从转发器到读写器的数据传输方法和方案,特别是使用移动式通信设备的付款方案

摘要

本方法和方案可主要用于非现金支付应用的数据传输，尤其适用于使用RFID和/或NFC平台的移动通信设备实现的非现金支付应用。具有不同频率的信号在接收器(1)和发射器(2)的天线系统(M)中组合，随后载波信号从组合的信号结果中被分离，传输的数据被解调。频率之间的差异具有对应由接收器(1)预设的副载波频率大小的值。在传输过程中，变压器的连接系数的值可以是k＝0,2-0,001，而接收器(2)的天线被狭窄地调谐到的发射器频率，而不考虑副载波频率。发射器最好置于存储卡(6)上或在具有存储卡(6)的格式和接口的卡上，例如微SD卡。

说明书

技术领域

本发明涉及当运行空间中变压器连接弱时发射器和接收器之间的非接触式 射频数据传输。首先，在非现金支付方案中，发射器和接收器是转发器和读写 器的形式。本发明还描述了降低噪声水平与实现数据传输的整合，其特别涉及 RFID平台和/或NFC平台的读写器。

背景技术

在数据传输期间，利用载波和副载波信号来使用传输的信息的振幅或相位 调制是常见的。ISO14443描述了A或B调制的条件是具有13.56MHz频率的 载波信号。在发射器内将传输的数据调制成副载波频率，而副载波频率与基本 的载波信号组合。结果将是频率与传输数据叠加，其由接收器中从接收的频谱 分离的载波信号来探测。对于短程数据传输，采用接收器和发射器的天线系统 之间的变压器连接。采用变压器连接时，频率信号不需要被积极传输；如果转 发器天线的感应电路在需要的频率上短路，该频率信号是足够的。转发器一侧 产生的变化可以在接收器的天线输出中测量到。这种配置在卡和卡的读写器之 间的非接触式通信中是常见的。

在屏蔽或较偏远的转发器的传输过程中，变压器的连接弱，系数是 k＝0,2-0,001，其大大恶化了通信信道的传输特性。然而，转发器的天线系统必 须能够传输包括载波和副载波频率的频谱。图1中示出了这种情况。在特定的 条件下，例如转发器被屏蔽或干扰的情况下，需要提高系统的传输特性，在无 需增加辐射功率的条件下以降低噪声和改善正被接收的信号的接收效果。

现有的技术方案能够实现从非接触式卡(例如支付卡，如果卡在读写器的 运行空间内，并且卡不被屏蔽或干扰的情况下)进行可靠的数据传输。随着移 动通信设备新功能的开发，将支付卡放置到移动通信设备中成为一种趋势，它 恶化了成对的转发器与读写器的传输特性；恶化取决于在常见的非实验室条件 下何时发生传输失败。此外，在其他传输系统的情况下，需要减少噪声和提高 天线系统的调节的可能性。

这些技术方案如在专利文件WO2004/107595A1，EP2101278A2， US5955950，WO2005/104022A1，EP1403963B1，CN 201075228中描述了能更 好地探测接收的信号或天线调节可能性的连接；但是，这些总是需要接收器方 面的改变，但在弱的变压器连接中传输是无法明显改善的。需要这样一种能提 高系统的传输特性而不需要对已使用的读写器的硬件和软件进行任何改变的技 术方案。

可以通过新的、专门设计尺寸的发射器-接收器对来大体上解决该技术问 题。然而，如果在商业实践中使用例如被大量使用的POS终端的读写器形式的 接收器，实际上是不可能广泛而迅速的普及新的读写器的。首先，在引入新的 传输信道期间会产生问题，该新的传输信道是基于位于根据Logomotion的其他 解决方案的移动电话的可移动存储卡上的非接触式通信元件的。适用于一般技 术人员的常见方案不能用于解决这个问题。

