CN103116846A - 基于可见光通信的移动支付 - Google Patents

Abstract

提出一种基于可见光通信进行支付的用户设备、支付终端、系统和方法。该用户设备包括支付信息存储单元和可见光发射单元。支付信息存储单元用于存储与用户身份或帐户有关的支付信息。可见光发射单元包括用于将信息进行编码和调制的编码与调制模块、光源、和用于根据调制后的信息驱动光源发光的光源驱动模块。该用户设备还包括控制单元，用于激活所述可见光发射单元来将所述支付信息发送给支付终端。

Description

基于可见光通信的移动支付

技术领域

本发明涉及无线通信，具体地涉及基于可见光通信的移动支付方法、设备和系统。

背景技术

随着电子商务交易量以及移动设备数量的迅速增长，移动支付作为新一代的支付方式，有望逐渐取代传统的通过诸如销售点（POS）机之类的支付终端刷银行卡或者预付费卡的支付方式。目前的非接触式移动支付一般是基于近场通信（NFC）技术或者基于射频识别（RFID）技术。然而，这些技术都需要借助新的硬件设备。例如，基于近场通信（NFC）技术的移动支付要求在移动设备内集成NFC芯片，基于RFSIM技术的移动支付则要求更换新的具有射频识别（RFID）功能的SIM卡。一方面，银行、移动运营商和第三方支付公司可能需要投入大量资金来部署和推广硬件设施，另一方面，消费者可能并不愿意仅仅为了非接触式移动支付功能而更换自己的移动设备或配件。这在一定程度上阻碍了移动支付的普及。此外，无论是NFC所基于的13.56MHz低频通道还是RFSIM所基于的2.4GHz高频通道都是扩散式的衰落信道，该信道的信息比较容易在同样的频点上进行截获和破解，威胁到移动支付和移动账户的安全。

发明内容

因此，需要一种能够解决至少上述问题之一的方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于可见光通信进行支付的用户设备。该用户设备包括支付信息存储单元、可见光发射单元和控制单元。支付信息存储单元存储与用户身份或帐户有关的支付信息。可见光发射单元包括编码与调制模块、光源和光源驱动模块。编码与调制模块将信息进行编码和调制，光源驱动模块根据调制后的信息驱动光源发光。控制单元激活可见光发射单元来将支付信息发送给支付终端。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于可见光通信进行用户设备的支付的支付终端。该支付终端包括可见光接收单元、网络接口单元和控制单元。可见光接收单元包括光电转换模块和解调与译码模块。光电转换模块接收包含信息的光信号并将其转换为电信号，解调与译码模块将所述电信号解调并译码，以恢复信息。网络接口单元与支付中心相连。控制单元激活可见光接收单元来从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息，将所述支付信息通过网络接口单元提供给支付中心并通过网络接口单元从支付中心接收指示交易是否成功的消息。

根据本发明的再一个方面，提供了一种在用户设备中基于可见光通信进行支付的方法。该方法包括以下步骤：激活可见光发射单元；和将用户设备中存储的与用户身份或帐户有关的支付信息通过可见光发射单元发送给支付终端。其中所述发送步骤包括将支付信息进行编码和调制和根据调制后的信息驱动光源发光。

根据本发明的再一个方面，提供了在支付终端中基于可见光通信进行用户设备的支付的方法。该方法包括：激活可见光接收单元；通过可见光接收单元从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息；将所述支付信息提供给支付中心；以及从支付中心接收指示交易是否成功的消息。其中所述接收支付信息的步骤包括：接收包含所述支付信息的光信号并将其转换为电信号；和将所述电信号解调并译码，以恢复所述支付信息。

