专利名称：具有非接触通信功能的用户识别卡及其工作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种具有非接触通信功能的用户识别卡及其 工作方法。
背景技术：
现有各种网络制式的移动通信系统中采用的SIM(Subscriber Identity Module, 用户识别模块)卡、UIM(User Identity Module，用户识别模块)卡、PIM(PHS SIM, PHS Personal Handy-phone System ；个人手持式电话系统用户识别模块)卡、USIM(UMTS SIM, UMTS Universal Mobile Telecommunications System ；通用移动通信系统用户 识别模块)卡等，均属于接触式ICdntegrated Circuits，集成电路)卡的范畴，符合 ISO (International Organization for Standardization，国际标准化组织)7816 标准，本 申请文件中可以统称为用户识别卡。随着移动电子商务技术的发展，移动终端(一般为手机)不再是单纯的通话工 具，还可以为用户提供电子钱包、电子卡、条码凭证、电子医疗预约等丰富的应用服务，内 置于移动终端的用户识别卡成为实现移动通信业务、移动电子商务业务、移动互联网业务 及其它业务的核心模块，具有安全认证、数据存储等功能。移动终端的非接触支付业务是 一种移动电子商务业务，基于NFC (Near Field Communication，近距离无线通信)技术和 RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术实现，用于移动终端的非接触支 付。内置于移动终端的用户识别卡作为非接触支付的核心模块，需要具有非接触通信功能， 现有技术中提供了一种实现方案，用户识别卡以SIM卡为例进行说明，该实现方案可以称 为双界面SIM卡方案。双界面SIM卡又称为Combi SIM卡，用双界面SIM卡替换内置于移 动终端的普通SIM卡，双界面SIM卡与普通SIM卡相比，在现有接触式IC卡应用界面的基 础上增加了非接触IC卡应用界面。非接触天线需要连接在现有SIM卡的预留引脚(C4和 C8引脚)上，非接触天线可以印刷在物理卡基的塑料薄膜上，再贴到双界面SIM卡的表面， 也可以作为一个独立的部件附加在移动终端中，并且从移动终端的内部引出。双界面SIM 卡方案中，双界面SIM卡与非接触天线以及移动终端的连接关系，请参见图1。双界面SIM卡中接触式IC卡部分符合ISO 7816标准，非接触IC卡部分符合ISO/ IEC 14443标准。双界面SIM卡的芯片结构请参见图2，主要包括RF (Radio Frequency，射 频)接口、ISO 7816接口、CPU(中央处理器)、存储器(包括ROM、EEPR0M、RAM)及其它外 围模块，例如时钟模块等。其中，RF接口是双界面SIM卡和非接触读卡器的通信接口 ；ISO 7816接口是移动终端和双界面SIM卡的通信接口，并且是移动终端向双界面SIM卡提供电 源的通道；CPU处理移动终端通信指令的执行和非接触读卡器通信指令的执行。其中，非接 触天线和非接触读卡器的工作频率一致，一般为13. 56MHz。双界面SIM卡方案存在如下技术问题1、双界面SIM卡芯片需要占用现有SIM卡的预留引脚(C4和C8引脚)，限制了基 于高速机卡接口的各种后续业务的应用。
2、由于移动终端的电池和电路板的屏蔽作用，双界面SIM卡接收到的非接触读卡 器的信号以及返回给非接触读卡器的信号都非常微弱，如果双界面SIM卡返回的信号不进 行功率放大且与该双界面SIM卡配套的非接触读卡器不进行信号增强，双界面SIM卡与非 接触读卡器之间的通信质量会非常差，非接触读卡器几乎无法接收到双界面SIM卡返回的 信号，导致移动终端中的双界面SIM卡无法进行非接触通信。3、非接触天线贴到双界面SIM卡表面或者从移动终端的内部引出，在制作、以及 使用过程中很容易造成非接触天线的断裂、损坏，影响用户使用。4、在多行业合作应用场景中，某些行业对支付业务要求安全性、独立性都非常高， 要求支付业务与SIM卡的移动通信业务分别放置在不同芯片内，该方案无法实现。可见，现有SIM卡具有非接触通信功能的实现方案，虽然可以满足使用移动终端 进行非接触支付的需求，但由于存在上述技术问题，严重影响了移动终端非接触支付业务 的发展。
