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近距离无线通信(NFC)技巧标准解析

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今朝,跟着短距离无线数据营业敏捷膨胀,近距离无线通信(NFC,NearFieldCommunication)技巧出现出优胜的成长势头。NFC技巧由Philips公司和Sony公司合营开辟,于2004年4月被赞成为国际标准ISO/IEC18092《信息技巧体系间近距离无线通信及信息交换的接口和协定(NFCIP-1)》。
  1 引言 
  今朝,跟着短距离无线数据营业敏捷膨胀,近距离无线通信(NFC,NearFieldCommunication)技巧出现出优胜的成长势头。NFC技巧由Philips公司和Sony公司合营开辟,于2004年4月被赞成为国际标准ISO/IEC18092《信息技巧体系间近距离无线通信及信息交换的接口和协定(NFCIP-1)》。获得赞成的ISO/IEC18092由物理层和数据链接层构成,属于应用13.56MHz电波的近距离无线通信规格,可使设备了该技巧接口的花费类设备之间建立一种短程通信收集,从而大年夜大年夜改良用户以无线方法接入数据及办事的机能。2004年Philips公司起首推出两枚可应用于手机中的NFC芯片,接着Nokia公司开端发卖带有NFC芯片的手机,并且与Philips和Sony现有的非接触智能卡技巧Mifare、FeliCa完全兼容。数据传输速度可以选择106kbit/
  s、212kbit/s或者424kbit/s,在制卡公司连接NFC后还可切换其他高速通信方法。ISO/IEC18092对NFC技巧标准作了具体的解释,然则因为应用13.56MHz频段进行通信的不止只有NFC,是以,2005年1月ISO/IEC21481《信息技巧体系间近距离无线通信及信息交换的接口和协定(NFCIP-2)》即 NFCIP-2 正式宣布,该标准对NFC通信模式选择机理作了弥补解释,使标准进一步完美。是以NFC基于ISO/IEC18092、ISO/IEC21481、ECMA340、352、356以及ETSITS102、190标准,同时又兼容ISO14443A标准,具有自身的技巧优势和特点,可以或许广泛应用到不合的场合。 
  2 NFC国际标准简介 
  NFC技巧支撑三种不合的操作模式:(1)读写模式(对FeliCa或ISO14443A卡的读写);(2)卡模式(如同FeliCa和ISO14443A/MIFARE卡的通信);(3)NFC模式(NFC芯片间的通信)。NFC国际标准ISO/IEC18092、ISO/IEC21481涵盖通信模式、调制与编码、防冲突机制、帧构造等内容。 
  2.1通信模式 
  NFC工作于13.56MHz频段,支撑主动和被动两种工作模式和多种传输数据速度,如表1所示。在主动模式下,主呼和被呼各自发出射频场来激活通信,在被动工作模式下,假如主呼发出射频场,被呼将响应并且装载一种调制模式激活通信。也就是说在一对NFC通信设备中(主呼和被呼),至少有一方是主动的。 
   NFC设备在传输有效数据前必须先经由过程有关协定选定一种通信模式和传输数据速度,在数据传输过程中,选定的通信模式和传输数据速度不克不及改变。数据传输速度R与射频fc之间的关系为: 个中D是一个乘数因子。 
  2.2调制技巧 
  NFC标准中对于高速传输(424kbps)今朝还没有作出具体的规定。在低速传输时都采取了ASK调制,但对于不合的传输速度具体的调制参数是不合的。表1中的模式1,ASK调制脉冲波形如图1(a)所示,调轨制为100%。对于模式2、模式3,调制脉冲波形如图1(b)所示,调轨制为8%~30%。
   2.3编码技巧 
  NFC的编码包含信源编码和纠错编码两部分。 
  2.3.1信源编码 
  不合的数据传输速度对应的信源编码的规矩也不一样。对于模式1,信源编码的规矩类似于密勒(Miller)码。具体的编码规矩包含肇端位、 1 、 0 、停止位和空位。对于模式2和模式3,肇端位、停止位以及空位的编码与模式1雷同,只是 0 和 1 银行卡定做采取曼彻斯特(Manchestersafenet加密狗)码进行编码,或者可以采取反向的曼彻斯特码表示。 
  2.3.2纠错编码 
  纠错编码采取轮回冗余校验法。所有的传输比特,包含数据比特、校验比特、肇端比特、停止比特以及轮回冗余校验比特都要参加轮回冗余校验。因为编码是按字节进行的,是以总的编码比特数应当是8的倍数。轮回码的码多项式为: 
  个中,模式1移存器的初始值为6363,模式2和模式3移存器的初始值为0。 
  2.4防冲突机制 
  为了防止干扰正在工作的其他NFC设备(包含工作在此频段的其他电子设备),NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行体系初始化以检测四周的射频场。当四周NFC频段的射频场小于规定的门限值(0.1875A/m)时,该NFC设备才能呼叫。图2所示的是体系初始化,防冲突检测的流程图。 
   检测帧:检测帧是用在单用户检测过程中的,以包管点对点通信的进行。检测帧由一个7字节的标准帧一分为二而成,个中第一部分是由主呼传至被呼,第二部分是由被呼至主呼。模式2、模式3的帧构造比较简单,个中,前导符至少要有48比特的 0 旌旗灯号;同步标记有两个字节,第一个字节的同步码为 B2 ;第二个字节的同步码为 4D ;数据长度是一个8比特码,它表示有效传输数据的字节数。 
  假如在NFC射频场范围内有两台以上NFC设备同时开机的话,须要采取单用户检测来包管NFC设备点对点通信的正常进行。单用户辨认主如果经由过程检测NFC设备辨认码或旌旗灯号时隙完成的。 
  2.5帧构造 
