[发明专利]一种基于聚焦波的平面近场多点聚焦无线通信系统及方法

说明书

本发明提供一种基于聚焦波的平面近场多点聚焦无线通信系统及方法，属于无线通信技术领域。本发明利用平面时间反演镜在近场产生的聚焦点携带数字信息，在接收端通过相关检测算法进行解调。相较于现存近场通信系统，本发明通过优化子载波信号使其彼此正交，从而避免信道间干扰，保证通信可靠性；利用时间反演的“空‑时同步聚焦”特性使得多径信息聚焦于目标点处而有效避免了信息被窃取的风险，保证近场通信安全性；通过增加聚焦点个数提高信息传输速率；收发两模块分别位于两个平面阵列，便于平面化集成，且其间距可按需进行调整，收发平面不需严格对齐，增强了终端设备灵活性；本发明适用于手机支付、门禁、进站口闸机识别等近距离通信应用场所。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于聚焦波的平面近场多点聚焦无线通信系统及方法。

背景技术

近场通信(Near Field Communication，NFC)是继蓝牙、红外、Wi-Fi、ZigBee后的又一种短距离无线通信技术，它以射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)为基础，允许设备之间进行非接触点对点数据传输和数据交换。随着信息时代的到来和各种移动互联网应用的广泛开展以及未来发展的广阔空间，它已是信息时代的又一新宠，也是各大厂商和服务商争夺的下一块领地，作为一种近距离的高频无线通信技术，近场通信的可用距离约为10cm，可以实现电子身份识别或者数据传输，由于其带宽高、能耗低等特点，近场通信的应用范围已由电子支付扩展至旅行、交通、购物等方方面面。

目前，已经存在多种近距离无线通信技术，比如Wi-Fi技术、蓝牙技术、红外线技术、RFID技术等，用于近距离通信的Wi-Fi技术采用电磁波传输，传输过程中较为容易截获、窃听，无法保证安全性；蓝牙技术数据传输速率较低，无法满足高效数据传输的要求；红外线技术需要收发设备严格的对齐才能进行数据传输，在灵活性上存在不足。RFID是20世纪90年代兴起的一项自动识别技术，又称为电子标签技术，它利用无线电射频方式进行非接触双向通信。在RFID系统中主要由射频卡(应答器)和读写器组成，射频卡和读写器之间通过电感耦合或电磁耦合方式实现能量和数据的传输,其在生产、物流、跟踪、资产管理等领域内发挥着巨大的作用，但RFID的信号传播距离较远，致使位于远处的设备也可能获取卡片信息，这对安全性较高的场合是不可接受的，且其在复杂电磁环境中易受到干扰而影响通信性能，无法保证通信可靠性。基于RFID技术的NFC技术的有效工作距离在十厘米之内，可一定程度上避免信息被窃取的风险，但现有NFC同样采用电磁波传输，依旧存在被窃取风险。为进一步提升近场通信的安全性能，学者们对近距离通信的安全性问题进行了相关研究，如论文“徐科兵，基于可见光的近场通信协议研究与实现，浙江工业大学，2017.05”基于可见光设计了相应的协议，其基本原理是分别利用智能手机自带的摄像头和光照传感器作为信息接收端，分别接收来自手机屏幕和闪光灯的信息，从而实现信息交互。此方法虽然可以利用可见光的定向传播特性和快速衰减特性提高信息传输的安全性，但可见光通信对硬件设备要求较高，不同设备的传感器不同，导致光照传感器的采样范围和采用精度不同，因此针对不同设备要有不同的算法，在实际应用中比较棘手。随着手机支付、电子门禁等的普及，对安全、高效的近距离通信发展提出了更为迫切的需求，因此我们急需寻找更具有优势的近距离通信技术方案以适用于智能化的不断发展。