CN102884737B - 用于在光学传输数据时对彩色编码方法进行稳定化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在发送机和接收机之间光学传输数据的方法，其中为了对数据进行编码和传输设置基于多个基本颜色的彩色编码方法，其中相应的基本颜色通过相应的发送机侧的光学辐射源发送并且在接收机侧由相应的光学辐射接收机接收。该方法规定，在发送机和接收机之间构成调节回路，其中由发送机将校准消息发送给接收机，并且其中通过将至少一个所接收的校准消息的至少一个信道特性与至少一个先前所发送的校准消息的相应的信道特性进行比较来确定补偿信息，并且其中在发送机中基于补偿信息进行至少一个发送参数的匹配。

Description

用于在光学传输数据时对彩色编码方法进行稳定化的方法和 装置

技术领域

本发明涉及用于在光学数据传输时对彩色编码方法进行稳定化的方法和装置。

背景技术

从现有技术中已知借助于可见光的数据传输（“可见光通信（Visible-LightCommunications）”，VLC），其例如可以在对常规无线电技术的补充中被使用。在此，例如可以经由发光二极管（LED）传输数据。在此，例如以对于人不可觉察的调制的形式传输要传输的数据流。

此外，已知一种用于可见光的较新的编码方法，该编码方法基于利用基本颜色的彩色编码。在专业领域中也在概念CSK（“色移键控（Color Shift Keying）”）下参照这种方法。对于该编码方法的其他较旧的称呼是CCM（“色码调制（Color Code Modulation）”）或CMC（“颜色复用编码（Color Multiplex Coding）”）。

在应用该彩色编码方法下VLC的功能原理粗略地说在于，使用由多个基本颜色混合的照明来附加地传输数据，其中相应的基本颜色快速地被调制为使得对于人眼而言总体地识别到连续的混合色。通常为此使用红色、绿色和蓝色三个基本颜色，这些基本颜色可以以在技术上充分考虑的方式通过相应的发光二极管发出。

CSK的详尽的描述在标准IEEE P802.15.7的修改建议，Yokoi等人：“ModifiedText clause 6.9.2.2”,2010年1月17日，文献标识“15-10-0036-00-0007”中找到。对于CSK建议的应用之一是VLC，也即利用光的自由空间通信。

在所述的修改建议中描述了在接收机侧对在发送机侧设置的基本颜色发光二极管的光学功率的变化进行补偿。根据该修改建议，不基于仅仅接收机侧的补偿来设置对在发送机侧所发出的辐射的补偿。

用于在发送机侧补偿的方法由申请人在于2010年11月5日提交的具有申请号PCT/EP2010/066907和标题“Verfahren und Anordnung zur Stabilisierung einesFarbkodierungsverfahrens bei einer optischen Übertragung von Daten”的国际专利申请中被建议。在所述的方法中规定，由发送机将校准消息发送给接收机。在接收机中通过将从所接收的校准信息中导出的信道特性与先前在接收机中存储的信道特性进行比较来确定补偿信息。该补偿信息被发送给发送机，在所述发送机中基于所确定的补偿信息进行至少一个发送参数的匹配。

所建议的方法虽然能够实现光学功率在发送机侧的补偿，然而具有以下缺点：对于其实施需要以协议交换的控制消息的大量改变。例如，需要附加的控制消息来传送补偿信息，该补偿信息在协议中迄今未被设置。所建议的方法的另一缺点在于，存储信道特性并且在接收机中基于所存储的信道特性计算补偿信息，这对接收机的资源提出附加的要求。

发明内容

本发明的任务是，规定用于在发射机侧补偿所发送的光学辐射的光谱的装置，其对为实施补偿装置所需要的改变提出较少的要求。

本发明的解决通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求9的特征的光学传输系统来进行。

本发明规定一种用于当在发送机和接收机之间光学地传输数据时对彩色编码进行稳定化的方法，其中为了对数据进行编码和传输设置基于多个基本颜色的彩色编码方法，其中相应的基本颜色通过至少一个相应的发送机侧的光学辐射源来发送并且在接收机侧由相应的光学辐射接收机接收。

由发送机构成的校准消息包括至少一个时间序列，在所述时间序列内利用要发送的光学功率的值调整至少一个分配给基本颜色的光学辐射源。因此换句话说，通过该校准消息以定义的方式来操控为相应的基本颜色所设置的辐射源，使得可以接着确定在由相应的辐射源所发送的光学功率和在相应的辐射接收机处所接收的光学功率之间的关系。校准消息在接收机处被接收；接着，在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应的值被确定。在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应的值随后被传送给发送机。

根据本发明，在发送机中使在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应的值与在相应的光学辐射源处所发送的光学功率的相应的值产生关系。基于该关系，确定补偿信息，其中基于该补偿信息在发送机侧对至少一个发送参数进行匹配。

概念“发送机”和“接收机”下面可以被理解为，“发送机”除了其在双工运行中不仅发送数据而且接收数据的特性之外同时用作光源，而“接收机”虽然在双工运行中能够发送和接收数据，但是不必要作为光源被运行。发送机作为光源运行包括作为空间照明或者也作为显示板的示例性实施方式。

概念“相应的光学辐射接收机”按具体情况包括一个或多个辐射接收机，所述辐射接收机被设置用于接收一个或多个基本颜色。相对应的情况适用于相应的光学辐射源。

本发明以有利的方式能够实现所发送的光学辐射的混合色的发送机侧的补偿，所述混合色例如由于各个基本颜色的强度漂移而发生了改变。

本发明的重要优点可以在于，在使用本发明的装置情况下在协议方面可以仅进行轻微的改变。在接收机侧的协议处理时仅仅规定，确定为相应的基本颜色设置的光学功率以及通过反向信道向发送机传输光学功率的相应的值。首先提到的确定不需要在总归为接收和为确定光学功率的值所设置的流程方面的改变。其次提到的对光学功率的相应的值的反向传输有利地局限于“中继（Relaying）”方法，在该“中继”方法的情况下，所接收的值的单纯返回与少量协议耗费相关联。尤其是有利的是，使接收机与由现有技术中已知的措施脱离，所述措施需要维持数据和从所维持的和当前所测量的数据计算补偿信息。该实施和计算耗费现在被转移到发送机上，这在如下方面是有利的，因为总归给发送机分配在补偿中的中心角色。

