无线近场数据采集通讯技术

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1、专业综合实践报告专业综合实践报告题目名称：题目名称： 无线近场数据采集通讯技术无线近场数据采集通讯技术 学生姓名：学生姓名：孙少华孙少华 张波张波 学号：学号：1100100422 1100100403 联系电话：联系电话：15245023937 电子邮箱：电子邮箱： 指导教师：指导教师： 崔天祥崔天祥 职称：职称： 副教授副教授 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学自自动化测试与控制系动化测试与控制系1摘要：摘要： 随着计算机网络及通信技术的发展，人们对近场通信的需求迅速增加介绍了 NFC 技术的基 本特点，给出了 NFC 的技术架构，然后在其基础上研究了 NFC 移动通信终端以及功能模块， 并且给

2、出了具体的应用，并对 NFC 移动通信现状进行了分析。 以蓝牙技术为例，着重研究了蓝牙通讯的原理及其应用。蓝牙技术作为一种短距离无线通 信技术，结合了电路交换与分组交换的特点，能同时传送语音和数据。在此基础上完成了 蓝牙无线通讯系统及其模块的设计。关键词：关键词： 近场通讯，无线模块，3G，蓝牙，数据采集2目录目录目录.21、无线近场通讯技术背景及应用现状.31.1无线近场通讯技术.31.2NFC 技术背景及应用.31.3NFC 技术目前现状.32、3G、bluetooth 等无线通讯原理. 42.13G 通讯.42.2bluetooth 通讯原理.63、近场无线数据采集模块.94、参考文献.

3、 103一、一、无线近场通讯技术背景及应用现状无线近场通讯技术背景及应用现状1、无线近场通讯技术NFC 是 Near Field Communication 缩写，即近距离无线通讯技术。 它是在无线射频识别(RFID)和互联技术的基础上融合演变而来的新技术，是一种短距离无线通信技术标准。它在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点的功能，运行在13.56MHz 的频率范围内，能在大约 10cm 范围内建立设备之间的连接，传输速率可为106kbit/s、212kbit/s、424 kbit/s，未来可提高到 848kbit/s 以上。2、NFC 技术背景及应用近几年来，随着网络与通

4、信技术的飞速发展，无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，其中近距离无线通信技术正在成为人们关注的焦点目前的近距离无线通信技术包括了蓝牙 802.11（Wi- Fi）ZigBee 红外超宽带近场通信（NFC：Near FieldCommunication）等，它们都有各自的特点：或基于传输速度距离耗电量的特殊要求，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求等但是没有一种技术可以满足所有的要求图 1 显示了目前不同无线通信技术的传输速率和传输距离 NFC 是一种新的无线连接技术，其工作频 率为 13.56 MHz，由 13.56 MHz 的射频识别（RFID）技术发展而来 该技术采

5、用幅移键控（ASK）调制方式，其数据传输速率一般为 106 kbit/s、212 kbit/s 和424 kbit/s 三种它的通信模式可分为主动模式和被动模式：主动模式是指发起设备和目标设备皆可靠自身电源供应产生射频场；被动模式则是发起设备依靠自身电源产生射频场，而目标设备则利用全波整流线路将发起设备发出的射频能量转换成供自己工作的电能1 主动式工作的通信距离一般不超过 20 cm，能够与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容。NFC 技术的应用可分为五类： （1）接触通过（Touch and Go） ，如门禁管理、车票和门票等，用户将储存着票证或门控密码的设备靠近读卡器即可，也可用于物流管理。

6、 （2）接触支付（Touch and Pay） ，如非接触式移动支付，用户将设备靠近嵌有 NFC 模块的 POS 机可进行支付，并确认交易。 （3）接触连接（Touch and Connect） ，如把两个 NFC 设备相连接（例如手机和笔记本电脑） ，进行点对点（Peer-to-Peer）数据传输，下载音乐、图片互传和交换通讯录等。（4）接触浏览（Touch and Explore） ，用户可将 NFC 手机接靠近街头有 NFC功能的智能公用电话或海报，来浏览交通信息等。 （5）下载接触（Load and Touch） ，用户可通过 GPRS 网络接收或下载信息，用于支付或门禁等功能，如前述

7、，用户可发送特定格式的短信至家政服务员的手机来控制家政服务员进出住宅的权限。3、NFC 技术目前现状在美国，非接触卡市场已经比预期提前升温。两大卡组织已于 2005 年 3 月宣布采用统一的非接触式支付标准，万事达的 PayPass 成为卡与设备间标准通信协议。在此之前，万4事达已在奥兰多进行 PayPass 信用卡测试，并在达拉斯与 Nokia 合作进行移动应用测试。Visa 的非接触式系统“Wave”也在亚洲的马来西亚与我国台湾地区推行试点项目。在欧洲，随着 3G 商用进程的逐步加快，各大移动运营商也在积极推广移动支付业务。从 2004 年 5 月开始，芬兰国家铁路局在全国推广电子火车票，