发明内容
本发明提供一种具有非接触通信功能的用户识别卡及其工作方法，用以解决现有 具有非接触通信功能的用户识别卡需要占用预留引脚，限制了基于高速机卡接口的各种后 续业务应用的问题。本发明提供了一种具有非接触通信功能的用户识别卡，包括用户识别卡芯片，还 包括射频RF芯片和集成电路IC卡芯片，所述IC卡芯片提供与移动终端的基带芯片相连的 对外ISO 7816接口，并分别与所述用户识别卡芯片和RF芯片相连，其中所述RF芯片，用于接收第一 RF信号，将接收到的第一 RF信号进行模数转换得到 第一应用协议数据单元APDU指令，并唤醒所述IC卡芯片；以及将所述IC卡芯片返回的第 一 APDU指令执行响应进行数模转换得到第二 RF信号，并发送所述第二 RF信号；所述IC卡芯片，用于在被所述RF芯片唤醒之后，接收所述第一 APDU指令，并将所 述第一 APDU指令执行之后得到的第一 APDU指令执行响应返回给所述RF芯片；以及将移动 终端发送的第二 APDU指令转发给所述用户识别卡芯片，并将所述用户识别卡芯片执行所 述第二 APDU指令之后生成并返回的第二 APDU指令执行响应转发给所述移动终端。本发明提供了一种基于上述用户识别卡实现非接触通信功能的方法，包括射频RF芯片接收第一 RF信号，将接收到的第一 RF信号进行模数转换得到应用协 议数据单元APDU指令，并唤醒集成电路IC卡芯片；所述IC卡芯片在被所述RF芯片唤醒之后，接收所述APDU指令，并将所述APDU指 令执行之后得到的APDU指令执行响应返回给所述RF芯片；所述RF芯片将所述IC卡芯片返回的APDU指令执行响应进行数模转换得到第二 RF信号，并发送所述第二 RF信号。本发明提供了一种基于上述的用户识别卡实现接触式通信功能的方法，包括集成电路IC卡芯片将移动终端发送的APDU指令转发给所述用户识别卡芯片；并将所述用户识别卡芯片执行所述APDU指令之后生成并返回的APDU指令执行响应 转发给所述移动终端。本发明提供的具有非接触通信功能的用户识别卡，包括用户识别卡芯片、RF芯片和IC卡芯片，多个芯片封装在同一物理卡基中，IC卡芯片提供与移动终端的基带芯片相连 的对外ISO 7816接口，并分别与用户识别卡芯片和RF芯片相连，使得该用户识别卡无需占 用预留管脚(C4和C8)，有利于基于高速机卡接口的各种后续业务的应用；该用户识别卡的 物理特性符合ISO 7816标准，对于用户来说感受不到卡片外形的改变，用户只需更换该新 型的用户识别卡即可实现使用移动终端进行非接触支付，有利于移动终端的非接触支付业 务的推广。本发明提供的具有非接触通信功能的用户识别卡，对于非接触通信业务来说，通 过RF芯片接收RF信号，并经过模数转换后得到APDU指令，IC卡芯片接收该APDU指令并控 制其执行，将相应的指令执行响应返回给RF芯片，RF芯片将APDU指令执行响应经过数模 转换后得到的RF信号发送，从而实现了非接触通信功能；对于接触式通信业务来说，IC卡 芯片在移动终端和用户识别卡芯片之间转发APDU指令和相应的指令执行结果，从而实现 了接触式通信功能。本发明提供的具有非接触通信功能的用户识别卡中，用户识别卡芯片相比普通用 户识别卡芯片没有改动，因此RF芯片、IC卡芯片可以独立开发，并结合用户识别卡芯片封 装实现具有非接触通信功能的用户识别卡的各项功能。
