基于白光通信的手机高速数据传输装置

罗一鸣+赵晓帆+王凯丽

摘 要：文中设计了一款基于白光通信的手机高速数据传输装置，可将发送方手机要发送的信息数据通过与手机连接的发射端装置转换成光学信号，并将信号调制成高质量白光LED的高频闪光形式，通过在接收方手机上加装光学检测与接收解调装置，对白光中的调制信号进行高速解调，并存入手机内存，最终还原为原始信息数据。而且在适当情况下，可以更换白光LED为激光LD发射头，借助激光定向性好的特点，显著提高了传输的定向性和保密性，并增加了通信距离。

关键词：白光通信；高速数据传输

1 作品简介

本项目全称为“光束”——一种基于白光通信的手机高速数据传输装置。系统分为软件控制部分与手机外设的硬件支持部分，可将发送方手机要发送的信息数据通过与手机连接的发射端装置转换成光学信号，并将信号调制成高质量白光LED的高频闪光形式，通过在接收方手机上加装光学检测与接收解调装置，对白光中的调制信号进行高速解调，并存入手机内存，最终还原为原始信息数据。该装置可在任何地方实现数据互传，其便捷性优于WiFi，与传统的蓝牙、WiFi等无线通信方式相比拥有数据高速传输的特点，为大文件的快捷传输提供了可行方案。由于白光发射的定向性，使得调制白光照射不到的区域不会获取信息，相比蓝牙、WiFi，显著提高了信息传输的保密性和安全性。

作品成品图如图1所示。

工作原理如图2所示。

PCB封装如图3所示。

2 创新点

当前手机主要通过手机天线、WiFi天线以及蓝牙向外界传输信息。这三种方式各有优缺点，技术成熟度与完整性各不相同。

手机天线相比于其他两种，完成度最高，通过这种方式理论上能够实现文件的快速传输，但在使用过程中需要通过运营商的基站实现，消耗流量，成本较高，特别对于一些大型文件，采用这种传输方式不现实。

若通过WiFi传输数据，当两个设备连接到同一路由器时可以将路由器作为中介进行文件传输。这种方式较为便捷，无需花费额外费用，虽廉价，却存在传输速度较慢、WiFi信号为全空间发射、不够直观、安全性不高等问题。

蓝牙是当前用户分享文件时普遍使用的方式，但这种方式却存在一个致命缺陷，即速度缓慢。即使是先进的蓝牙4.0技术也只能使传输速度达到3 Mb/s，虽然可满足蓝牙耳机等设备的需求，但对于较大的文件就无能为力，常常为了发一个视频需要等待很久。

针对当前三种技术面临的问题，文中研发出了一种传输速度快、安全便捷、成本低廉的手机间文件传输方式。本产品基于现有硬件进行开发，有如下创新点：

（1）在手机原有闪光灯的基础上通过配合相应的App实现通过闪光灯发送手机信息。通过这种方式只需安装一个软件就能让手机具有全新的信息发送功能，安全便捷、成本低廉、速度快且信息传递方向可控，光线沿直线传播，通信信号覆盖范围可见可控，私密性强，安全性高，只有被闪光灯照射到的地方才能够接收到信息。

（2）白光通信频带资源理论上高达100 THz，已有文献报道白光通信实测通信速率达50 Gb/s（约合6 G/s），通信速率远超WiFi，在理论速度上白光通信具有巨大优势，通过加装合适的USB端口LED模块就能够实现高速传输。

（3）本产品成本相對低廉，只需白光LED及PIN光电二极管，辅以相应的周边电路就能实现相关功能，若大批量生产能够将成本控制在40元以内。对传输速度要求不高的可以通过手机闪光灯进行信息传递，实现零成本传输。

3 市场前景

2015年是手机市场涅槃重生的一年，经过5年多爆发式的增长，中国智能手机市场规模由2011年的1.2亿部迅速提升至2015年的4.7亿部。在这样的市场环境下，本产品通过手机自带的闪光灯或者一个简单的USB端口白光LED外接模块可提供一种全新的手机信息发送方式。为手机与外界的互联提供了一种全新的可能，这种连接方式快捷、可见、指向性好、安全稳定。在成本可控的前提下，本产品为手机厂商提供了一种全新的手机互联方式，不用对手机已有设计进行任何改造，只需加装USB端口发射模块和一个手机App就能实现两个手机之间的光通信。本产品着眼于手机用户信息传输的痛点，通过手机已有的摄像头或USB端口的LED灯以很低的成本为广大手机厂商创造了一个很好的微创新宣传点。这样的微创新能够激发一部分对手机间信息传输有需求的用户的购买热情。此外，数据保密传输的重要性在各行业越发凸显。本产品在适当情况下，可以更换白光LED为激光LD发射头，借助于激光定向性好的特点，可显著提高传输定向性和保密性，大大增加通信距离。endprint