通信等

無線通信系統(tǒng)概述

5按用途不同，現(xiàn)代無線與移動通信系統(tǒng)可以分為：陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、無繩電話、集群通信、衛(wèi)星移動通信等。

按使用的頻段，現(xiàn)代無線與移動通信又可分為：中長波通信（小于1MHz）、短波通信（1~30MHz）、超短波通信（30MHz~1GHz）、微波通信（1GHz到幾十吉赫茲）、毫米波通信（幾十吉赫茲）、紅外光通信、紅外光通信、大氣激光通信等

無線通信系統(tǒng)概述

6寬帶無線接入技術：隨著無線通信技術的發(fā)展，寬帶無線接入技術能通過無線的方式以與有線接入技術相當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率和通信質(zhì)量接入核心網(wǎng)絡。已經(jīng)制定或正在制定的IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.20、IEEE802.22等寬帶無線接入標準集，覆蓋了無線局域網(wǎng)（WLAN）、無線個域網(wǎng)（WMAN）、無線城域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN)的領域。寬帶無線接入技術在無線通信領域的地位越來越重要。

射頻通信

7射頻(RadioFrequency，RF)：表示可以輻射到空間的電磁波頻率，通常所指的頻率范圍為300KHz～30GHz。射頻簡稱RF，本質(zhì)是射頻電流，是一種高頻交流電的簡稱。在電子通信領域，信號采用的傳輸方式和信號的傳輸特性是由工作頻率決定的。對于電磁頻譜，按照頻率從低到高（波長從長到短）的次序，可以劃分為不同的頻段。

8頻譜的劃分:因為電磁波是在全球存在的，所以需要有國際協(xié)議來分配頻譜。頻譜的分配，是指將頻率根據(jù)不同的業(yè)務加以分配，以避免頻率使用方面的混亂。射頻通信常用的頻譜劃分標準有：IEEE劃分的頻譜微波和射頻工業(yè)、科學和醫(yī)用頻率

9頻譜的劃分:射頻通信頻

段頻

率波

長ELF（極低頻）30Hz～300Hz10

000km～1

000kmVF（音頻）300Hz～3

000Hz1

000km～100kmVLF（甚低頻）3kHz～30kHz100km～10kmLF（低頻）30kHz～300kHz10km～1kmMF（中頻）300kHz～3

000kHz1km～0.1kmHF（高頻）3MHz～30MHz100m～10mVHF（甚高頻）30MHz～300MHz10m～1mUHF（超高頻）300MHz～3

000MHz100cm～10cmSHF（特高頻）3GHz～30GHz10cm～1cmEHF（極高頻）30GHz～300GHz1cm～0.1cm亞毫米波300GHz～3

000GHz1mm～0.1mmP波段0.23GHz～1GHz130cm～30cmL波段1GHz～2GHz30cm～15cmS波段2GHz～4GHz15cm～7.5cmC波段4GHz～8GHz7.5cm～3.75cmX波段8GHz～12.5GHz3.75cm～2.4cmKu波段12.5GHz～18GHz2.4cm～1.67cmK波段18GHz～26.5GHz1.67cm～1.13cmKa波段26.5GHz～40GHz1.13cm～0.75cmIEEE頻譜

10頻譜的劃分:射頻通信目前射頻頻率與微波頻率之間沒有定義出明確的頻率分界點，微波的低頻端與射頻頻率相重合。ISM頻段（IndustrialScientificMedicalBand）主要是開放給工業(yè)、科學和醫(yī)用3個主要機構使用的頻段。由于它們的功率有時很大，為了防止它們對其他通信的干擾，劃出一定的頻率給它們使用。ISM頻段允許任何人隨意地傳輸數(shù)據(jù)，但是對所有的功率進行限制，使得發(fā)射與接收之間只能是很短的距離，因而不同使用者之間不會相互干擾。

11RFID使用的頻段:射頻通信RFID系統(tǒng)通常使用為工業(yè)、科學和醫(yī)療特別保留的ISM頻段。ISM頻段為6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz、869.0MHz、915.0MHz、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz等，RFID常采用上述某些ISM頻段。除此之外，RFID也采用0～135kHz之間的頻率。讀寫器和電子標簽之間射頻信號的傳輸主要有兩種方式，一種是電感耦合方式，一種是電磁反向散射方式。

