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1、NFC近场通信技术与应用引言NFC(Near Field Communication，近场通信)技术在世界范围内受到重视。NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来,在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，发展态势相当迅速。1、NFC技术标准随着短距离无线数据业务迅速膨胀，NFC于2004年4月被批准为国际标准。NFC技术符合ECMA 340与ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092标准。这些标准
2、详细规定了物理层和数据链路层的组成，具体包括NFC设备的工作模式、传输速度、调制方案、编码等，以及主动与被动NFC模式初始化过程中，数据冲突控制机制所需的初始化方案和条件。此外，这些标准还定义了传输协议，其中包括协议启动和数据交换方法等。标准规定NFC技术支持三种不同的应用模式：（1）卡模式(如同FeliCa和ISO14443A/MIFARE卡的通信)；（2）读写模式（对FeliCa或ISO14443A卡的读写）；（3）NFC模式（NFC芯片间的通信）。标准规定了NFC的工作频率是13.56MHz，数据传输速度可以选择106kb/s、212kb/s或者424kb/s，在连接NFC后还可切换其它
3、高速通信方式。传输速度取决于工作距离，工作距离最远可为20厘米，在大多数应用中，实际工作距离不会超过10厘米。标准中对于NFC高速传输（424kb/s）的调制目前还没有作出具体的规定，在低速传输时都采用了ASK调制，但对于不同的传输速率具体的调制参数是不同的。标准规定了NFC编码技术包括信源编码和纠错编码两部分。不同的应用模式对应的信源编码的规则也不一样。对于模式1，信源编码的规则类似于密勒（Miller）码。具体的编码规则包括起始位、“1”、“0”、结束位和空位。对于模式2和模式3，起始位、结束位以及空位的编码与模式1相同，只是“0”和“1”采用曼彻斯特（Manchester）码进行编码，或
4、者可以采用反向的曼彻斯特码表示。纠错编码采用循环冗余校验法。所有的传输比特，包括数据比特、校验比特、起始比特、结束比特以及循环冗余校验比特都要参加循环冗余校验。由于编码是按字节进行的，因此总的编码比特数应该是8的倍数。为了防止干扰正在工作的其它NFC设备（包括工作在此频段的其它电子设备），NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行系统初始化以检测周围的射频场。当周围NFC频段的射频场小于规定的门限值（0.1875A/m）时，该NFC设备才能呼叫。如果在NFC射频场范围内有两台以上NFC设备同时开机的话，需要采用单用户检测来保证NFC设备点对点通信的正常进行，单用户识别主要是通过检测NFC设备
5、识别码或信号时隙完成的。2、工作原理NFC工作模式存在两种：主动模式和被动模式，其工作原理是有所区别的。在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图1所示，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。这是对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。图1 NFC主动工作模式在主动模式下，通讯双方收发器加电后，任何一方可以采用“发送前侦听”协议来发起。在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备（主设备），在整个通信过程中提供射频场（RF-field），如图2所示。它可以选择106kb/s、212kb/s和424kb/s任一种传输速度，
6、将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备（从设备），不必产生射频场，而使用负载调制（Load Modulation）技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容，因此，NFC发起设备在被动模式下，可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并建立联系。图2 NFC被动工作模式在被动模式下，目标是一个被动设备。被动设备从发起者传输的磁场获得工作能量，然后通过调制磁场将数据传送给发起者（后扫描调制，AM的一种）。移动设备主要以被动模式操作，这样可以大幅降低功耗，延长电池寿命。在一个具体应
