近距離無線通信NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解析

1、近距離無線通信（NFC）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解析關(guān)鍵字：NFC近距離無線通信 WPAN通信 NF跟術(shù)摘 要：分析了近距離無線通信（NFC）國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18092、 ISO/IEC21481 協(xié)議的主要內(nèi)容，并與 Bluetooth、UW麗 ZigBee 等無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN的近距離無線通信技術(shù)作了比較。 對(duì)NFC技術(shù)在我國的標(biāo)準(zhǔn)化前景進(jìn)行了展望。1引言目前，隨著短距離無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速膨脹，近距 離無線通信（NFC, NearFieldCommunication）技術(shù)呈 現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。NFCft術(shù)由Philips 公司和 Sony公司共同開發(fā)，于2004年4月被批準(zhǔn)為國際標(biāo) 準(zhǔn)ISO

2、/IEC18092信息技術(shù)系統(tǒng)間近距離無線通信及 信息交換的口和協(xié)議（NFCIP-1） »。獲得批準(zhǔn)的 ISO/IEC18092由物理層和數(shù)據(jù)鏈接層組成， 屬于利用 13.56MHz電波的近距離無線通信規(guī)格，可使配置了該技術(shù)接口的消費(fèi)類設(shè)備之間建立一種短程通信網(wǎng)絡(luò)， 從而大大改善用戶以無線方式接入數(shù)據(jù)及服務(wù)的性 能。2004年P(guān)hilips 公司首先推出兩枚可應(yīng)用于手機(jī) 中的NFC芯片，接著Nokia公司開始銷售帶有 NFC芯 片的手機(jī)，并且與Philips和Sony現(xiàn)有的非接觸智 能卡技術(shù)Mifare、FeliCa完全兼容。數(shù)據(jù)傳輸速度 可以選擇 106kbit/s、212kbit

3、/s 或者 424kbit/s ,在 連才姜NFC后還可切換其他高速通信方式。ISO/IEC18092對(duì)NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作了詳細(xì)的說明， 但是 由于使用13.56MHz頻段進(jìn)行通信的不止只有 NFC因 此，2005年1月ISO/IEC21481信息技術(shù)系統(tǒng)間近 距離無線通信及信息交換的接口和協(xié)議（NFCIP-2） »即“NFCIP-2”正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì) NFC!信模式選 擇機(jī)理作了補(bǔ)充說明，使標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善。因此 NFC 基于 ISO/IEC18092、ISO/IEC21481、ECMA340 352、 356以及ETSITS102、190標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又兼容ISO14443A 標(biāo)準(zhǔn)，具

4、有自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用到 不同的場(chǎng)合。2 NFC國際標(biāo)準(zhǔn)簡介NFC技術(shù)支持三種不同的操作模式：（1）讀寫模式（對(duì)FeliCa或ISO14443A卡的讀寫）；（2）卡模 式（如同 FeliCa 和 ISO14443A/MIFARE卡的通信）；（3） NFC模式（NFC芯片間的通信）。NFC國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC18092、ISO/IEC21481涵蓋通信模式、調(diào)制與 編碼、防沖突機(jī)制、幀結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。2.1 通信模式NFC工作于13.56MHz頻段，支持主動(dòng)和被動(dòng)兩種 工作模式和多種傳輸數(shù)據(jù)速率，如表1所示。在主動(dòng)模式下，主呼和被呼各自發(fā)出射頻場(chǎng)來激活通信，在 被動(dòng)工作模式下，如果

