CN105743579A - 可见光发送器、可见光接收器、可见光通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种发送装置，所述发送装置包括：多个发光器，被配置为发射不同颜色的光；以及控制器，被配置成：根据映射规则将数据转换成为颜色坐标中的坐标值，基于转换的坐标值以及所述多个发光器的坐标值确定所述多个发光器中的每一个的光强度，以及基于确定的光强度控制所述多个发光器中的每一个的光强度。

Description

可见光发送器、可见光接收器、可见光通信系统及方法

本申请是申请日为2007年12月26日、申请号为200780053176.1、发明名称为“可见光发送器、可见光接收器、可见光通信系统及方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可见光发送装置、可见光接收装置、可见光通信系统、和可见光通信方法。

背景技术

使用可见光范围的光的光学通信技术近来备受关注。伴随着使用诸如发光二极管(LED)之类的发光器件的照明设备的迅速增多，正在开发使用包括室内和室外照明的基础设施来实现更方便、更高速率的数据通信的技术。

虽然从对人体和医疗设备的影响方面看LED最有希望用于在高速光学数据通信中发光，但是其他半导体发光器件同样可用，包括激光二极管(LD)或超级冷光二极管(SLD)，其提供更快的响应性能。而且，在光学通信中数据率依赖于发光器件的响应速度。为此，需要用于在发光器件的一个发光信号中稳定地传输大量数据的技术。

关于上述问题，例如，日本已公开专利申请公布No.2004-147063(专利文献1)公开了一种根据频率复用信号调整控制电压以改变从光源发射的光的强度的结构。利用该结构，能够在通/断(on/off)控制下改变光源的光强度或传输复用数据。与非复用相比，能够实现更高的数据率。日本已公开专利申请公布No.2006-325085(专利文献2)公开了一种通过控制具有不同的光谱的多个光源的发光来发送不同的数据的结构。更具体地，专利文献2公开了一种通过将数字值(1、0)映射到脉宽调制(PWM)信号的转变定时处的相位改变来传输数据的结构。

发明内容

[技术问题]

然而，因为通过调制光强度来传输复用数据，专利文献1的传输技术增大了因传输路径上光强度的减弱带来的传输错误率。尤其是在可见光通信中，如果作为发送装置的光源是发光器件，其光强度因屏蔽效应而减弱。从而，增大的传输错误率使数据率减小。即便实现了专利文献1的传输技术，也不容易将数据率提高到光源的响应极限。

同时，因为数据的重数(multiplicity)等于或小于具有不同的发射光谱的光源的数量，预计专利文献2的传输技术仅能带来不超过几倍的数据率增长。另外，除了光源发射白光时之外，重数进一步减少。

本发明旨在解决上述问题。从而，本发明的目的是提供可见光发送装置、可见光接收装置、可见光通信系统、和可见光通信方法，其使得能够传输被调制为包括与光源的数量相等数量的值、或更多数量的值的多值数的数据，而且同时抑制由传输路径上光强度的减弱导致的传输错误率的上升。

[技术方案]

为了实现以上目的，在本发明的一个方面，提供一种包括实施可见光通信的发送装置和接收装置的可见光通信系统。该发送装置包括：多个发光器，用于发射不同颜色的光；色度(chromaticity)坐标计算器，用于将数字值映射到色度坐标值；以及光强度控制器，用于基于与数字值对应的色度坐标值来控制每个发光器的光强度。接收装置包括：多个光接收器，具有不同的光谱特性；色度坐标计算器，用于根据由每个光接收器检测到的接收光强度来计算色度坐标值；以及解调器，用于从色度坐标值中解调数字值。

在本发明的另一个方面，提供一种可见光发送装置，包括：多个发光器，用于发射不同颜色的光；色度坐标计算器，用于将数字值映射到色度坐标值；以及光强度控制器，用于基于与数字值对应的色度坐标值来控制每个发光器的光强度。

可以将所述多个发光器分组为多个发光器组，每个组具有多个发光器。

所述光强度控制器可以控制所述多个发光器周期性地以与作为基准点的预定色度坐标值对应的光强度发光。

所述光强度控制器可以控制所述多个发光器中的部分发光器总是以与作为基准点的预定色度坐标值对应的光强度发光。

所述色度坐标计算器可以将无直流编码传输信号映射到色度坐标值。

所述光强度控制器可以控制每个发光器的光强度以使得一个PWM周期中发送器的总光强度比率与对应于数字值的色度坐标值对应。

在本发明的另一个方面，提供一种用于解调与色度坐标值对应的数字值的可见光接收装置，包括：多个光接收器，具有不同的光谱特性；色度坐标计算器，用于根据由每个光接收器检测到的接收光强度来计算色度坐标值；以及解调器，用于从色度坐标值中解调数字值。

