CN101479966B

CN101479966B - 用于对发光设备的光发射进行调制的方法和设备

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Publication number: CN101479966B
Application number: CN2007800244983A
Authority: CN
Inventors: J·P·M·G·林纳茨
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-06-18
Also published as: US8494367B2; ATE463095T1; JP2009542497A; WO2008001262A1; EP2039029B1; CN101479966A; US20090196613A1; ES2343338T3; DE602007005647D1; JP5478248B2; EP2039029A1

Abstract

本发明涉及对发光设备进行控制，具体地说，涉及由固态发光(SSL)设备所生成的光的调制。本发明提供一种用于根据扩频码通过对控制信号(10)中所包含的脉冲序列(16)的每一脉冲(14)进行键控而对发光设备的光发射进行调制的方法和设备。因此，可以通过检测用于对光发射进行调制的扩频码来识别发光设备的光发射。由于可以由用于对光发射进行调制的扩频码检测每一发光设备的光发射，因此本发明尤其适合于包含一些发光设备(例如具有多个LED的LED发光板)的发光装置。

Description

用于对发光设备的光发射进行调制的方法和设备

技术领域

本发明涉及对发光设备的光发射进行调制，具体地说，涉及固态发光(SSL)设备所生成的光的调制。

背景技术

包含一些独立发光设备(例如LED发光板或模块)的光源正变得越来越流行。LED发光板或模块典型地包含一些独立可控的LED。作为发光设备的LED具有比传统发光设备(例如灯泡或卤素灯)更长的寿命的优点。此外，LED具有快速开关时间，并且可以受控于低电压电子信号(例如矩形脉冲形状信号)。更复杂的光源包含控制器，其可以根据特定约束来改动光源中包含的发光设备的光发射，例如根据周围光而使得光发射变暗。

WO02/25842A2公开了一种LED系统，其采用脉宽调制(PWM)来控制照明强度，并且采用脉码调制(PCM)对发射的光进行调制，从而其承载用于无线数据通信的数据。在这种系统中，控制信号被提供给LED。该控制信号对LED照明以及数据传输进行控制。LED的照明强度受控于控制信号的占空比或平均“开启”时间。该控制信号进一步被数据信号调制，同时保持控制信号的占空比，从而在数据传输期间，LED的强度仍然受控。通过对用于照明强度的PWM控制信号与用于数据传输的PCM控制信号进行异或(XOR)来执行控制信号的调制。根据WO02/25842A2，并非使用用于将数据信号调制到控制信号上的PCM，而是还可以使用脉冲位置调制(PPM)对控制信号进行调制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于对发光设备的光发射进行调制的改进方法和设备。

为了实现以上所定义的目的，本发明提供一种用于对发光设备的光发射进行调制的方法，其中，所述方法包括以下特性特征：

- 生成控制信号，以用于控制所述发光设备的光发射，

- 所述控制信号包括相等持续时间的多个帧，

- 所述控制信号的每一帧可以包含用于接通或者断开所述发光设备的脉冲，

- 根据用于对所述发光设备的光发射进行调制的扩频码对所述控制信号中所包含的脉冲序列中的每一脉冲进行键控。

为了实现以上定义的目的，本发明进一步提供一种用于对发光设备的光发射进行调制的设备，该设备包括：

- 控制信号生成装置，其用于生成控制信号以用于控制发光设备的光发射，其中

- 所述控制信号包括相等持续时间的多个帧，

- 所述控制信号生成装置适用于：根据用于对所述发光设备的光发射进行调制的扩频码对所述控制信号中所包含的脉冲序列中的每一脉冲进行键控。

根据本发明的特性特征提供以下优点：从发光设备所发射的已调光可以包括具有扩频码的脉冲序列的每一脉冲的键控的形式的少量数据。这个量的数据可以优选地用于容易地识别从特定发光设备发射的光。可以通过检测用于对所述控制信号的脉冲进行键控的扩频码来执行识别操作。更进一步地，通过利用扩频码(例如，其用于例如码分多址(CDMA)移动电话系统)对控制信号的脉冲进行键控并且因此对所发射的光进行键控，有可能在多个发光设备之中识别发光设备，例如由具有多个LED的发光板中所包含的特定LED所发射的光。这提供了将根据本发明而调制的所发射的光应用于例如创建自适应光源的大范围的可能性。此外，通过检测发光设备发射的光，本发明允许更精确地控制发光设备，尤其是所发射的光(例如其强度)，并且允许调整例如发光设备的控制信号的占空比，以调整光强度。

