NFC技術(shù)規(guī)范與測試要求
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NFC的應(yīng)用：
電子付費(fèi)系統(tǒng)中，目前應(yīng)用于手機(jī)系統(tǒng)上最完整的解決方案是以NFC為主，市場上也已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品流通著。除了個(gè)人識(shí)別與電子付費(fèi)系統(tǒng)外，NFC也在數(shù)據(jù)傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，例如：電子海報(bào)的數(shù)據(jù)下載(包括入場卷、會(huì)展信息)。此外，NFC還可以作為藍(lán)牙設(shè)備配對(duì)及輸入密碼的簡化功能，若是使用者具有負(fù)載NFC的藍(lán)牙設(shè)備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍(lán)牙設(shè)備，如此即可不需要透過藍(lán)牙搜尋及輸入密碼的配對(duì)過程即可快速連結(jié)。目前韓國在歐美已經(jīng)在電信業(yè)者、芯片商與手機(jī)制造商的合作下于公交付費(fèi)系統(tǒng)中進(jìn)行多次的驗(yàn)證。
NFC的技術(shù)特點(diǎn)：
與RFID一樣，NFC信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，相對(duì)于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。 其次，NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。再次，NFC還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。最后，RFID更多的被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上，而NFC則在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。
NFC、紅外和藍(lán)牙同為非接觸傳輸方式，它們具有各自不同的技術(shù)特征，可以用于各種不同的目的，其技術(shù)本身沒有優(yōu)劣差別。
NFC手機(jī)內(nèi)置NFC芯片，比原先僅作為標(biāo)簽使用的RFID更增加了數(shù)據(jù)雙向傳送的功能，這個(gè)進(jìn)步使得其更加適合用于電子貨幣支付的；特別是RFID所不能實(shí)現(xiàn)的，相互認(rèn)證和動(dòng)態(tài)加密和一次性鑰匙(OTP)能夠在NFC上實(shí)現(xiàn)。NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動(dòng)支付與交易、對(duì)等式通信及移動(dòng)中信息訪問等。通過NFC手機(jī)，人們可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，通過任何設(shè)備，與他們希望得到的娛樂服務(wù)與交易聯(lián)系在一起，從而完成付款，獲取海報(bào)信息等。NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)基本類型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。
NFC與其它近距通信技術(shù)的比較：
和傳統(tǒng)的近距通訊相比，近場通訊（NFC）就有天然的安全性，以及連接建立的快速性，具體對(duì)比如下表：
| NFC | 藍(lán)牙 | 紅外 | |
| 網(wǎng)絡(luò)類型 | 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) | 單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) | 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) |
| 使用距離 | ≤0.1m | ≤10m | ≤1m |
| 速度 | 106, 212, 424 kbps 規(guī)劃速率可達(dá)868 kbps 721 kbps 115kbps | 2.1 Mbps | ~1.0 Mbps |
| 建立時(shí)間 | < 0.1s | 6s | 0.5s |
