专利名称：数据传输系统和用于在数据传输系统中传输数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种数据传输系统，该数据传输系统具有发射光的发送器、接收光的
接收器以及基于不相干光的数据传输通道。本发明还涉及一种用于在这种数据传输系统中 进行传输的方法。
背景技术：
在所谓的自由空间传输的情况下、尤其是在借助于对光学光源的光功率的快速调 制在近距离内利用不相干光进行数据传输的情况下存在缺点不能利用简单的调制方法、 例如开关键控(开关键控，00K)来实现高于40MBit/s的数据传输率。对此的原因在于，发送 器以及接收器的小的调制带宽可导致数据信号的模糊并因此导致所发送的码元(Symbol) 的重叠。例如可以在传输可见光时使用数据传输标准IrDA(Infrared Data Association, 红外数据协会)中的IR(红外)LED或者荧光灯作为这种数据传输系统中的光源。从原理 上讲，白光LED也适合作为光源。然而，白光LED的持续改进的效率导致对可用调制带宽的 受限，这阻碍实现高的数据传输率。 较高的频谱效率公知地对传输通道中的带宽限制起反作用。这里例如可以使用 多级调制。在多级调制的情况下，码元的长度被构造为使得所发送的码元没有显著的重
叠。为了提高数据传输率，可以取代逻辑"i"和逻辑"o"而利用更大的值来发送码元，例
如逻辑"2"、"3"、"4"等。于是，幅度例如是在逻辑"l"情况下的2倍、3倍或4部(Pulse AmplitudeModulation， PAM，脉冲幅度调制)。在数字成像中，灰度级是该多级调制的对应 物。 因此，在上述脉冲幅度调制的情况下，可以在每个码元中传输2位、S卩"00"，"01"，
"10"或者"11"。这表示，利用N个不同的幅度/灰度级logjN)，可以在每个码元中传输比
在调制方法开关键控(开关键控)情况下更多的位。例如如果在开关键控的情况下传输速
率限制在25MBit/s，则可以利用25 = 32个幅度/灰度级来传输125MBit/s。 对于所有多级调制方法来说，共同的特征是由接收器接收到的功率以及信噪比必
定比开关键控情况下的高，由此幅度/灰度级可以清楚地相互区分开来。另一共同特征是，
数据传输系统的线性化必定有所改善。 在通过无线红外传输通道进行数据传输的情况中，对于待通过该传输通道来传输 的数据信号应用预矫正是公知的(参见K. L. Sterckx和J.M. H. Elmirghani，"On the Use of Pre-distorsion Equalization inlnfrared Wireless Comm皿ication Links，， IEEE InternationalConference on Communications,第7巻，2166-2170页，2001年)。在此，无 定向传输_即发送器和接收器可以相互"看见"的传输_的特殊情况考虑在什么情况下由 发送器输出的大部分光辐射发生漫反射。这种反射可能通过空间中的墙壁和/或设备物体 引起。在该文件中所述数据传输的情况下，在自由空间通道中存在带宽限制，即所传输的码 元的"模糊"通过一次或多次反射到例如墙壁上而产生。在该文件中所述的数据传输系统
的缺点是如下情况预矫正取决于自由空间通道的传输函数。该传输函数例如取决于，在数据传输系统的空间中是否存在家具或者存在什么家具。然而，这导致该预矫正必须与相应 的环境以及变化相匹配，这(如果有可能的话)需要接收器的返回通道来使该预矫正与自
由空间通道中的变化相匹配。因此，从系统角度来看，这种数据传输系统太过复杂并且太昂
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发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种数据传输系统和一种用于在数据传输系统中传
输数据的方法，其允许借助于对光学光源的光功率的快速调制在近距离内利用不相干光进
行的数据传输具有超过40Mbit/s、尤其是超过lOOMBit/s的传输速度。 所述任务通过根据权利要求1的特征的数据传输系统和具有权利要求14的特征
的用于在根据本发明的数据传输系统中传输数据的方法来解决。有利的扩展方案分别在从
属权利要求中给出。 在根据本发明的具有发射光的发送器、接收光的接收器和基于不相干光的数据传
输通道的数据传输系统中，提供连接在发送器前面的预矫正装置以用于对将从发送器经由
