KR20120119978A - 근접장 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

근접장 통신을 위한 방법 및 시스템이 제공되어 있다. 상기 방법은, 상기 카드 판독기가 상기 시스템이 무조정 사용되는 최고 주파수 f0와 동일하거나 상기 시스템이 무조정 사용되는 최고 주파수 f0보다 낮은 주파수를 갖는 저주파 시변(low-frequency time-varying) 자기장 신호을 전송하고 상기 신호가 상기 카드 판독기의 ID 정보를 반송(搬送)하는 단계; 모바일 '무선 주파수(RF)' 장치가 상기 저주파 신호를 수신하고 상기 저주파 신호를 검출하여, 상기 저주파 신호를 전압 신호이도록 증폭하고, 단말기가 유효 거리 간격에 진입했는지의 여부를 판단하는 단계; 상기 전압 신호가 전압 한계값 Vt보다 크거나 전압 한계값 Vt와 동일할 경우에, 상기 단말기가 유효 카드 브러싱 간격(valid brushing card interval)에 진입하고, 상기 카드 판독기의 ID 정보를 획득하며, 그리고 자신의 ID 정보를 상기 카드 판독기의 ID 정보와 함께 무선 주파수 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하는 단계; 상기 카드 판독기가 상기 전송된 정보를 수신하고, 상기 전송된 정보 내에 있는 ID 정보가 자신의 ID 정보와 일치하는 지의 여부를 비교하며, 상기 전송된 정보 내에 있는 ID 정보가 자신의 ID 정보와 일치하는 경우에, 상기 무선 주파수 채널을 통해 상기 모바일 무선 주파수 장치와의 카드 브러싱 거래(brushing card exchange)를 수행하는 단계;를 포함한다. 이러한 해결방안은 모바일 무선 주파수 장치를 포함하는 무선 주파수 통신 단말기 및 카드 판독기 간의 데이터 통신 거리가 정해진 범위 내에서 신뢰성 있게 조절될 수 있으며, 상기 단말기에 대한 조정이 필요하지 않음을 실현한다. 도 8은 본원의 대표도이며, 여기서 참조번호 1은 카드 판독기 인터페이스이고, 참조번호 2는 모바일 단말기 통신 인터페이스이며, 참조번호 101은 제1 메인 프로세서이고, 참조번호 102는 인터페이스 회로이며, 참조번호 103은 RF 송수신 회로이고, 참조번호 104는 RF 안테나이며, 참조번호 105는 저주파 송신 코일이고, 참조번호 106은 구동 회로이며, 참조번호 107은 변조 회로이며, 참조번호 108은 부호화 회로이고, 참조번호 201은 제2 메인 프로세서이며, 참조번호 202는 SIM/TF/SD 카드 모듈이고, 참조번호 203은 RF 송신 회로 204 RF 안테나이며, 참조번호 205는 임계값 판단 및 변조 회로이고, 참조번호 206은 저주파 증폭 회로이며, 참조번호 207은 저주파 자기장 유도 회로이다.

Description

근접장 통신 방법 및 시스템{Method and system for near field communication}
본 발명은 통신 분야에 관한 것으로, 특히 근접장 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
모바일 단말기들이 대중화됨에 따라, 상기 모바일 단말기들을 사용하여 실현되는 모바일 단말기 결제를 신청하려고 하는 절박한 요구가 있어 왔고, 현재에는 모바일 단말기 결제 신청에 대한 해결방안들이 많이 구현되어 있는데, 이러한 해결방안들은 개별적인 단점을 지니고 있다. 지금 현재로는, (SIM 카드로서 알려져 있는) 모바일 단말기들의 가입자 식별 모듈(Subscriber Identity Module; SIM) 카드 상에 RF 통신기능부들을 추가함으로써 또는 모바일 단말기의 마더 보드(mother board) 상에 근접장 통신 모듈들을 추가함으로써 모바일 단말기의 근접장 통신을 실현하기 위한 방법들이 시현(示現)되고 있다. 그 같은 방법의 시현은 모바일 단말기로 하여금 모바일 단말기 시장의 절박한 요구를 대단히 충족시키도록 충전, 소비, 트랜잭션(transaction) 및 ID 인증(identity authentication)을 용이하게 할 수 있는 슈퍼 스마트 단말기가 되게 한다.
RF SIM 카드에 기반한 모바일 단말기를 위한 근접장 통신의 해결방안은 단방향 통신 방식(simplex)들이라는 이점 때문에 그리고 모바일 단말기들을 변형시킬 필요가 없다는 이점 때문에 많은 관심을 끌고 있다. 그러한 해결방안에서는, RF SIM 카드에 UHF (Ultrahigh frequency; 초주파수) 기술이 채택되고 있다. UHF를 사용하는 RF SIM 카드, 특히 2.4 GHz의 ISM 공동 주파수(ISM common frequency)(즉, 산업용, 과학용 및 의료용 주파수(industrial, scientific and medical frequency))를 사용하는 RF SIM 카드에는 높은 주파수가 사용되고 있으며 초소형 안테나가 채택되고 있기 때문에, 소형 안테나가 SIM 카드에 배치될 경우에 충분한 정도의 강한 신호가 전송될 수 있다. 그리고 비록 RF SIM 카드가 모바일 단말기에 내장되어 있다 하더라도 RF 신호들은 모바일 단말기들로부터 전송될 수 있다. 카드 판독기에 적용되고 있는 분야에서 효과적인 RF(Radio Frequency; 무선 주파수) 송수신기 칩은 모바일 단말기들의 RF 신호들 대부분이 추가로 증폭되지 않고서 신뢰성 있게 수신될 수 있게 함으로써, 모바일 단말기들로 하여금 기존의 모바일 단말기들에 대한 어떠한 구조적 변형도 생기지 않게 하면서도 근접장 통신 기능부들을 갖게 한다. 그러나, 상이한 셀룰러폰들은, 상이한 셀룰러폰들의 내부 구조들이 다르기 때문에, RF 신호의 전송 효율성에 있어서 편차가 매우 크다. 전송에 강한 그러한 모바일 단말기들의 RF SIM 카드는 수 미터의 RF 통신 범위를 갖는다. 전송에 약한 그러한 모바일 단말기들의 RF SIM 카드는 또한 수 센티미터의 RF 통신 범위를 갖을 수 있다. 상이한 모바일 단말기들에 대한 RF 신호 감쇠의 큰 편차를 회피하기 위해, 모바일 단말기들은 교정되어야 한다. 즉, 상기 모바일 단말기의 감쇠 매개변수(attenuating parameter)들은 사용되기 전에 상기 카드에 기록되어 있어야 한다. RF SIM의 주된 문제는 RF SIM이 교정되어야 한다는 점이다.
모바일 결제를 위한 다른 한 NFC 기술은 ISO14443 표준에 기반한 비접촉식 카드 기술에서 비롯된다. 양자 모두의 기술들의 기초 원리들은 13.56 MHz의 자기장을 사용하여 에너지 및 신호들을 전송하는 것이다. 그러한 NFC 기술의 주된 문제는 다음과 같다.
1. 2-방향 데이터 통신을 신뢰성 있게 이루기 위해 모바일 단말기들을 변형시킬 필요가 있으며, NFC의 계자 코일(field coil)은 모바일 단말기에 사용되는 카드, 예를 들면 SIM 카드 또는 SD 카드(보안 디지털 메모리 카드(Secure Digital Memory Card)/TF(TransFlash; 트랜스플래시)에 합체될 수 없다.
2. 13.56의 주파수에서는, 에너지 및 신호들이 인덕턴스 코일 결합 모드를 사용하여 카드 판독기 및 카드 간에 전송되고, 더욱이 13.56 MHz의 에너지 및 진폭-변조 신호들은 그와 동시에 코일을 수용하기 위한 카드의 영역에 대한 요구가 커짐에 따라 카드 판독기로부터 카드로의 방향으로 전송되는 반면에, 카드로부터 카드 판독기로의 방향으로는, 카드가 외부 에너지에 의해 직접적으로 전송되는 장의 세기(field strength)(전계 강도) 모드를 통해서라기 보다는 단락 회로 및 개방 회로의 조건에서 카드의 코일에 대한 부하 변조 모드를 통해 카드 판독기로 신호들을 전송한다. 부하 변조 때문에, 신호들에 필요한 것은, 카드의 코일 및 카드 판독기의 코일 간의 결합 계수를 높을수록 카드로부터 전송되는 신호가 카드 판독기에 의해 좀더 용이하게 복호화되어야 한다는 것이다. 그러한 모드는 카드의 안테나의 크기 및 영역에 대한 요구를 부가적으로 개선한다. 그 반면에, 13.56 MHz의 낮은 주파수 때문에, 코일 결합의 크기가 비교적 크게 된다. 위의 요인들을 감안하면, NFC에 필요한 것은 모바일 단말기의 안테나 코일이 충분히 커야 하는 것이고, 결과적으로는 그러한 크기를 갖는 안테나 코일이 모바일 단말기에 사용하기 위한 카드, 예를 들면 SIM 카드 또는 SD/TF 카드 내에 배치될 수 없게 된다. 더욱이, 모바일 단말기에 있는 금속 물체 또는 다른 도전성 물체는 또한 안테나의 부하 변조 효과 및 수신 효과를 심하게 방해한다. 좀더 양호한 근접장 통신 효과를 이루기 위해, 셀룰러폰은 안테나가 최고의 효과를 이루도록 고객 서비스(customization)에 적합하게끔 구조적 변형이 이루어져야 한다. 그러한 변형은 예를 들면, 모바일 단말기의 백 커버(back cover)에 여러 안테나 권선들을 배치함으로써 또는 플렉시블 PCB를 통해 모바일 단말기의 마더 보드로부터 배터리의 뒷면으로 안테나를 도입시켜서 안테나의 영역을 일반 배터리의 영역에 상응할 수 있게 함으로써 이루어질 수 있다. 그 외에도, 셀룰러폰의 백 커버는 비-금속성 재료로 이루어질 수 없다.
3. 13.56 MHz의 주파수를 지니는 NFC는 거리 조절을 위해 교정되어야 한다. 비록 일종의 NFC 안테나가 13.56 MHz의 주파수를 이용하기 때문에 어떠한 모바일 단말기들에도 사용될 수 있다 하더라도, 그러한 주파수의 신호는 금속 물체 및 다른 도전성 물체를 통과할 때 강한 와전류(eddy current) 효과를 유발시키게 되고, 그리고 신호의 세기(신호 강도)가 모바일 단말기의 구조에 따라 변하게 됨으로써, 전계 강도가 NFC 카드의 수신기 안테나에 상당한 변동을 일으키게 되며, 결과적으로는 거리 조절이 교정 없이 달성될 수 없게 된다.
도 1에는 코일 수신기 회로가 여러 모바일 단말기들 내에 배치될 경우에 동일한 14443 POS 머신이 13.56 MHz의 일정한 반송파 주파수를 유지하는 조건에서 검출되는 전압-거리 곡선이 도시되어 있는데, 여기서 신호 강도 값은 수신기 안테나 유도 전압이 반드시 증폭된 후에 획득된 값이다. 증폭 계수가 일정값으로 유지하고 있기 때문에, 거리에 따른 강도 값의 상대적인 변화만에 대한 주의가 요망된다. 여기서 알 수 있는 점은 상이한 단말기들에 의해 수신되는 전계 강도 차는 30 dB보다 크고, 동일한 단말기에 대한 1 cm에서 10 cm에 이르기까지의 거리 내에서의 전계 강도 변화는 약 25 db이며, 그리고 셀룰러폰들의 상이함으로부터 초래되는 전계 강도 변화는 동일한 단말기에 대한 1 cm에서 10 cm에 이르기까지의 거리에 내재하는 전계 강도 변화의 한계값을 넘어선다는 점이다. 그러므로, 동일한 한계값이 거리 조절을 수행하도록 다양한 단말기들에 사용될 수 없다. 다시 말하면, 교정 없이 거리 조절을 달성하는 것이 가능하지 않다.