| 安全性 | 具備，硬件實(shí)現(xiàn) | 具備，軟件實(shí)現(xiàn) | 不具備，使用IRFM時(shí)除外 |
| 通信模式 | 主動(dòng)-主動(dòng)/被動(dòng) | 主動(dòng)－主動(dòng) | 主動(dòng)－主動(dòng) |
| 成本 | 低 | 中 | 低 |
NFC的架構(gòu)：
NFC的操作頻率為13.56MHz，而操作距離約為10cm之內(nèi);而NFC的規(guī)范制定取至于RFID13.56MHz的頻段，早期運(yùn)用此頻段包括PhilipsMiFARE(ISO1443A)、ISO1443B、ISO15693、ISO18000-3及SonyFelica。由于非接觸卡應(yīng)用于個(gè)人數(shù)據(jù)識(shí)別或電子付費(fèi)系統(tǒng)中強(qiáng)調(diào)于安全機(jī)制，而近乎于貼近卡片閱讀器系統(tǒng)的近場通信及是將13.56MHz中短距系統(tǒng)的部分加以整合，所以最后市場上所見的即為PhilipsMiFARE(ISO1443A)及SonyFelica，早期這兩家系統(tǒng)各自發(fā)展互不兼容，直到近年才將兩種規(guī)格合并并制定了NFC規(guī)范ECMA340/ISO18092(NFCIP1，NFCInterfaceandprotocol1)。此規(guī)范相容于現(xiàn)有PhilipsMiFARE(ISO1443A)及SonyFelica。
NFC工作頻率為13.56MHz、ASK調(diào)變，傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種，通信模式可分為主動(dòng)模式與被動(dòng)模式，主動(dòng)模式是指發(fā)起設(shè)備(initiator)與目標(biāo)設(shè)備(target)皆可自身電源供應(yīng)產(chǎn)生RFfield，而被動(dòng)模式下則是發(fā)起設(shè)備自身供應(yīng)電源產(chǎn)生RFfield;而目標(biāo)設(shè)備則利用全波整流線路將發(fā)起端的RFfield之能量轉(zhuǎn)換為DC來供應(yīng)自己的電源。值得一提的是，在被動(dòng)模式下為了要滿足省電的要求所以采用了負(fù)載調(diào)變(Loadmodulation)的方式，此調(diào)變方式可以達(dá)到省電的效果。
在使用上因?yàn)镹FC的使用通常會(huì)遇到使用尖峰時(shí)期，會(huì)了避免不同的發(fā)起端或目標(biāo)端同時(shí)溝通造成數(shù)據(jù)鏈路錯(cuò)誤，所以NFC采用了一種機(jī)制listenbeforetalk。此機(jī)制會(huì)讓當(dāng)發(fā)起端設(shè)備要發(fā)出詢問信號(hào)前，先偵測外界磁場強(qiáng)度來判斷是否有其它的設(shè)備正在溝通中，這種機(jī)制的實(shí)現(xiàn)稱為RF Collision Avoidance(RFCA)，其動(dòng)作行為是在每次發(fā)起端發(fā)出詢問信號(hào)時(shí)會(huì)偵測外界磁場，當(dāng)磁場強(qiáng)度超過門坎強(qiáng)度時(shí)(Hthreshold=0.1875A/m)則會(huì)停止詢問，直至外界強(qiáng)度降至門坎值以下。若是低于臨界值才會(huì)開始發(fā)出詢問指令，偵測的時(shí)間為TIDT+nTRFW，n為0～3的機(jī)率取樣：TRFW=512/fc(RFwaitingtime)，TIDT>4096/fc(initialdelaytime)。當(dāng)發(fā)起設(shè)備在TIDT+nTRFW內(nèi)沒有偵測到超過門坎強(qiáng)度的磁場，則會(huì)先發(fā)射TIRFG的未調(diào)變RFfield之后再發(fā)出詢問信號(hào)，其中TIRFG必須大于5ms。
NFC規(guī)范調(diào)變：
在此將針對(duì)NFC RF interface做敘述，首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩種標(biāo)準(zhǔn)，EMCA340中敘述NFC相關(guān)協(xié)議，這里先引入數(shù)據(jù)封標(biāo)作討論，NFC數(shù)據(jù)分包分為兩種類型，一為106kpbs、一為212/424kbps。
由于NFC106kbps為100%ASK調(diào)變，所以對(duì)整個(gè)High/Low信號(hào)的封包結(jié)構(gòu)都有相當(dāng)詳細(xì)的定義。其中幾個(gè)參數(shù)包括從100%下降到5%Am時(shí)間(t1)、5%Am持續(xù)時(shí)間(t2)、Am由5%上升至60%時(shí)間(t4)即overshoot的范圍。而212/424kbps則是8%～30%的調(diào)變率。