本发明的有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。

有利的扩展方案涉及在发送机和接收机之间的联合。本发明以及本发明的扩展方案导致由发送机和接收机发送的校准消息的相对于迄今已知的方法的改善的带宽效率。该改善的带宽效率可以归因于：在联合期间仅须一次性地交换配置消息，并且只有当所谓的校准消息或者“可见性帧（Visibility Frame）”由发送机发出时，才接着确定在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率。例如当当前不能传输另外的时，发送可见性帧。根据本发明的颜色稳定性因此原则上不与数据通信业务竞争，这在前述的方法时情况如此。

附图说明

具有本发明的其他优点和扩展方案的实施例在下面根据附图更详细地予以阐述。

在此：

图1示出用于示意性地表示光学传输系统的结构图；

图2示出用于示意性表示本发明调节回路的结构图；

图3以第一表示示出具有由4个点定义的颜色分配的二维CIE标准彩色图表；

图4以第二表示示出具有由4个点定义的颜色分配的二维CIE标准彩色图表；

图5示出具有由8个点定义的颜色分配的二维CIE标准彩色图表；

图6示出具有由16个点定义的颜色分配的二维CIE标准彩色图表；

图7示出与所输送的驱动电流有关的辐射源的光学辐射功率的交流电流特性；

图8示出与所输送的驱动电流有关的辐射源的光学辐射功率的直流电流特性；

图9示出根据本发明的实施变型方案用于示意性地表示光学传输系统的结构图；

图10示出用于表示在示例性校准消息内的符号的时间序列的结构图；和

图11示出基于数据的光学传输在网络节点与协调器联合时表示所交换的消息的时间序列的结构图。

具体实施方式

图1示出用于可见光的基于CSK（“色移键控”）的光学数据传输系统，例如VLC系统（“可见光通信”）。

数据传输系统基本上由发送机TX、传输段TRM以及接收机RX组成。传输系统以双工运行方式工作，其中发送机TX不仅可以发送数据而且可以接收数据。相对应的情况适用于接收机RX。

CSK方法基于具有例如红色、绿色和蓝色的多个基本颜色的彩色编码。CSK的详尽的描述在标准IEEE P802.15.7的修改建议，Yokoi等人：“Modified Text clause6.9.2.2”,2010年1月17日，文献标识“15-10-0036-00-0007”中找到。

在图1中，出于简单化原因在发送机TX侧仅仅示出对于发送所需要的功能单元以及在接收机RX侧示出对于接收所需要的功能单元。

根据图1考虑CSK系统的传输功能。以一般写法，下面A表示矩阵并且a表示列向量。

在发送机侧TX，首先将数字数据DAT输送给彩色编码器CC。数据DAT在彩色编码器中根据映射规则被转换成XY值。这些XY值对应于在根据稍后要描述的图3的XY颜色坐标系中的值。

在彩色编码器CC的输出端处，这些二维数据（在该图中通过两个箭头象征性地表示）被输送给变换器TR，在所述变换器的输出端处将信号的三个数字信号强度值分别提供给三个基本颜色之一。针对相应的基本颜色索引i、j、k的三个数字信号强度值以信号强度向量描述：

共同的索引Tx在这里和下面代表发送机侧的参量。上角标（b）代表相应的信号强度值的二进制值。

相应的数字信号强度值被输送给转换器DA，在所述转换器中将数字信号强度值转换成模拟信号参量。三个模拟信号参量作为针对相应的基本颜色索引i、j、k的相应的电流参量以电流强度向量来描述：

这些模拟信号参量被输送给分别所属的光学辐射源Ti、Tj、Tk，也即第一光学辐射源Ti、第二光学辐射源Tj和第三光学辐射源Tk。

根据本发明的优选实施例，第一光学辐射源Ti对应于红色发光二极管，第二光学辐射源Tj对应于绿色发光二极管以及第三光学辐射源Tk对应于蓝色发光二极管。

如此由相应的辐射源Ti、Tj、Tk发送的光学辐射通过传输段TRM在接收机RX的方向上被引导。

由相应的辐射源Ti、Tj、Tk发出的光学功率分量以所发送的光学功率的矢量方式来描述：

在接收机RX侧，所发送的光学辐射射到被调整到相应的基本颜色的辐射接收机Ri、Rj、Rk，也即第一光学辐射接收机Ri、第二光学辐射接收机Rj以及第三光学辐射接收机Rk。

到达相应的辐射接收机Ri、Rj、Rk的光学功率分量以所接收的光学功率的矢量方式来描述：

共同的索引Rx在这里和下面代表接收机侧的参量。

以类似的、与发送机TX相反的方式，在接收机RX中将相应的光学信号通过光学辐射接收机Ri、Rj、Rk转换成模拟信号。三个模拟信号参量作为针对相应的基本颜色索引i、j、k的相应的电流参量以电流强度向量的方式来描述：

模拟电信号被输送给相应的转换器DA，在所述转换器中进行相应的模拟信号参量到相应的数字信号强度值的相应转化。针对相应的基本颜色索引i、j、k的三个信号强度值以信号强度向量的方式来描述：

在三个相应的转换器DA处所截取的数字信号强度值被输送给变换器TR，所述变换器以与发送机TX相反的方式将值三元组转化成值两元组，该值两元组又被输送给彩色解码器CD，在所述彩色解码器的输出端处最后提取数据DAT，所述数据在正确的运行方式下与输送给发送机TX的数据DAT相同。

