近距离无线通信技术标准解析

1 引言

目前，随着短距离无线数据业务迅速膨胀，近距离无线通信(NFC，NearFieldCommunication)技术呈现出良好的发展势头。NFC技术由Philips公司和Sony公司共同开发，于2004年4月被批准为国际标准ISO/IEC18092《信息技术系统间近距离无线通信及信息交换的接口和协议(NFCIP-1)》。获得批准的ISO/IEC18092由物理层和数据链接层组成，属于利用13.56MHz电波的近距离无线通信规格，可使配置了该技术接口的消费类设备之间建立一种短程通信网络，从而大大改善用户以无线方式接入数据及服务的性能。2004年Philips公司首先推出两枚可应用于手机中的NFC芯片，接着Nokia公司开始销售带有NFC芯片的手机，并且与Philips和Sony现有的非接触智能卡技术Mifare、FeliCa完全兼容。数据传输速度可以选择106kbit/s、212kbit/s或者424kbit/s，在连接NFC后还可切换其他高速通信方式。ISO/IEC18092对NFC技术标准作了详细的说明，但是由于使用13.56MHz频段进行通信的不止只有NFC，因此，2005年1月ISO/IEC21481《信息技术系统间近距离无线通信及信息交换的接口和协议(NFCIP-2)》即"NFCIP-2"正式发布，该标准对NFC通信模式选择机理作了补充说明，使标准进一步完善。因此NFC基于ISO/IEC18092、ISO/IEC21481、ECMA340、352、356以及ETSITS102、190标准，同时又兼容ISO14443A标准，具有自身的技术优势和特点，能够广泛应用到不同的场合。

2 NFC国际标准简介

NFC技术支持三种不同的操作模式：（1）读写模式（对FeliCa或ISO14443A卡的读写）；（2）卡模式(如同FeliCa和ISO14443A/MIFARE卡的通信)；（3）NFC模式（NFC芯片间的通信）。NFC国际标准ISO/IEC18092、ISO/IEC21481涵盖通信模式、调制与编码、防冲突机制、帧结构等内容。

2.1通信模式

NFC工作于13.56MHz频段，支持主动和被动两种工作模式和多种传输数据速率，如表1所示。在主动模式下，主呼和被呼各自发出射频场来激活通信，在被动工作模式下，如果主呼发出射频场，被呼将响应并且装载一种调制模式激活通信。也就是说在一对NFC通信设备中(主呼和被呼)，至少有一方是主动的。

NFC设备在传输有效数据前必须先通过有关协议选定一种通信模式和传输数据速率，在数据传输过程中，选定的通信模式和传输数据速率不能改变。数据传输速率R与射频fc之间的关系为：

(1)

其中D是一个乘数因子。

2.2调制技术

NFC标准中对于高速传输(>424kbps)目前还没有作出具体的规定。在低速传输时都采用了ASK调制，但对于不同的传输速率具体的调制参数是不同的。表1中的模式1，ASK调制脉冲波形如图1(a)所示，调制度为100％。对于模式2、模式3，调制脉冲波形如图1(b)所示，调制度为8％～30％。

2.3编码技术

NFC的编码包括信源编码和纠错编码两部分。

2.3.1信源编码

不同的数据传输速率对应的信源编码的规则也不一样。对于模式1，信源编码的规则类似于密勒(Miller)码。具体的编码规则包括起始位、"1"、"0"、结束位和空位。对于模式2和模式3，起始位、结束位以及空位的编码与模式1相同，只是"0"和"1"采用曼彻斯特(Manchester)码进行编码，或者可以采用反向的曼彻斯特码表示。

2.3.2纠错编码

纠错编码采用循环冗余校验法。所有的传输比特，包括数据比特、校验比特、起始比特、结束比特以及循环冗余校验比特都要参加循环冗余校验。由于编码是按字节进行的，因此总的编码比特数应该是8的倍数。循环码的码多项式为：

g(x)=x16+x12+x5=1（2）

其中，模式1移存器的初始值为6363，模式2和模式3移存器的初始值为0。

2.4防冲突机制

为了防止干扰正在工作的其他NFC设备（包括工作在此频段的其他电子设备），NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行系统初始化以检测周围的射频场。当周围NFC频段的射频场小于规定的门限值（0.1875A/m）时，该NFC设备才能呼叫。图2所示的是系统初始化，防冲突检测的流程图。

检测帧：检测帧是用在单用户检测过程中的，以保证点对点通信的进行。检测帧由一个7字节的标准帧一分为二而成，其中第一部分是由主呼传至被呼，第二部分是由被呼至主呼。模式2、模式3的帧结构比较简单，其中，前导符至少要有48比特的"0"信号；同步标志有两个字节，第一个字节的同步码为"B2"，第二个字节的同步码为"4D"；数据长度是一个8比特码，它表示有效传输数据的字节数。

如果在NFC射频场范围内有两台以上NFC设备同时开机的话，需要采用单用户检测来保证NFC设备点对点通信的正常进行。单用户识别主要是通过检测NFC设备识别码或信号时隙完成的。