在此所使用的术语“发光设备”包括其光发射可以受控于脉冲序列的发光设备(例如SSL，例如LED或半导体激光二极管)。原则上，允许快速调制的、尤其是具有快速开关时间的每一发光设备适合于本发明的目的。例如，合适的设备也可以是有机LED(OLED)或荧光灯或HID灯。在HID灯和荧光灯的情况下，可以优选地不选取完全接通以及完全断开的用于调制的光强度电平，而是选取非零的两个光电平，但它们充分地不同以允许由电子检测器来对它们进行区分。

在此所使用的“接通或者断开发光设备”并非将其意义限制为完全断开或者接通设备(例如断开＝0％，接通＝100％)，而是也表示可以分别被定义为断开的设备或接通的设备的强度电平的发光设备的强度级别。换句话说，“接通或者断开发光设备”在此表示在所发射的光的强度的不同级别之间对发光设备进行切换。尤其是对于HID灯，当HID灯接通时，断开可以表示将HID灯供电90％，而不是100％。因此，可以防止重新点燃HID灯。在LED作为发光设备的情况下，在100％与90％之间对LED进行切换可能导致LED光源效率的更好的性能。

根据本发明另一实施例，可以将每一帧内的特定开始位置分配给控制信号的脉冲。这允许不仅通过确定用于对发光设备的控制信号的脉冲进行键控的扩频码，而且还通过确定关于用于控制信号的帧定时的发光设备的光发射的脉冲的开始位置，来区分特定发光设备的光发射。

典型实例将是可以作为调制方案应用于控制信号的脉冲的波形，从而每一帧的仅仅一部分用于调制，以允许通过组合CDMA扩频码并且/或者通过与TDMA(时分多址)相似地使用帧内的脉冲的不同开始位置而将来自不同发光设备的不同光发射分离。在一个典型实例中，可以仅提供帧的一部分以用于调制的目的，而提供帧的另一部分以用于照明的目的。在另一实例中，并非预留帧的一部分用于调制，而是也可以通过改变它们各个帧内的脉冲的开始位置来执行调制。可以通过应用例如定义用于对脉冲进行键控的扩频码的波形来执行调制。具体地说，所述波形可以是用于对控制信号中所包含的脉冲序列的每一脉冲进行键控的扩频码自身。

根据本发明实施例，可以将脉冲位置调制PPM或开关键控OOK作为调制方案应用于控制信号的脉冲。

根据本发明实施例，当使用OOK作为调制方案时，脉冲可以包括：第一部分，其被提供以用于OOK键控；以及第二部分，其被提供以用于控制发光设备的照明。事实上，这也可以被解释为一种PWM，其中，数据和照明两者确定脉冲持续时间，从而使得照明确定平均脉冲宽度，而数据确定每一特定帧中的实际值。

根据本发明实施例，当使用PPM作为调制方案时，可以根据键控方式来选择帧内脉冲的起始位置。

根据本发明实施例，可以选取平均脉冲宽度，从而获得所期望的照明。

根据本发明另一实施例，可以通过生成用于每一个发光设备的控制信号并且将唯一扩频码分配给每一控制信号而对一些发光设备的光发射进行调制。例如，本发明允许控制具有多个LED的发光板的每一LED，特别地，每一LED的强度可以被单独地控制。

根据本发明另一实施例，至少一个第一控制信号的帧内的脉冲的开始位置不同于至少一个第二控制信号的帧内的脉冲的开始位置。因此，来自不同发光设备的光发射可以不仅通过它们的用于对各个控制信号的脉冲进行键控的扩频码来分离，而且也可以通过确定帧内的它们的位置来分离，与使用不同扩频码对控制信号进行键控的情况相比，这允许区分更多不同的发光设备。例如，如果CDMA扩频码被用于对控制信号的脉冲进行键控，则不同控制信号的脉冲的不同开始位置可以被看作TDMA方法，以用于区分来自不同发光设备的光发射。

根据本发明另一实施例，提供一种计算机程序，其中，所述计算机程序可以在其由计算机执行时能够执行根据本发明的方法。例如，所述计算机程序可以通过数字方式生成控制信号，并且随后所生成的控制信号可以通过计算机的接口而被输出到发光设备(例如LED)或发光板的特定LED。

