CN107432073A - 减少在代码化光中的闪烁 - Google Patents

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Abstract

生成一种驱动信号，其描述具有离散水平的波形，该离散水平用于代表穿插着空闲周期的数据的包，该数据依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码是无DC的，因为至少当数据基本上随机时，码元值平均为零码元的值。驱动信号用于驱动光源，并且由此发射嵌入在所发射可见光中的经编码信号。至少当数据是基本上随机时，驱动信号的水平在包期间具有预定平均DC水平；并且该调制包含使用在至少包含第一水平和第二水平的多个水平之间更迭的无DC调制代表空闲周期，使得在每个空闲周期上该水平平均为包的所述预定DC水平。

Description

减少在代码化光中的闪烁
技术领域
本发明公开涉及嵌在由光源发射的光中的代码化光信号的通信，并且具体地涉及用于将该信号调制至该光中以便减少可见闪烁的方案。
背景技术
代码化光涉及这种技术，其中数据被调制至由光源（例如由LED基灯具）发射的可见照明中。因此除了提供照明（为了该目的，光源可能已经在环境中存在），该光源也充当能够将数据发射至代码化光的合适接收器的发射器。调制在对于人类视觉基本上无法感知的足够高频率进行，也就是说所以用户仅仅感知整体照射并且不感知数据被调制至该照明中的效应（或者该效应是相对地可忽略的或者至少可容忍的）。在这种方式中数据可以被称为嵌入至来自光源的光中。
代码化光可以在许多应用中被使用。例如，一个应用是将信息从灯具发射至用于控制那个灯具的遥控单元，例如发射标识符，该标识符将该灯具与环境中该遥控单元可以控制的其他这种灯具区别开，或者发射该灯具的状态信息（例如报告错误、警告、温度、工作时间等。）。在一个这种示例中，遥控单元可以包含移动用户终端，诸如具有内置摄像头的智能电话或者平板电脑。利用运行合适应用的该终端，用户可以使该摄像头指向灯具并且由此检测编码至来自那个灯具的光中的标识符。给定它正在看的灯具的标识符，该终端然后可以通过经由合适的返回信道（例如经由射频）往回发送返回信号而控制那个灯具。
在另一应用中，代码化光可以用于为了用户利益而提供信息，例如提供灯具的标识符用于在调试中使用，或者使位置相关信息的提供成为可能。例如在室内和/或室外环境中（例如办公楼的房间或走廊和/或校园的道路中）的每个灯具可以布置成发射嵌有各自标识符的光，该各自标识符在那个环境中识别该灯具。如果用户具有配备有摄像头以及用于检测代码化光的关联应用的移动终端，该终端可以检测正照射其当前位置的灯具的标识符。通过在将标识符映射至灯具位置的位置数据库中查找当前位置，这然后可以用于帮助用户导航环境。可替换地或者附加地，这可以用于查找与用户当前位置关联的信息，诸如关于在博物馆的具体房间中展览的信息。例如该查找可以经由该终端有权访问的互联网或者本地网络执行，或者从在用户终端上的本地数据库中进行。可替换地，信息可以直接地被代码化到来自一个或者多个灯具的光中。通常来说，代码化光的适用性不受限。
借助诸如幅度调制或者占空比调制的技术，数据被调制到光中，在该技术中受调制的性质（例如幅度或者占空比）用于代表信道码元。该调制典型地涉及到将数据位（有时称作用户位）映射至这种信道码元上的代码化方案。一示例是常规的曼彻斯特代码，其是二进制代码，其中值为0的用户位以低-高脉冲的形式映射在信道码元上并且数值为1的用户位以高-低脉冲的形式映射在信道码元上。另一示例是近期发展的三进制曼彻斯特代码，其在国际专利申请公开no.WO2012/052935中被描述。
发明内容
在设计使用可见光以发射数据（代码化光）的系统中的一个考虑是减少由人类眼睛所观察的闪烁，或者至少那个闪烁应该是相对地可忽略的。此目标通常通过使用诸如三进制曼彻斯特的特殊数据格式与光源的相对复杂驱动器结合而被满足。然而，这些驱动器倾向于是昂贵和/或笨重的，并且因此不一定对于所有应用是期望的。将会期望提供一种调制技术，其甚至在与不那么复杂和/或更便宜的驱动器一起使用时抑制低频光闪烁。
在代码化光中，数据典型地依照基于包的格式被发射，其中该信号采用一系列数据包的形式，在该系列中每对连贯包之间穿插有空闲周期。在数据包和空闲周期之间的转变是在光强度中的低频分量的主要来源。通过使用无DC编码发射包，这些低频分量可以被减少。也就是说，在一包内的受调制数据码元平均而言代表与在数据包之间的空闲周期那样的相等光强度。无DC代码的示例包括曼彻斯特编码和三进制曼彻斯特。因此原则上，每个包的平均DC水平应是零，如同在空闲周期中那样，并且因此在数据包和空闲周期之间应该不存在变化。
然而，实际上，当这个信号经由不完美驱动器输出时，在实际光中的包的DC水平不恰好等于空闲水平。为了解决这个，本发明提供一种方案，其中光在空闲周期期间以及在数据包本身中被调制。
如果如同在常规情况中那样空闲周期只是全都为0，那么驱动器简单地在恒定水平上工作，并且所以不体验到与在包中相同的由于驱动器不完美引起的偏移。例如所以在利用三或者五水平代码驱动LED的情况中，驱动器仍然产生平均LED电流（与光输出近似成比例），在该平均LED电流之上代码化光码元在包中被调制。在空闲周期期间的信号能量等于“0”码元的信号能量。然而真实驱动器是不完美（例如非线性的）并且所以不能在这个“0”码元水平附近以对称和/或平均分布的方式创造+/-码元，这意味着在实际调制光中包相对于“0”水平实际上不是无DC的。
但是如果如同此处所认识的那样，光也在空闲周期中被调制，然后与在包中已经出现的驱动器不完美相同或者相似的驱动器不完美将在空闲周期中被体验，并且因此与在推测的无DC代码中相同或者相似的偏移将被体验。这消除或者至少减少在包和空闲周期之间的DC水平变化，并且因此减少闪烁。
