CN1756131A - 用于提高光通信系统中数据通信带宽的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于提高光通信系统中数据通信带宽的系统和方法。在一个实施例中，颜色传感器允许在光源和光检测器之间存在多条数据传输信道。具有不同波长的光可以被同时检测，并且在每种波长上经调制的数据可以被独立并同时处理。如果需要，来自所选波长的数据可以被递送到终端用户。在另一实施例中，可以将不同颜色用于通信中的不同方向，从而允许同时的双向通信。

Description

用于提高光通信系统中数据通信带宽的系统和方法

技术领域

本发明涉及可见光通信系统，并且更具体而言，本发明涉及用于提高数据通信带宽的系统和方法。

背景技术

红外(IR)信号已经普遍用于从一个地方到另一地方的视觉信息的发送线路。例如在用于打开/关闭电视机和其他电子设备以及用于改变频道的手持控制器、音量控制器等等中，都采用了这样的IR信号。这些设备被具体设计用于它们之间的通信，并且由于它们处于IR频带内，因此这样的通信并不是指通用通信。

出于通信目的，现在正在研究可见光范围内的光。被称为可见光通信(VLC)系统的这样的系统一般使用诸如LED和LCD显示器之类的可用光源用于通信目的。因此，用于显示信息(或者甚至仅仅提供照明)的设备也可以被同时用于向一个或多个光接受器(light receptacle)发送信息。在VLC系统中，数据被调制到来自光源的可见光上，并且位于可见光路径中的任何检测器(解调器)可以接收该数据。

对于大多数通信系统，带宽很快饱和，因此限制了光源和光检测器之间的数据传输速率。如果VLC系统将成为向/从例如PDA、计算机等等移动设备的数据传输的源，那么使数据传输带宽尽可能高是非常重要的。

发明内容

在一个实施例中，颜色传感器允许在光源和光检测器之间存在多条数据传输信道。具有不同波长的光可以被同时检测，并且在每种波长上传递的经调制的数据可以被独立并同时处理，并且如果需要，优选地到终端用户。

在另一实施例中，可以将不同颜色用于通信中的不同方向，从而允许实现同时的双向通信。

以上相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本发明的详细描述。在下文中将描述本发明的其他特征和优点，它们构成了本发明的权利要求的主题。应该意识到，所公开的概念和具体实施例可以被容易地用作基础，来修改或设计其他结构用于实现本发明的同样目的。还应该认识到，这样的等同结构并没有脱离所附权利要求所提出的发明。从以下结合附图的描述中，可以更好地理解被认为是本发明特征的新颖特征及其结构和操作方法，以及其他目的和优点。但是，应该清楚地理解，每张附图的提供都仅仅出于举例说明和描述的目的，并且不是对本发明的限制。

附图说明

为了更完整的理解本发明，现在将结合附图来参考以下描述，在附图中：

图1A、图1B和图1C示出了本发明的一个方面的各种实施例；

图2示出了用于单向多信道通信的系统的一个实施例；以及

图3示出了用于双向多信道操作的系统的一个实施例。

具体实施方式

图1A示出了系统10，其中电子告示牌11向观看者显示信息110。在本文中，我将这样的显示信息通称为公众广播信息。如下面将论述的，用于电子告示牌11的(一个或多个)光源可以在各种信道上调制，从而使一个具体消息可以经由一个信道被递送到汽车12-1，并且使另一不同的消息被递送到汽车12-2。汽车12-1中的消息可以经由显示器13-1以第一消息来显示，而汽车12-2中的显示器13-2可以具有不同的消息。对于每个消息，都使用来自构成可见光通信系统(VLC)的光源11的不同光颜色来递送。应该注意，虽然数据在示例中被显示为屏幕上的标语或信息，但是数据也可以例如是用于控制汽车的信息或者希望发送的任意其他数据。还要注意，在特定汽车中的显示器可以被“调谐”以接收不同信道。

图1B示出了使用交通信号14中的红灯(15R)、黄灯(15Y)和绿灯(15G)的系统100的示例，其中灯15以传统方式被用于控制交通流。这些灯例如可以包含多个单独的LED，以使红灯15R、黄灯15Y和绿灯15G中的每一个都将具有或许100个对黄灯15Y和对绿灯15G类似的发光二极管(LED)。如果希望传输多信道信息，则可以利用数据调制构成灯15R的一组或多组LED。经调制的光被移动设备12-1所解调，并且数据被显示在模块设备(module device)内。注意，在图1B中，所有三个光源(15R、15Y和15G)可以被用于提供三信道系统。

