近场无线通讯(NFC)技能是一种新式的标准化近距离无线通讯技能，运用磁场感应原理，使电子设备在近距离内到达互联互通，然后完结牢靠的数据传输。运用者只需经过简略的触摸或挨近动作，即可进行安全的非触摸式买卖并读取信息。
NFC将现有的非触摸式辨认技能与互联互通技能相结合并加以开展，由索尼(Sony)与恩智浦半导体(NXP)(前身为Philips)一起研制。NFC可广泛用于各种信息交流，例如电话号码、图画、MP3文件、数字式授权、电子钱包、广告信息、产品信息等。这种信息交流可在两个具有NFC功用的电子设备(如手机)之间进行，抑或于具有NFC功用的手机和与其兼容并坐落近距离内的无线射频辨认体系(RFID)芯片卡或读取器之间完结。NFC被用作操控获取信息的密钥以及比如电子收费、通行证、拜访操控以及各种数据交流等服务，将可以彻底改动人们的日子形式与习气。
NFC运用一应俱全
NFC作业在以13.56MHz为中心的频段，并在约10公分规模内供应速率达424kbit/s的数据传输。与作业在该频段的传统式非触摸式技能(只需自动被迫式通讯)不同，具有NFC功用的电子设备之间的通讯可所以自动自动式(端对端技能)，也可所以自动被迫式。因而，NFC意味着一个在RFID网域的衔接。此外，NFC与被广泛运用的智能卡根底架构向后兼容，如根据ISO/IEC 14443 A(像NXP的MIFARE技能)和ISO/IEC 14443 B的架构，一起也与Sony的FeliCa卡(JIS X 6319-4)相容。完结NFC设备之间的信息交流，在标准ECMA-340及ISO/IEC 18092中拟定了新的通讯协议。NFC论坛于2004年由NXP、Sony及诺基亚(Nokia)一起兴办，并藉此协谐和促进NFC技能的开展。NFC论坛还拟定保证各种NFC设备及服务之间互联互通的技能标准。一切上述的标准(ISO/IEC 14443 A、B、ISO/IEC 18092以及JIS X 6319-4/FeliCa)都被包含在内，并自2010年12月起，NFC论坛为NFC设备的兼容性供应证明。
为保证手机与不同厂家的RFID芯片卡之间的互联互操作性，须要对各种NFC设备进行协议及射频测验。其间射频测验首要包含丈量有关时刻方面的参数、载频与查询形式下的信号强度和接纳灵敏度、负载调变参数(收听信号的强度)等。
简易性广泛运用
在前面已提及一些NFC运用。其间最明显特点是运用的简易性：只须简略触摸或接近具有NFC功用的设备，便可发动所需的服务。以下是一些典型的运用。
·移动支付
用NFC手机购票或支付租车费用，以及在非触摸式售货点用NFC手机付费，或将收据存入NFC手机。
·权限及拜访操控
将电子密钥权限证明信息存入NFC手机、拜访保密组织、登录保密计算机、开车门、设置居家办公室。
·数据传输与交流
在各种NFC设备之间进行数据传输(端对端数据交流)如在NFC手机、数字相机、笔记本电脑间交流手刺；把相机接近打印机并印出相片。
·发动其他服务
例如为数据传输发动其他通讯衔接、设置蓝牙(Bluetooth)及无线局域网络(WLAN)衔接。
·读取信息
将智能型广告中的时刻表、地图存入NFC手机，或许方位存入NFC手机，如泊车方位。
·购票
把各种票券存入NFC手机，如电影，音乐会，体育比赛等等。
NFC数据传输原理
与RFID标准14443及FeliCa相似，NFC运用感应耦合，相似变压器的原理，如图1所示，NFC运用两个导电线圈的磁场以耦合查询设备(鼓励设备)与收听设备(方针设备)。
图1 查询设备(鼓励设备)与收听设备(方针设备)的结构装备
NFC作业频率是13.56MHz，传输速率106kbit/s(部分地可到达212kbit/s乃至424kbit/s)。调变方法为不同调变深度的OOK(100%或10%)及二进制相移键控(BPSK)。
查询设备的功率与数据传输
被迫体系(如处于被迫卡仿真形式下的NFC手机)进行传输时，其借以查询设备的13.56MHz载波信号作为驱动动力。查询设备的调变方法为ASK。在NFC端对端形式下，两边都处于查询状况，其信号都被加以调变及编码。此刻，所需功率相对削减，因为每个NFC设备都有各自的动力供应，而且传输完毕后载波信号自动中止发射。