因此依照此处公开的一个方面，提供一种控制器，包含：调制器，其配置成生成用于驱动光源的驱动器的驱动信号，以便发射嵌入在由光源发射的可见光中的信号，该驱动信号描述具有离散水平的波形，该具有离散水平的波形用于代表穿插着空闲周期的经编码数据包，其中数据包依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码包含形式为对应于平均码元值的零码元、对应于更高码元值的至少一个正码元和对应于更低码元值的至少一个负码元的至少三个离散码元的集合，其中该代码是无DC的，因为至少当数据是基本上随机时，码元值平均为所述平均码元值；其中至少当该数据是基本上随机时，该驱动信号的水平在包期间具有预定平均DC水平；并且该调制器被配置以便在该驱动信号中使用无DC调制以代表空闲周期，该无DC调制在包含至少第一水平和第二水平的多个水平之间更迭，该无DC调制是无DC的，因为在每个空闲周期上该水平平均为包的所述预定DC水平。
优选地，在该驱动信号中，该数据以所述码元的码元速率被编码，并且至少在空闲周期期间该调制在比所述码元速率高的频率在第一水平和第二水平之间更迭。例如，在空闲周期期间该调制可以在码元速率的两倍在第一水平和第二水平之间更迭。
在实施例中，每个空闲周期可以对应于一系列零码元，并且所述调制可以包含由包含第一水平和第二水平组合的码元波形代表在驱动信号中的该空闲周期的每个零码元。
所述调制可以是双水平调制，其仅仅包含第一水平和第二水平。
另外，该调制可以包含，在驱动信号中，利用由第一水平和第二水平的等同持续时间组成的码元波形代表零码元的每个示例。
三或者更多码元代码是有利的，因为他们的频率响应比简单的两水平代码更显著地向零赫兹跌落。例如三进制曼彻斯特是无DC2的，意味着不仅仅频率响应（对于频率所画的信号贡献Y）在零赫兹时变为零，而且频率响应的梯度（即，响应相对于频率的一阶微分）在零赫兹时也变为零。也可以设计具有无DC2性质的其他三或者更多水平代码。
然而，在另一方面，三或者更多水平调制遭受上述的问题：他们易受由于驱动器不完美引入的DC分量的影响。实际地不可能设计完美驱动器，其利用相对于零码元的水平的水平（在相反方向上）恰好相同幅度偏移代表-1和+1码元的。例如，如果0由80%强度代表，并且-1和+1名义上分别由70%和80%强度代表，不可能设计实现此的完美驱动器并且在现实中-和+水平将比如为大约70.5%和90.5%，这意味着平均值不在80%的零水平。两水平调制就其本身而言不遭受这种问题，因为不存在中间码元（并且DC简单地总是在两水平之间的某处跌落）并且因此不需要担心-和+水平是否匹配代表中间0码元的水平。
将期望实现三或者更多码元代码的低端DC滚降（例如无DC2性质），同时转述对两水平调制的驱动器不完美的稳健性。
因此在特别优选实施例中，每个空闲周期对应于一系列零码元；并且调制器被配置，以便在驱动信号中，通过使用第一水平和第二水平的之一或者两者代表每个所述码元的每个示例，使用无DC调制代表空闲周期和包两者。
例如，所述集合的至少一个正码元可以包含+1码元，并且所述集合的至少一个负码元可以包含-1码元；并且所述调制可以包含，在驱动信号中，用第一水平和第二水平的等同持续时间代表每个零码元，由仅仅第一水平代表每个+1码元，以及由仅仅第二水平代表每个-1码元。
所述至少三水平代码的码元可以对应于在零水平的任一侧具有相同数目等间隔水平的奇数个水平。
在实施例中，所述代码可以是至少五水平代码，例如，恰好五水平代码。
例如，所述集合的正码元可以包含+½码元和+1码元，并且所述集合的负码元可以包含–½码元和-1码元；并且所述调制可以包含，在驱动信号中，用由第一水平和第二水平的等同持续时间组成的码元波形代表每个零码元，由仅仅第一水平代表每个+1码元，由仅仅第二波形代表每个-1码元，以及用由第一水平的四分之三持续时间至第二水平的四分之一持续时间组成的码元波形代表每个+½码元，以及用由第一水平的四分之一持续时间和第二水平的四分之三持续时间组成的码元波形代表–½码元的每个示例。
在另外实施例中，所述调制可以至少包含，在驱动信号中，用包含所述第一水平和第二水平的组合的码元波形代表在空闲周期期间零码元的每个示例，并且用除了与该空闲周期的零码元90度异相以外与该空闲周期的零码元相同的码元波形在包期间的零码元的每个示例。
依照此处公开的另一方面，提供一种将数据嵌入由光源发射的可见光中的方法，该方法包含：生成驱动信号，该驱动信号描述具有离散水平的波形，该具有离散水平的波形用于代表穿插着空闲周期的一系列经编码数据包，其中数据包依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码包含形式为对应于平均码元值的零码元、对应于更高码元值的至少一个正码元和对应于更低码元值的至少一个负码元的至少三个离散码元的集合，其中该代码是无DC的，因为至少当数据是基本上随机时，码元值平均为所述平均码元值，所述平均码元值是零码元的值；并且用驱动信号驱动光源的驱动器以便发射嵌入在所发射可见光中的一系列包和空闲周期；其中，至少当数据是基本上随机时，驱动信号的水平在包期间具有预定平均DC水平；并且其中该方法包含，在驱动信号中，使用无DC调制代表空闲周期，该无DC调制在包含至少第一水平和第二水平的多个水平之间更迭，该无DC调制是无DC的，因为在每个空闲周期上该水平平均为包的所述预定DC水平。
依据此处公开的另一方面，提供一种方法，其包含：接收根据此处公开的任何技术嵌有序列的光，并且低通滤波所嵌入信号以便使在每个码元的第一水平和第二水平之间的调制达到平均，并且由此恢复所述至少三水平代码的码元值。
