浅谈NFC手机非接触式射频接口测试方法

张清联

摘 要：文中简单概括了NFC技术的基本原理和通信模式，通过两种方案分别实现了NFC手机卡模拟操作模式和读写器操作模式，以达到对NFC手机进行非接触式射频接口测试的目的。实验结果证明，文中方法作为NFC手机非接触式射频接口的测试是可行的。

关键词：NFC手机；卡模拟模式；读写器模式；非接触式射频接口测试

中图分类号：TP391.45 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）08-00-03

0 引 言

NFC （Near Field Communication，NFC）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，是由NXP，Sony，Philips公司最早发起，由Nokia，Sony等著名大厂商联合主推的一项重要的无线技术[1]。NFC 技术将感应读写功能与感应卡技术相结合，可在短距离内快速识别其他兼容设备，具有交互距离短、交互操作简单的特点。手机通过NFC功能可简化与其他兼容设备的交互过程，使互相访问变得更加方便简单。

NFC 通信的对象分为初始方与目标方。初始方为产生射频磁场并发起NFC通信的一方；目标方可用负载调制方式（射频磁场由初始方产生）或自身产生的射频磁场进行信号调制，对初始方指令做出响应[2]。NFC通信的过程分为主动通信模式与被动通信模式。在主动通信模式下，初始方与目标方均使用自身的射频磁场进行通信；被动通信模式为初始方产生射频磁场，目标方以负载调制的方式响应初始方的命令[3]。在被动通信模式下，基于ISO 14443A，MIFARE 和FeliCa 的相关协议[4]，NFC 的初始方可用相同连接和初始化过程检测NFC目标方或非接触式智能卡，并与其建立联接[5]。在主动通信模式下，当一台NFC 设备向另一台NFC 设备发送数据时，通过对等网络通信标准模式发起通信，通信的目标设备与发起设备都产生射频磁场，从而通过产生的射频磁场进行通信和数据传递[6]。

1 NFC手机测试设备搭建

NFC手机的主要应用场景有卡模拟模式、读写器模式与点对点模式三类。其中，卡模拟模式与读写器模式采用被动通信模式。例如，刷公交卡，读取电子设备信息，在POS 机上付款等。采用被动模式的显著优点是可大幅度降低NFC手机的功耗，并延长手机电池的使用寿命。不同国际组织制定的协议标准不同，其对应关系见表1所列。

本文以ISO 14443 TypeA为技术参数， ISO 10373-6为测试方法，聚星仪器的射频识别综合测试仪为硬件平台，选用Samsung某款带有NFC功能的手机为测试样机，分别搭建卡模拟模式的非接触式射频接口测试模型和读写器模式的非接触式射频接口测试模型。

1.1 卡模拟模式的实现

卡模拟模式的应用场景为：NFC手机为目标设备，内置非接触式卡片，POS机为发起设备，NFC手机通过负载调制响应POS机的命令。目前，市场上卡模拟模式的实现途径主要有两种：一种是NFC手机内置SWP-SIM，通过运营商的钱包功能实现移动支付；另一种是NFC手机自带手机钱包功能，通过添加银行卡或公交卡实现移动支付。本文选用第二种方式，通过在Samsung手机上添加一张银行卡实现卡模拟模式功能。

1.2 读写器模式的实现

读写器模式也在被动通信模式下实现，其应用场景为：NFC手机为发起设备并产生射频磁场，NFC标签为目标设备，响应NFC手机的命令。本文通过在NFC手机上安装TagInfo或NFC Tools Pro类的APP作为初始方，NFC标签选用一款宠物狗标签作为目标方，通过监听软件监听NFC手机和NFC标签之间的真实通信传输过程。监听到的射频信号内容

如下：

[Command Name]

MIFARE Ultralight_Read

[Tx Data]

Read（8）=00110000

Address（8）=00000000

CRC_A（16）=0000001010101000

[Rx Data]

