专利名称：无接触前端装置和收发器装置之间的单通信信道的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在无接触前端装置和收发器装置之间交换数据 的方法和装置。
背景技术：
当今已经使用了多种根据标准ISO/IEC 14443和ISO/IEC 18092的智能卡。这些智能卡可被形成为例如具有集成的移动电话功能的 SIM(用户识别模块)。而且，这些智能卡还可被形成为作为用于验 证过程的专用微处理单元的SAM (安全访问模块)。在标准应用中，智能卡通过模拟信号线路直接连接到天线。然 而，对于另外的智能卡应用，尤其是当在SIM模块中采用智能卡时， 还期望将现有类型的智能卡与近场通信(NFC)装置直接连接，而不 需要为智能卡和近场通信装置提供单独的天线。为了将智能卡和近场 通信装置彼此连接，为此目的预知通信信道。从标准ECMA-373已知具有两条线路的近场通信有线接口 (NFC-WI)。而且，从ETSI文件SCPt060577已知智能卡和NFC 前端装置之间的单条线路接口。发明内容本发明的一个目的是提供一种无接触前端装置和用作安全收发 器装置的智能卡之间的改进的单通信信道。根据本发明，提供一种通过单通信信道在无接触前端装置和收发器装置之间交换数据的方法，该方法包括以下步骤从外部RF场 提取在通信信道上交换的数据的时钟；以及通过符号对数据编码，其 中，所述符号包括状态信息，所述状态信息与收发器上的无接触卡功 能对单通信信道的同时访问相关。4这样，本发明的方法支持智能卡上的无接触卡功能的同时访问。 由于从外部RF场提取了无接触前端装置和智能卡之间的"内部"数 据通信的时钟周期的事实，因此支持了由外部读取器发起的被明确定 义了的实时盘点过程(inventory procedure)。在根据本发明的方法 的优选实施例中，单通信信道上的数据的成帧是面向位(比特)的。 因此，该方法很好地适于支持ISO/IEC 14443类型A禾B B、 ISO/IEC 18092、或ISO/IEC 15693的实时需求和防冲突需求。
根据本发明，进一步提供一种用于在无接触前端装置和收发器 装置之间交换数据的单通信信道，其中，通过符号对数据编码，其中， 所述符号包括状态信息，所述状态信息与收发器装置上的无接触卡功 能对单通信信道的同时访问相关。通过利用本发明的单通信信道，有 利地是，多种无接触卡功能可同时访问单通信信道，而不会干扰外部 读取器和专用仿真卡功能之一间的被明确定义了的信息流。
本发明的上述定义了的方面和其他方面将通过将被描述的示例 性实施例变得清楚，并且参照其后的示例性实施例来进行说明。
现在将参照附图来更详细地说明本发明
图1示出了具有无接触前端装置、收发器装置、和布置在它们
之间的单通信信道的RFID通信系统的原理框图。
图2在原理上示出了在单通信信道上交换的数据和状态信息的
成帧。
具体实施例方式
图1示出了具有无接触前端装置10的RFID通信系统100的原 理框图。无接触前端装置10可以例如由电连接到无接触端(例如， 天线40)的近场通信(NFC)前端装置形成。通过天线40， RFID通 信系统100能够通过外部RF场50与外部读取器(未示出)通信。 通过天线40，无接触前端装置10支持符合ISO/IEC 14443或ISO/IEC 15693或ISO/IEC 18092的无线通信。无接触前端装置10通过单通信信道30与智能卡20 (例如，由SIM卡形成)连接。优选的是，单通 信信道30由单条线路形成。但是，在原理上单通信信道30可由无接 触前端装置10和智能卡20之间的无线通信信道形成。智能卡20优 选地用作安全收发单元，这意味着智能卡20以具有验证功能的安全 方式通过单通信信道30将数据发送到无接触前端装置10。在智能卡 20中，可布置和执行多种安全仿真无接触卡功能21、 22、和23。这 些功能21、 22、和23可例如由读取器和/或支付功能和/或验证功能 形成。但是，尽管未清楚地示出，但是也可在智能卡20上布置和执 行其它的无接触卡功能。而且，智能卡20还可由具有集成的验证功 能的安全访问模块(SAM)形成。
