Wie funktioniert NFC? Teil 1: Grundlagen und Standards

Grundlagen und Standards von NFC anschaulich erklärt.
Quelle: Unsplash, Jonas Leupe

NFC (Near Field Communication) ist ein Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten per elektromagnetischer Induktion. Damit ist eine Teilmenge von RFID (Radio-Frequency Identification), die hier im Folgenden zunächst erklärt wird.

Ein -System besteht aus einem (umgangssprachlich auch Funketikett oder Tag genannt) und einem Interrogator (nachfolgend als Leser bezeichnet).

Das Lesegerät erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, dem der RFID-Transponder ausgesetzt wird. Der Transponder besteht im Wesentlichen aus einer Antenne und einem Mikrochip. Die über die Antenne aufgenommene Hochfrequenzenergie dient während des Kommunikationsvorganges auch als Stromversorgung für den Chip.

Die ersten RFID-Anwendungen dienten zur Freund-Feind-Erkennung

Der Transponder selbst, erzeugt also kein Feld, sondern beeinflusst das elektromagnetische Sendefeld des Lesers. Der Mikrochip im Transponder decodiert die vom Lesegerät gesendeten Befehle. Als Antwort moduliert der Transponder das eingestrahlte elektromagnetische Feld durch Feldschwächung oder Reflexion. Darüber hinaus überträgt der Transponder seine eigene Seriennummer und andere bei ihm gespeicherte Information.

Die ersten RFID-Anwendungen wurden Ende des Zweiten Weltkrieges zur Freund-Feind-Erkennung in Flugzeugen eingesetzt. Die Reichweite eines RFID Systems hängt von der verwendeten Frequenz ab. Man unterteilt die Systeme grob in „Close Coupling“ (bis 1 cm), „Remote-Coupling“ (bis 1m) und „Long-Range-Coupling“ (über 1m).

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Ein NFC-Pionier kommt aus Österreich

Für NFC sind die Systeme im Bereich von 13,56 MHz (Remote-Coupling) relevant. Ein Pionier in diesem Bereich war die österreichische Firma Mikron aus Gratkorn. Sie entwickelte in den 1990er Jahren MIFARE (Mikron Fare Collection System) eine Technik die ursprünglich für kontaktlose Fahrkarten im öffentlichen Nahverkehr eingesetzt wurde. Mikron wurde 1995 von Philips Semiconductors übernommen und 2006 mit der gesamten Philips Halbleiter Sparte, unter dem Namen NXP wieder ausgegründet

Die MIFARE Produktfamilie hat den Markt für kontaktlose Chipkarten maßgeblich mitgeprägt. Standardisiert wurde diese Technologie unter der Bezeichnung ISO/IEC 14443 A. Neben MIFARE sind aber auch noch weitere kontaktlose Übertragungsstandards im Bereich 13,56 MHz entwickelt worden.

Kontaktloses Fahrkartensystem namens Calypso

In Frankreich wurde ebenfalls ein kontaktloses Fahrkartensystem unter dem Namen Calypso durch den Erfinder Roland Moreno entwickelt. Das erstmals 1996 eingesetzte System, ist mittlerweile als ISO/IEC 14443 B standardisiert. FeliCa (Kurzform für Felicity Card) ist ein kontaktloses RFID-Smartcardsystem, das von Sony entwickelt wurde und hauptsächlich für Bezahlsysteme und Fahrkartensysteme im asiatischen Raum eingesetzt wird, darunter die Octopus-Karte in Hongkong. Eine Standardisierung als ISO/IEC 14443 C ist zwar angedacht gewesen, aber nie erfolgt. Als viertes System, aus den USA kommt schließlich ein weiterer Standard von Texas Instruments mit dem Namen Vicinity Coupling, der als ISO/IEC 15693 standardisiert worden ist.

Einsatzgebiete der einzelnen Technologien in Deutschland

  1. Kontaktlose Karten im Zahlungsverkehr
    Überwiegend ISO/IEC 14443 A selten auch ISO/IEC 14443 B
  2. Fahrkarten im öffentlichen Nahverkehr
    ISO/IEC 14443 A
  3. Personalausweis und Reisepass
    ISO/IEC 14443 A und ISO/IEC 14443 B parallel im Einsatz
  4. Schließsysteme in Hotels und Freizeiteinrichtungen
    ISO/IEC 15693 und ISO/IEC 14443 A
  5. Zeiterfassung und Zutrittsberechtigung im Firmenumfeld
    ISO/IEC 14443 A

Die Idee von NFC ist es, alle diese auf dem zusammen zu führen. Mittlerweile hat sich aber für alle kontaktlosen Chipkarten, die im Bereich 13,56 MHz arbeiten der Begriff „NFC-Karte“ durchgesetzt, obwohl hier gar nicht der volle Funktionsumfang dieser Technologie abgebildet wird.

Was alles zu echtem NFC dazugehört beschreibe ich im zweiten Teil.

Bildquellen:

What is the Difference Between NFC, , and RFID?, NFC Forum

Rudolf Linsenbarth
Über Rudolf Linsenbarth 90 Artikel
Rudolf Linsenbarth ist Senior Consultant für den Bereich Mobile Payment und NFC bei der COCUS Consulting GmbH. Zuvor war er 11 Jahre im Bankbereich als Senior Technical Specialist bei der TARGO IT Consulting (Crédit Mutuel Bankengruppe). Hier auf mobile zeitgeist schreibt Rudolf Linsenbarth in eigenem Namen . Mehr über Rudolf auf Twitter @Holimuk oder bei XING.

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