TWI509522B - 射頻裝置、射頻讀取器及相關通訊系統和方法 - Google Patents

Description

射頻裝置、射頻讀取器及相關通訊系統和方法

相關專利申請的交叉引用

本申請為2009年12月31日提交的國際申請PCT/CN2009/076349和2010年3月29日提交的國際申請PCT/CN2010/071395的延續，並分別要求2009年12月9日提交的中國申請No.200910250430.8以及2010年1月29日提交的中國申請No.201010300975.8的優先權，這兩項申請通過引用而全文包含在本說明書中。

發明領域

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種近距離射頻通信系統以及相關方法。

發明背景

移動終端不僅能用於遠距離通信，而且可以用於近距離交易，例如電子支付，並可以作為智慧卡、信用卡或閘禁裝置使用。

不同的移動終端，由於其內部構造和材料的不同，造成射頻信號傳輸的透射效果存在很大差異。那些相當容易透出射頻的移動終端，其射頻通信距離可達到幾米遠。但那些透出射頻能力較差的移動終端，其射頻通信距離可能只有幾釐米。

電子支付的應用，如使用智慧卡支付公共交通費，通常要求交易距離是可控的，如限定在10釐米的範圍內，這樣可以避免讀卡器附近的使用者在不知道或者未授權的情況下產生的交易。同時，還需要保證在交易範圍內通信的穩定和快速。

為避免因不同的移動終端而導致的對RF信號衰減的巨大差異，必須對移動終端進行校準。也就是說，在添加或使用射頻功能之前，必須將移動終端的衰減參數記錄下來。

另一種移動支付技術，近場通信(NFC)，是基於ISO14443標準的非接觸式技術演化而來的。這種技術採用13.56MHz的磁場傳輸信號和能量。使用這種技術，必須採用定制的移動終端或者徹底更換現有的移動終端。

在頻率為13.56MHZ時，讀卡器和卡之間採用電感線圈耦合的方式交換信號和傳輸能量。要求讀卡器能夠同時傳輸能量和13.56MHz的調幅信號，這樣，對於卡上接收線圈的尺寸和面積都有嚴格要求。從卡到讀卡器方向，卡採用短路和開路卡上線圈的負載調製方式而不是依靠外部能量，通過發送場強的方式直接向讀卡器傳輸信息。由於負載調製信號對卡線圈和讀卡器線圈之間要求更好的耦合係數，那麼這些技術對於卡上天線的尺寸和面積就有更多的要求。此外，由於13.56MHz的頻點較低，耦合線圈的尺寸相對較大。

NFC技術的天線線圈尺寸較大，不能適用於SIM卡，SD/TF卡或其他移動終端的卡內。此外，移動終端內的金屬或其他導體將嚴重干擾接收和負載調製的效果。為了達到良好的通信效果，就必須改造移動終端，如手機，通過定制化方式優化天線的效果。這種改造包括，將多軌天線放置到移動終端 電池後蓋上，和通過柔性PCB將天線從終端主機板引到電池背面。這種手機的後蓋不能是金屬材料。

即使有一種NFC天線可以被放置在移動終端裡，13.56MHz頻率產生的信號也會在遇到金屬或其他導體時形成強烈的渦流效應。因此，信號強度會隨著移動終端結構的不同而變化，導致NFC卡接收天線的場強產生巨大波動，從而必須對不同的移動終端進行校準。

基於以上事實，NFC技術要求移動終端內的天線線圈足夠大。這樣的天線線圈不能放入SIM卡，SD/TF卡或者其他移動終端的卡內。此外，移動終端內的金屬和其他導體會嚴重干擾接收和負載調製的效果。因此，為實現良好的通信效果，必須對移動終端進行改造，如定制化方式的手機，以優化天線效果。這種改造包括，如在移動終端電池後蓋上放置多軌天線，或者採用柔性PCB將天線從終端主機板引到電池背面。這種手機的後蓋不能是金屬材料。

例如，在日本，使用手機進行電子支付非常普遍。然而，由於ISO14443技術的局限性，也只能使用這種手機。

中國專利CN 200810142624.1提出了一種控制移動終端射頻通信距離的系統和方法。通過對不同的移動終端進行測試，獲得其各自的RF磁場的近場圖譜，並將其預存在移動終端內。利用探測矩陣測量移動終端附近的RF磁場分佈，並將測量到的磁場分佈與預存的磁場近場圖譜相比較，以得到射頻移動終端與射頻控制終端之間距離的數值(匹配度)。該匹配度可以與預先設置好的射頻移動終端的門限值相比較，以確定當前移動終端是否處於規定的通信距離內。這樣的校準過程相對複雜，且射頻信號會受到其自身場強的影響。

發明概要

本發明提供了一種射頻裝置，包括一個射頻收發器、一個射頻天線，和一個磁信號探測器。可以包含一個用於處理磁場信號的微波控制器。所述磁信號探測器可以是磁模組，或包含多種探測磁場信號的元件。所述射頻收發模組可以是模組，或包含多種元件。

在一種實施方式中，磁探測器包含一個線圈，一個霍爾器件，或磁感應開關。射頻收發器，射頻天線，磁探測器和微波控制器可以全部集成在一個卡體內。磁探測器具有預設的感應距離。磁探測器可以是磁感應和接收模組。

在一種實施方式中，當所述磁探測器未感應到磁場信號時，所述射頻收發器和微波控制器處於休眠狀態；當感應到所述磁場信號時，所述磁探測器將感應到的磁場信號轉化為電信號，且所述射頻收發器和微波控制器被啟動。磁探測器可以預設用於和電信號相比較的門限值，以決定是否啟動射頻收發器和微波控制器。門限值可以被調整。

在一種實施方式中，射頻裝置直接集成在IC卡、SDIO卡、SD卡、MMC卡、主機板或者設備殼體中。IC卡可以是SIM卡。

微波控制器可以是IC卡、SDIO卡、SD卡、MMC卡或主機板上的處理器。射頻裝置可以放置於移動終端或固定終端內。在一些事實例中，移動終端是手機、個人數位助理(PDA)、或筆記型電腦；所述固定終端可以是個人電腦、工業控制電腦、自動存取款機(ATM)、或閘禁控制終端。

本發明還提供了一種射頻讀卡器，包括一個射頻收發器，一個射頻天線，一個用於產生磁場並傳輸磁場信號的磁信號發射器，和一個用於控制磁信號發射器的微波控制器。

在一種實施方式中，所述磁場為非交變磁場。在另一種實施方式中，所述磁場是低頻交變磁場。所述低頻交變磁場的頻率為0.1kHz~100kHz。在一些實施方式中，所述低頻交變磁場的頻率為1kHz~30kHz。在一些實施例中，所述低頻交變磁場的頻率為1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz、30kHz、或50kHz。

在一種實施方式中，磁探測器用於根據微波控制器的指令傳輸幅度可變磁場。磁場為分佈不可變磁場或很少改變分佈磁場，具有預設的有效傳輸距離，並用於將指令信息調製到所述磁場信號中。在一種實施方式中，磁探測器用於通過開關鍵控法或時間調製法將指令信息調製到所述磁場信號中。

本發明還提供了一種通信系統，包括一個射頻裝置，和一個射頻讀卡器。所述射頻裝置和射頻讀卡器用於通過磁場控制通信距離，和通過射頻通道交換信息。

在一種實施方式中，射頻裝置和射頻讀卡器進一步用於通過磁場信號進行識別。射頻裝置和射頻讀卡器進一步用於通過磁場信號和射頻通道進行識別。

本發明還提供了一種通信方法，包括利用磁場控制兩種裝置之間的通信距離，和通過射頻通信在兩種裝置之間交換信息。

在一種實施方式中，所述方法進一步包括通過磁場驗證至少一個裝置。在另一種實施方式中，所述方法包括通過磁場和射頻通信驗證至少一種裝置。

所述兩種裝置可包括一個包含用於感應磁場信號的磁探測器的射頻裝置，一個包含磁信號發射器的射頻讀卡器；所述通信方法可進一步包括所述磁信號發射器將預設指令信息調製到所述磁場信號中，和傳輸所述磁場信號；所述磁探測器在接收所述磁場信號後解碼所述指令信息；所述射頻裝置，基於所屬解碼的指令信息，通過射頻通道向所述射頻讀卡器發送相應的射頻信息；所述射頻讀卡器基於所述射頻信息進行識別；當所述識別通過後，將在所述射頻裝置和射頻讀卡器之間交換信息。

在一種實施方式中，磁場是非交變磁場。在另一種實施方式中，磁場是低頻交變磁場。所述低頻交變磁場頻率為0.1kHz~100kHz，如其頻率為1kHz~30kHz，或如其頻率可為1kHz，2kHz，5kHz，10kHz，20kHz，30kHz，或50kHz。

磁信號發射器可基於預設指令信息傳輸幅度可變磁場，和具有不可變磁場分佈或很少改變磁場分佈。在一種實施例中，調製包括一種開關鍵控法(OOK)或時間調製法。

在一種實施方式中，所述射頻裝置用於通過射頻通道將解碼指令信息直接發送給所述射頻讀卡器；只有當射頻讀卡器接收到的指令信息與預設指令信息相匹配時，所屬識別才能通過。磁場信號發射器可具有預設的有效傳輸距離。磁探測器可具有預設的有效感應距離。

在一中實施方式中，當磁探測器未能感應到磁場，所述射頻裝置的其他部件或模組將處於休眠狀態；當磁探測器感應到磁場時，探測器將感應到的磁場轉換為電信號，並啟動射頻裝置的其他模組或部件。磁探測器具有與轉換後的電信號相比較的門限值，以確定是否啟動射頻裝置中的其他模組或部件。所述門限值可以調整。

根據本發明提供的一種通信方法，包括有限的測量是否射頻裝置置於讀卡器預設的有效通信距離內，基於由射頻讀卡器傳輸的低頻交變磁場信號，被射頻裝置感應，且所述低頻交變磁場信號包括射頻讀卡器的識別信息。所述發明方法進一步包括至少驗證射頻裝置和射頻讀卡器其中之一後，在射頻讀卡器和射頻裝置之間通過射頻通道進行交易。

上述測量步驟可包括，將低頻交變磁場信號轉換成電信號，和將電信號與預設的門限值相比較。具有射頻裝置的不同移動終端的預設門限值大致相同。

所述驗證步驟可包括，發送射頻裝置的識別信息和射頻讀卡器的識別信息，用射頻裝置接收，從射頻裝置到射頻讀卡器，將射頻讀卡器接收到的射頻讀卡器識別信息與該射頻讀卡器自身存儲的識別信息相比較。只有當比較產生匹配結果時，發生交易行為。所述方法可包括，組合位址形式，用於組合射頻讀卡器的識別信息和射頻裝置的識別信息，通過組合位址執行交易。