根据本公开的另一方面，提供一种用于将数据嵌入由光源发射的可见光中的计算机程序产品，该计算机程序产品包含在计算机可读存储介质上实施和/或是可从其下载，该计算机程序产品被配置以便当在光源的控制器上运行时执行操作：生成驱动信号，该驱动信号描述具有离散水平的波形，该具有离散水平的波形用于代表穿插着空闲周期的一系列经编码数据包，其中数据包依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码包含以零码元对应于平均码元值、至少一个正码元对应于更高码元值和至少一个负码元对应于更低码元值的形式的至少三个离散的码元列，其中该代码是无DC的，因为至少当数据是基本上随机时，码元值平均为所述平均码元值，该平均码元值是零码元的值；并且用该驱动信号驱动光源的驱动器以便发射嵌入在所发射可见光中的一系列包和空闲周期；其中，至少当数据是基本上随机时，驱动信号的水平在包期间具有预定平均DC水平；并且其中该方法包含，在该驱动信号中，使用无DC调制代表空闲周期，该无DC调制在包含至少第一水平和第二水平的多个水平之间更迭，该无DC调制是无DC的，因为在每个空闲周期上该水平平均为包的所述预定DC水平。
依据此处公开的又一方面，提供一种信号，其包含：用调制波形调制的可见光，该调制波形代表穿插着空闲周期的数据包，数据包已经依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码基于至少三个离散码元的集合，该至少三个离散码元的集合的形式为对应于平均码元值的零码元、对应于更高码元值的至少一个正码元、以及对应于更低码元值的至少一个负码元，其中该代码是无DC的，因为至少当数据是基本上随机时，码元值平均为所述平均码元值，该平均码元值是零码元的值；并且其中：该调制波形使用离散水平代表空闲周期和经编码数据的码元；至少当数据是随机时，该调制波形在包期间具有预定平均DC水平；并且空闲周期在调制波形中利用一调制代表，该调制在包含至少第一水平和第二水平的多个水平之间更迭，并且在每个空闲周期上第一水平和第二水平平均为包的所述预定DC水平。
在实施例中，该方法、计算机程序或者信号可以包含依照任何此处公开的技术的另外特征。
依据本公开的可替换方面，上文提及的使用两水平调制以代表三或者更多码元的技术甚至可以单独在下述场景中使用：数据持续发射而不使用涉及到空闲周期的基于包的格式（数据在一周期上持续发送，该周期太长以至于不能显著地贡献于可见闪烁，例如>0.1s、>1s或者甚至>10s）。该三或者更多水平代码的两水平代表甚至可以在下述场景中无空闲周期调制地被使用：空闲周期相对于包是足够短的，以至于不显著地贡献于可见闪烁（就用户的感知而言是不显著的）。
因此依照此处公开的一个方面，提供一种包含调制器的控制器，该调制器配置成生成用于驱动光源的驱动器的驱动信号，以便发射嵌入在由光源发射的可见光中的信号，该驱动信号描述用于代表经编码数据的具有离散水平的波形，其中数据包依照包含至少三种离散码元的集合的至少三水平代码被编码；其中该调制器被配置，以便在驱动信号中使用仅仅由两个调制水平组成的两水平调制代表该至少三种码元代码的每个码元。
在实施例中，此方面可以与此处公开的任何其他特征结合。另外，依照其他方面，可以提供对应的方法、计算机程序和代码化光信号。
附图说明
为了帮助理解本公开以及示出实施例可以如何实施，通过示例方式参考附图，在附图中：
图1是包含代码化光发射器和接收器的系统的示意方框图；
图2示意性地图示用于代码化光的包发射格式，以及当发射通过不完美驱动器时从发射格式导致的在包周期中的DC分量；
图3是示出可见闪烁分量如何可以由两水平次码元调制减少的图；
图4示意性地示出当信号用两水平次码元调制调制时在位于包之间的空闲周期期间的DC分量如何变得与包周期更相似，因此减少可见闪烁；
图5示意性地示出使用5水平代码编码的数据信号的一部分，以及用两水平次码元调制调制的信号的一部分；
图6是使用5水平代码编码的数据信号的一部分和用两水平次码元调制调制的该部分的另一个示意图示。
图7是示出在用于理想（对称的）调制、非理想（不对称的）调制和具有两水平次码元调制的非理想（不对称的）调制频域中的光强度的测量结果的图；
图8示意性地图示三进制曼彻斯特编码方案；
图9示意性地图示使用三进制曼彻斯特编码的示例信号；以及
图10示意性地图示两水平次码元调制格式。
具体实施方式
图1图示包含发射装置2和接收4的代码化光（CL）通信系统。例如发射装置2可以包含用于照射室内或者室外空间的灯具，并且接收装置4可以包含移动用户终端，诸如智能电话或者平板电脑。
发射装置包含光源12、耦合至光源12的驱动器10、和耦合至驱动器10控制器3。光源12优选地是包含一个或者多个LED的LED基光源，但是可替换地它可以潜在地采用任何其他形式，诸如气体放电灯。驱动器10布置成驱动光源以便引起它发射光，并且控制器3配置成经由驱动器10控制所发射的光以便使数据信号调制至所发射的光。为了实现这个，控制器3包含编码器6和调制器8。编码器6和调制器8可以以存储在发射装置2（包含一个或者多个存储装置，未示出）的存储器上的软件的形式实施，并且可以布置用于在接收装置（包含一个或者多个处理单元，也未示出）的处理器上执行。可替换地，该编码器和/或调制器8可以以这样的形式实施：专用的硬件电路或者可配置的电路或者可重构的电路诸如PGA或者FPGA，或者软件和硬件的任何组合。
