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OUERVERWEIS AUF VERWANDETE PATENTANMELDUNGEN
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Diese nicht vorläufige US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U. S. C. § 119 der
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2010-112586 , die am 14. Mai 2010 eingereicht wurde, und der PCT-Anmeldung mit der Nr.
PCT/JP2011/056157 , die am 16. März 2011 im Japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei der gesamte Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und ein Verfahren zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und betrifft insbesondere einen Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und ein Verfahren zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, wobei Daten mittels weißen Lichts übertragen werden, das von einer weißen Licht emittierenden Diode (LED) mit Blaulichtanregung ausgesendet wird.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, das Daten unter Anwendung eines weißen Lichts, das von einer weißen Licht emittierenden Diode (LED) als Übertragungsmedium ausgegeben wird, ist bekannt. Beispielsweise offenbart die
japanische Patentanmeldung mit der Nr. 3465017 (Patentdokument 1) ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, in welchem ein Datenübertragungsvorgang ausgeführt wird, indem eine weiße LED angesteuert wird, um weißes Licht in Reaktion auf ein Ansteuersignal bzw. Treibersignal auszusenden, das auf der Grundlage von Übertragungsdaten moduliert ist, indem das von der weißen LED ausgesendete weiße Licht von einem Empfänger empfangen wird, und indem ein in dem empfangenen weißen Licht eingebettetes Lichtsignal in ein elektrisches Signal unter Anwendung eines fotoelektrischen Wandlers, etwa einer Fotodiode (PD), umgewandelt wird.
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Eine LED (die im Weiteren als „Blaulicht angeregte weiße LED” bezeichnet wird), in der ein fluoreszierendes Material auf Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Basis um eine blaue LED herum angeordnet ist, ist als weiße LED bekannt, die auch als eine gattungsgemäße Lichtquelle verwendet werden kann. In der Blaulicht angeregten weißen LED wird das fluoreszierende Material, das um die blaue LED angeordnet ist, durch das blaue Licht angeregt, das von der blauen LED ausgesendet wird und es wird gelbes Licht, das von dem fluoreszierenden Material ausgesandt wird, mit blauem Licht gemischt, das von der blauen LED ausgesendet wird, so dass ein pseudo-weißes Licht erhalten werden kann.
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Eine Datenübertragung unter Ausnutzung von Ausgangslicht aus der Blaulicht angeregten weißen LED als Übertragungsmedium liefert eine relativ geringe Übertragungsgeschwindigkeit von ungefähr mehreren Mbps (siehe das Nicht-Patentdokument unten). Dies liegt daran, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des gesamten Systems durch eine geringe Antwortgeschwindigkeit bzw. Ansprechgeschwindigkeit des fluoreszierenden Materials beschränkt ist. Es wurden daher diverse Verfahren zur Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit vorgeschlagen. Beispielsweise schlägt Patentdokument 1 ein Verfahren zum Realisieren einer Übertragungsgeschwindigkeit von ungefähr einigen 10 Mbps vor, indem ein Farbfilter, der zum Durchlassen von lediglich blauem Licht ausgebildet ist, an einer Empfängerseite vorgesehen wird, und indem eine gelbe Lichtkomponente, die von dem fluoreszierenden Material ausgesendet wird, von dem weißen Licht entfernt wird, das von einer Blaulicht angeregten weißen LED ausgesendet wird, wobei der Farbfilter verwendet wird. Ferner schlägt die
Japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. 2007-43592 (Patendokument 2) ein Verfahren zur Verbesserung einer Übertragungsgeschwindigkeit vor, indem ein Ansteuersignal bzw. Treibersignal unter Anwendung einer Spitzenwertschaltung auf der Grundlage eines Ergebnisses, das durch Überwachung einer von einer blauen LED erzeugten Lichtsignalkomponente gewonnen wird, eingestellt wird.
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[Dokument des Stands der Technik]
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[Patentdokumente]
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- 1. Japanische Patentschrift mit der Nr. 3465017
- 2. Japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. 2007-43592
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[Nicht-Patentliteratur]
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die Übertragungsqualität einer Kommunikation mit sichtbarem Licht wird leicht beeinträchtigt, da Umgebungslicht als Rauschen fungiert. Es ist daher schwierig, eine ausreichende Kommunikationsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger zu erreichen, wenn auch eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit verwirklicht werden soll. Diverse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und ein Verfahren zur Kommunikation mit sichtbarem, Licht bereit, wobei eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit, eine Vergrößerung einer Kommunikationsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt werden und wobei eine einfache Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist.