该数据传输通道传输给接收器的数据信号进行预矫正。该数据传输信道在预定的界限内具
有恒定的传输条件。利用发送器的预定的最大带宽来传输待传输的数据信号。 基于不相干光的数据传输通道说明，发送器被构造为用于输出不相干光并且接收
器被构造为用于接收不相干光。 本发明基于对直接传输应用预矫正的原理。所述直接传输具有如下特性在这种 传输通道中反射是可以忽略的。因此，存在恒定的传输条件。与多级调制相比，使用预矫正 来提高经由带宽有限制的、不相干的传输通道的数据传输率所具有的优点是对数据传输 系统的线性化的要求明显不那么高。此外，在非漫反射传输通道的情况下，为发送器分配矫 正所具有的优点是与现有技术相比，接收器的复杂性明显减小。另一优点是可以使用在 实践中现有的接收器来例如用于开关键控，因为该矫正连接在发送器之前、即在发送器中 发生。 适当的是，所述数据传输通道在其带宽方面不受限制。 优选地，使用在发送器与接收器之间的自由空间中的数据信号的定向数据传输作 为数据传输通道。在此可以另外规定，该数据传输通道不具有漫反射。也可以将该数据传 输通道构造为发送器与接收器之间的点对点连接。使用直接连接的优点在于预矫正只取 决于所设置的发送器和接收器的传输函数，而不取决于传输通道的传输函数。由此可以以 特别简单并且低成本的方式来提供根据本发明的数据传输系统。因此，例如有可能的是改 变发送器的位置(例如空间)，而不会由此影响该数据传输系统的传输速度。
根据另一适当的扩展方案，所述数据传输通道的带宽限制大于发送器和/或接 收器的带宽。在J. Grubor， 0. C. Gaete， J. W. Walewski， S. Randel和K. -D. Langer的公开 文献"High Speed Wireless Indoor Communication viaVisible Light，， (ITG石开讨会 "Breitbandversorg皿g inDeutschland-Vielfalt fiir alle ，，， ITG技术报告，第198巻， 201页，柏林，德国，2007年3月7日至8日)中，为了数据传输在将天花板灯用作发送器的 条件下示出，用于典型办公室空间的传输通道的带宽位于200MHz或更高，因此远大于典型 的不相干的发送器(光源)和接收器的带宽。所述发送器和接收器的带宽通常小于50MHz。
5可以使用发光二极管(LED)、尤其是白光LED或者红外LED、荧光灯、激光器、白炽灯来作为 发送器。 如Grubor等人所述那样，在数据传输情形下应用根据本发明的数据传输系统所
具有的优点是预矫正不必与环境变化相匹配。因此，在生产时就可以将该预矫正与待使用
的发送器和待使用的接收器相匹配，由此结果是保证了持续的高传输率。 根据所述数据传输系统的另一扩展方案，所述数据传输通道只允许从发送器到接
收器的数据传输。这因此是所谓的单工连接(Simplex-Verbind皿g)，其中与现有技术相反，
不需要用于适应预矫正的返回通道。 接收器例如可以被构造为光电二极管、尤其是PIN(Positive IntrinsicNegative，"正_本征_负，，)二极管。 在另一扩展方案中，可以进一步设置，所述数据信号可以输入给与接收器耦合的 矫正器以便在接收到该数据信号之后执行矫正。 在根据本发明的用于在数据传输系统中传输数据的方法中，其中所述数据传输系 统具有发射光的发送器、接收光的接收器和基于不相干光的数据传输通道，在发送器之前 连接的预矫正装置中对将从所述发送器经由所述数据传输通道传输给所述接收器的数据 信号进行预矫正。所述数据信号被经由所述数据传输通道传输给所述接收器，其中所述数 据传输通道在预定的界限内具有恒定的传输条件。在此，利用发送器的预定的最大带宽来 进行所述数据信号的传输。 根据本发明的方法具有与结合根据本发明的数据传输系统所述的相同的优点。
在根据本发明方法的扩展方案中，所述数据传输通道在其带宽方面不受限制。
此外设置，使用数据信号在发送器与接收器之间的自由空间中的、尤其是不具有 漫反射的定向数据传输作为数据传输通道。 根据本发明方法的另一扩展方案，使用发送器与接收器之间的点对点连接作为数 据传输通道。 在另一扩展方案中，数据传输通道的带宽限制被选择为大于发送器和/或接收器 的带宽。 此外设置，所述数据传输通道只允许从发送器到接收器的数据传输，由此提供单 向通信。
下面借助于附图进一步阐述本发明。其中 图1A和1B示出在近距离内利用不相干光进行数据传输情况下所出现的经调制的
数据信号根据所选择的调制带宽的模糊问题，并且
