前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，無線傳輸技術(shù)使得數(shù)據(jù)的傳輸變得更具創(chuàng)造力，在脫離了線纜連接的情況下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸和交互如今已是許多人的日常生活。然而，這項(xiàng)技術(shù)從問世到普及也不過才短短二三十年而已。

時間雖短，扎根于信息時代的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，卻早已枝繁葉茂，向世界傾瀉著它無盡的生命力。時至今日，在無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的主干上已經(jīng)長出了Bluetooth（藍(lán)牙技術(shù)）、WiFi（無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、NFC（距離無線通訊技術(shù)）等眾多技術(shù)分支。它們的存在給不僅豐富了人們的生活，還提供了諸多便利。

上期我們給大家介紹了Bluetooth（藍(lán)牙技術(shù)），本期我們將接著為大家介紹另一類無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)——NFC（近場通訊技術(shù)）。

概述

定義

NFC（Near Field Communication）近場通信技術(shù)。

是一種新興的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使用了NFC技術(shù)的設(shè)備（例如移動電話）可以在彼此靠近的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由非接觸式射頻識別（RFID）及互連互通技術(shù)整合演變而來的，通過在單一芯片上集成感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)通信的功能，利用移動終端實(shí)現(xiàn)移動支付、電子票務(wù)、門禁、移動身份識別、防偽等應(yīng)用。

發(fā)展歷史

NFC技術(shù)脫胎于觸感感應(yīng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)早于1980年代已經(jīng)被發(fā)明。1983年，當(dāng)時法國發(fā)明家Charlie Walton申請了一項(xiàng)名為"Proximity Coupling Device"的專利，這是最早的觸摸感應(yīng)技術(shù)之一，用于無線通信和身份驗(yàn)證。

1990年代：發(fā)展階段

在1997年，幾家公司包括飛利浦（Philips）和索尼（Sony）開始研究無線射頻識別（RFID）技術(shù)，這是NFC技術(shù)的前身。RFID技術(shù)允許物體通過無線射頻信號進(jìn)行身份驗(yàn)證和跟蹤，但在距離方面有一定的限制。

2002年：NFC標(biāo)準(zhǔn)化

NFC技術(shù)在2002年由飛利浦和索尼合并為NFC Forum。該組織的成立推動了NFC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣，幫助促進(jìn)NFC的發(fā)展。

2004年：NFC商業(yè)應(yīng)用推出

諾基亞（Nokia）成為首家在商業(yè)手機(jī)中集成NFC技術(shù)的手機(jī)制造商。并創(chuàng)造了NFC論壇，其在2004年推出了Nokia 3220手機(jī)，這標(biāo)志著NFC技術(shù)首次進(jìn)入消費(fèi)市場。

2006年：NFC支付試點(diǎn)項(xiàng)目

首次NFC支付試點(diǎn)項(xiàng)目在芬蘭的薩爾科尼林納（Salo）地區(qū)啟動。這個試點(diǎn)項(xiàng)目是由諾基亞、銀行和電信運(yùn)營商合作進(jìn)行的，試圖探索NFC支付在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

2010年：Google推出Google Wallet

Google推出了Google Wallet，這是一款支持NFC技術(shù)的移動支付應(yīng)用。它允許用戶使用支持NFC的手機(jī)進(jìn)行支付和存儲信用卡等信息。

2014年：蘋果推出Apple Pay

蘋果終于在iPhone 6上推出了支持NFC技術(shù)的移動支付功能Apple Pay，這是NFC技術(shù)推廣的一個重要里程碑。

2015年及以后：NFC在其他領(lǐng)域的應(yīng)用拓展

除了移動支付，NFC在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也開始擴(kuò)展，包括智能標(biāo)簽、門禁系統(tǒng)、公共交通票務(wù)等。

隨著時間的推移，NFC技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并且在智能手機(jī)和其他消費(fèi)電子設(shè)備中得到了普及。它在移動支付、物聯(lián)網(wǎng)以及其他領(lǐng)域都有著廣闊的前景。不斷涌現(xiàn)的創(chuàng)新將繼續(xù)推動NFC技術(shù)的發(fā)展和普及。

