前言

進入21世紀以來，無線傳輸技術使得數據的傳輸變得更具創(chuàng)造力，在脫離了線纜連接的情況下，實現設備間的數據傳輸和交互如今已是許多人的日常生活。然而，這項技術從問世到普及也不過才短短二三十年而已。

時間雖短，扎根于信息時代的無線數據傳輸技術，卻早已枝繁葉茂，向世界傾瀉著它無盡的生命力。時至今日，在無線數據傳輸技術的主干上已經長出了Bluetooth（藍牙技術）、WiFi（無線網絡技術）、NFC（距離無線通訊技術）等眾多技術分支。它們的存在給不僅豐富了人們的生活，還提供了諸多便利。

上期我們給大家介紹了Bluetooth（藍牙技術），本期我們將接著為大家介紹另一類無線數據傳輸技術——NFC（近場通訊技術）。

概述

定義

NFC（Near Field Communication）近場通信技術，是一種新興的無線數據傳輸技術，使用了NFC技術的設備（例如移動電話）可以在彼此靠近的情況下進行數據交換，由非接觸式射頻識別（RFID）及互連互通技術整合演變而來的，通過在單一芯片上集成感應式讀卡器、感應式卡片和點對點通信的功能，利用移動終端實現移動支付、電子票務、門禁、移動身份識別、防偽等應用。

發(fā)展歷史

NFC技術脫胎于觸感感應技術，這項技術早于1980年代已經被發(fā)明。1983年，當時法國發(fā)明家Charlie Walton申請了一項名為"Proximity Coupling Device"的專利，這是最早的觸摸感應技術之一，用于無線通信和身份驗證。

1990年代：發(fā)展階段

在1997年，幾家公司包括飛利浦（Philips）和索尼（Sony）開始研究無線射頻識別（RFID）技術，這是NFC技術的前身。RFID技術允許物體通過無線射頻信號進行身份驗證和跟蹤，但在距離方面有一定的限制。

2002年：NFC標準化

NFC技術在2002年由飛利浦和索尼合并為NFC Forum。該組織的成立推動了NFC技術的標準化和推廣，幫助促進NFC的發(fā)展。

2004年：NFC商業(yè)應用推出

諾基亞（Nokia）成為首家在商業(yè)手機中集成NFC技術的手機制造商。并創(chuàng)造了NFC論壇，其在2004年推出了Nokia 3220手機，這標志著NFC技術首次進入消費市場。

2006年：NFC支付試點項目

首次NFC支付試點項目在芬蘭的薩爾科尼林納（Salo）地區(qū)啟動。這個試點項目是由諾基亞、銀行和電信運營商合作進行的，試圖探索NFC支付在現實生活中的應用。

2010年：Google推出Google Wallet

Google推出了Google Wallet，這是一款支持NFC技術的移動支付應用。它允許用戶使用支持NFC的手機進行支付和存儲信用卡等信息。

2014年：蘋果推出Apple Pay

蘋果終于在iPhone 6上推出了支持NFC技術的移動支付功能Apple Pay，這是NFC技術推廣的一個重要里程碑。

2015年：NFC在其他領域的應用拓展

除了移動支付，NFC在其他領域的應用也開始擴展，包括智能標簽、門鎖系統(tǒng)、公共交通票務等。

隨著時間的推移，NFC技術得到了廣泛應用，并且在智能手機和其他消費電子設備中得到了普及。它在移動支付、物聯(lián)網以及其他領域都有著廣闊的前景。不斷涌現的創(chuàng)新將繼續(xù)推動NFC技術的發(fā)展和普及。

應用形式

NFC標準為了和非接觸式智能卡兼容，規(guī)定了一種靈活的網關系統(tǒng)，具體分為三種工作模式：點對點通信模式、讀寫器模式和NFC卡模擬模式。

點對點模式

支持兩個近場通信設備之間相互通訊，實現信息交換和文件共享。例如多個具有NFC功能的數字相機、手機之間可以利用NFC技術進行無線互聯(lián)，實現虛擬名片或數字相片等數據交換。該模式下數據交換速度比其他模式更快。

經過把點對點形式作為前提，讓具備NFC功能的手機與計算機等相關設備，真正達成點對點的無線連接與數據傳輸，并且在后續(xù)的關聯(lián)應用中，不僅可為本地應用，同時也可為網絡應用。因此，點對點形式的應用，對于不同設備間的迅速藍牙連接，及其通信數據傳輸方面有著十分重要的作用。 

讀卡器模式

這種模式下NFC設備作為非接觸讀寫器使用。例如支持NFC的手機在與標簽交互時扮演讀寫器的角色，開啟NFC功能的手機可以讀寫支持NFC數據格式標準的標簽。

讀卡器模式的NFC通信作為非接觸讀卡器使用，可以從展覽信息電子標簽、電影海報、廣告頁面等讀取相關信息。

讀卡器模式的NFC手機可以從TAG中采集數據資源，按照一定的應用需求完成信息處理功能，有些應用功能可以直接在本地完成，有些需要與TD-LTE等移動通信網絡結合完成?；谧x卡器模式的NFC應用領域包括廣告讀取、車票讀取、電影院門票銷售等。

