摘要：近场通讯是继蓝牙、Wi—Fi、ZigBee后的又一种短间隔无线通讯技能，它以射频辨认技能为根底，答应设备之间进行非触摸点对点数据传输和数据交换。为促进该技能的开展，恩智浦公司推出了PN511系列芯片，该系列芯片支撑读写器、卡模仿以及点对点三种不同运用形式，并可依据运用需求在不同形式间切换。此外近场通讯技能还具有带宽高、功耗小、本钱低以及杰出的安全性等特征，在手机付出等范畴具有宽广的运用远景。
关键词：近场通讯；射频辨认；读写器形式；卡形式；NFCIP-1形式
0 导言
近场通讯(Near Field Communication．NFC)技能是一种短间隔无线通讯技能，它答应设备之间进行非触摸点对点数据传输和数据交换。近场通讯开始是由恩智浦(NXP)和索尼公司在2002年一起联合开发的新一代无线通讯技能，并被世界规范化安排(ISO)与世界电工委员会(IEC)等接纳为规范。之后，为推进NFC技能的开展，2004年由恩智浦、索尼和诺基亚公司创建了NFC论坛，现在NFC论坛在全球具有超越140个成员，其间包含许多知名企业，且开展态势适当敏捷。因为近场通讯具有较高的安全性，因此被以为在移动付出等范畴具有很广的运用远景，尤其是当时智能手机的遍及，使得在不久的将来NFC技能与手机结合能够彻底代替各种卡片、证件等，完成只需一部手机就精干一切事的方针。
1 常见短间隔无线通讯办法
跟着电子技能的开展和各种便携式通讯设备的不断添加，人们关于各种设备间的信息交互有了激烈的需求，期望经过一个小型的、短间隔的无线网络完成在任何地址、任何时候与任何人进行通讯与数据交换，然后促进以蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、NFC、超宽带(UWB)等技能为代表的短间隔无线通讯技能的发生和开展。短间隔无线通讯技能的根本特征为低本钱、低功耗和对等性。依据数据传输速率，短间隔无线通讯技能可分为高速短间隔无线通讯和低速短间隔无线通讯。高速短间隔无线通讯最高速率大于100 Mb／s，通讯间隔小于10 m，典型技能有高速UWB和60 GHz；低速短间隔无线通讯最低速率小于1 Mb／s，通讯间隔小于100 m，典型技能有低速UWB、ZigBee、蓝牙。现在蓝牙、WiFi(80 2．11)、ZigBee、红外(IrDA)、超宽带、近场通讯(NFC)等短间隔无线通讯技能较受重视，它们在传输速度、传输间隔、功耗、可扩展性等方面各有优势，但没有一种技能能够满意一切运用需求。
蓝牙是一种运用全球通用的2．4 GHz ISM频段的短间隔无线通讯技能规范，自蓝牙规范1．0版推出后到现在的4．0中心规范，蓝牙技能的推行与运用得到了快速开展。蓝牙技能的首要特征有全球规模适用、可一起传输语音和数据、能够树立临时性的对等衔接、具有较强的抗干扰才能、很小的体积、敞开的规范接口以及低功耗、低本钱等。
WiFi技能与蓝牙技能相同也是运用2. 4 GHz ISM邻近的无线频段，该技能现在有两个规范即IEEE 802.11a和IEEE 802．11b。WiFi技能的首要特征有数据传输速率高、掩盖规模较宽，合适在办公室、家庭以及公共场所中布设热门，可作为有线宽带的一种延伸与弥补。
ZigBee首要运用在对数据传输速率要求不高的场合，运用的频段分别为2．4 GHz和868 MHz／915 MHz，是一种依据IEEE 802. 15．4规范的低复杂度、低功耗、低本钱、低数据速率、短时延、大容量、高安全的无线网络技能，特别合适于星状、簇状和网状结构运用，并具有自安排、自保护才能。
超宽带技能是一种运用纳秒级的非正弦波窄脉冲进行数据传输的无线载波通讯技能，因此其所占的频谱规模非常宽，在3．1～60 GHz频段中占用500 MHz以上的带宽，在10 m左右规模内支撑高达110 Mb／s的数据传输速率，特别合适视频数据传输，具有传输速率高、杰出的通讯保密性、极强的穿透才能以及体系结构完成较简略等特征。
红外通讯是运用900 nm近红外波段的红外线作为传递信息的前言，因为波长较短，因此更合适运用于短间隔点对点的直线数据传输，具有简略、小型和低本钱的长处，现在绝大多数家用电器中的遥控器便是运用了红外数据传输技能。