工作原理

NFC是一種短距高頻的無線電技術(shù)，NFCIP-1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定NFC的通信距離為10厘米以內(nèi)，運(yùn)行頻率13.56MHz，傳輸速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三種。NFCIP-1標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定NFC設(shè)備的傳輸速度、編解碼方法、調(diào)制方案以及射頻接口的幀格式，此標(biāo)準(zhǔn)中還定義了NFC的傳輸協(xié)議，其中包括啟動協(xié)議和數(shù)據(jù)交換方法等。

RFID

NFC技術(shù)由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來，RFID，Radio Frequency Identification，即射頻識別，又名電子標(biāo)簽。RFID的工作原理就是給一件件物品上貼上一個包含RFID射頻部分和天線環(huán)路的RFID電路。

RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，只能實(shí)現(xiàn)信息的讀取以及判定，而NFC技術(shù)則強(qiáng)調(diào)的是信息交互。近場通信是工作在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。NFC與RFID在物理層面看上去很相似，但實(shí)際上是兩個完全不同的領(lǐng)域，因?yàn)镽FID本質(zhì)上屬于識別技術(shù)，而NFC屬于通信技術(shù)。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

NFC的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為諾基亞（Nokia）、飛利浦（Philips）和索尼（Sony）共同制定的標(biāo)準(zhǔn) ，在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動標(biāo)準(zhǔn)化，同時也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 、Type-A、ISO 15693、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)（在業(yè)界簡稱為Type A，Type B和Type F）。

近場通信標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定近場通信設(shè)備的調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與射頻接口的幀格式，以及主動與被動近場通信模式初始化過程中數(shù)據(jù)沖突控制所需的初始化方案和條件，此外還定義了傳輸協(xié)議，包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等。

工作模式

NFC有兩種工作模式：主動模式、被動模式以及應(yīng)用模式。

主動模式

在主動模式下NFC終端可以作為一個讀卡器，發(fā)出射頻場去識別和讀/寫別的NFC設(shè)備信息。

被動模式

這個模式正好和主動模式相反，此時NFC終端則被模擬成一張卡，它只在其他設(shè)備發(fā)出的射頻場中被動響應(yīng)，被讀/寫信息。

在被動模式中，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備，在整個通信過程中提供射頻場(RF-field)。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。

另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制(load modulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。

應(yīng)用形式

NFC標(biāo)準(zhǔn)為了和非接觸式智能卡兼容，規(guī)定了一種靈活的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，具體分為三種工作模式：點(diǎn)對點(diǎn)通信模式、讀寫器模式和NFC卡模擬模式。

點(diǎn)對點(diǎn)模式

支持兩個近場通信設(shè)備之間相互通訊，實(shí)現(xiàn)信息交換和文件共享。例如多個具有NFC功能的數(shù)字相機(jī)、手機(jī)之間可以利用NFC技術(shù)進(jìn)行無線互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)虛擬名片或數(shù)字相片等數(shù)據(jù)交換。該模式下數(shù)據(jù)交換速度比其他模式更快。

經(jīng)過把點(diǎn)對點(diǎn)形式作為前提，讓具備NFC功能的手機(jī)與計算機(jī)等相關(guān)設(shè)備，真正達(dá)成點(diǎn)對點(diǎn)的無線連接與數(shù)據(jù)傳輸，并且在后續(xù)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用中，不僅可為本地應(yīng)用，同時也可為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。因此，點(diǎn)對點(diǎn)形式的應(yīng)用，對于不同設(shè)備間的迅速藍(lán)牙連接，及其通信數(shù)據(jù)傳輸方面有著十分重要的作用。

讀卡器模式

這種模式下NFC設(shè)備作為非接觸讀寫器使用。例如支持NFC的手機(jī)在與標(biāo)簽交互時扮演讀寫器的角色，開啟NFC功能的手機(jī)可以讀寫支持NFC數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽。

