無接觸前端裝置和收發器裝置之間的單通信信道的製作方法

2023-05-04 12:35:31 2

專利名稱：無接觸前端裝置和收發器裝置之間的單通信信道的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在無接觸前端裝置和收發器裝置之間交換數據 的方法和裝置。
背景技術：
當今已經使用了多種根據標準ISO/IEC 14443和ISO/IEC 18092的智慧卡。這些智慧卡可被形成為例如具有集成的行動電話功能的 SIM(用戶識別模塊)。而且，這些智慧卡還可被形成為作為用於驗 證過程的專用微處理單元的SAM (安全訪問模塊)。在標準應用中，智慧卡通過模擬信號線路直接連接到天線。然 而，對於另外的智慧卡應用，尤其是當在SIM模塊中採用智慧卡時， 還期望將現有類型的智慧卡與近場通信(NFC)裝置直接連接，而不 需要為智慧卡和近場通信裝置提供單獨的天線。為了將智慧卡和近場 通信裝置彼此連接，為此目的預知通信信道。從標準ECMA-373已知具有兩條線路的近場通信有線接口 (NFC-WI)。而且，從ETSI文件SCPt060577已知智慧卡和NFC 前端裝置之間的單條線路接口。發明內容本發明的一個目的是提供一種無接觸前端裝置和用作安全收發 器裝置的智慧卡之間的改進的單通信信道。根據本發明，提供一種通過單通信信道在無接觸前端裝置和收發器裝置之間交換數據的方法，該方法包括以下步驟從外部RF場 提取在通信信道上交換的數據的時鐘；以及通過符號對數據編碼，其 中，所述符號包括狀態信息，所述狀態信息與收發器上的無接觸卡功 能對單通信信道的同時訪問相關。4這樣，本發明的方法支持智慧卡上的無接觸卡功能的同時訪問。 由於從外部RF場提取了無接觸前端裝置和智慧卡之間的"內部"數 據通信的時鐘周期的事實，因此支持了由外部讀取器發起的被明確定 義了的實時盤點過程(inventory procedure)。在根據本發明的方法 的優選實施例中，單通信信道上的數據的成幀是面向位(比特)的。 因此，該方法很好地適於支持ISO/IEC 14443類型A禾B B、 ISO/IEC 18092、或ISO/IEC 15693的實時需求和防衝突需求。
根據本發明，進一步提供一種用於在無接觸前端裝置和收發器 裝置之間交換數據的單通信信道，其中，通過符號對數據編碼，其中， 所述符號包括狀態信息，所述狀態信息與收發器裝置上的無接觸卡功 能對單通信信道的同時訪問相關。通過利用本發明的單通信信道，有 利地是，多種無接觸卡功能可同時訪問單通信信道，而不會干擾外部 讀取器和專用仿真卡功能之一間的被明確定義了的信息流。
本發明的上述定義了的方面和其他方面將通過將被描述的示例 性實施例變得清楚，並且參照其後的示例性實施例來進行說明。


現在將參照附圖來更詳細地說明本發明
圖1示出了具有無接觸前端裝置、收發器裝置、和布置在它們
之間的單通信信道的RFID通信系統的原理框圖。
圖2在原理上示出了在單通信信道上交換的數據和狀態信息的
成幀。
具體實施例方式
圖1示出了具有無接觸前端裝置10的RFID通信系統100的原 理框圖。無接觸前端裝置10可以例如由電連接到無接觸端(例如， 天線40)的近場通信(NFC)前端裝置形成。通過天線40， RFID通 信系統100能夠通過外部RF場50與外部讀取器(未示出)通信。 通過天線40，無接觸前端裝置10支持符合ISO/IEC 14443或ISO/IEC 15693或ISO/IEC 18092的無線通信。無接觸前端裝置10通過單通信信道30與智慧卡20 (例如，由SIM卡形成)連接。優選的是，單通 信信道30由單條線路形成。但是，在原理上單通信信道30可由無接 觸前端裝置10和智慧卡20之間的無線通信信道形成。智慧卡20優 選地用作安全收發單元，這意味著智慧卡20以具有驗證功能的安全 方式通過單通信信道30將數據發送到無接觸前端裝置10。在智慧卡 20中，可布置和執行多種安全仿真無接觸卡功能21、 22、和23。這 些功能21、 22、和23可例如由讀取器和/或支付功能和/或驗證功能 形成。但是，儘管未清楚地示出，但是也可在智慧卡20上布置和執 行其它的無接觸卡功能。而且，智慧卡20還可由具有集成的驗證功 能的安全訪問模塊(SAM)形成。
