發布日期：2022-05-20 點擊率：51
引言
近幾年，手機已經不再是簡單的通信工具，它已經成為便攜的娛樂工具，將來有望發展為可信賴的支付工具，在消費、購物、交通等領域通過手機方便、快捷地完成支付。基于手機的新需求，移動支付應運而生，并逐漸成為移動運營商、手機制造商、SIM卡制造商研究的熱點問題。移動支付的解決方案比較多，其中雙界面SIM卡方案和近距離通信（Near Field Communication，NFC）方案比較可行。雙界面SIM卡方案已經有產品面世，近距離通信方案正在研發階段。
雙界面SIM卡方案通過在SIM卡中增加非接觸IC卡界面進行非接觸通信。天線連接在SIM卡尚未使用的C4和C8這兩個接口上。雙界面SIM卡在手機中增加了非接觸IC卡的功能，但沒有實現閱讀器和點對點通信功能。NFC是由NXP公司和索尼公司提出的超短距離無線通信技術，它使得兩臺兼容NFC的設備之間可以直觀、便捷、安全地通信。NFC的主要應用是移動小額支付，還可以應用于門禁、公交等領域。
與雙界面SIM卡方案相比，NFC方案的優勢體現在以下方面：
① NFC方案可以實現更多的應用；
② 在NFC芯片與SIM卡的連接使用C6（SWP）觸點，并不影響SIM卡高速空中數據下載；
③ NFC方案是一套完善的解決方案，可以提供可靠、安全、便捷的通信；
④ NFC方案完全兼容現有的讀寫器，不需要對讀寫器進行任何更改。
綜上所述，近距離通信NFC是移動非接觸支付業務最可行的解決方案，而SWP連接方案則是NFC技術的一部分。
1 近距離通信概述
近距離通信是短距離非接觸式的一種，工作于13.56 MHz頻帶，傳輸距離在10 cm以內；傳輸速度目前可以達到106 kbps、212 kbps、424 kbps，理想速率可以達到1 Mbps左右。NFC所使用的頻率與目前流行的非接觸智能卡相同，同時兼容以ISO14443 A/B為基礎的感應式非接觸通信，以及Philips公司的MIFARE技術和索尼公司的FeliCa技術。
1.1 近距離通信原理
根據ISO18092標準，近距離通信可以工作在主動模式和被動模式。進行通信之前，可以選擇傳輸速率106 kbps、212 kbps、424 kbps中的一種，并可以在這三者間任意切換。
1.1.1 被動模式通信原理
在被動模式下，近距離通信的通信原理與RFID一樣，都是依靠電磁感應耦合原理完成通信。NFC手機有一塊NFC芯片，內置有天線，用來接收和發送無線數據。
NFC工作在被動模式時，閱讀器啟動NFC通信，稱為NFC發起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻域。NFC發起設備選擇3種速率的一種傳輸數據，ISO18092標準規定了每種傳輸速率使用的調制、編碼技術。NFC目標設備（從設備）不必產生射頻域，而使用負載調制（load modulation）技術，以相同的速度將數據傳回發起設備。此通信機制與基于ISO14443 A/B、Mifare和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，在被動模式下，NFC發起設備可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設備，并與之建立聯系。
就近距離通信應用的角度而言，其應用模式分為3種：標簽模式、閱讀器模式、點對點模式。標簽模式，即NFC芯片作為被動設備使用，其作用相當于應答器。為了保證數據的安全性，在更換手機后不至于重新設置密鑰信息，需要在SIM卡中保存移動支付的密鑰信息。通信設備包括閱讀器、NFC芯片和SIM卡。此時，NFC芯片提供射頻接口，負責轉發射頻數據給SIM卡。對SIM卡而言，不需要像雙界面SIM卡那樣增加非接觸接口，而使用SWP接口實現與NFC芯片的連接。在標簽模式下，NFC芯片類似于橋接器，在閱讀器和SIM卡之間轉發數據。
NFC芯片是嵌入手機中的芯片，由手機的電源系統供電。為了保證手機沒電時移動支付的正常進行，標簽模式需要支持無源工作，其工作原理基于電磁感應。閱讀器的天線線圈產生高頻的強電磁場，這種磁場穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。發射磁場的一部分磁力線穿過距閱讀器線圈有一定距離的應答器的天線線圈。通過感應在天線線圈上產生電壓，將其整流后作為電源提供給NFC芯片和SIM卡。
1.1.2 主動模式通信原理
在主動模式下，NFC發起設備要發送數據給目標設備時，必須產生自己的射頻場；被讀NFC設備發送響應給發起設備時，也要產生自己的射頻場。發起設備和目標設備都要產生自己的射頻場，這是對等網絡通信的標準模式，可以獲得非常快速的連接設置。
移動設備主要工作在被動模式，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。主動模式主要是針對點對點模式，用于筆記本、手機、數碼相機之間的數據交換。
1.2 近距離通信與RFID的關系
NFC是一種基于RFID的無線通信技術，二者都工作在13.56 MHz頻帶。在標簽模式下，NFC利用RFID的通信原理，都基于無線頻率的電磁感應耦合原理。
但是NFC技術是無線通信的新技術，與RFID還是有區別的：NFC技術增加了點對點通信功能，可以快速建立藍牙設備之間的P2P（點對點）無線通信，NFC設備彼此尋找對方并建立通信連接。P2P通信的雙方設備是對等的，而RFID通信的雙方設備是主從關系。
2 SWP標準及連接方案
2.1 SWP標準
SWP連接方案基于ETSI（歐洲電信標準協會）的SWP標準，該標準規定了SIM卡和NFC芯片之間的通信接口。
SWP（單線協議）是在一根單線上實現全雙工通信，即S1和S2這兩個方向的信號，如圖1所示。通信的雙方是UICC（Universal Integrated Circuit Card，通用集成芯片卡）和CLF（Contactless Front?end，非接觸前端）。S1是電壓信號，SIM卡通過電壓表檢測S1信號的高低電平，采用電平寬度調制；S2信號是電流信號，采用負載調制方式。S2信號必須在S1信號為高電平時才有效，S1信號為高電平時導通其內部的一個三極管，S2信號才可以傳輸。S1信號和S2信號疊加在一起，在一條單線上實現全雙工通信。
圖1 SWP信號定義
圖2 S1信號的編碼
S1信號的編碼如圖2所示，邏輯1在3/4周期（3/4T）內為高電平，邏輯0在1/4周期（1/4T）內為高電平。S2信號在S1信號為高時有效，在S1信號為低時才能進行由低電平到高電平的切換。SWP有3種傳輸速率：212 kbps、424 kbps、848 kbps，對數據位進行擴展之后，傳輸速率可以達到1 696 kbps。
SWP協議是關于物理層和數據鏈路層的協議。物理層負責UICC和CLF之間物理鏈路的激活、保持、解除工作。SWP協議要求UICC的工作電壓為1.8～3.3 V。
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