NFC技術(shù)及近距離通信應(yīng)用設(shè)計(jì)盤(pán)點(diǎn) - 全文

一、NFC簡(jiǎn)介

NFC英文全稱(chēng)Near Field Communication，近距離無(wú)線通信。是由飛利浦公司發(fā)起，由諾基亞、索尼等著名廠商聯(lián)合主推的一項(xiàng)無(wú)線技術(shù)。

NFC由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來(lái)，在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。這項(xiàng)技術(shù)最初只是RFID技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡(jiǎn)單合并，現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，發(fā)展態(tài)勢(shì)相當(dāng)迅速。

與RFID不同的是，NFC具有雙向連接和識(shí)別的特點(diǎn)，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離10厘米左右。NFC技術(shù)在ISO 18092、ECMA340和ETSI TS 102 190框架下推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)。

NFC芯片裝在手機(jī)上，手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)小額電子支付和讀取其他NFC設(shè)備或標(biāo)簽的信息。NFC的短距離交互大大簡(jiǎn)化整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過(guò)程，使電子設(shè)備間互相訪問(wèn)更直接、更安全和更清楚。通過(guò)NFC，電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PDA等多個(gè)設(shè)備之間可以很方便快捷地進(jìn)行無(wú)線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。

二、NFC發(fā)展歷史與應(yīng)用

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2.1 NFC發(fā)展歷史

2004年3月18日 為了推動(dòng) NFC 的發(fā)展和普及，NXP（原飛利浦半導(dǎo)體）、索尼和諾基亞創(chuàng)建了一個(gè)非贏利性的行業(yè)協(xié)會(huì)——NFC 論壇，旨在促進(jìn) NFC 技術(shù)的實(shí)施和標(biāo)準(zhǔn)化，確保設(shè)備和服務(wù)之間協(xié)同合作。截止2007年，NFC 論壇在全球擁有超過(guò)100個(gè)成員，包括：萬(wàn)事達(dá)卡國(guó)際組織、松下電子工業(yè)有限公司、微軟公司、摩托羅拉公司、NEC 公司、瑞薩科技公司、三星公司、德州儀器制造公司和 Visa 國(guó)際組織。2006年7月復(fù)旦微電子成為首家加入NFC聯(lián)盟的中國(guó)企業(yè)，之后清華同方微電子也加入了NFC論壇。

2006年6月 NXP、諾基亞、中國(guó)移動(dòng)廈門(mén)分公司與“廈門(mén)易通卡”在廈門(mén)展開(kāi)NFC測(cè)試，該項(xiàng)合作是中國(guó)首次NFC手機(jī)支付的測(cè)試。2006年8月Nokia與銀聯(lián)商務(wù)公司宣布在上海啟動(dòng)新的NFC測(cè)試，這是繼廈門(mén)之后在中國(guó)的第二個(gè)NFC試點(diǎn)項(xiàng)目，也是全球范圍首次進(jìn)行NFC空中下載試驗(yàn)。參與測(cè)試使用的NFC手機(jī)均為NOKIA 3220。

2007年3月，由歐盟委員會(huì)及信息社會(huì)技術(shù)（IST）項(xiàng)目共同投資，多家公司、大學(xué)和用戶(hù)共同組織成立了泛歐聯(lián)盟，旨在開(kāi)發(fā)開(kāi)放式架構(gòu)，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和部署近距離無(wú)線通信（NFC）技術(shù)，并推動(dòng)其在手機(jī)中的應(yīng)用。該項(xiàng)目名為“NFC在倉(cāng)儲(chǔ)物流及支付領(lǐng)域的應(yīng)用（StoLPaN）”，旨在為應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、基于NFC的服務(wù)開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放式的商用和技術(shù)框架。這些架構(gòu)將超越手機(jī)類(lèi)型及服務(wù)性質(zhì)的限制，推動(dòng)基于NFC的移動(dòng)應(yīng)用在眾多行業(yè)市場(chǎng)中的部署。

