专利名称：一种通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信系统及方法。
背景技术：
随着移动终端的普及，利用移动终端进行移动终端支付的应用需求非常迫切，目前已经有多种实现方案，但各有缺点。当前，已经出现了在移动终端中的用户识别模块SM(Subscriber Identity Module)卡上增加射频功能(称为射频SM卡)或者在移动终端主 板上增加近距离通信模块来实现移动终端近距离通信的方法，后者称为NFC(Near FieldCommunication,近场通信)，这些方法的出现使得移动终端成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足了市场的迫切需求。其中，基于射频SIM卡的移动终端近距离解决方案以其简单、无需更改移动终端等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM卡采用UHF (Ultra High Frequency,超高频)技术，由于UHF特别是采用2. 4GHz ISM公共频段(即工业，科学和医用频段)的射频SIM卡，其工作频率很高，天线的尺寸很小，在SIM卡内放置小型的天线就能发射足够强度的信号，即使射频SIM卡嵌入在移动终端内部射频信号仍然可以从移动终端中透射出来，在读卡器中采用业界主流的RF (Radio Frequency,射频)收发芯片即可无需额外放大可靠接收到绝大多数移动终端的射频信号，从而实现不必对现有的移动终端进行任何结构改变就可使移动终端具备近距离通信功能。但是，不同移动终端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，透射强的移动终端其射频SM卡射频通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的移动终端其射频SM卡通信距离只可以达到几厘米。射频SM卡为了避免不同移动终端对RF信号衰减的巨大差异，必须对移动终端进行校准，也就是在使用前必须将移动终端的衰减参数记录到卡中。需要校准是射频SIM卡的主要问题。另外一种移动支付的技术NFC基于IS014443标准的非接触卡技术演化而来，两者根本点在于都米用13.56MHz的磁场传送信号和能量。NFC技术的主要问题有
I.必须改造移动终端才能实现可靠的双向数据通讯，NFC的磁场线圈不能集成到SM卡或 SD 卡(Secure Digital Memory Card,安全数字存储卡)/TF (TransFLash,闪存)卡等移动终端用的卡内。在13. 56MHz频点下，读卡器和卡之间采用电感线圈耦合的方式交互信号及传送能量，读卡器到卡的方向需要同时传递能量和13. 56MHz调幅信号，对卡上接收线圈的尺寸面积均有较高要求；卡到读卡器的方向，卡依靠短路和开路卡上线圈的负载调制方式而不是依靠外部能量直接发送场强的方式向读卡器传递信息，由于负载调制信号要求卡线圈和读卡器线圈的耦合系数越高越利于读卡器解码卡传送的信息，这种方式进一步提高了对卡上天线尺寸和面积的要求。另外一方面，由于13. 56MHz频点较低，耦合线圈的尺寸相对较大。综合上述因素，NFC要求移动终端内的天线线圈足够大，该尺寸大小完全不能放入SM卡或SD/TF卡等移动终端用的卡内，不但如此，移动终端上的金属及其它导电物体会严重干扰天线的接收和负载调制效果，为了达到近场通讯良好的通讯效果，必须对手机进行定制化的改造，使天线的效果达到最佳。改造点例如，将卡的多匝天线放到移动终端的电池后盖上，或者通过柔性PCB从终端主板上将天线引到电池背面，天线的面积和普通电池尺寸相当，另外，手机的后盖不能为金属材质。2. NFC所使用的13. 56MHz频点需要校准才能用于距离控制。即使有一种NFC的天线能够更换到任何移动终端中，由于其使用13. 56MHz频点，该频点信号在遇到金属和其它导电物体会形成强烈的涡流效应，信号强度会随着移动终端结构而变化，从而在NFC卡接收天线上形成场强的巨大波动，无法进行无校准的距离控制。综上所述，现有技术中，无论是基于射频SM卡的移动终端近距离解决方案还是NFC技术，都无法采用同一门限对各终端进行距离控制，也就是无法实现无校准距离控制
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通信系统及方法，使得对于各种具有移动支付功能的移动终端不需要校准就能够实现电子支付等刷卡交易。为解决上述技术问题，本发明提出了一种通信系统，该系统包括读卡器和射频装置，所述读卡器和射频装置通过低频交变磁场信号控制通信距离，所述读卡器和射频装置通过射频通道交换信息，
所述射频装置包括磁信号发射器，用于产生并发射低频交变磁场信号；第二射频通信单元，用于与第一射频通信单元交换信息；
所述读卡器包括磁信号接收器，用于接收低频交变磁场信号；第一射频通信单元，用于与第二射频通信单元交换信息。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述磁信号发射器中包含调制单元，所述调制单元用于将所述射频装置的身份标识信息加载到所述低频交变磁场信号中。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述磁信号接收器中包含判断单元，所述判断单元用于根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置是否进入预设的有效距离区间。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述判断单元包含比较子单元、判定子单元，所述比较子单元用于将由所述检测到的低频交变磁场信号转变过来的电信号与预设的门限值相比较，所述判定子单元用于根据所述比较子单元的比较结果判断所述射频装置是否进入预设的有效距离区间。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述电信号为电压信号或电流信号。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述射频装置包括低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第二主处理器、射频收发电路以及射频天线。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路和所述第二主处理器顺次串联连接；所述射频天线、射频收发电路与所述第二主处理器顺次串联连接。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述读卡器包括低频磁感应电路、低频放大滤波电路、门限判断及解调电路、第一主处理器、射频收发电路以及射频天线。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频磁感应电路、低频放大滤波电路、门限判断及解调电路和所述第一主处理器顺次串联连接；所述射频天线、射频收发电路与所述第一主处理器顺次串联连接。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述驱动电路和编码电路之间还设有调制电路。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频发射线圈为漆包线线圈或PCB线圈。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频发射线圈的匝数均大于4圈。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频发射线圈内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频磁感应电路为低频接收线圈，所述低频发射线圈所包围面积的截面最宽处大于所述射频装置的截面宽度。 进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频磁感应电路为低频接收线圈，所述低频发射线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频磁感电路为PCB线圈、漆包线线圈、霍尔器件或巨磁阻器件。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述低频磁感应电路为低频接收线圈，该低频接收线圈的匝数为50-500圈。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述射频装置置于移动终端中。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述射频装置置于移动终端内的SM卡、UM卡、USIM卡、TF卡或SD卡中。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述移动终端为手机、个人数字助理PDA、MP4或者笔记本电脑。为解决上述技术问题，本发明提出了一种通信方法