在RFID通信系统100的智能卡20和基带IC (未示出)之间布 置高速数据连接60 (例如，通过USB协议)，并且可知该高速数据 连接60能够在智能卡20和基带IC之间交换高速数据。由于髙速数 据连接60的硬件需要，使得智能卡20上能够用于连接到无接触前端 装置10的硬件资源是有限的。因此，期望的是提供无接触前端装置 10的智能卡20之间的改进的单通信信道。
根据本发明，可知与传统的单通信信道相比具有改进的特性的 单通信信道30。例如，外部读取器和收发器20之间的传统RF通信 协议的处理(其处理RF场50上的数据的编码和成帧、同步比特的 处理、数据帧内的大量数据比特、循环冗余校验(CRC)等)是排他 性的，并且完全由智能卡20处理，优选地在智能卡20内被处理。因 此，在智能卡20内处理RF通信协议的有关安全的部分，因此阻止 了对RFID通信系统100的任何有害的间谍攻击。这样，有利地是， 不会分离对无接触前端装置10的智能卡20之间的盘点过程的处理。 根据本发明的其它的协议处理了单通信信道30上的数据交换，并且 由无接触前端装置IO和智能卡20二者执行所述其它的协议。为了清 楚起见，所述协议参照下述CP协议("通用协议")。CP协议对 RF协议的数据是透明的，并且具有两个主要的挑战。首先，CP协议 传递来自RF协议的数据从而以透明或镜像的方式在单通信信道30 上进行数据传送。其次，CP协议处理无接触前端装置10和智能卡20之间的状态信息的交换。
优选地是，单通信信道30提供半双工性能。有利的是，所述半 双工性能符合无接触前端装置10的要求并且降低了硬件复杂度。因
此，这就支持了单通信信道30的节约成本的实现方式。而且，通过 电压电平来对单通信信道30上的数据进行编码。为此，无接触前端 装置10能够将单通信信道30的电信号电平上拉至逻辑"高"电平。 同样的，智能卡20能够将通信信道上的信号状态拉至逻辑"低"电 平。换言之，逻辑"高"电平总是由无接触前端装置IO驱动，而逻 辑"低"电平总是由智能卡20驱动。
更具体地讲，在将时钟/方向信息和/或数据发送到无接触前端装 置IO期间，无接触前端装置IO驱动逻辑"高"电平和逻辑"低"电 平变强。在从智能卡20接收数据期间，无接触前端装置IO驱动弱"高" 电平。与此相对应，智能卡20驱动"低"电平变强。而且，智能卡 20从未驱动"高"电平。因此，有利的是，智能卡20上的多种卡功 能21、 22、和23可通过维持单通信信道30上被明确定义了的物理 和逻辑状态来同时访问单通信信道30。由于单通信信道30上的信号 状态由电压代表的事实，有利的是，标准数字I/0衬垫可被用在智能 卡20上以和单通信信道30电连接。
图2在原理上示出了通过CP协议在单通信信道30上传送的数 据帧FR的示例性实现方式。由无接触前端装置10从外部RF场50 提取数据帧FR的基本时基tB。为此，无接触前端装置10通过算法 根据从外部读取器(未示出)接收到的信号来计算时基tB。时基tB 优选地具有60纳秒至2400纳秒之间的长度。因此，单通信信道30 上的数据速率与外部RF场50上的数据速率一致。因此，有利的是， 无接触前端装置10内或智能卡20内的任何种类的数据缓冲都是多余 的，这是因为上述数据速率没有差别。而且，时钟振荡器25可被布 置在智能卡20上，并且被预计用来根据单通信信道30上的时基tB 来计算数据速率。为了该计算，对时钟振荡器25的技术要求较低， 从而不需要在智能卡20中实现高质量的时钟振荡器25。
作为数据帧FR内的数据传输速率的基准的时钟周期CLK具有3 x tB (占空比2/3)的长度。如上所述，从外部RF场50提取时基 tB的长度。而且，数据帧FR包括方向位DIR，其定义了无接触前端 装置10和智能卡20之间的数据传输的方向。在方向位DIR为"低" 的情况下，将数据从无接触前端装置10传送到智能卡20。在方向位 DIR为"高"的情况下，将数据从智能卡20传送到无接触前端装置 10。由于从外部RF场50提取单通信信道30的时钟CLK的这一事 实，有利的是，无接触前端装置10内的单独的时钟振荡器是多余的。 然而，应该注意到，可预见到任何种类的振荡器都可在无接触前端装 置10中实现。数据帧FR还包括六个所谓的"码单元"CU。所述码 单元具有从1至6的编号(CU1至CU6)。如图2所示，在数据帧 FR的数据部分DATA内，CU6作为最高有效位(MSB)工作，而 CU1作为最低有效位(LSB)工作。方向位DIR和每一个码单元CU1 至CU6都优选地具有3 x tB的长度。