5、主呼發(fā)出射頻場(chǎng)，被呼將響應(yīng) 并且裝載一種調(diào)制模式激活通信。也就是說在一對(duì) NFC通信設(shè)備中（主呼和被呼），至少有一方是主動(dòng) 的。模式傳輸速率R （kbp.0疑熬園 D1上動(dòng)或被承1C612 上動(dòng)或被動(dòng)21223 主動(dòng)或班動(dòng)及44，上動(dòng)S47B5上動(dòng)1G951G白主動(dòng)3390327主動(dòng)673C54表1 NFC傳輸模式與數(shù)據(jù)速率NFC設(shè)備在傳輸有效數(shù)據(jù)前必須先通過有關(guān)協(xié)議 選定一種通信模式和傳輸數(shù)據(jù)速率，在數(shù)據(jù)傳輸過程 中，選定的通信模式和傳輸數(shù)據(jù)速率不能改變。數(shù)據(jù) 傳輸速率R與射頻fc之間的關(guān)系為：濾其中D是一個(gè)乘數(shù)因子。2.2 調(diào)制技術(shù)NFC 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于高速傳輸（424kbps）目前還沒有 作

6、出具體的規(guī)定。在低速傳輸時(shí)都采用了ASK調(diào)制，但對(duì)于不同的傳輸速率具體的調(diào)制參數(shù)是不同的。表1中的模式1, ASKW制脈沖波形如圖1（a）所示，調(diào) 制度為100%。對(duì)于模式2、模式3,調(diào)制脈沖波形如 圖1（b）所示，調(diào)制度為8%30%。圖1 ASK調(diào)制脈沖波形2.3 編碼技術(shù)NFC的編碼包括信源編碼和糾錯(cuò)編碼兩部分。2.3.1 信源編碼不同的數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)應(yīng)的信源編碼的規(guī)則也 不一樣。又于模式1,信源編碼的規(guī)則類似于密勒 (Miller) 碼。具體的編碼規(guī)則包括起始位、“ 1”、 “0”、結(jié)束位和空位。對(duì)于模式2和模式3,起始位、 結(jié)束位以及空位白編碼與模式1相同，只是“ 0”和“1”采用曼徹

7、斯特(Manchester)碼進(jìn)行編碼，或者 可以采用反向的曼徹斯特碼表示。2.3.2 糾錯(cuò)編碼糾錯(cuò)編碼采用循環(huán)冗余校驗(yàn)法。所有的傳輸比 特，包括數(shù)據(jù)比特、校驗(yàn)比特、起始比特、結(jié)束比特 以及循環(huán)冗余校驗(yàn)比特都要參加循環(huán)冗余校驗(yàn)。由于編碼是按字節(jié)進(jìn)行的，因此總的編碼比特?cái)?shù)應(yīng)該是8的倍數(shù)。循環(huán)碼的碼多項(xiàng)式為：式和小+/十/=1 £ 2 )其中，模式1移存器的初始值為6363,模式2 和模式3移存器的初始值為0o2.4 防沖突機(jī)制為了防止干擾正在工作的其他NFC設(shè)備(包括工作在此頻段的其他電子設(shè)備)，NFCfe準(zhǔn)規(guī)定任何NFC 設(shè)備在呼叫前都要進(jìn)行系統(tǒng)初始化以檢測(cè)周圍的射 頻場(chǎng)。當(dāng)周圍NF

8、C頻段的射頻場(chǎng)小于規(guī)定的門限值 (0.1875A/m)時(shí)，該NFC備才能呼叫。圖 2所示 的是系統(tǒng)初始化，防沖突檢測(cè)的流程圖。圖2系統(tǒng)初始化流程圖檢測(cè)幀：檢測(cè)幀是用在單用戶檢測(cè)過程中的，以 保證點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的進(jìn)行。檢測(cè)幀由一個(gè)7字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn) 幀一分為二而成，其中第一部分是由主呼傳至被呼， 第二部分是由被呼至主呼。模式 2、模式3的幀結(jié)構(gòu) 比較簡單，其中，前導(dǎo)符至少要有 48比特的“0”信 號(hào)；同步標(biāo)志有兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)的同步碼為“B2',第二個(gè)字節(jié)的同步碼為“ 4D'數(shù)據(jù)長度是 一個(gè)8比特碼，它表示有效傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。如果在NFC寸頻場(chǎng)范圍內(nèi)有兩臺(tái)以上 NF飯備同 時(shí)開機(jī)的話