通过低频交变磁场控制射频装置和读卡器之间的通信距离；以及 通过射频通道使所述射频装置与读卡器在预设的距离范围内进行信息交换。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述射频装置发射低频交变磁场信号； 所述读卡器检测所述低频交变磁场信号；
根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置和读卡器的距离，以使射频装置和读卡器通过射频通道在预设范围内交换信息。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号携带有所述射频装置的身份标识信息。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置和读卡器的距离包括如下步骤
读卡器将所述低频交变磁场信号转换成电信号；
读卡器比较所述电信号和预设的门限值，根据比较的结果判断射频装置是否进入预设的有效距离区间。进一步地，上述方法还可具有以下特点，读卡器比较所述电信号和预设的门限值步骤中，如果所述电信号大于或等于预设的门限值，则认为射频装置进入预设的有效距离区间。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述电信号为电压信号或电流信号。进一步地，上述方法还可具有以下特点，装载有所述射频装置的不同移动终端具有相同的所述门限值。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述使射频装置和读卡器通过射频通道在预设范围内交换信息包括
所述读卡器根据从所述低频交变磁场信号中解析出的射频装置的身份标识信息，生成第一射频通信地址和第一频点，并在该第一频点和第一射频通信地址上通过射频通道发射读卡器的身份标识信息；
所述射频通信装置在第一频点和第一射频通信地址上获取读卡器的身份标识信息，并根据读卡器的身份标识信息生成第二射频通信地址和第二频点，然后读卡器和射频通信装置在该第二射频通信地址和第二频点上完成刷卡交易。进一步地，上述方法还可具有以下特点，低频交变磁场具有一频率fO,当所述低频交变磁场信号的频率低于或等于该频率fO时，安装有所述射频装置的不同移动终端都在一个有效的通信距离范围内。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述频率fO通过如下步骤确定 确定系统基于低频交变磁场信号的距离控制目标(Din，Dv)，其中Din表示距离为0
Din的范围内所有装载有所述射频装置的移动终端确保可刷卡，Dv表示距离波动范围,距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡，距离大于Din+Dv的范围不允许刷卡；
确定读雜本身親翻_盼波动范围^ ;
确定射频装置导致的读卡器内检测电压的波动范围知；
在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线；
由距离控制目标(Din，Dv)确定读卡器内检测电压的波动范围~等于由各典型移
动终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差；
确定由移动终端导致的读卡器内检测电压的波动范围各，知表示移动终端衰减特性造成的读卡器内检测电压波动围，各=- & -知；
计算各典型移动终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上场强所对应的最大电压差异5，若5大于知，则降低频率f，返回在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线的步骤；若小于知，则提高频率f，返回在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线的步骤；若^等于~，则当前测试频率f等于频率
fOo进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号的调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be通过下述步骤选定
选定任意一种无平均直流分量的编码方式；
选择无调制方式或幅度无变化的载波调制方式；
选择发射磁感应强度幅值Be :在选定的小于fO的工作频率、调制方式及编码方式下，先选定读卡器易于实现的磁检测及放大的增益参数，测试射频装置未发送低频交变磁场信号条件下读卡器内检测电压的固有噪声电压幅度Vn，然后测量射频装置用选定的调制编码方式发送低频交变磁场信号时读卡器内检测电压Vr，选择发射磁感应强度幅值Be值，使Vr/Vn>SNR, SNR为读卡器的信噪比。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述编码方式为曼彻斯特码、差分曼彻斯特码或归零码。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述调制方式为开关键控法、相移键控法或频移键控法。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述电信号为电压信号，所述门限值为电压门限值Vt，所述电压门限值Vt通过下述步骤确定
在选定的发射参数下，测量读卡器从各典型终端和障碍物检测到的电压距离曲线，所述发射参数包括低频交变磁场信号的频率、调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值 Be ；
求取基准电压距离曲线，基准电压距离曲线是典型移动终端及障碍物曲线的中间值，其距离典型终端曲线的上边界及下边界的电压幅度都为St 12 ；
选定读卡器检测电压门限Vt，在基准电压距离曲线上对应于(Din+Dv/2)点处的电压值即为Vt值。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号的频率处于特低频频段、甚低频频段或低频频段，所述特低频频段的频率范围为300 Hz 3000Hz，所述甚低频频段的频率范围为3KHz 30KHz，所述低频频段的频率范围为30 KHz 300KHz。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号的频率范围为300Hz 50KHz。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号的频率为IOKHz、15KHz、20KHz、25KHz 或 30KHz。本发明的通信系统及方法实现了含有射频装置的移动终端(如装有射频SM卡的手机)与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，并且无需对移动终端进行校准。而且，本发明的通信系统及方法不会因读卡器端遭到恶意篡改而造成刷卡距离超过预定刷卡距离等刷卡不安全因素，从而提高了移动支付等交易的安全性。
