一种基于rfid的多模式移动身份认证系统及方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于RFID的多模式移动身份认证系统和方法，在一个装置内集成了低频段非接触式智能卡和高频段非接触式智能卡读写功能，并通过主控制器进行调配，因此在一个装置上即可实现读写低频段非接触式智能卡和高频段非接触式智能卡，适用于既需要读写低频段非接触式智能卡，又需要读写低频段非接触式智能卡的应用场合，具有应用成本低及使用方便的特点；同时本发明通过带复位模块、复位的分频器、计数器、第二计数器、解码状态模块、译码模块和解码信号采样模块的组合设计，能够通过选择分频计数器不同的分频信号输出、设置计数器和第二计数器的计数长度，针对不同宽度的通信码率进行解码,整个解码器使用无反馈的前向设计，可以支持不同通信速率的数据解码。
【专利说明】一种基于RFID的多模式移动身份认证系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非接触式身份认证系统，尤其涉及一种基于RFID的多模式移动身份认证系统及方法。
【背景技术】
[0002]RFID(射频识别:radio frequency identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
[0003]最基本的RFID系统由三部分组成:标签(Tag)，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读取器间传递射频信号。
[0004]电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。
[0005]RFID的工作原理为:阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。
[0006]通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，基本上划分为3个范围:低频(30kHz-300kHz)，高频(3MHz_30MHz)和超高频(300MHz_3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz, 134.2kHz及高频13.56MHz等等。
[0007]通过计算机及计算机网络，可实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。对大多数RFID系统而言，将采用一个固定的频率，并有一套标准协议与它相配套。
[0008]随着RFID技术的发展，非接触式身份认证系统被提出，其是基于射频卡技术的双因素身份认证系统，能够解决由密码泄露导致的系统安全问题，实现了管理人员和操作员登录业务系统时的安全认证控制。
[0009]但是现有的基于RFID的身份认证装置只能读写一种模式或频段的身份智能卡，不能在一个身份认证装置上读写两种以上身份智能卡，如果在需要同时读写两种模式或频段的身份智能卡的场合，就需要安装两种身份认证读写装置，由于需要增加一个读写装置，因此原有的射频卡应用终端设备内部空间布局需要重新设计，且增加了装置的体积，甚至改变装置的外形，导致射频卡应用终端设备无法在原有的系统上正常安装及使用；另外，由于射频卡应用终端设备安装两个不同的读写装置，导致同一个射频卡应用终端装置(如POS机、门禁等)有两个不同的刷卡区域，这样用户在刷卡时需要根据手持射频卡的不同而贴近终端的不同刷卡区域，造成用户的困扰，导致使用不便。
[0010]另一方面，对于不同的智能卡，其所支持的通信速率也不尽相同，因此要想同一个身份认证器的读写装置支持各种通信速率的智能卡，也必须安装具有不同解调速率的多个读写装置，导致成本和体积的升高，使用不便。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0012]针对上述缺陷，根据本发明的一个实施方式，提出了一种基于RFID的多模式移动身份认证系统，所述系统至少包括控制单元、低频段非接触式智能卡处理单元、高频段非接触式智能卡处理单元以及多速率解调单元；其中，所述控制单元包括主控制器和信号转换器；所述低频段非接触式智能卡处理单元包括低频段收发处理芯片、频段为低频段的天线和天线匹配电路；所述高频段非接触式智能卡处理单元包括安全主控芯片、高频段射频芯片和高频段天线阵列。
[0013]根据本发明的一个实施方式，所述低频段为13.56Mhz，所述高频段为2.4GHz。