该可见光接收装置可以进一步包括色度坐标校正器，其计算用于校准颜色再现的线性矩阵的向量，并补偿由光接收器检测到的接收光强度，该向量的元素是由光接收器检测到的接收光强度。

所述色度坐标校正器可以基于从与作为基准点的预定色度坐标值对应的接收光中检测到的光接收器的接收光强度、以及从作为基准点的预定色度坐标值计算得到的光接收器的光强度来计算所述线性矩阵的每个系数。

所述色度坐标校正器可以基于一个PWM周期中由每个光接收器检测到的总接收光强度来计算色度坐标值。

在本发明的另一个方面，提供一种可见光通信系统中的可见光通信方法，该可见光通信系统包括：具有用于发射不同颜色的光的多个发光器的发送装置、和包含具有不同的光谱特性的多个光接收器的接收装置，该方法包括：由发送装置将数字值映射到色度坐标值；由发送装置基于与该数字值对应的色度坐标值来控制每个发光器的光强度；由接收装置根据由每个光接收器检测到的接收光强度来计算色度坐标值；以及由接收装置从色度坐标值中解调数字值。

在本发明的另一个方面，提供一种具有用于发射不同颜色的光的多个发光器的可见光发送装置中的可见光通信方法，包括：将数字值映射到色度坐标值；以及基于与该数字值对应的色度坐标值来控制每个发光器的光强度。

在本发明的另一个方面，提供一种包含具有不同的光谱特性的多个光接收器的可见光接收装置中的可见光通信方法，包括：根据由每个光接收器检测到的接收光强度来计算色度坐标值；以及从色度坐标值中解调数字值。

当应用上述配置时，可以将数字值映射到色度坐标值以用于传输。因而，多值传输提高了数据率。而且，由于数据传输不受传输路径上光强度衰减的影响，稳定地实现了高数据率。

更具体地，在本发明的另一个方面，提供一种发送装置，所述发送装置包括：多个发光器，被配置为发射不同颜色的光；以及控制器，被配置成：根据映射规则将数据转换成为颜色坐标中的坐标值，基于转换的坐标值以及所述多个发光器的坐标值确定所述多个发光器中的每一个的光强度，以及基于确定的光强度控制所述多个发光器中的每一个的光强度。

[有益效果]

如上所述根据本发明，可以传输被调制为包括比光源的数量更多的值的多值数的数据，而且同时可以抑制由传输路径上减弱的光强度导致的传输错误率的上升。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的可见光通信系统的结构的图；

图2是示出根据该实施例的可见光发送装置的功能结构的图；

图3是示出根据该实施例的可见光接收装置的功能结构的图；

图4是说明根据该实施例的色度坐标映射的图；以及

图5是示出根据该实施例的发光器的空间配置的图。

符号说明

1000可见光通信系统

100可见光发送装置

110发光器

112光源驱动电路

114光源

120多值调制/发光控制器

122色度坐标计算器

200可见光接收装置

210光接收器

212滤镜

214光电转换器

216AD转换电路

220色度检测器/解调器

222色度坐标校正器

224色度坐标值检测器

226解调器

具体实施方式

现在参照附图详细描述本发明的优选实施例。说明书和附图全文中，相同的附图引用数字将被理解为指代基本具有相同功能和配置的元素，以避免冗长的描述。

<本发明的实施例>

下面将首先描述根据本发明的实施例的可见光通信系统1000。根据本发明的实施例的可见光通信系统1000包括：用于将复用数字值映射到预定颜色系统中的色度坐标值的结构；用于控制多个发光器以由色度坐标值指示的色度发光的结构；用于根据处于每种色度的接收光强度比率来检测色度坐标值的结构；以及用于从色度坐标值中解调原始数字值的结构。将参照附图对其作详细描述。

[可见光通信系统1000的配置]

参照图1，将描述根据本发明的实施例的可见光通信系统1000。图1示出根据本发明的实施例的可见光通信系统1000的配置。

如图1中所示，可见光通信系统1000主要包括可见光发送装置100和可见光接收装置200。可见光发送装置100主要包括多个发光器110、以及多值调制/发光控制器120。同时，可见光接收装置200主要包括多个光接收器210、以及色度检测器/解调器220。虽然未示出，但是可见光发送装置100可以包括例如串行/并行转换器，用于基于位将数字值转换为并行值并复用并行值。同时，可见光接收装置200可以包括例如并行/串行转换器，用于将多个位转换为串行数字值。

