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NFC技术应用无远弗届，便利你我生活 随着智能型手机的高度普及，NFC技术的应用范围也日益扩大，更对人们的日常生活产生了深远的影响。首先大家最能直接能联想到的便是 支付方式的革命性改变 ，例如Apple Pay、Google Pay和Samsung Pay等相关应用。在商店结账、地铁进站，甚或是公共交通运输的购票，我们只需透过手机上的NFC功能轻轻一刷，即可完成支付或通行，不仅省去了繁琐的现金或实体卡片交易程序，更大大地提高了支付效率和便利性。 其次，将手机作为数字钥匙的NFC应用也日渐普及。随着许多智能电子门锁和汽车开始配备NFC技术，使用者无需携带额外的物理钥匙，便能够透过手机轻松解锁门锁、启动汽车等操作。 此外，NFC技术还间接促进了商家与客户间的互动便利性与实时性。有别于传统的刷卡机，如今商家可以利用手机作为NFC读卡器，方便且快速地接收付款。而顾客也可以使用手机轻松读取商家的最新动态和优惠讯息。 NFC技术更提供了新的社交方式。只要透过两部配备NFC功能的手机靠近感应，人们即可轻松地交换联系方式及社交信息，甚至分享文件或媒体内容。这样的应用使得人们之间的社交互动更加便捷和实时。 NFC技术应用的开发挑战与潜在问题 尽管NFC技术的应用为我们的生活带来了极大的便利，但对于开发商而言，不免也存在一些需要仔细考虑的潜在问题，大致可分成以下三种类型： 接触感应的距离、角度和反应时间 接触感应的距离、角度和反应时间可能导致使用者体验不佳。NFC的工作距离通常相对较短，这意味着使用者需要将手机或设备放置得非常接近才能完成通信。这可能会导致一些不便，特别是在需要快速支付或通过门禁时的使用情境。 手机或设备的角度与方向 NFC通常对于角度和方向比较敏感。如果手机或设备的位置不正确或角度不恰当，通信可能会失败或需要多次尝试，而这都可能会影响到使用者体验的流畅与否。 环境因素 此外，环境因素也可能会影响NFC的性能。例如，不同材质的手机壳或是周围有大量的金属或其他干扰物可能会干扰NFC通信，进而降低用户体验的质量。因此，开发商在产品上市前需要全面考虑这些因素并进行完整的测试。 在产品上市前，开发商必须考量距离、角度、延迟或干扰等相关因素，针对NFC性能进行完整的测试。 NFC功能实测：以数字钥匙应用为例 接下来百佳泰将以手机当作数字钥匙的应用为例，带大家深入探讨进行NFC测试的关键要点，以及如何运用AI自动化测试来节省时间和人力成本。同时透过提高测试的覆盖率和准确性，进而更有效地确保NFC功能的质量和稳定性，提高使用者的体验。 NFC（近场无线通信）技术使得设备可以透过非接触的方式在10公分以下的范围内进行数据交换。在测试过程中，机器手臂配备电动吸盘，将手机吸附固定，然后逐渐靠近卡片阅读机。这时，手机充当NFC卡片，透过逐步靠近的方式来测试最远有效距离。假设最远有效距离为5公分，接着持续测试4公分、3公分、2公分、1公分的感应结果，以确认NFC功能的稳定性和可靠性。 除了距离以外，手机与卡片阅读机之间的角度也会影响NFC感应的结果。百佳泰的AI手臂测试平台解决方案 (ART)透过软件设定手机的旋转角度和倾斜角度，再结合不同的距离，模拟出使用者真实的使用情境。这样的测试计划可以搭配各种可能的干扰因素，确保测试的完整性和准确性。同时，每一次感应的反应时间也会被记录起来，用来确认是否符合预期，以防止因反应时间过长而造成使用者体验不佳。 无论是将手机用作数字钥匙、作为卡片阅读机来读取NFC卡片，还是进行手机对手机的数据传输，上述这些使用情境都可以透过机器手臂来模拟多种使用场景，精确地测试NFC技术的各个面向。这样的测试能确保NFC生态系统中的每一个组成部分都能够顺利运作，并提供最佳的用户体验。

