用于传送数据的光照系统的制作方法

本公开涉及一种光照系统，用于照亮环境，并且还实现下行链路和/或上行链路上的光照系统和用户设备之间的数据通信。下行链路信号可以嵌入在由系统的照明器发射的可见光或红外光中。上行链路可以有利地利用短程、未许可的介质，诸如红外线。

背景技术：

可见光通信（vlc）指的是以嵌入在由光源发射的可见光中的信号的形式传送信息的技术。vlc有时也被称为编码光。根据各种合适的调制技术中的任何一种，通过调制可见光的特性、通常是强度来嵌入信号。例如，这使得数据符号序列能够被调制到由光源发射的光中。基于调制，可以使用任何合适的光传感器来检测编码光中的信息。这可以是专用光电池（点探测器），也可以是包括光电池（像素）阵列和用于在阵列上形成图像的透镜的相机。例如，传感器可以是包括在加密狗中的专用光电池，该加密狗插入诸如智能电话、平板计算机或膝上型计算机的移动用户设备中；或者传感器可以是集成到移动用户设备中的通用相机。二者中的任一方式都可以使得用户设备上运行的应用程序能够通过光接收数据。

vlc通常用于将信号嵌入在由光照源（诸如日常照明器，例如室内照明或室外照明）发射的光中，从而允许来自照明器的光照兼作信息的载体。因此，光既包括用于照亮诸如房间的目标环境的可见光照贡献（通常是光的主要目的），也包括用于向环境提供信息的嵌入信号（通常被认为是光的次级功能）。在这种情况下，调制通常以足够高的频率执行，从而超出人类的感知，或者，如果存在任何较低频率分量，则至少使得任何可见的时间光伪像（例如闪烁和/或频闪伪像）足够弱，以至于是人类不可察觉或者至少可容忍的。因此，嵌入的信号不影响主要光照功能，即，所以用户只感知整体光照，而不感知被调制到该光照中的数据的效果。这通常是通过选择dc无关编码或调制方案来实现的，其中功率谱密度在零赫兹时为零，在低频处具有非常小的光谱含量（相对于整体dc光强水平；即，相对于对应于整体可见光照强度的非零dc偏移，符号被调制为正和负波动，但是编码或调制方案本身相对于该水平是dc无关的）。因此可见闪烁减少到实际上不可见的水平。

例如，曼彻斯特（manchester）编码是dc无关编码的一示例。三元曼彻斯特是dc2无关的，这意味着不但功率谱密度在零赫兹时为零，而且功率谱密度的梯度也为零，从而甚至进一步消除可见闪烁。对于更高的速度，脉冲振幅调制（pam）和多载波调制的变体，特别是正交频分复用（ofdm）调制是流行的调制方法。ofdm数据也不包含dc项，并且只包含实（非虚）信号。pam是红外（ir）无线光学通信光学中的常用方法。

人们对提供嵌入在照明器中的并行上行链路连接也越来越感兴趣，使得照明器可以提供全双工通信，例如，使得照明器可以充当接入点，用户设备上的应用程序可以通过该接入点访问因特网或其他数据服务。例如，来自照明器接入点的下行链路可以使用可见光作为通信介质，并且上行链路可以使用红外光作为通信介质。嵌入式红外发射机可以包括在加密狗中或者嵌入在用户设备本身的外壳中，以便能够与照明器进行上行链路通信。双向光通信的已知技术的一示例是li-fi。

美国专利申请us2006/056855a1公开了一种基于led的通信系统，包括上行链路子系统和下行链路子系统，其中上行链路系统包括延迟校正单元，以解决由照明侧通信设备接收的源自终端侧通信设备的上行链路信号中的不同延迟。

技术实现要素：

现有基于光的通信系统的一个问题是覆盖单元之间的切换和干扰。考虑这样的情况，其中每个单独的照明器是其自己的独立接入点，即每个照明器一个覆盖单元。在诸如房间的覆盖单元域中，可能存在多个这样的照明器，每个照明器具有有限的范围，并且因此试图通过光照系统进行通信的移动用户设备可能看到来自不同照明器的相互干扰的信号，并且可能发现自己在短时间内连续在各个照明器之间切换多次。

为了避免这种情况，本公开提供了一种系统，其中给定区域（例如给定房间）中的多个照明器都发射嵌入有相同下行链路信号的光。因此，无论移动设备在所讨论的区域（例如房间）内移动到哪里，都不需要切换，并且在这些照明器之间不经历信号间干扰（即来自不同数据的干扰）。从设备的角度来看，该区域形成一个大的覆盖单元，并且设备不需要知道它正在从主要从一个照明器接收其信号转变到另一个照明器。仅当移动设备移动到该区域之外（例如移动到相邻房间）时，才需要切换。

然而，如果使用传统的支持vlc的照明器来实现这一点，一个实际问题是将存在很多冗余：每个照明器将包括其自己的单独的调制器，只是为了生成相同信号的一实例，这是对资源的浪费。此外，为了控制所有调制器来实现这一点，照明器之间将需要复杂、高精度的同步机制。

为了解决这一问题，本公开提供了一种系统，其中集中式调制器被布置成生成调制波形，并且该中央生成的调制波形从中央调制器分发到组（对应于覆盖单元）中的照明器的每个照明器。在每个照明器处，信号注入器将波形注入到由该照明器的驱动器生成的否则稳定的电流中，以驱动相应的光源。因此，相同的波形（以及因此相同的信号）被嵌入到由该组（即该覆盖单元）中照明器的每个照明器发射的光中，而不需要复制调制器，也不需要所讨论的照明器之间的复杂的同步机制。

然而，另一方面，在这种系统下，可能在由不同的相应照明器发射的下行链路信号的不同实例之间引入相位差。这种相位差的一个潜在来源是用于将中央生成的调制波形分发给不同照明器的分发网络：如果调制波形是通过常规方式传递的，诸如常规的同轴电缆或功率线通信，调制器和不同照明器之间的电缆的不同长度将引入不同的延迟。因此，虽然可能不存在信号间干扰（不同信号之间的干扰），但尽管如此，如在用户设备处接收到的相同信号的不同实例可能是不相干的，导致潜在的破坏性自干扰，并因此妨碍检测。根据本公开，这个问题可以通过选择光纤作为将调制波形分发给不同照明器的介质来解决。

虽然本领域已知在通信系统的上行链路子系统内组合上行链路信号，但是可以进一步改进现有技术的上行链路子系统。

根据本文公开的一个方面，提供了一种用于被布置用于光学通信的在光照系统中使用的上行链路子系统，该上行链路子系统包括：一组照明器；一组传感器，每个传感器用于对从用户设备无线传输的上行链路信号的相应实例进行采样，其中传感器中的不同相应传感器被结合到所述组的照明器的每个照明器中或与其共同定位，或者传感器散布在照明器之间，以便服务于由该组照明器照亮的相同空间区域；解调器单元；以及上行链路分发网络，被布置为将来自该组传感器中的每个传感器的上行链路信号的相应实例提供给解调器单元；其中解调器单元包括适配器，该适配器被布置成基于上行链路信号的实例的每个实例的相应接收信号强度的测量，依据接收信号强度的相应测量将相应权重应用于每个实例，并且在应用所述权重之后组合上行链路信号的所述实例，从而产生组合信号；并且解调器单元还包括解调器，该解调器被布置成解调组合信号，其中上行链路子系统利用时分复用接入方案，其中时隙被分配给各个上行链路用户，并且其中适配器（13）基于分配给相应时隙的相应上行链路用户和检测到所述上行链路用户信号的先前记录的实例，在时隙的基础上分配权重，使得上行链路信号实例的权重交换（switching）与时隙同步，并且权重适合于来自与当前时隙相关联的上行链路用户的信号实例的预期到达。

因此，通过将所有接收到的信号实例向上游发送到中央解调器，并在解调之前组合最强的贡献，这同样有利地允许用户设备从照明器到照明器或从节点到节点快速转变，而不必在协议层引起切换的复杂性。当用户设备从一个照明器附近移动到另一个照明器时，最强的信号将在物理层被简单地自动选择来用于解调，并且因此从上行链路的角度来看，其实该组中的所有照明器充当单个覆盖单元。但是通过仅使用最强的信号，这允许多个接收节点充当单个覆盖单元，同时减轻来自最弱接收节点的噪声。

发明人还认识到，特别地，当使用时分多址（tdma）系统时，其中不同的时隙被分配给上行链路中的不同用户；这种适配器可以被进一步改进，因为上行链路信号实例的权重优选地与时隙分派同步交换。此外，分配给来自上行链路用户的信号实例的权重可以适合于相应的上行链路用户，使得位置（即先前检测到用户信号实例的传感器位置）在加权中是被偏袒的。通过与来自上行链路用户的预期消息同步地分配权重，并且其中权重适合于相应用户，用户上行链路信号实例的改进组合是可能的。