发明内容

本方法在很大程度上消除了上述缺陷，其中使用发射器和接收器天线感应 的变压器连接将数据从发射器传输到接收器。在这种情况下，接收器传输载波 信号并分析从它的天线输出端接收到的载波频率与具有数据的调制副载波频率 组合的形式的信号。本发明的主题在于发射器传输具有与接收器传输的载波频 率不同的频率的信号。这种频率的差异不是由误差造成的，是特意并具有显著 作用的。频率的不同在副载波频率的范围内，该接收器预设使用该频率。来自 接收器的载波信号的传输也为接收器提供能量。常见的方案是，发射器中载波 信号的接收启动发射器中应用程序的运行。需要理解的是元件的命名方式-发 射器是本发明中描述为在监测阶段发送数据的元件，虽然从物理的角度来看， 发射器也可以是电源供应信号的接收器。本发明保护的主题大体上是一个数据 流过程，因此，能够将元件命名为-发射器和接收器-即使这些功能在两种传输 的情况下可以互换。

接收器分析从它的天线输出端接收到的信号，该信号是载波频率和调制副 载波频率组合的形式，这一事实确定了此处所描述的方法涉及的情况，在这种 情况下接收器按照目前使用的方法处理调制的信号。但是，在现实中应用它时 发射器不传输副载波频率。

改变发射器的传输频率，而不是接收器的载波频率，这样就不需要改变在 接收器一侧对接收信号的评价方法，也不需要改变接收器的连接。可在载波频 率值的两侧预设传输频率的改变，即传输频率可低于或高于接收器的载波频率 值。

由于相互间的距离小，变压器连接是在由接收器的天线和发射器的天线形 成的天线系统中建立的。数据传输过程中，接收器将其载波频率发送到天线， 发射器将不同频率的调制信号发送到天线，之后，不同频率的信号在相互的天 线系统中组合。

如果频率载波信号fr(频域中的ωr)具有幅度R并且第二频率ft(ωt) 具有振幅T和相位φ，其中fr≠ft，并且ωr＝ωt+Δω，随后基本公式 可被修改为：

在接收器中分析接收器天线的输出。接收器天线的输出具有与转发器使用 负载调制在具有副载波信号调制的载波频率上传输的同样的特性。然后，从频 率组合的结果，在接收器中转发信号载波，获得的结果对应于调制的副载波信 号，尽管发射器没有实际使用副载波信号。可以通过调制从这个信号接收传输 的数据，在现实中数据甚至被直接调制成传输频率。一个重要因素是，由于可 用带有新发射器的已有的接收器，这种配置的接收器不改变数据处理方法。反 向数据流的方向可以与现有的相同。

如本发明所述，如果接收器传输与接收器的天线相互感应以外的信号，被 传输的信号将不对应副载波频率的使用，因为发射器不发送该信号，并且预期 标准信号结构的接收器也不能评价这种信号。只有当相互感应产生时，合并不 同频率的物理效应才发生。这些频率之间的差异被有意地设置为预期的副载波 频率的范围。以这样的方式接收到的信号被接收器以与目前已有的相同的方式 处理。本发明的重大贡献在于，它不要求改变现有的接收器一侧。接收器将位 于例如移动电话内，具体地位于一些SD卡格式的卡上。在实现无现金支付的 过程中，位于存储卡上的具有发射器的移动电话接近POS终端的读写器内的接 收器。信号在卡内产生，并作为载波频率被调制成具有与接收器产生的频率不 同的频率。来自接收器的信号与来自接收器的信号组合，形成一个具有混合信 号形式的信号，该信号按照现有的结构出现在接收器内。随后接收器、读写器 按照已有的普遍处理方式处理合并组合后的信号。

它适用于由转发器的频率而不是的相位变化直接调制传输 的数据。足以使传输的频率的相位在调制期间在每个基本单位时间-etu内改变 一次。此方法使相位变化的数量更小，这种情况降低了对转发器一侧调制管理 的要求，也降低了噪声。

所述方法能够在发射器和接收器之间的变压器连接中操作，这种方法的优 点主要出现在变压器连接系数k＝0,2-0,001的弱变压器连接中。

从使用现有的接收器的角度来看，适用于载波信号fr具有13,56MHz±7kHz 的频率。信号载波频率与发射器频率之间的差异完全由载波频率形成，最好是 由1/16的载波频率形成，其对应847kHz。从硬件的角度来看，这种频率之间 的关系是有利的，它可以使用现有的电子元件进行频率的划分，并且从符合现 行标准的角度来看也是有利的。发射器产生的频率ft的值将为 13,56MHz+847kHz＝14,4075MHz，还具有±7kHz的相同容差。

