一种光通信方法及光通信系统与流程

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种光通信方法及光通信系统。

背景技术：

电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息采集的作用。在国内外，电子标签已经在广泛的领域内得以应用。当前，无线射频(rfid)和光学码扫描技术广泛应用于电子标签识别中。日益流行的基于芯片的信用卡技术也获得了广泛关注，为电子标签识别提供了更为安全的平台。

然而，无线射频技术适用于近场射频(rf)技术，数据信号可以很容易地被附近的射频接收机窃取，这种信息泄漏在实际应用中已经给用户带来严重的安全问题。

光学一维或二维码技术已广泛应用于产品标签领域中，尤其是二维码技术，现已广泛应用于人们的日常生活中。通过扫码，通信终端可以获取一维码或二维码所携带的信息和/或权限授权等，为人们的生活带来了便利。然而，光学一维码和二维码技术的主要缺点在于码信息一旦生成就无法更改；此外，它携带的信息量非常少，同时又占用相对较大的空间。

综上，需要一种电子标签通信技术，在保证识别认证过程中的安全性的同时，又能在保证电子标签占用较小空间的前提下对电子标签信息进行更新。

基于上述对电子标签信息进行更新，同时又需要读取所述电子标签内的信息的技术方案，引出了进一步同步问题。由于发送端与接收端(即电子标签所在端)之间的通信为无接触式通信，因此发送端和接收端分别具有独立的时钟。发送端与接收端需要时钟同步才能执行通信步骤，因此，还需要一种同步技术，使发送端与接收端完成时钟同步。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种光通信方法，所述方法包括：

监测唤醒光信号；

当监测到所述唤醒信号后，设定所述接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步，所述接收端为具有电子标签的设备；

当所述比特率设定完毕后，根据所述唤醒光信号，给所述电子标签上电；

发送回应光信号至发送端，所述回应光信号为回应所述唤醒光信号的光信号；

若监测到所述训练序列光信号后，则发送回应序列光信号至所述发送端；

若连续监测到n个训练序列光信号，则接收光通信信号以对所述电子标签的信息进行更新，其中n为大于等于1的自然数；

其中，所述唤醒光信号、所述训练序列光信号以及所述光通信信号均包括用于向所述电子标签上电的上电信号。

根据本申请另一方面，公开了一种光通信接收装置，所述装置为包括电子标签的装置，包括：

监测模块，用于监测唤醒光信号；

同步模块，用于当监测到所述唤醒信号后，设定所述光通信装置的比特率，以使所述光通信装置的时钟与发送端的时钟同步；

上电模块，用于在所述比特率设定完毕后，根据所述唤醒光信号，给电子标签上电；

回应光信号发送模块：用于发送回应光信号至发送端，所述回应光信号为回应所述唤醒光信号的光信号；

序列光信号收发模块，用于当监测到所述训练序列光信号时，发送回应序列光信号至所述发送端；

读取模块，用于当连续监测到n个训练序列光信号时，接收光通信信号以对所述电子标签的信息进行更新，其中n为大于等于1的自然数；

其中，所述唤醒光信号、所述训练序列光信号以及所述光通信信号均包括用于向所述电子标签上电的上电信号。

在其中一实施例中，所述同步模块包括：

采样模块，用于对所述唤醒光信号进行过采样，以对所述唤醒光信号进行边缘检测并获得所述唤醒光信号的相位和频率；

频率相位同步模块，根据所述唤醒光信号的相位和频率，调整本地时钟，以对本地时钟与所述唤醒光信号进行相位同步和频率同步；

比特率设定模块，用于根据同步后的所述本地时钟的相位与频率设定所述接收端的比特率。

此外，本申请还公开了一种光通信方法，包括步骤：

发送端发送唤醒光信号到接收端；

接收端监测所述唤醒光信号；

接收端在监测到所述唤醒光信号后，设定所述接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步；

在所述比特率设定完毕后，根据所述唤醒光信号，给电子标签上电；

所述接收端上电后发送回应光信号至所述发送端；

当所述发送端监测到所述回应光信号后，所述发送端发送训练序列光信号到所述接收端；

当所述接收端监测到所述训练序列光信号后，所述接收端发送回应序列光信号到所述发送端。

当所述接收端连续监测到n个训练序列光信号，且所述发送端监测到连续发送的n个训练序列光信号分别对应的n个回应序列光信号后，则发送端向所述接收端发送光通信信号以向所述电子标签写入信息；

