[发明专利]基于可见光的手机近场通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于近距离无线通信领域，具体涉及一种将信息编码为不同亮度等级，利用可见光进行手机近场通信的系统及方法。

背景技术

目前应用较为广泛的近距离数据通信技术除了蓝牙、红外数据传输外，还包括射频识别RFID和近场通信NFC技术等。

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别，又称电子标签）是一种非接触式自动识别的通信技术。它通过无线电讯号识别特定的目标，并读写相关的数据，而不需要识别系统与这个目标有机械或者是光学接触。它无须人工干预，可用于各种恶劣环境，可识别高速运动的物体，可同时识别多个标签，操作快捷方便。目前RFID技术应用很广，如图书馆、门禁系统、食品安全溯源等，第二代身份证、奥运门票都内置RFID芯片，而高速公路上的ETC电子不停车收费系统也使用了RFID技术。中国移动推出的RFID-SIM卡类似于公交一卡通卡，通过内部集成的RFID芯片记录手机钱包的余额，交换刷卡消费的数据。

NFC（Near Field Communication，近距离通信）是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。NFC由非接触式射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。NFC芯片装在手机等设备上，就可以实现电子支付或读取其他NFC设备或标签的信息。NFC手机内置NFC芯片，比原先仅作为标签使用的RFID更增加了数据双向传送的功能，这个进步使得其更加适用于电子货币支付等，特别是RFID不能实现的相互认证、动态加密和一次性钥匙（OTP）都能够在NFC上实现。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、安全。然而，NFC推广的一大制约因素是目前只有有限的一些手机平台配备有内置NFC芯片，且成本较高。

可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是一种新兴的基于可见光（400THz-790THz）的光无线通信技术，由于其LoS（Line of Sight）特性，可见光通信可以提供短距离、安全、无干扰的无线链路，与传统的射频通信相比，可见光无线通信不用申请频谱证，也可以避免电磁波干扰。近年来，随着可见光无线通信技术的发展，VLC技术备受关注并被应用于车载网络、室内WLAN等场景。国内外研究学者先后提出各种利用可见光通信实现数据传输的无线通信技术，如基于LED交通灯的智能交通系统，基于LED和光电二极管的数据传输，以及基于二维码和摄像头的数据传输等。

发明内容

针对现有NFC智能手机使用的限制性，本发明将可见光通信技术用于手机近距离通信，以应用于移动支付、设备配对和手机用户间数据交换等应用场景，具体地，本发明提出了一种新型的基于可见光的手机近场通信系统及方法，发送端手机将信息编码为不同亮度等级并通过屏幕以光信号形式传输出去，接收端采用光线传感器接收光信号并实现解码。

本发明提供的基于可见光的手机近场通信系统，包括发送端和接收端，发送端设置在具有可发光屏幕和光线传感器的移动设备上，发送端包含编码模块和速率自适应机制模块；接收端具有发光二极管(LED)，接收端包含光线传感器阵列、信号调节模块、解码模块和反馈模块。

编码模块将从应用程序接收的原始数据，加入前向纠错(Forward Error Correction,FEC)码后，编码为亮度等级序列，每个数据块被编码为一个亮度等级，相邻数据块被编码的亮度等级不同。编码模块通过可发光屏幕，按照亮度等级序列，显示对应亮度的屏幕帧，以光信号形式发送出去。可发光屏幕被划分为一个以上的子屏幕进行数据传送。在发送亮度等级序列前，发送端先发送一个训练序列和一个偏差序列给接收端。训练序列包含编码所用的从低到高的亮度等级，用于接收端建立亮度等级与数据块之间的对应关系。偏差序列为将编码所用亮度等级按照特定顺序排列的序列，序列中包括所有不同相邻亮度等级的变化情况，用于接收端建立在线偏差模型。

光线传感器阵列用于对发送端的屏幕亮度进行采样，得到光信号序列。

信号调节模块对光线传感器阵列采样得到的光信号进行异常点检测去除，根据偏差序列建立线性偏差模型，并利用线性偏差模型对光信号进行补偿。设接收端读取的当前帧和前一帧的亮度值分别为L_n和L_n-1，对应两个亮度的线性偏差模型的斜率为α，则对当前帧补偿后的亮度值