12RFID使用的頻段:射頻通信RFID電感耦合方式使用的頻率：在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中，電子標簽一般為無源標簽，其工作能量是通過電感耦合方式從讀寫器天線的近場中獲得的。電子標簽與讀寫器之間傳送數(shù)據(jù)時，電子標簽需要位于讀寫器附近，通信和能量傳輸由讀寫器和電子標簽諧振電路的電感耦合來實現(xiàn)。

13RFID使用的頻段:射頻通信讀寫器線圈和電子標簽線圈的電感耦合

14RFID使用的頻段:射頻通信RFID電磁反向散射方式使用的頻率：電磁反向散射的RFID系統(tǒng)，采用雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶回目標的信息。該方式一般適合于微波頻段，典型的工作頻率有433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz，屬于遠距離RFID系統(tǒng)。

15RFID使用的頻段:射頻通信讀寫器天線和電子標簽天線的電磁輻射

16微波通信微波通信（MicrowaveCommunication）是使用波長在0.1毫米~1米(300MHz~3000GHz)之間的電磁波——微波進行的通信。微波通信不需要固體介質(zhì)，當兩點間直線距離內(nèi)無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠的距離，因此是國家通信網(wǎng)的一種重要通信手段，也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)。

17微波通信由于微波的頻率極高，波長又很短，其在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉發(fā)。微波站的設備包括天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備等。為了把電波聚集起來成為波束送至遠方，一般都采用拋物面天線，其聚焦作用可大大增加傳送距離。

18微波通信微波通信由于其頻帶寬、容量大，可以用于各種電信業(yè)務的傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。微波通信具有良好的抗災性能，對水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響。但微波經(jīng)空中傳送，易受干擾，在同一微波電路上不能使用相同頻率于同一方向，因此微波電路必須在無線電管理部門的嚴格管理之下進行建設。

19近距離無線通信技術概覽近距離無線通信技術：范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米以內(nèi)，就可以稱為近（短）距離無線通信。藍牙WibreeWi-FiWiGig(60GHz)IrDAZigBeeNFCUWBZ-Wave常用的近距離無線通信技術

20

藍牙:藍牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無線連接為基礎，可為固定的或移動的終端設備(如掌上電腦、筆記本電腦和手機等)提供廉價的接入服務。從目前的應用來看，由于藍牙體積小、功率低，其應用已不局限于計算機外設，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設備之中，特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設備和便攜設備。近距離無線通信技術概覽

21

藍牙:具有如下特點：全球范圍適用可同時傳輸語音和數(shù)據(jù)可以建立臨時性的對等連接（Ad-hocConnection)具有很好的抗干擾能力藍牙模塊體積很小、便于集成低功耗開放的接口標準成本低近距離無線通信技術概覽

22

藍牙:藍牙無線技術的應用大體上可以劃分為替代線纜（CableReplacement）因特網(wǎng)橋（InternetBridge）臨時組網(wǎng)（AdHocNetwork）近距離無線通信技術概覽

23

藍牙:替代線纜（CableReplacement）與其他短距離無線技術不同，藍牙從一開始就定位于結合語音和數(shù)據(jù)應用的基本傳輸技術。最簡單的一種應用就是點對點（PointtoPoint）的替代線纜，例如耳機和移動電話、筆記本電腦和移動電話、PC和PDA（數(shù)據(jù)同步）、數(shù)碼相機和PDA以及藍牙電子筆和移動電話之間的無線連接。

近距離無線通信技術概覽

24

藍牙:替代線纜（CableReplacement）圍繞替代線纜再復雜一點的應用，就是多個設備或外設在一個簡單的“個人局域網(wǎng)”（PAN）內(nèi)建立通信連接，如在臺式計算機、鼠標、鍵盤、打印機、ＰＤＡ和移動電話之間建立無線連接。為了支持這種應用，藍牙還定義了“微網(wǎng)”（Piconet）的概念，同一個ＰＡＮ內(nèi)至多有8個數(shù)據(jù)設備（1個“主設備”（Master）和7個“從設備”（Slave））共存。

近距離無線通信技術概覽

25

藍牙:因特網(wǎng)橋（InternetBridge）藍牙標準還更進一步地定義了“網(wǎng)絡接入點”（NetworkAccessPoint）的概念，它允許一臺設備通過此網(wǎng)絡接入點來訪問網(wǎng)絡資源，如訪問LAN、Intranet、Internet和基于ＬＡＮ的文件服務和打印設備。

