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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kommunikationsnetze
und im Besonderen drahtlose Infrarot-Kommunikationsnetze.
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Ausgangssituation
der Erfindung
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Das
Internet ist der weltweit sich am schnellsten entwickelnde Kanal
für die
Massenkommunikation. Nicht nur eine wachsende Anzahl von Heimcomputernutzern
bedient sich des Internets, sondern auch die meisten großen Fernsehgerätehersteller
entwickeln oder bringen ans Internet anschließbare Fernsehgeräte auf den
Markt. Da Internet-Verbindungen hauptsächlich über Telefonleitungen hergestellt
werden, muss jedes ans Internet anschließbare Gerät, sei es ein Fernsehgerät oder ein
herkömmlicher
Computer, im Allgemeinen in der Nähe einer vorhandenen Telefonanschlussdose
aufgestellt werden oder es müssen
zum Standort des Gerätes
Telefonkabel verlegt werden.
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In
Fachkreisen sind drahtlose Geräte
und Systeme für
die Herstellung einer Verbindung zu Computern bekannt. So können zum
Beispiel Funkmodems genutzt werden, ohne Telefonkabel verlegen zu
müssen.
Solche Moderne sind aber sowohl beim Erwerb als auch beim Gebrauch
recht kostspielig. Die Firma Elcom Technologies aus Kanada hat vor
kurzem das Modem „EZONLINE" angekündigt, das
durch die Modulierung von Wechselstromleitungen betrieben wird.
Diese neue Technologie ist aber noch nicht weit verbreitet oder
verfügbar.
Sie ist auch nicht wirklich drahtlos, da sie einfach Wechselstromleitungen
anstelle von Telefonleitungen nutzt.
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Auch
eine ganze Reihe von industriellen Standards ist für die drahtlose
Verbindungsmöglichkeit
von Computern mittels Infrarotstrahlung (IR) entwickelt worden,
zu denen auch ASK, IrDA 1.0/1.1 sowie solche neu erscheinenden Standards,
wie z.B. ein Infrarot-Bus zur Steuerung peripherer Geräte von Computern,
gehören. Existierende
drahtlose Infrarot-Übertragungsverbindungen
arbeiten aber im Allgemeinen mit niedriger Geschwindigkeit und übertragen
nur begrenzte digitale Signale statt Bild- und Sprachinformationen.
Dabei ist im Allgemeinen eine klare Sichtlinie (LOS) zwischen den
beiden Endpunkten einer Verbindung erforderlich.
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Auf
diffuse Infrarot-Übertragung
beruhende Computerortsnetze (LANs) sind in Fachkreisen ebenso bekannt,
wie z.B. das von der Firma Moldat of Lod in Israel hergestellte
ControLan – System
und das von der AndroDat GmbH aus Puchheim in Deutschland hergestellte
AndroDat – System.
Diffuse Signale werden im Gegensatz zu direkten Signalen in alle
Richtungen gesendet und können
deshalb innerhalb eines bestimmten Umkreises um den Sender eine
Fernmeldeverbindung mit jedem beliebigen Empfänger schaffen. Die oben erwähnten diffusen
Infrarot-Systeme machen jedoch die Anbringung von Relaisgeräten an der
Raumdecke erforderlich, die unverrückbar anmontiert und an eine
elektrische Stromquelle angeschlossen werden müssen. Allgemein gesagt, sind
sie nicht für
den Anschluss eines einzelnen Computers oder eines ans Internet
anschließbaren
Fernsehgerätes
an eine Verbindungsleitung in einer Wohnung oder in einem kleinen
Büro geeignet.
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Die
Internationale Patentveröffentlichung
WO 96/11536 offenbart eine drahtlose Fernmeldeverbindung gemäß dem vorkennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Hauptansprüchen definiert,
auf die jetzt Bezug genommen werden sollte. Ausführungsformen der Erfindung
werden in den beigefügten
abhängigen
Ansprüchen
definiert, auf die jetzt ebenfalls Bezug genommen werden sollte.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
die Fernmeldeverbindung dem audiovisuellen Gerät bzw. den audiovisuellen Geräten, über die Übertragungsleitung
Signale zu empfangen und zu senden, ohne einen verdrahteten Anschluss
an eine Telefonleitung zu haben. Ein Peripheriegerät kann an
mindestens eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit an geschlossen und
dafür genutzt
werden, das audiovisuelle Gerät
zu steuern und mit ihm zusammenzuwirken, ohne in ähnlicher
Weise einer Drahtverbindung damit zu bedürfen.
