NFC技術(shù)規范與測試要求
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NFC的應用：
電子付費系統中，目前應用于手機系統上最完整的解決方案是以NFC為主，市場(chǎng)上也已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品流通著(zhù)。除了個(gè)人識別與電子付費系統外，NFC也在數據傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，例如：電子海報的數據下載(包括入場(chǎng)卷、會(huì )展信息)。此外，NFC還可以作為藍牙設備配對及輸入密碼的簡(jiǎn)化功能，若是使用者具有負載NFC的藍牙設備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍牙設備，如此即可不需要透過(guò)藍牙搜尋及輸入密碼的配對過(guò)程即可快速連結。目前韓國在歐美已經(jīng)在電信業(yè)者、芯片商與手機制造商的合作下于公交付費系統中進(jìn)行多次的驗證。
NFC的技術(shù)特點(diǎn)：
與RFID一樣，NFC信息也是通過(guò)頻譜中無(wú)線(xiàn)頻率部分的電磁感應耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID來(lái)說(shuō)NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。 其次，NFC與現有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為得到越來(lái)越多主要廠(chǎng)商支持的正式標準。再次，NFC還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設備間輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信。與無(wú)線(xiàn)世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。最后，RFID更多的被應用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上，而NFC則在門(mén)禁、公交、手機支付等領(lǐng)域內發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。
NFC、紅外和藍牙同為非接觸傳輸方式，它們具有各自不同的技術(shù)特征，可以用于各種不同的目的，其技術(shù)本身沒(méi)有優(yōu)劣差別。
NFC手機內置NFC芯片，比原先僅作為標簽使用的RFID更增加了數據雙向傳送的功能，這個(gè)進(jìn)步使得其更加適合用于電子貨幣支付的；特別是RFID所不能實(shí)現的，相互認證和動(dòng)態(tài)加密和一次性鑰匙(OTP)能夠在NFC上實(shí)現。NFC技術(shù)支持多種應用，包括移動(dòng)支付與交易、對等式通信及移動(dòng)中信息訪(fǎng)問(wèn)等。通過(guò)NFC手機，人們可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，通過(guò)任何設備，與他們希望得到的娛樂(lè )服務(wù)與交易聯(lián)系在一起，從而完成付款，獲取海報信息等。NFC設備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫(xiě)器終端以及設備對設備的數據傳輸鏈路，其應用主要可分為以下四個(gè)基本類(lèi)型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數據。
NFC與其它近距通信技術(shù)的比較：
和傳統的近距通訊相比，近場(chǎng)通訊（NFC）就有天然的安全性，以及連接建立的快速性，具體對比如下表：
| NFC | 藍牙 | 紅外 | |
| 網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型 | 點(diǎn)對點(diǎn) | 單點(diǎn)對多點(diǎn) | 點(diǎn)對點(diǎn) |
| 使用距離 | ≤0.1m | ≤10m | ≤1m |
| 速度 | 106, 212, 424 kbps 規劃速率可達868 kbps 721 kbps 115kbps | 2.1 Mbps | ~1.0 Mbps |
| 建立時(shí)間 | < 0.1s | 6s | 0.5s |
| 安全性 | 具備，硬件實(shí)現 | 具備，軟件實(shí)現 | 不具備，使用IRFM時(shí)除外 |
| 通信模式 | 主動(dòng)-主動(dòng)/被動(dòng) | 主動(dòng)－主動(dòng) | 主動(dòng)－主動(dòng) |
| 成本 | 低 | 中 | 低 |
NFC的架構：
NFC的操作頻率為13.56MHz，而操作距離約為10cm之內;而NFC的規范制定取至于RFID13.56MHz的頻段，早期運用此頻段包括PhilipsMiFARE(ISO1443A)、ISO1443B、ISO15693、ISO18000-3及SonyFelica。由于非接觸卡應用于個(gè)人數據識別或電子付費系統中強調于安全機制，而近乎于貼近卡片閱讀器系統的近場(chǎng)通信及是將13.56MHz中短距系統的部分加以整合，所以最后市場(chǎng)上所見(jiàn)的即為PhilipsMiFARE(ISO1443A)及SonyFelica，早期這兩家系統各自發(fā)展互不兼容，直到近年才將兩種規格合并并制定了NFC規范ECMA340/ISO18092(NFCIP1，NFCInterfaceandprotocol1)。此規范相容于現有PhilipsMiFARE(ISO1443A)及SonyFelica。
