专利名称：在可见光通信中产生高分辨率帧以用于调光和可见度支持的装置和方法
技术领域：
本申请一般涉及可见光通信，并且更具体地，涉及产生高分辨率可见度帧以用于可见光通信的方法。
背景技术：
可见光通信(VLC)是一种在光透明介质中使用可见光进行短距离光无线通信的新技术。这种技术提供对几百太赫兹(THz)的免许可频谱(unlicensed spectrum)的访问。 VLC不受电磁干扰问题的影响并且没有与射频(RF)系统相关的干扰。VLC通过允许用户看到穿越通信信道的数据传送而提供附加级别的安全性。VLC的另一个好处是它增强或补充了来自现有可见光基础设施的现有服务(诸如照明、显示、指示、装饰等等)。VLC网络是参与VLC的两个或多个设备的任意网络。图I示出全电磁频谱以及由可见光占据的波长的片段(breakout)。可见光谱的波长大约为从380nm延伸到780nm，它对应于大约400THz到790THz的频率范围。由于此频谱较大并且能够支持具有多种色彩的光源，所以VLC技术可以提供大数目的用于通信的信道。
发明内容
技术问题本发明提供在可见光通信(VLC)网络中产生高分辨率帧以用于调光支持的方法和装置。技术方案提供一种在可见光通信(VLC)网络中使用的产生高分辨率帧以用于调光支持的方法。所述方法包括对于所述高分辨率帧确定所需的可见度。所述方法还包括产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式具有第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧。所述方法进一步包括发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。提供一种在可见光通信(VLC)网络中使用的能够产生和发送高分辨率帧以用于调光支持的发送器。所述发送器包括控制器和光源。所述控制器被配置为对于所述高分辨率可见度帧确定所需可见度，并且产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式具有第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧。所述光源被配置为发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。提供一种在可见光通信(VLC)中使用的产生高分辨率帧以用于调光支持的系统。 所述系统包括接收器和发送器。所述发送器被配置为对于所述高分辨率帧确定所需的可见度。所述发送器还被配置为产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式包含第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧。所述发送器进一步被配置为发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。所述接收器被配置为通过根据在所述发送器上产生的样式来适配数据接收而以所需的可见度接收数据。在进行下面的对本发明的详细描述之前，阐述对在本专利文献中通篇使用的某些词汇和短语的定义可能是有帮助的术语“包括”和“包含”及其派生词表示包含而没有限制；术语“或”是包含，意思为和/或；短语“关联”和“与其关联”以及其派生词可以表示包含、被包含在、与…交互、包含、被包含在、连接到或与…连接、耦合到或与…耦合、可与…通信、与…合作、交织、使并列、与…接近、绑定到或与…绑定、具有、具有…的属性等等；术语 “控制器”表示控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以以硬件、固件或软件、或者它们中的至少两个的一些组合来实施。应当注意与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或者分布式的，本地的或远程的。贯穿该专利文献提供某些词汇和短语的定义。本领域技术人员应当理解如果不是在大多数情况下，则也是在许多情况下，这样的定义适合于现在以及这样的定义的词汇和短语的将来使用。有益效果本发明提供在可见光通信(VLC)网络中产生高分辨率帧以用于调光支持的方法和装置。
为了更全面地理解本公开及其优点，现在参考结合附图的以下描述，在附图中，相似的附图标记表示相似的部件图I描述全电磁频谱以及由可见光占据的波长的片段(breakout)；图2描述能够由可见光通信启动(enable)的几个示例应用；图3描述根据本公开一个实施例的在基础设施光源的空闲或者接收状态期间发送的空闲/接收(idle/RX)状态信号；图4示出对于对准即拍(point-and-shoot)应用的可见度的要求的详细示例；图5示出描述人眼对增加亮度的光线的感觉的图形；图6描述通过控制VPM信号的脉冲宽度的在可变脉冲位置调制(VPM)中的调光支持；图7描述根据本公开实施例的被配置为组合现有的低分辨率可见度样式以创建高分辨率调光样式的发送器；图8描述根据本公开一个实施例的用于获取高分辨率调光能力的一算法的图形表不;图9描述根据本公开一个实施例的用于获取高分辨率调光能力的第二算法的图形表示；图10示出根据本公开实施例的两种算法的对比；图11示出根据本公开实施例的在使用交织的第一算法和不使用交织的第二算法之间的对比；以及图12描述根据本公开实施例的基于伪噪声(PN)序列随机选择可见度样式的方法。
具体实施方式
