近場通信

NFC的中文全稱為近場通信技術。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術的基礎上，結合無線互連技術研發而成，它為我們日常生活中越來越普及的各種電子產品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱中的“近場”是指臨近電磁場的無線電波。因為無線電波實際上就是電磁波，所以它遵循麥克斯韋方程，電場和磁場在從發射天線傳播到接收天線的過程會一直交替進行能量轉換，並在進行轉換時相互增強，例如我們的手機所使用的無線電信號就是利用這種原理進行傳播的，這種方法稱作遠場通信。而在電磁波10個波長以內，電場和磁場是相互獨立的，這時的電場沒有多大意義，但磁場卻可以用於短距離通訊，我們稱之為近場通信。 ^[2] 

近場通信業務結合了近場通信技術和移動通信技術，實現了電子支付、身份認證、票務、數據交換、防偽、廣告等多種功能，是移動通信領域的一種新型業務。近場通信業務增強了移動電話的功能，使用户的消費行為逐步走向電子化，建立了一種新型的用户消費和業務模式。

NFC技術的應用在世界範圍內受到了廣泛關注，國內外的電信運營商、手機廠商等不同角色紛紛開展應用試點，一些國際性協會組織也積極進行標準化制定工作。據業內相關機構預測，基於近場通信技術的手機應用將會成為移動增值業務的下一個殺手級應用。 ^[3] 

根據有關資料顯示，大約在2003年的時候，索尼(sony)公司和當時的飛利浦(philips)半導體(現恩智浦NXP半導體)進行合作，計劃基於非接觸式射頻卡技術研發一種更加安全快捷的並且能與之兼容的無線通訊技術。經過幾個月的研發後，雙方聯合對外發布了一種兼容IS014443非接觸式卡協議的無線通訊技術，取名為NFC(Near Field Communication)，具體通信規範稱作NFCIP-1規範。在發佈NFC技術沒多久，雙方向歐洲計算機制造商協會(ECMA)提交標準草案，申請成為近場通信標準並很快被認可為ECMA.340標準，緊接着藉助ECMA向ISO/IEC提交了標準申請並最終被認可為ISO/IECl8092標準。 ^[2] 

近場通信技術是由諾基亞（Nokia）、飛利浦（Philips）和索尼（Sony）共同制定的標準 ，在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動標準化，同時也兼容應用廣泛的ISO 14443 、Type-A、ISO 15693、B以及Felica標準非接觸式智能卡的基礎架構。

2003年12月8日通過ISO/IEC（International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission）機構的審核而成為國際標準，在2004年3月18日由ECMA（European Computer Manufacturers Association）認定為歐洲標準，已通過的標準編列有ISO/IEC 18092（NFCIP-1）、ECMA-340、ECMA-352、ECMA-356、ECMA-362、ISO/IEC 21481（NFCIP-2）。

近場通信標準詳細規定近場通信設備的調製方案、編碼、傳輸速度與射頻接口的幀格式，以及主動與被動近場通信模式初始化過程中數據衝突控制所需的初始化方案和條件，此外還定義了傳輸協議，包括協議啓動和數據交換方法等。

NFC是一種短距高頻的無線電技術，NFCIP-1標準規定NFC的通信距離為10釐米以內，運行頻率13.56MHz，傳輸速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三種。NFCIP-1標準詳細規定NFC設備的傳輸速度、編解碼方法、調製方案以及射頻接口的幀格式，此標準中還定義了NFC的傳輸協議，其中包括啓動協議和數據交換方法等。 ^[2] 

NFC工作模式分為被動模式和主動模式。被動模式中NFC發起設備(也稱為主設備)需要供電設備，主設備利用供電設備的能量來提供射頻場，並將數據發送到NFC目標設備(也稱作從設備)，傳輸速率需在106kbps、212kbps或424kbps中選擇其中一種。從設備不產生射頻場，所以可以不需要供電設備，而是利用主設備產生的射頻場轉換為電能，為從設備的電路供電，接收主設備發送的數據，並且利用負載調製(load modulation)技術，以相同的速度將從設備數據傳回主設備。因為此工作模式下從設備不產生射頻場，而是被動接收主設備產生的射頻場，所以被稱作被動模式，在此模式下，NFC主設備可以檢測非接觸式卡或NFC目標設備，與之建立連接。 ^[2] 

主動模式中，發起設備和目標設備在向對方發送數據時，都必須主動產生射頻場，所以稱為主動模式，它們都需要供電設備來提供產生射頻場的能量。這種通信模式是對等網絡通信的標準模式，可以獲得非常快速的連接速率。 ^[2] 

NFC標準為了和非接觸式智能卡兼容，規定了一種靈活的網關係統，具體分為三種工作模式：點對點通信模式、讀寫器模式和NFC卡模擬模式。 ^[2] 