图1为现有技术中双界面SIM卡的连接关系示意图；图2为现有技术中双界面SIM卡的芯片结构示意图；图3为本发明实施例中用户识别卡的工作系统示意图；图4为本发明实施例中用户识别卡的芯片结构示意图；图5为本发明实施例中用户识别卡的各芯片逻辑功能示意图；图6为本发明实施例中用户识别卡实现非接触通信功能的方法流程图；图7为本发明实施例中用户识别卡实现接触式通信功能的方法流程图；图8为本发明实施例中RFID-SIM卡实现非接触支付业务的一种处理流程图；图9为本发明实施例中RFID-SIM卡实现非接触支付业务的另一种处理流程图；图10为本发明实施例中RFID-SIM卡实现移动通信业务的处理流程图。
具体实施例方式现有用户识别卡已无法满足多技术、多应用相融合环境下的各种业务需求，需要 提供一种新型的用户识别卡，在现有用户识别卡所具备各种功能的基础上兼具非接触通信 功能，通过统一规划卡片资源，实现对移动通信业务、移动电子商务业务、移动互联网业务 等业务需求的支持。本发明实施例提供的具有非接触通信功能的用户识别卡是一种新型的 用户识别卡，该新型的用户识别卡无需占用预留管脚，有利于基于高速机卡接口的各种后 续业务的应用，并且其物理特性符合ISO 7816标准，对于用户来说感受不到卡片外形的改 变，用户只需更换该新型的用户识别卡即可实现使用移动终端进行非接触支付，有利于移 动终端的非接触支付业务的推广。本发明实施例中，将基于非接触通信功能实现的业务称为非接触通信业务，例如 移动终端的非接触支付业务；将基于接触式通信功能实现的业务称为接触式通信业务，例如普通用户识别卡上的移动通信业务、移动互联网业务等。下面将结合说明书附图，对本发明实施例提供的技术方案进行详细阐述。本发明实施例中首先给出具有非接触通信功能的用户识别卡的工作系统，如图3 所示，包括非接触读卡器301、具有非接触通信功能的用户识别卡302、移动终端303，具有 非接触通信功能的用户识别卡302插入移动终端303，且具有非接触通信功能的用户识别 卡302和非接触读卡器301支持相同的频率，其中非接触读卡器301，用于发射和接收固定频率的RF信号；具有非接触通信功能的用户识别卡302，用于接收非接触读卡器301发射的第一 RF信号，将接收到的第一 RF信号进行处理后返回第二 RF信号；以及接收移动终端303发 送的APDU指令，将接收到的APDU指令进行处理后返回APDU指令执行响应；移动终端303的功能和结构与现有技术中一致。与该工作系统相关的设备还包括0TA(0Ver-the-Air，空中下载)平台、P0S (交易 点)设备、PSAM(终端安全控制模块)设备等，各设备的结构和功能均与现有技术中一致。 其中，具有非接触通信功能的用户识别卡与移动终端之间的通信接口 IF18为ISO 7816接 口 ；具有非接触通信功能的用户识别卡与非接触读卡器之间的通信接口 IF14为空中射频 接口 ；具有非接触通信功能的用户识别卡与0TA平台之间的通信接口 IF15为空中报文接 口，用于控制各种应用程序的下载。具有非接触通信功能的用户识别卡的芯片结构如图4所示，包括用户识别卡芯 片400、RF芯片401、IC卡芯片402，IC卡芯片402提供与移动终端的基带芯片相连的对外 ISO 7816接口，并分别与用户识别卡芯片400和RF芯片401相连，上述三个芯片封装在同 一物理卡基中，无需占用预留管脚，该用户识别卡的物理特性符合ISO 7816标准，因此无 需对移动终端进行改造。其中RF芯片401，用于接收第一 RF信号，将接收到的第一 RF信号进行模数转换得到第 一 APDU (应用协议数据单元)指令，并唤醒IC卡芯片402 ；以及将IC卡芯片402返回的第 一 APDU指令执行响应进行数模转换得到第二 RF信号，并发送该第二 RF信号；IC卡芯片402，用于在被RF芯片401唤醒之后，接收该第一 APDU指令，并将第一 APDU指令执行之后得到的第一 APDU指令执行响应返回给RF芯片401 ；以及将移动终端发 送的第二 APDU指令转发给用户识别卡芯片400，并将用户识别卡芯片400执行该第二 APDU 指令之后生成并返回的第二 APDU指令执行响应转发给移动终端。