根据本发明实施例，可以提供一种记录载体(例如CD-ROM、DVD、存储卡、软盘或相似的存储介质)，以用于存储根据本发明的计算机程序。

本发明的另一实施例提供一种计算机，其可以被编程以执行根据本发明的方法，并且可以包括用于控制至少一个发光设备的控制信号生成装置。可以例如通过用于将所述计算机与一个或多个发光设备耦合的接口卡来实现所述控制信号生成装置，以用于控制这些发光设备的光发射。典型实例可以是包含几千个LED的发光板，其中，LED中的每一个可以受控于执行实现根据本发明的方法的程序的计算机。

根据本发明另一实施例，提供一种用于通过至少一个发光设备生成自适应照明的方法，其中，可以根据如上所述的本发明的方法对所述至少一个发光设备的光发射进行调制，并且通过借助被分配给所述发光设备的扩频码对由所述至少一个发光设备所发射的光进行检测对照明进行适配，并且取决于检测到的光并根据预定控制算法对光发射进行调制。该实施例允许实现例如取决于预定控制算法的自适应发光。例如，所述控制算法可以被实现以估计检测到的光并且根据由所述控制算法所实现的发光函数对光发射进行调制。所述控制算法允许实现各种发光函数，例如以根据环境光来控制发光设备的照明。

根据本发明实施例，可以提供一种根据本发明的设备，其中，所述控制信号生成装置适用于执行根据本发明的方法。

根据本发明另一实施例，所述设备可以包括多个发光设备，并且所述控制信号生成装置可以适用于生成对应数量的控制信号以用于发光设备。优选地，一些所生成的控制信号依赖于它们的扩频码，从而可以区分从所述发光设备所发射的光与从其它发光设备所发射的光。

根据本发明另一实施例，所述控制信号生成装置可以包括：

- 信号源，其适用于生成用于特定发光设备的基本信号，

- 扩频码生成装置，其适用于生成被分配给特定发光设备的扩频码，

- 组合装置，其被提供以将由所述信号源生成的基本信号与由扩频码生成装置生成的扩频码组合为码片序列，

- 脉冲发生器，其适用于根据所述码片序列生成已调制的控制信号，

- 强度控制器，其适用于控制光发射的强度。

可以例如由通过处理器执行的算法来实现所述控制信号生成装置。然而，也可以例如以包含根据本发明的设备的LED发光板微控制器的形式在硬件中实现它们，其中，控制信号生成装置用于直接控制LED发光板的LED。

最后，根据另一实施例，本发明涉及一种用于检测由根据本发明的方法所调制的光的检测器设备，其中，所述检测器设备包括：

- 光接收单元，其例如包含光敏传感器(例如光电二极管)，其适用于接收已调光，并且将已调光转换为对应的已调电信号，

- 调制单元，其适用于根据扩频码而对所述已调电信号进行解调，所述扩频码用于对用于生成所述已调光的控制信号进行调制，

- 处理单元，其适用于处理所述解调的电信号。

通过并参照下面所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将被阐明并变得清楚。

下文中将参照示例性实施例更详细地描述本发明。然而，本发明不限于这些示例性实施例。

附图说明

图1示出根据本发明的控制信号的脉冲的实例；

图2示出根据本发明的两个脉冲的实例，其中，这两个脉冲具有不同的码并且根据PPM而被调制；

图3示出根据本发明的两个脉冲的实例，其中，这两个脉冲具有不同的码并且根据OOK而被调制；

图4示出通过PPM并且通过数字码“0110”键控的根据本发明而调制的脉冲序列的实例；

图5示出通过OOK并且通过数字码“0110”键控的根据本发明而调制的脉冲序列的实例；

图6示出根据本发明的用于对发光设备的光发射进行调制的设备的发射机架构的实施例的框图；

图7示出根据本发明的LED发光阵列以及用于控制发光的控制环路。

具体实施方式

下面，通过以LED作为发光装置的实施例来描述本发明，但这不应理解为对本发明进行限制。

根据本发明，提供一种高效方法来同时执行两个功能：

- 来自发光设备的光的自适应调光；

- 经由发光设备的光对数据进行传送。光强度可以在几乎为零与几乎全部功率之间变化。

设计通信功能，从而使得许多(例如几千个)LED中的每一个可以承载少量数据。例如可以通过各种方式使用来自所有LED的数据流，从而唯一地标识LED并且对照明系统中使用的控制数据进行交换。另一应用可以是，所有(或很多)LED联合地承载一个高速数据信号，而每一LED单独承载一部分数据。