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Im
Gegensatz zu den in Fachkreisen bekannten Infrarot-Datenübertragungsverbindungen
arbeitet die Fernmeldeverbindung der vorliegenden Erfindung mit
hoher Geschwindigkeit, und zwar vorzugsweise im Bereich zwischen
192 kbps und 2 Mbps, am besten aber mindestens mit 1 Mbps, was für die multimediale Übertragung
im Dialogbetrieb geeignet ist. Die Verbindung kann deshalb dafür genutzt
werden, das audiovisuelle Gerät
mit einem solchen Netz, wie dem Internet, über eine Telefonleitung oder über einen
anderen geeigneten Datenübertragungsweg
zu verbinden, wozu auch ISDN- und PSTN-Leitungen zählen, die
in Fachkreisen bekannt sind. Die Verbindung ist auch für die Übermittlung
von Sprachmitteilungen geeignet und kann in Abhängigkeit von den Einsatzanforderungen
auch mit geringeren Übertragungsgeschwindigkeiten
arbeiten.
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Da
die Verbindung auf dem Senden und Empfangen einer diffusen Infrarotstrahlung
beruht, bedarf es außerdem
keiner klaren Sichtlinie zwischen den Basisgeräteeinheiten und den entfernt
aufgestellten Geräteeinheiten.
Die durch eine der Geräteeinheiten
gesendete Strahlung wird von der anderen Geräteeinheit empfangen, und zwar
nach Reflektion (im Allgemeinen diffuser Reflektion) von einer Oberfläche oder
mehreren Oberflächen
in der Nähe
der Geräteeinheiten.
Die Verbindung wird vorzugsweise in einem geschlossenen Innenraum
angewendet, in dem die Infrarotstrahlung von den Wänden und
von der Decke des Raumes reflektiert wird. Es besteht kein Bedarf
an Infrarot-Relaisgeräten,
die wie bei in Fachkreisen bekannten diffusen Infrarotsystemen an
der Decke oder an anderen Flächen
angebracht werden, und es ist auch keine spezielle Verkabelung oder
Installation erforderlich. Im Kontext der vorliegenden Patentanmeldung
und in den Patentansprüchen
werden diffuse Infrarotverbindungen dieser Art auch als rundstrahlende
Infrarotverbindungen bezeichnet.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die Basisgeräteeinheit an eine Telefonanschlussdose
an der Wand fest angeschlossen und eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit
bzw. eine von mehreren entfernt aufgestellten Geräteeinheiten
ist an einen Personalcomputer (PC) oder an ein Fernsehgerät mit Zugangsmöglichkeit
zum Internet fest angeschlossen. Die Fernmeldeverbindung gibt dem Nutzer
eines PC oder Fernsehgerätes
die Möglichkeit,
ihn an ein Computernetz, vorzugsweise das Internet, anzuschließen und
in dem Netz gesendete Multimedia-Programme zu suchen und anzuschauen.
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Obwohl
bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
nur eine einzige entfernt aufgestellte Geräteeinheit verwendet werden
kann, verbindet bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung die Fernmeldeverbindung die Basisgeräteeinheit gleichzeitig mit
mehreren entfernt aufgestellten Geräteeinheiten. Die Basisgeräteeinheit
kann mit mehreren entfernt aufgestellten Geräteeinheiten der Reihe nach jeweils
mit einem Gerät
zum gleichen Zeitpunkt oder über
mehrere parallele Kanäle
kommunizieren. Eine der Geräteeinheiten,
und zwar vorzugsweise eine der entfernt aufgestellten Geräteeinheiten,
die an einen PC oder an ein Fernsehgerät mit Zugangsmöglichkeit
zum Internet angeschlossen ist, wird dafür eingeteilt, als eine Master-Geräteeinheit
zu dienen, die die Übertragungen
von den anderen Geräteeinheiten
synchronisiert und überwacht.
Am besten ist es, wenn jede der Geräteeinheiten während eines
vorbestimmten Zeitschlitzes in Übereinstimmung
mit einem Vielfachzugriffssystem mit Zeitteilung (TDMA) sendet.
Auf diese Weise können mehrere
Geräteeinheiten,
und zwar vorzugsweise bis zu vier Geräteeinheiten, oder aber eine
sogar noch größere Anzahl
von Geräteeinheiten,
im Wesentlichen ohne gegenseitige Störung gleichzeitig angeschlossen werden.
Man wird aber verstehen, dass in Fachkreisen bekannte analoge Kommunikationssysteme
und andere digitale Kommunikationssysteme auch Verwendung finden
können.