RF芯片的内部结构包括非接触天线以及与其适配的非接触天线接口，解调电路、 调制电路、数字量化电路和数字电路，其中解调电路，用于将通过非接触天线接收到的第一 RF信号进行解调得到第一模拟 信号，并将第一模拟信号发送给数字量化电路；数字量化电路，用于将从解调电路接收到的第一模拟信号转换为第一数字信号， 并将所述第一数字信号发送给数字电路，以及将从数字电路接收到的第二数字信号转换为 第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给调制电路；数字电路，用于将从数字量化电路接收到的第一数字信号转换为第一 APDU指令， 以及将第一 APDU指令执行响应转换为第二数字信号，并将第二数字信号发送给数字量化 电路；
调制电路，用于将从数字量化电路接收到的第二模拟信号进行调制得到第二 RF 信号，并通过非接触天线发送第二 RF信号。具体实施中，为了解决由于移动终端的电池和电路板的屏蔽作用影响射频信号收 发的问题，可以提高非接触天线的工作频率，相应的要求非接触读卡器的工作频率与其相 一致。本发明实施例中，非接触天线的工作频率的选择范围为1GHz至5GHz，较佳的选择工 作频率为2. 4GHz。进一步，为了解决非接触天线贴到物理卡基表面或者从移动终端的内部引出，在 制作以及使用过程中很容易造成非接触天线的断裂、损坏等问题，可以将非接触天线封装 在该用户识别卡的物理卡基中，无需外置该非接触天线。由于高频的频率特性，使得对应的 非接触天线的物理尺寸可以非常小(工作频率为1GHz至5GHz时，对应的物理尺寸一般在 0. 5cm 1cm之间)，从而使得内置非接触天线得以实现。并且随着天线技术的发展，除了 提高非接触天线的工作频率之外，也可以采用其它手段达到缩小非接触天线的物理尺寸的 目的，例如采用介质天线技术、多天线技术、新型的电磁材料天线技术等，从而可以将非接 触天线封装在该用户识别卡的物理卡基中。IC卡芯片的内部结构包括第一 CPU、第一存储器(包括ROM、EEPROM、RAM等)，以 及与移动终端的基带芯片相连的对外ISO 7816接口，与RF芯片相连的RF接口、与用户识 别卡芯片相连的第一 ISO 7816接口，及其它外围模块，例如时钟模块等。其中，RF接口控制 RF信号的收发以及非接触通信协议栈的处理；对外ISO 7816接口是移动终端和具有非接 触通信功能的用户识别卡的通信接口，并且是移动终端向该用户识别卡提供电源的通道。 其中第一 CPU，用于处理控制程序的执行以及应用程序的APDU指令执行；第一存储器，用于存储控制程序、应用程序以及相关数据，存储器中ROM和EEPROM 用于存储控制程序、应用程序、永久性数据等，控制程序是实现CPU调度、不同存储空间分 配、以及10(输入输出)处理等功能的逻辑程序。RAM用于存储临时性数据，运行控制程序 时为了提升运行速率，可以将部分程序代码逻辑复制到RAM中，以实现快速调用，该部分程 序代码可以称为临时程序，具体实施中RAM还可用于存储该临时程序。同时，IC卡芯片也可实现非接触通信业务，例如移动终端的非接触支付业务，则需 要在存储器中存储相应的应用程序。用户识别卡芯片包括但不限于应用于GSM系统的SIM卡芯片，应用于CDMA(码分 多址接入)系统的UIM卡芯片，应用于PHS系统的PIM卡芯片，应用于UMTS系统的USIM卡 芯片，本发明实施例中同样以应用于GSM系统的SIM卡芯片为例进行说明。SIM卡芯片可以 实现基本程序例如COS (卡片操作系统)，并实现现有各种接触式通信业务，SIM卡芯片也可 实现非接触通信业务，则需要在存储器中存储相应的应用程序。SIM卡芯片的内部结构包括 第二 ISO 7816接口、第二 CPU、第二存储器(包括ROM、EEPROM、RAM)及其它外围模块，例如 时钟模块等。其中，第二 ISO 7816接口是实现和IC卡芯片的通信接口，并且是移动终端向 该SIM卡芯片提供电源的通道；第二 CPU用于处理控制程序的执行以及应用程序的APDU指 令执行；第二存储器中ROM和EEPROM用于存储控制程序、应用程序、永久性数据等，RAM用 于存储临时性数据，还有可能存储临时程序。该SIM卡芯片与普通SIM卡中SIM卡芯片的 结构和功能一致，无需对该SIM卡芯片进行任何改造。
