NFC手机研究进展

张素娜，贾利军，张怀武，王驰骏

（电子科技大学 微电子与固体电子学院，四川 成都 610054）

0 引言

NFC (Near Field Communication) 是由飞利浦公司发起，诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项近距离无线通信技术。该技术由非接触式射频识别 (RFID) 及互联互通技术整合演变而来，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。它工作于13.56 MHz频率范围内，数据传输速率有106 kb/s，212 kb/s和424 kb/s这3种，作用距离在10 cm范围内。NFC终端有3种功能模式即读/写模式、卡仿真模式和点对点模式[1]。其中读/写模式是指用NFC手机来读取智能标签，包括商品的资讯以及获得折扣券等。卡仿真模式下，NFC手机类似于RFID卡，主要用于移动支付和交易。点对点模式，即两个或者多个NFC设备可以互相快速交换资料、图片，甚至影片。虽然目前手机蓝牙已具备此功能，但是比较起来NFC更为方便且容易快速配对[2]。NFC技术的快速发展，促进了NFC手机的产生。它使人们通过简单的非接触操作来获取信息，完成支付，启动装置。由于这一产品具有使用方便，便于携带等优点，而逐渐受到人们的青睐。

1 NFC手机应用

NFC手机有着广泛的应用，它不仅能完成移动支付，而且可以融于智能家居技术，实现无线连接，是一种信息交换和获取信息的快捷渠道。

1.1 在支付和票务方面的应用

NFC 技术丰富和发展了智能卡付款和智能票务方案，使NFC手机能够作为付款和购票装置。与现金和其他传统付款方式相比，启用 NFC手机的付款和票务功能，更加方便快捷，而且用户还能对小额付款建立记录[3]。

所谓 NFC手机支付，简单地说就是通过 NFC技术，使手机具有银行卡与交通卡的功能，这样人们可以像刷银行卡和公交卡那样“刷”手机消费。例如，在快餐店，通过NFC手机接触电子菜单点菜，使用 NFC手机的电子钱包或者信用卡功能支付费用，下载优惠券享受折扣，而且可以用手机的点对点模式与他人共享优惠[4]。

电子票证是以电子方式存储访问权限，消费者可以购买此权限获得入场权。整个电子票证购买过程只需几秒钟，节省了排队购票时间。检票时，用户只需将NFC手机靠近安装在入口转栅上的阅读器即可，阅读器检查票证的有效性后允许进入。

1.2 在医疗健康方面的应用

在医疗健康领域，利用NFC标签，主治医生不但可查询与病人相关的病例，而且可以了解病人此前已接受的治疗。主治医生在进行扫描过程中，该医生的相关信息也被存储到相应数据库当中。通过这种方式，不但可加强对单个病人的治疗，还可建立起强大的医疗信息数据库。

在发展中国家由于医疗资源的缺乏，病人的病历、检查结果等不易获取，而医护人员又要在短时间内诊断治疗大量病人，导致医生没有足够的时间为病人提供合理建议。随着NFC手机的日益普及，为解决这一问题创造了条件。有报道，在巴基斯坦的卡拉奇，通过建立基于NFC手机的医疗体系，克服了病人身份识别，疾病监视的限制，提高了病历跟踪、电子转诊、应急响应方面的能力，帮助解决了当地民众肺结核疾病的跟踪治疗[5]。

1.3 在智能媒体方面的应用

利用NFC手机的读写器功能，用户只需接触智能媒体即可获取丰富的信息下载相关内容。此智能媒体带有一个成本很低的NFC标签，使用NFC手机读取，就能发现当前环境下丰富多样的服务项目。如：在一些旅游城市，游客用NFC手机对准智能海报中的 NFC标签来获取有关旅游景点和路线的信息。这样一来，不但利于信息更新，而且减少了旅游宣传小册子的反复印刷，节约了资源，利于建立环境友好型社会[3]。

智能家居的快速发展，与手机融合将成为一种必然的趋势。通过建立触控式应用系统，用手机接触存储相应设备信息的 NFC标签，与家居设备连接、信息交换、媒体共享，从而实现 NFC智能手机与智能家居的融合。如：高清晰立体音响系统可以提供超酷的音乐体验，但把手机连接到立体音响系统往往需要专门的电缆或配置。若建立一种应用程序，把含有连接信息及扬声器参数的 NFC标签贴于立体音响，手机接触标签时，手机中的音乐就立即在音响中播放[6]。

2 NFC手机发展状况及前景

2.1 NFC手机发展状况

随着NFC手机的产生，相关的试验和研究也相继在全球实施，但该技术在全球发展的状况并不均衡。日韩当仁不让地走在最前，欧洲紧随其后，中国尚在入门[5]。

日本的NTT DoCoMo最早提出“手机钱包”概念，用手机逐步替代人们在钱包中的所有物品，即现金、银行卡、会员卡、积分卡、钥匙、车船飞机票、影剧门票以及证件等。为实现这一梦想，日本的电信运营商在很早就开始普及NFC功能。目前，日本的大城市几乎每个商店或自动售货机都支持 NFC支付，而且NFC手机还可作为其国内一些航班的登机证。

在德国的哈瑙市，9万多名居民只需轻松地将内置NFC芯片的手机靠近读取设备，就能享受NFC公交移动售票带来的轻松便利。

国内的NFC技术尚处于萌芽状态，相对于国外较多的NFC支付点，国内的NFC支付地点较少而且使用率较低。虽然早在2008年北京地铁与公交车就支持用户使用诺基亚 6131i的 NFC功能进站乘车，但几年过去了，这一应用并未得到进一步发展。