在实施例中，适配器使用集中式方法，其中来自相应传感器（其可能已经执行本地自动增益）的信号随后被转发到中央适配器，从而形成星形拓扑，其允许用户信号实例被中央加权。

在实施例中，适配器还可以使用分布式方法，其中来自相应传感器的信号以分布式方式组合。分布式实现方案允许更广泛的拓扑，例如包括多个星形，或者允许比星形配置更有效布线的树形结构。菊花链方法是一种特别有效的分布式方法。尽管随后的输入的组合可能会引入比星形配置更多噪声，但从电缆长度的角度来看，它可能有效得多。此外，可以实施进一步的措施来减少由后续组合导致的噪声的引入；例如通过局部使用零权重，即在可能的情况下选通局部输入，以避免噪声或干扰累积。

在实施例中，适配器可以被配置为从包括至少零和一（即数字壹）的集合中选择所述权重，并且如果接收信号强度的相应测量低于阈值，则选择权重的一些权重为零。

可替代地，加权可以包括与每个接收到的信号实例的相应的接收信号强度成比例地加权每个接收到的信号实例。

在实施例中，信号强度的测量可以基于上行链路信号的预定前导。

在实施例中，接收信号强度的测量可以是相对于噪声基底的信号强度的测量；其中噪声基底可以是预定的，或者适配器可以被配置成基于上行链路信号中的预定前导或者噪声估计算法凭经验确定噪声基底，该噪声估计算法估计在没有上行链路信号的估计时段期间存在的噪声基底。

在实施例中，上行链路分发网络可以全部或部分由光纤形成，上行链路信号实例通过该上行链路分发网络被提供给解调器单元。

在实施例中，照明器的每个照明器还可以被布置成通过可见光通信发射下行链路信号，以供用户设备检测。

在实施例中，所述传感器中的每一个传感器可以包括红外线传感器，在这种情况下，通过红外从用户设备接收上行链路信号。

可替代地，上行链路可以使用另一介质，例如另一未许可的介质，诸如超声波。

根据本文公开的另一方面，提供了一种被布置用于光学通信的光照系统，该光照系统包括如本文上面描述的上行链路子系统和下行链路子系统。下行链路子系统包括：一组照明器；调制器单元，用于控制该组照明器发射下行链路信号以供用户设备检测；以及下行链路分发网络，由光纤形成，通过光纤将调制器单元连接到所述组中的照明器中的每一个照明器；其中调制器单元包括：调制器，被配置为生成对应于下行链路信号的调制波形；以及光学发射机，被布置为通过下行链路分发网络的光纤将调制波形发射到所述组中的照明器中的每一个照明器；所述组中的照明器中的每一个照明器包括用于发射光的照明元件，以及驱动器电路，该驱动器电路利用对照明元件供电的驱动电流来驱动照明元件以发射光；并且该组中的照明器中的每一个照明器还包括光学接收器和信号注入器，光学接收器被布置成通过下行链路分发网络的光纤从调制器接收相同的调制波形，信号注入器被布置成将调制波形注入到所述驱动电流中，以便使下行链路信号嵌入到所发射的光中。

优选地，所述照明元件是用于发射可见光照的光照元件，其中下行链路信号被嵌入至的所述光是可见光照。

可替代地，除由照明器发射的可见光照之外，照明元件可以是用于发射红外光形式的所述光的红外元件。在这种情况下，下行链路信号被嵌入至的光是红外光。

在实施例中，下行链路分发网络的光纤可以全部或部分包括塑料光纤。

可替代地，光纤分发网络可以全部或部分由玻璃光纤形成。塑料纤维较厚（例如直径为1mm），并且更容易被建筑工人操作，但不排除玻璃纤维的选项。另一种可能性是高质量同轴电缆，不过光纤是优选的，因为传输中相移最小。

选择光纤用于调制波形的分发的另一个有利特征在于，它电绝缘且易于安装。例如，不允许常规同轴电缆通过与功率线电缆相同的导管来路由，而对光纤而言不存在这种限制。

因此，在实施例中，下行链路分发网络的一些或全部光纤可以形成在与一条或多条功率线相同的一条或多条导管中，该一条或多条功率线被布置为向照明器中的一个或多个照明器、调制器单元和/或一个或多个其他组件供电。

在一些情况下，虽然通过光纤的通信是以光速进行的，并且因此对于当前目的而言实际上是瞬时的，但是如果照明器本身是不同类型的，其在从纤维接收调制波形和在发射光中呈现波形之间引入不同程度的延迟，则仍然可能引入相位差。不一定在所有可能的实现方案中都是如此（例如，组中的照明器可以都是相同的模型），但是在一些情况下，组中的照明器可以在其光学接收器、注入器电路、驱动器电路和/或光照元件中包括不同的电子器件，这可能在呈现下行链路信号时引起不同程度的延迟。例如，考虑每个照明器中的光照元件是基于led的灯的情况，每个灯包括一个或多个led（例如排列布置成串或阵列），但是不同照明器中的灯中的不同灯采用包括不同磷光体的led。这些将在呈现信号时经历不同的激励延迟。此外，当用户设备从稍微不同的角度接收到来自相邻照明器的信号实例时，它们将行进不同长度的物理路径。这将再次导致相位差。

发明人已经认识到，诸如vlc的基于光的通信可以保持对这些相位差的鲁棒性，并且因此该问题不需要成为使用上游中央调制器的障碍。使用射频（rf）通信，频谱是有限的，并且信号通常被上移到用于传输的高频载波调制。另一方面，对于范围受限于例如房间大小量级的基于光的通信，对光谱的约束较少，并且因此不需要上转换。在任何情况下，反应缓慢的led（与em天线相比）都不能进行高频载波调制。因此，基于光的通信、尤其是vlc通常使用基带调制，由此调制频率远低于载波频率。发明人已经认识到，在使用时变“光子密度”来嵌入数据的光学通信中，承载光波（400-700纳米）的波长与确定波消除无关，而是单个比特在其符号持续时间期间穿过的距离和/或电路类型与之有关。vlc的调制速率通常对应于空气中30m或至少数米的量级的符号波长（其中，对于当前目的来说，波长是指单个符号所覆盖的行进距离），而发明人已经指明，在接收设备处做出强贡献的照明器之间的相位差将倾向于对应于不超过约1m。距离较远的照明器可能出现较大的路径差异，但是然后信号强度差异将使得来自接收设备附近的（多个）信号实例将占主导地位。距离的四次幂的光学功率损失进一步促进了这一点。

因此，在实施例中，当嵌入大于3m的光中时，下行链路信号在空气中可以具有符号波长。更优选地，当嵌入光中时，空气中下行链路信号的符号波长大于10m。在一些实施例中，当嵌入光中时，空气中下行链路信号的符号波长大于30m。例如，该组中任何一对照明器之间的相位差可以对应于不小于调制的符号波长的10%或者不大于10度。

上述关于相位差的考虑不仅适用于下行链路，也适用于上行链路（稍后将讨论），其中来自一个用户设备的信号经由多个接收节点到达。

然而，还要注意，如果采取其他措施来减轻可能的相位差的影响，诸如使用具有基本相似的电子器件的照明器和/或传感器单元，使得这些组件引入的延迟在不同节点之间基本相同，则下行链路和/或上行链路信号的符号波长也可以变得更低（即，更高的数据速率）。

还可以通过采用正交频分复用（ofdm）以形成调制波形（优选地至少在下行链路上），来改进对相位差的鲁棒性。即如在上游调制器处生成、通过纤维传输并由照明器发射的调制波形，根据ofdm方案进行调制。ofdm是一种已知的技术，它固有地对不同的叠加的接收到的相同信号的实例之间的相位差具有鲁棒性。使用ofdm，甚至可容许一些频率消除。

特别地，ofdm进一步减轻了相位差的影响，并且固有地对多路径传播具有鲁棒性。ofdm中的相位消除导致其子载波的特定子集的信号损失，但是这被沿着（剩余的）子载波的冗余（通常是纠错编码，编码ofdm）补偿。与如本公开中的高速光学链路的使用相组合，可以大大避免波消除，并且因此需要更少的冗余，并且信号处理可以更简单（包括信道估计、载波比特加载等）。然而，注意，本公开的范围不限于ofdm，而是可以替代地使用诸如pam的其他调制方法。

因此，在实施例中，调制器可以被配置为根据ofdm方案生成所述调制波形，使得通过下行链路分发网络的光纤传输的调制波形采取ofdm调制波形的形式。

在进一步的替代或附加实施例中，该系统或至少下行链路子系统可以被划分成多个空间区域，这些空间区域通过不透明的分隔件彼此光学分离，所述区域中的每一个区域包括发射嵌入有数据的光的相应的一组数据发射照明器，所述组照明器是所述区域中的一个区域中的一组数据发射照明器，并且所述下行链路信号传送该区域的相应数据；其中在所述区域中的每个给定区域中，只有相同的数据可以嵌入在发射到该区域中的任何光中，但是在所述区域中的不同区域中发射的光可以嵌入不同的数据。