RF測試kit：
1.Calibration coil：coil的功能在于驗(yàn)證測試過程中，待測物所發(fā)射出的信號(hào)是否為正確的強(qiáng)度與調(diào)變。此Coil為一簡單的天線架構(gòu)，當(dāng)然EMCA也詳細(xì)的規(guī)定了所有的尺寸，由此coil所測出的值為0.32V(RMS)=1A/m(磁場強(qiáng)度)。
2.Field Generating Antenna：kit用于磁場的發(fā)射，圖中還包含了一組天線匹配線路。
3.Sense coil：sense coil用于量測待測物的磁場強(qiáng)度與調(diào)變。
4.Reference device：圖7為兩種測試標(biāo)準(zhǔn)線路和一組天線coil，此referencedevice用于測試DUT的標(biāo)準(zhǔn)件。其中又包含了兩組測試電路，圖7-2為調(diào)變測試電路，圖7-3為電源測試電路。
NFC RF測試程序：
1.發(fā)起設(shè)備Power測試：此測項(xiàng)在測試由發(fā)起設(shè)備所供給的磁場強(qiáng)度是否供給目標(biāo)物足夠的工作電源。將信號(hào)由generatingantenna調(diào)整發(fā)射，于右端的calibrationcoil量測到的強(qiáng)度為Hmax(7.5A/m)，此時(shí)再將referencedevice配合power測試線路調(diào)整C2使線路共振點(diǎn)位于19MHz(此部份在規(guī)范中并無詳述為何調(diào)整至19MHz，在此推論若19MHz可達(dá)到3V輸出則當(dāng)目標(biāo)物為13.56MHz時(shí)其電壓一定會(huì)超高3V，此因該為取其下限值)，放置于DUT位置，調(diào)整線路R2使的由C3所得到之電壓值為3V。此時(shí)Referencedevice已經(jīng)完成，之后再將此卡用來量測發(fā)起設(shè)備，將此卡放至于發(fā)起設(shè)備所標(biāo)注之超作范圍，在此超作范圍內(nèi)任意位置所量測到的電壓值(C3)皆不可超過3V。至于Hmin測試則與max大致相同，不同處為將referencedevice共振頻率調(diào)至13.56MHz及所量測知電壓值皆須超過3V。
2.目標(biāo)物的loadmodulation測試：
(1)被動(dòng)模式
●106kbps：此測試為驗(yàn)證目標(biāo)物可正確調(diào)變出波形，先將calibrationcoil放置于下側(cè)外緣，確定generatingantenna所發(fā)射之波形與強(qiáng)度正確無誤，此時(shí)再將待測目標(biāo)物放置于上側(cè)外緣，編輯一個(gè)ECMA340所定義之SENS_REQ波型由generatingantenna發(fā)射并在待測目標(biāo)物會(huì)回送一個(gè)SENS_RES信號(hào)，如此即可透過二個(gè)sensecoil量測到信號(hào)，此量測架構(gòu)因考量回傳之負(fù)載調(diào)變信號(hào)微弱，所以利用兩個(gè)sensecoil之間電壓差做計(jì)算，由于兼容系問題，所以在106kbps延續(xù)MiFARE使用副載波(subcarrier)的調(diào)變作被動(dòng)目標(biāo)物的回傳信號(hào)，所以量測點(diǎn)應(yīng)于fc+fs與fc-fs(fc=13.56MHz，fs=fc/16)。
●212/424kbps：高速的調(diào)變信號(hào)量測方式則與106kbps十分相似，只是將量測擷取位置改為fc，因?yàn)榇藘煞N傳輸速度下并無使用副載波調(diào)變
(2)主動(dòng)模式
主動(dòng)模式的測試與被動(dòng)模式上并無太大的差異，由于是主動(dòng)模式所以加測了目標(biāo)物的RFfield發(fā)射的時(shí)間，指令下達(dá)的時(shí)間……等。
3.發(fā)起設(shè)備的loadmodulation測試：
此測試在于驗(yàn)證發(fā)起設(shè)備的調(diào)變機(jī)制，可分為主動(dòng)模式發(fā)射與被動(dòng)模式接收兩種。
(1)主動(dòng)模式發(fā)射：將calibrationcoil放置于發(fā)起設(shè)備所定義的任意位置，而所量測的波型皆需符合ECMA340所定的規(guī)范。
