BR102017017799A2

BR102017017799A2 - PERFECT METHOD FOR COMMUNICATION OF DATA BETWEEN DEVICES THROUGH SOUND WAVES

Info

Publication number: BR102017017799A2
Application number: BR102017017799-8A
Authority: BR
Inventors: Marcelo Da Cunha Ramos; Vivian Rousseau
Original assignee: Nearbytes Tecnologia Da Informação Ltda.
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-03-19
Also published as: WO2019033191A1

Abstract

a presente invenção trata de um método especialmente desenvolvido para aplicação direta na comunicação em dispositivos móveis com potencial computacional (por exemplo, smartphone, tablet) através de ondas sonoras, permitindo a comunicação de dados entre dois dispositivos sem a necessidade de hardware adicional e/ou qualquer outro tipo de conectividade. em seu conceito mais amplo, o método segundo a presente invenção compreende a utilização de pulsos rápidos de frequência dispersa lançando mão de banda mais larga de frequências para um único pulso, som intermitente (pulsos) e em uma banda larga de frequências (css - chirp spread spectrum) e amplitude de pulsos mais rapidamente e facilmente detectável. o método, dentre outras inúmeras aplicações, é indicado para uso em sistema de pagamento por dispositivo móvel, compartilhamento de informações, fechaduras eletrônicas.The present invention relates to a specially developed method for direct application to communication on mobile devices with computational potential (eg smartphone, tablet) through sound waves, allowing data communication between two devices without the need for additional hardware and / or any other kind of connectivity. In its broadest concept, the method according to the present invention comprises the use of scattered frequency fast pulses utilizing wider frequency band for a single pulse, intermittent sound (pulses) and a wide frequency band (css - chirp). spread spectrum) and pulse amplitude faster and more easily detectable. The method, among many other applications, is suitable for use in mobile payment system, information sharing, electronic locks.

Description

“MÉTODO APERFEIÇOADO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS ENTRE DISPOSITIVOS ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS”"IMPROVED METHOD FOR COMMUNICATING DATA BETWEEN DEVICES THROUGH SOUND WAVES"

Campo da Invenção [001] A presente invenção trata de um método especialmente desenvolvido para aplicação direta na comunicação em dispositivos móveis com potencial computacional (por exemplo, smartphone, tablet) através de ondas sonoras, permitindo a comunicação de dados entre dois dispositivos sem a necessidade de hardware adicional e/ou qualquer outro tipo de conectividade.Field of Invention [001] The present invention deals with a method specially developed for direct application in the communication on mobile devices with computational potential (for example, smartphone, tablet) through sound waves, allowing data communication between two devices without the need additional hardware and / or any other type of connectivity.

Histórico da Invenção [002] O conceito de utilizar ondas sonoras como forma de comunicação entre dispositivos já foi proposto anteriormente. Vários documentos de patentes anteriores abordam esse tema.History of the Invention [002] The concept of using sound waves as a means of communication between devices has been proposed previously. Several previous patent documents address this topic.

[003] O documento EP 1906696 A1, título “Information providing system”, descreve um modelo onde um computador que faz um broadcast de dados através de sons emitidos pelo speaker do mesmo, utilizando modulação NRZ (Non Return to Zero) em frequências preferivelmente entre 12 Khz e 13 Khz. Um aparelho celular capta o som emitido e efetua a demodulação. Embora esse documento descreva com algum detalhamento o esquema de modulação/demodulação, ele ignora que o meio de transmissão pelo ar (airwaves) é sujeito à uma grande quantidade de interferências de ruídos provocados por outras fontes sonoras no ambiente e, sobretudo, pela interferência causada pelo próprio sinal emitido e refletido por superfícies do ambiente. Esse fator torna impossível atingir as velocidades de transmissão especificadas e torna questionável a efetividade do método revelado.[003] The document EP 1906696 A1, title “Information providing system”, describes a model where a computer that broadcasts data through sounds emitted by its speaker, using NRZ (Non Return to Zero) modulation in frequencies preferably between 12 Khz and 13 Khz. A cell phone picks up the emitted sound and performs demodulation. Although this document describes in some detail the modulation / demodulation scheme, it ignores that the air transmission medium (airwaves) is subject to a large amount of noise interference caused by other sound sources in the environment and, above all, by the interference caused by the signal emitted and reflected by surfaces in the environment. This factor makes it impossible to reach the specified transmission speeds and makes the effectiveness of the revealed method questionable.