本发明的应用的实例是例如：

- 自适应照明：传感器实时测量来自每一LED的光贡献，以自适应地优化照明设置。

- 交通灯，其中，通过本地(交通)信息来对光进行调制。在这里，交通灯系统应该允许将照明设置为接近于最大可用功率，同时花费一小部分照明功率来通过数据对光进行调制。

- 包含LED作为发光设备的车辆的前灯和后灯，其中，可以对发射的光进行调制，从而其将数据发送到例如另一车辆。

- 博物馆或商店，其中，通过发送经过分别对照明的发光设备进行调制而产生的解说，所述照明承载关于所陈列的物体的解说。

- 通过测量传播损耗从而测量到大量发光设备的“距离”而对室内进行定位。

- 试车(commissioning)：在已经安装了发光设备之后，使用调制方法来识别每一LED在何处发出光。

典型地通过快速接通以及断开LED来完成固态发光(SSL)设备(例如LED)的调光，从而LED接通时的占空比(被定义为时间的比率p(0≤p≤1))确保适量的光。

对于数据的光波通信，可以使用在此将描述的各种调制方法。具体地说，脉宽调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM)是合适的原理。

本发明涉及这种情况：发光设备不仅用于照明的目的，而且还用于通信。具体地说，根据本发明的发光设备的光发射的调制方法可以满足以下需求中的大多数：

- 开关切换，加上幅度控制(以优化地“驾驭”发光设备的效率曲线)；

- 调制无需对平均占空比p起作用：p由所需照明来规定；

- 没有可见的闪烁(例如无DC的码)；

- 每次切换(关到开，开到关)可以创建CV2/2的热量：用于过渡的固定预算(C：LED的有效电容，V：LED上的电压)；

- 开关操作不应覆盖超过脉冲的百分之几以防止色彩变化；

- 至少1:256(8比特)的调光范围；

- 如果LED被用作发光设备，则带宽约束；

- 允许对几千个LED的多用户检测，抗相互干扰的鲁棒性；

- 抗环境光照的鲁棒性；

- 如果应用快速SSL设备，则允许比200毫秒时间常数更快的照明的控制。

对于本发明的实现方式，生成包含至少一个脉冲的如图1至图5所示的控制信号10，以用于控制LED。通过本发明，以频率f钟控的LED可以实现每秒f比特的吞吐量，并且可以同时执行来自l个LED的照明的每秒n次独立测量，从而n乘以l等于f。

本发明的调制方法可以被看作PWM的形式，其中，根据扩频码对每一脉冲进行键控。此外，不仅可以选取码，还可以选取脉冲的开始位置，以容纳包括受本发明的方法控制的一些发光设备的发光系统中的许多不同的发射机。更进一步地，可以任意选取平均脉冲宽度，以满足照明规范。

在此将使用对于时间尺度的以下注释(也参照图1和图4以及图5，图1示出用于控制LED的光发射的控制信号的典型脉冲，图4和图5示出控制信号10的典型脉冲序列16、22、24)：

- T₁(T₁＝1/f)表示可以用于接通并且断开LED的最精细时间分辨率。例如，T₁可以是几十纳秒，但对于照明控制应用，其通常可以足以将LED时钟设在大约1微秒。

- T₂＝N₁T₁表示可以容纳LED的一次接通操作以及一次断开操作的间隔的持续时间。时段T₂被称为帧12。

- T₃＝N₂T₂表示用于一个用户码元(特定码、例如图4和图5所示的数字码“0110”)的传输或用于光通道转变的一次测量的时间间隔。

根据本发明，可以设计发光系统，从而通过包括N₁个单位时间T₁的时段T₂定义的控制信号10的波形可以满足照明约束，从而照明在(平均)p_i ¹ N₁个单位时间期间被接通，其中，p_i ¹是第i时段iT₃、......、(i+1)T₃中的第l个LED的占空比。可以由持续时间T₃的编码的序列来承载由LED所发送的信号的数据净荷，T₃包括N₂个每一持续时间T₂的这些基本脉冲。

在本发明实施例中，每个LED可以发送主要用于数据通信的信号S1和其后主要用于满足所需照明强度的照明的突发S2的时分复用组合。由于通过根据待承载的数据来对用于控制LED的脉冲的一部分(即信号S1)进行接通或者断开操作而承载数据，因此适合于该目的的调制方案是开关键控(OOK)方案。然而，也可以通过另一调制方案(例如脉冲位置调制(PPM))来实现控制信号的数据通信功能。稍后更详细地描述根据本发明的调制方案PPM。原则上也可以应用其它脉冲形状(例如归零脉冲)。某些光源优选地幅度受调制，具有较小的调制深度，而不是在某些间隔期间完全断开光源。