不管用什么手段实施，编码器6布置成接收从数据源诸如一应用中待编码的未经编码数据内容1，并且将这个编码至包含不同码元值的一串码元的经编码码元。例如在三水平代码中码元值从在码元值-1、0、+1的集合中选择；或者在五水平代码中码元值可以从在码元值-1、-½、0、+½、+1的集合中选择。调制器8布置成接收此经编码信号并且从该经编码信号生成驱动信号10，用该驱动信号以驱动驱动器10并且由此将数据调制至由光源12所发射的光中。该驱动信号描述待调制至光中的波形，在包括在光的性质中一系列不同的离散的、平坦的水平的波形中被调制—在这个情况下水平的幅度水平。在驱动信号中并且由此在光中的这些离散的水平用于代表从编码器6接收的经编码信号的不同可能码元值。
接收装置包含光传感器14和耦合至光传感器的解码器16。例如光传感器14可以采用摄像头（诸如滚动快门摄像头）或者专用光电管的形式。解码器16可以以在接收装置4的存储器上存储的软件的形式实施并且布置成在接收装置的处理器上运行，或者可以可替换地在硬件、或者硬件或者软件的任何组合中实施。不管用什么方法实施，解码器16布置成接收由光传感器14感知的信号并且使已经调制至所接收的光中的数据解码。
三进制曼彻斯特现在形成现有技术的一部分并且因此对于本领域技术人员已知，但是为了完整性它在此处再次被总结。在解码器6上，待发射的每个数据位映射至以分别的单元脉冲形式的复合信道码元。依照这个方案，存在以在图8中示出的正的和负的“帽”作用的形式的两种可能的单元。映射至值1的数据位的脉冲示出在图8的左手侧上，并且映射至值0的数据位的脉冲示出在图8的右手侧上。数据位是在传输中待传达（convey）实际信息的比特，有时称作“内容数据”或者“用户数据”（甚至如果由用户不明确地创造）。数据位周期在图8中标记TD，具有在用竖直的虚线示出的用户位周期之间的边界。
每个单元脉冲包含在时间上长度TC（比数据位周期小）的一系列初级信道码元。每个初级信道周期包括只有一种代码化信号可以采用的初级水平，并且对于不组合至复合信道码元地传达数据（信息）是不单独地足够的。因此，长度TD的每个复合脉冲是最小的或者最根本的信息（用户数据）的单元，其使用讨论中的编码方案可以在信道上传达，并且长度TC的初级信道码元比这个甚至更小。
在三进制曼彻斯特代码中，每个单元帽作用（每个复合码元）包含在时间中的长度TC的一系列三种初级信道码元，每个数据位周期TD（TD=2TC）的半长度。用于分别数据位的三种初级信道码元是持续的，伴随三者的中间位于分别数据位周期的中间，使得相邻的第一和第三初级信道码元分别跨越（straddle）由初级信道周期TC任一侧的一半的数据位周期TD的开始和结束边界。
对于数值1的数据位，这个映射至示出在图8的左侧上的正帽作用。正帽作用包含：高度-½在分别数据位周期TD的开始（更早的）边界上为中心的第一初级信道码元；跟随有高度+1在分别数据位周期TD上为中心的第二（中等）初级信道码元；跟随有高度-½在分别数据位周期TD的结束（更晚的）边界为中心的第三初级信道码元。在此阶段的“高度”可以以任何合适的方式（term）（诸如无量纲的数字值（最终由调制的信号性质代表，典型地为幅度））代表。
对于数值0的数据位，它映射至在图8的右侧上示出的负帽作用。负帽作用包含：高度+½在分别数据位周期TD的开始（更早的）边界上为中心的第一初级信道码元；跟随有高度-1在分别数据位周期TD上为中心的第二（中等）初级信道码元；跟随有高度+½在分别数据位周期TD的结束（更晚的）边界为中心的第三初级信道码元。
为了创造待发射的编码比特流，相邻用户位的帽作用加和到彼此，由它们的分别的比特周期TD的次数偏移。因为帽作用跨过在数据位周期之间的边界重叠，该作用在位于相邻的数据位之间的重叠区域中加和。即，帽作用沿着边界加入，所以一个数据位周期的更早的边界An与前述相邻数据位周期的更晚的比特边界An+1结合，伴随在两个相邻脉冲重叠的地方信号的高度被合计。在时域中信道码元的导致的序列的示例示出在图9中。
在两个相邻的数据位是值1的地方，这个意思是高度-½的两个重叠的初级信道码元加和至-1的高度。在两个相邻数据位是值0的地方，高度+½的两个重叠的初级信道码元加和至高度+1。在两个相邻数据位是不同值的地方，高度+½和高度-½的两个重叠初级信道码元加和至0。因此在编码流中，每个用户位周期（信息的每个单元脉冲）采用这样的形式：或者当值1的用户位在值1的两个相邻的用户位之间夹层时矩形波的正脉冲，或者当值0的用户位在值0的两个相邻的用户位之间夹层时矩形波的负脉冲，或者当至少一个相邻的用户位是不同的时具有直的边缘的一个或者四个可能配置的不均匀脉冲。也注意，在包的边缘，+½和-½水平保持（图2）。
在等价的变体中，数据位值0和1至正的和负的帽作用的映射可以反转。
常见地，导致的信号（例如图9的导致的信号）然后转换至由发射光源的信号输出的调制性质的变化（例如是否依据幅度或者频率代表）。例如，初级信道码元-1可以由低的光输出水平代表，初级信道码元+1可以由高的输出光水平代表，并且初级信道码元0可以由在高的和低的之间的中间光水平代表。
由于三进制曼彻斯特代码比旧式的二进制曼彻斯特代码在数据位更迭值时提供更加平滑的转变，它可以是有利的，并且导致在频域中的频谱，其在诸如电源哼声的干涉可以发生的低频附近是更加抑制的。具体地，三进制曼彻斯特在频域中不仅仅是无DC的，而是在三进制曼彻斯特中无DC2的，不但分布（Y对f）在零赫兹前往零，而且梯度在零赫兹前往零。然而，本公开的应用不限于三进制曼彻斯特并且在其他实施例中多水平（≥3水平）编码方案的示例也被使用。
