專利名稱：一種射頻裝置和通信方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其涉及一種利用低頻雙向磁通信進行通信距離控制的射頻裝置，以及基于該射頻裝置的通信方法。
背景技術：
隨著無線通信技術的發(fā)展，移動通信終端作為人們不可或缺的日常溝通交流工具而被普遍使用。同時用于實現身份鑒別功能的用戶身份識別模塊Subscriber IdentityModule，簡稱SM卡，作為移動通信終端的重要組成部分也被廣泛地應用于移動通信領域。在智能卡技術不斷進步的推動力下，為了滿足不斷增長的移動終端用戶體驗需求，通過在普通SIM卡內部增加各種智能應用功能模塊，使得SIM卡不僅具有基本的電信功能，還能夠具備多種服務于大眾日常生活的新穎功能，可以很好地滿足不斷變化的市場需求，基于低頻距離控制功能的射頻SM卡就是其中之一。 上述基于低頻距離控制功能的射頻SM卡是一種具有低頻磁場通信和射頻數據通信功能結合的特殊SIM卡，將低頻通道和射頻通道進行綁定。在所述射頻SIM卡的某些特定應用場合中，如公交系統(tǒng)電子票務的近距離支付類應用，為防止出現錯讀卡和誤讀卡操作而造成不必要的經濟損失，必須將該射頻SM卡與相應的射頻讀卡器裝置限定在一個有效并且可控的通信距離范圍內，以保證讀寫雙方交易的安全和可靠。因此，無線通信距離控制就成為上述基于低頻距離控制功能的射頻SM卡需要重點突破的技術難點。本領域技術人員發(fā)明了一種利用檢測低頻磁場信號強度的方式實現通信距離有效控制的射頻SIM卡，該技術在射頻SIM卡內部集成低頻磁感應模塊并預設相應的門限電平。當進入射頻讀卡器所產生的磁場時，該射頻SIM卡檢測接收到的低頻磁場信號的強度大于或等于預設門限值后，該射頻SIM卡被激活，表明其進入安全的刷卡交易區(qū)域，該射頻SIM卡隨即啟動射頻通道，并通過射頻通道回應射頻讀卡器相關的認證數據。上述技術中，該射頻SM卡具有單向的低頻接收通道，利用低頻信號對遮擋物的良好穿透性和磁場強度隨距離呈單調衰減的規(guī)律，可以有效地減小各種移動終端由于結構和材質不同而帶來的差異性影響。該射頻SIM卡可以將所有移動終端的低頻磁場門限值設置為相同，通過檢測其接收到的低頻磁場強度是否符合要求來判斷接入距離是否滿足要求、是否應當啟動射頻通道進行交易實體的確認等一系列后續(xù)操作，從而實現無校準的交易距離控制，使不同移動終端與射頻讀卡器的合法通信距離統(tǒng)一、穩(wěn)定在一個有限且可控的區(qū)間范圍內。但上述的射頻SIM卡也存在著一定的缺點。在上述提及的技術方案中，該射頻SM卡內部只集成有低頻磁感應接收模塊，所述射頻SIM卡只能單向的接收和檢測由射頻讀卡器提供的低頻交變磁場信號。而該射頻SM卡對射頻讀卡器低頻通道的回應是通過射頻通道完成的，該過程主要用于認證數據的傳輸和交易實體的綁定。此種方式容易產生以下問題，當惡意篡改增大射頻讀卡器的低頻推送功率或者增大射頻接收靈敏度后，有可能導致雙方的有效通信距離變大，從而直接影響到用戶的交易進程和使用體驗。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有低頻雙向磁通信功能的射頻裝置，使得各種應用此種射頻裝置的移動終端在規(guī)定的通信距離范圍內能夠安全可靠地完成數據交互，防止通信雙方的通信距離被拉大而造成安全隱患。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下
一種射頻裝置，包括射頻數據收發(fā)模塊，其特征在于，還 包括
磁信號接收模塊，用于接收外部射頻終端發(fā)出的第一磁信號；
磁信號發(fā)射模塊，用于產生并發(fā)射第二磁信號；
所述射頻裝置通過所述磁信號控制與所述外部射頻終端的通信距離，所述射頻裝置通過所述射頻數據收發(fā)模塊與所述外部射頻終端進行信息交換。進一步，所述射頻裝置根據接收的第一磁信號判斷所述外部射頻終端與所述射頻裝置之間的射頻通信距離，并通過第二磁信號向所述外部射頻終端發(fā)送射頻通信距離確認信息。進一步，所述第一磁信號攜帶有發(fā)射該第一磁信號的外部射頻終端的身份標識信息；
所述第二磁信號攜帶有所述射頻裝置的身份標識信息。進一步，所述射頻裝置根據接收的第一磁信號判斷與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內。進一步，所述射頻裝置還包括主控制器，所述磁信號接收模塊用于將所述第一磁信號所轉換成的電信號發(fā)送給所述主控制器；所述主控制器用于根據第一磁信號所轉換成的電信號和預設的門限值，判斷所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內。進一步，所述外部射頻終端為射頻讀卡器。進一步，所述射頻裝置還包括耦合線圈，所述耦合線圈用于接收第一磁信號并將其轉換為電信號并發(fā)送給所述磁信號接收模塊；所述耦合線圈還用于發(fā)射所述磁信號發(fā)射模塊產生的所述第二磁信號。進一步，所述射頻裝置還包括主控制器，所述主控制器用于產生所述磁信號發(fā)射模塊發(fā)射的第二磁信號所攜帶的信息，所述磁信號發(fā)射模塊根據所述主控制器產生的信息，產生并發(fā)射第二磁信號。進一步，所述射頻裝置還包括主控制器和耦合線圈；
所述主控制器分別與所述射頻數據收發(fā)模塊、磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊連接；所述耦合線圈分別與所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊連接；
