移动支付在城市轨道交通中的应用研究

闫鸣宇 陈 楠

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

移动支付在城市轨道交通中的应用研究

闫鸣宇 陈 楠

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

简要回顾国内外移动支付技术的发展历史及现状，分析目前国内3种移动支付技术：NFC，SIMPASS，RF-SIM技术的原理及优劣势，结合城市轨道交通领域的业务需求和特点，研究移动支付在城市轨道交通中的应用前景和发展趋势。

电子、通信与自动控制技术其他学科；移动支付；城市轨道交通；售检票系统；应用

1　移动支付简介

移动支付是一种允许移动用户使用其移动终端对所消费的商品或服务进行账务支付的服务方式。主要包括手机缴费、手机银行、刷手机消费等业务。移动支付已成为一种新兴的支付手段逐渐被消费者所熟悉和使用，其为消费者带来的便利性不言而喻，本文将对移动支付的技术发展及其在城市轨道交通系统中的应用做简要分析和研究。

2　移动支付发展情况

2.1国外移动支付发展情况

全球移动支付是一个快速增长的大市场。经过几年发展，移动支付业务得到用户的广泛认可和接受。日本、韩国、美国、法国、德国、瑞典、芬兰、奥地利、西班牙和英国等国家，均已开始全面的移动支付应用。下面针对一些国家和地区的移动支付业务发展进行简要的介绍。

2007年，韩国3家移动运营商把由韩国智能卡有限公司发行的T－money（交通客票应用程序）放到他们的非接触手机上。3家运营商的用户可以使用移动支付地铁等交通费用。韩国70%的电子支付都是由移动支付完成的[1]。

日本3家移动运营商NTTDoCoMo、KDDI和软银（原VodafoneK.K）在2004年和2005年之间分别推出移动支付业务，采用的都是索尼公司开发的FeliCa技术（即NFC技术）。经过多年发展，移动支付业务在日本已具备相当的规模。日本移动运营商普遍采取注资金融机构的方式主导整个产业链的发展。

美国、法国、德国、瑞典、西班牙、英国等国家已经开始全面的移动支付应用。欧洲国家早期的业务模式是通过无线应用协议（WAP）、短消息业务（SMS）、交互语音应答（IVR）等方式接入来验证身份，操作较为繁琐，不适于时间性要求很高的支付行为，因此多用于WAP业务、电子票务等。随着现场支付技术NFC日趋成熟，2007年10月，欧洲电信标准协会指出，基于NFC的移动支付功能将被集成到手机SIM卡内，成为新的标准。

2.2国内应用情况

中国移动支付产业起步晚，但发展飞速，尤其近10年来，随着手机的普及和移动3G乃至4G业务的逐步推广，为移动支付发展铺平道路，使移动支付成为近年来国内移动互联行业炙手可热的新领域。

目前，北京、上海、广州、深圳等城市移动运营商已成功开通移动支付业务，国内移动支付主流技术有NFC，SIMPASS，RF-SIM等。例如基于RFSIM技术的移动手机深圳通；基于NFC技术的中移动浦发联名卡；基于SIMPASS技术的北京联通一卡通等[2]。

通过以上列举的各种移动支付技术的应用案例可以看出，目前3种移动支付技术在国内均有应用，且在不同城市、不同运营商采用的技术也大不相同。下面就来分析这3种移动支付技术从原理和实现方式上有哪些不同和优势。

3　移动支付技术

3.1NFC技术

NFC（Near Field Communication），近距离无线通信技术，由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由恩智浦半导体公司、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。主要在20 cm距离内、13.56 MHz频率上运行。NFC技术的传输速度为106、212或424 kbit/s 3种。

NFC技术是最早提出的短距离移动支付解决方案，该技术最初由索尼和恩智浦共同开发，2002年成为ISO/IEC 18092国际标准。采用这一标准的手机制造商有诺基亚、三星、苹果、华为、中兴、小米和魅族等。

NFC通过集成在手机电路板中的射频控制芯片实现手机和消费终端互联，将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合在一块单芯片，兼容索尼公司的FeliCa卡以及广泛建立的非接触式智能卡架构，该架构基于ISO14443 TYPE A，使用飞利浦的Mifare技术[3]。