三进制曼彻斯特的上述解释已经依据具有如在图2、图9和图10中所示出的“高度”的信号概念的图示，但是实际上在这个阶段上，如同从编码器6至调制器8提供的那样导致的经编码信号仅仅需要依据一系列码元值…0、0、-½、+1、-1、+1（每个从有限码元设置-1、-½、0、+½、+1中选择）代表。实际创造待调制至由光源12所发射的光中的波形的是调制器8。如同下文将被更加详细讨论那样，不同于三进制曼彻斯特信号（例如图9的三进制曼彻斯特）直接调制至在光的调制性质（诸如幅度）中的成比例的变化的常见的情况，在本发明的实施例中调制器8不直接代表以驱动信号的形状的三进制曼彻斯特信号，而是如同下文将更加详细地描述那样将三进制曼彻斯特经编码码元流转换至两水平次码元调制。
在许多应用中，光强度的显著的可见波动是不允许的：可见的闪烁和频闪效果应该尽可能合理地避免。
当光强度在范围[0-100]Hz中示出显著的低频（LF）变化时可见的闪烁发生。如果这些LF分量是足够小的以至于由人类眼睛变得注意不到的，闪烁是避免的。人类眼睛对于在20Hz附近的光强变化是最敏感的。
在光强度中的低频（LF）分量的主要源头是在基于包的发射格式中发生的在数据包和空闲周期之间的转变。这些LF分量由发射无DC包减少。也就是说，在一包内的调制数据码元平均代表如同位于在数据包之间那样等同的光强度。诸如曼彻斯特编码的编码格式确保相对于空闲周期在数据包中DC分量的缺失（至少平均在多个比特上）。实际上，诸如三进制曼彻斯特的一些代码是非数据依赖的，在这些代码中不管数据，每个独立（individual）用户位的码元是无DC的。
但是，虽然原则上代码是无DC的，DC分量可以仍然由不完美驱动器引入。如同在下文中将被讨论那样，依据此处公开的实施例，通过使用两水平调制格式LED驱动器幅度精确度要求（或者实际上其他类型光源的驱动器幅度精确度要求）可以变得不那么关键。
5水平三进制曼彻斯特格式精确地描述光强度水平的相对幅度。然而在实际中，不同的光强度由非理想的灯（例如LED）驱动器创造，该非理想的灯驱动器在调制格式和实际的调制光之间引入错误。如果调制包证明是不恰恰是无DC的（例如由于LED驱动器的非线性的），LF光强度分量被引入。图2示出如果正码元的量级（magnitude）比负码元的量级大LF光强度分量如何被引入。在图2中的顶部时间示意图示出在理想化的情况中随时间的基于包的光强度调制，并且在图2中的底部时间示意图示出如果调制包实际上不是无DC的，低频分量被引入。
高精确度灯驱动器商用上是不那么令人感兴趣的，因为它们的高的复杂性和/或成本。本公开描述一两水平调制技术，其显著地降低灯驱动器幅度精确度要求。也就是说，低频光强度分量变得更小导致更少的闪烁，使得不那么复杂和/或更加有成本效益的灯驱动器可以被使用以调制光。
图3示出与由两水平次码元调制的相同报文相邻的理想的传统5水平报文的LF（闪烁）分量。在全部情况中该报文包含在相邻包对之间穿插着空闲周期的离散包，但是发明人已经经验地观察到与传统的调制方法相比此处公开的两水平次码元调制技术导致更小的LF分量。更小的LF分量增加（increase）离闪烁可见阈值的边限（margin），从而增加光的质量。
该想法是在包的空闲周期期间保持调制而不更迭在码元周期内的平均光强度。由于有限的驱动器调制幅度精确度的DC错误现在总是存在，这导致在包速率更小和更稳定的光强度偏移代替波动。见图3和图4。人类眼睛对LF波动非常敏感但是根本上缺乏注意相对小、稳定光强度偏移（相对于平均光水平是小和稳定的）的能力。在图4中的顶部时间示意图示出使用仅仅两个光强度水平每个码元被调制，并且在图4中的底部时间示意图示出因为两个强度水平当然地在它们的平均值附近是对称的，包闪烁是如何被避免的。
为了位于在包之间调制，在实施例中在信号（即包括空闲周期）中的所有码元分成部分的次码元。次码元被选择使得在一个完整信道码元周期TC中的平均光强度等于如同由输入调制格式（例如在示出的示例中的三进制曼彻斯特）所定义的那样的相同光强度。例如：零码元可以从等同数目的正和负次码元中创造，同时-½可以从三个负的次码元与一个正的次码元的比值中创造，+½可以从使用三个正次码元和一个负次码元中创造。-1由负的次码元水平简单地代表，-1可以被认为是四个负次码元和零个正次码元，并且+1可以被认为是四个正次码元和零个负次码元。
通过调整在正和负次码元之间的比例，两个次码元幅度水平足够创造任意的码元水平。两个次码元幅度水平在它们的平均值附近是根本上对称的，这降低在LED驱动器调制幅度精确度和线性度上的要求。
次码元调制在所发射的光中引入更大的频率分量。然而典型的接收器2存在低通滤波行为，其过滤在原始信号中导致的这些频率。也就是说，接收器的解码器16在传统的调制代码化光格式（例如三进制曼彻斯特）和使用此处公开的技术的两水平次码元调制之间看不到不同。然而在发射器侧2，调制精确度和线性度已经变得不那么关键。
也注意，在实施例中，由于它的滤波效果，接收器2不必要地必须以任何方式被修改并且可以替代是常见的三进制曼彻斯特接收器（或者无论三水平或者更高水平代码被使用的常见的或者未修改的接收器），滤波效果是接收器的内在的性质（例如由于使用匹配的滤波器以探测三进制曼彻斯特码元或者其他这种代码的码元）。可替换地，不排除额外的滤波器或者状态机加入在特别地设计成识别本公开的两水平码元波形的接收器上。
在图5中的顶部时间示意图示出示例代码化光报文的传统的三进制曼彻斯特调制，并且在图5中的底部时间示意图示出依照优选的实施例的相同报文的两水平次码元调制（为了图示在传统的调制上示出是重叠的）。
注意，在空闲周期中引领和拖尾代码化光包的次码元波形的频率比在代码化光包中的码元的频率大。在那两种频率之间的转换可以如同在欧洲专利申请no.13158807中描述的那样实施。这个转变在图5和图6中描绘。图6示出空闲周期和包的中心对齐的波形，伴随在依照对齐技术EP13458807.1所实施的两种之间的转变。