近距離無線通信技術概覽

26

藍牙:因特網(wǎng)橋（InternetBridge）藍牙無線網(wǎng)絡結構近距離無線通信技術概覽

27

藍牙:臨時組網(wǎng)（AdHocNetwork）藍牙標準還定義了基于無網(wǎng)絡基礎設施（Infrastructure-lessNetwork）的“散型網(wǎng)”（Scatternet）的概念，意在建立完全對等（P2P）的AdHocNetwork。近距離無線通信技術概覽

28

藍牙:臨時組網(wǎng)（AdHocNetwork）所謂的AdHocNetwork是一個臨時組建的網(wǎng)絡，其中沒有固定的路由設備，網(wǎng)絡中所有的節(jié)點都可以自由移動，并以任意方式動態(tài)連接（隨時都有節(jié)點加入或離開），網(wǎng)絡中的一些節(jié)點客串路由器來發(fā)現(xiàn)和維持與網(wǎng)絡其他節(jié)點間的路由。近距離無線通信技術概覽

29Wibree:Wibree超低功耗藍牙無線技術：又被稱作是“小藍牙”，是一種能夠方便快捷的接入手機和一些諸如翻頁控件，個人掌上電腦(PDA)，無線計算機外圍設備，娛樂設備和醫(yī)療設備等便攜式設備的一種低能耗無線局域網(wǎng)(WLAN)互動接入技術。近距離無線通信技術概覽

30Wibree:Wibree技術可以在設備間進行連接，并且突破了藍牙固有的能量局限，功耗僅為藍牙的1/10。Wibree技術的信號能夠在2.4GHz的無線電頻率上以最高達1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率覆蓋方圓5~10m的范圍。Wibree技術可以很方便地和藍牙技術一起部署到一塊獨立宿主芯片上或一塊雙模芯片上。Wibree由于其自身短距離、超低能耗、高數(shù)據(jù)傳輸率的特點，被廣泛認為是新一代的藍牙技術，或者是藍牙技術的補充。近距離無線通信技術概覽

31Wi-Fi:Wi-Fi（WirelessFidelity，無線高保真）的正式名稱是IEEE802.11b，與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術。Wi-Fi速率最高可達11Mb/s。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍牙技術要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達100m左右。近距離無線通信技術概覽

32Wi-Fi:Wi-Fi（WirelessFidelity，無線高保真）的正式名稱是IEEE802.11b，與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術。Wi-Fi速率最高可達11Mb/s。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍牙技術要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達100m左右。近距離無線通信技術概覽

33Wi-Fi:Wi-Fi是以太網(wǎng)的一種無線擴展，理論上只要用戶位于一個接入點四周的一定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約11Mb/s的速度接入Web。但實際上，如果有多個用戶同時通過一個點接入，帶寬被多個用戶分享，Wi-Fi的連接速度一般將只有幾百kb/s的信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內(nèi)的有效傳輸距離小于戶外。近距離無線通信技術概覽

34Wi-Fi:當前在各地如火如荼展開的“無線城市”的建設，強調(diào)將Wi-Fi技術與3G、LTE等蜂窩通信技術的融合互補，通過WLAN對于宏網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的有效補充，為電信運營商創(chuàng)造出一種新的盈利運營模式；同時，也為Wi-Fi技術帶來了新的巨大市場增長空間。近距離無線通信技術概覽

35WiGig(60GHz):WiGig（WirelessGigabit，無線千兆比特）是一種更快的短距離無線技術，可用于在家中快速傳輸大型文件。WiGig和WirelessHD都使用60GHz的頻段，這一基本尚未使用的頻段可以在近距離內(nèi)實現(xiàn)極高的傳輸速率。WiGig不是WirelessHD（無線高清）等技術的直接競爭對手，它擁有更廣泛的用途，其目標不僅是連接電視機，還包括手機、攝像機和個人電腦。近距離無線通信技術概覽

36WiGig(60GHz):從技術上來說，WiGig1.0標準融合了WirelessHD和傳統(tǒng)Wi-Fi技術的各項優(yōu)點。因此，相對于WirelessHD而言，WiGig1.0標準有著自己的優(yōu)勢。WiGig1.0與Wi-Fi融合的優(yōu)勢。WiGig1.0標準瞄準多平臺應用。近距離無線通信技術概覽

37WiGig(60GHz):WiGig技術并非只是面向視頻和文件的傳輸，該標準的協(xié)議適應層目前正在發(fā)展當中，希望支持特定的系統(tǒng)接口，以替代HDMI或DisplayPort，這意味著未來顯卡和顯示器之間也可以通過無線來進行連接，NVIDIA、AMD和Intel齊聚WiGig就顯示了這一美好前景。近距離無線通信技術概覽