[004] O documento WO 2005055566 A1, título “Sonic data communication[004] The document WO 2005055566 A1, title “Sonic data communication

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2/13 between mobile phones”, descreve um método genérico para comunicação entre telefones celulares através do som, usando frequências de áudio entre 8 Khz e 22 Khz. A descrição do método utilizado para modulação/demodulação é bastante genérica, abrangendo praticamente todos os métodos listados na literatura técnica e sem entrar em detalhes técnicos sobre qual método apresenta mais benefícios. Apesar de se fazer referência à comunicação sonora no título do documento, ele dedica apenas algumas poucas linhas para identificar os métodos de modulação/demodulação a ser utilizado, descrevendo todos os principais métodos de processamento digital de sinal (DSP-Digital Signal Processor). Por simplesmente enumerar os tipos de modulação possíveis, esse documento ignora os aspectos específicos do meio a ser utilizado, qual seja, o ar. Não identifica qualquer característica que tornaria qualquer um dos métodos melhor ou pior, considerados os aspectos do meio utilizado. Assim, torna-se questionável a efetividade da comunicação sem que se aprofunde em questões chave como, por exemplo, reflexões do sinal sendo transmitido em superfícies próximas (multipath propagation).2/13 between mobile phones ”, describes a generic method for communicating between cell phones through sound, using audio frequencies between 8 Khz and 22 Khz. The description of the method used for modulation / demodulation is quite generic, covering practically all the methods listed in the technical literature and without going into technical details about which method has the most benefits. Although reference is made to sound communication in the document title, he dedicates only a few lines to identify the modulation / demodulation methods to be used, describing all the main methods of digital signal processing (DSP-Digital Signal Processor). By simply listing the types of modulation possible, this document ignores the specific aspects of the medium to be used, namely, air. It does not identify any characteristic that would make any of the methods better or worse, considering the aspects of the medium used. Thus, the effectiveness of communication becomes questionable without delving into key issues such as, for example, reflections of the signal being transmitted on nearby surfaces (multipath propagation).

[005] Além desses documentos, outros também endereçam o tema. Por exemplo, o WO 2003096593 A2, título “Wireless communication using sound”, que utiliza modulação QPSK (Quadratude Phase Shift Keying), também não endereça aspectos abordados pela presente invenção, o que tornam sua efetividade questionável.[005] In addition to these documents, others also address the topic. For example, WO 2003096593 A2, title “Wireless communication using sound”, which uses QPSK modulation (Quadratude Phase Shift Keying), also does not address aspects addressed by the present invention, which make its effectiveness questionable.

[006] O documento WO 2013166567 A8, intitulado “Método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras”, do mesmo depositante, utiliza modulação BPSK (Binary phase-shift keying). Embora este método seja o mais eficiente que os demais propostos, ainda não apresenta soluções especificas para alguns problemas chave destacados no escopo desta patente.[006] The document WO 2013166567 A8, entitled “Method for communicating data between devices via sound waves”, from the same depositor, uses BPSK (Binary phase-shift keying) modulation. Although this method is more efficient than the others proposed, it still does not present specific solutions for some key problems highlighted in the scope of this patent.

[007] De um modo geral, todas essas referências patentárias descrevem de forma mais ou menos genérica métodos para comunicação entre dispositivos[007] In general, all these patent references describe in a more or less generic way methods for communication between devices

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3/13 móveis. No entanto, ao se observar as questões práticas neste tipo de comunicação, torna-se evidente uma série que questões relevadas e não solucionadas pelos referidos documentos.3/13 furniture. However, when observing the practical issues in this type of communication, a series of issues that are highlighted and not resolved by these documents becomes evident.

[008] Como é de todo conhecido, o ar é um meio de baixa densidade e com velocidade de propagação do som significantemente menor do que outros meios nos quais a maior parte dos métodos de modulação/demodulação tradicionalmente utilizados foram idealizados e desenvolvidos, como por exemplo, o campo eletromagnético.[008] As is well known, air is a medium of low density and with a speed of sound propagation significantly lower than other means in which most of the modulation / demodulation methods traditionally used were idealized and developed, such as example, the electromagnetic field.

[009] Ondas sonoras, diferentemente de ondas eletromagnéticas, são majoritariamente refletidas ao encontrarem barreiras sólidas. Isto faz com que a existência de reflexões de superfícies no caminho a ser percorrido pelo sinal transmitido deve ser considerada (multipath propagation).[009] Sound waves, unlike electromagnetic waves, are mostly reflected when they encounter solid barriers. This means that the existence of surface reflections in the path to be covered by the transmitted signal must be considered (multipath propagation).

[0010] Os dispositivos móveis atuais (por exemplo, smartphones) assim como os computadores, desktops ou notebooks, possuem uma grande variação no que se refere ao posicionamento de seus alto-falantes (speakers) e microfones. Desta forma, pode-se considerar que, mesmo com distâncias reduzidas, é provável que o caminho entre o sinal emitido pelo alto-falante de um dispositivo até o microfone de um segundo dispositivo não seja direto, e que na maioria dos casos sofra a interferência de reflexões do próprio sinal emitido (multipath propagation).[0010] Current mobile devices (for example, smartphones) as well as computers, desktops or notebooks, have a wide variation in terms of the positioning of their speakers and microphones. Thus, it can be considered that, even with short distances, it is likely that the path between the signal emitted by the speaker of one device and the microphone of a second device is not direct, and that in most cases it will suffer the interference reflections of the emitted signal (multipath propagation).