图2示出根据本发明的数据传输系统的示意图。
具体实施例方式
图1A示出在近距离内利用不相干光借助于对光学光源的光功率的快速调制进行 数据传输时所出现的问题。在图1A的上方图示中示出电流脉冲形式的待传输的数据信号。 电流脉冲例如对应于逻辑"l"。由于发送器、即光源如发光二极管、荧光灯、白炽灯或者激光器的特性，在高的带宽限制的情况下得出在图lA的下方图示中用Kl示出的光功率P—opt 的曲线，该曲线近似对应于所述电流脉冲的曲线并因此是理想的。在较低的带宽限制的情 况下，从该电流脉冲中得出用K2示出的曲线，在该曲线中发生"模糊"。在此，对于接收器存 在问题该接收器必须从该"模糊的"曲线中识别是传输了逻辑"1"还是逻辑"0"。从图1A 中容易地看出，带宽限制是响应于输入到发送器的信号(在这里电流脉冲)而输出光功率 P_opt的原因。在发光二极管的情况下，由于发光二极管的大小、所选择的材料及其效率来 得出带宽限制。 借助于图1B可以清楚地看出由此得出的第一个问题，在图1B中示例性地将位序 列"101"输入给数据传输系统的发送器。在此，在考虑由发送器所输出的光功率P—opt的 条件下，假设一个具有小带宽限制(对应于图1A中的曲线K2)的发送器。如从图1B的下 方图示中可以看出的那样，接收器必须用接收的光功率对所发送的位序列"101"进行解码， 这由于该数据信号的"模糊"而出现错误。由于发送器的传输特性，分别对应于逻辑"l"的 点Pl和P3具有相同的光学功率P_opt的绝对值。相反，点P2和P4具有不同大小的光功 率P—opt，即使这两个点都对应于逻辑"O"。所以，对于接收器来说难以确认尤其是点P2是 对应于逻辑"1"还是逻辑"0 "。 第二个问题在于，例如在接收器模拟电子装置中的不可避免的噪声导致逻辑"O" 与逻辑"l"之间的可用距离甚至变得更小。所以，在出现强烈的模糊和相对应的噪声的情 况下，对于位序列("101"序列)不能确认"1"与"0"之间的显著区别。
图2以示意图示出根据本发明的过程，用以绕开上述问题并且同时当在近距离内 用不相干光进行数据传输时实现例如100MBit/s的高的数据传输率。数据传输系统具有发 送器Tx，该发送器Tx经由无线光学传输通道K将数据信号Sig传输给接收器Rx。在发送 器Tx前面连接有预矫正装置PD。将待传输的数据信号Sig'输入该预矫正装置PD，其中将 由发送器Tx传输的信号通过该预矫正装置PD被处理为使得由发送器输出的光功率P_opt 大致对应于矩形信号(参见数据信号Sig)，该矩形信号可以由接收器Rx以简单的方式进行 解码。 实现高的数据传输率的前提条件是传输通道K稳定，也就是说传输通道K在预定 的界限内具有恒定的传输条件并且理想地没有带宽限制。为此，可以提供在发送器Tx与接 收器Rx之间的自由空间中的尤其是没有漫反射的定向数据传输作为数据传输通道K。可以 将该数据传输通道K尤其构造为发送器与接收器之间的点对点连接。在此适当的是，该传 输通道K的带宽限制由于反射而远大于发送器Tx和接收器Rx的带宽。这例如可以通过将 发送器Tx设置为激光器、发光二极管(白光或者LED)、白炽灯或者荧光灯来保证。在激光 器的情况下，这取决于所选择的调制频率有多高。常见的激光器二极管具有GHz区域内的 调制带宽，因此可能位于空间的带宽限制之上。 由于所进行的预矫正可以集成在发送器Tx中，接收器Rx不需要用于适应该预矫 正的返回通道。所以，传输通道K可以实施为单工连接或者单向连接。
因为预矫正不必与环境变化相匹配，所以该预矫正在生产时就已经与待使用的光 源和接收器相匹配。通过这一点就已经保证了持续高的传输率。 与开始时所述的多级调制相比，使用预矫正来提高经由有带宽限制的、不相干的 传输路径的数据速度所具有的优点是对数据传输系统的线性化的要求较小。
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此外，在非漫反射传输路径的情况下，在发送器中安排矫正或者在发送器侧进行
矫正(预矫正)所具有的优点是接收器Rx的复杂性可以被保持得很小。
专注于直接连接(点对点连接)所具有的优点是预矫正仍然只取决于发送器和
接收器的固定的传输函数，而不取决于传输通道。因此，发送器可以被布置在其它中而不会
因此而影响传输速度。 预矫正的另一优点在于可以使用常规接收器、如在调制方法开关键控中所使用 的接收器。 可选地，如在图2中所示出的那样，除了必要的预矫正以外，还可以提供在接收器 侧的矫正装置EQ，以便在必要时进一步改善数据信号Sig。
