CN108134627B - 可见光通信系统中确定可见帧的输出的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开一种用于在可见光通信(VLC)设备中确定可见帧的输出的方法和设备。第一VLC设备确定是否允许两个或更多VLC设备产生可见帧，并且向两个或更多VLC设备发送指示是否允许两个或更多VLC设备产生可见帧的可见帧信息。

Description

可见光通信系统中确定可见帧的输出的方法和设备

本申请是申请日为2010年7月26日，申请号为201080060772.4，发明名称“可见光通信系统中确定可见帧的输出的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可见光通信(VLC)系统，而且更具体地，涉及VLC系统中根据通信环境确定可见帧的输出的方法和设备。

背景技术

由于具有改善的发光效率和有竞争力的价格，发光二极管(LED)已被广泛使用，不仅用于移动设备、显示器、车辆、交通灯、广告牌等特殊照明市场，而且用于荧光灯、白炽灯等一般照明市场。此外，由于射频(RF)波段频率的耗尽、各种无线通信技术之间的冲突的可能性、对通信安全的增长的需求、第四代(4G)无线技术中普遍存在的超高速通信环境的出现等，对于补充射频技术的光无线技术的兴趣已经增加，而且正在进行使用LED的VLC的研究。

使用可见光发送信息的VLC安全，带宽很宽，并且使用免费。此外，VLC使得用户能够准确地感知信息接收范围，因为用户可以看到光的到达地点或光的传播方向。因此，VLC在安全性方面是可靠的，并且能够以低功率驱动。VLC甚至可以在RF使用受限的医院和机场中使用，并且可以使用电子招牌提供额外的信息服务。现在将参照这样的VLC系统。

图1说明一般VLC系统的构造。一般VLC系统包括光源10和VLC终端20。包括LED或激光二极管(LD)的光源10负责照明，并且使用可见光发送和接收数据。VLC终端20装备有可见光发送/接收模块，并且向光源10发送并从其接收数据。VLC终端20可以包括诸如蜂窝电话机或个人数字助理(PDA)的移动终端、以及桌面类型的固定终端。VLC系统在与使用有线或无线通信介质的其他系统结合时可以更有效地使用。

通常，可以为VLC安装多个光源10。当按照固定间隔安装多个光源时，由光源提供的实际服务区域可以显现出如图2到4所示的三种可能的情况。图2到4说明由两个光源提供的服务区域。由光源30和40提供的服务区域可以如图2中所示彼此重叠，可以如图3中所示在它们的边界处彼此接触，或者可以如图4中所示彼此分离以使得它们之间存在无服务区域。图3示出在实际中难以实现的理想状态。通常，由多个光源提供的服务区域如图2所示包括服务区域部分重叠的重叠区域、或如图4所示包括它们之间的无服务区域。

发明内容

技术问题

当使用VLC向多个用户终端提供单播、组播或广播通信服务时，多个用户终端可以位于由一个光源提供的服务区域中，并且每个终端可以接收相同或个别的数据。由于VLC使用可见光，当发送器和接收器的通信链路在两个方向对准时，可以容易地执行数据的发送和接收。即便在单向通信中，也应当将通信链路形成为使得从发送器的可见光发送部分产生的可见光信号被准确地指引到接收器的可见光接收部分。出于这些原因，从光源接收数据的终端会遭遇其中由于外部环境因素、终端的移动或障碍引起的通信链路被断开或可见光信号没有正确地发送的情况。即便在多个终端从一个光源接收数据时，通信链路也可能从多个终端之一断开。

因此，需要使根据使用VLC终端、照明或红外线(infra)的各种通信环境来确定可见帧的输出的方法多样化。也有必要考虑数据非发送间隔、失准、否定应答(Nack)信号、用户选择等来确定可见帧的输出。

解决方案

本发明的一方面是解决至少以上所述的问题和/或不足并且提供至少以下所述的优点。因此本发明的一方面提供在VLC系统中根据各种通信环境确定可见帧的输出的方法和设备。

依据本发明的示范性实施例的一方面，一种用于在第一VLC设备中确定可见帧的输出的方法包括：确定是否允许第二VLC设备产生可见帧；以及向第二VLC设备发送指示是否允许第二VLC设备产生可见帧的可见帧信息。

依据本发明的示范性实施例的另一方面，一种用于在第二VLC设备中确定可见帧的输出的方法包括：从第一VLC设备接收指示是否允许第二VLC设备产生可见帧的可见帧信息；确认接收的可见帧信息；以及根据可见帧信息确定是否产生可见帧。