(可见光发送装置100)

在可见光发送装置100中，多值调制/发光控制器120复用输入的数字值，并将复用数字值映射到预定颜色系统中的色度坐标值。根据调制重数在颜色系统中放置多个色度点。所述色度点与传播区域的多值通信中使用的星座(constellation)上的信号点精确地对应。特别地，颜色系统的色度坐标与信号点明显不同，在于色度坐标表示颜色和色度(chroma)。从而，可以与色度表示一样多地增加数字值的重数。

为了以由与复用数字值对应的色度点指示的色度从多个发光器110发光，多值调制/发光控制器120控制每个发光器110的光强度。在将全部发光器110的光强度之和设置为预定值之后，多值调制/发光控制器120可以确定每个发光器110的光强度比率。即，多值调制/发光控制器120可以将发光器110的光强度比率施加到与复用数字值对应的调制信号。结果，可以避免由传输路径上光强度的减弱导致的传输错误率上升的问题。

(可见光接收装置200)

在可见光接收装置200中，具有对不同波长的光接收敏感性(光谱敏感性)的多个光接收器210接收与色度点对应的光，并测量处于每种波长(颜色)的接收光的强度。色度检测器/解调器220从经数字解调的处于每种波长的接收光的光强度中计算三个激励值，并利用颜色匹配函数使用激励值检测色度点。而且，色度检测器/解调器220解调与色度点的色度坐标值对应的数字值。其中，色度检测器/解调器220基于与多值调制/发光控制器120中使用的一样的颜色系统来解调数字值。假定色度检测器/解调器220已经具有关于置于预定颜色系统中的颜色点的位置的信息。

已经简要描述了可见光通信系统1000的配置。根据该配置，例如，如图1中所示，可以以从发光器110发射的光强度的比率传输关于与多值信号S2、S8和S6对应的色度点的信息。结果，可以将重数提高到等于、或高于发光器110的数量，而且可以避免由传输路径上光强度的减弱导致的传输错误率上升的问题。参照图2和3，下面将详细描述可见光发送装置100和可见光接收装置200的功能结构。

[可见光发送装置100的功能结构]

参照图2，将描述根据本发明的实施例的可见光发送装置100的功能结构。图2示出根据本发明的实施例的可见光发送装置100的功能结构。

如图2中所示，可见光发送装置100可以包括色度坐标计算器122、光强度控制器124、光源驱动电路112、和光源114。色度坐标计算器122和光强度控制器124形成多值调制/发光控制器120。光源驱动电路112和光源114形成发光器110。虽然未示出，但是可见光发送装置100可以进一步包括串行/并行转换器。

(色度坐标计算器122)

色度坐标计算器122将接收的数字值α映射到色度点。即，色度坐标计算器122根据具有预定多值数的色度点的布局，将每个数字值映射到与该数字值对应的色度点的色度坐标值。色度坐标计算器122可以使用包括例如Munsell颜色系统和Ostwald颜色系统以及国际照明委员会(CIE)采用的CIE颜色系统的任何颜色系统(RGB、XYZ(Yxy)、LxUxV、Lxaxb等)作为具有色度点的颜色系统。这是因为根据本发明的实施例的可见光通信系统1000可以通过如稍后描述的、诸如分光光度比色法的方案执行色度检测。

参照图4，将简要描述色度坐标计算器122的具体功能。图4是示出Yxy颜色系统中定义的预定色度点布局的图。图4中，示出2度视场(实线)和10度视场(虚线)。

如图4中所示，例如，在颜色系统中初步设置预定色度点布局s。在可见光发送装置100与可见光接收装置200之间预先共享、或在数据传输期间通过预定方法通知关于颜色系统的类型和色度点布局的信息。图4的示例中，色度点布局s是用于数字值的4位复用(调制重数＝16)的情况。将色度点S0至S15映射到例如图4(B)中所示的数字值。色度坐标计算器122从色度点S0至S15当中选择与输入数字值α对应的色度点，并确定所选色度点的色度坐标值(x，y)。

例如，如果数字值α＝0x7，则色度坐标计算器122选择色度点S7，并向光强度控制器124发送色度点的色度坐标值(x，y)。从以上示例注意到，由于将重数表达为2^M(M为整数)，可以通过将M位数字值映射到一个色度点来执行数据传输。同样，可以如图4(B)中所示将关于图4(A)中所示的颜色系统的色度点布局的信息制表，并在可见光发送装置100与可见光接收装置200之间共享。