所述主控制器用于產生所述第二磁信號所攜帶的信息，并將該信息發(fā)送給所述磁信號發(fā)射模塊；所述主控制器還用于根據第一磁信號所轉換的電信號和預設的門限值，判斷所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內；
所述射頻數據收發(fā)模塊，用于所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間進行射頻數據的收發(fā)；
所述磁信號接收模塊還用于將所述第一磁信號所轉換成的電信號發(fā)送給所述主控制器；
所述磁信號發(fā)射模塊，根據所述主控制器產生的信息，產生并發(fā)射第二磁信號；
所述耦合線圈用于接收第一磁信號并將其轉換為電信號并發(fā)送給所述磁信號接收模塊；所述耦合線圈還用于發(fā)射所述磁信號發(fā)射模塊產生的所述第二磁信號。進一步，所述射頻裝置為射頻SM卡。進一步，所述磁信號接收模塊包括順次連接的放大電路、濾波電路和解碼電路，所述放大電路與所述耦合線圈連接，所述解碼電路與所述主控制器連接；
所述放大電路，用于對從所述耦合線圈接收的第一磁信號所轉換成的電信號進行放
大； 所述濾波電路，用于對放大后的電信號進行濾波，抑制有用信號頻帶范圍之外的噪聲和干擾；
所述解碼電路根據發(fā)射所述第一磁信號的射頻裝置所采用的編碼方式對濾波后的信號進行解碼，并發(fā)送給所述主控制器。進一步，所述磁信號接收模塊還包括設置于濾波電路和解碼電路之間的解調電路；所述解調電路用于根據所述外部射頻終端所采用的調制方式對濾波后的信號進行解調，并發(fā)送給所述解碼電路。進一步，所述磁信號接收模塊包括順次連接的放大電路和濾波電路，所述放大電路與所述耦合線圈連接，所述濾波電路與所述主控制器連接；
所述放大電路，用于對從所述耦合線圈接收的第一磁信號所轉換成的電信號進行放
大；
所述濾波電路，用于對放大后的電信號進行濾波，抑制有用信號頻帶范圍之外的噪聲和干擾；
所述主控制器，還用于根據發(fā)射所述第一磁信號的射頻裝置所采用的編碼方式對濾波后的信號進行解碼。進一步，所述磁信號接收模塊還包括設置于濾波電路和主控制器之間的解調電路；所述解調電路用于根據所述外部射頻終端所采用的調制方式對濾波后的信號進行解調，并發(fā)送給所述主控制器。進一步，所述磁信號發(fā)射模塊包括順次連接的編碼電路、D/A轉換電路和驅動電路，所述編碼電路與所述主控制器連接，所述驅動電路與所述耦合線圈連接；
所述主控制器用于產生所述射頻裝置需要發(fā)射的低頻磁場信息，所述磁場信息為數字基帶信號；
所述編碼電路用于對所述主控制器提供的數字基帶信號進行編碼；
所述D/A轉換電路用于將編碼后的數字信號轉換為低頻模擬信號；
所述驅動電路用于放大所述低頻模擬信號，并驅動所述耦合線圈產生低頻交變磁場。進一步，所述磁信號發(fā)射模塊還包括設置于所述編碼電路和D/A轉換電路之間的調制電路；所述調制電路用于對編碼后的數字基帶信號進行調制，并發(fā)送給所述D/A轉換電路。進一步，所述磁信號發(fā)射模塊包括順次連接的D/A轉換電路和驅動電路，所述D/A轉換電路與所述主控制器連接，所述驅動電路與所述耦合線圈連接；所述主控制器用于產生低頻編碼數據，并發(fā)送給所述D/A轉換電路；
所述D/A轉換電路用于將所述低頻編碼數據轉換為低頻模擬信號；
所述驅動電路用于放大所述低頻模擬信號，并驅動所述耦合線圈產生低頻交變磁場。進一步，所述磁信號發(fā)射模塊還包括設置于所述主控制器和D/A轉換電路之間的調制電路；所述調制電路用于對所述低頻編碼數據進行調制，并發(fā)送給所述D/A轉換電路；所述調制電路的調制方式采用無幅度變化的數字調制方式；所述調制電路的調制方式為開關鍵控法、頻移鍵控法、二進制相移鍵控法或者正交相移鍵控法；所述調制電路采用的載波信號的波形為正弦波、三角波或者方波。進一步，所述耦合線圈為低頻接收通道、低頻發(fā)射通道分用的多線圈，或者為低頻接收通道、低頻發(fā)射通道合用的單線圈。進一步，當所述耦合線圈采用低頻接收通道、低頻發(fā)射通道合用的單線圈時，所述 單線圈與所述低頻磁信號接收模塊和低頻磁信號發(fā)射模塊之間設有模擬信號開關，所述模擬信號開關還與所述主控制器連接；所述主控制器向所述模擬信號開關提供開關控制信號，以控制所述模擬信號開關切換所述低頻磁信號接收模塊或者低頻磁信號發(fā)射模塊與所述單線圈之間的連接。進一步，所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊的預定最高收發(fā)工作頻率處于音頻頻段、甚低頻頻段或者低頻頻段。進一步，所述音頻頻段的頻率范圍為300Hz至3kHz ;所述甚低頻頻段的頻率范圍為3kHz至30kHz ;所述低頻頻段的頻率范圍為30kHz至300kHz。進一步，所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊通過時分雙工模式或者頻分雙工模式與發(fā)射第一磁信號的射頻裝置進行低頻鏈路的雙向通信；并且，所述磁信號接收模塊的工作頻率和所述磁信號發(fā)射模塊的工作頻率小于預定最高收發(fā)工作頻率。進一步，所述射頻數據收發(fā)模塊包括順次連接的射頻收發(fā)器、阻抗匹配網絡和射頻天線，所述射頻收發(fā)器還與所述主控制器連接。進一步，所述射頻收發(fā)器采用射頻通信方式，工作頻率在甚高頻VHF頻段、特高頻UHF頻段或者超高頻SHF頻段。進一步，所述射頻收發(fā)器工作頻率為433MHz、915MHz、2. 4GHz或者5. 8GHz。進一步，所述阻抗匹配網絡用于確保發(fā)射或者接收的射頻信號在鏈路上無反射的最大功率傳輸。本發(fā)明還提供了一種通信方法，包括