依据本发明的示范性实施例的另一方面，一种用于产生可见帧的VLC设备包括：可见光收发器，用于发送和接收VLC信号；以及控制器，用于在VLC作为发送器操作时确定是否允许对方VLC设备产生可见帧，并且通过可见光收发器向对方VLC设备发送指示是否允许对方VLC设备产生可见帧的可见帧信息。

依据本发明的示范性实施例的另一方面，一种用于在第一可见光通信(VLC)设备中确定可见帧的输出的方法，该方法包括：当第一VLC设备与两个或更多VLC设备以时隙为单位通信时，确定用于两个或更多VLC设备的可见帧输出方案；确定是否允许两个或更多VLC设备发送可见帧；以及向分配了时隙的VLC设备发送包括指示两个或更多VLC设备是否被允许发送可见帧的比特的可见帧，其中如果该比特指示‘1’，则两个或更多VLC设备被允许发送可见帧，而如果该比特指示‘0’，则两个或更多VLC设备不被允许发送可见帧。

依据本发明的示范性实施例的另一方面，一种用于确定可见帧的输出的第一可见光通信(VLC)设备，该设备包括：可见光收发器，被配置为发送和接收VLC信号；以及控制器，被配置为：当第一VLC设备与两个或更多VLC设备以时隙为单位通信时，确定用于两个或更多VLC设备的可见帧输出方案；当第一VLC作为发送器操作时，确定是否允许两个或更多VLC设备发送可见帧；以及通过可见光收发器向两个或更多VLC设备发送包括指示两个或更多VLC设备是否被允许发送可见帧的比特的可见帧，其中如果该比特指示‘1’，则两个或更多VLC设备被允许发送可见帧，而如果该比特指示‘0’，则两个或更多VLC设备不被允许发送可见帧。

有益效果

当在单播、广播或组播的多模式VLC系统中通信链路断开时，本发明可以产生用于指示通信链路对准的可见帧。

尤其，当在广播或组播通信模式中通过分配的时隙从一个光源接收数据的多个终端之一的通信链路被释放时，接收器的终端通知发送器通信链路释放并且产生用于通信链路对准的可见帧，从而执行通信链路对准而不影响其他终端的通信。

在诸如P2P的单播模式中，发送器和接收器二者可以产生可见帧，或者仅接收器可以产生可见帧。

本发明的VLC系统可以有效地执行单播、广播或组播通信模式，并且可以使用VLC提供通信服务，诸如VLAN、信息广播(IB)、P2P、点到多点(P2M)、车载广播(VB)等。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，本发明的示范性实施例的以上和其他方面、特征和优点将更明了，其中：

图1说明一般VLC系统的构造；

图2至4说明由两个光源提供的服务区域；

图5说明根据本发明的示范性实施例的VLC系统的配置；

图6说明用于在发送器与接收器之间发送可见帧的示范性方法；

图7说明使用虚拟时隙以容纳多个用户的VLC系统；

图8说明根据本发明的示范性实施例的VLC中使用的帧结构；

图9说明用于将表1和表2应用于图8的帧结构的帧结构；

图10说明图9所示的数据帧的详细结构；

图11说明图9所示的可见帧的详细结构；

图12说明根据本发明的示范性实施例的在可见帧中发送的可见帧样式；

图13说明根据本发明的示范性实施例的多个同时关联；

图14到17说明本发明中使用的帧结构；

图18说明示出图14的另一应用的帧结构；

图19是说明根据本发明的示范性实施例的用于传输可见帧的发送器的操作的流程图；

图20是说明根据本发明的示范性实施例的用于传输可见帧的接收器的操作的流程图；

图21是说明根据本发明的另一示范性实施例的用于传输可见帧的发送器的操作的流程图；以及

图22是说明根据本发明的另一示范性实施例的用于传输可见帧的接收器的操作的流程图。

全部附图中，相同附图引用数字将被理解为指代相同元件、特征和结构。

具体实施方式

现在将参考附图来详细介绍本发明的示范性实施例。以下的详细说明包括具体细节以便提供本发明的完整理解。但是，本领域技术人员显然可知，可以实践本发明而无需这样的具体细节。在本发明的以下描述中，这里并入的公知功能和配置的具体说明当其将模糊本发明的主题时将被省去。

本发明提供用于在VLC系统中产生可见帧的方法。与发送器对应的VLC设备根据使用VLC终端、照明或红外线的各种通信环境来确定可见帧输出方案。VLC设备向与接收器对应的对方VLC设备发送确定的可见帧输出方案。接收器的VLC设备接收并确认可见帧输出方案。发送器和接收器的VLC设备彼此通信。如果允许接收器的VLC设备输出可见帧，则接收器的VLC设备产生可见帧。