图I为本发明实施例中低频通道最高工作频率fO的选择系统结构框 图2为由距离控制目标(Din, Dv)确定系统总的接收检测电压波动范围^的示意图； 图3为典型终端及障碍物电压距离曲线及其波动区间5示意 图4为读卡器检测到的无调制直接基带发射时的接收电压信号和正弦波FSK调制时的接收电压信号的电压波形 图5为系统低频通道基准电压距离曲线的计算方法示意 图6为本发明实施例中通信系统的总体结构框 图7为图6中第一磁信号收发器711和第二磁信号收发器721的一种具体结构图；图8为本发明实施例中通信系统的一种具体结构 图9为射频通信装置低频发射部分示意 图10为射频通信装置发送的低频数据帧格式示意图。
具体实施例方式本发明的主要构思是通过低频交变磁场控制射频装置和读·卡器之间的通信距离，通过射频通道使射频装置与读卡器在预设的距离范围内进行信息交换。以下本文中所出现的终端在默认情况下指装载有射频装置的终端，而且指能够移动的终端，即移动终端，如手机等，距离指读卡器与射频装置之间的距离，也即读卡器与装载有射频装置的终端之间的距离。本发明针对射频装置(尤其是内置于终端中的射频卡，例如射频SIM卡)与读卡器实施刷卡交易的距离控制问题，提出了一种由带有低频交变磁场信号接收功能及射频信号收发功能的读卡器和与之对应的带有低频交变磁场信号发射功能及射频信号收发功能的射频装置组成的通信系统，以及与该系统对应的通信方法。本发明利用低频交变磁场信号穿透不同终端衰减差异小，以及射频装置所能提供的电流有限，且不影响移动终端工作的前提下，射频装置到读卡器的单向低频检测的特点进行距离控制，利用射频穿透终端来完成高速双向通信进行交易。本发明中通信系统通过射频装置(或者说装载有该射频装置的移动终端中，下同)到读卡器的单向交变磁场信号检测来达到距离控制。具体可以为射频装置按照预设的低频发射参数通过低频通道发射低频交变磁场信号，其频率为f，读卡器在各距离点上检测该磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的电信号(电压信号或电流信号)，进而通过预先设定的门限值来判断移动终端是否进入预先设定的有效刷卡区间(也可以称为有效距离区间，即允许刷卡的区间)，预设的门限值对所有移动终端相同，无需校准，当移动终端进入有效刷卡区间时，读卡器获取该低频交变磁场信号中携带的射频装置的身份标识信息IDc，读卡器和射频装置基于该身份标识信息IDc生成相同的第一射频通信地址和第一频点，读卡器通过该第一射频地址及第一频点发送自身标识信息IDr给射频装置，射频通信装置和读卡器再基于读卡器的身份标识信息IDr生成相同的第二射频通信地址和第二频点，用于射频通道的数据信息交换。本发明通过低频单向通讯和RF双向通讯结合的方法来完成读卡器和射频装置的唯一绑定，绑定之后通过射频通道来完成双向的高速大数据量的通信。本发明通信系统可以实现含有射频装置的终端(例如装有射频SIM卡的手机)与读卡器的数据通信距离(也即刷卡交易距离)可靠地控制在规定范围内，并且无需对终端进行校准。以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本实施例中，通信方法可以应用于包括至少一个读卡器和至少一个射频装置的通信系统，本实施例的通信方法包括如下的步骤a、步骤b、步骤C、和步骤d (注这里的步骤标号只是为了后续引用方便，不具有任何其他含义，尤其是不表示各步骤的先后顺序)，下面分别对各个步骤进行具体说明
步骤a，射频装置发射低频交变磁场信号；
具体地，可以是射频装置可以按照预设的发射参数通过低频通道发射低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号中可以携带该射频装置的身份标识信息，其中，发射参数可以包括低频交变磁场信号的频率，该频率等于或小于系统低频通道的最高工作频率fO ；
其中，身份标识信息可以是识别码ID。低频交变磁场频率越低，穿过各种类型的移动终端后衰减的差异越小，利用该特性，在频点选择系统(如图I所示)中选定差异足够小的频点，以实现无校准距离控制。采用标准信号源通过装载于各典型移动终端的射频装置内置的标准磁场发射线圈发送低频交变磁场信号，读卡器接收该低频交变磁场信号，调整发射频率直到找到频点f0，使读卡器接收到的电压(该电压是由低频交变磁场信号经放大后得到的与距离对应的幅度恒定的的电压信号)在距离发射线圈平面中心点相同距离条件下，不同终端及障碍物间透射出的场强
差异大致等于设定的波动范围和，该频点fO及低于该频点fO的频段是系统低频通道通 信模式的频段，不需要校准系统中的任何终端，工作频点(即前述的低频交变磁场信号的频率)高于f0，系统需要校准，通常工作频点高于fO越多，需要校准的终端越多，校准的复杂度越高。频点选定是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改。图I为本发明实施例中低频通道最高工作频率fO的选择系统结构框图，如图I所示，本实施例中，低频通道最高工作频率fO的选择系统的组成为发送系统由信号源601和各典型移动终端602 (包括发射线圈603及各障碍物)组成,接收系统由低频接收模块604(包括低频接收线圈605和低频接收电路606)、信号强度测试仪607 (电压表、示波器、频谱仪等)组成。测试电压距离曲线的原理是信号源601产生固定幅度频率为f的正弦波信号，通过内置在移动终端602中的发射线圈603发送，该信号从典型终端及障碍物中透射及绕射出来，低频接收模块604将接收到的低频信号通过专用信号线接到信号强度测试仪607，信号强度测试仪607测试接收到的电压。改变移动终端的距离可以得到该低频接收模块从移动终端或障碍物在频率f条件下的检测电压随距离变化的曲线，即电压距离曲线，更换移动终端或障碍物可以得到多个终端的曲线，改变频率f也可以得到不同的曲线。低频磁场信号的频率小于或等于频率fO时，安装有射频装置的不同移动终端都在一个有效的通信距离范围内，不需要校准，频率fO可以通过下述步骤确定
步骤101，确定系统基于低频交变磁场信号的距离控制目标(Din，Dv)，其中Din表示0 Din范围内所有终端(装载有射频通信装置)确保可刷卡，Dv表示距离波动范围,距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡,距离大于Din+Dv范围不允许刷卡；
例如(5cm, 5 cm)表不5cm以下所有终端确保可刷卡，5cm IOcm允许刷卡，超过IOcm不能刷卡。距离控制目标由具体的应用确定。(0 Din+Dv)称为距离控制范围。步骤102，确定读卡器本身导致的检测电压的波动范围& ；
读卡器低频接收电路参数波动形成感应电压的波动，该参数包括接收天线误差、放大器增益误差、滤波器误差、比较器或AD误差、温度影响及噪声等。&由读卡器设计及生产
环节来控制，该波动可以在生产环节校准，由于低频接收电路工作频率很低，通常4可以被控制得很好，例如4dB以内。步骤103，确定射频装置导致的读卡器检测电压的波动范围;
射频装置的低频发射电路参数波动造成低频发射场强的波动，该参数包括驱动电路误差、发射线圈误差、温度影响及噪声等。Sc由射频装置设计及生产环节来控制，该波动可以
在生产环节校准，由于射频装置低频发射电路工作频率很低，通常知可以被控制得很好，例如4dB以内。步骤104，在f频率下测试各典型终端及障碍物的电压距离曲线；
