CN1933369B - 可见光通信系统及其方法 - Google Patents

Abstract

在可见光通信系统中，一种传送设备(1)包括数据调制部件(11)，其将1-比特信息分配给RGB可见光中的每一个，并将传送数据调制成3-比特调制数据。光发射部件(13)发射复合可见光信号，在该信号中根据调制数据对RGB可见光进行复合。

Description

可见光通信系统及其方法

发明领域

本发明通常涉及一种使用可见光的可见光通信系统，尤其涉及一种使用复合可见光信号的可见光通信系统，其中在复合可见光信号中复合了RGB可见光。

背景技术

近年来，使用可见光的可见光通信系统已有了稳定地发展。已提出了采用发光二极管(LED)或照明光源作为光源的可见光通信系统(参见例如专利文献1)

还提出了一种可见光通信技术，在该技术中，通过采用以视觉上无法识别的高速度闪烁LED的光通信来高速传送信息(参见例如专利文献2)。

可见光通信系统采用比如AM(调幅)、FM(调频)和PM(脉冲调制)之类的调制方法作为通信方法，它们都是基于可见光亮度的变化的。特别地，根据传送数据(数字信号串)来调制光源所发出的可见光，并将调制过的光作为可见光信号传送。

同时，在采用LED作为光源的通信方法中，通常通过组合红(R)、绿(G)、蓝(B)的三原色(也称为RGB)的光来发出白光，并对白光进行调制。此外，已知一种通信方法，在该通信方法中，根据要传送的信息的信号波形来改变LED的光发射量，并传送具有已改变发射量的光(参见例如专利文献3)。

专利文献1：日本专利申请特许公开No.2004-221747，

专利文献2：日本专利申请特许公开No.2002-202741，以及

专利文献3：日本专利申请特许公开No.2004-147063。

在使用LED作为光源的可见光通信系统中，可减小传送设备和接收设备的尺寸，并可减少功耗。因此，例如，作为使用移动电话的通信系统，这种通信系统是有益的。然而，当要通过增加调制速率来实现高速通信时，由于例如LED的响应特性，将难于实现这种高速通信。

本发明的目的是提供一种可见光通信系统，该系统通过实现复合了RGB可见光的复合可见光系统实现了高速通信，特别是无需提高调制速度。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种可见光通信系统，其包括传送可见光信号的传送设备和接收可见光信号的接收设备，该传送设备包括：用于发射红、绿、蓝可见光的光发射装置；用于将1-比特信息分配给所述可见光中的每一个并将传送数据调制成3-比特调制数据的数据调制装置；以及传送控制装置，其根据从数据调制装置输出的调制数据来驱动和控制光发射装置，并传送来自光发射装置的复合了可见光的复合可见光信号。

附图简述

图1示出了根据本发明第一实施例的可见光通信系统的结构的方框图；

图2是用于解释根据第一实施例的传送设备的数据压缩的视图；

图3示出了根据第一实施例的复合RGB可见光信号的状态的时序图；

图4示出了根据第二实施例的复合RGB可见光信号的状态的时序图；

图5是解释说明根据第一实施例的传送设备工作过程的流程图；

图6是解释说明根据第一实施例的接收设备工作过程的流程图；

图7是解释说明根据第二实施例的传送设备工作过程的流程图；

图8示出了说明根据本发明第三实施例的可见光通信系统结构的方框图；

图9是解释说明根据第三实施例的传送设备工作过程的流程图；以及

图10是解释说明根据第三实施例的接收设备工作过程的流程图。

具体实施方式

参照附图将对本发明的实施例进行描述。

[第一实施例]

图1示出了根据本发明第一实施例的可见光通信系统的结构的方框图。

该实施例的系统包括内置在例如个人计算机中的传送设备1和内置在例如AV装置中的接收设备2。该系统采用复合可见光信号100执行数据通信。无需解释，传送设备1和接收设备2不限于内置式设备，并可以是外部附接型设备。

传送设备1包括数据传送部件10、数据调制部件11和具有RGB的LED元件的LED光发射部件13。数据传送部件10将例如数字音频数据作为传送数据输出。如之后将会描述的，数据调制部件11将1比特分配给RGB可见光中的每一个，调制传送数据并输出3比特调制数据。

LED光发射部件13使得RGB的LED元件根据LED驱动部件(驱动器)12提供的功率来发光，并传送复合可见光信号100。LED驱动部件12控制提供给LED光发射部件13的功率，从而根据来自数据调制部件11的调制数据打开/关闭RGB的LED元件。