用于每个LED的控制信号具有持续时间kT₁秒的周期性时间间隔——帧(图1中标号12)——其每个T₂(T₂>kT₁)秒被重复，其中，其可以基于OOK发送数据的一个码片。对于“1”码片，光被“接通”，而对于“0”码片，光被“断开”，k是正整数，优选地k＝1。

对于多组N₂个连续码片进行编码的方法可以确保1码片与0码片的数量之间的比率是常数。优选地，该比率是q＝1/2，因此具有50％的“1”和“50％”的“0”。

可以如下设置S2的持续时间：

假设所需的来自LED的照明是这样的：LED的占空比需要是p_i ¹。LED的数据调制将量k/(2N₁)贡献给平均占空比。并且持续时间的T₂的其余子时段(T₂-1/(2N₁))可以用于照明。因此，优选地(k/(2N₁)≤p_i ¹≤(T₂-k/(2N₁))，但如果允许LED仅在对于数据调制而分配的时段的子间隔中接通，则可以实现该间隔之外的值。对于数据检测的最佳性能，在每一T₃间隔期间，p_i ¹的值优选地被固定。

图1示出作为矩形脉冲的提供给LED的“照明功率”的基本形状。脉冲14位于根据本发明实施例的控制信号10的帧12内。脉冲的第一部分18(图1中的时隙4和时隙5，k＝2)专用于OOK数据调制，而第二部分20(其余时隙6、7、......)专用于控制照明。因此由脉冲14的第一部分18承载信号S1，由脉冲14的第二部分20承载信号S2。脉冲宽度和脉冲幅度的乘积确定用于LED所期望的照明的功率。在正常操作中，该脉冲以T₂的帧周期重复。图3示出用于码片“0”和码片“1”的不同脉冲14。在图3的上部图中，用于码片“0”的脉冲14具有带有高电平的第一部分18，而在图3的下部图中，用于码片“1”的脉冲具有带有低电平的第一部分18。这两个脉冲14的第二部分20总是处于高电平，并且实质上确定发光强度。

被应用于包含一些LED的发光设备，定时偏移τ_i ¹(其中，τ_i ¹∈{0，1，...，N₁-1})，可以定义LED l的脉冲的数据调制部分的位置。如果LED对于调制使用不同的位置，则它们的数据信号落入不同的间隔，并且可以由检测器来分离，稍后将描述检测器。

并非使用具有图1和图3所示的第一部分和第二部分的脉冲14，而是可以对脉冲使用PPM调制方案，如图2和图4所示。在图2中，示出“0”和“1”的两个脉冲14，其中，要被脉冲承载的数据依赖于脉冲开始位置26。换句话说，PPM用于将数据调制到控制信号10的脉冲14上。在图2中，在上部图中所示的脉冲14承载码片“0”，并且在图2所示的时隙0中，比下部图所示的脉冲14在时间帧T₂内开始更早，下部图所示的脉冲14承载码片“1”并且相对于帧12的开始延迟kT₁而开始。图2所示的调制方案具有以下优点：由脉冲14在每一帧12内提供给LED的电能量是常数，并且与OOK调制相比，不依赖于由脉冲承载的数据，由于通过OOK调制脉冲14依赖于所承载的数据，因此提供给LED的能量依赖于脉冲承载的数据。然而，对于OOK，如果码中的“0”和“1”的数量的比率是已知的，则平均脉冲宽度是常数。优选地，可以使用正交码集合，并且可以排除全“1”(或DC(直流)码)。在此情况下，所有其余所使用的码是无DC的，并且按定义包含相同数量的“0”和“1”。这样确保了对于每一间隔T₃，平均占空比等于照明脉冲的持续时间加上脉冲的数据调制部分的持续时间的一半。

现在，关于图4和图5，解释可以如何根据扩频码对控制信号10的脉冲序列16进行键控，以用于对根据本发明的LED的光发射进行调制。已调光发射可以发送例如1比特的数据。在此所使用的扩频码是短的4码片的码“0110”。脉冲序列16用于以下两个目的中的至少一个：

