專利名稱：一種可以近距離直接通信的手機及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以近距離直接通信的手機及其工作方法，屬于手機通訊技術領域。
背景技術：
隨著現代技術的進步，無線電技術已經得到長足的發(fā)展。但對于大眾來說，無線電通信的應用，手機是最主要的一個方面。手機在給人們的生活帶來巨大方便的同時，通訊公司卻賺取了高額的信息費。對于物理距離不遠的人們，卻需要手機將信號發(fā)送至通訊塔，再經過幾層中繼，將信號發(fā)送至目的地。這樣的通訊方式價格昂貴。
對講機可以實現近距離兩機直接通信，功率小于0.5W就不會被收取信號費。但它是將音頻模擬信號直接調至發(fā)送，存在以下缺點1、易受干擾，聲音質量差；2、可用頻點有限，無法實現大規(guī)模使用；3、保密性差，容易被竊聽。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中的不足，提供一種設計新穎、抗干擾、保密性好可以近距離直接通信的手機及其工作方法。
本發(fā)明采用下述技術方案手機內設置有與已有的數據處理器相連的射頻模塊。
所述的射頻模塊采用下列型號的芯片nRF905。
所述的可以近距離直接通信的手機的工作方法，主叫方采用步驟如下第一步測試連接利用射頻模塊呼叫，如果對方在有效范圍區(qū)，則能夠受到對方的回復信號，進行下一步；如果對方不在有效范圍區(qū)，則發(fā)出信號得不到任何回答，結束呼叫；第二步呼叫利用射頻模塊向對方發(fā)出呼叫信號，如果對方接聽，進行下一步；如果對方拒絕接聽，結束呼叫；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；第四步結束通話；被呼叫方采用步驟如下第一步等待被叫如果射頻模塊接收到不屬于本機地址的信號，則射頻模塊自動丟棄不做處理；如果接收到屬于本機地址的信號，進行下一步；第二步射頻模塊將信號送到數據處理器，等待機主接聽，如果機主接聽，則進入下一步；如果機主拒絕接聽，則被叫結束，并向對方發(fā)送拒絕接聽信號；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；第四步結束通話。
所述壓縮利用mp3壓縮格式將音頻壓縮；所述加密方法如下
第一步A，B兩機想要建立通信關系，需要兩人預先設置一個相同的共享密碼；第二步如果A、B兩機要進行通信，則此通信模塊先取出A、B兩機的手機號碼，生成一個初步密碼；第三步用初步密碼和共享密碼生成通信密碼；第四步利用通信密碼對數據進行加密。
被呼叫方的連接過程可以加入如下身份驗證過程如果主叫方發(fā)送來的數據錯誤，即不能通過與對方通信的通信密碼來解密出正確信息，則認為對方身份可疑，就發(fā)回一串隨機數；如果主叫方身份屬實，則能夠辨認出此信息無效，繼續(xù)呼叫并發(fā)送正確的信息，等待被呼叫方確認并建立連接。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1、可以減少經過通訊公司的數據量，降低通話數據量壓力；2、略微增加手機成本，大約在100元以內，即可實現手機直接通信，大大提高手機競爭力；3、在有效范圍內，用戶可以直接通信，免費通話，大大降低費用支出；4、與用對講機通話相比，音質好，價格低廉，攜帶方便，并且可以容納更多用戶同時通話；5、與藍牙、紅外通訊設備相比，可以遠距離傳輸數據，隨時與周圍朋友共享圖片、音樂等。