  不合的传输速度具有不合的帧构造。在模式1中,帧构造分为短帧、标准帧和检测帧三种。短帧:短帧用在体系的初始化过程中,由肇端位、7位指令码、停止位构成。指令码包含浏览请求、浏览响应、唤醒请求、单用户设备检测请求、选择请求、选择响应以及休眠请求等。标准帧:标准帧用在数据的交换过程中,由肇端位、n×8数据比特、n位奇校验比特、停止位构成,如表2所示。个中n是一个随机产生的整数,它决定了有效数据的长度。
   NFC传输协定包含三个过程:激活协定、数据交换、协定封闭。协定的激活包含属性的申请和参数的选择,激活的流程分为主动模式和被动模式两种;数据交换协定的帧构造中,包头包含两个字节的数据交换请求与响应指令、一个字节的传输控制信息、一个字节的设备辨认码、一个字节的数据交换节点地址;协定封闭包含信道的拆线和设备的释放。在数据交换完成后,主呼可以应用数据交换协定进行拆线。一旦拆线成功,主呼和被呼都回到了初始化状况。主呼可消费电子产品以再次激活,然则被呼不再响应主呼的属性请求指令,而是经由过程释放请求指令切换到刚开机的原始状况。 
  3 NFC与WPAN的比较 
  NFC技巧脱胎于无线设备间的非接触式射频辨认(RFID,Radio Frequency Identification)及互联技巧,属于点对点通信。无线小我区域收集(WPAN,Wireless Personal AreaNetwork)重要用于小我电子设备与PC的主动互联,其物理层和MAC层均是由IEEE802.15标准系列定义,仅收集层及安然层等上层协定不合,由各自的联盟开辟。 
  在IEEE802.15标准中,IEEE802.15.1子协定基于蓝牙技巧,频带2.4GHz,每条频宽为1MHz,将2.4GHz频段因地点区域不合划分为79个无线电频率通道,为避免此频段电子装配互相干扰,因而采取每秒1600次高难度频率跳跃率的跳频展频(FHSS)技巧,以及加密保密技巧,有效传输速度在432~721kbps不等,有效传输距离为10~100m,最快速度只有1Mbps。 
  IEEE802.15.3a子协定也被称作超宽带(UMB,UltraWideband),应用电子脉冲作为数据传输的载波,有效范围为3~10m,传输速度将达到100Mbps。今朝,UWB的物理层和MAC层的标准化工作重要在IEEE802.15.3a和IEEE802.15.4a中进行,个中IEEE802.15.3a工作组负责高速UWB,今朝重要包含两大年夜技巧阵营:一个是以Intel和TI为代表的多频带OFDM(MBOFDM),将频谱以500MHz带宽大年夜小进行瓜分,在每个子频带上采取OFDM技巧;别的一个是以Motorola和Freescale为代表的直接序列UWB(DS-UWB),采取传统脉冲无线电筹划。而IEEE802.15.4a负责低速UWB,在2005年3月的IEEE802全部会议WPAN标准化分会时代,杀青了初步同一的技巧筹划。IEEE802.15.4a的目标是供给给低速度传输应用的无线小我区域收集,该标准中定义了两种不合的物理层技巧:一种是超宽频物理层(UWB-PHY,Ultra Wideband-Physics)技巧,其操作频段在3~5GH
  z、6~10GHz以及小于1GHz的频段,所支撑的传输速度主如果842kbps和几个选择模式105kbp
手机支付解决方案  s、3.37Mbp
  s、13.48Mbps以及26.95Mbps;另一个技巧是CSS(ChirpSpreadSpectrum)技巧,操作在2450MHz未授权频带上,所支撑的传输速度主如果1Mbps和选择模式250kbps。 
  IEEE802.15.4协定定义了ZigBee,重要用于近距离无线连接,采取直接序列展频(DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)技巧,它的两个物理层标准,分别对应于2.4GHz频段和868/915MHz频段,感化距离在30~75m之间,传输速度只有250kbps,但它的长处是功耗很低,重要用于不请求传输速度的某些嵌入设备中。NFC与WPAN的比较如表3所示。 
   4 NFC技巧的长处 
  综合来看,作为一种近距离无线通信技巧,NFC具有一些明显的长处,如功耗极小、安然性较好,同时速度一般能知足两个设备之间点对点信息交换、内容拜访和办事交换的需求,对于音视频流等须要较高带宽的应用,可以合营蓝牙、无线局域网等技巧,供给一个便利主动的接入功能。拥有NFC功能的电子设备经由过程射频旌旗灯号主动辨认数据,信息之间可以交换,为花费者实现应用简便、免安装设定、现场急速联机、智能化传输数据等功能,完全相符现代花费者的需求。NFC技巧的应用前景十分广阔,但尚处于成长的初级阶段。 
  NFC技巧的应用可以分为四种根本的类别: 
  (1)接触经由过程(TouchandGo),如门禁管束、车票和门票等,应用者只需携带储存着票证或门控暗码的移动设备接近读取装配即可。
  (2)接触确认(TouchandConfirm),如移动付出,用户经由过程输入暗码或者仅是接收交易,确认该次交易行动。 
  (3)接触连接(TouchandConnect),如把两个内建NFC的装配相连接,进行点对点数据传输,例如下载音乐、图片互传和同步交换通信簿等。 
  (4)接触浏览(TouchandExplore),NFC设备可以供给一种以上有效的功能,花费者将可以或许经由过程浏览一个NFC设备,懂得供给的是何种功能和办事。 
  5 停止语 
  为使NFC成为一种开辟性平台技巧,Philip和Sony结合Nokia等一路建立了NFC论坛,力推NFC技巧应用和标准。值得存眷的是我国正在制订本身的RFID标准,NFC技巧是否被完全兼容并获得中国的承认对花费者相当重要。
  
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