NFC工作頻率為13.56MHz、ASK調變，傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種，通信模式可分為主動(dòng)模式與被動(dòng)模式，主動(dòng)模式是指發(fā)起設備(initiator)與目標設備(target)皆可自身電源供應產(chǎn)生RFfield，而被動(dòng)模式下則是發(fā)起設備自身供應電源產(chǎn)生RFfield;而目標設備則利用全波整流線(xiàn)路將發(fā)起端的RFfield之能量轉換為DC來(lái)供應自己的電源。值得一提的是，在被動(dòng)模式下為了要滿(mǎn)足省電的要求所以采用了負載調變(Loadmodulation)的方式，此調變方式可以達到省電的效果。
在使用上因為NFC的使用通常會(huì )遇到使用尖峰時(shí)期，會(huì )了避免不同的發(fā)起端或目標端同時(shí)溝通造成數據鏈路錯誤，所以NFC采用了一種機制listenbeforetalk。此機制會(huì )讓當發(fā)起端設備要發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號前，先偵測外界磁場(chǎng)強度來(lái)判斷是否有其它的設備正在溝通中，這種機制的實(shí)現稱(chēng)為RF Collision Avoidance(RFCA)，其動(dòng)作行為是在每次發(fā)起端發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號時(shí)會(huì )偵測外界磁場(chǎng)，當磁場(chǎng)強度超過(guò)門(mén)坎強度時(shí)(Hthreshold=0.1875A/m)則會(huì )停止詢(xún)問(wèn)，直至外界強度降至門(mén)坎值以下。若是低于臨界值才會(huì )開(kāi)始發(fā)出詢(xún)問(wèn)指令，偵測的時(shí)間為T(mén)IDT+nTRFW，n為0～3的機率取樣：TRFW=512/fc(RFwaitingtime)，TIDT>4096/fc(initialdelaytime)。當發(fā)起設備在TIDT+nTRFW內沒(méi)有偵測到超過(guò)門(mén)坎強度的磁場(chǎng)，則會(huì )先發(fā)射TIRFG的未調變RFfield之后再發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號，其中TIRFG必須大于5ms。
NFC規范調變：
在此將針對NFC RF interface做敘述，首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩種標準，EMCA340中敘述NFC相關(guān)協(xié)議，這里先引入數據封標作討論，NFC數據分包分為兩種類(lèi)型，一為106kpbs、一為212/424kbps。
由于NFC106kbps為100%ASK調變，所以對整個(gè)High/Low信號的封包結構都有相當詳細的定義。其中幾個(gè)參數包括從100%下降到5%Am時(shí)間(t1)、5%Am持續時(shí)間(t2)、Am由5%上升至60%時(shí)間(t4)即overshoot的范圍。而212/424kbps則是8%～30%的調變率。
RF測試kit：
1.Calibration coil：coil的功能在于驗證測試過(guò)程中，待測物所發(fā)射出的信號是否為正確的強度與調變。此Coil為一簡(jiǎn)單的天線(xiàn)架構，當然EMCA也詳細的規定了所有的尺寸，由此coil所測出的值為0.32V(RMS)=1A/m(磁場(chǎng)強度)。
2.Field Generating Antenna：kit用于磁場(chǎng)的發(fā)射，圖中還包含了一組天線(xiàn)匹配線(xiàn)路。
3.Sense coil：sense coil用于量測待測物的磁場(chǎng)強度與調變。
4.Reference device：圖7為兩種測試標準線(xiàn)路和一組天線(xiàn)coil，此referencedevice用于測試DUT的標準件。其中又包含了兩組測試電路，圖7-2為調變測試電路，圖7-3為電源測試電路。
NFC RF測試程序：
1.發(fā)起設備Power測試：此測項在測試由發(fā)起設備所供給的磁場(chǎng)強度是否供給目標物足夠的工作電源。將信號由generatingantenna調整發(fā)射，于右端的calibrationcoil量測到的強度為Hmax(7.5A/m)，此時(shí)再將referencedevice配合power測試線(xiàn)路調整C2使線(xiàn)路共振點(diǎn)位于19MHz(此部份在規范中并無(wú)詳述為何調整至19MHz，在此推論若19MHz可達到3V輸出則當目標物為13.56MHz時(shí)其電壓一定會(huì )超高3V，此因該為取其下限值)，放置于DUT位置，調整線(xiàn)路R2使的由C3所得到之電壓值為3V。此時(shí)Referencedevice已經(jīng)完成，之后再將此卡用來(lái)量測發(fā)起設備，將此卡放至于發(fā)起設備所標注之超作范圍，在此超作范圍內任意位置所量測到的電壓值(C3)皆不可超過(guò)3V。至于Hmin測試則與max大致相同，不同處為將referencedevice共振頻率調至13.56MHz及所量測知電壓值皆須超過(guò)3V。
