实现非接触资讯交换NFC射频测试扮要角

　　近距离无线通讯(NFC)将现有的非接触式辨识技术与互联互通技术相结合并加以发展，由索尼(Sony)与恩智浦半导体(NXP)(前身为Philips)共同研发。NFC可广泛用于各种资讯交换，例如电话号码、图像、MP3档、数字式授权、电子钱包、广告资讯、产品资讯等。这种资讯交换可在两个具有NFC功能的电子设备(如手机)之间进行，抑或于具有NFC功能的手机和与其相容并位于近距离内的无线射频辨识系统(RFID)晶片卡或读取器之间完成。NFC被用作控制获取资讯的密钥以及诸如电子收费、通行证、访问控制以及各种数据交换等服务，将可以彻底改变人们的生活模式与习惯。

　　NFC应用包罗万象

　　NFC工作在以13.56MHz为中心的频段，并在约10公分范围内提供速率达424kbit/s的数据传输。与工作在该频段的传统式非接触式技术(只有主动被动式通讯)不同，具有NFC功能的电子设备之间的通讯可以是主动主动式(端对端技术)，也可以是主动被动式。因此，NFC意味着一个在RFID网域的连接。此外，NFC与被广泛使用的智能卡基础架构向后兼容，如基于ISO/IEC 14443 A(像NXP的MIFARE技术)和ISO/IEC 14443 B的架构，同时也与Sony的FeliCa卡(JIS X 6319-4)相容。实现NFC设备之间的资讯交换，在标准ECMA-340及ISO/IEC 18092中制定了新的通讯协议。NFC论坛于2004年由NXP、Sony及诺基亚(Nokia)共同创办，并藉此协调和促进NFC技术的发展。NFC论坛还制定保证各种NFC设备及服务之间互联互通的技术规范。所有上述的标准(ISO/IEC 14443 A、B、ISO/IEC 18092以及JIS X 6319-4/FeliCa)都被涵盖在内，并自2010年12月起，NFC论坛为NFC设备的兼容性提供证明。

　　为确保手机与不同厂家的RFID晶片卡之间的互联互操作性，须要对各种NFC设备进行协议及射频测试。其中射频测试主要包括测量有关时间方面的参数、载频与查询模式下的讯号强度和接收灵敏度、负载调变参数(收听讯号的强度)等。

　　简易性广泛应用

　　在前面已提及一些NFC应用。其中最显著特点是使用的简易性：只须简单接触或靠近具有NFC功能的设备，便可启动所需的服务。以下是一些典型的应用。

　　．行动式付费

　　用NFC手机购票或付计程车费用，以及在非接触式售货点用NFC手机付费，或将收据存入NFC手机。

　　．权限及访问控制

　　将电子密钥权限证明资讯存入NFC手机、访问保密机构、登录保密电脑、开车门、设置居家办公室。

　　．数据传输与交换

　　在各种NFC设备之间进行数据传输(端对端数据交换)如在NFC手机、数字相机、笔记本电脑间交换名片；把相机靠近打印机并印出照片。

　　．启动其他服务

　　例如为数据传输启动其他通讯连接、设置蓝牙(Bluetooth)及无线局域网络(WLAN)连接。

　　．读取资讯

　　将智能型广告中的时间表、地图存入NFC手机，或者位置存入NFC手机，如停车位置。

　　．购票

　　把各种票券存入NFC手机，如电影，音乐会，体育比赛等等。

　　NFC数据传播原理

　　与RFID标准14443及FeliCa相似，NFC使用感应耦合，类似变压器的原理，如图1所示，NFC利用两个导电线圈的磁场以耦合查询设备(激励设备)与收听设备(目标设备)。 

　　图1 查询设备(激励设备)与收听设备(目标设备)之结构配置

　　NFC工作频率是13.56MHz，传输速率106kbit/s(部分地可达到212kbit/s甚至424kbit/s)。调变方式为不同调变深度的OOK(100%或10%)及二进位相移键控(BPSK)。

　　查询设备的功率与数据传输

　　被动系统(如处于被动卡仿真模式下的NFC手机)进行传输时，其藉以查询设备的13.56MHz载波讯号作为驱动能源。查询设备的调变方式为ASK。在NFC端对端模式下，双方都处于查询状态，其讯号都被加以调变及编码。此时，所需功率相对减少，因为每个NFC设备都有各自的能源供给，并且传输结束后载波讯号自动停止发射。

　　收听设备数据传输

　　由于查询设备与收听设备的线圈之间的耦合，被动的收听设备同样作用于主动的查询设备。收听设备的阻抗变化，直接会影响查询设备天线端电压幅度或相位变化，而查询设备可检测此变化，这就是负载调变技术。使用848kHz辅助载波的负载调变用于收听模式(如ISO/IEC 14443)，其中辅助载波由基带讯号加以调变，并以此改变收听设备的阻抗。图2显示负载调变的频谱。调变方式为ASK(如ISO/IEC 14443 A PICC)或BPSK(如14443 B PICC)。此外，还有第三种被动模式，它与FeliCa兼容，其负载调变不使用辅助载波，而为直接作用于13.56MHz载波的ASK调变。 

　　图2 基于13.56MHz载波并使用848kHz辅助载波的负载调变，而图中的三角形表示载波及辅助载波的调变频谱(由于NFC使用时分多路通讯，三组谱线并不同时出现)

　　调变方式与编码

　　如图3～5所示，其调变方式为不同调变深度的OOK(100%或10%)及BPSK(如ISO/IEC 14443 B PICC)。 

　　图3 100%调变深度的ASK 

　　图4 10%调变深度的ASK 

　　图5 BPSK调变

　　如图6所示，NFC使用NRZ-L、变形米勒(Modified Miller)以及Manchester编码。NRZ-L编码的一个位若是高电位即代表逻辑1，低电位则代表逻辑0。曼彻斯特(Manchester)编码将每一个位分成两段，逻辑1的前半段为高电位，后半段为低电位。逻辑0的前半段为低电位，后半段为高电位。 

　　图6 NFC使用三种编码中的一种：NRZ-L、Modified Miller或Manchester(请参见表1和表2)

　　Modified Miller编码也将每一个位分成两段，逻辑1后半段的起始有一个低电位脉冲，而逻辑0以一个低电位脉冲开始。其中的例外是，当逻辑1之后为逻辑0时，不出现逻辑0的低电位脉冲，讯号保持为高电位。