参照下表更详细地描述了全部由本发明的CP协议处理的码单 元CU1至CU6、数据帧FR的位1、位2、位3、和状态信息的意义
CU6 MSBCU5CU4CU3CU2CUl LSB
位1位2位3符号位1位2位3
11没有数据帧=状态信息没有数据没有数据
10"0""0""0"
01"1"'T(T
00冲突冲突冲突
表1
表1示出了将数据帧FR内的位(各个码单元)示例地映射到数 字符号。如表所示，数据帧FR内的位被命名为位1、位2、和位3， 并且被形成为两个码单元的组合。数字符号和位l、位2、和位3之 间的映射如下在数据帧FR的数据部分DATA内，CU6是最高有 效位(MSB)，而CUl是最低有效位(LSB) 。 CU6 (MSB)禾tl CU5 一起形成位1， CU4和CU3 —起形成位2，并且CU2和CU1 (LSB)
8一起形成位3。
在单通信信道30上发送针对位1的数字符号"11"的情况下， 这意味着没有数据在随后的数据帧FR中被发送。替代的是，在这种 情况下，可发送由位2和位3形成的多个状态信息。例如，可这样实 现单通信信道30上的速度改变的开始。而且，可从无接触前端装置 10将激活/停用或空闲命令传送到智能卡20，反之亦然。这样，总共 16个不同的状态消息由位2和位3的组合的可能的16个状态实现。
而且，在数字符号"10"分配给了位1、位2、或位3任一个的 情况下，这意味着发送数字数据"0"。而且，在数字符号"01"分 配给了位l、位2、或位3任一个的情况下，这意味着发送数字数据 "1"。在外部读取器开始在智能卡20上进行无接触卡功能21、 22、 23的盘点过程的情况下，无接触卡功能的至少两个或多个可同时响 应于该盘点过程。这导致了将数字符号"00"分配给位1、位2、或 位3任一个，并且在单通信信道30上发送该数字符号。如果位1、 位2、或位3任一个示出了数字"00"的内容，则这个事实向外部读 取器指示智能卡20上的至少两个无接触卡功能己经试图同时访问单 通信信道30。
因此，在单通信信道30上发送"冲突"状态。根据该信息， 有利的是，外部读取器可重复或取消盘点过程，从而获得智能卡20 上的全部盘点后的安全仿真无接触卡功能21、 22、 23的在时间上被 明确定义的响应行为。因此，通过根据本发明的单通信信道30，多 个无接触卡功能对外部读取器的盘点过程的响应行为可被良好地构 造。总之，根据本发明的方法允许对智能卡20上一个以上的无接触 卡功能21、 22、 23进行仿真。而且，多个智能卡20可被连接到单通 信信道30，因此还允许对多于一个无接触卡功能进行仿真。
从图2和表l可容易看出，对要在单通信信道30上交换的位的 布置是面向位的。因此，结合单通信信道30上的数据速率与外部RF 场50中的数据速率精确匹配的事实，根据本发明的方法支持ISO/IEC 14443的实时和/或防冲突要求。而且，根据本发明的单通信信道30 提供了无接触前端装置10和智能卡20之间的时钟、数据、和控制信
9息的同时传送。这提供了从外部RF场50提取时钟CLK的质量，因 此支持避免RFID通信系统100中的任何种类的数据拥堵。而且，通 过使用本发明，传统的RF协议和CP协议之间的任何转换都是多余 的。这就节约了协议处理的开销，因此还支持上述实时和防冲突需求 的实现。因此，有利的是，外部读取器未"意识到"无接触前端装置 IO的存在，并且能够执行与智能卡20的"直接"通信过程。
还应该注意，尽管本发明已经由根据ISO/IEC 14443或ISO/IEC 18092或ISO/IEC 15693实现的实施例说明，但是本发明不限于这些 标准，而是可应用于具有可比定时需求的任何RFID通信系统。
