CN101335956B - 借助误码率统计数据判断通信距离的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用统计误码率判断通信距离的系统(10)，其特征在于，包括内含射频SIM卡(11)的射频移动终端(12)和射频控制终端(13)；所述方法包括步骤：为每一类型射频移动终端(12)建立其误码经验数据库；待测试射频移动终端(12)与射频控制终端(13)进行通信，射频移动终端(12)在某个测试距离与射频控制终端(13)的基准天线阵列(131)进行通信；将实际的测试结果和误码经验数据库记录的情况进行比较，进而判断射频移动终端(12)与射频控制终端(13)的通信距离的大致范围。所述的方法，本发明所述方案可以使得射频通信终端与射频通信设备的数据通信距离可靠地控制在近场范围内，保证了交易的安全，还能从根本上确保通信的可靠。

Description

借助误码率统计数据判断通信距离的系统和方法

技术领域本发明涉及连同机器一起使用的记录载体，特别涉及带有半导体电路元件的记录载体，尤其涉及一种判断移动终端射频通信距离的系统和方法。

背景技术射频通信终端，尤其是移动电话，(简称“手机”)已经普及，通过改造使其具备近距离通信功能，以实现手机支付等功能的需求越来越强烈，目前已经出现了在用户识别模块SIM卡上增加射频功能(成为射频SIM)或者在手机主板上增加近距离通信模块来实现手机近距离通信的方法，这种方法的出现使得手机成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足市场的迫切需求。

其中，基于射频SIM的手机近距离通信解决方案以其简单、无需更换或改造手机等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM采用UHF或VHF技术使得射频信号可以从手机中透射出来，从而实现不改造手机就可使得手机具备近距离通信功能。但是，由于不同手机屏蔽效果差距很大，有的手机因为屏蔽效果不好其射频信号透射强度大，其通信距离甚至可以达到1米左右，而有的手机因为屏蔽效果特别好，射频信号不能透射出来，造成不能正常收发数据，不能完成交易，面对如此多的手机种类要都能做到精确地控制射频信号覆盖的距离十分困难。

实际生活中的许多应用，尤其是公交刷卡，对于交易的有效距离范围控制提出了严格的要求，过长的距离(如10CM以上)会带来很大的安全隐患，因此，手机在增加近距离通信功能的同时，还必须能够控制其交易的有效距离范围。

现有针对射频通信的距离进行控制，使其不超过规定值的技术只有被动感应技术，如ISO14443协议规定的非接触卡技术规范，或者ISO18000规定的RFID技术规范，这些技术的特点是卡侧无源的，只能通过感应的方式从读卡器侧耦合获得能量来工作，从而实现与读卡器之间的通信。而基于射频SIM的手机近距离通信采用的是有源方式，且基本上使用的是UHF频段，这就导致其无法使用无源技术来控制通信距离，由于UHF频段射频信号具备很强的穿透能力，其距离控制问题更加突出。

上述现有技术控制移动终端射频通信距离的方法存在以下不足：

1、基于射频SIM的手机近距离通信采用的是有源方式，且基本上是在UHF频段，

无法使用无源技术来控制其通信距离；

2、采用调整手机射频信号发射强度及读卡器接收灵敏度等方法来控制通信距离的方法受驻波、信号反射等多种因素的影响难以实现可靠的近距离通信。

针对这个问题，可以采用调整手机射频信号发射强度及读卡器接收灵敏度等方法来控制通信距离，此外还可以通过设置多个天线(或天线)来辅助实现，以避免单个天线带来的驻波、信号反射等不良影响。

在具体实现过程中，如何能够快速判断距离是一个难题，通常采用的方法是利用天线接收到的信号场强来判断，此方法带来的问题是场强信号特别容易受到干扰，造成事实上的无法实现，如在2.4GHz频段、蓝牙技术和无线局域网技术均采用此频段，此频段上的信号场强难以区分。

发明内容本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种借助误码率统计数据判断通信距离的系统和方法。

本发明提出一种简单易行解决方案，该方案可以很好地解决场强信号容易受到干扰的问题，一方面可以较为可靠地判断移动通信终端与移动通信设备通信时的大致距离，另方面还能够有利于增加移动通信终端与移动通信设备的工作可靠性。

