淺談NFC手機非接觸式射頻接口測試方法

張清聯

摘 要：文中簡單概括了NFC技術的基本原理和通信模式，通過兩種方案分別實現了NFC手機卡模擬操作模式和讀寫器操作模式，以達到對NFC手機進行非接觸式射頻接口測試的目的。實驗結果證明，文中方法作為NFC手機非接觸式射頻接口的測試是可行的。

關鍵詞：NFC手機；卡模擬模式；讀寫器模式；非接觸式射頻接口測試

中圖分類號：TP391.45 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）08-00-03

0 引 言

NFC （Near Field Communication，NFC）技術由非接觸式射頻識別 （RFID）及互聯互通技術整合演變而來，是由NXP，Sony，Philips公司最早發起，由Nokia，Sony等著名大廠商聯合主推的一項重要的無線技術[1]。NFC 技術將感應讀寫功能與感應卡技術相結合，可在短距離內快速識別其他兼容設備，具有交互距離短、交互操作簡單的特點。手機通過NFC功能可簡化與其他兼容設備的交互過程，使互相訪問變得更加方便簡單。

NFC 通信的對象分為初始方與目標方。初始方為產生射頻磁場并發起NFC通信的一方；目標方可用負載調制方式（射頻磁場由初始方產生）或自身產生的射頻磁場進行信號調制，對初始方指令做出響應[2]。NFC通信的過程分為主動通信模式與被動通信模式。在主動通信模式下，初始方與目標方均使用自身的射頻磁場進行通信；被動通信模式為初始方產生射頻磁場，目標方以負載調制的方式響應初始方的命令[3]。在被動通信模式下，基于ISO 14443A，MIFARE 和FeliCa 的相關協議[4]，NFC 的初始方可用相同連接和初始化過程檢測NFC目標方或非接觸式智能卡，并與其建立聯接[5]。在主動通信模式下，當一臺NFC 設備向另一臺NFC 設備發送數據時，通過對等網絡通信標準模式發起通信，通信的目標設備與發起設備都產生射頻磁場，從而通過產生的射頻磁場進行通信和數據傳遞[6]。

1 NFC手機測試設備搭建

NFC手機的主要應用場景有卡模擬模式、讀寫器模式與點對點模式三類。其中，卡模擬模式與讀寫器模式采用被動通信模式。例如，刷公交卡，讀取電子設備信息，在POS 機上付款等。采用被動模式的顯著優點是可大幅度降低NFC手機的功耗，并延長手機電池的使用壽命。不同國際組織制定的協議標準不同，其對應關系見表1所列。

本文以ISO 14443 TypeA為技術參數， ISO 10373-6為測試方法，聚星儀器的射頻識別綜合測試儀為硬件平臺，選用Samsung某款帶有NFC功能的手機為測試樣機，分別搭建卡模擬模式的非接觸式射頻接口測試模型和讀寫器模式的非接觸式射頻接口測試模型。

1.1 卡模擬模式的實現

卡模擬模式的應用場景為：NFC手機為目標設備，內置非接觸式卡片，POS機為發起設備，NFC手機通過負載調制響應POS機的命令。目前，市場上卡模擬模式的實現途徑主要有兩種：一種是NFC手機內置SWP-SIM，通過運營商的錢包功能實現移動支付；另一種是NFC手機自帶手機錢包功能，通過添加銀行卡或公交卡實現移動支付。本文選用第二種方式，通過在Samsung手機上添加一張銀行卡實現卡模擬模式功能。

1.2 讀寫器模式的實現

讀寫器模式也在被動通信模式下實現，其應用場景為：NFC手機為發起設備并產生射頻磁場，NFC標簽為目標設備，響應NFC手機的命令。本文通過在NFC手機上安裝TagInfo或NFC Tools Pro類的APP作為初始方，NFC標簽選用一款寵物狗標簽作為目標方，通過監聽軟件監聽NFC手機和NFC標簽之間的真實通信傳輸過程。監聽到的射頻信號內容

如下：

[Command Name]

MIFARE Ultralight_Read

[Tx Data]

Read（8）=00110000

Address（8）=00000000

CRC_A（16）=0000001010101000

[Rx Data]

