NFC手機研究進展

張素娜，賈利軍，張懷武，王馳駿

（電子科技大學 微電子與固體電子學院，四川 成都 610054）

0 引言

NFC (Near Field Communication) 是由飛利浦公司發(fā)起，諾基亞、索尼等著名廠商聯(lián)合主推的一項近距離無線通信技術。該技術由非接觸式射頻識別 (RFID) 及互聯(lián)互通技術整合演變而來，能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。它工作于13.56 MHz頻率范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速率有106 kb/s，212 kb/s和424 kb/s這3種，作用距離在10 cm范圍內(nèi)。NFC終端有3種功能模式即讀/寫模式、卡仿真模式和點對點模式[1]。其中讀/寫模式是指用NFC手機來讀取智能標簽，包括商品的資訊以及獲得折扣券等。卡仿真模式下，NFC手機類似于RFID卡，主要用于移動支付和交易。點對點模式，即兩個或者多個NFC設備可以互相快速交換資料、圖片，甚至影片。雖然目前手機藍牙已具備此功能，但是比較起來NFC更為方便且容易快速配對[2]。NFC技術的快速發(fā)展，促進了NFC手機的產(chǎn)生。它使人們通過簡單的非接觸操作來獲取信息，完成支付，啟動裝置。由于這一產(chǎn)品具有使用方便，便于攜帶等優(yōu)點，而逐漸受到人們的青睞。

1 NFC手機應用

NFC手機有著廣泛的應用，它不僅能完成移動支付，而且可以融于智能家居技術，實現(xiàn)無線連接，是一種信息交換和獲取信息的快捷渠道。

1.1 在支付和票務方面的應用

NFC 技術豐富和發(fā)展了智能卡付款和智能票務方案，使NFC手機能夠作為付款和購票裝置。與現(xiàn)金和其他傳統(tǒng)付款方式相比，啟用 NFC手機的付款和票務功能，更加方便快捷，而且用戶還能對小額付款建立記錄[3]。

所謂 NFC手機支付，簡單地說就是通過 NFC技術，使手機具有銀行卡與交通卡的功能，這樣人們可以像刷銀行卡和公交卡那樣“刷”手機消費。例如，在快餐店，通過NFC手機接觸電子菜單點菜，使用 NFC手機的電子錢包或者信用卡功能支付費用，下載優(yōu)惠券享受折扣，而且可以用手機的點對點模式與他人共享優(yōu)惠[4]。

電子票證是以電子方式存儲訪問權限，消費者可以購買此權限獲得入場權。整個電子票證購買過程只需幾秒鐘，節(jié)省了排隊購票時間。檢票時，用戶只需將NFC手機靠近安裝在入口轉(zhuǎn)柵上的閱讀器即可，閱讀器檢查票證的有效性后允許進入。

1.2 在醫(yī)療健康方面的應用

在醫(yī)療健康領域，利用NFC標簽，主治醫(yī)生不但可查詢與病人相關的病例，而且可以了解病人此前已接受的治療。主治醫(yī)生在進行掃描過程中，該醫(yī)生的相關信息也被存儲到相應數(shù)據(jù)庫當中。通過這種方式，不但可加強對單個病人的治療，還可建立起強大的醫(yī)療信息數(shù)據(jù)庫。

在發(fā)展中國家由于醫(yī)療資源的缺乏，病人的病歷、檢查結(jié)果等不易獲取，而醫(yī)護人員又要在短時間內(nèi)診斷治療大量病人，導致醫(yī)生沒有足夠的時間為病人提供合理建議。隨著NFC手機的日益普及，為解決這一問題創(chuàng)造了條件。有報道，在巴基斯坦的卡拉奇，通過建立基于NFC手機的醫(yī)療體系，克服了病人身份識別，疾病監(jiān)視的限制，提高了病歷跟蹤、電子轉(zhuǎn)診、應急響應方面的能力，幫助解決了當?shù)孛癖姺谓Y(jié)核疾病的跟蹤治療[5]。

1.3 在智能媒體方面的應用

利用NFC手機的讀寫器功能，用戶只需接觸智能媒體即可獲取豐富的信息下載相關內(nèi)容。此智能媒體帶有一個成本很低的NFC標簽，使用NFC手機讀取，就能發(fā)現(xiàn)當前環(huán)境下豐富多樣的服務項目。如：在一些旅游城市，游客用NFC手機對準智能海報中的 NFC標簽來獲取有關旅游景點和路線的信息。這樣一來，不但利于信息更新，而且減少了旅游宣傳小冊子的反復印刷，節(jié)約了資源，利于建立環(huán)境友好型社會[3]。

智能家居的快速發(fā)展，與手機融合將成為一種必然的趨勢。通過建立觸控式應用系統(tǒng)，用手機接觸存儲相應設備信息的 NFC標簽，與家居設備連接、信息交換、媒體共享，從而實現(xiàn) NFC智能手機與智能家居的融合。如：高清晰立體音響系統(tǒng)可以提供超酷的音樂體驗，但把手機連接到立體音響系統(tǒng)往往需要專門的電纜或配置。若建立一種應用程序，把含有連接信息及揚聲器參數(shù)的 NFC標簽貼于立體音響，手機接觸標簽時，手機中的音樂就立即在音響中播放[6]。

2 NFC手機發(fā)展狀況及前景

2.1 NFC手機發(fā)展狀況

隨著NFC手機的產(chǎn)生，相關的試驗和研究也相繼在全球?qū)嵤摷夹g在全球發(fā)展的狀況并不均衡。日韓當仁不讓地走在最前，歐洲緊隨其后，中國尚在入門[5]。