- 传递数据，例如信息比特

- 允许检测器测量来自该LED的照明的局部强度。

在图4中，PPM作为调制方案被应用于序列的脉冲14，而在图5中，OOK被用作调制方案。

在图4中，序列16的第一脉冲和第四脉冲14在指示“0”码片的它们各自的帧的开头处开始，而序列16的第二脉冲和第三脉冲14从指示“1”码片的帧的开头延迟kT₁(k＝2)而开始。

在图5中，序列16的第一脉冲和第四脉冲14具有五个时隙的脉冲宽度，并且从指示“0”码片的它们的各个帧的开头延迟kT₁(k＝2)而开始，而第二脉冲和第三脉冲14仅具有三个时隙的脉冲宽度，并且从指示“1”码片的它们的各个帧的开始延迟kT₁(k＝4)而开始。

在图4和图5中，包括N₂＝4个码片的完全码长度具有T₃(T₃＝4T₂)的周期。在该周期内，可以将一比特的实际信息传递到接收机。可以通过使用该码的补码形式(“1001”)来发送相反极性的比特。如果排除全1码，则在该周期期间，即使N₂-2个其它LED使用帧中的相同位置τ_i ¹来定位它们的数据，它们也可以发送一个比特。此外，通过将N₁/k个其它开始位置分配给另外一组LED，N₁/k-1组N₂-1个其它LED也可以每一个均发送一个比特，并且允许用于每一LED的一个强度测量。

根据本发明的照明系统可能拥有大量LED；因此，必须将不同的码(在此也称为签名)分配给不同的LED，以分离它们的信号(即每一LED的光发射)。换句话说，根据本发明，可以采用码分多址方法(CDMA)，以确保不同的LED共存于系统中，而不会导致彼此干扰。尤其方便的是正交码，其确保了当贯穿系统而保持同步时多用户干扰(MUI)为零。为此，所有LED以及光检测器可以共享公用时钟。实际方法可以通过功率线路发送时钟脉冲，以使所有LED同步。可以通过让所有LED发送检测器已知的相同基准脉冲而周期性地使检测器同步。此外，编码序列优选地是完全正交的，例如Walsh-Hadamard码。也可以应用另一类的码，即线性反馈移位寄存器(LFSR)码。属于后一类的序列的特征在于，并非完全为零而是十分接近于零的互相关函数。LFSR的优点在于，允许出现同步误差，而不对性能产生重大影响。不同的LED被分配相同码的不同循环移位。

图6示出根据本发明实施例的用于对LED的光发射进行调制的设备100的发射机架构的框图。设备100包含用于生成控制信号10的控制信号生成装置，控制信号用于控制LED112的光发射114。所述控制信号生成装置包括：

- 信号源102，其生成用于特定LED l的基本信号b_i ¹，

- 扩频码生成装置104，其生成被分别分配给特定LED l的扩频码C¹，

- 组合装置108，其被提供以用于：将由信号源102生成的基本信号b_i ¹与由扩频码生成装置104生成的扩频码C¹组合为码片序列a_i，j ¹，

- 脉冲发生器110，其适用于根据所述码片序列a_i，j ¹生成已调控制信号s¹(t)10，

- 强度控制器106，其适用于控制光发射的强度。

脉冲产生器110适用于生成OOK CDMA(码分多址)调制的控制信号10。然而，它们也可以适用于生成码键控PPM控制信号10。

设备100能够生成用于l个不同LED的控制信号。

总之，可以如下写出用于特定LED的并且通过设备100生成的已调控制信号10：

s_{i, j, n}^{l} = A_{i}^{l} \{\begin{matrix} 0 & n = 0, \cdot \cdot \cdot, τ_{i}^{l} - 1 \\ \frac{1 - a_{i, j}^{l}}{2} & n = τ_{i}^{l}, τ_{i}^{l} + 1, \cdot \cdot \cdot, τ_{i}^{l} + k_{i}^{l} - 1 \\ 1 & n = τ_{i}^{l} + k_{i}^{l}, τ_{i}^{l} + k_{i}^{l} + 1, \cdot \cdot \cdot, τ_{i}^{l} + w_{i}^{l} + \frac{k_{i}^{l}}{2} - 1 \\ 0 & n = τ_{i}^{l} + w_{i}^{l} + \frac{k_{i}^{l}}{2}, τ_{i}^{l} + w_{i}^{l} + \frac{k_{i}^{l}}{2} + 1, \cdot \cdot \cdot, N_{1} - 1 \end{matrix} - - - (5)