卡模擬模式

模擬卡片模式，這種模式就是將具有NFC功能的設備模擬成一張標簽或非接觸卡，例如支持NFC的手機可以作為門禁卡、銀行卡等而被讀取。

卡模擬形式關鍵指的是把具有NFC功能的設備進行模擬，使之變成非接觸卡的模式，比如，銀行卡與門禁卡等。這種形式關鍵應用于商場或者交通等非接觸性移動支付當中，在具體應用過程中，用戶僅需把自身的手機或者其他有關的電子設備貼近讀卡器，同時輸入相應密碼則可使交易達成。針對卡模擬形式中的卡片來講，其關鍵是經過和非接觸讀卡器的RF域實行供電處理，這樣即便NFC設備無電也同樣可以繼續(xù)開展工作。

技術對比

目前的近距離無線數據傳輸技術包括了RFID、藍牙、紅外等，NFC作為一種短距離的高頻無線通訊技術，與其他技術相比有其自身的特點和共性。

技術特點

NFC技術有很多特點，包括以下常見一些：

短距離通信：NFC技術適用于短距離通信，典型的工作距離在幾厘米之內。這使得設備必須相當接近才能建立連接，從而增加了安全性。

快速連接：NFC的連接速度非?？?，通常僅需幾百毫秒就能建立連接。這使得它在快速交換信息或進行簡單任務時非常方便。

雙向通信：NFC支持雙向通信，即兩個設備之間可以同時發(fā)送和接收數據。這種能力使得設備之間可以進行實時的數據交換和交互。

兼容性：NFC技術在許多現有的無線技術上建立，例如RFID（Radio Frequency Identification）和ISO/IEC 18092等。這使得它與其他技術兼容，能夠與現有的基礎設施進行交互。

安全性：NFC技術具有較高的安全性。由于其短距離通信特性，第三方很難在不被察覺的情況下進行監(jiān)聽或干擾。另外，NFC支持加密和安全認證，使得數據交換更加安全可靠。

應用領域

NFC的應用領域十分廣泛，涵蓋了充電、支付、安防、標簽等眾多領域，目前尚有應用潛力未被開發(fā)。

充電

2020年，NFC論壇發(fā)布了新的無線充電規(guī)范(Wireless Charging Specification)，簡稱WLC。讓智能手機或其他支持NFC的設備轉變?yōu)?ldquo;便攜式充電站”。

技術原理

NFC充電技術與Qi2一樣，也是采用的電磁感應技術。WLC標準支持在NFC的設備中使用一根天線來實現通信和充電功能的二合一，因此目前通過這個解決方案最高僅能實現1W的充電速度(WLC標準的無線充電支持250毫瓦、500毫瓦、750毫瓦和1瓦四種功率的傳輸等級)。這意味著支持NFC的設備可以在沒有電纜的情況下為用小型電池供電的IoT設備無線充電。

目前，新出的WLC 2.0 在 WLC 1.0 規(guī)范已定義的天線類別旁邊定義了一個新的天線類。這種具有較小天線尺寸的新天線類別允許實施可通過NFC技術充電的微型物聯(lián)網設備，此外，在充電功率上也提升至3W。

優(yōu)勢

我們之前介紹過Qi技術，同樣作為無線充電技術，WLC的1W充電功率，要遠低于Qi的5W以上功率，此外在技術沉淀上，WLC自推出以來才3年時間。但是，即便如此WLC也還有一些顯著的優(yōu)勢。

NFC無線充電具有三大優(yōu)勢：一是能量傳輸與數據傳輸在物理層的硬件電路上合二為一，特別適用于一些對充電功率要求不高的產品，如小型低功耗的物聯(lián)網設備，可以在設計中省去傳統(tǒng)的Qi充電線圈。

二是NFC無線充電技術天線尺寸相較于高功率的Qi標準的無線充電技術天線尺寸要小數倍。這主要由兩者工作頻率決定的，即Qi標準工作頻率一般為125KHz，而NFC無線充電技術工作頻率在更高的13.56MHz。因此，Qi標準天線尺寸設計一般需要10厘米甚至更長，但NFC無線充電技術天線尺寸則可縮小到1厘米以下。

三是基于NFC的工作原理，提供更大的能量驅動一些無源設備，滿足越來越多的無源物聯(lián)網的需求。實際上，早在2019年，業(yè)界就推出支持NFC無線接觸式充電的設備，可使數據傳輸與充電同時進行，主要應用于操作簡便、體積更小的可穿戴設備。

因此，從應用的角度，NFC無線充電實際上是補充了無線充電聯(lián)盟的Qi無線充電標準，同時加強了整個無線充電生態(tài)系統(tǒng)：Qi專注于5W以上的無線充電;NFC無線充電目前主要滿足250至1000mW的充電，預計2023年內將支持3W充電。