在本發明的一種實施例中，低頻交變磁場的頻率選擇基於：在該頻率下或低於該頻率，不需要對具有射頻裝置的不同的移動終端進行校準。所述頻率可低於最高的工作頻率f0，此時不需要對不同移動終端進行校準。f0的值通過下述步驟確定，包括(1)確定系統距離的控制目標(Din,Dv)，其中Din表示具 有射頻裝置的終端和射頻讀卡器之間的有效通信距離，Dv表示距離變化範圍，當距離在0~Din的範圍內，可確保完成交易，當距離在Din~(Din+Dv)的範圍內，仍可以執行交易，當距離超過Din+Dv時，交易被禁止。所述步驟進一步包括，(2)確定由射頻讀卡器導致的射頻裝置內檢測信號的波動範圍δ_R；(3)確定有射頻裝置自身導致的射頻裝置內檢測信號的波動範圍δ_C；(4)在f頻率下，測量各種典型終端和障礙物的信號-距離曲線；(5)由系統距離控制控制目標(Din,Dv)確定射頻裝置內的檢測信號的波動範圍δ_A,δ_A等於第一信號值和第二信號值之差，所述第一信號值對應於由各種典型終端及障礙物的信號值距離曲線得到的，具有平均場強衰減曲線斜率的信號值距離曲線上的Din點；第二信號值對應於(Din+Dv)點；(6)確定由終端衰減特性導致的射頻裝置內檢測信號波動範圍δ_T，所述δ_T=δ_A-δ_R-δ_C；(7)計算各種典型終端和障礙物間多點位的最大場強差值δ，當δ>δ_T時，降低頻率f，並重複測量步驟(4)，當δ=δ_T時，當前測試頻率f等於f0。

根據本發明，可根據預設的發射參數發射低頻交變磁場，所述發射參數包括但不限於頻率、調製方式、解碼方式和發射磁場強度振幅Br。所述調製方式、解碼方式以及振幅Br優先選擇使Vr/Vn大於SNR的參數，其中Vr是射頻裝置內的檢測信號，所述射頻裝置處於射頻讀卡器以選定的調製方式和編碼方式傳輸的低頻交變磁場信號的環境中；Vn是射頻裝置內的雜訊幅度，所述射頻裝置處於射頻讀卡器未傳輸低頻交變磁場信號的環境中；SNR是射頻裝置預設的信噪比。在一種實施方式中，編碼方案不採用DC元件。所述載波調製方案不採用振幅波動或載波調製波動。在一些實施方式中，所述編碼方案包含一種曼徹斯特編碼，另一種不同的曼徹斯特編碼，和歸零編碼；所述調製方案包含一種開關鍵控法(OOK)、一種相移鍵控法(PSK)、和頻移鍵控法(FSK)。

本發明方法還可以包括，通過確定門限值信號Vt來確定射頻裝置是否已處於射頻讀卡器預設的有效通信距離內。通過測量各典型終端和障礙物的信號-距離曲線確定Vt，以獲得基準電壓-距離曲線，即各典型終端及障礙物曲線的中位數，距離曲線的上下邊界的電壓幅度均為δ_T/2，在基準信號-距離曲線上選定信號值對應(Din+Dv/2)作為Vt。

低頻交變磁場信號可具有範圍為300Hz~3kHz的超低頻信號，範圍為3kHZ~30kHZ的很低頻信號，或30kHz~300kHz的低頻信號。在一些實施方式中，頻率範圍可約為300Hz~50kHz。如頻率可為500Hz,1kHz,1.5kHz,2kHz,2.5kHz,3kHz,4kHz,5kHz,10kHz,20kHz,or 30kHz。

本發明還提供了一種通信系統，包括A)用於傳輸低頻交變磁場信號的射頻讀卡器，所述低頻交變磁場信號包含射頻讀卡器的識別信息；B)射頻裝置。至少一個射頻讀卡器和至少一個射頻裝置用於根據射頻裝置探測到的低頻交變磁場信號，來判斷所述射頻裝置和射頻讀卡器位於預設的有效通信距離內。進一步，至少一個射頻讀卡器和至少一個射頻裝置，用於通過至少一個低頻交變磁場信號或一個射頻通道，識別其他的射頻讀卡器或者其他射頻裝置，且射頻讀卡器和射頻裝置通過射頻通道相互交換信號。

根據本發明，射頻裝置可用於通過將檢測到的低頻交變磁場信號轉換成的電信號與門限值相比較，以判斷射頻裝置和射頻讀卡器是否位於預設的有效通信距離內。所述電信號可以是電壓信號或是電流信號。

在一些實施方式中，射頻裝置進一步可用於通過低頻交變磁場信號獲取射頻讀卡器的識別信息。所述射頻裝置可進一步將獲取的射頻讀卡器的識別信息以及射頻裝置的識別信息通過射頻通道發送給射頻讀卡器。

在本發明中，所述射頻讀卡器可包括至少一個低頻發射線圈，至少一個驅動電路，至少一個編碼電路，至少一個第一主處理器，至少一個射頻收發電路和至少一個射頻天線。所述低頻發射線圈，驅動電路，解碼電路，第一主處理器，射頻收發電路和射頻天線可串聯。所述系統還可包含一個位於驅動電路和編碼電路之間的調製線圈。

在一種實施方式中，低頻發射線圈為漆包線線圈或PCB線圈。所述低頻發射線圈可超過10匝，如可以為50~500匝。所述線圈可具有鐵氧體磁芯或鐵芯。

所述射頻裝置可包含至少一個磁感應線圈，且所述射頻讀卡器的低頻發射線圈截面可大於磁感應線圈的截面。所述低頻發射線圈可具有直徑為3釐米的圓截面，或具有3cm x 3cm的方形截面。

在一種實施方式中，所述射頻裝置包括至少一個低頻磁感應電路，至少一個低頻放大電路，至少一個門限判斷和解調電路，至少一個第二主處理器，至少一個射頻收發電路和至少一個射頻天線。所述低頻磁感應電路，低頻放大電路，門限判斷和解調電路，第二主處理器，射頻收發電路和射頻天線可串聯。低頻磁感應電路可包含PCB線圈，漆包線線圈，霍爾器件，或巨磁電阻(GMR)裝置。

在本發明的一些實施方式中，射頻裝置可置於終端內。終端可以是移動終端，包括手機，個人數位助理(PDA)，和筆記型電腦。

射頻裝置可為SIM卡，UIM卡，USIM卡，TF卡或SD卡，或射頻裝置可置於SIM卡，UIM卡，USIM卡，TF卡或SD卡上。

在一種實施方式中，識別信息可包含識別碼。

本發明還提供了一種射頻裝置，包括用於從射頻讀卡器接收磁場信號的第一模組，所述磁場信號包含射頻讀卡器的識別信息，所述第一模組進一步用於根據磁場信號做出判斷，以確定射頻裝置是否位於射頻讀卡器有效的通信距離內。所述射頻裝置還包括用於向射頻讀卡器和發送驗證信息和通過射頻通道與射頻讀卡器交換信息的第二模組。

100‧‧‧射頻SIM卡

101‧‧‧第一射頻收發器

102‧‧‧第一射頻天線

103‧‧‧第一微控制器

104‧‧‧接收模組

105‧‧‧SIM卡本體

200‧‧‧射頻讀卡器

201‧‧‧第二射頻收發器

202‧‧‧第二射頻天線

203‧‧‧第二微控制器

204‧‧‧磁信號發射器

501‧‧‧移動終端

502‧‧‧低頻接受模組

503‧‧‧信號強度檢測儀

504‧‧‧發射線圈

505‧‧‧信號源

1100‧‧‧射頻讀卡器

1101‧‧‧第一主處理器

1102‧‧‧介面電路

1103‧‧‧射頻收發電路

1104‧‧‧射頻天線

1105‧‧‧低頻發射線圈

1106‧‧‧驅動電路

1107‧‧‧調製電路

1108‧‧‧編碼線圈

1201‧‧‧第二主處理器

1202‧‧‧SIM/TF/SD卡模組

1203‧‧‧射頻收發線圈

1204‧‧‧射頻天線

1205‧‧‧解調電路

1206‧‧‧低頻磁場感應電路

1207‧‧‧低頻交變磁感應線圈

1301‧‧‧磁場信號

1303‧‧‧電信號

f‧‧‧頻率

f0‧‧‧最高頻率

Br‧‧‧發射磁場強度幅值

Vr‧‧‧測量移動射頻裝置內部固有檢測電壓

Vn‧‧‧檢測電壓內部固有雜訊電壓振幅

Vt‧‧‧預設門限值

第1圖為一種射頻SIM卡實施方式的原理框圖；第2圖為一種射頻讀卡器實施方式的原理框圖；第3圖為簡易磁通信OOK調製方法原理框圖；第4圖是一種通信距離控制系統的實施方式的示意圖；第5圖是距離控制步驟流程圖第6圖是一種近距離通信過程的示意圖；第7圖是將同一ISO 14443 POS機在保持13.56MHz載波恒定情況下放入各種不同移動終端內，測量的電壓-距離曲線；第8圖是為通信系統無校準選擇最高工作頻率f0的選擇系統結構框圖；第9圖是根據距離控制目標(Din,Dv)確定系統檢測電壓的總波動範圍δA的示意圖；第10圖是典型終端和障礙物的電壓-距離曲線及其波動範圍δ的示意圖第11圖是五種不同典型移動終端在f=3.3kHz時的電壓-距離曲線；第12圖是射頻裝置檢測到的無調製的電壓信號和正弦波FSK調製電壓信號波形圖；第13圖基準電壓-距離曲線獲取方法的示意圖第14圖是一種近距離通信系統典型實施方式的示意圖； 第15圖是射頻讀卡器的低頻發射部件示意圖；第16圖是射頻讀卡器低頻數據框架格式示意圖；第17圖是不同終端接收1kHz磁場的電壓-距離曲線。

較佳實施例之詳細說明

根據本發明的典型實施方式，近距離通信方法和系統提供了在一種射頻裝置(如一種射頻卡)或一種射頻移動終端(如手機或個人數位助理)，與一種射頻通信設備(如POS機，或射頻讀卡器)之間安全的可控距離通信方法。