Data0（8）=00000100

Data1（8）=10111101

Data2（8）=00000000

Data3（8）=00110001

Data4（8）=11110010

Data5（8）=11111000

Data6（8）=01001000

Data7（8）=10000100

Data8（8）=11000110

Data9（8）=01001000

Data10（8）=00000000

Data11（8）=00000000

Data12（8）=11100001

Data13（8）=00010000

Data14（8）=00010010

Data15（8）=00000000

CRC_A（16）=1000010000111101

2 NFC手機卡模擬模式測試的實現

2.1 負載調制

通過調節設備發射功率和接收功率的大小，分別調節測試環境的場強最小值和最大值。當Hmin=1.5 A/m時，上負載調制為58.07 mV，下負載調制為45.61 mV。測試結果如圖1

所示。

當Hmin=7.5 A/m時，上負載調制為58.07 mV，下負載調制為45.61 mV。測試結果如圖2所示。

2.2 解調能力

根據ISO 10373-6的要求，解調能力測試需要調整上升沿及下降沿，查看標簽的響應狀態。測試結果如圖3～圖5

所示。

2.3 諧振頻率

諧振頻率測試結果如圖6所示。

2.4 負載效應

DUT放置參考標簽時，調制發射功率，保證最小場強為1.5 A/m，然后去掉參考標簽，放上NFC手機（處于卡模擬模式狀態），測得場強值為1.583 A/m，大于最小場強值，滿足標準要求。測試結果如圖7所示。

2.5 輪詢

分別選用三種不同的工作環境（場強分別為1.5 A/m，

4.5 A/m，7.5 A/m），每種環境下的NFC手機都會響應一個有效的ATQA。測試結果分別如圖8（a）～（c）所示。

（a）場強為1.5 A/m的測試結果

（b）場強為4.5 A/m的測試結果

（c）場強為7.5 A/m的測試結果

2.6 狀態轉換

狀態轉換如圖9～圖16所示。

3 NFC手機讀寫器模式測試實現

當傳輸速率為分別為106 kb/s，212 kb/s，424 kb/s時，NFC手機在讀寫器模式下的測試結果如圖17～圖19所示。

當傳輸速率為212 kb/s時，NFC手機在讀寫器模式下的測試結果如圖18所示。

當傳輸速率為424 kb/s時，NFC手機在讀寫器模式下的測試結果如圖19所示。

NFC手機在讀寫器模式下的負載調制接收靈敏度測試過程分為兩步：首先，加大NFC標簽與NFC手機間的距離，通過監聽軟件找到NFC手機能夠接收到NFC標簽響應的臨界點；其次，通過標簽分析軟件解析NFC手機能夠接收到的最小負載調制幅度，即NFC手機在讀寫器模式下的負載調制接收靈敏度，實測值為306.5 μV。測試結果如圖20所示。

4 結 語

本文通過兩種方案分別實現NFC手機的卡模擬模式和讀寫器模式的測試搭建，并通過軟件分別驗證不同模式下的測試結果。實驗結果證明，兩種模式的非接觸式射頻接口測試方法均符合ISO 14443A中的參數要求，故此兩種方案用來作為NFC手機非接觸式射頻接口的測試是可行的。

參考文獻

[1] LIU F，LIN Y D，RUAN Y X，et al. Lightweight-ALE-Based embedded RFID middleware[C]// International Conference on Wireless Communications，Networking and Mobile Computing，Beijing，2009：1-4.

[2] YD/T 2497-2013 手機支付基于13.56 MHz近場通信技術的非接觸式射頻接口技術要求[S].北京：人民郵電出版社，2013.

[3] YD/T 3145-2016 手機支付基于13.56 MHz近場通信技術的非接觸式射頻接口測試方法[S].中華人民共和國工業和信息化部，2016.

[4]趙宇楓.RFID與NFC技術與應用淺析[J].科學咨詢（科技·管

理），2011（5）：75-76.

[5]孫福俠.基于Android 的NFC 手機支付設計與測試[D].上海：上海交通大學，2014.

[6]韓麗英.基于NFC系統的SWP接口設計與實現[D].北京：北京郵電大學軟件學院，2010.

[7]馬紀豐.安全RFID與NFC手機的互動防偽應用[J].中國防偽報道，2014（11）：92-95.

[8]魏玉來，趙林.RFID通訊與NFC技術應用淺析[J].工程技術（全文版），2016（12）：110.