通过提供每个区域发射相同信号的多个照明器，但确保区域之间的不透明划分，这有利地避免了来自不同照明器的重叠光照之间的“灰色区域”，否则这些区域存在干扰。例如，区域中的每一个区域可以是建筑物的不同的相应房间，在这种情况下，分隔件是墙壁。因此，每个房间形成下行链路子系统的不同的相应覆盖单元，该覆盖单元被建筑物的预先存在的特征与相邻覆盖单元屏蔽开。例如，在办公楼中，不同的房间可以是或包括一个或多个办公室、这种办公室之间的走廊、会议室和/或食堂或休息室等；或者在家中，不同的房间可以是或包括起居室、厨房、一个或多个卧室等。

根据本文公开的另一方面，提供了一种系统，其中下行链路系统的照明器组与上行链路系统中使用的照明器组相同。用户设备也可以是相同的用户设备。

换句话说，根据一个方面，可以提供布置用于光学通信的光照系统，该光照系统包括下行链路子系统和上行链路子系统，其中上行链路和下行链路子系统包括以下内容。下行链路子系统包括：一组照明器；调制器单元，用于控制该组照明器发射下行链路信号以供用户设备检测；以及下行链路分发网络，将调制器单元连接到所述组中的照明器中的每一个照明器；其中调制器单元包括调制器，被配置为生成对应于下行链路信号的调制波形，并且被布置为通过下行链路分发网络将调制波形发射到所述组中的照明器中的每一个照明器；所述组中的照明器中的每一个照明器包括用于发射光的照明元件，以及驱动器电路，该驱动器电路利用对该照明元件供电的驱动电流来驱动该照明元件以发射光；并且该组中的照明器中的每一个照明器被布置成通过下行链路分发网络从调制器接收相同的调制波形，并且还包括信号注入器，被布置成将调制波形注入到所述驱动电流中，以便使下行链路信号嵌入到所发射的光中。上行链路子系统包括：解调器单元；一组传感器，每个传感器用于采样从用户设备无线传输的上行链路信号的相应实例；以及上行链路分发网络，被布置为将来自传感器中的每一个传感器的上行链路信号的相应实例提供给解调器单元；其中解调器单元包括适配器，该适配器被布置成，基于上行链路信号的实例中的每一个的相应接收信号强度的测量，根据接收信号强度的相应测量将相应权重应用于每个实例，并且在应用所述权重之后组合上行链路信号的所述实例，从而产生组合信号；并且解调器单元还包括解调器，该解调器被布置成解调组合信号。优选地，下行链路分发网络是光纤网络，即调制波形通过光纤从调制器分发到照明器。

上行链路分发网络和下行链路分发网络（用于将调制波形分发给下行链路上的照明器的光纤分发网络）可以实现为相同光纤网络的不同信道。例如，它们可以由不同的并行纤维或纤维束形成，这些纤维或纤维束通过相同的一个或多个导管、或者更一般地沿着相同的一个或多个路径延伸。作为另一个示例，上行链路和下行链路分发网络可以通过一个或多个相同物理纤维上的不同时分双工信道来实现。可替代地，不排除单独的分发网络可以用于上行链路和下行链路，例如用于下行链路的光纤和用于上行链路的同轴电缆或功率线通信。

优选地，每个传感器被结合到该组中的照明器中的不同的相应照明器中或者与之共同定位。可替代地，传感器可以散布在该组中的照明器之间，服务于由照明器照亮的相同空间区域（例如，在给定房间中照明器之间的位置处安装在天花板和/或墙壁上）。在后一种情况下，不一定需要每个照明器有一个传感器。

无论哪种方式，在实施例中，上行链路覆盖单元优选地与下行链路覆盖单元相同，例如，每个覆盖单元是相同建筑物的不同的相应房间。

通过采用集中式调制器来避免调制器逻辑的重复，组合光纤分发网络来避免显著的相移，和/或ofdm来改进对相移的鲁棒性，这能够实现一种高效且可靠的系统，在该系统中，特定区域内的多个照明器可以发射相同的信号，并且因此，从下行链路的角度来看，所有照明器形成相同的覆盖单元。此外，通常方便的是，为了上行链路的目的将网络划分成覆盖单元与为了下行链路的目的的划分相同。通过在物理层处在照明器之间转变而不是在协议层处切换，这也避免了在上行链路上切换的需要。因此，这些特征一起起作用，能够实现跨越多个照明器（例如，房间中的所有照明器）的双工覆盖单元。这通过在所讨论的区域内（例如在相同房间内）取消切换来实现更快的转变。

单频网络在无线电广播中是已知的，即，对于意在给多个接收者的数据的单向无线电传输的情况。然而，在当前公开的系统中，它的使用被扩展为向多个用户的双向通信，其中每个用户的数据不同。本文认识到，在覆盖单元之间的重叠、覆盖单元大小的半径以及相邻覆盖单元中的替代无线电频率的可用性方面，光学系统不同于无线电蜂窝系统。在无线电中，使用不同的无线电切换到相邻覆盖单元是有吸引力的，因为它限制了无线电带宽区域的使用。然而，在光学无线通信（例如vlc）中，通信处于基带中，并且具有其他载波频率的替代信道是不可用的；因此，允许多个灯发射信号在owc中是有帮助的，并且没有浪费以其他方式可以重用的带宽的缺点。owc系统也倾向于对多个照明器具有有着重叠贡献的区域。在这些区域中，来自多个照明器的接收可以增强信号（如果信号建设性地相加，因此没有大的相位差（参见上面的讨论——在上行链路中，与前面关于下行链路讨论的相同的相位相干性和低延迟问题也适用）。进一步地，在半径为几米或更小的非常小的覆盖单元中，常规切换方案将导致过度的切换速率。

在又一实施例中，上行链路信号可以根据包括不同上行链路子载波的ofdm方案来调制，并且解调器单元可以包括移相器，该移相器被布置为在上行链路子载波中的不同上行链路子载波之间引入延迟分集；和/或可以根据包括不同下行链路子载波的ofdm方案调制下行链路信号的调制波形，并且调制器单元可以包括移相器，该移相器被布置成包括下行链路子载波中的不同下行链路子载波之间的延迟分集。

附图说明

为了帮助理解本公开并示出可以如何将实施例付诸实践，仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1是光照系统的示意框图，该光照系统也能够进行双工通信，

图2是系统的多个覆盖单元的示意性平面图，

图3是下行链路子系统的示意性框图，

图4是上行链路子系统的示意性框图，

图5是上行链路子系统的另一示意性框图，

图6是可以在上行链路和下行链路上发送的示意性表示信号，

图7是在光照系统和用户设备之间发送和接收数据的方法的示意性流程图，

图8是上行链路子系统的另一示意性框图，并且

图9是下行链路系统的另一示意图，包括照明器中的信号注入器的设计的示意图。

具体实施方式

以下描述了一种用于创建大区域光学无线接收的系统，其中若干个接收器连接到公共光学无线通信系统。该光学无线通信系统包括：发射机部分，其具有通过多根塑料光纤连接到不同照明器的单个调制器；以及接收器部分，其包括到公共解调器的若干个反馈信道。所有这些元件可以例如在相同房间中实现。目的是管理节点之间的重叠，并且也消除节点之间切换的需要。

在下行链路上，系统包括若干个发射器，但它们都发送相同的信号。

在上行链路上，该系统包括若干个发射用户设备，它们发送不同的信号，但除了轮询之外，在大多数情况下不同时发送（tdma）。用户设备可以例如是用户终端，诸如插入了加密狗的膝上型计算机或平板计算机，使得用户设备能够通过光学无线而通信。

在下行链路上，要解决的一个问题是无线光学通信系统使用若干个光源覆盖给定区域，而在两个相邻的非同步光源之间没有干扰问题。另一个考虑是光学无线通信部署的成本。

本文公开的实施例提供了一种无线光学通信系统，其通过采用多个光源发射相同的信号来确保相对大的覆盖区域，从而解决了该区域内的切换问题（即，不需要在协议层进行切换）。优选地，组合的覆盖区域——即覆盖单元——对应于由不透明分隔件分离的房间或其他分区，使得覆盖单元之间的光学干涉被墙壁或其他这样的分隔件阻挡。实施例还提供了一种设备，该设备允许用一个调制解调器驱动若干个光源，同时保证来自这些不同光源的数据信号实例之间没有显著的相移。

这种系统可以有利地避免两个光源之间的“灰色”区域，其中数据接收可能由于snr衰退（干扰）而变坏。在实施例中，由于将一个无线光学调制解调器用于若干个光源，也降低了成本。进一步地，在实施例中，塑料光纤（pof）或玻璃光纤（gof）被用作将信号从调制器传送到照明器的装置，因此将pof或gof与无线光学通信（例如lifi）相组合。作为结果，在无线光学调制解调器和光源之间可以使用具有不同长度的长距离布电缆，即使在长的长度连接的情况下，带宽也很少或没有衰退。实施例可以采用附加的相移控制。

在上行链路上解决的一个问题是，对于给定的发射用户设备，存在多个接收器（存在至少一个用户设备，但不一定多于一个）。在实施例中，多个接收器被包括在天花板中的不同照明器中或其周围。