下面示出各个参量的计算关联。

根据

通过所发送的光学功率与透射率矩阵T的乘法来描述在所接收的和所发送的光学功率之间的关联。透射率矩阵T描述从相应的基本颜色辐射源Ti、Tj、Tk到为分别另外的基本颜色所设置的辐射接收机Ri、Rj、Rk的光学透射率。透射率矩阵T的系数如下被表示：

换句话说，透射率矩阵T描述光的传播特征，例如由第一光学辐射源Ti发送的红色光中的多少到达针对蓝色光设置的第三辐射接收机Rk。该关联通过系数确定。

另一关联可以在由辐射接收机Ri、Rj、Rk输出的电流强度和所接收的光学功率之间描述：

该方程式通过所接收的光学功率与灵敏度矩阵E的乘法来描述在由辐射接收机Ri、Rj、Rk输出的电流强度和所接收的光学功率之间的关联。灵敏度矩阵E描述在接收基本颜色之一时颜色选择的辐射接收机Ri、Rj、Rk（光电感受器）之一的灵敏度。

典型地，但是非强制性地，使用与基本颜色发光二极管、也即光学辐射源Ti、Tj、Tk完全一样多的辐射接收机Ri、Rj、Rk。在将索引i分配给“红色”，将j分配给“绿色”并且将k分配给“蓝色”情况下，矩阵E的元素例如是在接收由红色LED发出的光时红色光电感受器的灵敏度。灵敏度矩阵E因此考虑响应于基本颜色的相应的辐射接收机Ri、Rj、Rk和附加地可能设置的滤色器的谱效率，以及通过对灵敏度矩阵E的系数进行相应地线性组合，考虑在响应于相应基本颜色的辐射接收机Ri、Rj、Rk之间的“串扰”。灵敏度矩阵E的系数如下被表示：

另一关联可以在相应的数字信号强度值（概况地以信号强度向量的形式）和由辐射接收机Ri、Rj、Rk分别输出的信号强度之间来描述：

操作数在这里和下面表示处于花括号中的自变量的通过模拟数字转换器转变的值。

接收机侧的转变矩阵B是对角矩阵并且描述在模拟和数字接收机信号之间的转变因子。

最后可以与上述关联类似地也在发送机TX侧建立在分别输送给相应的辐射源Ti、Tj、Tk的电流强度和相应的数字信号强度值（概括地以信号强度向量的形式）之间的关联：

操作数在这里和下面表示处于花括号中的自变量的通过数字模拟转换器转变的值。

发送机侧的转变矩阵A同样是对角矩阵并且描述在相应的数字信号强度值与分别输送给相应的辐射源Ti、Tj、Tk的驱动交流电流之间的关联。发送机侧的转变矩阵A的系数如下来表示：

下面的方程式建立在接收机侧的和发送机侧的信号强度向量之间的关系：

。

如果光学辐射源Ti、Tj、Tk之一的量子效率——换句话说，分别所输送的驱动电流与光学功率的比例（Verhältnis）——随着时间改变，则随之出现函数f改变成经修改的函数f’。从而，在相同的发送机信号情况下，所接收的信号改变并且从而按照上述方程式接收机侧的信号强度向量也改变。如果其值在发送机TX侧可供使用，则可以根据

推导关系。信号强度向量对应于经修改的在接收机侧的信号强度向量，其中相对于信号强度向量的经修改的接收机侧的信号强度向量基于量子效率方面的上述改变得出。

在上述关系情况下，基于在方程式中设立的参量的二进制表示中的假设的足够高的位长，假设所述参量与其相应的二进制值相同，使得代表二进制值的上角标（b）在上面的关系中不再存在。

此外，基于接收机侧的模拟数字转换器以及发送机侧的数字模拟转换器的假设的足够高的量化深度，也将操作数和从上面的方程式中消除。换句话说，假定经转变的值与要转变的值相同。

量子效率方面的改变例如通过温度变化或由于发送辐射源中的老化过程得出。量子效率的改变对于相应的光学辐射源Ti、Tj、Tk意味着，在相同的电流情况下或多或少的光学功率被发出。

利用本发明的装置，为了对彩色编码方法稳定化应该实现在发送机侧对在各个基本颜色辐射源的光学功率方面的变化进行补偿。为此首先用补偿函数c变换所发送的信号强度向量，使得得出下面的关系：

上述方程式可以以缩短的形式被引入：

上述关系提出了一个复杂的逆问题，对于该关系存在至少两种实际情况，对于这些实际情况而言，该关系可以以封闭的（geschlossen）形式来解决。

在两种情况下适用的是

其中是对角矩阵，其在下面也称为补偿矩阵。

对于第一情况，在该第一情况下仅仅按照在图7中所示的辐射源的光学辐射功率的函数的特性曲线的尺寸根据所输送的驱动交流电流遭受改变，但是其曲线形式（形状）不遭受改变，可以将特性向量函数表达为：

其中是对角矩阵，其可以被理解为一般性量子效率矩阵，所述一般性量子效率矩阵映射相应的辐射源Ti、Tj、Tk的量子效率方面的改变。与此不同地，如此定义的向量函数与相应的辐射源Ti、Tj、Tk的量子效率无关。对于该情况的补偿因子可以根据下面的关系来确定：

应该注意的是，基于上面的关系对在补偿矩阵内的补偿因子的确定基于多个在发送机侧可确定的因子以及基于唯一的接收机侧的参量、也即接收机侧的信号强度向量。其他发送机侧的因子包括发送机侧的转变矩阵A以及与相应的辐射源Ti、Tj、Tk的量子效率无关的向量函数。