在进行本步骤104之前先要做个准备工作，即选定典型终端及典型障碍物。典型终端的选取原则主要依据终端金属或导电结构的多少来选取，金属越多，衰减越大，例如可以选取塑料外壳、金属外壳、厚金属壳、薄金属壳、大尺寸终端、小尺寸终端等，典型终端的数量不严格限制，典型终端的选取基本可以覆盖终端对低频交变磁场信号的衰减特点。为了避免个别移动终端差异太大，可以在应用中加入 移动终端型号认证，对每种需要支付应用的移动终端尝试做刷卡测试，确认该型号的移动终端衰减特性符合要求。典型障碍物可以选择不同材质的标准形状的塑料、铝、铜、铁、不锈钢等移动终端常见材料，放置在读卡器和射频通信装置之间作为移动终端衰减特性的一种等效障碍物测量衰减效果。步骤105，由距离控制目标(Din，Dv)确定读卡器检测电压的波动范围~等于
由各典型终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差；
图2为由距离控制目标(Din, Dv)确定系统总的接收检测电压波动范围的示意图。如图2所示，Din点所对应的电压值为VI，(Din+ Dv)点所对应的电压值为V2，则& =V1_V2。步骤106，确定由移动终端导致的读卡器检测电压的波动范围~ ,参数~表示终
端裳减特性造成的读卡器检测电压波动徂围，；
图3为典型终端及障碍物电压距离曲线及其波动区间5示意图。如图3所示，最大衰减终端或障碍物对应的电压距离曲线称为最大衰减曲线，最小衰减终端或障碍物对应的电压距离曲线称为最小衰减曲线，最大及最小衰减曲线包围的区域称为典型终端及障碍物电压距离曲线分布区间，任意距离D在最小衰减曲线上对应的电压为V3，在最大衰减曲线上对应的电压为V4，则5 =V3-V40步骤107，计算各典型终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上透射出的最大场强差异(又称为波动区间)，若<5大于4 ,则降低频率f，转步骤104 ;若3小于咚，则
提高频率f，转步骤104 ;若￡ 等于各，则当前测试频率f等于频率fO。至此，在限定距离控制目标的情况下，系统低频通道的最高工作频率fO就确定下来了。该低频通道可以采用调制的方式，也可以采用直接发送基带信号的方式，系统工作的主要频率分量最高只要不大于f0，距离控制就无需校准。本实施例中，系统低频通道的通信频率f的选择，还需考虑避开环境噪声特别是音频噪声的干扰。其中，低频交变磁场信号的发射参数还可以包括调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be。低频发射参数选定的基本原则是保证读卡器从射频装置在各距离点上所发射的低频交变磁场信号中检测并放大后的信号是与距离对应的幅度恒定的电压信号。图4为读卡器检测到的无调制直接基带发射时的接收电压信号和正弦波FSK调制时的接收电压信号的电压波形图，图4中，a为无调制直接基带发射时的接收电压信号波形图，b为正弦波FSK调制时的接收电压信号波形图。如图4所示，检测电压信号是包含解调信息的变化电压信号，该信号可以为无直流分量的交流电压信号，也可以是有直流分量的电压信号，幅度恒定是指交流分量的变化最大幅度在不同传输符号间恒定。
低频交变磁场信号的发射参数中的调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be通过下述步骤all至步骤al3选定
步骤all，选定任意一种无平均直流分量的编码方式，例如曼彻斯特码，差分曼彻斯特码，归零码等；
步骤al2，选择无调制方式或幅度无变化的载波调制方式，载波调制方式可以选定任意一种幅度无变化的调制方式，例如载波可以采用正弦波、脉冲、三角波等，调制方式可以选为开关键控法(00K)、相移键控法或频移键控法(FSK)等；采用无调制方式时，编码后的基 带信号直接经驱动电路驱动由发射线圈发射；
步骤al3，选定低频通道发射磁感应强度幅值Be，方法为在选定的小于fO的工作频率、调制方式及编码方式下，先选定读卡器易于实现的磁检测及放大的增益参数，测试射频通信装置未发送低频交变磁场信号条件下读卡器内检测电压的固有噪声电压幅度Vn，然后测量射频通信装置用选定的调制编码方式发送低频交变磁场信号时读卡器的检测电压Vr，选择发射磁感应强度幅值Be值，使Vr/Vn>SNR，SNR为读卡器的低频信号接收信噪比。SNR值的选择通常越大越好，但是太大会造成射频通信装置的发送功率过大，实现困难，典型值可选择SNR=IO.当SNR确定，Be通过上述方式便确定了。步骤b，读卡器检测低频交变磁场信号；
具体地，可以是读卡器接收并检测射频装置在各距离点通过低频通道发射的低频交变磁场信号，并将该低频交变磁场信号放大为与距离对应的幅度恒定的电信号(电压信号或电流信号)，进而通过预设的门限值判断装载有该射频装置的终端是否进入了预设的有效刷卡区间，装载有该射频装置的移动终端进入预设的有效刷卡区间后，读卡器获取该低频交变磁场信号中携带的射频装置的身份标识信息IDc，其中，预设的门限值对装载有射频装置的所有终端相同。其中，若将低频交变磁场信号放大为与距离对应的幅度恒定的电压信号，则对应的门限值为电压门限值，预设的电压门限值Vt可以通过下述步骤201至步骤203确定
步骤201，在选定的发射参数下，测量读卡器从各典型终端和障碍物检测到的电压距离曲线，其中，发射参数包括低频交变磁场信号的频率、调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be ；
步骤202，求取基准电压距离曲线，基准电压距离曲线是典型终端及障碍物曲线的中间
值，其距离典型终端曲线的上边界及下边界的电压幅度都为唂/2，如图5所示；
步骤203，选定读卡器检测电压门限值Vt，如图5所示，在基准电压距离曲线上对应于(Din+Dv/2)点处的电压值即为Vt值。若与接收到的低频交变磁场信号对应的电压信号大于或等于预设的电压门限Vt，则可以判断装载有该射频通信装置的终端进入了预设的有效刷卡区间。步骤c，读卡器通过射频通道发送自身的身份标识信息IDr ；
具体地，可以是若与接收到的低频交变磁场信号对应的电信号大于或等于预设的门限值，则装载有该射频装置的终端进入了预设的有效刷卡区间，读卡器从接收到的低频交变磁场信号中获取射频通信装置的身份标识信息IDc，并与射频装置根据射频装置的身份标识信息IDc生成相同的第一射频通信地址和第一频点，然后读卡器通过该第一射频地址和第一频点向射频装置发送读卡器自身的身份标识信息IDr。步骤d，射频装置获取读卡器的身份标识信息IDr，与读卡器通过射频通道交换信
肩、O具体地，可以是射频装置获取读卡器的身份标识信息IDr后，与读卡器根据读卡器的身份标识信息IDr生成相同的第二射频通信地址和第二频点，在该第二 射频通信地址和第二频点上，读卡器和射频装置完成后续数据信息交换。当然，在本发明的其他实施例中，读卡器通过检测低频交变磁场信号确认射频装置进入预设的有效刷卡区间后，就可以通过射频通道与射频装置进行刷卡交易(或者说进行数据交换)，进行刷卡交易的射频通道的地址和频点既可以是读卡器和射频装置预设并分别存储在读卡器和射频装置中的固定的地址和频点，也可以是读卡器和射频装置使用其他相同算法得到的动态的地址和频点，而不限于本实施例中采用的射频通道的地址和频点的生成方式。例如，读卡器从接收到的低频交变磁场信号中获取射频通信装置的身份标识信息IDc，并与射频装置根据射频装置的身份标识信息IDc生成相同的第一射频通信地址和第一频点，然后读卡器就通过该第一射频地址和第一频点与射频装置进行数据信息交换(或者说刷卡交易)，而不再发送读卡器自身的身份标识信息IDr并据此IDr生成用以进行数据信息交换的第二射频地址和第二频点。通过上述步骤，通信系统中的读卡器和装载有射频装置的移动终端实现了唯一的绑定，其通信距离可以有效地控制在预定的范围内，且移动终端无需校准。上述方法中还有一个特点，由于低频通道低频发射磁场强度所需电流取自移动终端，通常该移动终端所能提供的电流有限，典型最大值为50mA，当移动终端的发射参数遭到篡改时，也不会过分扩大低频通道的通信距离，其有效通信距离仍可控制在Din Din+DV左右范围内。本发明中，低频交变磁场信号的频率处于特低频频段或甚低频频段或低频频段，其中，特低频频段的频率范围为300 Hz 3000Hz，甚低频频段的频率范围为3KHz 30KHz,低频频段的频率范围为30 KHz 300KHz。