图1C示出了将电视机(TV)16用作光源的另一实施例。TV 16上显示了图像160，该图像是TV 16的任意观看者均可获得的公共图片。TV16的每个像素都由这些不同颜色的光源(红色、绿色和蓝色)构成。液晶显示器(LCD)或TV 16内的其他光源可以被单独地调制，以使远端显示器(例如显示器17)可以接收到被调制在来自TV 16的可见光上的信息。例如，TV 16可以发送三个或更多个不同信道的信息，每个信道使用不同颜色(频率)，用于不同目的。这种经调制的数据可以在TV 16的控制下被用于控制其他设备或者显示信息等等。注意，该调制可以在本地被控制，或者可以经由从远端的源提供到TV 16的信号来控制。这样，远端的源除了提供TV 16上的视觉娱乐之外，还可以在TV 16附近对各种不同电子装备或各种消息提供控制。

图2示出了一种利用三个数据信道的实现方式20。在信道DATA 1上的数据进入调制器21R，而在信道DATA 2上的数据进入调制器21G，并且在信道DATA 3上的数据进入调制器21B。这三个调制器分别与红色、绿色和蓝色光源相关联，这些光源是在本实现方式中可用的三种光源。注意，虽然示出了三个调制器，但是如果需要，可以使用单个调制器(例如在时分复用的方式中)。还要注意，这些调制器优选地是数字调制器。

调制器的输出独立调制每个驱动器的光，以使得红色驱动器22R被输入DATA 1上的数据所调制，绿色驱动器22G被输入DATA 2上的数据所调制，而蓝色驱动器22B被输入DATA 3上的数据所调制。然后，驱动器的输出驱动光源23的三个光源23B、23G和23R。注意，在所示实施例中，每个光源23B、23G、23R被示为单个源，但是实际上，每个源都可以是多个单独的光源，例如LED、LCD等等。

虚线24B代表来自光源23B的经调制的光，而虚线24G代表来自光源23G的经调制的光，类似地，虚线24R代表来自光源23R的经调制的光。该光处于可见光范围内，并且在一个实施例中，该光可以被使用过滤器的颜色传感器所检测。

颜色传感器26(其传感器可以是基于逐个颜色的，或者是若干颜色的综合)的输出根据各种光频率而被分开。因此，蓝色的经调制光被提供到解调器27B，绿色的经调制光被提供到解调器27G，而红色的经调制光被提供到解调器27R。然后，这三个解调器的输出恢复来自输入DATA1、输入DATA 2、输入DATA 3的数据。注意，设备13可以是有时出现在光源11附近的移动设备，或者它也可以是相对于光源11固定的。

图3示出了系统30，该系统是多方向系统的一个实施例，以使来自高速网络302的数据被分别提供到蓝色、绿色或红色驱动器22B、22G或22R中的一个或多个。注意，在本实施例中，调制器201可以是单个调制器，也可以是如图2所示的三个调制器，并且可以利用任意多种颜色。如根据图2所论述的，颜色传感器26在远端单元17中接收经调制的光，并且将各个输出提供到解调器207。注意，如果只利用一种颜色，则将只有一种颜色被提供到解调器207。但是，在利用多种颜色的情况下，所有经调制的颜色(或信道)都可以被提供到解调器207。如果需要，可以使用诸如选择器302之类的选择器来选择或调谐颜色传感器26，以选择将哪种颜色提供到解调器207(或图2中的解调器27B、27G、27R)。

假设在解调器中选择了一个信道，该信道被提供到用于对用户的公共(或私人)显示的显示输入/输出18。然后，用户可以经由输入/输出18输入信息，其数据然后被提供到调制器31和LED驱动器32。然后，LED驱动器32驱动具有特定颜色34的光源33，该颜色34不同于当前在从设备16到设备17的方向上所使用的颜色。这些被选择的颜色可以是固定不变的，例如总是将黄色用于从设备17到设备16，而总是将红色用于从设备16到设备17。

该系统还可以被设置为使得选择器302确定在朝着设备17的方向上到来的是哪种颜色，然后控制光源33，使得在相反方向上使用不同颜色。在任意情形中，从设备17到设备16的颜色都不同于用于从设备16到设备17的颜色，从而允许同时传送双向调制。颜色传感器36将合适颜色的经调制光提供到调制器37，调制器37接着将来自输入/输出18的数据提供到高速数据网络302。注意，实际上，只有在信息超出设备16的情况下，高速数据网络302才是必需的。在某些情况下，信息在设备16和设备17之间来回往返，而无需递送到任何其他目的地。