[0011] O uso de frequências sonoras altas, na orden de 8Khz - 22Khz é recomendável por serem ditas frequências menos sujeitas à interferência de ruídos ambientes, ao mesmo tempo em que proporcionam uma maior largura de banda para transmissão de dados. No entanto, por terem um período de onda curto (< 0,136 milissegundos ), frequências altas são muito susceptíveis ao efeito construtivo/destrutivo da sobreposição do sinal original com suas reflexões. Uma distância pequena, por exemplo, cerca de 4 cm, pode,[0011] The use of high sound frequencies, in the order of 8Khz - 22Khz is recommended because they are said frequencies that are less subject to interference from ambient noise, while providing greater bandwidth for data transmission. However, because they have a short wave period (<0.136 milliseconds), high frequencies are very susceptible to the constructive / destructive effect of overlapping the original signal with its reflections. A short distance, for example, about 4 cm, can,

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4/13 dependendo da configuração das superfícies próximas, cancelar totalmente ou tornar mais forte o sinal captado pelo microfone. Além disso, como não é esperado que os dispositivos estejam perfeitamente parados durante a transmissão, esse efeito construtivo/destrutivo pode variar muito em intensidade com pequenas movimentações ou mudanças de ângulo entre os aparelhos e as superfícies próximas durante a transmissão.4/13 depending on the configuration of the nearby surfaces, cancel completely or make the signal picked up by the microphone stronger. In addition, as the devices are not expected to be perfectly stationary during transmission, this constructive / destructive effect can vary greatly in intensity with small movements or changes in angle between devices and nearby surfaces during transmission.

[0012] É bastante comum e esperado que existam superfícies reflexivas próximas aos dispositivos em comunicação, como mesas, paredes e, sobretudo, as próprias superfícies planas dos dispositivos, tornando esse problema relevante na efetividade a eficiência da comunicação.[0012] It is quite common and expected that there are reflective surfaces close to the communicating devices, such as tables, walls and, above all, the devices' own flat surfaces, making this problem relevant to the effectiveness of the communication efficiency.

[0013] Os mais diversos métodos de modulação apresentados pelo estado da técnica são em geral bastante afetados pelo fenômeno acima descrito, tornando a eficiência e até efetividade significativamente prejudicada.[0013] The most diverse modulation methods presented by the state of the art are in general quite affected by the phenomenon described above, making efficiency and even effectiveness significantly impaired.

[0014] Ainda, há de se considerar o fato de que a qualidade dos alto-falantes e microfones dos dispositivos móveis e computadores atualmente no mercado é bastante heterogênea. Enquanto alguns dispositivos conseguem com eficiência reproduzir e captar frequências até 22 Khz, outros apresentam dificuldade tanto de reprodução como de captação em faixas diversas do espectro utilizado em reprodução de áudio, ou seja, até 22 Khz/24 Khz. Essa condição, por um lado, torna o uso de frequências acima do espectro auditivo humana (superior a 20 Khz) pouco recomendável, uma vez que apenas um conjunto reduzido de aparelhos será capaz de se comunicar com eficiência. Por seu turno, o uso de frequências altas dentro do espectro audível, pode, dependendo da modulação escolhida, criar sons agudos desagradáveis ao ponto de incomodar a audição humana.[0014] Still, one must consider the fact that the quality of the speakers and microphones of mobile devices and computers currently on the market is quite heterogeneous. While some devices can efficiently reproduce and capture frequencies up to 22 Khz, others have difficulty in both reproduction and capture in different ranges of the spectrum used in audio reproduction, that is, up to 22 Khz / 24 Khz. This condition, on the one hand, makes the use of frequencies above the human auditory spectrum (greater than 20 Khz) hardly recommended, since only a small set of devices will be able to communicate efficiently. In turn, the use of high frequencies within the audible spectrum can, depending on the chosen modulation, create unpleasant high-pitched sounds to the point of disturbing human hearing.

[0015] O conjunto de questões e problemas acima enumerados é em grande parte responsável pela pouca efetividade das soluções de transmissão de[0015] The set of issues and problems listed above is largely responsible for the ineffectiveness of transmission solutions

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5/13 dados via ondas sonoras, motivando sua pouca adoção até o presente momento.5/13 data via sound waves, motivating their little adoption to date.

Objetivos da Invenção [0016] É assim um objetivo da presente invenção prover um método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras que solucione definitivamente os problemas do estado da técnica acima apontados.Objectives of the Invention [0016] It is thus an objective of the present invention to provide an improved method for data communication between devices via sound waves that definitively solves the problems of the state of the art mentioned above.

[0017] Outro objetivo de presente invenção é prover um método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras, o qual pode ser aplicado na grande maioria dos aparelhos e variedades de speakers e microfones atualmente disponibilizados no mercado.[0017] Another objective of the present invention is to provide an improved method for data communication between devices through sound waves, which can be applied in the vast majority of devices and varieties of speakers and microphones currently available on the market.

