[发明专利]一种基于声波的全双工多载波近场通信方法

权利要求书

1.一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1:近场通信发送端将待发送数据加密后进行信源编码、信道编码、数字调制得到待发送数据流，待发送数据流进行串并转换得到若干路并行信号；

从载体音频中提取频谱包络利用带通滤波器截取近场通信频段的包络用于对每一路并行信号进行子载波调制得到每一路并行信号的频域信号，

将频域信号进行逆向快速傅里叶变换得到时域调制信号同时加入循环前缀得到OFDM调制信号，将OFDM调制信号升频；

S2:将升频后的OFDM调制信号嵌入到截取包络频段后的载体音频中得到合成声波信号并通过发送端的扬声装置发送出去；

S3:近场通信的接收端在工作区域内通过收音装置接收合成声波信号，将合成声波信号经过降频后进行带通滤波得到基带OFDM信号；将基带OFDM信号去除循环前缀后进行快速傅里叶变换解调得到并行数据信号流，将并行数据信号流进行并串转换后得到数字基带信号，将数字基带信号进行数字解调、信道解码、信源译码后得到发加密的发送数据，将加密的解密得到原始的发送数据；

所述加密和解密采用的AES加解密算法，所述AES加解密算法的密钥生产过程如下：

在发送端通过Chirp信号获取近场通信信道瞬时频率响应，从瞬时频率响应中提取8个字节，分别从发送端扬声装置的固有频率响应和接收端收音装置的固有频率响应中各提取4个字节，组成16字节的秘钥；

所述近场通信信道为时变信道，在不同时刻利用Chirp序列对近场通信信道进行测量，所述近场通信信道频率响应具有不同的特性，提取近场通信信道频率响应中8个字节作为密钥的组成部分；所述Chirp序列为：

其中N的取值由信道的最大时延扩展和多普勒频移确定，B为信号的带宽，f_s为系统采样率，w n为时间窗函数，α_N＝α*N，α为升余弦函数的滚降系数；

在近场通信的接收端对Chirp序列取自相关再进行傅里叶变换得到近场通信信道的频率响应，所述频率响应为固定长度的双字节型序列数组，将双字节型序列数组分解为8段数组，每段数组取中心值，然后对8个中心值取整、求模运算得到8个字节的特征值。

2.根据权利要求1所述的一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，其特征在于，所述信源编码为RS编码，所述信源译码为RS译码，所述信道编码和信道译码采用为DBPSK调制解调，所述数字调制采用OFDM调制。

3.根据权利要求2所述的一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，其特征在于，OFDM调制中采用1024个点的IFFT运算，循环前缀长度为600个采样点，带宽为1.6khz，OFDM调制信号通过乘以一个中心频率为7.2kHz的正弦波升频。

4.根据权利要求1所述的一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，其特征在于，所述近场通信方法中的一个发送端和一个接收端为一个单向通信组，两个单项通信组构成一个全双工通信组。

5.根据权利要求4所述的一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，其特征在于，所述全双工通信组内的两个单向通信链路采用不同的中心频率点作为全双工通信两个带宽的中心频点，两个全双工通信频带之间留有1.2Khz的频带作为防止信号功率带外泄露的保护间隔。