본 발명의 목적은 근접장 통신 기능을 지니는 다양한 모바일 단말기들이 교정 없이 스와이핑 트랜잭션(swiping transaction), 예를 들면 전자 결제를 수행할 수 있도록 하는 근접장 통신 방법 및 근접장 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 근접장 통신 기능을 지니는 다양한 모바일 단말기들이 교정 없이 스와이핑 트랜잭션(swiping transaction), 예를 들면 전자 결제를 수행할 수 있도록 하는 근접장 통신 방법 및 근접장 통신 시스템을 제공하는 것이다.
그러한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하는 근접장 통신 시스템을 위한 근접장 통신 방법을 제시하고 있으며, 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다.
단계 a: 상기 카드 판독기가 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 단계로서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 상기 카드 판독기의 식별 정보를 반송(搬送)하며, 상기 전송 매개변수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0보다 낮은 저주파 교류 자기장 신호들에 대한 주파수들을 포함하는, 단계;
단계 b: 상기 모바일 RF 장치가 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 수신하고 모든 거리 지점들 상에서 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 검출하여 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 일정한 진폭들을 지니며 상기 거리들에 상응하는 전압 신호들로 증폭시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지를 결정하는 단계로서, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것인, 단계;
단계 c: 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호들에 상응하는 전압 신호들이 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일한 경우에, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 카드 스와이핑을 위한 미리 설정된 유효 범위에 진입한 다음에, 상기 모바일 RF 장치가 상기 수신된 저주파 자기장 신호들로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하여 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하는 단계;
단계 d: 상기 카드 판독기가 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 채널을 통해 전송되는 정보를 수신하고, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는지를 비교하고, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 상기 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하는 단계.
또한, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있는데, 상기 단계 a에서, 교정 없이 상기 시스템의 동작을 위한 최고 주파수 f0는 다음과 같은 단계들에 의해 결정될 수 있다.
단계 a1: 상기 시스템에 대한 거리 조절 타깃 값들(Din,Dv)을 결정하는 단계로서, Din은 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들이 0 ∼ Din의 범위에서 스와이핑되게 할 수 있음을 나타내고, Div는 거리 변동 범위를 나타냄으로써, 상기 카드가 Din ∼ (Din + Dv)의 범위에서 스와이핑될 수 있으며, Din + Dv의 범위의 한계값을 넘어서는 스와이핑될 수 없는, 단계;
단계 a2: 상기 카드 판독기에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00001
를 결정하는 단계;
단계 a3: 상기 모바일 RF 장치 자체에 의해 초래된 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00002
를 결정하는 단계;
단계 a4: 주파수 f에서 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선을 검출하는 단계;
단계 a5: 상기 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)에 따른 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00003
를 결정하는 단계로서,
Figure pct00004
는 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 개별적인 전압-거리 곡선들로부터 획득된 평균 전계 강도 감쇠 곡선 그래디언트(average field strength attenuation curve gradient)에 따른 전압-거리 곡선에서 지점 Din에 상응하는 전압 및 지점 (Din + Dv)에 상응하는 전압 간의 전압 차와 동일한, 단계;
단계 a6: 상기 단말기에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00005
를 결정하는 단계로서,
Figure pct00006
는 상기 단말기의 감쇠 특성에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00007
를 나타내는, 단계;
단계 a7: 상기 거리 조절 범위에 내재하는 상이한 거리 지점들 상의 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들 간의 최고 전계 강도 차
Figure pct00008
를 획득하는 단계로서,
Figure pct00009
가
Figure pct00010
보다 클 경우에, 상기 주파수 f는 낮아져서 단계 a4로 복귀되며,
Figure pct00011
가
Figure pct00012
보다 작을 경우에, 상기 주파수 f는 높아져서 단계 a4로 복귀되고, 그리고
Figure pct00013
가
Figure pct00014
와 동일할 경우에, 현재 검출되는 주파수 f는 교정 없이 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0와 동일한, 단계.
더욱이, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있는데, 상기 단계 a에서, 상기 전송 매개변수들은 변조 모드, 부호화 모드 및 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함하고, 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br은 다음과 같은 단계에 의해 결정될 수 있다.
평균 직류 성분이 없는 부호화 모드들 중 어느 한 부호화 모드를 선택하는 단계;
무 변조 모드 또는 진폭-불변 반송파 변조 모드를 선택하는 단계;
f0보다 낮은 사용 주파수, 변조 모드 및 부호화 모드를 선택한 후에, 먼저 용이하게 실현되는 상기 모바일 RF 장치에서의 자기장 검출 및 증폭을 위한 이득 매개변수들 및 전형적인 노이즈 단말기를 선택하고, 상기 카드 판독기에 의해 전송되지 않은 저주파 자기장 신호들의 조건에서 상기 모바일 RF 장치에서의 검출 전압을 위한 고유 노이즈 전압 진폭 Vn을 검출한 다음에, 상기 카드 판독기가 상기 선택된 변조 및 부호화 모드들을 사용하여 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 경우에 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압 Vr을 측정하며, 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 선택하여 Vr/Vn>SNR의 관계식을 만족시키는 단계로서, SNR은 상기 모바일 RF 장치의 신호 대 노이즈 비인, 단계.
더욱이, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 단계 b에서, 상기 미리 설정된 한계값 Vt는 다음과 같은 단계들에 의해 결정될 수 있다.
단계 b1: 상기 선택된 전송 매개변수들에서, 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선을 측정하는 단계로서, 상기 전송 매개변수는 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수, 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함하는, 단계;
단계 b2: 기준 전압-거리 곡선을 획득하는 단계로서, 상기 기준 전압-거리 곡선은 상기 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선들로부터 획득된 평균값이며, 이러한 평균값은 상기 전형적인 단말기 곡선들의 상한 및 하한으로부터의 동일한 전압 진폭 차
Figure pct00015
를 지니는, 단계;
단계 b3: 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압 한계값 Vt를 선택하는 단계로서, 지점 (Din+Dv/2)에 상응하는 전압은 상기 기준 전압-거리 곡선 상의 Vt인, 단계.
또한, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있는데, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수는 초저주파수 대역 또는 매우 낮은 주파수 대역 또는 저주파수 대역에서 설정되고, 상기 초저주파수 대역은 300 Hz ∼ 3000 Hz의 주파수 범위에 있으며, 상기 매우 낮은 주파수 대역은 3 KHz ∼ 30 KHz의 주파수 범위에 있고, 그리고 상기 저주파수 대역은 30 KHz ∼ 300 KHz의 주파수 범위에 있다.
더욱이, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들은 300 Hz ∼ 50 KHz일 수 있다.
또한, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수는 500 Hz, 1 KHz, 1.5 KHz, 2 KHz, 2.5 KHz, 3 KHz, 4 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 20 KHz 또는 30 KHz일 수 있다.
더욱이, 상기 방법은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 부호화 모드는 맨체스터 코드, 차등 맨체스터 코드, 또는 제로 복귀 코드일 수 있으며, 상기 변조 모드는 온-오프 키잉, 위상 천이 키잉 또는 주파수 천이 키잉일 수 있다.
상기 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하는 근접장 통신 시스템을 제시하고 있는데, 여기서,
상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하기 위해 사용되며, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 상기 카드 판독기의 식별 정보를 반송하며, 상기 전송 매개변수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수보다 낮은 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수를 포함하고, 상기 카드 판독기는 또한 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 채널을 통해 전송되는 정보를 수신하기 위해, 그리고 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 지를 비교하기 위해 사용되며, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 상기 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하게 되고;
상기 모바일 RF 장치는 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 수신하여 모든 거리 지점 상에서 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 검출하고 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 일정한 진폭을 지니고 상기 거리들에 상응하는 전압 신호들로 증폭시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지를 결정하기 위해 사용되며, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것이고, 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호들에 상응하는 전압 신호들이 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일할 경우에, 상기 모바일 RF 장치는 상기 수신된 저주파 자기장 신호들로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하고, 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하기 위해 사용되며, 상기 모바일 RF 장치는 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하기 위해 부가적으로 사용된다.
더욱이, 상기 시스템은 다음과 같은 특징들을 지닐 수 있다. 상기 카드 판독기는 적어도 하나의 저주파 전송 코일, 적어도 하나의 구동기 회로, 적어도 하나의 부호화 회로, 적어도 하나의 제1 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하며, 상기 저주파 전송 코일, 상기 구동기 회로, 상기 부호화 회로, 상기 제1 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로, 상기 RF 안테나는 직렬로 접속되며, 상기 모바일 RF 장치는 적어도 하나의 저주파 자기장 유도 회로, 적어도 하나의 저주파 증폭 회로, 적어도 하나의 한계값 판단 및 복조 회로, 적어도 하나의 제2 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하고, 상기 저주파 자기장 유도 회로, 상기 저주파 증폭 회로, 상기 임계값 판단 및 복조 회로, 상기 제2 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로 및 상기 RF 안테나는 직렬로 접속된다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 변조 회로는 상기 카드 판독기의 부호화 회로 및 구동기 회로 사이에 제공된다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 전송 코일들은 에나멜 선들 또는 PCB 코일들로 형성된 코일들일 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 10회보다 많은 권선들일 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 50 ∼ 500회의 권선들일 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 전송 코일들은 페라이트 자석 코어 및 철 코어로 충전될 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 전송 코일들에 의해 둘러싸인 영역은 상기 모바일 RF 단말기의 단면의 폭보다 큰 가장 넓은 단면의 폭을 지닌다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 코일들에 의해 둘러싸인 영역의 단면은 적어도 3 cm의 직경을 갖는 원 영역 또는 3 cm * 3 cm의 정사각형 영역을 포함한다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 저주파 자기장 유도 회로는 PCB 코일들, 에나멜 선들로 형성된 코일들, 홀(Hall) 장치 또는 거대 자기 저항(giant magneto resistance) 장치일 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 모바일 RF 장치는 상기 모바일 단말기에 배치될 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 모바일 RF 장치는 상기 모바일 단말기의 SIM 카드, UIM 카드, USIM 카드, TF 카드 또는 SD 카드에 배치될 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 모바일 단말기는 셀룰러폰, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant) 또는 노트북 컴퓨터일 수 있다.
또한, 상기 시스템은 다음과 같은 특징을 지닐 수 있다. 상기 식별 정보는 식별 코드들이다.
본 발명은 상기 카드 판독기 및 모바일 RF 장치를 포함하는 RF 통신 단말기(예를 들면 RF SIM 카드를 포함하는 셀룰러폰) 간의 데이터 통신 거리가 단말기를 교정할 필요 없이 소정 범위 내에서 신뢰성 있게 조절될 수 있게 해 준다.
도 1은 코일 수신기 회로가 다양한 모바일 단말기 내에 배치될 경우에 동일한 14443 POS 머신이 13.56 MHz의 일정한 반송파 주파수를 유지하는 조건에서 검출되는 전압-거리 곡선을 보여주는 도면이다.
도 2는 시스템이 교정될 필요가 없는, 본 발명의 근접장 통신 방법에 따른 최고 주파수 f0를 선택하는 시스템을 구조적 블록 다이어그램으로 보여주는 도면이다.
도 3은 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)에 의해 결정되는, 시스템에 대한 총체적인 수신 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00016
를 보여주는 도면이다.
도 4는 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선들 및 그들 간의 변동 범위
Figure pct00017
를 보여주는 도면이다.
도 5는 3.3 KHz의 주파수에서 전형적인 모바일 단말기들에 대한 전압-거리 곡선들을 보여주는 도면이다.
도 6은 사인파 FSK 변조 모드를 통한 수신된 전압 신호들 및 변조를 사용하지 않은 직접 기저대역 전송을 통한 모바일 RF 장치에서 검출된 수신 전압 신호들에 대한 전압 파형들을 보여주는 도면이다.
도 7은 기준 전압-거리 곡선을 획득하는 방법을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 근접장 통신 시스템을 구조적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 카드 판독기의 저주파 전송 부분을 보여주는 도면이다.
도 10은 카드 판독기의 저주파 데이터 프레임 포맷을 보여주는 도면이다.