可见帧输出方案包括如下方案：仅发送器产生可见帧，仅接收器产生可见帧，发送器和接收器均产生可见帧，以及发送器和接收器均不使用可见帧。当发送器和接收器均不发送数据时，当发送器和接收器彼此通信的同时链路失准(misalign)时，或者当发送器与接收器之间的通信期间由于数据问题而出现Nack信号时，可以产生可见帧。

本发明提出考虑各种通信环境的可见帧输出方案。即，将描述可见帧输出方法和设备，其中发送器确定可见帧输出方案并向接收器发送确定的方案，并且接收器根据确定的可见帧输出方案产生可见帧。

在描述本发明之前，将简要介绍应当确定是否产生可见帧的情况。

在单播类型的对等(P2P)环境中，需要大量功率来在VLC设备中发送可见帧。如果在需要省电的情况下选择性地发送可见帧，则在VLC设备之间的连续数据传输将成为可能。这将稍后结合图13描述。

当在传送器和接收器不发送数据的同时产生可见帧时，不同于使用时隙分配接收数据的VLC设备的VLC设备在单播、组播或广播类型的虚拟局域网(VLAN)环境中发送可见帧。可见帧的这样的传输对正在执行数据通信的VLC设备形成干扰。

即，VLC设备在没有分配给它的时隙中发送可见帧，并且可见帧的传输成为对正在执行数据通信的其他VLC设备的干扰。可见帧与VLC设备的数量成比例增加。因此，随着VLC设备的数量增加，可见帧也增加并且干扰也随之增加。

在VLAN环境中，如果仅有接收器的一个VLC设备，则VLC设备操作为单播类型，并且传送器和接收器可以使用可见帧执行数据通信而没有任何干扰。然而，如果存在接收器的两个或更多VLC设备，则需要选择性地发送可见帧。将参考图5详细描述其中有多个VLC设备的环境。

图5说明根据本发明的示范性实施例的VLC系统的配置。参照图5，支持多种通信模式的VLC系统包括通过一个或多个光源210、220和230执行VLC的VLC设备200，并且包括VLC终端101、102、103、104、105、106、107、108和109，每个终端具有用于发送和接收可见光信号的可见光收发器。

多个VLC终端101至109使用VLC设备200向其分配的时隙(诸如上行链路时隙和下行链路时隙)发送和接收数据。VLC终端101至109分别仅在向其分配的时隙期间发送和接收数据。

参照图5，第一和第二用户终端101和102使用第一时隙TS1与第一光源210通信，第三用户终端103使用第四时隙TS4与第二光源220通信，第四用户终端104使用第二时隙TS2与第二光源220通信，第五用户终端105使用第三时隙TS3与第二光源220通信。第六和第七用户终端106和107使用第一时隙TS1与第三光源230通信，第八用户终端108使用第五时隙TS5与第三光源230通信，而第九用户终端109使用第六时隙ST6与第三光源230通信。

光源210、220和230分别具有唯一的光源标识符(ID)并且将从VLC设备200接收的数据发送到位于它们的服务区域的VLC终端101至109。光源210、220和230将从VLC终端101至109接收的上行链路数据发送到VLC设备200。光源210、220和230周期性地广播帧同步以使得位于它们的服务区域的VLC终端101至109可以与之建立同步。

VLC设备200根据光源将要提供的用户服务来构建包括任何光源的小区，并且根据将要在每个小区中提供的用户服务、数据、和位于每个小区的用户来分配时隙，诸如上行链路时隙或下行链路时隙。

图6说明用于在发送器401与接收器403之间发送可见帧的示范性方法。发送器401和接收器403建立用于通信的链路，然后发送器401向接收器403发送控制信息402。发送器401向接收器403发送可见帧405。同时，接收器403响应于接收的控制信息向发送器401发送应答(ACK)信号407。该情况下，发送器401继续向接收器403发送可见帧405，直到它发送数据帧411为止。类似地，接收器403在发送ACK信号407之后向发送器401发送可见帧409。接收器403继续向发送器401发送可见帧409，直到它响应于接收数据帧411而发送ACK信号为止。

如上所述，除了在它们发送数据帧或ACK信号的时候之外，发送器401和接收器403发送可见帧，从而确保VLC系统的可见性。即，由于在信息或数据非传输间隔期间VLC系统的光源的强度变弱，并且因此VLC系统的可见性低，可以通过发送可见帧而均匀地保持亮度。此外，由于VLC系统的发送器和接收器在视线(LOS)通信环境中操作，即便在发送器和接收器失准期间以及当发生关于发送器和接收器的数据传输的Nack信号时也可以发送可见帧。