8、乘客不仅可以通过国家铁路局网站购买车票，还可以通过手机短信订购电子火车票。在法国嘎纳，2005 年 10 月针对近距无线通信(Near Field Communication，NFC)展开一项测试。在嘎纳进行的近距无线通信 NFC 测试是这项新技术在全球第一次大规模的测试，将能直接从移动运营商、零售业者和消费者三方得到意见反馈。这项测试也将有助于大众了解这项技术所带来的便利：只要将他们的移动电话在近距无线通信 NFC 终端机前轻松扫过，就能安全而便捷地完成付款并获取信息。 在韩国，已经有越来越多的移动用户通过手机实现 POS 支付，购买地铁车票，进行移动 ATM 取款。早在 2001 年，SK

9、 就推出了名为 MONETA 的移动支付业务品牌。2004年 8 月，SK 将其移动支付业务整合为新的品牌“MBANK” 。通过在手机中内置智能型芯片，用户可以用手机办理各种金融服务。 “MBANK”的特点在于将结算信息密码化，因而具有很高的安全性。在日本，NTT DoCoMo 等移动运营商均把移动支付作为重点业务予以积极推进。2004 年，NTT DoCoMo 先后推出了面向 PDC 用户和 FOMA 用户的基于非接触 IC 智能芯片的 Felica 业务。用户可以在各种零售、电子票务、娱乐消费等商户利用这种手机进行支付。在中国，支持 NFC 业务的诺基亚 6131 在包括北京、厦门、广州在

10、内的数个城市公开发售。该手机预下载了一项可以在市政交通系统使用的交通业务，使用该手机，用户只需开设一个预付费账户就可以购买车票和某些商场购物。在这项业务的推广过程中移动运营商并没有占据主导地位，起主要作用的是诺基亚和交通部门。中国市场潜力巨大，NFC 在中国商用无疑是个激动人心的消息。目前，中国有成百上千万人在公共交通中使用了非接触式的市政交通“一卡通” 。重庆市相关部门也将在 2008 年推出 NFC 非接触式支付商用服务，该项目将涉及中国银行、中国移动和移动支付公司 JustinMobile。二、二、3G3G、bluetoothbluetooth 等无线通讯原理等无线通讯原理1 13G3G

11、 通讯通讯国际电联确定的全球统一的无线接口标准IMT-2000 对 3G 及其含义进行了定义和说明。 简单的可以把 3G 系统分成无线接入网、核心网络两大部分。在 IMT2000 定义中则定义了几种方法或技术平台作为无线接入网络的技术, 包括 DSWCDMA/UMTS, 多载波CDMA20001x/3x,TD-SCDMA,单载波 TDMAEDGE/IS-136 等等多种无线接入技术平台, 而它们在无线接入网络部分是根本不同的( 无法兼容的)。因此在 3G 网络的建设时就必须根据国家所定义的规范、现有移动通信网络的制式、可拥有的频谱资源等因素选择其中一种无线接入技术平台。不同的标准及其特点：（1

12、 1）CDMA2000CDMA2000CDMA2000 是由窄带 CDMA(CDMA IS95）技术发展而来的宽带 CDMA 技术，也称为 CDMA 5Multi-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent 和后来加入的韩国三星都有参与，韩国成为该标准的主导者。这套系统是从窄频 CDMAOne 数字标准衍生出来的，可以从原有的 CDMAOne 结构直接升级到 3G，建设成本低廉。但使用 CDMA 的地区只有日、韩和北美，所以 CDMA2000 的支持者不如 W-CDMA 多。不过 CDMA2000 的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多 3G 手机已经率先面世

13、。该标准提出了从 CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G）的演进策略。CDMA20001x 被称为 2.5 代移动通信技术。CDMA20003x 与 CDMA20001x 的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。中国电信正在采用这一方案向 3G 过渡，并已建成了 CDMA IS95 网络。WCDMA 技术以扩频通信技术为基础，其原理就是在无线信道传输的信号通过在原始基带数字信号上乘以另一个更高比特速率的信号。3GPP 标准，在 5MHz 带宽内使用 3.84Mcps的码片速率直接扩频。因为这是由两种信号相乘而得，所以必须对这种信号进行清

14、晰的分割。在 WCDMA 空中接口技术中，每一个初始信息比就像一个“盒子” ，这个“盒子”体积不变，维度随着环境而变化。如图 1：图 1 扩频通信示意图信号传输得越好，每比特所需能量（传输功率）越小。应用于初如比特传速率低的情形。扩频因子越小，每比特所需能量（功率）越大。应用于初始比特传速率高的情形。WCDMA 空中接口的有效带宽为 3.84MHz，加上保护频带所需的带宽则总带宽是 5MHz。如图 2：图 2 带宽（2 2）TDTD - - SCDMASCDMA TD - SCDM A 的中文含义为时分同步码分多址接入, 该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准, 它是由中国第一次提出并在此无

15、线传输技术(RTT)的基础上与国际合作, 完6成了 TD - SCDMA 标准, 成为 CDMA TDD 标准的一员的, 这是中国移动通信界的一次创举,也是中国对第三代移动通信发展的贡献。TDD 模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TD2M A 帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在 TDD 模式下,可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变,以满足不同的业务要求。这样,运用 TD - SCDMA 这一技术,通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有 3G 对称和非对称业务。合适的 TD - SCDMA 时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。TD - SCDMA 的无线传输方案灵活地综合了 FDMA ,TD2MA 和 CDMA 等基本传输方法。通过与联合检测相结合, 它