點對點模式，這種模式下兩個NFC設備可以交換數據。例如多個具有NFC功能的數字相機、手機之間可以利用NFC技術進行無線互聯，實現虛擬名片或數字相片等數據交換。 ^[2] 

針對點對點形式來講，其關鍵指的是把兩個均具有NFC功能的設備進行連接，從而使點和點之間的數據傳輸得以實現。經過把點對點形式作為前提，讓具備NFC功能的手機與計算機等相關設備，真正達成點對點的無線連接與數據傳輸，並且在後續的關聯應用中，不僅可為本地應用，同時也可為網絡應用。因此，點對點形式的應用，對於不同設備間的迅速藍牙連接，及其通信數據傳輸方面有着十分重要的作用。 ^[4] 

讀/寫模式，這種模式下NFC設備作為非接觸讀寫器使用。例如支持NFC的手機在與標籤交互時扮演讀寫器的角色，開啓NFC功能的手機可以讀寫支持NFC數據格式標準的標籤。 ^[2] 

讀卡器模式的NFC通信作為非接觸讀卡器使用，可以從展覽信息電子標籤、電影海報、廣告頁面等讀取相關信息。讀卡器模式的NFC手機可以從TAG中採集數據資源，按照一定的應用需求完成信息處理功能，有些應用功能可以直接在本地完成，有些需要與TD-LTE等移動通信網絡結合完成。基於讀卡器模式的NFC應用領域包括廣告讀取、車票讀取、電影院門票銷售等，比如電影海報後面貼有TAG標籤，此時用户就可以攜帶一個支持NFC協議的手機獲取電影信息，也可以連接購買電影票。讀卡器NFC模式還可以支持公交車站點信息、旅遊景點地圖信息的獲取，提高人們旅遊交通的便捷性。

模擬卡片模式，這種模式就是將具有NFC功能的設備模擬成一張標籤或非接觸卡，例如支持NFC的手機可以作為門禁卡、銀行卡等而被讀取。 ^[2] 

卡模擬形式關鍵指的是把具有NFC功能的設備進行模擬，使之變成非接觸卡的模式，比如，銀行卡與門禁卡等。這種形式關鍵應用於商場或者交通等非接觸性移動支付當中，在具體應用過程中，用户僅需把自身的手機或者其他有關的電子設備貼近讀卡器，同時輸入相應密碼則可使交易達成。針對卡模擬形式中的卡片來講，其關鍵是經過和非接觸讀卡器的RF域實行供電處理，這樣即便NFC設備無電也同樣可以繼續開展工作。另外，針對卡模擬形式的應用，還可經過在具備NFC功能的相關設備中採集數據，進而把數據傳輸至對應處理系統中做出有關處理，並且，這種形式還可應用於禁系統與本地支付等各個方面。 ^[4] 

近場通信是基於RFID技術發展起來的一種近距離無線通信技術。與RFID一樣，近場通信信息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區別。近場通信的傳輸範圍比RFID小，RFID的傳輸範圍可以達到0~1m，但由於近場通信採取了獨特的信號衰減技術，相對於RFID來説近場通信具有成本低、帶寬高、能耗低等特點。

近場通信技術的主要特徵如下：

（1）用於近距離（10cm以內）安全通信的無線通信技術。

（2）射頻頻率：13.56MHz。

（3）射頻兼容：ISO 14443，ISO 15693，Felica標準。

（4）數據傳輸速度：106kbit/s，212 kbit/s，424kbit/s。

目前的近距離無線通信技術包括了RFID、藍牙、紅外等，NFC是一種短距離的高頻無線通訊技術，電子設備之間允許進行非接觸式點對點數據傳輸。其工作頻率為13.56MHz，通信距離0~20cm（實際大部分產品都在10cm以內），傳輸速率可為106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s和848kbit/s。近距無線通信技術除NFC外，主要還包括射頻識別（RFID)、藍牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）、紅外、Wi-Fi等技術。以上各項技術都有各自的特點和優點，下圖給出了NFC以及其他六種幾種短距離無線通信技術在所列頻段上性能的比較。 ^[5] 

可以看出，NFC技術具有極高的安全性，在短距離通信中具有性能優勢，更重要的是成本較低，因此自其2003 年問世以來，得到眾多企業的關注和支持。 ^[5] 

下面針對各通信技術的特點與NFC技術進行分析與比較。

第一，工作模式不同。NFC是將點對點通信功能，讀寫器功能和非接觸卡功能集成進一顆芯片，而RFID則有閲讀器和標籤兩部分組成。NFC技術既可以讀取也可以寫入，而RFID只能實現信息的讀取以及判定。 ^[2] 

第二，傳輸距離不同。NFC傳輸距離比RFID小的多，NFC的傳輸距離只有10釐米，RFID的傳輸距離可以達到幾米、甚至幾十米。NFC是一種近距離的私密通信方式，相對於RFID來説NFC具有距離近、帶寬高、能耗低、安全性高等特點。 ^[2] 