(光强度控制器124)

将再次参照图2。光强度控制器124确定处于各种光波长的发光器110的光强度，以便以由色度坐标计算器122确定的色度坐标值(x，y)指示的色度发光。特别地，光强度控制器124计算每种波长的光强度比率，以实现与色度坐标值(x，y)对应的色度。例如，光强度控制器124计算红(R)、绿(G)、和蓝(B)的混合比率，以实现与色度坐标值(x，y)对应的色度，并根据颜色的光强度计算发光器110的驱动电压。

光强度控制器124还确定每种颜色的光强度以使得发光器110的总光强度为预定值，并计算与每种颜色的光强度对应的驱动电压。这是因为，考虑到色度坐标值通常被标准化为亮度(luminance)，优选的是根据总光强度控制发光器110的光强度。如稍后描述的，光强度控制器124向每个光源驱动电路112发送驱动电路控制信号以便在为每种颜色计算的驱动电压下从每个光源114发光。所述驱动电路控制信号用于控制每个光源114的光强度。图2的示例中，光强度控制器124分别向光源驱动电路(A)、(B)、和(C)发送三种驱动电路控制信号a、b、和c。

而且，光强度控制器124可以通过控制光源114在预定时间的总光强度来表示色度。即，光强度控制器124为每种颜色将每个光源114在预定时间发射的光的强度相乘，并利用每种颜色的乘积值作为每种颜色的接收光强度来计算色度坐标值。接着光强度控制器124将每个光源114的驱动电压确定为由色度坐标值(x，y)表示。例如，如果可见光发送装置100是执行PWM控制的照明设备，则可以通过根据PWM周期将累积的光强度值映射到色度坐标值(x，y)来消除PWM控制的影响。

进一步，光强度控制器124在初始化期间、或周期性地根据与预定色度坐标点对应的色度(以下，称为基准点或预定图案)来控制每个光源114的光强度。如稍后描述的，可见光接收装置200使用线性矩阵用于颜色再现的校准，该矩阵校准发送端的发光谱与接收端的光谱敏感性之间的差异。从而，可见光发送装置100可以通过以预定定时、或周期性地以与基准点对应的色度发光来发送用于校准线性矩阵值的基准信号，以应对发送端的发光谱的改变、或接收端的光谱敏感性的改变。

(光源驱动电路112)

光源驱动电路112根据从光强度控制器124接收的驱动电路控制信号来控制稍后描述的光源114的光强度。例如，连接到光源(A)114的光源(A)驱动电路112接收驱动电路控制信号a，并驱动光源(A)114在由驱动电路控制信号a指示的驱动电压下发光。类似地，光源(B)驱动电路112和光源(C)驱动电路112同样分别根据驱动电路控制信号b和c来驱动光源(B)114和光源(C)114。

(光源114)

光源114根据从光源驱动电路112提供的驱动电压发光。虽然光源114被配置为利用诸如LED、LD、或SLD的半导体发光器件，但是它们也可以被配置为利用荧光、CRT显示器、等离子显示面板(PDP)设备、电致发光(EL)显示器、或LCD中包含的发光器件。

如稍后详细描述的，根据本发明实施例的可见光通信系统100通过将数字值映射到色度坐标来传输数据。该数据传输与基于波长调制之类的数据传输不同，而且被执行用于避免对光源114的光谱分布的影响。例如，当检测从使用LED的光源114发射的白光的光谱时，在R、G、和B的波长处出现峰值。然而，上述显示器件发射的白光的光谱在在R、G、和B的波长处具有小峰值，而且光谱很宽。如果使用基于光谱形状或信号强度来检测信号的结构，则将来自光谱形状的差异表示为来自解调数据的差异。因而，需要限制作为光源使用的器件的类型。相反，如果像本发明的实施例一样使用色度坐标来传输数据，则不管光源114的类型如何都可以利用可见光接收装置200接收信号。结果，可以应对具有多种多样的发光器件的光源114。

如图2中所示，可见光发送装置100具有多个光源114。光源114具有它们唯一的光谱分布，而且可以发射不同颜色的光(La、Lb、和Lc)。而且，每个光源114未被限制为单模谐振子。能够将多个光源114分组为多个组，每个组用于发射相同颜色的光，并基于组控制光强度。该情况下。例如，配置光源驱动电路112以使得基于组向光源114提供驱动电压，或者配置光强度控制器124以使得向连接到同一组光源114的光源驱动电路112发送相同的驱动电路控制信号。可替换地，可以借助通过每一组中的全部或部分光源114的通/断控制而控制该组中的光源114的发光数量来调整光的色度。

