NFC在手机中的应用

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NFC在手机中的应用

作者：杨晓娟

来源：《移动通信》2011年第11期

1 引言

当前手机应用广泛，功能日益强大，将逐渐取代现代人身上携带的一些卡片，比如信用

卡、积分卡、交通卡等，助人们完成交通购票、支付账单、积分购物等服务：另外也可简化两

部手机之间的同步处理通讯等功能。这些对消费者来说很有吸引力，将大大扩展手机的应用与

销售市场。NFC——近场通信技术的诞生与应用，使这一切成为可能。

近距离通信是最近年来兴起的基于RFlD的无线通信技术，近距离通信(Near FieId

C0mmunication，NFC)作为短距离非接触移动支付的一种，具有简便、快捷、安全的特点，在

移动支付、近距离数据交换领域应用广泛。NFC逐渐发展为移动支付最可行的解决方案之

一。

2 NFC的原理及应用模式

2.1 NFC的技术简介

NFC是飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等厂商联合主推的一项无线技术。2002年，

NFC被批准成为ISO／IEC IS 18092国际标准，此后还被批准为EMCA-340标准与ETSI TS

102 190标准。NFC标准与ISO／IEC 14443和ISO／IEC 15693非接触式IC卡兼容，即NFC

标准兼容Philip的MIFARER和SONY的FeliCa标准。Philips在非接触IC卡方面是业界领头

者，其Mifare芯片卡技术广泛使用于世界几个大型交通运输系统上，也使用在VlSA信用卡等

金融服务上。而S0ny的FeliCa芯片卡技术在中国香港及深圳、新加坡、日本的市场占有率非

常高，主要应用于交通及金融机构。两种技术的融合，将可以扩大非接触IC卡的应用范围。

为了推动NFC的发展和普及，飞利浦、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性行业协会NFC论

坛，旨在促进NFC技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。目前，论坛在全球

拥有80多个成员，包括万事达国际、VISA、微软、摩托罗拉、NEC、松下电工、三星、德州

仪器和VISA国际。

NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式

读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技

术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在演变成一种短距离无线通信技术，发展相

当迅速。

2.2 NFC的三种工作模式

(1)卡模式

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是指用于非接触移动支付，在商场、交通等应用场景中，用户只需将手机靠近读卡器，然

后输入密码确认交易或者直接接收交易即可，例如门禁管制，车票，门票等业务。此种方式

下，卡片通过非接触读卡器的RF域来供电，即使是手机没电也可以工作。如图1所示。

(2)点对点通信模式

即实现无线数据交换，将两个具备NFC功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下

载音乐、交换图片或者同步设备地址薄。因此个体设备如数字相机、PDA、计算机、手机之

间，都可以通过NFC进行无线互通、交换资料或者服务。如图2所示。

(3)读卡器模式

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即作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。如图3所