所公开的上行链路子系统组合由多个接收器（例如，如果上行链路信号通过红外线从用户设备发射，则为光电二极管）感测的接收信息信号。一种通过主导信号的相位相似性促进这样的方法将是对来自所有接收传感器的所有信号进行求和（例如，在每个照明器有一个上行链路传感器的情况下，所有信号来自房间中的照明器）。然而，这种方法的一个缺点是，它还会对每个接收器的噪声求和，从而减损snr。也就是说，简单地将所有接收到的信号与相加放大器相组合将增加噪声基底并减损snr。另一个极端的解决方案将是，所有信号在接收器节点处在本地完全解调和解码，以及然后只有被发现携带数据有效载荷的解码数字信号被发送到中央节点。然而，这样做的缺点是会引起过多的信号处理：每个单独位置的每个接收节点都需要完全执行接收、正交频分复用（ofdm）、快速傅立叶变换（fft）、信道估计、错误校正等处理。如果不组合信号，而是使用具有独立adc输入的独立信道，光学无线通信部署的成本将增加。此外，与首先相干组合模拟信号相比，首先做出硬数字决定并且然后进行组合将导致较低的性能（更有可能出现比特错误）。

将期望提供一种上行链路子系统，其具有比仅具有一个发射器和一个接收器的系统更好或至少相当的性能，该系统替代地使用多个接收器，但是避免了来自看不到具有良好snr的信号的节点的累积噪声。优选地，该系统使用多个接收器处的信号来增强联合信号的振幅，使得信号相干地相加，而噪声不相干地相加。为此，所公开的上行链路子系统仅使用那些具有至少特定接收信号强度（例如与噪声基底相比）的信号的（近乎）最佳组合。子系统分离地控制每个接收器信号，并应用具有优化snr机制的模拟接收信号的“智能”求和，例如基于给定接收器下活动状态的前导码确认相位嗅探。

因此，提供了一种设备，该设备能够通过将来自若干个ir接收器的接收信号与一个调制解调器组合来实现具有大区域覆盖的无线光学通信系统，因此解决切换问题，并避免两个ir接收器之间的“灰色”区域，在该区域中，数据接收可能由于snr衰退（增加噪声基底）而变坏。实施例可以优化每个接收器的噪声基底监控活动。进一步的实施例可以可选地使用前导码序列进行活动嗅探。

图1图示了根据本文公开的实施例的照明系统（即光照系统）的示例。

该系统包括多个照明器2，其被布置成照亮环境，即可由至少一个用户占据的空间。环境可以是室内环境，诸如建筑物或建筑物的特定房间，或者室外环境，诸如公园或花园，或者部分覆盖的空间，诸如体育场，或者车辆内部，诸如轮船或火车等的内部；或者这种空间的任何组合。三个照明器2a、2b、2c纯粹出于说明目的而被示出。照明器可以采用多种传统或非传统形式中的任何一种。例如，照明器2中的一些或所有照明器2可以安装在房间的天花板或墙壁上，或者可以是独立式照明器。或者照明器中的一些或所有照明器可以被结合到表面或物品或家具中。

照明系统还包括上行链路子系统和下行链路子系统，使得能够实现通过光照系统的去往用户设备16和来自用户设备16的双工数据通信。例如，这可以使得用户设备16能够经由照明系统访问远程网络或其他数据服务，例如经由照明系统访问因特网。

为了实现下行链路，每个照明器2被布置成包括调制到其发射的可见光照中的嵌入信号。这种技术通常被称为vlc（可见光通信）或“编码光”。

下行链路信号中的数据符号通过调制发射光的任何合适属性来表示。对于vlc，根据相对于em辐射本身频率的基带调制（即与载波相比的低频）对光进行调制。这可以通过将数据符号直接调制到光的振幅或强度中来完成，例如通过幅移键控或脉冲位置调制。可替代地，一些方案将人工载波波形调制到光中（与光本身的em频率相比仍然处于低频），并且然后调制该载波的属性，诸如其频率或相位，即使用频移键控或相移键控。不管哪种方式，信号的符号波长比光本身的波长要长。可见光的波长为390-700nm，而空气信道上的数据的基本符号长度（调制方案的最小单位）通常为米的数量级，例如大于或等于3m、大于或等于10m或者大于或等于30m。然而，优选地，调制频率足够高，以至于对人眼而言不可见，或者至少使得任何可见伪像都是可容忍的。也不排除较短的符号波长。

调制可以涉及将数据位（有时称为用户位）映射到这种信道符号上的编码方案。为了避免可见闪烁，优选使用无dc编码方案，即在0hz时功率谱密度为零。一示例是没有dc编码的ofdm信号，并且可能还有一些低频子载波被去除。

嵌入在发射光照中的嵌入下行链路信号由用户设备16上的光传感器22检测。检测到的嵌入波形由用户设备16的合适的解调器和解码器（未示出）解调和解码。用户设备16可以采取移动用户设备的形式，诸如智能电话、平板计算机或膝上型计算机，或者甚至是可穿戴设备。光传感器22可以例如采取光电池（点传感器）或相机的形式，其可以是全局快门相机或逐行捕获每个帧的卷帘式快门相机。光传感器22可以结合在用户设备16的主体中，或者插入到用户设备的外部插座中，例如作为加密狗的一部分。用户设备16的解调器和解码器可以用软件、硬件或其任和组合来实现。它们可以在用户设备16本身上实现，或者在用户设备16连接到的本地或远程设备上实现（例如，其通过电缆或局域无线网络连接到的本地主机，或者用户设备16通过诸如因特网的广域网连接到的远程服务器）；或者这种方法的任何组合实现。

在上行链路上，每个照明器2与相应的接收器单元3相关联，在实施例中，接收器单元3优选为红外线（ir）接收器。优选地，每个接收器单元3被结合到其相应的照明器2的主体中，例如在相同外壳中，或者至少与其相应的照明器2共同定位，例如在天花板或墙壁上与其相邻地安装。可替代地，不排除接收器单元3位于别处其他地方，但是仍然服务于与来自照明器的vlc覆盖相同的近似区域。接收器单元3的数量也不需要严格地与照明器2的数量相同。例如，接收器单元3将安装在天花板上散布在照明器2中的一些或所有照明器2之间，照明器2也可以安装在天花板上。然而，可能优选接收器单元3集成在照明器2中或者至少与其共同定位，以确保上行链路和下行链路之间最一致的覆盖。以下将就这种实施例进行描述。

用户设备16包括发射器23，用于无线发射将由接收器单元3中的一个或多个接收器3接收的上行链路信号。优选地，这是ir发射器，例如由一个或多个irled形成，用于通过红外线发送信号。发射器23可以结合在用户设备16的主体中，或者插入到用户设备的外部插座中，例如作为加密狗的一部分。它发射的上行链路信号源自用户设备16的编码器和调制器（未示出），其可以用软件、硬件或其任何组合来实现。像用户设备16的解调器和解码器一样，其调制器和编码器可以在用户设备16本身上实现，或者在用户设备16连接到的本地或远程设备（例如本地主机或远程服务器）上实现，或者以这种方法的任何组合实现。

每个接收器单元3包括相应的传感器4，用于感测用户设备16在无线上行链路信道上发射的无线信号。每个接收器单元3还包括相应的光学发射机5，用于将如由相应的传感器4感测的波形发送到解调器10以进行解调（然后由解码器解码，未示出）。这将在稍后更详细地讨论。

同样参考图2，环境被划分成一个或多个覆盖单元1，每个覆盖单元由相应的一组照明器2服务。为了纯粹的说明目的，图2中示出了五个覆盖单元1i……1v（例如房间），其中覆盖单元中的一个覆盖单元例如由通过图1的照明器2a、2b和2c组成的组来提供服务，但是将领会，各种其他配置是可能的。

如稍后将更详细讨论的，每个覆盖单元1中的一组照明器2被布置成全部同时发射相同的下行链路信号（经受小的但可容忍的相移，以及潜在的其他非显著变化）。因此，所有照明器一起行动以提供单个覆盖单元的连续下行链路服务，这避免了用户设备16在覆盖单元1内从一个照明器2附近移动到另一个照明器2时执行切换操作的需要。进一步地，给定覆盖单元1中的照明器2还被布置成在接收来自用户设备16的上行链路信号中一起行动，因此一起提供单个覆盖单元的连续下行链路服务，这再次避免了在该覆盖单元1内切换的需要。

注意，本文使用的“切换”是指从一个逻辑服务实体切换到另一个逻辑服务实体所涉及的协议层操作。根据本公开，在由多个照明器2服务的给定覆盖单元1内，当便携式用户设备16从该覆盖单元1中的由照明器2中的一个照明器2服务移动到由另一个这样的照明器2服务时，便携式用户设备16不必执行切换（即，在协议层）。相反，系统简单地允许它在物理层从一个照明器2转变到另一个照明器2，而在协议层，给定覆盖单元的多个照明器2表现为单个逻辑服务实体的单个连续覆盖区域。与单个照明器2的覆盖区域相比，这允许在相对大的区域内从使用一个照明器2到另一个照明器2的平稳且快速的转变，并且因此在比光学组合常规可能提供区域的更大区域上提供更平滑的覆盖。