第三，應用領域不同。NFC更多的應用於消費類電子設領域，在門禁、公交、手機支付等領域發揮着巨大的作用；RFID則更擅長於長距離識別，更多的被應用在生產、物流、跟蹤、資產管理上。 ^[2] 

NFC和藍牙都是短程通信技術，相對於藍牙很早就被集成到移動電話中並已經被普及，NFC最近幾年才開始被集成進移動電話中，並且到目前為止只集成在少數移動電話中。 ^[2] 

第一，建立時間不同，NFC通信設置程序簡單，通信建立時間很短，僅需0.1s左右；而藍牙通信設置程序相對複雜，通信建立時間較長，大概需要6s。 ^[2] 

第二，傳輸距離不同，NFC傳輸距離只有10cm，而藍牙傳輸距離可達10m。但NFC在傳輸功耗和安全性方面略優於藍牙。 ^[2] 

第三，傳輸速度和工作頻率不同，NFC工作頻率為13.56MHz，傳輸速度最大424Kbit/s，而藍牙工作頻率為2.4GHz，傳輸速度可達2.1Mbit/s。 ^[2] 

NFC和紅外傳輸相比，傳輸距離相當，但比紅外傳輸速度更快，NFC傳輸速度最大可達424Kbit/s，而紅外傳輸速度大概100Kbit/s。建立時間NFC比紅外略快，NFC建立時間為0.1s，紅外傳輸建立時間為0.5s。紅外傳輸必須嚴格的對齊才能傳輸數據，且中間不能有障礙物，而NFC則沒有這種限制；另外NFC比紅外更安全可靠。 ^[2] 

NFC作為一種近場通信技術，其應用十分廣泛。NFC應用可以分為四個基本類型，下面針對這四種基本應用類型進行介紹和分析。 ^[2] 

NFC支付主要是指帶有NFC功能的手機虛擬成銀行卡、一卡通等的應用。NFC虛擬成銀行卡的應用，稱為開環應用。理想狀態下是帶有NFC功能的手機可以作為一張銀行卡在超市、商場的POS機上進行刷手機消費，但目前在國內還無法完全實現。主要原因是作為開環應用下的NFC支付有着繁冗的產業鏈，背後的卡商、方案商的利益和產業格局博弈十分複雜。就目前國內NFC開環應用的大環境來説，由於各方面利益的博弈，NFC開環支付應用已經錯過了在支付寶和微信支付等移動支付普及之前的最佳時機，NFC開環支付已經不可能再單獨發展起來。NFC開環支付以後的發展只有尋求和支付寶和微信支付進行銜接和捆綁，作為支付寶和微信支付的身份認證手段，才有可能在未來的移動支付中佔有一席之地。NFC虛擬成一卡通卡的應用，稱為閉環應用。目前NFC的閉環應用在國內的發展也不太理想，雖然在有些城市的公交系統已經開放了手機的NFC功能，但並沒有得到普及。根本原因是以卡為載體的一卡通系統有一個髮卡的獲利，系統集成商和運營商(公交集團及學校等)在髮卡上可以獲得豐厚的利潤。所以目前小米和華為都在一些城市試點開通手機的NFC公交卡功能，但目前都還需要開通服務費。但是隨着NFC手機的普及技術的不斷成熟，一卡通系統會逐漸支持NFC手機的應用，前景是樂觀的，但過程註定是曲折的。 ^[2] 

NFC安防的應用主要是將手機虛擬成門禁卡、電子門票等。NFC虛擬門禁卡就是將現有的門禁卡數據寫入手機的NFC，這樣無需使用智能卡，使用手機就可以實現門禁功能，這樣不僅是門禁的配置、監控和修改等十分方便，而且可以實現遠程修改和配置，例如在需要時臨時分發憑證卡等。NFC虛擬電子門票的應用就是在用户購票後，售票系統將門票信息發送給手機，帶有NFC功能的手機可以把門票信息虛擬成電子門票，在檢票是直接刷手機即可。NFC在安防系統的應用是今後NFC應用的重要領域，前景十分廣闊。因為在這個領域可以直接為該技術使用者帶來經濟利益，讓他們更有動力進行現有設備和技術的升級。因為使用手機虛擬卡，可以減少門禁卡或者磁卡式門票的使用，直接降低使用成本，另外還可以適當提高自動化程度，降低人員成本和提升效率。 ^[2] 