优选地，低频交变磁场信号的频率可以为300Hz 50KHz。优选地，低频交变磁场信号的频率可以为IOKHz、15KHz、20KHz、25KHz或30KHz。本发明通信方法利用射频装置到读卡器的低频交变磁场信号单向检测对实施刷卡交易的通信距离进行有效控制，从而改善了通信距离不可控的问题，提高了刷卡交易的安全性。因此本发明通信方法实现了含有射频装置的移动终端(如装有射频SIM卡的手机)与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，并且无需对终端进行校准。而且，本发明的通信方法不会因读卡器端遭到恶意篡改而造成刷卡距离超过预定刷卡距离等刷卡不安全因素，从而提高了移动支付等交易的安全性。本发明还提出了一种利用射频通信装置到读卡器的低频交变磁场信号单向检测技术进行通信距离有效控制的通信系统，用以实施上述的通信方法。图6为本发明实施例中通信系统的总体结构框图。如图6所示，本实施例中，通信系统70包括读卡器710和射频装置720，读卡器710和射频装置720通过低频交变磁场信号控制通信距离，通过射频通道进行信息交换。再如图6所示，读卡器710包括磁信号接收器711和第一射频通信单元712，磁信号接收器711用于接收并解调低频交变磁场信号，第一射频通信单元712用于与第二射频通信单元722交换信息；射频装置720包括磁信号发射器721和第二射频通信单元722，磁信号发射器721用于产生并发射低频交变磁场信号，第二射频通信单元722用于与第一射频通信单元712交换信息。图7为图6中磁信号接收器711和磁信号发射器721的一种具体结构图。如图7所示，磁信号接收器711中可以包含判断单元7111，判断单元7111用于根据读卡器检测到的低频交变磁场信号判断读卡器是否进入预设的有效距离区间；再如图7所示，磁信号发射器721中可以包含调制单元7211，调制单元7211用于将射频装置的身份标识信息加载到低频交变磁场信号中。当然，磁信号接收器中还可以包含有磁信号接收单元、磁信号发射器中还可以包含有磁信号发射单元等功能单元，由于这些功能单元的作用比较明确，因此此处不再对这些单元作过多描述。 需要说明的是，本领域技术人员可以理解，实施例中的多个模块或单元可以合并为一个模块或单元，实施例中的一个模块或单元也可以进一步拆分为多个子模块或子单
J Li o本实施例中，通信系统包括读卡器和射频装置，读卡器和射频装置通过低频交变磁场信号控制通信距离，读卡器和射频装置通过射频通道进行信息交换，其中读卡器包括用于接收并解调低频交变磁场信号的磁信号接收器，用于与第二射频通信单元交换信息的第一射频通信单元；射频装置包括用于产生并发射低频交变磁场信号的磁信号发射器，用于与第一射频通信单元交换信息的第二射频通信单元。具体地，射频装置可以用于按照预设的发射参数通过低频通道发射低频交变磁场信号，低频交变磁场信号中可以携带该射频装置的身份标识信息IDc，发射参数可以包括低频交变磁场信号的频率，该频率等于或小于系统低频通道的最高工作频率fO ;并根据IDc生成第一射频通信地址和第一频点，在此第一射频通信地址和第一频点上接收并获取读卡器的身份标识信息IDr，然后根据该读卡器的身份标识信息IDr生成第二射频通信地址和第二频点，在此第二频点和第二射频通信地址上和读卡器完成刷卡交易。具体地，读卡器用于接收并检测装载有射频装置的移动终端在各距离点上发射的低频交变磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的的电信号(电压信号或电流信号)，进而可以通过预设的门限值判断装载有射频装置的终端是否进入了预设的有效刷卡区间，其中预设的门限值对装载有射频装置的所有终端相同；并用于在与接收到的低频交变磁场信号对应的电压信号大于或等于预设的门限值时，获取该低频交变磁场信号中的射频装置的身份标识信息IDc，并根据该IDc生成第一射频通信地址和第一频点，并在该第一射频通信地址和第一频点上发送读卡器的身份标识信息IDr，然后根据IDr生成第二射频通信地址和频点，在此第二射频通信地址和第二频点上，完成与装载有射频装置的移动终端的刷卡交易。图8为本发明实施例中通信系统的一种具体结构图。如图8所示，本实施例中，通信系统包括读卡器100和射频装置200，其中读卡器100包括低频磁感应电路105、低频放大滤波电路104、门限判断及解调电路103、第一主处理器102，低频磁感应电路105、低频放大滤波电路104、门限判断及解调电路103与第一主处理器102顺次串联连接；读卡器100还包括RF收发电路107 (射频收发电路)以及RF天线106 (射频天线)，RF天线106、RF收发电路107与第一主处理器102顺次
串联连接。射频装置200包括低频发射线圈206、驱动电路205、编码电路203、第二主处理器202，低频发射线圈206、驱动电路205、编码电路203以及第二主处理器202顺次串联连接；射频装置200还包括RF收发电路207 (射频收发电路)以及RF天线208 (射频天线)，RF天线208、RF收发电路207与第二主处理器202顺次串联连接。其中，驱动电路205和编码电路203之间还可以设有调制电路204，驱动电路205、调制电路204和编码电路203顺次串联。优选地，在具体实现电路中，低频发射线圈可以为漆包线线圈或PCB线圈。进一步 地，低频发射线圈的匝数可以大于4圈。优选地，低频磁感电路可以为PCB线圈、漆包线线圈、霍尔器件或巨磁阻器件。优选地，读卡器的低频磁感应电路采用低频接收线圈实现，该低频接收线圈的匝数可以为50-500 圈。优选地，低频接收线圈所包围面积的截面最宽处大于射频装置的截面宽度。优选地，低频接收线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。本发明中，射频装置可以置于移动终端中，也可以于移动终端内的SM卡、UM卡、USIM卡、TF卡或SD卡中。其中，移动终端可以为手机、个人数字助理PDA、MP4或者笔记本电脑等。下面对本发明通信系统的原理进行说明
1、系统低频通道通信频率fO的选定方法及装置在前述通信方法的内容中已有阐述，此处不再赘述；
2、距离控制实现及射频装置接入读卡器的过程原理如下
读卡器端首先处于低频接收状态，射频装置以预设的固定周期对低频发射功能进行自唤醒，当射频装置处于唤醒状态时，以设定的发射参数发送不高于选定频率fO的低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号中以调制或直接基带传送的方式携带数据帧，数据帧内包含射频装置的唯一识别码Idc (当然也可以是其他可以唯一标识射频装置的身份标识信息)。当该装载有射频装置的移动终端置于读卡器周围，低频交变磁场信号穿透该终端中的典型障碍物到读卡器低频检测端，读卡器检测并放大射频装置在各距离点上发送的低频交变磁场信号为与距离对应的幅度恒定的的电压信号，当电压的幅度低于读卡器内预设的接收电压门限值Vt，表示终端未进入有效刷卡距离范围，不允许刷卡；当电压的幅度高于读卡器内预设的接收电压门限值Vt，表示终端进入读卡器预定的有效刷卡范围，读卡器解析该低频交变磁场信号的信息，获取读卡器的IDc，根据该IDc信息生成第一射频通信地址和第一频点，并在该第一频点和第一射频通信地址上通过射频通道发射读卡器自身的身份标识信息IDr，射频装置在第一射频通信地址和第一频点上获取该读卡器的身份标识信息IDr，并根据IDr生成第二射频通信地址和第二频点，系统中的读卡器和射频装置在第二射频通信地址和第二频点上完成刷卡交易。启动刷卡交易时，射频装置不再对低频发射进行周期自唤醒，改为射频装置不间断地发射低频磁场信号，以确保装载有射频装置的移动终端与读卡器始终处在有效刷卡范围内。至此，射频装置和读卡器实现了唯一绑定。绑定后的通讯过程采用RF通道进行交互不会产生错误。射频装置接入成功后，距离控制过程完成，可在RF通道上进行后续的交易过程，直至交易结束。3、交易过程