另一方面，接收设备2包括接收复合可见光信号100的光接收部件20、数据解调部件21和数据再生部件22。光接收部件20将复合可见光信号100分离成RGB可见光，并将与RBG可见光中的每一个的开/关状态对应的接收数据信号输出到数据解调部件21。数据解调部件21将所述接收数据信号解调成传送端的传送数据。进一步，数据再生部件22对数据解调部件21所解调的传送数据进行再生，例如作为音频数据。

接下来，参照图2、图3、图5和图6对本实施例的数据通信操作进行描述。首先，参照图5的流程图对传送设备1的工作过程进行描述。

首先，数据传送部件10将作为传送目标的例如音频数据(数字数据)作为传送数据(通常以预定格式进行编码)输出(步骤S1)。数据调制部件11将1比特分配给RGB可见光中的每一个，并将传送数据调制成3比特调制数据(步骤S2)。特别地，可以将3比特调制数据表示为8个数据模式，如图2所示。

随后，根据该3比特调制数据，LED驱动部件12驱动并开/关控制LED光发射部件13的RGB的LED元件(步骤S3)。由此，LED光发射部件13对根据该3比特调制数据所调制的RGB可见光进行复合，并传送复合可见光信号(步骤S4)。特别地，对如图3所示的、由根据该3比特调制数据所调制的RGB可见光所组成的复合可见光信号进行传送。

接下来，将参照图6的流程图对接收设备2的工作过程进行描述。

在从传送设备1接收到复合可见光信号之后，光接收部件20通过过滤将复合可见光信号分离成RGB可见光，并输出与RGB可见光中的每一个的开/关状态对应的接收数据信号(步骤S11)。数据解调部件21接收从光接收部件20输出的接收数据信号，并将该信号解调成作为传送目标的传送数据(步骤S12、S13)。进一步地，数据再生部件22对数据解调部件21解调的传送数据进行再生，例如作为音频数据(步骤S14)。

如上所述，根据本实施例的可见光通信系统，传送设备1可将传送数据作为复合可见光信号进行传送，其中复合可见光被调制成3-比特RGB可见光信号。因此，与直接调制和传送由RGB可见光构成的白色可见光的情况相比，可在同一时刻传送3-比特RGB可见光信号。因此，无需提高调制速度，就可实现高速可见光通信。

更具体地说，例如，通过传送设备1将音频数据作为复合可见光信号从例如个人计算机中高速传送出来。AV装置通过接收设备2接收复合可见光信号，从而可以再生音频数据。因此，在音频数据是音乐数据的情况下，实现这样一种系统：该系统将存储在个人计算机中的音乐数据无线传送给AV装置，并通过AV装置再生音乐。

[第二实施例]

图4和图7涉及本发明的第二实施例。可见光通信系统的结构与图1中所示的相同。省略了与第一实施例重复的描述。

如第一实施例中所描述的，传送设备1将数据作为复合可见光信号进行传送，在该可见光信号中对RGB可见光进行了调制。在这种情况下，通常将RGB的复合可见光作为白光进行发射。然而在实际数据传送中，RGB的出现频率是不相同的，因此所发射的RGB复合可见光可能不是白色可见光，而是以七种颜色变化的可见光。

本实施例涉及一种传送设备1，其中，抑制了RGB复合可见光的白色变化，并将所传送的RGB复合可见光始终保持为白色可见光。以下将参照图4和图7的流程图对本实施例进行详细的描述。

首先，在传送设备1中，数据传送部件10将作为传送目标的例如音频数据作为传送数据输出(步骤S21)。数据调制部件11将1比特分配给RGB可见光中的每一个，并将该传送数据调制成3-比特调制数据(步骤S22)(见图2)。在这种情况下，数据调制部件11生成调制数据的RGB可见光中的每一个的反转比特数据(白色控制数据)(步骤S24)。

接下来，在第一传送周期中，根据3-比特调制数据，LED驱动部件12驱动并开/关控制LED光发射部件13的RGB的LED元件(步骤S23)。由此，LED光发送部件13对根据3-比特调制数据而被调制的RGB可见光进行复合，并发送复合可见光信号。在下一个周期中，根据反转比特数据，LED驱动部件12驱动并开/关控制LED光发射部件13的RGB的LED元件(步骤S25)。由此，LED光发送部件13对根据反转比特数据而被调制的RGB可见光进行复合，并发送复合可见光信号。

特别地，如图4所示，传送设备1根据调制数据传送RGB复合可见光信号，所述调制数据由3-比特有效比特串SD构成。在下一个周期中，传送设备1根据该3-比特有效比特串SD的反转比特数据，对RGB复合可见光信号进行传送。因此，与上述第一实施例相比，用于数据传送的数据传送速率减小到1/2。但通过将反转比特串添加到调制数据中，消除了RGB出现频率的不相同并使得RGB的出现频率变得相同。因此，可以将传送设备1所传送的RGB复合可见光始终保持为白色可见光。