一種射頻讀卡器(如射頻卡讀卡器)可具有一個射頻收發器，一個射頻天線，一個用於產生磁場和傳輸磁場信號的磁信號發射器，和一個用於控制磁場信號發射的微波控制器。在一種實施方式中，所述磁場是非交變磁場。所述磁信號發射器可為磁發射模組，或包含各種產生磁場信號的部件。

根據物理學原理，磁場能量因距離增大而迅速衰減。磁場受周圍環境不大，因此磁場信號相當穩定和可靠。但交變磁場與非交變磁場-如靜態磁場-對材料的穿透能力不同。

交變磁場的磁力線不斷變化。金屬或導體不可避免切斷磁力線，並在金屬或導體內形成渦流，導致損失磁場強度，從而導致削弱磁場的穿透力，如前述基於ISO14443的技術使用13.56MHz交變磁場進行通信。然而，如果將線圈安裝在終端，如手機內部，移動終端的金屬部件和金屬殼會使磁場信號很難發射到行動電話外面。尤其是對於中頻或高頻交變磁場，其頻率一般高於125kHz，甚至高於1MHz，如13.56MHz就會更加明顯。即使部分磁場信號能夠穿透移動終端的殼體，這些信號也不穩定或者太弱以至於不能用於通信。

對於非交變磁場，如靜態磁場，磁力線的方向和位置的變化不大。如果金屬物體接近此產但不移動，就不會在金屬內部產生渦流，且磁場可以很容易的穿過金屬。在一種實施方式中，非交變磁場的穿透能力用於實現可控距離安全通信，但EM(RF)和高頻交變磁場穿過移動終端發射信號困難或著說通信距離不可控制成為有待解決的問題。

非交變磁場具有低速調製，資料交換頻率可低於1kHz。然而在本文所披露的一種典型實施方式中，射頻讀卡器利用該磁場向射頻讀卡器發射非常少量的信息，僅用於身份識別且防止惡意干擾。因此非交變磁場仍然可用。

例如，將射頻裝置(如射頻SIM卡)置於移動終端內，以在移動終端內增加兩個不同的通信通道。

1)第一通信通道是低速、單項通道以實現利用非交變磁場。距離穩定且可控。該通道用於傳輸少量識別信息或驗證信息以避免惡意干擾或受攻擊。射頻讀卡器可根據指令控制磁場信號發射器，用於改變磁場強度，但極少甚至不改變場強分佈以避免產生渦流，這樣可以增強穿透能力。磁感應和接收模組可監測磁場強度的變化以及從從這些變化中獲得信息，以實現從射頻讀卡器到射頻SIM卡的單向信息發送。

2)利用射頻收發器形成高速的第二通信通道，(如射頻通道)已完成身份識別和進行主要交易。識別過程可使用磁通道或射頻通道。

磁場，尤其是非交變磁場具有能量分佈，所述能量分佈隨著距離的增加而迅速衰減，且不容易受環境因素，如金屬物體、導體材料、或人體的影響。因此利用該磁場在近距離傳輸信息是可靠的且可以預知。

典型實施方式提供的近距離安全通信系統是根據磁場屬性而來的。如下述方法可用於實現安全通信：

a)射頻讀卡器的磁信號發射器可具有預設的最大傳輸強度。射頻裝置的磁感應和接收模組可具有預設的接收靈敏度。最大感應距離可為目標距離，如1釐米，2釐米，5釐米，10釐米，15釐米或20釐米等；

b)射頻讀卡器控制磁信號發射器用於根據特定指令發射場強可變磁場。磁場分佈變化很小。射頻讀卡器將其識別信息A1調製到磁場振幅上，射頻裝置的磁感應和接收模組感應磁場振幅變化並提起信息A2.；

c)射頻SIM卡通過射頻讀卡器的射頻通道發出A2，射頻讀卡器從射頻通道獲取信息A3，射頻SIM卡還可在A2中增加其自身的識別信息，以實現雙向驗證過程。

d)射頻讀卡器比較A1和A3，如果相符，則射頻讀卡器將啟動自身的交易行為，切該交易合法。進一步，由於所述磁場不能進行遠距離傳播，意味著通信距離是在預設距離內，今兒可實施正常交易流程。

A1,A2,A3可為相同信息，或者他們可為可處理信息，如預設金鑰的加密代碼。這樣可更好地保護交易的安全性。

在上述步驟b)中，射頻讀卡器可將信息調製到磁場上，且不大幅改變磁場分佈。可採用很多調製方法，包括：

1)開關鍵(OOK)控法。這是一種簡單的調製形式，通過開關磁場信號源來調製信號比特。第3圖是簡易磁通信開關鍵(OOK)調製方法原理圖。如圖所示，在射頻讀卡器上設置一個電磁裝置和一個開關，當開關關閉時電磁裝置啟動，從而產生靜態磁場，當開關打開磁場消除；在射頻SIM卡設置一個磁感應感測器(如霍爾器件)，當存在磁場時，磁感應器件輸出高電平，當不存在磁場時，磁感應器件輸出低電平；按照信息比特為“1”或者“0”順序關閉或打開開關，相應產生磁場或關閉磁場，磁感應感測器就能夠相應順序輸出高電平和低電平，對應信息比特“1”和“0”，實現信息調製和傳輸。

2)時間調製法。通過控制磁發射器的發射時間，磁場調製的時間，磁感應能感應到的磁場時間。在一種實施例中，磁場時間採用二分法，如10ms持續時間對應‘1’，20ms持續時間對應‘0’；

3)其他調製方法，包括曼徹斯特碼(Manchester encoding)、PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)，PPM(Pulse Peroid Modulation，脈衝週期調製)，或其他已知的方法進行通訊。

為降低射頻SIM的功耗，磁感應和接收模組通常可處於休眠狀態，並定期喚醒以檢查是否存在磁場信號。

射頻SIM卡中的磁感應及接收模組可與具有信號處理能力的第一射頻收發器相連接，該第一射頻收發器可探測及提取由磁感應和收發器模組發出的信號，並將信號發送給第一微處理器。

移動終端自身具有近距離射頻通信功能。上述第一射頻收發器可代替SIM卡置於移動終端內，以實現無射頻讀卡器的近距離通信。

磁探測器可為一個線圈，一個霍爾器件或一個磁感應開關。

所述第一和第二射頻收發器可在極高頻段(SHF)工作，很高頻段(VHF)工作或超高頻段(UHF)工作。

在一些實施方式中，磁場為非交變磁場。在其他一些實施方式中，磁場為低頻(如小於100kHz)交變磁場。一般情況下，頻率越低，磁場的穿透能力越強。選擇低頻交變磁場信號，最好使用不低於0.1kHz的頻率，否則將導致磁場信號資料傳輸速率將過低。因此低頻交變磁場的頻率範圍最好約為0.1kHz-100kHz。在一種實施例中，低頻交變磁場的頻率範圍約為1kHz-30kHz。在一些實施例中，低頻交變磁場的頻率約為0.3kHz，0.5kHz，1kHz，2kHz，5kHz，10kHz，20kHz，30kHz，50kHz，60kHz，或80kHz等。

如第1圖所示，射頻裝置，如射頻SIM卡100，包括SIM卡本體105，第一射頻收發器101，第一射頻天線102，用於探測磁場信號的磁探測器，如磁感應和接收模組104，和用於處理所述磁場信號的第一微控制器103。所述第一射頻收發器101可分別與所述第一射頻天線102和第一微控制器103電連接。所述磁感應和接收模組104可與第一微控制器103電連接。

所述磁感應和接收模組104可包含一個傳統螺線管線圈，一個霍爾器件，或一個磁感應開關，或採用霍爾磁感測器配合類比數位(A/D)轉換電路使用。

當磁探測器未探測到磁場信號是，射頻收發器和微控制器可處於休眠狀態；當探測到磁場信號時，磁探測器將磁場信號轉換成電信號；所述電信號或其發出的指令可啟動射頻收發器和微控制器。

預設門限值可用於與電信號相比較，以判斷是否啟動射頻收發器和微控制器。所述門限值可調整。

在一些實施方式中，射頻收發器，射頻天線，磁探測器和微控制器全部集成在IC上。如射頻裝置100是一個IC卡，SDIO卡，SD卡，MMC卡，主機板，或裝置外殼，或者該射頻裝置直接集成在這些卡上。

在一些實施方式中，射頻裝置的微控制器是IC卡，SDIO卡，SD卡，MMC卡或主機板上的處理器。

射頻裝置可置於移動終端或固定終端內。移動終端可為手機，個人數位助理(PDA)，或筆記型電腦；固定終端可為個人電腦，工業控制電腦，ATM機，或閘禁終端。所述移動終端為手機時，其射頻裝置可為可更換的射頻SIM卡。

在一些實施方式中，射頻裝置可不僅為IC卡，而可以擴展為是移動終端內的任何部件。

如第2圖所示，射頻讀卡器200與射頻SIM卡100配套使用。所述射頻讀卡器包括第二射頻收發器201，第二射頻天線202，和第二微控制器203。第二射頻收發器201是分別與第二射頻天線202和第二微控制器203電連接。磁信號發射器204用於產生磁場，並於第二微控制器203電連接。

所述磁場可為非交變磁場，或低頻交變磁場；所述磁探測器可用於根據微控制器發出的指令發射振幅可變磁場；所屬磁場分佈不可變或變化不大；所述磁探測器可具有預設有效通信距離。

所述磁信號發射器204可使用永磁體、直流電磁鐵，或其他磁性元件，且可用於將指令信息調製到所述磁場信號上。如根據預設指令磁場可為振幅可變磁場；所述磁場分佈不可變或變化不大；可通過開關鍵(OOK)或時間調製法將所述指令信息調製到磁場信號上。在低頻開關鍵控法(OOK)中，強磁場用“1”表示，弱磁場或無磁場用“0”表示。這些數位信號被發送給磁感應和接收模組104，並轉化成數位電信號再被轉發到第一微控制器301進行處理。

本發明提供的一種通信系統因此可包含射頻裝置100，和射頻讀卡器200，在它們之間可通過磁場控制通信距離，且可通過射頻通道進行信息交換。

所述通信距離和通信系統包括利用磁場控制兩個裝置之間的通信距離，並通過射頻通信在兩個裝置之間進行信息交換；所述磁場還可用於至少驗證其中一個裝置。在一些實施方式中，磁場和射頻通道都可用於至少驗證一個裝置。如，射頻裝置通過射頻通道直接向射頻讀卡器發送解碼指令信息。僅當射頻讀卡器接受的指令信息與預設的指令信息相匹配時，才能通過驗證。

