前沿科技解读丨近场通信——开启全新近距离通信模式

近场通信

NFC（Near Field Communication）又称近场通信，是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。NFC作为一种近距离无线通信技术，能够允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输交换数据。该技术由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、诺基亚和索尼共同研制开发，从非接触式射频识别技术（RFID）演变而来，基础是RFID及互联技术。使用NFC技术，我们可以使用手机识别身份证信息，进行支付购物、公交刷卡、连接打印机打印、设备间数据交换以及从电子标签获取信息等。

NFC的技术特点、工作应用模式、通信模式以及硬件结构将帮助我们深入了解NFC技术。

▲NFC使用场景

NFC技术特点

NFC广泛的应用与其独有的技术特点密不可分，概括来讲，NFC主要有以下三个特点：

第一、通信距离近。如果是主动—被动通信模式，即通信一端为带电源的主动设备（如笔记本、一体机、手机等），而另一端为无电源的被动设备（如智能卡等），其通信距离小于10厘米；如果是主动—主动通信模式，即两端都为带电源的主动设备，其通信距离也仅有20厘米。

第二、传输速度快。其传输速度有3种，分别为106千比特/秒、212千比特/秒和424千比特/秒，设备间采用不同的调制编码方式使用不同的速率进行数据传输。

第三、安全性高。近场通信采用加密通信方式，并且射频范围较小。

由于NFC手机采取安全单元SE芯片硬件加密和软件加密相结合的方式，0.1秒内即可完成ID与密钥等数据传递，黑客在如此快速交换数据的条件下截获并破译无线电信号的几率很小。此外，NFC要求的通信距离较RFID要近，一般在10厘米的距离内，因此它的安全性也比RFID进一步增强，同时也比现在的二维码支付、音频支付、声波支付要安全很多。

NFC的工作应用模式

NFC有3种工作应用模式，分别是卡模拟模式、点对点模式和读卡器模式，如图2所示。NFC设备不断在这3种工作模式间轮询切换，使同一个设备可以支持这三种功能。

轮询：是CPU调度的一种方式，由CPU定时发出询问，依序询问每一个周边设备是否需要其服务，有即给予服务，服务结束后再问下一个周边，接着不断周而复始。

▲NFC的3种工作模式

卡模拟模式，主要是将支持NFC的设备模拟成一张卡，比如门禁卡或者银行卡，在刷门禁时，用户只要靠近刷卡机即可开启门禁，或者将设备靠近刷卡机，客户输入密码确认后即可进行交易，如图3所示。该模式下的应用场景有电子钱包类应用、磁条卡、票务应用、ID类应用。其中电子钱包类应用如银行卡、公交卡，磁条卡如优惠券、磁条银行卡，票务类如影剧票、机券，ID类应用如门禁、会员卡。

▲卡模拟模式应用场景

点对点模式，将两个具备NFC功能的设备连接，实现点对点数据传输。多个具备NFC功能的数字相机、打印机、PDA电脑和手机，都可以进行无线互联，进行数据传输。比如将支持NFC功能的打印机和手机连接后，通过手机拍摄的照片就可以快速在打印机上打印出来。

▲点对点模式应用场景

读卡器模式，将支持NFC的设备作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息的电子标签中读取信息。在该模式中具备读写功能的NFC设备，可以从电子标签中采集数据，然后根据应用的要求对数据进行相应处理，如图5所示。比如获取公交车站站点信息、公园地图等信息。

▲读卡器模式应用场景

NFC的通信模式

NFC的通信模式分为主动模式和被动模式两种。

主动模式下，每台设备要向另一台设备发生数据时，都必须产生自己的射频场。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。

▲主动通信模式

被动模式下，发起设备在整个通信过程中提供射频场。其可选择一种传输速度，将数据发送到目标设备，目标设备不必产生射频场，利用感应的电动势提供工作所需的电源，使用调制技术进行数据收发。

▲被动通信模式

移动设备主要使用被动模式，可以大幅降低功耗，延长电池寿命。在应用会话过程中，设备可以在发起设备和目标设备之间切换角色。电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。

NFC硬件结构

NFC硬件结构主要由NFC模拟前端和安全单元SE两部分构成。如图8 所示，NFC模拟前端包含NFC控制器、天线；安全元件SE包含SIM卡、智能卡（IC、SAM)、SD卡。

▲NFC硬件结构图

在安全元件SE中，存储了用手机进行电子结算时所需要的机密信息，配备了带有密钥信息的存储器以及进行加密处理的处理器等。加密处理的步骤等方面。根据应用需求的不同，安全元件SE可以安装在便携产品内、SIM卡或是Micro SD存储卡中。

其中，安全元件SE安装在便携产品内的移动支付方案为全终端解决方案，安全元件SE为SIM卡的移动支付方案为NFC-SIM方案。安全元件SE为Micro SD卡的移动支付方案为NFC-SD方案。

目前银联首推SWP-SD方案，国内三大运营商中国联通、中国电信、中国移动以SWP-SIM方案作为目标方案。

总结及未来展望

2016年，Apple Pay进入中国、手机公交卡、华为麒麟inSE方案和高通收购NXP等都是国内NFC领域颠覆性的事件。手机以及可穿戴终端的移动支付让NFC市场重燃，未来市场仍将大幅增长。美国知名市场研究机构Research and Markets发布的2024年NFC市场分析预测报告称，2024年全球NFC市场将达474.3亿美元。报告指出，由于智能手机在发展中国家中的普及，该行业将在预测期内实现大幅增长。

随着NFC技术为可穿戴支付打开了新机遇，商家和支付行业应做好充分准备以满足消费者的需求。市场上最佳的可穿戴设备能够提供快捷、方便和安全的支付体验，那些舍得在新科技设备上投入的消费者当然也期望能有更多的机会使用这些时髦的设备。为进一步扩大可穿戴设备的影响力，影响中国支付格局的各方需要进行更多的合作。处理支付交易的主要机构，包括银行、发卡机构和支付处理商等，更需要通过紧密的合作以确保消费者可以在其可穿戴设备上使用自己所偏好的支付方式，并畅通无阻地在各个店面和服务网点进行支付。此外，无论是在亚太地区还是中国，被市场主要竞争者（例如阿里巴巴）所采用的电子支付方式往往前景开阔。但同时，市场上也存在很多份额较小的本地支付方式，他们的并存使得整个支付界呈现分散式的格局。因此，传统和创新的支付系统必须进一步协调，才能使可穿戴支付技术在中国普及开来。

本文来源：今日科协