然而，由于在数据非传输间隔期间发送与数据无关的可见帧，终端的能耗可能增加。如图7所示，在通过将通信帧划分为多个时隙以便容纳多个用户来向多个用户提供服务的VLC系统中，可见帧在数据非传输间隔期间发送，从而导致与其他终端用户的干扰。

图7说明使用虚拟时隙以容纳多个用户的VLC系统。

参照图7，说明了连接到接入点503并且可以使用网络执行通信的系统，特别是通过VLC(诸如VLC设备501中的照明)提供网络接入服务的系统。替换地，VLC设备501可以是配备收发器的系统，该收发器可以执行VLC，诸如照明。假定有用户终端U1、U2、U3、U4、U5和U6，它们能够使用VLC设备501接入网络，第一区域509成为可以执行VLC的小区的光源区域。第一区域509中的每个用户终端在作为向其分配的通信时间的虚拟时隙(vs)连接到VLC设备501。

VLC设备501包括：可见光收发器，用于发送和接收可见光信号；以及控制器，用于考虑VLC环境而确定可见帧输出方案，并且用于控制可见光收发器向对方VLC设备发送可见帧输出方案。

对于VLC，基于VLC系统中使用的通信帧507向各个终端分配时隙。第二区域505说明组播通信环境，其中多个终端U1、U2和U3使用一个时隙“vs n”与光源通信。当终端U4、U5和U6分别使用通信帧507的时隙“vsn+1”、“vs n+2”和“vs n+n”执行通信时，VLC设备501应当考虑与其他终端的干扰而发送可见帧输出方案。发送可见帧的可能的情况是：当发送器和接收器不发送数据时，当发送器和接收器失准时，或者当发送器和接收器产生Nack信号时。

图7中第二区域505中的多个用户终端使用相同时隙“vs n”执行通信之后，如果一用户终端，即，终端U4使用下一时隙“vs n+1”执行通信，第二区域505中的终端发送可见帧，从而可能导致与终端U4的干扰。即，在VLC设备501在时隙“vs n+1”向终端U4发送数据的状态下第二区域505中多个终端发送可见帧产生针对用户终端U4的上行链路干扰并且中断终端U4的通信。

在以上过程中，在终端U4执行通信期间的时隙不参与通信的终端U5和U6发送可见帧，如区域505中的终端一样。随着在小区中发送可见帧的终端的数量增加，干扰量也增加。当VLC设备501在下一时隙“vs n+2”向终端U5提供下行链路服务时，第二区域505中使用时隙“vs n”的终端、使用时隙“vs n+1”的终端U4、和使用时隙“vs n+n”的终端U6不发送数据并且在上行链路方向发送可见帧，从而对终端U5产生通信干扰。

当没有数据发送时发送可见帧的以上方法有缺点，因为上行链路干扰与发送可见帧的用户终端的数量成比例增加。此外，当第二区域505中的多个终端使用同一时隙执行通信的同时终端U1产生Nack信号或失准状态时，VLC设备501应当向终端U1发送可见帧，但并不需要向其他用户终端U2和U3发送可见帧。因此，需要根据VLC环境发送可见帧的方法。

下面的表1列出用于在可见通信环境中确定可见帧传输方案的方法。

【表1】

参照表1，当在基于时隙通信的VLC系统中没有数据被发送时，由于可见帧的传输产生针对其他用户的干扰，可能期望不发送可见帧。此外，在没有数据被发送时传输可见帧增加终端的功耗。因此，在基于时隙的通信系统中，当没有数据被发送时可以应用可见帧的传输禁止。

在使用照明环境的通信系统中，当发送器和接收器失准或产生Nack状态时，由于光源根据可见帧的传输所造成的光的通/断现象不具有照明效果，发送器的光源应限制为不发送可见帧。在发送器和接收器的失准状态的情况下，对于单播(UCAST)，组播(MCAST)和广播(BCAST)限制可见帧的传输以减少与其他终端的干扰。可见帧的传输禁止可以在任何VLC环境中应用。

因此，在使用照明的VLC系统中，有必要控制接收器发送或不发送可见帧。

使用P2P的VLC系统可以具有用于终端之间的传输和用于诸如信息亭(kiosk)的红外线的构造。由于信息亭系统是可以使用P2P构造的红外线系统，当发送可见帧时应当考虑与其他用户的干扰。表2示出用于根据通信环境发送可见帧的方法。由于信息亭系统可以使用红外线与其他用户通信，考虑与其他用户的干扰，可见帧的传输是不允许的，但是可见帧可以在P2P中传输。当在使用P2P的终端之间的通信环境中没有数据发送时可见帧的传输增加终端的功耗，从而需要使用可见帧的传输限制减少终端的功耗的方法。因此，有必要根据如表2所示的通信环境选择性地应用可见帧的传输。表2中，应用可见帧的传输的方法如表1。