所述磁信號發射器具有預設有效傳輸距離；所述磁探測器也具有預設有效探測距離。

當射頻SIM卡100靠近射頻讀卡器200時，磁感應和接收模組104感應從磁信號發射器204發出的磁場信號，並將磁場信號轉換成電信號，用於第一微控制器進行處理。第一微控制器103分析磁場強度變化，並提取磁場振幅和其他調製信息(如通過開關鍵控法OOK)，以實現在射頻讀卡器200和射頻SIM卡100之間進行信息傳輸。射頻那讀卡器200和射頻SIM卡100進一步可通過第一射頻收發器101和第二射頻收發器201實現射頻信號通信。

第4、5圖表示在射頻SIM卡100之間進行射頻通信方法，其功能與智慧卡和射頻讀卡器相似。

步驟1，在通常情況下，如當射頻SIM卡100原理射頻讀卡器時，第一射頻收發器101和第一微控制器103處於休眠狀態。射頻SIM卡100不通過射頻收發器發送或接收資料。整個卡處於最低功耗狀態。

步驟2，當射頻SIM卡100靠近射頻讀卡器200時，射頻SIM卡100置於射頻讀卡器100的磁信號發射器204的磁場內，磁感應和接收模組104從磁信號發射器204感應到磁場信號A1。所述磁場信號A1可為開關鍵(OOK)調製信號，或控制磁場發射時間調製的信號。

步驟3，將感應到的磁場信號經過處理轉換成電信號A2，A2將啟動第一射頻收發器101。或者通過設定電信號門限值來確定是否啟動第一射頻收發器。射頻SIM卡100處理信息A2以形成信息A3，通過第一射頻收發器和第二射頻收發器模組產生的射頻通想射頻讀卡器發送信息A3。

步驟4，射頻讀卡器驗證收到的信息A3。由於磁場輻射範圍很近，因此如果射頻讀卡器自己啟動交易行為，則說明該交易是處於有效通信距離內的合法交易行為。如果未通過驗證，射頻讀卡器將中斷通信。

步驟5，如果可確定交易行為合法，所述射頻SIM卡100的第一射頻收發器101和所述射頻讀卡器200的第二收發模組201(通過他們各自相對應的第一和第二射頻天線102,202)交換射頻交易資料。

步驟6，所述第一和第二微控制器103和203完成對交易資料的處理。

在一種實施方式中，由磁感應轉換成電信號而啟動的第一射頻收發器的門限值可調整。

所述門限值可以是類比電路中的電壓值或電流值，或數位電路中的二進位序列。如，若射頻SIM卡100使用二進位碼“10011101”作為數位電路中的啟動門限值，則射頻SIM卡100探測並調製信號“1001101”，兩個射頻裝置相匹配並進入後續通信過程。

第6圖為近距離通信過程的一種典型實施方式的示意圖。如圖所示，射頻讀卡器包括一個低頻信號發生器，一個線圈天線，和一個開關。當開關處於閉合狀態時，低頻信號在線圈上產生低頻交變磁場；當開關打開時，低頻交變磁場消失。所述射頻SIM卡包括一個磁感應線圈或磁場感應器，存在交變磁場時，線圈或感應器輸出交流電；當不存在磁場時，輸出低電平。根據比特“1”或“0”序列閉合或打開開關，所述磁感應器可輸出相應的電信號，繼而通過濾波及OKK解調電路，解調獲取比特“1”和“0”。

第7圖為放置在不同移動終端的線圈接收電路，在同一14441 POS機上保持13.56MHz載波恒定的情況下測量電壓-距離曲線，其中，信號強度是接收天線內的感應電壓經過必要放大後的值，其中放大倍數為恒定值。如圖所示，不同的終端接收到的場強差異大於30dB；同一終端在1~10釐米不同位置場強差異約為25dB。因此，由不同移動終端產生的場強變化超過了在1~10釐米距離控制範圍內的場強變化。

本發明提供的方法和系統中，因移動終端引起的場強變化與前述基於13.56MHz載波技術相比小很多。可通過諸如向終端增加射頻裝置等方式，將近距離通信功能添加到各類終端中。這些終端可在不需要校準的情況下，將傳統手機用於電子支付或實施其他交易行為。這些終端可以為移動終端，如：手機，個人數位助理(PDA)和筆記型電腦。在一種實施例中，射頻裝置可為置於手機內部的射頻SIM卡，並取代沒有射頻功能的傳統SIM卡。在另一些實施例中，射頻裝置可為移動終端的UIM卡，USIM卡，TF卡，或SD卡。所述射頻裝置可為“隨插即用”設備。

所述射頻裝置或配有射頻裝置的終端與射頻讀卡器等讀卡器之間的通信距離對於通信的安全性非常重要。

本發明公開的實施方式提供一種可以有效控制距離的通信方法，以實現近距離通信。所述方法包括由射頻讀卡器發射低頻交變磁場信號，其中低頻交變磁場信號包含射頻讀卡器的識別信息；根據射頻裝置探測到的低頻交變磁場信號，判斷該射頻裝置是否位於所述讀卡器預設的有效通信距離內；驗證射頻裝置；以及通過射頻通道，在射頻讀卡器和射頻裝置之間進行交易。

本發明方法利用低頻交變磁場信號控制距離，因為將射頻裝置(如射頻SIM卡)放入移動終端時，低頻交變磁場信號對於不同終端(如不同型號的手機)的衰減相對較小。射頻，尤其是高頻射頻，用於交易的雙向高速通信，因為高頻射頻波可有效地穿過不同終端進行傳輸。

所述傳輸可以預設的傳輸參數為依據，該參數包括低頻交變磁場的頻率，其中所述低頻交變磁場可小於或等於系統無校準工作的最高頻率f0。

所述判斷過程可包括將低頻交變磁場信號轉換成電信號；將該電信號放大為電壓信號；以及將電壓信號和預設門限值，如電壓門限值Vt，進行 比較。由於低頻交變磁場信號穿過不同終端似的衰減差異不大，對於具有射頻裝置的不同移動終端可預設相同的門限值。因此不需要校準Vt。

所述驗證過程可包括從射頻裝置向讀卡器發送有關射頻裝置和讀卡器的驗證信息；將讀卡器接收到的識別信息和射頻讀卡器內存儲的識別信息相比較；僅當比較結果為相互匹配時才實施交易行為。

可通過射頻讀卡器的識別信息和射頻裝置的識別信息結合形成一組合位址，並可通過該組合位址進行所屬交易。

移動終端內部配有射頻裝置可通過低頻單向通信和射頻雙向通信匹配唯一的射頻讀卡器。匹配完成後，可採用射頻通道進行雙向高速通信以進行大量資料交換。該交易的通信距離可因此被有效控制，且無需對內部具有同樣射頻裝置的不同終端(如手機)進行校準。

在一種實施方式中，本發明提供的近距離通信系統包括，一個射頻讀卡器，用於發射帶有該讀卡器識別信息的低頻交變磁場信號，和一個射頻裝置。射頻讀卡器或射頻裝置，或兩者一起，被用於根據射頻裝置檢測到的低頻交變磁場信號來判斷射頻裝置和射頻讀卡器是否處於預設的有效通信距離內。射頻讀卡器或射頻裝置，或兩者一起，進一步被用於通過低頻交變磁場信號或通過射頻通道來對射頻讀卡器或射頻裝置的其他信息進行識別。

所述近距離通信過程可通過如下a~d步驟來完成：

步驟a，射頻讀卡器發射帶有其自身識別信息的低頻交變磁場信號。預設的傳輸參數包括低頻交變磁場的頻率，其中低頻交變磁場的頻率小於或等於系統無校準工作最高頻率f0。識別信息可包含識別碼(ID)。

低頻交變磁場的頻率可設置為高頻截止點附近頻譜上3dB頻寬所對應的頻率。

一般低頻交變磁場頻率越低，不同典型終端衰減的差異越小。利用這個特性，頻率選擇系統(如第2圖所示)選擇衰減差異足夠小的頻點以實現無校準的距離控制。標準信號源通過標準磁場發射線圈傳輸低頻交變磁場信號，且各種典型終端通過典型障礙物檢測該信號。可將檢測到的磁信號轉換或放大成諸如電壓信號或電流信號的電信號。通過調整低頻交變磁場的頻率f，可選定f0使系統工作頻率ff0，在距離發射線圈平面中心相同的位置，不同典型終端和典型障礙物間的電信號差異在預設範圍δ_T內。因此，當ff0時，無需對不同終端進行校準；當f>f0時，則需要校準。所述f值越高，需要校準的終端越多，以補救其衰減不同的特性，且補救方式也隨之更複雜。f0可為一次性選擇，且f0一旦選定，則無需在系統運作過程中改變f0。

第8圖為通信系統無校準工作的最高頻率f0的選擇系統示意圖。選擇系統包括一個包含信號源505和低頻磁場發射線圈504的發射系統，以及一個包含典型移動終端501和障礙物，信號強度檢測儀503(如電壓表、示波器、頻譜儀等)的接收系統。所述移動終端505內部具有低頻接受模組502。所述信號源505可產生固定振幅的正弦波信號，通過發射線圈504發送。

所述低頻接受模組502接收低頻信號，將其轉換成電信號，並通過專用信號線發送給信號強度檢測儀503。信號強度檢測儀503檢測接收到的電信號。通過改變移動終端和射頻讀卡器的距離，可以獲得該移動終端和障礙物在頻率f條件下的電壓-距離曲線。改變移動終端和障礙物，可得到多條不同曲線；改變頻率f也可得到不同曲線。

在步驟a中，系統校準工作的最高頻率f0可通過下述步驟確定：

步驟101，確定系統距離控制目標(Din,Dv)，其中Din表示，內置射頻裝置的終端與射頻讀卡器之間的有效通信距離。在有效通信距離內，可確保射頻裝置和射頻讀卡器之間的交易(與傳統讀卡器系統中的刷卡交易類似)。Dv 表示距離變化範圍，在Din到Din+Dv的範圍內，交易仍可完成；但超過Din+Dv，交易被禁止。0~Din+Dv稱為控制距離。

例如，在一系統中，Din=5釐米且Dv=5釐米，(5cm,5cm)表示在5釐米範圍內可確保所有終端進行交易，在5~10釐米範圍內，仍可以進行部分交易，當超過10釐米範圍後，交易被禁止。根據具體應用確定具體的控制距離。

