NFC簡介、前景

本 世紀初，當人們還在把目光聚焦在介于通訊層面的五花八門的手機附加功能上時，移動支付這個全新的支付概念已經進入中國，這不但改變了人們賦予手機的傳統 “身份”，更加颠覆了人們傳統觀念中的支付手段與支付方式。一種友善、快捷的支付生活越來越多的被人們所關注。NFC技術在手機上的應用，使得移動支付成 為可能，這種技術尤其受到了年輕一族的熱捧。

目前NFC最廣泛的應用是手機地鐵票，在包括我國廣州在内的多個地區試用該技術後，都得到了廣泛贊譽。友善的操作過程，将使NFC技術很有可能最終取代地鐵IC卡車票方案。盡管目前基于NFC技術的移動支付大多還處于試用階段，但是業界對其未來充滿信心。

一、NFC概念簡介

NFC英文全稱Near Field Communication，即近距離通訊技術。NFC是脫胎于無線裝置間的一種“非接觸式射頻識别”(RFID)及互聯技術，為所有消費性電子産品提供了一個極為便利的通訊方式。

NFC 在單一晶片上結合了感應式讀卡器，感應式卡片和點對點的功能。在數厘米（通常是15厘米以内）距離之間于13.56MHz頻率範圍内運作，通 過射頻信号自動識别目标對象并擷取相關資料，識别工作無須人工幹預，任意兩個裝置（如行動電話）接近而不需要線纜接插，就可以實作互相間的通信，滿足任何 兩個無線裝置間的資訊交換、内容通路、服務交換。

二、NFC技術背景

NFC是由飛利浦公司發起，由諾基亞、索尼等著名廠商聯合主推的一項無線技術。由多家公司、大學和使用者共同成立了泛歐聯盟，旨在開發NFC的開放式 架構，并推動其在手機中的應用。NFC由非接觸式射頻識别(RFID)及互聯互通技術整合演變而來，在單一晶片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的 功能，能在短距離内與相容裝置進行識别和資料交換。這項技術最初隻是RFID技術和網絡技術的簡單合并，現在已經演變成一種短距離無線通信技術，發展态勢 相當迅速。

與RFID不同的是，NFC具有雙向連接配接和識别的特點，工作于13.56MHz頻率範圍，作用距離10厘米左右。NFC技術在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190架構下推動标準化，同時也相容應用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标準非接觸式智能卡的基礎架構。

NFC晶片裝在手機上，手機就可以實作小額電子支付和讀取其他NFC裝置或标簽的資訊。NFC的短距離互動大大簡化整個認證識别過程，使電子裝置間 互相通路更直接、更安全和更清楚。通過NFC，電腦、數位相機、手機、PDA等多個裝置之間可以很友善快捷地進行無線連接配接，進而實作資料交換和服務。

三、技術優勢

與 RFID一樣，NFC資訊也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的差別。首先，NFC是一種提供輕松、安 全、迅速的通信無線連接配接技術，其傳輸範圍比RFID小，RFID的傳輸範圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨特的信号衰減技術，相對于 RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。

其次，NFC與現有非接觸智能卡技術相容，目前已經成為得到越來越多主要廠商支援的正式标準。再次，NFC還是一種近距離連接配接協定，提供各種裝置間 輕松、安全、迅速而自動的通信。與無線世界中的其他連接配接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。最後，RFID更多的被應用在生産、物流、跟蹤、資 産管理上，而NFC則在門禁、公交、手機支付等領域内發揮着巨大的作用。

同時，NFC還優于紅外和藍牙傳輸方式。作為一種面向消費者的交易機制，NFC比紅外更快、更可靠而且簡單得多。與藍牙相比，NFC面向近距離交 易，适用于交換财務資訊或敏感的個人資訊等重要資料；藍牙能夠彌補NFC通信距離不足的缺點，适用于較長距離資料通信。是以，NFC和藍牙互為補充，共同 存在。事實上，快捷輕型的NFC協定可以用于引導兩台裝置之間的藍牙配對過程，促進了藍牙的使用。

NFC手機内置NFC晶片，組成RFID子產品的一部分，可以當作RFID無源标簽使用，用來支付費用；也可以當作RFID讀寫器用作資料交換與采集。 NFC技術支援多種應用，包括移動支付與交易、對等式通信及移動中資訊通路等。通過NFC手機，人們可以在任何地點、任何時間，通過任何裝置，與他們希望 得到的娛樂服務與交易聯系在一起，進而完成付款，擷取海報資訊等。NFC裝置可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及裝置對裝置的資料傳輸鍊路， 其應用主要可分為以下四個基本類型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸資料。

四、NFC技術原理

1. 近距離無線通信

支援NFC的裝置可以在主動或被動模式下交換資料。在被動模式下，啟動NFC通信的裝置，也稱為NFC發起裝置(主裝置)，在整個通信過程中提供射 頻場(RF-field)，如圖2所示。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，将資料發送到另一台裝置。另一台設 備稱為NFC目标裝置(從裝置)，不必産生射頻場，而使用負載調制(load modulation)技術，即可以相同的速度将資料傳回發起裝置。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼 容，是以，NFC發起裝置在被動模式下，可以用相同的連接配接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目标裝置，并與之建立聯系。