도 11은 코일 수신기 회로가 다양한 모바일 단말기들 내에 배치될 경우에 신호 소스가 저주파 전송 코일을 통해 1 KHz의 일정한 자기장을 전송하는 조건에서 검출되는 전압-거리 곡선을 보여주는 도면이다.
먼저, 이하의 내용에서 언급되는 단말기(들)는 기본적으로 모바일 RF 장치를 구비한 단말기(들)를 언급하는 것이고 또한 이동가능한 단말기(들), 즉 모바일 단말기, 예를 들면 셀룰러폰 등을 언급하는 것이다. 거리(distance)는 카드 판독기 및 모바일 RF 장치 간의 거리, 즉 카드 판독기 및 모바일 RF 장치를 구비한 단말기 간의 거리를 언급하는 것이다.
단거리에서 트랜잭션을 수행하는, RF 장치(특히 RF 카드, 예를 들면 단말기에 내장된 RF SIM 카드) 및 카드 판독기 장치 간의 거리를 조절하는 문제 때문에, 본 발명은 저주파 교류 자기장을 전송하고 RF 신호를 수신 및 전송하는 기능들을 지니는 카드 판독기 및 상기 카드 판독기에 상응하며 저주파 교류 자기장 유도를 수신하고 RF 신호를 수신 및 전송하는 기능들을 지니는 모바일 RF 장치를 포함하는 근접장 통신 시스템을 제시하고 있으며, 또한 상기 시스템에 상응하는 근접장 통신 방법을 제시하고 있다. 본 발명에 의하면, 상기 거리는 상이한 단말기들을 간파(看破; penetration)할 경우에 거의 감쇠 변화를 갖지 않는 저주파 교류 자기장의 특성을 이용함으로써 조절될 수 있으며 트랜잭션은 2-방향 통신을 이루도록 상기 단말기를 효율적으로 간파하는 고주파 RF에 의해 수행될 수 있다. 상기 시스템은 미리 설정된 한계값 판단 방법에 의해 교정 없이 거리 검출 및 조절을 달성하는데, 다시 말하면 상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 신호들을 전송하고, 상기 자기장 신호들은 다양한 거리 지점들 상에서 상기 모바일 RF 장치에 의해 검출되고 일정한 진폭 값을 지니며 상기 거리에 상응하는 전압 신호들로 증폭된다. 그리고나서, 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 통해 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지가 결정된다 (상기 유효 거리 범위는 허용가능한 카드-스와이핑 범위를 나타낸다). 상기 전압 한계값 Vt는 교정될 필요 없이 모든 단말기들에 대해 동일하다. 본 발명은 저주파 1-방향 통신 및 RF 2-방향 통신을 결합하는 방식에 의해 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 유일한 바인딩(binding)을 이루고, 바인딩 이후에는, 다수의 데이터를 통한 2-방향 고속 통신이 RF 채널을 통해 달성될 수 있다. 본 발명의 시스템은 모바일 RF 장치의 단말기(예를 들면, RF SIM 카드를 구비한 셀룰러폰) 및 상기 카드 판독기 간의 데이터 통신 거리를 소정 범위에 이르기까지 신뢰성 있게 조절할 수 있으며, 상기 단말기를 교정할 필요가 없다.
본 발명의 원리 및 특징들은, 예시된 예들이 본 발명의 범위를 한정하려고 한 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위한 것뿐인 첨부도면들과 연관지어 설명될 것이다.
본 발명의 근접장 통신 방법은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하는 근접장 통신 시스템에 적용되며, 상기 방법은 다음과 같은 4개의 단계들, 즉 단계 a, 단계 b, 단계 c 및 단계 d를 포함하는 4개의 단계들을 포함한다. 상기 4개의 단계들 각각을 본 명세서에서 설명하면 다음과 같다.
단계 a: 상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 단계로서, 상기 저주파수 교류 자기장 신호들은 상기 카드 판독기의 식별 정보를 반송하며, 상기 전송 매개변수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0보다 낮은 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수를 포함하고 상기 식별 정보는 식별 코드 ID일 수 있는, 단계.
여기서 유념해야 할 점은, 단계 a에서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수가 상기 저주파 교류 신호들의 주파수 스펙트럼 상의 3 dB 대역폭의 하이 엔드(high end) 주파수 종단점에 상응하는 주파수를 언급하는 것이라는 점이다.
상기 저주파 자기장의 주파수가 낮을수록, 여러 종류의 단말기들을 간파한 후에 상기 신호들의 감쇠 편차가 줄어들게 된다. 그러한 특성들을 감안해서, 충분히 적은 편차를 갖는 주파수 지점은 교정 없이 거리 조절을 실현하기 위해 (도 2에 도시된 바와 같이) 주파수 지점 선택 시스템에서 선택된다. 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 표준 신호 소스를 사용하여 표준 자기장 방사 코일에 의해 전송되고, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 다양한 전형적인 모바일 단말기들 및 장애물들에서 수신된다. 그리고나서, 상기 전송 주파수는 주파수 지점 f0이 발견될 때까지 조정됨으로써, (모바일 단말기에 구비된) 모바일 RF 장치에 의해 수신된 전압(이 전압은 상기 저주파 교류 자기장 신호에 의해 증폭됨으로써 획득된 전압 신호이며, 상기 전압 신호는 일정한 진폭을 지니며 상기 거리에 상응하는 것임)이 상기 방사 코일들에 의해 형성된 평면(plane)의 중심 지점들을 따라 동일한 거리를 지닌다는 조건에서, 다양한 단말기들 및 장애물들 간의 자기장 편차가 미리 설정된 변동 범위
Figure pct00018
와 대체로 동일하게 된다. 상기 주파수 지점 f0 및 상기 주파수 범위는, 교정 없이, 즉 상기 시스템이 어떤 단말기들도 교정할 필요 없이 상기 시스템에 대한 주파수 범위이다. 동작 주파수 지점이 f0보다 높다면, 상기 시스템은 교정될 필요가 있으며, 상기 동작 주파수 지점들이 f0보다 높아질수록 상기 단말기들은 더많이 교정될 필요가 있기 때문에, 그러한 교정은 더 복잡해지게 된다. 상기 주파수 지점의 선택은 1회성 동작(one-time operation)이다. 일단 선택이 이루어지면, 변경될 필요가 없다.
도 2에는 시스템이 교정될 필요가 없는, 본 발명의 근접장 통신 방법에 따른 최고 주파수 f0를 선택하는 시스템이 구조적 블록 다이어그램으로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 주파수 지점 선택 시스템은 신호 소스(505) 및 저주파 자기장 전송 코일(504)을 포함하는 전송 시스템; 저주파 수신기 모듈(502)이 제공되는 전형적인 모바일 단말기(501), 장애물 및 신호 강도 검출기(503)(전압계, 오실로그래프, 주파수 분광기 등등)를 포함하는 수신기 시스템을 포함한다. 상기 신호 소스(505)는 다양한 주파수들, 다양한 파형들 및 다양한 진폭들의 신호들을 정확하게 생성시킬 수 있다. 주파수 지점을 선택하는 원리는 상기 신호 소스(505)가 일정한 진폭을 지니고 주파수 f를 지니는 사인파 신호를 생성하고, 상기 신호가 상기 전송 코일(504)에 의해 전송되며 그리고 상기 선택된 모바일 단말기(501) 및 상기 장애물에 배치되어 있는 저주파 수신기 모듈(502)에 의해 수신되게 하는 것이다. 상기 수신된 저주파 신호는 특정 신호 선을 통해 상기 신호 강도 검출기(503)에 의해 수신되고 상기 신호 강도 검출기(503)는 상기 수신된 전압을 검출한다. 상기 모바일 단말기 또는 상기 장애물에 대한 주파수 f에서의 거리의 함수로서 상기 검출 전압이 변하는 곡선(이하에서는 '전압-거리 곡선'으로서 언급됨)은 모바일 거리의 거리를 변화시킴으로써 획득될 수 있다. 상이한 모바일 단말기들에 대한 여러 곡선들은 상기 모바일 단말기 또는 상기 장애물을 대체함으로써 획득될 수 있고, 상이한 곡선들은 주파수 f를 변경시킴으로써 획득될 수 있다.
단계 a에서는, 교정 없는 시스템 동작에 대한 최고 주파수 f0는 다음과 같은 단계들에 의해 결정될 수 있다.
단계 101: 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)을 결정하는 단계로서, Din은 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들이 0 - Din의 범위에서 카드를 스와이핑하게 하는 것을 나타내고, Dv는 거리 변동 범위를 나타내며, 상기 카드는 Din ∼ (Din + Dv)의 범위에서 스와이핑될 수 있고, 그리고 Din + Dv의 범위 한계를 넘어서는 스와이핑될 수 없게 하는 단계;
예를 들면, (5 cm, 5 cm)는 모든 단말기들이 5 cm 미만의 범위에서 카드를 스와이핑하게 할 수 있고 5 cm - 10 cm의 범위에서 카드를 스와이핑하게 해 주며 그리고 10 cm를 넘어서는 카드를 스와이핑하지 못하게 하는 것을 나타낸다. 상기 거리 조절 타깃 값은 특정 애플리케이션에 의해 결정될 수 있다. (0 ∼ Div + Dv)는 거리 조절 범위로서 언급될 수 있다.
단계 102: 상기 카드 판독기에 의해 초래된 모바일 RF 장치의 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00019
을 결정하는 단계;
상기 카드 판독기의 전송 회로의 매개변수들의 변동은 전송 전계 강도의 변동들을 초래시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압이 변동되게 한다. 상기 매개변수들은 전송된 구동기 전압 변동들, 코일 매개변수들의 변동들 및 온도 영향들 등등을 포함한다.
Figure pct00020
은 상기 카드 판독기에 대한 설계 및 제조 프로세스 동안 조절된다. 상기 변동은 상기 제조 프로세스 동안 교정될 수 있다. 상기 저주파 전송 회로의 낮은 사용 주파수 때문에,
Figure pct00021
은 양호하게 조절될 수 있는데, 예를 들면 4 dB 내로 양호하게 조절될 수 있다.
단계 103: 상기 모바일 RF 장치 자체에 의해 초래된 상기 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00022
를 결정하는 단계;
상기 모바일 RF 장치 자체의 저주파 수신기 회로의 매개변수들의 변동은 최종 검출 출력 전압의 변동을 초래시킨다. 상기 매개변수들은 상기 수신기 안테나의 오차들, 상기 증폭기의 이득의 오차들, 비교기 또는 AD의 오차들, 온도 효과들 및 노이즈들 등등을 포함한다.
Figure pct00023
는 상기 모바일 RF 장치의 설계 및 제조 프로세스 동안에 조절된다. 상기 변동은 상기 제조 프로세스 동안 교정될 수 있다. 상기 모바일 RF 장치의 저주파 전송 회로의 사용 주파수가 매우 낮기 때문에,
Figure pct00024
는 양호하게 조절될 수 있는데, 예를 들면 4 dB 내로 양호하게 조절될 수 있다.
단계 104: 주파수 f에서 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들의 전압-거리 곡선들을 검출하는 단계;
상기 단계 104가 개시되기 전에 준비, 즉 전형적인 단말기들 및 전형적인 장애물들을 선택하는 준비가 이루어진다. 전형적인 단말기들을 선택하는 원리는 단말기 금속들 또는 도전성 구조물들의 개수에 기반한 선택을 수행하는 것이다. 다시 말하면, 상기 금속 구조물들의 개수가 많을 수록 감쇠 진폭이 낮아지게 된다. 예를 들면, 플라스틱 하우징, 금속 하우징, 두꺼운 금속 하우징, 얇은 금속 하우징, 대형 크기의 단말기 및 소형 크기의 단말기 등등이 선택될 수 있다. 상기 전형적인 단말기들의 개수는 엄격하게 제한된 것이 아니며, 상기 전형적인 단말기들의 선택은 상기 단말기에 의해 초래된 저주파 감쇠 자기장 신호의 감쇠 특성을 제거할 수 있다. 개별적인 모바일 단말기의 큰 차이를 회피하기 위해, 모델 인증(model certification)이 애플리케이션을 통해 상기 모바일 단말기에 적용됨으로써, 그러한 모델의 모바일 단말기의 감쇠 특성이 요건을 충족함을 결정하기 위해 카드-스와이핑 검출이 모든 모바일 단말기 지원 결제 애플리케이션에 대해 수행될 수가 있다. 전형적인 장애물은 표준 형상을 지니는, 모바일 단말기용의 다양한 종래의 재료들, 예를 들면 플라스틱, 알루미늄, 구리, 철, 스테인레스 강 등등을 선택할 수 있다. 상기 전형적인 장애물은 감쇠 효과를 측정하도록 상기 모바일 단말기의 감쇠 특성을 검출하기 위한 등가 장애물로서 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 사이에 배치된다.