根据本发明的再一个方面，提供了一种用于支持用户设备支付的系统，包括如上所述的用户设备、如上所述的支付终端和支付中心。

附图说明

现在将参照以下附图更具体地描述本发明，附图中：

图1示例性地绘出根据本发明一个实施例的移动支付系统100的示意图，

图2示例性地绘出根据本发明一个实施例的基于可见光通信进行支付的用户设备200的框图，

图3示例性地绘出根据本发明一个实施例的基于可见光通信进行用户设备的支付的支付终端300的框图，

图4A和图4B是用户设备与支付终端的可见光通信的场景模型示意图，图4C是信道的三维建模示意图，图4D是仿真获得的状态空间曲面示意图，

图5A-图5D是对在不同的辐射法线方向情况下进行仿真得到的H(0)等高线示意图，

图6A示例性地绘出根据本发明一个实施例的单工模式下用户设备、支付终端和支付中心交互的示意图，

图6B示例性地绘出根据本发明一个实施例的双工模式下用户设备、支付终端和支付中心交互的示意图，

图7是IEEE 802.15.7媒体接入控制（MAC）层的超帧的结构示意图，

图8是示例性地绘出随机接入过程的示意图，

图9是根据本发明一个实施例在用户设备中基于可见光通信进行支付的方法900的示意流程图，以及

图10是根据本发明一个实施例在支付终端中基于可见光通信进行用户设备的支付的方法1000的示意流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更充分地描述本发明实施例，在附图中示出了本发明实施例。然而，可以用很多不同形式来实施本发明，并且本发明不应理解为受限于在此所阐述的实施例。在全文中，使用相似的标号表示相似的元件。

在此所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非意欲限制本发明。如在此所使用的那样，单数形式的 “一个”、“这个”意欲同样包括复数形式，除非上下文清楚地另有所指。还应当理解，当在此使用时，术语“包括”指定出现所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除出现或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

除非另外定义，否则在此所使用的术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的相同意义。在此所使用的术语应解释为具有与其在该说明书的上下文以及有关领域中的意义一致的意义，而不能以理想化的或过于正式的意义来解释，除非在此特意如此定义。

以下参照示出根据本发明实施例的方法、装置（系统）和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本发明。应理解，可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个方框以及方框的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算设备、专用计算设备的处理器和/或其它可编程数据处理装置，使得经由计算设备处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。

相应地，还可以用硬件和/或软件（包括固件、驻留软件、微码等）来实施本发明。更进一步地，本发明可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码，以由指令执行系统来使用或结合指令执行系统而使用。在本发明上下文中，计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质，其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序，以由指令执行系统、装置或设备使用，或结合指令执行系统、装置或设备使用。

下面将结合附图，参照本发明的实施例描述本发明。

根据本发明的实施例，提出了利用用户的用户设备通过可见光通信（VLC）技术来进行移动支付。可见光通信是一种无线通信技术，其标准在IEEE 802.15.7-2011（IEEE Standard for Local and Metropolitan area Networks- Part 15.7: Short-Range Wireless Optical Communication Using Visual Light， 可以从http://standards.ieee.org/getieee802/ 获得）中定义。可见光频谱的范围从波长380nm到780nm。

图1示例性地绘出根据本发明一个实施例的移动支付系统100的示意图。

在所示的移动支付系统100中，包括用户设备200、支付终端300和支付中心400。用户设备200是用户拥有或控制的能够支付消费金额的设备，它可以是任何具有发光能力以及数据处理能力的设备，例如可以是诸如智能手机、平板电脑、个人数字助理（PDA）之类的便携式设备，也可以是家用电器、甚至汽车（例如在汽车进出车库时进行支付的场景中）。支付终端300是商家拥有或控制的、可以执行向用户收取消费金额等交易要求的终端，例如商家的POS机、公交车或地铁的刷卡设备等。用户设备200可以将用户的支付信息通过可见光通信发送给支付终端300，后者可以通过有线或无线等各种方式与支付中心400相连并且将用户的支付信息转发给支付中心400。支付中心400可以是由移动运营商、银行或第三方维护或者它们共同维护的支付平台，其能够根据交易对用户账户进行操作。

图2示例性地绘出根据本发明一个实施例的基于可见光通信进行支付的用户设备200的框图。

图2中的用户设备200包括支付信息存储单元210，用于存储与用户帐户有关的支付信息。该存储单元例如可以是用户设备200自身的存储器件，如智能手机自带的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM），也可以是外部的存储配件，如智能手机配备的安全数字（SD）卡或者客户身份模块（SIM）卡。这种支付信息例如可以是用户的身份或者账号等相对应的数字序列。可以对存储的支付信息进行加密以增强安全性。加密的方法可以采用DES、RC4等对称加密算法或者RSA等非对称加密算法。除了考虑对交易数据进行加密外，整个支付系统还可以利用各种手段以提高安全性，例如以安全的方式用户分发账户信息，通过证书认证中心对用户的数字证书进行验证等，这里不再逐一列举。用户设备200还包括可见光发射单元220，其能够根据例如IEEE 802.15.7-2011中定义的可见光通信技术来发送信息。可见光发射单元220包括编码与调制模块221、光源驱动模块222和光源223。编码与调制模块221将信息进行编码和调制。编码和调制方式主要取决于对传输速率的要求。例如，在低速率的场合中，可以采用卷积码或Reed Solomen（RS）码以及通断键控（OOK）或脉冲相位调制（PPM），而在高速率的场合中则可以采用四相相移键控（QPSK）、正交振幅调制（QAM）等方式。光源驱动模块222根据调制后的信息驱动光源223发光。