NFC標籤的應用就是把一些信息寫入一個NFC標籤內，用户只需用NFC手機在NFC標籤上揮一揮就可以立即獲得相關的信息。例如商家可以把含有海報、促銷信息、廣告的NFC標籤放在店門口，用户可以根據自己的需求用NFC手機獲取相關的信息，並可以登錄社交網絡、和朋友分享細節或好東西。雖然NFC標籤在應用上十分便捷，成本也很低，但在目前移動網絡的普及和二維碼的逐漸流行，NFC標籤的應用前景不容樂觀。因為和NFC標籤相比，二維碼只需要生成和印刷成一個小圖像，可以説幾乎是零成本，提供的信息和NFC一樣很豐富，很容易就會替代NFC標籤的應用。 ^[2] 

近年來，NFC技術越來越受到人們的關注，基於NFC技術發展起來的業務逐漸深入到人們生活的方方面面。

基於NFC技術的業務由於數據傳輸主要基於13.56MHz的頻率，傳輸距離較短。且基於NFC技術的信息傳輸屬於觸發式信息傳輸，信息交互時間很短，在操作過程中的很多時間屬於毫秒級。因此根據NFC技術本身的特點和優勢，面向NFC業務的基本形態主要具備以下特點。 ^[6] 

(1)短：通信距離短，基於NFC的通信距離一般在10cm以內，一般是人手可以觸及的範圍。 ^[6] 

(2)頻：作為一種短距離無線通信技術，雖然不是一項新技術，但是這兩年在國內外得到了快速發展，而以移動支付為代表的NFC應用更是逐漸深入到人們的日常生活中，因此面向NFC業務的使用將會越來越頻繁。 ^[6] 

(3)快：基於NFC技術的信息傳輸屬於觸發式信息傳輸，雖然傳輸速率不高，但是往往要求在很短的時間內完成信息交互，因此有別於其他通信業務，面向NFC業務需要進行快速處理。 ^[6] 

正因為基於NFC技術的業務具有操作距離短、操作比較頻繁和操作過程快捷等特點，從而在開展面向NFC業務時，所帶來的侷限性有如下幾個方面。 ^[6] 

(1)地域侷限性：NFC技術操作距離短，主要是建立設備之間點對點的數據傳輸，不像普通的無線傳輸那樣需要建立大範圍的傳輸網絡，因此每個地區能夠建立相對比較獨立的業務系統和傳輸系統，而從現有的NFC業務現狀來看也恰恰證明了這一點，比如：公交系統現有的模式就是各個城市都比較獨立的業務系統，而城市與城市之間無法形成互通。 ^[6] 

(2)行業侷限性：NFC業務准入門檻較低，各行業根據自身需要很容易建立起面向某種特定業務的NFC系統，並自行進行業務運營。而各行業之間缺乏這種統一遵守的行業標準，因此也存在互通性的問題。 ^[6] 

(3)業務多樣性：對於用户本身來説，NFC業務是很好的建立用户現實生活與虛擬生活的一個橋樑，而用户的現實生活往往是不受地域和行業限制的。 ^[6] 

基於目前所掌握的無線充電中NFC技術專利申請的總體情況，其技術發展趨勢與NFC技術基本保持一致。由於NFC無線通信技術存在缺點是傳輸功率很小，在充電應用中存在劣勢，因此NFC無線充電技術甚至稍滯後於NFC技術的發展。

NFC技術一般通過終端來實現其應用，無線終端的電源續航特性也屬於研究的一大重點，而在此基礎上無線充電技術應運而生。針對NFC無線充電技術，一方面是由NFC技術自身特性所衍生的有關簽名、鑑權、電源效率方面的改進。另一方面由於其他無線充電技術，例如基於電磁感應以及磁共振的技術，相對較為成熟和完善，其他無線充電研究領域的改進也在NFC充電技術上有所應用，例如天線形式的調整，電磁屏蔽問題的研究。

NFC充電天線的發展方向大致是朝着降低干擾、增大通信距離、小型化的方向發展。出於小型化、終端設備外形等因素的考慮，環形NFC天線在長期內被大量使用，而2010年後隨着天線技術的進一步開發，一些三維結構、特殊幾何形狀的天線也逐步被應用到NFC充電中。針對終端設備多頻段的需求，天線在形狀的改進上出現了雙結構的環形NFC天線，然而對此問題，更多采用了匹配電路來進行調整，匹配電路的調整方向較為多樣化，同時可以起到減小天線尺寸、增強信號、減小干擾的作用。早期管理策略基本是針對降低電源功耗而設計的，然而隨着NFC充電技術的出現，其中對於電源監控的各項策略被轉用到NFC充電策略中。在對終端設備的電特性進行監測從而合理安排充電的技術中，監測殘餘電量的技術方案被很快提出，基於終端設備距離充電器距離來啓動充電的技術方案出現稍晚，並且兩者在2011年被擴展到了多終端的領域。這與其他無線充電技術橫向比較時，步伐相對一致。而針對可以監測的電流、温度等其他技術參數，提出了對終端進行一定保護的技術方案。 ^[5]