至此已经描述根据本发明的实施例的可见光发送装置100的功能结构。如果应用该功能结构，则基于色度坐标的数据传输使得能够将数据调制到具有等于、或多于可见光发送装置100中的光源114的数量的值的多值数，增加一个脉冲中能够传输的数据量，并实现更高数据率的数据传输。而且，由于在每种颜色的光强度比率中承载信息，结果得到的传输路径上的光强度衰减的较小影响可以导致降低的传输错误率。由于数据传输是基于色度，能够通过借助色度中包含的色度的数量增加多重值的数量来实现高速度，而且无须挑选光源114的类型。

[可见光接收装置200的功能结构]

参照图3，将描述根据本发明的实施例的可见光接收装置200。图3示出根据本发明的实施例的可见光接收装置200的功能结构。

如图3中所示，可见光接收装置200主要包括滤镜212、光电转换器214、AD转换电路216、色度坐标校正器222、色度坐标值检测器224、和解调器226。滤镜212、光电转换器214、和AD转换电路216形成光接收器210。色度坐标校正器222、色度坐标值检测器224、和解调器226形成色度检测器/解调器220。

(滤镜212和光电转换器214)

滤镜212是具有预定光谱敏感性特性的光学滤镜。更具体地，滤镜212是用于分离每种颜色的光的滤色镜。当光通过滤镜212入射时，光电转换器214根据它们的接收光强度输出电力(Power)。因此，可以通过组合滤镜212和光电转换器214来检测每种颜色的接收光强度。

光电转换器214被配置为利用例如光电二极管(PD)(pn型PD、pin型PD、或雪崩光电二极管(APD))，而且输出其量与接收光强度成比例的电流。因此，光电转换器214可以根据输出电流的幅度输出信号。同时，由于根据本发明的实施例的可见光通信系统1000中在后端利用线性矩阵校准颜色再现，即便可见光接收装置200的光谱敏感性不能完美地与可见光发送装置100的光谱分布匹配，也能够检测色度坐标值。

(AD转换电路216)

AD转换电路216是用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器。AD转换电路216将从光电转换器214接收的各种颜色的信号(模拟信号)转换为数字信号。例如，在图3的示例中，通过滤镜(A')212入射到光电转换器214上的光借助光电转换而被转换为模拟电信号，由AD转换电路216转换为数字信号a'，并接着被提供给色度坐标校正器222。同样地，与通过滤镜(B')212和滤镜(C')212入射的光对应的数字信号b'和c'被提供给色度坐标校正器222。

(色度坐标校正器222)

色度坐标校正器222利用线性矩阵方案校准颜色再现。将简要描述线性矩阵方案。

诸如数字照相机或视频摄像机的拍摄设备中使用被称为线性矩阵方案的颜色校准技术来校准颜色再现。拍摄设备运作以通过将在预定条件(例如恒定照明条件等)下捕获的样本图像(预定颜色图案等)的颜色再现与在实际条件下捕获的样本图像的颜色再现进行比较来确定线性矩阵的分量。具体地，拍摄设备捕获样本图像，并确定将实际捕获的样本图像的RGB数据(为每种颜色测量的接收光强度)转换为保存的样本图像的RGB数据的矩阵分量。

对于除样本图像之外的图像，将线性矩阵应用于捕获的RGB数据，而且RGB数据被转换为滤镜特性或接收光敏度特性没有改变的RGB数据。结果，尽管滤镜特性或接收光敏度特性有改变，可以利用预定样本图像来校准线性矩阵。因而，可以实现基于恒定的滤镜特性或接收光敏度特性的输出结果。

如上所述，当利用颜色坐标通过光学传输复用数据时，与其中接收并解调具有分离的发射光谱的光的一般波长复用方案相比，接收端光谱敏感性的降低导致解调错误率的上升。另外，由于接收端的光谱敏感性依赖于光电转换器214和颜色分离滤镜212的光谱敏感性，例如，光谱敏感性的改变影响颜色再现。

为此，采用用于视频摄像机或数字视频摄像机的线性矩阵方案。根据该线性矩阵方案，通过借助等式(1)将预定矩阵(线性矩阵)与各颜色的接收光强度R、G、和B进行运算来计算各种颜色的经再现校准的光强度R'、G'、和B'。对于视频摄像机等，使用线性矩阵方案以使得颜色再现接近于被定义为视频信号的标准的理想颜色再现。

$\left(\begin{array}{c}{R}^{\&prime;}\\ G^{\&prime;}\\ B^{\&prime;}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)......\left(1\right)$