Breve Descrição das Figuras [0018] O método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras de acordo com a presente invenção poderá ser bem compreendido com o auxílio das figuras em anexo, as quais não devem ser consideradas como limitativas do escopo da presente invenção, pois de uma forma meramente exemplificativa, representam:Brief Description of the Figures [0018] The method for communicating data between devices via sound waves according to the present invention can be well understood with the aid of the attached figures, which should not be considered as limiting the scope of the present invention , because in a purely exemplary way, they represent:

- Figura 1 - ilustra um esquema geral da transmissão de dados entre dois dispositivos segundo o método da presente invenção;- Figure 1 - illustrates a general scheme of data transmission between two devices according to the method of the present invention;

- Figura 2 - ilustra como as superfícies próximas e dos próprios aparelhos geram reflexões que interferem com a recepção do sinal de áudio transmitido;- Figure 2 - illustrates how the nearby surfaces and the devices themselves generate reflections that interfere with the reception of the transmitted audio signal;

- Figuras 3A e 3B - ilustram uma amostra de sinal FSK (frequency shift keying) transmitido (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);- Figures 3A and 3B - illustrate a sample of transmitted FSK (frequency shift keying) signal (A) and a sample of the captured signal with multipath propagation type interference (B);

- Figuras 4A e 4B - ilustram uma amostra de sinal PSK (phase shift- Figures 4A and 4B - illustrate a sample of PSK signal (phase shift

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6/13 keying) transmitido (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);6/13 keying) transmitted (A) and a sample of the captured signal with multipath propagation type interference (B);

- Figuras 5A e 5B - ilustram como um método utilizando pulsos de áudio OOK (On off keying) (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);- Figures 5A and 5B - illustrate how a method using OOK (On off keying) audio pulses (A) and a sample of the captured signal with multipath propagation type interference (B);

- Figura 6A e 6B - Ilustram o espaçamento entre os pulsos emitidos. O sinal original (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);- Figures 6A and 6B - Illustrate the spacing between the pulses emitted. The original signal (A) is a sample of the signal captured with multipath propagation type interference (B);

- Figura 7 - Ilustra o espaçamento variável utilizado pelo segundo método de codificação que identifica os agrupamentos de bits pela distância no tempo entre cada pulso;- Figure 7 - Illustrates the variable spacing used by the second coding method that identifies the groupings of bits by the distance in time between each pulse;

- Figura 8A e 8B - Ilustram o espaçamento variável utilizado pelo segundo método de codificação que identifica os agrupamentos de bits pela distância no tempo entre cada pulso . O sinal original (A) e o sinal após o filtro BPF (B);- Figures 8A and 8B - Illustrate the variable spacing used by the second coding method that identifies the groupings of bits by the distance in time between each pulse. The original signal (A) and the signal after the BPF filter (B);

- Figura 9 - mostra o diagrama de blocos conceituai do método de demodulação das ondas sonoras captadas, em dados.- Figure 9 - shows the conceptual block diagram of the method of demodulation of the captured sound waves, in data.

Descrição Detalhada da Invenção [0019] Conforme esquematicamente ilustrado na Figura 1, o método geral de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção compreende (i) a codificação do dado digital em sinal digital de som, (ii) o envio deste sinal digital para reprodução em caixas de som do dispositivo emissor, (iii) a propagação do som no ar, (iv) a captura do som pelo microfone do dispositivo receptor, (v) a transformação em dados digitais de som, e (vi) a decodificação do dado digital de som para recuperação do dado original conforme emitido.Detailed Description of the Invention [0019] As schematically illustrated in Figure 1, the general method of transmitting data between two devices according to the present invention comprises (i) encoding the digital data into a digital sound signal, (ii) sending of this digital signal for reproduction in speakers of the emitting device, (iii) the propagation of sound in the air, (iv) the capture of sound by the microphone of the receiving device, (v) transformation into digital sound data, and (vi ) decoding the digital sound data to recover the original data as emitted.

[0020] Devido à grande quantidade de interferências potenciais geradas por superfícies próximas e dos próprios aparelhos envolvidos, métodos como FSK[0020] Due to the large amount of potential interference generated by nearby surfaces and the devices involved, methods such as FSK

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7/13 (frequency shift keying) e PSK (phase shift keying) são muito afetados pelo efeito construtivo/destrutivo das interferências. O Método OOK (On off keying), apesar de apresentar alguma melhora de performance também é afetado, tornando difícil a diferenciação entre um sinal “on” e uma eventual reflexão do sinal previamente transmitido.7/13 (frequency shift keying) and PSK (phase shift keying) are greatly affected by the constructive / destructive effect of interference. The OOK Method (On off keying), despite showing some improvement in performance, is also affected, making it difficult to differentiate between an “on” signal and an eventual reflection of the previously transmitted signal.

