通信系统、照明系统以及发送信息的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于使用频移键调制信号经由可见光发送数据的通信系统。本发明进 一步涉及照明系统，涉及传输信息的方法以及计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 经由光发送信息是已知的技术。多年来，我们一直使用红外光来控制我们住宅中 诸如电视机和音频/视频系统的装置。然而，因为发射可见光的光源通常在我们周围，例如 在我们的住宅和办公室中，已经发展了使用我们环境光源发送信息的思想。当使用可见光 时的特别挑战在于使能数据传输而不具有诸如闪烁的不想要的可见效应，因为人类的眼睛 对于光强变化是相当敏感的。
[0003] 因为在办公室和住宅中引入固态光源，这种使用环境光的数据传输重新显现。固 态光源具有可以相对容易地改变和控制的数个参数。这样的参数包括光强度、光色、光色温 和平均光方向。对于数据传输，光源的相对高的切换频率是重要的。因此数据可以通过对 其调制而嵌入在光中。调制的最简易形式是以某个频率进行开_关切换。如果该频率足够 大，通常大于100Hz，该调制对于人类是不可见的。对于大多数应用，我们可能需要发送比嵌 入的频率的值更多的数据。可以使用不同的调制方法，并且这些调制方法中的一种可以是 被称作频移键控(进一步，也被指示为频移键)的技术，其中调制的频率随着时间而改变。然 而，早前的试验表明，尽管频移键中使用的频率远高于100Hz，但是仍然感知到可见的闪烁。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的在于提供使用频移键调制信号的通信系统，其中减少了不想要 的信号毛刺或可见的闪烁。
[0005]本发明的第一方面提供通信系统。本发明的第二方面提供种照明系统。本发明的 第三方面提供传输信息的方法。本发明的第四方面提供计算机程序产品。有利的实施例定 义在从属权利要求中。
[0006]根据第一方面的通信系统被配置用于使用频移键调制信号经由可见光而发送数 据。频移键调制信号包括信号部分的序列，每个信号部分根据数据而在第一或第二频率处 被调制，在第一频率处被调制的信号部分具有第一周期中的第一脉冲，以及在第二频率处 被调制的信号部分具有第二周期中的第二脉冲，可见光的能量对应于相应的周期中的具有 时间上的重心的脉冲。信号发生器被配置用于在周期中定位脉冲以使得重心在周期的中心 处以减小可见光中人类可知觉的频率分量。
[0007]当执行频移键调制时，频移键调制信号包括构建不同频率的块的信号(称为信号 部分）的串接。每个信号部分根据数据而在第一或第二频率处被调制，在第一频率处被调 制的信号部分具有第一周期中的第一脉冲，以及在第二频率处被调制的信号部分具有第二 周期中的第二脉冲。脉冲也可以称作基本波形或构建针对信号的块。当脉冲被串接以创建 基本上无穷的脉冲系列时，这样的信号的频谱基本上是在调制频率以及该频率的倍频处具 有尖峰的离散频谱。另一方面，当仅发射单个脉冲时，该信号脉冲的频谱具有基本上连续的 谱。频移键调制信号是半无穷信号部分的串接，并且因此可以预期的是，这样信号的频谱基 本上是离散谱。然而，考虑到从具有第一周期的第一信号部分到具有第二周期的第二信号 部分的瞬时改变，本发明人已经看出，这些瞬时的频率跳变使得连续频谱的部分重现，使得 其在频移键调制信号的总体频谱中仍然存在。这是因为，尽管每个脉冲的平均值相同，但是 连续谱中频率方面的线性项对于每个脉冲不是相同的。当使用光源来发送这些频移键调制 信号时，存在于频移键调制信号中的连续谱的低频部分引起可见的闪烁。本发明人已经发 现，当周期中的脉冲被定位使得重心处于周期的中心时，可见光中的人类可感知的频率分 量大大减少。