圖1是本發(fā)明的電路模塊圖；圖2是本發(fā)明的射頻模塊電路圖；圖3是本發(fā)明的電路連接示意圖；圖4是本發(fā)明的每幀數據的發(fā)送接收過程圖；圖5是本發(fā)明的主叫方建立連接流程圖；圖6是本發(fā)明的被呼叫方建立連接流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例射頻模塊可以采用挪威Nordic Semiconductor ASA公司推出的單片無線收發(fā)器芯片nRF905，工作電壓為1.9～3.6V，nRF905可以自動完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。nRF905射頻模塊既能夠發(fā)射，又能夠接收，只需要軟件上控制其切換工作模式，即能夠完成準雙工工作。其功耗非常低，在接收模式時電流為12.5mA，發(fā)送模式下以10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，當然加上功放之后，需要電流大一些。nRF905傳輸數據時為非實時方式，即發(fā)送端發(fā)出數據，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內，外面的MCU可以在需要時再到芯片中去取。可以每次發(fā)送一個數據包，約有0.1s的延遲，但通話中人們對此延遲不會有所感覺，并且通過數據緩存，保證語音不間斷，(總體延遲，但不間斷)通話的流暢性不受影響。
射頻模塊與數據處理器相連，處理器可以直接使用現在手機內部的處理器，增添一些相應的程序進行處理即可，不用增加新的處理器。
MCU(例如Intel PXA255處理器)通過控制總線(圖1中的Control)、數據總線(圖1中的Data)、信號總線(圖1中的Signal)與射頻模塊相連接。
以Intel PXA255處理器為例，其引腳連接狀態(tài)如下

首先，MCU向控制總線輸出控制信號，將射頻模塊置于配置狀態(tài)，然后通過數據總線(SPI總線)將配置字發(fā)到射頻模塊，完成射頻模塊的配置，射頻模塊初始配置為接收模式(控制總線改變信號前，還在配置狀態(tài)下，不能接收數據)。然后控制總線改變信號，使射頻模塊處于接收狀態(tài)，等待接收外界信號。如果接收到正確信號，射頻模塊通過信號總線通知MCU，MCU通過數據總線(SPI總線)將數據取出。
如果MCU要通過射頻模塊發(fā)送數據，則先通過控制總線將射頻模塊置于配置狀態(tài)，通過更改配置字，使射頻模塊配置為發(fā)送模式。然后控制總線改變信號，使射頻模塊處于發(fā)送狀態(tài)，通過數據總線(SPI總線)將數據送到射頻模塊，射頻模塊將數據發(fā)送。
用戶采用不同的通訊方式，選擇通過通訊公司還是直接通信，處理器即可獲得不同的狀態(tài)，于是對語音采集模塊采集進來的數據，進行不同的方式進行處理。如果用戶選擇經過通訊公司通信，則處理器像現在的手機一樣，將數據通過現有的手機通信方式發(fā)送；如果用戶選擇直接通信，處理器就將數據傳送到射頻模塊，通過射頻模塊將數據發(fā)向目標地址。
數據采集過程中的A/D轉化、語音壓縮，與語音還原過程中的語音解壓、D/A轉化等，無論是用哪種通信方式，都使用相同的操作，所以電路和處理方式，與原有手機相比沒有變化。
通信設備平時一直處于待機狀態(tài)，即處于等待被叫狀態(tài)，通信過程如下主叫方(A機)采用步驟如下第一步測試連接利用射頻模塊呼叫B機，如果B機發(fā)回應答信號，則說明對方在有效范圍區(qū)，雙方可以進行通信，于是進行下一步；如果在一定的時間內沒有收到B機的應答信號，則判定B機不在有效范圍區(qū)，結束呼叫，并且A機向用戶提示“連結不成功”；第二步呼叫 