201421260337-章露萍-近场无线通信技术发展综述

1、近场无线通信技术的发展综述章露萍(通信抗干扰技术国家级重点实验室 201421260337)摘要：近场无线通信技术（Near Field Communication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，是由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信与蓝牙、Wi-Fi等无线技术形成了互补。本文通过介绍NFC的技术简介，与蓝牙技术的比较，技术原理及在不同场合、不同领域的应用来了解它的发展，展望了近场无线通信技术的应用前景

2、。关键词: 近场无线通信技术；RFID；应用1 引言随着消费电子产品的不断创新发展，很多产品实现了多功能集合，各种设备之间通过网络连接进行数据交换的需求不断提升。近年来，短距离无线数据业务呈现出巨大的发展潜力，特别是随着无线个域网(WPAN)的升温，短距离数据业务迅速膨胀。实现短距离无线通信的主要技术有蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi (Wireless Fidelity)、红外线(IrDA)、Zigbee、超宽带(UWB,Ultra-Wide band)、近距离无线通信( NFC ,Near Field Communication)等。未来无线互连设备的特点是低价格、近距离、低功率。

3、基于ISO 18092、21481 , ECMA 340、352、356以及ETSITS 102、190标准，同时又兼容 ISO 14443A 标准的 NFC 正好具备上述优点，将成为富有竞争力的技术之一。虽然在计算机之间容易建立网络连接，但电子产品之间建立网络相对复杂。 近几年结合非接触识别技术与各种网络技术发展起来的近距离无线通信（NFC,Near Field Communication），具备虚拟网络连接器的功能，可以方便快速地完成电子产品间的数据交换，在建立网络连接方面显示出了十分明显的优势。2 近场无线通信技术的简介近场无线通信技术的简称NFC，其英文全称Near Field Com

4、munication，近距离无线通信。NFC是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术, 是由非接触式识别和互连技术演变而来、在十几厘米的范围内实现无线数据传输的一种技术。 它融合了非接触式射频识别(RFID)技术和无线互连技术,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，使用13.56 MHz频段 ,实现 1066780 kbps 的无线数据传输 1-3 。NFC可用于快速建立各种设备间的无线连接，同时可以起到虚拟连接器的作用。使用者手持NFC手机或掌上电脑(PDA)等个人可携式终端就能在十几厘米的短距离内不用登入计算机网络系统、不限任何电子设备即

5、可以简便、安全的方式进行个人与电子设备间的短距离无线通信，实现简便、安全地交换信息或移动电子商务的功能。它能通过移近两个设备,设置和初始化蓝牙和 802.11 等无线协议,使设备能在更远的距离内或以更高的速率传输数据。由于NFC单芯片解决方案是一个开放式的平台,它既可以进行快速的无线网络自组 ,同时又可作为移动通信、蓝牙或无线 802.11 等现有设备之虚拟连接器,所以除了信息传输之外,还可以建立网络 ,实现电子商务中如电子消费、电子票证等电子钱包的功能 ,覆盖了购物、旅游、娱乐、数据交换等多个领域,极大地改变消费行为的电子化程度 ,其应用将大大超出智能卡范畴,为消费者接入各种服务的方法带来革

6、命性的变化。不久前，由多家公司、大学和用户共同成立了泛欧联盟，旨在开发NFC的开放式架构，并推动其在手机中的应用。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。与RFID不同的是，NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距10厘米左右。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整个认

7、证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。下文较为详细地阐述NFC技术的极大参数指标。2.1 工作频率近距离无线通信工作中心频率在 13.56 MHz ，NFCIP-2 标准给出了近距离无线通信的可用工作频率范围为 13.56 MHz 7 kHz4。在此工作频段上，NFC 可以实现 020 cm 的无线数据传输。2.2 通信模式NFC 技术提供了两种不同的通信模式:主动通信模式（Active Communication Mode ）和被动通信模式（Passive Commu

8、nication Mode），所有的 NFC 设备都支持这两种通信模式5。在主动通信模式下，通信双方各自产生射频场以传输数据；而在被动通信模式下，只需一方产生射频场，另一方通过加载调制来传输数据。2.3 传输速率NFC 技术中数据传输速率可达 106 kbit/s 、212 kbit/s、424 kbit/s 甚至更高。 相应地， 就不同的传输速率，NFC 的调制技术也有所不同，在 NFC 技术规范中规定，工作速率低于 424 kbit/s 时采用振幅键控（ASK，Amplitude Shift Keying）调制技术。2.4 传输协议传输协议包括协议激活（Package Format and