汽车智能进化的同时，汽车与智能手机之间的联系也越来越紧密。新兴的汽车数字钥匙，可以将传统实体钥匙“装入”智能手机，帮助用户摆脱忘带钥匙的烦恼，让出行变得更简单。汽车数字钥匙的实现主要是基于 BLE （蓝牙）、 NFC 、 UWB （超宽带）等不同的通信技术，目前蓝牙是最主流的数字钥匙通信技术。随着行业发展，基于 UWB 技术的第三代数字钥匙有望于今年正式进入量产元年。 据佐思汽研报告显示， 2022 年中国乘用车数字钥匙装配量达 457.3 万辆，同比增长 93.8% ，装配率为 23.0% ，预计到 2030 年，中国乘用车数字钥匙装配率将超过 80% 。越来越多的车型开始标配数字钥匙，为消费者带来更加智能和安全的使用体验。 经纬恒润 具备成熟的 BLE 、 NFC 、 UWB 数字钥匙技术，且拥有量产经验。自主研发的数字钥匙可为客户提供极其便利的应用体验。产品采用蓝牙和 UWB 定位技术，融合滤波算法，获得多个无线认证，可以提供高质量的通信连接以及更高的定位精度；支持 OTA 升级，用户随时体验软件更新带来的益处；支持海外车型的开发和匹配。系统方案有多种配置，蓝牙数字钥匙方案、蓝牙加 NFC 数字钥匙方案、蓝牙加 NFC 加 UWB 数字钥匙方案等，满足主机厂对不同方案的适配需求。 ｜ 功能配置 · 远程控制车辆 （开关车门） · 远程舒适性体验（开窗通风、尾门控制等） · 智能体验（智能泊车、智能寻车、车辆状态上报） ｜ 产品特点 · 自主高精度标定方法，产品信号覆盖范围广，通信质量高 · 适配型号多 · 符合 ICCE/CCC 规范的数字钥匙业务 · 符合 CCC 规范的 UWB 测距定位功能 经纬恒润 数字钥匙产品，支持开放的软硬件接口，提供完整的开发工具链，集经纬恒润 20 年无线产品开发量产经验，已为国内外众多车型进行了配套，得到了用户的一致好评。未来， 经纬恒润 将继续坚持自主创新，持续迭代通信技术，在更先进的数字钥匙上助力行业发展。 经纬恒润 是目前国内少数能够实现覆盖智能驾驶电子产品、研发服务及解决方案、高级别智能驾驶整体解决方案，能够提供智能驾驶全栈式解决方案的供应商。未来， 经纬恒润 将紧跟汽车行业发展大势，坚持自主创新，努力为国内外客户提供优质的产品和服务，为汽车工业的发展贡献自己的一份力量！

1. 3C 数字钥匙规范简介 CCC （ Car Connectivity Consortium ）车联网联盟 是一个致力于制定智能手机到汽车连接解决方案标准的全球跨行业组织。 2021 年 7 月 CCC 将 UWB 定义为第三代数字钥匙的核心技术，并发布 CCC R3 （第三代数字钥匙）规范。 CCC R3 是基于 NFC/BLE/UWB 作为基础的无线电技术的使用，该系统采用非对称密码技术对车辆和设备进行相互签名认证，且只对已知车辆显示身份，只有使用和车辆存储的公钥相对应的私钥签名计算，车辆才能进行解闭锁、启动发动机等功能。 R3 可以兼容 R2 （第二代数字钥匙）， R1 （第一代数字钥匙）是独立于 R2 、 R3 进行部署。 在成功完成车主配对后，车主每次携带设备靠近车辆 Approach 前，应执行最低安全测距流程（ UWB 的工作内容），以建立安全测距，然后才能启动 Approach ，如迎宾、 Lock 、 Unlock 功能；一旦建立了安全测距和设备本地化，车辆可以根据其策略或要求决定启动上述行动。在建立安全测距之前需要 URSK （ UWB 测距密钥），车辆可以有一个预先派生的 URSK 或根据需要派生一个新的 URSK 。 URSK 的机密性和完整性应在 URSK 的整个生命周期内得到保护。 2. DK （数字钥匙）系统架构 2.1 DK 体系架构 DK 体系架构各个流程的说明如下： 1) 车辆通过线路 1 远程连接到车辆云端，此链路提供安全的通信通道，并由车辆云端安全控制； 2) 车辆配备了 NFC （线路 3/4 ）、 BLE （线路 11 ）、 UWB （线路 12 ）模块，可与设备通信以进行车主配对； 3) 所有合格的设备都有一个经过认证的 SE 以及 NFC 功能，使设备与车辆能够进行通讯，其中 NFC 功能是必须的，保证手机在没电的情况下依旧可以靠 NFC 对车辆的一些操作； 4) 车主设备通过线路 2 、线路 6 、线路 8 、线路 7 与车主设备云端、好友设备云端、好友设备进行通信，分享钥匙给好友设备，对好友设备进行车主可设置的访问配置文件、终止分享的 DK ；好友设备可以使用车主分享的 DK ，但不能向其它设备分享车主的的钥匙； 5) 车主设备通过线路 2 与车主设备云端通信，好友设备通过线路 7 与好友设备云端通信。