其中n为大于或等于1的自然数；所述接收端为具有电子标签的设备；所述唤醒光信号、所述训练序列光信号以及所述光通信信号均包括用于向所述接收端上电的上电信号。

本申请的有益效果在于，由于电子标签可被写入，且仅在被唤醒后才能够被写入或读取，因此在保证电子标签识别认证过程中的安全性的同时，又能在保证电子标签占用较小空间的前提下对电子标签信息进行更新。

附图说明

本申请下面将以示例性实施例的方式描述。通过下述细节描述及相应附图，本申请以上和其他方面的实施例将更为清晰。

图1为根据本申请一实施例的光通信方法的流程图；

图2为根据图1中光通信时钟同步方法的流程图；

图3为根据图1中光通信方法中实现较宽光操作范围的流程图；

图4为根据图1中光通信方法中光电转换后的电信号的波形图；

图5为根据本申请另一实施例的光通信方法的流程图；

图6为根据本申请又一实施例的光通信装置的结构图；

图7为根据图6中光通信装置的同步模块的结构图；

图8为根据图6中光通信装置的光电转换模块的结构图；

图9为根据另一实施例，图6中光通信装置的光电转换模块的结构图；

图10为根据本申请又一实施例的光通信装置的结构图；

图11为根据本申请又一实施例的光通信方法的流程图；以及

图12为根据本申请又一实施例的光通信装置的结构图。

具体实施方式

本说明书所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。

如图1所示，本申请一实施例提供了一种光通信方法100，该方法100可应用于通信的接收端，该接收端为具有电子标签的设备；方法100包括步骤：

步骤102，监测唤醒光信号。

其中该唤醒光信号为发送端发送至接收端，用于唤醒该接收端，继而与该接收端进行光通信的光信号。

步骤104.当监测到该唤醒光信号后，设定该接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步。

由于本申请适用于无接触式的光通信领域，因此通信两端，即发送端和接收端分别具有独立的时钟，因此需要对发送端和接收端的时钟进行同步，才能实现两端的数据交互。

步骤106.当该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电；

为安全起见，需要具有外部电能驱动唤醒该电子标签才能向该电子标签写入信息和/或从该电子标签处读取信息。在本实施例中，发送端向接收端发送的唤醒光信号包括为电子标签上电的上电信号，在该接收端监测到唤醒请求的同时，该唤醒光信号也为该电子标签提供了电能。相对于现有技术，本申请中的电子标签只有在接收到唤醒光信号后才上电，避免了在未被唤醒的情况下，电子标签内的信息被非法读取，或者向该电子标签非法写入数据，大大提高了安全性。

步骤108.发送回应光信号至发送端，该回应光信号为回应该唤醒光信号的光信号；接收端发送回应光信号的目的为告知该发送端，已经收到该唤醒光信号并且电子标签已经上电成功。

步骤110.若监测到该训练序列光信号后，则发送回应序列光信号至该发送端。当该发送端接收到回应序列光信号后，会发送训练序列光信号至该接收端，因此在接收端发出回应光信号后，即开始监测该训练序列光信号。当接收端接收到该训练序列光信号后，作为回应，会发送出回应序列光信号到该发送端。在一优选实施例中，发送端通过训练序列光信号和与该训练序列光信号对应的回应序列光信号的对比，判断发送端和接收端之间的通信参数及通信质量，包括是否完成同步的情况。

步骤112.若连续监测到n个训练序列光信号，则接收光通信信号以对该电子标签的信息进行更新，其中n为大于等于1的自然数。接收端可执行多次监测训练序列光信号，并在监测到该训练序列光信号后发送回应序列光信号，其目的在于确保发送端每次发送训练序列光信号都可以收到回应光序列信号，从而更加准确地判断发送端和接收端之间的通信参数和通信质量。当连续监测到n次训练序列光信号后，表示双端已经满足通信需求，就可以执行正常的光通信，向电子标签写入更新数据和/或读取该电子标签的信息。

其中，该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该电子标签上电的上电信号，从而电子标签被唤醒后的整个通信过程中，发送端可以持续地为该电子标签供电；而当通信中断时，电子标签失去驱动，不再接收读写请求。

上述光通信方法100相对于现有普通电子标签，如二维码通信方法相比，有益效果在于，可以通过光信号给该电子标签上电，从而可以更新该电子标签的信息，也增加了电子标签可容纳的信息量；同时，只有在该电子标签被唤醒后才可以读取该电子标签的信息或者向该电子标签写入信息，可有效防止非法读写请求，提高了通信的安全性。