9、 Activation）、 数据交换 （Data Exchange）、 协议关闭 （De-selection）。由于 NFC 技术是典型的多用户开放式系统，为了防止干扰（RFCA，RF Collision Avoidance）正在工作的其它 NFC 电子设备，NFC 设备在呼叫工作前都要进行射频场检测。当周围射频场小于规定的门限值时（HTHRESHOLD 0.1875A/m），方可呼叫。3 近场无线通信技术的特点3.1 NFC是一种近距离无线通信技术由于 NFC 是作为一种近距离无线通信技术提出的，它支持厘米级范围内的无线数据通信， 通信设备可以较为自由地通过彼此靠近建立连接。 建立连接时只需

10、要通信双方靠得较为接近而不要求双方在视距内， 只要保持适当距离很容易控制双方通信的建立， 同时两者之间的网络连接方式也完全自动、透明。3.2 NFC 技术支持被动通信模式这点对于电池供电的电子产品尤为重要。NFC 被动通信模式并不要求通信双方都产生射频场， 这样对于那些对用电量比较敏感的移动设备， 就可以节约电池用量， 降低功耗。3.3 NFC 技术能快捷建立网络连接NFC技术类似一个虚拟连接器 （Virtual connector），可以快捷方便地建立设备间的连接， 只要简单地靠近而不需要进行繁复的参数设置就能完成整个连接过程。 因此，NFC 技术可以成为蓝牙、Wi-Fi 等通信技术的有效补

11、充。另外NFC技术不仅向后兼容RFID技术，还能兼容非接触智能卡平台，比如飞利浦的Mifare和索尼的Felica，这些系统将为NFC设备的应用推广打下稳固的基础。4 NFC技术与蓝牙红外技术比较NFC和蓝牙都是短程通信技术，而且都被集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序。NFC也可以简化蓝牙连接。NFC略胜蓝牙的地方在于设置程序较短，但无法达到低功率蓝牙（Bluetooth Low Energy）的速度。在两台NFC设备相互连接的设备识别过程中，使用NFC来替代人工设置会使创建连接的速度大大加快：少于十分之一秒。NFC的最大数据传输量424 kbit/s 远小于蓝牙(2.1Mbit/s

12、)。虽然NFC 在传输速度与距离比不上蓝牙(小于20cm)，但相应可以减少不必要的干扰。这让NFC特别适用于设备密集而传输变得困难的时候。相对于蓝牙，NFC兼容于现有的被动射频识别设施。NFC的能量需求更低，与蓝牙低能协议类似。当NFC在一台无动力的设备(比如一台关机的手机，非接触式智能信用卡，或是智能海报)上工作时，NFC的能量消耗会要大于低能蓝牙。对于移动电话或是行动消费性电子产品来说，NFC的使用比较方便。NFC的短距离通信特性正是其优点，由于耗电量低、一次只和一台机器链接，拥有较高的保密性与安全性，NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。NFC的目标并非是取代蓝牙等其他无线技术，而是在不同

13、的场合、不同的领域起到相互补充的作用。具体对比如下表：网络类型NFC点对点蓝牙单点对多点红外点对点使用距离0.1m10m1m速度106,212,424 kbps规划速率可达868 kbps 721kbps 115kbps2.1 Mbps1.0Mbps建立时间0.1s6s0.5s安全性具备，硬件实现具备，软件实现不具备，使用IRFM时除外通信模式主动-主动/被动主动-主动主动-主动成本低中低5 近场无线通信技术的应用尽管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。 NFC在企业中的应用。使用智能手机作为下一代门

14、禁卡的各种机构目前正在对NFC技术进行测试。这是NFC技术在企业中的理想的应用。事实上，在2011年秋季，黑莓手机厂商RIM和安全物理门禁卡和读卡器提供商HID Global宣布一些黑莓手机将配置HID Global的iCLASS数字证书。配置NFC技术的黑莓Bold和Curve等型号的智能手机兼容HID Global的iCLASS读卡器。这些读卡器广泛应用于楼宇的物理门禁系统以及用于学生身份读卡器和跟踪员工考勤记录的签到功能和出勤率。员工还可以使用具有NFC功能的智能手机和其它设备进入员工停车场或者咖啡厅以及为这些服务付费。 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

15、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支付车费。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。 NFC与零售购物体验。NFC技术还可能通过把无线购物券、会员卡和支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

16、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。 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、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 ”。 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

17、玩家游戏也是非常好的。流行的具有NFC功能的三星Galaxy S III手机和其它新的NFC Android手机使用一种名为“Android 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。参考文献1 ZMIJ EWSK A. Evaluating wireless technologies in mobile payments a customer centric approach C . Sydney : I EEE Proceedings of ICMB 05 . 2005 .2 CHRISTINE E P.Close encounters of the magnetic kind J.IEE review,2005 , (5):38 - 42 .3 OKADA K ,YAMADA T ,UEZONO T , et al . Near field communication chip using PIM for bio MEMS