技术支持：目前NFC技术主要有诺基亚、索尼、飞利浦等公司掌握核心技术，其终端主要有手机、平板电脑、各类票证、门禁锁等，如图1所示。芯片制造商主要有恩智浦(NXP)、意法半导体 (ST)、博通(Broadcom)、英飞凌(Infineon)、瑞萨(Renesas)、三星(Samsung)和高通(Qualcomm)等厂家。

3.2SIMPASS技术

SIMPASS是一种双界面SIM卡技术，SIMPASS在SIM卡上集成非接触式智能卡，通过布置在手机背板上的天线实现其他非接触智能卡功能。SIMPASS方案兼容MIFARE和FELICA规范。通过本方案将SIM卡与非接触智能卡集成后，使SIM 功能模块和非接触智能卡部分的安全处理采用同一安全处理硬件，有效降低了成本，还可以将SIM功能与非智能卡功能相结合，方便扩展多种应用[4]。

SIMPASS技术的射频芯片采用13.56 MHz作为发射频率，与目前主流IC卡、POS机及所用频率相同，技术上的继承性较强，成熟度较高，可以和现有终端机具兼容。但同时也为SIMPASS技术带来一定障碍，因为频率低，需要体积较大的专用天线。天线外接机型进行支付时，需将机壳打开插入天线；天线内置机型进行支付时，由于此频段电磁波穿透能力有限，电池、机壳等将会影响信号传输。

SIMPASS卡可支持PBOC2.0电子钱包/电子存折应用，还可以提供STK空中圈存的功能。这样使用者无需受空间限制，无需到指定充值点去充值，使用者还可以通过STK菜单查询充值记录、消费记录以及钱包余额等信息。

技术支持：SIMPASS是一种多功能的SIM卡，支持接触与非接触两个工作接口，接触界面实现SIM功能，非接触界面实现支付功能，兼容多个智能卡应用规范。推广厂商为国内的握奇数据系统有限公司。

3.3RF-SIM技术

RF-SIM卡是实现中近距离无线通信的手机智能卡。RF-SIM卡是一种新型手机SIM卡，是双界面智能卡（RFID卡和SIM卡）技术应用于移动领域的产品，工作于2.4 GHz频率，由于其高频的特点，天线较小，将天线集成在SIM卡内。它不但拥有普通SIM卡的所有功能，还具有钱包、钥匙和身份证等多方面应用功能。RF-SIM卡既具有普通SIM卡一样的移动通讯功能，又能够通过集成在SIM卡上的天线与收费读卡器进行近距离无线通信，例如手机现场支付和身份认证功能[5]。RF-SIM卡构成示意如图2所示。

RF-SIM支持接触与非接触两个工作接口，接触接口负责实现SIM卡的应用，实现手机卡的正常功能，例如电话、短信功能等。非接触界面可以实现非接触式消费、门禁等应用。RF-SIM卡的用户能够通过空中下载的方式实时更新手机中的应用程序或者给帐户充值，无需到制定地点对手机账户充值，使手机真正成为随用随充的智能化电子钱包。

RF-SIM卡的最大特点是不需换手机，现有手机换一张智能卡后就成了类似NFC功能的手机，但使用频率是2.4 GHz,不是13.56 MHz，通信距离可在1～500 cm自动调整。目前，国内提供RF-SIM技术的厂家有东信和平、上海柯斯和武汉天喻等公司。

4　技术分析比较

通过表1中方案对比，SIMPASS和RF-SIM技术拥有自主知识产权，但是从环境适用性、技术稳定性等方面来看，NFC技术优于这两种技术。这也是目前国内多种移动支付技术并存的重要原因之一。

2012年，中国银联正式确定NFC技术为其主导的移动支付技术标准。2013年开始，中国移动、中国联通、中国电信3家主要移动运营商分别在不同程度上与银联达成意向或协议，确定今后将NFC技术作为移动支付技术主要发展方向。并以较快速度完成产品并推向市场。虽然目前3种技术均占据一定市场份额，但从长远角度来看，NFC技术势必成为今后移动支付技术的主要发展方向。