在一实施例中，该电子标签存储于一存储器中，如闪存、电可擦只读存储器等。

在一实施例中，当未监测到该唤醒光信号，则重复执行步骤102。

在一实施例中，若未监测到该训练序列光信号，则重复执行步骤102。

在一实施例中，若监测到该训练序列光信号，但未连续监测到n个训练序列光信号，则重复判断是否监测到训练序列光信号。

如图2所示，在一优选实施例中，设定该接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步的步骤包括：

步骤1042.对该唤醒光信号进行过采样，以对该唤醒光信号进行边缘检测并获得该唤醒光信号的相位和频率；

步骤1044.根据该唤醒光信号的相位和频率，调整本地时钟，以对本地时钟与该唤醒光信号进行相位同步和频率同步；

步骤1046.根据同步后的该本地时钟的相位与频率设定该接收端的比特率。

在一实施例中，光信号为固定周期的二进制信号，即强光信号表示“1”，无光或者较暗光信号表示“0”。然而由于发送端与接收端的距离远近可能会发生动态变化，因此光信号强度也会发生变化，从而相同的光信号可能因为两端距离的不同而被识别为不同的二进值信号。如图3所示，为了实现较宽的光操作动态范围，该方法还包括步骤：

步骤1032.获取与该光信号相邻的先前的一序列光信号的最大幅值，并计算该一序列光信号最大幅值的平均值。其中与该光信号相邻的先前的一序列光信号最大幅值的平均值用于表征当前一段时间的光强度范围，基于该光强度范围，便于后续判断该光信号的二进制值。

步骤1034.基于该平均值，调整当前的光电转换的增益和/或判断当前光信号为1或0的阈值；其中该增益与该平均值负相关；该阈值与该平均值正相关；并基于该阈值判断该光信号值为1或0，其中该光信号包括该唤醒光信号、该训练序列光信号和该光通信信号。在如图4所示的为根据一实施例中的光电转换后的电信号波形图，如图所示，，仅通过动态调节阈值大小判断光信号的值，其中阈值根据光光电转换输出信号幅值进行动态调整，如图中的阈值1、阈值2和阈值3。在另一实施例中，可通过调节光电转换的增益，例如当光强度过大时，则将光电转换增益调小，使较强的光信号调节为相对较小的电信号电压，以防止光电转换时电信号电压超出最高阈值；相反地，当光强度偏小，则将光电转换增益上调，使较弱的光信号调节为相对较大的电信号电压。

在一实施例中，该唤醒光信号为固定脉宽的m个脉冲信号；该方法还包括：将该m个脉冲信号累加以计算出精确的脉宽；其中m为大于或等于1的自然数。

在一实施例中，在步骤110中，若未监测到该训练序列光信号，则重新设定该接收端的比特率，并再次监测该训练序列光信号。接收端未监测到训练序列光信号，可能表示发送端与接收端并未完成同步，则此时可以通过微调本地时钟，并在微调本地时钟的同时持续监测该训练序列光信号，直至接收到该训练序列光信号。

在一实施例中，该唤醒光信号、该训练序列信号、光通信信号均在被发送至该电子标签之前被解码；该回应光信号、该回应序列光信号均由该接收端编码后发送至该发送端。该步骤的目的在于，使所有光信号在发送一端被编码，在接收一端被解码从而实现直流平衡。优选地，实现编码和解码步骤的装置分别为8b/10b编码器和8b/10b解码器。

如图5所示，根据本申请另一方面，公开了一种光通信方法500，该方法500可应用于通信的发送端；方法500包括步骤：

步骤502.向接收端发送唤醒光信号,以使接收端执行：监测唤醒光信号，当监测到该唤醒信号后，设定该接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步，当该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电，并发送回应光信号至该发送端，该回应光信号为回应该唤醒光信号的光信号，该接收端为具有电子标签的设备；

步骤504.当监测到该回应光信号后，发送训练序列光信号至该接收端以使接收端执行：监测该训练序列光信号，若未监测到该训练序列光信号，则执行监测唤醒光信号的步骤，若监测到训练序列光信号后，则发送回应序列光信号，同时重复执行该监测训练序列光信号；并使发送端监测回应序列光信号，该回应序列光信号为回应该发送训练序列光信号的序列光信号；

步骤506.若监测到回应序列光信号后，并且已监测到连续发送的n个训练序列光信号分别对应的n个回应序列光信号，则向该接收端发送光通信信号以向该电子标签写入信息；其中n为大于或等于1的自然数；

其中，该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该电子标签上电的上电信号。

在一实施例中，若在步骤504中未监测到该回应序列光信号，则在该接收端重新设定比特率期间，发送训练序列光信号到该接收端，并监测该回应序列光信号。

在一实施例中，该唤醒光信号、该训练序列信号、光通信信号均由该发送端编码后发送至该接收端；该发送端对接收到的该回应光信号、该回应序列光信号进行解码。该步骤的目的在于，使所有光信号在发送一端被编码，在接收一端被解码从而实现直流平衡。优选地，实现编码和解码步骤的装置分别为8b/10b编码器和8b/10b解码器。