步驟102，確定有射頻讀卡器導致的射頻裝置檢測電壓的波動範圍δ_R。

讀卡器裝置上的低頻發射線圈可具有不同的發射場強，如發射參數波動導致的發射場強的不同，這將導致移動終端射頻裝置檢測到的電壓的波動。所述發射參數波動可由諸如驅動電壓的波動、線圈參數的波動、溫度變化等所導致。δ_R可通過射頻讀卡器的設計或生產過程來控制，如可對生產出的射頻讀卡器進行校準。由於f可以選擇很低的頻率，因此可很好的控制δ_R，如在4dB以內。

步驟103，確定射頻裝置自身產生的檢測電壓的波動範圍δ_C。

射頻裝置可具有參數變化從而導致檢測電壓的波動。所述參數變化可包括，如接收天線誤差、放大增益誤差、校驗器或類比-數位(AD)轉換器誤差、溫度及噪音變化等。δ_C可通過射頻讀卡器的設計和生產過程來控制。由於f可以選擇很低的頻率，因此可很好的控制δ_R，如在4dB以內。

步驟104，在頻率f下，測量各種典型終端和障礙物的電壓-距離曲線。

在實施步驟4之前，需要先選定典型終端和典型障礙物。典型終端的選擇可基於，諸如終端的金屬或導體結構的總量等條件。終端的金屬或導體結構越多，衰減越大。移動終端可選擇塑膠外殼、不同厚度的金屬外殼、和 不同的尺寸。用於測試的終端應選取能覆蓋低頻交變磁場信號下典型的衰變特點的終端。一些典型的代表性終端足以用於本處的測量需要。

為了避免由個別移動終端產生的過大差異，可對個別終端的交易進行認證和單獨測試，以確保這些終端可完成交易。典型障礙物可包括移動終端常見的的各種形狀的材料，如塑膠、鋁、銅、鐵、不銹鋼等。在諸如典型障礙物的衰減效果測試過程中，所述典型障礙物被放置於射頻讀卡器和射頻裝置之間。

步驟105，根據系統距離控制目標(Din,Dv)，確定射頻裝置的檢測電壓波動範圍δ_A，其中(Din,Dv)等於第一電壓和第二電壓的差值，所述第一電壓對應於電壓-距離曲線上的Din，該電壓-距離曲線是由各典型終端和障礙物的電壓-距離曲線得到的平均場強衰減曲線的斜率；所述第二電壓對應(Din+Dv)。

第9圖是根據系統距離控制目標(Din,Dv)確定總檢測電壓波動範圍δ_A的示意圖。Din對應電壓值V1，Din+Dv對應電壓值V2，δ_A=V1-V2。

步驟6，通過移動終端的衰減特徵確定射頻裝置檢測電壓的波動範圍δ_T，其中δ_T=δ_A-δ_R-δ_C。

步驟7，計算各典型終端和障礙物在控制距離範圍內，各點上的最大場強差異δ(也稱變化範圍)。若δ>δ_T，則減小頻率f，並重複測量步驟；若δ<δ_T，則增加頻率f，並重複測量步驟；若δ=δ_T，則測試頻率等於系統無校準工作的最高頻率f₀。

第10圖為典型終端和障礙物的電壓-距離曲線及其變化範圍δ的示意圖。如圖所示，衰減最大的終端或障礙物對應的電壓-距離曲線稱為最大衰減曲線，衰減最小的中斷或障礙物對應的電壓-距離曲線稱為最小衰減曲線。這兩條曲線之間的區域稱為典型終端和障礙物的電壓-距離曲線分佈區間。任一距離 D在最小衰減曲線上對應電壓值V3，在最大衰減曲線上對應電壓值V4，且δ=V3-V4。

因此在距離控制目標內，可確定系統工作最高頻率f0。所述系統可採用信號調製，或直接直接發送基帶信號。只要系統的主要頻率分量不高於f0，則距離可控其無需校準。

舉例說明f0的確定過程。第11圖為5個不同典型移動終端在f=3kHz時，測量的電壓-距離曲線。如圖所示，系統距離控制目標為(5cm,5cm)。在0~10釐米範圍內，電壓變化範圍約為40dB。由射頻讀卡器和射頻移動射頻裝置引起的電壓變化均為4dB，即δ_R=δ_C=4dB，δ_A=20dB,δ_T=δ_A-δ_R-δ_C=12dB。如果5種典型終端可代表該系統的使用所有終端，那麼在曲線不同距離上的最大差異大約為12dB，因此，f0可確定為3.3kHz

在步驟a中，發射參數還可包括調製方式、編碼方式和發射磁場強度幅值Br。所述發射參數按如下方法選擇：移動終端內射頻裝置檢測並放大轉化後的低頻交變磁場信號，所得信號在相應距離位置上具有固定振幅。

第12圖為由射頻裝置檢測到的(a)無調製電壓信號和(b)正弦波FSK調製的電壓信號的波形圖。如圖所示，檢測電壓為包含解調信息的可變電信號。所述信號可以是具有直流分量的交流電壓信號，也可以是不具有直流分量腳邊電壓信號。所述振幅固定是指交流分量的最大變化在不同符號(+,-)間恒定。

可按照以下a11~a13步驟選擇調製方式、編碼方式或Br。

步驟a11，選擇無平均直流分量的解碼方式，如曼徹斯特碼編碼，差分曼徹斯特編碼或歸零編碼等。

步驟a12，選擇振幅無變化的或調製方式無變化的載波調製方式。載波可以為正弦波、脈衝波、三角波等，調製方式可以是開關鍵控法(OOK)、 相移鍵控法或頻移鍵控法(FSK)等。當採用無調製方式時，編碼後的基帶信號可直接由發射線圈通過驅動電路直接發射。

步驟a13，按照以下方法選擇Br：在低於f0工作頻率、編碼方式以及載波調製方式下，選擇具有典型雜訊的終端，選擇一個用於移動射頻裝置內部磁場檢測和放大的增益參數，當射頻讀卡器未發射低頻交變磁場信號時，測試移動射頻裝置的檢測電壓內部固有雜訊電壓振幅Vn，然後在射頻讀卡器用選定的調製編碼方式發射低頻交變磁場信號時，測量移動射頻裝置內部固有檢測電壓Vr，選擇Br，使Vr/Vn>SNR，其中SNR是移動射頻裝置的信噪比。通常情況下，SNR越大越好；但若移動射頻裝置的SNR過大，則因射頻讀卡器需要巨大功率而很難實現。因此，一般選取SNR=10。一旦SNR確定，Br可通過上述方法確定。

步驟b，射頻裝置在各距離點上接收低頻交變磁場信號，將信號轉換並放大至固定振幅的電壓信號上。通過預設門限值Vt，可進一步確定射頻裝置是否位於預設有效距離內。對於配有相同射頻裝置的不同終端，可設有相同的Vt。

步驟b，Vt可通過一下步驟201~203確定：

步驟201，在選定的發射參數下，測量各典型終端和障礙物的電壓-距離曲線，其中發射參數包括低頻磁場信號頻率，調製方式、編碼方式和發射磁場強度幅值Br。

步驟202，獲取基準電壓-距離曲線，即各種典型終端和障礙物的電壓-距離曲線的中位數曲線，該曲線離上下限曲線距離均為δ_T/2，如第13圖所示。

步驟203，在基準電壓-距離曲線上選擇對應於(Din+Dv/2)電壓值Vt，如第13圖所示。

步驟c，如果選擇的信號大於或等於預設門限值，則認為射頻裝置已進入預設有限發射距離，且射頻裝置通過接收的磁場信號獲得射頻讀卡器的識別信息，再將接收到的射頻讀卡器識別信息同射頻裝置的識別信息一起通過射頻通道發送給射頻讀卡器。

步驟d，射頻讀卡器接收射頻裝置通過射頻通道發送的信息，比較接射頻讀卡器接收到的的識別信息是否與射頻讀卡器內存儲的識別信息相一致。若一致，則利用射頻讀卡器的識別信息和射頻裝置的識別信息形成組合位址，射頻裝置可通過射頻通道完成交易行為。所述交易可包括，如電子支付、充值、消費和識別等。

根據典型實施方式，所述低頻交變磁場信號可具有範圍在300Hz~3kHz的超低頻率，範圍在3kHz~30kHz的很低頻率，或範圍在30kHz~300kHz的低頻率。

例如，低頻交變磁場信號可具有範圍約為300Hz~50kHz的頻率。在其他一些事實例中，低頻交變磁場信號頻率可約為500Hz 1kHz,1.5kHz,2kHz,2.5kHz,3kHz,4kHz,5kHz,10kHz,20kHz,or 30kHz。

本發明公開的典型實施方式包括低頻磁場單項通信通道和射頻電磁場高速雙向通信通道，這避免了傳統NFC系統中所產生的天線問題以及因終端不同而導致的信號衰減差異過大的問題，因為NFC系統僅採用了13.56MHz單信號通道進行雙向通信。

在本發明公開的一種實施方式中，射頻讀卡器利用低頻單向通道向射頻裝置發送其唯一的識別信息(IDr)，射頻裝置利用射頻雙向通道將其唯一的身份識別信息(IDc)與IDr一起發回給射頻讀卡器。射頻讀卡器驗證返回的IDr，以實現射頻讀卡器與射頻裝置的唯一綁定。所述唯一綁定的這套裝置可通過射頻雙向通信通道進行大量的資料交換，直到交易完成。

為實現上述近距離通信方法，本近距離通信系統包括，一個射頻讀卡器，用於發射帶有該射頻讀卡器識別信息的低頻交變磁場信號，和一個射頻裝置，其中射頻裝置或射頻讀卡器中至少一個用於根據射頻裝置感應到的低頻交變磁場信號，判斷所述射頻裝置和射頻讀卡器是否置於預設有效通信距離內。如射頻裝置可根據接收到的磁場信號強度，用諸如電壓的電信號來衡量，並與預設門限值Vt進行比較，以判斷他是否位於射頻讀卡器的有效通信距離內。

射頻讀卡器或射頻裝置中至少一個可進一步用於通過低頻交變磁場信號或射頻通道，驗證其他射頻讀卡器或射頻裝置。如射頻讀卡器可通過對射頻讀卡器內儲存的識別信息和從射頻裝置發回的識別信息進行比較，來驗證射頻裝置。如果通過驗證，則IDr和ID可形成組合位址，射頻讀卡器和射頻裝置之間可通過射頻通道進行交易。

在一種典型實施方式中，通信系統通過以下電路來實現。射頻讀卡器可包括至少一個低頻發射線圈，至少一個驅動電路，至少一個編碼電路，至少一個第一主處理器、至少一個射頻收發電路以及至少一個射頻天線。所述低頻發射線圈、驅動電路、編碼電路、第一主處理器、射頻收發線圈以及射頻天線可依次串聯。在一種實施方式中，調製線圈可置於驅動線圈和編碼線圈之間。