本发明提供了一种利用统计误码率判断通信距离的系统，包括内含射频SIM卡的射频移动终端和射频控制终端；

所述射频控制终端包括基准天线阵列和主机系统；所述射频控制终端通过基准天线阵列与射频移动终端进行数据交换，并对交换所获数据进行分析计算，统计其误码率，从而判断射频移动终端的通信距离。

所述射频控制终端包括射频读卡器。

所述主机系统包括切换器和衰减器。

所述基准天线阵列包含N个在几何位置上排列成M圈且具有相同圆心的天线，每一圈天线相互成M×360°/N，其中N≥2，M≥1，且都为正整数，所述天线阵列中各天线均通过导线与切换器电连接。

所述基准天线阵列中各天线的形状包括圆形、环形、棍状、弧形、W形或方形；所述基准天线阵列中各天线可用陶瓷、磁性材料或铜材制成。

所述基准天线阵列中各天线的接收或发送增益通过调整所述衰减器的衰减系数实现。

本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案进一步来实现：提供一种利用探测器阵列实现可靠近距离通信的系统的方法，基于利用统计误码率判断通信距离的系统，所述系统包括内含射频SIM卡的射频移动终端和射频控制终端，尤其是，包括步骤：

A.通过衰减器调整基准天线阵列中各天线的发送或接收增益，使射频移动终端在每一个试验距离上与基准天线阵列中各天线通信时误码率不都是0％或100％，记录此时基准天线阵列各天线的参数特性；

B.通过试验为每一类型射频移动终端建立其在每一个试验距离上的误码率经验数据库，所述数据库包括射频移动终端在该位置与基准天线阵列中各天线通信时的误码率；

C.将所述误码率经验数据之所有数据库写入所述射频移动终端或射频SIM卡内，作为该射频移动终端自身的误码率经验数据库；

D.射频移动终端把存储在其内的误码经验数据库之所有数据及其判断规则传送给射频控制终端；或者射频移动终端将自身的型号信息告知射频控制终端，由该射频控制终端据此调用存储在其内的误码率经验数据库中的数据及其判断规则；射频控制终端按照误码率经验数据库内数据显示的信号衰减率来调整基准天线阵列各天线的衰减系数；

E.射频移动终端在某一个测试距离与射频控制终端的基准天线阵列各天线进行通信，并将测试结果记录下来，形成实测数据组；

F.将实际的测试结果和误码率经验数据库记录的情况按预定的判断规则进行比较，进而判断射频移动终端与射频控制终端的通信距离的大致范围。

步骤A所述的试验距离为射频移动终端与射频控制终端之间的通信距离，可以根据实际情况自由选择。

射频控制终端按照误码经验数据库的判断规则对实测数据组的数据进行匹配比较和判断当前通信的大致距离；所述判断规则和匹配比较方法包括模式识别方法和有效平均值比较方法。

所述的判断规则根据不同类型的不同的射频移动终端分别设计。

步骤F中，所述判断规则方法采用有效平均值比较方法，包括步骤：

a.在误码经验数据库的某一试验距离对应的一组数据中选取误码率最低(即信号最好)的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值作为门限值的参考值；

b.将步骤a所述方法得到的每一试验距离对应的有效数据的平均值组成门限参考值数组；

c.在当前检测到的射频移动终端在某一测试距离对应的一组的误码率数据中也选取误码率最低的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值B；

d.在步骤b所述的门限参考值数组中找出与步骤c所述的当前检测到的有效数据的平均值最接近的数据，从而根据误码经验数据库中的各数据判断通信的大致距离。

步骤F所述判断规则方法采用均方差方法，通过计算当前检测到的误码率数据组所有数据的均方差值，当该均方差值大于一个经验数值可认为其在较近距离通信，小于设定的经验数值则认为其为较远距离通信，所述经验数值可以通过试验或理论计算获得。

同现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、方案简单易行、成本低；

2、本可以将射频通信终端与射频通信设备的数据通信距离可靠地控制在近场范围内，保证了交易的安全性，还能从根本上确保通信的可靠。

附图说明图1是本发明系统的组成示意图；

图2是图1中射频控制终端的组成示意图；

图3是本发明方法优选实施例一之射频移动终端通信误码率经验数据库；

图4是本发明方法判断通信距离流程图。

具体实施方式以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

本发明借助误码率统计数据判断通信距离的系统10，如图1所示，包括内含射频SIM卡11的射频移动终端12和射频控制终端13；

所述射频控制终端13包括基准天线阵列131和主机系统132；所述射频控制终端13通过基准天线阵列131与射频移动终端12进行数据交换，并对交换所获数据进行分析计算，统计其误码率，从而判断射频移动终端12的通信距离。

