近场通信是继蓝牙、Wi—Fi、ZigBee后的又一种短距离无线通信技术，它以射频识别技术为基础，允许设备之间进行非接触点对点数据传输和数据交换。为促进该技术的发展，恩智浦公司推出了PN511系列芯片，该系列芯片支持读写器、卡模拟以及点对点三种不同应用模式，并可根据应用需求在不同模式间切换。此外近场通信技术还具有带宽高、功耗小、成本低以及良好的安全性等特点，在手机支付等领域具有广阔的应用前景。
关键词：近场通信；射频识别；读写器模式；卡模式；NFCIP-1模式
0 引言
近场通信(Near FiELD CommunICation．NFC)技术是一种短距离无线通信技术，它允许设备之间进行非接触点对点数据传输和数据交换。近场通信最初是由恩智浦(NXP)和索尼公司在2002年共同联合开发的新一代无线通信技术，并被国际标准化组织(ISO)与国际电工委员会(IEC)等接收为标准。之后，为推动NFC技术的发展，2004年由恩智浦、索尼和诺基亚公司创建了NFC论坛，目前NFC论坛在全球拥有超过140个成员，其中包括许多知名企业，且发展态势相当迅速。由于近场通信具有较高的安全性，因而被认为在移动支付等领域具有很广的应用前景，尤其是当前智能手机的普及，使得在不久的将来NFC技术与手机结合可以完全替代各种卡片、证件等，实现只需一部手机就能干所有事的目标。
1 常见短距离无线通信方式
随着电子技术的发展和各种便携式通信设备的不断增加，人们对于各种设备间的信息交互有了强烈的需求，希望通过一个小型的、短距离的无线网络实现在任何地点、任何时候与任何人进行通信与数据交换，从而促使以蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、NFC、超宽带(UWB)等技术为代表的短距离无线通信技术的产生和发展。短距离无线通信技术的基本特征为低成本、低功耗和对等性。根据数据传输速率，短距离无线通信技术可分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信。高速短距离无线通信最高速率大于100 Mb／s，通信距离小于10 m，典型技术有高速UWB和60 GHz；低速短距离无线通信最低速率小于1 Mb／s，通信距离小于100 m，典型技术有低速UWB、ZigBee、蓝牙。目前蓝牙、WiFi(80 2．11)、ZigBee、红外(IrDA)、超宽带、近场通信(NFC)等短距离无线通信技术较受关注，它们在传输速度、传输距离、功耗、可扩展性等方面各有优势，但没有一种技术可以满足所有应用需求。
蓝牙是一种使用全球通用的2．4 GHz ISM频段的短距离无线通信技术规范，自蓝牙规范1．0版推出后到现在的4．0核心规范，蓝牙技术的推广与应用得到了快速发展。蓝牙技术的主要特点有全球范围适用、可同时传输语音和数据、可以建立临时性的对等连接、具有较强的抗干扰能力、很小的体积、开放的标准接口以及低功耗、低成本等。
WiFi技术与蓝牙技术一样也是使用2. 4 GHz ISM附近的无线频段，该技术目前有两个标准即IEEE 802.11a和IEEE 802．11b。WiFi技术的主要特点有数据传输速率高、覆盖范围较宽，适合在办公室、家庭以及公共场所中布设热点，可作为有线宽带的一种延伸与补充。
ZigBee主要应用在对数据传输速率要求不高的场合，使用的频段分别为2．4 GHz和868 MHz／915 MHz，是一种基于IEEE 802. 15．4标准的低复杂度、低功耗、低成本、低数据速率、短时延、大容量、高安全的无线网络技术，特别适合于星状、簇状和网状结构应用，并具有自组织、自维护能力。
超宽带技术是一种利用纳秒级的非正弦波窄脉冲进行数据传输的无线载波通信技术，因而其所占的频谱范围非常宽，在3．1～60 GHz频段中占用500 MHz以上的带宽，在10 m左右范围内支持高达110 Mb／s的数据传输速率，特别适合视频数据传输，具有传输速率高、良好的通信保密性、极强的穿透能力以及系统结构实现较简单等特点。
红外通信是利用900 nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒介，由于波长较短，因而更适合应用于短距离点对点的直线数据传输，具有简单、小型和低成本的优点，目前绝大多数家用电器中的遥控器就是使用了红外数据传输技术。
2 近场通信与射频识别技术的区别