在RFID通信系統100的智慧卡20和基帶IC (未示出)之間布 置高速數據連接60 (例如，通過USB協議)，並且可知該高速數據 連接60能夠在智慧卡20和基帶IC之間交換高速數據。由於髙速數 據連接60的硬體需要，使得智慧卡20上能夠用於連接到無接觸前端 裝置10的硬體資源是有限的。因此，期望的是提供無接觸前端裝置 10的智慧卡20之間的改進的單通信信道。
根據本發明，可知與傳統的單通信信道相比具有改進的特性的 單通信信道30。例如，外部讀取器和收發器20之間的傳統RF通信 協議的處理(其處理RF場50上的數據的編碼和成幀、同步比特的 處理、數據幀內的大量數據比特、循環冗餘校驗(CRC)等)是排他 性的，並且完全由智慧卡20處理，優選地在智慧卡20內被處理。因 此，在智慧卡20內處理RF通信協議的有關安全的部分，因此阻止 了對RFID通信系統100的任何有害的間諜攻擊。這樣，有利地是， 不會分離對無接觸前端裝置10的智慧卡20之間的盤點過程的處理。 根據本發明的其它的協議處理了單通信信道30上的數據交換，並且 由無接觸前端裝置IO和智慧卡20二者執行所述其它的協議。為了清 楚起見，所述協議參照下述CP協議("通用協議")。CP協議對 RF協議的數據是透明的，並且具有兩個主要的挑戰。首先，CP協議 傳遞來自RF協議的數據從而以透明或鏡像的方式在單通信信道30 上進行數據傳送。其次，CP協議處理無接觸前端裝置10和智慧卡20之間的狀態信息的交換。
優選地是，單通信信道30提供半雙工性能。有利的是，所述半 雙工性能符合無接觸前端裝置10的要求並且降低了硬體複雜度。因
此，這就支持了單通信信道30的節約成本的實現方式。而且，通過 電壓電平來對單通信信道30上的數據進行編碼。為此，無接觸前端 裝置10能夠將單通信信道30的電信號電平上拉至邏輯"高"電平。 同樣的，智慧卡20能夠將通信信道上的信號狀態拉至邏輯"低"電 平。換言之，邏輯"高"電平總是由無接觸前端裝置IO驅動，而邏 輯"低"電平總是由智慧卡20驅動。
更具體地講，在將時鐘/方向信息和/或數據發送到無接觸前端裝 置IO期間，無接觸前端裝置IO驅動邏輯"高"電平和邏輯"低"電 平變強。在從智慧卡20接收數據期間，無接觸前端裝置IO驅動弱"高" 電平。與此相對應，智慧卡20驅動"低"電平變強。而且，智慧卡 20從未驅動"高"電平。因此，有利的是，智慧卡20上的多種卡功 能21、 22、和23可通過維持單通信信道30上被明確定義了的物理 和邏輯狀態來同時訪問單通信信道30。由於單通信信道30上的信號 狀態由電壓代表的事實，有利的是，標準數字I/0襯墊可被用在智能 卡20上以和單通信信道30電連接。
圖2在原理上示出了通過CP協議在單通信信道30上傳送的數 據幀FR的示例性實現方式。由無接觸前端裝置10從外部RF場50 提取數據幀FR的基本時基tB。為此，無接觸前端裝置10通過算法 根據從外部讀取器(未示出)接收到的信號來計算時基tB。時基tB 優選地具有60納秒至2400納秒之間的長度。因此，單通信信道30 上的數據速率與外部RF場50上的數據速率一致。因此，有利的是， 無接觸前端裝置10內或智慧卡20內的任何種類的數據緩衝都是多餘 的，這是因為上述數據速率沒有差別。而且，時鐘振蕩器25可被布 置在智慧卡20上，並且被預計用來根據單通信信道30上的時基tB 來計算數據速率。為了該計算，對時鐘振蕩器25的技術要求較低， 從而不需要在智慧卡20中實現高質量的時鐘振蕩器25。