接收器一侧检测到的信号对应于载波频率的常见负载调制的情况。然而， 在目前的方案和方法中，必须在副载波信号的每个半波改变天线的负载，即在 13,56MHz的载波频率的情况下，大约每0.6μs改变天线的负载。根据本发明 的方案和方法，每1etu发生一次变化是足够的，因此大约是每9.3μs。改变的 带宽越小，产生具有噪声功率值＝10.log(16)＝12dB的噪声更小。

根据本发明的数据传输方法能够将发射器的天线调制到窄的传输频率，而 不必考虑天线对副载波频率的传输特性。在现实中，发射器不使用副载波频率。 副载波频率只在频率干扰时出现。接收器期望接收到副载波频率；根据 ISO14443的配置，在接收器的天线输出上没有副载波信号，这将防止任何通信 的发生。

优先的方案是，发射器将是转发器，而接收器将是例如RFID和/或NFC 平台的读写器。所述方法在发射器位于移动通信设备上或移动通信设备中(优 选是位于卡上)的传输过程中将得到广泛应用，所述卡(以可移除的方式)位 于移动通信设备的槽内。在这种情况下，实际上不可能增加转发器连接系数， 并且改善传输特性是本发明中所述方法的主要特点。发射器天线调整为对应于 传输频率的窄频率特性。在反向数据的情况下使用不同的频率，由于读写器传 输具有明显更高的能量，甚至具有较高的频谱，不会造成发射器/转发器任何一 侧的传输困难。

所述数据传输方法适用于无现金支付方案，特别是通过移动通信设备的无 现金支付方案。重要的优点是所述方法不需要在处理过程中或在接收器一侧(即 读写器一侧)的硬件上发生任何变化。读写器例如可以是POS终端设备的通信 元件。在反向数据流从接收器到发射器的传输过程中，传输过程与现有的常用 方法是相同的。但是，在这类情况下的数据流，因为读写器可以带有明显更高 的能量传输，系统的传输特性没有问题。

为实现根据本发明所述的方法，用于数据传输的转发器(同时使用接收器 和发射器的天线感应的变压器连接)的方案也得到了所需的保护。此方案包含 天线、调制和解调元件，其主题实质上还包括具有与接收器的频率不同的频率 的电磁波发生器。在接收器和发射器间的天线感应的变压器连接中使用电磁波 发生器的方案并不常见，因为到目前为止，使用的是发射器一侧的负载调制。 我们的方案是发生器将是电磁波振荡器并且传输数据连接至振荡器的输入端。

由于转发器形式的发射器能够在反向数据流期间操作，发射器的解调元件 将连接到朝向传感器电阻感应的转向点。要消除解调元件中入口处的电压峰值， 将通过电感器连接解调元件。来自扫描感应的转向点设置成接收器的频率信号 载波的水平。可从接收到的电磁场确保发射器电路的供电电源，在这种情况下， 发射器可看作一个被动的元件，但也可以由它自己的电源保证供电电源。根据 这一方案，如果将发射器设置在移动电话的存储卡内，可以通过该卡的接口给 发射器供应能量。

本发明所述的方案和方法方便了转发器一侧的信号调制，降低了噪声，并 且能够严密且有效地调整转发器的天线。即使变压器连接薄弱，这些作用也改 进了传输特性，其创造了从位于移动电话插槽内的卡上进行高质量数据传输的 先决条件。本发明所述的方案和方法也可用于其他传输方案中，例如：从移动、 振荡元件和类似的数据传输过程中，从传感器电流分离数据传输。本发明的方 案和方法可优化来自用于医药、汽车技术和类似的传感器的数据传输中的传输 系统。这里提到的频率值是合理设置的并且对应于现有规范和标准，但是它可 以将所述的频率组合方式应用于完全不同的频率值，因为频率组合器中副载波 信号的产生是基于波一般有效的显化的。

