专利名称：一种具有非接触ic卡或电子标签及非接触ic卡或电子标签读写器用途的手机装置实现方法
技术领域：
本发明是手机技术领域，它能使手机具备非接触IC卡或电子标签读写功能，并可以将该类手机直接应用于非接触支付、门禁等多种应用领域。
背景技术：
IC卡特别是非接触式IC卡经过十多年的发展，已深入现代生活的各个角落，被广泛应用于公交、门禁、小额电子支付等领域。近年来，在轨道交通、物流管理、物品防伪、身份识别等需求推动下，非接触式IC卡或电子标签技术的不断进步，应用越来越普及，迫切需要各类非接触IC卡或电子标签识别设备。与此同时，手机经历20多年的迅速发展，已经几乎成为居民人手俱备的随身装置，普及率非常高，并且有向手机集成更多功能的趋势。利用手机实现近距离支付是应用研究的热点。目前业界主要有两套基于非接触技术的解决方案双界面SIM卡方案和NFC(Near Field Communication)方案。
Combi SIM(又称Dual Interface双界面)卡方案指通过更换手机内部SIM，取代以Combi SIM卡，在保留原接触界面的SIM卡功能基础上增加非接触IC卡应用界面。因需增加射频天线接口，该方案需要对设计进行改造或重设计。Combi SIM卡方案在手机中增加了非接触IC卡的功能，但没有实现读写器和双工通讯功能。
NFC(Near Field Communication近场通讯)是这几年飞速发展的一种新兴技术，由Sony、Philips和Nokia提出，它使得两个电子设备直接可以进行短程的通讯，工作在13.56MHz频段，工作距离几个厘米。NFC技术目标是电子设备之间的近距离通讯，但在实际推广过程中面临较多困难，因此也将其主要应用领域集中近距离支付应用。该方案同样要求对手机进行重设计。上述两种方案尽管技术上都可行，但没有很好地理顺手机设备制造商、移动服务运营商和应用服务运营商之间的关系，造成推广困难。
发明内容
本发明的目的是获得一种用于扩展手机功能实现非接触支付及电子标签读写器应用的方法。
本发明中作为IC卡形状的产品通常称为非接触式IC卡，而作为纸质标签的非接触IC卡，通常又叫做RFID(电子标签)，两者从芯片的角度是一样的，对本发明来说，两种表述是一致的，所以本发明说明书部分均用“非接触IC卡或电子标签”表述。
本发明提出的一种具有非接触IC卡或电子标签及非接触IC卡或电子标签读写器用途的手机装置实现方法，是在通用手机(1)功能基础上，分别增加独立的非接触IC(集成电路)卡(或者电子标签)读写器模块(2)和非接触IC(集成电路)卡(或者电子标签)(3)两部分，使该手机既可作为非接触卡(或者电子标签)读写器使用，又可作为非接触卡(或者电子标签)使用。
本发明中，增加非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)、非接触IC卡或电子标签(3)的手机终端，非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)与手机终端(1)的基带芯片或主控CPU或SIM卡之间采用接触的物理电气连接方式，非接触IC卡或电子标签(3)与读写器模块(2)和手机终端(1)之间无直接电气连接，通过电场耦合进行能量和数据交换。
本发明中，非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线绕制在手机周边外壳、或背部外壳或电池板背部，并与金属器件存在1mm-5mm距离。
本发明中，非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线可与手机电池板/或印刷电路板具有金属特性的器件之间填充铁氧体材料，用于隔离金属层屏蔽并增加天线的电磁力线通过量。
本发明中，非接触IC卡或电子标签(3)采用粘贴和模具固定的方式，放置在非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线区域，并保持非接触IC卡或电子标签(3)与非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线全部或部分重叠。
本发明中，手机终端(1)作为无线链路用作应用服务器与非接触卡或电子标签读写模块(2)、非接触卡或电子标签(3)之间数据传送通道，数据通讯采用手机自带加密或第三方加密通讯方式。
本发明中，非接触IC卡或电子标签(3)装入手机时，手机和非接触IC卡(或者电子标签)(3)之间要进行绑定，由手机通过读写器模块(2)读取和记录非接触IC(集成电路)卡(或者电子标签)(3)的ID号。
本发明中，非接触IC卡或电子标签(3)能从手机内部拆卸转移。
本发明中，拆卸转移非接触IC卡(或者电子标签)(3)后需要重新绑定。
本发明中，非接触IC卡或电子标签(3)能独立更换升级为符合EMV2000规范的非接触式银行IC卡，满足金融支付的要求。
本发明中，非接触IC卡或电子标签读写器(2)与非接触IC卡或电子标签(3)部分或全部支持13.56MHz频段的ISO14443、ISO15693国际标准。
本发明所述方法实现的手机装置能支持手机内置界面和STK(SIM Toolkit)扩展界面两种方式，并支持OTA(空中下载)接口，便于运营商管理应用。