射頻讀卡器可被看做具有低頻發射模組，該模組包括低頻發射線圈，驅動電路、編碼電路，也可以包括調至電路；以及具有射頻收發器，該收發器包括第一主處理器、收發線圈以及射頻天線。

所述射頻裝置可包含至少一個低頻磁場感應電路，至少一個低頻放大電路，至少一個門限判斷和解調電路，至少一個第二主處理器，至少一個射頻收發線圈，和至少一個射頻天線。所述低頻磁場感應電路、低頻放大電路、門限判斷和解調電路、第二主處理器、射頻收發電路和射頻天線可順次串聯。

所處射頻裝置可被看做具有低頻接收模組，該接收模組包括低頻磁場感應電路、低頻放大電路，和門限判斷和解調電路；以及具有射頻收發模組，該收發模組包括第二主處理器、射頻收發電路和射頻天線。

在一種實施方式中，低頻發射線圈可為漆包線線圈或PCB線圈。在一種實施例中，低頻發射線圈可超過10匝。在其他實施例中，低頻發射線圈可約為50~500匝。所述低頻發射線圈可具有鐵氧體磁芯或鐵芯。所述低頻發射線圈橫截面可大於射頻裝置內磁感應線圈的橫截面。如，橫截面可為一圈直徑為3釐米的圓，或3cm x 3cm的正方形。

低頻磁感應線圈可包括一個PCB線圈，一個漆包線線圈，或一個巨磁電阻裝置(GMR)

所述射頻裝置放置於移動終端內，如手機，個人數位助理(PDA)，或筆記型電腦。在一些實施方式中，射頻裝置可為移動終端內的SIM卡、UIM卡、USIM卡、TF卡或SD卡，或置於移動終端中。

近距離通信系統的原理舉例說明如下：

A.選擇f0的方法和系統如前述內容

B.距離的測量和控制可按如下方法實現：

射頻讀卡器根據距離控制目標，以預設發射參數，持續發送頻率f<f0的低頻交變磁場信號。該信號通過調製或直接基帶傳輸的方式攜帶資料幀。所述資料幀可包含射頻讀卡器唯一的識別碼IDr，或其他類型的識別信息。

當配有射頻裝置的移動終端靠近射頻讀卡器時，低頻交變磁場信號將穿過移動終端到達到終端內部的射頻裝置。射頻裝置檢測各距離點上的磁場信號，將該信號轉換並放大為幅值固定的電壓信號。當電壓幅值低於射頻裝置的預設門限值Vt時，則認為該移動終端位於有效交易距離外，交易被禁止。當典雅幅值高於Vt時，則認為移動終端在有效交易距離內，低頻接收模組開始 解碼並獲取IDr。另一方面，射頻裝置的電壓信號與射頻裝置和射頻讀卡器之間的距離存在一一對應關係，所述對應關係可由電壓-距離曲線確定。根據該對應關係，可以通過電壓信號確定距離，因此可間接獲得所述距離大小。Vt和發射參數的選擇可為一次性工作，選定之後，無需在系統運行過程中進行更改。

C.射頻裝置和射頻讀卡器的匹配過程：

該匹配過程唯一。在一種實施例中，所述射頻裝置從低頻信號中獲取IDr，並將該IDr發送到射頻裝置的第二主處理器，第二主處理器將IDc與獲取的IDr一起通過射頻收發器發送給射頻讀卡器。射頻讀卡器接收IDr和IDc，並確認具有該識別碼IDc的射頻裝置發回正確的IDr，以確認該射頻裝置所在通信終端是唯一的交易終端。

D.交易過程：

射頻讀卡器和射頻裝置通過射頻通道建立唯一的通信鏈路。所述兩件裝置因此可以實現識別和其他交易所需要的過程，這些過程可通過射頻通道迅速完成。由於前述過程確保這樣的匹配只能在預設的有效通信距離內建立，因此全部交易只能在預設有效通信距離內完成。

第14圖給出近距離通信系統一種典型實施方式的示意圖。所述系統包括一個射頻讀卡器1100和一個射頻裝置1200。射頻裝置1200置於移動終端內部，通過移動終端的通信介面與移動終端進行資料交換。

射頻讀卡器1100包含第一主處理器1101，用於低頻、高頻和其他控制過程。第一主處理器1101通過介面電路1102或直接連接到外部通信介面。編碼線圈1108用於將低頻資料幀逐比特進行編碼。調製電路1107用於編碼輸出符號的載波進行調製，並將該調製信號發送給驅動電路1106，或如果不需要調製，直接將編碼信號發送給驅動電路1106。驅動電路1106用於驅動低頻發射線圈1105以產生低頻交變磁場1301。低頻發射線圈1105、驅動電路1106、調製電 路1107以及編碼電路1108組成低頻發射模組，該模組發射場強可調整或預設強度。低頻發射線圈1105通常包括一個具有特定形狀和較多匝數線圈。射頻收發電路1103通過射頻天線1104發送和接收射頻信號。

射頻裝置包括第二主處理器1201，用於低頻控制、射頻模組控制和程序控制，還用於和移動終端進行通信。SIM/TF/SD卡模組1202為移動終端SIM/TF/SD卡本身，並由卡類型確定。低頻磁場感應電路1206用於放大電信號已獲得低頻檢測電壓信號1303。門限判斷和解調電路1205用於將預設門限值Vt與電壓信號1303進行比較。當電壓信號未達到Vt時，不允許解調或進行交易；當電壓信號到達Vt時，電路1205解調信號，並將解調後的信號發送給第二主處理器1201。射頻收發線圈1203用於通過射頻天線1204，與射頻讀卡器上的射頻接收模組進行雙向通信。

系統利用預設門限值進行無校準的距離檢測和控制。如射頻讀卡器1100根據預設發射參數發射低頻交變磁場信號1301。射頻裝置1200接收磁場信號並將其轉換成電壓信號1303，並根據Vt判斷射頻裝置是否位於預設有效通信範圍內。對於不同終端擁有不同門限值Vt，但不需要對不同終端的Vt進行修改(或校正)。將低頻單向通信和射頻雙向通信組合，該雙通道通信將射頻讀卡器1100和射頻裝置1200唯一匹配。在一種實施例中，射頻裝置1200將IDc與IDr一起通過射頻通道發送給射頻讀卡器1100，射頻讀卡器1100確認返回的IDr是否正確。

工作流程舉例說明如下：

(I)選擇系統基本參數，包括射頻頻率、f0、讀卡器發射參數、以及Vt。

1.選擇射頻頻率。

在一些實施方式中，射頻頻率在2400~2483MHz(2.4G)ISM頻段，以實現高速通信和對各種終端的穿透能力。也可採用其他頻率，如433MHz，900MHz，5GHz等。

2.選擇f0

對於典型的GSM移動通信終端，為實現距離控制在0~10cm，一般f0<10kHz。如f0=500Hz，1kHz，1.5kHz，2kHz，2.5kHz、3kHz，5kHz等。

3.選擇射頻讀卡器發射參數。

這些發射參數包括如調製方式、編碼方式、和Br。

第15圖為射頻讀卡器的低頻發射部件示意圖。參照第14圖，射頻讀卡器低頻發射線圈包含驅動電路1106，調製電路1107，以及編碼電路1108。驅動電路1106驅動低頻調製信號發送到低頻發射線圈1105上。

調製電路1107可使用各種調製方式。

1)載波調製：編碼電路1108產生基帶信號並通過調製電路1107調製載波。載波可以為正弦波，方形波及三角波等。調製可使用開關鍵控(OOK)、相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)等。調製後的信號通過驅動電路1106載入到低頻發射線圈1105上。

2)無調製直接基帶發射：編碼電路1108產生基帶信號，通過驅動電路1106直接載入到低頻發射線圈1105上。

3)其他調製方式：在所述實施方式中，門限值Vt為電壓幅值，調製方式不使用幅度調製，但其他所有能保持電壓幅值恒定的調製方式均可用於這種實施方式。

編碼電路1108可採用各種編碼方式：

a)曼徹斯特編碼：比特1編碼為兩個符號01，比特0編碼為10。

b)差分曼徹斯特編碼：使用兩種比特符號序列：01和10。比特1與前述符號序列編碼不同，比特0編碼相同。反過來編碼亦可。

c)其他編碼方式：在所述實施方式中，門限值Vt為電壓幅值，低頻調製信號一般應穩定保持在平均值，編碼序列不應含有直流分量。因此，所有具有平均直流分量為0的編碼方式均可用於本實施方式。

利用上述方法選定調製方式和編碼方式後，Br也可選定。例如調整線圈參數，如匝數、直徑、形狀等。

4.選擇Vt。

上述方法已選定Vt。

上述參數的是一次性選擇，一旦選定，則不需要改變這些參數。

(II)參數選定之後的系統工作流程如下：

步驟A100：距離測量及控制。射頻讀卡器1100的第一主處理器1101產生含有IDr的資料幀，並將該資料幀發送給編碼電路1108進行編碼。編碼後的信號通過調製電路1107或不經過調製直接發送到驅動電路1106上。該信號繼而通過預設框架格式、調製方式、編碼方式和驅動能力，被發送至發射線圈1105上用於發射。發射線圈1105利用預設框架格式連續發出低頻磁信號1301。當移動終端靠近射頻讀卡器時，磁場信號1301穿過移動終端到達射頻裝置1200。射頻裝置1200的低頻交變磁感應線圈1207檢測低頻信號，轉換並將其放大為電信號1303。當放大的電信號1303大於Vt時，不允許交易；否則認為射頻裝置處於有效交易距離內，低頻接收電路開始解碼並獲取IDr。另一方面，電壓信號與距離具有一一對應關係，且由電壓-距離曲線確定。根據該對應關係，可通過電壓信號確定距離。

步驟A100中所述資料框架格式定義如下： 第16圖為讀卡器低頻數據框架格式示意圖。如圖所示，每幀分為如下域：同步域：8比特，通常為FFH，用於幀同步；控制域：8比特，用於提供資料的解幀信息，如長度、資料類型等，可預留位置用於擴展。

IDr：N比特，射頻讀卡器唯一的識別碼，由控制域制定；CRC：校驗控制域和IDr；可使用迴圈冗餘校驗(CRC)或其他方法。

前述框架格式僅為框架格式的一種示例，可用於本發明公開的實施方式。一般任何可唯一識別射頻讀卡器的框架格式都可以使用。唯一的識別碼可為足夠長度的亂數，或人為的指定碼，或其他識別碼。

