當前,物聯網正在全球尤其是中國掀起一股產業(yè)化的熱潮,其中的移動支付業(yè)務更是被中國三大電信運營商視為殺手級業(yè)務。移動支付,也稱為手機支付，就是允許用戶使用其移動終端（通常是手機）對所消費的商品或服務進行賬務支付的一種服務方式。移動支付業(yè)務是由移動運營商、移動應用服務提供商（MASP）和金融機構共同推出的、構建在移動運營支撐系統上的一個移動數據增值業(yè)務應用。移動支付系統將為每個移動用戶建立一個與其手機號碼關聯的支付賬戶，其功能相當于電子錢包,為移動用戶提供了一個通過手機進行交易支付和身份認證的途徑。用戶通過撥打電話、發(fā)送短信或者使用WAP功能接人移動支付系統,移動支付系統將此次交易的要求傳送給MASP,由MASP確定此次交易的金額，并通過移動支付系統通知用戶，在用戶確認后，付費方式可通過多種途徑實現，如直接轉入銀行、用戶電話賬單或者實時在專用預付賬戶上借記，這些都將由移動支付系統（或與用戶和MASP開戶銀行的主機系統協作）來完成。由于無線技術的飛速發(fā)展，現在移動支付都采用非接觸式移動支付方案，可釆用博通集成電路的2.4GHz無線收發(fā)器BK2421實現低成本的移動支付RFID系統。

1非接觸式移動支付系統組成

移動支付包含支付開始、支付認證和支付確認等相關流程。非接觸式移動支付系統則由接入系統、認證中心、移動支付平臺、應用服務提供商和無線通信網絡五部分組成，圖1所示是移動支付系統框圖。

圖1移動支付系統組成框圖

接入系統包括RFID標簽、可運行移動支付軟件的手機以及可讀取RFID的POS終端機。其中RFID卡和RFIDPOS機屬于RFID子系統。RFIDPOS機通過RFID技術來讀取用戶信息，并利用PSTN.GPRS等方式與移動支付平臺相聯接。手機用戶利用手機移動支付軟件，通過GPRS網絡與移動支付平臺進行信息通信，完成支付。

22.4GHz無線收發(fā)器BK2421

BK2421屬于2.4GHzISM頻段的單芯片無線收發(fā)器，它采用高達2Mb/s的通信速率和獨特的通信協議，集成了無線射頻收發(fā)前端、頻率綜合器、數字調制解調器、1對6星形通信協議以及電源管理等，其內部組成如圖2所示。相比其他2.4GHz短距離無線通信技術（如藍牙、WiFi等），它以非常低的功耗實現高速率無線傳輸。接收器正常工作電流為17mA,發(fā)射器輸出功率0dBm的電流為14mA,關機狀態(tài)電流為3/A。通過優(yōu)化設計，不但使BK2421保持了2.4GHz頻段其他通信協議優(yōu)良的射頻性能，而且簡化了產品設計，可實現低成本、低功耗的RFID產品應用。

圖2 BK2421組成框圖

BK2421集成有兩種調制方式，分別為CPGF-SK調制和CPFSK調制。在抗干擾方面,BK2421集成有干擾檢測功能和異步搜索頻率等算法，進一步降低干擾的概率。一般情況下，采用BK2421的無線產品能夠不受干擾的影響，完全保持通信連續(xù)性。

表1為BK2421與采用其他通信協議的產品基本性能比較。從表中可以看出-BK2421無線通信性能如通信速率，通信距離等與釆用另外3種通信協議的產品性能不相上下，甚至某些性能更優(yōu)。由于BK2421采用自己獨特的通信協議，無需為了滿足特定的協議而增加額外的設計，所以它根據實際需求而優(yōu)化了整個芯片設計，降低了產品復雜度；另外高達2Mb/s的通信速率大大減小了每個數據包的發(fā)射時間，從而降低了功耗，同時BK2421采用低中頻接收架構和鎖相環(huán)發(fā)射架構，進一步降低產品功耗。相比釆用另外三種協議的產品，基于BK2421所完成的短距離無線產品實現簡單，成本低廉，功耗極低。