(2)被動(dòng)模式接收：此為測試發(fā)起設(shè)備可以正確的接收被動(dòng)目標(biāo)物所回傳的信號(hào)。利用圖7-2的loadmodulation測試線路所做成的referencedevice，先將對(duì)應(yīng)C3電壓與距離的關(guān)系以圖8的架構(gòu)校正好，之后即可將此卡與發(fā)起設(shè)備的待測物做量測，測試由referencedevice所發(fā)出的調(diào)變信號(hào)于待測物端的接收情況。在此只能對(duì)部分的測試項(xiàng)目做討論而詳細(xì)的測試請(qǐng)參考ECMA。
NFC系統(tǒng)目前階段主要存在的問題：
1、相容性問題
目前不同廠家的NFC設(shè)備的兼容性問題還是比較突出的，這也是NFC論壇目前正在致力于解決的一個(gè)重點(diǎn)。其希望通過NFC標(biāo)志認(rèn)證來達(dá)到所有NFC設(shè)備兼容性的統(tǒng)一。
2、安全性問題
安全的NFC將各種NFC應(yīng)用結(jié)合智慧卡的安全性。重要的機(jī)密資料與數(shù)據(jù)會(huì)一直儲(chǔ)存在卡片中安全記憶體的某個(gè)區(qū)域，并且只能經(jīng)由NFC裝置授權(quán)，藉由儲(chǔ)存在裝置內(nèi)安全記憶體中的私密金鑰將傳送資料予以加密。
3、主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)作模式
擁有NFC的裝置可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下運(yùn)作，一般的行動(dòng)裝置主要是以被動(dòng)模式運(yùn)作，可以大幅降低耗電量，并延長電池的續(xù)航力。主動(dòng)式NFC裝置可以透過內(nèi)部產(chǎn)生的射頻場(RF-field)提供與被動(dòng)裝置通訊時(shí)所需的所有電力，與免接觸式智慧卡的情況相同，擁有相同的電力，確保即使關(guān)掉行動(dòng)裝置的電源仍可以正常進(jìn)行資料的讀取。
4、標(biāo)準(zhǔn)化
NFC符合ECMA 340與ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092標(biāo)準(zhǔn)的開放式平臺(tái)技術(shù)，這些標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)范NFC裝置的調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF介面的訊框格式等，以及被動(dòng)與主動(dòng)NFC模式初始化過程中資料沖突控制所需的初始化設(shè)定與條件。此外，這些標(biāo)準(zhǔn)還定義了傳輸協(xié)定，其中包括通訊協(xié)定啟動(dòng)與資料交換方式等。
5、政策問題
由于移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)復(fù)雜，價(jià)值鏈的構(gòu)建需要多方參與，在此時(shí)間段，產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)者不清晰，金融機(jī)構(gòu)和移動(dòng)運(yùn)營商的議價(jià)能力相當(dāng)，產(chǎn)業(yè)實(shí)際投入力度比較低。而由于終端和消費(fèi)環(huán)境的缺乏，用戶體驗(yàn)較差，用戶通過移動(dòng)支付購買的物品和服務(wù)并不豐富，目前并沒有給消費(fèi)者帶來真正的便捷。
NFC系統(tǒng)的常見認(rèn)證要求：
目前NFC終端的主要認(rèn)證有CE，F(xiàn)CC和NFC logo認(rèn)證。其中NFC logo認(rèn)證目前還是個(gè)自愿認(rèn)證，其實(shí)階段主要的測試要求還在于NFC設(shè)備的互聯(lián)互通（IOT）要求。關(guān)于NFC設(shè)備的CE標(biāo)準(zhǔn)為ETSI EN 300 330-1及ETSI EN 300 330-2。而NFC設(shè)備的FCC認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)為FCC PART 15C。具體的測試要求可詳見摩爾實(shí)驗(yàn)室（MORLAB）的專題文章：《CE和FCC認(rèn)證中針對(duì)NFC頻段的射頻測試要求》（http://www.morlab.com/article/2011/0531/article_1961.html）
評(píng)論