优选地，覆盖单元被如此布置以便对应于更宽环境的光学隔离的物理细分，即基本上由诸如墙壁的光学不透明分隔件分离的区域。例如，这些覆盖单元可以是相同建筑的不同房间。例如，在办公楼中，所讨论的房间可以是一个或多个走廊、单独的办公室、会议室、招待室、餐厅和/或休息室等。或者在家中，所讨论的房间可以是以下中的任何两个或更多个：大厅、楼梯平台、起居室（客厅）、厨房、一个或多个卧室、洗衣房、车库等。作为另一个示例，覆盖单元中的一些或全部覆盖单元可以是由房间内的内部分隔件创建的细分，诸如办公室隔间；也许房间外面的走廊中具有另一覆盖单元，等等。注意：不排除不透明分隔件（例如墙壁）可以包括一些间隙，诸如窗户11和门12，这些间隙仅通过可容忍量的光干扰（无论是来自相邻的覆盖单元1还是其他源，诸如日光）。

优选地，上行链路覆盖单元与下行链路覆盖单元是相同的覆盖区域（但是严格地说，并非所有可能的实现方案都必须如此）。

回到图1，对于每个覆盖单元1，系统包括由该覆盖单元中所有照明器2共享的调制解调器设备7。调制解调器设备7包括调制器单元7d和解调器单元7u。进一步地，该系统包括将调制解调器设备7连接到照明器2及其传感器单元3的分发网络6。优选地，分发网络由光纤形成，并且最优选地，由技术人员最容易安装的塑料光纤形成。然而，也不排除玻璃光纤（gof）。

分发网络6包括用于从调制器单元7d向照明器2发送信号的下行链路分发网络6d，以及用于从传感器单元3向解调器单元7u发送信号的上行链路分发网络6u。下行链路分发网络6d和上行链路分发网络6u可以是相同网络的不同信道，例如沿着相同路径或通过相同导管系统延伸的不同并行纤维或并行纤维束，或者甚至是通过相同物理或者一个或多个纤维实现的不同时分双工信道。可替代地，不排除下行链路和上行链路分发网络6d、6u可以简单地是两个完全分离的网络。

调制器单元7d包括调制器9，用于生成调制波形，该调制波形嵌入由给定覆盖单元1中的照明器2发射的光中。调制波形表示由编码器（未示出）生成的编码信号，编码数据最终源自任何数据源（也未示出）的数据，例如由运行在用户设备16上的应用程序访问的服务。调制器单元7d还包括光学发射机8d，用于通过下行链路分发网络6d向覆盖单元1中的照明器2发送信号。照明器2的每个照明器2包括光学接收器36，用于通过下行链路分发网络6d从中央调制器单元7d接收信号，中央调制器单元7d对于同一覆盖单元1中的所有照明器2而言是公共的。

在下行链路上，由调制器8在上游生成的调制波形从调制器7d的光学发射机8d发送，并从那里通过下行链路分发网络6d分发给覆盖单元1中的所有照明器2。该波形由每个照明器2中的光学接收器36接收。每个照明器2被配置成将该接收到的波形嵌入该照明器2发射的光中。光学发射机8d可以包括独立的相应光学发射机元件，每个光学发射机元件被布置成经由不同的相应纤维6d将上行链路信号实例发送到覆盖单元1中的照明器2中的每个相应照明器2的光学接收器36a、36b、36c……中。可替代地，不排除复用方法，例如，由此不同的信号实例在相同物理纤维6d上时分复用。

解调器单元7u包括解调器10，用于解调通过组合从给定覆盖单元1中的多个传感器单元3感测的波形而获得的调制波形。解调器单元7u还包括光学接收器8u，用于在上行链路分发网络6u上从覆盖单元1中的传感器单元3接收信号。每个传感器单元包括光学发射机5，用于在上行链路分发网络6u上将这些信号发送到解调器单元7u。在上行链路上，由传感器单元3中的每一个传感器单元3感测的波形在上行链路分发网络6u上从光学发射机5发送，以将由覆盖单元1中所有照明器2公共的中央解调器单元7u解调。多个接收波形由解调器单元7u的光学接收器8u接收，并且然后被选择性地组合（如稍后将讨论的），之后被传递到解调器10来解调组合波形，之后被传递到解码器（未示出）来解码。最终，解码的数据被传递到运行在连接到网络的服务器（例如，本地服务器或互联网上的服务器）上的应用程序。

调制器9和解调器10中的每一个都可以用软件或硬件或其任何组合来实现。在实施例中，调制器9和解调器10被实现为存储在调制解调器设备7的相同物理存储单元中的编码的部分，并且被布置为在调制解调器设备7的相同物理处理器上运行。类似的评论适用于编码器和解码器（未示出）。

图3图示了用于在下行链路上发射的照明器2的更多细节。每个照明器2包括光照元件33，即灯，用于发射可见光照，以照亮对应于相应覆盖单元1的空间；和驱动器电路37，用于生成稳定电流，利用该稳定电流驱动光照元件以发射其光照。光照元件33优选地包括基于led的灯，该灯包括一个或多个led，通常是以串或阵列布置的多个led。其他形式的灯也潜在地是可能的，例如白炽灯泡，但是它们会具有比led低得多的可能调制速度和更短的寿命。驱动电流由驱动器电路37生成，以具有恒定的电流水平，其经受基于经由纤维6d从调制器9接收的波形要包括的调制（见下文）。注意：如果照明器2是可调光的，“恒定”是指对于给定调光水平的恒定，即在vlc调制尺度上的恒定，或者换句话说是伪静态的。

为了嵌入信号，每个照明器还包括vlc注入器38，该注入器38被布置成接收由光学接收器36从纤维6d采样的波形（最终源自调制器9），并将该波形注入由驱动器电路37生成的否则恒定的电流中。例如，这可以借助于将与接收波形成线性比例的电流和驱动器电路37生成的恒定驱动电流相加或相乘来得到的。

图9图示了电流注入的示例实现方案的进一步的细节。

当调制led上的信号时，这涉及将ac数据与dc电流相组合。这样做的一种方法是借助于“偏置t”40：包括电容器41和dc线圈42的简单电路。由光学接收器36采样的波形经过放大器39，放大器39输出与采样波形成比例的电流。该变化的电流然后被传递到偏置t电路40的电容器41的端子之一。偏置t电路40的线圈（电感器42）与光照元件33串联——在这种情况下是led串或阵列。即，因此由驱动器37生成的恒定电流传递到串联的led33和线圈42。电容器41的另一端子（除了输入ac电流波形的输入端之外的另一输入端）连接到led33和线圈42之间的结点。效果是由驱动器37生成的否则恒定的电流随着从放大器39接收的ac电流与光学接收器36接收的波形的形状成比例地改变。即ac和dc电流分量两者都流经led33。

然而，请注意，这只是一个示例。其他可能的方法包括，例如，通过诸如fet的晶体管控制通过led33的总电流（ac+dc）。

图9还示出了调制解调器7的数字信号处理器34，调制器9和解调器10可以在其上运行；以及数模转换器35，用于将调制器9输出的调制波形的数字版本转换成用于在纤维6d上从光学发射机传输的模拟形式。

通过在多个照明器2公共的中央调制器9处上游生成调制波形，这有利地避免了在每个照明器2中复制复杂且耗电的调制器，并且还使得该组中的每个照明器2能够同时发射相同的信号，而不需要复杂的同步机制。

采用中央生成的调制波形的布置可能潜在地容易受到相移的损害。即相同调制波形的不同实例在由不同照明器2发射之前可能经历不同的路径，并因此经历不同的相对相移。因此，在由附近的照明器2发射的vlc信号的不同实例之间可能创建相消干涉。然而，通过选择光纤作为分发网络6的介质（而不是比如传统的或质量差的同轴电缆），由于以光速传输实际上是瞬时的，所以可以消除由于电缆长度不同而导致的相位差（现代的、质量好的同轴电缆可以接近、并且在一些实施例中是一种替代方案，但是光纤优选地最小化相移）。照明器2中的电子器件（例如由于光学接收器36、注入器38或led33中的磷光体）可能引入一些相移。如果使用不同类型的照明器2，例如不同的型号或颜色，那么在相同vlc信号的不同实例之间可能引入一些相对相位差。然而，本文确认，这种相移将仅仅是1m的数量级。而vlc信号可以具有至少3m、优选大于10m或者甚至大于30m的符号波长（例如基本符号周期）。注意，用于本目的的波长或符号波长是指空气中基本信道符号的长度。

