JP2014512113A - 近距離通信の実現方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は近距離通信の実現方法及びシステムを提供する。本発明の方法は、送信装置がディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生するステップと、受信装置が前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して前記ディジタル信号を獲得するステップと、を含む。本発明は、近距離場通信（ＮＦＣ）チップが内蔵されてない通信装置の間の近距離通信を実現することができ、従来の近距離場通信方法のハードウェアの要求が高くて、応用範囲が狭い問題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は声波の変調復調の技術分野に関し、特に近距離通信の実現方法及びシステムに関する。

近距離場通信（ＮＦＣ、Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）は又近距離無線通信と称し、これは短距離の高周波無線通信技術であって、電子装置の間の非接触式ポイント・ツー・ポイントのデータ伝送を許して、１０センチのうちでデータを交換する。ＮＦＣチップは主にモバイル通信装置に用いられ、モバイル通信装置は小額の電子決済と他のＮＦＣ装置又はラベルの情報の読み取りを実現することができる。ＮＦＣの短距離インタラクティブは全体の認証識別の過程を大いに簡略化して、電子装置の間の互いの訪問をさらに直接的で、さらに安全で、さらに明確にする。ＮＦＣを通して、コンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話、ＰＤＡなどのいくつかの装置の間で非常に敏速に無線接続することができて、データ交換とサービスとを実現することができる。

従来のＮＦＣ技術はもう１種の業界標準を形成して、安全性と通信に効率にあって無比の長所がある。しかし、同時に標準的近距離場通信方式が特別なハードウェアの――ＮＦＣのチップに頼ることが分かり；目前の大半のモバイル通信装置の内にはＮＦＣのチップが内蔵されないため、標準的近距離場通信方法（手段）を使用するハードウェアの要求が高くて、そのうえに目前の応用範囲が狭い。

本発明の目的は、ＮＦＣチップを内蔵してないモバイル通信装置の間の近距離通信を実現し、ハードウェアの要求が高くて応用面が狭い従来の近距離場通信方法の問題を解決することができる近距離通信の実現方法及びシステムを提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、近距離通信の実現方法及びシステムが提供される。

前記近距離通信の実現方法は、送信装置がディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生するステップと、受信装置が前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して前記ディジタル信号を獲得ステップとを含む。

前記近距離通信の実現システムは、ディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生する送信装置と、前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して、前記ディジタル信号を獲得する受信装置とを含む。

このように、本発明における近距離通信の実現方法及びシステムは、通常のモバイル通信装置に配置されたスピーカと、マイクロホン及び声波の変調復調技術とを利用して、モバイル通信装置の間の近距離通信を実現して、従来の近距離場通信方法のハードウェアの要求が高くて、応用範囲が狭いという問題を解決する。

本発明における近距離通信を実現するシステムの構造概略図である。

以下、本発明における実施例の添付図面を参照して、本発明における実施例の技術方法に対して明確に完全に描写したが、明らかに、描写した実施例はただ本発明の部分的な実施例であって、すべての実施例ではない。本分野の当業者が本発明における実施例に基づいて、創造性の働きのない前提の下に獲得したすべての他の実施例は、全て本発明が保護する範囲に属する。

本発明における近距離通信の実現方法は、モバイル通信装置に配置されたスピーカとマイクロホンとを利用して近距離通信を実現する。例えば、図１は、本発明における近距離通信を実現するシステムの構造概略図であって、そのうち、モバイル通信装置Ａは送信装置であり、モバイル通信装置Ｂは收信装置である。

図１に示したシステムを利用して近距離通信を実現し、送信装置がディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生するステップと、受信装置が前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して、前記ディジタル信号を獲得ステップとを含む。

以下、具体的な実施例を挙げて詳しく説明する。

本実施例で、送信装置がディジタル信号に対して変調するが、２位相偏移変調（２ＦＳＫ）技術を採用して声波の変調を実現し、音声信号のサンプリング周波数は４８ＫＨｚであり、チャネル数は単チャネルであり、量子化の位数は８位である。

サンプリング定理に基づいて、ｆ０≧２ｆ、即にサンプリング周波数ｆ０は必ずサンプリングされた波形の最大の周波数の２倍より大きく又は同じである。本実施例は、ディジタル信号に対して変調する時、二進法のディジタル信号０の変調周波数をｆ１＝１２ＫＨｚに、二進法のディジタル信号１の変調周波数をｆ２＝１６ＫＨｚに設定する。