裝備有如上任一項所述的射頻裝置的移動通信終端接收外部射頻終端發(fā)送的第一磁信號，并判斷所述射頻裝置和外部射頻終端之間的通信距離是否在預設值的范圍內；
當通信距離在預設范圍內時，所述射頻裝置向所述外部射頻終端發(fā)送低頻應答信號，并與所述外部射頻終之間通過射頻進行數據通信；
在前述射頻通信期間，所述射頻裝置不間斷的接收射頻讀卡器發(fā)送第一磁信號，并判斷通信距離是否在預設值的范圍內，若通信距離不在預設范圍內時，則停止前述射頻數據通信。進一步，當裝備所述移動通信終端與所述外部射頻終端之間的通信完成后，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)并等待下一次通信。
進一步，當通信距離在預設范圍以外時，所述射頻裝置在第一預設時間內繼續(xù)嘗試接收外部射頻終端發(fā)送的第一磁信號，并判斷所述射頻裝置和外部射頻終端之間的通信距離是否在預設值的范圍內。進一步，當所述射頻裝置在第一預設時間內未接收到第一磁信號，則裝備所述射頻裝置的移動通信終端斷開與所述外部射頻終端的連接，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)。進一步，當所述射頻裝置檢測到通信距離在預設范圍內時，所述射頻裝置在第二預設時間內嘗試接收外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，若在第二預設時間內接收到外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，則與所述外部射頻終之間進行射頻數據通信，若在第二預設時間內沒有接收到外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，則裝備所述射頻裝置的移動通信終端斷開與所述外部射頻終端的連接，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)。本發(fā)明所提供的射頻裝置，適用于近距離無線通信，包括公共交通電子票務、門禁識別控制和電子錢包移動支付等不同的應用場合。
同現有技術相比較，本發(fā)明的有益效果在于
借助磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊實現雙向的低頻距離控制，可以將安裝所述射頻裝置的移動通信終端和相應支持所述射頻裝置的外部射頻終端的有效通信距離精確地控制在一個有限且合理的區(qū)間內，很好地克服了采用單向低頻距離控制的射頻裝置在使用中容易出現交易距離被惡意拉大的問題，有效避免了用戶交易數據可能被外界截獲的風險，提升了用戶的體驗和感受。
圖I為本發(fā)明提供的射頻裝置的結構框 圖2為本發(fā)明所提供的射頻SIM卡的結構框 圖3為圖2所示的射頻SIM卡內部關于磁信號發(fā)射模塊、磁信號接收模塊和射頻數據收發(fā)模塊的具體結構框 圖4為本發(fā)明所提供的射頻SIM卡的一種平面結構示意 圖5為本發(fā)明所提供的射頻SIM卡當低頻收發(fā)線圈共用時，采用模擬信號開關進行低頻收發(fā)通道切換的實例原理框 圖6為本發(fā)明所提供的射頻SIM卡的一個應用場景示意 圖7為本發(fā)明所提供的射頻SIM卡的一個具體實施案例的工作流程圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下
10、射頻裝置，
100、射頻SM卡，
101、主控制器，
102、射頻數據收發(fā)模塊，
1021、射頻天線，1022、阻抗匹配網絡，1023、射頻收發(fā)器，
103、耦合線圈，
104、磁信號發(fā)射模塊，
1041、驅動電路，1042、D/A轉換電路，1043、調制電路，1044、編碼電路，
105、磁信號接收模塊，1051、放大電路，1052、濾波電路，1053、解調電路，1054、解碼電路
106、SM卡微控制器，
107、SM卡接口模塊，
201、電路功能模塊區(qū)域，202、耦合線圈區(qū)域，
301、模擬信號開關，302、耦合線圈，
401、移動通信終端，402、射頻讀卡器，403、后臺服務器。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I所示，本發(fā)明提供的射頻裝置10包括射頻數據收發(fā)模塊102，還包括磁信號接收模塊105，用于接收外部射頻終端發(fā)出的第一磁信號；磁信號發(fā)射模塊104，用于產生并發(fā)射第二磁信號；所述射頻裝置10通過所述磁信號控制與所述外部射頻終端的通信距離，所述射頻裝置通過所述射頻數據收發(fā)模塊104與所述外部射頻終端進行信息交換。其中外部射頻終端可以為射頻讀卡器。本發(fā)明的射頻裝置10可以為一種射頻SIM卡，以下對所述射頻SIM卡進行進一步具體描述。如圖2所示,本發(fā)明所提供的具有低頻雙向通信功能的射頻SIM卡100,包括主控制器101、射頻數據收發(fā)模塊102、耦合線圈103、磁信號發(fā)射模塊104、磁信號接收模塊105、SM卡微控制器106和SM卡接口模塊107。其中，所述磁信號接收模塊105通過所述耦合線圈103接收第一磁信號并傳送給所述主控制器101 ;磁信號發(fā)射模塊104用于產生并通過所述耦合線圈103發(fā)射第二磁信號；主控制器101用于根據接接收的第一磁信號判斷所述射頻SIM卡100與發(fā)射該第一磁信號的射頻裝置之間的射頻通信距離，并通過第二磁信號向發(fā)射第一磁信號的射頻裝置發(fā)送射頻通信距離確認信息。