矩阵的元素a₁₁～a₃₃是根据滤镜212、光电转换器214等的光谱敏感性确定的系数。可以利用关于光强度(R，G，B)和校准后光强度(R'，G'，B')的至少三组数据来计算线性矩阵的每个系数。于是，可见光发送装置100将传输信号与对应于预定色度坐标值的基准信号(基准点)混合，并周期性地、或以预定定时发送混合的信号。可见光接收装置200可以在通过光接收器210接收基准信号之后，在色度坐标校正器222处计算线性矩阵的每个系数。显然，在色度坐标校正器222中预先保存与基准点对应的经校准的接收光强度(R'，G'，B')的值。而且，色度坐标校正器222可以借助最小二乘法利用三组或更多组数据来计算线性矩阵的每个系数。根据最小二乘法，可以计算更可靠的系数。

色度坐标校正器222利用通过以上方法获取的线性矩阵计算等式(1)。即，色度坐标校正器222校准颜色再现以使得发送端的颜色坐标与接收端的相同。结果，即便可见光发送装置100的发射光谱分布不能完美地与可见光接收装置200的光谱敏感性匹配，也能够通过线性矩阵变换使发送和接收端双方的颜色坐标变为相同的。例如，即便可见光发送装置100中光源114的颜色组合改变，也能够解码与色度点对应的数字值，因为色度点S0至S15之间的间距以及它们的相对位置关系是已知的。

当有来自除可见光发送装置100之外的设备的光入射到可见光接收装置200的光接收器210上时，在将光强度(R，G，B)转换为校准后光强度(R'，G'，B')期间添加额外的项。于是，色度坐标校正器222计算下面的等式(2)。

$\left(\begin{array}{c}{R}^{\&prime;}\\ G^{\&prime;}\\ B^{\&prime;}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{R}_0\\ G_0\\ B_0\end{array}\right)......\left(2\right)$

色度坐标校正器222通过计算等式(1)或等式(2)来补偿与各种颜色的接收光强度对应的数字信号a'、b'、和c'，并向色度坐标值检测器224提供产生的经补偿数字信号a、b、和c。

(色度坐标值检测器224)

色度坐标值检测器224基于由色度坐标校正器222补偿的数字信号a、b、和c来检测色度坐标值(x，y)。其中，色度坐标值检测器224基于可见光发送装置100的色度坐标计算器122中使用的颜色系统来检测色度坐标值(x，y)。例如，在图4中所示的Yxy颜色系统的情况下，色度坐标值检测器224利用表示与人眼对应的光谱敏感性的颜色匹配函数从数字信号(a，b，c)计算三个激励值(X，Y，Z)，并从计算结果导出色度坐标值(x，y)。同时，可以像分光光度比色法中所做的一样从数字信号(a，b，c)导出色度坐标值(x，y)。色度坐标值检测器224向解调器226发送导出的色度坐标值(x，y)。

在可见光发送装置100的光强度控制器124考虑PWM控制而驱动光源114的情况下，根据PWM周期发送信号。因而，色度坐标值检测器224在将一个PWM周期中、或预定时段上各种颜色的数字信号(a，b，c)相乘，并根据作为结果的乘积(A，B，C)导出色度坐标值(x，y)。

在一般照明器件中，可以通过借助利用光源的PWM驱动的光强度控制延长或缩短发光时间来调整人类可感知的光强度。根据以上配置，由于利用在至少一个PWM周期上相乘的光强度来测量色度坐标值(x，y)，PWM控制的影响微乎其微。这里注意的一个事项是，PWM周期应当在光源114之间同步。

(解调器226)

解调器226基于色度坐标值(x，y)解调原始数字值α。解调器226可以检测与色度坐标计算器122中使用的颜色系统的色度点布局(参见图4)中色度坐标值(x，y)处的色度点对应的数字值α。特别地，假定解调器226保存关于色度点布局的信息。

上面已经描述根据本发明的实施例的可见光接收装置200的功能结构。根据该配置，计算与各种颜色的接收光强度对应的色度坐标值，并基于色度坐标值(x，y)来解调原始数字值α。因而，可以抑制由传输路径上的光强度衰减导致的传输错误率上升。而且，由于利用线性矩阵方案校准颜色再现，即便发送端的发射光谱分布不能完美地与接收端的光接收敏感性匹配，也能够解调原始数字值α。现在将详细描述通过应用根据本发明的实施例的可见光通信系统1000可以取得的效果。

[实施例的效果]

