基于I/Q通道负载分析的POS终端交互状态判定方法与流程

本发明涉及金融支付终端，具体涉及一种基于i/q通道负载分析的pos终端交互状态判定方法。

背景技术：

1、随着支付终端向小型化、便携化和多模聚合方向发展，单台pos终端通常同时设置磁条卡读取区域、接触式ic卡插槽以及非接触感应区域。受终端内部空间限制，各读卡区域之间的距离较小，非接触天线产生的射频场可能溢散至磁条卡读取区域或接触式ic卡插槽附近。当磁条卡、接触式ic卡或者相邻金属构件引起天线端口的微弱负载扰动时，终端仅根据单一负载幅值或单次采样结果进行判断，容易将该扰动误判为非接触卡进场，进而错误切换交易通道。

2、现有方案可以通过增设插卡传感器确认卡片位置，或者动态调节射频场强来降低误判。但是，增设传感器会增加物料成本和结构布置难度，动态调节场强又可能带来响应延迟和调节精度问题。尤其在卡片处于非接触射频场边缘的弱耦合区域时，单阈值判定还可能遗漏真实的非接触卡。

3、另一方面，在nfc标签支付场景中，pos终端可以工作于卡模拟模式，由具备nfc功能的手机等移动终端作为主动读卡器读取pos终端提供的标签数据。该交互过程依次涉及移动终端进场、读卡流程发起、数据读取、读取完成以及移动终端离场。不同移动终端的nfc协议栈初始化时延存在差异，且在弱信号、操作不规范或者中途移开移动终端的情况下，pos终端需要区分未靠近、已靠近但未发起读卡、读取完成、中途离场和读取超时等状态。仅依赖协议层指令不能在读卡指令尚未出现时确认移动终端是否仍在场，也难以及时识别数据读取过程中的中途离场。

4、因此，需要一种能够复用pos终端已有非接触射频通道，在不增加位置传感器的情况下，同时提高读卡器模式的交易类型识别准确性和卡模拟模式的交互状态可观测性的技术方案。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于i/q通道负载分析的pos终端交互状态判定方法，利用非接触天线端口的i/q双通道负载信息，区分真实非接触对象引起的耦合变化与相邻卡槽或金属构件引起的干扰，并在卡模拟模式下连续判定移动终端从进场到数据读取结束的交互状态，从而降低多模pos终端的交易通道误切换等问题。

2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、本发明提出了一种基于i/q通道负载分析的pos终端交互状态判定方法，所述pos终端具有读卡器（reader）模式和卡模拟模式，所述pos终端的非接触天线端口设有i通道负载检测通道和q通道负载检测通道，该方法包括：

4、在无非接触对象靠近所述非接触天线的空载状态下，对所述i通道负载检测通道和所述q通道负载检测通道进行采样，获得i通道基准值和q通道基准值；

5、当所述pos终端处于读卡器模式时，执行首次非接触寻卡，在接收到非接触卡响应时判定本次交易为非接交易；

6、在未接收到非接触卡响应时，于后续轮询周期的寻卡指令发送前对i通道负载值和q通道负载值进行多次采样，根据采样结果分别获得i通道和q通道相对于对应基准值的负载变化量、上升斜率和方差，并在i/q通道负载值变化量、上升斜率和方差同时满足设定的阈值条件时，判定本次交易为非接交易，否则继续轮询；当连续n次轮询均检测到物理层非接触卡信号、且每次轮询均不同时满足设定的阈值条件时，将交互状态判定为边缘弱耦合卡状态，强制判定本次交易为非接交易；

7、当所述pos终端处于卡模拟模式时，按照检测周期对所述i通道负载值和所述q通道负载值进行检测，在两个通道相对于对应基准值的负载变化量均超过对应的靠近检测阈值时，将交互状态由待机状态切换为nfc移动终端进场状态；

8、在nfc移动终端进场状态下，于监听时间窗口内监听nfc移动终端发起的读卡指令，在监听到所述读卡指令时，将交互状态切换为数据交互状态，在所述数据交互状态下，监测数据完整传输、负载变化量回落和数据读取超时事件，并根据监测到的事件分别输出交互完成状态、中途离场状态或异常中断状态；

9、在未监听到所述读卡指令时，再次进行i通道和q通道负载检测，并根据是否仍满足nfc移动终端进场状态的判定条件，维持nfc移动终端进场状态（即nfc移动终端处于进场状态但尚未发起读卡）或返回待机状态（即nfc移动终端处于离场状态）。