2.目標物的loadmodulation測試：
(1)被動(dòng)模式
●106kbps：此測試為驗證目標物可正確調變出波形，先將calibrationcoil放置于下側外緣，確定generatingantenna所發(fā)射之波形與強度正確無(wú)誤，此時(shí)再將待測目標物放置于上側外緣，編輯一個(gè)ECMA340所定義之SENS_REQ波型由generatingantenna發(fā)射并在待測目標物會(huì )回送一個(gè)SENS_RES信號，如此即可透過(guò)二個(gè)sensecoil量測到信號，此量測架構因考量回傳之負載調變信號微弱，所以利用兩個(gè)sensecoil之間電壓差做計算，由于兼容系問(wèn)題，所以在106kbps延續MiFARE使用副載波(subcarrier)的調變作被動(dòng)目標物的回傳信號，所以量測點(diǎn)應于fc+fs與fc-fs(fc=13.56MHz，fs=fc/16)。
●212/424kbps：高速的調變信號量測方式則與106kbps十分相似，只是將量測擷取位置改為fc，因為此兩種傳輸速度下并無(wú)使用副載波調變
(2)主動(dòng)模式
主動(dòng)模式的測試與被動(dòng)模式上并無(wú)太大的差異，由于是主動(dòng)模式所以加測了目標物的RFfield發(fā)射的時(shí)間，指令下達的時(shí)間……等。
3.發(fā)起設備的loadmodulation測試：
此測試在于驗證發(fā)起設備的調變機制，可分為主動(dòng)模式發(fā)射與被動(dòng)模式接收兩種。
(1)主動(dòng)模式發(fā)射：將calibrationcoil放置于發(fā)起設備所定義的任意位置，而所量測的波型皆需符合ECMA340所定的規范。
(2)被動(dòng)模式接收：此為測試發(fā)起設備可以正確的接收被動(dòng)目標物所回傳的信號。利用圖7-2的loadmodulation測試線(xiàn)路所做成的referencedevice，先將對應C3電壓與距離的關(guān)系以圖8的架構校正好，之后即可將此卡與發(fā)起設備的待測物做量測，測試由referencedevice所發(fā)出的調變信號于待測物端的接收情況。在此只能對部分的測試項目做討論而詳細的測試請參考ECMA。
NFC系統目前階段主要存在的問(wèn)題：
1、相容性問(wèn)題
目前不同廠(chǎng)家的NFC設備的兼容性問(wèn)題還是比較突出的，這也是NFC論壇目前正在致力于解決的一個(gè)重點(diǎn)。其希望通過(guò)NFC標志認證來(lái)達到所有NFC設備兼容性的統一。
2、安全性問(wèn)題
安全的NFC將各種NFC應用結合智慧卡的安全性。重要的機密資料與數據會(huì )一直儲存在卡片中安全記憶體的某個(gè)區域，并且只能經(jīng)由NFC裝置授權，藉由儲存在裝置內安全記憶體中的私密金鑰將傳送資料予以加密。
3、主動(dòng)或被動(dòng)運作模式
擁有NFC的裝置可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下運作，一般的行動(dòng)裝置主要是以被動(dòng)模式運作，可以大幅降低耗電量，并延長(cháng)電池的續航力。主動(dòng)式NFC裝置可以透過(guò)內部產(chǎn)生的射頻場(chǎng)(RF-field)提供與被動(dòng)裝置通訊時(shí)所需的所有電力，與免接觸式智慧卡的情況相同，擁有相同的電力，確保即使關(guān)掉行動(dòng)裝置的電源仍可以正常進(jìn)行資料的讀取。
4、標準化
NFC符合ECMA 340與ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092標準的開(kāi)放式平臺技術(shù)，這些標準具體規范NFC裝置的調制方案、編碼、傳輸速度與RF介面的訊框格式等，以及被動(dòng)與主動(dòng)NFC模式初始化過(guò)程中資料沖突控制所需的初始化設定與條件。此外，這些標準還定義了傳輸協(xié)定，其中包括通訊協(xié)定啟動(dòng)與資料交換方式等。
5、政策問(wèn)題
由于移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)環(huán)節復雜，價(jià)值鏈的構建需要多方參與，在此時(shí)間段，產(chǎn)業(yè)主導者不清晰，金融機構和移動(dòng)運營(yíng)商的議價(jià)能力相當，產(chǎn)業(yè)實(shí)際投入力度比較低。而由于終端和消費環(huán)境的缺乏，用戶(hù)體驗較差，用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)支付購買(mǎi)的物品和服務(wù)并不豐富，目前并沒(méi)有給消費者帶來(lái)真正的便捷。
NFC系統的常見(jiàn)認證要求：
目前NFC終端的主要認證有CE，FCC和NFC logo認證。其中NFC logo認證目前還是個(gè)自愿認證，其實(shí)階段主要的測試要求還在于NFC設備的互聯(lián)互通（IOT）要求。關(guān)于NFC設備的CE標準為ETSI EN 300 330-1及ETSI EN 300 330-2。而NFC設備的FCC認證的標準為FCC PART 15C。具體的測試要求可詳見(jiàn)摩爾實(shí)驗室（MORLAB）的專(zhuān)題文章：《CE和FCC認證中針對NFC頻段的射頻測試要求》（http://www.morlab.com/article/2011/0531/article_1961.html）
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