NFC：跟现金和信用卡说不

智能手机很快就将包含近场通信(NFC)无线技术，这使得智能手机能用作钥匙或信用卡。用户只需在NFC阅读器附近挥动他们的手机或与NFC阅读器轻轻接触，两个设备之间就能实现数据交换进而完成交易。自动配对是另外一种新兴应用。

无线技术

NFC的最大范围大约是20cm，典型的使用距离是4cm至5cm，这对安全性很有好处。近场通信技术顾名思义就是使用近场，而不是人们更加熟悉的远场。

远场由正交的电场和磁场组成，这些电磁场距离天线几个波长之外。波形则按照麦克斯韦(Maxwell)方程预测的方式展开，其中电磁场不断交换能量并沿着信号路径相互恢复。场强随距离(d)增加按照比例因子1/d2而减小。

近场距离天线一个波长之内，它也是由电场和磁场组成，虽然磁场占主导地位。信号强度的衰减因子是1/d6，因此与远场相比其有用性要低得多。

实际上，近场是发射天线产生的磁场，可以看作是空心变压器的初级，接收天线可以看作是该变压器的次级绕组。衰减使得总有效无线距离非常短。

近场通信工作在免许可的13.56MHz频率，它需要经过联邦委员会(FCC)发布的CFR47标准第15和第18部分的认证，大多数其它国家也认可这个标准。采用10%或100%调制的幅移键控(ASK)技术。发射的二元数据使用曼彻斯特(Manchester)编码或改进的米勒(Miller)编码以确保传输可靠性。

根据编码和调制百分比，数据速率可达106kbits/s、212kbits/s或424 kbits/s。一些NFC设备使用标准的NRZ-L编码。二元相移键控(BPSK)调制是数据速率为106kbit/s的另外一种方案。典型的信号带宽是±7kHz或高达±1.8MHz，取决于具体的数据编码和速度。

有些设备可以提供848kbits/s的数据速率，但这不是认证标准的内容。更快的甚高比特率(VHBR)修订标准正在考虑中，对某些应用来说可能将速率提高到6.8Mbits/s。

NFC模式、设备和协议

近场通信有两种基本的工作模式：有源和无源(图1)。在有源模式下，电池或电源为两个通信设备充分供电。在无源模式下，其中一个通信设备拥有完整的供电电源，另外一个则完全是无源模式。被称为标签的无源设备从接收到的有源设备发射的射频信号中获取直流工作电源。

图1：近场通信同时使用有源和无源设备。

射频标签(RFID)的工作原理也是一样。无源设备先加电，然后使用负载调制(一种低调制百分比的ASK)将数据传回到有源设备。负载调制是将数据调制到848kHz的子载波，然后再将这个子载波调制到13.56MHz主载波。最终，信号将改变侦听设备的阻抗，从而转换成某种形式的ASK。

有源和无源设备工作在212kbit/s和424kbit/s速率时都使用曼彻斯特编码且调制率为10%的ASK。有源设备工作在106kbit/s速率时采用米勒编码和100%调制的ASK，以确保初始连接。图2显示了标准NRZ-L代码和NFC编码选项。

图2：近场通信中使用的二进制波形包括标准NRZ-L格式(a)、交流曼彻斯特编码波形(b)、直流曼彻斯特编码(c)和改进型米勒编码(d)。曼彻斯特和米勒编码可以提供更加可靠的读取，而且时钟恢复非常方便。

基本通信模式是半双工，即一个设备在发送时，另一个设备只能接收。操作模式是在"交谈"前先要"侦听"。其中一个设备是发起设备，必须对信道进行侦听，只有侦听到信道上没有其它信号时才发送信号。发起设备"轮询"可能靠近自己的其它设备。其它设备或目标设备则侦听并根据正式协议响应发起设备。

其它操作模式是读/写、点到点和卡模拟。读/写操作用于在有源设备和无源设备之间从一个设备到另一个设备传送数据。发起设备要么读取无源设备，要么写入无源设备。在点到点模式，两个有源设备可以通过交换数据建立一条进行其它传输的链路。卡模拟模式的工作原理就像是一个有源设备读取一个诸如智能信用卡或标签等无源设备。

NFC标准

目前有多种NFC标准，如NFC-A、NFC-B和NFC-F，它们定义了几种稍有不同的传输技术。每种标准规定了不同的数据速率、调制、编码或工作模式(见表)。执行轮询的发起设备试图检测响应设备的特定模式，然后将自己配置为合适的技术，最终完成事务处理。

另外，NFC标准定义了4种基本的无源标签类型，即从类型1到类型4。每种类型有不同的内存容量，并且匹配某种流行的标准。类型1和类型2分别具有96B和48B到2kB的最大存储容量，工作在106kbits/s。类型3和类型4工作在212kbits/s或424kbits/s，分别拥有1MB或32kB的最大存储容量。

NFC标准进一步规定了一种称为NFC数据交换格式(NDEF)的消息封装格式，用于正常的操作过程之中。每次传输称为一条消息，每条消息由一条或多条记录组成(图 3)。一条记录包含有效负