[0021]Assim, especificamente, o método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras, segundo a presente invenção, utiliza pulsos rápidos de frequência dispersa. Essa especificidade do método segundo a presente invenção é justificada pelas seguintes razões, não exaustivas:[0021] Thus, specifically, the improved method for data communication between devices via sound waves, according to the present invention, uses fast pulses of dispersed frequency. This specificity of the method according to the present invention is justified by the following, non-exhaustive reasons:

- utiliza uma banda mais larga de frequências para um único pulso, entre 8 Khz e 20 Khz, podendo o mesmo ser facilmente reproduzido e captado pela grande variedade de speakers e microfones atualmente no mercado. Eventualmente os limites de frequência dos pulsos podem ser alterados em seu limite mínimo ou máximo para se adequar ou tirar vantagem das condições específicas da sua implementação;- uses a broader frequency band for a single pulse, between 8 Khz and 20 Khz, which can be easily reproduced and captured by the wide variety of speakers and microphones currently on the market. Eventually the frequency limits of the pulses can be changed in their minimum or maximum limit to suit or take advantage of the specific conditions of their implementation;

- utiliza som intermitente (pulsos) e em uma banda larga de frequências (CSS - Chirp spread spectrum), eliminando a necessidade de uso de grande potência na reprodução de frequências mais agudas em faixas estreitas. Esse aspecto torna o som final emitido mais agradável ao ouvido humano;- uses intermittent sound (pulses) and in a broadband of frequencies (CSS - Chirp spread spectrum), eliminating the need to use large power in the reproduction of higher frequencies in narrow bands. This aspect makes the final sound emitted more pleasant to the human ear;

- amplitude dos pulsos é mais rapidamente e facilmente detectável, tornando desnecessários processadores digitais de sinais (DSPs) mais complexos e computacionalmente mais caros à CPU dos dispositivos;- pulse amplitude is more quickly and easily detectable, making digital signal processors (DSPs) more complex and computationally more unnecessary for the devices' CPU;

- por serem pulsos muito rápidos ( < 0,26 milissegundos ), o início do pulso pode ser detectado antes da interferência de suas reflexões no sinal captado. Dependendo da implementação este tamanho de pulso pode ser aumentado ou reduzido.- because they are very fast pulses (<0.26 milliseconds), the beginning of the pulse can be detected before the interference of its reflections in the captured signal. Depending on the implementation, this pulse size can be increased or decreased.

[0022] De acordo com a presente invenção, a codificação de dados em pulsos[0022] According to the present invention, data encoding in pulses

Petição 870170060374, de 18/08/2017, pág. 14/31Petition 870170060374, of 08/18/2017, p. 14/31

8/13 pode ser feita de diversas formas, onde a primeira forma de modulação pode ser OOK (On off keying), na qual a presença de um pulso indica um bit “1”, enquanto a ausência de um pulso indica um bit “0”. A Figura 5A ilustra um gráfico de exemplo de som original.8/13 can be done in several ways, where the first form of modulation can be OOK (On off keying), in which the presence of a pulse indicates a bit “1”, while the absence of a pulse indicates a bit “0 ”. Figure 5A illustrates an example graphic of the original sound.

[0023]Ainda, segundo a presente invenção, é de extrema importância que se leve em conta as possíveis reflexões de sinal. Uma reflexão próxima pode gerar um falso bit “1” que não passa de um echo de um pulso anterior. As Figuras 5A e 5B mostram gráficos ilustrando e emissão do som original e sua captura com interferência.[0023] Still, according to the present invention, it is extremely important to take into account possible signal reflections. A close reflection can generate a false “1” bit that is just an echo of an earlier pulse. Figures 5A and 5B show graphs illustrating and emitting the original sound and its capture with interference.

[0024] Deve-se então estabelecer uma janela de tempo onde se ignore possíveis interferências. Para o cálculo do tamanho da janela de tempo, devese definir a distância máxima tolerável para que o sinal possa ser rebatido sem que tenha havido suficiente atenuação de sinal para que o mesmo possa ser ignorado.[0024] A time window should then be established where possible interference is ignored. To calculate the size of the time window, the maximum tolerable distance must be defined so that the signal can be bounced without sufficient signal attenuation so that it can be ignored.

[0025]As distâncias definidas e o tempo de duração podem variar de acordo com as especificações desejadas. Em um exemplo de implementação do método de acordo com a presente invenção aqui descrito, consideraremos uma distância máxima de 25 cm, ou seja, 50 cm total para o caminho do som. Tomando-se a velocidade do som como 34.029 cm/s, o tempo para o som percorrer 50 cm seria de aproximadamente 1,47 ms. Chamaremos este tempo de buffer window (B). Soma-se a esse tempo de comprimento do pulso (P) de cerca de 0,45ms e o frame F (ou janela de tempo) reservado para cada bit ficaria em 1,92 ms, possibilitando uma velocidade de transmissão de 520 bps. As Figuras 6A e 6B ilustram um exemplo de dado codificado com a modulação OOK(On off keying) utilizando o espaçamento F para a emissão de som original e aquele capturado com interferência.[0025] The defined distances and the duration can vary according to the desired specifications. In an example of implementing the method according to the present invention described here, we will consider a maximum distance of 25 cm, that is, 50 cm total for the sound path. Taking the speed of sound as 34,029 cm / s, the time for the sound to travel 50 cm would be approximately 1.47 ms. We will call this time the buffer window (B). In addition to this time of pulse length (P) of about 0.45 ms and the F frame (or time window) reserved for each bit would be 1.92 ms, allowing a transmission speed of 520 bps. Figures 6A and 6B illustrate an example of data encoded with the OOK modulation (On off keying) using the F spacing for the original sound emission and that captured with interference.