综上所述，本发明在普通手机基础上(Feature phone或Smart phone)增加非接触读写模块及电子标签。其中非接触读写模块由非接触IC卡读写芯片(支持ISO14443或ISO15693标准)及MCU组成，MCU完成对读写芯片的底层控制及相关的应用流程，同时完成加密认证及密钥传递的工作。该读写芯片可以支持NFC功能。RFID标签为独立的标签产品，表现为粘贴标签直接粘贴在手机外壳处或者作为插卡直接插入固定在手机外壳的特定区域。RFID标签放置位置与读写模块天线位置重合或交叠，并且RFID标签芯片支持防冲突机制，可以被读写模块休眠和唤醒。
本发明方法简单，结构不复杂，但可使手机具有如下多重功能1)手机成为独立的非接触IC卡或电子标签读写器，在防冲突协议下关闭自身携带的非接触卡/RFID的通讯请求，可以直接与外部非接触卡(电子标签)器件进行通讯；2)手机可以作为非接触IC卡或电子标签在小额电子支付、门禁等领域使用；3)手机可以通过读写模块对机内非接触IC卡或电子标签进行数据(余额，消费记录等)查询，资费充值等操作；4)机内非接触IC卡或电子标签独立于手机，便于应用推广(兼容已有非接触卡应用系统)与手机更新(机卡分离)
图1为本发明的具有非接触IC卡或电子标签及非接触IC卡或电子标签读写器用途的手机结构示意图。
图2为本发明的读写模块结构示意图。
图3为本发明采用的安全模式一示意图。
图4为本发明采用的安全模式二示意图。
图5为本发明采用的安全模式三示意图。
上述图中1是手机，2是读写器模块，3是电子标签，4是基带芯片，5是SIM卡。
具体实施例方式
本发明具体实施方式
参见图一，由手机(1)、读写模块(2)和RFID(电子标签)(3)三部分组成。
手机(1)为标准移动通讯设备，可以为普通手机或者为智能手机(具有OS)，相关部件包括基带芯片和SIM卡(在CDMA、小灵通等手机称为UIM卡、PIM卡或其它名称，以下统称为SIM卡)。
读写模块(2)为非接触IC卡或电子标签读写控制单元，并同时基本一定的加密功能。读写模块由射频模块、MCU两个主要部分构成，辅以天线、电源以及IO接口，具体参见图二。射频模块和MCU可以是两块独立的芯片，也可以是集成的一块芯片。射频模块具有符合ISO/IEC14443及ISO15693标准的IC卡读写功能，在MCU的控制下，完整实现了对IC卡的各种操作功能，该射频模块也可以升级增加符合NFC相关功能；MCU还同时完成安全处理(加解密、密钥分散与计算等)功能，实现了对IC卡的安全、可靠操作；读写模块提供丰富的对外接口方式，包括UART、SPI、I2C、SDIO、USB等，考虑到模块与SIM卡可能直接连接，因此还支持扩展的SIM卡接口(如SWP单线协议接口等)，模块通过这些接口，与手机的基带处理芯片或SIM卡进行连接和通讯；模块具有读写模式、低功耗模式以及断电模式，分别适应于不同的需要；在模块发行(应用初始化)时，模块支持将各种不同的应用程序导入到模块中。天线被内置在移动终端中。
非接触IC卡或电子标签(3)同样内置在移动终端中，也同样具有自身的天线。RFID的天线与模块天线内置在手机中的位置需要一定层度的交叠，保证模块天线和RFID天线之间有足够的空间穿透电(磁)力线。
高频的RFID读写原理为电磁感应，读写器和IC卡之间通过天线进行数据和能量的发射和接收，在此过程中，一些物理的设计如天线的大小，天线之间的距离，以及天线周边的环境对读写的效果有明显的影响。天线面积与，读写距离成正比关系，天线所在的平面和RFID所在的平面宜尽可能平行，避免夹角大于45°，读写模块以及RFID的天线都应该远离金属密集地，如金属面板等，具体在手机中，包括PCB板、电池以及金属外壳等，该距离应保持1cm以上，并在小于3cm空间距离时可以通过添加铁氧体等磁性材料来增加电(磁)力线的通过量。
在本方面的应用过程中，安全性是最基本也是最重要的要求。特别是移动支付应用，根据PBOC2.0的要求，在支付过程中，应该根据不同的交易类型，实现联机或脱机的交易认证。对于其他种类的应用，例如产品防伪、追踪监管等，就其安全体系来说，事实上就是一个数据加解密的过程。
在不同的应用中，IC卡(RFID)主要有两种不同的产品一般的逻辑加密卡或者CPU卡。一般来说，对于CPU卡，终端只是在用户卡与后台或PSAM卡之间传递认证数据，无须获得用户卡的密钥。密钥存储在后台或PSAM卡中，在交易过程中通过分散算法计算出用户卡的密钥，并进一步计算出相关的交易认证数据输出或对输入进行验证，系统的安全体系与终端是不相关的。在目前的非接触逻辑加密卡的应用中，由于卡片没有运算能力，终端必须通过对读写模块加载密钥才能实现对卡片的读写，因此如何保证密钥在传输过程中的安全性，是保证卡片安全交易的关键。
本发明应用的安全体系支持三种模式1.第一种模式后台密钥支持体系此种方式下，所有的密钥被放置在应用服务提供商的后台服务器上，由后台服务器向前端应用提供实时的密钥服务，其基本的过程如下图三所示。在每次交易时，终端向后台申请分散后的卡片密钥密文，传送给读写模块，由模块解密后使用。应用开始之前，用户需要向应用服务提供商提出应用申请，由应用服务提供商完成对用户终端的初始化(如应用程序导入)工作，在每次的应用中，后台服务和用户终端之间还有一个相互认证的过程，以确定后台服务和用户终端对于对方来说都是合法的。
2.第二种模式采用本地SIM卡作为SAM卡的安全体系此种方式下，密钥被放置在移动终端的SIM卡中，读写模块在需要时，向SIM卡申请密钥服务。此种方式的基本结构和过程如图四所示。此种方案的应用初始化工作由移动通信运营商负责提供，其初始化的过程就是在SIM卡中增加应用所需要的密钥以及在读写模块中导入应用程序。
