手机RFID智能卡设计

　　1 引言

　　近年来，通信行业的市场环境发生了巨大的变化，通信业务的互联网化趋势越来越明显，电信网络日益通道化、电信服务日益虚拟化，没有网络的公司通过使用网络通道就可以提供越来越多的通信服务，传统电信运营商单纯依赖提供简单的语音和数据通信获得赢利的模式越来越难以持续，纷纷向“信息服务”转型。

　　另一方面，随着电子技术的高速发展，越来越多的功能集成到了手机，如媒体播放、游戏、照相、导航等，手机已不仅仅是一个通信工具，而是日益成为了个人的综合娱乐与信息终端。如何拓展手机的功能，使得手机除了通过移动网络进行传统通信外，还能够服务于运营商希望切入的移动电子商务、物联网、媒体广告等信息化应用，是近年来移动通信领域研究的重点，其中，手机RFID技术已经取得突破性的成果并开始商用。

　　手机RFID技术将RFID芯片内置在手机或手机智能卡(SIM/UIM)中，实现手机功能与RFID功能的集成，用户可刷手机实现金融服务、购物消费、乘车服务、身份认证等诸多应用。由于完全基于手机的RFID技术得不到电信运营商的支持，本文将主要针对集成了RFID射频功能的手机智能卡 (以下称手机RFID智能卡)的实现方案、应用现状、存在的问题以及发展趋势进行研究。

　　2 手机RFID智能卡主流解决方案

　　目前国内外主流手机RFID智能卡解决方案按照工作频率可分为两大类，即13.56MHz方案和2.4GHz方案。其中13.56MHz方案又可分为eNFC方案、双界面卡自带天线方案、双界面卡手机定制方案。以下对4种手机RFID智能卡解决方案分别进行说明。

　　2.1 eNFC方案

　　eNFC方案将RF射频天线及射频通信控制功能集成在手机终端，将RFID数据存储及数据处理功能放在手机智能卡，卡与手机之间通过SWP协议通信，实现RFID与手机的集成。

　　eNFC方案被3GPP定为国际标准，技术完善。采用行业普遍应用的13.56Mhz频率通信，方便合作类业务的改造实施。但eNFC方案必须更换手机和智能卡，成本较高;且目前支持的手机终端和智能卡产品较少，产业链不够成熟。另外，eNFC的专利集中在国外厂商雅斯拓和恩智浦手中，在国内规模应用eNFC方案可能遭遇专利尴尬。

　　2.2 双界面卡手机定制方案

双界面卡手机定制方案在手机智能卡上集成RFID处理芯片，将RFID线圈集成在手机终端上，RFID智能卡通过C4、C8引脚与手机终端的线圈相连，实现近距离通信。此方案采用行业普遍应用的13.56Mhz频率通信，方便合作类业务的改造实施。终端改造仅需实现天线与手机的集成，改造较简单，成本较低。天线集成到终端，提高了刷卡稳定性。缺点是占用了C4,C8触点，和国际标准应用中的大容量卡应用冲突，并且仍然需要对手机终端进行定制。

　　2.3 双界面卡自带天线方案

　　本方案在手机智能卡上集成RFID处理芯片，并从智能卡引出RFID线圈进行近距离通信。双界面卡自带天线方案采用在行业普遍应用的 13.56Mhz频率通信，且不需要更换手机，业务实施方便快速。但由于UIM卡带了较大的RFID线圈，用户安装使用不方便，较容易损坏，刷卡稳定性稍差，使用感知较差。同时，也占用了C4,C8触点，和国际标准应用中的大容量卡应用冲突。

　　2.4 2.4G全卡方案

　　2.4G全卡方案基于蓝牙通信技术，将蓝牙RF射频芯片集成到手机智能卡中，通过距离控制算法等技术进行现场通信，不需要带天线，也不需要更换手机即可实现手机RFID刷卡功能，业务实施方便快速。2.4G全卡方案除了实现现场刷卡功能外，还可根据业务需要实现中距离刷卡应用以及读卡器应用。但由于2.4G频段与国内外金融、交通现场支付标准不兼容，对于合作类应用需要新布POS机具，合作难度大，机具改造成本较高。