权利要求
一种数据传输系统，具有发射光的发送器(Tx)、接收光的接收器(Rx)和基于不相干光的数据传输通道(K)，其中-设置连接在发送器(Tx)前面的预矫正装置(PD)，用于对将从发送器(Tx)经由数据传输通道(K)传输给接收器(Rx)的数据信号(Sig)进行预矫正，-所述数据传输通道(K)在预定的界限内具有恒定的传输条件，并且-利用发送器(Tx)的预定的最大带宽来传输待传输的数据信号(Sig)。
2. 根据权利要求l所述的数据传输系统，其中所述数据传输通道(K)在其带宽方面不 受限制。
3. 根据权利要求1或2所述的数据传输系统，其中使用所述数据信号(Sig)在发送器 (Tx)与接收器(Rx)之间的自由空间中的定向数据传输作为数据传输通道(K)。
4. 根据权利要求3所述的数据传输系统，其中所述数据传输通道不具有漫反射。
5. 根据前述权利要求之一所述的数据传输系统，其中所述数据传输通道(K)被构造为 发送器(Tx)与接收器(Rx)之间的点对点连接。
6. 根据前述权利要求之一所述的数据传输系统，其中所述数据传输通道(K)的带宽限 制大于发送器(Tx)和/或接收器(Rx)的带宽。
7. 根据前述权利要求之一所述的数据传输系统，其中所述数据传输通道(K)只允许从 发送器(Tx)到接收器(Tx)的数据传输。
8. 根据权利要求1至7之一所述的数据传输系统，其中所述发送器(Tx)是发光二极管 (LED)，尤其是白光LED或者红外LED。
9. 根据权利要求1至7之一所述的数据传输系统，其中所述发送器(Tx)是荧光灯。
10. 根据权利要求1至7之一所述的数据传输系统，其中所述发送器(Tx)是激光器。
11. 根据权利要求1至7之一所述的数据传输系统，其中所述发送器(Tx)是白炽灯。
12. 根据前述权利要求之一所述的数据传输系统，其中所述接收器(Rx)是光电二极 管，尤其是PIN二极管。
13. 根据前述权利要求之一所述的数据传输系统，其中所述数据信号(Sig)能输入给 与所述接收器(Rx)耦合的矫正器(EQ)，以用于在接收到该数据信号(Sig)之后执行矫正。
14. 一种用于在数据传输系统中传输数据的方法，所述数据传输系统具有发射光的发 送器(Tx)、接收光的接收器(Rx)和基于不相干光的数据传输通道(K)，其中-在发送器(Tx)之前连接的预矫正装置(PD)中对将从发送器(Tx)经由数据传输通道 (K)传输给接收器(Rx)的数据信号(Sig)进行预矫正，-所述数据信号(Sig)被经由所述数据传输通道(K)传输给接收器(Rx)，其中所述数 据传输通道(K)在预定的界限内具有恒定的传输条件，并且-利用发送器(Tx)的预定的最大带宽来进行所述数据信号(Sig)的传输。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述数据传输通道(K)在其带宽方面不受限制。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其中使用所述数据信号(Sig)在发送器(Tx) 与接收器(Rx)之间的自由空间中的、尤其是不具有漫反射的定向数据传输作为数据传输 通道(K)。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中使用发送器(Tx)与接收器(Rx)之间的点对点 连接作为数据传输通道(K)。
18. 根据权利要求14至17之一所述的方法，其中所述数据传输通道(K)的带宽限制被 选择为大于发送器(Tx)和/或接收器(Rx)的带宽。
19. 根据权利要求14至18之一所述的方法，其中所述数据传输通道(K)只允许从发送 器(Tx)到接收器(Rx)的数据传输。
全文摘要
本发明涉及一种具有发射光的发送器(Tx)、接收光的接收器(Rx)以及基于不相干光的数据传输通道(K)的数据传输系统。在发送器(Tx)前面连接的预矫正装置(PD)用于对将从发送器(Tx)经由数据传输通道(K)传输给接收器(Rx)的数据信号(Sig)进行预矫正。该数据传输通道(K)在预定的界限内具有恒定的传输条件。利用发送器(Tx)的预定的最大带宽来进行待传输数据信号(Sig)的传输。
文档编号H04B10/114GK101772910SQ200880102113
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月10日 优先权日2007年8月6日
发明者F·布雷耶, J·威尔夫斯基, S·兰德尔 申请人:西门子公司