其中，s¹ _i，j，n＝s¹(iT₃+jT₂+nT₁)。在此，i表示信息比特b_i ¹的序列(其中，b_i ¹∈{1，-1})，且j对帧进行索引。通过将当前信息比特b_i ¹乘以码序列C¹＝(c₀ ¹，c₁ ¹，...，c_j ¹，...，c_N1-1 ¹)(其中，c_j ¹∈{1，-1})中的元素而获得每一码片a_i，j ¹。换句话说，a_i，j ¹＝b_i ¹c_j ¹。所以，数据和码的元素影响脉冲的第一部分是否出现，从而其影响帧内的脉冲的开始位置。在被生成之后，电信号s¹(t)被LED 112转换为光脉冲，并且随后例如通过传输信道被发射。

如上所述，根据本发明的照明系统可能拥有大量LED；因此可以将不同的码(在此称之为“签名”)分配给不同的LED，以分别分离它们的信号或光发射。换句话说，采用码分多址方法(CDMA)，以确保不同的LED共存于系统中，而不会导致彼此的干扰。图7示出作为照明系统的具有多个LED的LED发光板116。由传感器118(例如对于LED的光发射敏感的光电二极管)来检测所述板116的不同LED的光发射。例如可以经由射频(RF)连接(例如根据Zigbee RF标准)将由传感器118所检测到的信号从传感器118发送到主控制器120，主控制器120对从传感器118输出的已调电信号以及对应的感测到的光进行解调。主控制器120可以用于根据检测到的光发射来控制LED的光发射。因此，可以实现用于控制所述板116的发光的外部控制环。由于可以通过检测用于对LED的光发射进行调制的扩频码来对每一LED的光发射与其它LED的光发射进行区分，因此有可能通过仅应用一些传感器118来控制板116的单个LED的光发射。

从前面的描述可见，该系统确保了根据TDMA(时分多址)与CDMA方案的组合的LED的分离。更精确地，如果LED l₁和l₂共享数据已调部分的相同位置(

τ_{1}^{l} = τ_{2}^{l}

)，则将使用(从正交序列集合中挑选的)不同的码来分离它们的信号。可以重新使用相同的码序列集合，而其数据已调部分位于不同位置的LED不产生任何干扰。在后一情况下，将基于TDMA来区分LED。因此，每一LED l₁具有两个值的集合{τ_i ¹，C¹}，其中，第一个值表示TDMA签名，而第二个值表示CDMA签名。

系统可以分别分配多达N₁/k N₂个正交(因此无干扰)用户或信号。因为特定原因(例如C¹＝[1，1，..，1]表示DC信号)，某些签名优选地保持不分配。保持DC码不分配使得系统针对任意DC干扰(阳光以及发送LED的照明脉冲的其它LED)具有鲁棒性，因此实际上分配的LED的数量可以更少。

该方案允许脉冲的照明已调部分(换句话说，脉冲的尾部)穿过T₂帧的右边界，以提供在范围k_i ^lN₁/2≤p_i ^l≤N₁(1-k_i ^l/2)中的任意占空比。如上所述，因为脉冲的尾部表示DC分量，但码对于这种干扰是正交的，所以可以完成该操作，而不产生任意干扰问题。

显见，也可以设计所述系统，从而恒定照明脉冲恰位于数据脉冲之前，而不是恰位于数据脉冲之后。

此外，可以可替换地设计系统，从而照明脉冲与数据脉冲不被直接连接。除了需要更多的开关过渡之外，这种系统执行同样的操作，就功耗而言这是更不期望的。

本发明的LED发光板实施例的设计选择的典型实例是：

T₁＝1微秒

N₁＝1024(调光范围10比特)

码大小N₂＝16，码集合：walsh hadamard，除了全1码k＝1之外

LED的数量：多达大约16000

占空比：根据由房屋控制设置的照明需求，按LED随意选取。

本发明具有的主要优点在于，其允许通过这样的方式调制发光设备(例如单个LED、多个LED、或包含多个LED的发光板)的光发射，即，可以通过检测用于光发射的调制的扩频码来识别特定发光设备的光发射。由于每个发光设备的光发射可以通过用于光发射的调制的扩频码来检测并且因此通过适用于控制房屋中使用的LED发光板的发光的光发射控制装置(例如比如房屋控制器)进行控制，因此本发明尤其适合于包含一些发光设备(例如具有多个或几百个LED的LED发光板)的发光装置。本发明的另一优点在于这样的选项：通过发送不同扩频码并且/或者使用帧内的脉冲的不同开始位置来区分来自不同光源的光。