5　移动支付在城市轨道交通中需求分析

表1　移动支付技术分析比较

5.1乘客需求

目前，城市轨道交通乘客乘车刷卡主要方式有单程票、储值卡刷卡方式。乘客出门不仅需要携带手机、钱包等必须物品，还需携带可在地铁中使用的票卡。实现移动支付功能后，乘客只需携带具有NFC功能的手机便可通过手机刷卡进出站乘车、在手机上在线完成电子现金充值、查询等常规业务，还可以在查询终端上对进出消费交易进行查询。手机刷卡消费享受地铁站内的联程换乘、累计优惠等服务，资金携带更加方便，消费过程更加便捷，多渠道充值查询服务为乘客带来更多美好体验。

5.2运营企业需求

在城市公共交通发达的各个大中城市，比如北京、上海等一线城市实现了交通卡支付。目前北京的公交一卡通只有先充值才能使用，最高的充值额是1 000元人民币，发卡交易量已经突破6 000万张。采用移动支付后，可以减少实物发卡量，为制卡—发卡—运卡—刷卡消费—回收—清洁各个环节减轻负担。移动支付将为运营业务的开展提供多维度的便捷支付体系，提高支付效率，减少运营为票卡投入的支出，减低运营成本，降低了用户的消费门槛，逐步构建新型的营销模式，进一步提升整体营销效果。

5.3电信运营商需求

各运营商都希望通过移动支付来提高用户粘性、提升整体盈利能力、为进入金融支付结算市场做准备、争抢在芯片卡标准体系中领先地位。移动支付将为服务提供商进入支付领域打好技术基础，带来广阔的发展前景和可观的经济效益。

5.4银行及卡组织需求

向优质客户提供差异化服务，增加银行卡交易消费额。

5.5中国银联需求

巩固银行卡在新兴支付领域的主导地位、通过创新产品提升银联标准卡的核心竞争力。

6　移动支付在城市轨道交通应用前景及发展趋势

根据以上需求分析，移动支付引入轨道交通领域已是大势所趋。鉴于目前城市轨道交通自动售检票系统工作方式，采用NFC移动支付技术，有以下优势。

1) NFC技术采用13.56 MHz工作频率，兼容现有轨道交通售检票终端设备读卡器工作频率，因此，轨道交通不需进行读卡器硬件改造，技术引入较为顺畅。

2) NFC技术自身发展成熟稳定，其智能终端数量越来越多。随着NFC技术的引入和发展，目前市场上流通的手机品牌及型号越来越多的开始支持NFC技术，终端数量已较几年前有了大幅增长，为NFC技术的推广提供了硬件基础。

3) 中国银联已确定NFC技术为今后移动支付技术的标准，因此在政策导向方面，采用NFC技术已是势在必行。

基于这些方面的考虑，参考文中轨道交通对移动支付应用的需求分析，预计今后NFC技术将成为国内移动支付在轨道交通领域内应用的主要技术发展方向。

[1]冯伟涛，韩李牧.国外移动支付发展现状[J].通信企业管理，2008（7）：63-65.

[2]佘云峰.三大运营商与各大银行的NFC移动支付应用汇总[Z/OL].(2015-04-17)[2015-09-28].http://www.mpaypass.com. cn/news/201504/17090236.html.

[3]陈君岳.产业链多方布局NFC,进场支付蓄势待发[J].中国建设信息，2014（14）：1-2.

[4]季强.浅谈手机支付中SIMPASS技术应用[J].中国科技信息，2013（14）：1-2.

[5]佚名.三种移动支付技术RF-SIM、NFC、SIMPASS[Z/ OL].(2013-05-10)[2015-09-28].http://www.elecfans.com/tongxin/ rf/20130510317038_a.html.

This paper introduces briefl y the history of mobile payment technology at home and abroad, analyzes three current domestic mobile payment technologies such as NFC, SIM-PASS and RF-SIM, as well as their principles, advantages and disadvantages, and studies the application prospect and developing trend of the mobile payment in urban rail transit based on business demands and characteristics of urban rail transit.

electronic, communication and automatic control technology of other subjects; mobile payment; urban rail transit; fare collection system; application

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.019

2015-10-13）