【表2】

在P2P中，当发送器向接收器发送数据时，如果接收器不发送数据并因而发送可见帧，则可见帧在发送器的数据传输间隔期间造成干扰。即，在图7中，当发送器513向接收器515发送数据帧时，接收器515发送可见帧，因为它不发送数据。

然而，由于接收器515发送的可见帧是在发送器513向接收器515发送数据帧的同时发送的，可见帧充当针对发送器513发送的数据帧的干扰源。在P2P中，可以根据用户和通信环境选择可见帧的传输。由于在P2P中在数据不发送的同时传输可见帧可能产生干扰，发送器和接收器可以确定发送可见帧的方法以执行有效的通信。因此，如图8(a)和8(b)中所示的帧可以用于发送指示是否使用可见帧的信息，即，可见帧传输方案。

图8(a)和8(b)说明根据本发明的示范性实施例的在VLC中使用的帧结构。图8(a)说明根据本发明的示范性实施例的在VLC中用于多个用户的时隙分配方案的帧结构，而图8(b)说明当在单播通信模式下执行通信时图8(a)所示的帧结构的简化形式。

参照图8(a)，根据本发明的示范性实施例的用于VLC的帧包括具有用于发送器和接收器的同步和帧解释的信息的信标字段710、具有VLC的管理信息的管理字段720、以及具有数据的数据帧730。

信标字段710包括前导码711、首标712、首标校验序列(HCS)713、协议数据单元(PDU)714和帧校验序列(FCS)715。前导码711包括用于确定VLC帧700是否使用多个时隙执行通信的信息。因此，接收VLC帧700的接收器可以在接收帧时检查信标字段710的前导码711。如果不使用时隙，则接收器将帧解释为图8(b)所示的帧形式。

管理字段720包括前导码721、首标722、HCS 723、介质访问控制(MAC)首标724、PDU725和FCS 726。MAC首标724包括指示通信模式是单播模式、广播模式、还是组播模式的模式类型信息、以及指示可见帧输出设备的信息。

数据帧730包括一个竞争时隙731、规定数量的下行链路虚拟时隙732-1、…、732-n、规定数量的上行链路虚拟时隙733-1、…、733-n。在作为组播或广播模式的通信模式的操作期间向多个用户单独分配虚拟时隙732-1、…、732-n和733-1、…、733-n。

虚拟时隙732-1、…、732-n和733-1、…、733-n的每个包括前导码741、首标742、HCS743和数据字段744。数据字段744包括MAC首标751、和成对的多个PDU 752和多个FCS 753。

参照图8(b)，在单播通信模式下(例如，在P2P通信中)的VLC帧包括前导码741、首标742、HCS 743和数据字段744。图8(b)所示的首标742具有图14所示的结构，并且包括关于可见帧传输方案的信息。数据字段744包括MAC首标751、和成对的多个PDU 752和多个FCS753。

图9说明用于将表1和表2应用于图8(a)和8(b)的帧结构的帧结构。图10说明图9所示的数据帧的详细结构，而图11说明图9所示的可见帧的详细结构。图9中，帧755和757是示出通过将帧划分为时隙以支持多个用户来应用表1描述的可见的帧的方法的帧。分配了时隙的终端应当通过在分配的时隙期间发送可见帧来减少与其他用户的干扰。如果在没有数据传输的同时发送可见帧，则由于终端之间因在非分配时隙的可见帧传输引起干扰，需要根据通信环境发送可见帧的方法。

图9中，示出表2描述的可见帧传输方案。如在帧759和761中，在整个传输帧上发送可见帧。该情况下，由于可见帧的长度很长，在终端不发送数据期间的间隔中传输可见帧增加终端的功耗。因此，需要可见帧的选择性传输。

图10和11具有与图8(a)和8(b)相同的用途。图10示出其中将帧划分为分配给多个用户终端的时隙的结构。图11示出其中帧没有划分为时隙并且可以应用于诸如P2P的通信环境的结构。

根据本发明的示范性实施例，在单播类型的P2P环境中，如果任何一个VLC设备确定指示是否允许可见帧的传输的可见帧传输方案并且发送确定的可见帧传输方案，则接收确定的可见帧传输方案的VLC设备根据确定的可见帧传输方案在没有发送数据的间隔中使用或不使用可见帧。

同时，在使用时隙的VLAN环境，接收方VLC设备可以仅在发送VLC设备允许发送可见帧时使用可见帧。如果有多个接收VLC设备，则可以调整可见帧的亮度以减少干扰。更具体地，随着在小区中接收VLC设备的数量增加，可以将可见帧的亮度调低。将参照图12描述亮度的调整。

