一种限制距离的低频通信系统及方法

摘要

本发明适用于近距离通讯技术领域，提供了一种限制距离的低频通信系统及方法，所述系统包括：通信发送装置和通信接收装置，其中，所述通信发送装置包括发射线圈，所述通信接收装置包括接收天线，所述通信发送装置包括：编码单元、调制单元和功率放大单元，所述通信接收装置包括：滤波单元、放大单元和解码单元。本发明，电路结构简单、配置方便灵活，传输的能量衰减慢，具备良好的适应性和实用性。

权利要求

1.一种限制距离的低频通信系统，包括通信发送装置和通信接收装置，其中，所述通信发送装置包括发射线圈，所述通信接收装置包括接收天线，其特征在于，所述通信发送装置包括：编码单元，用于对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形；

调制单元，分别与所述编码单元连接，用于采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号；

功率放大单元，分别与所述调制单元和发射线圈连接，用于经过第一功率放大器对所述电流信号进行放大，之后输出至所述发射线圈发送；

其中：所述调制单元具体包括：

周期计算模块，用于根据载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

脉宽获取模块，用于获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置于第一配置寄存器中并输出至第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

周期寄存模块，用于根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于分块配置寄存器中并输出至第一计数器，所述R配置于第二配置寄存器中并输出至第三计数器，Q、R为整数；

周期划分模块，用于将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

脉宽调制模块，用于在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

2.根据所述权利要求1所述的限制距离的低频通信系统，其特征在于，所述通信接收装置包括：滤波单元，用于将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号；

放大单元，用于通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大；

解码单元，用于对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

3.根据所述权利要求1所述的限制距离的低频通信系统，其特征在于，所述调制单元包括调制电路，所述调制电路包括载波频率配置寄存器；与所述载波频率配置寄存器输出端连接的载波时钟；分块配置寄存器；与所述分块配置寄存器输出端连接的第一计数器；第一配置寄存器；分别与所述第一配置寄存器输出端连接的第二计数器；第二配置寄存器；分别与所述第二配置寄存器输出端连接的第三计数器；与所述第一计数器输出端、第二计数器输出端和第三计数器输出端连接的输出电平产生器，所述第二计数器输出端与所述第一计数器输入端连接，所述第二计数器输出端与所述第三计数器输入端连接。

4.根据所述权利要求1所述的限制距离的低频通信系统，其特征在于，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。

5.一种限制距离的低频通信方法，包括通信发送装置和通信接收装置，其中，所述通信发送装置包括发射线圈，所述通信接收装置包括接收天线，其特征在于，所述方法包括：所述通信发送装置对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形；

所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号；

所述通信发送装置经过第一功率放大器对所述电流信号进行放大，之后输出至所述发射线圈发送；

其中，所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号包括：根据载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置于第一配置寄存器中并输出至第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于分块配置寄存器中并输出至第一计数器，所述R配置于第二配置寄存器中并输出至第三计数器，Q、R为整数；

将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

6.根据所述权利要求5所述的限制距离的低频通信方法，其特征在于，所述方法包括：所述通信接收装置将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号；

所述通信接收装置通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大；

所述通信接收装置对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

7.根据所述权利要求5所述的限制距离的低频通信方法，其特征在于，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。

说明书

一种限制距离的低频通信系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于近距离通讯技术领域，尤其涉及一种限制距离的低频通信系统及方法。

背景技术

[0002] 手机射频识别(Radio Frequency Identification、RFID)技术将RFID芯片内置在手机或手机智能卡中，实现手机功能与RFID功能的集成，用户可刷手机实现移动支付、金融服务、购物消费、乘车服务、身份认证等诸多近距离移动支付应用。目前，主流手机RFID解决方案按照工作频率可分为两大类，即13.56MHz方案和2.4GHz方案，其中，基于2.4GHz的RFID-SIM将射频技术集成到SIM卡中一起封装成SIM卡的形式，RFID-SIM既支持标准的SIM卡功能，也可完成近距离无线通信，是智能卡技术与非接触领域相结合的典型代表。