收听设备数据传输
因为查询设备与收听设备的线圈之间的耦合，被迫的收听设备相同作用于自动的查询设备。收听设备的阻抗改动，直接会影响查询设备天线端电压起伏或相位改动，而查询设备可检测此改动，这便是负载调变技能。运用848kHz辅佐载波的负载调变用于收听形式(如ISO/IEC 14443)，其间辅佐载波由基带信号加以调变，并以此改动收听设备的阻抗。图2显现负载调变的频谱。调变方法为ASK(如ISO/IEC 14443 A PICC)或BPSK(如14443 B PICC)。此外，还有第三种被迫形式，它与FeliCa兼容，其负载调变不运用辅佐载波，而为直接作用于13.56MHz载波的ASK调变。
图2 根据13.56MHz载波并运用848kHz辅佐载波的负载调变，而图中的三角形表明载涉及辅佐载波的调变频谱(因为NFC运用时分多路通讯，三组谱线并不一起呈现)。
调变方法与编码
如图3～5所示，其调变方法为不同调变深度的OOK(100%或10%)及BPSK(如ISO/IEC 14443 B PICC)。
图3 100%调变深度的ASK
图4 10%调变深度的ASK
图5 BPSK调变
如图6所示，NFC运用NRZ-L、变形米勒(Modified Miller)以及Manchester编码。NRZ-L编码的一个位若是高电位即代表逻辑1，低电位则代表逻辑0。曼彻斯特(Manchester)编码将每一个位分红两段，逻辑1的前半段为高电位，后半段为低电位。逻辑0的前半段为低电位，后半段为高电位。
图6 NFC运用三种编码中的一种：NRZ-L、Modified Miller或Manchester(请参见表1和表2)。
Modified Miller编码也将每一个位分红两段，逻辑1后半段的开端有一个低电位脉冲，而逻辑0以一个低电位脉冲开端。其间的破例是，当逻辑1之后为逻辑0时，不呈现逻辑0的低电位脉冲，信号坚持为高电位。
图7显现运用ASK调变及Manchester编码的负载调变(如处于被迫卡仿真形式下的14443 A PICC或NFC-A设备)。
图7 运用辅佐载波的负载调变在时域及频域的图示
NFC标准/标签类型多样
以下将进一步针对NFC标准的演进以及其首要的作业形式、卷标类型进行更详细的阐明。
NFC标准的沿革
三大标准ISO/IEC 14443 A，ISO/IEC 14443 B以及JIS X 6319-4皆归于RFID标准，由不同公司(NXP、Infineon及Sony)提出。榜首个射频NFC标准是ECMA 340，并根据ISO/IEC 14443 A与JIS X 6319-4的空中接口。之后，ECMA 340被编入标准ISO/IEC 18092。与此一起，信用卡的首要发卡公司(Europay、Mastercard、Visa)也开端推行根据ISO/IEC 14443 A与ISO/IEC 14443 B的付费标准EMVCo。在NFC论坛上，两大集体将空中接口共同化，并别离命名为NFC-A(根据ISO/IEC 14443 A)、NFC-B(根据ISO/IEC 14443 B)以及NFC-F(根据FeliCa)。图8和图9别离显现了NFC射频与协议标准以及测验标准的沿革进程。
图8 NFC射频标准的沿革
图9 NFC协议标准的沿革
调变与编码作业形式
如图10所示，NFC有三种首要的作业形式，一为被迫卡仿真形式(被迫形式)，这时NFC设备就好像与现存标准兼容的非触摸式卡片。其二为端对端形式，两个NFC设备进行信息交流。与读写形式比较，鼓励设备(查询设备)所需功率相对削减，因为方针设备(收听设备)也有自己的动力供应。最终是读写形式(自动形式)，NFC设备处于自动状况，对现存的被迫式RFID标签进行读写。
图10 NFC的作业形式