表1 BK2421與采用其他通信協議的產品基本性能比較

3采用BK2421設計基于RF-SIM的移動支付子系統

RFID子系統由RFID標簽、RFID閱讀器和RFID應用支撐軟件系統組成。RFID標簽和RFID閱讀器之間的無線通信技術主要有NFC、SIMpass和RF-SIM。其中RF-SIM技術是將包括天線在內的RFID射頻模塊與傳統SIM卡功能集成在一張SIM卡上，在實現普通S1M卡功能的同時也能通過射頻模塊完成各種移動支付。由于RF-SIM釆用2.4GHz頻段完成移動支付的空中通信，具有傳輸速率高、頻道多、抗干擾能力強、通信距離遠、同時支持主動和被動感應、安全數據傳輸與藍牙、WiFi無沖突等優(yōu)點，所以基于RF-SIM的移動支付系統將會得到更快的發(fā)展，未來有希望成為三大運營商的首選標準。

由于BK2421集成度非常高，外加簡單的MCU控制芯片就可以快速設計出RFID子系統中的硬件系統，圖3即為基于BK2421的RF-SIM硬件系統框圖。手機SIM卡上的MCU通過SP1控制其BK2421與RFID閱讀器內的BK2421互相通信，從而使SIM卡與RFID閱讀器可以完成安全認證和數據交換。

4設計注意事項

BK2421同時集成了1對6星型通信協議，故可簡化協議和軟件設計,用戶可以發(fā)揮其軟件優(yōu)勢，根據需求開發(fā)自己的通信協議，以固件的方式實現基帶控制器。該系統基本能夠滿足移動支付對RFID子系統的各種要求，如高傳輸速率、超低功耗、抗干擾能力強等。但是由于實際通信時，SIM卡要求放置在各種類型手機中，不同手機型號對應不同無線環(huán)境，SIM卡與讀卡器互聯通信距離會隨著環(huán)境不同而變化。如果設計前沒有考慮該因素，可能導致SIM卡與讀卡器互聯通信距離急劇縮短，甚至不能滿足產品要求。根據BK2421的技術文檔，可以釆用下面給出幾種方法提高SIM卡在手機內與讀卡器互聯通信的距離。

圖3  基于BK2421的RF-SIM硬件系統框圖

(1)優(yōu)化PCB天線設計

由于BK2421內嵌在S1M卡中，所以其天線只能用PCB走線實現。一般SIM卡放置在手機中間，如果其上下存在金屬片或者大面積走線，會導致PCB天線的輻射效率急劇惡化并會改變天線諧振頻率。如果設計天線時沒有考慮上述因素，設計出的系統通信距離會顯著縮短，甚至無法通信。所以PCB天線設計要注意以下幾點：

① 做到尺寸與波長相關，在相同的外圍環(huán)境下使其諧振在工作頻率2.4GHz內端口易于匹配；

② 減少損耗，即將天線盡量孤立于其他金屬以外預留天線匹配器件；

③ 由于實際天線工作環(huán)境和設計環(huán)境不一樣,實際天線諧振頻率可能會偏離設計目標，顯然工作頻點不在諧振點上會導致BK2421與天線之間存在比較大反射而降低傳輸效率，從而縮短通信距離。這時需要通過調整天線匹配器件使諧振頻率重新回到設計目標2.4GHz。

(2)優(yōu)化BK2421調制頻偏

增大調制頻偏可以提高BK2421的靈敏度。BK2421已經根據一般應用情況優(yōu)化調制方式和頻偏，達到最佳靈敏度，同時滿足FCC15.247,249和ETSI300328對2.4GHz頻譜的規(guī)范要求?？紤]到特殊情況下需要更高的靈敏度，可以通過調整調制頻偏來優(yōu)化靈敏度，進一步提高SIM卡與讀卡器互聯通信距離。

5結語

隨著信息和通信技術的發(fā)展，無線短距離產品進入超低功耗、高通信速率的時代。博通集成電路的2.4GHz無線收發(fā)器BK2421具有高傳輸速率、超低功耗、抗干擾能力強等性能，特別適合迅速發(fā)展起來的超低功耗無線市場需求，是目前非常適合于RF-SIM并可用于手機付費的芯片。