然而，也不排除可以使用更短的符号波长（更高的数据速率），尤其是如果采取其他措施来减小相位差或提高对相位差的鲁棒性。例如，一种减小相位差的措施是在照明器2和/或传感器单元3的相关电子器件中使用基本相同的组件，或者至少引起基本相同延迟的组件。也就是说，在下行链路上，在接收下行链路信号的波形和呈现其之间引起相同延迟的组件；或者在上行链路上，在感测上行链路信号和将其输出到上行链路分发网络6u之间引起相同延迟的组件。在这种情况下，也假设实际上是与光纤一样的瞬时分发网络6，相对相移的唯一来源是信号通过空气行进的物理路径差异。在密集的节点网络中，其中用户设备发现自己紧密地位于（下行链路的）两个或三个照明器2或（上行链路的）传感器单元3的下方，然后由于这种几何形状（大角度下的小物理路径差异），这些相位差也可以非常小。

在实施例中，减轻相对相移的影响的另一替代方案或附加措施是使用ofdm来生成调制波形。ofdm本身是一种已知的技术，通过这种技术，信道被划分为子载波，并且，代替地序列地发送给定信号的n个比特（例如n=64），在不同的子载波上发射这n个比特（注意，这是针对给定用户的给定信号的——ofdm对于多址是不需要的，并且对于多址可以使用时分来代替）。在短时间内连续高速发射n个比特意味着较短的周期，并且因此意味着宽带宽，而在不同的子载波中更慢地并行发射n个比特将信道保持在更严格约束的带宽。ofdm还可以容忍比其他调制技术（诸如相位振幅调制（pam））更高的相移。一般来说，如果相移是小的，系统工作得最好，而对于其他调制技术，诸如pam，相对相移应该是小的（<<90度）。但是对于ofdm来说，如果某些频率消除了，甚至也是可以容忍的。实施例可以在下行链路上使用ofdm，并且在上行链路上使用pam，但是不排除在上行链路上使用ofdm。

请注意，原始形式的ofdm不适合于光学基带信道，光学基带信道仅传递真实的非负信号。因此，ofdm在本文意味着允许各自在窄于信号总带宽的窄带中的符号传输的任何形式的多载波调制。例如，可以使用光学变型，诸如dco-ofdm、aco-ofdm、翻转ofdm、基于dmt的多载波信号等。ofdma也可以首先被上调制到载波频率载波，通常是几十兆赫兹。

图4示出了根据本公开实施例的调制解调器设备7的解调器单元7u的进一步细节。光学接收器8u可以包括相应的光学接收器元件8a、8b、8c……每个光学接收器元件被布置成经由不同的相应纤维6u接收由覆盖单元1中的传感器单元3中的不同传感器单元感测的来自用户设备16的上行链路信号实例。可替代地，不排除复用方法，例如，其中不同的信号实例在相同物理纤维6u上时分复用。无论哪种方式，调制器单元7u包括设置在光学接收器8u和解调器10之间的适配器13。适配器13包括加法器43（即求和块）和相应的加权块15a、15b、15c……，这些加权块被布置为将相应的增益（即权重）a1、a2、a3……应用于从不同的相应传感器单元3接收的信号实例中的每个不同的相应信号实例。这些信号实例的加权版本然后被输入至加法器43，在加法器43中它们被组合，并且得到的组合信号被传递到解调器10以被解调。

基于如由传感器3接收的相应信号实例的接收信号强度来确定权重。这些可以由适配器13测量，或者可替代地，它们可以由传感器3测量，并被指示给适配器13（例如，经由纤维网络6），适配器13然后可以基于此来确定权重。其中权重由适配器13确定的集中式方法的优点在于不需要分发tdma时隙分派的知识。

作为又一种可能性，每个传感器单元3甚至可以确定其自身的权重，并将其以信号发送给适配器13（例如，通过纤维网络6），并且在适配器13处应用接收到的权重。可替代地，如果本地传感器单元不可知tdma调度，则传感器单元本地应用其权重；这种加权可以基于自动增益控制设置，而适配器处使用的权重则优先考虑：

-自动增益控制设置（例如，通过转发用于适配器的实际agc设置），以及

-tdma时间表调度

并将权重选择与时隙同步，并将权重适配给分派给所述时隙的相应上行链路用户。

更可替代地，当传感器单元不可知如上所描述的tdma调度时；加权可以替代地基于自动增益控制设置，该设置在一个tdma帧期间是恒定值，适合于最相关（优选最强）的时隙信号。

在传感器单元本地应用其权重的又一分布式方法中，本地传感器单元遵循tdma结构，并且在这样做时意识到在不同的时隙中信号以不同的振幅到达。然后，本地传感器仅在一个tdma时隙的持续时间中应用恒定增益，并且然后在下一个tdma时隙切换到另一个恒定增益。因此，在每个时隙中，增益足够恒定，以确保符号水平的可靠检测，同时增益变化（仅）在tdma时隙之间执行。

在一可替代的分布式方法中，适配器可以将tdma调度或基于tdma调度的权重传送给相应的传感器单元。传感器单元进而可以本地加权来自上行链路用户的信号实例。当在上行链路信号实例中存在所分派的上行链路用户信号时，传感器单元发送的所得信号可以因此已经被本地放大，和/或当其不太可能存在时，噪声可以已经被抑制。

当以集中方式应用权重时，这将导致星形拓扑，而当以分布式方式应用权重时，这可能导致范围从一组互连的星形到树形结构或菊花链拓扑的各种拓扑。菊花链拓扑特别有用，因为它允许天花板照明器的有效布线；但是哪种特定的分布式方法最有效一般地取决于光照系统的空间布局。

无论在哪里测量，在实施例中，可以基于来自用户设备16的上行链路信号中包括的预定前导部分（即，执行信号强度测量的实体13或3预先知道的部分）来测量信号强度。在tdma系统中，其中用户在帧中重复使用相同的时隙，或者其中时隙被分派给单独的上行链路用户，分支/实例的权重/增益设置优选地保持恒定，使得对于相同用户，信号强度优选地在连续时隙中保持恒定，而变化优选地被应用于到下一个时隙的转变时。

可选地，适配器13还可以包括相应移相器14a、14b、14c，它们被包括在信号分支中的一个或多个信号分支中，以调节相应接收信号实例中的一个或多个信号实例的相位。然而，并非所有可能的实施例都需要这样。

在实施例中，权重中的一些或所有权重可以是非二进制的，并且被如此确定以便与接收信号强度（例如rssi）成比例（例如线性比例）。例如，可以根据最大比率组合（mrc）原理来确定权重。或者在替代实施例中，权重中的一些或所有权重可以是二进制权重，即，因此适配器13充当选择器，以仅选择那些大于信号强度的阈值测量的信号实例。无论哪种方式，测量信号强度的度量都存在许多可能性。在实施例中，信号强度的测量仅仅是接收信号功率的绝对测量，例如rssi。可替代地，所使用的测量可以测量相对于估计噪声基底的接收信号功率。这可以简单地是所讨论的环境区域（例如房间）的噪声基底的固定的、预定的（即先前的）估计。可替代地，执行测量的组件（适配器13或传感器单元3）可以凭经验估计噪声基底（即后验测量）。例如，噪声估计算法是已知的，其可以基于预定的前导码估计噪声，和/或估计没有信号出现的时段是何时并使用它来估计背景噪声。

图5图示了实施例的示例实现方案的更多细节，其中适配器13在二进制权重之间进行选择，即充当选择是否使用每个接收信号实例的“是/否”选择器。这里，适配器13包括选择器18，并且加权块15的每个加权块15包括开关（例如晶体管开关）。选择器18被布置成确定每个信号实例的信号强度是否超过预定阈值。选择器18可以自己执行强度测量和阈值比较，或者可以基于从传感器3报告的指示来确定该信息。无论哪种方式，它都将大于阈值信号强度的那些信号实例的权重15设置为1（即数字壹），而将不满足阈值的那些信号实例的权重设置为0（零）。然后，具有非零权重的（多个）所选信号实例被传递给加法器43进行求和。得到的组合信号被输出到模数转换器21，在那里它被转换成数字的，然后数字组合信号被输入到解调器10，例如解调器10可以在dsp34上运行。在所示的示例中，加法器43由相加放大器19和分压器布置17、18形成。然而，其他电路设计也是可能的。

因此，通过将来自多个照明器2的传感器单元3的信号实例聚集在一起，并且选择或偏袒用于解调的那些信号中最强的信号，不同的照明器2也可以充当一个连续的逻辑覆盖单元，其中随着移动设备16从一个节点移动到下一个节点，仅在物理层处平滑转变。

如上所提及的，在一些实现方案中，信号强度测量和权重可以以分布式方式确定，即每个单独的传感器3测量其自己的相应接收信号实例的接收信号强度，以及甚至计算相应的权重以应用于其自己的相应信号实例。在这种情况下，每个传感器单元3向解调器单元7u中的适配器13指示相应权重，以便应用权重。在权重是二进制1和0的情况下，即关于是否将信号包括在组合43中的选择，则在实施例中，传感器单元3可以简单地通过向或不向适配器13发送其相应的接收信号实例来隐含地指示其相应权重。适配器13仅通过组合接收到的那些信号实例来隐含地应用权重。