作為數據幀FR內的數據傳輸速率的基準的時鐘周期CLK具有3 x tB (佔空比2/3)的長度。如上所述，從外部RF場50提取時基 tB的長度。而且，數據幀FR包括方向位DIR，其定義了無接觸前端 裝置10和智慧卡20之間的數據傳輸的方向。在方向位DIR為"低" 的情況下，將數據從無接觸前端裝置10傳送到智慧卡20。在方向位 DIR為"高"的情況下，將數據從智慧卡20傳送到無接觸前端裝置 10。由於從外部RF場50提取單通信信道30的時鐘CLK的這一事 實，有利的是，無接觸前端裝置10內的單獨的時鐘振蕩器是多餘的。 然而，應該注意到，可預見到任何種類的振蕩器都可在無接觸前端裝 置10中實現。數據幀FR還包括六個所謂的"碼單元"CU。所述碼 單元具有從1至6的編號(CU1至CU6)。如圖2所示，在數據幀 FR的數據部分DATA內，CU6作為最高有效位(MSB)工作，而 CU1作為最低有效位(LSB)工作。方向位DIR和每一個碼單元CU1 至CU6都優選地具有3 x tB的長度。
參照下表更詳細地描述了全部由本發明的CP協議處理的碼單 元CU1至CU6、數據幀FR的位1、位2、位3、和狀態信息的意義
CU6 MSBCU5CU4CU3CU2CUl LSB
位1位2位3符號位1位2位3
11沒有數據幀=狀態信息沒有數據沒有數據
10"0""0""0"
01"1"'T(T
00衝突衝突衝突
表1
表1示出了將數據幀FR內的位(各個碼單元)示例地映射到數 字符號。如表所示，數據幀FR內的位被命名為位1、位2、和位3， 並且被形成為兩個碼單元的組合。數字符號和位l、位2、和位3之 間的映射如下在數據幀FR的數據部分DATA內，CU6是最高有 效位(MSB)，而CUl是最低有效位(LSB) 。 CU6 (MSB)禾tl CU5 一起形成位1， CU4和CU3 —起形成位2，並且CU2和CU1 (LSB)
8一起形成位3。
在單通信信道30上發送針對位1的數字符號"11"的情況下， 這意味著沒有數據在隨後的數據幀FR中被發送。替代的是，在這種 情況下，可發送由位2和位3形成的多個狀態信息。例如，可這樣實 現單通信信道30上的速度改變的開始。而且，可從無接觸前端裝置 10將激活/停用或空閒命令傳送到智慧卡20，反之亦然。這樣，總共 16個不同的狀態消息由位2和位3的組合的可能的16個狀態實現。
而且，在數字符號"10"分配給了位1、位2、或位3任一個的 情況下，這意味著發送數字數據"0"。而且，在數字符號"01"分 配給了位l、位2、或位3任一個的情況下，這意味著發送數字數據 "1"。在外部讀取器開始在智慧卡20上進行無接觸卡功能21、 22、 23的盤點過程的情況下，無接觸卡功能的至少兩個或多個可同時響 應於該盤點過程。這導致了將數字符號"00"分配給位1、位2、或 位3任一個，並且在單通信信道30上發送該數字符號。如果位1、 位2、或位3任一個示出了數字"00"的內容，則這個事實向外部讀 取器指示智慧卡20上的至少兩個無接觸卡功能己經試圖同時訪問單 通信信道30。
因此，在單通信信道30上發送"衝突"狀態。根據該信息， 有利的是，外部讀取器可重複或取消盤點過程，從而獲得智慧卡20 上的全部盤點後的安全仿真無接觸卡功能21、 22、 23的在時間上被 明確定義的響應行為。因此，通過根據本發明的單通信信道30，多 個無接觸卡功能對外部讀取器的盤點過程的響應行為可被良好地構 造。總之，根據本發明的方法允許對智慧卡20上一個以上的無接觸 卡功能21、 22、 23進行仿真。而且，多個智慧卡20可被連接到單通 信信道30，因此還允許對多於一個無接觸卡功能進行仿真。
從圖2和表l可容易看出，對要在單通信信道30上交換的位的 布置是面向位的。因此，結合單通信信道30上的數據速率與外部RF 場50中的數據速率精確匹配的事實，根據本發明的方法支持ISO/IEC 14443的實時和/或防衝突要求。而且，根據本發明的單通信信道30 提供了無接觸前端裝置10和智慧卡20之間的時鐘、數據、和控制信
9息的同時傳送。這提供了從外部RF場50提取時鐘CLK的質量，因 此支持避免RFID通信系統100中的任何種類的數據擁堵。而且，通 過使用本發明，傳統的RF協議和CP協議之間的任何轉換都是多餘 的。這就節約了協議處理的開銷，因此還支持上述實時和防衝突需求 的實現。因此，有利的是，外部讀取器未"意識到"無接觸前端裝置 IO的存在，並且能夠執行與智慧卡20的"直接"通信過程。
還應該注意，儘管本發明已經由根據ISO/IEC 14443或ISO/IEC 18092或ISO/IEC 15693實現的實施例說明，但是本發明不限於這些 標準，而是可應用於具有可比定時需求的任何RFID通信系統。