단계 105: 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)에 따른 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00025
를 결정하는 단계로서,
Figure pct00026
는 전형적인 단말기들 및 장애물들 때문에 개별적인 전압-거리 곡선들에 의해 획득된 평균 전계 강도 감쇠 곡선 그래디언트(average field strength attenuation curve gradient)를 갖는 전압-거리 곡선에서 지점 Din에 상응하는 전압 및 지점 (Din + Dv)에 상응하는 전압 간의 차와 동일한, 단계;
도 3에는 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)에 의해 결정되는, 상기 시스템에 대한 총체적인 수신 검출 전압의 변동 범위들
Figure pct00027
가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지점 (Din + Dv)는 전압 V2에 상응하고, 지점 (Din + Dv)는 전압 V1에 상응함으로써,
Figure pct00028
의 관계식이 성립하게 된다.
단계 106: 상기 단말기에 의해 초래된, 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00029
를 결정하는 단계로서, 매개변수
Figure pct00030
는 상기 단말기의 감쇠 특성에 의해 초래된, 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압의 변동 범위
Figure pct00031
를 나타내는, 단계;
단계 107: 상기 거리 조절 범위에 내재하는 상이한 거리 지점들 상에서 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들 간의 최대 전계 강도 차
Figure pct00032
(또한 '변동 영역'으로서 언급됨)를 획득하는 단계.
Figure pct00033
가
Figure pct00034
보다 큰 경우에, 주파수 f는 낮아지고 단계 a4가 개시되며,
Figure pct00035
가
Figure pct00036
보다 작은 경우에, 주파수 f는 높아지고 단계 a4가 개시되며, 그리고
Figure pct00037
가
Figure pct00038
와 동일할 경우에, 현재 검출되는 주파수 f가 교정 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0와 동일하다.
도 4에는 전형적인 단말기들 및 장애물들의 변동 영역
Figure pct00039
및 전압-거리 곡선이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 최대 감쇠를 지니는 단말기들 또는 장애물들에 대한 전압-거리 곡선은 최대 감쇠 곡선으로서 언급되며, 최소 감쇠를 지니는 단말기들 또는 장애물들에 대한 전압-거리 곡선은 최소 감쇠 곡선으로서 언급되고, 그리고 상기 최대 감쇠 곡선 및 상기 최소 감쇠 곡선에 의해 둘러싸인 영역은 전형적인 단말기들 및 장애물들의 전압-거리 곡선 분포 영역으로서 언급된다. 거리 D는 상기 최소 감쇠 곡선에서의 전압 V3에 상응하고 상기 최대 감쇠 곡선에서의 전압 V4에 상응함으로써,
Figure pct00040
의 관계식이 성립하게 된다.
따라서, 상기 거리 조절 타깃 값을 제한하는 조건에서, 교정 없는 시스템 동작에 대한 최고 주파수 f0가 결정될 수 있다. 그러한 시스템은 변조 모드를 사용할 수도 있고 기저대역 신호들을 직접 전송하는 모드를 사용할 수도 있다. 상기 거리 조절은, 상기 시스템 동작에 대한 메인 주파수 성분이 f0보다 크지 않는 한, 교정 없이 수행될 수 있다.
일례로서, f0를 결정하는 프로세스가 설명될 것이다. 도 5에는 3.3 KHz의 주파수 f에서 5가지 종류의 전형적인 모바일 단말기들의 전압-거리 곡선들이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 시스템의 거리 조절 타깃 값은 (5 cm, 5 cm)이고, 전압 변화는 상기 시스템에 대한 0 ∼ 10 cm의 거리 영역에서 약 40 dB이다. 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치에 의해 초래된, 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압의 변동 범위는 4 dB인데, 다시 말하면
Figure pct00041
의 관계식,
Figure pct00042
의 관계식,
Figure pct00043
의 관계식이 성립하게 된다. 상기 5개의 단말기들의 가정은, 교정 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0가 3.3 KHz가 되도록 결정될 수 있게 하기 위해 다양한 곡선 상에서의 다양한 거리 지점들의 최대 변동이 약 12 dB인 경우에 상기 시스템에서 사용되는 모든 단말기들을 대표할 수 있다.
단계 a에서, 상기 전송 매개 변수들은 변조 모드, 부호화 모드 및 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함한다. 상기 전송 매개변수들을 선택하기 위한 일반적인 원리는 모든 거리 지점에 대해, 상기 모바일 RF 장치에 의해 검출 및 증폭된 다음에 상기 카드 판독기에 의해 전송된 저주파 감쇠 자기장 신호가 일정한 진폭을 지니며 상기 거리에 상응하는 전압 신호이게 하는 것이다. 도 6에는 사인파 FSK 변조를 갖는 수신 전압 신호들 및 변조를 갖지 않는 직접 기저대역 전송을 통한 수신 전압 신호들이 전압 파형으로 도시되어 있는데, 이 경우에 a는 변조를 갖지 않는 직접 기저대역 전송을 통한 수신 전압 신호들의 파형도이고, b는 사인파 FSK 변조에 의한 수신 전압 신호들의 파형도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 검출 전압 신호들은 복조 정보를 포함하는 가변 전압 신호들이며, 여기서 상기 신호들은 직류 성분이 없는 교류 전압 신호들일 수 있으며, 또한 직류 성분이 있는 전압 신호들일 수 있고, 일정한 진폭들은 상기 교류 성분들의 최대 변화 진폭이 상이한 전송 심볼들에 대해 일정하다는 것을 나타낸다.
상기 전송 매개변수들의 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br은 단계들 a11 - a13을 통해 선택될 수 있다.
단계 a11: 직류 성분이 없는 부호화 모드들, 예를 들면 맨체스터 코드, 차등 맨체스터 코드, 제로 복귀 코드 등등 중 어느 한 부호화 모드를 선택하는 단계;
단계 a12: 무 변조 모드 또는 진폭-불변 반송파 변조 모드를 선택하는 단계로서, 상기 반송파 변조 모드는 어느 한 진폭-불변 변조 모드를 선택할 수 있는데, 예를 들면 반송파는 사인파들, 펄스들, 삼각파들 등등을 사용할 수 있으며, 상기 변조 모드는 온-오프 키잉(on-off keying; OOK), 위상 천이 키잉 또는 주파수 천이 키잉 등등을 선택할 수 있고, 무 변조 모드를 사용하는 경우에, 부호화된 후의 기저대역 신호들은 구동기 회로에 의해 직접 구동되고 전송 코일에 의해 전송되는 단계;
단계 a13: 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 선택하는 단계. 상기 방법은 다음과 같다. f0보다 낮은 선택된 사용 주파수, 상기 변조 모드 및 상기 부호화 모드에서, 먼저 용이하게 이루어지는 상기 모바일 RF 장치에서의 자기장 검출 및 증폭을 위한 이득 매개변수들 및 전형적인 노이즈 단말기를 선택하고, 상기 카드 판독기에 의해 전송되지 않은 저주파 자기장 신호의 조건에서 상기 모바일 RF 장치에서의 검출 전압을 위한 고유 노이즈 전압 진폭 Vn을 검출한 다음에, 상기 카드 판독기가 선택된 변조 및 부호화 모드들을 사용하여 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 경우에 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압 Vr을 측정하며, 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 선택하여 Vr/Vn>SNR의 관계식을 만족시키는 단계로서, SNR은 상기 모바일 RF 장치의 신호 대 노이즈 비인, 단계. 상기 SNR 값이 클수록 더 양호해진다. 그러나, SNR 값이 너무 큰 경우에, 상기 카드 판독기의 전송 전력이 너무 커지기 때문에 구현하기가 어려워진다. 상기 전형적인 값은 SNR=10의 관계식으로서 선택될 수 있다. SNR이 결정되는 경우에, Br은 위의 모드에 의해 결정될 수 있다.
단계 b: 상기 모바일 RF 장치는 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 수신하여 모든 거리 지점들 상에서 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 검출하고 상기 저주파 자기장 신호들을 일정한 진폭들을 지니며 상기 거리들에 상응하는 전압 신호들로 증폭시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지를 결정하는 단계로서, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것인, 단계;
단계 b에서, 미리 설정된 한계값 Vt는 단계들 201 내지 203에 의해 결정될 수 있다.
단계 201: 상기 선택된 전송 매개변수들에서, 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선을 측정하는 단계로서, 상기 전송 매개변수는 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들, 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함하는, 단계;
단계 202: 기준 전압-거리 곡선을 획득하는 단계로서, 상기 기준 전압-거리 곡선은 상기 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선들로부터 획득된 평균값이며, 이러한 평균값은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전형적인 단말기 곡선들의 상한 및 하한으로부터의 전압 진폭 차
Figure pct00044
를 지니는, 단계;
단계 203: 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압 한계값 Vt를 선택하는 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 지점 (Din+Dv/2)에 상응하는 전압은 상기 기준 전압-거리 곡선 상의 Vt인, 단계.
단계 c: 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호에 상응하는 전압 신호가 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일하고, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 카드 스와이핑을 위한 미리 설정된 유효 범위에 진입한 경우에, 상기 모바일 RF 장치는 상기 수신된 저주파 자기장 신호들로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하고 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하는, 단계;
단계 d: 상기 카드 판독기가 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치에 의해 전송된 정보를 수신하고, 위에서 언급된 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 지를 비교하며, 위에서 언급된 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 카드-스와이핑 트랜잭션을 수행하게 되는 단계. 여기서, 상기 카드-스와이핑 트랜잭션은 전자 결제를 의미하는 것이고 또한 다른 RF 채널을 통한 다른 통신 프로세스, 예를 들면 충전, 소비 및 ID 식별(identity identification) 등등을 의미하는 것이다. 본 발명에서의 카드-스와이핑 트랜잭션의 넓은 의미는 RF 채널을 통한 통신을 수행하는 것으로, 특히 근접장 통신에서 RF 채널을 통한 통신을 수행하는 것이다.
본 발명에서는, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들은 초저주파수 대역 또는 매우 낮은 주파수 대역 또는 저주파수 대역에서 설정되고, 상기 초저주파수 대역은 300 Hz ∼ 3000 Hz의 주파수 범위에 있으며, 상기 매우 낮은 주파수 대역은 3 KHz ∼ 30 KHz의 주파수 범위에 있고, 그리고 상기 저주파수 대역은 30 KHz ∼ 300 KHz의 주파수 범위에 있다. 바람직하게는, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들은 300 Hz ∼ 50 KHz일 수 있다. 바람직하게는, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들은 500 Hz, 1 KHz, 1.5 KHz, 2 KHz, 2.5 KHz, 3 KHz, 4 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 20 KHz 또는 30 KHz일 수 있다.
본 발명의 근접장 통신 방법은 상기 RF 전기 자기장의 2-방향 통신과 결합하는 저주파 자기장에 대한 1-방향 통신을 채용함으로써, 상기 안테나에 의해 초래된 문제 및 NFC 시스템에서의 거리 조절 및 13.56 MHz 주파수 지점에서의 2-방향 통신에 의해 초래된, 상기 단말기들의 신호들에 대한 큰 감쇠 차와 같은 다른 문제들을 회피한다. 상기 방법에서는, 상기 카드 판독기의 고유 ID IDr(즉 위에서 언급된 식별 정보)이 상기 카드 판독기에 의해 저주파 1-방향 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치에 전송된 다음에, 상기 모바일 RF 장치의 고유 ID IDc가 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 2-방향 채널을 통해 IDr에 추가되고, 그리고나서 상기 카드 판독기에 전송되며, 상기 카드 판독기는 상기 IDr의 유효성(validity)을 비교함으로써, 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 고유 바인딩(unique binding)을 이룬다. 바인딩 이후에는, 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치는 상기 트랜잭션이 완료될 때까지 RF 2-방향 채널을 통해 다수의 데이터를 가지고 통신한다.
