CN102111465A

CN102111465A - 一种基于双界面sim卡的耦合式射频识别手机

Info

Publication number: CN102111465A
Application number: CN2011100263944A
Authority: CN
Inventors: 刘彩凤; 王忠于; 胡体灵
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明涉及一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机。现有的支付式手机读写速度慢，数据传输不可靠。本发明包括手机本体，双界面SIM卡和耦合标签，双界面SIM卡设置在手机本体的SIM卡槽中，耦合标签设置在手机的后盖。双界面SIM卡包括卡基和双界面IC卡模块，卡基上内嵌有双界面IC卡模块。双界面IC卡模块中的电极膜片位于基材的上表面，RFID标签天线位于基材的下表面，IC卡芯片位于基材的下方，IC卡芯片通过连接线分别与电极膜片和RFID标签天线连接。本发明中的耦合式射频识别系统制作工艺简单，成本低，生产效率高，质量稳定性好。

Description

一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机。

背景技术

近年来，随着网络、近距离通信和计算机技术的快速发展和融合，一种借助于手机等移动通信设备的新型电子支付方式——“非接触式移动刷卡支付”（下述“移动支付”）方式应运而生。消费者只要拥有一部手机，就可以完成理财、交易、以及在公交地铁上刷卡缴费、在零售店里刷卡购物、出入需要身份认证的场所等，移动支付以其方便、快捷、时尚的特性越来越引起消费者的广泛关注。

以移动支付来代替各种卡，不仅能够解决掉浮游在各种卡上面的资金，使之在银行卡上不仅能够得到一定的利息收入，而且更加方便消费者。各种银行与手机运营商合作，去中介化，使银行的资金流直接进入终端消费，消费的信息流直接进入银行的信息系统，使之处理信息更有效率。因此，移动支付的市场潜力深不可测，已成为全球运营商、银行、商家和用户关注的焦点。

目前，移动支付的实现方案主要有两种：双界面RFID SIM卡方案和NFC（Near Field Communication，近距离无线通信）技术方案。

双界面RFID SIM卡是基于单芯片的、集接触式与非接触式接口为一体的IC卡，包括一个微处理器芯片和一个与微处理器芯片相连的天线线圈，由读写器产生的电磁场提供能量，通过射频方式实现能量供应和数据传输。该方案具体的实现方式是：在SIM卡中加入非接触式界面，而用于提供电能和数据传输的天线集成在手机中或者印刷在塑料膜上，作为独立的一个部件存在，通过接触式界面处理传统GSM命令，采用非接触式界而解决支付问题。

双界面RFID SIM卡包括SIMpass方案和RF-SIM方案两种方案：

握奇数据的SIMpass是一种将传统的接触式SIM卡和支持非接触式支付的射频卡封装在一个标准形状的卡片中。其中，SIMpass的接触接口符合ISO 7816标准，非接触接口符合ISO 14443标准。SIMpass的非接触式采用13.56MHz频率，由于频率较低，不利于天线的小型化设计，射频天线必须使用外置：一种是采用外置线圈（天线）方式，具体由平面天线线圈、延长柄、触点组成。将天线与SIMpass卡直接连接，然后与电池紧贴放在电池和手机后盖之间，该方案成本低廉，用户不需要更换手机的优势，但不能应用于后盖与电池一体的手机终端。据统计，除却金属后盖，天线型SIMpass对现有手机的支持率能够达到81%以上，一种是采用修改手机终端硬件方式，在手机上增加射频天线，实现天线与手机的一体化。这种方式需要定制手机方案通过改造手机电池或主板，将天线布置在电池或主板上，并在主板上设计天线与卡片上的天线触点的连接通路。这种方案使非接触应用与手机融为一体，工作稳定可靠，第一种天线连接方案成本小，线圈易损坏，硬件连接不稳定，可靠性较差；第二种天线连接方案成本大，硬件稳定性、可靠性相对第一种方案有所改善。

握奇数据的SIMpass卡的优点是：技术成熟，标准和规范统一；无须改造POS终端，且天线没有其他附件，可以做得相当薄，因此，手机的适应面较宽；应用间的安全通道使在线支付和离线支付均能够得到安全保证，并符合现有的金融卡标准。但是，天线的连接点导致SIM卡的触点高度发生变化以及连接线易折断，导致接触不良；对手机改造，需要手机厂商的配合，一定程度上增加了部署的难度；而且由于SIM卡的尺寸限制及13.56MHz技术的载波无法穿越厚重的电池，导致天线必须通过有线连接跨越电池粘贴在手机后盖上。因此，这种方案的大规模普及应用受到很大的限制。