[0003] 在很多移动支付应用中，需要确定可支付距离范围，并判断手机或者支付SIM卡进入支付的距离，从而避免过远距离的误刷卡。其中，中国发明专利一种近距离通信方法及系统CN201010166226.0采用低频交变磁场信号来传输数据，即采用预设的发射参数发射低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号的最高频率f0，优选低频交变磁场信号频率可以为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz或30KHz。

[0004] 现有方案低频交变磁场信号直接采用基带信号进行传输，传输的能量衰减较快，距离较近，且针对多个不同的传输速率，需要产生不同频率的交变磁场信号，电路控制较为复杂，代价较高。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供了一种限制距离的低频通信系统及方法，旨在解决现有技术采用基带信号进行传输，传输的能量衰减较快，距离较近，且针对多个不同的传输速率，需要产生不同频率的交变磁场信号，电路控制较为复杂，代价较高的问题。

[0006] 一方面，提供一种限制距离的低频通信系统，所述系统包括：通信发送装置和通信接收装置，其中，所述通信发送装置包括发射线圈，所述通信接收装置包括接收天线，所述通信发送装置包括：

[0007] 编码单元，用于对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形；

[0008] 调制单元，分别与所述编码单元连接，用于采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号；

[0009] 功率放大单元，分别与所述调制单元和发射线圈连接，用于经过第一功率放大器对所述电流信号进行放大，之后输出至所述发射线圈发送。

[0010] 进一步地，所述通信接收装置包括：

[0011] 滤波单元，用于将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号；

[0012] 放大单元，用于通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大；

[0013] 解码单元，用于对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

[0014] 进一步地，所述调制单元包括调制电路，所述调制电路包括载波频率配置寄存器；与所述载波频率配置寄存器输出端连接的载波时钟；分块配置寄存器；与所述分块配置寄存器输出端连接的第一计数器；第一配置寄存器；分别与所述第一配置寄存器输出端连接的第二计数器；第二配置寄存器；分别与所述第二配置寄存器输出端连接的第三计数器；与所述第一计数器输出端、第二计数器输出端和第三计数器输出端连接的输出电平产生器，所述第二计数器输出端与所述第一计数器输入端连接，所述第二计数器输出端与所述第三计数器输入端连接。

[0015] 进一步地，所述调制单元具体包括：

[0016] 周期计算模块，用于根据所述载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

[0017] 脉宽获取模块，用于获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置与第一配置寄存器中并输出至所述第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

[0018] 周期寄存模块，用于根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于所述分块配置寄存器中并输出至所述第一计数器，所述R配置于所述第二配置寄存器中并输出至所述第三计数器，Q、R为整数；

[0019] 周期划分模块，用于将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

[0020] 脉宽调制模块，用于在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

[0021] 进一步地，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。

[0022] 另一方面，提供一种限制距离的低频通信方法，所述方法包括：

[0023] 所述通信发送装置对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形；

[0024] 所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号；

[0025] 所述通信发送装置经过第一功率放大器对所述电流信号进行放大，之后输出至所述发射线圈发送。

[0026] 进一步地，所述方法包括：

[0027] 所述通信接收装置将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号；

[0028] 所述通信接收装置通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大；

[0029] 所述通信接收装置对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

[0030] 进一步地，所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号包括：

[0031] 根据所述载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

[0032] 获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置与第一配置寄存器中并输出至所述第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

[0033] 根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于所述分块配置寄存器中并输出至所述第一计数器，所述R配置于所述第二配置寄存器中并输出至所述第三计数器，Q、R为整数；

[0034] 将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

[0035] 在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

[0036] 进一步地，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。

[0037] 本申请实施例包括以下优点：

[0038] 通信发送装置对待发送的比特进行差分曼彻斯特编码，得到低频发射端所需的电流发送的电流信号波形，采用较高频率如1M，2M，4M或者8M的时钟，通过信号的开关，控制电流持续时间内的脉冲宽度或者脉冲密度，得到一个线性变化的电流信号，此信号速率可以是2K，4K或者8K，电流信号经过功率放大器放大，并流经发射线圈，通过线圈产生的交变电磁场耦合到通信接收装置的接收天线上，接收信号经过低通滤波器滤除较高频率的信号，并放大、解码后即可得到2K，4K或者8K的数据信号，其电路结构简单、配置方便灵活，传输的能量衰减慢，具备良好的适应性和实用性。