自然地，接收设备2从传送设备1发送的RGB复合可见光中对RGB复合可见光进行采样，并对传送端的传送数据进行解调，其中进行采样的RGB复合可见光是根据有效比特串SD的调制数据进行调制的。换句话说，接收设备2从解调过程中将根据反转比特数据调制的RGB复合可见光信号移走。

第二实施例针对的是，在调制数据周期之后的周期中插入调制数据的反转比特数据的情况。可选择地，可将反转比特数据插入到其他周期中。例如，反转比特数据可在每两个周期或每四个周期之后插入。插入的方法是不受限制的。

简而言之，根据所需要的白色可见光的白色等级来确定反转比特数据的插入周期。

[第三实施例]

图8到图10涉及本发明的第三实施例。

如图8所示，本实施例的系统包括内置在例如个人计算机中的传送设备8和内置在例如AV装置中的接收设备9。该系统通过复合可见光信号200执行数据通信。无需解释，传送设备8和接收设备9不限于内置式设备，并可以是外部附接型设备。

传送设备8包括数据传送部件80、数据调制部件81和具有RGB的LED元件的LED光发射部件83。数据传送部件10将例如具有不同内容的三种音频数据作为传送数据输出。例如，数字传送部件80将三种语言(日语、英语和西班牙语)的音频数据作为传送数据输出。数据调制部件81调制传送数据，从而将音频数据分别分配给RGB可见光。

LED光发射部件83使得RGB的LED元件根据LED驱动部件(驱动器)82提供的功率发光，并传送复合可见光信号200。LED驱动部件82控制提供给LED光发射部件83的功率，从而根据来自数据调制部件81的调制数据打开/关闭RGB的LED元件。

另一方面，接收设备90包括光学滤波器93、光接收部件90、数据解调部件91、数据再生部件92以及控制部件94。光学滤波器93是光学带通滤波器构件，其用于从复合可见光信号200中提取RGB可见光中的给定颜色信号。

光接收部件90将接收数据信号输出到数据解调部件91，该接收数据信号对应于由光学滤波器93分离并提取的RBG可见光的开/关状态。数据解调部件91将接收数据信号解调成作为传送端的传送数据的音频数据。进一步地，数据再生部件92对数据解调部件91所解调的传送数据进行再生。

在光学滤波器93是电子可控滤波构件的情况下，控制部件94控制光学滤波器93，从而提取从RGB可见光中预先选出的颜色信号。在本实施例中，光学滤波器93是可替换构件。光学滤波器93从三个分别传递RGB可见光的光滤波构件中选择。光学滤波器93安置在接收设备9中预先确定的位置上。在连接光学滤波器93的方法的示例中，三个滤波器，即仅传递R分量的光学滤波器、仅传递G分量的光学滤波器以及仅传递B分量的光学滤波器，安置在相关的附接构件上，并可旋转地连接到光接收部件90上。光学滤波器中的一个选择性地安置在光接收部件90的前面。

接下来，参照图9的流程图对当前系统的传送设备8的工作过程进行描述。

首先，数据传送部件80将三种语言(日语、英语和西班牙语)的音频数据作为传送数据分别输出(步骤S31)。数据调制部件81生成调制数据，在该调制数据中，例如将日语音频数据分配给R可见光信号，将英语音频数据分配给G可见光信号，以及将西班牙语音频数据分配给B可见光信号(步骤S32)。

随后，根据该调制数据，LED驱动部件82驱动并开/关控制LED光发射部件83的RGB的LED元件(步骤S33)。由此，LED光发射部件83对根据该调制数据而被调制的RGB可见光进行复合，并传送复合可见光信号(步骤S34)。特别地，将三种语言(日语、英语和西班牙语)的音频数据调制成复合可见光信号，并传送该复合可见光信号。

接下来，将参照图10的流程图对接收设备9的工作过程进行描述。

在接收设备9中，光学滤波器93根据预置的带通特性，从传送设备8发送的复合可见光信号200中选择性地提取R可见光信号、G可见光信号和B可见光信号中的一种(步骤S41)。

光接收部件90输出与光学滤波器93所提取的可见光的开/关状态对应的接收数据信号(步骤S42)。数据解调部件91从光接收部件90输出的接收数据信号中，解调作为传送对象的音频数据，并输出所解调的音频数据(步骤S43、S45和S47)。