38IrDA：IrDA：是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，是第一個實現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）的技術。目前它的軟硬件技術都很成熟，在小型移動設備，如PDA、手機上廣泛使用。事實上，當今每一個出廠的PDA及許多手機、筆記本電腦、打印機等產(chǎn)品都支持IrDA。近距離無線通信技術概覽

39IrDA：紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會IrDA（InfraredDataAssociation）成立于1993年。起初，采用IrDA標準的無線設備僅能在1m范圍內(nèi)以115.2kb/s速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā)展到4Mb/s以及16Mb/s的速率。近距離無線通信技術概覽

40IrDA：IrDA的主要優(yōu)點是無需申請頻率的使用權，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。近距離無線通信技術概覽

41IrDA：IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設備之間必須對準，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術只能用于2臺（非多臺）設備之間的連接。而藍牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。近距離無線通信技術概覽

42ZigBee：ZigBee：主要應用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。近距離無線通信技術概覽

43ZigBee：ZigBeePHY和MAC層由IEEE802.15.4標準定義。802.15.4定義了兩個物理層標準，分別對應于2.4GHz頻段和868/915MHz頻段。兩者均基于直接序列擴頻，物理層數(shù)據(jù)包格式相同，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率，工作頻率(MHz)頻段(MHz)數(shù)據(jù)速率(kbit/s)調(diào)制方式868/915868～868.620BPSK902～92840BPSK24502400～2483.52500-QPSK

2.4GHz頻段和868/915MHz頻段物理層的區(qū)別近距離無線通信技術概覽

44ZigBee：ZigBee可以說是藍牙的同族兄弟。與藍牙相比，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。它的基本速率是250kb/s，當降低到28kb/s時，傳輸范圍可擴大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)?？梢员人{牙更好地支持游戲、消費電子、儀器和家庭自動化應用。數(shù)據(jù)傳輸速率低功耗低成本低網(wǎng)絡容量大有效范圍小工作頻段靈活ZigBee技術特點近距離無線通信技術概覽

45NFC：NFC（NearFieldCommunication，近距離無線傳輸）：是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID(非接觸式射頻識別)的短距離無線通信技術標準。和RFID不同，NFC采用了雙向的識別和連接。工作頻率13.56MHz，工作距離20cm距離以內(nèi)。近距離無線通信技術概覽

46NFC：NFC最初僅僅是RFID和網(wǎng)絡技術的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術。它能快速自動地建立無線網(wǎng)絡，為蜂窩設備、藍牙設備、Wi-Fi設備提供一個“虛擬連接”，使電子設備可以在短距離范圍進行通訊。NFC的短距離交互大大簡化了整個認證識別過程，使電子設備間互相訪問更直接、更安全和更清楚，不用再聽到各種電子雜音。近距離無線通信技術概覽

47NFC：NFC有三種應用類型：設備連接實時預定移動商務這項新技術正在改寫無線網(wǎng)絡連接的游戲規(guī)則，但NFC的目標并非是完全取代藍牙、Wi-Fi等其他無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。所以，目前后來居上的NFC發(fā)展態(tài)勢相當迅速！近距離無線通信技術概覽

48UWB：超寬帶UltraWideband,UWB）技術:是一種無線載波通信技術，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國FCC對UWB的規(guī)定為：在3.1～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。近距離無線通信技術概覽

49UWB：UWB技術具有系統(tǒng)復雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，低截獲能力，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入，非常適于建立一個高效的無線局域網(wǎng)或無線個域網(wǎng)(WPAN)。UWB主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。近距離無線通信技術概覽

50UWB：目前UWBPHY和MAC層的標準化工作主要在IEEE802.15.3a和IEEE802.15.4a中進行，其中IEEE802.15.3a工作組負責高速UWB，而IEEE802.15.4a負責低速UWB。IEEE802.15.3a標準化的眾多物理層技術中，目前主要包括兩大技術陣營：一個是以Intel和TI為代表的多頻帶OFDM(MB-0FDM)，另一個是以Motorola和Freescale為代表的直接序列UWB(DS-UWB)。這兩種方案都工作在FCC分配的3.1～10.6GHz的免許可頻段，但兩者有不同的頻段劃分。近距離無線通信技術概覽