最后，应该注意，上述实施例描述而非限制了本发明，并且本 领域技术人员能够在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的 情况下设计很多可选实施例。在这些权利要求中，括号内的标号不应 被认为是对权利要求的限制。词"包括"和"包含"等不排除作为整 体的任何权利要求或说明书中所列出的部件或步骤以外的部件或步
骤的存在。部件的单个标号不排除这些部件有多个标号，反之亦然。 在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可由软件或
硬件之一和相同的项实现。在互不相同的从属权利要求中引用的某些 措施未指示这些措施的组合不能被用于提供优势。
权利要求
1.一种通过单通信信道(30)在无接触前端装置(10)和收发器装置(20)之间交换数据的方法，该方法包括以下步骤从外部RF场(50)提取用于单通信信道(30)上的数据交换的时钟(CLK)；以及通过符号对数据编码，其中，所述符号包括状态信息，所述状态信息与收发器(20)上的无接触卡功能(21，22，23)对单通信信道(30)的同时访问相关。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，通过电压来对单通信信道(30)上的数据进行编码。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，将单通信信道(30)上的数据构成帧是面向位的。
4. 如权利要求1至3之一所述的方法，其中，能够以半双工方式对单通信信道(30)上的数据进行交换。
5. 如权利要求1至4之一所述的方法，其中，能够通过收发器(20)完全地执行RF通信协议，并且其中，能够通过无接触前端装置(10)和收发器(20)来执行用于单通信信道(30)的协议。
6. 如权利要求2至5之一所述的方法，其中，该方法能够被执行用于与单通信信道(30)连接的多个收发器(20)。
7. —种用于在无接触前端装置(10)和收发器装置(20)间交换数据的单通信信道(30)，其中，通过符号对数据编码，其中，所述符号包括状态信息，所述状态信息与收发器装置(20)上的无接触卡功能(21， 22， 23)对单通信信道(30)的同时访问相关。
8. 如权利要求7所述的单通信信道(30)，其中，所述单通信信道(30)由单条线路形成。
9. 如权利要求8所述的单通信信道(30)，其中，通过电压来对单通信信道(30)上的数据进行编码。
10. 如权利要求7或9所述的单通信信道(30)，其中，能够以半双工方式对数据进行交换。
11. 如权利要求7至IO之一所述的单通信信道(30)，其中，能够通过收发器(20)完全地执行RF通信协议，并且其中，能够通过无接触前端装置(10)和收发器(20)来执行用于单通信信道(30)的协议。
12. 如权利要求7至11之一所述的单通信信道(30)，其中，该方法能够被执行用于与单通信信道(30)连接的多个收发器(20)。
13. —种RFID通信系统(100)，其包括无接触前端装置(10)、收发器(20)和单通信信道(30)，其中，单通信信道(30)连接无接触前端装置(10)和收发器(20) 二者，并且其中，根据权利要求1至6之一的方法能够在收发器(20)上执行用于在如权利要求7至12之一所述的单通信信道(30)上进行数据交换。
全文摘要
一种通过单通信信道(30)在NFC装置(10)和收发器装置(20)之间交换数据的方法，该方法包括以下步骤从外部RF场(50)提取用于单通信信道(30)上的数据交换的时钟；以及通过符号对数据编码，其中，所述符号包括状态信息，所述状态信息与收发器(20)上的无接触卡功能(21，22，23)对单通信信道(30)的同时访问相关。
文档编号H04L25/45GK101542995SQ200780043243
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月22日 优先权日2006年11月23日
发明者克莱门斯·布赖特富斯, 彼得·蒂林格, 赖因哈德·迈因德尔, 马库斯·哈尼施 申请人:Nxp股份有限公司