7、用过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间转换自己的角色，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。3、技术特点技术的发展在于用户的需求，NFC和其它短距离通信技术一样都是满足用户一定的需求。其它短距离通信技术如Wi-Fi、UWB、Buletooth等在某个领域都得到了相应的应用，Wi-Fi提供一种接入互联网的标准，可以看作是互联网的无线延伸。UWB应用在家庭娱乐短距离的通信传输，直接传输宽带视频数据流。蓝牙主要应用于短距离的电子设备直接的组网或点对点信息传输，如耳机、电脑、手机等。NFC技术是将RFID技术和互联网技术相融合，为了满足用户包括移动支
8、付与交易、对等式通信及移动中信息访问在内的多种应用。与其它近距离通信技术相比，NFC具有鲜明的特点，主要体现在以下几个方面：(1) 距离近、能耗低。NFC是一种能够提供安全、快捷通信的无线连接技术，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，其它通信技术的传输范围可以达到几米、甚至百米，通信距离不超过20cm；由于其传输距离较近，能耗相对较低。（2）NFC更具安全性。NFC是一种近距离连接技术，提供各种设备间距离较近的通信。与其它连接方式相比，NFC是一种私密通信方式，加上其距离近、射频范围小的特点，其通信更加安全。（3）NFC与现有非接触智能卡技术兼容。NFC标准目前已经成为得到越来越多主要厂商支
9、持的正式标准，很多非接触智能卡都能够与NFC技术相兼容。（4）传输速率较低。NFC标准规定了数据传输速率具备了三种传输速率，最高的仅为424kb/s，传输速率相对较低，不适合诸如音视频流等需要较高带宽的应用。NFC作为一种新兴的技术，它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其它无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。NFC作为一种面向消费者的交易机制，比其它通信更可靠而且简单得多。NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；但是其它通信方式能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信，因此，NFC与其它通信方式互为补充，共同存在。4、NFC
10、技术应用尽管NFC技术还没有达到足够的普及程度,但在未来几年里NFC技术将在企业、政府部门、学术机构、广告商、零售商和消费者中得到广泛的应用。(1) NFC在企业中的应用。使用智能手机作为下一代门禁卡的各种机构目前正在刊权NFC技术进行测试。这是NFC技术在企业中的理想的应用。(2) NFC在政府部门的应用。NFC技术将为政府改善公共服务和提高运输系统提供了数不清的机会。一些城市和农村地区已经使用NFC技术更好地为公民服务和改善生活质量。NFC技术能够让乘坐公交车的人使用移动设备之付车费。开车上班的人能够使用智能手机进入停车场和支付停车费。城市居民能够挥动一下平板电脑就进入游泳池或图书馆等公共
11、设施。旧金山市目前有超过3万个兼容NFC技术的停车计时器。(3) NFC与零售购物体验。NFC技术还可能通过把无线购物券、会员卡和之付选择结合在一起扩展和提高现代零售商的购物体验。放在产品货架上的NFC标签能够让消费者在使用自己的个性化配置的应用程序扫描这个标签的时候获得更多的有关这个产品的个性化信息。例如,如果你对坚果过敏,这个产品扫描会自动检测该产品是否包含坚果并且提醒你。挥动获得信息、挥动增加到购物筐、挥动获得购物券和其它新的使用情况将对零售行业产生越来越大的影响。(4) NFC与营销。NFC技术将对于现代广告商将产生深远的影响。例如,拥有NFC手机的用户能够对具有NFC功能的海报、广告
12、、广告牌或者电影海报挥动一下自己的设备就可以马上收集到有关产品或服务的信息。商家可以把NFC标签放在商店门口。这样,用户可以自动登录人人等社交网络,或者与好友共享细节或者“赞”。(5)NFC和设备与设备之间的共享协作。NFC还能作为一项短距离通讯技术在相互接近的设备之间传送文件和其它内容。在共享文件的时候,这个功能对于企业环境的中的协作是非常好的,或者对于多玩家游戏也是非常好的。流行的具有NFC功能的三星Galxay s5手机和其它新的NFC Andriod手机使用一种名为Andriod Beam”的功能通过NFC技术在兼容的设备之间来回发送数据。总之NFC是一项比较新的技术。但是,它是一个迅
13、速成长的技术。在未来NFC技术预计将改变人们旅行、购物和相互沟通的方式。5、总结本文从技术的角度探讨了NFC的标准、原理和应用。随着RFID技术和互联网的技术的进一步发展，NFC存在的兼容性、安全性问题都会得到很好的解决，NFC技术将会越来越完善，NFC技术将被广泛的应用。参考文献1 周笼笼. 近场通信技术NFC浅谈J.无线互联科技,2013:35-36.2吴思楠，周世杰，秦志光.近场通信技术分析J.电子科技大学学报，2007:1296-1299.3 赵飞龙, 杨慰民. 基于NFC技术的移动应用J. 中国新通信。2008:22-25.4 雷洪斌. 基于 NFC 技术的手机支付研究D.上海：上海交通大学，2007.5