讀卡器模式的NFC通信作為非接觸讀卡器使用，可以從展覽信息電子標(biāo)簽、電影海報、廣告頁面等讀取相關(guān)信息。

讀卡器模式的NFC手機(jī)可以從TAG中采集數(shù)據(jù)資源，按照一定的應(yīng)用需求完成信息處理功能，有些應(yīng)用功能可以直接在本地完成，有些需要與TD-LTE等移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合完成。基于讀卡器模式的NFC應(yīng)用領(lǐng)域包括廣告讀取、車票讀取、電影院門票銷售等。

卡模擬模式

模擬卡片模式，這種模式就是將具有NFC功能的設(shè)備模擬成一張標(biāo)簽或非接觸卡，例如支持NFC的手機(jī)可以作為門禁卡、銀行卡等而被讀取。

卡模擬形式關(guān)鍵指的是把具有NFC功能的設(shè)備進(jìn)行模擬，使之變成非接觸卡的模式，比如，銀行卡與門禁卡等。這種形式關(guān)鍵應(yīng)用于商場或者交通等非接觸性移動支付當(dāng)中，在具體應(yīng)用過程中，用戶僅需把自身的手機(jī)或者其他有關(guān)的電子設(shè)備貼近讀卡器，同時輸入相應(yīng)密碼則可使交易達(dá)成。針對卡模擬形式中的卡片來講，其關(guān)鍵是經(jīng)過和非接觸讀卡器的RF域?qū)嵭泄╇娞幚恚@樣即便NFC設(shè)備無電也同樣可以繼續(xù)開展工作。

技術(shù)對比

目前的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)包括了RFID、藍(lán)牙、紅外等，NFC作為一種短距離的高頻無線通訊技術(shù)，與其他技術(shù)相比有其自身的特點(diǎn)和共性。

我們整理了NFC技術(shù)與其他無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的性能參數(shù)，并制成表格，詳情如下：

通過對比我們可以看出，與其他短距離無線通訊技術(shù)相比，NFC的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在極高的安全性、較低的成本以及功耗上面。在傳輸距離和傳輸速率上有明顯短板。

應(yīng)用領(lǐng)域

NFC的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了充電、支付、安防、標(biāo)簽等眾多領(lǐng)域，目前尚有應(yīng)用潛力未被開發(fā)。

充電

2020年，NFC論壇發(fā)布了新的無線充電規(guī)范(Wireless Charging Specification)，簡稱WLC。讓智能手機(jī)或其他支持NFC的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨銛y式充電站”。

技術(shù)原理

NFC充電技術(shù)與Qi2一樣，也是采用的電磁感應(yīng)技術(shù)。WLC標(biāo)準(zhǔn)支持在NFC的設(shè)備中使用一根天線來實(shí)現(xiàn)通信和充電功能的二合一，因此目前通過這個解決方案最高僅能實(shí)現(xiàn)1W的充電速度(WLC標(biāo)準(zhǔn)的無線充電支持250毫瓦、500毫瓦、750毫瓦和1瓦四種功率的傳輸?shù)燃?。這意味著支持NFC的設(shè)備可以在沒有電纜的情況下為用小型電池供電的IoT設(shè)備無線充電。

目前，新出的WLC 2.0 在 WLC 1.0 規(guī)范已定義的天線類別旁邊定義了一個新的天線類。這種具有較小天線尺寸的新天線類別允許實(shí)施可通過NFC技術(shù)充電的微型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，此外，在充電功率上也提升至3W。

優(yōu)勢

我們之前介紹過Qi技術(shù)，同樣作為無線充電技術(shù)，WLC的1W充電功率，要遠(yuǎn)低于Qi的5W以上功率，此外在技術(shù)沉淀上，WLC自推出以來才3年時間。但是，即便如此WLC也還有一些顯著的優(yōu)勢。