9、，需要采用單用戶檢測(cè)來保證 NFC設(shè)備點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)通信的正常進(jìn)行。單用戶識(shí)別主要是通過檢測(cè) NFC設(shè)備識(shí)別碼或信號(hào)時(shí)隙完成的。2.5 幀結(jié)構(gòu)不同的傳輸速率具有不同的幀結(jié)構(gòu)。 在模式1中, 幀結(jié)構(gòu)分為短幀、標(biāo)準(zhǔn)幀和檢測(cè)幀三種。短幀：短幀 用在系統(tǒng)的初始化過程中，由起始位、7位指令碼、結(jié)束位組成。指令碼包括閱讀請(qǐng)求、閱讀響應(yīng)、喚醒 請(qǐng)求、單用戶設(shè)備檢測(cè)請(qǐng)求、選擇請(qǐng)求、選擇響應(yīng)以 及休眠請(qǐng)求等。標(biāo)準(zhǔn)幀：標(biāo)準(zhǔn)幀用在數(shù)據(jù)的交換過程 中，由起始位、nX8數(shù)據(jù)比特、n位奇校驗(yàn)比特、結(jié) 束位組成，如表2所示。其中n是一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的整 數(shù)，它決定了有效數(shù)據(jù)的長度。表2標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)2.6 傳輸協(xié)議NFC傳輸協(xié)議包括三個(gè)

10、過程：激活協(xié)議、數(shù)據(jù)交 換、協(xié)議關(guān)閉。協(xié)議的激活包含屬性的申請(qǐng)和參數(shù)的 選擇，激活的流程分為主動(dòng)模式和被動(dòng)模式兩種；數(shù) 據(jù)交換協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)中，包頭包括兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)交 換請(qǐng)求與響應(yīng)指令、一個(gè)字節(jié)的傳輸控制信息、一個(gè) 字節(jié)的設(shè)備識(shí)別碼、一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)地址； 協(xié)議關(guān)閉包含信道的拆線和設(shè)備的釋放。在數(shù)據(jù)交換完成后，主呼可以利用數(shù)據(jù)交換協(xié)議進(jìn)行拆線。一旦 拆線成功，主呼和被呼都回到了初始化狀態(tài)。主呼可 以再次激活，但是被呼不再響應(yīng)主呼的屬性請(qǐng)求指 令，而是通過釋放請(qǐng)求指令切換到剛開機(jī)的原始狀 70 03 NFC與WPANJ比較NFC技術(shù)脫胎于無線設(shè)備間的非接觸式射頻識(shí)別(RFID, Radio

11、 Frequency Identification )及互聯(lián) 技術(shù)，屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)( WPAN Wireless Personal AreaNetwork )主要用于個(gè)人電 子設(shè)備與PC的自動(dòng)互聯(lián)，其物理層和 MAC1均是由 IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)系列定義，僅網(wǎng)絡(luò)層及安全層等上層 協(xié)議不同，由各自的聯(lián)盟開發(fā)。在IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)中，IEEE802.15.1子協(xié)議基 于藍(lán)牙技術(shù)，頻帶2.4GHz,每條頻寬為1MHz將 2.4GHz頻段因所在區(qū)域不同劃分為79個(gè)無線電頻率通道，為避免此頻段電子裝置相互干擾，因而采用每 秒1600次高難度頻率跳躍率的跳頻展頻 (FHSS)技

12、術(shù), 以及加密保密技術(shù)，有效傳輸速率在432721kbps不等，有效傳輸距離為 10100m,最快速率只有1Mbps)IEEE802.15.3a子協(xié)議也被稱作超寬帶 (UMBUltraWideband),使用電子脈沖作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d 波，有效范圍為310m,傳輸速率將達(dá)到100Mbps 目前，UWB勺物理層和MACB的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要在 IEEE802.15.3a 和 IEEE802.15.4a 中進(jìn)行，其中 IEEE802.15.3a工作組負(fù)責(zé)高速UWB目前主要包括 兩大技術(shù)陣營：一個(gè)是以Intel和TI為代表的多頻 帶OFDM(MBOFDM將頻譜以500MHz帶寬大小進(jìn)行分 割，在每個(gè)子頻帶