图12说明在可见帧中发送的可见帧样式(pattern)。在每个样式中，“％”指示样式的亮度。随着“％”增加，可见帧的亮度增加并且终端的功耗也增加。当如图12所示构建可见帧中的可见样式时，可见样式“11111 11111”示出最亮的样式。

亮度取决于可见帧有多少个1。如表1和表2所示，如果在不发送数据的间隔的可见帧传输方案被应用到考虑多个用户的时隙帧通信服务，例如VLAN通信服务，则高亮度的帧样式会产生比低亮度的帧样式更多的干扰。如果多个终端使用可见帧，则由终端发送的可见帧的产出的总和出现在光源中，因而干扰增加。

如图7所示，如果第二区域505中的终端在分配给其他终端的时隙中在它们不发送数据的同时发送可见帧，则由于在分配给其他终端的时隙的可见帧的亮度的总和构成针对其他终端的干扰，干扰量增加。由于第二区域505中的终端发送的可见帧引起的这样的上行链路干扰操作为相对于其他用户终端U4、U5和U6的可见帧反射干扰。

VLC系统使用图12所示的可见帧样式之一。随着帧样式接近“11111 11111”，光的强度增加，终端的功耗增加，而且在使用时隙的VLC环境中与其他用户终端的干扰也增加。

因此，在小区中具有多个用户的VLC环境中，在可见帧的传输期间可以分配低亮度的可见帧样式，从而减少干扰。

如表1所示，VLC系统通过将帧划分成时隙来构建多个用户，干扰减少，而且同时通过降低可见帧样式的亮度来降低终端的功耗。更具体地，VLC小区中在没有发送数据的同时发送可见帧的多个用户终端可以通过调整每个终端的亮度来减少与正在发送和接收数据的终端的干扰。这种亮度调整方法也可以应用于P2P通信环境模式。

图12中，每个可见帧样式的“％”表示样式的亮度。可见帧样式“00000 00000”并不意味着没有发送可见帧。可见帧样式“00000 00000”填充在图9所示的可见帧761中并且随管理帧720一起发送。这不同于可见帧的传输受限的意义。即，可见帧的限制意味着不传输可见帧。图12所示的可见帧样式“00000 00000”表示传输具有低亮度的可见帧。

当VLC小区中存在许多终端时，可以使用可见帧样式“11001 11100”。当终端数量少并且仅考虑P2P时，可以发送具有高亮度的可见帧样式“11111 11111”以有效地减少干扰。

图12示出在这样的干扰环境中应用可见帧的方法的示例。当可见帧应用于表1中所示的通信环境时，从比特“0101 0000”到“0000 0000”的低亮度被应用于多终端通信模式。当终端之间的干扰低或没有发生干扰时，从比特“0110 0100”到“0101 1010”的高亮度被应用于P2P通信模式。

图12中，可见帧的应用模式可以根据通信环境改变。因此，可以应用具有低亮度同时减少干扰的可见样式以减少终端的功耗。

虽然已经化描述亮度调整方法用于减少与其他终端的干扰，但是也可以使用选择性地发送可见帧的方法。该方法使用节电模式或睡眠模式来减少终端的功耗，并且在VLC系统中可见帧的传输期间减少与其他终端的干扰。

当应用可见帧样式时，亮度可以表示为ID或比特，如图14和15所示。即，100％的亮度可以表示为ID 1(0001)，90％的亮度表示为ID 1(0010)，80％的亮度表示为ID 1(0011)，70％的亮度表示为ID 1(0100)，60％的亮度表示为ID 1(0101)，50％的亮度表示为ID 1(0110)，40％的亮度表示为ID 1(0111)，30％的亮度表示为ID 1(1000)，20％的亮度表示为ID 1(1001)，10％的亮度表示为ID 1(1010)，0％的亮度为表示ID 1(1011)。

以下，将描述如图13所示的一个终端与两个或更多其他终端执行VLC的情况。

图13说明根据本发明的示范性实施例的多同时关联(multiple simultaneousassociation)。图13中，多同时关联是指由一个终端900与两个或更多终端905和910执行的由参考数字915和920表示的P2P通信。

当第一终端900与第二终端905发送和接收数据时，如果第三终端910发送可见帧，则在第一和第二终端900和905之间的链路中发生干扰。在这样的多同时关联环境中，第一终端900可以指定第二和第三终端905和910的可见帧的传输。即，第一终端900可以使用在图14、15和11所示的字段“VF信息类型”来选择第二和第三终端905和910的可见帧的传输。换句话说，可以选择性地发送可见帧。