换句话说，在知道从接收机向发送机发送的接收机侧的信号强度向量的情况下实现发送机侧的辐射源的补偿以及从而彩色编码的稳定化。

对于第二种纯线性的情况，对于该情况，与i线性有关，也即：

补偿矩阵的确定简化为：

应该注意的是，基于上面的关系对在补偿矩阵内的补偿因子的确定基于在发送机侧可确定的因子以及基于唯一的接收机侧的参量，也即接收机侧的信号强度向量。

在该第二情况下也在知道从接收机向发送机发送的接收机侧的信号强度向量的情况下实现发送机侧的辐射源的补偿以及从而彩色编码的稳定化。

为了校正发送参数，建议根据图2和9的下面的方法。

图2首先示出用于示意性地表示本发明调节回路的原理图。在此，重新地示出从图1中已知的功能单元，即发送机TX和接收机RX。

发送机TX构成至少一个校准消息CAL并且将该校准消息传送给接收机RX。校准消息CAL包括至少一个时间序列，在所述时间序列内，利用要发送的光学功率的值调整至少一个分配给基本颜色的光学辐射源。

校准消息CAL在接收机RX中被接收。在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应的值由接收机RX在相应的消息的范围中经由接收机侧的发送接口TI通过反向信道BC发送给发送机TX。在那里，消息经由发送机侧的接收接口RI被接收。

在发送机TX中，使在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应的值与在相应的光学辐射源处发送的光学功率产生关系。基于上面描述的关系然后确定补偿信息，其中基于该补偿信息进行至少一个发送参数的匹配。

图9尤其是示出光学数据传输系统的从图1中已知的功能组件，其中在图2中所示的调节回路通过反向信道BC实现。

在发送机TX侧设置校准消息发生器TSG，通过所述校准消息发生器将数字校准消息施加到相应的光学辐射源Ti、Tj、Tk的相应的转换器DA的输入端上。接着转变的和经由光学辐射源Ti、Tj、Tk发送的校准消息在接收机侧Rx相应地被解码。在分析单元CU中，在相应的光学辐射接收机Ri、Rj、Rk处接收的光学功率的相应的值被确定。接着，相应的消息中的相应的值经由反向信道BC被发送给发送机TX的颜色稳定化模块CSM。

在颜色稳定化模块CSM中，现在使在相应的光学辐射接收机Ri、Rj、Rk处接收的光学功率的相应的值与在相应的光学辐射源Ti、Tj、Tk处发送的光学功率的相应的值产生关系。作为该关系的结果，确定补偿信息，其中基于该补偿信息进行至少一个发送参数的匹配。为此，接着将要发送的数字信号通过相应的校正元件Ci、Cj、Ck的中间电路与相应的补偿信息相乘，使得所发出的光的混合色与初始的再次一致。例如，为相应的基本颜色确定相应的补偿因子。

在图3中示出根据国际照明委员会CIE的定义的二维标准彩色图表。在此，将三个基本颜色、例如红色、绿色、蓝色映射到两个坐标x、y上。第三基本颜色对于彩色图表的每个点在计算上从两个其他基本颜色中通过关系x+y+z=1确定。从而图3示出借助于在图1中所示的变换器TR将二维xy值换算（映射）成三维信号数据。

在根据图3的标准彩色图表内，示出用于也称为4 CSK的4点CSK方法的颜色分配或颜色映射。相应的4-CSK传输系统能够对于每个所传输的符号传输两位数据。在此，定义四个颜色点00，01，10，11，其中用叉号表示的颜色点01构成在所示星座（Konstellation）的顶点中所布置的其余三个颜色点00，10，11的重心。该重心01经常也称为“重力中心（Centreof Gravity）”。其余的颜色点00，10，11定义其他三个符号，所述其他三个符号以该顺序基本上对应于基本颜色绿色、蓝色和红色。

在重心01处所示的箭头象征性地表示重心01的漂移，该漂移可能基于在辐射源Ti、Tj、Tk中所使用的发光二极管的直流电流特性由于辐射源Ti、Tj、Tk的非线性或与直流电流有关的量子效率的改变而引起。

在颜色点00，10，11处分别所示的箭头象征性地表示偏心的颜色点00，10，11的漂移，该漂移可能基于在辐射源Ti、Tj、Tk中所使用的发光二极管的交流电流特性由于辐射源Ti、Tj、Tk的线性的或与交流电流有关的量子效率的改变而引起。

因为颜色点在颜色分配中的相应的位置和布置以所阐述的方式被用于对符号进行编码和解码，所以在图3中所示的图表也称为星座图。

在图4中是用于也称为4 CSK的4点CSK方法的从图3中已知的星座图。该星座图以无附图标记的方式示出，以便能够实现与具有根据下面的图5和6的较高值的符号数量的星座图的可比性。

在该图以及下面的图5和6中用点所示的最外的符号或顶点以较高值的颜色分配保持。星座图的这些顶点基本上对应于基本颜色绿色、蓝色和红色。

在图5中示出用于也称为8 CSK的8点CSK方法的星座图，其对于每个符号允许3位的编码深度。在该星座中，重心或“重力中心”不被包含在颜色编码中。

在图6中示出用于也称为16 CSK的16点CSK方法的星座图，其对于每个符号允许4位的编码深度。在每个符号4位的该编码深度中，重心如在上面阐述的每个符号2位的编码深度情况下那样被包含在颜色编码中。

关于与内部空间照明并行地使用光学数据传输要需要的用于补偿颜色编码的前提是，通过光学辐射源发送的校准消息不引起对于人类观察者而言在光颜色和光强度方面的改变。

这在上面的图4至图6中所示的颜色分配方面意味着，在一个或多个校准消息中所发送的符号的每个序列的重心必须与相应的星座图的重心一致。该一致性或者通以下方式来实现，其方式是，仅仅发送一个符号，该符号的颜色点与星座图的重心一致。