虽然已经详细描述了本发明及其优点，但是应该理解，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的情况下，可以在此作出各种改变、替换和变换。此外，本申请的范围并不是局限于说明书中所描述的过程、机器、产品、物质组合、装置、方法和步骤的具体实施例。因为从本公开中将容易想到，可以利用某些现有的或以后将开发出的过程、机器、产品、物质组合、装置、方法或步骤，它们能够执行与这里所述的相应实施例基本相同的功能或者实现基本相同的结果。因此，所附权利要求将在其范围内包括这些过程、机器、产品、物质组合、装置、方法或步骤。

Claims (27)

1.一种可见光通信系统，包括：

至少一个光源，所述光源具有可见光谱中的多个波长；

至少一个调制器，用于将数据独立放置在每个所述波长上；

在一个或多个可见光接收设备处的至少一个解调器，用于恢复每个所述波长上的所述数据；和

多个颜色传感器，用于分开进入每个所述解调器的波长。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述波长中的某些用于在第一方向上行进的数据，所述波长中的某写波长用于在第二方向上行进的光。

3.如权利要求2所述的系统，还包括：

选择器，用于至少部分地控制在其上接收数据的波长。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述数据调制附属于所述光源的另一功能。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述另一功能是提供由所述光源波长的组合构成的可视化显示。

6.如权利要求1所述的系统，还包括：

用于有选择地使能所述颜色传感器中的某些颜色传感器的装置。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光源是从下列光源中选出的：

LED、LCD。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述波长至少包含红、蓝和绿。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述经调制的数据波长行进到有界结构的外部。

10.一种用于可见光通信的方法，所述方法包括：

将数据独立调制到多波长可见光源的每个波长上，以及

在一个或多个可见光接收设备处，解调每个所述波长上的所述数据。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述波长中的某些波长用于在第一方向上行进的数据，所述波长中的某些波长用于在第二方向上行进的光。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述波长方向有时是可选的。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述数据调制附属于所述光源的另一功能。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述另一功能是提供由所述光源波长的组合构成的可视化显示。

15.如权利要求10所述的方法，还包括：

在所述解调之前，使用分离器分开所述波长。

16.如权利要求10所述的方法，其中所述光源是从下列光源中选出的：

LED、LCD。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述波长至少包含红、蓝和绿。

18.如权利要求10所述的方法，其中所述经调制的数据波长行进到有界结构的外部。

19.一种通信系统，包括：

可视化显示系统，用于通过空气将信息广播通信到观看者，所述广播通信是具有可见光谱中的波长的光；

调制器，用于将数据引入到所述波长中的至少某些波长上，在任一波长上的所述数据独立于在任何另外的波长上的数据；和

多个颜色传感器，用于分开进入所述解调器的波长。

20.如权利要求19所述的系统，还包括：

远离所述显示系统的解调器，用于恢复被引入到所述波长中的至少一个波长上的数据。

21.如权利要求20所述的系统，其中某些频率的光波用于特定方向。

22.如权利要求20所述的系统，还包括：

颜色传感器，用于分开用于所述解调器的波长。

23.一种告示牌，包括：

固定结构，所述结构包括多个不同颜色的光源，所述光源能够提供被有选择地控制的、视觉可辨别的公共信息；

用于单独调制所述有色光中所选颜色的装置，所述调制将数据放置在所述有色光上；和

远离所述告示牌的装置，用于解调接收到的光，以便基于光的颜色从所述光中恢复所述经调制的数据。

24.如权利要求23所述的告示牌，其中所述解调装置包括：

用于将接收到的光过滤成各个颜色的装置。

25.如权利要求23所述的告示牌，其中所述解调装置包括：

用于控制对要被解调的所述颜色的选择的装置。

26.如权利要求23所述的告示牌，还包括：

远离所述告示牌的装置，用于调制可见光中的所选颜色，所述远端的调制装置可操作以将数据放置在所述可见光上；和

所述告示牌中用于解调接收自所述远端调制器位置的光，以恢复所述经调制的数据的装置。

27.如权利要求26所述的告示牌，其中来自所述远端位置的所述经调制的可见光的颜色不同于在所述告示牌处被调制的任何颜色的光。

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