物联网知识盘点：RFID、NFC、ETC、UWB分析汇总

梅达尔多

随着物联网时代的到来，人类将基本的日常管理统统交给人工智能去处理，从而从繁琐的低层次管理中解脱出来，将更多的人力物力投入到新技术的研发中。今天我们所谈及的几项技术就是基于这个目的应运而生。

　　【RFID】

　　RFID无线射频识别技术，相信很多人都对他相当了解，简单来说它就是电子标签，是一种利用无线电射频信号耦合传输的特性，在读写器和标签之间进行非接触双向数据传输以达到目标识别和数据交换目的的技术。它的诞生给我们的生活带来了莫得便利，正被广泛用于采购分配、商业贸易、生产制造、物流、防盗以及军事用途上。

　　【RFID的组成】

　　RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作方便快捷，它是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成，RFID按应用频率的不同分为低频、高频、超高频、微波;相对应的代表性频率分别为：低频135KHZ以下、高频13.56MHZ、超高频860~960MHZ、微波2.4G，5.8G;RFID按照能源的供给方式分为无源RFID、有源RFID以及半有源RFID。

　　【RFID工作原理】

　　RFID技术的基本工作原理并不复杂：在标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号;解读器读取信息并解码后，发送至中央信息系统进行有关数据处理。

　　一套完整的RFID系统, 是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给应答器, 用以驱动应答器电路将内部的数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。

　　以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式。

　　【NFC】

　　NFC技术即近距离无线通讯技术，是由飞利浦和索尼共同研制出来的，并与诺基亚等共同发起了NFC论坛，推广NFC技术的商业应用。NFC是一种非接触式识别和互联技术，简单来说，NFC就是把RFID读卡器与智能卡的功能整合在一起，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和只能控件工具间进行近距离无线通信。NFC提供的是一种简单、触控式的解决方案，操作简单、快捷。

　　【NFC技术特点】

　　1.在13.65MHZ频率运行距离在20公分内;

　　2.传输速度可分为106K BITS\SEC、212K BITE/SEC、424K BITS/SEC;

　　3.运行可分主动与被动模式;主动模式需要使用电池，还需要独立发射模组;被动模式不需要使用电池，但是无法独立发射讯号;

　　4.成为ISO/IEC IS 118092国家标准、ETSI TS 102 190标准、EMCA-340标准。

　　【NFC应用类型】

　　1.设备连接。除了无线局域网，NFC还可以简化蓝牙连接。比如：笔记本连接WIFI热点。

　　2.实时预订。比如：海报或展览信息背后贴一个特定的芯片，利用含有NFC协议的手机或PDA，便能取得详细信息。

　　3.移动商务。比如：利用非接触智能卡在交易中的应用。

　　【NFC手机支付】

　　NFC发展极为迅速，已经由最初知识RFID技术和网络技术的简单合并，到现在已经演变成一种短距离无线通信技术。

　　把NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间相互访问更直接、更安全和更清楚。

　　支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。

　　在主动模式下，每台设备要向另一台涉笔发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图，发起设备和目标设备都要产生自己的射频场，以便进行通信。

　　如图，移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，并延长电池使用寿命。在一个应用会话过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能，电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备

　　【ETC】

　　ETC电子不停车收费系统是一种用于公路、桥梁和隧道的新型电子自动收费技术。它通过车载电子标签和微波天线之间的专用短程通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作对的情况下，自动完成收费处理全过程。

　　【关键技术】

　　1.车辆自动识别技术：主要由车载设备和路边设备组成，两者通过短程通信DSRC完成路边设备对车载设备信息的一次读写，即完成收付费交易所必须的信息交换手续。

　　2.自动车型分类技术：在ETC车道安装车型传感器测定和判断车辆的车型，以便按照车型实施收费。

　　3.违章车辆抓拍技术：主要由数码照相机、图像传输设备、车辆牌照自动识别系统等组成。对不安装车载设备OUB的车辆用数码相机实施抓拍措施，并传输到收费中心，通过车辆自动识别系统识别违章车辆的车主，并实施通信费的补收手续。

　　【ETC系统构成】

　　1.车载单元

　　2.路测单元

　　3.DSRC协议

　　【ETC与RFID】

　　ETC是RFID中的一个分支。现在一般用有源2.45GHZ，这个频段的特点是识别距离远，缺点是标签带有电池，成本较高，，需要定期更换电池。

　　【UWB技术】

　　超宽带技术UWB是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒至微微秒级窄脉冲传输数据，所以它也被成为无线电领域的一次革命性进展。

　　【技术原理】

　　UWB技术最基本的工作原理是发送和接受脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽，接受机直接用一级前端交叉相关器就把脉冲序列转换成基带信号，省去了传统通信设备中的中频级，极大地降低了设备的复杂性。

　　USB系统采用相关接受技术，关键部位称为相关器。相关器用准备好的模板波形乘以接受到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相乘器实质上是改进了延迟探测器，模板波形匹配时，相关器的输出结果量度了接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，

　　值得注意的是，虽然UWB信号几乎不对工作于同一频率的无线设备造成干扰。但是所有带内的无线电信号都是对UWB信号的干扰，UWB可以综合运用伪随机编码和随机脉冲位置调制以及相关解调技术来解决这一问题。

　　【UWB的技术特点】

　　1.系统结构的实现比较简单：当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。

　　2.高速的数据传输：UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。

　　3.功耗低：WB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0. 20ns～1. 5ns 之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW～几十mW。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。军用的UWB 电台耗电也很低。

　　4.安全性高：作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。

　　5.多径分辨能力强：由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间， 多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。

　　6.定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。

　　7.工程简单造价便宜：在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单的多，可全数字化实现。