其中，所述第一磁信號攜帶有發(fā)射該第一磁信號的射頻讀卡器的身份標識信息；所述第二磁信號攜帶有所述射頻SIM卡100的身份標識信息。所述磁信號接收模塊105和磁信號發(fā)射模塊104通過時分雙工模式或者頻分雙工模式與發(fā)射第一磁信號的射頻讀卡器進行低頻鏈路的雙向通信。如圖3所示，所述磁信號接收模塊105由放大電路1051、濾波電路1052、解調電路1053和解碼電路1054組成，并依次順序連接；所述放大電路1051還與耦合線圈103連接，解碼電路1054還與主控制器101連接。所述解調電路1053為非必須組件，當接收的低頻磁信號為無調制的基帶信號時，所述濾波電路1052直接和所述解碼電路1054連接。所述耦合線圈103感應和接收外界射頻讀卡器產生的攜帶該射頻讀卡器ID信息的第一磁信號，并轉換為電信號；所述放大電路1051對該反映磁場強度變化的電信號進行放大處理，提升信號的幅度并調節(jié)到預定的大小范圍內；所述濾波電路1052對放大后的電信號進行濾波處理，抑制有用信號頻帶范圍之外的噪聲和干擾；所述解調電路1053根據射頻讀卡器采用的調制方式對濾波后的信號進行相應的解調處理；所述解碼電路1054根據射頻讀卡器采用的編碼方式對解調后的信號進行相應的解碼處理。最后，主控制器101對通過以上信號流程而得到的數字基帶信號作進一步的處理，根據信號幅值判定所感應到的磁場強度的大小，從而確定射頻讀卡器到裝備所述射頻SIM卡100的移動通信終端的單向通信距離是否在預定范圍內，同時獲取基帶信號中攜帶的射頻讀卡器ID信息，并決定是否觸發(fā)執(zhí)行下一步動作。所述放大電路1051可以為單端放大電路形式或差動放大電路形式或全差分放大電路形式，并且其增益可以根據通信距離要求進行靈活調節(jié)；所述濾波電路1052采用模擬帶通濾波器結構，可以為無源RC濾波器，也可以為由運算放大器或專用濾波器IC構成的有源濾波器，其帶寬視接收的低頻磁信號的中心頻率而定，并且其上下限截止頻率可以進行靈活的調節(jié)；所述解調電路1053、解碼電路1054采用的電路結構形式視接收到的低頻磁感應信號的調制方式、編碼方式而定。所述解碼電路1054可以由相應的專用IC通過硬件方式實現解碼，也可以由主控制器101通過內部軟件方式實現解碼；當所述解碼電路1054由專用IC硬件方式實現時，其與所述主控制器101的連接方式可以為單線串行模式，也可以為多線并行模式；當所述解碼電路1054由所述主控制器101通過內部軟件方式實現時，接收的低頻磁感應信號經放大、濾波、解調(如有必要)后直接送至所述主控制器101。
所述磁信號發(fā)射模塊104由編碼電路1044、調制電路1043、D/A轉換電路1042和驅動電路1041組成，依次順序連接；所述編碼電路1044還與主控制器101連接，所述驅動電路1041還與耦合線圈103連接。所述調制電路1043可以根據需要進行調整，當為簡化信號鏈路而只需要進行基帶信號傳輸時，所述編碼電路1044直接和所述D/A轉換電路1042連接。所述主控制器101用于產生所述射頻SM卡100需要發(fā)射的第二磁信號所攜帶的信息，該信息為數字基帶信號；所述編碼電路1044用于對主控制器101提供的數字基帶信號采取一定方式的編碼處理，編碼方式視系統(tǒng)要求而定；所述調制電路1043用于對編碼后的數字基帶信號采取一定方式的調制處理，調制方式視系統(tǒng)要求而定；所述D/A轉換電路1042用于將編碼、調制后的數字已調信號轉換為低頻模擬信號；所述驅動電路1041用于放大該低頻模擬信號，并驅動耦合線圈103產生低頻交變磁場，發(fā)出第二磁信號。所述編碼電路1044采用的碼型可以選擇任意一種無直流分量的碼型結構，例如曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼、傳號交替反轉碼(AMI)、三階高密度雙極性碼(HDB3)、密勒碼(Miller)等；所述調制電路1043的調制方式可以采用任意一種無幅度變化的數字調制方式，例如開關鍵控法(00K)、頻移鍵控法(FSK)、二進制相移鍵控法(BPSK)、正交相移鍵控法(QPSK)等數字調制方式，載波信號的波形可以選取正弦波、三角波或者方波等波形；所述D/A轉換電路1042的數字輸入端可以采用串行輸入方式或者并行輸入方式，模擬輸出端可以采用單端或差分形式的電流或電壓波形輸出方式，轉換精度和轉換速率可以根據系統(tǒng)性能要求而定；所述驅動電路1041為至少包含一級放大的多級放大電路，可以由集成運算放大器搭建構成，也可以由分立的晶體管搭建構成，增益可以根據需要進行調節(jié)。所述編碼電路1044可以由相應的專用IC通過硬件方式實現編碼，也可以由主控制器101通過內部軟件方式實現編碼；當所述編碼電路1044由專用IC硬件方式實現時，其與所述主控制器101的連接方式可以為單線串行模式，也可以為多線并行模式；當所述編碼電路1044由所述主控制器101通過內部軟件方式實現時，所述主控制器101產生的低頻編碼數據直接送至后級所述調制電路1043 (如有必要)或所述D/A轉換電路。射頻數據收發(fā)模塊102由射頻收發(fā)器1023、阻抗匹配網絡1022和射頻天線1021組成，依次順序連接；所述射頻收發(fā)器1023和所述主控制器101通過串行總線接ロ連接，可以選擇任意ー種支持全雙エ或半雙エ通信的總線模式，例如串行外設總線(SPI)接ロ、通用異步收發(fā)器(UART)接ロ等；所述阻抗匹配網絡1022用于連接射頻收發(fā)器1023和射頻天線1021，其作用為確保發(fā)射或接收的射頻信號在鏈路上無反射的最大功率傳輸；所述射頻天線1021用于向外界空間輻射電磁場能量以及接收來自空中的電磁場，其可以為單極天線形式或者雙極天線形式。