[发明专利]一种射频装置和射频读卡器以及相关通信系统和通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及在射频终端与射频通信设备之间，进行距离可控的近距离安全数据通信的设备、方法和系统，特别涉及含有射频装置(如射频卡)或近距离射频通信功能的射频通信终端(如手机、PDA)与近距离射频通信设备(比如POS机或读卡器；POS，即Point of sales，销售点)的距离控制通信设备、系统和安全通信方法。

背景技术

如今，射频通信终端尤其是射频卡已经普及，通过改造，使移动或固定通信终端具备近距离通信功能，特别是利用手机等移动射频通信终端来实现电子支付等功能的需求越来越强烈。目前，已经出现了在手机中的用户识别模块SIM(Subscriber Identity Module)卡上增加射频功能(称为射频SIM卡)或者在手机主板上增加近距离通信模块来实现手机近距离通信的方法，这种方法的出现使得手机成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足市场的迫切需求。

其中，基于射频SIM的手机近距离解决方案以其简单、无需更改手机等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM采用UHF(Ultra High Frequency，超高频)等技术使得射频SIM卡嵌入在手机内部时射频信号仍然可以从手机中透射出来，从而实现不必对现有的手机进行任何结构改变就可使得手机具备近距离通信功能。但是，不同手机由于内部结构不同造成射频信号透射效果存在很大的差异，透射强的手机其射频SIM卡射频通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的手机其射频SIM卡通信距离也可以达到几十厘米。在移动支付应用中，如公交地铁刷卡，通常都会对于交易距离有严格的要求以确保交易的安全，例如交易距离要求限制在10cm以下，以防止用户在不知情的情况下误刷，造成损失；另一方面，还要求在规定距离以下保证通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射频SIM的手机在增加近距离通信功能的同时，还必须能够有效控制其交易的距离范围。

现有射频通信技术中，基于ISO14443标准的非接触卡技术能够实现可控距离交易，该技术中，读卡器不断发射交变磁场传送信号和能量，卡接近读卡器时其内部线圈可以感应出能量来供非接触卡内部电路工作，同时还可以解调出其中的信号实现卡与读卡器之间的通信，由于磁场能量随距离衰减剧烈，难以传送到较远距离，因此采用该技术能够实现可控距离通信；而实际上，这种技术难以应用在内置设备中的射频卡上，如SIM卡上。这是因为像SIM卡这类产品，本身面积很小，且嵌入在手机内部，由于手机内部存在电池以及其他含有金属的部件，交变磁场会产生涡流迅速衰减，使得读卡器辐射的磁场能量及信号无法穿透手机与射频SIM实现通信。多年以来业内均不能解决这个问题，例如，在日本使用手机进行支付较为普及，但只能使用定制手机实现支付要求的近距离通信，这种方式实现移动支付的商业代价远远高于仅仅更换SIM卡来实现移动支付的方式，日本之所以不采用仅仅更换SIM卡的方式就是因为ISO14443技术不能在SIM卡上实现。

发明专利CN200810142624.1提出了一种控制移动终端射频通信距离的系统和方法，该方法首先通过试验方法在射频控制终端上为每一类型的射频移动终端建立对应近场图谱；利用探测器阵列将检测到的当前射频移动终端的场强与其近场图谱之间通过匹配算法得到的用于比较的匹配度；将得到的匹配度与射频控制终端中预先设置好的对应该类型射频移动终端的门限值比较，从而判断当前射频移动终端与射频控制终端的距离是否在规定的范围内。该方法需要事先通过试验等方法获取每一个射频控制终端的近场图谱，称为校准，该过程要求高、较为复杂；而且该方法基于射频信号场强，容易受到射频信号干扰，系统要屏蔽和消除这个干扰需要采用复杂的方法来实现。

发明内容

为避免ISO14443技术以及专利CN200810142624.1技术的不足，针对射频装置(尤其是内置于设备中的射频卡，如射频SIM卡)与射频读卡器近距离交易的距离控制问题，本发明提出了一种射频装置、和与之对应的射频读卡器、以及采用上述射频装置和射频读卡器的通信系统和一种射频安全通信方法。该通信系统利用磁场进行通信认证以确认交易距离和提交交易者身份，再利用高频射频信号能够穿透手机内部结构、实现高速数据交换的特点来完成身份确认和正常交易，从而实现可控距离的近距离安全通信。这种系统可以实现含有射频装置的射频通信终端(如装有射频SIM卡的手机)与射频通信设备(读卡器)的数据通信距离(也即交易距离)可靠地控制在规定范围内。