附图说明

图1-6更详细的描述了本发明。在图1中，描述了现有的载波和副载波频 率传输过程中傅里叶变换FFT谱。载波频率值为13.56MHz，副载波为+847 kHz。在整个曲线中做标记的频谱曲线对应于现有的传输副载波频率的传输系 统。虚线代表天线调谐到如本方案所述的一个窄的频率的情况，其将天线调整 到窄的峰值。载波频率信号的水平增加，但在圈中的副载波信号被“削减”了。

图2是示出了读写器和应答器之间的连接的方框图，其中接收器是POS终 端读写器，发射器以NFC转发器形式设置在移动电话内存卡内。位于图下部的 左侧的接收器的框图和右侧的发射器的框图的位置对应于POS终端和移动电话 的左右位置。位于图下部的左侧的接收器的框图和右侧的发射器的框图的布局 对应POS终端和移动电话的左右位置。振荡器的标记旁边的不同标引强调了发 射器和接收器频率有意地不同。在发射器的连接中，描述了优选使用电感器和 扫描仪电阻。

图3是来自朝向转发器的POS终端的读写器的数据流方向的系统传输。整 个曲线代表基于频率的信号水平。虚线是阶段过程。图4是来自对着POS终端 的读写器的转发器的数据流方向的系统传输，其中我们可以看到，与反向的数 据流相比，数据传输大约弱30dB。虚线是阶段过程。

图5是接收器天线上的模拟信号过程，这是由与调制的信号组合的频率产 生的。图6是带有解调数据的副载波信号的过程。

具体实施方式

在该示例中，具有放置在移动电话10内的可移动的存储卡6；存储卡6 还包含支付卡功能。为了在支付卡与POS终端9之间通信，使用(使用两种不 同的频率的)数据传输方法。POS终端9包含非接触式支付卡读写器8。该卡 需要顺序地接近读写器8的运行空间以便于即将建立的通信连接。位于移动电 话10插槽内的包含通信元件的支付卡6的位置降低了支付卡上的通信元件所有 接近读写器8的运行空间的中心的可能性。同时，移动电话10的插槽设计主要 为了插入一般的存储卡6，通信元件产生了不期望的屏蔽，部分插槽主体由金 属形状的外壳制成。根据本发明的通信元件包含发射器2，在本例中它直接放 在微型SD卡上。卡6的形式不限制本发明扩展，未来可以以任何形式使用本 发明。存储卡6和对应的插槽的持续小型化会降低卡6上通信元件的有效放置 的可能性；但是所述的方案解决了这个问题。通信元件使用NFC平台。在真实 环境和移动电话10被正常握在用户手中时，变压器连接系数为k＝0,2-0,001。

传输的数据的内容和结构可以是不同的，在这个例子中有必要在支付流程 中的通信和授权过程中处理数据。移动电话10的拥有者为其设备配备存储卡6， 该存储卡6配备有发射器2。由此，他扩展了移动电话10的功能。在优选的配 置中，还有在存储卡6上的(对应于本专利申请的另一项发明的)支付卡。重 要的是，具有存储卡6的移动电话10的连接将出现在POS终端9和作为标准 的非接触式卡的支付卡读写器8前。因此传输的数据的结构将按照支付标准。 本方案的优点是移动电话10的用户界面的舒适实用性。

发射器2包含频率为14,4075MHz±7kHz的电磁波的发生器4。这个频率 比接收器1的频率高847kHz。接收器1的频率标准是13,56MHz±7kHz。频率 之间的差别是接收器1载波频率的1/16。在数据通过发射器连接传输时，如果 发生器4被连接并被激活以给天线3供能，这是重要的，目前为止此方法未被 使用过。如果在现有的方案中发射器2中存在发生器4，由于不需要相同的发射 频率，发生器4没有被设计成变压器连接的激活状态。发生器4连接到谐振电 路13，其输出端连接到天线3。

来自存储卡的发射器2的数据通过发射器2和接收器1的天线感应M的变 压器连接传输到POS终端读写器8的接收器1中。数据被调制成发射器2一侧 的信号，接收器1传输载波信号。发射器2与接收器1的距离将在厘米范围之 内，基本上移动电话10的机身与读写器8接触，传输在物理意义上是非接触的。 当速度低于1m/s时，发射器2甚至可以在运行空间内移动。