可替代地，设置交变符号的序列，其平均几何重心与星座图的重心一致。最后提及的第二变型方案具有优点：它也适用于根据图5的8-CSK颜色分配，其中星座的重心不包含在颜色编码中。

因此在本发明的一个实施例中建议，在一个或多个校准消息中设置交变符号的序列，这些符号循环地经历相应的星座图的顶点。在使用三个基本颜色蓝色、绿色、红色时，这意味着，所述的颜色以循环的顺序以相应的符号编码地被经历。

对于应该仅仅关于辐射源的交流电流特征通过相应的重新校准来实现颜色编码的稳定化的情况，足够的是，发送一个或几个校准消息，通过所述校准消息传输一系列相继的符号，其中每一个对应于相应的基本颜色的符号仅仅被发送一次或者也以仅少量次数重复。

而如果应该确定相应的光辐射源的低频热动态性，换句话说，直流电流特性，则仅仅一个或几个符号的传送太短，以致于不能实现为此需要的热平衡。

辐射源的所述的低频热动态性一方面影响静止电流稳定化并且从而影响星座图中的重心的位置，另一方面也影响在辐射源的发射的光学功率中的可觉察的平均颜色。

在辐射源中示例性地使用的发光二极管的典型的热反应时间处于微妙范围中，该微米范围大大地超过符号的处于少于100纳秒范围中的持续时间。

因此，根据本发明的实施方式在描述图10之前建议如此频繁地重复每个符号，直至在相应的辐射源中实现热平衡为止，以便于是切换到下一符号。

强度向量的在接收机侧所接收的信号于是仅仅对于该序列内的最后发送的重复的符号是重要的，因为仅仅处于结尾处的符号通过处于热平衡中的相应的光学辐射源发送。可替代地，在序列的末尾处在适当数量的符号上构成平均值。

在以循环方式切换到对应于星座图中的下一顶点的符号之前，对于典型的发光二极管以及对于借助于可见光的目前已知的数据传输方法的典型传输速率，测量每个符号的大约100次重复。

接收机RX在此将所接收的强度向量形式的在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应值发送回给发送机。可替代地，具有特定于星座图的所有三个顶点的相应平均值的强度向量被发送回。

此处要注意的是，这里所建议的对用于颜色稳定化的CSK调制的使用仅是许多可能的实施例之一。另一例子是使用所谓的开关键控调制（On-Off-Keying-Modulation）。在此情况下，例如在“开（On）”阶段期间如此操控所有三个光源，使得所发出的光的混合色对应于在数据通信业务期间所发送的CSK符号的颜色重心的混合色。

在“关（Off）”阶段期间于是例如没有什么被发送。在本发明的有利的实施中可以仅辐射“开”符号，也就是说，光源在发出符号期间持续地保持为开着。

在选择符号重复率时也可以考虑，对于循环地经历星座图的所有顶点所需要的总时间应该比对于人眼作为闪烁觉察的时间短。如果例如5毫秒的最大允许周期被设置为无闪光的觉察的极限，则允许三个顶点中的每一个的符号序列最大为1.66毫秒。

因为以秒、分钟或者甚至小时的较长时间尺度得出辐射源的量子效率方面的变化，所以不一定需要按照每个符号序列将在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应的强度向量发回给发送机。代替地，可以在接收机中设置定时器，所述定时器确定可以如何频繁地发送所述的强度向量。

图7根据所输送的驱动交流电流IAC示出分配给相应的辐射源Ti、Tj、Tk的发光二极管的光学辐射功率P的函数。该函数也称为发光二极管的与交流电流有关的量子效率。量子效率的交流电流特性根据图7是线性的或准线性的。

在图7中所示的实线在此对应于初始的量子效率QE1，该初始的量子效率在辐射源的运行过程中改变，这里例如减小，这通过根据改变的量子效率QE2的位于下方的虚线示出。

该改变的量子效率QE2导致，对于给出的驱动交流电流i，初始的光学功率下降到较小的值。为了在补偿以及从而对彩色编码的稳定化的范围中再次获得所发送的光学功率的初始值，必须将驱动交流电流改变成较高的值i'。

在图8中根据所输送的驱动电流IDC示出发光二极管的量子效率的函数。该量子效率在此根据关于驱动电流IDC的直流电流特性示出。量子效率的直流电流特性根据图8是非线性的。该非线性的原因是各种各样的性质并且例如通过热惰性和/或发光二极管中的可能的饱和效应引起。

根据本发明的优选实施方式，根据本发明借助于补偿发送参数对彩色编码的稳定化被用于补偿非线性量子效率。以相同的方式，利用本发明的装置也可以关于线性量子效率执行补偿，而对此不设置专门的改变的措施。

图10示出具有重复的符号i、j、k的时间序列的一系列校准消息或示例性校准消息。根据本发明的一种实施方式，利用这些校准消息发送至少一个序列，在所述序列内利用要发送的光学功率的值调整分配给基本颜色的光学辐射源中的至少一个。

相应序列的各个符号i、j、k在此例如对应于星座图中的上面的顶点。通过在序列内无缝地相互排列大量、例如数百至数千分别具有小于1μs的持续时间的重复的符号i、j、k，在此实现光学辐射源的在时间上较长的全照明，通过该全照明实现热平衡的建立和从而用于对星座图中的重心进行稳定化。在图中，在此仅分别示出相应频率的第一和最后的符号i、j、k，省略的符号通过相应的点象征性表示。在与星座图中的第一顶点对应的第一基本颜色的数百至数千符号i的序列之后跟随对应于星座图中的第二顶点的第二基本颜色的数百至数千符号j的序列。接着跟随对应于星座图中的第三顶点的第三基本颜色的数百至数千符号k的序列，以便于是再次以第一基本颜色的数百至数千符号i的序列继续。