上述的每一种形式都可以与下面的恣意一种传输技能彼此结合：NFC-A(与ISO/IEC 14443 A)向后兼容、NFC-B(与ISO/IEC 14443 B)向后兼容、NFC-F(与JIS X 6319-4)向后兼容。为支撑一切各种不同技能，如图11显现，处于查询形式下的NFC设备首先用相应的恳求信号打听NFC-A，NFC-B以及NFC-F标签的反响。当从兼容设备得到反响后，NFC设备便按照标准树立通讯形式(NFC-A，NFC-B抑或NFC-F形式)。按照通讯形式(自动或被迫)、传输技能(NFC-A，-B，-F)以及传输速率(比特率)的不同，进行相应的编码与调变。
图11 查询形式下辨认进程的流程图(首要流程)
表1列出对应于NFC-A、-B和-F传输技能的编码，以及调变和数据速率。
NFC标签分四种类型
NFC标签是被迫设备，可用于与NFC自动设备进行通讯。NFC标签首要用于广告，以及用于存储数量不大的信息并将信息传送给NFC自动设备等范畴。按照不同的格局和容量，NFC卷标被分为四种根本类型并以类型1～4命名(表2)。其格局别离根据ISO 14443的类型A与B以及Sony的FeliCa。
NFC射频丈量至为要害
为保证NFC设备的功用契合各种标准，有必要进行一系列的射频丈量以及归纳的协议丈量。按照NFC模仿测验标准草案，射频丈量须由参阅设备予以规则(即NFC论坛的参阅收听器和NFC论坛的参阅查询器)。这些参阅设备相当于NFC的典型设备。其处于查询及收听形式，且天线巨细各异，用以供应界阐明确的、有可比性的丈量。为测验NFC设备的收听及查询形式，NFC论坛规则了下面两种计划，请见图12、13。
图12 NFC设备的收听形式丈量装备
图13 NFC设备的查询形式丈量装备
NFC参阅设备
当与恰当的信号源和功放相衔接时，NFC论坛的参阅查询设备即向待测收听设备发送指令。测验仪器随即捕获并剖析待测物的反响。NFC论坛的参阅查询设备有三种不同的天线线圈规划，并根据标准EMVCo PCD)(针对查询器Poller-0)，以及ISO标准化的PICC天线线圈规划的两种补偿型(针对查询器Poller-3和6)，请见图14、15。
图14 NFC论坛的参阅查询器
图15 NFC论坛参阅收听器
NFC论坛的参阅收听设备剖析待测查询设备所发送的信号。为了剖析信号的频率与波形，NFC论坛的参阅收听设备配有感应线圈。运用由恰当的外接信号源(如恣意波形发生器)所发生的负载调变的不同电平，NFC论坛的参阅收听设备也能向待测物发送信息。
查询设备的作业规模是指至少在此规模(空间)内，NFC设备之间可以按照标准完结互联互通。图16显现了作业规模的详细界说。
图16 NFC作业规模的界说
NFC设备的射频丈量
NFC模仿测验标准草案规则了有关于NFC设备的类型认证的射频丈量。以下是最重要的射频测验项目：在自动式查询形式下，包含有载频精度丈量、功率丈量(在查询形式下，有必要有满足的功率输出)、波形特性丈量(有关时刻方面参数的丈量，如上升及下降沿时刻)、负载调变灵敏度丈量(查询设备需可以在规则的最小电平下正确接纳负载调变)、门槛电平丈量(待测查询设备需可以在遇到特定强度的外加电磁场时中止作业)。
在被迫式收听形式下，则有负载调变丈量(负载调变的强度须处于所要求的规模内收听设备的应对)、功率接纳丈量(收听设备需可以在恶劣的条件下做出正确应对)、帧时延丈量(关于NFC-A形式中的防撞算法特别重要)，帧时延是从查询指令之停止，直到处于被迫卡仿真形式下的NFC手机开端传送停止的呼应时刻。只需手机可以支撑，有必要针对不同形式(NFC-A、NFC-B及NFC-F)进行以上一切的丈量。
NFC手机测验实例
以下部分将表述针对手机在查询及收听形式下的测验计划。
手机在查询形式下的测验计划
NFC论坛的参阅收听器被用来测验NFC手机。如图17所示，借由恰当的高性能之示波器如罗德与施瓦茨(R&S)RTO可检测功率、载频以及调变波形。高性能示波器的共同长处在于其归纳的触发功用，因而无须运用外部触发。恰当的信号或频谱剖析仪(如R&S FSV)亦可在零跨频形式下，凭借外部触发对载频功率及调变波形进行丈量。此外，频谱剖析仪还可用于丈量杂散辐射。