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Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme zu den begleitenden Zeichnungen hervor.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht bereitgestellt, der umfasst: eine Empfangseinheit, die ausgebildet ist, ein Signal mit sichtbarem Licht von einer Blaulicht angeregten weißen LED zu empfangen, die mit einem Treiberstromsignal angesteuert ist, das erzeugt wird durch Hinzufügen eines ansteigenden Pulses und eines abfallenden Pulses entsprechend zu einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke von Übertragungsdaten, wobei die Übertragungsdaten gemäß einem gleichstromfreien RLL-Code mit einem minimalen Lauf bzw. Durchlauf von 1 kodiert und NRZI-moduliert sind, bevor der ansteigende Puls und der abfallende Puls hinzugefügt werden; einen fotoelektrischen Wandler, der ausgebildet ist, das Signal aus sichtbarem Licht, das von der Empfangseinheit empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln; einen Entzerrer bzw. Equalizer, der ausgebildet ist, das von dem fotoelektrischen Wandler erzeugte elektrische Signal durch Entzerrung in ein doppelbinäres bzw. dua-binäres Signal umzuwandeln; einen Diskriminator, der ausgebildet ist, das von dem Entzerrer ausgegebene doppelbinäre Signal zu unterscheiden bzw. aufzuteilen, so dass ein 3-wertiges Signal erzeugt wird, einen Dekodierer mit Wahrscheinlichkeitsmaximum bzw. einen Maximumwahrscheinlichkeits-Dekodierer, der ausgebildet ist, das von dem Diskriminator erzeugte 3-wertige Signal ML-zu dekodieren, um ein dekodiertes Signal auszugeben; und einen Dekodierer, der ausgebildet ist, das von dem Maximumwahrscheinlichkeits-Dekodierer ausgegebene dekodierte Signal RLL-zu dekodieren.
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[Wirkung der Erfindung]
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Gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und ein Verfahren zur Kommunikation mit sichtbarem Licht mit einer verbesserten Kommunikationsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger und einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit bereitgestellt, die durch eine einfache Verarbeitungsschaltung gebildet sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Blockansicht eines Systems zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Graph, der ein Emissionsspektrum einer Blaulicht angeregten, weißes Licht emittierenden Diode (LED) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist ein Graph, der eine Durchlässigkeitseigenschaft eines Farbfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Ansteuersignalform bzw. ein Treibersignal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Treibersignalgenerators und eines Mehrtontreibers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6A bis 6D sind Diagramme, die die Abhängigkeit zwischen einer Übertragungssignalsequenz und einer Ausgangssequenz eines Entzerrers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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7 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau eines 3-wertigen Diskriminators bzw. eines 3-Wert-Diskrominators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Schwellwertgenerators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Viterbi-Dekodierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist ein Zustandsübergangsdiagramm eines Viterbi-Dekodierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 ist ein Trellis-Diagramm eines Vilterbi-Dekodiereres gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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12 ist ein Graph, der ein Augendiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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13 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einer Kommunikationsstrecke und einer Bitfehlerrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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14 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einer empfangenen Leuchtstärke und einer Bitfehlerrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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15 ist eine Blockansicht, in der ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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DETAILLIETE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Blockansicht, in der ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In einem System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Daten von einem Sender 100 zu einem Empfänger 200 unter Anwendung von weißem Licht als Medium übertragen, das von einer weißen Licht emittierenden Diode (LED) ausgesendet wird.
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Der Sender 100 enthält einen (1, x) Lauflängen-begrenzten (RLL) Kodierer 105, einen Treibersignalgenerator 110, einen Mehrton-Treiber 115 und eine Blaulicht angeregte weiße LED 120. Der (1, x) RLL-Kodierer 105 kodiert Übertragungsdaten unter Anwendung eines (1, x) RLL-Codes und erzeugt RLL-Daten. Der Treibersignalgenerator 110 erzeugt mehrere Tonsignale bzw. Frequenzsignale auf der Grundlage der RLL-Daten, die von dem (1, x) RLL-Kodierer 105 erzeugt sind. Der Mehrton-Treiber 115 synthetisiert die mehreren Tonsignale, die von dem Treibersignalgenerator 110 erzeugt sind und erzeugt einen Treiberstrom bzw. Ansteuerstrom. Die Blaulicht angeregte weiße LED 120, wird durch den Treiberstrom, der von dem Mehrton-Treiber 115 erzeugt ist, angesteuert.
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Weißes Licht, das von der Blaulicht angeregten weißen LED 120 ausgesendet wird, erreicht den Empfänger 200 und wird mittels einer Linse durch einen Farbfilter 205 gebündelt und auf eine Fotodiode 210 gelenkt. Ein Transimpedanzverstärker 215, ein Entzerrer 220, ein 3-Wert-Diskirminator 225, ein Schwellwertgenerator 230, eine Phasenregelschleife (PLL) 240, ein Viterbi-Dekodierer 245 und ein (1, x) RLL-Dekodierer 250 sind an einer Ausgangsseite der Fotodiode 210 angeordnet. Eine Fotodiode wird im Weiteren auch als „PD” bezeichnet.
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Ein von dem (1, x) RLL-Kodierer 105 verwendeter RLL-Code ist ein Code, in welchem eine minimale Anzahl (minimaler Durchlauf bzw. Lauf bzw. Folge) an aufeinanderfolgenden Nullen und/oder eine maximale Anzahl (maximaler Durchlauf bzw. Lauf bzw. Folge) an aufeinanderfolgenden Nullen in einer Code-Sequenz vor der NRZI-(invertierte nicht-zu-Null-zurückkehrende)Modulation begrenzt ist. Ein RLL-Code, in welchem der minimale Lauf d und der maximale Lauf k ist, wird als „(d, k) RLL-Code” bezeichnet. Wenn die Codesequenz, die gemäß dem (d, k) RLL-Code kodiert wird, NRZI-moduliert wird, betragen die minimale Anzahl an aufeinanderfolgenden Nullen (oder Einsen) und die maximale Anzahl an aufeinanderfolgenden Nullen (oder Einsen) (d + 1 bzw. k + 1). Beispielsweise sind in RLL-Daten, die gemäß einem (1, 7) RLL-Code kodiert sind, die minimale Anzahl von aufeinanderfolgenden Nullen (oder Einsen) und die maximale Anzahl von aufeinanderfolgenden Nullen (oder Einsen) entsprechend zwei bzw. acht. Im Weiteren wird eine Begrenzung der Anzahl an aufeinanderfolgenden Bits, die in den NRZI-modulierten RLL-Daten enthalten sind, manchmal auch als „dk-Seite” bezeichnet.