步驟A200，射頻讀卡器1100唯一匹配射頻裝置1200。射頻讀卡器和內部配置有射頻裝置1200的移動終端也唯一匹配。射頻裝置獲取IDr再將IDr發送給射頻裝置的第一主處理器1201，該主處理器1201將IDc與IDr一起通過射頻收發電路1203和射頻天線1204發送給射頻讀卡器1100。射頻讀卡器1100驗證從帶有唯一的IDc的射頻裝置1200返回的IDr正確，並接受該射頻裝置1200作為交易過程中唯一的通信終端。由於IDr的編碼確保該射頻讀卡器和附近其他射頻讀卡器的識別碼不同，帶有識別碼IDc的射頻裝置將確認其和帶有識別碼IDr的射頻讀卡器進行唯一通信。因此，射頻裝置和射頻讀卡器形成唯一的匹配或相互綁定，並可通過綁定地址(IDr,IDc)相互識別。在匹配完成後，這兩個裝置之間將通過射頻通道準確無誤的進行通信。匹配完成後，也完成距離控制過程，通過射頻通道進行交易之至完成該交易。

在步驟A200中，射頻裝置唯一的識別碼IDc可為預存儲代碼，該代碼可預存於諸如射頻裝置的非動態記憶體(NVM)，或由射頻裝置產生的一組足夠長的亂數。

步驟A300：交易過程。射頻讀卡器1100和射頻裝置1200通過射頻通道建立唯一的通信鏈路。這兩個裝置因此可實現識別和其他交易需要的過程，這些過程可通過射頻通道迅速完成直至完成交易。因為前述A100~A200確保只能在預設有效通信距離內建立通信，所以全部交易只能在預設有效通信範圍內進行。交易過程一般為公知的POS及交易過程，不在本發明中描述。

射頻裝置1200的低頻磁感應電路1207可包含一個PCB線圈，一個漆包線線圈，或一個霍爾元件，或其他感應磁場變化的元件。所述磁感應電路1207用於感應低頻磁場信號1301，並將感應到的信號1301轉換成電信號。在優選實施方案中，電路1207適合置於IC卡，如手機SIM卡內，用射頻SIM卡替換傳統的SIM卡，所述手機則增加了射頻和磁近距離通信性能。

本發明公開的一些實施方式中至少包括以下優勢，如：無需改變移動終端，即可向移動終端增加安全雙向近距離通信性能，即根據本發明公開的具體實施方式，用替換SIM卡，TF卡，SD卡或者其他隨插即用式卡的方式實現。在一種實施方式中，射頻讀卡器發射低頻交變磁場信號，射頻裝置僅需要接收該磁場信號，由此形成單向通信。此外，射頻裝置不需要通過來自射頻讀卡器的磁場傳輸能量，因此磁感應線圈和射頻裝置內其他的接收電路可小型化或微型化。如射頻裝置可集成在SIM卡、TF卡、SD卡或類似卡中。由於接收到的信號很弱，射頻裝置可需要在其中增加一個放大電路。射頻裝置還具有射頻收發電路，以形成與射頻讀卡器的射頻收發電路的雙向高速通信。如前所述，射頻天線可非常小，以便集成到SIM卡、TF卡、SD卡或類似卡上。

如前所述，在低於選定頻率f0時，系統無需校準工作。對於工作頻率高於f0的系統，雖然距離控制會變得更複雜，需要進行校準工作，但仍可被接受。這些並不與前述各項具體實施方式及本發明原理相衝突。

本發明公開的系統和方法減少了由於各種移動終端結構不同而產生距離控制不同的影響。第17圖為不同終端在接收1kHz磁場內測量的電壓-距離曲線。信號強度在經必要的放大係數放大。如圖所示，由不同終端導致的差異小於5dB，而各終端在1~10釐米不同距離上產生的信號差異可達40dB。因此使用預設Vt，由各終端不同所產生的距離控制誤差約為1釐米，可以滿足在無校準情況下控制距離。

本文公開的為本發明的優選實施方式，並不用以限制本發明。凡在本發明精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

100‧‧‧射頻SIM卡

101‧‧‧第一射頻收發器

102‧‧‧第一射頻天線

103‧‧‧第一微控制器

104‧‧‧接收模組

105‧‧‧SIM卡本體

200‧‧‧射頻讀卡器

201‧‧‧第二射頻收發器

202‧‧‧第二射頻天線

203‧‧‧第二微控制器

204‧‧‧磁信號發射器

Claims (79)