最後，應該注意，上述實施例描述而非限制了本發明，並且本 領域技術人員能夠在不脫離由所附權利要求限定的本發明的範圍的 情況下設計很多可選實施例。在這些權利要求中，括號內的標號不應 被認為是對權利要求的限制。詞"包括"和"包含"等不排除作為整 體的任何權利要求或說明書中所列出的部件或步驟以外的部件或步
驟的存在。部件的單個標號不排除這些部件有多個標號，反之亦然。 在列舉了幾個裝置的設備權利要求中，這些裝置中的幾個可由軟體或
硬體之一和相同的項實現。在互不相同的從屬權利要求中引用的某些 措施未指示這些措施的組合不能被用於提供優勢。
權利要求
1.一種通過單通信信道(30)在無接觸前端裝置(10)和收發器裝置(20)之間交換數據的方法，該方法包括以下步驟從外部RF場(50)提取用於單通信信道(30)上的數據交換的時鐘(CLK)；以及通過符號對數據編碼，其中，所述符號包括狀態信息，所述狀態信息與收發器(20)上的無接觸卡功能(21，22，23)對單通信信道(30)的同時訪問相關。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，通過電壓來對單通信信道(30)上的數據進行編碼。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中，將單通信信道(30)上的數據構成幀是面向位的。
4. 如權利要求1至3之一所述的方法，其中，能夠以半雙工方式對單通信信道(30)上的數據進行交換。
5. 如權利要求1至4之一所述的方法，其中，能夠通過收發器(20)完全地執行RF通信協議，並且其中，能夠通過無接觸前端裝置(10)和收發器(20)來執行用於單通信信道(30)的協議。
6. 如權利要求2至5之一所述的方法，其中，該方法能夠被執行用於與單通信信道(30)連接的多個收發器(20)。
7. —種用於在無接觸前端裝置(10)和收發器裝置(20)間交換數據的單通信信道(30)，其中，通過符號對數據編碼，其中，所述符號包括狀態信息，所述狀態信息與收發器裝置(20)上的無接觸卡功能(21， 22， 23)對單通信信道(30)的同時訪問相關。
8. 如權利要求7所述的單通信信道(30)，其中，所述單通信信道(30)由單條線路形成。
9. 如權利要求8所述的單通信信道(30)，其中，通過電壓來對單通信信道(30)上的數據進行編碼。
10. 如權利要求7或9所述的單通信信道(30)，其中，能夠以半雙工方式對數據進行交換。
11. 如權利要求7至IO之一所述的單通信信道(30)，其中，能夠通過收發器(20)完全地執行RF通信協議，並且其中，能夠通過無接觸前端裝置(10)和收發器(20)來執行用於單通信信道(30)的協議。
12. 如權利要求7至11之一所述的單通信信道(30)，其中，該方法能夠被執行用於與單通信信道(30)連接的多個收發器(20)。
13. —種RFID通信系統(100)，其包括無接觸前端裝置(10)、收發器(20)和單通信信道(30)，其中，單通信信道(30)連接無接觸前端裝置(10)和收發器(20) 二者，並且其中，根據權利要求1至6之一的方法能夠在收發器(20)上執行用於在如權利要求7至12之一所述的單通信信道(30)上進行數據交換。
全文摘要
一種通過單通信信道(30)在NFC裝置(10)和收發器裝置(20)之間交換數據的方法，該方法包括以下步驟從外部RF場(50)提取用於單通信信道(30)上的數據交換的時鐘；以及通過符號對數據編碼，其中，所述符號包括狀態信息，所述狀態信息與收發器(20)上的無接觸卡功能(21，22，23)對單通信信道(30)的同時訪問相關。
文檔編號H04L25/45GK101542995SQ200780043243
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月22日 優先權日2006年11月23日
發明者克萊門斯·布賴特富斯, 彼得·蒂林格, 賴因哈德·邁因德爾, 馬庫斯·哈尼施 申請人:Nxp股份有限公司