手機(jī)RFID智能卡設(shè)計(jì)

1 引言

近年來(lái)，通信行業(yè)的市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，通信業(yè)務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，電信網(wǎng)絡(luò)日益通道化、電信服務(wù)日益虛擬化，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的公司通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)通道就可以提供越來(lái)越多的通信服務(wù)，傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商單純依賴(lài)提供簡(jiǎn)單的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信獲得贏利的模式越來(lái)越難以持續(xù)，紛紛向“信息服務(wù)”轉(zhuǎn)型。

另一方面，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的功能集成到了手機(jī)，如媒體播放、游戲、照相、導(dǎo)航等，手機(jī)已不僅僅是一個(gè)通信工具，而是日益成為了個(gè)人的綜合娛樂(lè)與信息終端。如何拓展手機(jī)的功能，使得手機(jī)除了通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳統(tǒng)通信外，還能夠服務(wù)于運(yùn)營(yíng)商希望切入的移動(dòng)電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、媒體廣告等信息化應(yīng)用，是近年來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，其中，手機(jī)RFID技術(shù)已經(jīng)取得突破性的成果并開(kāi)始商用。

手機(jī)RFID技術(shù)將RFID芯片內(nèi)置在手機(jī)或手機(jī)智能卡(SIM/UIM)中，實(shí)現(xiàn)手機(jī)功能與RFID功能的集成，用戶(hù)可刷手機(jī)實(shí)現(xiàn)金融服務(wù)、購(gòu)物消費(fèi)、乘車(chē)服務(wù)、身份認(rèn)證等諸多應(yīng)用。由于完全基于手機(jī)的RFID技術(shù)得不到電信運(yùn)營(yíng)商的支持，本文將主要針對(duì)集成了RFID射頻功能的手機(jī)智能卡 (以下稱(chēng)手機(jī)RFID智能卡)的實(shí)現(xiàn)方案、應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究。

2 手機(jī)RFID智能卡主流解決方案

目前國(guó)內(nèi)外主流手機(jī)RFID智能卡解決方案按照工作頻率可分為兩大類(lèi)，即13.56MHz方案和2.4GHz方案。其中13.56MHz方案又可分為eNFC方案、雙界面卡自帶天線方案、雙界面卡手機(jī)定制方案。以下對(duì)4種手機(jī)RFID智能卡解決方案分別進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 eNFC方案

eNFC方案將RF射頻天線及射頻通信控制功能集成在手機(jī)終端，將RFID數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理功能放在手機(jī)智能卡，卡與手機(jī)之間通過(guò)SWP協(xié)議通信，實(shí)現(xiàn)RFID與手機(jī)的集成。

eNFC方案被3GPP定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)完善。采用行業(yè)普遍應(yīng)用的13.56Mhz頻率通信，方便合作類(lèi)業(yè)務(wù)的改造實(shí)施。但eNFC方案必須更換手機(jī)和智能卡，成本較高;且目前支持的手機(jī)終端和智能卡產(chǎn)品較少，產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟。另外，eNFC的專(zhuān)利集中在國(guó)外廠商雅斯拓和恩智浦手中，在國(guó)內(nèi)規(guī)模應(yīng)用eNFC方案可能遭遇專(zhuān)利尷尬。

2.2 雙界面卡手機(jī)定制方案

雙界面卡手機(jī)定制方案在手機(jī)智能卡上集成RFID處理芯片，將RFID線圈集成在手機(jī)終端上，RFID智能卡通過(guò)C4、C8引腳與手機(jī)終端的線圈相連，實(shí)現(xiàn)近距離通信。此方案采用行業(yè)普遍應(yīng)用的13.56Mhz頻率通信，方便合作類(lèi)業(yè)務(wù)的改造實(shí)施。終端改造僅需實(shí)現(xiàn)天線與手機(jī)的集成，改造較簡(jiǎn)單，成本較低。天線集成到終端，提高了刷卡穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是占用了C4,C8觸點(diǎn)，和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的大容量卡應(yīng)用沖突，并且仍然需要對(duì)手機(jī)終端進(jìn)行定制。