[0014]根据本发明的一个实施方式，所述主控制器设有第一数据收发接口、第二数据收发接口和UART通讯接口 ；所述信号转换器设有RS通讯接口及TTL传输接口，其TTL传输接口连接主控制器的第一数据收发接口；
[0015]根据本发明的一个实施方式，所述低频段收发处理芯片设有天线接口和数据收发接口，其数据收发接口连接主控制器的第二数据收发接口 ；所述天线经天线匹配电路连接到低频段收发处理芯片的天线接口；
[0016]根据本发明的一个实施方式，所述安全主控芯片设有UART通讯接口和数据收发接口，其UART通讯接口连接主控制器的UART通讯接口 ；所述高频段射频芯片设有射频收发接口及数据收发接口，其射频收发接口连接高频段天线阵列，其数据收发接口连接安全主控芯片的数据收发接口 ；所述安全主控芯片中内置有用于控制智能卡读写距离的距离控制模块及用于智能卡身份认证的身份认证模块。
[0017]根据本发明的一个实施方式，所述多速率解调单元包括复位模块，被配置为根据系统复位信号和射频输入解调信号产生复位信号；
[0018]带复位控制的分频器，被配置为对射频时钟信号进行分频，由射频时钟信号下降沿触发，根据码率选择信号输出分频信号，以及1/2射频时钟信号频率的二分频信号，两个输出信号由复位信号复位；
[0019]计数器，被配置为对分频信号进行计数，由分频信号上升沿触发，输出第一计数信号，并由复位信号复位；
[0020]第二计数器，被配置为对分频信号进行模X计数，由分频信号上升沿触发，输出第二计数信号，并由复位信号复位；
[0021]解码状态模块，被配置根据二分频信号的下降沿触发，产生接收指示信号；
[0022]译码模块，被配置为根据系统复位信号、接收指示信号、分频信号、第一计数信号和第二计数信号输出单位编码时钟信号；
[0023]解码信号采样模块，该模块被配置为根据系统复位信号、复位信号和单位编码时钟信号，输出不归零码的解码输出信号。[0024]根据本发明的一个实施方式，所述多模式移动身份认证系统还包括射频信号隔离单元，用以物理隔离不同频段的射频信号。
[0025]根据本发明的另一个实施方式，上述基于RFID的多模式移动身份认证系统对非接触式智能卡的认证包括:读取步骤和写入步骤，其中
[0026]读取步骤包括:
[0027]当低频段天线感应到低频段非接触式智能卡时，即通过天线匹配电路将感应到的信息传送给低频段收发处理芯片，低频段收发处理芯片对收到的感应信息进行处理后传送给主控制器；
[0028]当高频段天线阵列感应到高频段非接触式智能卡时，即通过高频段射频芯片将感应到的信息传送给安全主控芯片，安全主控芯片通过其内置的身份认证模块对高频段非接触式智能卡进行身份认证，若高频段非接触式智能卡的身份认证通过，即从高频段非接触式智能卡中读取数据后传送给主控制器；
[0029]主控制器收到低频段收发处理芯片或安全主控芯片送来的数据后转送给信号转换器，信号转换器将主控制器送来的数据从TTL电平转换为RS电平后发送给上位机；
[0030]写入步骤包括:
[0031]上位机向信号转换器发送操作指令及数据，信号转换器将接收到的指令和数据从RS电平转换为TTL电平后送入主控制器；
[0032]主控制器对信号转换器送来的指令和数据进行分析，并根据分析结果向低频段收发处理芯片或安全主控芯片发送控制指令和数据；
[0033]当低频段收发处理芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过天线匹配电路、天线对低频段非接触式智能卡进行写操作；
[0034]当安全主控芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过高频段射频芯片、高频段天线阵列对高频段非接触式智能卡进行写操作。
[0035]本发明提供的基于RFID的多模式移动身份认证系统和方法，在一个装置内集成了低频段非接触式智能卡和高频段非接触式智能卡读写功能，并通过主控制器进行调配，因此在一个装置上即可实现读写低频段非接触式智能卡和高频段非接触式智能卡，适用于既需要读写低频段非接触式智能卡，又需要读写低频段非接触式智能卡的应用场合，具有应用成本低及使用方便的特点；同时本发明通过带复位模块、复位的分频器、计数器、第二计数器、解码状态模块、译码模块和解码信号采样模块的组合设计，能够通过选择分频计数器不同的分频信号输出、设置计数器和第二计数器的计数长度，针对不同宽度的通信码率进行解码，整个解码器使用无反馈的前向设计，可以支持不同通信速率的数据解码。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0037]附图1示出了根据本发明的一个实施方式的基于RFID的多模式移动身份认证系统结构框图；