对于用户设备来说，可以将现有的诸如屏幕之类的发光器件作为光源，例如LED屏幕或LED摄像头补光灯等，而编码与调制、光源驱动也可以利用已有的处理器运行驱动程序来实现。在传统的基于射频的技术中，使用低频天线的有NFC、SIMPASS等，NFC的缺陷在于必须内置在用户设备中，因此必须购买此类用户设备才能使用，而SIMPASS有难以安装、容易折断等问题；使用高频天线的有RFID CARD或RFSIM，这种设计对于不同的位置，都会导致电磁波具有不同的穿透能力，因此需要逐个校准。与基于射频的技术相比，根据本发明实施例的用户设备不需要对硬件进行更改即可利用可见光通信进行移动支付，从而可以节省更换或改装的成本，有助于移动支付的普及推广。而且，由于与可见光在空气中的传播距离要远于射频，因此能够同时解决近距离和中远距离的传输问题。同时，尽管可见光能够传播较远的距离，但由于光的直线传播原理，一旦传输路径被阻挡后通信就会中断，即，通信方向性强，因此与射频相比，具有更高的安全性。例如，用户可以在视线（line-of-sight）内进行用户设备与支付终端的可见光通信，而不用担心被他人窃听。由于可见光通信的这种固有的高安全性，用户设备中存储的支付信息可以采用相对简单的加密或者甚至不需要加密，从而降低了实施移动支付的复杂度。此外，传统的由射频器件组成的设备会由于谐振引入板级电磁干扰，影响信号质量，或因屏蔽需求而导致设备难以低成本、小型化，同时会附加较强的电磁波辐射，影响人体健康。与此相比，根据本发明实施例的用户设备不需要安装天线，也不会引入额外的电磁波辐射，所使用的可见光波对人体没有伤害。

用户设备200还包括控制单元230，它可以激活可见光发射单元220来将所述支付信息发送给支付终端。控制单元230可以例如通过运行在智能手机的操作系统（如IOS或Android）上的应用来实现，例如针对移动支付的应用。控制单元230可以响应于接收到来自用户的输入而激活可见光发射单元220。用户的输入例如是用户在应用所显示的界面上按下机械或虚拟键/按钮，或者在触摸屏上做出特定的手势。控制单元230还可以根据用户设备的位置而激活可见光发射单元220。例如，控制单元230可以从用户设备的全球定位系统（GPS）接收机得知用户设备的位置信息，当发现用户设备位于某些诸如商店、车站等有可能需要进行支付的场合时激活可见光发射单元220，从而省去了用户的手动输入，提高了便捷性。为了防止用户以外的人使用该用户设备进行移动支付，可以根据用户身份识别激活可见光发射单元。这种用户身份识别例如通过检测用户在用户设备的机械或虚拟键盘上输入的口令来进行，也可以以其他方式进行。例如，目前的用户设备往往安装有语音识别的应用，因此可以检测用户的语音输入来识别用户身份，当检测结果与预设的内容匹配时激活可见光发射单元。用户设备往往也配有诸如加速度传感器、重力感应传感器、距离传感器之类的传感器以及触摸屏，因此可以通过检测用户设备的特定运动模式（例如翻转用户设备）或者用户在用户设备上做出的特定手势来激活可见光发射单元220。此外，可以检测用户的生物特征，如人脸、指纹、虹膜等，来识别用户的身份从而激活可见光发射单元220。

可选地，用户设备200还可以包括加扰单元（未示出），用于对支付信息进行信道加扰以获得电平均衡。可选地，用户设备200还可以包括用于检测环境光强度的环境光检测单元240。控制单元230可以激活环境光检测单元240，并且根据检测结果控制光源驱动模块222来调整光源223的发光强度。例如，在环境光较弱的室内环境中可以使用较低的发光强度，而在环境光较强的室外环境中可以使用较高的发光强度。环境光检测单元240可以通过用户的输入来激活，也可以根据例如用户设备200与支付终端300之间的距离来激活。这种距离例如可以通过用户设备的距离传感器来判断。当距离较远时，支付终端300接收的信号质量可能会变差，这时环境光的检测更加重要，因此可以激活环境光检测单元240以调整发光强度。