应当注意，还可以应用通过扩频码进行的调制，而没有承载用户信息的数据信号。例如，如果数据序列恰是全“1”序列，则接收机仍然可以测量来自每一光源的各个光贡献并且控制照明。

可以由硬件或软件来执行本发明的功能中的至少一些，例如生成控制信号以用于根据本发明的发光设备的光发射，或用于通过至少一个发光设备生成根据本发明的所调制的光发射的自适应照明的方法。在软件的实现方式的情况下，可以使用单个或多个标准微处理器或微控制器来处理用于实现本发明的单个或多个算法。

应当注意，文字“包括”不排除其它元件或步骤，并且文字“一个”不排除多个。进一步地，权利要求中的附图标记不应被解释为限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于对发光设备的光发射进行调制的方法，其中，

-生成控制信号(10)，以用于控制所述发光设备的光发射，

-所述控制信号(10)包括相等持续时间(T₂)的多个帧(12)，

-所述控制信号(10)的每一帧(12)包含用于接通或者断开所述发光设备的脉冲(14)，以及

-根据用于对所述发光设备的光发射进行调制的扩频码，对所述控制信号(10)中所包含的脉冲序列(16)中的每一脉冲(14)进行键控。

2.如权利要求1所述的方法，其中，将每一帧内的特定开始位置分配给控制信号的脉冲。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，将脉冲位置调制PPM(16)或开关键控OOK(24)作为调制方案应用于所述控制信号(10)的脉冲(14)。

4.如权利要求3所述的方法，其中，对于应用OOK，脉冲包括：供OOK键控的第一部分(18)以及供控制所述发光设备的照明的第二部分(20)。

5.如权利要求3所述的方法，其中，对于应用PPM，根据键控来选择帧内的脉冲(26)的开始位置。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，选取平均脉冲宽度，从而实现所期望的照明。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过生成用于所述发光设备中的每一个的控制信号并且给每一控制信号分配唯一扩频码，来对若干发光设备的光发射进行调制。

8.如权利要求7所述的方法，其中，至少一个第一控制信号的帧内的脉冲的开始位置不同于至少一个第二控制信号的帧内的脉冲的开始位置。

9.一种用于通过至少一个发光设备生成自适应照明的方法，其中，根据权利要求1至8中的任意一项对所述至少一个发光设备的光发射进行调制，并且通过借助被分配给所述发光设备的扩频码对由所述至少一个发光设备所发射的光进行检测，并且取决于检测到的光并根据预定控制算法对所述光发射进行调制，而对照明进行适配。

10.一种用于对发光设备(112)的光发射(114)进行调制的设备(100)，包括：

-控制信号生成装置(102、104、106、108、110)，其用于生成控制信号(10)，以用于控制所述发光设备的光发射，其中，

-所述控制信号(10)包括相等持续时间(T₂)的多个帧(12)，

-所述控制信号(10)的每一帧(12)包含用于接通或者断开所述发光设备的控制脉冲(14)，

-所述控制信号生成装置适用于：根据用于对所述发光设备的光发射进行调制的扩频码，对所述控制信号(10)中所包含的脉冲序列(16)中的每一脉冲(14)进行键控。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述控制信号生成装置(102、104、106、108、110)适用于：执行如权利要求1至8中的任意一项所述的方法。

12.如权利要求10或11所述的设备，其中它包括多个发光设备(116)，并且所述控制信号生成装置(102、104、106、108、110)适用于：生成对应数量的用于所述发光设备的控制信号。

13.如权利要求10或11所述的设备，其中，所述控制信号生成装置(102、104、106、108、110)包括：

-信号源(102)，其适用于生成用于特定发光设备的基本信号，

-扩频码生成装置(104)，其适用于生成被分配给特定发光设备的扩频码，

-组合装置(108)，其被提供以用于将所述信号源(102)生成的基本信号与由扩频码生成装置(104)生成的扩频码组合为码片序列，

-脉冲发生器(110)，其适用于根据所述码片序列生成已调控制信号(10)，以及

-强度控制器(106)，其适用于控制光发射的强度。

14.一种检测器设备，其用于检测由根据权利要求1至8的方法所调制的光，其中，所述检测器设备包括：

-光接收单元(118)，其适用于接收所调制的光，并且将所调制的光转换为对应的已调电信号，

-调制单元(120)，其适用于根据对用于生成所调制的光的控制信号进行调制而使用的扩频码，对所述已调电信号进行解调，

-处理单元(120)，其适用于处理解调的电信号。