手機RFID智能卡設計

1 引言

近年來(lái)，通信行業(yè)的市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，通信業(yè)務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)化趨勢越來(lái)越明顯，電信網(wǎng)絡(luò )日益通道化、電信服務(wù)日益虛擬化，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )的公司通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò )通道就可以提供越來(lái)越多的通信服務(wù)，傳統電信運營(yíng)商單純依賴(lài)提供簡(jiǎn)單的語(yǔ)音和數據通信獲得贏(yíng)利的模式越來(lái)越難以持續，紛紛向“信息服務(wù)”轉型。

另一方面，隨著(zhù)電子技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的功能集成到了手機，如媒體播放、游戲、照相、導航等，手機已不僅僅是一個(gè)通信工具，而是日益成為了個(gè)人的綜合娛樂(lè )與信息終端。如何拓展手機的功能，使得手機除了通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳統通信外，還能夠服務(wù)于運營(yíng)商希望切入的移動(dòng)電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、媒體廣告等信息化應用，是近年來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，其中，手機RFID技術(shù)已經(jīng)取得突破性的成果并開(kāi)始商用。

手機RFID技術(shù)將RFID芯片內置在手機或手機智能卡(SIM/UIM)中，實(shí)現手機功能與RFID功能的集成，用戶(hù)可刷手機實(shí)現金融服務(wù)、購物消費、乘車(chē)服務(wù)、身份認證等諸多應用。由于完全基于手機的RFID技術(shù)得不到電信運營(yíng)商的支持，本文將主要針對集成了RFID射頻功能的手機智能卡 (以下稱(chēng)手機RFID智能卡)的實(shí)現方案、應用現狀、存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢進(jìn)行研究。

2 手機RFID智能卡主流解決方案

目前國內外主流手機RFID智能卡解決方案按照工作頻率可分為兩大類(lèi)，即13.56MHz方案和2.4GHz方案。其中13.56MHz方案又可分為eNFC方案、雙界面卡自帶天線(xiàn)方案、雙界面卡手機定制方案。以下對4種手機RFID智能卡解決方案分別進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 eNFC方案

eNFC方案將RF射頻天線(xiàn)及射頻通信控制功能集成在手機終端，將RFID數據存儲及數據處理功能放在手機智能卡，卡與手機之間通過(guò)SWP協(xié)議通信，實(shí)現RFID與手機的集成。

eNFC方案被3GPP定為國際標準，技術(shù)完善。采用行業(yè)普遍應用的13.56Mhz頻率通信，方便合作類(lèi)業(yè)務(wù)的改造實(shí)施。但eNFC方案必須更換手機和智能卡，成本較高;且目前支持的手機終端和智能卡產(chǎn)品較少，產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟。另外，eNFC的專(zhuān)利集中在國外廠(chǎng)商雅斯拓和恩智浦手中，在國內規模應用eNFC方案可能遭遇專(zhuān)利尷尬。

2.2 雙界面卡手機定制方案

雙界面卡手機定制方案在手機智能卡上集成RFID處理芯片，將RFID線(xiàn)圈集成在手機終端上，RFID智能卡通過(guò)C4、C8引腳與手機終端的線(xiàn)圈相連，實(shí)現近距離通信。此方案采用行業(yè)普遍應用的13.56Mhz頻率通信，方便合作類(lèi)業(yè)務(wù)的改造實(shí)施。終端改造僅需實(shí)現天線(xiàn)與手機的集成，改造較簡(jiǎn)單，成本較低。天線(xiàn)集成到終端，提高了刷卡穩定性。缺點(diǎn)是占用了C4,C8觸點(diǎn)，和國際標準應用中的大容量卡應用沖突，并且仍然需要對手機終端進(jìn)行定制。