示。

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2.3 NFC的主要应用

NFC技术主要基于13.56MHz频率运行，典型操作距离只有几厘米，运行距离范围在20

厘米内，数据传输速度可以选择1 06kbit/s、212kbit／s或者424kbit／s，将来可提高至1 Mb

左右。

与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者

之间有很大区别。NFC传输范围比RFID小，RFID传输范围可达O～1米，但由于NFC采取

独特的信号衰减技术，相对RFID来说具有成本低、带宽高、能耗低等特点。RFID更多被应

用于生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域发挥巨大作

用。

2006年6月，诺基亚和中国移动、飞利浦、易通卡公司在厦门启动中国首个NFC手机支

付试验。用户使用内嵌NFC模块的诺基亚173220手机，可在任何一个易通卡覆盖的营业网点

(公交、汽车、轮渡、电影院、快餐店)进行手机支付。在不久的将来，通过手机和NFC技术的

结合，用户可以实现以下应用：在街边海报和杂志上下载演唱会时间地点和节目表：在公园里

玩互动的定向越野游戏：在车站实时刷新公交车的到站时间：在办公室发送短信控制家政服务

员进出住宅的时间：在学校全面代替现有学生证和学生卡；遍布市区智能公用电话亭查询地

图、公交线路、餐饮购物等信息：在加油站、超市、银行任何有POS机的地方支付款项并用

手机收取电子发票。

3 NFC目前在手机中的应用

3.1 手机内置NFC作为世博刷卡芯片

手机基于目前的平台增加复旦微电子的FM1920芯片作为NFC应用芯片。硬件原理框图

如图4。

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硬件设计为兼容“双界面卡”和“eNFC”两种方案：

(1)双界面卡是一种多功能的UIM卡，是集接触式与非接触式接口为一体的智能卡：接触

界面通过接触方式的触点访问芯片，实现中国电信CDMA功能：非接触界面则通过射频方式

访问芯片，实现诸如公交一卡通、电子钱包等应用：接触界面符合ISO／IEC 7816：非接触符

合ISO／lEC 1 4443。

原理框图如图4所示，SIM卡座的数据线、时钟线、电源连接在FMl920和Baseband的

SIM接口。增加C6pin的连接作为安全模块协议，符合SWP(SingIe WireProtocol)协议。8触点

的SIM卡座中有两个触点C4、C8是目前没有用到的管脚，国际组织定义这两个接口是用于高

速数据下载的，双界面卡方案使用C4，C8触点连接到卡内的RF模块，外接NFC天线，形成

闭合回路，实现射频通讯功能，如SIM卡上部的虚线所示。UIM的CLK，RST，10引线的连

接可以通过FMl920与Baseband芯片相连，若通过外部连接的方式(虚线)，仅支持SWPSIM

卡。

(2)eNFC方案是基于卡和手机结合方式实现的RFID非接触应用方案，“e”代表“enhanced”

即增强的意思。Inside公司将其手机非接触式IC技术更名为增强性NFC技术，并且在NFC对

ISO标准的支持列表中增加了ISO14443 TypeB和ISO15693。安全芯片集成在UIM卡上，使用

NFC控制器FM1920桥接UIM卡和手机的baseband，通过FMl920芯片的连接方式(实线)，可

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以同时支持SWP、SSP(Sim card CL interfaceSwitch Protoc01)、DWP(Sim card Dual Date

WiresProtocoI)三种规格的SIM卡；NFC天线连接到FM1920芯片上。

上述两种方案共用NFC天线，区别在于NFC天线的连接方式，双界面卡用SIM卡的

C4，C8 pin，且可能终端软件会产生接触和非接触通讯冲突问题：且对于不同的运营商需要调

试不同的天线匹配。而eNFC的方案天线连接于FM1920。两者都支持关机刷卡，仅通过外接

线圈完成非接支付。世博门票刷卡方案最终采用eNFC方案量产。

手机的充值余额在FMl 920内置的数据EEPROM中，可以支持10万次的擦写，10年的数

据保存。最终此方案成功应用于世博刷卡手机中。

3.2 NFC应用于蓝牙等无线设备的识别及通信

NFC三大应用之一一点对点通信模式近年来被广泛关注。近日谷歌宣布新版Android系统

不用配对即可连接蓝牙。普通装置蓝牙之间需要通讯时，一般需要先搜索蓝牙设备，根据对方

地址选定后再进行配对，密码输入验证双方身份，验证正确后才能进行蓝牙之间的文件传输。

加入NFC模块后，手机可实现近场无需验证，直接配对，加快了实现通信的时间。本方案主

要依据近场通信协议，描述软硬件的大体实现方式。

(1)硬件系统搭建

NFC装置具有两大单元模块：NFC单元和协议匹配单元。芯片通过UART接口和主芯片

通信；外有射频收发器件连接到近场通信所需专用天线，NFC的识别距离为20cm以内。

如图5所示，NFC单元通过S2C协议的信号与外部安全模块进行通信。协议匹配单元确

定所插入安全模块中的芯片类型，根据识别的结果产生芯片识别信号，并根据该芯片识别信号

使输入到NFC单元和从NFC单元输出的基于S2C协议的信号的协议，与输入到所述安全模块

和从所述安全模块输出的信号协议相匹配。目前外部安全模块有以下三种方式：NFC+SIM(用

户标识模块)安全模式，NFC手机将采用单线协议SWP标准和SIM连接，SIM将托管移动商

务应用程序和安全密钥：第二种为NFC+SD／TF卡的连接方式，将安全模块嵌入到SD／TF

卡中；第三种为NFC+智能IC卡，将支付票证应用程序和相关密钥储存在智能IC卡中，将

NFC和智能IC卡组合在同一封装和芯片中，其单位成本最具吸引力，也可作候选方案。目前

NXP公司推出的PN65N就是内部集成了SE芯片的。

手机上的软件通过UART串口使NFC芯片和Baseband进行通信，BB端和NFC之间需要

有HCI协议层通信，用于BB端上层MMI应用层调用。

如图6所示，为具有近场通信的蓝牙通信框图。设备必须同时有蓝牙模块及NFC近场通

信模块。进行通信时，两个设备相互靠近，在10cm左右的NFC通信范围内，系统产生一个

UUID设备号，然后将手机蓝牙的12位MAC地址编入到一个NDEF信息中并启动UUID的监

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听服务，这样就能使用NFC的近场通信特点完成快速蓝牙连接。传输数据还是通过蓝牙硬件

自身的OBEX协议来进行传输，蓝牙硬件本身不需要做改动。

(2)软件流程

图7为软件流程示意图。当两个设备相互靠近，NFC通信模块检测到通信消息，触发

NFC通信。通信建立后，通过NFC通信接口取到对方蓝牙MAC地址，从本地蓝牙模块取得

本地蓝牙MAC地址，根据两者生成唯一的UUID，通过该UUID来创建蓝牙RFCOMM通信

通道，从而快速实现高速蓝牙通信。

4 结语