在主動模式下，每台裝置要向另一台裝置發送資料時，都必須産生自己的射頻場。如圖1所示，發起裝置和目标裝置都要産生自己的射頻場，以便進行通信。這是對等網絡通信的标準模式，可以獲得非常快速的連接配接設定。

如圖2所示，移動裝置主要以被動模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。在一個應用會話過程中，NFC裝置可以在發起裝置和目标裝置之間切換自己的角色。利用這項功能，電池電量較低的裝置可以要求以被動模式充當目标裝置，而不是發起裝置。

2. NFC與藍牙和紅外技術的比較

作為一種面向消費者的交易機制，NFC比紅外更快、更可靠而且要簡單得多。另一方面，藍牙則是一種彌補NFC通訊距離不足的缺點，适用于較長距離數 據通信。NFC面向近距離交易互動，适用于交換财務資訊或敏感的個人資訊等重要資料。NFC和藍牙互相為補充，共同存在。事實上，快捷輕型的NFC協定可 以用于引導兩台裝置之間的藍牙配對過程，并在這方面促進藍牙的使用。 模式的典型應用是：建立藍牙連接配接、交換手機名片等。

五、技術分析

電磁場決定無線電波

術語“近場”是指無線電波的臨近電磁場。無線電波由正交電磁場組成，在工作頻率下天線周圍大約10波長的範圍内，無線電波的行為遵循麥克斯韋方程。

電磁場在從發射天線傳播到接收天線的過程互相交換能量并互相增強，這樣的電磁場稱之為遠場。而在10個波長以内，電磁場是互相獨立的，即為近場，近場内電場沒有多大意義，但磁場可用于短距離通訊。

由于在初級線圈(發射天線)和次級線圈之間仍有相當大的距離，是以可以将NFC看做是一個耦合系數非常低的互感器。近磁場的主要問題是信号傳播過程 中信号強度會以大約1/d6的速率下降(這裡d為通訊距離或範圍)，是以使近場通訊成為名副其實的短程通訊技術，而在稱之為無線電波的遠場中，信号強度以 1/d2的速率下降。

NXP公司和索尼公司發明了NFC技術，Ecma International公司首次采用它做為一項标準(NFCIP-1或ECMA-340)，并送出給國際标準化組織(ISO）/國際電工委員會 (IEC)，成為ISO/IEC 18092标準，同時也得到了歐洲電信标準協會的承認，從此後已經有多個半導體公司開始生産相容性和互操作晶片。

這個标準類似于智能卡中所采用的NFC技術，并與其相容，其内部晶片能夠使消費者通過銷售點(POS)終端閱讀器進行支付。在某些工作模式下NFC的功能類似于射頻識别(RFID)。NXP公司的MIFARE和索尼公司的FeliCa産品就采用了已經制定的智能卡标準。

該标準規定了一個13.56MHz的工作頻率，這是一個免許可國際通用頻帶，是美國ISM帶15/18頻帶之一。資料傳輸速率為106、212或 424kbps，取決于通訊範圍，在20cm或大約8英寸時傳輸速率最大，實際通訊範圍隻有幾英寸或不大于10cm，該标準規定了多種工作模式。

在主動模式下，通訊雙方收發器加電後，任何一方可以采用“發送前偵聽”協定來發起一個半雙工發送。在一個以上NFC裝置試圖通路一個閱讀器時這個功能可以防止沖突，其中一個裝置是發起者，而其它裝置則是目标。

在被動模式下，像RFID标簽一樣，目标是一個被動裝置。标簽從發起者傳輸的磁場獲得工作能量，然後通過調制磁場将資料傳送給發起者(後掃描調制，AM的一種)。

像任何先進的無線技術一樣，NFC同樣面臨安全問題。但是NFC裝置非常小的通訊範圍完全可以将黑客排除在外。在這樣小的範圍内，完全可以放心地進行通訊。如果需要更高的安全性，可以使用帶智能卡技術的NFC，智能卡技術内置了重載加密認證功能。

讓我們看看任何無線關聯模型的兩個基本要求：

① 安全的連結

加密無線連結需要一個公鑰，而且在帶内通道必須是不可見的。連結密鑰通過手動PIN(比如在藍牙中)或Diffie-Hellman自動交換(比如在無線USB中)“實時”生成。建立連結密鑰後，便可啟用對稱加密(基于3DES和AES等)。

② 裝置身份驗證

即確定連結密鑰以預期的驗證裝置而不是僞裝的被動/主動中間人生成。此設定的正常方法要求連接配接一根線纜，以便關聯和交換連結密鑰和/或要求使用者在兩台裝置 上輸入PIN碼。将此方法與使用NFC來關聯和設定相比較，具有如下優點：無需浏覽查閱菜單或配置螢幕；隻需将兩台裝置彼此靠攏即可觸發相關軟體和使用者界 面；建立此環境以後将自動交換相關資料。