[0008] 可选地，在根据本发明的频移键调制信号中，第一信号部分的第一脉冲中的最后 一个的重心与接下来的第二信号部分的第二脉冲中的第一个的重心之间的时间段基本上 等于第一周期与第二周期之和的一半。本发明人已经发现，当构造频移键调制信号使得如 上所定义的时间段在第一脉冲和第二脉冲之间时，可见光驱动信号中的人类可感知的频率 分量大大减少。本发明人相信，第一脉冲与第二脉冲之间基本上恒定的时间段使得低频部 分大大减少。在用于频移键调制信号的已知脉冲中，脉冲通常位于脉冲周期的开始处(也参 见图la)。当产生第一信号部分和第二信号部分的序列时，与从第二信号部分改变至第一信 号部分相比，从第一信号部分改变至第二信号部分时已知的脉冲之间的时间段将不同。这 些时间段方面的差异是相对低的频率改变，其在使用可见光发送这些已知的频移键调制信 号时引起该可见的闪烁。
[0009] 在数学上，重心是本体中的其周围由于重力导致的合成扭矩消失的点。等价地，对 应于周期中脉冲的可见光的能量的重心被定义为其周围脉冲基本上是对称的时间点，或者 换个说法：
其中，I⑴是在脉冲的时间t处的强度，T是脉冲的周期以及Tg是脉冲的重心。当 第一信号部分的第一脉冲中的最后一个与第二信号部分的第二脉冲中的第一个的重心之 间的时间段基本上等于第一周期与第二周期之和的一半时，如果每个块具有相同的持续时 间，则脉冲的低频成分、即与1/F成比例的频率方面的线性项并未出现在无穷的块序列的 谱中。结果，大大减少了可见的闪烁。在根据本发明的通信系统的实施例中，时间段等于 第一周期与第二周期之和的一半。紧接在时间段的持续时间之后，频移键调制信号的其他 特性也可确定所发射的可见光信号中闪烁的可见性，诸如第一周期和第二周期的持续时 间一并且因此如以上所定义的时间段的一些偏差也是可允许的，而并未脱离本发明的范 围。实验已经表明，时间段的约5%的偏差将不会导致可见的闪烁。数学分析已经表明，当 使用相对高的频率时，进一步减少了信号尖峰和可见闪烁。
[0010] 在根据本发明的通信系统的实施例中，信号发生器被配置用于在第一脉冲中的最 后一个与第二脉冲中的第一个之间插入另外的信号以获得时间段。替代性地，信号发生器 可以被配置用于从第一脉冲中的最后一个减小第一周期和/或用于从第二脉冲中的第一 个减小第二周期以获得时间段。
[0011] 在通信系统的实施例中，第一脉冲被配置用于在第一周期的中心处具有重心，并 且第二脉冲被配置用于在第二周期的中心处具有第二脉冲的重心。在其中脉冲的重心基本 上在脉冲周期的中心处的这样的实施例中，第一脉冲的重心与相邻第二脉冲重心之间的时 间段自动地遵从定义：第一周期与第二周期之和的一半。如之前所指示的，当使用光源发送 频移键调制信号时，这将大大减少可见闪烁。为了产生在其第一周期的中心处具有重心的 第一脉冲，第一脉冲可以在第一周期内相移。为了产生在第二周期的中心处具有重心的第 二脉冲，第二脉冲也可以在第二周期内相移。在周期的中心周围具有重心的脉冲的示例例 如是相对于周期中心对称的波形--然而，也可以选择基本上在周期的中心处具有重心的 非对称波形。在说明书中提供了一些另外的示例。
[0012] 在通信系统的实施例中，第一脉冲相对于第一周期的中心对称，和/或第二脉冲 相对于第二周期的中心对称。如之前所指示的，关于周期的中心对称的脉冲直观地是在波 形周期的中心处具有重心的最容易的波形。在连接至光源以发射频移键调制信号的通信 系统中，这样的对称波形可以例如是用于驱动光源的脉冲宽度调制波形(进一步也被指示 为PWM波形)。这样的脉冲宽度调制波形也经常用于控制总体感知到的由光源发射的光的