本发明实施例中的具有非接触通信功能的用户识别卡中，各芯片之间的逻辑功能 如图5所示。IC卡芯片中实现CI0S (卡片输入输出管理系统)，用来管理S⑶(与移动终端的接 触式ISO 7816接口)、SCR(非接触RF接口)、SCC(与用户识别卡芯片的接触式ISO 7816 接口)三个接口。IC卡芯片中CI0S具体实现以下功能1、控制和实现与移动终端的接触式ISO 7816接口，具体为ISO 7816接口协议控制，接收发送外部接触式通信数据；接收外部电源；时钟控制；休眠和唤醒状态控制；程序运行超时响应控制；内存访问控制。2、控制和实现与RF芯片的非接触RF接口，具体为RF接口协议控制，接收发送非接触通信数据；射频通信协议栈，包括物理层、链路层、传输层的数据打包拆包，校验，纠错等；时钟控制；休眠和唤醒状态控制；实现非接触通道数据缓存；RF信号的距离控制；芯片的功耗控制。3、控制和实现与用户识别卡芯片的通信接口，具体为ISO 7816接口协议或其他芯片间通信接口协议控制，接收发送指令数据；提供芯片间电源信号；时钟控制；休眠和唤醒状态控制；程序运行超时响应控制；内存访问控制；4、提供芯片上层程序的统一 API接口，具体为将接触式和非接触通道的接口统一化；提供芯片控制所需的相关接口函数，如时钟管理、内存管理、版本信息等API接 口，相关接口函数请参见表1。表 权利要求
一种具有非接触通信功能的用户识别卡，包括用户识别卡芯片，其特征在于，还包括射频RF芯片和集成电路IC卡芯片，所述IC卡芯片提供与移动终端的基带芯片相连的对外ISO 7816接口，并分别与所述用户识别卡芯片和RF芯片相连，其中所述RF芯片，用于接收第一RF信号，将接收到的第一RF信号进行模数转换得到第一应用协议数据单元APDU指令，并唤醒所述IC卡芯片；以及将所述IC卡芯片返回的第一APDU指令执行响应进行数模转换得到第二RF信号，并发送所述第二RF信号；所述IC卡芯片，用于在被所述RF芯片唤醒之后，接收所述第一APDU指令，并将所述第一APDU指令执行之后得到的第一APDU指令执行响应返回给所述RF芯片；以及将移动终端发送的第二APDU指令转发给所述用户识别卡芯片，并将所述用户识别卡芯片执行所述第二APDU指令之后生成并返回的第二APDU指令执行响应转发给所述移动终端。
2.如权利要求1所述的用户识别卡，其特征在于，执行所述第一APDU指令的应用程序 存储在所述IC卡芯片或者所述用户识别卡芯片中，以及所述IC卡芯片，还用于在接收到所述第一 APDU指令之后，判断执行所述第一 APDU指 令的应用程序是否存储在本芯片内，如果是，则调用本芯片内相应的应用程序执行所述第 一 APDU指令并生成所述第一 APDU指令执行响应；如果否，则将所述第一 APDU指令转发给 所述用户识别卡芯片，由所述用户识别卡芯片调用本芯片内相应的应用程序执行所述第一 APDU指令并生成所述第一 APDU指令执行响应。
3.如权利要求1或2所述的用户识别卡，其特征在于，所述RF芯片包括非接触天线以 及与其适配的非接触天线接口，解调电路、调制电路、数字量化电路和数字电路，其中所述解调电路，用于将通过非接触天线接收到的所述第一 RF信号进行解调得到第一 模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给数字量化电路；所述数字量化电路，用于将从解调电路接收到的第一模拟信号转换为第一数字信号， 并将所述第一数字信号发送给数字电路，以及将从数字电路接收到的第二数字信号转换为 第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给调制电路；所述数字电路，用于将从数字量化电路接收到的第一数字信号转换为所述第一 APDU 指令，以及将所述第一 APDU指令执行响应转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号发 送给数字量化电路；所述调制电路，用于将从数字量化电路接收到的第二模拟信号进行调制得到所述第二 RF信号，并通过非接触天线发送所述第二 RF信号。