数据再生部件92对数据解调部件91所解调的音频数据进行再生。例如，如果解调了与R可见光信号对应的音频数据，数据再生部件92就再生日语音频(步骤S43和S44)。相似的，如果解调了与G可见光信号对应的音频数据，数据再生部件92就再生英语音频(步骤S45和S46)。如果解调了与B可见光信号对应的音频数据，数据再生部件92就再生西班牙语音频(步骤S47和S48)。

如以上所描述的，根据本实施例的可见光通信系统，在光接收设备9中，用户通过例如设置与RGB可见光之一对应的光学滤波器93，或者通过来自接收设备9具有的输入设备的控制部件94来控制光学滤波器93的带通特性。因此，当对音频数据，例如三种语言(日语、英语和西班牙语)的音频数据进行调制，并将其作为复合可见光信号进行传送时，接收设备9可选择性地再生任意一个音频数据。

换句话说，在接收设备9中，对光学滤波器93简单地进行设置，并且不用提供用于多路通信的专用信号分离电路。因此，能够从复合可见光信号中选择并再生传送数据，例如任意一个音频数据。

[第四实施例]

接下来，描述本发明的第四实施例。

第四实施例的系统配置相似于第三实施例的配置，但传送设备8的LED光发射部件83的光发射方法不同。以下将给出详细描述。

在第三实施例中，在固定电平(level)中将对应于RGB的不同音频数据进行复合，并发射白光。在第四实施例中，通过改变数据的电平而发射任意颜色的可见光。

例如，如果削弱使用R(红色)的音频数据(即，降低电平)，并将使用G(绿色)的音频信号和使用B(蓝色)的音频信号设置成正常电平，则发射R(红色)补色光。相似地，如果削弱使用G(绿色)的音频数据，则输出光具有绿色补色光。如果削弱使用B(蓝色)的音频数据，则输出光具有蓝色补色光。此外，除了红色、绿色和蓝色以外，任意颜色的输出光都可以通过组合要削弱的颜色分量来获得。

如果仅改变任意一个音频信号的电平，则接收灵敏度可能退化。因此，通过循环改变电平，或者通过改变电平从而使显示部分具有不同的颜色，就能够抑制接收信号中的变化。

例如，可将传送设备8的LED组成任意字符形状(例如，商业产品名称、公司名称等；字符的数量可以是多个)，并且字符可以用特定的图像颜色(例如商业产品的图像颜色、公司的图像颜色等)照亮。因此，能够增强商业图像和商业产品的外观。

在本发明可能的修改中，可使得传送设备8的光发射部件83发射对应于任意图像的光。例如，可以使LED发光从而显示TV广播图像，并可通过可见光通信传送与广播图像对应的音频信息。因此，可欣赏TV广播。

本发明不完全限于上述实施例中。实践中，在不脱离本发明的精神的情况下，可对构造要素进行改变。通过适当组合实施例中所公开的构造要素，可获得不同的发明。例如，一些构造要素可从本实施例中公开的所有构造要素中省略。此外，不同实施例中的构造要素可适当地进行组合。

Claims (4)

1.一种可见光通信系统，其包括传送可见光信号的传送设备(1)和接收所述可见光信号的接收设备(2)，其特征在于，所述传送设备包括：

光发射装置(13)，用于发射红、绿、蓝的可见光；

数据调制装置(11)，用于将1-比特信息分配给所述可见光中的每一个，并将传送数据调制成3-比特调制数据；以及

传送控制装置(12)，用于根据所述调制数据和所述调制数据的反转比特数据来驱动和控制所述光发射装置，并传送来自所述光发射装置的、与所述调制数据对应的复合可见光信号，随后传送来自所述光发射装置的、与所述调制数据的反转比特数据对应的复合可见光信号，

其中，根据所需要的白色可见光的白色等级来确定所述反转比特数据的插入周期。

2.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述接收设备包括：

用于接收从所述光发射装置传送的所述复合可见光信号的装置；

用于提取并解调与所述调制数据对应的所述复合可见光信号的装置。

3.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述光发射装置包括：

发光二极管元件，用于发射红、绿、蓝的可见光；以及

驱动装置，用于驱动所述发光二极管元件，并且同时或选择性地发射可见光。

4.一种应用于可见光通信系统的传送方法，其中所述系统包括传送红、绿、蓝的可见光信号的传送设备，以及接收所述可见光信号的接收设备，其特征在于，包括：

将1-比特信息分配给所述可见光信号中的每一个并对3-比特串的传送数据进行调制的步骤；以及

传送与所述调制数据对应的复合可见光信号并且随后传送与所述调制数据的反转比特数据对应的复合可见光信号的步骤，

其中，根据所需要的白色可见光的白色等级来确定所述反转比特数据的插入周期。

Images