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Obwohl
im vorliegenden Text bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf bestimmte Arten audiovisueller Geräte sowie auf ihren Anschluss hauptsächlich an
Fernsprechverbindungsleitungen beschrieben werden, wird man anerkennen,
dass die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung ebenso dafür verwendet werden können, drahtlose
Fernmeldeverbindungen mittels diffuser Infrarotstrahlung für andere
Zwecke zu schaffen. So z.B. können
solche Fernmeldeverbindungen für
den Anschluss eines schnurlosen Telefonapparates an einen Empfänger oder
für den
Anschluss eines tragbaren Personal Digital Assistant (PDA) an einen Tischcomputer
oder für
den Anschluss einer Digitalkamera an einen PC oder einen Drucker
genutzt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten solcher Infrarot-Fernmeldeverbindungen
schließen
die Nachrichtenfernübertragung
im Dialogbetrieb und die Steuerung elektrisch betriebener Spielzeuge,
Video- und Audiogeräte
sowie Haushaltgeräte
und Dienstprogrammsysteme in sich ein. Erfindungsgemäße Infrarot-Fernmeldeverbindungen
können
entweder digitale oder analoge Daten übertragen und können entweder
im Halbduplexbetrieb oder im Vollduplexbetrieb arbeiten.
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Vorzugsweise
umfasst die mindestens eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit
eine Mehrzahl von entfernt aufgestellten Geräteeinheiten. Vorzugsweise werden
die Basisgeräteeinheit
und die Mehrzahl der entfernt aufgestellten Geräteeinheiten dafür konfiguriert,
um unter Verwendung eines Vielfachzugriffsystems mit Zeitteilung
zu kommunizieren.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Peripheriegerät
mit einem Gerät
aus der Mehrzahl entfernt aufgestellter Geräteeinheiten verbunden. Am besten
ist es, wenn das Peripheriegerät
ein Nutzerschnittstellengerät
enthält.
Als Alternative oder Ergänzung
gehört
zum Peripheriegerät
auch eine Digitalkamera.
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Vorzugsweise
umfasst das audiovisuelle Gerät
ein Fernsehgerät
mit Zugangsmöglichkeit
zum Internet oder einen Personalcomputer oder einen Personal Digital
Assistant.
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Vorzugsweise
ist die Drahtverbindung dafür
konfiguriert, die Basisgeräteeinheit
an ein Telefonnetz und/oder an das Internet anzuschließen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Basisgeräteeinheit
und mindestens die eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit
dafür konfiguriert,
Daten mit einer größeren Geschwindigkeit
als 1 Mbps zu senden und zu empfangen oder mit einer Geschwindigkeit,
die gleich 1 Mbps ist. Vorzugsweise die Basisgeräteeinheit und mindestens die
eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit
sind dafür
konfiguriert, Daten im Halbduplexbetrieb oder aber auch im Vollduplexbetrieb
zu senden und zu empfangen.
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Die
vorliegende Erfindung wird dank der folgenden ausführlichen
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen und der dazugehörigen Zeichnungen
vollständiger
verstanden werden, auf denen Folgendes veranschaulicht wird:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische bildliche Veranschaulichung, die eine drahtlose
Fernmeldeverbindung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine schematische bildliche Veranschaulichung, die eine drahtlose
Fernmeldeverbindung gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3A ist
ein schematischer Blockschaltplan einer Basisgeräteeinheit in der Verbindung
aus 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3B ist
ein schematischer Blockschaltplan einer entfernt aufgestellten Geräteeinheit
in der Verbindung aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3C ist
ein schematischer Blockschaltplan einer weiteren entfernt aufgestellten
Geräteeinheit
in der Verbindung aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein schematisches Zeitablaufdiagramm, das ein Vielfachzugriffssystem
mit Zeitteilung (TDMA) veranschaulicht, das in der Verbindung aus 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt;
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5A ist
ein schematischer Blockschaltplan einer Basisgeräteeinheit in der Verbindung
aus 2 gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5B ist
ein schematischer Blockschaltplan einer entfernt aufgestellten Geräteeinheit
in der Verbindung aus 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5C ist
ein schematisches Zeitablaufdiagramm, das ein Vielfachzugriftssystem
mit Zeitteilung (TDMA) für
den Gebrauch mit der Basisgeräteeinheit
und den entfernt aufgestellten Geräteeinheiten aus den 5A und 5B gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6A ist
die schematische Veranschaulichung eines Lichtwellenempfängers für den Einsatz
in der Basisgeräteeinheit
und in den entfernt aufgestellten Geräteeinheiten aus den 5A und 5B gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6B ist
die schematische Veranschaulichung eines Lichtwellenempfängers für den Einsatz
in der Basisgeräteeinheit
und in den entfernt aufgestellten Geräteeinheiten aus den 5A und 5B gemäß einer anderen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibunug bevorzugter Ausführungsformen
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Jetzt
wird Bezug auf die 1 genommen, die die Veranschaulichung
einer Netzkommunikationsverbindung 20 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Die Netzkommunikationsverbindung 20 umfasst
eine Basisgeräteeinheit 22,
die modulierte diffuse Infrarotstrahlung zu/von entfernt aufgestellten
Geräteeinheiten 24 und 26 sendet
und empfängt.