射频识别技术是20世纪90年代兴起的一项自动识别技术，又称为电子标签技术，它利用无线电射频方式进行非接触双向通信。在RFID系统中主要由射频卡(应答器)和读写器组成，射频卡和读写器之间通过电感耦合或电磁耦合方式实现能量和数据的传输。在电感耦合方式的RFID系统中，一般采用低频和高频频率，典型频率有125 kHz、135 kHz、6．78 MHz、13．56 MHz和27．125 MHz。该方式的读取距离一般在0～100 cm，涉及的标准有ISO11784／11785、ISO14443、ISO15693和ISO18000-3等。在电磁反向散射耦合方式的RFID系统中，一般适合于微波频段，典型频率有433 MHz、800 MHz／900 MHz、2．45 GHz和5. 8 GHz。该方式的读取距离一般大于1 m，涉及的标准有ISO18000-4、ISO180 00-6和ISO18000-7等。目前在RFID系统中，射频卡和读写器均有各自号用芯片，有的读写器专用芯片还支持多协议，但射频卡和读写器之间不能进行角色互换。
NFC是从射频识别技术演变而来的，与其相近的是频率为13. 56 MHz、符合ISO14443标准的高频RFID系统。NFC技术在单一芯片上实现了读卡器、卡片和点对点的多重功能，即根据不同应用需求可在不同工作模式间转换，可以在短距离内与兼容设备进行相互识别和数据交换。与射频识别一样，近场通信中数据也是通过电感耦合方式传递，但近场通信由于采取了特殊的信号衰减技术，其传输范围比射频识别要小，相对于射频识别来说近场通信具有成本低、带宽高、功耗小等特点。与射频识别不同的是，近场通信具有双向连接和识别的特点，且其传输速率可变为106 Kb／s，212 Kb／s，424 Kb／s或更高，而ISO14443标准下的RFID系统其传输速率单一且固定为106 Kb／s。另外在安全性方面，近场通信更安全，响应时间更短，更适合在移动支付等无线短距离传输环境下的应用。
3 PN511系列芯片原理及应用
PN511、PN512、PN531、PN533以及PN544是NXP公司推出的系列NFC芯片。该系列NFC芯片支持卡、读写器及NFC三种不同的应用模式，工作频率均为13．56 MHz，作用距离为10 cm左右，数据传输速率可以选择106 Kb／s，212 Kb／s，424 Kb／s，今后可提高至1 Mb／s，兼容应用广泛的ISO14443 Type-A、B以及FeliCa标准。
3．1 基本原理
与RFID一样，NFC工作于13．56 MHz频率范围，兼容ISO14443及Felica标准，也是通过电感耦合方式传递数据。与RFID不同的是，NFC的传输范嗣比RFID小，具有双向连接和识别的特点，其传输速率可变。下面以PN511为例进行分析。
PN511支持3种不同的工作模式：支持ISO14443A／Mifare和Felica模式的读写器模式；支持ISO14443A／Mifare和FeliCa模式的卡工作模式；NFCIP-1模式。
此外，PN512与PN511的区别是还支持ISO14443B读写器模式，而PN531与PN511、PN512的区别是内部增加了一个51内核的微处理器，并且提供多种接口。PN533不仅支持完整的卡协议，还支持Mifare Crypto加密算法，传输速率可达848 Kb／s。PN544是第二代NFC控制器，功能更强大，应用于手机和便携式设备。
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3. 1. 1 读写器模式
PN511通常支持2种读写器模式，即ISO14443A／Mifare读写器或FelICa读写器．如图1所示。在读写器模式下，PN511能够与非接触ISO14 443A／Mifare、FeliCa卡进行通信。
(1)ISO14443A／Mifare读写器模式
ISO14443A／Mifare读写器模式是根据ISO14443A／Mifare规范进行通信的普通读写器，图2描述了通信过程，表1列出了通信参数。
(2)FeliCa读写器模式
FeliCa读写器模式是根据FeliCa规范进行通信的普通读写器。图3描述了通信过程，表2列出了通信参数。
3．1．2 卡模式
PN511可以像ISO14443A／Mifare或FeliCa卡那样寻址，并可以根据ISO14443A／Mifare或FeliCa接口所描述的采用负载调制的方法产生应答。但PN511不支持完整的卡协议，须由控制器或专门的安全访问模块(SAM)来处理。如图4所示。Mifare卡工作模式通信参数、FeliCa卡工作模式通信参数同上。
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