利用射頻模塊向B機發(fā)出呼叫信號，即將AB兩機的ID號(即手機號)用通信密碼加密，向對方發(fā)送，以向對方證明自己的身份，證明自己不是偽裝機，這時B機已經能確定A機的身份，并會發(fā)過來用通信密碼加密的B機ID，此時A機解密判斷B機身份，如果解密不成功，說明數據有誤，對方發(fā)回了隨機數列，如果解密成功，則說明兩機能建立連接并等待對方接聽，A機向用戶提示“等待對方接聽”，如果對方接聽，進行下一步；如果對方拒絕接聽，結束呼叫，A機向用戶提示“對方暫時不方便接聽電話”；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；此過程與現在手機通信的方式很相似，不同之處就在于無線電發(fā)射設備不同，手機采用了手機天線，而這里采用了射頻模塊；第四步結束通話；被呼叫(B機)方采用步驟如下第一步等待被叫如果射頻模塊接收到不屬于本機地址的信號，則射頻模塊自動丟棄不做處理；如果接收到屬于本機地址的信號，則進行下一步；第二步射頻模塊將主叫方(A機)的ID號傳給處理器，處理器控制射頻模塊向A機發(fā)回應答信號，并取出AB兩機共享的通信密碼，這時A機如果收到應答信號，會將AB兩機的ID號用通信密碼加密后發(fā)過來，則B機解密驗證，如果驗證不成功，則發(fā)回隨機序列；如果驗證成功，則將本地B機ID用通信密碼加密后發(fā)送出去證明自己的身份，這時B手機響鈴等待機主接聽，如果機主接聽，則進入下一步；如果機主拒絕接聽，則被叫結束，并向對方發(fā)送拒絕接聽信號；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；第四步結束通話。
如上的通信過程中，所述壓縮利用mp3壓縮格式將音頻壓縮；所述加密方法如下第一步A，B兩機想要建立通信關系，需要兩人預先設置一個相同的共享密碼；第二步如果A、B兩機要進行通信，則處理器先取出A、B兩機的手機號碼，生成一個初步密碼；第三步用初步密碼和共享密碼生成通信密碼；第四步利用通信密碼對數據進行加密；說明共享密碼只需設置一次，以后通信不必再設置，并且此密碼一旦設置好，用戶就不必再關心，所有的共享密碼都不需要用戶記憶，所以用戶可以將此密碼設置得很復雜來提高破解難度；當然長期不改密碼也會降低安全性，用戶要修改密碼，則必須驗證其權限，即用戶需要輸入權限驗證密碼后，才能夠進入修改權限狀態(tài)，而沒有此權限的人，既不能查看密碼，更不能修改密碼，當然用戶必須記住權限驗證密碼，就像記住現在的銀行卡密碼一樣，這里驗證此權限只需要一個密碼，大大降低了用戶記憶密碼的負擔。
如上的通信過程中，被呼叫方的連接過程可以加入如下身份驗證過程
如果主叫方發(fā)送來的數據錯誤，即不能通過與對方通信的通信密碼來解密出正確信息，則認為對方身份可疑，就發(fā)回一串隨機數，從一定程度上抵制第三方破解密碼；如果錯誤信號來自于隨機不可預見的錯誤，而主叫方身份屬實，那么主叫方能夠辨認出此信息無效，繼續(xù)呼叫并發(fā)送正確的信息，等待被呼叫方確認并建立連接，如果主叫方是第三方偽裝者，則很難判斷此信息是隨機數列還是正確信息的加密暗碼，想要判斷，還需進行更復雜的運算，大大降低破解效率。
相關的說明如下1、兩個人要建立通信關系，首先要知道對方的手機號碼。
2、兩人要設置通信的共享密碼。正常情況下，使用此模塊的人相距都不遠，可以在兩人見面時設置共享密碼，兩人要通話，必須設置同樣的共享密碼。如果保密要求不是很高的話，可以不設密碼，即使這樣普通用戶也無法竊聽信息。
3、兩人通信時，與現在手機通信一樣，直接從電話簿中取出號碼，或直接撥打號碼，即可嘗試與對方建立連接。
4、當然，為了不與手機呼叫鍵沖突，可以設置出專用的直接通信呼叫鍵，就像現在有些手機同時使用雙網一樣。想要利用通信公司通信，就使用現有的呼叫鍵；想要直接通信，就使用另設的專用鍵，使用非常方便。用戶也可以進行設置，如果直接通信連接不成功，自動轉入通過通信公司呼叫，是否選擇這些功能完全由用戶自己決定。
5、射頻模塊可以直接集成在手機中，用戶攜帶非常方便，不需其他設備。此模塊還可以與手機共用一些器件，比如電源、語音采集模塊、電路板、數據處理芯片等，這樣可以進一步降低成本。在大批生產的情況下，若每部手機增加此功能，預計成本增加不超過100元，而有此功能得手機，檔次將大大提高，性價比更高。