본 발명의 근접장 통신 방법은, 결정된 범위 내에서 안전하게 조절되도록 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기를 구비한 RF 통신 거리 간의 데이터 통신 거리(또한 '트랜잭션 거리'로서 언급됨)를 달성하고, 상기 단말기를 교정할 필요가 없다.
위에서 언급된 근접장 통신 방법을 이루기 위해, 본 발명은 또한 근접장 통신 시스템을 제시하고 있다. 본 발명의 근접장 통신 시스템은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하는데, 여기서
상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송한다. 상기 카드 판독기의 식별 정보는 상기 저주파 교류 자기장 신호들에서 반송(搬送)되며, 상기 전송 매개변수들은 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수들을 포함하고 상기 주파수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 주파수 f0보다 낮으며, 상기 카드 판독기는 또한 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 채널을 통해 전송되는 정보를 수신하고 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 지를 비교하며, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 상기 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 카드-스와이핑 트랜잭션을 수행하게 되고;
상기 카드 판독기에 의해 전송된 저주파 교류 자기장 신호들은 다양한 거리 지점들 상에서 상기 모바일 RF 장치에 의해 수신 및 검출되고 일정한 진폭 값을 지니고 상기 거리에 상응하는 전압 신호들로 증폭된 다음에, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지가 결정되며, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것이고, 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호들에 상응하는 전압 신호들이 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일할 경우에, 상기 모바일 RF 장치는 상기 수신된 저주파 교류 자기장 정보로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하기 위해 사용되고, 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하기 위해 사용되며, 상기 모바일 RF 장치는 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기와의 카드 스와이핑 트랜잭션을 수행하기 위해 사용된다.
여기서, 상기 식별 정보는 식별 코드 ID일 수 있다.
당업자라면 본 발명의 근접장 통신 시스템에서의 카드 판독기가 2 가지의 기본적인 기능들, 즉 저주파 전송 기능 및 RF 송수신기 기능을 갖는다는 점을 알 수 있을 것이다. 다시 말하면 본 발명의 근접장 통신 시스템에서의 카드 판독기가 2가지의 기본적인 모듈들, 즉 저주파 전송 모듈 및 RF 송수신기 모듈을 지니고, 본 발명의 근접장 통신 시스템에서의 모바일 RF 장치는 2가지의 기본적인 기능들, 즉 저주파 수신기 기능 및 RF 송수신기 기능을 지니는데, 다시 말하면, 본 발명의 근접장 통신 시스템에서의 모바일 RF 장치는 2가지의 기본적인 모듈들, 즉 저주파 수신기 모듈 및 RF 송수신기 모듈을 지닌다.
더욱이, 상기 근접장 통신 시스템은 다음과 같은 회로들에 의해 구체적으로 달성될 수 있다. 상기 카드 판독기는 적어도 하나의 저주파 전송 코일, 적어도 하나의 구동기 회로, 적어도 하나의 부호화 회로, 적어도 하나의 제1 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하며, 상기 저주파 전송 코일, 상기 구동기 회로, 상기 부호화 회로, 상기 제1 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로, 상기 RF 안테나는 직렬로 접속되며, 상기 모바일 RF 장치는 적어도 하나의 저주파 자기장 유도 회로, 적어도 하나의 저주파 증폭 회로, 적어도 하나의 한계값 판단 및 복조 회로, 적어도 하나의 제2 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하고, 상기 저주파 자기장 유도 회로, 상기 저주파 증폭 회로, 상기 임계값 판단 및 복조 회로, 상기 제2 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로 및 상기 RF 안테나는 직렬로 접속된다. 바람직하게는, 위에서 언급된 구현 회로에서, 상기 카드 판독기의 부호화 회로 및 구동기 회로 사이에 변조 회로가 제공된다.
위에서 언급된 구현 회로에서, (상기 변조 회로가 제공되는 경우에 상기 변조 회로를 포함해서) 상기 저주파 전송 코일, 상기 구동기 회로 및 상기 부호화 회로는 상기 저주파 전송 모듈의 일부로서 간주될 수 있다. 상기 카드 판독기의 제1 메인 프로세서, RF 송수신기 및 RF 안테나는 상기 카드 판독기의 RF 송수신기 모듈의 일부로서 간주될 수 있으며, 상기 모바일 RF 장치의 저주파 자기장 유도 회로, 저주파 증폭 회로 및 한계값 판단 및 복호화 회로는 상기 저주파 수신기 모듈의 일부로서 간주될 수 있다. 상기 모바일 RF 장치의 제2 메인 프로세서, RF 송수신기 회로 및 RF 안테나는 상기 모바일 RF 장치에서의 RF 송수신기 모듈의 일부로서 간주될 수 있다.
바람직하게는, 위에서 언급된 구현 회로에서, 상기 저주파 전송 코일들은 에나멜 선들 또는 PCB 코일들로 형성된 코일들일 수 있다. 또한, 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 10회보다 많은 권선들일 수 있다. 바람직하게는, 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 50 ∼ 500회의 권선들일 수 있다. 바람직하게는, 상기 저주파 전송 코일들은 페라이트 자석 코어들 또는 철 코어들로 충전될 수 있다. 바람직하게는, 상기 저주파 전송 코일들에 의해 둘러싸인 영역은 상기 모바일 RF 단말기의 단면의 폭보다 큰 가장 넓은 단의 폭을 지닌다. 바람직하게는, 상기 저주파 코일들에 의해 둘러싸인 영역의 단면은 적어도 3 cm의 직경을 갖는 원 영역 또는 3 cm * 3 cm의 정사각형 영역을 포함한다.
바람직하게는, 위에서 언급된 저주파 자기장 유도 회로는 PCB 코일들, 에나멜 선들로 형성된 코일들, 홀(hall) 장치 또는 거대 자기 저항(giant magneto resistance) 장치일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 모바일 RF 장치가 상기 모바일 단말기에 배치될 수 있으며 상기 모바일 단말기의 SIM 카드, UIM 카드, USIM 카드, TF 카드 또는 SD 카드에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 모바일 단말기는 셀룰러폰, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant) 또는 노트북 컴퓨터 등등일 수 있다.
본 발명의 근접장 통신 시스템의 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 교정 없이 상기 시스템에 대한 최고 주파수 f0를 선택하는 방법 및 장치가 위에서 언급된 근접장 통신 방법에서 설명되었으므로, 세부적인 내용을 설명할 필요가 없을 것이다.
2. 거리 측정 및 조절에 대한 원리는 다음과 같다.
상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에서 선택된 주파수 f0보다 크지 않은 저주파 교류 자기장 신호들을 주기적으로 계속 전송한다. 상기 신호들은 변조 또는 직접 기저대역 전송 모드에서 데이터 프레임의 포맷으로 이루어져 있으며, 상기 데이터 프레임은 상기 카드 판독기의 고유 ID 코드 IDr (또는 물론 다른 식별 정보)을 포함한다. 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모바일 단말기가 상기 카드 판독기 주변에 배치될 경우에, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 상기 단말기의 모바일 RF 장치를 간파하고, 상기 모바일 RF 장치는 모든 거리 지점에서 상기 자기장 신호들을 검출하고 상기 자기장 신호들은 일정한 진폭들을 지니고 상기 거리에 상응하는 전압 신호들로 증폭되게 하는데, 상기 전압 진폭이 상기 카드에 미리 설정된 수신 전압 한계값 Vt보다 낮은 경우에는 상기 단말기가 카드 스와이핑을 위한 유효 거리 영역에 진입하지 않았음을 의미함으로써, 상기 카드는 스와이핑되지 않게 되며, 상기 전압 진폭이 상기 카드에서 미리 설정된 수신 전압 한계값 Vt보다 높은 경우에는 상기 단말기가 상기 카드 판독기에서 미리 설정된 카드 스와이핑을 위한 유효 영역에 진입했음을 의미하고 상기 모바일 RF 장치 내의 저주파 수신기 회로(저주파 자기장 유도 회로, 저주파 증폭 회로 및 한계값 판단 및 복조 회로)는 복호화 프로세스를 개시함으로써, 상기 카드 판독기의 고유 ID 코드 IDr을 획득한다. 그 반면에, 상기 모바일 RF 장치에서의 자기장으로부터 변환된 전압 신호들은 각각 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 거리들에 대한 상응 관계를 지니며, 상기 관계는 전압-거리 변화 곡선에 의해 결정된다. 상기 상응 관계에 의하면, 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기 간의 거리가 상기 전압에 의해 결정될 수 있음으로써, 상기 모바일 단말기 및 상기 카드 판독기 간의 거리는 간접적으로 결정될 수 있다. 상기 전송 매개변수들 및 Vt의 설정들은 일회성 사용이다. 일단 설정되는 경우에, 변경될 필요가 없다.
3. 카드 판독기에 의해 액세스되는 모바일 RF 장치에 대한 프로세스 원리
상기 카드 판독기에 의해 액세스되는 상기 모바일 RF 장치에 대한 프로세스는 주로 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 고유 바인딩 프로세스를 포함한다. 일례로서, 상기 바인딩 프로세스는, 상기 저주파 신호들로부터 상기 카드 판독기의 고유 식별 코드 IDr이 상기 모바일 RF 장치에 의해 복호화된 다음에, 상기 식별 코드가 상기 모바일 RF 장치 내의 제2 메인 프로세싱 모듈에 전송되고, 그리고나서 상기 제2 메인 프로세싱 모듈이 수신된 IDr과 함께 상기 모바일 RF 장치의 고유 식별 코드 IDc를 상기 RF 송수신기 모듈을 통해 상기 카드 판독기에 전송하는 것이다. 상기 카드 판독기가 상기 모바일 RF 장치로부터 복귀 코드들(IDr,IDc)을 수신된 다음에, 상기 식별 코드 IDc가 유효한 것으로 결정되게 하는 상기 모바일 RF 장치는 상기 식별 코드 IDr이, 본 발명의 고유 통신 단말기인 상기 카드 판독기로 정확하게 복귀할 수 있게 한다. 상기 카드 판독기 주위에 위치해 있는 다른 카드 판독기들의 식별 코드들이 그 시점에서 서로 다른 것임을 상기 IDr 부호화가 보장하기 때문에, 상기 식별 코드 IDc를 지니는 모바일 RF 장치는 상기 식별 코드 IDr을 지니는 카드 판독기와의 고유한 통신을 확립하는 것을 보장한다. 따라서, 고유 바인딩은 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기 간에 이루어질 수 있으며, 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기는 상기 결합된 어드레스(IDr,IDc)를 통해 서로를 식별할 수 있다. 바인딩 이후에는, 상기 RF 채널이 오류 없이 인터액션(interaction)을 수행하도록 상기 통신 프로세스에서 사용된다. 상기 모바일 RF 장치가 성공적으로 액세스된 다음에는, 거리 조절 프로세스가 마무리되며, 차후의 트랜잭션 프로세스가 그 트랜잭션이 마무리될 때까지 상기 RF 채널을 통해 수행될 수 있다.
4. 트랜잭션 프로세스
상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간에는 고유하고 신뢰성 있는 통신 링크가 확립된다. 그러한 링크에 기반하여, 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치는 트랜잭션에 필요한 ID 식별 또는 다른 트랜잭션들에 필요한 다른 프로세스들을 이룰 수 있다. 이들 모두의 프로세스들은 신속한 RF 채널에 의해 수행될 수 있다. 위에서 언급한 프로세스의 구현이 미리 결정된 거리 범위들에서 확립될 수 있는 접근방법을 보장하기 때문에, 모든 트랜잭션 프로세스는 정의된 범위 내에서 수행되는 근접장 통신 프로세스이다.