RF-SIM卡方案是将普通SIM卡的移动通信功能模块、微型射频模块集成在一起，工作频率是2.4GHz，高频段波长短，利于小型化，可通过内置的天线与外部设备通讯，通信距离可在10cm～500cm之间自动调整。SIM 卡部分用于正常的手机移动通讯、鉴权，仅用作与手机的物理连接；使用微型RF模块并通过内置的天线与外部设备通讯。RF-SIM卡是一种有源标签，标签工作时需要由电池提供能量，并定时主动以一定的频率向外发送信息；当电池没电时，标签不能进行正常工作。由于2.45GHz的RF天线可以集成在SIM中，且其载波可以穿越厚重的电池和手机后盖，因此使用RF-SIM卡方案无须对现有手机做任何改造；而且可以利用移动通信的现有通道实现在线支付；能够满足快速交易需求。但是，由于其终端设备是2.45GHz，无法与现有13.56MHz设备兼容，而且2.45GHz技术应用于近距离卡，目前没有相应的标准支撑，而且规模生产的技术指标一致性目前较难保证。

NFC（Near Field Communication，近距离无线通信）方案由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，发展态势相当迅速。NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。NFC的短距离交互大大简化整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。

NFC 这种方案的具有以下优点：（1）短距离通信：根据靠近作为通讯启动方式，可以保证通信的安全性防止被监听，保证通信的确定性。（2）与现有的 RFID 标准兼容：省电模式下的NFC 设备，相当于一张RFID 标签。（3）简化其它通信其它程序的连结步骤：蓝牙或者以太网的通讯协定都需要在众多的设备当中选择正确的设备。但也存在一定的不足，主要体现在：

(1)政策、标准问题，在中国从NFC技术的发展规划看，关于NFC专利收费问题也是业界所关注的问题。O7年NFC技术发展上也进行了一系列的调整，国际上关于NFC与SIM卡的接口标准一直争论不休，从而影响了国内一些计划中的试点工作。（2）NFC 的数据传输速率较低，只可达424Kbps

（3）通信距离不足。（4）NFC-SIM卡方案存在SIM卡的C4、C8管脚占用问题，影响SIM卡的发展。

衡量手机RFID支付系统性能的重要指标包括：工作距离，读写速度，稳定性和可靠性，成本和兼容性。这些性能指标与通信协议、射频选择、天线和电磁特性、射频系统设计和物理实现等因素有直接关系，移动支付的手机现场刷卡方式实现需要综合考虑以上因素，以上所列举的移动支付的总体发展不利总结如下：

（1）SIMpass方案读写速度的快慢影响手机刷卡支付的交易处理时间，速度越高，交互时间越短，安全性和可靠性越高。从这个角度看，SIMpass方案表现较差。SIMpass简易天线方案成本最小，短期推广最容易；但是简易天线在稳定性方面较差，用户拆后盖换电池操作可能会使得天线折断，影响正常使用。SIMpass改造终端方案需要定制手机终端，成本与eNFC方案接近。鉴于此，不建议采用SIMpass方案。

（2）RF-SIM：工作距离是射频系统的最重要的因素。对手机刷卡支付来说，感应距离越短，越能保证数据在交互中的安全和可靠。而影响感应距离的主要因素是标签的工作频段，从这个角度看，RF-SIM方案不适合手机刷卡支付的场景需求。R F-SIM方案通过控制信号强度、利用辐射信号不一致的特性结合阵列天线和图谱识别等技术将工作距离控制在5cm内，信号的不稳定会给支付过程带来影响。2.4GHz属于全球通用频段，支持蓝牙、WiFi、Zigbee、UWB等设备，甚至微波炉等都会对RF-SIM卡与读写器的交互产生干扰。RF-SIM方案在兼容性上表现较差，目前银行、银联都采用13.56MHz，POS机不兼容。虽然可以通过改良使得POS机同时支持两个工作频段，但这种方法需要不停地校正频点。RF-SIM采用主动供电模式，即当手机电池没电时，射频功能不能正常使用，影响用户的便捷和安全方面的刷卡支付体验；另外，在VCC电压为3.3V、时钟频率为4MHz条件下，RF-SIM卡在工作状态时消耗的电流是18mA，对用户的手机正常待机使用有影响。

（3）NFC方案中，NFC- SD卡方案的SD卡需要专门设计，成本较高。银联直接找手机终端厂商谈合作策略要比运营商去谈难一些，运营商独有的优势地位是银联所不能取代的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，包括手机本体，双界面SIM卡和耦合标签，双界面SIM卡设置在手机本体的SIM卡槽中，耦合标签设置在手机的后盖，耦合标签所在的平面与双界面SIM卡所在的平面互相平行。

所述的双界面SIM卡包括卡基和双界面IC卡模块，卡基上内嵌有双界面IC卡模块。

所述的双界面IC卡模块包括基材、电极膜片、RFID标签天线和IC卡芯片，电极膜片位于基材的上表面，RFID标签天线位于基材的下表面，IC卡芯片位于基材的下方，可选择的是RFID标签天线也可以位于IC卡芯片下方另一基材的上表面，IC卡芯片通过连接线分别与电极膜片和RFID标签天线连接。