2.3 雙界面卡自帶天線方案

本方案在手機(jī)智能卡上集成RFID處理芯片，并從智能卡引出RFID線圈進(jìn)行近距離通信。雙界面卡自帶天線方案采用在行業(yè)普遍應(yīng)用的 13.56Mhz頻率通信，且不需要更換手機(jī)，業(yè)務(wù)實(shí)施方便快速。但由于UIM卡帶了較大的RFID線圈，用戶(hù)安裝使用不方便，較容易損壞，刷卡穩(wěn)定性稍差，使用感知較差。同時(shí)，也占用了C4,C8觸點(diǎn)，和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的大容量卡應(yīng)用沖突。

2.4 2.4G全卡方案

2.4G全卡方案基于藍(lán)牙通信技術(shù)，將藍(lán)牙RF射頻芯片集成到手機(jī)智能卡中，通過(guò)距離控制算法等技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通信，不需要帶天線，也不需要更換手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)RFID刷卡功能，業(yè)務(wù)實(shí)施方便快速。2.4G全卡方案除了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)刷卡功能外，還可根據(jù)業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)中距離刷卡應(yīng)用以及讀卡器應(yīng)用。但由于2.4G頻段與國(guó)內(nèi)外金融、交通現(xiàn)場(chǎng)支付標(biāo)準(zhǔn)不兼容，對(duì)于合作類(lèi)應(yīng)用需要新布POS機(jī)具，合作難度大，機(jī)具改造成本較高。

3 手機(jī)RFID智能卡行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)際上，主要以eNFC為標(biāo)準(zhǔn)，但由于需求不旺盛，支持eNFC的手機(jī)終端很少，使用eNFC方案進(jìn)行手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)刷卡的商用案例很少。日韓手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)刷卡應(yīng)用多，但由于其移動(dòng)終端采用機(jī)卡合一模式，不屬于手機(jī)RFID智能卡應(yīng)用模式。

4 手機(jī)RFID智能卡存在的問(wèn)題

從2009年開(kāi)始，借助與手機(jī)支付以及移動(dòng)電子商務(wù)的熱潮，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)了諸多模式的手機(jī)RFID智能卡種類(lèi)，其中雙界面卡方案以及2.4G全卡方案都在手機(jī)RFID智能卡解決方案上進(jìn)行了創(chuàng)新和發(fā)展，并擁有一定的自主專(zhuān)利，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)在手機(jī)RFID智能卡領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已經(jīng)處于國(guó)際前沿，但是由于行業(yè)剛剛啟動(dòng)，還存在不少問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：

4.1 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一首先表現(xiàn)在工作頻率不統(tǒng)一，目前，主流的射頻工作頻率有13.56MHz和 2.4GHz兩個(gè)射頻工作頻率， 13.56MHz頻率目前在非手機(jī)RFID領(lǐng)域被諸多行業(yè)廣泛的使用，但手機(jī)RFID智能卡如果采用13.56MHz頻率，必須解決大天線問(wèn)題。天線由卡片自帶，用戶(hù)感知較差、穩(wěn)定性差;天線置于手機(jī)終端，則必須對(duì)手機(jī)終端進(jìn)行定制，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，短期難以規(guī)模商用。2.4GH在頻率由于是超高頻，穿透性好，不需要大天線，可以完全在一張智能卡內(nèi)集成RFID功能，由于不需要手機(jī)終端配合，用戶(hù)感知好，具備快速規(guī)模推廣的條件。工作頻率之爭(zhēng)由來(lái)已久，工作頻率的選擇直接影響業(yè)務(wù)模式、商務(wù)模式和產(chǎn)業(yè)鏈合作關(guān)系，該問(wèn)題非常復(fù)雜。

標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一還表現(xiàn)在接口與協(xié)議不統(tǒng)一，手機(jī)RFID應(yīng)用包括了卡片與終端(手機(jī)終端與POS終端)域、通信網(wǎng)絡(luò)域、交易處理域等多個(gè)領(lǐng)域，各領(lǐng)域之間目前沒(méi)有統(tǒng)一的接口定義和交互協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的手機(jī)RFID智能卡產(chǎn)品，即使在相同的工作頻率范圍，也不能互通。以卡片與終端域?yàn)槔壳翱ㄆc終端的交易流程和指令標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，卡片與終端射頻通信的功率、頻偏、場(chǎng)強(qiáng)等指標(biāo)沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格約定，導(dǎo)致了卡片可能在不同的終端上不能被識(shí)別，或者刷卡不穩(wěn)定。