6、關于通訊頻段，可以采用國家通用免費頻段，如433/868/915MHz 3個ISM頻道可以免費使用，或者2.4GHz全球公用ISM免費頻段。當然，如果要將此技術大規(guī)模應用于通信，可以專門制定標準，為此設立其它頻段。
權利要求
1.一種可以近距離直接通信的手機，其特征在于，手機內設置有與已有的數據處理器相連的射頻模塊。
2.如權利要求1所述的一種可以近距離直接通信的手機，其特征在于，所述的射頻模塊采用下列型號的芯片nRF905。
3.如權利要求1所述的一種可以近距離直接通信的手機的工作方法，其特征在于，主叫方采用步驟如下第一步測試連接利用射頻模塊呼叫，如果對方在有效范圍區(qū)，則能夠受到對方的回復信號，進行下一步；如果對方不在有效范圍區(qū)，則發(fā)出信號得不到任何回答，結束呼叫；第二步呼叫利用射頻模塊向對方發(fā)出呼叫信號，如果對方接聽，進行下一步；如果對方拒絕接聽，結束呼叫；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；第四步結束通話；被呼叫方采用步驟如下第一步等待被叫如果射頻模塊接收到不屬于本機地址的信號，則射頻模塊自動丟棄不做處理；如果接收到屬于本機地址的信號，進行下一步；第二步射頻模塊將信號送到數據處理器，等待機主接聽，如果機主接聽，則進入下一步；如果機主拒絕接聽，則被叫結束，并向對方發(fā)送拒絕接聽信號；第三步通信分時發(fā)送和接收信號，發(fā)送信號時，則利用手機現有的音頻采集設備將數據采入，將采集進來的數據進行壓縮與加密，將壓縮與加密好的數據，和地址編碼通過射頻模塊一起發(fā)送出去；接收信號時，則解密，然后解壓還原出音頻信號，利用手機的聽筒播放；第四步結束通話。
4.如權利要求3所述的一種可以近距離直接通信的手機的工作方法，其特征在于，主叫步驟三所述的將采集進來的數據進行壓縮與加密的方法如下所述壓縮利用mp3壓縮格式將音頻壓縮；所述加密方法如下第一步A，B兩機想要建立通信關系，需要兩人預先設置一個相同的共享密碼；第二步如果A、B兩機要進行通信，則此通信模塊先取出A、B兩機的手機號碼，生成一個初步密碼；第三步用初步密碼和共享密碼生成通信密碼；第四步利用通信密碼對數據進行加密。
5.如權利要求3所述的一種可以近距離直接通信的手機的工作方法，其特征在于，被呼叫方的連接過程，加入如下身份驗證過程如果主叫方發(fā)送來的數據錯誤，即不能通過與對方通信的通信密碼來解密出正確信息，則認為對方身份可疑，就發(fā)回一串隨機數；如果主叫方身份屬實，則能夠辨認出此信息無效，繼續(xù)呼叫并發(fā)送正確的信息，等待被呼叫方確認并建立連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以近距離直接通信的手機及其工作方法，屬于手機通訊技術領域。在手機內設置與已有的數據處理器相連的射頻模塊；工作方法均是利用射頻模塊實現，主叫方采用步驟如下1.測試連接，2.呼叫，3.通信，4.結束通話；被呼叫方采用步驟如下1.等待被叫，2.等待機主接聽，3.通信，4.結束通話。本發(fā)明可以減少經過通訊公司的數據量，降低通話數據量壓力；在有效范圍內，用戶可以直接通信，免費通話；音質好，價格低廉，攜帶方便，并且可以容納更多用戶同時通話；可以遠距離傳輸數據，隨時與周圍朋友共享圖片、音樂等。
文檔編號H04L9/32GK101094007SQ200710015260
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權日2007年7月10日
發(fā)明者馬建國, 邵明珍, 馬國棟, 李亮 申請人:馬建國