NFC技术的工作原理及在手机上的主要应用

 NFC即近距离无线通讯技术。这个技术由非接触式射频识别(RFID)演变而来,由飞利浦半导体(现恩智浦半导体公司)、诺基亚和索尼共同研制开发,其基础是RFID及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术,在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。

 
NFC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。工作频率为13.56MHz,但是使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。这项技术在日韩被广泛应用,他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。
 
NFC的起源
 
大概在 2003 年,当时的 philips 半导体和 Sony 公司计划基于非接触式卡技术发展一种与之兼容的无线通讯技术。飞利浦派了一个团队到日本和sony工程师一起闭关三个月,然后联合对外发布关于一种兼容当前 ISO14443 非接触式卡协议的无线通讯技术,取名NFC(Near Field Communication)。
 
该技术规范定义了两个 NFC 设备之间基于 13.56MHz 频率的无线通讯方式,在 NFC 的世界里没有读卡器,没有卡,只有 NFC 设备。该规范定义了 NFC 设备通讯的两种模式:主动模式和被动模式。并且分别定义了两种模式的选择和射频场防冲突方法、设备防冲突方法,定义了不同波特率通讯速率下的编码方式、调制解调方式等等最最底层的通讯方式和协议,说白了就是解决了如何交换数据流的问题。
 
该规范最终被提交到ISO标准组织获得批准成为正式的国际标准,这就是 ISO18092,后来增加了 ISO15693 的兼容,形成新的 NFC 国际标准IP2,也就是 ISO21481。同时ECMA(欧洲计算机制造协会)也颁布了针对 NFC 的标准,分别是 ECMA340和 ECMA352,对应的是ISO18092[2] 与ISO21481 ,其实两个标准内容大同小异,只是 ECMA 的是免费的,大家可以到网上下载到,而ISO标准是收费的。不过,所幸的是,为了促进标准化,ISO/IEC 18092:2013 和ISO/IEC 21481:2012版均可在ISO官方网站上下载到免费的电子版。
 
为了加快推动NFC产业的发展,当时的飞利浦、SONY 和诺基亚联合发起成立了 NFC 论坛,旨在推动行业应用的发展,定义相关基于NFC应用的中间层规范,包括一些数据交换通讯协议 NDEF,包括基于非接触式标签的几种 NFC tag 规范,主要涉及到卡片内部数据结构定义,NFC 设备(手机)如何识别一个标准的 NFC 论坛兼容的标签,如何解析具体应用数据等等相关规范,目的是为了让不同的 NFC设备之间可以互连互通。比如不同手机如何交换数据,如何识别同一个电子海报等等。
 
NFC技术的工作原理
 
NFC技术能够快速自动地建立无线网络,为蜂窝、蓝牙或WiFi设备提供一个“虚拟连接”使设备间在很短距离内通信,适合移动设备、消费电子产品、PC和智能控件间的通信工作。
 
NFC通信在发起设备和目标设备间发生,任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。两者之间是以交流磁场方式相互耦合,并以ASK方式或FSK方式进行载波调制,传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化(调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式);目标设备则响应发起设备所发出的命令,并选择由发起设备所发出的或是自行产生的无线射频磁场进行通信。
 
NFC有三种工作模式:主动模式、被动模式和双向模式。
 
NFC技术的工作原理及在手机上的主要应用
 
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。如上所示,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。
 
这是点对点通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。
 
NFC技术的工作原理及在手机上的主要应用
 
被动通信模式正好和主动模式相反,此时NFC终端则被模拟成一张卡,它只在其他设备发出的射频场中被动响应,被读/写信息。
 
双向模式下NFC终端双方都主动发出射频场来建立点对点的通信。相当于两个NFC设备都处于主动模式。
 
NFC与RFID区别
 
RFID,Radio Frequency Identification,即射频识别,又名电子标签。顾名思义,RFID的工作原理就是给一件件物品上贴上一个包含RFID射频部分和天线环路的RFID电路。
 
携带该标签的物品进入人为设置的特定磁场后,会发出特定频率的信号,阅读器就可获得之前该物品被写入的信息。
 
这有点像工作人员脖子上挂的胸牌,而你就是他的主管,当他进入你的视线,你就可以知道他的姓名职业等信息,还可以改写他胸牌的内容。
 
如果说RFID是一个人戴着胸牌方便别人了解他,那么NFC就是两个人都戴着胸牌,而且他们可以在看到对方后任意更改胸牌上的内容,改变对方接收到的信息。
 
NFC技术的工作原理及在手机上的主要应用