发射器2发送频率为14,4075MHz±7kHz的信号，接收器1的载波频率为 13.56MHz±7kHz。频率之间的差异具有对应于副载波频率的值，该值来自根据 ISO14443标准的载波频率的1/16。

在发射器2和接收器1的天线系统M组合不同频率的信号，并且在在接 收器1内的天线7输出上，信号以载波频率和带有数据的调制副载波频率的连 接的形式出现。载波信号从接收器1的信号组合的结果中被分离。分离的结果 是副载波信号，即使发射器2从来没有物理上传输它。从副载波信号传输的数 据被解调。解调元件11、谐振电路13和接收器的发生器1具有与现有的技术 方案相同的配置和功能。

在本例中，基本的时间单位etu对应一个位的时间间隔，即传输一个数据单 元所需的时间。从发射器2到接收器1的数据流方向中，etu被定义为1etu＝8/ft， 一ft是由发射器2传输的一个调制信号的频率。基本的传输速度是106kbits/s。 在来自发射器2的信号的调制过程中，如果每个etu改变一次(约每9.3微秒一 次)相位是足够的，它比现有的负载调制少16倍。较小的宽带产生12dB更低 的噪声。由发射器2的频率信号相位的改变直接调制传输的数据，其中或这种调制的信号也可以被称为发射器2的载波信号，但是由于发 射器2不产生副载波频率，这个频率只被称为发射器2的频率信号。

发射器2的天线3被严密地调整到14,4075MHz的传输频率。如图3所示 的，FFT曲线窄且高的过程示出了天线被调制(不考虑天线3的辐射特性)以 用于副载波频率为847kHz的传输。如果天线应该传输副载波频率，辐射特性 将不足以进行可靠的传输。本发明的方案重要之处在于具有传输数据的信号辐 射在14,4075MHz(即FFT曲线的峰值)的频率上被精确地实现。

在该情况中，有必要确保从POS终端9的读写器8到移动电话10中的存 储卡6的反向数据流方向。发射器2包含解调元件5，其朝向传感器电阻16Rt， 最好通过电感器15Lt3连接到天线的转向点3。电感器15降低了解调元件5入 口处的电压峰值。转向点和电感器15Lt的好处在于，可将解调元件5限制为 较小的电压。在此数据流方向，etu被定义为1etu＝128/fr，其中fr是接收器1 的载波频率。

文中所提到的具有产生副载波部分的传输方式能与频率转换器的使用结 合，该副载波部分仅在发射器2和接收器1之间的间隔中使用波接口，它可将 发射器2的接口的标准化频率移至具有更好的传输特性(例如GHz的传输特性) 的选择区域。通过这种配置，位于例如移动电话的可移动存储卡上的发射器2 可以调制成不同波段，而具有建立传输的副载波部分的干扰的变压器连接的方 法可以用于进一步降低噪声。频率转换器可以贴纸的形式位于支付卡的NFC读 写器8上。频率转换器具有在POS终端9一侧的频率被调整为13.00至14.00MHz 的范围内的天线。能从支付卡的读写器的电磁辐射向频率转换器提供能量，因 此从外部，其表现为被动供能。由于频率转换器不会屏蔽支付卡读写器的整个 辐射范围，它可以继续用于基于基本频率的标准数据传输，它还有可能通过频 率转换器在一个方向使用数据传输，没有转换器时在另一方向使用数据传输， 例如使用根据本说明书的传输方式。在从接收器1到发射器2的数据传输的方 向(即在本发明中所述的相反方向)，可以按照其在例如在2400GHz水平的传 输范围的方式使用频率转换器。

工业实用性

工业实用性是显而易见的。在接收器和发射器之间的变压器连接薄弱时， 本方案也能够用来传输数据。本发明降低了系统的噪声，在不需要改变使用现 有的接收器的条件下可对发射器一侧进行调制。根据该项发明可以重复制造能 具有基本载波信号调制的发射器。