所述SM卡微控制器106用于存儲和處理所述射頻SM卡100支持的運營商所提供的移動電話服務的用戶身份識別數據，并且和主控制器101通過標準的智能卡主從接ロ進行數據交互；所述SM卡接ロ模塊107用于提供所述射頻SIM卡100與移動通信終端的外部接ロ，其接ロ特點符合IS0/IEC 7816規(guī)范的要求。圖4為本發(fā)明所述射頻SIM卡100的其中ー種平面結構的示意圖。如圖4所示，所述射頻SIM卡100的結構包括電路功能模塊區(qū)域201和耦合線圈區(qū)域202。其中，所述電路功能模塊區(qū)域201包括上述主控制器101、射頻數據收發(fā)模塊102、磁信號發(fā)射模塊104、 磁信號接收模塊105、SIM卡微控制器106和SIM卡接ロ模塊107的硬件電路實體；所述耦合線圈區(qū)域202為PCB線圈，印制在所述射頻SM卡100卡體的四周，所述耦合線圈202可以單層繞制或多層繞制，視所述射頻SIM卡100的PCB層數而定，匝數范圍可以設定在10至40阻之間，其外圈尺寸接近于所述射頻SIM卡100的外形尺寸25mm乘15mm。圖5是當所述射頻SM卡100的低頻收發(fā)通道共用ー個耦合線圈302時，通過模擬信號開關301對低頻收發(fā)通道進行切換的實例圖。如圖5所示，該實例系統(tǒng)由主控制器101、磁信號發(fā)射模塊104、磁信號接收模塊105、模擬信號開關301、耦合線圈302組成。其中所述主控制器101提供ー個開關控制信號，該信號是高、低電平交替變換的一個方波信號，變化周期可根據實際應用做相應調整，由其控制所述模擬信號開關301，比如當該控制信號為高電平時，所述模擬信號開關301選擇接通磁信號發(fā)射模塊104 ;當該控制信號為低電平時，所述模擬信號開關301選擇接通磁信號接收模塊105。從而實現低頻發(fā)射通道和低頻接收通道共用所述耦合線圈302，有利于節(jié)省產品成本及結構空間。所述模擬信號開關301可以是單刀雙擲開關或者雙刀雙擲開關。圖6提供了本發(fā)明所述射頻SIM卡的ー個典型應用場景實例。如圖6所示，所述射頻SM卡100裝備在移動通信終端401中，所述移動通信終端401和相應的射頻讀卡器402之間通過雙向的低頻通道和雙向的射頻通道進行通信距離控制和數據交互，所述射頻讀卡器402再通過相應的有線數據鏈路將現場應用數據上傳至相應的后臺服務器403作進
ー步處理。圖7提供了基于本發(fā)明的射頻SIM卡進行低頻雙向通信和后續(xù)執(zhí)行射頻交易的一個實施案例。如圖7所示，本實施案例涉及利用所述射頻SIM卡進行移動支付類應用的交易流程，所述工作方法包括如下步驟
步驟501，為減少不必要的功耗開銷，所述射頻SIM卡在無交易的默認情況下處于休眠狀態(tài)，當裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端進入到相應的射頻讀卡器產生的低頻磁場區(qū)域后，進入步驟502。其中，所述休眠狀態(tài)定義為所述射頻SIM卡的內部電路功能模塊處于待機模式或者掉電模式或者低功耗模式。
步驟502，所述射頻SIM卡被所述射頻讀卡器產生的低頻磁場激活，同時開啟低頻磁信號接收通道選擇接收模式，進入步驟503。其中，激活過程指所述射頻SIM卡內部相應的電路功能模塊進入正常工作狀態(tài)，該過程也可以稱為喚醒。步驟503，所述射頻SIM卡通過低頻磁信號接收通道接收所述射頻讀卡器發(fā)送的低頻磁感應信號，所述低頻磁感應信號攜帯數字節(jié)長度的射頻讀卡器ID、隨機數等信息，所述射頻SIM卡解析該低頻磁場信息,進入步驟504。步驟504，所述射頻SIM卡將所檢測的低頻磁場強度值與預先設定用于距離控制的磁場強度門限值進行比較，判斷檢測值是否在預設值要求的區(qū)間之內；若檢測值不符合預設值要求，表明裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端不在所述射頻讀卡器要求的通信距離范圍內，則進入步驟512 ;若檢測值符合預設值要求，表明裝備所述射頻SIM卡的移動通 信終端已在所述射頻讀卡器要求的通信距離范圍內，則進入步驟505。步驟505，所述射頻SM卡開啟低頻磁信號發(fā)射通道選擇發(fā)送模式，準備通過所述低頻磁信號發(fā)射通道回應所述射頻讀卡器的請求，進入步驟506。步驟506，所述射頻SM卡采用一定的編碼方式，若有必要，亦可采用一定的調制方式，然后通過步驟505所述低頻磁信號發(fā)射通道向所述射頻讀卡器發(fā)送相應的低頻應答數據，然后分別進入步驟507和步驟518 ;其中，所述射頻SM卡的射頻通道執(zhí)行步驟507，所述射頻SM卡的低頻磁信號通道執(zhí)行步驟518。其中，所述低頻應答數據由所述射頻SIM卡根據其之前接收到的所述射頻讀卡器的低頻磁場信息生成，所述低頻應答數據包含數字節(jié)長度的所述射頻SIM卡自身ID、隨機數、射頻通信頻點、射頻通信地址等信息。步驟507，所述射頻SIM卡選擇開啟相應的射頻接收通道，所述射頻接收通道的頻點、地址應與步驟506所述的低頻應答數據中包含的射頻通信地址、頻點信息一致，然后進入步驟508。步驟508，所述射頻SM卡在步驟507所述的射頻接收通道等待接收所述射頻讀卡器發(fā)送的射頻數據；若收到相應的射頻數據，則進入步驟509 ;若未收到相應的射頻數據，則進入步驟515。步驟509，所述射頻SM卡選擇開啟相應的射頻數據發(fā)送通道，所述射頻數據發(fā)送通道的頻點、地址由步驟508中所述射頻SIM卡接收的射頻數據中攜帯的信息確定，然后進入步驟510。步驟510，所述射頻SM卡進入射頻數據收發(fā)模式，并與所述射頻讀卡器通過雙向的射頻收發(fā)通道執(zhí)行交易數據的交互過程，隨后進入步驟511。步驟511，當裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端與所述射頻讀卡器之間的交易完成后，所述射頻SIM卡返回休眠狀態(tài)等待下一次交易。步驟512，所述射頻SIM卡在一定時間tl內，繼續(xù)嘗試接收所述射頻讀卡器發(fā)出的低頻磁場信息(即第一磁信號)，然后進入步驟513。步驟513，如果所述射頻SM卡在步驟512所述時間tl內收到所述射頻讀卡器發(fā)出的低頻磁場信息，則返回步驟504 ;如果所述射頻SIM卡超過步驟512所述時間tl后仍未收到所述射頻讀卡器發(fā)出的任何低頻磁場信息，則進入步驟514。