如图6所示，本申请还公开了一种光通信装置600，该光通信装置600包括电子标签，在通信领域中作为接收端，该光通信装置600包括：

监测模块602，用于监测唤醒光信号。

同步模块604，用于当监测到该唤醒信号后，设定该光通信装置的比特率，以使该光通信装置的时钟与发送端的时钟同步。

由于本装置适用于无接触式的光通信领域，因此通信两端分别具有独立的时钟，因此需要对发送端和接收端的时钟进行同步，才能实现两端的数据交互。

上电模块606，用于在该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电。

回应光信号发送模块608：用于发送回应光信号至发送端，该回应光信号为回应该唤醒光信号的光信号。

序列光信号收发模块610，用于当监测到该训练序列光信号时，发送回应序列光信号至该发送端。当发送端接收到回应序列光信号后，会发送训练序列光信号至该光通信装置600，因此在光通信装置600发出回应光信号后，即开始监测该训练序列光信号。当光通信装置600接收到该训练序列光信号后，作为回应，会发送出回应序列光信号到该发送端。在一优选实施例中，发送端通过训练序列光信号和与该训练序列光信号对应的回应序列光信号的对比，判断发送端和光通信装置600之间的通信参数及通信质量，包括是否完成同步的情况。

读取模块612，用于当连续监测到n个训练序列光信号时，接收光通信信号以对该电子标签的信息进行更新，其中n为大于等于1的自然数；序列光信号收发模块610可执行多次监测训练序列光信号，并在监测到该训练序列光信号后发送回应序列光信号，其目的在于确保发送端每次发送训练序列光信号都可以收到回应光序列信号，从而更加准确地判断发送端和光通信装置600之间的通信参数和通信质量。当连续监测到n次训练序列光信号后，表示双端已经满足通信需求，就可以执行正常的光通信，向电子标签写入更新数据和/或读取该电子标签的信息。

其中，该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该电子标签上电的上电信号。

如图7所示，该同步模块604包括：

采样模块6042，用于对该唤醒光信号进行过采样，以对该唤醒光信号进行边缘检测并获得该唤醒光信号的相位和频率；

频率相位同步模块6044，根据该唤醒光信号的相位和频率，调整本地时钟，以对本地时钟与该唤醒光信号进行相位同步和频率同步；

比特率设定模块6046，用于根据同步后的该本地时钟的相位与频率设定该接收端的比特率。

如图8所示，在一实施例中，该装置600还包括用于将光信号转化为二进制电信号的光电转换模块614，该光电转换模块614包括：

光强度获取模块6142，用于获取与该光信号相邻的先前的一序列光信号的最大幅值，并计算该一序列光信号最大幅值的平均值。其中与该光信号相邻的先前的一序列光信号最大幅值的平均值用于表征当前一段时间的光强度范围，基于该光强度范围，便于后续判断该光信号的二进制值。

阈值调节模块6144，用于基于该平均值，调整当前光信号为1或0的阈值；其中该增益与该平均值负相关。

比较模块6146，用于基于该平均值，调整当前的光电转换的增益，该阈值与该平均值正相关。

如图9所示，在另一实施例中，该光电转换模块614包括功率检波器6141、跨阻放大器6143、以及比较器6145。如图所示，该功率检波器6141与该比较器6145直接相连，用于根据当前光信号相邻的先前一序列光信号直接调节该比较器6145的阈值。此外，功率检波器6145也与该跨阻放大器直接相连，用于根据当前光信号相邻的先前一序列光信号直接调节该跨阻放大器6143的增益。

在其中一个实施例中，该唤醒光信号为固定脉宽的m个脉冲信号；该装置600还包括用于将该m个脉冲信号累加以计算出精确的脉宽的装置；其中m为大于或等于1的自然数。

在其中一个实施例中，该序列光信号收发模块610还用于，若未监测到该训练序列光信号，则控制该同步模块重新设定该光通信装置的比特率，并再次监测该训练序列光信号。接收端未监测到训练序列光信号，可能表示发送端与接收端并未完成同步，则此时可以通过微调本地时钟，并在微调本地时钟的同时持续监测该训练序列光信号，直至接收到该训练序列光信号。

在一实施例中，该装置600还包括对该唤醒光信号、该训练序列信号、光通信信号解码的解码器，以及对该回应光信号、该回应序列光信号进行编码的编码器。优选地，该编码器和解码器分别为8b/10b编码器和8b/10b解码器。