将详细描述通过应用根据本发明的实施例的可见光通信系统1000的配置可以取得的效果。首先，从与本发明的实施例不同的角度探究可见光通信技术，并接着以对比方式描述本发明的实施例的效果。

(考虑1)

将研究通过三种(R，G，B)光源的通/断控制来执行可见光通信的结构。例如，在独立通/断控制光源R、光源G、和光源B的结构中，可以通过R、G、和B中的每一个发送1位数据，因而可以通过它们的组合发送3位数据。虽然可以将八进制数映射到RGB组合用于传输，但是数据的传输率并未增加，因为同时能够传输的数据位的数量少于光源的数量。为此，与简单的RGB通/断结构相比，根据本发明的实施例的可见光通信系统1000可以提供能够复用等于、或多于光源的数量的数据的特殊效果，因为复用数字值被映射到处于色度坐标的多值色度点。

(考虑2)

将考虑将数据映射到从三种类型(R，G，B)的光源发射的光的强度的绝对值并发送所述绝对值的结构。例如，可以考虑这样的结构，其在发送端通过控制其光强度来从光源发光，而且在接收端测量R，G，和B的接收光强度的绝对值并解调与接收光强度对应的数据。该结构因传输路径上的光强度衰减而增加解调期间的错误率。特别地，当该结构被应用于照明设备等时，光强度因屏蔽等影响而极易衰减。结果，难以提高数据率。为此，根据本发明的实施例的可见光通信系统1000提供如下的特殊效果：因为将数字值映射到色度坐标值用于传输，从而根据为每种颜色测量的接收光强度的比率(相对值)来检测色度坐标值，所以即便光强度在传输路径上改变，光强度的改变也极少影响解调期间的错误率。

(考虑3)

现在将考虑将数字值映射到色差(chrominance)用于传输的结构。可以将色差表达为色环的角度。例如，可以设想一种结构，将数据1定义为：在以处于红色位置的颜色发光之后、在下一定时以与色环从红色顺时针转10度对应的颜色发光。利用色差，和本发明的实施例几乎一样，传输路径上的光强度衰减不影响传输错误率。然而，如果将数据1映射到由10度顺时针转动导致的色差，则数据1的相继传输在特定方向上显著改变颜色。因此，照明器件的颜色显著改变，而且可用的照明器件的类型受限。另外，当数据被映射到小色差时，信号识别水平下降，因而解调期间的传输错误率上升。结果，数据率下降。为此，根据本发明的实施例的可见光通信系统1000提供如下的特别效果：因为根据颜色系统的色度点布局将数字值调制为多值数，不跟随相继传输数据，使用预定颜色范围的复用成为可能，而且照明器件的颜色改变不多(无需挑选光源的类型和用途)。与调制到色差相比，由于使得能够在色度中包含和色度一样多的多值调制，更高速率的数据传输成为可能。

如上所述，根据本发明的实施例的可见光通信系统1000由于将数字值映射到颜色坐标用于传输的基本特性而取得前述的效果。然而，可见光通信系统1000能够取得的效果不限于前述的效果。

例如，可以使用具有比LED宽的3色(R，G，B)发光谱的LCD或PDP作为光源。色度坐标定义基于颜色匹配函数的响应，而不是与光谱对应。因而，即使不同的光谱也导致相同的色度坐标。例如，具有宽发光谱的荧光的白色、和表达为LED的R，G，B的在R，G，B(例如623纳米、523纳米、和456纳米)具有强峰值的白色处于相同的色度坐标。因而，与通过光谱形状识别信号的结构相比，取得无论光源的光谱分布如何都能够识别信号的特别效果。

另一个示例中，有免除使用三原色R，G，B的需要的效果。由于接收端只需要检测色度点的色度坐标值，如果将色度点之间的间距设置为大于噪声，则即便使用除白光之外的光也可以传输数据。例如，可以仅使用蓝(B)和绿(B)光源进行复用。

另一个实施例中，即便可见光发送装置100的光源的颜色改变，也能够进行数据传输而无需改变可见光接收装置200的配置。这是基于以与基准点对应的色度发送预定图案、并利用该预定图案校准线性矩阵的结构。利用使用以预定定时、或周期性地发送的基准信号校准线性矩阵的结构，可以基于色度点之间的间隔、和色度点的相对位置关系将发送端的色度坐标值与接收端的相匹配。因而，能够根据由线性矩阵转换的每种颜色的接收光强度来检测色度坐标点。