读卡器和射频装置通过RF通道建立了可靠的唯一通讯链路，在该链路基础上，双方可以实现交易所需的身份认证及其他交易所需的过程。所有这些过程均通过快速的RF通道完成，由于前述过程的完成保证了只能在预定的距离范围内完成接入，因此整个交易过程也是在限定范围内的通讯。再如图8所示，该通信系统由两部分组成读卡器100和射频装置200，该射频装置200放在移动终端内部，并通过移动终端通讯接口与终端交互。 读卡器100由下述模块组成第一主处理器102，负责读卡器低频及高频的控制及其他协议处理，第一主处理器102通过接口电路101或直接连接到外部通讯接口 ；低频磁感应电路105由PCB线圈、漆包线线圈、巨磁阻器件、霍尔器件或其他能感应磁场变化的电路元件构成，负责感应低频交变磁场信号300并转换为电信号；低频放大滤波电路104负责放大低频磁感应电路检测到的电信号并滤除噪声分量；门限判断及解调电路103负责将滤除噪声分量后的低频电信号进行大小判断，与预设电信号门限值进行比较，超过预设电信号门限值Vt，则表示射频装置进入可刷卡区间，然后对该电信号进行解调处理，得到射频装置中编码电路203发送的编码信号，并将此解调后的编码信号传送给第一主处理器102，由第一主处理器102负责解码处理；RF收发电路107通过RF天线106负责与射频装置200的RF收发模块完成RF双向通讯，收发射频信号400。射频装置200由下述模块组成第二主处理器202，负责低频及射频模块的控制及其他协议处理，也负责和移动终端的通讯；SM/TF/SD卡模块201为移动终端的SM/TF/SD卡本体模块，具体何种模块由卡类型确定；编码电路203，负责低频帧数据进行逐比特编码；调制电路204，负责将编码输出的符号流对载波进行调制形成调制信号送给驱动电路205，不需要调制时编码后的信号直接送给驱动电路205 ;驱动电路205，负责驱动低频发射线圈206，产生低频交变磁场信号300 ;RF收发电路207通过RF天线208负责与读卡器100的RF收发模块完成RF双向通讯，，收发射频信号400。通信系统通过移动终端到读卡器的低频通信门限判断来完成无需校准的距离检测和控制，即射频装置200按照预设的发射参数发射低频交变磁场信号300，读卡器100接收该磁场信号转换为低频磁检测电压信号，并通过预先设定的门限Vt来判断终端是否进入读卡器预先设定的有效距离区间，进入有效区间后，读卡器100获取该低频交变磁场信号中所包含的射频装置200的身份标识信息IDc，与射频装置200共同根据该信息IDc生成第一射频通信地址和第一频点，在第一射频通信地址和第一频点上，读卡器100发送自身的身份标识信息IDr，射频装置200在第一射频通信地址和第一频点上通过射频通道接收读卡器100的身份标识信息IDr，并根据IDr与读卡器100生成第二射频通信地址和第二频点，在此第二射频通信地址和第二频点上，读卡器100和射频装置200完成后续刷卡交易。通过射频装置200到读卡器100的单向低频交变磁场信号检测，来完成读卡器100和射频装置200的通信距离控制，即射频装置200利用低频通道将自身的身份标识信息IDc传给读卡器100，读卡器100利用射频通道将自身的身份标识标识信息IDr回传给射频装置200，两者始终根据相同的身份标识信息生成相同的射频通信地址和频点，进而实现读卡器100和射频装置200的唯一绑定。绑定之后通过射频通道来完成双向的高速大数据量的通
o本实施例中，通信系统的具体工作流程如下
(一)首先，选定系统工作的基本参数，包括RF频点，低频通道通信频率f，射频装置发射参数，读卡器的接收电压门限Vt、读卡器接收电路参数等。I. RF频点选择 上述RF通讯的频点通常采用2400 2483MH 2. 4G ISM频段，以实现高速的通讯和对终端的良好穿透性，也可以采用其它频点，例如433MHz，900MHz，5GHz等。2.低频通道通信频率f的选择
采用前述方法确定系统低频通道通信频率f，对于典型的GSM移动终端，要实现0 15cm范围的距离控制，且考虑噪声干扰特别是音频干扰，f频点通常介于20KHZ和50KHz之间，典型值包括 10KHZ、15KHZ、20KHZ、25KHZ、0KHZ 等。4.射频装置发射参数的选择
发射参数主要包括调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be。图9为射频装置低频发射部分示意图。如图9所示，射频装置低频发射部分包括低频发射电路和装载有内置低频发射线圈的射频装置的移动终端。参见图8，射频装置低频发射电路由驱动电路205、调制电路204及编码电路203构成，驱动电路205驱动的低频调制信号输出到低频发射线圈206。调制电路204可以采用下列的调制方式
(1)载波调制方式调制编码电路203产生的基带信号通过调制电路204对载波进行调制，载波可以为正弦波、方波及三角波等，调制可以采用开关频移键控00K、相移键控、频移键控FSK等，调制后的信号通过驱动电路205加载到低频发射线圈206上；
(2)无载波直接基带发射编码电路203产生的基带信号，通过驱动电路205直接加载到低频发射线圈206上；
(3)其他调制方式由于本发明系统采用门限判断的方式进行距离控制，因此调制方式不宜采用幅度调制，凡是发送过程中能够保持射频装置内检测电压幅度基本恒定的调制方式均可以用于本发明的通信系统。编码电路203可以采用下列的编码方式
(1)曼彻斯特编码比特I编码为两个符号01，比特0编码为10；
(2)差分曼彻斯特编码有两种比特符号序列01及10，比特I编码为与上一符号序列不同，比特0则相同，或者反过来编码亦可；
(3)其他编码方式由于本发明系统采用门限判断的方式进行距离控制，因此低频调制信号必须保持均值稳定，编码后的序列不能含有直流分量，凡是编码后平均直流分量为零的编码方式均可以用于本发明的通信系统。确定好调制方式和编码方式后，采用前述方法，确定射频装置发射磁感应强度幅值Be。调整Be的过程实际上是调整线圈匝数，线径，形状以及驱动电路205的增益等参数的过程。5.读卡器接收电压门限Vt的选择 采用前述方法确定读卡器接收门限电压Vt。6、读卡器低频接收参数的选择
参见图8，读卡器低频磁感应电路105所用器件包括漆包线线圈、PCB线圈、霍尔器件或者巨磁阻器件，优选地，读卡器低频磁感应器件选择灵敏度高的器件。上述参数的选定是一次性的,一旦选定,工作中无需改变。(二)其次，工作参数确定后的系统工作流程如下
步骤AlOO :距离测量和控制过程。射频装置200以固定周期对低频发射功能进行自唤醒，当低频发射功能自唤醒时，射频装置200的第二主处理器202产生包含射频装置200的唯一识别码IDc的数据帧，送给编码电路203完成编码，编码后的信号通过调制电路204调 制或不经调制直接送给驱动电路205，调制电压送给低频发射线圈206发射，通过预先设定好帧格式、调制编码方式及驱动能力，发射线圈206以设定的强度Be按照上述帧格式循环发送指定参数的低频交变磁场信号300。当装载有射频装置200的移动终端置于读卡器周围，低频交变磁磁场信号300穿透该终端到达读卡器100低频检测端，读卡器100的低频磁感应电路105检测到低频磁信号，转换为电信号后经低频放大电路104放大并滤除噪声分量后得到低频磁检测电压，门限判断及解调电路103判断该电压大小，当电压的幅度小于预设的接收电压门限值Vt，不允许刷卡；当电压的幅度大于或等于预设的接收电压门限值Vt，表示终端进入读卡器预定的有效通信距离范围。步骤AlOO中的帧格式定义如下
图10为射频装置发送的低频数据帧格式示意图，如图10所示，射频装置低频数据帧每帧分为如下域
同步码8比特，通常为FFH，用于帧同步；
控制域8比特，用于提供帧数据的解帧信息，如长度，数据类型等，可留保留位用于扩
展；
IDc:N比特，射频装置唯一识别码，由控制域指定；