如图10所示，本申请还公开了一种光通信装置1000，该光通信装置1000包括电子标签，在通信领域中作为发送端，该光通信装置1000包括：

唤醒模块1002，用于向接收端发送唤醒光信号,以使接收端执行：监测唤醒光信号，当监测到该唤醒信号后，设定该接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步，当该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电，并发送回应光信号至该发送端，该回应光信号为回应该唤醒光信号的光信号，该接收端为具有电子标签的设备；

序列光信号收发模块1004，用于当监测到该回应光信号后，发送训练序列光信号至该接收端以使接收端执行：监测该训练序列光信号，若未监测到该训练序列光信号，则执行监测唤醒光信号的步骤，若监测到训练序列光信号后，则发送回应序列光信号，同时重复执行该监测训练序列光信号；并使发送端监测回应序列光信号，该回应序列光信号为回应该发送训练序列光信号的序列光信号；

写入模块1006，用于在监测到回应序列光信号，并且已监测到连续发送的n个训练序列光信号分别对应的n个回应序列光信号时，向该接收端发送光通信信号以向该电子标签写入信息；其中n为大于或等于1的自然数；

其中，该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该电子标签上电的上电信号。

在一实施例中，该装置1000还包括对该唤醒光信号、该训练序列信号、光通信信号编码的编码器(未示出)，以及对该回应光信号、该回应序列光信号进行解码的解码器(未示出)。该解码器和编码器的目的在于，使所有光信号在发送一端被编码，在接收一端被解码从而实现直流平衡。优选地，该解码器和该编码器分别为8b/10b编码器和8b/10b解码器。

如图11，根据本申请另一方面，还公开了一种光通信方法1100，包括：

步骤1102，发送端发送唤醒光信号到接收端；

步骤1104，接收端监测该唤醒光信号；

步骤1106，接收端在监测到该唤醒光信号后，设定该接收端的比特率，以使接收端的时钟与发送端的时钟同步；

步骤1108，在该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电；

步骤1110，该接收端上电后发送回应光信号至该发送端；

步骤1112，当该发送端监测到该回应光信号后，则执行步骤1114

步骤1114，该发送端发送训练序列光信号到该接收端；

步骤1116，当该接收端监测到该训练序列光信号后，则执行步骤1118；

步骤1118，该接收端发送回应序列光信号到该发送端；

步骤1120，当该接收端连续监测到n个训练序列光信号，且该发送端监测到连续发送的n个训练序列光信号分别对应的n个回应序列光信号后，则执行步骤1122；

步骤1122，发送端向该接收端发送光通信信号以向该电子标签写入信息；

其中n为大于或等于1的自然数；该接收端为具有电子标签的设备；该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该接收端上电的上电信号。

如图12，根据本申请另一方面，还公开了一种光通信装置1200，该光通信装置包括光通信发送装置1300和光通信接收装置1400，其特征在于，

该光通信发送装置1300包括：唤醒模块1302，用于向光通信接收装置1400发送唤醒光信号，该光通信接收装置1400为具有电子标签的设备；序列光信号收发模块1304，用于当监测到该回应光信号后，发送训练序列光信号至该光通信接收装置1400；写入模块1306，用于在监测到回应序列光信号，并且已监测到连续发送的n个训练序列光信号分别对应的n个回应序列光信号时，向该光通信接收装置1400发送光通信信号以向该电子标签写入信息；

该光通信接收模块1400包括：监测模块1402，用于监测唤醒光信号；同步模块1404，用于当监测到该唤醒信号后，设定该光通信接收装置1400的比特率，以使该光通信接收装置1400的时钟与光通信发送装置1300的时钟同步；上电模块1406，用于在该比特率设定完毕后，根据该唤醒光信号，给电子标签上电；回应光信号发送模块1408：用于发送回应光信号至光通信发送装置1300，该回应光信号为回应该唤醒光信号的光信号；序列光信号收发模块1410，用于当监测到该训练序列光信号时，发送回应序列光信号至该光通信发送装置1300；读取模块1412，用于当连续监测到n个训练序列光信号时，接收光通信信号以对该电子标签的信息进行更新，其中n为大于等于1的自然数；其中，该唤醒光信号、该训练序列光信号以及该光通信信号均包括用于向该电子标签上电的上电信号。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可储存于一计算机可读取储存介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，该的储存介质可为磁碟、光盘、只读储存记忆体(readonlymemory，rom)或随机储存记忆体(randomabbessmemory，ram)等。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。