Die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 24 befindet
sich vorzugsweise auf einem Fernsehgerät 28 mit Zugangsmöglichkeit
zum Internet oder ist in ein solches eingebaut. Die entfernt aufgestellte
Geräteeinheit 26 befindet
sich vorzugsweise in einer Tastatur 30 oder ist fest an
sie angeschlossen.
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Als
Alternative oder Ergänzung
kann die Basisgeräteeinheit 22 Strahlung
zu/von den entfernt aufgestellten Geräteeinheiten senden und empfangen,
die sich auf einer Digitalkamera 27 oder auf einem Personal Digital
Assistant 29 befinden oder in sie/ihn eingebaut sind. Die
Kamera 27 kann entweder eine Videokamera oder eine digitale
Stehbildkamera sein. Man wird anerkennen, dass die Verbindung 20 auch
dafür genutzt
werden kann, Daten, einschließlich
Audio-Video- und
Steuersignale, zwischen Kamera 27 und Fernsehgerät 28 oder
in gleicher Weise zwischen der Kamera und einem Personalcomputer
oder irgendeinem zweckdienlichen Peripheriegerät, wie z.B. einem Drucker,
einer Datenbank oder einer weiteren Kamera oder einem weiteren Datenträger, zu übertragen.
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Die
Verbindung 20 gibt dem Nutzer eines Fernsehgerätes 28 die
Möglichkeit, über das
Internet oder ein anderes Computernetz mit Hilfe der Basisgeräteeinheit 22 zu
kommunizieren. Der Begriff „netzfähig", wie er hier gebraucht
wird, bedeutet, dass das Fernsehgerät Schaltungsbauteile für Computernetzverbindungen enthält, wobei
der Bildschirm des Fernsehgerätes
als Computermonitor verwendet wird. Außerdem kann die Verbindung
mit entsprechenden Modifikationen auch für die Dialogkommunikation in
zwei Richtungen und für die
Bedienung nicht nur des Fernsehgerätes 28, sondern auch
anderer Systeme in der Wohnung benutzt werden, wie z.B. Video-,
Audio- und Haushaltsgeräte,
und zwar unter Verwendung entweder einer Tastatur 30 oder einer
anderen geeigneten Fernbedienung oder eines Fernbedienungsschaltpultes.
Die Verbindung und das Fernbedienungsschaltpult können für die Verbindung
mit verschiedenen Elementen einer audiovisuellen Heimanlage, einschließlich Verstärker, Entzerrer,
Lautsprecher, CD-, DVD- und MD-Player, Tonbandgerät etc., ausgelegt
sein.
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Es
ist anzumerken, dass, obwohl in 1 die entfernt
aufgestellten Geräteeinheiten
die bevorzugte Form von Leiterplatten haben, die in das Fernsehge rät 28 und
in die Tastatur 30 eingesteckt werden, die entfernt aufgestellten
Geräteeinheiten
auch in anderen Formen hergestellt werden können. Andere bevorzugte Formen
enthalten Baugruppen, die in das Fernsehgerät, in die Tastatur oder in
ein anderes entferntes Gerät eingesteckt
werden können.
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Die
Basisgeräteeinheit 22 ist
an eine Drahtverbindungsleitung 32 angeschlossen, vorzugsweise
an ein in einer Wand 34 befindliches Telefonkabel. Bei
der vorliegenden Erfindung kommuniziert die Basisgeräteeinheit 22 mit
entfernt aufgestellten Geräteeinheiten 24 und 26 mittels
einer diffusen Infrarotstrahlung, und deshalb muss sich der Standort
der Basisgeräteeinheit 22 an
der Wand 34 nicht in der Sichtlinie (LOS) der entfernt aufgestellten
Geräteeinheiten 24 und 26 befinden.