附图标记列表：

1-接收器

2-发射器

3-发射器的天线

4-电磁波发生器

5-解调元件

6-存储卡

7-接收器天线

8-支付卡读写器

9-POS终端

10-移动电话

11-接收器的解调元件

12-发射器的谐振电路

13-接收器的谐振电路

14-接收器的发生器

Rt-转发器一侧的传感器电阻

Lt3-电感器

M-相互感应，变压器连接

Lt1-发射器天线部分的感应

Lt2-发射器天线部分的感应

Lr1-接收器天线的感应

Rr-接收器的传感器电路

OSCr-接收器的振荡器

OSCt-发射器的振荡器

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种从发射器(2)到接收器(1)的数据传输方法，该方法使用发射器 和接收器的天线电感的变压器连接；该方法包括：

由接收器(1)以第一频率发射载波信号到发射器(2)；

由发射器(2)调制数据并将调制的数据发送给接收器(1)；

由接收器(1)接收它的天线(7)输出端的信号，其中该信号以第一频率 的载波频率和具有第二频率的数据的调制的副载波频率的形式出现，该第二频 率对应于载波频率；

由接收器(1)从它的天线(7)输出端的信号分离载波信号并解调传输的 数据，

所述方法的特征在于：

接收器(1)的频率和发射器(2)的频率不同，频率的差异对应副载波频 率；

通过在接收器的天线(7)的输出端上将接收器(1)传输的载波信号与发 射器(2)传输的调制数据组合，来生成在接收器(1)一侧的被接收并解调的 信号。

2.根据权利要求1的数据传输方法，其特征在于：传输的数据在发射器(2) 内由他们的发射器(2)的频率信号相位，优选是或的变化 而被调制。

3.根据权利要求1或2的数据传输方法，其特征在于：在发射器(2)的 调制过程中，发射的频率的相位在每个元件时间单元(etu)改变一次，其中元 件时间单元对应于一个位的时间间隔。

4.根据权利要求1至3的任一项的数据传输方法，其特征在于：变压器连 接系数的值为k＝0,2-0,001。

5.根据权利要求1至4的任一项的数据传输方法，其特征在于：接收器(1) 的载波信号的频率为13,56MHz±7kHz。

6.根据权利要求1至5的任一项的数据传输方法，其特征在于：接收器(1) 的信号载波频率和发射器(2)的频率之间的差异的值为载波频率的合适分数。

7.根据权利要求1至6的任一项的数据传输方法，其特征在于：将发射器 (2)的天线(3)调谐成发射器(2)的窄传输频率，与用于副载波频率的天线 的传输特性无关。

8.根据权利要求1至7的任一项的数据传输方法，其特征在于：发射器(2) 是转发器的形式，并且接收器(1)由读写器(8)形成，优选是在RFID和/或 NFC平台上的读写器形成。

9.根据权利要求1至8的任一项的数据传输方法，其特征在于：发射器(2) 置于移动通信设备上或移动通信设备中，优选以可移动的方式置于移动通信设 备(10)的插槽内的卡上。

10.根据权利要求1至9的任一项的数据传输方法，其特征在于：发射器 (2)置于存储卡(6)上或具有存储卡(6)格式和接口的卡上。

11.根据权利要求1至10的任一项的数据传输方法，其特征在于：它能够 用于非现金支付方案中的数据传输，尤其是通过移动通信设备(10)的非现金 支付方案。

12.一种系统，其包括用于数据传输的发射器(2)和接收器(1)，其使用 发射器和接收器的天线感应的变压器连接；发射器包括天线(3)、调制元件， 接收器(1)包括发生器(14)、天线(7)、接收器的谐振电路(13)和解调元 件(11)，其特征在于：发射器(2)具有与接收器(1)的频率不同的频率的电 磁波发生器(4)，在通过变压器连接传输数据时，连接该电磁波发生器(4)以 给天线(3)供能。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：发射器(2)的天线(3) 被调谐成发射器(2)的传输频率，而不考虑接收器(1)预期的用于副载波频 率的天线的传输特性。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于：发射器(2)包含解 调元件(5)，该解调元件(5)朝向传感器电阻(16)(Rt)连接到天线(3)的 电感的转向点，尤其是通过电感器(15)连接到天线(3)的电感的转向点。

15.根据权利要求12至14的任一项所述的系统，其特征在于：发射器(2) 置于存储卡(6)上或置于具有存储卡(6)的格式和接口的卡上，优选是微SD 或SD或迷你SD格式的存储卡。