[0038]附图2示出了根据本发明的一个实施方式的多速率解调单元结构示意图；【具体实施方式】
[0039]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0040]为克服上述缺陷，本发明提出一种基于RFID的多模式移动身份认证系统，如附图1所示，所述系统至少包括控制单元、低频段非接触式智能卡处理单元、高频段非接触式智能卡处理单元以及多速率解调单元；
[0041]根据本发明的一个实施方式，所述低频段为13.56Mhz，所述高频段为2.4GHz。
[0042]所述控制单元包括主控制器和信号转换器；所述主控制器设有第一数据收发接口、第二数据收发接口和UART通讯接口 ；所述信号转换器设有RS通讯接口及TTL传输接口，其TTL传输接口连接主控制器的第一数据收发接口 ；
[0043]所述低频段非接触式智能卡处理单元包括低频段收发处理芯片、频段为低频段的天线和天线匹配电路；所述低频段收发处理芯片设有天线接口和数据收发接口，其数据收发接口连接主控制器的第二数据收发接口 ；所述天线经天线匹配电路连接到低频段收发处理芯片的天线接口；
[0044]所述高频段非接触式智能卡处理单元包括安全主控芯片、高频段射频芯片和高频段天线阵列；所述安全主控芯片设有UART通讯接口和数据收发接口，其UART通讯接口连接主控制器的UART通讯接口 ；所述高频段射频芯片设有射频收发接口及数据收发接口，其射频收发接口连接高频段天线阵列，其数据收发接口连接安全主控芯片的数据收发接口 ；所述安全主控芯片中内置有用于控制智能卡读写距离的距离控制模块及用于智能卡身份认证的身份认证模块。
[0045]如附图2所示，所述多速率解调单元包括复位模块，被配置为根据系统复位信号和射频输入解调信号产生复位信号；
[0046]带复位控制的分频器，被配置为对射频时钟信号进行分频，由射频时钟信号下降沿触发，根据码率选择信号输出分频信号，以及1/2射频时钟信号频率的二分频信号，两个输出信号由复位信号复位；
[0047]计数器，被配置为对分频信号进行计数，由分频信号上升沿触发，输出第一计数信号，并由复位信号复位；
[0048]第二计数器，被配置为对分频信号进行模X计数，由分频信号上升沿触发，输出第二计数信号，并由复位信号复位；
[0049]解码状态模块，被配置根据二分频信号的下降沿触发，产生接收指示信号；
[0050]译码模块，被配置为根据系统复位信号、接收指示信号、分频信号、第一计数信号和第二计数信号输出单位编码时钟信号；
[0051]解码信号采样模块，该模块被配置为根据系统复位信号、复位信号和单位编码时钟信号，输出不归零码的解码输出信号。
[0052]通过上述多个模块的配合，能够通过选择分频计数器不同的分频信号输出、设置计数器和第二计数器的计数长度，针对不同宽度的通信码率进行解码，整个解码器使用无反馈的前向设计，可以支持不同通信速率的数据解码。
[0053]根据本发明的一个实施方式，所述多模式移动身份认证系统还包括射频信号隔离单元，用以物理隔离不同频段的射频信号，以避免干扰。
[0054]根据上述实施方式提供的基于RFID的多模式移动身份认证系统，其对非接触式智能卡的读取步骤如下:
[0055]当低频段天线感应到低频段非接触式智能卡时，即通过天线匹配电路将感应到的信息传送给低频段收发处理芯片，低频段收发处理芯片对收到的感应信息进行处理后传送给主控制器；
[0056]当高频段天线阵列感应到高频段非接触式智能卡时，即通过高频段射频芯片将感应到的信息传送给安全主控芯片，安全主控芯片通过其内置的身份认证模块对高频段非接触式智能卡进行身份认证，若高频段非接触式智能卡的身份认证通过，即从高频段非接触式智能卡中读取数据后传送给主控制器；
[0057]主控制器收到低频段收发处理芯片或安全主控芯片送来的数据后转送给信号转换器，信号转换器将主控制器送来的数据从TTL电平转换为RS电平后发送给上位机；
[0058]其中，非接触式智能卡的写入步骤如下:
[0059]上位机向信号转换器发送操作指令及数据，信号转换器将接收到的指令和数据从RS电平转换为TTL电平后送入主控制器；
[0060]主控制器对信号转换器送来的指令和数据进行分析，并根据分析结果向低频段收发处理芯片或安全主控芯片发送控制指令和数据；
[0061]当低频段收发处理芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过天线匹配电路、天线对低频段非接触式智能卡进行写操作；