應用范圍

目前NFC無線充電技術適合為電源有限的小型設備充電，例如手寫筆、耳機、健身追蹤器、智能手表或其他小型消費類產品。

此外，在手寫筆應用上，通用手寫筆計劃(USI)與NFC論壇合作試行了NFC無線充電，并將之納入其數字手寫筆的規(guī)范中。USI是非專有的有源數字手寫筆技術的領導者，也是唯一可用的開放數字手寫筆標準。
支付

NFC支付主要應用到NFC的卡模擬模式，將帶有NFC功能的手機虛擬成銀行卡、一卡通等的應用。這種應用，稱為開環(huán)應用。理想狀態(tài)下是帶有NFC功能的手機可以作為一張銀行卡在超市、商場的POS機上進行刷手機消費，但目前在國內還無法完全實現。但是在NFC技術的發(fā)源地日本，基于NFC卡模擬模式的應用已經十分普遍。
開環(huán)

主要原因是作為開環(huán)應用下的NFC支付有著繁冗的產業(yè)鏈，背后的卡商、方案商的利益和產業(yè)格局博弈十分復雜。就目前國內NFC開環(huán)應用的大環(huán)境來說，由于各方面利益的博弈，NFC開環(huán)支付應用已經錯過了在支付寶和微信支付等移動支付普及之前的最佳時機，NFC開環(huán)支付已經不可能再單獨發(fā)展起來。
閉環(huán)應用

NFC虛擬成一卡通卡的應用，稱為閉環(huán)應用。目前NFC的閉環(huán)應用在國內的發(fā)展也不太理想，雖然在有些城市的公交系統(tǒng)已經開放了手機的NFC功能，但并沒有得到普及。根本原因是以卡為載體的一卡通系統(tǒng)有一個發(fā)卡的獲利，系統(tǒng)集成商和運營商(公交集團及學校等)在發(fā)卡上可以獲得豐厚的利潤。所以目前小米和華為都在一些城市試點開通手機的NFC公交卡功能，但目前都還需要開通服務費。但是隨著NFC手機的普及技術的不斷成熟，一卡通系統(tǒng)會逐漸支持NFC手機的應用，前景是樂觀的，但過程注定是曲折的。

安防應用

NFC安防的應用主要是將手機虛擬成門禁卡、電子門票等。NFC虛擬門禁卡就是將現有的門禁卡數據寫入手機的NFC，這樣無需使用智能卡，使用手機就可以實現門禁功能，這樣不僅是門禁的配置、監(jiān)控和修改等十分方便，而且可以實現遠程修改和配置，例如在需要時臨時分發(fā)憑證卡等。NFC虛擬電子門票的應用就是在用戶購票后，售票系統(tǒng)將門票信息發(fā)送給手機，帶有NFC功能的手機可以把門票信息虛擬成電子門票，在檢票是直接刷手機即可。

從上述描述我們會發(fā)現，NFC在安防領域的應用具有較好的前景，主要在于NFC的技術手段可構造更智能、更安全的安防系統(tǒng)。這毫無疑問也是契合安防系統(tǒng)發(fā)展趨勢的。

標簽

NFC標簽的應用將信息錄入NFC標簽內，用戶只需用NFC手機在NFC標簽上揮一揮就能獲取相關信息。相關應用場景有很多：

例如，我們可以將名片信息錄入到NFC標簽，然后兩臺NFC手機接觸就能獲取到雙方文件信息。再例如商家可以把含有海報、促銷信息、廣告的NFC標簽放在店門口，用戶可以根據自己的需求用NFC手機獲取相關的信息。

然而，雖然NFC標簽在應用上十分便捷，成本也很低，但在目前移動網絡的普及和二維碼的逐漸流行，NFC標簽的應用前景不容樂觀。因為和NFC標簽相比，二維碼只需要生成和印刷成一個小圖像，可以說幾乎是零成本，提供的信息和NFC一樣很豐富，很容易就會替代NFC標簽的應用。

總結

NFC技術對于中國人而言已經是較為熟悉的事物了，現如今在中國幾乎所有主流手機品品牌都有“NFC”功能，此外，很多穿戴設備都有配備NFC芯片。我們用它乘車，用它開門，用它實現了生活中的諸多便利。可以說，就應用潛力而言，NFC發(fā)展空間還十分巨大，尤其是在安保、支付以及充電等熱門領域。

然而，技術要想得到更廣泛的應用，必須貼近人們的生活場景做改良和突破。以WLC標準的NFC充電技術為例，目前的定位是作為小功率設備的主要無線充電方案，但目前市面支持NFC無線充電的產品還非常少。在支付領域，受限于銀行、金融等組織的利益分配問題，NFC技術也未能大展身手。凡此種種，不勝枚舉。

這些局限性，既有NFC技術本身帶來的，也有其他因素影響。但是無法阻礙技術發(fā)展的腳步，未來一旦出現更好的市場窗口，NFC技術必將得到長足的發(fā)展。