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In einer Ausführungsform führt der (1, x) RLL-Kodierer
105 einen Kodiervorgang unter Anwendung eines 17PP-Codes aus. Der 17PP-Code ist ein (1, x) RLL-Code und besitzt eine Coderate (die durch m/n bezeichnet ist, wobei m eine Datenbitlänge, die vor dem Kodieren gemessen ist, und n eine Datenbitlänge, die nach dem Kodieren gemessen ist, bezeichnet) von 2/3. Da der 17PP-Code ein Gleichstrom-freier Code ist, erleichtert der 17PP-Code eine Taktsignalwiederherstellung auf einer Empfängerseite und eine Unterdrückung einer unnötigen Dispersion, die Probleme hervorrufen kann, wenn sichtbares Licht als Träger verwendet wird. Da ferner eine DC-Komponente bzw. Gleichstromkomponente eines Signals, das entsprechend dem 17PP-Code moduliert ist, von der Empfangsschaltung entfernt werden kann, kann der Einfluss von unmoduliertem Umgebungslicht (Sonnenlicht) unterdrückt werden. Der 17PP-Code ist beispielsweise in der
Japanischen Patentschrift mit der Nr. 3985173 beschrieben, und die Signifikanz des 17PP-Codes ist dem Fachmann geläufig. Im Vergleich zu einem Manchester-Code oder einem 8B10B-Code, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist, kann, da die Breite eines minimalen Pulses, der für eine Zunahme einer Übertragungsgeschwindigkeit erforderlich ist, der 17PP-Code des Weiteren eine erforderliche obere Grenze eines Modulationsfrequenzbandes verringern. Tabelle 1 zeigt Abhängigkeiten zwischen entsprechenden Modulationscodes und diversen numerischen Werten. In Tabelle 1 ist die obere Grenze des Modulationsfrequenzbandes berechnet durch (1/minimale Pulsbreite) × 0,7, wobei dies aus Experimenten ermittelt ist. [Tabelle 1] Modulationscodes und diverse numerische Werte (wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit 100 Mbps beträgt)
| Modulationscode | Gleichstromfrei | Minimale Pulsbreite (ns) | Obere Grenzfrequenz des Modulationsbands (MHz) | Bit-Rate (Mbps) nach Kodierung |
| NRZ | x | 10 | 70 | 100 |
| Manchester | 0 | 5 | 140 | 200 |
| 8B 10B | 0 | 8 | 87,5 | 125 |
| 17PP | 0 | 13,3 | 52,5 | 150 |
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Der Treibersignalgenerator 110 ist durch digitale Schaltungen aufgebaut, die eine PLL (nicht gezeigt), die ausgebildet ist, ein Taktsignal und ein Vielfaches des Taktsignals synchron zu einem Übertragungsdatenpuls zu erzeugen, einen Pulsflankendetektor (nicht gezeigt), einen Einzelpuls-Multivibrator (nicht gezeigt), um mehrere Tonsignale bzw. Frequenzsignale auf der Grundlage des RLL-kodierten Übertragungsdatenpuls zu erzeugen, der von dem (1, x) RLL-Kodierer 105 eingespeist ist, umfassen. 4 zeigt beispielhaft eine Signalform eines Tonsignals, das von dem Treibersignalgenerator 110 erzeugt ist. Der Treibersignalgenerator 110 erzeugt ein mehrwertiges (hier ein 4-wertiges) Tonsignal, das in den 4C bis 4F gezeigt ist, auf der Grundlage der RLL-kodierten Übertragungsdaten aus 4A. 4C zeigt ein Tonsignal SA, das nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die der Breite eines ansteigenden Pulses WA ab einer ansteigenden Flanke der Übertragungsdaten entspricht, abfallt und 4E zeigt ein Tonsignal SC, das nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die der Breite eines abfallenden Pulses WC ausgehend von einer abfallenden Flanke der Übertragungsdaten entspricht, ansteigt. Zusätzlich zeigt 4D einen Übertragungsdatenpuls SB, der den RLL-kodierten Übertragungsdaten entspricht, die von dem (1, x) RLL-Kodierer 105 eingespeist sind, und 4F zeigt einen Vorspannungsstrom SD, der der digitalen Schaltung des Treibersignalgenerators 110 zugeleitet ist.
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Der Mehrton-Treiber 115, der durch eine Oder-Schaltung ausgebildet ist, synthetisiert jedes der Signale SA, SB, SC und SD, die von dem Treibersignalgenerator 110 ausgegeben werden, erzeugt einen Treiberstrom bzw. Ansteuerstrom und gibt den erzeugten Treiberstrom an die Blaulicht angeregte weiße LED 120 aus, die am Ende der Treiberschaltung angeordnet ist. 4B zeigt beispielhaft eine Signalform des Treiberstroms, der von dem Mehrton-Treiber 120 erzeugt ist.