所述射频控制终端13包括射频读卡器。

如图2所示，所述主机系统132包括切换器1321和衰减器1322。

如图2所示，所述基准天线阵列131包含N个在几何位置上排列成M圈且具有相同圆心的天线，每一圈天线相互成M×360°/N，其中N≥2，M≥1，且都为正整数，所述天线阵列中各天线均通过导线1317与切换器1321连接。

本发明之优先实施例中，N＝6，M＝1，即所述基准天线阵列131包括6个天线1311～1316，此6个天线在几何位置上排列成一圈，相互之间成60°。

所述基准天线阵列131中各天线的形状包括圆形、环形、棍状、弧形、W形或方形；所述基准天线阵列131中各天线可用陶瓷、磁性材料或铜质材料制成。

所述基准天线阵列131中各天线的接收或发送增益通过调整所述衰减器1322的衰减系数实现。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：提供一种利用统计误码率判断通信距离的方法，基于利用统计误码率判断通信距离的系统10，如图1所示，所述系统包括内含射频SIM卡11的射频移动终端12和射频控制终端13，尤其是，如图4所示，所述方法包括步骤：

A.通过衰减器1322调整基准天线阵列131中各天线的发送或接收增益，使射频移动终端12在每个试验距离上与基准天线阵列131中各天线通信时误码率不都是0％或100％，记录此时基准天线阵列131各天线的参数特性；

B.通过试验为每一类型射频移动终端12建立其在每一试验距离上的误码率经验数据库，所述数据库包括射频移动终端12在该位置与基准天线阵列131中各天线通信时的误码率；

C.将所述误码率经验数据库之所有数据写入所述射频移动终端12或射频SIM卡11内，作为该射频移动终端12自身的误码率经验数据库；

D.如步骤401所示，射频移动终端12把存储在其内的误码经验数据库之所有数据及其判断规则传送给射频控制终端13；或者射频移动终端12将自身的型号信息告知射频控制终端13，由该射频控制终端13据此调用存储在其内的误码率经验数据库中的数据及其判断规则；射频控制终端13按照误码率经验数据库内数据显示的信号衰减率来调整基准天线阵列131各天线的衰减系数，并选择合适的天线，如步骤402所示；

在射频移动终端12与射频控制终端13相互通信时，射频控制终端13能够判断与射频移动终端12的通信状态是否正常，从而判断接收是否正确，如步骤405或步骤406所示，当完成一次的通信次数后，本发明优先实施例选择的通信次数为500次，如步骤407所示，射频控制终端13就将各天线与射频移动终端12通信时的误码率进行统计，如步骤408所示。

E.如步骤409所示，当射频移动终端12在某个测试距离与射频控制终端13的基准天线阵列131各天线进行通信，并将测试结果(即各天线的误码率)记录下来，形成实测数据组；

本发明优先实施例中，将步骤E中的实测结果取平均值，参见图4步骤410所示。

F.将实际的测试结果和误码经验数据库记录的情况按预定的判断规则进行比较，进而判断射频移动终端12与射频控制终端13的通信距离的大致范围。

如图4步骤411所示，将步骤410所述的平均值与误码经验数据库中的判断规则比较，然后就可以判断其通信的大致距离。

步骤A所述的试验距离为射频移动终端12与射频控制终端13之间的通信距离，可以根据实际情况自由选择。

射频控制终端13按照误码经验数据库的判断规则对实测数据组的数据进行匹配比较和判断当前通信的大致距离；所述判断规则和匹配比较方法包括模式识别方法和有效平均值比较方法。

所述的判断规则根据不同类型的不同的射频移动终端12分别设计。

步骤F中，所述判断规则方法采用有效平均值比较方法，包括步骤：

a.在误码经验数据库的某一试验距离对应的一组数据中选取误码率最低(即信号最好)的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值作为门限值的参考值；

b.将步骤a所述方法得到的每一试验距离对应的有效数据的平均值组成门限参考值数组；

c.在当前检测到的射频移动终端12在某一测试距离对应的一组的误码率数据中也选取误码率最低的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值B；

d.在步骤b所述的门限参考值数组中找出与步骤c所述的实际检测有效数据的平均值最接近的数据，从而根据误码经验数据库判断通信的大致距离。

如图2所示，本发明优先实施例中选择了6个天线，图3是每个天线在与射频移动终端12进行通信时各个试验距离的误码经验数据库，分别记录了射频移动终端12在距离射频控制终端13为0CM、2CM、5CM、10CM、15CM、20CM、30CM和50CM时各天线的误码率。