图17 NFC手机在查询形式下的测验计划(简化图式)，用以测验载频、功率、调变波形以及负载调变灵敏度等参数。
为丈量负载调变灵敏度，恰当的具有恣意波形功用之射频信号发生器(如R&S SMBV100A)将发生恰当的应对信号SENS_RES(SENSE RESPONSE)，以作为关于由NFC设备所宣布的问询信号SEL_REQ(Select Request )的应对，信号发生器则由示波器予以触发。
收听形式测验计划
如图18所示，NFC论坛的参阅查询设备被用来测验在收听形式(被迫卡仿真形式)下的NFC手机。恰当的具有恣意波形功用之射频信号发生器(如R&S SMBV100A)将可以发生查询信号。借由脉冲程序软件R&S SMx-K6，可以轻松地发生或许更改指令序列(如SENS_REQ、SDD_REQ、SEL_REQ、Pol_REQ等)，用以鼓励处于被迫形式下的手机。相应的测验计划以及波形文件随即可得。为了可以供应满足的功率给待测物，须运用功放。
图18 针对在被迫卡仿真形式下的NFC手机之测验计划，用以测验负载调变与帧时延等参数。
示波器/信号剖析仪测验成果
以下部分将表述针对NFC手机的测验成果，并以此阐明示波器R&S RTO及信号剖析仪R&S FSV的功用。
·查询形式下功率及载频的测验
如图19所显现，针对具有NFC技能的手机在查询形式下的功率丈量成果。其间，载频的测验成果也以图17所示之测验计划，借由NFC论坛的参阅设备而一起取得。
图19 凭借示波器R&S RTO的并行丈量实例，针对NFC设备在查询形式下的功率丈量(上面的图形)及载频丈量(下面的图形)。
·查询形式下波形特性丈量
图20显现借由示波器R&S RTO，在查询形式下波形特性的丈量实例。其间，以光标1(坐落5%处)和光标2(坐落90%处)得到上升沿时刻575纳秒(ns)。
图20 凭借示波器R&S RTO，在查询形式下波形特性(上升沿时刻)的丈量实例。
·收听形式下帧时延丈量
图21显现图18所示之测验计划，借由示波器R&S RTO，针对NFC手机在被迫卡仿真形式下帧时延的丈量实例。上面的图形显现Select Request信号(由恣意波形发生器发送)以及随后的NFC手机在被迫卡仿真形式下之呼应(负载调变)。下面的图形则是将画面扩大的显现，即从Select Request信号的最终一个位，直到呼应的榜首个位停止的时刻规模。以两个光标(光标1和光标2)丈量得到帧时延(86.51μs)。在两个光标之间的波形起伏改动是NFC手机在被迫卡仿真形式下所发生的寄生负载调变。
图21 针对NFC手机在被迫形式(14443 P%&&&&&%C卡仿真形式)下帧时延的丈量实例，上面的部份显现首先是Select Request信号，接着是接连波信号(NFC手机所发生的寄生负载调变) ，最终是NFC手机的呼应。
如前文所述，帧时延也可借由频谱剖析仪以零跨频进行丈量。图22显现由R&S FSV所测之成果。标志M1坐落查询信号最终一个位的上升边际，差量标志D2坐落收听信号的榜首个位并显现帧时延(86.28μs)。
图22 凭借频谱剖析仪R&S FSV进行帧时延丈量的实例，差量标志D2丈量从查询指令的停止，直到手机在卡仿真形式下发送的开端之呼应时刻(86.28μs)。
·收听形式下负载调变的丈量
如图23所示，NFC之负载调变是13.56MHz查询信号包络的均匀最大值与均匀最小值之差。图24显现运用示波器及频谱剖析仪(如图25)对负载调变的测验。因为频谱剖析仪测得信号的均方根值，其示值须乘以系数1.41而得到示波器所示之峰值。
图23 按照NFC论坛的负载调变界说
图24 运用示波器R&S RTO丈量负载调变，以两条标志线丈量查询信号包络的均匀最大值与均匀最小值之差(本例为61.1毫伏特(mV))
图25 运用频谱剖析仪R&S FSV丈量负载调变：在零跨频形式下，两条标志线D1与D2测得最大与最小均值，即负载调变的均方根值=D1与D2之差= 153-110毫伏=43毫伏，而负载调变=43毫伏×1.41 = 60.6毫伏(如上所述)。