13、上采用 OFDMJ術(shù)；另外一個(gè)是以 Motorola和Freescale為代表的直接序列 UWB(DS-UWB)采用傳統(tǒng)脈沖無線電方案。而IEEE802.15.4a負(fù)責(zé)低速 UWB在2005年3月的 IEEE802全體會(huì)議 WPA財(cái)準(zhǔn)化分會(huì)期間，達(dá)成了初步 統(tǒng)一的技術(shù)方案。IEEE802.15.4a的目的是提供給低 速率傳輸應(yīng)用的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，該標(biāo)準(zhǔn)中定義了 兩種不同的物理層技術(shù)：一種是超寬頻物理層(UWB-PHY,Ultra Wideband-Physics )技術(shù)，其操作 頻段在35GHz 610GHz以及小于1GHz的頻段，所 支持的傳輸速率主要是 842kbps和幾個(gè)選擇模式 10

14、5kbps、3.37Mbps、13.48Mbps 以及 26.95Mbps；另 一個(gè)技術(shù)是CSS(ChirpSpreadSpectrum)技術(shù)，操作在 2450MH亦授權(quán)頻帶上，所支持的傳輸速率主要是 1Mbps和選擇模式250kbps。IEEE802.15.4協(xié)議定義了 ZigBee,主要用于近距離無線連接，采用直接序列展頻 (DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum) 技術(shù)，它的兩個(gè) 物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)應(yīng)于 2.4GHz頻段和868/915MHz 頻段，作用距離在3075m之間，傳輸速率只有 250kbps,但它的優(yōu)點(diǎn)是功耗很低，主要用于不要求 傳輸速率的某

15、些嵌入設(shè)備中。NFC與WPAN勺比較如表 3所示。表3 NFC與WPAI®比較4 NFCg術(shù)的優(yōu)點(diǎn)綜合來看，作為一種近距離無線通信技術(shù)，NFC具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，如功耗極小、安全性較好，同 時(shí)速率一般能滿足兩個(gè)設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息交換、 內(nèi) 容訪問和服務(wù)交換的需求，對(duì)于音視頻流等需要較高 帶寬的應(yīng)用，可以配合藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)等技術(shù)，提 供一個(gè)方便自動(dòng)的接入功能。擁有NFM能的電子設(shè)備通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)，信息之間可以互換， 為消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)使用簡便、免安裝設(shè)定、現(xiàn)場(chǎng)立即聯(lián)機(jī)、 智能化傳輸數(shù)據(jù)等功能，完全符合現(xiàn)代消費(fèi)者的需 求。NFC技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，但尚處于發(fā)展的 初級(jí)階段。NF

16、C技術(shù)的應(yīng)用可以分為四種基本的類別：(1)接觸通過(TouchandGo),如門禁管制、車 票和門票等，使用者只需攜帶儲(chǔ)存著票證或門控密碼 的移動(dòng)設(shè)備靠近讀取裝置即可。(2)接觸確認(rèn)(TouchandConfirm),如移動(dòng)支付， 用戶通過輸入密碼或者僅是接受交易， 確認(rèn)該次交易 行為。(3)接觸連接(TouchandConnect),如把兩個(gè)內(nèi) 建NFC的裝置相連接，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，例如下 載音樂、圖片互傳和同步交換通訊簿等。(4)接觸瀏覽(TouchandExplore) , NFC設(shè)備可 以提供一種以上有用的功能，消費(fèi)者將能夠通過瀏覽一個(gè)NFC設(shè)備，了解提供的是何種功能和服務(wù)。5 結(jié)束語為使NFC成為一種開發(fā)性平臺(tái)技術(shù)，Philip和 Sony聯(lián)合Nokia等一起建立了 NFC