10、进一步的，获得所述i通道基准值和所述q通道基准值，包括：

11、在所述空载状态下分别对i通道负载值和q通道负载值连续采样不少于100次并计算对应的基准值；

12、在所述pos终端运行期间，利用滑动平均滤波更新所述i通道基准值和所述q通道基准值，以补偿环境温度变化和器件老化引起的基准漂移，滑动窗口宽度为10~200ms。

13、进一步的，对所述i通道负载值和所述q通道负载值进行多次采样的采样窗口为0.5~5ms、采样次数不少于3次，所述负载变化量由采样序列的均值与对应基准值之差的绝对值确定，所述上升斜率由采样序列随采样时刻的变化率确定，所述方差由采样序列相对于所述均值的离散程度确定。

14、进一步的，所述i通道基准值和所述q通道基准值由所述读卡器模式和所述卡模拟模式共用，且所述读卡器模式和所述卡模拟模式采用同一i/q通道负载检测硬件，所述读卡器模式采样时序为开场后循环进行不少于3次采样；所述卡模拟模式采样时序为循环不少于3次“开场-采样-关场”操作。

15、进一步的，所述监听时间窗口为100~1500ms；所述读卡指令为iso/iec 14443协议中定义的任意读卡器发起指令，包括wupa/wupb/reqa指令。

16、进一步的，在数据交互状态下，当检测到读完成指令或已交互数据达到预期数据长度时输出交互完成状态；

17、当所述i通道和所述q通道的负载变化量不再满足所述移动终端进场状态的判定条件时输出所述中途离场状态；

18、当数据读取持续时间超过预设的数据读取超时时间时输出所述异常中断状态，其中，所述数据读取超时时间不低于1500ms。

19、进一步的，在所述监听时间窗口内未监听到所述读卡指令时，对所述i通道负载值和所述q通道负载值分别进行不少于3次采样并计算平均值；当两个通道的负载变化量仍均超过对应的靠近检测阈值时，重新启动所述监听时间窗口（即重新执行于监听时间窗口内监听nfc移动终端发起的读卡指令操作），当不再满足两个通道的负载变化量均超过对应的靠近检测阈值时，输出nfc移动终端离场状态并返回待机状态；

20、当返回待机状态时，则继续执行判定交互状态是否为移动终端进场状态的操作。

21、进一步的，在i/q通道负载值变化量、上升斜率和方差同时满足设定的阈值条件时，将判定本次交易为非接交易；其中，设定的阈值条件为：两个通道的负载变化量均超过对应的幅值高阈值、两个通道的上升斜率均超过斜率阈值且两个通道的方差均低于对应的稳定性阈值。

22、进一步的，所述检测周期为200~2500ms；所述靠近检测阈值和所述幅值高阈值由同一组硬件比较器的不同阈值档位提供，并通过寄存器配置切换；

23、其中，i/q通道的靠近检测阈值小于同一通道的幅值高阈值；所述i/q通道的靠近检测阈值表达式如下：

24、th_i_high = i_base × α，th_q_high = q_base × β；其中，th_i_high表示i通道幅值高阈值，th_q_high为q通道幅值高阈值，i_base为i通道基准值，q_base为q通道基准值，α和β的取值范围为1.05~1.30；

25、所述th_i_approach = i_base × γ，th_q_approach = q_base × δ；其中，th_i_approach为i通道靠近检测阈值，th_q_approach为q通道靠近检测阈值，γ和δ的取值范围为1.01~1.10。

26、进一步的，在判定为边缘弱耦合卡状态后，进入非接触交易流程并提高非接触射频场的输出功率；在判定为非接交易后，若非接触交易流程执行失败，则返回读卡器模式的轮询状态。

27、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：

28、1、本发明通过i/q双通道的幅值、斜率和方差联合判定，能够利用真实非接触卡耦合变化与局部金属扰动在双通道特征上的差异，降低将磁条卡、接触式ic卡或相邻金属构件误判为非接触卡的概率。

29、2、本发明通过首次寻卡快速路径和毫秒级短采样窗口，能够在控制判定延迟的同时获得多点统计特征；通过连续n次物理层证据累计，能够覆盖卡片位于射频场边缘、单次负载特征不典型的弱耦合场景。

30、3、本发明通过进场、读卡发起、数据交互、完成、离场和超时状态之间的转换，能够在协议指令出现前后持续观测移动终端是否在场，并及时结束异常交互；

31、4、本发明中读卡器模式和卡模拟模式共用i/q负载检测硬件、基准值，通过采样时序、切换阈值档位和状态机参数即可适配不同工作模式，降低硬件复杂度和处理器开销的同时，保证阈值采样的可靠性，又有效解决采样带来的安卓及鸿蒙系统手机，弹出手机钱包的行为。