[0026] Uma segunda forma mais eficiente de modulação utiliza DPPM[0026] A second more efficient form of modulation uses DPPM

Petição 870170060374, de 18/08/2017, pág. 15/31Petition 870170060374, of 08/18/2017, p. 15/31

9/13 (Differential Pulse-Position Modulation) de ordem 2 (dois bits por pulso), combinado com o buffer window (B) utilizado no primeiro método acima descrito. O primeiro pulso indica o início da informação, o segundo pulso indica o início de um novo par de bits. O que define o valor do par de bits é a distância entre os pulsos. A distância deve seguir as bases do método anterior, usando o buffer window B e comprimento de pulso P. Como na tabela abaixo:9/13 (Differential Pulse-Position Modulation) of order 2 (two bits per pulse), combined with the buffer window (B) used in the first method described above. The first pulse indicates the beginning of the information, the second pulse indicates the beginning of a new pair of bits. What sets the value of the bit pair is the distance between the pulses. The distance must follow the bases of the previous method, using buffer window B and pulse length P. As in the table below:

Tabela 1Table 1

Valor Value Bits Bits Distância (D) Distance (D) 0 0 00 00 D1 = B+P D1 = B + P 1 1 01 01 D2 = B+2*P D2 = B + 2 * P 2 2 10 10 D3 = B+3*P D3 = B + 3 * P 3 3 11 11 D4 = B+4*P D4 = B + 4 * P

[0027]A Figura 7 mostra um gráfico com dado codificado por esse método de modulação. A demodulação de sinal é feita de forma similar. O primeiro pulso identificado marca o início de sinal. Os demais pulsos identificam o dado transmitido a partir da distância de tempo entre o pulso atual e o anterior.[0027] Figure 7 shows a graph with data encoded by this modulation method. Signal demodulation is done in a similar way. The first identified pulse marks the start of the signal. The other pulses identify the data transmitted from the time distance between the current and the previous pulse.

[0028] Esse método é mais eficiente quando B > P*(2N-1), onde N é igual ao número de bits agrupados por frame. Na concretização aqui exemplificada N = 2, no entanto, dependendo dos limites desejados na transmissão, pode-se utilizar um valor mais alto. Uma transmissão utilizando esse segundo método, com N = 2, B = 1,54 ms e P = 0,45 ms, consumirá um tempo médio de (B+4*P)/2 = 1,63 ms, atingindo uma velocidade de transmissão de aproximadamente 614 bps, ou seja, cerca de 18% superior ao primeiro método.[0028] This method is more efficient when B> P * (2N-1), where N is equal to the number of bits grouped per frame. In the embodiment exemplified here N = 2, however, depending on the desired transmission limits, a higher value can be used. A transmission using this second method, with N = 2, B = 1.54 ms and P = 0.45 ms, will consume an average time of (B + 4 * P) / 2 = 1.63 ms, reaching a speed of approximately 614 bps, that is, about 18% higher than the first method.

Petição 870170060374, de 18/08/2017, pág. 16/31Petition 870170060374, of 08/18/2017, p. 16/31

10/13 [0029]Além disso, por garantir que apenas um pulso será utilizado para cada agrupamento, então se utilizará apenas um pulso como referência. Assim, o método torna-se menos sensível aos eventuais ruídos preemptivos que possam gerar falsos pulsos na captação de áudio.10/13 [0029] In addition, to ensure that only one pulse will be used for each group, then only one pulse will be used as a reference. Thus, the method becomes less sensitive to any preemptive noise that may generate false pulses in the audio capture.

[0030] O processo de codificação segundo a presente invenção é realizado através das seguintes etapas:[0030] The encoding process according to the present invention is carried out through the following steps:

a) codificação do sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI (Non-returnto-zero inverted) onde cada transição de valor “V” para “-V” marca a criação dos pulsos utilizados pelos métodos acima descritos. Para verificação da correção da mensagem transmitida, uma dupla de bytes CRC (Cyclic redundancy check) é adicionada à mensagem original;a) encoding the initial signal in a similar way to an NRZI signal (Non-returnto-zero inverted) where each transition from “V” to “-V” value marks the creation of the pulses used by the methods described above. To verify the correctness of the transmitted message, a double byte CRC (Cyclic redundancy check) is added to the original message;

b) passagem do sinal em um filtro BPF (Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada, gerando pulsos de sinal de rápida duração;b) signal passing through a BPF filter (Band Pass Filter) so that the modulation is restricted to the selected band range, generating signal pulses of fast duration;

c) envio do áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão.c) sending the encoded digital audio to the sound reproduction hardware in the device for transmission.

[0031]As Figuras 8A e 8B ilustram, respectivamente, os gráficos com o som originalmente emitido e aquele filtrado e modulado de acordo com a etapa b) acima do método segundo a presente invenção.[0031] Figures 8A and 8B illustrate, respectively, the graphics with the sound originally emitted and that filtered and modulated according to step b) above the method according to the present invention.