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Daher fügen der Treibersignalgenerator 110 und der Mehrton-Treiber 115 einen ansteigenden Puls den RLL-kodierten Übertragungsdaten während der ansteigenden Flanke der RLL-kodierten Übertragungsdaten hinzu und Eigen einen abfallenden Puls den RLL-kodierten Übertragungsdaten während der abfallenden Flanke hinzu, um ein Treiberstromsignal zu erzeugen. Wenn das Mehrton-Treibersignal durch Hinzufügen der ansteigenden Flanke und der abfallenden Flanke zu den Übertragungsdaten erzeugt ist, kann ein zu hoher Strom, der einen Nennstrom einer LED übersteigt, was auftreten kann, wenn eine Spitzenwertschaltung verwendet wird, verhindert werden, und es können optimale Ansteuerbedingungen effizient selbst bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit erreicht werden. Der Mehrton-Treiber 115 ist in der Lage, die LED im Nanosekundenbereich mit Strom anzusteuern und ist auch in der Lage, eine Vorspannung auszugeben, die höher ist als eine Durchlassspannung von ungefähr 3,6 V, die zum Ansteuern der Blaulicht angeregten weißen LED erforderlich ist.
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Im Anschluss wird mit Bezug zu 5 der Aufbau des Treibersignalgenerators 110 und des Mehrton-Treibers 115 beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, enthalten der Treibersignalgenerator 110 und der Mehrton-Treiber 115 Tonsignalerzeugungsschaltungen 112A bis 112D, wovon jede einen OPAMP, einen Transistor, einen Schalter und einen Widerstand enthält. Die Tonsignalerzeugungsschaltungen 112A bis 112D erzeugen Tonsignale bzw. Frequenzsignale SA bis SD. Pulsamplituden HA bis HD der Tonsignale SA bis SD werden entsprechend durch Spannungen VHA bis VHD der nicht-invertierenden Eingänge Vin1 bis Vin4 des OPAMP eingestellt, so dass die ansteigende Flanke und die abfallende Flanke in Reaktion auf Steuersignale KWA bis KWD eingestellt sind, die Anschlüssen EN1 bis EN4 des Schalters zugeführt sind. Beispielsweise fällt in der Tonsignalerzeugungsschaltung 112A das Steuersignal KWA ab, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer, die der Breite des ansteigenden Pulses WA ab der ansteigenden Flanke der Übertragungsdaten aus 4A entspricht, abgelaufen ist. Der Schalter wird zwischen der ansteigenden Flanke und der abfallenden Flanke eingeschaltet und die Tonsignalerzeugungsschaltung 112A gibt die Spannung VHA als Tonsignal SA aus. Die Tonsignalerzeugungsschaltungen 112B bis 112D führen die gleiche Steuerfunktion aus und geben entsprechende Tonsignale SB bis SD aus. Die Tonsignale SA bis SD, die von den Tonsignalerzeugungsschaltungen 112A bis 112D ausgegeben werden, Werden von einer verdrahteten Oder-Schaltung addiert und der Blaulicht angeregten weißen LED 120 über eine Strom spiegelschaltung 114 zugeleitet.
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Die Steuersignale KWA bis KWD können als ein 4-Bit-Digitalsignal betrachtet werden, das auf Basis von Logikwerten der Übertragungsdaten festgelegt ist. Beispielsweise wird das 4-Bit-Digitalsignal (KWA, KWB, KWC und KWD) zu (1, 1, 1, 1) zu dem Zeitpunkt (die ansteigende Flanke), an welchem ein Logikwert der Übertragungsdaten aus 4A sich von L nach H ändert, es wird zu (0, 1, 1, 1), nachdem die Zeitdauer verstrichen ist, die der Pulsbreite WA des Tonsignals SA ab der ansteigenden Flanke entspricht, es wird zu (0, 0, 0, 1) zu dem Zeitpunk (die abfallende Flanke), ab dem der Logikwert der Übertragungsdaten sich von H nach L ändert, und es wird zu (0, 0, 1, 1), nachdem die Zeitdauer verstrichen ist, die der Pulsbreite WC des Tonsignals SC nach der abfallenden Flanke entspricht. Die zuvor beschriebene Blaulicht angeregte weiße LED 120 wird eingerichtet, indem ein auf YAG-basierendes fluoreszierendes Material um eine blaue LED herum angeordnet wird. Das fluoreszierende Material, das um die blaue LED herum angeordnet ist, wird durch das von der blauen LED ausgesandte blaue Licht angeregt, und es wird von dem fluoreszierenden Material ausgegebenes gelbes Licht mit dem blauen Licht gemischt, das von der blauen LED ausgesandt wird, so dass ein pseudo-weißes Licht ausgegeben wird. Die Blaulicht angeregte weiße LED ist eine universale LED und erfordert geringere Herstellungskosten im Vergleich zu anderen weißen LEDs, etwa einer Ultraviolett (UV) angeregten weißen LED, die aufgebaut ist, indem eine UV-LED mit einem fluoreszierenden Material kombiniert wird, das die drei primären Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) aussendet, oder etwa im Vergleich zu einer drei Farben emittierenden weißen LED, die aufgebaut ist, indem drei Arten an LEDs, d. h. eine rote LED, eine grüne LED und eine blaue LED, in einem einzelnen Gehäuse zusammengefügt sind.