下面讨论的图I到12以及在此发明文档中用于描述本公开的原理的各种实施例仅仅是说明性的，并且不应当以任何形式被理解为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解到，可以在任何适当配置的可见光通信网络中实施本公开的原理。VLC使得能够进行较宽范围的具有不同要求的应用。图2描述可以由VLC使能的几种示例应用。图2 (a)示出点到点(P2P)通信的示例。在此示例中,移动电话机使用VLC 与另一个移动电话机进行通信。图2(b)示出被称为近场通信(NFC)的另一种类型的P2P VLC通信的示例。在通信距离非常短(<30cm左右)的场合可以使用NFC。在NFC中，可以获得非常高的数据率OlOOMbps)。在所示的示例中，移动电话机使用VLC与膝上计算机通 目。图2(c)示出可见LAN(VLAN)系统的示例，其中在VLAN系统中，基础设施照明系统也起接入点的作用，并且对一个或多个设备(诸如膝上计算机或移动电话机)使能LAN服务。 图2(d)示出信息广播(IB)系统的示例，其中在IB系统中，在公共场所(例如，大型购物中心或者博物馆)的显示器能够使用VLC广播信息(例如，关于设施、方向或服务的信息)。 在广播范围内的设备(例如，移动电话机)然后可以接收信息。图2(e)示出车辆广播(VB) 应用使用VLC的示例，例如，从交通信号或其他车辆传送安全或交通信息。应当理解，在图 2中示出的VLC应用和设备仅仅是出于示例的目的，其它VLC应用和设备也是可以的。许多VLC应用的一个要求是基础设施光源(例如，头顶背景光)可能需要被保持在“开”状态，以避免发送(TX)输出的损耗并且避免在下行链路传输期间的闪烁。对于支持聚焦光线到接收机上以便进行最佳通信(即，指向(pointing))的对准即拍技术的VLAN 上行链路和P2P应用来说，连续“开”也是重要的。在图3中示出了一种确保连续“开”状态的方法。图3描述了根据本公开一个实施例的在基础设施光源的空闲或接收状态期间发送的空闲/接收(idle/RX)状态信号。如果光源在某些时间间隔进行发送并且然后在那些时间间隔之间空闲，则可能产生在光源中的可见闪烁。空闲/接收状态信号可以用于保持在基础设施的空闲或接收期间的最优可见度和无闪烁操作。这通过模仿活跃发送信号的一般样式的空闲/接收信号来实现。特定地，空闲/接收信号一般具有与在活跃信号期间所使用相同的占空比(duty circle)。参照图3，看到光源在两个活跃发送块期间发送信号302和304。所述活跃发送块被一个空闲/接收块隔开。为了减小闪烁，空闲/RX状态信号306被产生以在空闲/接收块期间被发送。当空闲/RX状态信号306在空闲/接收块期间被发送时，结果是光源的基本上规则的输出信号308。因此，减少或消除了将在空闲期间看到的闪烁或可见度影响。在一个实施例中，规则输出信号308可以是基础设施发送输出。在另一个实施例中，规则输出信号308可以是对准即拍发送输出，正如下面更详细解释的。在空闲/RX期间发送数据信号以便控制可见闪烁对于VLC来说是独特的。以这种方式控制闪烁的能力通常被称为可见度支持。图4示出对于对准即拍应用的可见度的要求的更详细示例。在图4中，移动设备 402和403想要经由VLC与作为网络406的接入点的接入点404进行通信。为了提高性能， 移动设备402需要精确指向接入点404。如图4中所示，移动设备402需要调节它的波束直到它直接指向接入点404。利用在位置A的波束，不能进行通信。随着用户朝着接入点404移动移动设备402的波束，波束到达位置B。在位置B，移动设备402可以与接入点404充分对准以便可以进行下行链路通信。然而，仍然不能进行上行链路通信。在位置C，移动设备402与接入点404基本上对准，使得上行链路和下行链路传输都能够进行。然而，如果在传输中存在非常大的空闲时段，则来自移动设备402的波束的信号强度将非常微弱。于是， 可以从移动设备402发送可见度样式以帮助对准。在许多情形中，获得高分辨率可见度样式以用于支持调光应用可能是可行的。图 5示出描述人眼对增加亮度的光线的感觉的图形。从图中看出，人眼对调光电平具有非线性响应。基于测光表的光测量，在低光线水平上，人眼所感知的光量大于房间中存在的实际光线。于是，特别是在低光线水平上，具有能够被光源支持的较宽范围的可见度水平是可能的。在优选实施例中，光源的调光范围可以在O. f 100%之间变化以便具有适合于用户舒适度的可见度设置。可见度样式和数据样式被很好地匹配以最小化在基础设施上的闪烁也是重要的。 于是，如果数据发送样式被调整以用于调光，则任何有关的可见度样式也应当被调整。现有技术仅仅考虑了有限数量的可见度样式。这是因为对于支持调光的应用的支持不考虑可见度；于是，之前没有考虑过高分辨率样式。例如，ECMA TC-47仅仅描述了i^一
(11)种不同的可见度样式。在下表I中示出了这些样式。如该表中可见，可见度样式的范围为以10%为增量或步长从0%到100%。因此，这些可见度样式可以被认为是低分辨率样式。ECMATC-47不提供任何在更精细分辨率水平(例如，1%或O. 1%的分辨率)的可见度样式。因此，ECMA TC-47对于获得例如43%或者25. 8%的整体可见度没有提供建议。更进一步，定义在更精细分辨率水平的不同的可见度样式将很快变得不现实。例如，它将要求至少一千个不同的可见度样式以支持全程O. 1%的分辨率水平以用于调光。表I :当前提出的在ECMA TC-47中的可见度样式
权利要求