2 近场通讯与射频辨认技能的差异
射频辨认技能是20世纪90年代鼓起的一项自动辨认技能，又称为电子标签技能，它运用无线电射频办法进行非触摸双向通讯。在RFID体系中首要由射频卡(应对器)和读写器组成，射频卡和读写器之间经过电感耦合或电磁耦合办法完成能量和数据的传输。在电感耦合办法的RFID体系中，一般选用低频和高频频率，典型频率有125 kHz、135 kHz、6．78 MHz、13．56 MHz和27．125 MHz。该办法的读取间隔一般在0～100 cm，触及的规范有ISO11784／11785、ISO14443、ISO15693和ISO18000-3等。在电磁反向散射耦合办法的RFID体系中，一般合适于微波频段，典型频率有433 MHz、800 MHz／900 MHz、2．45 GHz和5. 8 GHz。该办法的读取间隔一般大于1 m，触及的规范有ISO18000-4、ISO180 00-6和ISO18000-7等。现在在RFID体系中，射频卡和读写器均有各自号用芯片，有的读写器专用芯片还支撑多协议，但射频卡和读写器之间不能进行人物交换。
NFC是从射频辨认技能演化而来的，与其附近的是频率为13. 56 MHz、契合ISO14443规范的高频RFID体系。NFC技能在单一芯片上完成了读卡器、卡片和点对点的多重功用，即依据不同运用需求可在不同作业形式间转化，能够在短间隔内与兼容设备进行彼此辨认和数据交换。与射频辨认相同，近场通讯中数据也是经过电感耦合办法传递，但近场通讯因为采取了特别的信号衰减技能，其传输规模比射频辨认要小，相关于射频辨认来说近场通讯具有本钱低、带宽高、功耗小等特征。与射频辨认不同的是，近场通讯具有双向衔接和辨认的特征，且其传输速率可变为106 Kb／s，212 Kb／s，424 Kb／s或更高，而ISO14443规范下的RFID体系其传输速率单一且固定为106 Kb／s。别的在安全性方面，近场通讯更安全，呼应时刻更短，更合适在移动付出等无线短间隔传输环境下的运用。
3 PN511系列芯片原理及运用
PN511、PN512、PN531、PN533以及PN544是NXP公司推出的系列NFC芯片。该系列NFC芯片支撑卡、读写器及NFC三种不同的运用形式，作业频率均为13．56 MHz，效果间隔为10 cm左右，数据传输速率能够挑选106 Kb／s，212 Kb／s，424 Kb／s，往后可进步至1 Mb／s，兼容运用广泛的ISO14443 Type-A、B以及FeliCa规范。
3．1 根本原理
与RFID相同，NFC作业于13．56 MHz频率规模，兼容ISO14443及Felica规范，也是经过电感耦合办法传递数据。与RFID不同的是，NFC的传输范嗣比RFID小，具有双向衔接和辨认的特征，其传输速率可变。下面以PN511为例进行剖析。
PN511支撑3种不同的作业形式：支撑ISO14443A／Mifare和Felica形式的读写器形式；支撑ISO14443A／Mifare和FeliCa形式的卡作业形式；NFCIP-1形式。
此外，PN512与PN511的差异是还支撑ISO14443B读写器形式，而PN531与PN511、PN512的差异是内部添加了一个51内核的微处理器，而且供给多种接口。PN533不只支撑完好的卡协议，还支撑Mifare Crypto加密算法，传输速率可达848 Kb／s。PN544是第二代NFC控制器，功用更强壮，运用于手机和便携式设备。
3. 1. 1 读写器形式
PN511一般支撑2种读写器形式，即ISO14443A／Mifare读写器或FeliCa读写器．如图1所示。在读写器形式下，PN511能够与非触摸ISO14 443A／Mifare、FeliCa卡进行通讯。
(1)ISO14443A／Mifare读写器形式
ISO14443A／Mifare读写器形式是依据ISO14443A／Mifare规范进行通讯的一般读写器，图2描绘了通讯进程，表1列出了通讯参数。
(2)FeliCa读写器形式