Die drahtlose Fernmeldeverbindung kann durch die Reflektion der
diffusen Infrarotstrahlung von der Wand 34 oder von anderen
Flächen
innerhalb eines Radius von mindestens einigen Metern hergestellt
werden.
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2 ist
die Veranschaulichung einer Netzkommunikationsverbindung 40 gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Basisgeräteeinheit 22 sendet
und empfängt
eine modulierte diffuse Infrarotstrahlung zu/von einer entfernt
aufgestellten Geräteeinheit 42.
Die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 42 wird
vorzugsweise an eine Steckverbindung 48 angeschlossen,
die sich auf einer Modemkarte 46 befindet, die in einem
Personalcomputer 50 eingebaut ist. Die Basisgeräteeinheit 22 ist
an eine Drahtverbindungsleitung angeschlossen, die im Wesentlichen
oben schon beschrieben wurde. In diesem Falle ermöglicht die
Verbindung 40 dem Nutzer eines Computers, über ein
Computernetz Verbindung aufzunehmen. Die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 42 ist
vorzugsweise selbstständig
und wird in der Steckverbindung 48 an der Rückwand des
Computers angeschlossen, wie in der Figur abgebildet.
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Man
wird verstehen, dass, obwohl die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 42 in 2 als
eine externe Einsteckeinheit für
den Computer 50 abgebildet ist, die Elemente der entfernt
aufgestellten Geräteeinheit
auch in das Computergehäuse
eingefügt
werden können,
wobei nur ein zweckentsprechendes, infrarot strahlendurchlässiges Fenster
offen gelassen wird, um mit der Basisgeräteeinheit 22 zu kommunizieren.
Außerdem enthält die Basisgeräteeinheit 22 selbst
vorzugsweise ein Modem für
den Fernsprechverkehr und es ist nicht notwendig, dass die entfernt
aufgestellte Geräteeinheit 42 an
ein Modem im Computer angeschlossen wird. Die entfernt aufgestellte
Geräteeinheit
kann folglich mit jedem geeigneten Kommunikationsanschluss am Computer
oder an der Hauptplatine oder an einer der Erweiterungskarten des
Computers verbunden werden, wie z.B. mit einem der standardmäßigen seriellen
oder parallelen Anschlüsse,
USB etc.
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3A ist
ein schematischer Blockschaltplan der Basisgeräteeinheit 22. Die
Drahtverbindungsleitung 32 wird mit einem Leitungsschnittstellenchip 60 in
der Basisgeräteeinheit
verbunden, wie z.B. mit einem Cermtec DAA Modell CH1837. Der Chip 60 empfängt und
demoduliert aus der Leitung 32 kommende elektrische Signale,
wie in Fachkreisen des Fernmeldewesens gut bekannt ist, und überträgt die demodulierten
Signale zu einem ASIC-Chip 62. Die ASIC 62 umfasst
vorzugsweise ein FPGA und enthält
einen CODEC sowie Modulator- und
Demodulatorblöcke.
Solche Blöcke
sind in Fachkreisen bekannt und die Entwicklung und Herstellung
der ASIC 62 liegt im Bereich der Fähigkeiten von Fachleuten auf
dem Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen. Die ASIC 62 verschlüsselt die
vom Chip 60 kommenden elektrischen Signale als Impulse, die
einen Infrarot-Sender 64 ansteuern, der vorzugsweise eine
LED mit geeigneter Ansteuerschaltung umfasst. Die vom Sender 64 gesendeten
Infrarot-Signale
werden durch entfernt aufgestellte Geräteeinheiten 24 und 26 empfangen,
wie nachstehend beschrieben wird.
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Die
Geräteeinheit 22 enthält weiterhin
einen Infrarot-Empfänger 66,
der eine Fotodiode mit geeigneter Optik zum Empfangen eines diffusen
Infrarot-Signals
von den entfernt aufgestellten Geräteeinheiten 24 und 26 enthält. Die
ASIC 62 empfängt
elektrische Signale vom Empfänger 66,
entschlüsselt
diese Signale und überträgt sie auf
den Chip 60. Der Chip erzeugt passend modulierte Signale
zur Übertragung über die
Leitung 32.
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Die Übertragung
und der Empfang der Daten durch den Chip 60 und die ASIC 62 werden
durch einen Mikrokontroller 68 gesteuert, der Leitungsvermittlungs-
und Signalisierungsfunktionen erfüllt. Der Mikrokontroller enthält vorzugsweise
ein Mikrosteuerchip Philips 8051. Der Mikrokontroller kann
aber auch in eine ASIC 62 eingebaut werden. Die Geräteeinheit 22 wird
vorzugsweise durch wieder aufladbare Batterien (in der Figur nicht
abgebildet) mit Strom versorgt, die vorzugsweise durch die in der
Telefonleitung vorhandene Energie wieder aufgeladen werden.