2007年，諾基亞推出了其首款具備N(xiāo)FC技術(shù)的商務(wù)手機(jī)。隨后NFC論壇每年舉行一次技術(shù)大賽，以獎(jiǎng)勵(lì)那些有利于推廣NFC技術(shù)的創(chuàng)意。此后全球多個(gè)國(guó)家開(kāi)始測(cè)試NFC產(chǎn)品，目前全球已有100多項(xiàng)NFC技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目正在進(jìn)行當(dāng)中。與其他任何新技術(shù)一樣，目前NFC技術(shù)的市場(chǎng)知名度還有待提高。但假以時(shí)日，NFC技術(shù)無(wú)疑將進(jìn)入主流應(yīng)用的行列。

2.2 NFC應(yīng)用

無(wú)接觸支付

交通運(yùn)輸

醫(yī)療健康

智能目標(biāo)

社交媒體

三、技術(shù)原理與比較

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3.1 技術(shù)原理

支持NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。

在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱(chēng)為NFC發(fā)起設(shè)備（主設(shè)備），在整個(gè)通信過(guò)程中提供射頻場(chǎng)（RF-field）。

在主動(dòng)模式下，每臺(tái)設(shè)備要向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都必須產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)。如圖1所示，發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)，以便進(jìn)行通信。這是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。

NFC的實(shí)現(xiàn)由兩部分組成：NFC模擬前端（NFC Controller與天線）和安全單元。根據(jù)應(yīng)用需求不同，可以是SIM、SD、SAM或其他芯片。如下圖所示：

第一代出現(xiàn)的NFC方案基本上都采用的NXP的方案，由模擬前端芯片（PN511）與安全芯片（SmartMX）構(gòu)成NFC方案。如圖為NFC收發(fā)器（PN511）：

NFC收發(fā)器

NFC是在手機(jī)中整合智能卡芯片和天線，以SWP（Single Wire Protocol）連接方案為例，如下圖所示：

3.2 與其他近距離通信技術(shù)比較

SIMpass技術(shù)

SIMpass是全球前五大智能卡供應(yīng)商之一的握奇數(shù)據(jù)基于SIM卡的移動(dòng)支付解決方案，是基于握奇成熟的雙界面智能卡技術(shù)推出的新技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各種非接觸移動(dòng)應(yīng)用。

SIMpass卡是一種多功能的SIM卡，具有接觸和非接觸兩個(gè)通訊界面。非接觸界面可以支持非接觸移動(dòng)支付、電子存折、PBOC借記/貸記以及其他各種非電信應(yīng)用。接觸界面可實(shí)現(xiàn)電信應(yīng)用，完成手機(jī)卡的正常功能。SIMpass還可以通過(guò)STK，SMS等方式，通過(guò)接觸界面進(jìn)行非現(xiàn)場(chǎng)的非電信應(yīng)用，如空中圈存等。另外，握奇還開(kāi)發(fā)出與SIMpass相匹配的MePay平臺(tái)系統(tǒng)，作為移動(dòng)支付的后臺(tái)，可以有效地把移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，銀行，商戶(hù)以及終端用戶(hù)聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成完整的移動(dòng)支付體系。

SIMpass工作于13.56MHz，可通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)，一種是定制手機(jī)方案，這種方案將天線組件內(nèi)置在手機(jī)之中，手機(jī)中只要裝入SIMpass卡片就可以實(shí)現(xiàn)非接觸通信。另一種是低成本天線組方案。這種方案不需要對(duì)手機(jī)進(jìn)行任何改造，整個(gè)系統(tǒng)包括SIMpass卡片和一個(gè)與之配合的天線組件，只需將SIMpass卡片和天線一起安裝在手機(jī)中便可工作。

優(yōu)勢(shì)：用戶(hù)不需要更換手機(jī)，運(yùn)營(yíng)商項(xiàng)目啟動(dòng)的成本小。

劣勢(shì)：采用SIMpass技術(shù)進(jìn)行移動(dòng)支付，業(yè)務(wù)將占用用于OTA業(yè)務(wù)的C4/C8接口，對(duì)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)造成一定的壓力，而且只具備被動(dòng)通信模式，不具點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能，此外產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)單薄。

SIMpass雙界面SIM卡實(shí)質(zhì)上是建立在SIM卡上的單芯片NFC實(shí)現(xiàn)方案，所以又稱(chēng)為Single-CardNFC（SC-NFC），它把傳統(tǒng)的NFC功能全部都集成到SIM上。這樣一來(lái)可以通過(guò)SIM卡實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。

