RFID和NFC的发展瓶颈及解决之道

从身份识别到供应链管理、资产管理、公交车/停车场/高速公路自动付费，一直到识别和追踪食品，非接触式射频识别标签(RFID)的应用范围已延伸至我们生活的方方面面，也创造出一个快速增长的市场。目前国内外的许多应用试验已证明，RFID在增加供应链透明度、节约时间和劳动力成本、提高工作效率等方面具有积极的作用。就中国市场而言，RFID的低频和高频应用已经相对成熟，但是超高频技术与国外相比还存在差距，无法实现规模生产。未来超高频的应用热点将主要集中在物流仓储、高速公路自动收费、城市智能交通、生产制造等领域。

　　RFID的下一个应用热点将是手机、PDA和汽车电子产品。不过，WJ通讯公司市场经理Prashant Upreti认为：“如果要将射频识别技术广泛应用于消费电子产品或汽车电子产品，必须把读写器做成芯片组。”WJ通讯公司最近推出的第二代UHF RFID组件WJM3000，是在该公司RFID 阅读器芯片组WJC200的基础上研制的。WJM3000的射频输出功率为1W(+30dBm)，可以在阅读器稠密(DRM)的情况下工作。“WJM3000为价格昂贵的固定/便携式阅读器提供了一种低成本的解决方案，采用Gen2标签时其典型的读取距离为15-20英寸，支持高达240 KHz的数据速度，内置智能功率管理功能。此外，紧凑的外形使其成为将RFID功能集成到移动设备时的理想方案。”Prashant Upreti表示。

　　标准和频段问题仍然是RFID发展的主要瓶颈

　　从实际的商用情况来看，RFID的发展状况并不尽如人意。根据最近对几家公司的访问显示，标准不统一和工作频段不同仍是RFID技术推广的瓶颈。深圳远望谷信息技术股份有限公司市场总监钟书华表示，“标准不统一表现在HOST与读写器之间的接口标准不统一，各个读写器生产厂家生产的读写器与上端HOST的数据交换的协议和格式不一样，造成读写器之间不能互换，不同的读写器不能同网工作。”虽然目前EPC Global组织已经意识到这个问题，并且已经出台了读写器与HOST之间的数据交换标准。但是要推出满足标准的读写器仍需等待一段时间。RFID的工作频段也不同，尤其是欧洲的RFID标准增加了“先听后发”的功能，因此在开发读写器时，要能够同时兼容欧洲标准和北美标准有一定的难度。此外，价格也是制约其发展的因素之一。立格射频科技副总经理徐展指出，目前RFID设备和标签的价格都相对较高，不利于该技术的推广。

　　另一方面，在RFID产品的研发中也存在着许多亟待解决的问题。以读写器的开发为例，一般来说我们希望读写器读取标签的距离越远越好，但某些现实应用环境的要求却并非如此，例如在高速公路自动收费应用中，多条车道安装有多台读写器，读写器可能读到相邻车道上的车辆标签而造成误读，因此要求读写器能实现在某一精确距离上读取标签，或根据实际需要用软件调整读写器的读取标签距离；在密集读写器环境下，读写器还将产生相互干扰问题，例如在超市收银台等许多应用场合中，多台读写器同时工作十分普遍，读写器发出的信号相对于标签的信号要大很多，必然会淹没标签信号，如何解决此类问题对读写器的研发是一个很大的挑战；最后还需考虑便携式读写器的体积、读写距离、电池工作时间等因素的权衡选择问题。

　　“RFID信号强度取决于标签与阅读器之间的距离以及信号在这个范围内所受的干扰。要确保射频识别阅读器具有极高的灵敏度，其中的信号路径必须采用噪音极低的元件。换言之，放大器的输入噪音必须极低，模拟/数字转换器的有效位数必须极高，而锁相环路的抖动(即相位噪音)必须极低。”美国国家半导体南中国区业务总经理何贤斌指出，“美国国家半导体因应这几方面的要求，特别为这类信号路径提供一系列理想的低噪音解决方案。以美国国家半导体的高速运算放大器为例来说，其输入噪音低至0.92nV/√Hz，是目前性能最卓越的低噪音放大器。”

　　安全功能是NFC与RFID的重要差异

　　NFC(近距离通信)是由NXP半导体和索尼公司共同开发的新兴技术，基于RFID技术和互连技术的融合。与RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接，它具有三种功能模式：卡模拟、读写器和点对点通信模式。NFC工作在13.56MHz频段，其数据传输速率可为106、212或424kbps，取决于工作距离，最远可为20厘米。在大多数应用中，实际工作距离不会超过10厘米。