日本的NTT DoCoMo最早提出“手機錢包”概念，用手機逐步替代人們在錢包中的所有物品，即現(xiàn)金、銀行卡、會員卡、積分卡、鑰匙、車船飛機票、影劇門票以及證件等。為實現(xiàn)這一夢想，日本的電信運營商在很早就開始普及NFC功能。目前，日本的大城市幾乎每個商店或自動售貨機都支持 NFC支付，而且NFC手機還可作為其國內(nèi)一些航班的登機證。

在德國的哈瑙市，9萬多名居民只需輕松地將內(nèi)置NFC芯片的手機靠近讀取設備，就能享受NFC公交移動售票帶來的輕松便利。

國內(nèi)的NFC技術尚處于萌芽狀態(tài)，相對于國外較多的NFC支付點，國內(nèi)的NFC支付地點較少而且使用率較低。雖然早在2008年北京地鐵與公交車就支持用戶使用諾基亞 6131i的 NFC功能進站乘車，但幾年過去了，這一應用并未得到進一步發(fā)展。

2.2 發(fā)展前景

NFC論壇是一家推動NFC技術發(fā)展的非盈利性組織。目前，NFC論壇已有150多位成員，包括手機生產(chǎn)商、電信運營商、金融機構(gòu)和軟件開發(fā)商等。2011年，三星、LG、HTC、諾基亞等公司便推出了40多部NFC手機，傳聞蘋果手機也有可能支持NFC移動支付。市場研究公司Berg Insight發(fā)布的最新報告顯示，今年NFC手機出貨量將從去年的3000萬部增長到1億部，到2016年，全球NFC手機將增長到7億部。另一家市場調(diào)研機構(gòu)Juniper Research則預測，到2014年，全球6個人中就有一個人擁有NFC手機，NFC手機全球交易額有望達到500億美元，而到2016年，這個數(shù)值有可能達到1130億美元[3]。

3 存在的問題

NFC技術在未來的市場中將會得到更加廣泛的應用，而提高NFC手機應用普及率，關鍵在于從軟硬件角度解決其發(fā)展瓶頸問題。從軟件角度來說，需要解決各類協(xié)議相容性和標準化問題、安全問題等。而從硬件角度來看，主要是元件的集成及性能優(yōu)化，這其中包括亟待解決的NFC天線鐵氧體片。

3.1 標準與安全問題

沒有建立統(tǒng)一的標準是限制NFC手機支付在國內(nèi)發(fā)展的一大障礙。軟硬件協(xié)議不統(tǒng)一，參與商各有一套系統(tǒng)，彼此又不兼容（如單位門禁卡、公交卡等），勢必造成資源的浪費，給用戶帶來不便。另外，缺乏標準時大多數(shù)廠商就不敢貿(mào)然行事，從而導致產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商相繼觀望，延誤時機[7]。而采用NFC技術的POS設備的基礎設施部署仍是基于NFC移動支付迅速應用的一大阻礙。

NFC智能手機裝有多種軟件，其中包括安裝第三方開發(fā)的軟件來擴展NFC應用。但是這些軟件中可能隱藏病毒和木馬程序。如何防止手機中個人信息和資金被非法程序竊取，保證NFC手機的安全使用也是需要深入研究的課題[8]。

3.2 NFC天鐵氧體片

在電子產(chǎn)品實現(xiàn)小型化過程中，如何解決電磁干擾變得越來越重要。如在NFC手機中，需要將智能標簽貼在手機電池或后蓋殼上，這樣可以最大程度地節(jié)約空間。但這樣一來，標簽在讀卡器發(fā)出的信號作用下激發(fā)感應出的交變電磁場很容易受到手機上金屬的渦流衰減作用而使信號強度大大減弱，導致讀取過程失敗。NFC天線鐵氧體片能夠隔離金屬材料對天線磁場的吸收，增加天線的磁場強度，從而有效增加通信感應距離。

日本、韓國在NFC技術方面研究的比較早，技術成熟，掌握著核心專利，其鐵氧體片也已經(jīng)實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，如日本MARUWA與韓國AMOTECH。而國內(nèi)在這一方面的研究甚少，制作NFC手機天線的鐵氧體片主要依賴于從日本、韓國進口。從目前來看，為降低NFC天線成本，解決NFC鐵氧體片依賴于進口的局面，加快研制工作于13.56 MHz頻段的高磁導率低損耗NFC鐵氧體片具有十分重要的意義。

4 結(jié)語

隨著手機普及率的提高及其服務的個性化，人們開始習慣隨身攜帶手機。手機已經(jīng)像錢包一樣與人形影不離，甚至比錢包與人的關系還要密切，這也給NFC手機的發(fā)展帶來了更多想象空間。NFC手機在移動支付，電子票務，醫(yī)療健康，智能媒體等方面的應用和推廣，在一定程度上改善和便利了人們的生活。但 NFC技術在國內(nèi)發(fā)展緩慢，伴隨著NFC手機生產(chǎn)商、電信運營商、金融機構(gòu)和軟件開發(fā)商的合作與推動，及其發(fā)展瓶頸的解決，NFC手機在未來的市場中將會得到更為廣泛的應用[9-12]。

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[4] CHENG H C, CHEN J W, CHI T Y, et al. A Generic Model for NFC-based Mobile Commerce[C]//2009 11th International Conference on Advanced Communication Technology. Phoenix Park:IEEE,2009:2009-2014.

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[7] 徐翠蘋.探索3G新業(yè)務（四）NFC手機支付：明天在哪里？[J].通訊世界,2008(12):48-54.

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[10] 熊冬青,馮國軍.基于 RFID技術的移動支付系統(tǒng)方案[J].通信技術,2012,45(06):89-91.

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[12] 孫蕭寒.手機安全交易模型研究[J]. 信息安全與通信保密,2009(10):78-79.