车主设备 / 好友设备也可以通过线路 10/ 线路 9 直接与车辆云端通信； 6) 车主设备和好友设备可分别通过各自的设备云端线路 2/ 线路 6 、线路 7/ 线路 8 直接与车辆云端通信；线路 6/ 线路 8 用于交换车辆和车主 / 好友设备云端的证书，实现钥匙分享、跟踪、终止、通知、认证的功能； 7) 设备云端负责管理 DK 的生命周期（数据的周期） ，并分别通过线路 2/ 线路 7 更新、删除、暂停、恢复车主 / 好友设备中的证书；它可在设备丢失不可用时让其钥匙功能失效或恢复功能正常； 8) 车辆云端负责管理用户账户和 ID&V （识别和验证用户身份）；它还通过线路 5 连接到 KTS ，以注册车辆所有的已颁发的 DK ，从而保留存储信息的隐私。 2.2 设备端 DK 架构 1 2 3 1) 2) 3) 4) 4.1 1 2 2.1 2.2 3. NFC 数字钥匙 NFC钥匙 即第一代数字钥匙，通过 NFC 卡片，实现车辆的解锁、闭锁和启动等功能。目前除了像特斯拉、极氪等车型的卡片钥匙，带NFC功能的手机和手表也逐渐成为进入车辆的新型车钥匙 。 图片来源于比亚迪 NFC 通信实现的主要功能如下： 手机第一次配对和分享钥匙时，用来作为设备和车辆通过 OOB （带外配对方法）配对来交换数据的通道； 在手机没电、 BLE 和 UWB 均不能正常工作的情况下，可以通过车门和控制台的 NFC 模块来解闭锁，以及启动车辆。 车辆和车辆的 NFC 接口需符合《 NFC 模拟技术规范》的轮询器要求，可支持 NFC-A 、 NFC-B 、 NFC-F 技术。 设备端的 NFC 接口应符合监听设备的需求，当电池低电量时，保证 NFC 还可以使用。 4. BLE 数字钥匙 蓝牙钥匙即第二代数字钥匙，通过蓝牙通信技术和车辆进行连接，实现钥匙定位、无钥匙进入、无钥匙启动、远程控制等功能。 BLE、SE、 UWB 是第三代数字钥匙解决方案的核心。其中钥匙定位升级为 UWB 技术实现，而设备和车辆之间的安全数据仍通过蓝牙技术进行通信， 从而使 SE 能够通过安全通道与车辆提供相互身份验证和数据分享。 图片来源于网络 4.1. BLE 配对流程 蓝牙钥匙和车端之间的蓝牙配对包含三个连接流程，其中使用 BLE OOB 配对建立车主配对连接的流程如下： 1) 首先是设备蓝牙链路层连接： 车辆主机开始发送 ADV_IND （广播），并将 CCC-DK-UUID （ CCC DK 的唯一通用标识符）作为广播负载，车辆 LL （链路层）处于广播状态，过滤策略设置为接受所有广播连接请求。设备主机开始被动扫描，设备 LL 应处于扫描状态，其过滤策略应是接受所有广播，一旦设备 LL 接收到一个广播，它将它转发给设备主机，设备主机应检查 CCC-DK-UUID 是否包含在广播有效载荷中，如果有效载荷中包含 CCC-DK-UUID ，则通知用户，如果用户接受车主配对请求，则用户应提供配对密码，在 14 步后，设备 LL 将进入启动状态，过滤策略设置为客户广播的地址，当设备 LL 收到下一个相同的广播时，设备 LL 将发送连接请求。 2) L2CAP 面向连接的通道： L2CAP 对 LL 进行一次简单的封装， LL 只关系数据本身， L2CAP 要区分时加密通道还是普通通道，同时对连接间隙进行管理。 最后是 BLE 设备配对流程如下： 1) 主动发起配对：设备发送 BLE 配对请求到车辆。车辆发送 BLE 配对响应到设备； 2) 公钥交换：设备向车辆发送 BLE 配对公钥。车辆向设备发送 BLE 配对公钥。设备和车辆生成 DHKey ； 3) 生成 LTK （长期的连接安全密钥）：设备和车辆都要验证作为 OOB 配对准备程序的一部分接收到的确认值是否匹配。设备和车辆生成 1 个随机数（ Na 和 Nb ）。设备发送（ Na ）给车辆，车辆发送（ Nb ）给设备； 4) LTK 计算：一旦设备和车辆上的 DHKey 生成完成，设备和车辆会计算它们的 LTK ； 5) DHKey 检查：设备将检查值（ Ea ）发送给车辆，车辆将检查值（ Eb ）发送给设备，设备和车辆都需要验证这些值； 6) 密钥分发； 7) 启用设备和车辆加密：设备和车辆将彼此添加到它们的私有地址解析列表中。 5. UWB 数字钥匙 UWB 数字钥匙即第三代数字钥匙， UWB 全称为超宽带无线通讯技术，相比较于蓝牙通信技术， UWB 具有更宽的频带，且通过 ToA 到达时间测距技术，使其拥有更好的定位精度。 