　　3 手机RFID智能卡行业应用现状

　　在国际上，主要以eNFC为标准，但由于需求不旺盛，支持eNFC的手机终端很少，使用eNFC方案进行手机现场刷卡的商用案例很少。日韩手机现场刷卡应用多，但由于其移动终端采用机卡合一模式，不属于手机RFID智能卡应用模式。

　　4 手机RFID智能卡存在的问题

　　从2009年开始，借助与手机支付以及移动电子商务的热潮，国内涌现了诸多模式的手机RFID智能卡种类，其中双界面卡方案以及2.4G全卡方案都在手机RFID智能卡解决方案上进行了创新和发展，并拥有一定的自主专利，可以说国内在手机RFID智能卡领域的研究与应用已经处于国际前沿，但是由于行业刚刚启动，还存在不少问题。主要表现在：

　　4.1 标准不统一

　　标准不统一首先表现在工作频率不统一，目前，主流的射频工作频率有13.56MHz和 2.4GHz两个射频工作频率， 13.56MHz频率目前在非手机RFID领域被诸多行业广泛的使用，但手机RFID智能卡如果采用13.56MHz频率，必须解决大天线问题。天线由卡片自带，用户感知较差、稳定性差;天线置于手机终端，则必须对手机终端进行定制，开发周期长，短期难以规模商用。2.4GH在频率由于是超高频，穿透性好，不需要大天线，可以完全在一张智能卡内集成RFID功能，由于不需要手机终端配合，用户感知好，具备快速规模推广的条件。工作频率之争由来已久，工作频率的选择直接影响业务模式、商务模式和产业链合作关系，该问题非常复杂。

　　标准不统一还表现在接口与协议不统一，手机RFID应用包括了卡片与终端(手机终端与POS终端)域、通信网络域、交易处理域等多个领域，各领域之间目前没有统一的接口定义和交互协议标准，导致各机构开发的手机RFID智能卡产品，即使在相同的工作频率范围，也不能互通。以卡片与终端域为例，目前卡片与终端的交易流程和指令标准化程度不高，卡片与终端射频通信的功率、频偏、场强等指标没有进行严格约定，导致了卡片可能在不同的终端上不能被识别，或者刷卡不稳定。

　　4.2 多应用承载困难：和普通手机智能卡相比，RFID智能卡内需加载通信应用、金融应用、校企应用、市政应用、行业卡应用等多方应用。一卡承载多应用，目前还需要完善以下问题，包括：

　　(1)对卡内的多类应用进行规划和管理，保障应用的灵活加载和平滑升级。

　　( 2)在多应用之间建立安全域上的相互隔离，保证应用之间互不影响。

　　(3)大容量支持，目前RFID智能卡容量小，难以满足各种应用加载的需求。

　　4.3 手机与智能卡之间通信速率低：国内主流应用的手机RFID智能卡(包括双界面卡和2.4G卡)，手机和智能卡之间的空中交易数据主要通过数据短信的方式进行。受限于数据短信的速率，无法满足大数据量的应用动态加载及大容量文件更新，也直接制约了基于RFID智能卡的手机终端应用程序的开发，而只能以UTK 菜单的方式实现简单的应用。

　　4.4 安全性有待进一步提高：手机RFID智能卡目前可以实现DES/3DES、RSA等算法，其芯片也通常能通过ELA4+或ELA5+安全芯片认证，可以满足一般的小额交易安全认证的需求。但对于大额金融交易，敏感身份识别等高安全性应用，现有的手机RFID智能卡还难以支持。

　　5 手机RFID智能卡发展趋势

　　手机智能卡已经由最初的鉴权模块发展成为移动通信业务和服务创新的主要载体，智能卡不仅提供用户认证功能和个人信息管理等基本业务(例如通讯录和短信业务)，还能提供移动银行、信用卡、电子货币、交通卡、股票交易等需要较高认证水平的业务，随着电信运营商综合信息服务转型的深入，智能卡将发展成为综合信息服务卡。为了满足综合信息应用发展的需要，在技术上智能卡主要朝着RFID和SIM融合，大容量，多应用，高安全，高机卡通信速率等方向发展。下边，笔者将按照应用、技术、行业三个方面探讨一下手机RF智能卡发展的趋势。