使用者隻需确認交易，而且隻需檢視相關的資訊。此過程将減少裝置關聯所需的步驟，并最大限度地減少使用者互動操作。使用者無需增加任何開銷即可改善安全功 能。而且可以加快連接配接過程，同時又保留了像完成/錯誤确認和錯誤修正等功能。用NFC可以使藍牙、無線USB和W-LAN等的配對與裝置關聯變得非常簡 單、快捷和直覺，而且同時可以彌合移動和消費類電子産品之間的缺口。

六、NFC的應用情況

NFC裝置可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及裝置對裝置的資料傳輸鍊路。其應用廣泛，NFC應用可以分為四個基本類型。諸如門禁管制或交通 /活動檢票之類的應用，使用者隻需将儲存有票證或門禁代碼的裝置靠近閱讀器即可。還可用于簡單的資料撷取應用，例如從海報上的智能标簽讀取網址。

接觸、确認。移動付費之類的應用，使用者必須輸入密碼确認交易，或者僅接受交易。

接觸、連接配接。将兩台支援NFC的裝置連結，即可進行點對點網絡資料傳輸，例如下載下傳音樂、交換圖像或同步處理通信錄等。

接觸、探索。NFC裝置可能提供不止一種功能，消費者可以探索了解裝置的功能，找出NFC裝置潛在的功能與服務。

1. NFC用于智能媒體

對于配備NFC的電話，利用其讀寫器功能，使用者隻需接觸智能媒體即可擷取豐富的資訊或下載下傳相關内容。此智能媒體帶有一個成本很低的RFID(嵌入或 附加在海報中)标簽，可以通過行動電話讀取，借此發現目前環境下豐富多樣的服務項目。并且手機可以啟動移動網絡服務請求，并立即按比例增加營運商的網絡流 量。營運商可以投資這個“即時滿足”工具，通過鈴聲下載下傳、移動遊戲和其他收費的增值服務來增加收入。

2. NFC用于付款和購票等

最早在行動電話上使用非接觸式智能卡，隻是将卡粘到電話中。也并未通過非接觸式卡提供任何增值服務，而且也不利用行動電話的功能或行動電話網絡。之 後經過改進，雖将非接觸式智能卡內建到電話中，但仍然是基于傳統智能卡部署的封閉系統。我們現在正見證向NFC電話發展的趨勢，這種電話充分利用行動電話 功能和行動電話網絡，還提供卡讀寫器和裝置對裝置連接配接功能。

使用非接觸式智能卡的支付方式在美國和亞太地區發展勢頭良好。Visa、MasterCard和美國運通等信用卡的内置支付程式可以安全地存儲在裝置上的安全IC内。這樣，NFC電話就可以充分利用現有的支付基礎架構，并能夠支援行動電話公司的新服務項目。

3. NFC用于電子票證

電子票證是以電子方式存儲的通路權限，消費者可以購買此權限以獲得娛樂場所的入場權。整個電子票證購買過程隻需幾秒鐘，對消費者而言非常簡單便捷。在收集并确認了消費者的支付資訊後，電子票證将自動傳輸到消費者的行動電話或安全晶片中。

使用者将行動電話靠近自動售票終端，即開始交易。使用者與服務裝置充分互動，然後通過在行動電話上确認交易，完成購買過程。到娛樂場所時，使用者隻需将自己的行動電話靠近安裝在入口轉栅上的閱讀器即可，閱讀器在檢查了票證的有效性後允許進入。

4. NFC用于連接配接和作為無線啟動裝置

消費者希望無線連接配接簡單便捷，但對消費者承諾的便利性和移動性卻仍未兌現。雖然使用友善已成為消費者優先選擇的主要動因，但安全性能也是一種必要的因素。

七、發展前景

NFC 具有成本低廉、友善易用和更富直覺性等特點，這讓它在某些領域顯得更具潛力。NFC通過一個晶片、一根天線和一些軟體的組合，能夠實作各種設 備在幾厘米範圍内的通信，而費用僅為2-3歐元。研究機構Strategy Analytics預測，至2011年全球基于行動電話的非接觸式支付額将超過360億美元。如果NFC技術能得到普及，它将在很大程度上改變人們使用許 多電子裝置的方式，甚至改變使用信用卡、鑰匙和現金的方式。

NFC作為一種新興的技術，大緻總結了藍牙技術協同工作能力差的弊病。不過，它的目标并非是完全取代藍牙、Wi-Fi等其他無線技術，而是在不同的場合、 不同的領域起到互相補充的作用。因為NFC的資料傳輸速率較低，僅為212Kbps，不适合諸如音視訊流等需要較高帶寬的應用。

需要密切關注的是，中國政府正在制定自己的RFID标準，而飛利浦的NFC技術是否完全相容并得到中國政府的認可對消費者相當重要。中國國家标準化管理委 員會成立了國家标準工作組，負責起草、制定中國有關RFID的國家标準，據稱這樣将使中國獲得相關的自主知識産權，又能将RFID發展納入标準化、規範化 的軌道。整個認證過程很可能需要飛利浦等公司公開一些關鍵的技術，這可能成為NFC在中國推廣應用的絆腳石。