CRC :对控制域，IDc进行校验，可采用CRC校验和或其他方式。上面所述帧格式仅作为一种示例，不限制本发明实际采用的帧格式，原则上任何包含能唯一识别读卡器的帧格式均可使用。唯一识别码可采用足够长度的随机数，也可采用所有读卡器人工分配唯一码的方式，或其他方式产生的识别码。步骤AlOO中的射频装置唯一识别码IDc，是预先存储在射频装置内非易失存储器内(NVM)的唯一识别码，或者是由射频装置内产生的足够长的的随机数。步骤A200 :如AlOO步骤所述，读卡器在判断检测电压大于预设门限电压Vt后，说明读卡器与射频装置进入系统预设的有效刷卡距离，此时门限判断及解调电路103解析电压信号，获取IDc，读卡器100中的第一主处理器102和射频装置200中的第二主处理器202均根据该IDc信息生成相同的射频通信地址和频点，在此射频通信地址和频点上，读卡器100利用射频收发电路107通过射频天线106将自身标识信息IDr发送给射频装置200，射频装置200中的射频天线208和射频收发电路207在相同的射频地址和频点上接收该身份标识信息IDr并传送给第二主处理器202，然后第一主处理器102和第二主处理器202再根据该IDr信息生成一个新的射频通信地址和频点，系统在此新的射频通信地址和频点上启动刷卡交易，刷卡交易启动后，射频装置200中止对低频发射功能周期自唤醒，改为不间断循环发射低频交变磁场信号，以确保系统中读卡器和射频装置始终处在有效刷卡区间内。通过上述方法控制系统通信距离，并实现读卡器100和射频装置200的唯一绑定，实现了读卡器和装载有射频装置的移动终端通信距离的安全有效的控制，且无需校准。步骤A200中的读卡器唯 一识别码IDr，是预先存储在读卡器内非易失存储器内(NVM)的唯一识别码，或者是由读卡器产生的足够长的随机数。步骤A300:交易过程。读卡器1 00和射频装置200通过RF通道建立了可靠的唯一通讯链路，在该链路基础上，双方可以实现交易所需的身份认证及其他交易所需的过程。所有这些过程均通过快速的RF通道完成，直至本次交易结束。由于前述步骤AlOO A200的完成保证了射频装置200只能在预定的距离范围内完成接入，因此整个交易过程也是在限定距离范围内才能完成交易。交易过程是成熟的POS机处理流程，本发明不做详细描述。读卡器100低频信号检测电路105通常可以用PCB线圈、漆包线线圈、巨磁阻器件或霍尔器件构成，该检测电路并不仅限于用这几种元件，原则上任何能将磁场变化转变为电信号的传感器都可以用于该模块，唯一的限制是优先选择灵敏度高的磁感应器件。本发明通信系统利用低频交变磁场实现距离检测和控制，并实现射频装置到读卡器的低频单向通讯，利用RF通道结合低频单通讯实现终端的可靠绑定，同时利用RF通道实现读卡器和射频装置之间高速的数据通讯。其具有如下特点1.可以无需改造移动终端，只需更换终端内部的SIM卡/TF/SD卡，即可实现可靠的双向距离通讯；2.由于射频装置所能提供的电流有限，低频信号传输距离有限，可以有效防止射频装置端发射功率等被篡改放大，安全有效地将通信距离控制在规定的范围内。另外射频装置内同时放置RF收发电路，与读卡器内的RF收发电路实现双向高速通讯，RF电路的天线很小，可以轻易的集成到SM卡/TF/SD卡内。依照本发明所述方法选定的频点f 小于等于f0，系统在该频点以下工作无需校准，即可对通信距离进行安全有效的控制，作为一种扩展，f频率选择在fO频点以上，也不是绝对不行，可能的效果是性能降低，距离控制的精度降低，通信成功率的下降，这些应用并不与本发明所述原则从根本上冲突，只是一种性能改变的延伸应用。本发明通信系统利用射频装置到读卡器的低频交变磁场信号单向检测对刷卡交易的通信距离进行有效控制，从而改善了通信距离不可控的问题，提高了刷卡交易中通信的安全性。而且，本发明的通信系统不会因读卡器端遭到恶意篡改而造成刷卡距离超过预定刷卡距离等刷卡不安全因素，从而提高了移动支付等交易的安全性。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种通信系统，该系统包括读卡器和射频装置，所述读卡器和射频装置通过低频交变磁场信号控制通信距离，所述读卡器和射频装置通过射频通道交换信息，其特征在于 所述射频装置包括磁信号发射器，用于产生并发射低频交变磁场信号；第二射频通信单元，用于与第一射频通信单元交换信息； 所述读卡器包括磁信号接收器，用于接收低频交变磁场信号；第一射频通信单元，用于与第二射频通信单元交换信息。
2.根据权利要求I所述的通信系统，其特征在于 所述磁信号发射器中包含调制单元，所述调制单元用于将所述射频装置的身份标识信息加载到所述低频交变磁场信号中。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于 所述磁信号接收器中包含判断单元，所述判断单元用于根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置是否进入预设的有效距离区间。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于 所述判断单元包含比较子单元、判定子单元，所述比较子单元用于将由所述检测到的低频交变磁场信号转变过来的电信号与预设的门限值相比较，所述判定子单元用于根据所述比较子单元的比较结果判断所述射频装置是否进入预设的有效距离区间。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于 所述电信号为电压信号或电流信号。
6.根据权利要求I所述的通信系统，其特征在于 所述射频装置包括低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第二主处理器、射频收发电路以及射频天线。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于 所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路和所述第二主处理器顺次串联连接；所述射频天线、射频收发电路与所述第二主处理器顺次串联连接。
8.根据权利要求I所述的通信系统，其特征在于 所述读卡器包括低频磁感应电路、低频放大滤波电路、门限判断及解调电路、第一主处理器、射频收发电路以及射频天线。
9.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于 所述低频磁感应电路、低频放大滤波电路、门限判断及解调电路和所述第一主处理器顺次串联连接；所述射频天线、射频收发电路与所述第一主处理器顺次串联连接。
10.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于 所述驱动电路和编码电路之间还设有调制电路。
11.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于 所述低频发射线圈为漆包线线圈或PCB线圈。
12.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于 所述低频发射线圈的匝数均大于4圈。
13.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于 所述低频发射线圈内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。
14.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于所述低频磁感应电路为低频接收线圈，所述低频发射线圈所包围面积的截面最宽处大于所述射频装置的截面宽度。
15.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于 所述低频磁感应电路为低频接收线圈，所述低频发射线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。
16.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于 所述低频磁感电路为PCB线圈、漆包线线圈、霍尔器件或巨磁阻器件。