根据本发明的一种实施方式，对于这种校准消息尤其是使用所谓的“可见性帧”。根据仍处于形成中的标准802.15.7，可以通过光学辐射源发射光，所述光学辐射源本身不必被用于数据传输。这遵循目的：实施最初不用于数据传输的功能。这种功能例如包括对警告的光学可觉察的信号化。

对于这些功能，设置分组或帧（“Frame”），其虽然包含MAC数据头部项或者“头部（Header）”，但是在帧的有用数据部分（“有效载荷（Payload）”）中不包含为传输所设置的本来的数据。有用数据部分代替地包含产生可见信息的数据，所述可见信息例如颜色变化或者例如用信号表示通信状态或故障报告的闪光信号。所述的帧也称为“颜色可见性调光帧（Color Visibility Dimming Frame）”或者CVD帧。CVD帧也可以以非活动性模式（待机）被发送用于保持可调光的空间照明。

根据对图9的再次考虑，现在阐述补偿信息的确定。

为了在发送机TX侧确定补偿信息，需要接收机侧的强度向量作为参考信号。为此，将一个或多个在接收机侧所接收的强度向量形式的在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应值经由光学反向信道BC传送给发送机TX。

接收机侧的强度向量在接收机侧作为参考强度向量被存储。对于不改变的校准消息的所接收的信号强度的相继测量对于分别注明的时间引起与时间有关的强度向量。如果强度向量中的分量与参考强度向量的相应的分量具有显著的区别，则为光学数据传输要发送的信号在相应的校正元件Ci、Cj、Ck中用补偿矩阵的对角元素校正，尤其是相乘。

可以基于补偿矩阵本身的对角元素的值作出何时需要这种校正的决定。如果这些对角元素显著地不同于值1，则需要对目前补偿因子的校正。可以或者根据预先给定的值域（例如5%的偏差）决定何时应将偏差评定为显著的，或者可以基于数据本身触发决定。对此的例子是使用补偿矩阵的对角元素的直方图。在此，显著的差别可以被评定为超过预先定义的置信区间，例如95%置信区间。

为了避免在位层面上模拟数字转换器或数字模拟转换器的饱和或发光二极管的饱和或损坏，可以引入强度向量的三个值以及其校正的值的先验最大水平。

以相同的方式涉及所有基本颜色的变化，例如光学传输段TRM的长度的变化，可以通过比较补偿矩阵的所有对角元素来识别。如果该矩阵的所有分量经历相同的相对变化，则不需要补偿。

对于除了矩阵的对角元素之外显著与值零不同的情况，由此可以出于不同于迄今所阐述的原因假定对传输段的妨碍。这种妨碍的例子是相对于串扰阻断仅仅一个光学辐射源。这示例性地意味着，光学辐射接收机Ri虽然接收由辐射源Ti发送的光学辐射，但是不接收由其余辐射源Tj、Tk发送的光学辐射。在这种情况下，所涉及的光学辐射源Tj、Tk的驱动电流不被补偿。代替地，例如可以将该信息用于通过发送机TX生成的警告报告。另一选项是使用经修改的参考强度向量和另外使用该经修改的参考强度向量用于另外的补偿。

下面根据图11阐述一般的网络节点到协调器的分配或联合。在这样的消息交换情况下基于本发明的实施例阐述经修改的消息结构。

在前述实施例中作为发送机TX表示的和尽可能地用下面作为协调器描述的功能组件的术语方面的变换应归因于一般性描述，其中协调器包括至少一个发送机TX。这以类似的方式适用于包括至少一个接收机RX的网络节点。

图11示出具有协调器的网络节点（也称为设备或网络设备）的所提及的分配的消息序列。协调器的功能组件在此布置在图的右半边中。这些功能组件包括协调器的MAC层侧的组件CM（在专业领域中也公知为“协调器MLME”）和在最右侧边缘处示出的协调器的较高层CH。协调器的较高层CH在专业领域中也称为“协调器下一较高层（Coordinator NextHigher Layer）”。

在图11的左侧相应地示出网络节点的两个层，详细地为在专业领域中也称为“设备MLME”的网络节点的MAC层DM以及在最左边缘处的网络节点的较高层DH。网络节点的较高层DH在专业领域中也称为“设备下一较高层（Device Next Higher Layer）”。

一旦网络节点加入通过协调器管理的网络，则该网络节点传送其用于在CSK连接中的颜色稳定化的技术能力或“Capabilities（能力）”。下面假设，至少一个连接被构造为CSK连接。在相反的情况下，一般在网络中不需要颜色稳定化功能。

在不限制一般性情况下，下面假设，仅仅请求一个网络节点来发送关于颜色稳定化的当前数据。网络节点以及协调器然后执行在图11中所示的消息交换。

根据图11的消息交换在网络节点的MAC层DM以及协调器的MAC层CM参与的情况下示出。要指出的是，下面在MAC层DM、CM参与的情况下示出的消息的消息交换严格来讲在物理“PHY”层上发生。为了更简单的层表示的目的，放弃对物理“PHY”层的表示。

在该流程开始时，由网络节点的较高层DH向网络节点的MAC层DM发送分配请求10。该分配请求10根据仍处于形成中的标准802.15.7的协定也用“MLME-ASSOCIATE.request（MLME-联合.请求）”表示。

通过发送分配请求10，网络节点请求分配并且利用分配请求10发送其用于在接收机侧执行CSK颜色稳定化的技术能力或“Capabilities”。

根据分配请求10的获得，网络节点的MAC层DM将分配请求12发送给协调器的MAC层CM。分配请求12根据协定也用“Association request（联合请求）”表示。

协调器的MAC层CM用确认14确认分配请求12。确认14根据协定也用“Acknowledgment（承认）”表示。下面，部分地未表述地假设，请求消息原则上通过对方的确认消息来回复。