이하 실시예들을 통해 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8에는 본 발명의 실시예에 따른 근접장 통신 시스템이 구조적으로 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 2개의 부분들, 즉 상기 카드 판독기 장치(100) 및 상기 모바일 RF 장치(200)를 포함한다. 상기 모바일 RF 장치(200)는 상기 모바일 단말기의 내부에 배치되어 있으며 상기 모바일 단말기 통신 인터페이스를 통해 상기 단말기와의 인터액션을 수행한다.
상기 카드 판독기(100)는 다음과 같은 모듈들, 즉 카드 판독기에 대한 저주파수 및 고주파수 그리고 다른 프로토콜 프로세스를 제어하기 위한 제1 메인 프로세서(101)로서, 인터페이스 회로(102)를 통해 외부 통신 인터페이스에 접속되거나 상기 외부 통신 인터페이스에 직접 접속되는, 제1 메인 프로세서(101); 한 비트씩 저주파 프레임 데이터를 부호화하는 부호화 회로(108); 구동기 회로(106)로의 전송을 위해 변조 신호들을 형성하도록 부호화하거나, 또는 변조 없이 부호화 신호들을 직접 전송함으로써 출력되는 토큰 스트림들을 사용하여 반송파를 변조하는 변조 회로(107); 저주파 교류 자기장(301)을 생성하도록 저주파 전송 코일(105)을 구동시키는 구동기 회로(106); RF 안테나(104)를 통해 RF 신호들을 수신 및 전송하는 RF 송수신기 회로(103);를 포함한다. 상기 저주파 전송 모듈은 상기 저주파 전송 코일(105), 상기 구동기 회로(106), 상기 변조 회로(107) 및 상기 부호화 회로(108)를 포함한다. 상기 모듈의 전송 자기장의 진폭은 미리 설정되며 조정가능하다. 상기 저주파 전송 코일(105)은 더 많은 회선들을 지니고 특정 형상을 이루는 코일들을 포함한다.
상기 모바일 RF 장치는 다음과 같은 모듈들, 즉 저주파 및 RF 모듈 및 다른 프로토콜 프로세스와 아울러, 상기 이동 단말기와의 통신을 제어하는 제2 메인 프로세싱 모듈(201); 상기 모바일 단말기의 SIM/TF/SD 카드의 몸체 모듈로서의 기능을 수행하는 SIM/TF/SD 카드 모듈(202)로서, 상기 모듈의 종류는 상기 카드의 종류에 의해 특정하게 결정되는, SIM/TF/SD 카드 모듈(202); 저주파 교류 자기장 신호들(301)을 유도하고 상기 저주파 교류 자기장 신호들(301)을 전기 신호들로 변환시키기 위한, PCB 코일, 에나멜 선들의 코일들, 홀 장치 또는 자기장의 변화를 유도할 수 있는 다른 회로 요소들을 포함하는, 저주파 자기장 유도 회로(207); 저주파 자기장 검출 전압 신호들(303)을 획득하도록 상기 저주파 자기장 유도 회로에 의해 검출된 전기 신호들을 증폭하는 저주파 증폭 회로(206); 상기 미리 설정된 한계값 Vt에 따라 저주파 자기장 검출 전압 신호들(303)을 판단하여 상기 저주파 자기장 검출 전압 신호들(303)이 상기 한계값 Vt에 이르게 되지 않는 경우에 복조가 수행되지 않으며 상기 저주파 자기장 검출 전압 신호들(303)이 상기 한계값 Vt에 이르게 되는 경우에 복조가 수행되게 하여 상기 복조된 신호들이 상기 제2 메인 프로세서(201)에 전송되게 하는 한계값 판단 및 복조 회로(205); 상기 RF 안테나(204)를 통한 상기 카드 판독기의 RF 송수신기 모듈과의 2-방향 통신을 수행하는 RF 송수신기 회로(203);를 포함한다.
상기 시스템은 미리 설정된 한계값 결정 방법에 따라 교정 없이 거리 검출 및 조절을 실현한다. 즉, 상기 카드 판독기(100)는 상기 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들(301)을 전송하고, 상기 모바일 RF 장치(200)는 상기 자기장 신호를 수신하여 상기 자기장 신호를 저주파 자기장 유도 전압 신호들(303)로 변환시키며, 그리고나서 상기 단말기가 상이한 단말기들에 관해 보정하는 것(다시 말하면 소위 '교정')이 필요하지 않도록 모든 단말기들에 대해 동일한 미리 설정된 한계값으로 미리 설정된 유효 거리 영역에 진입했는 지를 결정한다. 본 발명은 저주파 1-방향 통신 및 RF 2-방향 통신을 결합하는 방식으로 상기 카드 판독기(100) 및 상기 모바일 RF 장치(200) 간의 유일한 바인딩을 이루는데, 다시 말하면 상기 카드 판독기(100)는 상기 저주파 1-방향 채널을 사용하여 자신의 고유 식별 IDr을 상기 모바일 RF 장치(200)에 전송하고, 상기 카드의 고유 식별 IDc가 상기 RF 2-방향 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치(200)에 의해 IDr에 추가되게 한 다음에, 상기 카드 판독기로 반송되게 한다. 상기 카드 판독기는 상기 복귀된 IDr의 유효성을 비교함으로써, 상기 카드 판독기(100) 및 상기 모바일 RF 장치(200) 간의 고유 바인딩을 이룬다. 바인딩 이후에, 다수의 데이터를 가지고 고속 2-방향 통신이 상기 RF 채널을 통해 달성될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 근접장 통신 시스템의 특정 사용 스케줄은 다음과 같다.
I. 첫째로는, 상기 시스템의 동작을 위한 기본 매개변수들을 선택하고, 상기 기본 매개변수들은 RF 주파수 지점, 교정 없는 저주파 지점 f0, 카드 판독기의 전송 매개변수들 및 모바일 RF 장치의 수신기 전압 한계값 Vt를 포함한다.
1. RF 주파수 지점의 선택
위에서 언급된 RF 통신의 주파수 지점은 단말기들에 대한 고속 통신 및 우수한 간파 성능을 이루기 위해 2400 ∼ 2483 MHz의 2.4 G ISM 주파수 대역을 사용하는 것이 일반적이다. 다른 주파수 지점들, 예를 들면 433 MHz, 900 MHz, 5 GHz 등등이 또한 사용될 수 있다.
2. 교정 없는 상기 시스템에 대한 저주파 지점 f0의 선택
교정 없는 상기 시스템의 저주파 지점 f0는 위에서 언급된 방법에 의해 결정될 수 있다. 전형적인 GSM 모바일 통신 단말기의 경우에, 주파수 지점 f0는, 0 - 10 cm의 범위 내에서 거리 조절을 이루기 위해, 대체로 10 KHz 미만이며, 500 Hz, 1 KHz, 1.5 KHz, 2 KHz, 2.5 KHz, 3 KHz, 5 KHz 등등인 것이 전형적이다.
3. 카드 판독기의 전송 매개변수들의 선택
상기 전송 매개변수들은 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 주로 포함한다.
도 9에는 상기 카드 판독기의 저주파 전송 부분이 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 상기 카드 판독기의 저주파 전송 회로는 구동기 회로(106), 변조 회로(107) 및 부호화 회로(108)를 포함한다. 상기 구동기 회로(106)에 의해 구동되는 저주파 변조 신호들은 상기 저주파 전송 코일(105)에 출력된다.
상기 변조 회로(107)는 여러 변조 모드들을 채용할 수 있다.
1) 반송파 변조 모드: 상기 부호화 회로(108)에 의해 생성된 기저대역 신호들은 상기 변조 회로(107)를 통해 반송파를 변조한다. 상기 반송파는 사인파들, 방형파들 또는 삼각파들 등등일 수 있다. 상기 변조 모드는 온-오프 주파수 천이 키잉(OOK), 위상 천이 키잉, 주파수 천이 키잉(FSK) 등등일 수 있다. 상기 변조된 신호는 상기 구동기 회로(106)를 통해 상기 저주파 전송 코일(105)에 부하가 걸리게 한다;
2) 반송파 없는 직접 기저대역 전송: 상기 부호화 회로(108)에 의해 생성된 기저대역 신호들은 상기 구동기 회로(106)를 통해 직접 상기 저주파 전송 코일(105)에 부하가 걸리게 한다;
3) 기타 변조 모드들: 본 발명의 시스템이 거리 조절을 수행하도록 한계값 판단 모드를 채용하고 있기 때문에, 상기 변조 모드는 진폭 변조를 채용하기에 적합하지 않다. 전송 동안 상기 모바일 RF 장치에서의 검출 전압의 진폭을 일정하게 유지할 수 있는 모든 변조 모드들이 본 발명의 근접장 통신 시스템용으로 사용될 수 있다.
여러 부호화 모드들이 상기 부호화 회로(108)에 사용될 수 있다.
1) 맨체스터 부호화: 비트 1은 2개의 심볼들 01이도록 부호화되며, 비트 0은 10이도록 부호화된다.
2) 차등 맨체스터 부호화: 2가지 종류의 비트 시퀀스들, 즉 01 및 10이 존재하며, 비트 1은 이전의 심볼 시퀀스와는 다르게 부호화되고 비트 0은 이전의 심볼 시퀀스와 동일하게 부호화되거나, 이와는 반대 방식으로 비트들이 부호화되는 것이 가능하다.
3) 기타 부호화 모드들: 본 발명의 시스템이 거리 조절을 수행하도록 한계값 판단 모드를 사용하기 때문에, 상기 저주파 변조 신호들의 평균 값은 안정적으로 유지되어야 한다. 부호화된 시퀀스들은 직류 성분을 포함할 수 없다. 부호화 다음에 평균 직류 성분들이 모두 제로(0)인 부호화 모드들은 본 발명의 근접장 통신 시스템에 적용된다.
상기 변조 모드 및 상기 부호화 모드를 결정한 후에, 상기 카드 판독기의 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br은 위에서 언급된 방법으로 결정될 수 있다. Br을 조정하는 프로세스는 실제로는 코일의 권선들, 코일의 직경, 코일의 형상 및 기타 매개변수들을 조정하는 프로세스이다.
4. 모바일 RF 장치의 수신기 전압 한계값 Vt의 선택
상기 수신기 전압 한계값 Vt는 위에서 언급된 방법으로 결정될 수 있다.
위에서 언급된 매개변수들의 선택은 1회성 사용이다. 일단 선택이 이루어지면, 변경될 필요가 없다.
Ⅱ. 둘째로는 동작 매개변수들이 결정된 다음에 시스템의 동작 스케줄이 다음과 같다.
단계 A100: 거리 측정 및 조절 프로세스. 상기 카드 판독기(100)의 제1 메인 프로세서(101)는 부호화할 수 있도록 상기 부호화 회로(108)에 전송되는, 상기 카드 판독기의 고유 식별 코드 IDr을 담고 있는 데이터 프레임을 생성한다. 부호화된 신호들은 상기 변조 회로(107)에 의해 변조되거나 변조 없이 상기 구동기 회로(106)에 직접 전송된다. 상기 변조 전압은 상기 저주파 전송 코일(105)에 의해 전송되고, 미리 설정된 프레임 포맷, 변조 부호화 모드 및 구동 능력에 따라, 상기 전송 코일(105)이 위에서 언급된 프레임 포맷에 따라 미리 설정된 강도 Br에서 미리 설정된 매개변수들을 가지고 상기 저주파 교류 자기장 신호들(301)을 연속적으로 그리고 주기적으로 전송한다. 상기 모바일 단말기가 상기 카드 판독기 주변에 배치되는 경우에, 상기 저주파 교류 자기장 신호들(301)은 단말기의 내부 모바일 RF 장치(200)를 간파한다. 상기 모바일 RF 장치(200)에 배치된 저주파 자기장 유도 회로(207)는 저주파 자기장 신호들을 검출한다. 상기 자기장 신호들이 전기 신호들로 변환된 다음에, 상기 전기 신호들은 저주파 자기장 검출 전압(303)을 생성하도록 상기 저주파 증폭 회로(206)에 의해 증폭된다. 전압 진폭이 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt보다 낮은(또는 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt보다 높은) 경우에는 카드 스와이핑이 허용되지 않으며, 전압 진폭이 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt와 같거나 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt보다 높은(변형적으로는 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt와 같거나 미리 설정된 수신기 전압 한계값 Vt보다 낮은) 경우에는 상기 단말기가 상기 카드 판독기에 대한 미리 설정된 유효 카드 스와이핑 범위에 진입했음을 의미한다. 상기 저주파 수신기 회로는 상기 카드 판독기의 고유 식별 코드 IDr을 획득하도록 복호화 프로세스를 개시한다. 그 반면에, 상기 모바일 RF 장치에서의 자기장에 의해 변환된 전압 신호들은 각각 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 거리에 대한 상응 관계를 지니고, 상기 관계는 전압-거리 변화 곡선에 의해 결정된다. 상기 상응 관계에 의하면, 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기 간의 거리는 상기 전압에 의해 결정될 수 있음으로써, 상기 모바일 단말기 및 상기 카드 판독기 간의 거리는 간접적으로 결정될 수 있다. 위에서 언급된 한계값 Vt는 모든 단말기에 대해 조정할 필요 없이, 즉 교정될 필요 없이 모든 단말기들에 대해 동일함으로써, 위에서 언급된 프로세스는 교정 없는 거리 측정 및 조절 프로세스이다.
