近距离无线通讯(NFC)将现有的非触摸式辨识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可广泛用于各种资讯交流,例如电话号码、图画、MP3档、数字式授权、电子钱包、广告资讯、产品资讯等。这种资讯交流可在两个具有NFC功用的电子设备(如手机)之间进行,抑或于具有NFC功用的手机和与其相容并坐落近距离内的无线射频辨识体系(RFID)晶片卡或读取器之间完结。NFC被用作操控获取资讯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公分范围内供应速率达424kbit/s的数据传输。与作业在该频段的传统式非触摸式技能(只要自动被迫式通讯)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。完成NFC设备之间的资讯交流,在规范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规范。一切上述的规范(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晶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。
.举动式付费
用NFC手机购票或付计程车费用,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资讯存入NFC手机、拜访保密组织、登录保密电脑、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。
.读取资讯
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数据传达原理
与RFID规范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)之结构装备
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%)及二进位相移键控(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,其藉以查询设备的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,由于每个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
由于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(由于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 P%&&&&&%C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规范/标签类型多样
以下将进一步针对NFC规范的演进以及其首要的作业形式、标签类型进行更具体的阐明。
NFC规范的沿革
三大规范ISO/IEC 14443 A,ISO/IEC 14443 B以及JIS X 6319-4皆归于RFID规范,由不同公司(NXP、Infineon及Sony)提出。第一个射频NFC规范是ECMA 340,并根据ISO/IEC 14443 A与JIS X 6319-4的空中接口。之后,ECMA 340被编入规范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的付费规范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射频与协议规范以及测验规范的沿革进程。
图8 NFC射频规范的沿革
图9 NFC协议规范的沿革
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设备就好像与现存规范相容的非触摸式卡片。其二为端对端形式,两个NFC设备进行资讯交流。与读写形式比较,鼓励设备(查询设备)所需功率相对削减,由于方针设备(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。当从相容设备得到反响后,NFC设备便按照规范树立通讯形式(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 查询形式下辨识进程之流程图(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资讯并将资讯传送给NFC自动设备等范畴。按照不同的格局和容量,NFC标签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。