用户设备200可以在单工模式下工作来进行移动支付，即，仅向支付终端发送信息。在另一个实施例中，用户设备200也可以在双工模式下工作来进行移动支付。在这种双工模式下，用户设备200还包括用于接收由支付终端300发出的消息的接收单元250。接收单元250可以是类似于稍后结合图3描述的可见光接收单元，例如对于智能手机，可以使用摄像头作为光电转换模块，将支付终端300发出的包含消息的光信号转换成电信号，然后对电信号解调和译码以恢复消息。当然，接收单元250也可以使用其他通信技术从支付终端300接收消息，例如蓝牙、红外、蜂窝网（如全球通信系统（GSM））和Wifi（IEEE 802.11系列）等。用户设备200还可以从支付终端300接收指示支付终端处的信噪比的消息，控制单元可以根据所述指示所述支付终端处信噪比的消息控制光源驱动模块来调整光源的发光强度。关于在两种模式下用户设备200与支付终端300之间的交互过程将在后面详细描述。

图3示例性地绘出根据本发明一个实施例的基于可见光通信进行用户设备的支付的支付终端300的框图。

支付终端300包括可见光接收单元310，其能够根据例如IEEE 802.15.7-2011中定义的可见光通信技术来接收信息。可见光接收单元310包括光电转换模块311和解调与译码模块312。光电转换模块311例如包括智能手机的摄像头，用于接收包含信息的光信号并将其转换为电信号。解调与译码模块312将电信号解调并译码，以恢复信息。支付终端还包括网络接口单元320，它可以通过各种方式，如有线或无线，与支付中心相连。支付终端300还包括控制单元330。控制单元330激活可见光接收单元320来从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息，将支付信息通过网络接口单元提供给支付中心并通过网络接口单元从支付中心接收指示交易是否成功的消息。

控制单元330可以在支付终端300的操作者或者与之相连的收银机器输入诸如付款请求之类的命令时激活可见光接收单元320。可选地，支付终端300还可以包括增益调节单元340，用于调节光电转换模块311的接收增益。这种增益调节例如可以通过控制光电转换模块的偏置电压从而改变其光感应器件的灵敏度来实现，从而提高支付终端处的接收信号强度。控制单元330可以在根据操作者的输入（如按下某个按键）来激活增益调节单元340，也可以根据支付终端与所述用户设备之间的距离而激活增益调节单元340，或者，也可以根据支付终端处的信噪比激活增益调节单元340。这样，即使是在较差的可见光通信环境或者中远距离处，也能够获得较好的通信质量。可选地，支付终端300还可以包括校验单元（未示出），用于检验接收到的信息并且当校验出错时产生提示信号（如声音或光信号）。用户听到或看到提示信号后，知道信息传输出错，相应地可以采取措施，比如调整用户设备相对于支付终端的角度、距离等并再次启动支付信息的传输。可选地，支付终端300还可以包括解扰单元（未示出），用于在支付信息经过用户设备加扰的情况下对其进行信道解扰。

与用户设备200类似，支付终端300也可以在单工模式和双工模式下工作。在单工模式下，支付终端300仅从用户设备接收信息。在双工模式下，支付终端300还包括用于向用户设备200发送消息的发射单元350。接收单元350可以是类似于前面结合图2描述的可见光发射单元，也可以使用其他通信技术，例如蓝牙、红外、蜂窝网和Wifi等。在双工模式下，支付终端300还可以将指示支付终端处信噪比的消息发送给用户设备200，从而便于后者相应地控制光源驱动模块来调整光源的发光强度。在两种模式下用户设备200与支付终端300之间的交互过程将在后面详细描述。

在一个实施例中，支付终端300还可以包括诸如微型电机之类的驱动机构360，用于驱动支付终端绕固定点转动。控制单元330可以控制驱动机构360来调节支付终端相对于用户设备的角度，从而获得较好的性能。根据本发明的一个实施例，提出了根据支付终端处的信噪比以模糊自适应控制的方式控制驱动机构360。以下简要说明其工作原理。

图4A和图4B是用户设备与支付终端的可见光通信的场景模型示意图。

如图4A所示，用户设备（UE）为发送方，支付终端（PE）为接收方。当然，在双工模式下，收发方向也可以进行对换，如图4B所示，PE为发送方，UE为接收方。为了简单起见，下面仅结合图4A的场景模型进行描述，本领域技术人员可以容易地将这些描述推广至图4B的场景以及其他可能场景。光学器件的辐射模型大多用朗伯模型进行近似，m为朗伯阶数，                                                