可以用来描述上述功能性的另一个术语是噪声选通，或者噪声选通功能：即，取决于其相对于噪声基底的信号强度来选择是否发送信号或者是否使用接收信号也可以被称为此。一般来说，噪声选通可以是硬的（开-关）或软的（信号实例取决于其相对于噪声基底的信号强度由非零权重加权）。

做出关于是否在组合34中包括不同接收信号实例中的各个实例的选择的情况的另一个注意事项（即权重15是例如图5中的是/否值）：在实施例中，可能期望包括防止系统在选择之间快速来回移动的机制。例如，考虑用户正好在相同覆盖单元1中的照明器2中的两个照明器2或两个子集的覆盖区域之间的中间的情况。在这一点上，选择是落在选择一个照明器/子集还是另一个照明器/子集的一侧上是“一触即发”的，并且用户设备16中的任何小的移动或者接收到的上行链路信号强度或背景噪声中的小的波动都可能导致选择交换。为了避免决定的两个（或更多）不同结果之间的快速来回交换，可以对交换阈值应用滞后（上升时的阈值不同于下降时的阈值）。可替代地，可以应用特定时间约束，例如，一旦做出决定，这至少持续最小时间窗口，或者该决定仅在每个周期性时间间隔做出一次，例如，每帧或每消息一次（即，不交换中间消息或中间帧）。

该方案还可以应用于时分多址（tdma）系统，其中不同的时隙被分配给上行链路中的不同用户。然后，交换可以与来自不同用户的消息的预期到达时间同步。因此，在tdma帧期间，中央单元根据分配给不同用户的时隙和先前记录的关于该用户的最佳接收器的用户“位置”，在每个子时隙期间预期特定设置。

通常，在tdma方案中，每个帧的持续时间和单独用户时隙的数量不会随时间快速改变，或者甚至在标准中是固定的。优选地，适配器可以确定每个单独的、可能复现的上行链路用户时隙中的时隙和信号强度的轮廓。此外，可以在逐时隙的基础上评估噪声水平，因为干扰引起的噪声可以在tdma帧上变化，特别是如果干扰也遵循相似/相同的tdma定时模式。

通过考虑tdma时隙和先前已知的用户位置，可以选择诸如增益设置的设置来偏袒与先前检测到与当前时隙相关联的用户的上行链路信号实例相对应的传感器信号。

优选地，在一个替代方案中，解调器10向适配器13提供tdma同步参考，使得权重15可以在适当的时刻被交换，而没有定时错误的风险。

权重15可以基于许多标准，诸如下面描述的那些标准，例如：

1.在每个时隙中，只打开与指定时隙的上行链路用户相关联的先前最强的路径，这在集中式适配器15中特别有趣。在多用户设置中，仅选择最强的分支并消除较弱的分支可以有助于避免在网络中不同位置的同时传输时段期间，信号有害地干扰。

2.在每个时隙中，遵循增益控制曲线，该曲线仅取决于该分支的该时隙中的信号强度或（snr，sinr）。这在分布式权重控制系统中特别相关，

-如果没有检测到信号或信号保持在低阈值以下，权重被设置为零，

-如果信号超过预定阈值，但低于另一个预定阈值，这指示其太小而不能作为上行链路信号实例，则信号在该时隙中被衰减以减小动态范围。

3.始终保持时隙的最强三个检测/实例开放。

4.使用系统空间布局的知识来选择设置/分配权重。特别地，如果通过一个分支/实例强有力地接收到信号，则可以从开放的相邻位置到已经预测的用户运动来开放分支/实例，以便促进切换。当已知上行链路用户是未“跳过”传感器的缓慢移动的上行链路用户时，后者工作得特别好。

5.在已知为移动的上行链路用户的最后一个活动时隙和相同移动上行链路用户的下一个调度时隙之间已经过去了一个设定的预定时段的情况下，有利的是不偏袒最后一个已知位置，而是代替地开放并考虑所有实例/分支，而不是偏袒其中的一个或一些。

关于调制方案，可以在上行链路上使用pam，或者可替代地不排除ofdm。请注意，主导（强）信号之间的相位差将是小的（例如，比较两个照明器之间的区域）。这里路径差异也将是小的，导致相位差不超过几十度。

若干拓扑是可能的。第一种选择是星形网络：所有接收器3都连接到中央调制解调器7。信号处理可以是集中式的。

第二种是菊花链：中央调制解调器7从第一接收器节点3a接收信号。该第一接收器节点3a不仅具有将信号发送到中央调制解调器7的输出端，还具有输入端，通过该输入端它可以从次级接收器节点3b获得信号，如此等等。这样做的一个实际限制是，在菊花链中具有许多跳的情况下，对于菊花链中的最后一个接收器3n（也就是说离调制解调器7最远的一个），由于它的信号将通过所有其他接收器3n-1…3c、3b、3a的事实，所以很难具有良好的snr；并且更多的级意味着更多的噪声。

第三种选择是树形拓扑：星形和菊花链的混合，即上述两者的组合。中央调制解调器7具有多个输入，然而接收器节点3也具有获取来自次级接收器的信号的机制。

第四种选择是总线网络：每个接收器节点自主决定它在总线上放置什么信号。

在菊花链或总线网络中，每个接收器3是自主的，并且可以自行决定它是否是活动的，监控例如接收信号的平均值，并且将其与阈值的值进行比较。这具有解决方案非常简单的优点，但是将必须校准正确的阈值的值，以与内部噪声以及周围噪声（例如来自霓虹灯的100hz）进行比较。

在实施例中，接收器节点3自主地为信号设置增益，而不是硬交换。使该增益与信号强度成比例是有利的。这反映了最大比率组合（mrc）的思想。常规地，mrc用于处理集中在一个公共块中的系统中。然后也可以对所有信号进行相位调整14。然而，在实施例中，可以实现只进行振幅调整的分布式系统。对于室内光学无线通信（owc），这种假设是现实的：如先前所讨论的，相位差与符号波长相比可以是小的。光的波长非常小，但vlc通常在符号速率高达10或100mhz处（符号波长为30至3米）使用光的基带调制。对于这种符号波长，不同照明器处的相消波干扰不太可能发生。此外，相位问题可以借助于光纤分发和/或ofdm来减轻。

在实施例中，增益控制并不总是与信号强度成线性比例：在一些情况下，这可能对接收器3和调制解调器7之间的链路的动态范围具有一定程度有害的影响。对于过于恒定的接收信号，增益可以降低，例如降低到恒定增益，或者降低到随信号强度而降低的增益（与正常情况相反）。

所公开的系统也可以以星形配置工作，其中接收器3设置它们自己的增益。一个可能的缺点是，例如，一个接收器3可以将其自己的增益设置为最大值（因为其输出噪声是最大的），并且该噪声被添加到来自设置其最小增益的第二接收器的信号中。第二接收器的信号的snr可能不是最佳的。然而，这可以通过处理来自多个节点3的智能组合的信号的一个公共接收器3来减轻。在实施例中，可以假设所有节点具有相同的噪声基底。然后，根据mrc规则，只有接收到非常强的信号的节点3被允许应用全增益：然后，这在接收器处成为主导信号，这是可以的，因为它事实上是无噪声的。可以添加第二个较弱的信号，但是因为它包含相对更多的噪声，所以应该以较低的增益添加它。在进一步的实施例中，也可以将不同的噪声基底水平用于不同的接收器3。对于不同的噪声水平，首先放大信号，使得其噪声水平等于参考噪声水平。此后，应用mrc规则：与信号强度成线性比例地放大。

在菊花链拓扑中，可以通过还具有辅助输入的接收器节点3来执行以下操作：传递至少一个信号；根据信号强度或snr择取最佳信号，无论是本地接收的信号还是来自次级接收器（或更上游的节点）的进入信号；并且以适当的方式组合信号，优选地应用mrc。

在另一个实施例中，分布式mrc可以以树形结构应用。在这种情况下，系统中的每个接收器节点3可以评估信号强度和噪声水平。可以看出，在每个节点独立操作的mrc导致整体信号的mrc。

在某些情况下，系统可能不能够评估噪声水平，但可以应用自动增益，其中增益取决于信号强度。菊花链或树形拓扑中对此的解决方案是让系统测量本地接收信号的振幅强度a_local和辅助信号的振幅强度a_aux；并且传递具有放大a_aux的进入信号和具有放大a_local的本地接收信号。

在另一菊花链实施例中，每个接收器3监控接收信号的平均值，并将信息发送到调制解调器7，调制解调器7将决定其是否使用接收信号。这样做的一优点在于它是一个简单的实现方案：调制解调器7直接管理来自接收器3的所有信号，并避免没有接收信号能够到达调制解调器的状态。可以提供额外的连接来提供平均值。

在可以应用于任何拓扑的另一个实施例中，每个接收器3将接收信号直接发送到调制解调器7，并且调制解调器将监控信息以检测用户是否在接收器3下面。用户检测可以例如以两种方式之一进行：（a）提取接收信号的平均值并将其与阈值进行比较；或者（b）解调接收信号并检测前导码和/或用户id。一旦调制解调器7具有来自每个接收器3的信息，它就可以选择将使用哪个信号以及何时使用。因此，这将限制将被求和的接收信号的数量，并从而限制噪声水平的恶化。