也注意，在图5中的调制报文示出在空闲周期中引导和拖尾所给的包的次码元波形的不同相，并且次码元波形的不同相代表在包中的零码元比次码元波形代表在空闲周期中的零码元。代表在给定的包中的零码元的次码元波形是与在引领空闲周期和拖尾空闲周期中的次码元波形90度异相，伴随代表在拖尾空闲周期中的零码元的次码元波形是与引领空闲周期的次码元波形180度异相。这个的目的是减少由在包的开始和结束上的转变引起的闪烁。如果这种空闲周期（0 ̊ph）-包-空闲周期（180 ̊ph）的组合持续传输，次码元波形相必须从180 ̊至0 ̊跳跃某处。然而，发明人已经观察到在空闲周期的中间中的突然的相跳跃不似乎引入闪烁。
图10以更近的细节的方式示出次码元波形。每个“初级”信道码元具有码元周期TC，其对于所有的码元是普遍的，即每个码元持续码元周期TC的分别的示例（码元速率是这个码元周期的导数，即1/TC）。依照次码元调制的图示的方案，在分别的信道码元的分别码元周期Tc内，在位于由编码器6生成的经编码信号中的引导空闲周期中值0的“初级”信道码元由调制器8映射至在包括（平坦的）高的水平和（平坦的）低的水平的等同持续时间的驱动信号中的码元波形。在后续的包本身中，在经编码码元流中的值0的任何信道码元由调制器8映射至相同驱动信号波形，但是与引导空闲周期的零码元的波形90°异相。在扫尾空闲周期中，值0的信道码元再一次映射至相同驱动信号波形，但是这一次与引导空闲周期的零码元的波形180°异相（并且与信息流本身的波形90°异相）。在所有这些零码元波形中，平均DC信号水平在第一水平和第二水平之间是一半路程。
当值+½的信道码元在由编码器6在另一方面生成的经编码信号的包中表现，这个由调制器8映射至在驱动信号中的码元波形，其包括在更高的水平上的分别的码元周期TC的持续时间的四分之三和在更低的水平上的分别的码元周期TC的四分之一。相似地，对于在编码流中的-½的码元值，这个映射至在驱动信号中的码元波形，其包括在更高的水平上的分别的码元周期TC的持续时间的四分之一和在更低的水平上的分别的码元周期TC的四分之三。因此对于+1的码元值，在驱动信号（在分别的码元周期TC上）中的平均信号水平在第一水平和两水平的中点之间是一半路程（在对于包的第一水平和全面DC平均值之间的一半路程，是平均零水平）；并且对于-1的码元值在第二水平和两水平的中点之间是一半路程（在对于包的第一水平和全面DC平均值之间的一半路程）。
当达到从编码器6中的在经编码信号中的+1和-1的码元值时，存在由调制器8映射至码元波形，其简单地分别包括第一水平和第二水平，即仅仅对于用于+1的完整码元周期TC第一水平和仅仅对于用于-1的完整码元周期TC第二水平。
图7示出光强度谱图的测量结果，其在三种不同情况下：理想（对称的）调制、非理想（非对称的）调制和具有两水平次码元调制的非理想（非对称的）调制。LED由任意波电流源调制，其能够模仿（emulate）全部“几乎理想的”LED驱动器和“非理想的”LED驱动器。就闪烁而言，在19Hz附近的波峰是最重要的。不管在LED驱动电流调制中的决定缺陷，图7示出相对于传统的调制方法两水平次码元调制显著地降低闪烁分量。
将理解，上文实施例已经仅仅当作示例被描述。
例如，本公开的可用性不限于调制具有两水平调制以及空闲周期的实际的包，也不限于在空闲周期中仅仅使用两水平调制。尽管发明人通过经验的观察已经发现当两水平次码元调制使用在空闲周期和包两者中时该技术是最有效的，但是即使仅仅空闲周期用两水平调制调制伴随实际的包仍然以更加常见的方式调制代表从编码器6的信号的三或者更多的水平（例如三进制曼彻斯特码元流的5水平），相似的效果可以至少一定程度上被实现。更加通常地，可以看出，如果空闲周期如同在常见的情况中那样只全部是0s，然后驱动器会简单地在空闲周期中在恒定的水平上操作；但是如果空闲周期使用至少两水平调制，然后空闲周期将如同已经在包中引起的那样经历相同或者相似的驱动器不完美，并且因此将如同在推测的无DC代码中那样经历相同或者相似的偏移。
其他次码元调制方案也是可能的。例如，在一个码元周期内使用更小的次码元和次码元的不同的分布是可能的。上文展示的优选的实施例提供在一实验集合中的最低的LF闪烁分量，在该实验集合中在一个码元间隔内的次码元分布（具有¼码元的次码元尺寸）在每个实验中被调整。但是，其他次码元分布在一程度上是仍然有效的。
注意，调制的上部和下部（例如第一和第二）水平可以是任何水平，并且不必要地对应于0%和100%光强度。例如，第一水平可以由80%光强度在所发射的光中被信号传递，并且第二水平由70%光强度在所发射的光中被信号传递，在这个情况中无DC意味着平均值（至少对于基本上随机数据）是80%。通常“零”码元波形的DC平均值仅仅被称作和任意来源一样为零。所以在第一和第二水平导致70%和90%强度的示例中，然后80%强度从所调制至光中的波形的观点中是“零”。对于减少闪烁的相关的考虑是“零”水平（平均周期的DC平均值）与包的DC平均值基本上相似，包括如同由不完美驱动器10所输出那样在光水平中。
仍然更加通常地，本公开的可用性不限于是幅度的光的调制的性质。另一示例是占空比调制，其中在每个一系列周期期间光被切换接通和切断（或者在高和低之间），伴随在接通和切断次数（或者高和低的次数）之间变化的比例。在这种情况中，调制性质是这个比例，即占空比而不是幅度。
也注意，无论什么调制性质（其中说对于基本上随机数据平均码元值或者调制水平是零），这包括这个近似：大多数任意用户数据倾向于从编码方案的观点中是有效地随机的。该数据在严格的、真实的意义上不必须是“随机的”。
另外，本发明的范围不限于如同由编码器6所使用的代码那样的三进制曼彻斯特。通常地，该代码可以是无DC的任何三或者更多水平代码。