为发光器件的半功率角，即发光强度变为中心强度一半时与发射法线的张角，其中 。

为了实现动态姿态匹配，驱动机构可以转动，以调节如图所示的

角度。d表示发射光源到接收端的光电转换模块（称为接收前端）的距离，辐射角表示辐射法线与视距链路夹角，接收角

表示接收法线与视距链路夹角，

表示接收前端的最大视场角。在链路特性为视距链路的前提下(即接收到的光不是通过镜面反射或漫反射进入的)，通常只考虑信道冲激响应h(t)的直流增益H(0)，该可见光信道的接收光功率

可以表示为：

其中

为发射光功率。

进一步地，转换光电流表示为

其中λ₁与λ₂为接收滤光片的通带截止波长，

为光源辐射光谱分布函数，

为转换效率波长变化函数，

为透过率函数，在后面的讨论中假定这些函数已经进行过优化，在这些函数上系统具有线性定常特性，同时假定可见光的传播在经过的所有介质中具有各向同性特性。

图4C是信道的三维建模示意图，图4D是仿真获得的状态空间曲面示意图。如图4C所示，对信道进行三维建模，以发射光源处为三维坐标系原点O，接收前端位置为R，图4A中的驱动机构的中间关节位置为P，YOZ平面为参考平面(可以为水平面或地平面)，R点向YOZ参考平面作垂线投影得到 ，P点向YOZ参考平面作垂线投影得到

，XOY平面由

与围成，

为辐射法线方向张量，

为视距链路方向张量，d为视距链路长度，h为P点离参考平面的高度，，真实场景中

，因此可令，

分别为图4A中的的积分角位移，

得到接收角表达：

张量

，投影内积得到辐射角表达：

根据可见光信道模型：

可以得到如图4C所示的优化目标的状态空间曲面。

图4C该曲面的自变量坐标为图4A中的驱动机构绕纵垂线旋转角度

，

，图中数值单位为弧度，自变量坐标

为图4B中的驱动机构绕水平轴旋转角度

，

，图中数值单位为弧度。函数目标值H(0)即是之前表达式

中的H(0)，其值为负数时则表示不可能接收到信号，其值为正数时值越大表示该信道的传递增益越强，即在同等发射功率、背景噪声和信道干扰情况下的信噪比越强。[xt,yt,zt]代表的是一个辐射法线方向矢量。

在真实的环境中，辐射法线方向可能取决于用户设备的朝向，不可能要求其非常精确稳定的指向固定张量，因此基于该模型取下列辐射法线误差张量进行仿真：

图5A-图5D是对在不同的辐射法线方向情况下进行仿真得到的H(0)等高线示意图。它们可以看成是图4C的俯视图，每条等高线上的数值即是H(0)在该处的数值。这样可以很直观的看到，如果辐射法线方向矢量在通信过程中出现晃动（因为用户终端通常拿在用户手上，很难保证其姿态和朝向不发生改变），其最优区域的分布位置和最优区域的信道的传递增益本身都会产生较显著的变化，使得按理想模型得到的最优控制参数失去最优性并使控制严重品质下降。在实际应用场景中更关心在不确定因素的影响下是否仍能保持合理性能，而不是追求容易被破坏的理想最优性能。基于上述目的，本发明的一个实施例提出了模糊自适应控制的方案。

模糊自适应控制整体控制目标为提高接收端的信噪比，它可以包括多个闭环子系统，经过光电转换后的电流

，作为观测量进行负反馈并与在没有主信号时的本底噪声进行信噪比估计，后与收端信噪比参考值计算得到误差向量。可以激活接收增益调节单元直到满足断开条件，同时会将误差向量和误差向量的变化量送入二维模糊控制子系统，该子系统会持续工作。首先将误差向量与误差向量的变化量进行模糊化到细分论域，比较常用的模糊化的方法有模糊数法、扎得法和马丹尼法等，在此不展开讨论。后续在模型梯度方向

进行清晰化得到控制向量。同时还可以依照发射机SNR参考值与SNR估计值进行负反馈控制修正接收增益

。

图6A示例性地绘出根据本发明一个实施例的单工模式下用户设备、支付终端和支付中心交互的示意图。

如图6A所示的单工模式可以典型地应用于联机交易。当光发射单元被激活后，用户设备以广播的形式发送如图7中所示的信标帧，并以广播的形式在同一信道上跟随在信标帧之后发送支付信息。支付终端扫描和侦听可见光信道，当检测到信标帧之后，它利用信标帧的信息获得同步，随后接收支付信息，而不需要与用户设备建立信道连接。支付终端然后将支付信息通过网络接口单元发送给支付中心，后者对用户的身份或帐户进行验证，如果验证成功则对用户的帐户进行扣款操作，并且向支付终端发送指示交易成功的消息。支付终端在单工模式下无法将交易成功的消息转发给用户设备，但用户可以通过其他方式知晓交易成功，例如，支付中心可以通过向用户的手机发送短信告知交易成功，或者支付终端可以向用户显示交易成功并打印交易凭据。