[0032] O processo de decodificação é descrito no diagrama de blocos da Figura 9, e compreende as seguintes etapas:[0032] The decoding process is described in the block diagram of Figure 9, and comprises the following steps:

d) captação do sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;d) capture of the signal encoded by the microphone and digitization by the audio capture hardware;

e) passagem do sinal por um filtro BPF (Band Pass Filter) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;e) passage of the signal through a BPF filter (Band Pass Filter) to restrict the frequency range to be analyzed;

f) passagem do sinal por um AGC (Automatic Gain Control), que efetua a normalização do sinal de input;f) signal passing through an AGC (Automatic Gain Control), which performs the normalization of the input signal;

g) passagem do sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica ag) passage of the signal through a Peak Detector (PDET) that identifies the

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11/13 presença de pulsos;11/13 presence of pulses;

h) recuperação do dado codificado analisando os pulsos detectados (Data Recovering) após a codificação de dados; eh) recovery of the encoded data by analyzing the detected pulses (Data Recovering) after data encoding; and

i) verificação da mensagem com o CRC (Cyclic redundancy check) gerado pela mesma.i) verification of the message with the CRC (Cyclic redundancy check) generated by it.

Exemplos de Aplicação [0033]Será apreciado por aqueles especialistas no assunto que, devido os aperfeiçoamentos introduzidos, o método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras segundo a presente invenção poderá ter inúmeras aplicações práticas na atualidade e outras que futuramente poderão ocorrer. Dentre as atuais aplicações, destacamos algumas que, de forma apenas exemplificativa e não limitativa da invenção, representam meras concretizações, as quais poderão ser alteradas de várias formas sem fugir do escopo inventivo acima descrito.Application Examples [0033] It will be appreciated by those experts in the subject that, due to the improvements made, the improved method for data communication between devices using sound waves according to the present invention may have numerous practical applications today and others that may occur in the future. . Among the current applications, we highlight some that, in an exemplary and non-limiting way of the invention, represent mere embodiments, which can be changed in various ways without departing from the inventive scope described above.

Γ0034Ί S/stemas de pagamento por dispositivo móvel: Uma das aplicações preferidas da presente invenção é sua utilização em sistemas de pagamento para dispositivos móveis, possibilitando assim que a grande quantidade de dispositivos móveis (smartphones, tablets e similares) presentes no mercado possa atuar como ponto de venda (PDV) e dispositivos de pagamento utilizando uma mecânica simples de cobrança e pagamento. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção torna-se possível a criação de um sistema de pagamentos de mecânica bastante simples. O dispositivo pagador transmite, via som, o código de pagamento referente a sua compra. Este código pode conter informações sobre o ticket de compra. O dispositivo de venda (PDV) recebe o código enviado e efetua a conferência online da autenticidade do mesmo. Uma vez realizada a autenticação, a venda pode ser concluída.Ί0034Ί Without mobile device payment systems: One of the preferred applications of the present invention is its use in payment systems for mobile devices, thus enabling the large number of mobile devices (smartphones, tablets and the like) present in the market to act as point of sale (POS) and payment devices using simple collection and payment mechanics. Through the method of data transmission between two devices according to the present invention, it is possible to create a very simple mechanical payment system. The paying device transmits, via sound, the payment code for your purchase. This code can contain information about the purchase ticket. The sales device (POS) receives the code sent and performs the online verification of its authenticity. Once authentication is complete, the sale can be completed.

Petição 870170060374, de 18/08/2017, pág. 18/31Petition 870170060374, of 08/18/2017, p. 18/31

12/13 [0035] Pareamento de celulares para compartilhamento de informações: Uma das funcionalidades mais diretas da presente invenção é o pareamento de dispositivos, de forma a viabilizar que dois dispositivos fisicamente próximos possam compartilhar dados de forma simples e intuitiva. Através método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível facilmente parear dois dispositivos A e B, bastando o dispositivo A e o dispositivo B utilizarem a mesma aplicação (ou a funcionalidade esteja já inserida no próprio sistema operacional do aparelho) e estarem fisicamente próximos. Com um protocolo de pareamento específico da aplicação, A e B poderão se reconhecer e estabelecer um vínculo para troca de informações. A partir desse ponto, ambos remetente e destinatário já estarão identificados para recebimento e envio de dados.12/13 [0035] Pairing of cell phones for information sharing: One of the most direct functionalities of the present invention is the pairing of devices, in order to enable two physically close devices to share data in a simple and intuitive way. Through the method of data transmission between two devices according to the present invention, it is possible to easily pair two devices A and B, simply by device A and device B using the same application (or the functionality is already inserted in the device's own operating system. ) and being physically close. With an application-specific matching protocol, A and B will be able to recognize each other and establish a link to exchange information. From that point on, both sender and recipient will already be identified for receiving and sending data.