在收到分配请求10、12之后，由协调器的MAC层CM向协调器的较高层CH发送根据协定也用“MLME-ASSOCIATE.indication（MLME-联合.指示）”表示的分配询问20。在那里，作出是否和在哪里调用颜色稳定化的决定。对于要建立的连接是双工CSK连接的情况，支持网络节点的颜色稳定化对于协调器而言可自行决定。如已经提及的，在该描述中仅仅阐述一般情况，其中通过协调器执行颜色稳定化。所有其他可能的情况可以利用相应的专业人员的知识从该应用情况的特殊描述中导出。

在作出是否应该和应该在哪里调用颜色稳定化的决定之后，由协调器的较高层CH向协调器的MAC层CM发送分配应答30，其中相应的字段“Capability-Negotiation-Response（能力协商响应）”根据另外要描述的方式被占用。根据协定也用“MLME-ASSOCIATE.response（MLME-联合.响应）”表示分配应答30。

在该“Capability-Negotiation-Response（能力协商响应）”字段中的信息随后通过协调器的MAC层CM以及网络节点的MAC层DM被转化成相应的MAC消息36、38，所述MAC消息在下面被阐述。同样在图中所示的消息32、34是用于其他消息的占位符（Platzhalter），所述占位符在中间时间中被执行并且对于所示联合是无关紧要的，因此这里不进一步被描述。

协调器的MAC层CM向网络节点的MAC层DM发送分配应答36，所述分配应答通过网络节点的MAC层DM用确认38来确认。分配应答36根据协定也用“Association response（联合响应）”表示，确认38也用“Acknowledgement（承认）”表示。由网络节点的MAC层DM在可调整的时间间隔内根据通过确认14所确认的分配请求12期待通过分配应答36表明的分配，所述时间间隔通过定时器监控。该时间间隔也称为“mac-ResponseWaitTime(mac-响应等待时间)”并且在图中通过以其尖部彼此邻接的两个三角形示出。

在完全传输了所提及的消息36和38之后，网络节点的较高层DM将分配确认40发送给网络节点的较高层DH以用于进一步执行颜色稳定化方法。分配确认40根据协定也用“MLME-ASSOCIATE.confirm（MLME-联合.确认）”表示。

以相同的方式借助于状态显示50从协调器的MAC层CM向协调器的较高层CH报告该分配。状态显示50根据协定也用“MLME-COMM-STATUS.indication”表示。

在结束该分配之后，协调器现在以“可见性帧”的形式向网络节点发送校准消息并且从网络节点获得信号强度向量形式的在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应值。

为了在联合单元以用于协商颜色补偿的技术可能性的情况下在所交换的控制消息的协议方面实施根据本发明的方法，根据仍处于形成中的标准802.15.7的协议建议消息结构的修改。此处再一次强调的是，仅仅传送在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的值并且放弃进一步在接收机侧准备值的根据本发明的解决方案在协议方面仅需要微小的改变。

分配请求10的语义在下面示出：

根据本发明的一种实施方式，在分配请求10中进行参数“CapabilityInformation（能力信息）”的修改，该修改在下面进一步被阐述。参数“CapabilityInformation”指定所分配的网络元件的技术能力或“Capabilities”并且具有数据类型“Bitmap（位图）”，该数据类型也可以采用具有可变长度和内容的数据。

分配显示20的语义在下面示出：

根据本发明的一种实施方式，也在分配显示20中进行参数“CapabilityInformation”的修改，该修改在下面进一步被阐述。

分配应答30的语义在下面示出：

根据本发明的一种实施方式，在分配应答30中进行新参数“CapabilityNegotiationResponse（能力协商响应）”的定义，该定义在下面进一步被阐述。参数“CapabilityNegotiationResponse”指定协调器对网络元件的分配请求的应答。

分配确认40的语义在下面示出：

根据本发明的一种实施方式也在分配确认40中进行新参数“CapabilityNegotiationResponse”的定义，该定义在下面进一步被阐述。

下面，阐述参数“CapabilityInformation”的修改。所属的“能力信息元素（Capability Information Element）”具有以下结构：

能力信息字段（Capability Information Field）

…

在上面的列表中以及在下面省略号“…”表示，相应的项对于相应的实施例的实施不具有含义。

能力信息元素由多个字段组成，其中下面仅仅考虑能力信息字段。能力信息字段在此记录网络节点的一般技术能力，其示例性地在下面的表格中示出：

层	位	功能
			…	…	…
PHY层能力	26	交替的PHY（CSK）支持
			…	…	…

能力信息元素的参数的修改在参数颜色稳定化能力（CSK）方面进行，其中根据本发明的一种实施方式给能力信息字段的位27-28分配以下语义:

位27-28	颜色稳定化方案
		00	无颜色稳定化
01	在接收到可见性帧时，颜色稳定化信息从设备发送给协调器
		10	在接收到可见性帧时，颜色稳定化信息从协调器发送给设备
11	当任何一方接收可见性帧时，颜色稳定化信息从设备发送给协调器和从协调器发送给设备。

详细地，位27-28的值“00”表示，没有颜色稳定化是可能的，值“01”表示，在收到“可见性帧”之后可以将颜色稳定化信息从网络节点发送给协调器，值“10”表示，在收到“可见性帧”之后可以将颜色稳定化信息从协调器发送给网络节点并且值“11”表示，在收到“可见性帧”之后可以将颜色稳定化信息不仅从网络节点发送给协调器而且也反过来，其中所述“可见性帧”或者由网络节点和/或由协调器接收到。但是重要的是要指出，准确的位分配是自由的。例如编码“11”也可以占用含义“无颜色稳定化”。