NFC無線充電具有三大優(yōu)勢：一是能量傳輸與數(shù)據(jù)傳輸在物理層的硬件電路上合二為一，特別適用于一些對充電功率要求不高的產(chǎn)品，如小型低功耗的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以在設(shè)計中省去傳統(tǒng)的Qi充電線圈。

二是NFC無線充電技術(shù)天線尺寸相較于高功率的Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電技術(shù)天線尺寸要小數(shù)倍。這主要由兩者工作頻率決定的，即Qi標(biāo)準(zhǔn)工作頻率一般為125KHz，而NFC無線充電技術(shù)工作頻率在更高的13.56MHz。因此，Qi標(biāo)準(zhǔn)天線尺寸設(shè)計一般需要10厘米甚至更長，但NFC無線充電技術(shù)天線尺寸則可縮小到1厘米以下。

三是基于NFC的工作原理，提供更大的能量驅(qū)動一些無源設(shè)備，滿足越來越多的無源物聯(lián)網(wǎng)的需求。實(shí)際上，早在2019年，業(yè)界就推出支持NFC無線接觸式充電的設(shè)備，可使數(shù)據(jù)傳輸與充電同時進(jìn)行，主要應(yīng)用于操作簡便、體積更小的可穿戴設(shè)備。

因此，從應(yīng)用的角度，NFC無線充電實(shí)際上是補(bǔ)充了無線充電聯(lián)盟的Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)，同時加強(qiáng)了整個無線充電生態(tài)系統(tǒng)：Qi專注于5W以上的無線充電;NFC無線充電目前主要滿足250至1000mW的充電，預(yù)計2023年內(nèi)將支持3W充電。

應(yīng)用范圍

目前NFC無線充電技術(shù)適合為電源有限的小型設(shè)備充電，例如手寫筆、耳機(jī)、健身追蹤器、智能手表或其他小型消費(fèi)類產(chǎn)品。

此外，在手寫筆應(yīng)用上，通用手寫筆計劃(USI)與NFC論壇合作試行了NFC無線充電，并將之納入其數(shù)字手寫筆的規(guī)范中。USI是非專有的有源數(shù)字手寫筆技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，也是唯一可用的開放數(shù)字手寫筆標(biāo)準(zhǔn)。

支付

NFC支付主要應(yīng)用到NFC的卡模擬模式，將帶有NFC功能的手機(jī)虛擬成銀行卡、一卡通等的應(yīng)用。這種應(yīng)用，稱為開環(huán)應(yīng)用。理想狀態(tài)下是帶有NFC功能的手機(jī)可以作為一張銀行卡在超市、商場的POS機(jī)上進(jìn)行刷手機(jī)消費(fèi)，在NFC技術(shù)的發(fā)源地日本，基于NFC卡模擬模式的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，但目前在國內(nèi)還無法完全實(shí)現(xiàn)。

開環(huán)

主要原因是作為開環(huán)應(yīng)用下的NFC支付有著繁冗的產(chǎn)業(yè)鏈，背后的卡商、方案商的利益和產(chǎn)業(yè)格局博弈十分復(fù)雜。

就目前國內(nèi)NFC開環(huán)應(yīng)用的大環(huán)境來說，由于各方面利益的博弈，NFC開環(huán)支付應(yīng)用已經(jīng)錯過了在支付寶和微信支付等移動支付普及之前的最佳時機(jī)，NFC開環(huán)支付已經(jīng)不可能再單獨(dú)發(fā)展起來。

閉環(huán)

NFC虛擬成一卡通卡的應(yīng)用，稱為閉環(huán)應(yīng)用。目前NFC的閉環(huán)應(yīng)用在國內(nèi)的發(fā)展也不太理想，雖然在有些城市的公交系統(tǒng)已經(jīng)開放了手機(jī)的NFC功能，但并沒有得到普及。根本原因是以卡為載體的一卡通系統(tǒng)有一個發(fā)卡的獲利，系統(tǒng)集成商和運(yùn)營商(公交集團(tuán)及學(xué)校等)在發(fā)卡上可以獲得豐厚的利潤。