上記の設置によって、音声信号は、ｙ＝１２８＋１２７＊ｓｉｎ（２πｆｘ）に示すことができ；
そのうち、ｙは幅の量子化値を示し、ｘは時間を示し；
また、サンプリング周波数がｆ０であるため、ｘ＝Ｎ／ｆ０であり、音声信号は更に、
ｙ＝１２８＋１２７＊ｓｉｎ（２πｆＮ／ｆ０）に示すことができ；
そのうち、ｆは変調周波数であり、Ｎはサンプリング点の数であり；
変調信号が０である場合、ｆ＝ｆ１＝１２ＫＨｚであり；
変調信号が１である場合、ｆ＝ｆ２＝１６ＫＨｚである。

その他に、変調の幅を設置する必要がある。サンプリング周波数は４８ＫＨｚであって、即ち、毎秒に４８０００個のサンプリング点をサンプリングするができ、１０００点を取って一つの変調幅とすると、変調時間ｔ＝１０００／ｆ０＝０．０２ｓになり、即ち、この時間範囲内の音声の周波数は変調信号に対応する周波数に固定される。

伝送速度＝サンプリング周波数／変調の幅によると、毎秒に４８位のデータの伝送が獲得でき、即ち、データ伝送率は４８ｂｐｓである。

上記記置によって、先ず二進法のディジタル信号に対して変調して、９６ｂｉｔの二進法の信号“１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０００００００”の全部で９６ｂｉｔは時間が２秒の音声信号を変調することができる。変調した後に、送信装置が該当音声信号を再生する。

受信装置は該当音声信号に対してサンプリングし、ソフトウェア計算法を採用してサンプリング信号に対して復調し、具体的に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を採用してサンプリング信号に対して分析して、６４個毎のサンプリング点を一つの分析周期として、そのスペクトル特性を取ってその間の時刻の周波数特性として、そのスペクトルの中でパワーの最大な周波数信号を分析し、パワー最大点の周波数が１２ＫＨｚに最も近づくと、出力結果は“０”であり、パワー最大点の周波数が１６ＫＨｚに最も近づくと、出力結果は“１”であり、どちらにも近づかないと、一般環境の音声であって、このような時は出力結果がなくて“＿”に示す。一つの分析周期のスペクトル分析は以下のテーブルのようである。

上記のテーブルから見られるように、その波形パワーは主に低周波部分と１６ＫＨｚの近くに集中され、それに１６ＫＨｚ近くのパワーが最大で、該当分析周期の出力結果は“１”である。１２ＫＨｚ近くに集中されると、出力は“０”であり；低周波部分近くに集中されると、出力は“＿”である。サンプリング信号は幾つかの分析周期から組み合わされ、分析による全体の出力は：
“＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿１１１１１１１１１１１＿＿０＿０００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１１＿０＿０００００００００００００００００００００００００＿＿＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１００００００００００００００＿＿１＿１１１１１１１１１１１＿０１０００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１＿００００００００００００００００００００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿＿０１０００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１＿００００００００００００００＿＿＿＿１１１１１１１１１１＿＿＿＿００００００００００＿＿＿＿１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００００００００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿＿０１０００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿＿＿＿１１１１１１１１１１＿＿０１０００００００００００００００００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿＿＿＿０００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１＿＿＿００＿０００００００００＿１１１１１１１１１１１１１＿００００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１＿０００００００００００００００００００００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿００００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１００００００００００００００＿＿＿１＿１１１１１１１１１＿＿＿＿０００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００００００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１＿００００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１０００００００００００００００＿＿＿１１１１１１１１１１１＿１０００００００００００００００００００００００００００＿＿＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿１０００００００００００００＿＿１＿１１１１１１１１１＿＿＿００００００００００００＿＿１＿１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００００００００００００００００＿＿１＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿０１０００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１１＿０００００００００００００＿１１＿１１１１１１１１１１＿１０００００００００００００＿１１１１１１１１１１１１１０００００００００００００００００００００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１＿＿０００００００００００００＿＿１１１１１１１１１１１１０００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００００＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿”である。