下面，阐述新参数“CapabilityNegotiationResponse（能力协商响应）”的示例性定义。所属的“能力协商响应字段”具有以下结构：

	位	功能
			…	…	…
所请求的PHY层能力	1-2	颜色稳定化方案
			…	…	…

根据本发明的一种实施方式修改的字段“颜色稳定化方案”具有以下语义：

位	颜色稳定化方案
		00	无颜色稳定化
01	在接收到可见性帧时，颜色稳定化信息从设备发送给协调器
		10	在接收到可见性帧时，颜色稳定化信息从协调器发送给设备
11	当任何一方接收可见性帧时，颜色稳定化信息从设备发送给协调器和从协调器发送给设备。

如果“能力协商响应”包含功能、也即颜色稳定化的功能，则上面的两个表是相同的。关于在MAC层上交换的消息、尤其是分配应答36以及其他在MAC层上交换的消息，根据本发明的一种实施方式进行其他修改。该“MAC命令帧（MAC Command Frame）”的列表下面示例性地示出：

。

借助于所修改的MAC消息“颜色稳定化信息（Color-stabilizationinformation）”，现在支持信号强度向量形式的在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应的值的传送。该消息具有在下面所示的修改的格式：

八位字节	1	2	6
				MHR字段	命令帧标识符	短地址	颜色稳定化信息

为了阐述字段，参照仍处于形成中的标准802.15.7。重要的是注意，颜色稳定化信息的大小也允许传输具有多于足够的分辨率（16位）的整个信号向量。

信号强度向量形式的在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应值的传送在字段“颜色稳定化信息”中进行。

借助于修改的MAC消息“颜色稳定化定时器通知（Color-stabilization-timernotification）”现在支持时间区间的定义，在所述时间区间结束之后推动新的颜色稳定化。该消息具有在下面所示的修改的格式：

八位字节	1	2	2
				MHR字段	命令帧标识符	短地址	颜色稳定化定时器

为了解释该字段，参照仍处于形成中的标准802.15.7。

在对在标准中所提及的时间区间形成的补充中，其他时间区间也仍是可能的。例如，在两个稳定化消息之间的时间可以被计算，如<二进制1>x10^<二进制2>，其中{颜色稳定化定时器}={二进制1 二进制2}。

作为10的可替代的基础同样是可能的。推荐从秒或分钟范围中选择定时器的标准值。在实践中证明的值处于10秒附近的范围中。

根据本发明的一种实施方式，也根据下面的示例性表示设置PIB PIB（物理层个人区域网信息库（Physical-Layer Personal-Area-Network Information Base））的修改：

。

此外，用于定时器的可替代的大小范围也是可能的，参见上面的实施。

根据本发明的扩展方案的另一优点在于，在联合阶段中利用同一调整能够实现与直流电流有关的以及与交流电流有关的量子效率的补偿。因为接收机仅仅发送回所接收的信号，所以该接收机不需要区分：这些信号是否在长可见性帧（如对于与直流电流有关的补偿）或者短可见性帧（如对于与交流电流有关的补偿）的末尾处被测量。

因此，发送机通过它测量CSK帧的长度具有通过所发出的可见性帧的长度确定所述一个或另一模式的灵活性。如在先前已知的方法中需要的其他MAC信号化根据本发明的扩展方案因此以有利的方式是不必要的。

Claims (11)

1.用于在光学传输数据时对彩色编码进行稳定化的方法，

-其中为了在发送机和接收机之间传输数据设置基于多个基本颜色的彩色编码方法，

-其中相应的基本颜色通过至少一个相应的发送机侧的光学辐射源发送并且在接收机侧由至少一个相应的光学辐射接收机接收，

-其中由发送机构成至少一个校准消息，所述至少一个校准消息包括至少一个时间序列，在所述时间序列内利用要发送的光学功率的值调整至少一个分配给基本颜色的光学辐射源，

-其中由发送机发送至少一个校准消息，

-其中在接收机中接收至少一个校准消息，并且在相应的光学辐射接收机处接收的光学功率的相应值被确定并且被发送给发送机，

-其中在发送机中使在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应值与在相应的光学辐射源处所发送的光学功率的相应值产生关系，

-其中基于该关系确定补偿信息，其中基于该补偿信息进行至少一个发送参数的匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，校准消息被构造为颜色可见性调光帧。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多个相继的校准消息分别包含相同的编码，其对应于星座图中的顶点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率，所述光学功率在分别具有相同的编码的一个或多个相继的校准消息之后被接收。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述校准消息被构成为可见性帧。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，确定、构成在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的值的平均值。

7.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于用于通过协调器分配网络节点的联合方法，其中在协调器侧确定彩色编码的稳定化的规模和方式。

8.根据权利要求7所述的方法，联合方法的特征在于，设置分配应答（30），网络节点利用所述分配应答将用于执行彩色编码的稳定化的技术能力传送给协调器。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设置消息，利用所述消息传送时间区间的定义，在所述时间区间结束后促使彩色编码的重新稳定化。

10.用于在发送机和接收机之间光学地传输数据的光学传输系统，其被设立用于在使用基于多个基本颜色的彩色编码方法的情况下对所述数据进行编码和传输，具有用于发送相应的基本颜色的相应的发送机侧的光学辐射源和用于接收相应的基本颜色的相应的接收机侧的光学辐射接收机，其特征在于，

在接收机中所设置的分析单元（CU），用于确定在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应的值；

反向信道（BC），用于传送通过分析单元（CU）所确定的相应的值；

在发送机中设置的颜色稳定化模块（CSM），用于基于在相应的光学辐射接收机处所接收的光学功率的相应值与在相应的光学辐射源处发送的光学功率的相应值之间的关系确定至少一个补偿因子；

在发送机中设置的校正元件，用于基于所述关系确定至少一个补偿信息并且基于所述补偿信息匹配至少一个发送参数。

11.光学传输系统，用于执行根据前述权利要求1至9之一所述的方法。