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2 ist ein Graph, der ein Emissionsspektrum der Blaulicht angeregten weißen LED 120 zeigt. In 2 bezeichnet die Abszisse die Wellenlänge (nm) und die Ordinate bezeichnet die relative Emissionsintensität (a. u. bzw. willkürliche Einheiten). Wie in 2 gezeigt ist, besitzt das Emissionsspektrum eine maximale Intensität bei einer Wellenlänge zwischen ungefähr 440 bis 470 nm aufgrund des blauen Lichts, das von der blauen LED ausgesendet wird, und besitzt ein tieferes Maximum bei einer Wellenlänge von ungefähr 550 nm aufgrund einer Wellenlängenkomponente, die von dem fluoreszierenden Material von grün bis gelb verteilt wird.
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Der Farbfilter 205 lässt eine Wellenlängenkomponente durch, die dem blauen Licht des weißen Lichts entspricht, das von der Blaulicht angeregten weißen LED 120 ausgesendet wird, und der Filter schwächt die Wellenlängekomponente, die von grün bis gelb verteilt ist, ab. Der Farbfilter, der die dem blauen Licht entsprechende Wellenlängenkomponente durchlässt, wird manchmal auch als ein blauer Farbfilter im Hinblick auf die durchgelassene Wellenlängenkomponente bezeichnet. 3 ist ein Graph, der eine Durchlasseigenschaft des Farbfilters 205 zeigt. In 3 bezeichnet die Abszisse eine Wellenlänge (nm) und die Ordinate bezeichnet die Durchlässigkeit (%). Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Farbfilter 205 eine geringe Durchlässigkeit in Bezug auf zumindest eine Wellenlängenkomponente zwischen ungefähr 500 nm und 750 nm und besitzt eine hohe Durchlässigkeit in Bezug auf eine Wellenlängenkomponente zwischen ungefähr 440 nm bis 470 nm. Da die Wellenlängenkomponente von 550 nm, die eine der von dem fluoreszierenden Material mit der geringen Ansprechgeschwindigkeit ausgesandten Emissionskomponenten des weißen Lichts, das von der Blaulicht angeregten weißen LED 120 ausgesendet wird, ist, durch den Farbfilter 205 blockiert wird, kann eine verbesserte Übertragungsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Falle ohne dem Farbfilter erreicht werden.
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Als nächstes wird die Funktionsweise des Entzerrers 220 mit Bezug zu den 6A bis 6D beschrieben. Der Entzerrer 220 entzerrt ein elektrisches Signal bzw. bereitet diese auf, das von dem Transimpedanz AMP 210 eingespeist wird, zu einem doppelbinären bzw. duobinären Code in Bezug auf die Signalform. Der doppelbinäre Code ist eine Art eines Teilansprechcodes bzw. Teilreaktionscodes, der in beabsichtigter Weise eine Zwischencodeinterferenz bzw. Störung zulässt, um eine Übertragung mit schmalem Band im Vergleich zur typischen Basisbandübertragung zu ermöglichen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entzerrt der Entzerrer 220 eine Übertragungssignalsequenz aus dem Ausgang einer NRZI-Modulationsschaltung des Senders 100 an dem Ausgang des Entzerrers 220 des Empfängers 200 derart, dass die Übertragungssignalsequenz eine 1 + D Tiefpassfilter-(LPF)Charakteristik besitzt. D. h., das Bit zum Zeitpunkt k wird dem Bit zum Zeitpunkt k – 1 hinzugefügt, so dass die Übertragungssignalsequenz in eine 3-wertige (0, 1 und 2) Ausgangssequenz umgewandelt wird. 6a bis 6D zeigen Abhängigkeiten zwischen der Übertragungssignalsequenz und der Ausgangssequenz (empfangene Signalsequenz) für die Übertragungssignalsequenz, wenn sie Codelängen von 1T bis 4T besitzt. Da Graphen in der rechten Hälfte der 6A bis 6D Beispiele zeigen, die durch Invertieren von Bits ”0” und „1” von entsprechenden Graphen auf der linken Seite erhalten werden, werden nur die Graphen auf der linken Hälfte der 6A bis 6D beschrieben und eine Beschreibung der Graphen auf der rechten Seite wird weggelassen. T bezeichnet ein Zeitintervall (Einheitsintervall) nach der Codierung. Wenn die Übertragungsdaten gemäß einem (1, x) RLL-Code kodiert und anschließend NRZI-moduliert werden, beträgt die minimale Pulsbreite der Übertragungssignalsequenz 2T. 6A zeigt eine Abhängigkeit zwischen der Übertragungssignalsequenz mit der Codelänge von einem T und der entsprechenden Ausgangssequenz. Wie in dem Graphen auf der linken Seite der 6A gezeigt ist, wird die Übertragungssignalsequenz (0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, ...) mit der Codelänge von 1T einer Sequenz hinzugefügt, die erhalten wird, indem die Übertragungssignalsequenz um 1 Bit verzögert wird, so dass eine Ausgangssequenz (0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, ...) erhalten wird. Die gleichen Schemata werden auf Übertragungssignalsequenzen mit den Codelängen von 2T bis 4T angewendet, um Ausgangssequenzen zu erhalten. D. h. eine Ausgangssequenz (0, 0, 1, 2, 1, 0, 0, 0, ...) kann aus der Übertragungssignalsequenz (0, 0, 1, 1, 0, 0, ...) mit der Codelänge von 2T erhalten werden, wie in 6B gezeigt ist. Des Weiteren kann eine Ausgangssequenz (0, 0, 1, 2, 2, 1, 0, 0, ...) aus der Übertragungssignalsequenz (0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, ...) mit der Codelänge von 3T erhalten werden, wie in 6C gezeigt ist, und eine Ausgangssequenz (0, 0, 1, 2, 2, 2, 1, 0, ...) kann aus der Übertragungssignalsequenz (0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, ...) mit der Codelänge von 4T erhalten werden, wie in 6D gezeigt ist.