由第一终端900设置的“VF信息类型”信息被应用于第二终端905并且与作为发送器的第一终端900的可见帧的传输没有关系。因此，虽然第一终端900发送可见帧，但是第二终端905根据第一终端900设置的“VF信息类型”信息可能会或可能不会发送可见帧。相反，即便第一终端900不发送可见帧，第二终端905根据第一终端900设置的“VF信息类型”可能会或可能不会发送可见帧。于是，由于第二终端905根据“VF信息类型”信息来确定是否发送可见帧而不管第一终端900是否发送可见帧，第二终端905不需要识别发送器的第一终端900是否发送可见帧。

上述选择性可见帧传输方法可以减少在使用时隙向多个用户提供通信服务时产生的上行链路干扰并且可以降低功耗。

图14说明控制首标信息。控制首标信息的架构如下。在第一和第二终端900和905之间的数据发送和接收中，发送器ID表示发送数据的终端的ID。如果第一终端900发送数据，则将第一终端900的ID设置为发送器ID，并将第二终端905的ID设置为接收器ID。发送数据的终端可以使用选择性可见帧传输方法。

图14中，帧长度对应于可见帧的传输的长度。当考虑图6和9中以时隙为单位的资源分配时，应当根据时隙使用可见帧，而不是使用整个可见帧，如图9的帧759和761中所示。

图14中，可见帧样式如图12所示可以根据通信环境改变，或者可以使用固定的可见帧样式。可见信息类型“VF信息类型”被设置为1比特并且指示是否允许接收数据的终端发送可见帧。例如，当图13中第二终端905从第一终端900接收数据时，如果可见帧信息类型“VF信息类型”被设置为1，则第二终端905认识到允许向第一终端900发送可见帧的传输，并且在第二终端905不向第一终端900发送数据的间隔中发送可见帧。如果可见帧信息类型“VF信息类型”被设置为0，则第二终端905认识到禁止向第一终端900发送可见帧，并且不发送可见帧。图14中，示出使用一比特的可见帧信息类型来指示是否允许接收数据的终端发送可见帧的示例，但是显然各种修改是可能的。

例如，可以指定表示为10、01、11和00的2比特的可见帧信息类型来指示其中仅发送器使用可见帧、仅接收器使用可见帧、发送器和接收器均使用可见帧、以及不使用可见帧的方法。图16和17分别示出说明发送器和接收器的传输的帧结构。即，在如图8(a)所示的其中发送器使用下行链路而接收器使用上行链路的时隙结构中，图16示出下行链路帧而图17示出上行链路帧。图16和17可以应用于其中如图14和15所示未划分上行链路和下行链路的帧结构。图14至17可应用于信标信息、控制信息、以及关于移动台(MS)ID(用户终端ID)或特定用户的信息。

图18说明示出图14的另一应用的帧结构。图18的帧结构是图6中管理字段720的结构。如图18所示，帧结构定义帧长度、帧样式和可见帧信息类型，并且示出用于不同地应用可见帧的方法。图18中，MS ID可以是可选的。例如，当第一终端900和第二终端905彼此通信时，由于它们能够知道它们的对方，MS ID可能是不必要的。然而，第一终端900在与第二终端905通信的同时与第三终端910通信，用于识别每个终端的MS ID将是必要的。因此，考虑这样的情况可以指定MS ID。图19是说明用于传输可见帧的发送器的操作的流程图。图20是说明用于传输可见帧的接收器的操作的流程图。接收器的操作类似于发送器的操作，因此，其详细的说明将被省略。

参照图19，接收器在步骤1101初始接入发送器。发送器和接收器在步骤1103被同步并且发送器分配用于通信的时隙资源。发送器在步骤1105确定可见帧传输方案。该情况下，发送器确定：发送器发送可见帧、接收器发送可见帧、发送器和接收器均发送可见帧、还是发送器和接收器均不使用可见帧。上述过程可以由终端用户或由发送器根据VLC环境(照明、P2P、红外线等)确定。

发送器在步骤1107判断是否根据通信环境确定可见帧的传输期间可见帧的亮度。如果使用固定亮度，则发送器在步骤1109向接收器发送可见帧传输方案。发送器在步骤1111从接收器接收关于可见帧传输方案的ACK信号，并且在步骤1113与接收器交换可见帧。

同时，如果发送器在步骤1107确定应当根据通信环境改变可见帧的亮度，则发送器在步骤1115向接收器发送可见帧传输方案和可见帧亮度。发送器在步骤1117从接收器接收关于可见帧传输方案和可见帧亮度的ACK信号。发送器在步骤1119与接收器交换可见帧。发送器在步骤1121确定是否由于VLC环境中用户的增加造成的干扰或其他原因而需要改变可见帧的亮度。