步驟514，裝備所述射頻SM卡的移動通信終端將斷開與所述射頻讀卡器的連接，交易不再往下執(zhí)行，并且所述射頻SIM卡返回休眠狀態(tài)。步驟515，所述射頻SM卡會在一段時間t2內，在步驟508所述的射頻接收通道繼續(xù)等待接收所述射頻讀卡器發(fā)送的射頻數據，然后進入步驟516。步驟516，如果所述射頻SM卡在步驟515所述時間t2內收到所述射頻讀卡器發(fā)送的射頻數據，則返回步驟509 ;如果所述射頻SIM卡超過步驟515所述時間t2后仍未收到所述射頻讀卡器發(fā)送的射頻數據，則進入步驟517。步驟517，裝備所述射頻SM卡的移動通信終端將斷開與所述射頻讀卡器的連接，交易不再往下執(zhí)行，并且所述射頻SIM卡返回休眠狀態(tài)。步驟518，所述射頻讀卡器將不間斷發(fā)送包含距離控制信息的低頻磁場信號(即第ー磁信號)，所述射頻SIM卡將低頻通道再次切換回低頻磁信號接收通道，選擇接收模式等待接收所述低頻磁場信號，進入步驟519。 步驟519，所述射頻SIM卡在執(zhí)行與所述射頻讀卡器的射頻數據交易過程中，同時通過低頻磁信號接收通道連續(xù)地檢測所述射頻讀卡器發(fā)出的低頻磁場信息，進入步驟520。步驟520，所述射頻SIM卡判斷其檢測的低頻磁場信號(即第一磁信號)的低頻磁場強度是否在距離控制要求范圍之內。若所述低頻磁場強度符合要求，表明裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端和所述射頻讀卡器的通信距離仍在有效范圍內，則繼續(xù)執(zhí)行步驟510 ;若所述低頻磁場強度不符合要求，表明裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端和所述射頻讀卡器的通信距離已超出有效范圍，則執(zhí)行步驟521。步驟521，裝備所述射頻SM卡的移動通信終端斷開與所述射頻讀卡器的連接，終止交易，并且所述射頻SM卡返回休眠狀態(tài)。上述方法也可以將射頻SM卡和射頻讀卡器對調，通過射頻讀卡器通過接收第二磁信號進行距離判斷。本發(fā)明所提供的具有低頻雙向功能的射頻SIM卡，借助低頻磁信號接收和發(fā)射模塊實現雙向的低頻距離控制，可以將裝備所述射頻SIM卡的移動通信終端和相應支持所述射頻SM卡的射頻讀卡器的有效通信距離精確地控制在ー個有限且合理的區(qū)間內，很好地克服了采用單向距離控制的射頻SIM卡在使用中容易出現交易距離被拉遠的問題，有效地避免了距離被拉遠后帶來的風險，提升了用戶的體驗和感受。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種射頻裝置，包括射頻數據收發(fā)模塊，其特征在于，還包括 磁信號接收模塊，用于接收外部射頻終端發(fā)出的第一磁信號； 磁信號發(fā)射模塊，用于產生并發(fā)射第二磁信號； 所述射頻裝置通過所述磁信號控制與所述外部射頻終端的通信距離，所述射頻裝置通過所述射頻數據收發(fā)模塊與所述外部射頻終端進行信息交換。
2.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻裝置根據接收的第一磁信號判斷所述外部射頻終端與所述射頻裝置之間的射頻通信距離，并通過第二磁信號向所述外部射頻終端發(fā)送射頻通信距離確認信息。
3.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于 所述第一磁信號攜帶有發(fā)射該第一磁信號的外部射頻終端的身份標識信息； 所述第二磁信號攜帶有所述射頻裝置的身份標識信息。
4.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于所述射頻裝置根據接收的第一磁信號判斷與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內。
5.根據權利要求4所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻裝置還包括主控制器，所述磁信號接收模塊用于將所述第一磁信號所轉換成的電信號發(fā)送給所述主控制器；所述主控制器用于根據第一磁信號所轉換成的電信號和預設的門限值，判斷所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內。
6.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于所述外部射頻終端為射頻讀卡器。
7.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻裝置還包括耦合線圈，所述耦合線圈用于接收第一磁信號并將其轉換為電信號并發(fā)送給所述磁信號接收模塊；所述耦合線圈還用于發(fā)射所述磁信號發(fā)射模塊產生的所述第二磁信號。