1.一种在可见光通信(VLC)网络中使用的产生高分辨率帧以用于调光支持的方法，所述方法包括步骤对于所述高分辨率帧确定所需可见度；产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式包括第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧；以及发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一低分辨率帧和所述第二低分辨率帧是从多个预定低分辨率帧中选择的。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤根据公式,,.I dv^Ksel Ipat= ____- 选择所述第一低分辨率帧selIPat ；以及根据公式Γ dv * Ksel2pat = ^选择所述第二低分辨率帧sel2Pat，，其中，dv是被表达为百分比值的高分辨率帧的所需可见度，以及K比不同预定低分辨率帧的数目小一。
4.如权利要求I所述的方法，其中通过 I OO ^ 丨 、'reppat2 = 0 !' dv--:———来确定所述第二低分辨率帧的第二数IK J量 reppat2 ；通过reppatl = 101_p-reppat2来确定所述第一低分辨率巾贞的第一数量reppatl ；P是被表达为整数对数值的期望精度；dv是被表达为百分比值的高分辨率帧的所需可见度；以及K比不同预定低分辨率帧的数目小一。
5.如权利要求I所述的方法，其中，所述样式包括与所述第二数量的第二低分辨率帧交织的所述第一数量的第一低分辨率帧。
6.如权利要求I所述的方法,其中,产生所述样式包括使用伪随机数序列和随机数产生器中的一个来产生随机样式。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述多个预定低分辨率帧的范围为以10%的增量的从0%的可见度到100%的可见度。
8.如权利要求I所述的方法，其中，所述高分辨率帧是针对可见度和数据通信中的至少一个而产生的。
9.如权利要求I所述的方法，其中，所述高分辨率帧是在下列之一中产生的物理层(PHY)，以精细时间尺度在一个分组内；以及媒介访问控制层(MAC)，以粗略时间尺度跨越一个或多个分组。
10.一种在可见光通信(VLC)网络中使用的能够产生和发送高分辨率帧以用于调光支持的发送器，所述发送器包括控制器，被配置为对于所述高分辨率帧确定所需可见度，以及产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式包括第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧；以及光源，被配置为发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。
11.如权利要求10所述的发送器，其中，所述控制器进一步被配置为从多个预定低分辨率帧中选择所述第一低分辨率帧和所述第二低分辨率帧。
12.如权利要求11所述的发送器，其中，所述控制器进一步被配置为根据公式sel I pat根据公式 sel 2 patdv * K IOOdv * K IOO选择所述第一低分辨率帧selIPat ;以及选择所述第二低分辨率帧sel2Pat，其中，dv是被表达为百分比值的高分辨率帧的所需可见度，以及K比不同预定低分辨率帧的数目小一。
13.如权利要求10所述的发送器，其中通过100 * sel I patdv来确定所述第二低分辨率帧的第二数量 reppat2 ；通过reppatl = 101_p-reppat2来确定所述第一低分辨率巾贞的第一数量reppatl ；P是被表达为整数对数值的期望精度；dv是被表达为百分比值的高分辨率帧的所需可见度；以及K比不同预定低分辨率帧的数目小一。
14.如权利要求10所述的发送器，其中，所述样式包括与所述第二数量的第二低分辨率帧交织的所述第一数量的第一低分辨率帧。
15.如权利要求10所述的发送器，其中，所述控制器进一步被配置为通过使用伪随机数序列和随机数产生器中的一个来产生随机样式而产生所述样式。
16.如权利要求11所述的发送器，其中，所述多个预定低分辨率帧的范围是以10%的增量的从0%的可见度到100%的可见度。
17.如权利要求10所述的发送器，其中，所述高分辨率帧是针对可见度和数据通信中的至少一个而产生的。
18.如权利要求10所述的发送器，其中，所述高分辨率帧是在下列之一中产生的 物理层(PHY)，以精细时间尺度在一个分组内；以及媒介访问控制层(MAC)，以粗略时间尺度跨越一个或多个分组。
19.一种在可见光通信(VLC)中使用的产生高分辨率帧以用于调光支持的系统，所述系统包括发送器，所述发送器被配置为对于所述高分辨率帧确定所需可见度；产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式包括第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率巾贞；和发送所述样式以获得所需的高分辨率帧，以及接收器，被配置为通过根据在发送器上产生的样式适配数据接收而以所需可见度接收数据。
20.如权利要求19所述的系统，所述发送器进一步被配置为从多个预定低分辨率帧中选择所述第一低分辨率帧和所述第二低分辨率帧。
全文摘要
一种在可见光通信(VLC)网络中使用的产生高分辨率可见度帧以用于可见度或调光支持的方法。所述方法包括对于高分辨率帧确定所需可见度。所述方法还包括产生满足所确定的所需可见度的样式，所述样式具有第一数量的第一低分辨率帧和第二数量的第二低分辨率帧。所述方法进一步包括发送所述样式以获得所需的高分辨率帧。
文档编号H04B10/10GK102612810SQ201080051770
公开日2012年7月25日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年9月16日
发明者F.卡恩, S.拉杰戈帕尔 申请人:三星电子株式会社