图6B示例性地绘出根据本发明一个实施例的双工模式下用户设备、支付终端和支付中心交互的示意图。

如图6B所示的双工模式可以典型地应用于脱机交易的场合，例如其中使用手机支付公交车票的场合。当光发射单元被激活后，用户设备以广播的形式发送如图7所示的信标帧支付终端扫描和侦听可见光信道，当检测到信标帧之后，它利用信标帧的信息获得同步，通过发射单元向用户设备发送响应（ACK），从而建立与用户设备之间的信道连接。图8示出用于建立信道连接的示例性随机接入过程，这将在稍后进一步描述。出于安全性的考虑，可以在建立连接的过程中增加用户设备与支付终端之间的相互校验。一旦建立了信道连接，用户设备可以通过建立的信道连接将支付信息发送给支付终端。支付终端接收到支付信息后，可以在不经过支付中心的情况进行扣款，并通过发射单元向用户设备发送指示交易成功的消息。用户设备接收到该消息后，据此更新用户设备中存储的支付信息，例如将帐户金额减去相应金额。支付终端可以在适当的时候，例如与支付中心恢复网络连接时，将交易数据批量上传到支付中心，支付中心记录相应的交易并更新用户的帐户数据，从而与用户设备中存储的信息相一致，然后向支付终端返回响应。

图7是IEEE 802.15.7 MAC层的超帧的结构示意图。如图所示，其中包含了激活（active）和未激活（inactive）两个部分，在激活部分收发模块上电并正常工作，在未激活部分收发模块断电或进入休眠省电模式，超帧本身长度及激活与未激活部分的比例取决于数据包长度和省电需求。

在激活部分又分为：信标帧（beacon）、竞争接入阶段（CAP）、 ，非竞争接入阶段（CFP）。激活部分是由若干个基本帧组成，如图7例中总共16个基本帧，这些基本帧都具有相同的数据结构，例如在帧头都有控制字来指示这个基本帧是哪种类型的帧，是信标帧、CAP帧还是CFP帧；该帧是否加密；该帧是否需要ACK；该帧是源地址方式寻址还是目标地址方式寻址等。在帧结尾都有帧检测序列（FCS），判断该帧是否有误码。

信标帧主要用于在接入过程中进行网络探测以及帧结构的确认，同时提供数据使在接收端的数据时钟恢复模块（CDR）进行自同步时钟的恢复。在CAP阶段，允许有多个用户申请随机接入，采用先到先得的方式进行地址分配，随后在CFP阶段的每一个专用时隙（GTS）， 只允许一个对应地址的用户进行通信。当然对于点对点（P2P）的通信方式每次只允许一个用户接入，将后续的通信时隙全部分配给该接入用户，若在当前用户通信过程中有新的接入申请将被视为非法接入而遭到拒绝，同时中断或保护当前通信。

图8是示例性地绘出根据本发明一个实施例的随机接入过程的示意图。支付终端的可见光接收单元和控制单元在上电初始化或上一次数据通信完成后将进入随机接入状态，此时接入次数NB和驱动机构调整次数N将清零，支付终端进行信标帧的搜索和超帧边界扫描。一旦找到用户设备所发送的信标帧和超帧边界将跳转到CDR时钟恢复和接入延时设定状态，否则继续搜索。时钟锁定和延时设定完成后接下来会直接进入信道占用评估（CCA）过程，判断信道是否被占用，如果此时信道被占用将记为一次接入不成功。如果信道为空则会进行前面所述的SNR自适应控制（如利用驱动机构调节支付终端的角度、调节光电转换模块的增益），并且在每次调整步进后进行信道质量评估（CQA）过程，判断信道质量是否满足要求。若不满足要求，则N=N+1 并继续进行下一次SNR自适应控制，若在设定次数内都无法达到设定的信道质量，则会记为一次接入不成功。一旦信道质量满足要求后，接入数据将被支付终端接收并处理。这里注意，在信道质量不满足要求时用户设备也会发接入数据，但此时支付终端并不处理和理会。在基本帧中会有发送端是否需要ACK的标志位AR，如果不需要指示将直接认为接入成功，如果需要ACK则必须在规定的确认回执等待时间（AWD） 内发送ACK，否则会记为一次接入不成功。如果接入不成功的次数累计到设定次数将认为接入失败。在接入成功后系统会自动进行后续的数据通信。