考虑代码本身的无DC特点，如同与调制方案相反的那样，注意，在编码比特流中的数据值与码元值不一定相同。即在比特流中的实际数字值（由编码器6输出，在由调制器8使用以创造波形之前，由该在比特流中的实际数字值驱动驱动器10）可以是使用于代表每个码元的任意值，不一定与它代表（对应于）的码元值等同、成比例或者甚至数学地相关。但是，在无DC代码的情况中，至少这样时码元值是有意义的：存在（即可以找到）值集合使得由它们在信号中出现的概率加权（至少对于随机数据）的码元值的平均值等于在集合中的码元值的一个。“零”码元值由定义是这个码元，并且其他码元值是任一侧的正值和负值使得所述条件被满足。
所以对于在编码比特流中被任意地代表的码元A、B、C、D、E集合，码元“值”是那些使得如果码元C被称作代表0的码元值，并且码元A、B、D、E被称作代表码元值VA、VB、VD、VE，然后这些是值使得VA、VB、VD、VE由它们的发生速率或者发生概率加权的平均值等于零。或者更加通常地，对于在编码比特流中被任意地代表的码元…S-N, … S0, … SN集合，码元值是那些使得如果码元C被称作代表0的码元值，并且码元S-N…S-1和S1…SN被称作代表码元值V-N、V-1、V1、VN，然后这些是值使得V-N、V-1、V1、VN由它们的发生速率或者发生概率加权的平均值等于零。
如果存在A和E的等同的发生，和B和D的等同的发生，（或者实际上对于与不同的概率分布的某些其他组合）然后码元值是等同地分布的。注意，这些是否被称作-1、-1/2、0、+1/2、+1或者例如是否被称作-2、-1、0、+1、+2是任意的。或者如果存在S-N和SN等同的发生、和S-（N-1）和SN-1等同的发生等，（或者实际上对于与不同的概率分布的某些其他组合，然后码元代表关于零对称的等同数目的等同分布的正值和负值）。
例如无DC代码可以是三水平代码-1、0和+1，其具有-1和+1码元的的等同的发生或者发生概率；或者对于五水平代码-1、-½、0、½、+1，其具有如同-1那样的+1的等同的发生或者发生概率，和如同½那样的-½的等同的发生或者发生概率。
注意，两水平代码可以从未具有上述性质，由于不管什么值归因于码元，平均值总是跌落其中某处并且可以从未等于码元值中的一个。如果负值比正值发生更加经常，一者可以潜在地甚至具有四水平代码-1、0、+1、2。但是4水平代码不会满足无DC要求用于四个等同地发生的码元：在那个情况中可以不存在对于平均值也是码元值的一个的值。
关键是，对于具有上文描述的性质的代码，即对于DC代码，在使用对应于具有零码元是空闲或者“在休息中”状态的码元值的水平的调制波形中代表这个会是理论上可能的，使得由于包和空闲周期的码元的一个会具有如同码元的平均DC那样的相同DC水平，在该波形中空闲周期可以从相同信号水平中创造。因此人员可以思考没有原因调制空闲周期，因为原则上代码会看似总是具有如同空闲周期那样的0的相同平均DC水平。然而一旦人员意识到这样的问题：不完美驱动器10导致在包中甚至对于无DC代码的DC偏移，然后可以看到在空闲周期中的调制变得相关。
如果由解码器6使用的代码是仅仅1s和0s的简单的二进制代码，然后可以变得明显的是，如果空闲周期全部是0s，然后没有也调制空闲周期，由于在包的DC水平和空闲周期的0水平之间的振荡会存在低频分量（见US2010/0284690）。但是在由编码器6使用的代码是三或者更多水平无DC代码（其中平均码元值等于在集合中的码元值的一个（由定义的零值））的情况中，例如如同在各种三或者五水平代码诸如三进制曼彻斯特那样，然后人员可以想象空闲周期不重要因为空闲周期可以只由零码元代表。是仅仅由注意到在驱动器中的不完美引发在包中的DC分量，但是不是在空闲周期中的等价分量，在那里变成一理由以调制在空闲周期中的代码-即模仿相同驱动器不完美。
考虑驱动信号本身（即代表实际的波形），这个是无DC的，至少因为在包中的平均水平是如同空闲周期那样相同。而且，一个包的平均值等于另一包的平均值。事实上在某些代码诸如三进制曼彻斯特中，代码不是数据依赖的，所以对于一个用户位（对于数据内容的每个比特）的平均水平总是与下一个（总是零）的平均值相同。然而，此处公开的技术的可用性不限于这种非数据依赖的代码，并且通常地可能是：波形是无DC的，在其中（对于至少基本上随机数据）平均值从包至空闲周期是大致地恒定的，并且优选地包接着包。另外，依照本公开的方案不一定必须导致完美地缺乏DC的无DC调制，而是对于本公开的目的，如果足够缺乏DC以避免对于至少一些（非可见地修复的）用户的可见的闪烁，该调制可以被认为无DC。
另外，注意，尽管上文已经描述以下方面：产生经编码码元流的编码器（例如，从集合-1、-½、0、+½、+1中）以及转换这个至驱动信号的波形的调制器8，在可替换的实施例中，调制器8采用以下形式是可能的：将输入数据1直接映射至驱动信号的波形（例如从输入数据的0s和1s直接至图5的底部波形）的状态机。在这个情况中，尽管经编码信号不一定以中间流码元值（例如-1、-½、0、+½、+1）的形式存在，但是驱动信号仍然代表以三或者更多不同两水平码元波形的形式的这些值（例如图11的）。在实施例中，这些值可以仍然由接收器在解码侧上的滤波效果被恢复（或者可替换地直接映射回到数据原始数据位）。