51UWB：MB-OFDM超寬帶系統(tǒng)發(fā)射端框架近距離無線通信技術概覽

52UWB：DS-CDMA系統(tǒng)發(fā)射端框架近距離無線通信技術概覽

53Z-Wave：Z-Wave：是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為868.42MHz(歐洲)~908.42MHz(美國)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶應用場合。近距離無線通信技術概覽

54Z-Wave：Z-Wave技術設計用于住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應用，例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。Z-Wave可將任何獨立的設備轉換為智能網(wǎng)絡設備，從而可以實現(xiàn)控制和無線監(jiān)測。Z-Wave技術在最初設計時，就定位于智能家居無線控制領域。隨著Z-Wave聯(lián)盟的不斷擴大，該技術的應用也將不僅僅局限于智能家居方面，在酒店控制系統(tǒng)，工業(yè)自動化，農(nóng)業(yè)自動化等多個領域，都將發(fā)現(xiàn)Z-Wave無線網(wǎng)絡的身影近距離無線通信技術概覽

55

小結：

ZigbeeBluetoothUWBWi-FiNFCIrDAWiGigZ-Wave安全性中等高高低極高低低高傳輸速度10Kbps~250Kbps2.1Mbps53.3~480Mbps54Mbps424Kbps16Mbps6Gbps9.6kbps距離范圍10m~74m（傳輸速率降到28Kbps）10m10m100m<20cm1m10m30m（室內(nèi)）100m（室外）頻段2.4GHz868MHz（歐洲）915MHz（美國）2.4GHz3.1GHz~10.6GHz2.4GHz13.56MHz紅外波段60GHz868MHz（歐洲）915MHz（美國）國際標準IEEE802.15.4IEEE802.15.1x標準尚未訂定IEEE802.11bIEEE802.11gISO/IEC18092(ECMA340)ISO/IEC21481(ECMA352)IRDA1.1WiGig1.0標準尚未訂定成本中中高高低低高低近距離無線通信技術概覽

近場通信（NFC）

56NFC發(fā)展概述NFC英文全稱NearFieldCommunication，即近場通信技術。NFC是脫胎于無線設備間的一種“非接觸式射頻識別”(RFID)及互聯(lián)技術，為所有消費性電子產(chǎn)品提供了一個極為便利的通訊方式。NFC在數(shù)厘米（通常是15cm以內(nèi)）距離之間于13.56MHz頻率范圍內(nèi)運作，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，任意兩個設備（如移動電話）接近而不需要線纜接插，就可以實現(xiàn)相互間的通信，滿足任何兩個無線設備間的信息交換、內(nèi)容訪問、服務交換。

近場通信（NFC）

57NFC發(fā)展概述2004年3月18日為了推動NFC的發(fā)展和普及，NXP（原飛利浦半導體）、索尼和諾基亞創(chuàng)建了一個非贏利性的行業(yè)協(xié)會——NFC論壇（NFCForum），旨在促進NFC技術的實施和標準化，確保設備和服務之間協(xié)同合作。2006年7月復旦微電子成為首家加入NFC聯(lián)盟的中國企業(yè)，之后清華同方微電子也加入了NFC論壇。

近場通信（NFC）

58NFC發(fā)展概述在美國，從2005年12月起，在美國的喬治亞州的亞特蘭大菲利浦斯球館，Visa和飛利浦就開始合作進行主要的NFC測試，球迷們可以很輕松地在特許經(jīng)營店和服裝店里買東西。2005年10月，在法國諾曼底的卡昂，飛利浦同法國電信，Orange，三星，LaSer零售集團以及Vinci公園合作進行了主要的多應用NFC測試。

近場通信（NFC）

59NFC發(fā)展概述2007年8月開始，內(nèi)置NFC芯片的NOKIA6131i在包括北京、廈門、廣州在內(nèi)的數(shù)個城市公開發(fā)售。這款手機預下載了一項可以在市政交通系統(tǒng)使用的交通卡，使用該手機，用戶只需開設一個預付費賬戶就可以購買車票和在某些商場購物。

近場通信（NFC）

60NFC發(fā)展概述在日本，2004年，NTTDoCoMo先后推出了面向PDC用戶和FOMA用戶的基于非接觸IC智能芯片的Felica業(yè)務。用戶可以在各種零售、電子票務、娛樂消費等商戶利用這種手機進行支付。在中國，2006年6月NXP、諾基亞、中國移動廈門分公司與“廈門易通卡”在廈門展開NFC測試，該項合作是中國首次NFC手機支付的測試。