[0062]当安全主控芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过高频段射频芯片、高频段天线阵列对高频段非接触式智能卡进行写操作。
[0063]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于RFID的多模式移动身份认证系统，所述系统至少包括控制单元、低频段非接触式智能卡处理单元、高频段非接触式智能卡处理单元以及多速率解调单元；其中，所述控制单元包括主控制器和信号转换器；所述低频段非接触式智能卡处理单元包括低频段收发处理芯片、低频段天线和天线匹配电路；所述高频段非接触式智能卡处理单元包括安全主控芯片、高频段射频芯片和高频段天线阵列。
2.如权利要求1所述的系统，所述低频段为13.56Mhz，所述高频段为2.4GHz。
3.如权利要求1所述的系统，所述主控制器设有第一数据收发接口、第二数据收发接口和UART通讯接口 ；所述信号转换器设有RS通讯接口及TTL传输接口，其TTL传输接口连接主控制器的第一数据收发接口。
4.如权利要求1所述的系统，所述低频段收发处理芯片设有天线接口和数据收发接口，其数据收发接口连接主控制器的第二数据收发接口 ；所述天线经天线匹配电路连接到低频段收发处理芯片的天线接口。
5.如权利要求1所述的系统，所述安全主控芯片设有UART通讯接口和数据收发接口，其UART通讯接口连接主控制器的UART通讯接口 ；所述高频段射频芯片设有射频收发接口及数据收发接口，其射频收发接口连接高频段天线阵列，其数据收发接口连接安全主控芯片的数据收发接口 ；所述安全主控芯片中内置有用于控制智能卡读写距离的距离控制模块及用于智能卡身份认证的身份认证模块。
6.如权利要求1所述的系统，所述多速率解调单元包括复位模块，被配置为根据系统复位信号和射频输 入解调信号产生复位信号； 带复位控制的分频器，被配置为对射频时钟信号进行分频，由射频时钟信号下降沿触发，根据码率选择信号输出分频信号，以及1/2射频时钟信号频率的二分频信号，两个输出信号由复位信号复位； 计数器，被配置为对分频信号进行计数，由分频信号上升沿触发，输出第一计数信号，并由复位信号复位； 第二计数器，被配置为对分频信号进行模X计数，由分频信号上升沿触发，输出第二计数信号，并由复位信号复位； 解码状态模块，被配置根据二分频信号的下降沿触发，产生接收指示信号； 译码模块，被配置为根据系统复位信号、接收指示信号、分频信号、第一计数信号和第二计数信号输出单位编码时钟信号； 解码信号采样模块，该模块被配置为根据系统复位信号、复位信号和单位编码时钟信号，输出不归零码的解码输出信号。
7.如权利要求1所述的系统，所述多模式移动身份认证系统还包括射频信号隔离单元，用以物理隔离不同频段的射频信号。
8.如权利要求1-7其中之一所述的基于RFID的多模式移动身份认证系统对非接触式智能卡的认证包括:读取步骤和写入步骤，其中 读取步骤包括: 当低频段天线感应到低频段非接触式智能卡时，即通过天线匹配电路将感应到的信息传送给低频段收发处理芯片，低频段收发处理芯片对收到的感应信息进行处理后传送给主控制器；当高频段天线阵列感应到高频段非接触式智能卡时，即通过高频段射频芯片将感应到的信息传送给安全主控芯片，安全主控芯片通过其内置的身份认证模块对高频段非接触式智能卡进行身份认证，若高频段非接触式智能卡的身份认证通过，即从高频段非接触式智能卡中读取数据后传送给主控制器； 主控制器收到低频段收发处理芯片或安全主控芯片送来的数据后转送给信号转换器，信号转换器将主控制器送来的数据从TTL电平转换为RS电平后发送给上位机； 写入步骤包括: 上位机向信号转换器发送操作指令及数据，信号转换器将接收到的指令和数据从RS电平转换为TTL电平后送入主控制器； 主控制器对信号转换器送来的指令和数据进行分析，并根据分析结果向低频段收发处理芯片或安全主控芯片发送控制指令和数据； 当低频段收发处理芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过天线匹配电路、天线对低频段非接触式智能卡进行写操作； 当安全主控芯片收到主控制器发来的控制指令和数据后，即通过高频段射频芯片、高频段天线阵列对高频段 非接触式智能卡进行写操作。
【文档编号】G06K7/10GK104036224SQ201410300567
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】郭阳斌, 经锋, 郭阳勇, 李晓龙, 刘小平 申请人:成都联星微电子有限公司