단계 A100에서의 프레임 포맷은 다음과 같이 정의될 수 있다.
도 10에는 카드 판독기의 저주파 데이터 프레임 포맷이 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 카드 판독기에 대한 저주파 데이터 프레임들의 모든 프레임이 다음과 같은 영역으로 분할될 수 있다.
동기 코드: 프레임 동기화를 위한, 8 비트, 대개는 FFH;
제어 영역: 프레임 데이터로부터 데이터, 예를 들면 길이, 데이터 타입 등등을 회복시키기 위한 8 비트, 예약 비트는 확장용으로 예약됨;
IDr: N 비트, 제어 영역에 의해 지정된, 카드 판독기의 고유 식별 코드;
CRC: CRC 검사 또는 다른 모드를 사용하여 제어 영역 및 IDr을 검사하기 위한 것.
위에서 언급된 프레임 포맷은 일례로서 설명된 것이며, 본 발명에 의해 사용된 프레임 포맷을 실제로 한정하려고 한 것은 아니다. 원칙적으로, 본 발명은 카드 판독기를 고유하게 식별할 수 있는 임의의 프레임 포맷을 사용할 수 있다. 고유 식별 코드는 충분한 길이를 갖는 난수(random number)를 사용할 수 있다. 또한, 고유 식별 코드는 모든 카드 판독기들에 의해 수동으로 분포될 수 있으며, 다른 방식으로 생성되는 다른 식별 코드가 또한 사용될 수 있다.
단계 A200: 상기 카드 판독기에 액세스하는 모바일 RF 장치의 프로세스: 상기 카드 판독기에 액세스하는 상기 모바일 RF 장치의 프로세스는 상기 카드 판독기(100) 및 상기 모바일 RF 장치(200) 간의 고유 바인딩의 프로세스를 주로 포함하며, 실제로는, 그러한 프로세스가 모바일 RF 장치를 구비한 모바일 단말기 및 카드 판독기 간의 고유 바인딩의 프로세스를 나타낸다. 상기 카드 판독기의 고유 식별 코드 IDr이 상기 모바일 RF 장치(200)의 저주파 수신기 회로에 의해 복호화된 다음에, 상기 식별 코드는 상기 모바일 RF 장치의 제1 메인 프로세서(201)에 전송된다. 상기 제1 메인 프로세서는 상기 모바일 RF 장치의 송수신기 회로(203) 및 RF 안테나(204)를 통해 상기 수신된 IDr과 함께 상기 모바일 RF 장치 자체의 고유 식별 코드 IDc를 상기 카드 판독기(100)에 전송한다. 상기 카드 판독기에서의 RF 안테나 및 RF 송수신기(104)가 상기 모바일 RF 장치로부터 복귀된 코드(IDr,IDc)를 수신한 다음에, 상기 복귀된 코드는 처리되도록 상기 제1 메인 프로세서(101)에 전송된다. 상기 제1 메인 프로세서(101)는 IDr이 식별 코드 IDc와 함께, 본 발명의 고유 통신 단말기인 모바일 RF 장치에 의해 상기 카드 판독기에 복귀되었음을 확인한다. 상기 카드 판독기 주위에 위치해 있는 다른 카드 판독기들의 ID 코드들이 그 시점에서 서로 다른 것임을 상기 IDr에 대한 부호화가 보장하기 때문에, 상기 식별 코드 IDc를 지니는 카드는 상기 식별 코드 IDr을 담고 있는 카드 판독기와의 고유한 통신을 확립하는 것을 보장한다. 따라서, 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기 간의 고유 바인딩이 실현됨으로써, 상기 모바일 RF 장치 및 상기 카드 판독기가 결합된 어드레스(IDr,IDc)로 서로를 식별할 수 있게 된다. 바인딩 이후에는, 상기 통신 프로세스가 오류 없이 인터액션(interaction)을 수행하도록 상기 RF 채널을 사용한다. 상기 모바일 RF 장치가 상기 카드 판독기에 성공적으로 액세스된 다음에는, 거리 조절 프로세스가 구현되고 차후의 트랜잭션 프로세스가 상기 RF 채널을 통해 수행될 수 있다.
단계 A200에서의 모바일 RF 장치의 고유 ID 코드 IDc는 상기 모바일 RF 장치의 비휘발성 메모리(nonvolatile memory; NVM)에 미리 저장된 고유 식별 코드이거나 상기 모바일 RF 장치에서 생성된 충분한 길이를 갖는 난수(random number)이다.
단계 A300: 트랜잭션 프로세스. 고유하고 신뢰성 있는 통신 링크는 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기(100) 및 상기 모바일 RF 장치(200) 간에 확립된다. 상기 링크에 기반하여, 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치가 트랜잭션에 필요한 ID 식별 또는 다른 트랜잭션에 필요한 다른 프로세스를 실현할 수 있다. 이들 모두의 프로세스들은 상기 트랜잭션이 마무리될 때까지 신속한 RF 채널에 의해 수행될 수 있다. 위에서 언급된 프로세스들 A100 - A200의 구현이 미리 결정된 거리 범위들에서 액세스될 모바일 RF 장치(200)를 보장하기 때문에, 모든 트랜잭션 프로세스가 정의된 범위 내에서만 수행되는 프로세스이다. 상기 트랜잭션 프로세스는 POS 머신을 위해 개발된 프로세싱 스케줄이므로, 본 발명에서는 더 세부적인 내용이 설명되지 않을 것이다.
상기 모바일 RF 장치(200)의 저주파 신호 검출 회로(207)는 PCB 코일, 에나멜 선들로 이루어진 코일들 또는 홀 장치들을 포함하는 것이 일반적이다. 상기 검출 회로는 이러한 요소들에 국한되지 않는다. 원칙적으로, 자기장의 변화를 전기 신호들로 변환시킬 수 있는 임의의 센서는 상기 센서가 상기 카드 내에 배치될 수 있는 한 상기 모듈에 사용될 수 있다.
본 발명의 시스템은 저주파 교류 자기장을 사용하여 거리 검출 및 조절을 수행할 수 있으며 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 1-방향 통신을 실현할 수 있다. 더욱이, 상기 단말기에 대한 바인딩은 상기 저주파 통신 모드와 결합하여 상기 RF 채널을 통해 신뢰성 있게 실현될 수 있다. 한편, 상기 카드 판독기 및 상기 모바일 RF 장치 간의 고속 데이터 통신은 상기 RF 채널을 통해 이루어질 수 있다. 이는 다음과 같은 특징들을 지닌다. 1. 상기 모바일 단말기를 변형시킬 필요가 없으며, 상기 단말기의 내부에 있는 SIM 카드/TF 카드/SD 카드만이 2-방향 통신을 신뢰성 있게 실현하도록 대체될 필요가 있다. 2. 상기 카드 판독기는 저주파 교류 자기장 신호를 전송하며, 상기 모바일 RF 장치가 단지 자기장 신호들을 수신할 필요가 있고, 상기 모바일 RF 장치가 상기 카드 판독기에 의한 자기장을 통한 에너지를 제공할 필요가 없는 1-방향 통신이기 때문에, 수신기 코일 및 다른 수신기 회로가 최소화될 수 있음으로써, 상기 모바일 RF 장치가 상기 SIM 카드/TF/SD 카드에 제공될 수 있다. 3. 수신 신호들이 미약하기 때문에, 증폭 회로가 상기 모바일 RF 장치에 제공될 필요가 있다. 그 외에도, 상기 RF 송수신기 회로는 또한 상기 카드 판독기에 제공된 RF 송수신기와의 2-방향 통신을 수행하도록 상기 모바일 RF 장치에 제공된다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 RF 회로의 안테나는 매우 작아서 상기 SIM 카드/TS/SD 카드에 용이하게 합체될 수 있다.
상기 주파수 지점 f0는 본 발명의 방법에 따라 선택될 수 있다. 상기 시스템이 f0보다 낮은 주파수로 동작하는 경우에, 교정을 수행할 필요가 없다. 부연하여 설명하면, 비록 f0보다 높은 주파수에서 사용하는 경우라도 상기 시스템에 대해 동작하는 것이 전혀 불가능하지는 않다. 예상가능한 효과는 상기 시스템의 성능이 떨어지게 되며 거리 조절에 대한 정확도가 낮아지지만, 간단한 교정이 추가적으로 필요할 수 있다. 이러한 애플리케이션들은 본질적으로 본 발명의 원리들에 반하는 것이 아니라 단지 변경 능력들을 가진 확장 애플리케이션인 것뿐이다.
본 발명의 근접장 통신 시스템은 단말기를 교정할 필요 없이 소정 범위 내에서 신뢰성 있게 조절되도록 상기 모바일 RF 장치를 포함하는 RF 통신 단말기(예를 들면 RF SIM 카드를 구비한 셀룰러폰) 및 카드 판독기 간의 데이터 통신 거리(또한 트랜잭션 거리로서 언급됨)를 실현한다.
본 발명의 시스템 및 방법에 의하면, 최고 주파수 지점 f0는 교정 없이 상기 시스템에 대해 적절하게 선택될 수 있다. f0보다 낮은 주파수에서 저주파 교류 자기장이 거리 측정 및 조절용으로 사용되는 경우에, 상기 모바일 단말기들의 구조들 간의 거리의 영향이 교정 없이 거리 조절을 실현하도록 거리 조절 타깃 값에 필요한 변동 범위 내로 감소될 수 있다. 도 11에는 코일 수신기 회로가 다양한 모바일 단말기들 내에 배치될 경우에 신호 소스가 저주파 전송 코일을 통해 1 KHz의 일정한 자기장을 전송하는 조건에서 검출되는 전압-거리 곡선이 도시되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 도 11에는 1 KHz의 주파수에서 상기 시스템의 여러 전형적인 단말기들에 대한 전압-거리 곡선들의 예가 도시되어 있는데, 여기서 신호 강도 값은 상기 수신기 안테나에 대한 유도 전압이 반드시 증폭된 다음에 획득된 값이다. 증폭 계수가 일정하게 유지되기 때문에, 거리에 따른 강도 값의 상대적인 변화만에 대한 주의가 요망된다. 도 11에서 알 수 있는 점은 상이한 단말기들에 대한 전계 강도 간의 차가 5 dB보다 작지만, 1 - 10 cm의 거리 범위에 있는 여러 단말기들에 대한 전계 강도 간의 변화 범위가 40 dB에 이른다는 점이다. 상기 모바일 RF 장치의 검출 회로의 오차들 및 상기 카드 판독기의 전송 전계의 강도 변동을 무시하면, 상기 모바일 RF 장치는 동일한 한계값 Vt를 사용하여 다양한 단말기들이 타깃 거리 범위 내에 배치되어 있는지를 결정하고, 다양한 단말기들의 경우에, 거리 조절의 오차가 약 1 cm의 범위에 있음으로써, 교정 없이 거리 조절에 대한 요건을 충분히 만족시킨다.