附图说明

[0039] 图1是本发明实施例一提供的限制距离的低频通信系统的结构示意图；

[0040] 图2是本发明实施例一提供的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码示意图；

[0041] 图3是本发明实施例一提供的调制电路的结构示意图；

[0042] 图4是本发明实施例一提供的调制单元的结构示意图；

[0043] 图5是本发明实施例二提供的通信发送装置的低频通信方法的流程图；

[0044] 图6是本发明实施例二提供的通信接收装置的低频通信方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0046] 以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：

[0047] 实施例一

[0048] 图1示出了本发明实施例一提供的限制距离的低频通信系统的具体结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。在本实施例中，该限制距离的低频通信系统包括：通信发送装置1和通信接收装置2，其中，通信发送装置1包括发射线圈，所述通信接收装置2包括接收天线。

[0049] 其中，所述通信发送装置1包括：

[0050] 编码单元11，用于对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形；

[0051] 其中，通信发送装置首先对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，编码波形如图2所示。曼彻斯特编码每一位的中间有一跳变，从低到高跳变表示0，从高到低跳变表示1；也可相反的定义，从低到高跳变表示1，从高到低跳变表示0。差分曼彻斯特编码基于曼彻斯特编码，在码流中与前一个跳沿同向的为数据0，反向的为数据1。

[0052] 调制单元12，分别与所述编码单元连接，用于采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号；

[0053] 优选的，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。

[0054] 在本实施例中，所述调制单元12包括调制电路，如图3所示，所述调制电路包括载波频率配置寄存器；与所述载波频率配置寄存器输出端连接的载波时钟；分块配置寄存器；与所述分块配置寄存器输出端连接的第一计数器；第一配置寄存器；分别与所述第一配置寄存器输出端连接的第二计数器；第二配置寄存器；分别与所述第二配置寄存器输出端连接的第三计数器；与所述第一计数器输出端、第二计数器输出端和第三计数器输出端连接的输出电平产生器，所述第二计数器输出端与所述第一计数器输入端连接，所述第二计数器输出端与所述第三计数器输入端连接。

[0055] 其中，第二计数器和R计数的时钟即为载波时钟，配置分别由N配置寄存器和R配置寄存器给出。系统初始化时候，N和第三计数器的值均为0。开始进行信号调制后，每当第二计数器的值由0变为配置值N’时，产生一个脉冲信号发送给第一计数器；每当第三计数器的值由0变为配置值R’时，产生一个脉冲信号发送给第一计数器。N和R的配置数值根据上文描述的方法给出。N和第三计数器的值均输入到输出电平产生器中。

[0056] 第一计数器表示当前分块的计数值。分块配置寄存器中，存储的Q值由下文文所述方法给出。系统初始化时，Q值为0。开始进行信号调制后，第一计数器每收到一个第二计数器发来的脉冲后，第一计数器的值加1。当第一计数器的值等于分块配置寄存器预置值Q’，且从第三计数器收到一个脉冲信号后，Q值跳变为0，且表示一个比特信号发送完毕。

[0057] 输出电平产生器产生输出的高低电平，在每个小块内，根据第一计数器的值，相应控制PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度，使得在这N载波周期内，高电平的占空比为Q/N。当第一计数器的值等于分块配置寄存器的预置值Q’时，此时高电平占空比为1，持续的载波周期时间为R。

[0058] 进一步地，如图4所示，所述调制单元12具体包括：

[0059] 周期计算模块121，用于根据所述载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

[0060] 脉宽获取模块122，用于获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置与第一配置寄存器中并输出至所述第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

[0061] 周期寄存模块123，用于根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于所述分块配置寄存器中并输出至所述第一计数器，所述R配置于所述第二配置寄存器中并输出至所述第三计数器，Q、R为整数；