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7 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau des 3-wertigen Diskriminators bzw. 3-Wert-Diskriminators 225 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der 3-wertige Diskriminator 225 umfasst Komparatoren 226 und 227. Der Komparator 226 vergleicht ein Signal (doppelbinäres Signal), das doppelbinär-kodiert ist von dem Entzerrer 220 mit dem Hi-Schwellwert, der von dem Schwellwertgenerator 230 ausgegeben wird. Der Komparator 227 vergleicht das doppelbinäre Signal, das von dem Entzerrer 220 ausgegeben wird, mit dem Lo-Schwellwert, der von dem Schwellwertgenerator 230 ausgegeben wird. Ferner werden 3-wertige Daten (Ausgangspegel) gemäß Regeln festgelegt, die in Tabelle 2 gezeigt sind und die auf dem Vergleichsergebnis jeweils der Komparatoren 226 und 227 beruhen.
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D. h., wenn die Ausgänge der beiden Komparatoren 226 und 227 auf tiefem Pegel sind (wenn das von dem Entzerrer 220 entzerrte Signal sowohl kleiner ist als der Schwellwert Hi als auch der Schwellwert Lo), dann wird der Ausgangspegel als Null erkannt. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 226 auf tiefem Pegel und das Ausgangssignal des Komparators 227 auf hohem Pegel ist (wenn das von dem Entzerrer 220 entzerrte Signal größer ist als der Schwellwert Lo und kleiner ist als der Schwellwert Hi), dann wird der Ausgangspegel als Eins erkannt. Wenn die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 226 und 227 auf hohem Pegel sind (wenn das von dem Entzerrer 220 entzerrte Signal größer ist als der Schwellwert Hi und größer ist als der Schwellwert Lo), dann wird der Ausgangspegel als Zwei erkannt. Somit wird das doppelbinäre Signal, das von dem Entzerrer 220 ausgegeben wird, in drei Werte (0, 1 und 2) unterschieden bzw. aufgeteilt.
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8 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau des Schwellwertgenerators 230 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Schwellwertgenerator 230 umfasst einen Spitzerwertdetektor 231, einen Tiefstwertdetektor 232 und Widerstände 233 bis 235. Das von dem Entzerrer 220 ausgegebene doppelbinäre Signal wird dem Spitzenwertdetektor 231 und dem Tiefstwertdetektor 232 eingespeist. Der Spitzenwertdetektor 231 erkennt eine maximale Spannung des eingespeisten doppelbinären Signals, während der Tiefstwertdetektor 232 eine minimale Spannung des eingespeisten doppelbinären Signals erfasst. Die erfasste maximale Spannung und die erfasste tiefste Spannung dienen als der Schwellwert Hi und der Schwellwert Lo entsprechend den Widerstandswerten der Widerstände 233 bis 235, und der Schwellwert Hi und der Schwellwert Lo werden dem 3-wertigen Diskriminator 225 eingespeist.
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Die PLL 240 erzeugt ein Datentaktsignal synchron zu dem doppelbinären Signal, das von dem Entzerrer 220 ausgegeben wird. Ein Zeitablauf der Unterscheidung, mit welchem die PLL 240 die Unterscheidung ausführt, weicht um ein halbes Taktsignal von dem Fall einer 2-wertigen Unterscheidung ab. Das Ausgangssignal des 3-wertigen Diskriminators 225 wird zeitlich durch das Datentaktsignal neu gesteuert, das von der PLL 240 empfangen wird und wird anschließend an den Viterbi-Dekodierer 245 ausgegeben.
