近場通信

NFC（Near Field Communication）又稱近場通信，是一種短距高頻的無線電技術，在13.56MHz頻率運行于20厘米距離內。NFC作為一種近距離無線通信技術，能夠允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸交換數據。該技術由飛利浦半導體（現恩智浦半導體公司）、諾基亞和索尼共同研制開發，從非接觸式射頻識別技術（RFID）演變而來，基礎是RFID及互聯技術。使用NFC技術，我們可以使用手機識別身份證信息，進行支付購物、公交刷卡、連接打印機打印、設備間數據交換以及從電子標簽獲取信息等。

NFC的技術特點、工作應用模式、通信模式以及硬件結構將幫助我們深入了解NFC技術。

▲NFC使用場景

NFC技術特點

NFC廣泛的應用與其獨有的技術特點密不可分，概括來講，NFC主要有以下三個特點：

第一、通信距離近。如果是主動—被動通信模式，即通信一端為帶電源的主動設備（如筆記本、一體機、手機等），而另一端為無電源的被動設備（如智能卡等），其通信距離小于10厘米；如果是主動—主動通信模式，即兩端都為帶電源的主動設備，其通信距離也僅有20厘米。

第二、傳輸速度快。其傳輸速度有3種，分別為106千比特/秒、212千比特/秒和424千比特/秒，設備間采用不同的調制編碼方式使用不同的速率進行數據傳輸。

第三、安全性高。近場通信采用加密通信方式，并且射頻范圍較小。

由于NFC手機采取安全單元SE芯片硬件加密和軟件加密相結合的方式，0.1秒內即可完成ID與密鑰等數據傳遞，黑客在如此快速交換數據的條件下截獲并破譯無線電信號的幾率很小。此外，NFC要求的通信距離較RFID要近，一般在10厘米的距離內，因此它的安全性也比RFID進一步增強，同時也比現在的二維碼支付、音頻支付、聲波支付要安全很多。

NFC的工作應用模式

NFC有3種工作應用模式，分別是卡模擬模式、點對點模式和讀卡器模式，如圖2所示。NFC設備不斷在這3種工作模式間輪詢切換，使同一個設備可以支持這三種功能。

輪詢：是CPU調度的一種方式，由CPU定時發出詢問，依序詢問每一個周邊設備是否需要其服務，有即給予服務，服務結束后再問下一個周邊，接著不斷周而復始。

▲NFC的3種工作模式

卡模擬模式，主要是將支持NFC的設備模擬成一張卡，比如門禁卡或者銀行卡，在刷門禁時，用戶只要靠近刷卡機即可開啟門禁，或者將設備靠近刷卡機，客戶輸入密碼確認后即可進行交易，如圖3所示。該模式下的應用場景有電子錢包類應用、磁條卡、票務應用、ID類應用。其中電子錢包類應用如銀行卡、公交卡，磁條卡如優惠券、磁條銀行卡，票務類如影劇票、機券，ID類應用如門禁、會員卡。

▲卡模擬模式應用場景

點對點模式，將兩個具備NFC功能的設備連接，實現點對點數據傳輸。多個具備NFC功能的數字相機、打印機、PDA電腦和手機，都可以進行無線互聯，進行數據傳輸。比如將支持NFC功能的打印機和手機連接后，通過手機拍攝的照片就可以快速在打印機上打印出來。

▲點對點模式應用場景

讀卡器模式，將支持NFC的設備作為非接觸讀卡器使用，比如從海報或者展覽信息的電子標簽中讀取信息。在該模式中具備讀寫功能的NFC設備，可以從電子標簽中采集數據，然后根據應用的要求對數據進行相應處理，如圖5所示。比如獲取公交車站站點信息、公園地圖等信息。

▲讀卡器模式應用場景

NFC的通信模式

NFC的通信模式分為主動模式和被動模式兩種。

主動模式下，每臺設備要向另一臺設備發生數據時，都必須產生自己的射頻場。發起設備和目標設備都要產生自己的射頻場，以便進行通信。這是點對點通信的標準模式，可以獲得非常快速的連接設置。

▲主動通信模式

被動模式下，發起設備在整個通信過程中提供射頻場。其可選擇一種傳輸速度，將數據發送到目標設備，目標設備不必產生射頻場，利用感應的電動勢提供工作所需的電源，使用調制技術進行數據收發。

▲被動通信模式

移動設備主要使用被動模式，可以大幅降低功耗，延長電池壽命。在應用會話過程中，設備可以在發起設備和目標設備之間切換角色。電量較低的設備可以要求以被動模式充當目標設備，而不是發起設備。

NFC硬件結構

NFC硬件結構主要由NFC模擬前端和安全單元SE兩部分構成。如圖8 所示，NFC模擬前端包含NFC控制器、天線；安全元件SE包含SIM卡、智能卡（IC、SAM)、SD卡。

▲NFC硬件結構圖

在安全元件SE中，存儲了用手機進行電子結算時所需要的機密信息，配備了帶有密鑰信息的存儲器以及進行加密處理的處理器等。加密處理的步驟等方面。根據應用需求的不同，安全元件SE可以安裝在便攜產品內、SIM卡或是Micro SD存儲卡中。

其中，安全元件SE安裝在便攜產品內的移動支付方案為全終端解決方案，安全元件SE為SIM卡的移動支付方案為NFC-SIM方案。安全元件SE為Micro SD卡的移動支付方案為NFC-SD方案。

目前銀聯首推SWP-SD方案，國內三大運營商中國聯通、中國電信、中國移動以SWP-SIM方案作為目標方案。

總結及未來展望

2016年，Apple Pay進入中國、手機公交卡、華為麒麟inSE方案和高通收購NXP等都是國內NFC領域顛覆性的事件。手機以及可穿戴終端的移動支付讓NFC市場重燃，未來市場仍將大幅增長。美國知名市場研究機構Research and Markets發布的2024年NFC市場分析預測報告稱，2024年全球NFC市場將達474.3億美元。報告指出，由于智能手機在發展中國家中的普及，該行業將在預測期內實現大幅增長。

隨著NFC技術為可穿戴支付打開了新機遇，商家和支付行業應做好充分準備以滿足消費者的需求。市場上最佳的可穿戴設備能夠提供快捷、方便和安全的支付體驗，那些舍得在新科技設備上投入的消費者當然也期望能有更多的機會使用這些時髦的設備。為進一步擴大可穿戴設備的影響力，影響中國支付格局的各方需要進行更多的合作。處理支付交易的主要機構，包括銀行、發卡機構和支付處理商等，更需要通過緊密的合作以確保消費者可以在其可穿戴設備上使用自己所偏好的支付方式，并暢通無阻地在各個店面和服務網點進行支付。此外，無論是在亞太地區還是中國，被市場主要競爭者（例如阿里巴巴）所采用的電子支付方式往往前景開闊。但同時，市場上也存在很多份額較小的本地支付方式，他們的并存使得整個支付界呈現分散式的格局。因此，傳統和創新的支付系統必須進一步協調，才能使可穿戴支付技術在中國普及開來。

本文來源：今日科協