[0062] 周期划分模块124，用于将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

[0063] 脉宽调制模块125，用于在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

[0064] 功率放大单元13，分别与所述调制单元和发射线圈连接，用于经过第一功率放大器对所述电流信号进行放大，之后输出至所述发射线圈发送。

[0065] 其中，以8M预设高频率时钟作为载波，传输2K的预设信号速率为例来描述调制过程：

[0066] (1)计算预设高频率时钟和预设信号速率的比值S，S＝16M/2K＝4000，即4000个载波周期传输一个比特信号；

[0067] (2)设计一个共N个等级的脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)或者脉冲密度调制(PDM,Pulse Density Modulation)，N为整数，需要满足条件N*N约等于S。根据上述条件，可以求得N等于64；

[0068] (3)计算R/N求得商数Q和余数R，此例中Q为62，R为32；

[0069] (4)将S周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期。此列中，将4000个周期分成63个小块，前62每块的包含64个时钟周期，剩下最后一个小块只包含32个时钟周期；

[0070] (5)在每个小块内，根据此时的块值，相应控制PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度做如下线性变化，从0/N，1/N，2/N，3/N，4/N，…...(N-3)/N，(N-2)/N，(Q-1)/N，R/R。其中，占空比或者高电平密度为0/64,1/64，2/64,3/64，…...61/64,32/32，其中最后一个32/32表示32个时钟周期的满幅电平；

[0071] 通过上述方式，即可得到宏观上电流强度逐渐线性增大的电流，类似的方法，PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度按照以下顺序R/R，(Q-1)/N…...1/N，0/N即可得到电流强度线性减小的电流信号。

[0072] 进一步地，所述通信接收装置2包括：

[0073] 滤波单元21，用于将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号；

[0074] 放大单元22，用于通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大；

[0075] 解码单元23，用于对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

[0076] 其中，差分曼彻斯特编码的码流中与前一个跳沿同向的为数据0，反向的为数据1。解码单元23可根据预设的采样间隔对基于差分曼彻斯特编码的信号进行采样，然后将得到的各采样点的幅值-时间特征转化为时间特征；或者采用累加计数的方法将电平信号转化为三角波信号，通过三角波门限方法，判断波峰和波谷，得到时钟信号和中间数据，从而完成曼彻斯特解码。通信接收装置2的信号由接收天线的感应电压产生，感应电压正比于接收线圈磁通量的变化率，即V＝dΦ/dt。当接收线圈面积一定时，磁通量和磁场强度成正比。对通信发送装置来说，线圈发射到空间的磁场强度，是和电流成正比，磁场强度计算公式：H＝N*I/Le，式中H为磁场强度，单位为A/m；N为发射天线线圈的匝数，I为激励电流，Le为测量样品的有效磁路长度，单位为m。根据上面的表达式可以确定，如果通信接收装置感应到如图2所示的高低电平，则通信发送装置电流需要满足V＝K*di/dt，其中K为比例常数。通信发送装置线圈电流线性变化即可满足要求。

[0077] 本实施例，通信发送装置对待发送的比特进行差分曼彻斯特编码，得到低频发射端所需的电流发送的电流信号波形，采用较高频率如1M，2M，4M或者8M的时钟，通过信号的开关，控制电流持续时间内的脉冲宽度或者脉冲密度，得到一个线性变化的电流信号，此信号速率可以是2K，4K或者8K，电流信号经过功率放大器放大，并流经发射线圈，通过线圈产生的交变电磁场耦合到通信接收装置的接收天线上，接收信号经过低通滤波器滤除较高频率的信号，并放大、解码后即可得到2K，4K或者8K的数据信号，其电路结构简单、配置方便灵活，传输的能量衰减慢，具备良好的适应性和实用性。

[0078] 实施例二

[0079] 图5示出了本发明实施例二提供的通信发送装置的低频通信方法的实现流程，详述如下：

[0080] 值得说明的是，限制距离的低频通信系统包括通信发送装置和通信接收装置，其中，所述通信发送装置包括发射线圈，所述通信接收装置包括接收天线。

[0081] 在步骤S501中，通信发送装置对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，获得待发送的电流信号波形。