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9 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau des Viterbi-Dekodierers 245 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Viterbi-Dekodierer 245 enthält einen Verzweigungsmetrikkalkulator 246, einen Pfadmetrikkalkulator 247 und einen Pfadspeicher 248. Der Verzweigungsmetrikkalkulator 246 berechnet ein Verzweigungsmaß durch Berechnen eines euklidischen Abstands zwischen einem 3-wertigen Signal, das von dem 3-wertigen Diskriminator 225 erzeugt ist, und jedem von Referenzwerten (d. h. 0, 1 und 2), und gibt das berechnete Verzweigungsmaß an den Pfandmetrikkalkulator 247 aus. Der Pfadmetrikkalkulator 247 berechnet einen wahrscheinlichsten Pfad aus allen möglichen Zustandsübergängen auf der Grundlage des Verzweigungsmaßes, das von dem Verzweigungsmetrikkalkulator 246 berechnet ist, und speichert den wahrscheinlichsten Pfad, d. h. den übrig bleibenden Pfad, in dem Pfadspeicher 248. 10 zeigt ein Zustandsübergangsdiagramm des Viterbi-Dekodierers 245 und 11 zeigt ein Trellis-Diagramm, das dem Zustandsübergangsdiagramm aus 10 entspricht. Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, führt eine Eingangssignalsequenz aus dem 3-wertigen Diskriminator 225 Übergänge zwischen vier Zuständen aus, d. h. S0, S1, S2 und S3. Dabei bezeichnen 1/2, 0/1, 0/0 und 1/1 die Zusammenhänge zwischen den Eingangssignalen und Ausgangssignalen. Der restliche bzw. überlebende Pfad, der in dem Pfadspeicher 248 abgelegt ist, wird sequenziell verbunden, und die verbundene Codesequenz wird als Ergebnis des Dekodierens an den (1, x) RLL-Dekodierer 250 ausgegeben. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Fehlerkorrekturkapazität durch Viterbi-Dekodierung verbessert, da ein euklidischer Abstand zwischen entsprechenden Signalmustern aufgrund der Entzerrung der (1, x) RLL-kodierten Übertragungswerten anwächst. Da ferner der Viterbi-Dekodierer 245 eine harte Entscheidung ausführt, erfordert der Viterbi-Dekodierer 245 ferner keinen Mehrbit-Analog-Digital-Wandler, wodurch ein Schaltungsaufbau des Empfängers 200 vereinfacht wird.
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Wie zuvor beschrieben ist, führt der Viterbi-Dekodierer 245 eine Dekodierung mit maximaler Wahrscheinlichkeit (ML) des 3-wertigen Signals aus, das von dem 3-wertigen Diskriminator 225 ausgegeben wird, und gibt das Signal der Dekodierung an den (1, x) RLL-Dekodierer 250 aus. Das ML-dekodierte Ausgangssignal wird von dem (1, x) RLL-Dekodierer 250 RLL-kodiert, um Empfangsdaten zu erhalten.
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Als nächstes wird eine Kommunikationsstrecke, die unter Anwendung eines Systems zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemessen wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 12 bis 14 beschrieben. Messergebnisse, die in den 12 bis 14 gezeigt sind, wurden unter den folgenden Bedingungen erhalten. Zunächst wurde eine Übertragungsgeschwindigkeit auf 100 Mbps vor der RLL-Kodierung festgelegt. Ferner wurde eine gattungsgemäße weiße LED mit einem Nennstrom von ungefähr 500 mA (während eines Pulsbetriebes) als die Blaulicht angeregte weiße LED 120 verwendet und unter den folgenden Ansteuerbedingungen angesteuert. (1) Strom HA eines ansteigenden Pulses SA 32,9 mA (2) Strom HB eines Datenpules SB: 49,4 mA (3) Strom HC eines abfallenden Pulses SC: 59,8 mA (4) Vorspannungsstrom HD: 5,2 mA (5) Eine Breite eines ansteigenden Pulses WA und eine Breite eines abfallenden Pulses WC wurden jeweils auf die Hälfte des Einheitsintervalls T (T/2) eingestellt. Es wurde eine Si-PIN-Fotodiode mit einem Lichtempfangsdurchmesser von ungefähr 7 mm und mit einer Linse als die PD 210 verwendet. Der Entzerrer 220 wurde so eingestellt, dass das von dem Entzerrer 220 entzerrte Signal ein Augendiagramm besitzt, wie es in 12 gezeigt ist. Die Widerstandswerte der Widerstände 233, 234 und 235 des Schwellwertgenerators 230 wurden so eingestellt, dass sie ein Verhältnis von 27:43:30 besitzen. Ferner war nach Festlegung einer Frequenzcharakteristik des Entzerrers 220 und eines anfänglichen Schwellwerts eine Einstellung oder Änderung der Frequenzcharakteristik des Entzerrers 220 und des anfänglichen Schwellwertes nicht notwendig. Der Viterbi-Dekodierer 245 enthielt einen 10-stufigen Pfadspeicher. Ferner wurde ein Registeraustauschverfahren angewendet.
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Wie zuvor beschrieben und in 12 gezeigt ist, gibt gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Entzerrer 220 kein Signal entsprechend einer Sequenz (0, 0, 1, 1, 0, 0, ...) oder entsprechend einer Sequenz (2, 2, 1, 1, 2, 2, ...) aus, da das Übertragungssignal, das der Codelänge von 1T entspricht, aufgrund des Kodierens des Übertragungssignals gemäß dem (1, x) RLL-Code nicht existiert. D. h., der Übergang von ”1” zu ”1” tritt aufgrund der dk-Seite in der Ausgangssequenz des Entzerrers 220 nicht auf. Folglich werden die Unterscheidung von Daten und die Extrahierung von Taktsignalen durch die PLL 240 erleichtert.