Γ0036Ί Fechaduras eletrônicas: Outra aplicação simples e direta da presente invenção é para a abertura de fechaduras. Ou seja, possibilitar a abertura de fechaduras com a utilização de dispositivos móveis. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção, um dispositivo LF pode estar ligado a um mecanismo de liberação de portas e cofres. Referido dispositivo DF ligado a fechadura estará constantemente ouvindo o som ambiente e possuirá uma base de dados de “chaves” (sequências de dados) descartáveis. Um dispositivo de abertura DL possuirá também uma base de dados de “chaves” para reprodução. Ao se reproduzir um dos “sons chave”, o dispositivo da fechadura DF reconhecerá a validade do mesmo e abrirá a porta. O “som chave” utilizado passa automaticamente a ser inválido após a abertura e será descartado de ambas as bases de dados.Ί0036Ί Electronic locks: Another simple and direct application of the present invention is for opening locks. In other words, to allow the opening of locks with the use of mobile devices. Through the method of data transmission between two devices according to the present invention, an LF device can be connected to a door and safe release mechanism. The DF device connected to the lock will be constantly listening to the ambient sound and will have a database of disposable “keys” (data strings). A DL opening device will also have a database of “keys” for reproduction. When one of the “key sounds” is reproduced, the DF lock device will recognize its validity and open the door. The “key sound” used automatically becomes invalid after opening and will be discarded from both databases.

Γ0037Ί Troca de informações pessoais: Um exemplo de aplicação adicional é a troca de informações pessoais de contato, por exemplo, cartões de visita.Ί0037Ί Exchange of personal information: An example of an additional application is the exchange of personal contact information, for example, business cards.

Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível transmitir de forma simples, sem aThrough the method of data transmission between two devices according to the present invention it is possible to transmit simply, without the

Petição 870170060374, de 18/08/2017, pág. 19/31Petition 870170060374, of 08/18/2017, p. 19/31

13/13 necessidade de nenhum outro tipo de conectividade, dados pessoais, tais como, nome, empresa, endereço, telefone, email, etc. Basta que ambas as pessoas possuam um dispositivo móvel com a aplicação de troca de informações segundo a presente invenção e aproximem seus dispositivos. As informações pessoais de cada um serão transmitidas por som e devidamente cadastradas em um banco de dados interno de cada dispositivo para uso futuro.13/13 need for any other type of connectivity, personal data, such as name, company, address, telephone, email, etc. It is enough that both people have a mobile device with the application of information exchange according to the present invention and bring their devices closer together. The personal information of each one will be transmitted by sound and duly registered in an internal database of each device for future use.

Claims

1. IMPROVED METHOD FOR COMMUNICATING DATA BETWEEN DEVICES THROUGH SOUND WAVES, characterized by the fact that it uses fast pulses of dispersed frequency and thus:

- use a wider frequency band for a single pulse;

- use intermittent sound (pulses) and in a wide frequency band (CSS - Chirp spread spectrum); and

- use pulse amplitude more quickly and easily detectable.

2. METHOD, according to claim 1, characterized by the fact that the frequency band for a single pulse is in the range between 8 Khz and 20 Khz.

3. METHOD, according to claims 1 or 2, characterized by the fact that said pulse is in the order of <0.26 milliseconds.

4. METHOD, according to claim 1, characterized by the fact that it comprises:

a) a coding step consisting of:

- encode the initial signal in a similar way to an NRZI signal where each transition from “V” to “-V” values marks the creation of the pulses,

- use a Frame size (F) corresponding to the Buffer Window (B) plus the Pulse length (P), where each for each Frame (F) is inserted and inverts the signal if the data bit has a value of 1;

- pass the referred signal in a BPF filter (Band Pass Filter) so that the modulation is restricted to the selected band range generating signal pulses of fast duration; and

- send said encoded digital audio to the sound reproduction hardware in the device for transmission;

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b) a decoding step consisting of:

- capture the signal encoded by the microphone and digitize by the audio capture hardware;

- pass the signal through a BPF filter (Band Pass Filter) to restrict the frequency range to be analyzed;

- pass the signal through an AGC (Automatic Gain Control), which normalizes the input signal;

- pass the signal through a Peak Detector (PDET) that identifies the presence of pulses;

- recover the encoded data by analyzing the detected pulses (Data Recovering) after data encoding;

- recover bits 0 or 1 from the detection of pulses at each time F in the analyzed signal; and

- check the message with the CRC (Cyclic Redundancy Check) generated by it.

5. METHOD, according to claim 1, characterized by the fact that it comprises:

a) a coding step consisting of:

- establish a Frame (F) corresponding to the Buffer Window (B) added to the Pulse length (P) multiplied by the value of each double bit transmitted (“V”) plus 1;

- perform a signal inversion for each Frame (F);

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b) a decoding step consisting of:

- analyze the time distance between the current and the previous pulse and retrieve the corresponding bits; and

- check the message with the CRC (Cyclic redundancy check) generated by it.

6. METHOD, according to claims 4 or 5, characterized by the fact that in step a) a double byte CRC (Cyclic redundancy check) is added to the original message to verify the correctness of the transmitted message.

7. METHOD, according to claims 4 or 5, characterized by the fact that it is applied in a payment system by mobile device, information sharing, electronic locks, among other applications.