[0082] 在本实施例中，其中，通信发送装置首先对待发送数据进行差分曼彻斯特编码，编码波形如图2所示。曼彻斯特编码每一位的中间有一跳变，从低到高跳变表示0，从高到低跳变表示1；也可相反的定义，从低到高跳变表示1，从高到低跳变表示0。差分曼彻斯特编码基于曼彻斯特编码，在码流中与前一个跳沿同向的为数据0，反向的为数据1。

[0083] 在步骤S502中，所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号。

[0084] 在本实施例中，所述预设高频率时钟包括1M、2M、4M或8M。所述调制单元包括调制电路，如图3所示，所述调制电路包括载波频率配置寄存器；与所述载波频率配置寄存器输出端连接的载波时钟；分块配置寄存器；与所述分块配置寄存器输出端连接的第一计数器；第一配置寄存器；分别与所述第一配置寄存器输出端连接的第二计数器；第二配置寄存器；
分别与所述第二配置寄存器输出端连接的第三计数器；与所述第一计数器输出端、第二计数器输出端和第三计数器输出端连接的输出电平产生器，所述第二计数器输出端与所述第一计数器输入端连接，所述第二计数器输出端与所述第三计数器输入端连接。

[0085] 其中，第二计数器和R计数的时钟即为载波时钟，配置分别由N配置寄存器和R配置寄存器给出。系统初始化时候，N和第三计数器的值均为0。开始进行信号调制后，每当第二计数器的值由0变为配置值N’时，产生一个脉冲信号发送给第一计数器；每当第三计数器的值由0变为配置值R’时，产生一个脉冲信号发送给第一计数器。N和R的配置数值根据上文描述的方法给出。N和第三计数器的值均输入到输出电平产生器中。

[0086] 第一计数器表示当前分块的计数值。分块配置寄存器中，存储的Q值由下文文所述方法给出。系统初始化时，Q值为0。开始进行信号调制后，第一计数器每收到一个第二计数器发来的脉冲后，第一计数器的值加1。当第一计数器的值等于分块配置寄存器预置值Q’，且从第三计数器收到一个脉冲信号后，Q值跳变为0，且表示一个比特信号发送完毕。

[0087] 输出电平产生器产生输出的高低电平，在每个小块内，根据第一计数器的值，相应控制PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度，使得在这N载波周期内，高电平的占空比为Q/N。当第一计数器的值等于分块配置寄存器的预置值Q’时，此时高电平占空比为1，持续的载波周期时间为R。

[0088] 进一步地，所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号具体包括：

[0089] 根据所述载波频率配置寄存器中配置的预设高频率时钟和传输码率的比值，获得单位比特信号传输占用的载波周期数值S；

[0090] 获得所述单位比特信号传输占用的载波周期数值S内等级数值N个脉宽调制，所述N配置与第一配置寄存器中并输出至所述第二计数器，N为整数，需要满足条件N*N约等于S；

[0091] 根据持续载波周期R/等级数值N，将其商值作为第一数值Q和其余数作为第三数值R，所述Q配置于所述分块配置寄存器中并输出至所述第一计数器，所述R配置于所述第二配置寄存器中并输出至所述第三计数器，Q、R为整数；

[0092] 将S个载波周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期；

[0093] 在每个小块内，根据此时的块值，控制脉宽调制的高电平占空比或者脉冲密度调制的高电平出现密度线性增大或者减小。

[0094] 其中，以8M预设高频率时钟作为载波，传输2K的预设信号速率为例来描述调制过程：

[0095] S11、计算预设高频率时钟和预设信号速率的比值S，S＝16M/2K＝4000，即4000个载波周期传输一个比特信号；

[0096] S12、设计一个共N个等级的脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)或者脉冲密度调制(PDM,Pulse Density Modulation)，N为整数，需要满足条件N*N约等于S。根据上述条件，可以求得N等于64；