2.3 雙界面卡自帶天線(xiàn)方案

本方案在手機智能卡上集成RFID處理芯片，并從智能卡引出RFID線(xiàn)圈進(jìn)行近距離通信。雙界面卡自帶天線(xiàn)方案采用在行業(yè)普遍應用的 13.56Mhz頻率通信，且不需要更換手機，業(yè)務(wù)實(shí)施方便快速。但由于UIM卡帶了較大的RFID線(xiàn)圈，用戶(hù)安裝使用不方便，較容易損壞，刷卡穩定性稍差，使用感知較差。同時(shí)，也占用了C4,C8觸點(diǎn)，和國際標準應用中的大容量卡應用沖突。

2.4 2.4G全卡方案

2.4G全卡方案基于藍牙通信技術(shù)，將藍牙RF射頻芯片集成到手機智能卡中，通過(guò)距離控制算法等技術(shù)進(jìn)行現場(chǎng)通信，不需要帶天線(xiàn)，也不需要更換手機即可實(shí)現手機RFID刷卡功能，業(yè)務(wù)實(shí)施方便快速。2.4G全卡方案除了實(shí)現現場(chǎng)刷卡功能外，還可根據業(yè)務(wù)需要實(shí)現中距離刷卡應用以及讀卡器應用。但由于2.4G頻段與國內外金融、交通現場(chǎng)支付標準不兼容，對于合作類(lèi)應用需要新布POS機具，合作難度大，機具改造成本較高。

3 手機RFID智能卡行業(yè)應用現狀

在國際上，主要以eNFC為標準，但由于需求不旺盛，支持eNFC的手機終端很少，使用eNFC方案進(jìn)行手機現場(chǎng)刷卡的商用案例很少。日韓手機現場(chǎng)刷卡應用多，但由于其移動(dòng)終端采用機卡合一模式，不屬于手機RFID智能卡應用模式。

4 手機RFID智能卡存在的問(wèn)題

從2009年開(kāi)始，借助與手機支付以及移動(dòng)電子商務(wù)的熱潮，國內涌現了諸多模式的手機RFID智能卡種類(lèi)，其中雙界面卡方案以及2.4G全卡方案都在手機RFID智能卡解決方案上進(jìn)行了創(chuàng )新和發(fā)展，并擁有一定的自主專(zhuān)利，可以說(shuō)國內在手機RFID智能卡領(lǐng)域的研究與應用已經(jīng)處于國際前沿，但是由于行業(yè)剛剛啟動(dòng)，還存在不少問(wèn)題。主要表現在：

4.1 標準不統一

標準不統一首先表現在工作頻率不統一，目前，主流的射頻工作頻率有13.56MHz和 2.4GHz兩個(gè)射頻工作頻率， 13.56MHz頻率目前在非手機RFID領(lǐng)域被諸多行業(yè)廣泛的使用，但手機RFID智能卡如果采用13.56MHz頻率，必須解決大天線(xiàn)問(wèn)題。天線(xiàn)由卡片自帶，用戶(hù)感知較差、穩定性差;天線(xiàn)置于手機終端，則必須對手機終端進(jìn)行定制，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，短期難以規模商用。2.4GH在頻率由于是超高頻，穿透性好，不需要大天線(xiàn)，可以完全在一張智能卡內集成RFID功能，由于不需要手機終端配合，用戶(hù)感知好，具備快速規模推廣的條件。工作頻率之爭由來(lái)已久，工作頻率的選擇直接影響業(yè)務(wù)模式、商務(wù)模式和產(chǎn)業(yè)鏈合作關(guān)系，該問(wèn)題非常復雜。

標準不統一還表現在接口與協(xié)議不統一，手機RFID應用包括了卡片與終端(手機終端與POS終端)域、通信網(wǎng)絡(luò )域、交易處理域等多個(gè)領(lǐng)域，各領(lǐng)域之間目前沒(méi)有統一的接口定義和交互協(xié)議標準，導致各機構開(kāi)發(fā)的手機RFID智能卡產(chǎn)品，即使在相同的工作頻率范圍，也不能互通。以卡片與終端域為例，目前卡片與終端的交易流程和指令標準化程度不高，卡片與終端射頻通信的功率、頻偏、場(chǎng)強等指標沒(méi)有進(jìn)行嚴格約定，導致了卡片可能在不同的終端上不能被識別，或者刷卡不穩定。