変調周期が１０００個のサンプリング点で、ここで６４個のサンプリング点が一つの分析周期であるため、１５．６２６個の分析周期が一つの変調周期を構成し、長さが１６である窓を採用して出力結果に対して統計的分析し；窓内の出力結果に“１”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“１”で；窓内の出力結果に“０”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“０”であり；そして一段の移動の後、続いて次の窓に対して分析し、移動の距離は当前窓の内容によって決まれ、一つのカウント値ｆｌａｇを設置し、その初期値は０で、窓に対して左から右までトラバーサルする時、“１”に合う時はｆｌａｇに１を加え、“０ に合う時はｆｌａｇから１を減らし、他のは変えなく；ｆｌａｇの絶対値が最大である位置（おなじである時は後側の位置がよい）が移動すべきである位置である。例えば、当前窓が“１１１１１１１１１１１＿＿０＿０”であると、この時のｆｌａｇ絶対値の最大（１１）時の位置は１３であるため、この時の窓は必ず右の方に１３個の位置を移動して続いて分析する。逐一類推して獲得した最終の復調結果は：
“１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０１０１００１１０１０００００００”である。最終の復調結果と元の変調の二進法のディジタル信号と一致して、復調の工程を成功するよう実現する。

上記実施例で、サンプリング周波数 ｆ０、変調周波数 ｆ１，ｆ２、変調方式、変調幅、分析窓幅等の具体的な数値はただ一つの例であって、本発明を限るのではない。具体的な数値の簡単な改変を通じた、どんな技術方法も全部本発明が保護する範囲に属する。

本発明における近距離通信の実現システムは、ディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生する送信装置と、前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して、前記ディジタル信号を獲得する受信装置とを含む。

上記システムで、送信装置は具体的にディジタル信号の２ＦＳＫ変調に用し、ディジタル信号“０”の変調周波数は１２ＫＨｚで、ディジタル信号“１”の変調周波数は１６ＫＨｚで、変調幅は１０００個のサンプリング点である。

受信装置が音声信号に対してサンプリングするサンプリング周波数は４８ＫＨｚで、チャネル数は単チャネルで、量子化の位数は８位であり；
受信装置がサンプリング信号に対しての復調の方式は、サンプリング信号をタイムドメイン信号から周波数ドメイン信号に変換し；
６４個のサンプリング点を採用して一つの分析周期とし、周波数ドメインのサンプリング信号に対して分析して、パワー最大点の周波数が１２ＫＨｚに最も近づく時、出力結果は“０”で；
パワー最大点の周波数が１６ ＫＨｚに最も近づく時、出力結果は“１”であり；
長さが１６である窓を採用して上記出力結果に対して統計的分析し；
窓内の出力結果に“１”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“１”で；
窓内の出力結果に“０” の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“０”であり；
移動前記窓を移動して、続いて上記出力結果に対して統計的分析して、復調後のあらゆるディジタル信号を獲得する。

上記移動窓の距離は：初期値が０であるカウント値を設置して、前記窓内の上記出力結果に対してトラバーサルし、“１”までトラバーサルした時、前記カウント値に１を加え；“０”までトラバーサルした時、前記カウント値から１を減らし；カウント値の絶対値が最大な位置が移動窓の距離である。

上で述べたように、本発明における近距離通信の実現方法及びシステムは、モバイル通信装置のスピーカとマイクロホンを利用して、ソフトウェア計算法によってディジタル信号に対して変調処理をし、それから、スピーカを通して変調から獲得した音声信号を再生し；もう一つのモバイル通信装置はマイクロホンを利用して音声サンプリングをし、且つサンプリングデータに対して算法分析をして復調を実現する。こんな インタラクティブ方式を通して二つのモバイル通信装置の間の少量のデータの近距離通信を実現することができ、Ｐ２Ｐ、オフライン決済等の類似な場面に応用することができる。

先述のそれぞれの方法における実施例において、簡単に描写するため、それを一連の動作の組み合わせとで説明したが、本分野の技術者は本発明が描写した動作順序の制限を受けないことは知るべきで、本発明における、あるステップはその他の順序又は同時の実施を採用することができる。次に、本分野の技術者は明細書で描写した実施例全部が好ましい実施例であることを同様に知るべきで、及ぶ動作とモジュールは必ずしも本発明に必要なのではない。

上記実施例では、各実施例の描写に対して全てそれぞれの重点があって、実施例に詳細に説明しなかったある部分は、ほかの実施例の態様を参照することができる。

本分野の普通の技術者は理解することができて：上記方法における実施例を実現する全部あるいは部分的ステップは、プログラム命令に関するハードウェアを通して完成することができ、先述のプログラムは一つのコンピュータの読み取り可能な記録媒体に保存することができ、このプログラムが執行する時、上記方法における実施例を含めたステップを執行し；先述の記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスクまたはＣＤ等の様々なプログラムコードの記録媒体である。