技術(shù)原理圖比較：

實(shí)現(xiàn)方式：

SIM卡的C1、C2、C3、C5、C6、C7用來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸界面的電信功能；而C4、C8用來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸界面的非電信功能。

產(chǎn)品形態(tài)：

RF-SIM技術(shù)

RF是無(wú)線射頻技術(shù)，SIM既我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)里面安裝的通信卡。把RF與SIM相結(jié)合組成的卡，就是RFSIM卡。使用RFSIM卡，沒(méi)有任何限制．只要是在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的手機(jī)，均可使用RFSIM卡．只要把SIM卡更換為RFSIM卡就可使用了．無(wú)需更換手機(jī)。

RF-SIM業(yè)務(wù)介紹：

1） RF-SIM使用的頻率是2.4G

2） 通信距離可在10-500CM自動(dòng)調(diào)整

3） 單向支持100M（數(shù)據(jù)廣播）

4） RF-SIM支持全部制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和各種型號(hào)的手機(jī)

RF-SIM卡的用戶(hù)能夠通過(guò)空中下載的方式實(shí)時(shí)更新手機(jī)中的應(yīng)用程序或者給帳戶(hù)充值，從而使手機(jī)真正成為隨用隨充的智能化電子錢(qián)包。

RFSIM既具備手機(jī)的全部功能，又可以應(yīng)用在門(mén)禁識(shí)別系統(tǒng)，物流管理系統(tǒng)，廣告信息系統(tǒng)，小額支付系統(tǒng)，電子票務(wù)系統(tǒng)，以及酒店預(yù)訂系統(tǒng)等等領(lǐng)域均可應(yīng)用．隨著RFSIM應(yīng)用技術(shù)的延伸，必將滲透到我們生活中的每個(gè)角落。

優(yōu)勢(shì)：RF-SIM更容易讓運(yùn)營(yíng)商控制產(chǎn)業(yè)鏈，且用戶(hù)使用門(mén)檻低。

劣勢(shì)：RF-SIM技術(shù)采用2.4GHz通信頻率，而對(duì)于銀行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，他們更青睞于基于13.56MHz的SIMpass或NFC標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于注重產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，在初期，運(yùn)營(yíng)商推廣的難度會(huì)較大。

三者之間的比較

SIM-Pass

優(yōu)勢(shì)：SIM-Pass技術(shù)工作在13.56MHz下，將應(yīng)用信息和RFID模塊都集成到SIM/UIM卡中，對(duì)運(yùn)營(yíng)商十分有利，用戶(hù)也無(wú)需更換手機(jī)終端，將天線與SIM/UIM卡片直接相連，即可通信。

劣勢(shì)：由于天線是從SIM/UIM中引出的，而不同手機(jī)終端SIM/UIM卡的放置位置不同，因此需要進(jìn)行適配，目前，手機(jī)適配率只能達(dá)到20%左右。同時(shí)，由于天線是直接引出，比較容易折斷，將無(wú)法工作。

RF-SIM

優(yōu)勢(shì)：是一種新型的RFID產(chǎn)品，采用了2.4GHz的通信頻率。它將RFID模塊、天線和應(yīng)用信息都集成在SIM/UIM卡中，用戶(hù)只需要更換UIM卡即可使用，從手機(jī)成本、業(yè)務(wù)控制角度來(lái)說(shuō)是運(yùn)營(yíng)商的最佳選擇。

劣勢(shì)：RF-SIM的工作頻點(diǎn)與銀行、公交等主要行業(yè)的POS機(jī)不一致，因此重心布放POS終端，需要大量的成本。而且，RF-SIM卡的成本較普通智能卡要高出很多。

NFC

優(yōu)勢(shì)：NFC方式目前是發(fā)展最成熟的方案。技術(shù)成熟、功能全面、有商用案例是其最大的優(yōu)勢(shì)。而且目前大多數(shù)手機(jī)廠商都表示要推出NFC手機(jī)。

劣勢(shì)：由于NFC方式需要定制手機(jī)終端，SIM/UIM卡不能控制業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商控制產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)植焕?。另外，技術(shù)壁壘也是一個(gè)劣勢(shì)，因?yàn)镹FC的專(zhuān)利掌握在國(guó)外廠商的手中。

與RFID一樣，NFC信息也是通過(guò)頻譜中無(wú)線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信無(wú)線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，相對(duì)于RFID來(lái)說(shuō)NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。