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3B ist
ein schematischer Blockschaltplan der entfernt aufgestellten Geräteeinheit 24.
Die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 24 umfasst
in ihrer bevorzugten Konfiguration eine Leiterplatte, die in ein
audiovisuelles Gerät
eingebaut wird, wie z.B. ein Fernsehgerät 28.
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Der
Schaltungsaufbau eines Fernsehgerätes 28, vorzugsweise
der Schaltungsaufbau eines Personalcomputers, der in das Fernsehgerät eingebaut
ist, ist an den Schnittstellenchip 70 eines Personalcomputers (PC)
in einer Geräteeinheit 24 angeschlossen.
Chip 70 kann mit dem in 3A abgebildeten
Leitungsschnittstellenchip 60 identisch sein und wirkt
mit ASIC 62 und Mikrokontroller 68 in einer Art
und Weise zusammen, die im Wesentlichen derjenigen ähnelt, die
oben schon ausführlich
unter Bezugnahme auf den Chip 60 in der Geräteeinheit 22 beschrieben
wurde.
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3C ist
ein schematischer Blockschaltplan der entfernt aufgestellten Geräteeinheit 26.
Die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 26 enthält in ihrer
bevorzugten Konfiguration eine Leiterplatte, die in ein solches
Peripheriegerät
eingebaut wird, wie z.B. die Tastatur 28. Die in der Geräteeinheit 26 befindliche
ASIC 62 kommuniziert mit dem Infrarot-Sender 64 und
dem Infrarot-Empfänger 66 in
einer Art und Weise, die derjenigen ähnelt, die weiter oben schon
ausführlich
beschrieben wurde. Der Mikrokontroller 68 empfängt Benutzereingabedaten
von Tastatur 30 in einer Art und Weise, die in Fachkreisen
gut bekannt ist, und übermittelt
die Daten einer ASIC 62 zur Übertragung durch den Sender 64,
wie es weiter oben beschrieben wurde.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
können
die Funktionen einiger oder aller Komponenten in den Geräteeinheiten 22, 24 und 26,
einschließlich
Chip 60, ASIC 62, Infrarot-Sender 64,
Infrarot-Empfänger 66, Mikrokontroller 68 und
Chip 70, in eine Vorrichtung oder Komponente integriert
werden, und relevante Module in jener Vorrichtung können gegebenenfalls
aktiviert werden.
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4 ist
ein schematisches Zeitablaufdiagramm, das ein Vielfachzugriffssystem
mit Zeitteilung (TDMA) oder die Planung einer zeitlichen Reihenfolge
für das
Senden und Empfangen von Infrarot-Signalen durch die Geräteeinheiten 22, 24 und 26 darstellt,
aus denen sich die Netzkommunikationsverbindung 20 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zusammensetzt. Wie in 4 gezeigt
wird, ist jeder Kommunikationsrahmen in mehrere Zeitschlitze unterteilt.
Vorzugsweise liegt die Datenübertragungsgeschwindigkeit
zwischen 192 kbps und 2 Mbps, obwohl geringere oder höhere Übertragungsgeschwindigkeiten auch
zur Anwendung kommen können.
Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel gibt es 16 Zeitschlitze
in einem Rahmen, die Übertragungsgeschwindigkeit
beträgt
1,024 Mbps und jeder Schlitz umfasst 64 Datenbytes. Folglich besetzt
jeder Schlitz 0,5 m/s und die Rahmenlänge beträgt 8 m/s. Andere Datengeschwindigkeiten
und TDMA-Systeme können
aber auch zur Anwendung kommen. Das TDMA-System erleichtert den
ordnungsgemäßen Datentransfer über Verbindung 20,
wobei sogar vier unterschiedliche Sende-/Empfangseinheiten gleichzeitig
arbeiten, und vermeidet ein Überlappen
der Daten/Kommunikation zwischen den Geräteeinheiten. Man wird jedoch
verstehen, dass die Geräteeinheiten,
aus denen sich die Verbindung 20 zusammensetzt, auch bei
Verwendung analoger oder anderer digitaler Kommunikationskonfigurationen
kommunizieren können,
die in Fachkreisen bekannt sind.