8.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻裝置還包括主控制器，所述主控制器用于產生所述磁信號發(fā)射模塊發(fā)射的第二磁信號所攜帶的信息，所述磁信號發(fā)射模塊根據所述主控制器產生的信息，產生并發(fā)射第二磁信號。
9.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻裝置還包括主控制器和耦合線圈； 所述主控制器分別與所述射頻數據收發(fā)模塊、磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊連接；所述耦合線圈分別與所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊連接； 所述主控制器用于產生所述第二磁信號所攜帶的信息，并將該信息發(fā)送給所述磁信號發(fā)射模塊；所述主控制器還用于根據第一磁信號所轉換的電信號和預設的門限值，判斷所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間的距離是否在預設的有效通信距離內； 所述射頻數據收發(fā)模塊，用于所述射頻裝置與所述外部射頻終端之間進行射頻數據的收發(fā)； 所述磁信號接收模塊還用于將所述第一磁信號所轉換成的電信號發(fā)送給所述主控制器； 所述磁信號發(fā)射模塊，根據所述主控制器產生的信息，產生并發(fā)射第二磁信號；所述耦合線圈用于接收第一磁信號并將其轉換為電信號并發(fā)送給所述磁信號接收模塊；所述耦合線圈還用于發(fā)射所述磁信號發(fā)射模塊產生的所述第二磁信號。
10.根據權利要求I至9任一項所述的射頻裝置，其特征在于所述射頻裝置為射頻S頂卡。
11.根據權利要求7或9所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊包括順次連接的放大電路、濾波電路和解碼電路，所述放大電路與所述耦合線圈連接，所述解碼電路與所述主控制器連接； 所述放大電路，用于對從所述耦合線圈接收的第一磁信號所轉換成的電信號進行放大； 所述濾波電路，用于對放大后的電信號進行濾波，抑制有用信號頻帶范圍之外的噪聲和干擾； 所述解碼電路根據發(fā)射所述第一磁信號的射頻裝置所采用的編碼方式對濾波后的信號進行解碼，并發(fā)送給所述主控制器。
12.根據權利要求11所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊還包括設置于濾波電路和解碼電路之間的解調電路；所述解調電路用于根據所述外部射頻終端所采用的調制方式對濾波后的信號進行解調，并發(fā)送給所述解碼電路。
13.根據權利要求7或9所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊包括順次連接的放大電路和濾波電路，所述放大電路與所述耦合線圈連接，所述濾波電路與所述主控制器連接； 所述放大電路，用于對從所述耦合線圈接收的第一磁信號所轉換成的電信號進行放大； 所述濾波電路，用于對放大后的電信號進行濾波，抑制有用信號頻帶范圍之外的噪聲和干擾； 所述主控制器，還用于根據發(fā)射所述第一磁信號的射頻裝置所采用的編碼方式對濾波后的信號進行解碼。
14.根據權利要求13所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊還包括設置于濾波電路和主控制器之間的解調電路；所述解調電路用于根據所述外部射頻終端所采用的調制方式對濾波后的信號進行解調，并發(fā)送給所述主控制器。
15.根據權利要求7或9所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號發(fā)射模塊包括順次連接的編碼電路、D/A轉換電路和驅動電路，所述編碼電路與所述主控制器連接，所述驅動電路與所述耦合線圈連接； 所述主控制器用于產生所述射頻裝置需要發(fā)射的低頻磁場信息，所述磁場信息為數字基帶信號； 所述編碼電路用于對所述主控制器提供的數字基帶信號進行編碼； 所述D/A轉換電路用于將編碼后的數字信號轉換為低頻模擬信號； 所述驅動電路用于放大所述低頻模擬信號，并驅動所述耦合線圈產生低頻交變磁場。
16.根據權利要求15所述的射頻裝置，其特征在于所述磁信號發(fā)射模塊還包括設置于所述編碼電路和D/A轉換電路之間的調制電路；所述調制電路用于對編碼后的數字基帶信號進行調制，并發(fā)送給所述D/A轉換電路。
17.根據權利要求7或9所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號發(fā)射模塊包括順次連接的D/A轉換電路和驅動電路，所述D/A轉換電路與所述主控制器連接，所述驅動電路與所述耦合線圈連接； 所述主控制器用于產生低頻編碼數據，并發(fā)送給所述D/A轉換電路； 所述D/A轉換電路用于將所述低頻編碼數據轉換為低頻模擬信號； 所述驅動電路用于放大所述低頻模擬信號，并驅動所述耦合線圈產生低頻交變磁場。
18.根據權利要求17所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號發(fā)射模塊還包括設置于所述主控制器和D/A轉換電路之間的調制電路；所述調制電路用于對所述低頻編碼數據進行調制，并發(fā)送給所述D/A轉換電路；所述調制電路的調制方式采用無幅度變化的數字調制方式；所述調制電路的調制方式為開關鍵控法、頻移鍵控法、二進制相移鍵控法或者正交相移鍵控法；所述調制電路采用的載波信號的波形為正弦波、三角波或者方波。