5.1. UWB 物理层 IEEE 标准定义了一种非常灵活的 UWB 物理层， IEEE 标准的灵活性是通过调整如同步前导长度、前导码、数据速率等参数来实现的，但该规范不需要实现指令的所有参数和格式。 Responder 用 SYNC 同步收到的 UWB 信息， STS 用于生成一个防篡改的时间戳。 PHY Header 包含 PSDU 信息， PSDU 包含有效信息。 PPDU(PHY protocal data unit) 物理层协议数据单元： 1) SYNC ：又称前导码区域，接收机为了检测和同步 UWB 信号，首先必须找到符合协议的前导码；前导码（由 0/1 组成的一种帧结构，通知目标做好接受准备）； 2) SFD ：报文起始分隔符； 3) STS ：安全时间戳； 4) PHY header(PHR)(SP3 没有 ) ，物理头（汉明码 SECDED ）； 5) PHY 服务数据单元 (PSDU)(SP3 没有），物理层服务数据单元（里所码）。 Responder 用 SYNC 和 SFD 同步收到的 UWB 信息， STS 则用于生成 1 个防止篡改的时间戳， PHR 包含了关于 PSDU 的内容， PSDU 包含了有效信息，就是 Initiator 真正想传输的数据； STS 、 Payload 属于可选配置；根据配置，不是所有可选部件都必须在一个框架中表示。 SP0 的数据包 5.2. UWB 测距定位 UWB 设备测距流程如下： 首先， Initiator （设备）发送一个 Pre poll 帧（ SP0 ）到车上的每个 Responder （车端的节点）， Initiator 再发送一个 Poll 帧（ SP3 ）到车上的每个 Responder ，然后车上的每个 Responder 分别发送一个 RSP 帧到 Initiator ， Initiator 再发送一个 Final 帧到车上的每个 Responder ，最后 Initiator 发送一个 Final data 帧到车上的每个 Responder ，这时一个测距会话就完成了，最终车端通过不同的节点和设备之间的距离算出与设备之间的距离。 SP0 ： STS packets type0 ，包含 UWB 的定位配置信息，但没有 STS 信息； SP3 ： STS packets type3 ，包含 STS 索引信息，完全用于定位； Pre poll ：包含了 UWB 会话 ID 、 Poll STS Index （后续 Poll 消息的 STS 索引）、 Ranging Block （会话当前测距块的索引）、 Round Index （当前测距块的测距四舍五入索引，该索引由前一个测距块中的测距交换器设置） 、 Hop Flag （当前测距块的操作标志，由前一个测距块中的测距交换器设置）。 Final data ：包含了 UWB 会话 ID 、 Ranging Block 、 Hop Flag 、 Final STS Index （前面 Final 消息的 STS 索引）、 Ranging Timestamp Final TX （ Initiator Poll 和 Final 消息传输时间的时间差）、 Number Ranging Responders （此消息中要跟随的时间戳数）、 Responder Index 、 Ranging Timestamp Responder （启动器收到响应器的 Poll 和 Response 之间的时间差）、 Ranging Timestamp Uncertainty Responder （不同置信度下 1.5 cm-3.6 m 的值范围）、 Ranging Status Responder （来自响应程序的响应框架的状态）。 6. 7. 8. 8.1. 6. 总结 目前 UWB 技术在手机端和车端的应用仍处于初期阶段，但 UWB 技术的优点能为人车交互带来更丰富的应用场景。比如自动泊车、车辆共享、汽车支付、车内活体检测等。目前北汇已承接多个基于 NFC/BLE/UWB 技术的数字钥匙功能测试项目，积累了从零部件到实车的数字钥匙测试案例。后续会陆续分享数字钥匙测试方案讲解的文章，敬请关注。 文中部分图片来源于： 【1】 CCC Digital Key Release 3 CCC-TS-101