NFC技术及近距离通信应用设计盘点

Duke 发表于 2017-08-08 14:41:42 收藏 已收藏
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NFC技术及近距离通信应用设计盘点

Duke 发表于 2017-08-08 14:41:42 收藏

一、NFC简介

NFC英文全称Near Field Communication,近距离无线通信。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。

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,作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO 18092、ECMA340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化,同时也兼容应用广泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。

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。

二、NFC发展历史与应用

2.1 NFC发展历史

2004年3月18日 为了推动 NFC 的发展和普及,NXP(原飞利浦半导体)、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性的行业协会——NFC 论坛,旨在促进 NFC 技术的实施和标准化,确保设备和服务之间协同合作。截止2007年,NFC 论坛在全球拥有超过100个成员,包括:万事达卡国际组织、松下电子工业有限公司、微软公司、摩托罗拉公司、NEC 公司、瑞萨科技公司、三星公司、德州仪器制造公司和 Visa 国际组织。2006年7月复旦微电子成为首家加入NFC联盟的中国企业,之后清华同方微电子也加入了NFC论坛。

2006年6月 NXP、诺基亚、中国移动厦门分公司与“厦门易通卡”在厦门展开NFC测试,该项合作是中国首次NFC手机支付的测试。2006年8月Nokia与银联商务公司宣布在上海启动新的NFC测试,这是继厦门之后在中国的第二个NFC试点项目,也是全球范围首次进行NFC空中下载试验。参与测试使用的NFC手机均为NOKIA 3220。

2007年3月,由欧盟委员会及信息社会技术(IST)项目共同投资,多家公司、大学和用户共同组织成立了泛欧联盟,旨在开发开放式架构,以进一步开发和部署近距离无线通信(NFC)技术,并推动其在手机中的应用。该项目名为“NFC在仓储物流及支付领域的应用(StoLPaN)”,旨在为应用于移动设备、基于NFC的服务开发一个开放式的商用和技术框架。这些架构将超越手机类型及服务性质的限制,推动基于NFC的移动应用在众多行业市场中的部署。

2007年,诺基亚推出了其首款具备NFC技术的商务手机。随后NFC论坛每年举行一次技术大赛,以奖励那些有利于推广NFC技术的创意。此后全球多个国家开始测试NFC产品,目前全球已有100多项NFC技术开发项目正在进行当中。与其他任何新技术一样,目前NFC技术的市场知名度还有待提高。但假以时日,NFC技术无疑将进入主流应用的行列。

2.2 NFC应用

无接触支付

交通运输

医疗健康

智能目标

社交媒体

三、技术原理与比较

3.1 技术原理

支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。

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)。

NFC技术及近距离通信应用设计盘点

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。

NFC技术及近距离通信应用设计盘点

NFC的实现由两部分组成:NFC模拟前端(NFC Controller与天线)和安全单元。根据应用需求不同,可以是SIM、SD、SAM或其他芯片。如下图所示:

NFC的实现由两部分组成

第一代出现的NFC方案基本上都采用的NXP的方案,由模拟前端芯片(PN511)与安全芯片(SmartMX)构成NFC方案。如图为NFC收发器(PN511):

NFC的实现由两部分组成

NFC收发器

NFC是在手机中整合智能卡芯片和天线,以SWP(Single Wire Protocol)连接方案为例,如下图所示:

NFC的实现由两部分组成

3.2 与其他近距离通信技术比较

SIMpass技术

SIMpass是全球前五大智能卡供应商之一的握奇数据基于SIM卡的移动支付解决方案,是基于握奇成熟的双界面智能卡技术推出的新技术,能实现各种非接触移动应用。

SIMpass卡是一种多功能的SIM卡,具有接触和非接触两个通讯界面。非接触界面可以支持非接触移动支付、电子存折、PBOC借记/贷记以及其他各种非电信应用。接触界面可实现电信应用,完成手机卡的正常功能。SIMpass还可以通过STK,SMS等方式,通过接触界面进行非现场的非电信应用,如空中圈存等。另外,握奇还开发出与SIMpass相匹配的MePay平台系统,作为移动支付的后台,可以有效地把移动运营商,银行,商户以及终端用户联结起来,形成完整的移动支付体系。