2.2 发展前景

NFC论坛是一家推动NFC技术发展的非盈利性组织。目前，NFC论坛已有150多位成员，包括手机生产商、电信运营商、金融机构和软件开发商等。2011年，三星、LG、HTC、诺基亚等公司便推出了40多部NFC手机，传闻苹果手机也有可能支持NFC移动支付。市场研究公司Berg Insight发布的最新报告显示，今年NFC手机出货量将从去年的3000万部增长到1亿部，到2016年，全球NFC手机将增长到7亿部。另一家市场调研机构Juniper Research则预测，到2014年，全球6个人中就有一个人拥有NFC手机，NFC手机全球交易额有望达到500亿美元，而到2016年，这个数值有可能达到1130亿美元[3]。

3 存在的问题

NFC技术在未来的市场中将会得到更加广泛的应用，而提高NFC手机应用普及率，关键在于从软硬件角度解决其发展瓶颈问题。从软件角度来说，需要解决各类协议相容性和标准化问题、安全问题等。而从硬件角度来看，主要是元件的集成及性能优化，这其中包括亟待解决的NFC天线铁氧体片。

3.1 标准与安全问题

没有建立统一的标准是限制NFC手机支付在国内发展的一大障碍。软硬件协议不统一，参与商各有一套系统，彼此又不兼容（如单位门禁卡、公交卡等），势必造成资源的浪费，给用户带来不便。另外，缺乏标准时大多数厂商就不敢贸然行事，从而导致产业链上的厂商相继观望，延误时机[7]。而采用NFC技术的POS设备的基础设施部署仍是基于NFC移动支付迅速应用的一大阻碍。

NFC智能手机装有多种软件，其中包括安装第三方开发的软件来扩展NFC应用。但是这些软件中可能隐藏病毒和木马程序。如何防止手机中个人信息和资金被非法程序窃取，保证NFC手机的安全使用也是需要深入研究的课题[8]。

3.2 NFC天铁氧体片

在电子产品实现小型化过程中，如何解决电磁干扰变得越来越重要。如在NFC手机中，需要将智能标签贴在手机电池或后盖壳上，这样可以最大程度地节约空间。但这样一来，标签在读卡器发出的信号作用下激发感应出的交变电磁场很容易受到手机上金属的涡流衰减作用而使信号强度大大减弱，导致读取过程失败。NFC天线铁氧体片能够隔离金属材料对天线磁场的吸收，增加天线的磁场强度，从而有效增加通信感应距离。

日本、韩国在NFC技术方面研究的比较早，技术成熟，掌握着核心专利，其铁氧体片也已经实现批量化生产，如日本MARUWA与韩国AMOTECH。而国内在这一方面的研究甚少，制作NFC手机天线的铁氧体片主要依赖于从日本、韩国进口。从目前来看，为降低NFC天线成本，解决NFC铁氧体片依赖于进口的局面，加快研制工作于13.56 MHz频段的高磁导率低损耗NFC铁氧体片具有十分重要的意义。

4 结语

随着手机普及率的提高及其服务的个性化，人们开始习惯随身携带手机。手机已经像钱包一样与人形影不离，甚至比钱包与人的关系还要密切，这也给NFC手机的发展带来了更多想象空间。NFC手机在移动支付，电子票务，医疗健康，智能媒体等方面的应用和推广，在一定程度上改善和便利了人们的生活。但 NFC技术在国内发展缓慢，伴随着NFC手机生产商、电信运营商、金融机构和软件开发商的合作与推动，及其发展瓶颈的解决，NFC手机在未来的市场中将会得到更为广泛的应用[9-12]。

[1] OK K, COSKUN V, OZDENIZCI B, et al. Current Benefits and Future Directions of NFC Services[C]//2010 International Conference on Education and Management Technology. Cairo:IEEE,2010:334-338

[2] Kinpo. NFC:Near-Field Communication.(2011-12-10)[2012-04-10].http://wenku.baidu.com.20110425_NFC.

[3] NFC Forum. Smart posters.(2011-11-18) [2012-03-10].http://www.nfc-forum.org/resources/white_papers/.

[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.

[5] MARCUS A, DAVIDZON G, LAW D, et al. Using NFC-enabled Mobile Phones for Public Health in Developing Countries[C]// 2009 First International Workshop on Near Field Communication. Hagenberg:IEEE,2009:30-35.

[6] CHEN Long-biao, PAN Gang, LI Shi-jian. Touch-driven Interaction via an NFC-enabled Smartphone[C]//2012 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications. Lugano:IEEE,2012:504-506.

[7] 徐翠苹.探索3G新业务（四）NFC手机支付：明天在哪里？[J].通讯世界,2008(12):48-54.

[8] 王宇伟,张辉. 基于手机的 NFC应用研究[J].中国无线电,2007(06):3-8.

[9] 柴争义,徐红,朱思峰.无线个域网实现技术研究[J].通信技术,2009,42(04):55-57.

[10] 熊冬青,冯国军.基于 RFID技术的移动支付系统方案[J].通信技术,2012,45(06):89-91.

[11] 徐丽萍.RFID系统读写器与电子标签硬件结构分析[J].通信技术,2012,45(06):118-119,122.

[12] 孙萧寒.手机安全交易模型研究[J]. 信息安全与通信保密,2009(10):78-79.