17.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于 所述低频磁感应电路为低频接收线圈，该低频接收线圈的匝数为50-500圈。
18.根据权利要求I所述的通信系统，其特征在于 所述射频装置置于移动终端中。
19.根据权利要求I所述的通信系统，其特征在于 所述射频装置置于移动终端内的SM卡、UM卡、USIM卡、TF卡或SD卡中。
20.根据权利要求18或19所述的通信系统，其特征在于 所述移动终端为手机、个人数字助理PDA、MP4或者笔记本电脑。
21.一种通信方法，其特征在于 通过低频交变磁场控制射频装置和读卡器之间的通信距离；以及 通过射频通道使所述射频装置与读卡器在预设的距离范围内进行信息交换。
22.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述射频装置发射低频交变磁场信号； 所述读卡器检测所述低频交变磁场信号； 根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置和读卡器的距离，以使射频装置和读卡器通过射频通道在预设范围内交换信息。
23.根据权利要求22所述的通信方法，其特征在于 所述低频交变磁场信号携带有所述射频装置的身份标识信息。
24.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述根据所述读卡器检测到的低频交变磁场信号判断所述射频装置和读卡器的距离包括如下步骤 读卡器将所述低频交变磁场信号转换成电信号； 读卡器比较所述电信号和预设的门限值，根据比较的结果判断射频装置是否进入预设的有效距离区间。
25.根据权利要求24所述的通信方法，其特征在于 读卡器比较所述电信号和预设的门限值步骤中，如果所述电信号大于或等于预设的门限值，则认为射频装置进入预设的有效距离区间。
26.根据权利要求24所述的通信方法，其特征在于 所述电信号为电压信号或电流信号。
27.根据权利要求24所述的通信方法，其特征在于 装载有所述射频装置的不同移动终端具有相同的所述门限值。
28.根据权利要求22所述的通信方法，其特征在于所述使射频装置和读卡器通过射频通道在预设范围内交换信息包括 所述读卡器根据从所述低频交变磁场信号中解析出的射频装置的身份标识信息，生成第一射频通信地址和第一频点，并在该第一频点和第一射频通信地址上通过射频通道发射读卡器的身份标识信息； 所述射频通信装置在第一频点和第一射频通信地址上获取读卡器的身份标识信息，并根据读卡器的身份标识信息生成第二射频通信地址和第二频点，然后读卡器和射频通信装置在该第二射频通信地址和第二频点上完成刷卡交易。
29.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 低频交变磁场具有一频率fO，当所述低频交变磁场信号的频率低于或等于该频率fO时，安装有所述射频装置的不同移动终端都在一个有效的通信距离范围内。
30.根据权利要求29所述的通信方法，其特征在于 所述频率fO通过如下步骤确定 确定系统基于低频交变磁场信号的距离控制目标(Din，Dv)，其中Din表示距离为0 Din的范围内所有装载有所述射频装置的移动终端确保可刷卡，Dv表示距离波动范围,距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡，距离大于Din+Dv的范围不允许刷卡； 确定读雜本身親翻_盼波动范围。; 确定射频装置导致的读卡器内检测电压的波动范围知； 在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线； 由距离控制目标(Din，Dv)确定读卡器内检测电压的波动范围5』，<5』等于由各典型移动终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差； 确定由移动终端导致的读卡器内检测电压的波动范围各，表示移动终端衰减特性造成的读卡器内检测电压波动范围，各=A - - Sc ; 计算各典型移动终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上场强所对应的最大电压差异5，若5大于各，则降低频率f，返回在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线的步骤；若J小于~，则提高频率f，返回在频率f下测试各典型移动终端及障碍物的电压随距离变化的曲线的步骤；若J等于4，则当前测试频率f等于频率fOo
31.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述低频交变磁场信号的调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be通过下述步骤选定 选定任意一种无平均直流分量的编码方式； 选择无调制方式或幅度无变化的载波调制方式； 选择发射磁感应强度幅值Be :在选定的小于fO的工作频率、调制方式及编码方式下，先选定读卡器易于实现的磁检测及放大的增益参数，测试射频装置未发送低频交变磁场信号条件下读卡器内检测电压的固有噪声电压幅度Vn，然后测量射频装置用选定的调制编码方式发送低频交变磁场信号时读卡器内检测电压Vr，选择发射磁感应强度幅值Be值，使Vr/Vn>SNR, SNR为读卡器的信噪比。
32.根据权利要求31所述的通信方法，其特征在于 所述编码方式为曼彻斯特码、差分曼彻斯特码或归零码。
33.根据权利要求31所述的通信方法，其特征在于 所述调制方式为开关键控法、相移键控法或频移键控法。
34.根据权利要求24所述的通信方法，其特征在于 所述电信号为电压信号，所述门限值为电压门限值Vt，所述电压门限值Vt通过下述步骤确定 在选定的发射参数下，测量读卡器从各典型终端和障碍物检测到的电压距离曲线，所述发射参数包括低频交变磁场信号的频率、调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Be ； 求取基准电压距离曲线，基准电压距离曲线是典型移动终端及障碍物曲线的中间值，其距离典型终端曲线的上边界及下边界的电压幅度都为各/ 2 ； 选定读卡器检测电压门限Vt，在基准电压距离曲线上对应于(Din+Dv/2)点处的电压值即为Vt值。
35.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述低频交变磁场信号的频率处于特低频频段、甚低频频段或低频频段，所述特低频频段的频率范围为300 Hz 3000Hz，所述甚低频频段的频率范围为3KHz 30KHz，所述低频频段的频率范围为30 KHz 300KHz。
36.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述低频交变磁场信号的频率范围为300Hz 50KHz。
37.根据权利要求21所述的通信方法，其特征在于 所述低频交变磁场信号的频率为IOKHz、15KHz、20KHz、25KHz或30KHz。
全文摘要
本发明涉及一种通信系统及方法,本发明的通信系统包括读卡器和射频装置，所述读卡器和射频装置通过低频交变磁场信号控制通信距离，所述读卡器和射频装置通过射频通道交换信息:所述射频装置包括磁信号发射器，用于产生并发射低频交变磁场信号；第二射频通信单元，用于与第一射频通信单元交换信息；所述读卡器包括磁信号接收器，用于接收低频交变磁场信号；第一射频通信单元，用于与第二射频通信单元交换信息。本发明实现了含有射频装置的移动终端与读卡器的数据通信距离可靠地控制在规定范围内，无需对移动终端进行校准,而且不会因读卡器端遭到恶意篡改而造成刷卡距离超过预定刷卡距离等不安全因素，从而提高交易的安全性。
文档编号G06K7/00GK102768722SQ20111011274
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者汪海翔 申请人:国民技术股份有限公司