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13 ist ein Graph, der Messergebnisse einer Bitfehlerrate in Bezug auf eine Kommunikationsstrecke gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Graph, der Messergebnisse einer Bitfehlerrate in Bezug auf eine empfangene Leuchtintensität einer Empfangsoberfläche eines Empfängers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Messergebnisse, die als Vergleichsbeispiel gezeigt sind, wurden unter Anwendung des in
15 gezeigten Kommunikationssystems gewonnen. Das in
15 gezeigte Kommunikationssystem besitzt den gleichen Aufbau wie ein Kommunikationssystem, das in der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2010/035896 . beschrieben ist. D. h., ein Sender des in
15 gezeigten Kommunikationssystems besitzt den gleichen Aufbau wie der Sender
100, der in
1 gezeigt ist. Übertragungsdaten, die in dem in
15 gezeigten Sender eingespeist werden, werden zunächst durch den (1, x) RLL-Kodierer (nicht gezeigt) kodiert. Des Weiteren wird ein Mehrton-Treiberstrom auf der Grundlage der RLL-kodierten Daten erzeugt, und es wird eine weiße LED mit dem Treiberstrom angesteuert. Andererseits unterscheidet sich ein Empfänger des in
15 gezeigten Kommunikationssystems von dem Empfänger
200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dahingehend, dass ein empfangenes Signal nicht in einen doppelbinären Code umgewandelt wird, sondern in ein 2-wertiges Signal unter Anwendung eines begrenzenden AMP, ohne dass eine Viterbi-Dekodierung angewendet wird.
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Aus den in 13 gezeigten Messergebnissen erkennt man, dass das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine längere Kommunikationsstrecke besitzt als das System des Vergleichsbeispiels, das in 15 gezeigt ist, wenn die Bitfehlerraten gleich sind. Aus den Messergebnissen, die in 14 gezeigt sind, erkennt man ferner, dass das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine geringere Bitfehlerrate besitzt als das Vergleichsbeispiel, das in 15 gezeigt ist, wenn die empfangenen Leuchtintensitäten gleich sind.
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Gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben sind, werden der Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und das Verfahren zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, die durch eine einfache Verarbeitungsschaltung mit größerer Kommunikationsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger und einer hohen Übertragungsrate verwirklicht sind, bereitgestellt. Da insbesondere weder der Sender 100 noch der Empfänger 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ADC mit einer hohen Bit-Auflösung oder eine FFT(schnelle Fourier-Transformations-) Verarbeitungsschaltung erfordern, die verwendet werden, wenn eine Datenübertragung mittels einer Bündelung von Subträgern erfolgt, können sowohl der Sender 100 als auch der Empfänger 200 durch eine einfache Schaltungskonfiguration aufgebaut werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und es können diverse Änderungen durchgeführt werden, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. (1) Eine Emissionskomponente, die von einem fluoreszierenden Material ausgesandt wird, enthält nicht nur eine gelbe Komponente, die komplementär zu einer blauen Komponente ist, sondern enthält auch eine rote Komponente, so dass die Farbwiedergabe der Blaulicht angeregten weißen LED
120 verbessert werden kann. (2) Die Schaltungskonfiguration des Treibersignalgenerators
110 und des Mehrton-Treibers
115, die in
5 gezeigt sind, ist lediglich beispielhaft und kann in geeigneter Weise geändert werden. (3) Ein Modulationscode kann ein Gleichstrom-freier (1, x) RLL-Code oder ein anderer Code sein, außer einem 17PP-Code. Beispielsweise können angewendet werden: Eine acht-zu-zwölf-Modulation (ETM), wie sie in dem
Japanischen Patentdokument Nr. 3957679 offenbart ist, oder eine vier-zu-sechs-Modulation (FSM), die offenbart ist in:
"Vier-zu-Sechs-Modulationscode für blaue Laseraufzeichnungskanäle," IEEE ELECTRONICS LETTERS, Band 42, Nr. 20, Seiten 1169–1170. (4) Eine Sequenz aus dem Farbfilter
205 und einer Linse, die ein bündelndes System in dem Empfänger
200 bilden, kann geändert werden. (5) Der Farbfilter
205 kann weggelassen werden. (6) Die Breite des ansteigenden und des abfallenden Pulses des Treibersignalgenerators sind nicht auf die Beispiele beschränkt, die explizit hierin beschrieben sind. (7) Durch Verwenden einer FEC (Vorwärtsfehlerkorrektur), etwa eines Reed-Solomon-Codes, als einen externen Code kann eine weitere Vergrößerung der Kommunikationsstrecke erreicht werden. Des Weiteren kann durch Kombinieren des externen Codes mit Verschachtelung oder Bit-Verwürfelung die Kommunikationsstrecke weiter vergrößert werden. (8) Der Viterbi-Dekodierer
245 kann ein Rückverfolgungsverfahren anstelle eines Registeraustauschverfahrens als ein Dekodierverfahren verwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-112586 [0001]
- JP 2011/056157 [0001]
- JP 3465017 [0003, 0006]
- JP 2007-43592 [0005, 0006]
- JP 3985173 [0031]
- WO 2010/035896 [0048]
- JP 3957679 [0051]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Vier-zu-Sechs-Modulationscode für blaue Laseraufzeichnungskanäle,” IEEE ELECTRONICS LETTERS, Band 42, Nr. 20, Seiten 1169–1170 [0051]