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Eine
an den Computer angeschlossene Geräteeinheit, und zwar vorzugsweise
die Geräteeinheit 24, fungiert
als Master und alle anderen Geräteeinheiten
dienen als Slaves. Die Geräteeinheit 24 sendet
während des
ersten Zeitschlitzes ein System Sync Signal aus, das die anderen
(Slave-) Geräteein heiten
synchronisiert. Die Slave-Geräteeinheiten,
die sich normalerweise in einem Strom sparenden Ruhezustand befinden,
nutzen den zweiten Zeitschlitz, um der Master-Geräteeinheit 24 zu
signalisieren, dass sie in einen aktiven Übertragungsmodus überzugehen
hat. Die Schlitze 4, 5, 6 und 7 sind
für die
Master-Geräteeinheit 24 vorgesehen,
um Signale an die Slaves zu senden. Während der Zeitintervalle, außer in der
vorgesehenen Zeit, empfängt
die Geräteeinheit 24 Signale
von den Geräteeinheiten 22 und 26.
Die Geräteeinheit 22 wird
durch Taktimpulse für das
Senden in den Zeitschlitzen 8, 9, 10 und 11 synchronisiert
und in gleicher Weise wird die Tastaturgeräteeinheit 26 durch
Taktimpulse für
die Zeitschlitze 12, 13, 14 und 15 synchronisiert.
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Die 5A und 5B sind
schematische Blockschaltpläne,
die eine Basisgeräteeinheit 70 und
eine entfernt aufgestellte Geräteeinheit 80 gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Die Basisgeräteeinheit 70 und
die entfernt aufgestellte Geräteeinheit 80 können z.B.
anstelle der Basisgeräteeinheit 22 und
der entfernt aufgestellten Geräteeinheit 42 in
der in 2 abgebildeten Verbindung 40 zur Anwendung
kommen. Die Geräteeinheiten 70 und 80 enthalten
jeweils einen Leitungsschnittstellenchip 72, der vorzugsweise
zu einem Typ gehört,
der für
den Anschluss an eine Telefonleitung des in Fachkreisen bekannten öffentlichen
Fernsprechnetzes (PSTN) geeignet ist. Jede der Geräteeinheiten 70 und 80 umfasst
auch ein im Vollduplexbetrieb arbeitendes, analoges Zweikanal-Sende-Empfangs-Gerät 74,
das an einen Infrarot-Sender 64 und einen Infrarot-Empfänger 66 angeschlossen
ist und durch einen Mikroprozessor 68 gesteuert wird. Diese
Sende-Empfangs-Geräte ermöglichen
den Geräteeinheiten 70 und 80, über eine analoge
Verbindung im Vollduplexbetrieb mit einer anderen Geräteeinheit
auf zwei Trägerfrequenzen
(in der Figur CARRIER 1 und CARRIER 2) zu kommunizieren, und zwar
vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 10 MHz, so z.B. auf 3,6 und
4,0 MHz.
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5C ist
ein schematisches Zeitablaufdiagramm, das ein im Vollduplexbetrieb
arbeitendes und auf Trägerwellenmodulation
beruhendes TDMA- Schema
darstellt und dem Senden und Empfangen von Infrarot-Signalen durch
die Geräteeinheiten 70 und 80 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient. Eine der Geräteeinheiten, z.B. die Geräteeinheit 70,
wird als Master-Geräteeinheit
ausgewählt
und sendet Signale über
CARRIER 1, während
sie über
CARRIER 2 Signale empfängt.
Die andere Geräteeinheit – in diesem
Falle die Geräteeinheit 80 – fungiert
als Slave, der auf CARRIER 1 Signale empfängt und auf CARRIER 2 Signale
sendet. Wie bei dem Beispiel in 4 ist jeder
Kommunikationsrahmen in mehrere Zeitschlitze unterteilt. Im Anschluss
an einen Synchronisationsschlitz werden zwei Schlitze vorzugsweise jeweils
der Geräteeinheit 70 und 80 zugeordnet,
um auf zwei Datenkanälen
zu senden und so miteinander und mit allen Peripheriegeräten, wie
z.B. mit der in 1 abgebildeten Tastatur 30,
zu kommunizieren. Danach werden die Zeitschlitze (mit P1, P2 und
P3 gekennzeichnet) den Peripheriegeräten zugeordnet, um mit den Geräteeinheiten 70 und 80 zu
kommunizieren. Man wird verstehen, dass eine größere oder kleinere Anzahl von
Zeitschlitzen, Datenkanälen
und Peripheriegeräten
in ähnlicher
Weise genutzt werden kann.
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6A ist
eine schematische Veranschaulichung, die Details eines Infrarot-Empfängers 66 zeigt.