步骤F所述判断规则采用均方差方法，通过计算当前检测到的误码率数据组所有数据的均方差值，当该均方差值大于一个经验数值可认为其在较近距离通信，小于设定的经验数值则认为其为较远距离通信，所述经验数值可以通过试验或理论计算获得。

上述实现过程为本发明的优先实现过程，本领域的技术人员在本发明的基础上进行的通常变化和替换包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种借助误码率统计数据判断通信距离的方法，基于借助误码率统计数据判断通信距离的系统(10)，所述系统包括内含射频SIM卡(11)的射频移动终端(12)和射频控制终端(13)，其特征在于，包括步骤：

A.通过衰减器(1322)调整基准天线阵列(131)中各天线的发送或接收增益，使射频移动终端(12)在每一试验距离上与基准天线阵列(131)中各天线通信时误码率不都是0％或100％，记录此时基准天线阵列(131)各天线的参数特性；

B.通过试验为每一类型射频移动终端(12)建立其在每一试验距离上的误码率经验数据库，所述数据库包括射频移动终端(12)在该位置与基准天线阵列(131)中各天线通信时的误码率；

C.将所述误码率经验数据库之所有数据写入所述射频移动终端(12)或射频SIM卡(11)内，作为该射频移动终端(12)自身的误码率经验数据库；

D.射频移动终端(12)把存储在其内的误码经验数据库之所有数据及其判断规则传送给射频控制终端(13)；或者射频移动终端(12)将自身的型号信息告知射频控制终端(13)，由该射频控制终端(13)据此调用存储在其内的误码率经验数据库中的数据及其判断规则；射频控制终端(13)按照误码率经验数据库内数据显示的信号衰减率来调整基准天线阵列(131)各天线的衰减系数；

E.射频移动终端(12)在某一测试距离与射频控制终端(13)的基准天线阵列(131)各天线进行通信，并将测试结果记录下来，形成实测数据组；

F.将实际的测试结果和误码率经验数据库记录的情况按预定判断规则进行比较，进而判断射频移动终端(12)与射频控制终端(13)的通信距离的大致范围。

2.如权利要求1所述的借助误码率统计数据判断通信距离的方法，其特征在于：

步骤A所述的试验距离为射频移动终端(12)与射频控制终端(13)之间的通信距离，可以根据实际情况自由选择。

3.如权利要求1所述的借助误码率统计数据判断通信距离的方法，其特征在于：

射频控制终端(13)按照误码经验数据库的判断规则对实测数据组的数据进行匹配比较，从而判断当前通信的大致距离；所述判断规则和匹配比较方法包括均方差方法和有效平均值比较方法。

4.如权利要求1所述的借助误码率统计数据判断通信距离的方法，其特征在于：

所述的判断规则根据不同类型的不同的射频移动终端(12)分别设计。

5.如权利要求1或3所述的借助误码率统计数据判断通信距离的方法，其特征在于：

步骤F中，所述判断规则采用有效平均值比较方法，包括步骤：

a.在误码经验数据库的某一试验距离对应的一组数据中选取误码率最低，即信号最好的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值作为门限值的参考值；

b.将步骤a所述方法得到的每一试验距离对应的有效数据的平均值组成门限参考值数组；

c.在当前检测到的射频移动终端(12)在某一测试距离对应的一组误码率数据中也选取误码率最低的一个或几个数据作为有效数据，并取这些有效数据的平均值B；

d.在步骤b所述的门限参考值数组中找出与步骤c所述的当前检测到的有效数据的平均值最接近的数据，从而根据误码经验数据库中的各数据判断通信的大致距离。

6.如权利要求1或3所述的借助误码率统计数据判断通信距离的方法，其特征在于：

步骤F所述判断规则法采用均方差方法，通过计算当前检测到的误码率数据组所有数据的均方差值，当该均方差值大于一个经验数值认为其在较近距离通信，小于设定的经验数值则认为其为较远距离通信，所述经验数值可以通过试验或理论计算获得。

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