4.如权利要求1或2所述的用户识别卡，其特征在于，所述IC卡芯片包括第一中央处 理器CPU、第一存储器，以及与移动终端的基带芯片相连的对外ISO 7816接口、与所述RF芯 片相连的RF接口、与所述用户识别卡芯片相连的第一 ISO 7816接口，其中所述第一中央处理器CPU，用于处理控制程序的执行以及应用程序的APDU指令执行； 所述第一存储器，用于存储控制程序、应用程序以及相关数据。
5.如权利要求1或2所述的用户识别卡，其特征在于，所述用户识别卡芯片包括第二中 央处理器CPU、第二存储器，以及与所述IC卡芯片相连的第二 ISO 7816接口，其中所述第二中央处理器CPU，用于处理控制程序的执行以及应用程序的APDU指令执行； 所述第二存储器，用于存储控制程序、应用程序以及相关数据。
6.如权利要求3所述的用户识别卡，其特征在于，所述非接触天线的工作频率的选择范围为IGHz至5GHz。
7.如权利要求3所述的用户识别卡，其特征在于，所述非接触天线封装在所述用户识 别卡的物理卡基中。
8.一种基于权利要求1所述的用户识别卡实现非接触通信功能的方法，其特征在于， 包括射频RF芯片接收第一 RF信号，将接收到的第一 RF信号进行模数转换得到应用协议数 据单元APDU指令，并唤醒集成电路IC卡芯片；所述IC卡芯片在被所述RF芯片唤醒之后，接收所述APDU指令，并将所述APDU指令执 行之后得到的APDU指令执行响应返回给所述RF芯片；所述RF芯片将所述IC卡芯片返回的APDU指令执行响应进行数模转换得到第二 RF信 号，并发送所述第二 RF信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，执行所述APDU指令的应用程序存储在所述 IC卡芯片或者所述用户识别卡芯片中，以及所述方法还包括所述IC卡芯片在接收到所述APDU指令之后，判断执行所述APDU指令的应用程序是否 存储在本芯片内，如果是，则调用本芯片内相应的应用程序执行所述APDU指令并生成所述 APDU指令执行响应；如果否，则将所述APDU指令转发给所述用户识别卡芯片，由所述用户 识别卡芯片调用本芯片内相应的应用程序执行所述APDU指令并生成所述APDU指令执行响 应。
10.一种基于权利要求1所述的用户识别卡实现接触式通信功能的方法，其特征在于， 包括集成电路IC卡芯片将移动终端发送的APDU指令转发给所述用户识别卡芯片；并将所述用户识别卡芯片执行所述APDU指令之后生成并返回的APDU指令执行响应转发 给所述移动终端。
全文摘要
本发明公开了一种具有非接触通信功能的用户识别卡及其工作方法，该用户识别卡包括用户识别卡芯片、RF芯片和IC卡芯片，IC卡芯片提供与移动终端的基带芯片相连的对外ISO 7816接口，并分别与用户识别卡芯片和RF芯片相连，其中RF芯片用于接收第一RF信号，将第一RF信号进行模数转换得到第一APDU指令，并唤醒IC卡芯片，以及将IC卡芯片返回的第一APDU指令执行响应进行数模转换得到第二RF信号并发送；IC卡芯片，用于接收第一APDU指令，并将执行之后得到的第一APDU指令执行响应返回给RF芯片，以及将移动终端发送的第二APDU指令转发给用户识别卡芯片，并将用户识别卡芯片返回的第二APDU指令执行响应转发给移动终端。
文档编号G06K19/077GK101996340SQ200910091668
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者任晓明, 朱本浩, 李琳, 黄更生 申请人:中国移动通信集团公司