图8图示了另一种思想，该思想可以用于光纤（例如pof）系统或者甚至可以用于使用其他传输介质（诸如具有较差组延迟特性的同轴电缆）的系统的多接收器。图8所示的方法是在接收分支中的至少一个分支上包括移相器14’，以有意地使来自不同接收器节点3的信号实例之间的相位差有意得更大，并且在不同子载波上基本不同，但是不要太大以至于ofdm不再工作。

这处理了在不同传感器或接收器3处接收的信号实例之间的相位差不够小从而不能忽略相位消除效应的情况。然后该思想与试图最小化相位差（如先前所讨论的）相反，即故意引入大相位差，但是每个子载波频率有不同的相位差。这也可以称为延迟分集。优点在于它处理整体频带出现相同波消除的风险，这可能发生在短延迟的情况下。如果整体频带确实表现出相同的波消除，那么消除是“全有或全无”，即，虽然可能不存在消除，但也存在每个子载波都经历消除的风险。延迟分集避免了这一点：整体带不能消除。频带中总会存在好的部分（以及一些不好的部分）。

相位考虑然后从确保精确的相位对准转移到避免超过50%的信号频率分量被消除。ofdm在一些子载波上对波消除是鲁棒的，但不是在所有频率上对消除都是鲁棒的。可以选择对所有子载波具有不同程度的消除。例如，相位偏移可以是随机的，或者可以选择恒定的延迟，因为它导致不同频率处的不同相位角。通过随机化相位等，可以确保放大发生在至少一半子载波上。如果该系统使用ofdm，通过跨子载波应用扩展的编码，可以使其对不同子载波上的振幅差相当鲁棒。因此冗余可以填补丢失的子载波。

注意，相同的思想可以附加地（或可替代地）应用于下行链路：即，在从不同照明器发射的信号实例中的两个或更多个信号实例之间引入故意的相移。

在进一步的实施例中，该系统允许在上行链路和/或下行链路上的多址，即多个用户同时使用多个相应的用户设备16进行访问。在实施例中，时分多址（tdma）可以用作针对此的复用方案。即在下行链路上，每个用户设备16在重复的时隙系列中被分配不同的相应时隙，和/或在上行链路上，每个用户设备16在重复的时隙系列中被分配不同的相应时隙。用户设备16可能被要求向覆盖单元注册，以便被分派时隙。这可以称为“配对”。

图6和7图示了当前公开的可以应用于mac（媒体访问控制）协议20的系统的各个方面。

经由所公开的光学通信系统的通信可以基于诸如图6所示的帧结构。

图6中的上部图示出了下行链路帧24的示例。第一部分是信标部分24：在此时间期间，调制解调器7通过照明器2（下行链路）发送用于同步和分派资源的信息。在第二部分25（轮询）中，所有用户设备16（例如，借助于它们的加密器）可以与系统通信，以请求与当前覆盖单元配对，或者如果已经配对，则发送信号以保活该关联。在第三部分中，每个当前配对的用户设备16具有其自己的时段27、28……来与调制解调器通信（即，相应的tdma时隙）。

在轮询时段26期间，数据速率低，并且每个用户设备16发送配对请求或发送其id以保活光学链路（即保活配对）。在此时段26期间，来自不同用户设备16的请求之间发生冲突的机会很小。这可以通过配置用户设备16来处理，以便例如，如果请求失败，则在随机回退时段之后自动重新发送请求。

图6中的下部图示出了上行链路帧30的示例。第一部分31是前导码，基于该前导码，传感器单元3或适配器13可以测量接收信号强度，例如rssi或snr。第二部分32是数据有效载荷，即用户数据或应用程序数据。

建立通信的机制如图7所示。归因于“系统”的各种步骤可以由照明器2或上游网络控制器或者两者的组合来执行。例如，网络控制器可以是调制解调器设备7的功能，或者更高上游的网络元件的功能。

在步骤s10，下行链路帧24的开头开始。在步骤s20，照明器2发射用于同步的信标25。在步骤s30，系统确定用户设备16是否同步。如果不是，它跳转到步骤s100，在该步骤，帧24结束。但是如果是，则系统前进到步骤s40，在该步骤，系统确定用户设备16是否已经通过照明器2成功地与覆盖单元1配对。如果不是，该过程进行到步骤s50，在该步骤，配对请求从用户设备16（例如，从其加密狗）发送到系统。然后，过程跳转到步骤s100，在该步骤，帧24结束。另一方面，如果用户16确实成功配对，则系统前进到步骤s60，在该步骤，系统向用户设备分派包括时隙27的资源。网络和用户设备16然后可以（步骤s70）通过覆盖单元1的照明器2在彼此之间发送和接收数据。在步骤s80，系统然后确定用户设备16在其通信中是否仍然活跃。如果是，系统前进到步骤s100，在该步骤，帧24结束。否则，系统首先前进到步骤s90，在该步骤，系统与用户设备16去配对，然后前进到步骤s100，在该步骤，帧结束。

在一些实施例中，上行链路和/或下行链路上使用的调制可以和pam一样简单。对于良好的通信链路，所请求的snr应该是低的。调制解调器7可以同时激活所有接收器，并等待检测到一个或多个用户设备16。在一次仅使得一个接收器3能够检查哪个接收器可以从用户设备16接收信号并测量强度信号（例如rssi）的实施例中，一旦检测到用户设备16，调制解调器7就将确定用户位于哪个接收器3下面。在mac层20中，调制解调器7将为每个用户设备16存储最佳接收器3。

在帧27的第三部分，调制解调器7知道哪个用户设备通信以及何时通信，因此它将为该用户设备选择最佳接收器3。如果数据速率更高，则所使用的调制可以是pam-4方案或更高，甚至是ofdm。在这种情况下，与轮询时段26相比，snr应该大幅改进。这是通过一次仅启用一个接收器3来实现的。评注：启用意味着所讨论的（多个）接收器3的输出信号被提供给解调器信道10。接收器3总是开启的。

应当领会，以上实施例仅通过示例的方式进行了描述。

例如，在述及照明器2中的每一个照明器2发射相同信号实例或相同调制波形等的情况下，这并不排除小相移或其他非实质差异（即，就下行链路子系统的工作而言可忽略的差异）。相反，“相同”信号意味着使用基本上相同形式的调制发送的相同数据符号，使得多个接收实例将在接收用户设备处叠加到相干信号上，在这个意义上而言叠加可以被成功解调和解码。进一步地，下行链路子系统不必用于在所有可能的场合下发射相同信号的不同实例。在某些时候，信号可以相同，而在其他时候，可以发射不同的数据或波形。在这样的系统中，针对当前目的，所指的信号是在从所讨论的照明器发射的信号实例基本相同的时候发射的数据部分。

换句话说，所讨论的信号或波形是指在接收用户设备处相干地累加成可解调和可解码的信息块所要求的调制符号的基本方面。

在进一步的实施例中，下行链路信号可以通过红外线介质而不是可见光介质发射。在这种情况下，被控制发射下行链路信号的照明元件是ir发射器，例如由一个或多个irled形成的ir发射器。例如，一个或多个irled可以位于每个照明器2的可见光照发射led之间。上行链路也不限于ir。代替地，例如，不同的未许可的介质（诸如超声波）可以用于上行链路。当ir用于上行链路和下行链路时，这些可以在不同的ir带上发射（即频分复用）。可替代地，不排除上行链路和下行链路共享相同的ir载波波长（或者至少具有重叠的ir带，例如在850和940纳米处）。在这种情况下，在上行链路和下行链路之间使用另一种复用技术可以是一种选择，例如，具有用于上行链路和下行链路的独立时隙的时分复用（并且对于多址，对于不同用户信号的隙对是独立的）。

进一步地，在所有可能的实施例中，本公开的范围不限于上面提及的符号波长和对应的数据速率，即使这些特别适用于磷光体覆盖的led。例如，红外线led可以以更高的速度调制，并且ir信号可以超过每秒100兆个符号。在这种情况下，相位差可能变得更加重要，但这可以利用诸如相位随机化或延迟分集的机制来处理，以避免“全有或全无”的效果；和/或在用户设备16看到多个led的转变区域中采取预防措施，使得传播&电缆延迟足够相似，和/或确保不使用太宽的束（否则会产生大的重叠）。

进一步地，下行链路分发网络6u不需要必然由光纤形成。可替代地，这可以由低延迟引导的通信装置代替，诸如高质量同轴电缆，特别是如果采取其他措施来减轻相位差，诸如采用ofdm作为下行链路调制方案。类似地，上行链路分发网络6u不需要用光纤来实现，而是可以代替地使用例如高质量同轴电缆来实现。

更进一步地，本文公开的光照系统不限于双工通信。在其他应用中，本文公开的上行链路或下行链路子系统可以独立使用。

通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”（“a”或“an”）不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被用于获益。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如通过因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。