将理解，上述实施例仅仅当做示例被描述。通过研究附图、公开内容以及所附权利要求，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实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包含”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a或an)”不排除多个。单个处理器或者其他单元可以履行在权利要求中所列举的多个项目的作用。某些措施被列举于相互不同的从属权利要求中的纯粹事实不表明这些措施的组合不能够被有利地使用。计算机程序可以在核实的介质上（诸如与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分的光学存储介质或者固态介质）存储/分布，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或者其他有线的或者无线的电信系统。在权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种控制器（3），包含：
调制器（8），其配置成从编码器（6）接收经编码信号和生成用于驱动光源（12）的驱动器（10）的驱动信号以便发射嵌入在由该光源发射的可见光中的信号，该驱动信号描述一具有离散水平的波形，该具有离散水平的波形用于代表穿插着空闲周期的经编码数据的包，其中数据包由该编码器依照至少三水平代码被编码，该至少三水平代码包含形式为对应于平均码元值的零码元、对应于更高码元值的至少一个正码元和对应于更低码元值的至少一个负码元的至少三个离散码元的集合，其中该代码是无DC的，因为至少当数据是基本上随机时，码元值平均为所述平均码元值；
其中，至少当该数据是基本上随机时，该驱动信号的水平在包期间具有预定平均DC水平；并且
其中该调制器被配置以便在该驱动信号中使用无DC调制以代表空闲周期，该无DC调制在包含至少第一水平和第二水平的多个水平之间更迭，该无DC调制是无DC的，因为在每个空闲周期上该水平平均为在包期间的所述预定平均DC水平。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中在该驱动信号中，该数据在所述码元的码元速率被编码，并且至少在该空闲周期期间该调制在比所述码元速率高的频率在该第一水平和该第二水平之间更迭。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中在该驱动信号中，在该空闲周期期间该调制在该码元速率的两倍在该第一水平和该第二水平之间更迭。
4.根据权利要求2或3所述的控制器，其中每个该空闲周期对应于一系列零码元，并且其中所述调制包含由包含该第一水平和该第二水平的组合的码元波形代表在该驱动信号中该空闲周期的每个零码元。
5.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中所述调制是仅仅包含该第一水平和该第二水平的两水平调制。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中该调制在该驱动信号中包含利用由该第一水平和该第二水平的等同持续时间组成的码元波形代表零码元的每个示例。
7.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中每个该空闲周期对应于一系列零码元；并且该调制器（8）被配置从而在该驱动信号中，通过使用该第一水平和该第二水平的之一或者两者代表每个所述码元的每个示例，使用无DC调制代表该空闲周期和该包两者。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述调制至少包含，在驱动信号中，用包含所述第一水平和第二水平的组合的码元波形代表在该空闲周期期间该零码元的每个示例，以及用除了与该空闲周期的该零码元90度异相以外与该空闲周期的该零码元相同的码元波形代表在该包期间的该零码元的每个示例。
9. 根据权利要求7或8所述的控制器，其中：
所述集合的该至少一个正码元包含+1码元，并且所述集合的该至少一个负码元包含-1码元；并且
所述调制包含，在该驱动信号中，用该第一水平和该第二水平的等同持续时间代表每个该零码元，由仅仅该第一水平代表每个该+1码元，以及由仅仅该第二水平代表每个该-1码元。
10.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中所述至少三水平代码的码元对应于在该零水平的任一侧上具有相同数目等间隔水平的奇数个水平。
11.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中所述代码是至少五水平代码。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中所述代码是恰好五水平代码。
13. 根据从属于权利要求7、8或者9时的权利要求10、11或12所述的控制器，其中：
所述集合的该正码元包含+½码元和+1码元，并且所述集合的该负码元包含-½码元和-1码元；并且
所述调制包含，在该驱动信号中，用由该第一水平和第二水平的等同持续时间组成的码元波形代表每个该零码元，由仅仅该第一水平代表每个该+1码元，由仅仅该第二水平代表每个该-1码元，以及用由该第一水平的持续时间的四分之三至该第二水平的持续时间的四分之一组成的码元波形代表每个该+½码元，并且用由该第一水平的持续时间的四分之一和该第二水平的持续时间的四分之三组成的码元波形代表该-½码元的每个示例。
14.根据任一前述权利要求所述的控制器，进一步包含该编码器。
15.一种包含接收器的系统，该接收器布置成接收由依据权利要求4或者引用其的任何其他权利要求所述的控制器控制的光源发射的、嵌有信号的光，其中该接收器具有低通滤波效果，该低通滤波效果使每码元的第一水平和第二水平之间的调制平均，并且由此恢复所述至少三水平代码的码元值。
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