图9是根据本发明一个实施例在用户设备中基于可见光通信进行支付的方法900的示意流程图。

在步骤S910，激活可见光发射单元。在步骤S920，将用户设备中存储的与用户身份或帐户有关的支付信息通过可见光发射单元发送给支付终端。步骤S920包括将支付信息进行编码和调制（S921），以及根据调制后的信息驱动光源发光（S922）。步骤S920还可以包括对支付信息进行信道加扰以获得电平均衡。步骤S910可以包括响应于接收到来自用户的输入、或者根据用户设备的位置、或者根据用户身份识别来激活基于可见光的通信，其中用户身份识别是通过检测以下的至少一种进行的：用户在用户设备的键盘上输入的口令；用户的语音输入；用户设备的特定运动模式；用户在用户设备上做出的特定手势；以及用户的生物特征。S920还可以包括检测环境光强度，并且根据检测结果调整光源的发光强度。检测环境光强度的步骤包括响应于以下的至少一种来检测环境光强度：用户的输入；和所述用户设备与所述支付终端之间的距离。步骤S920还可以包括将支付信息跟随在信标帧之后以广播的形式发送。方法900还可以包括接收由所述支付终端发出的消息，其中所述消息可以包括指示交易是否成功的消息，并且方法900还可以包括根据所述指示交易是否成功的消息来更新用户设备中存储的支付信息。支付终端发出的消息还可以包括指示支付终端处信噪比的消息，并且方法900还可以包括根据所述指示所述支付终端处信噪比的消息来调整光源的发光强度。步骤S920还可以包括建立用户设备与支付终端之间的连接，并且通过所建立的连接发送支付信息。建立连接可以包括通过可见光发射单元广播信标帧，以及接收支付终端的响应。

图10是根据本发明一个实施例在支付终端中基于可见光通信进行用户设备的支付的方法1000的示意流程图。

在步骤S1010，激活可见光接收单元。在步骤S1020，通过可见光接收单元从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息。在步骤S1030，将支付信息提供给支付中心，在步骤S1040，从支付中心接收指示交易是否成功的消息。步骤S1020包括接收包含所述支付信息的光信号并将其转换为电信号，以及将所述电信号解调并译码，以恢复支付信息。步骤S1020还可以包括在所述支付信息经过加扰的情况下对其进行信道解扰。方法1000还可以包括响应于从支付中心接收到所述指示交易是否成功的消息，将所述指示交易是否成功的消息发送给用户设备。步骤S1020还可以包括调节光电转换的接收增益。调节步骤可以包括响应于以下的至少一种来调节光电转换的接收增益：操作者的输入；所述支付终端与所述用户设备之间的距离；和支付终端处的信噪比。方法1000还可以包括将指示支付终端处的信噪比的消息发送给用户设备。步骤S1020还可以包括接收由用户设备以广播的形式发送的、跟随在信标帧之后的所述支付信息。步骤S1020还可以包括建立支付终端与用户设备之间的连接，并且通过所建立的连接接收支付信息。建立连接可以包括通过可见光接收单元接收用户设备广播的信标帧，以及向用户设备发送响应。步骤S1020还可以包括检验接收到的信息并且当校验出错时产生提示信号。方法1000还可以包括驱动所述支付终端绕固定点转动。驱动步骤可以包括根据支付终端处的信噪比以模糊自适应控制的方式来调节所述支付终端相对于用户设备的角度。

虽然已经结合具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以做出许多改变和修改，并且可以对其元件进行等效替换，而不背离本发明的真正范围。此外，可以做出许多修改来使本发明的教导与特定情况适配，而不背离其中心范围。因此，本发明并不限于这里作为实现本发明而构思的最佳模式而公开的特定实施例，相反本发明包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种基于可见光通信进行支付的用户设备，包括：