SIMpass工作于13.56MHz,可通过两种方法实现,一种是定制手机方案,这种方案将天线组件内置在手机之中,手机中只要装入SIMpass卡片就可以实现非接触通信。另一种是低成本天线组方案。这种方案不需要对手机进行任何改造,整个系统包括SIMpass卡片和一个与之配合的天线组件,只需将SIMpass卡片和天线一起安装在手机中便可工作。

优势:用户不需要更换手机,运营商项目启动的成本小。

劣势:采用SIMpass技术进行移动支付,业务将占用用于OTA业务的C4/C8接口,对运营商的网络将会造成一定的压力,而且只具备被动通信模式,不具点对点通信功能,此外产业链相对单薄。

SIMpass双界面SIM卡实质上是建立在SIM卡上的单芯片NFC实现方案,所以又称为Single-CardNFC(SC-NFC),它把传统的NFC功能全部都集成到SIM上。这样一来可以通过SIM卡实现各种应用。

技术原理图比较:

实现方式:

SIM卡的C1、C2、C3、C5、C6、C7用来实现接触界面的电信功能;而C4、C8用来实现非接触界面的非电信功能。

产品形态:

其他近距离通信技术比较

RF-SIM技术

RF是无线射频技术,SIM既我们日常使用手机里面安装的通信卡。把RF与SIM相结合组成的卡,就是RFSIM卡。使用RFSIM卡,没有任何限制.只要是在市场上购买的手机,均可使用RFSIM卡.只要把SIM卡更换为RFSIM卡就可使用了.无需更换手机。

其他近距离通信技术比较

RF-SIM业务介绍:

1) RF-SIM使用的频率是2.4G

2) 通信距离可在10-500CM自动调整

3) 单向支持100M(数据广播)

4) RF-SIM支持全部制式的无线网络和各种型号的手机

RF-SIM卡的用户能够通过空中下载的方式实时更新手机中的应用程序或者给帐户充值,从而使手机真正成为随用随充的智能化电子钱包。

RFSIM既具备手机的全部功能,又可以应用在门禁识别系统,物流管理系统,广告信息系统,小额支付系统,电子票务系统,以及酒店预订系统等等领域均可应用.随着RFSIM应用技术的延伸,必将渗透到我们生活中的每个角落。

优势:RF-SIM更容易让运营商控制产业链,且用户使用门槛低。

劣势:RF-SIM技术采用2.4GHz通信频率,而对于银行机构来说,他们更青睐于基于13.56MHz的SIMpass或NFC标准,而对于注重产业链协同的移动支付业务来说,在初期,运营商推广的难度会较大。

三者之间的比较

SIM-Pass

优势:SIM-Pass技术工作在13.56MHz下,将应用信息和RFID模块都集成到SIM/UIM卡中,对运营商十分有利,用户也无需更换手机终端,将天线与SIM/UIM卡片直接相连,即可通信。

劣势:由于天线是从SIM/UIM中引出的,而不同手机终端SIM/UIM卡的放置位置不同,因此需要进行适配,目前,手机适配率只能达到20%左右。同时,由于天线是直接引出,比较容易折断,将无法工作。

RF-SIM

优势:是一种新型的RFID产品,采用了2.4GHz的通信频率。它将RFID模块、天线和应用信息都集成在SIM/UIM卡中,用户只需要更换UIM卡即可使用,从手机成本、业务控制角度来说是运营商的最佳选择。

劣势:RF-SIM的工作频点与银行、公交等主要行业的POS机不一致,因此重心布放POS终端,需要大量的成本。而且,RF-SIM卡的成本较普通智能卡要高出很多。

NFC

优势:NFC方式目前是发展最成熟的方案。技术成熟、功能全面、有商用案例是其最大的优势。而且目前大多数手机厂商都表示要推出NFC手机。

劣势:由于NFC方式需要定制手机终端,SIM/UIM卡不能控制业务逻辑,对于运营商控制产业链十分不利。另外,技术壁垒也是一个劣势,因为NFC的专利掌握在国外厂商的手中。

与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信无线连接技术,其传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

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