如果发送器确定应当改变可见帧的亮度，则发送器在步骤1125改变可见帧的亮度，并且在步骤1127向接收器发送关于可见帧的亮度的改变的信息。发送器在步骤1129从接收器接收关于可见帧的亮度的改变的信息的ACK信号。发送器在步骤1131与接收器交换可见帧。同时，如果在步骤1121不需要改变可见帧的亮度，则发送器在步骤1123使用可见帧的先前亮度与接收器交换具有改变的亮度的可见帧。

关于可见帧的改变的信息和关于可见帧的亮度的选择的信息使用图9到17所示的可见帧样式。图9到17说明示出用于应用可见帧的示例的帧结构。可以使用各种传输帧或信号来交换可见帧信息。

在上面的描述中，已经实现亮度调节方法用于减少在时隙架构的VLC环境的中发送器允许接收器发送可见帧时产生的干扰。

以下，当如图13所示任何一个终端与另一终端一对一通信时，将描述用于确定可见帧传输方案并且根据确定的可见帧传输方案执行通信的过程。

图21是说明用于确定和发送可见帧传输方案的VLC设备的操作的流程图，而图22是说明用于接收确定的可见帧传输方案并且根据接收的可见帧传输方案执行通信的VLC设备的操作的流程图。

参考图21，步骤1401到1405与图19所示的步骤1101至1105相同。如果确定了可见帧传输方案，则发送器在步骤1407向接收器发送可见帧传输方案。发送器在步骤1409根据确定的可见帧传输方案执行通信。即，如果发送器允许接收器发送可见帧，则发送器在未传输数据时从接收器接收可见帧。如果发送器不允许可见帧传输，则不管是否传输数据发送器都不接收可见帧。

图22示出接收可见帧传输方案的接收器的操作。参照图22，步骤1501至1503与图20的步骤1201至1203相同。如果在步骤1505从发送器接收可见帧传输方案，则接收器在步骤1507确认可见帧传输方案。接收器在步骤1509确定是否可以使用可见帧。如果可以使用可见帧，即，如果发送器允许接收器发送可见帧，则接收器在步骤1511与发送器交换可见帧。如果发送器不允许可见帧传输，则接收器在步骤1513执行通信而不使用可见帧。

虽然已经公开本发明的示范性实施例用于说明的目的，但是各种修改、增加和替换是可能的，不会脱离在所附权利要求中公开的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围不应当限于实施例的描述，而应当由所附权利要求及其等价物限定。

Claims (4)

1.一种由第一可见光通信VLC设备确定可见帧的输出的方法，所述第一VLC设备在通信系统中通过使用数据帧或者所述可见帧与两个或更多个第二VLC设备通信，所述方法包括：

确定是否允许所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送所述可见帧；以及

向所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送包括指示所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备是否被允许发送可见帧的比特的可见帧，

其中，在所述比特指示‘1’的情况下，所述每一个第二VLC设备被允许发送所述可见帧，

其中，在所述比特指示‘0’的情况下，所述每一个第二VLC设备不被允许发送所述可见帧，并且

其中，所述第一VLC设备和所述两个或更多个第二VLC设备两者都使用在不发送所述数据帧或者应答信号的情况下发送所述可见帧的方案。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述可见帧的所述比特指示允许所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送所述可见帧的情况下，调整用于所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备的所述可见帧的亮度；以及

利用关于调整的亮度的信息发送所述可见帧。

3.一种用于确定可见帧的输出的第一可见光通信VLC设备，所述第一VLC设备在通信系统中通过使用数据帧或者所述可见帧与两个或更多个第二VLC设备通信，所述第一VLC设备包括：

可见光收发器，被配置为发送和接收VLC信号；以及

控制器，被配置为：

确定是否允许所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送所述可见帧；以及

通过所述可见光收发器向所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送包括指示所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备是否被允许发送可见帧的比特的可见帧，

其中，在所述比特指示‘1’的情况下，所述每一个第二VLC设备被允许发送所述可见帧，

其中，在所述比特指示‘0’的情况下，所述每一个第二VLC设备不被允许发送所述可见帧，并且

其中，所述第一VLC设备和所述两个或更多个第二VLC设备两者都使用在不发送所述数据帧或者应答信号的情况下发送所述可见帧的方案。

4.如权利要求3所述的第一VLC设备，其中，所述控制器进一步被配置为：在所述可见帧的所述比特的值指示允许所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备发送所述可见帧时，调整用于所述两个或更多个第二VLC设备中的每一个第二VLC设备的所述可见帧的亮度，以及利用关于调整的亮度的信息发送所述可见帧。

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