基于白光通信的手機高速數據傳輸裝置

羅一鳴+趙曉帆+王凱麗

摘 要：文中設計了一款基于白光通信的手機高速數據傳輸裝置，可將發送方手機要發送的信息數據通過與手機連接的發射端裝置轉換成光學信號，并將信號調制成高質量白光LED的高頻閃光形式，通過在接收方手機上加裝光學檢測與接收解調裝置，對白光中的調制信號進行高速解調，并存入手機內存，最終還原為原始信息數據。而且在適當情況下，可以更換白光LED為激光LD發射頭，借助激光定向性好的特點，顯著提高了傳輸的定向性和保密性，并增加了通信距離。

關鍵詞：白光通信；高速數據傳輸

1 作品簡介

本項目全稱為“光束”——一種基于白光通信的手機高速數據傳輸裝置。系統分為軟件控制部分與手機外設的硬件支持部分，可將發送方手機要發送的信息數據通過與手機連接的發射端裝置轉換成光學信號，并將信號調制成高質量白光LED的高頻閃光形式，通過在接收方手機上加裝光學檢測與接收解調裝置，對白光中的調制信號進行高速解調，并存入手機內存，最終還原為原始信息數據。該裝置可在任何地方實現數據互傳，其便捷性優于WiFi，與傳統的藍牙、WiFi等無線通信方式相比擁有數據高速傳輸的特點，為大文件的快捷傳輸提供了可行方案。由于白光發射的定向性，使得調制白光照射不到的區域不會獲取信息，相比藍牙、WiFi，顯著提高了信息傳輸的保密性和安全性。

作品成品圖如圖1所示。

工作原理如圖2所示。

PCB封裝如圖3所示。

2 創新點

當前手機主要通過手機天線、WiFi天線以及藍牙向外界傳輸信息。這三種方式各有優缺點，技術成熟度與完整性各不相同。

手機天線相比于其他兩種，完成度最高，通過這種方式理論上能夠實現文件的快速傳輸，但在使用過程中需要通過運營商的基站實現，消耗流量，成本較高，特別對于一些大型文件，采用這種傳輸方式不現實。

若通過WiFi傳輸數據，當兩個設備連接到同一路由器時可以將路由器作為中介進行文件傳輸。這種方式較為便捷，無需花費額外費用，雖廉價，卻存在傳輸速度較慢、WiFi信號為全空間發射、不夠直觀、安全性不高等問題。

藍牙是當前用戶分享文件時普遍使用的方式，但這種方式卻存在一個致命缺陷，即速度緩慢。即使是先進的藍牙4.0技術也只能使傳輸速度達到3 Mb/s，雖然可滿足藍牙耳機等設備的需求，但對于較大的文件就無能為力，常常為了發一個視頻需要等待很久。

針對當前三種技術面臨的問題，文中研發出了一種傳輸速度快、安全便捷、成本低廉的手機間文件傳輸方式。本產品基于現有硬件進行開發，有如下創新點：

（1）在手機原有閃光燈的基礎上通過配合相應的App實現通過閃光燈發送手機信息。通過這種方式只需安裝一個軟件就能讓手機具有全新的信息發送功能，安全便捷、成本低廉、速度快且信息傳遞方向可控，光線沿直線傳播，通信信號覆蓋范圍可見可控，私密性強，安全性高，只有被閃光燈照射到的地方才能夠接收到信息。

（2）白光通信頻帶資源理論上高達100 THz，已有文獻報道白光通信實測通信速率達50 Gb/s（約合6 G/s），通信速率遠超WiFi，在理論速度上白光通信具有巨大優勢，通過加裝合適的USB端口LED模塊就能夠實現高速傳輸。

（3）本產品成本相對低廉，只需白光LED及PIN光電二極管，輔以相應的周邊電路就能實現相關功能，若大批量生產能夠將成本控制在40元以內。對傳輸速度要求不高的可以通過手機閃光燈進行信息傳遞，實現零成本傳輸。

3 市場前景

2015年是手機市場涅槃重生的一年，經過5年多爆發式的增長，中國智能手機市場規模由2011年的1.2億部迅速提升至2015年的4.7億部。在這樣的市場環境下，本產品通過手機自帶的閃光燈或者一個簡單的USB端口白光LED外接模塊可提供一種全新的手機信息發送方式。為手機與外界的互聯提供了一種全新的可能，這種連接方式快捷、可見、指向性好、安全穩定。在成本可控的前提下，本產品為手機廠商提供了一種全新的手機互聯方式，不用對手機已有設計進行任何改造，只需加裝USB端口發射模塊和一個手機App就能實現兩個手機之間的光通信。本產品著眼于手機用戶信息傳輸的痛點，通過手機已有的攝像頭或USB端口的LED燈以很低的成本為廣大手機廠商創造了一個很好的微創新宣傳點。這樣的微創新能夠激發一部分對手機間信息傳輸有需求的用戶的購買熱情。此外，數據保密傳輸的重要性在各行業越發凸顯。本產品在適當情況下，可以更換白光LED為激光LD發射頭，借助于激光定向性好的特點，可顯著提高傳輸定向性和保密性，大大增加通信距離。endprint