进一步，另一个实施例中，由于可以从传输的数据产生时钟信号，所以可以处理许多传输率。

至此，已经详细描述根据本发明的实施例的可见光通信系统1000的效果。如之前所述，典型的照明LED等只实现相对低速率的调制。因此，提供基于相对低速率的调制的光学通信中的数据率至关重要。为此，使用上述配置使得能够利用具有低调制速度的照明器件进行高速数据传输。同时，根据色度之间的距离、噪声、光接收敏感性中的失配宽度、以及纠错能力来确定复用的上限，其也确定上述配置中的数据率的上限。

虽然已经参照附图描述本发明的优选实施例，但是显然本发明不限于相关示例。本领域技术人员不难理解，可以在由所附权利要求书及其等价物限定的本发明的精神范围内作出各种修改或变更，其同样落入本发明的技术范围。

例如，虽然本发明的实施例的以上描述中并未提及传输路径，根据本发明的实施例的技术适用于光纤传输线路以及无线传输线路。特别地，因对抗传输路径上的光强度衰减的强鲁棒性而能够使用复用信号来实现高速光纤光通信。

虽然本发明的实施例的描述中未说明用于空间复用多个光源的结构，但是能够在空间上(以二维方式)放置相同配置的多个光源组用于复用。该情况下，能够以与空间复用一样高的速度传输数据。而且，如图5中所示，用于从某些光源组发送基准信号的结构总是使得能够利用与基准点对应的信号来校准线性矩阵。于是，即便在光从其他光源入射时，也可以快速复原原始状态。当采用该结构时，可以设置在接收端是总是、还是以预定定时执行线性矩阵校准。

虽然本发明的实施例的描述中使用具有处于不同颜色的不同光谱特性的多个光接收器来测量每种颜色的接收光强度，但是也可以使用一个光谱传感器、或一个检测器和一个光谱分析器的组合来执行光的光谱分解。而且，可以将发送器配置为使得使用无直流编码信号，并使得无直流信号对人眼表现为单一点亮的光。其中，所述无直流编码是包含相同数量的1和0的编码。

Claims (18)

1.一种发送装置，所述发送装置包括：

多个发光器，被配置为发射不同颜色的光；以及

控制器，被配置成：

根据映射规则将数据转换成为颜色坐标中的坐标值，

基于转换的坐标值以及所述多个发光器的坐标值确定所述多个发光器中的每一个的光强度，以及

基于确定的光强度控制所述多个发光器中的每一个的光强度。

2.如权利要求1所述的发送装置，其中所述映射规则包括定义关于数据的多个数字值与多个坐标值之间的关系的表。

3.如权利要求2所述的发送装置，其中所述多个数字值的数量以及所述多个坐标值的数量是16。

4.如权利要求1所述的发送装置，其中所述多个发光器的强度之和被设置为预定值。

5.一种接收装置，包括:

多个光线接收器；以及

控制器，被配置成：

根据通过所述多个光接收器中的每一个检测到的接收到的光强度生成颜色坐标中的坐标值，以及

基于映射规则将坐标值解码成为数据的数字值。

6.如权利要求1所述的接收装置，其中所述映射规则包括定义关于数据的多个数字值与多个坐标值之间的关系的表。

7.如权利要求6所述的接收装置，其中所述多个数字值的数量以及所述多个坐标值的数量是16。

8.如权利要求7所述的接收装置，其中通过光接收器中的每一个检测到的接收到的光强度之和被设置为预定值。

9.如权利要求6所述的接收装置，其中所述多个光接收器具有不同的光谱特性。

10.一种操作包括被配置为发射不同颜色的光的多个发光器的发送装置的方法，所述方法包括:

根据映射规则将数据转换成为颜色坐标中的坐标值，

基于转换的坐标值以及所述多个发光器的坐标值确定所述多个发光器中的每一个的光强度，以及

基于确定的光强度通过所述多个发光器中的每一个发射光。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述映射规则包括定义关于数据的多个数字值与多个坐标值之间的关系的表。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述多个数字值的数量以及所述多个坐标值的数量是16。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述多个发光器的强度之和被设置为预定值。

14.一种包括多个光接收器的接收装置的操作方法，包括:

在所述多个光接收器中的每一个中接收光；

根据通过所述多个光接收器中的每一个检测到的接收到的光强度生成颜色坐标中的坐标值，以及

基于映射规则将坐标值解码成为数据的数字值。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述映射规则包括定义关于数据的多个数字值与多个坐标值之间的关系的表。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述多个数字值的数量以及所述多个坐标值的数量是16。

17.如权利要求14所述的方法，其中通过光接收器中的每一个检测到的接收到的光强度之和被设置为预定值。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述多个光接收器具有不同的光谱特性。