3.第三种模式内部模拟SAM卡的安全体系此种方式下，密钥被放置在读写模块的内部，在应用需要时，由内置的安全服务计算出访问IC卡的密钥。此种方式的基本结构和过程如图5所示。此种方案的应用初始化工作由应用服务提供商负责提供，其初始化的过程主要是在读写模块中导入密钥及应用程序，是成本最低的一种方式。
本发明的所以功能实现是在手机人机界面上表现，该界面可以是手机MMI界面，也可以通过SIM的STK功能扩展实现，并同时支持OTA接口，以实现灵活便利的功能添加和升级。
权利要求
1.一种具有非接触IC卡或电子标签及非接触IC卡或电子标签读写器用途的手机装置实现方法，其特征在于在通用手机(1)基础上，增加独立的非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)和非接触IC卡或电子标签(3)两部分，使该手机可以作为非接触IC卡或电子标签读写器使用，或者作为非接触IC卡或电子标签使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于增加非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)和非接触IC卡或电子标签(3)的手机终端，非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)与手机终端(1)的基带芯片(4)或主控CPU或SIM卡(5)之间采用接触的物理电气连接方式，非接触IC卡或电子标签(3)与读写器模块(2)和手机终端(1)之间无直接电气连接，通过电场耦合进行能量和数据交换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线绕制在手机周边外壳或背部外壳或电池板背部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线与手机电池板或印刷电路板具有金属特性的器件之间填充铁氧体材料，用于隔离金属层屏蔽并增加天线的电磁力线通过量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签(3)采用粘贴或模具固定的方式，放置在非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线区域，并保持非接触IC卡或电子标签(3)与非接触IC卡或电子标签读写器模块(2)的天线全部或部分重叠。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于手机终端(1)使用无线链路作为应用服务器与非接触IC卡或电子标签读写模块(2)、非接触IC卡或电子标签(3)之间数据传送通道，数据通讯采用手机自带加密或第三方加密通讯方式。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签(3)装入手机时，手机和非接触IC卡或电子标签(3)之间进行绑定，由手机通过读写器模块(2)读取和记录非接触IC卡或电子标签(3)的唯一ID识别号。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签(3)能从手机内部拆卸转移。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于拆卸转移非接触IC卡或电子标签(3)后需要重新绑定。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签(3)能独立更换升级为符合EMV2000规范的非接触式银行IC卡，满足金融支付的要求。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于非接触IC卡或电子标签读写器(2)与非接触IC卡或电子标签(3)部分或全部支持13.56MHz频段的ISO14443、IS015693国际标准。
12.根据权利要求1所述方法实现的手机装置能支持手机内置界面和STK扩展界面两种方式，并支持OTA接口，便于运营商管理应用。
全文摘要
本发明是一种具有非接触IC卡或电子标签及非接触IC卡或电子标签读写器用途的手机装置实现方法，其特征在于它在通用手机功能基础上，增加独立的非接触IC卡或电子标签读写器模块和非接触IC卡或电子标签两部分，其中非接触IC卡或电子标签读写器模块与手机基带处理芯片或主控CPU或SIM卡之间有接触的物理电气连接接口，受基带处理芯片或主控CPU或SIM卡控制完成非接触IC卡或电子标签读写操作及通讯功能；非接触IC卡或电子标签与读写模块、手机其它模块之间无接触的物理电气接口，双方通过近场耦合原理进行能量供应及通讯，该非接触IC卡或电子标签具有安全认证及防冲突功能。采用该方法，可以使该手机在具有普通手机功能的同时，具有非接触电子支付、电子钱包查询和充值、门禁考勤管理、防伪和物流管理等多重功能。
文档编号H04Q7/32GK1933351SQ200610116549
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年9月27日
发明者李蔚, 张纲, 王元彪, 李清 申请人:上海复旦微电子股份有限公司