위에 언급된 내용은 단지 본 발명의 바람직한 실시예들일 뿐이며, 본 발명을 한정하는데 사용될 수 없는 것이다. 본 발명의 사상 및 원리 내에서 이루어지는 임의의 보정들, 등가 대체, 개선 등등은 본 발명의 보호 범위 내에 속하는 것이다.

Claims (22)

  1. 근접장 통신 시스템을 위한 근접장 통신 방법으로서, 상기 근접장 통신 시스템은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하는, 근접장 통신 방법에 있어서,
    상기 근접장 통신 방법은,
    단계 a: 상기 카드 판독기가 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 단계로서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 상기 카드 판독기의 식별 정보를 반송(搬送)하며, 상기 전송 매개변수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0보다 낮은 저주파 교류 자기장 신호에 대한 주파수를 포함하는, 단계;
    단계 b: 상기 모바일 RF 장치가 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 수신하고 모든 거리 지점들 상에서 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 검출하여 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 일정한 진폭을 지니며 상기 거리에 상응하는 전압 신호들로 증폭시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지를 결정하는 단계로서, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것인, 단계;
    단계 c: 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호들에 상응하는 전압이 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일한 경우에, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 카드 스와이핑을 위한 미리 설정된 유효 범위에 진입한 다음에, 상기 모바일 RF 장치가 상기 수신된 저주파 자기장 신호들로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하여 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하는 단계;
    단계 d: 상기 카드 판독기가 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 채널을 통해 전송되는 정보를 수신하고, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는지를 비교하고, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 상기 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하는 단계;
    를 포함하는, 근접장 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 a에서, 교정 없는 상기 시스템의 동작을 위한 최고 주파수 f0는,
    단계 a1: 상기 시스템에 대한 거리 조절 타깃 값들(Din,Dv)을 결정하는 단계로서, Din은 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들이 0 ∼ Din의 범위에서 스와이핑되게 함을 나타내고, Div는 거리 변동 범위를 나타냄으로써, 상기 카드가 Din ∼ (Din + Dv)의 범위에서 스와이핑될 수 있으며, Din + Dv의 범위의 한계값을 넘어서는 스와이핑될 수 없는, 단계;
    단계 a2: 상기 카드 판독기에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
    Figure pct00045
    를 결정하는 단계;
    단계 a3: 상기 모바일 RF 장치 자체에 의해 초래된 검출 전압의 변동 범위
    Figure pct00046
    를 결정하는 단계;
    단계 a4: 주파수 f에서 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선을 검출하는 단계;
    단계 a5: 상기 거리 조절 타깃 값(Din,Dv)에 따른 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
    Figure pct00047
    를 결정하는 단계로서,
    Figure pct00048
    는 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 개별적인 전압-거리 곡선들로부터 획득된 평균 전계 강도 감쇠 곡선 그래디언트(average field strength attenuation curve gradient)에 따른 전압-거리 곡선에서 지점 Din에 상응하는 전압 및 지점 (Din + Dv)에 상응하는 전압 간의 전압 차와 동일한, 단계;
    단계 a6: 상기 단말기에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
    Figure pct00049
    를 결정하는 단계로서,
    Figure pct00050
    는 상기 단말기의 감쇠 특성에 의해 초래된 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압의 변동 범위
    Figure pct00051
    를 나타내는, 단계;
    단계 a7: 상기 거리 조절 범위에 내재하는 상이한 거리 지점들 상의 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들 간의 최고 전계 강도 차
    Figure pct00052
    를 획득하는 단계로서,
    Figure pct00053
    가
    Figure pct00054
    보다 클 경우에, 상기 주파수 f는 낮아져서 단계 a4로 복귀되며,
    Figure pct00055
    가
    Figure pct00056
    보다 작을 경우에, 상기 주파수 f는 높아져서 단계 a4로 복귀되고, 그리고
    Figure pct00057
    가
    Figure pct00058
    와 동일할 경우에, 현재 검출되는 주파수 f는 교정 없이 상기 시스템의 최고 사용 주파수 f0와 동일한, 단계;
    에 의 결정되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계 a에서, 상기 전송 매개변수들은 변조 모드, 부호화 모드 및 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함하고, 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br은,
    직류 성분이 없는 부호화 모드들 중 어느 한 부호화 모드를 선택하는 단계;
    무 변조 모드 또는 진폭-불변 반송파 변조 모드를 선택하는 단계;
    f0보다 낮은 사용 주파수, 변조 모드 및 부호화 모드를 선택한 후에, 먼저 용이하게 실현되는 상기 모바일 RF 장치에서의 자기장 검출 및 증폭을 위한 이득 매개변수들 및 전형적인 노이즈 단말기를 선택하고, 상기 카드 판독기에 의해 전송되지 않은 저주파 자기장 신호들의 조건에서 상기 모바일 RF 장치에서의 검출 전압을 위한 고유 노이즈 전압 진폭 Vn을 검출한 다음에, 상기 카드 판독기가 상기 선택된 변조 및 부호화 모드를 사용하여 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하는 경우에 상기 모바일 RF 장치의 검출 전압 Vr을 측정하며, 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 선택하여 Vr/Vn>SNR의 관계식을 만족시키는 단계로서, SNR은 상기 모바일 RF 장치의 신호 대 노이즈 비인, 단계;
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단계 b에서, 상기 미리 설정된 한계값 Vt는,
    단계 b1: 상기 선택된 전송 매개변수들에서, 다양한 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선을 측정하는 단계로서, 상기 전송 매개변수는 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수, 상기 변조 모드, 상기 부호화 모드 및 상기 전송 자기장 유도 강도 진폭 Br을 포함하는, 단계;
    단계 b2: 기준 전압-거리 곡선을 획득하는 단계로서, 상기 기준 전압-거리 곡선은 상기 전형적인 단말기들 및 장애물들에 대한 전압-거리 곡선들로부터 획득된 평균값이며, 이러한 평균값은 상기 전형적인 단말기 곡선들의 상한 및 하한으로부터의 동일한 전압 진폭 차
    Figure pct00059
    를 지니는, 단계;
    단계 b3: 상기 모바일 RF 장치에 대한 검출 전압 한계값 Vt를 선택하는 단계로서, 지점 (Din+Dv/2)에 상응하는 전압은 상기 기준 전압-거리 곡선 상의 Vt인, 단계;
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수는 초저주파수 대역 또는 매우 낮은 주파수 대역 또는 저주파수 대역에서 설정되고, 상기 초저주파수 대역은 300 Hz ∼ 3000 Hz의 주파수 범위에 있으며, 상기 매우 낮은 주파수 대역은 3 KHz ∼ 30 KHz의 주파수 범위에 있고, 그리고 상기 저주파수 대역은 30 KHz ∼ 300 KHz의 주파수 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수는 300 Hz ∼ 50 KHz인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수는 500 Hz, 1 KHz, 1.5 KHz, 2 KHz, 2.5 KHz, 3 KHz, 4 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 20 KHz 또는 30 KHz인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 부호화 모드는 맨체스터 코드, 차등 맨체스터 코드, 또는 제로 복귀 코드이며, 상기 변조 모드는 온-오프 키잉, 위상 천이 키잉 또는 주파수 천이 키잉인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 방법.
  9. 근접장 통신 시스템에 있어서,
    상기 근접장 통신 시스템은 적어도 하나의 카드 판독기 및 적어도 하나의 모바일 RF 장치를 포함하며,
    상기 카드 판독기는 미리 설정된 전송 매개변수들에 따라 저주파 교류 자기장 신호들을 전송하기 위해 사용되며, 상기 저주파 교류 자기장 신호들은 상기 카드 판독기의 식별 정보를 반송하며, 상기 전송 매개변수들은 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수와 동일하거나 상기 시스템이 교정될 필요가 없는 상기 시스템의 최고 사용 주파수보다 낮은 상기 저주파 교류 자기장 신호들의 주파수를 포함하고, 상기 카드 판독기는 또한 상기 모바일 RF 장치에 의해 RF 채널을 통해 전송되는 정보를 수신하기 위해, 그리고 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 지를 비교하기 위해 사용되며, 상기 정보 내에 있는 상기 카드 판독기의 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하는 경우에, 상기 자신의 식별 정보가 상기 모바일 RF 장치의 식별 정보와 결합되어 결합된 어드레스로서의 기능을 수행하게 됨으로써, 상기 RF 채널을 통해 상기 모바일 RF 장치와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하게 되고;
    상기 모바일 RF 장치는 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 수신하여 모든 거리 지점들 상에서 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 검출하고 상기 저주파 교류 자기장 신호들을 일정한 진폭을 지니고 상기 거리에 상응하는 전압 신호들로 증폭시킴으로써, 상기 모바일 RF 장치를 구비한 단말기가 미리 설정된 전압 한계값 Vt를 사용하여 미리 설정된 유효 거리 범위에 진입했는지를 결정하기 위해 사용되며, 상기 전압 한계값 Vt는 상기 모바일 RF 장치를 구비한 모든 단말기들에 대해 동일한 것이고, 상기 수신된 저주파 교류 자기장 신호들에 상응하는 전압 신호들이 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt보다 크거나 상기 미리 설정된 전압 한계값 Vt와 동일할 경우에, 상기 모바일 RF 장치는 상기 수신된 저주파 자기장 신호들로부터 상기 카드 판독기의 식별 정보를 획득하고, 상기 카드 판독기의 식별 정보를 자신의 식별 정보와 함께 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기에 전송하기 위해 사용되며, 상기 모바일 RF 장치는 상기 RF 채널을 통해 상기 카드 판독기와의 스와이핑 트랜잭션을 수행하기 위해 부가적으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 카드 판독기는 적어도 하나의 저주파 전송 코일, 적어도 하나의 구동기 회로, 적어도 하나의 부호화 회로, 적어도 하나의 제1 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하며, 상기 저주파 전송 코일, 상기 구동기 회로, 상기 부호화 회로, 상기 제1 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로, 상기 RF 안테나는 직렬로 접속되며, 상기 모바일 RF 장치는 적어도 하나의 저주파 자기장 유도 회로, 적어도 하나의 저주파 증폭 회로, 적어도 하나의 한계값 판단 및 복조 회로, 적어도 하나의 제2 메인 프로세서, 적어도 하나의 RF 송수신기 회로 및 적어도 하나의 RF 안테나를 포함하고, 상기 저주파 자기장 유도 회로, 상기 저주파 증폭 회로, 상기 임계값 판단 및 복조 회로, 상기 제2 메인 프로세서, 상기 RF 송수신기 회로 및 상기 RF 안테나는 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 카드 판독기의 부호화 회로 및 구동기 회로 사이에 변조 회로가 제공되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들은 에나멜 선들 또는 PCB 코일들로 형성된 코일들인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 10회보다 많은 권선들인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들의 권선들은 50 ∼ 500회의 권선들인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들은 페라이트 자석 코어들 및 철 코어들로 충전되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들에 의해 둘러싸인 영역은 상기 모바일 RF 단말기의 단면의 폭보다 큰 가장 넓은 단면의 폭을 지니는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 저주파 전송 코일들에 의해 둘러싸인 영역의 단면은 적어도 3 cm의 직경을 갖는 원 영역 또는 3 cm x 3 cm의 정사각형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 저주파 자기장 유도 회로는 PCB 코일들, 에나멜 선들로 형성된 코일들, 홀(Hall) 장치 또는 거대 자기 저항(giant magneto resistance) 장치인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  19. 제9항에 있어서, 상기 모바일 RF 장치는 상기 모바일 단말기에 배치되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  20. 제9항에 있어서, 상기 모바일 RF 장치는 상기 모바일 단말기의 SIM 카드, UIM 카드, USIM 카드, TF 카드 또는 SD 카드에 배치되는 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 모바일 단말기는 셀룰러폰, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant; PDA) 또는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
  22. 제9항에 있어서, 상기 식별 정보는 식별 코드들인 것을 특징으로 하는, 근접장 통신 시스템.
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