Data0（8）=00000100

Data1（8）=10111101

Data2（8）=00000000

Data3（8）=00110001

Data4（8）=11110010

Data5（8）=11111000

Data6（8）=01001000

Data7（8）=10000100

Data8（8）=11000110

Data9（8）=01001000

Data10（8）=00000000

Data11（8）=00000000

Data12（8）=11100001

Data13（8）=00010000

Data14（8）=00010010

Data15（8）=00000000

CRC_A（16）=1000010000111101

2 NFC手机卡模拟模式测试的实现

2.1 负载调制

通过调节设备发射功率和接收功率的大小，分别调节测试环境的场强最小值和最大值。当Hmin=1.5 A/m时，上负载调制为58.07 mV，下负载调制为45.61 mV。测试结果如图1

所示。

当Hmin=7.5 A/m时，上负载调制为58.07 mV，下负载调制为45.61 mV。測试结果如图2所示。

2.2 解调能力

根据ISO 10373-6的要求，解调能力测试需要调整上升沿及下降沿，查看标签的响应状态。测试结果如图3～图5

所示。

2.3 谐振频率

谐振频率测试结果如图6所示。

2.4 负载效应

DUT放置参考标签时，调制发射功率，保证最小场强为1.5 A/m，然后去掉参考标签，放上NFC手机（处于卡模拟模式状态），测得场强值为1.583 A/m，大于最小场强值，满足标准要求。测试结果如图7所示。

2.5 轮询

分别选用三种不同的工作环境（场强分别为1.5 A/m，

4.5 A/m，7.5 A/m），每种环境下的NFC手机都会响应一个有效的ATQA。测试结果分别如图8（a）～（c）所示。

（a）场强为1.5 A/m的测试结果

（b）场强为4.5 A/m的测试结果

（c）场强为7.5 A/m的测试结果

2.6 状态转换

状态转换如图9～图16所示。

3 NFC手机读写器模式测试实现

当传输速率为分别为106 kb/s，212 kb/s，424 kb/s时，NFC手机在读写器模式下的测试结果如图17～图19所示。

当传输速率为212 kb/s时，NFC手机在读写器模式下的测试结果如图18所示。

当传输速率为424 kb/s时，NFC手机在读写器模式下的测试结果如图19所示。

NFC手机在读写器模式下的负载调制接收灵敏度测试过程分为两步：首先，加大NFC标签与NFC手机间的距离，通过监听软件找到NFC手机能够接收到NFC标签响应的临界点；其次，通过标签分析软件解析NFC手机能够接收到的最小负载调制幅度，即NFC手机在读写器模式下的负载调制接收灵敏度，实测值为306.5 μV。测试结果如图20所示。

4 结 语

本文通过两种方案分别实现NFC手机的卡模拟模式和读写器模式的测试搭建，并通过软件分别验证不同模式下的测试结果。实验结果证明，两种模式的非接触式射频接口测试方法均符合ISO 14443A中的参数要求，故此两种方案用来作为NFC手机非接触式射频接口的测试是可行的。

参考文献

[1] LIU F，LIN Y D，RUAN Y X，et al. Lightweight-ALE-Based embedded RFID middleware[C]// International Conference on Wireless Communications，Networking and Mobile Computing，Beijing，2009：1-4.

[2] YD/T 2497-2013 手机支付基于13.56 MHz近场通信技术的非接触式射频接口技术要求[S].北京：人民邮电出版社，2013.

[3] YD/T 3145-2016 手机支付基于13.56 MHz近场通信技术的非接触式射频接口测试方法[S].中華人民共和国工业和信息化部，2016.

[4]赵宇枫.RFID与NFC技术与应用浅析[J].科学咨询（科技·管

理），2011（5）：75-76.

[5]孙福侠.基于Android 的NFC 手机支付设计与测试[D].上海：上海交通大学，2014.

[6]韩丽英.基于NFC系统的SWP接口设计与实现[D].北京：北京邮电大学软件学院，2010.

[7]马纪丰.安全RFID与NFC手机的互动防伪应用[J].中国防伪报道，2014（11）：92-95.

[8]魏玉来，赵林.RFID通讯与NFC技术应用浅析[J].工程技术（全文版），2016（12）：110.