[发明专利]一种基于声波的全双工多载波近场通信方法

说明书

本发明公开了一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，所述方法包括以下步骤：在近场通信的发送端对原始数据加密后进行信源编码，信道编码，OFDM调制、升频，并将升频后的OFDM调制信号嵌入到载体音频中通过扬声装置发送，在传输数据的同时，达到掩盖噪声的；在接收端通过收音装置接收声波信号，通过降频，带通滤波器，OFDM解调后得到数据基带信号，最后通过信道译码、信源译码获得原始数据。本发明通过多载波调制和频分全双工技术提高近场通信的实时性，通过采用AES加解密算法，利用硬件设备固有的特性和信道瞬时状态信息联合的方法确保了秘钥生成的唯一性，提高了近场通信的安全性。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种基于声波的全双工多载波近场通信方法。

背景技术

随着近年来智能终端的迅猛发展，基于RFID及互连技术的近场通信(Near FieldCommunication，NFC)芯片逐渐成为标配，并在移动支付等领域发挥重要作用。

近年来基于声波近场通信的研究与应用开发日益增多，其优势在于可以突破传统NFC芯片的约束，利用智能终端强大的处理器和麦克风扬声器，以软件无线电的方式实现近场通信功能，从而降低了硬件成本，并克服了厂商间不同NFC标准的约束。

当前基于声波NFC的技术，主要的调制方式是频移键控(Frequency-ShiftKeying，FSK)，并在声波的悦耳层面上加以优化，并未考虑到数据传输中的安全问题。然而在实际应用中，由于声波NFC信道的频率选择性衰落特性，以及支付、设备握手等情况下对于数据安全性、实时性的需求，需要一种高速、安全、双向的数据通信方式。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中近场通信方法安全性和实时性不高的缺陷，提供一种基于声波的全双工多载波近场通信方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于声波的全双工多载波近场通信方法，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OFDM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。

本发明中通过加入循环前缀用来抵抗OFDM符号间干扰；近场通信中OFDM波形通过扬声装置发出的是一段窄带噪音，对周围环境造成不必要的影响，采用功率控制的方式从载体音频中利用线性预测或傅里叶变换的截取用于近场通信频段的载体音频频谱包络，与OFDM的子载波点对点相乘来调制OFDM的功率谱之后再嵌入到音频信号里一起通过扬声器装置发送出去。

进一步地，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：