近場通信（NFC）

61NFC發(fā)展概述在未來，尤其是方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)則賦予了NFC技術更多的前景，比如：各種電子標簽識別：在物聯(lián)網(wǎng)時代，任何物品都是數(shù)字化的，因此，很可能具有一個電子標簽，這個電子標簽可能就是一個RFIDtag（類似取代現(xiàn)在的條形碼，但成本高點，但高不了多少），只需要將NFC設備（如手機）靠近任何物品/商品。即可以通過網(wǎng)絡獲取物品的相關信息。點對點付款，這和普通的手機支付不同，點對點付款是指兩個人直接用NFC設備（如手機）進行交易，比如A要給Bn元錢，直接兩個人連上就可以完成轉賬。

近場通信（NFC）

62NFC工作原理NFC存在兩種工作模式：主動模式和被動模式。在主動模式下，每臺設備要向另一臺設備發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。發(fā)起設備和目標設備都要產(chǎn)生自己的射頻場，以便進行通信。這是對等網(wǎng)絡通信的標準模式，可以獲得非常快速的連接設置。

近場通信（NFC）

63NFC工作原理NFC主動工作模式

近場通信（NFC）

64NFC工作原理在被動模式下，啟動NFC通信的設備，也稱為NFC發(fā)起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻場（RFfield）。

近場通信（NFC）

65NFC技術標準NFC于2004年4月被批準為國際標準。NFC技術符合ECMA340與ETSITS102190V1.1.1以及ISO/IEC18092標準。這些標準詳細規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的組成，具體包括NFC設備的工作模式、傳輸速度、調(diào)制方案、編碼等[33]，以及主動與被動NFC模式初始化過程中，數(shù)據(jù)沖突控制機制所需的初始化方案和條件。此外，這些標準還定義了傳輸協(xié)議，其中包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等。

近場通信（NFC）

66NFC技術標準標準規(guī)定NFC技術支持三種不同的應用模式：（1）卡模式(如同F(xiàn)eliCa和ISO14443A/MIFARE卡的通信)（2）讀寫模式（對FeliCa或ISO14443A卡的讀寫）（3）NFC模式（NFC芯片間的通信）

標準規(guī)定了NFC的工作頻率是13.56MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度可以選擇106kb/s、212kb/s或者424kb/s，在連接NFC后還可切換其它高速通信方式。傳輸速度取決于工作距離，工作距離最遠可為20厘米，在大多數(shù)應用中，實際工作距離不會超過10厘米。

近場通信（NFC）

67NFC技術標準標準規(guī)定了NFC編碼技術包括信源編碼和糾錯編碼兩部分。不同的應用模式對應的信源編碼的規(guī)則也不一樣。對于模式1，信源編碼的規(guī)則類似于密勒（Miller）碼。為了防止干擾正在工作的其它NFC設備（包括工作在此頻段的其它電子設備），NFC標準規(guī)定任何NFC設備在呼叫前都要進行系統(tǒng)初始化以檢測周圍的射頻場。

近場通信（NFC）

68NFC技術特點與其它近距離通信技術相比，NFC具有鮮明的特點：距離近、能耗低。NFC是一種能夠提供安全、快捷通信的無線連接技術，但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術，其它通信技術的傳輸范圍可以達到幾米、甚至百米，通信距離不超過20cm；由于其傳輸距離較近，能耗相對較低。

近場通信（NFC）

69NFC技術特點與其它近距離通信技術相比，NFC具有鮮明的特點：NFC更具安全性。NFC是一種近距離連接技術，提供各種設備間距離較近的通信。NFC是一種私密通信方式，加上其距離近、射頻范圍小的特點，其通信更加安全。NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術兼容。NFC標準目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準，很多非接觸智能卡都能夠與NFC技術相兼容。

近場通信（NFC）

70NFC技術特點與其它近距離通信技術相比，NFC具有鮮明的特點：傳輸速率較低。NFC標準規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸速率具備了三種傳輸速率，最高的僅為424kb/s，傳輸速率相對較低，不適合諸如音視頻流等需要較高帶寬的應用。

近場通信（NFC）

71NFC技術特點

NFC

藍牙紅外

網(wǎng)絡類型

點對點單點對多點(WPAN)點對點頻率13.56

MHz2.4-2.5GHz紅外波段

使用距離

<0.2m

~10m~1m(低能耗模式)

≤1m

速度

106,

212,

42