最後に説明すべきであることは：以上の実施例はただ本発明の技術方法を説明するだけで、それに対する限りではなく；前述した実施例を参照して本発明に対して詳しく説明したが、これは本分野の当業者にとって理解でき：それはやはり前述した各実施例に記載された技術方法に対して改変し、又はその部分の技術特徴に対して置換することができ；このような改変又は置換は、相応する技術方法を本発明における各実施例の技術方法の精神及び範囲から逸脱させることがない。

Claims (10)

1. 近距離通信の実現方法であって、
   送信装置がディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生するステップと、
   受信装置が前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して前記ディジタル信号を獲得するステップと、
   を含むことを特徴とする近距離通信の実現方法。
2. 前記送信装置が前記ディジタル信号に対して変調するステップは、前記送信装置が前記ディジタル信号に対して２位相偏移２ＦＳＫ変調を行うことを含み、ディジタル信号“０”の変調周波数は１２ＫＨｚであり、ディジタル信号“１”の変調周波数は１６ＫＨｚであり、変調幅は１０００個のサンプリング点であることを特徴とする請求項１に記載の近距離通信の実現方法。
3. 前記受信装置が前記音声信号に対してサンプリングするサンプリング周波数が４８ＫＨｚで、チャネル数が単チャネルで、量子化の位数が８位であって、
   前記受信装置が前記サンプリング信号に対して復調する方式は、
   前記サンプリング信号をタイムドメイン信号から周波数ドメイン信号に変換するステップと、
   ６４個のサンプリング点を採用して一つの分析周期とし、周波数ドメインのサンプリング信号に対して分析して、パワー最大点の周波数が１２ＫＨｚに最も近づく時、出力結果を“０”にし、パワー最大点の周波数が１６ＫＨｚに最も近づく時、出力結果を“１”にするステップと、
   長さが１６である窓を採用して上記出力結果に対して統計的に分析して、前記窓内の出力結果に“１”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号を“１”にし、前記窓内の出力結果に“０”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“０”にし、前記窓を移動して、続いて上記出力結果に対して統計的分析して、復調後のあらゆるディジタル信号を獲得するステップと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記窓を移動する前記ステップは、初期値が０であるカウント値を設置して、前記窓内の上記出力結果に対してトラバーサルし、“１”までトラバーサルした時、前記カウント値に１を加え、“０”までトラバーサルした時、前記カウント値から１を減らし、前記カウント値の絶対値が最大な位置が移動窓の距離であり、前記距離によって前記窓を移動するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記送信装置は、スピーカを含み、前記受信装置はマイクロホンを含むことを特徴とする請求項１から４に記載の方法。
6. 近距離通信の実現システムであって、
   ディジタル信号に対して変調し、変調によって生成された音声信号を再生する送信装置と、
   前記音声信号に対してサンプリングし、サンプリング信号に対して復調して、前記ディジタル信号を獲得する受信装置と、を含むことを特徴とする近距離通信の実現システム。
7. 送信装置は具体的にディジタル信号の２ＦＳＫ変調に用し、ディジタル信号“０”の変調周波数は１２ＫＨｚで、ディジタル信号“１”の変調周波数は１６ＫＨｚで、変調幅は１０００個のサンプリング点であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記收信装置が音声信号に対してサンプリングするサンプリング周波数が４８ＫＨｚで、チャネル数が単チャネルで、量子化の位数が８位であって、
   前記收信装置がサンプリング信号に対して復調する方式は、
   サンプリング信号をタイムドメイン信号から周波数ドメイン信号に変換する、６４個のサンプリング点を採用して一つの分析周期とし、周波数ドメインのサンプリング信号に対して分析して、パワー最大点の周波数が１２ＫＨｚに最も近づく時、出力結果を“０”にし、パワー最大点の周波数が１６ＫＨｚに最も近づく時、出力結果を“１”にして、長さが１６である窓を採用して上記出力結果に対して統計的に分析して、前記窓内の出力結果に“１”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号を“１”にし、前記窓内の出力結果に“０”の数が多い場合、復調した後のディジタル信号は“０”にし、前記窓を移動して、続いて上記出力結果に対して統計的分析して、復調後のあらゆるディジタル信号を獲得することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 初期値が０であるカウント値を設置して、前記窓内の上記出力結果に対してトラバーサルし、“１”までトラバーサルした時、前記カウント値に１を加え、“０”までトラバーサルした時、前記カウント値から１を減らし、前記カウント値の絶対値が最大な位置が移動窓の距離であり、前記距離によって前記窓を移動することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記送信装置はスピーカを含み、前記受信装置はマイクロホンを含むことを特徴とする請求項６から９に記載のシステム。

Images