19.根據權利要求7或9所述的射頻裝置，其特征在于 所述耦合線圈為低頻接收通道、低頻發(fā)射通道分用的多線圈，或者為低頻接收通道、低頻發(fā)射通道合用的單線圈。
20.根據權利要求19所述的射頻裝置，其特征在于 當所述耦合線圈采用低頻接收通道、低頻發(fā)射通道合用的單線圈時，所述單線圈與所述低頻磁信號接收模塊和低頻磁信號發(fā)射模塊之間設有模擬信號開關，所述模擬信號開關還與所述主控制器連接；所述主控制器向所述模擬信號開關提供開關控制信號，以控制所述模擬信號開關切換所述低頻磁信號接收模塊或者低頻磁信號發(fā)射模塊與所述單線圈之間的連接。
21.根據權利要求I至9任一項所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊的預定最高收發(fā)工作頻率處于音頻頻段、甚低頻頻段或者低頻頻段。
22.根據權利要求21所述的射頻裝置，其特征在于 所述音頻頻段的頻率范圍為300Hz至3kHz ;所述甚低頻頻段的頻率范圍為3kHz至30kHz ;所述低頻頻段的頻率范圍為30kHz至300kHz。
23.根據權利要求21所述的射頻裝置，其特征在于 所述磁信號接收模塊和磁信號發(fā)射模塊通過時分雙工模式或者頻分雙工模式與發(fā)射第一磁信號的射頻裝置進行低頻鏈路的雙向通信；并且，所述磁信號接收模塊的工作頻率和所述磁信號發(fā)射模塊的工作頻率小于預定最高收發(fā)工作頻率。
24.根據權利要求I至9任一項所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻數據收發(fā)模塊包括順次連接的射頻收發(fā)器、阻抗匹配網絡和射頻天線，所述射頻收發(fā)器還與所述主控制器連接。
25.根據權利要求24所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻收發(fā)器采用射頻通信方式，工作頻率在甚高頻VHF頻段、特高頻UHF頻段或者超高頻SHF頻段。
26.根據權利要求24所述的射頻裝置，其特征在于 所述射頻收發(fā)器工作頻率為433MHz、915MHz、2. 4GHz或者5. 8GHz。
27.根據權利要求24所述的射頻裝置，其特征在于 所述阻抗匹配網絡用于確保發(fā)射或者接收的射頻信號在鏈路上無反射的最大功率傳輸。
28.—種通信方法，其特征在于，包括 裝備有如權利要求I至27任一項所述的射頻裝置的移動通信終端接收外部射頻終端發(fā)送的第一磁信號，并判斷所述射頻裝置和外部射頻終端之間的通信距離是否在預設值的范圍內； 當通信距離在預設范圍內時，所述射頻裝置向所述外部射頻終端發(fā)送低頻應答信號，并與所述外部射頻終之間通過射頻進行數據通信； 在前述射頻通信期間，所述射頻裝置不間斷的接收射頻讀卡器發(fā)送第一磁信號，并判斷通信距離是否在預設值的范圍內，若通信距離不在預設范圍內時，則停止前述射頻數據通信。
29.根據權利要求28所述的通信方法，其特征在于 當裝備所述移動通信終端與所述外部射頻終端之間的通信完成后，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)并等待下一次通信。
30.根據權利要求28所述的通信方法，其特征在于 當通信距離在預設范圍以外時，所述射頻裝置在第一預設時間內繼續(xù)嘗試接收外部射頻終端發(fā)送的第一磁信號，并判斷所述射頻裝置和外部射頻終端之間的通信距離是否在預設值的范圍內。
31.根據權利要求30所述的通信方法，其特征在于 當所述射頻裝置在第一預設時間內未接收到第一磁信號，則裝備所述射頻裝置的移動通信終端斷開與所述外部射頻終端的連接，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)。
32.根據權利要求28所述的通信方法，其特征在于 當所述射頻裝置檢測到通信距離在預設范圍內時，所述射頻裝置在第二預設時間內嘗試接收外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，若在第二預設時間內接收到外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，則與所述外部射頻終之間進行射頻數據通信，若在第二預設時間內沒有接收到外部射頻終端發(fā)送的射頻數據，則裝備所述射頻裝置的移動通信終端斷開與所述外部射頻終端的連接，所述射頻裝置進入休眠狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制射頻通信距離的射頻裝置，以及基于該射頻裝置的通信方法。所述射頻裝置包括射頻數據收發(fā)模塊，其還包括磁信號接收模塊，用于接收外部射頻終端發(fā)出的第一磁信號；磁信號發(fā)射模塊，用于產生并發(fā)射第二磁信號；所述射頻裝置通過所述磁信號控制與所述外部射頻終端的通信距離，所述射頻裝置通過所述射頻數據收發(fā)模塊與所述外部射頻終端進行信息交換。所述射頻裝置借助低頻磁信號接收和發(fā)射模塊實現雙向的低頻距離控制，很好地克服了采用單向距離控制的射頻裝置在使用中容易出現通信距離被拉遠的問題，有效地避免了距離被拉遠后帶來的風險，提升了用戶的體驗和感受。
文檔編號G06K7/10GK102768725SQ201110112459
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2011年5月3日
發(fā)明者董睿 申請人:國民技術股份有限公司