[发明专利]一种近场距离判断装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及射频通信中对射频信号源的距离进行判断的系统和方法，更具体地说，涉及应用于移动支付等需要进行近场距离判断的领域的距离判断装置和方法。

背景技术

射频通信终端尤其是手机已经普及，通过改造使射频通信终端具备近距离通信功能，以利用手机等射频通信终端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，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）技术使得射频信号可以从手机中透射出来，从而实现不重新设计手机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，透射强的手机其通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的手机也可以达到几十厘米。而在移动支付应用中，如公交地铁刷卡，通常都会对于交易距离有严格的要求，以防止用户在不知情的情况下误刷，造成损失。因此，基于射频SIM卡的手机在增加近距离通信功能的同时，还必须能够控制其交易的有效距离范围。

现有射频通信技术中，能够实现交易距离控制的有基于ISO14443标准的非接触卡技术，该技术通过从读卡器上感应出能量以供非接触卡内部电路工作，实现与读卡器之间的互相通信。该技术所实现的距离控制的基本原理在于射频能量只能在近距离传输，但这种技术难以应用在SIM卡上，这是因为SIM卡的面积很小，且其嵌入在手机内部，读卡器辐射的射频能量无法穿越手机与射频SIM卡，并实现通信。

中国专利申请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种射频控制终端的近场图谱，应用系统比较复杂。

利用相位差来判断信号到达角度和距离的方法很多，如美国专利US2437695就提到采用三个已知位置的接收装置，通过测量各个接收装置之间的相互相位差，利用三角函数公式来精确计算发射源的位置。这种基于三角公式精确计算确定位置的方法也广泛地应用在GPS系统中，一般适用于远场判断。这种方法存在的问题是数学计算量很大，系统要求很高，尤其存在抗干扰能力弱的关键问题：当信号源与接收装置之间存在干扰物，出现信号反射的情况，相位将出现180度的反转，这种相位反转将造成信号源定位失效。对于这类问题，GPS系统往往需要采用复杂的防止多径干扰等措施降低其对于系统的影响，这往往带来更为复杂的系统设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种近场距离判断装置和方法，在装置简单，计算量小，不需获取每一种射频控制终端的近场图谱的情况下，实现在UHF频段近距离通信情况下的距离判断。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种近场距离判断装置，包括UHF天线阵列单元、相位差检测单元、距离判断算法运算单元； UHF天线阵列单元与相位差检测单元电连接；相位差检测单元与距离判断算法运算单元电连接；UHF天线阵列单元接收信号源产生的信号，并将信号传送给相位差检测单元进行检测；相位差检测单元进行信号的相位检测并转换成距离判断算法运算单元可以识别的相位信息；距离判断算法运算单元根据接收的相位信息进行计算得到信号源与UHF天线阵列单元之间的距离，并判断该距离是否在预定的范围内。

本发明的有益效果是：仅通过距离判断算法运算单元对UHF天线阵列单元接收到的UHF频段信号进行相位差的计算和判断，就可以实现射频控制终端和UHF天线阵列单元之间的距离判断，装置简单，计算量小，不需事先获取每一种射频控制终端的近场图谱。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下限定。

进一步，所述UHF天线阵列单元由至少3组天线对组成。

进一步，所述UHF天线阵列单元中至少3组天线对彼此线性不相关。