　　NFC技术的出现将在很大程度上改变人们使用某些电子设备的方式，甚至改变信用卡、现金和钥匙的使用方式，它可以应用在手机等便携型设备上，实现安全的移动支付和交易、简便的端到端通信、在移动中轻松接入信息等功能。据ACNielson调研公司2006年在上海进行的调查显示，八成以上的消费者希望将公交卡、银行卡集成到手机，相信这一技术在未来将大有可为。

　　尽管都采用了射频识别技术，NFC与RFID却有着显著的不同点，特别是在安全功能和工作距离方面。由于NFC的部分应用(例如支付、门禁、防伪等)与安全密切相关，因此能否提供安全的解决方案至关重要。用于NFC的非接触式智能卡技术基于先进的智能芯片，可安全地存储财务或个人信息，通过识别功能授权合法用户接入某些服务。非接触式智能卡部署了安全的硬件和先进的加密技术，这些技术的读取范围只有10厘米左右。NXP半导体汽车和智能识别产品大中华区高级市场总监张焕麟介绍，非接触式设备包括智能卡安全微波控制器，或类似的智能设备，以及内部存储器，它的独特功能包括安全地在卡片上存储信息，进行管理，并确保用户安全地访问卡片上的信息，实现加密等其它复杂功能；当出现针对芯片或其安全功能的远程黑客攻击时，可采取防护措施；还可以通过射频与非接触式读卡器智能互动。

　　立格射频科技的徐展则认为，NFC与RFID技术所针对的行业不同，NFC针对的是消费类电子产品，而RFID针对的是所有行业，包括物流、交通等诸多行业。从某种意义上讲NFC也是RFID的一种应用，是RFID技术的一种延续产品。

　　NFC技术与手机的结合将成为非接触式支付领域快速发展的驱动力量。预计在2007年，针对高、中、低端手机的NFC规范将出台。NXP半导体张焕麟表示，“如何向业界和价值链上的厂商阐述NFC的概念、以及它如何为客户、商家及发起者创造价值，将成为未来数月面临的重大挑战。”目前NXP半导体正与手机和消费电子设备制造商、运营商、金融机构及服务供应商合作，构建NFC生态系统。

　　NXP公司针对该市场推出的PN65K模块将PN531 NFC控制器、收发器芯片和一个智能卡控制器结合在一起，支持的数据传输速率为212或424kbps。该模块提供SPI、I2C和UART串行接口以及一个8位并行接口。PN531控制器中包括带有一个8051嵌入式控制器的NFC收发器，其中的8051控制器用来实现包括安全特性在内的所有智能卡功能。在主动模式或被动模式下PN65K都可以作为发起设备(initiator)工作，在被动模式下，可以作为MIFARE或FeliCa智能卡的读写器。两种工作模式均支持点对点功能。

　　RFID与NFC的未来发展机遇

　　在某种意义上，可以把NFC看成是RFID的升级，那么，未来这两种技术将相互补充、共同发展，还是会在应用中呈现出对立竞争的局面呢？上海复旦微电子有限公司技术总监李蔚认为，“RFID与NFC是相互促进的技术。”首先，RFID应用的普及，需要无处不在的读写器。例如在物流及防伪市场，RFID是非常合适的技术解决方案，但因缺乏防伪验证的环境而很难发展。NFC是可与手机密切结合的技术，NFC的普及将解决RFID读写器缺乏的难题，为RFID的进一步繁荣助力。同样，RFID市场的存在和扩大，也给NFC技术的推广普及提供了基础环境。“预计将来NFC手机会取代部分高端RFID市场，分流公交、门禁和银行(小额电子钱包)的部分客户，但总体来说，该技术对RFID的促进作用更加巨大。”

　　单纯从设计方面来看，NFC并没有很大的难点，很容易集成在便携式设备中。“它的难点在于使用模式和系统建设。因为NFC应用可能涉及到政府部门、移动通信运营商、银行、公共交通业主/运营商、系统集成商、芯片提供商等一系列相关部门及行业。”如何维护即得利益集团，并创造更多的增值服务，是NFC发展需要思考的核心问题。复旦微电子推出的SMAP(智能移动应用平台)平台是综合考虑RFID/NFC推广问题后提出的渐进式解决方案。对于NFC的三种工作模式(卡模拟、点对点通讯、读写器)，复旦微电子的观点是：RFID读写器模式权重是第一位，RFID读取器和手机的结合将极大地带动RFID应用的发展；卡模拟模式对于公交和小额消费非常重要；点对点模式重要性最低。因此，复旦微电子的SMAP 1.0主要支持读写器模式和卡模拟模式；SMAP 2.0将实现NFC的三个功能，包括点对点通讯模式，但对部分国内未形成市场的协议如Felica暂不支持；SMAP3将在SMAP2基础上集成更多内容，完整支持NFC相关规格，支持更多内部RFID硬核、更多安全通讯模式。复旦微电子的SMAP方案以渐进式推进方式，规避对现有运营商的冲击，从而将产业链的各方联结起来，共同推动NFC的发展。