FeliCa读写器形式是依据FeliCa规范进行通讯的一般读写器。图3描绘了通讯进程，表2列出了通讯参数。
3．1．2 卡形式
PN511能够像ISO14443A／Mifare或FeliCa卡那样寻址，并能够依据ISO14443A／Mifare或FeliCa接口所描绘的选用负载调制的办法发生应对。但PN511不支撑完好的卡协议，须由控制器或专门的安全拜访模块(SAM)来处理。如图4所示。Mifare卡作业形式通讯参数、FeliCa卡作业形式通讯参数同上。
3．1．3 NFCIP-1形式
PN511支撑NFCIP-1规范的自动式和被动式通讯形式。自动式通讯指主设备与方针设备都运用自己的射频场来发送数据，被动式通讯指方针设备选用负载调制的办法对建议端指令进行应对。传输速率为NFCIP-1规范所界说的106 Kb／s，212 Kb／s和424 Kb／s。如图5所示。其间主设备指发生射频能量场并建议NFCIP-1通讯，方针设备指选用被动式通讯形式中的负载调制办法或运用自动式通讯形式中自己生成和调制的射频场来对主设备的指令作出呼应。
(1)自动式通讯形式
在自动形式下，主设备和方针设备都运用自己的射频场来发送数据，这是对等网络通讯的规范形式，能够获得快速的衔接设置。通讯两边选用发送前侦听协议来建议一个半双工通讯。如图6所示。
(2)被动式通讯形式
在被动形式下，主设备发生射频场并挑选一种传输速率将数据发送到方针设备，方针设备不用发生射频场，而选用负载调制办法对主设备指令进行应对。如图7所示。
3．2 首要运用
NXP公司的NFC系列芯片支撑3种作业形式，即读写器形式、卡模仿形式、点对点形式。
在读写器形式下，能够作为非触摸读写器运用，支撑ISO14443A／Mifare或FeliCa规范，完成与规范RFID读写器相同的功用，如门禁读卡器等。
在卡模仿形式下，能够模仿成一张非触摸卡，支撑ISO14443A／Mifare或FeliCa规范，但不支撑完好的卡协议，不能彻底代替规范RFID卡，如门禁卡(只辨认序列号)等。
在点对点形式下，能够完成两个设备间点对点数据传输。运用该形式，多个具有NFC功用的设备之间就能够进行无线互连，完成数据交换。
4 近场通讯技能在移动付出中的运用
跟着移动通讯等技能的开展，手机尤其是智能手机已成为人们日子中不可或缺的一部分。以手机为载体，经过手机对所消费的产品或服务进行账务付出已日益成为国内外市场的热门。当时运用手机就能够完成移动付出、身份验证、一卡通、电子门禁、电子门票等多种运用。现在移动付出具有两种根本付出办法，即依据近间隔通讯技能的现场付出事务和依据无线通讯网络的长途付出事务。
因为移动付出触及从芯片、卡片、手机终端、POS机到后台体系等许多环节，因此是一个跨行业的运用。国内涵移动付出运用上的处理计划首要有：
(1)依据13. 56 MHz非触摸技能的NFC计划；
(2)依据13．56 MHz非触摸技能的双界面卡计划；
(3)13. 56 MHz非触摸技能的SD卡计划；
(4)依据2．4 GHz的RF-SIM卡计划。
现在被国内干流运营商认可的是依据13.56 MHz非触摸技能的NFC计划。该计划有两种完成办法：一种是将非触摸通讯前端、安全芯片集成在手机上，但改造本钱较高，未获得大规模商用；另一种是将付出运用与射频模块别离，在移动终端中添加射频模块及天线，因为安全模块集成在SIM卡上，用户替换手机后，一切本来的服务仍能够持续运用，现在市场上已有支撑NFC功用的智能手机。后一种办法还能够支撑卡模仿形式、读卡器形式和点对点形式，别的经过SIM卡自身的安全机制以及不同运用间的阻隔因此在安全性上也具有显着的优势。
5 结语
短间隔无线通讯技能旨在处理设备之间近间隔互连问题，其有用通讯间隔在厘米到百米的规模内，在很多短间隔无线通讯技能中，近场通讯是一项很有特征的短间隔无线通讯技能。近场通讯的短间隔交互简化了认证辨认进程，使电子设备之间的相互拜访更直接与安全。经过NFC，手机、数码相机等移动设备间能够方便快捷地进行衔接，完成数据交换。跟着在手机付出、电子门禁等范畴的成功运用，NFC技能将愈加遍及，一起与手机的结合也将越来越严密。