支付信息存储单元，用于存储与用户身份或帐户有关的支付信息；和

可见光发射单元，包括：

       编码与调制模块，用于将信息进行编码和调制；

       光源，例如是LED屏幕或LED摄像头补光灯；和

       光源驱动模块，用于根据调制后的信息驱动光源发光；和

控制单元，用于激活所述可见光发射单元来将所述支付信息发送给支付终端。

2. 根据权利要求1所述的用户设备，还可以包括加扰单元，用于对所述支付信息进行信道加扰以获得电平均衡；和/或

其中控制单元还用于响应于接收到来自用户的输入、或者根据用户设备的位置、或者根据用户身份识别来激活可见光发射单元，其中用户身份识别是通过检测以下的至少一种进行的：

用户在用户设备的键盘上输入的口令；

用户的语音输入；

用户设备的特定运动模式；

用户在用户设备上做出的特定手势；以及

用户的生物特征。

3. 根据权利要求1或2所述的用户设备，还包括：

环境光检测单元，用于检测环境光强度，

其中所述控制单元还用于激活环境光检测单元，并且根据检测结果控制光源驱动模块来调整光源的发光强度，

尤其是，所述控制单元根据以下的至少一种来激活环境光检测单元：

用户的输入；和

所述用户设备与所述支付终端之间的距离。

4. 根据权利要求1所述的用户设备，其中所述控制单元还用于将支付信息跟随在信标帧之后以广播的形式通过可见光发射单元发送；和/或

其中用户设备还包括：

接收单元，用于接收由所述支付终端发出的消息，其中所述消息包括指示交易是否成功的消息，并且所述控制单元还用于根据所述指示交易是否成功的消息来更新支付信息存储单元中存储的支付信息，和/或

其中所述消息还可以包括指示所述支付终端处信噪比的消息，并且所述控制单元还用于根据所述指示所述支付终端处信噪比的消息控制光源驱动模块来调整光源的发光强度，和/或

其中在其中所述控制单元可以还用于建立用户设备与支付终端之间的连接，并且通过所建立的连接发送支付信息，其中建立连接包括：

通过可见光发射单元广播信标帧；以及

通过接收单元接收支付终端的响应。

5. 一种基于可见光通信进行用户设备的支付的支付终端，包括：

可见光接收单元，包括：

       光电转换模块，用于接收包含信息的光信号并将其转换为电信号；和

       解调与译码模块，用于将所述电信号解调并译码，以恢复信息；

网络接口单元，用于与支付中心相连；和

控制单元，用于激活可见光接收单元来从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息，将所述支付信息通过网络接口单元提供给支付中心并通过网络接口单元从支付中心接收指示交易是否成功的消息。

6. 根据权利要求5所述的支付终端，还可以包括：

解扰单元，用于在所述支付信息经过用户设备加扰的情况下对其进行信道解扰；和/或

用于向用户设备发送消息的发射单元，

其中所述控制单元还用于响应于通过网络接口单元从支付中心接收到所述指示交易是否成功的消息，通过发射单元将所述指示交易是否成功的消息发送给用户设备。

7. 根据权利要求5或6所述的支付终端，还包括：

增益调节单元，用于调节光电转换模块的接收增益，

其中所述控制单元还用于激活增益调节单元，

尤其是，所述控制单元根据以下的至少一种来激活增益调节单元：

操作者的输入；

所述支付终端与所述用户设备之间的距离；和

支付终端处的信噪比，和/或

所述控制单元还用于通过发射单元将指示支付终端处的信噪比的消息发送给用户设备。

8. 根据权利要求5或6所述的支付终端，其中所述控制单元还用于通过可见光接收单元接收由用户设备以广播的形式发送的、跟随在信标帧之后的所述支付信息，和/或

所述控制单元还用于建立支付终端与用户设备之间的连接，并且通过所建立的连接接收支付信息，其中建立连接包括：

通过可见光接收单元接收用户设备广播的信标帧；以及

通过发射单元向用户设备发送响应。

9. 一种在用户设备中基于可见光通信进行支付的方法，包括以下步骤：

激活可见光发射单元；和

将用户设备中存储的与用户身份或帐户有关的支付信息通过可见光发射单元发送给支付终端，其中所述发送步骤包括：

       将所述支付信息进行编码和调制；和

       根据调制后的信息驱动光源发光。

10. 一种在支付终端中基于可见光通信进行用户设备的支付的方法，包括：

激活可见光接收单元；

通过可见光接收单元从用户设备接收与用户设备的用户身份或帐户有关的支付信息；

将所述支付信息提供给支付中心；以及

从支付中心接收指示交易是否成功的消息，

其中所述接收支付信息的步骤包括：

接收包含所述支付信息的光信号并将其转换为电信号；和

将所述电信号解调并译码，以恢复所述支付信息。

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