[0097] S13、计算R/N求得商数Q和余数R，此例中Q为62，R为32；

[0098] S14、将S周期分为Q+1个小块，其中，前Q个小块包含N个时钟周期，最后一个小块包含R个时钟周期。此列中，将4000个周期分成63个小块，前62每块的包含64个时钟周期，剩下最后一个小块只包含32个时钟周期；

[0099] S15、在每个小块内，根据此时的块值，相应控制PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度做如下线性变化，从0/N，1/N，2/N，3/N，4/N，…...(N-3)/N，(N-2)/N，(Q-1)/N，R/R。其中，占空比或者高电平密度为0/64,1/64，2/64,3/64，…...61/64,32/32，其中最后一个32/32表示32个时钟周期的满幅电平；

[0100] 通过上述方式，即可得到宏观上电流强度逐渐线性增大的电流，类似的方法，PWM的高电平占空比或者PDM的高电平出现密度按照以下顺序R/R，(Q-1)/N…...1/N，0/N即可得到电流强度线性减小的电流信号。

[0101] 在步骤S503中，所述通信发送装置采用预设高频率时钟，通过信号开关控制所述待发送的电流信号波形的在持续时间内的脉冲宽度或/和脉冲密度，获得预设信号速率的电流信号。

[0102] 图6示出了本发明实施例二提供的通信接收装置的低频通信方法的实现流程，详述如下：

[0103] 在步骤S503中，所述通信接收装置将所述接收天线接收到的电流信号通过低通滤波器滤除较高频率的信号，获得滤波信号。

[0104] 在步骤S503中，所述通信接收装置通过第二功率放大器对所述滤波信号进行放大。

[0105] 在步骤S503中，所述通信接收装置对放大后的所述滤波信号进行差分曼彻斯特解码，获得所述预设信号速率的数据。

[0106] 在本实施例中，差分曼彻斯特编码的码流中与前一个跳沿同向的为数据0，反向的为数据1。可根据预设的采样间隔对基于差分曼彻斯特编码的信号进行采样，然后将得到的各采样点的幅值-时间特征转化为时间特征。或者采用累加计数的方法将电平信号转化为三角波信号，通过三角波门限方法，判断波峰和波谷，得到时钟信号和中间数据，从而完成曼彻斯特解码。通信接收装置的信号由接收天线的感应电压产生，感应电压正比于接收线圈磁通量的变化率，即V＝dΦ/dt。当接收线圈面积一定时，磁通量和磁场强度成正比。对通信发送装置来说，线圈发射到空间的磁场强度，是和电流成正比，磁场强度计算公式：H＝N*I/Le，式中H为磁场强度，单位为A/m；N为发射天线线圈的匝数，I为激励电流，Le为测量样品的有效磁路长度，单位为m。根据上面的表达式可以确定，如果通信接收装置感应到如图2所示的高低电平，则通信发送装置电流需要满足V＝K*di/dt，其中K为比例常数。通信发送装置线圈电流线性变化即可满足要求。

[0107] 本实施例，通信发送装置对待发送的比特进行差分曼彻斯特编码，得到低频发射端所需的电流发送的电流信号波形，采用较高频率如1M，2M，4M或者8M的时钟，通过信号的开关，控制电流持续时间内的脉冲宽度或者脉冲密度，得到一个线性变化的电流信号，此信号速率可以是2K，4K或者8K，电流信号经过功率放大器放大，并流经发射线圈，通过线圈产生的交变电磁场耦合到通信接收装置的接收天线上，接收信号经过低通滤波器滤除较高频率的信号，并放大、解码后即可得到2K，4K或者8K的数据信号，其电路结构简单、配置方便灵活，传输的能量衰减慢，具备良好的适应性和实用性。

[0108] 本发明实施例提供的限制距离的低频通信方法可以应用在前述对应的系统实施例一中，详情参见上述实施例一的描述，在此不再赘述。

[0109] 值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

[0110] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

[0111] 本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、控制器、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0112] 本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的控制器。

[0113] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令控制器的制造品，该指令控制器实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0114] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0115] 尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

[0116] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

[0117] 以上对本申请所提供的一种限制距离的低频通信系统及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。