所述的耦合标签是由天线和电容组成，该耦合标签用于增强RFID标签的谐振能量。耦合标签的天线可以通过超声波绕线法、铜蚀刻法、铝蚀刻法、导电油墨丝网印刷法或者铜电镀法制得，电容可以是印刷电容，也可以是外接电容。

所述的卡基材料可以是PVC卡、ABS卡、PET卡、PETG卡、纸质卡等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明完全适用现有的非接触式SIM卡的读写机具而且其中的耦合式射频识别系统制作工艺简单，成本低，生产效率高，质量稳定性好。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的双界面SIM卡俯视图；

图3为双界面SIM卡第一实施例的A-A向剖视图；

图4为双界面SIM卡第二实施例的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详尽的描述。

如图1所示，一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，包括手机本体2，双界面SIM卡2和耦合标签3，双界面SIM卡2设置在手机本体的SIM卡槽中，耦合标签3设置在手机的后盖，耦合标签3也可以单独粘贴到电池板上，耦合标签3所在的平面与双界面SIM卡2所在的平面互相平行。耦合标签包括天线和电容，天线的两端分别与电容的两端连接。

如图2和图3所示，双界面IC卡2包括卡基4和双界面IC卡模块，双界面IC卡模块封装在卡基4的铣槽内。双界面IC卡模块包括：基材6、RFID标签天线7、电极膜片5，IC卡芯片8，电极膜片5位于基材6的上表面，与卡基4表面平齐，RFID标签天线7位于基材6的下表面，IC卡芯片8位于基材6下，IC卡芯片8通过连接线分别与电极膜片5和RFID标签天线7连接。耦合标签中天线所围合的区域内径要大于RFID标签天线7的外径。

如图4所示，本实施例中的双界面IC卡模块包括：第一基材6-1、第二基材6-2、RFID标签天线7、电极膜片5，IC卡芯片8，不同于上一实施例的是，该RFID标签天线7位于第二基材6-2的上表面，而第二基材6-2位于IC卡芯片8下方，其它结构同上一实施例。

当本发明靠近阅读器时，阅读器用于向双界面SIM卡发送命令信号以及接收来自所述双界面SIM卡的响应，耦合标签的工作频率和RFID标签的工作频率接近。耦合标签和双界面SIM卡模块在阅读器的作用下产生耦合作用，增强了双界面SIM卡模块非接触式单元的能量。

本发明中的双界面SIM卡的对应载波频率分别为13.56MHz、或27.12 MHz、或6.78 MHz。双界面SIM卡的接触式部分通信符合ISO/IEC7816标准，非接触式部分通信符合ISO/IEC14443标准或ISO/IEC115693标准或ISO11784/ISO11785标准。

Claims

1.一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，包括手机本体，双界面SIM卡和耦合标签，其特征在于：

双界面SIM卡设置在手机本体的SIM卡槽中，耦合标签设置在手机的后盖，耦合标签所在的平面与双界面SIM卡所在的平面互相平行；

所述的双界面SIM卡包括卡基和双界面IC卡模块，卡基上内嵌有双界面IC卡模块；

所述的双界面IC卡模块包括基材、电极膜片、RFID标签天线和IC卡芯片，电极膜片位于基材的上表面，RFID标签天线位于基材的下表面，IC卡芯片位于基材的下方，IC卡芯片通过连接线分别与电极膜片和RFID标签天线连接；

所述的耦合标签由天线和电容组成，耦合标签与所述的RFID标签天线彼此独立且能产生耦合作用。

2.根据权利要求1所述的一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，其特征在于：所述的耦合标签中的天线采用超声波绕线法、铜蚀刻法、铝蚀刻法、导电油墨丝网印刷法或者铜电镀法制得。

3.根据权利要求1所述的一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，其特征在于：所述的卡基材料为PVC卡、ABS卡、PET卡、PETG卡或纸质卡。

4.一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，包括手机本体，双界面SIM卡和耦合标签，其特征在于：

所述的双界面IC卡模块包括基材、电极膜片、RFID标签天线和IC卡芯片，电极膜片位于基材的上表面，IC卡芯片位于基材的下方；IC卡芯片下方设置有另一基材，RFID标签天线位于该另一基材的上表面，IC卡芯片通过连接线分别与电极膜片和RFID标签天线连接；

所述的耦合标签由天线和电容组成；耦合标签与所述RFID标签天线彼此独立能产生耦合作用。

5.根据权利要求4所述的一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，其特征在于：耦合标签中的天线采用超声波绕线法、铜蚀刻法、铝蚀刻法、导电油墨丝网印刷法或者铜电镀法制得。

6.根据权利要求5所述的一种基于双界面SIM卡的耦合式射频识别手机，其特征在于：所述卡基的材料为PVC卡、ABS卡、PET卡、PETG卡或纸质卡。