所以目前小米和華為都在一些城市試點(diǎn)開通手機(jī)的NFC公交卡功能，但目前都還需要開通服務(wù)費(fèi)。但是隨著NFC手機(jī)的普及技術(shù)的不斷成熟，一卡通系統(tǒng)會逐漸支持NFC手機(jī)的應(yīng)用，前景是樂觀的，但過程注定是曲折的。

安防

NFC安防的應(yīng)用主要是將手機(jī)虛擬成門禁卡、電子門票等。NFC虛擬門禁卡就是將現(xiàn)有的門禁卡數(shù)據(jù)寫入手機(jī)的NFC，這樣無需使用智能卡，使用手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)門禁功能，這樣不僅是門禁的配置、監(jiān)控和修改等十分方便，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修改和配置，例如在需要時臨時分發(fā)憑證卡等。NFC虛擬電子門票的應(yīng)用就是在用戶購票后，售票系統(tǒng)將門票信息發(fā)送給手機(jī)，帶有NFC功能的手機(jī)可以把門票信息虛擬成電子門票，在檢票是直接刷手機(jī)即可。

從上述描述我們會發(fā)現(xiàn)，NFC在安防領(lǐng)域的應(yīng)用具有較好的前景，主要在于NFC的技術(shù)手段可構(gòu)造更智能、更安全的安防系統(tǒng)。這毫無疑問也是契合安防系統(tǒng)發(fā)展趨勢的。

標(biāo)簽

NFC標(biāo)簽的應(yīng)用將信息錄入NFC標(biāo)簽內(nèi)，用戶只需用NFC手機(jī)在NFC標(biāo)簽上揮一揮就能獲取相關(guān)信息。相關(guān)應(yīng)用場景有很多：

例如，我們可以將名片信息錄入到NFC標(biāo)簽，然后兩臺NFC手機(jī)接觸就能獲取到雙方文件信息。再例如商家可以把含有海報、促銷信息、廣告的NFC標(biāo)簽放在店門口，用戶可以根據(jù)自己的需求用NFC手機(jī)獲取相關(guān)的信息。

然而，雖然NFC標(biāo)簽在應(yīng)用上十分便捷，成本也很低，但在目前移動網(wǎng)絡(luò)的普及和二維碼的逐漸流行，NFC標(biāo)簽的應(yīng)用前景不容樂觀。因?yàn)楹蚇FC標(biāo)簽相比，二維碼只需要生成和印刷成一個小圖像，可以說幾乎是零成本，提供的信息和NFC一樣很豐富，很容易就會替代NFC標(biāo)簽的應(yīng)用。

充電頭總結(jié)

NFC技術(shù)對于中國人而言已經(jīng)是較為熟悉的事物了，現(xiàn)如今在中國幾乎所有主流手機(jī)品品牌都有“NFC”功能，此外，很多穿戴設(shè)備都有配備NFC芯片。我們用它乘車，用它開門，用它實(shí)現(xiàn)了生活中的諸多便利。可以說，就應(yīng)用潛力而言，NFC發(fā)展空間還十分巨大，尤其是在安保、支付以及充電等熱門領(lǐng)域。

然而，技術(shù)要想得到更廣泛的應(yīng)用，必須貼近人們的生活場景做改良和突破。以WLC標(biāo)準(zhǔn)的NFC充電技術(shù)為例，目前的定位是作為小功率設(shè)備的主要無線充電方案，但目前市面支持NFC無線充電的產(chǎn)品還非常少。在支付領(lǐng)域，受限于銀行、金融等組織的利益分配問題，NFC技術(shù)也未能大展身手。凡此種種，不勝枚舉。

這些局限性，既有NFC技術(shù)本身帶來的，也有其他因素影響。但是無法阻礙技術(shù)發(fā)展的腳步，未來一旦出現(xiàn)更好的市場窗口，NFC技術(shù)必將得到長足的發(fā)展。

科普什么是NFC？

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