1. 一種射頻器件，包括一個射頻收發器、一個射頻天線、和一個磁信號探測器；其中，磁信號從一種射頻讀取器發出，所述磁信號攜帶有所述射頻讀取器的身份標識信息，所述磁信號探測器根據接收到的所述磁信號判斷所述射頻器件是否和所述射頻讀取器在有效通信距離內，所述射頻收發器向所述射頻讀取器發射認證信息，並通過一個射頻通道與所述射頻讀取器進行交易；其中，所述認證信息包括所述射頻器件接收到的所述射頻讀取器的身份標識信息和所述射頻器件的身份標識信息。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，其中所述磁信號探測器控制該射頻器件與所述射頻讀取器之間的通信距離。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，其中所述磁信號探測器包括螺線管線圈、霍爾器件或磁感應開關。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，還包括一個微控制器，其中所述射頻收發器、射頻天線、磁信號探測器和微控制器均集成在一個積體電路卡內。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，還包括一個微控制器，其中若所述磁信號探測器未檢測到磁信號，所述射頻收發器和微控制器處於休眠狀態；當所屬磁信號探測器檢測到磁信號時，所述磁信號探測器將檢測到的所述磁信號轉換成電信號，啟動所述射頻收發器和微控制器。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的一種射頻器件，其中所述磁信號探測器預設有門限值，將所述門限值與所述電信號進行比較以決定是否啟 動所述射頻收發器和微控制器。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的一種射頻器件，其中所述門限值可調整。
8. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，其中所述射頻器件直接集成在IC卡、SDIO卡、SD卡、MMC卡、設備主機板或設備殼體上。
9. 根據申請專利範圍第8項所述的一種射頻器件，其中所述IC卡為SIM卡。
10. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，還包括一個微控制器，其中所述微控制器是IC卡、SDIO卡、SD卡、MMC卡或設備主機板的處理器。
11. 根據申請專利範圍第1項所述的一種射頻器件，其中所述射頻器件置於可移動或固定終端中。
12. 根據申請專利範圍第11項所述的一種射頻器件，其中所述可移動終端包括手機、個人數位助理(PDA)或筆記型電腦；所述固定終端包括個人電腦、工業控制電腦、自動存取款機(ATM)或閘禁終端。
13. 根據申請專利範圍第1項的一種射頻器件，其中所述射頻器件根據接收到的磁信號來確定所述射頻器件是否與所述射頻讀取器在預設的有效通信距離內。
14. 根據申請專利範圍第13項的一種射頻器件，其中所述射頻器件對比將磁信號轉換成的電信號和預設的門限值來確定所述射頻器件是否與所述射頻讀取器在預設的有效通信距離內。
15. 根據申請專利範圍第14項的一種射頻器件，其中所述門限值由一種 裝有所述射頻器件的終端的信號-距離曲線確定。
16. 根據申請專利範圍第14項的一種射頻器件，其中所述電信號包括電壓信號或電流信號。
17. 根據申請專利範圍第1項的一種射頻器件，其中所述磁信號包括一種低頻交變磁信號。
18. 根據申請專利範圍第17項的一種射頻器件，其中所述低頻交變磁信號頻率選擇的使得在低於或等於該頻率時，安裝有所述射頻器件的不同移動通信終端不需校準。
19. 根據申請專利範圍第17項的一種射頻器件，其中所述低頻交變磁信號的頻率處於特低頻頻段的300Hz~3kHz，或甚低頻頻段的3kHz~30kHz，或低頻頻段的30kHz~300kHz。
20. 一種射頻讀取器，包括一種射頻收發器、一個射頻天線、和一個磁信號發射器；其中，所述磁信號發射器包括一個低頻發射線圈發送包括所述射頻讀取裝置身份標識信息的低頻交變磁信號；其中，所述射頻讀取器將由所述射頻讀取器從有效通信距離內的所述射頻器件接收到的身份標識信息與存儲在射頻讀取器中的身份標識信息進行比較來認證；其中，所述射頻讀取器從所述射頻器件接收到的身份標識信息包括所述射頻讀取器通過低頻交變磁信號發送的所述射頻讀取器的身份標識信息。
21. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號包括非交變磁場。
22. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號包括低頻交變磁場。
23. 根據申請專利範圍第22項所述的一種射頻讀取器，其中所述低頻交變磁場的頻率在0.1kHz至100kHz。
24. 根據申請專利範圍第22項所述的一種射頻讀取器，其中所述低頻交變磁場的頻率在1kHz至30kHz。
25. 根據申請專利範圍第22項所述的一種射頻讀取器，其中所述低頻交變磁場的頻率為1kHz,2kHz,5kHz,10kHz,20kHz,30kHz，或50kHz。
26. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，還包括一個微控制器，其中所述磁信號發射器根據所述微控制器的指令發射幅度可變磁場。
27. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號包括不改變磁場分佈或很少改變磁場分佈的磁場。
28. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號發射器具有預設的有效發射範圍。
29. 根據申請專利範圍第20項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號發射器將指令信息調製到所述磁信號中。
30. 根據申請專利範圍第29項所述的一種射頻讀取器，其中所述磁信號發射器通過開關鍵控制法或時間調製法將指令信息調製到所述磁信號中。
31. 一種通信系統，包括一個射頻器件和一個射頻讀取器，其中所述射頻器件和射頻讀取器通過磁信號控制通信距離，並通過射頻通道進行 信息交換；其中，所述射頻讀取器發射攜帶所述射頻讀取器的身份標識信息的低頻交變磁信號，所述射頻讀取器和射頻器件中的至少一個裝置：(A)根據所述射頻器件檢測到的低頻交變磁信號，確定所述射頻器件和所述讀取器是否在預設的有效通信距離內，(B)認證所述射頻讀取器或所述射頻器件中的另一裝置，該認證通過所述低頻交變磁信號或一個射頻通道中的至少一個完成，所述射頻讀取器和射頻器件通過所述射頻通道執行交易；其中，所述射頻器件從低頻交變磁信號中獲取所述射頻讀取器的身份標識信息；其中，所述射頻器件將獲取到的所述射頻讀取器的身份標識信息和所述射頻器件的身份標識信息通過所述射頻通道發送給所述射頻讀取器。
32. 根據申請專利範圍第31項所述的一種通信系統，其中所述射頻器件和射頻讀取器通過所述磁信號進行身份認證。
33. 根據申請專利範圍第32項所述的一種通信系統，其中所述射頻器件和射頻讀取器通過所述磁信號和射頻通道共同進行身份認證。
34. 根據申請專利範圍第31項的一種通信系统，其中所述射頻器件比較由所述檢測到的低頻交變磁信號轉變過來的電信號和一個門限值，來判斷所述射頻器件和所述射頻讀取器是否在預設的有效通信距離範圍內。
35. 根據申請專利範圍第34項的一種通信系统，其中所述電信號包括電 壓信號或電流信號。
36. 根據申請專利範圍第31項的一種通信系统，其中所述射頻讀取器包括：至少一個低頻發射線圈、至少一個驅動電路、至少一個編碼電路、至少一個第一主處理器、至少一個射頻收發電路和至少一個射頻天線。
37. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中所述低頻發射線圈、驅動電路、編碼電路、第一主處理器、射頻收發電路、射頻天線串聯連接。
38. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中所述驅動電路和編碼電路之間還設有調製電路。
39. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中所述低頻發射線圈為漆包線線圈或PCB線圈。
40. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中，所述低頻發射線圈的匝數大於10圈。
41. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中，所述低頻發射線圈的匝數為50~500圈。
42. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系统，其中，所述低頻發射線圈內填塞有鐵氧體磁芯或鐵芯。
43. 根據申請專利範圍第36項的一種通信系統，其中所述射頻器件包括：至少一個低頻磁感應電路、至少一個低頻放大電路、至少一個門限判斷及解調電路、至少一個第二主處理器、至少一個射頻收發電路和至少一個射頻天線。
44. 根據申請專利範圍第43項的一種通信系统，其中所述低頻磁感應電 路、低頻放大電路、門限判斷及解調電路、第二主處理器、射頻收發電路、射頻天線串聯連接。
45. 根據申請專利範圍第43項的一種通信系统，其中所述低頻磁感電路包括PCB線圈、漆包線線圈、霍爾器件或巨磁阻器件。
46. 根據申請專利範圍第31項的一種通信系统，其中射頻器件置於終端中。
47. 根據申請專利範圍第46項的一種通信系统，其中所述終端為移動終端，包括手機、個人數字助理(PDA)或筆記本電腦。
48. 根據申請專利範圍第31項的一種通信系統，其中所述射頻器件為SIM卡、UIM卡、USIM卡、TF卡或SD卡，或所述射頻裝置置於SIM卡、UIM卡、USIM卡、TF卡或SD卡中。
49. 一種通信方法，包括：利用磁場控制兩個裝置之間的通信距離；以及通過射頻通信在所述兩個裝置間交換信息；其中，所述兩個裝置包括一種射頻器件和一種射頻讀取器，所述利用磁場控制所述兩個裝置之間的通信距離包括根據一種低頻交變磁信號來確定所述射頻器件是否與所述射頻讀取器在預設的有效地通信距離內，所述低頻交變磁信號由所述射頻讀取器發射並由所述射頻器件檢測，其中所述低頻交變磁信號攜帶有射頻讀取器的身份標識信息；其中，將所述射頻器件的身份標識信息和所述射頻器件接收到的所述射頻讀取器的身份標識信息，從所述射頻器件發送到所述射頻讀取器，將所述射頻讀取器接收到的所述射頻讀取器的身份標識 信息與儲存在所述射頻讀取器中的身份標識信息進行比較，若結果相符則執行所述交易。
50. 根據申請專利範圍第49項所述的一種通信方法，包括：通過所述磁場對至少兩個裝置之一進行認證。
51. 根據申請專利範圍第49項所述的一種通信方法，包括：通過所述磁場和射頻通信共同對至少兩個裝置之一進行認證。
52. 根據申請專利範圍第49項所述的一種通信方法，其中所述通信方法還包括：所述磁信號發射器將預設的指令信息調製到所述磁信號中，並發送該磁信號；所述磁信號探測器在收到所述磁信號後對所述指令信息進行解碼；所述射頻器件根據解碼後的所述指令信息，通過射頻通道將相應的射頻信息發送給所述射頻讀取器；所述射頻讀取器根據所述射頻信息進行身份認證；若身份認證通過，所述射頻器件和射頻讀取器進行信息交換。
53. 根據申請專利範圍第49項所述的一種通信方法，其中所述磁場為非交變磁場。
54. 根據申請專利範圍第49項所述的一種通信方法，其中所述磁場為低頻交變磁場。
55. 根據申請專利範圍第54項所述的一種通信方法，其中所述低頻交變磁場的頻率在0.1kHz至100kHz。
56. 根據申請專利範圍第54項所述的一種通信方法，其中所述低頻交變磁場的頻率在1kHz至30kHz。
57. 根據申請專利範圍第54項所述的一種通信方法，其中所述低頻交變磁場的頻率為1kHz,2kHz,5kHz,10kHz,20kHz,30kHz或50kHz。
58. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述磁信號發射器根據預設指令信息發射幅度可變磁場。
59. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述磁場為不改變磁場分佈或很少改變磁場分佈的磁場。
60. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述調製為開關鍵控制法或時間調製法。
61. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述射頻器件通過射頻通道將解碼後的指令信息直接發送給所述射頻讀取器，僅當射頻讀取器收到的指令信息與預設指令信息相符時，身份認證通過。
62. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述磁信號發射器具有預設的有效發射距離。
63. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中所述磁信號探測器具有預設的有效檢測距離。
64. 根據申請專利範圍第52項所述的一種通信方法，其中如果所述磁信號探測器未檢測到磁場，所述射頻器件的其他部分處於休眠狀態；如果所述磁信號探測器檢測到磁場，所述磁信號探測器將檢測到的磁信號轉換成電信號，並啟動所述射頻器件的其他部分。
65. 根據申請專利範圍第64項所述的一種通信方法，其中所述磁信號探測器預設有與所述轉換後的電信號進行比較的門限值，以決定是否啟動所述射頻器件的其他部分。
66. 根據申請專利範圍第65項所述的一種通信方法，其中所述門限值可 調。
67. 根據申請專利範圍第49項所述的通信方法，其中所述確定有效通信距離的步驟包括：將所述低頻交變磁信號轉換成電信號；比較所述電信號和預設的門限值，其中裝載有所述射頻器件的不同移動終端具有相同的所述預設門限值。
68. 根據申請專利範圍第49項所述的通信方法，還包括將所述射頻讀取器的身份標識信息和所述射頻器件的身份標識信息結合成一個組合地址，該所述組合地址被用於執行所述交易。
69. 根據申請專利範圍第49項所述的通信方法，其中所述低頻交變磁場可以選擇頻率，在低於或等於該頻率時，安裝有所述射頻器件的不同移動通信終端不需校準使。
70. 根據申請專利範圍第69項所述的通信方法，其中所述頻率低於系统工作的最高頻率f0，低於該頻率時，對安裝有所述射頻器件的不同通信終端不需校準，其中f0通過以下步驟確定：確定系統的距離控制目標(Din，Dv)，其中Din表示裝載有所述射頻器件的終端和讀取器間的有效通信距離，Dv表示距離波動範圍，在距離為0-Din的範圍內可以確保執行交易；在距離為Din-(Din+Dv)的範圍內仍允許執行交易，距離大於Din+Dv的範圍不允許交易；確定射頻讀取器導致的射頻器件檢測信號的波動範圍δR；確定射頻器件本身導致的射頻器件檢測信號的波動範圍δC； 在測試頻率f下，測量各種典型終端及障礙物的距離曲線；根據系統的距離控制目標(Din，Dv)確定射頻器件內檢測信號的波動範圍δA，其中δ_A等於第一信號值和第二信號值之差，其中所述第一信號值對應於由各種典型終端及障礙物的距離曲線得到的具有平均場強衰減曲線斜率的平均距離曲線上Din點的值，所述第二信號值對應於平均距離曲線上(Din+Dv)點的值；確定由終端衰減特性造成的射頻器件檢測信號的波動範圍δ_T，其中δ_T=δ_A-δ_R-δ_C；計算各種典型終端及障礙物間在不同位置上的最大場強差異，若δ大於δ_T，則降低測試頻率f，重複測量步驟；若δ等於δ_T，則當前測試頻率f等於f0。
71. 根據申請專利範圍第69項所述的通信方法，其中所述低頻交變磁場根據預設的發射參數發射，所述發射參數包括頻率、調製方式、編碼方式以及發射磁場感應強度幅度Br。
72. 根據申請專利範圍第71項所述的通信方法，其中所述調製方式、編碼方式以及Br值的選擇使Vr/Vn>SNR，其中：Vr是在射頻讀取器用選定的調製方式和編碼方式發送低頻交變磁信號條件下，射頻器件上檢測到的信號；Vn是在射頻讀取器未發送低頻交變磁信號條件下，射頻器件上的噪聲水平；SNR是射頻器件預設的信噪比。
73. 根據申請專利範圍第72項所述的通信方法，其中所述編碼方式不引入平均直流分量。
74. 根據申請專利範圍第73項所述的通信方法，其中所述調製方式不引入幅度變化及調製方式變化。
75. 根據申請專利範圍第71項所述的通信方法，其中所述編碼方式包括曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼或歸零碼之一，所述調製方式包括並關鍵控法、相移鍵控法或頻移鍵控法之一。
76. 根據申請專利範圍第70項所述的通信方法，其中還包括設定一個的信號門限值Vt，判斷射頻器件是否與所述射頻讀取器在預設的有效通信距離內，所述Vt通過以下步驟確定：測量各種典型終端和障礙物的信號距離曲線；求取基準信號距離曲線，基準信號距離曲線是典型終端及障礙物的信號距離曲線的中間值，其距離典型終端及障礙物的信號距離曲線的上邊界及下邊界都為δT/2；選定信號值Vt，Vt為基準信號距離曲線上對應於(Din+Dv/2)點處的信號值。
77. 根據申請專利範圍第49項所述的通信方法，所述低頻交變磁信號的頻率處於特低頻頻段300Hz~3kHz或甚低頻頻段3kHz~30kHz或低頻頻段30kHz~300kHz。
78. 根據申請專利範圍第77項所述的通信方法，所述低頻交變磁信號的頻率為300Hz~50kHz。
79. 根據申請專利範圍第78項所述的通信方法，所述低頻交變磁信號的頻率為大約500Hz、1kHz、1.5kHz、2kHz、2.5kHz、3kHz、4kHz、5kHz、10kHz、20kHz或30kHz。