Der Empfänger 66 wird
in 6A als ein Gerät
gezeigt, das mit dem in den 5A und 5B abgebildeten
Sende-Empfangs-Gerät 74 kommuniziert,
man wird aber verstehen, dass dieses Sende-Empfangs-Gerät in gleicher
Weise in jeder anderen, hier beschriebenen Basisgeräteeinheit
oder entfernt aufgestellten Geräteeinheit verwendet
werden kann.
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Der
Empfänger 66 enthält eine
Fotodiode 82, die eine optische Wirkfläche 86 hat, und deren
Ausgang vorzugsweise über
einen Vorverstärker 91 mit
einem Sende-Empfangs-Gerät 74 verbunden
ist. Ein nicht bilderzeugender, dielektrischer innerer Totalreflexionskonzentrator 88 wird
optisch an einer Austrittsfläche 84 davon
an einen Bereich 86 vorzugsweise unter Verwendung eines
geeigneten optischen Bindemittels gekoppelt. Der Konzentrator 88 enthält vorzugsweise
einen optischen Kunststoff mit einem Brechungsindex im Bereich von
1,45 bis 1,65, wie z.B. Acryl oder Polykarbonat, oder kann auch
aus optischem Glas oder aus einem anderen geeigneten dielektrischen
Material bestehen. Das Bindemittel 84 besteht, wie in Fachkreisen
bekannt ist, vorzugsweise aus optischem Epoxidharz oder aus durch
UV-Strahlen gehärtetem
optischem Kitt und wird ausgewählt,
um eine gute Anpassung der Brechungsindizes zwischen dem Konzentrator 88 und
der Wirkfläche 86 zu
erzielen, um die Reflexionsverluste zu verringern. Als Alternative
kann die gesamte Baugruppe des Empfängers 66 als eine
aus einem Stück
bestehende Geräteeinheit
geformt werden, vorzugsweise durch in Fachkreisen bekannte Spritzgießverfahren.
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Wie
in 6A zu sehen ist, hat der Konzentrator 88 einen Öffnungswinkel θ, der dafür bestimmt
ist, die Bedürfnisse
einer diffusen Infrarot-Kommunikationsverbindung
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung durch richtige Auswahl der Form des Konzentrators
und der Eintrittsfläche 90 des Konzentrators
zu befriedigen. In 6A ist die Fläche 90 konvex,
um so die Gesamtgröße des Konzentrators 88 zu
reduzieren und gleichzeitig einen relativ großen Öffnungswinkel zu gewährleisten,
aber auch eine flache Eintrittsfläche kann zur Anwendung kommen.
Infrarotlicht, das durch die Fläche 90 hindurchgeht,
wird einer inneren Totalreflexion an den Seitenwänden des Konzentrators 88 unterzogen,
was dazu führt,
dass der Konzentrator eine hohe und im Wesentlichen gleichförmige Lichtsammlungseffizienz
weitgehend im gesamten Bereich des Öffnungswinkels aufweist. Vorzugsweise
wird der Konzentrator 88 so konstruiert, um θ in den
Bereich von 40°–50° (halber
Winkel) zu bringen, der als optimal für solche diffusen Infrarot-Kommunikationsverbindungen
angesehen wird, wie z.B. die Verbindung 20 (1)
oder die Verbindung 40 (2).
-
Obwohl
in Fachkreisen Fotodioden mit integrierten Linsen bekannt sind,
ist ihre Lichtsammeleffizienz normalerweise nicht gleichmäßig und
kann bei weit von der optischen Achse entfernten Winkeln beträchtlich abnehmen.
Eine solche ungleichmäßige Reaktion
tendiert dazu, einen schlechten und/oder unbeständigen Empfang in Systemen
mit diffuser Infrarotstrahlung zu verursachen. Durch die Gewährleistung
eines weitgehend gleichmäßigen Empfangs über ei nen
weiten Winkel, verbessert ein Empfänger, der einen Konzentrator 88 verwendet,
das Signal-Rausch-Verhältnis,
die Zuverlässigkeit
und Unempfindlichkeit gegenüber
einer Schrägeinstellung
solcher oben beschriebenen Infrarot-Kommunikationsverbindungen.
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6B ist
eine schematische Veranschaulichung, die einen mehrgliedrigen Parabolkonzentrator 92 zeigt,
der an eine Fotodiode angeschlossen ist. Der Konzentrator 92 weist
eine weitgehend flache Eintrittsfläche 94 und parabelförmige Seitenwände auf.
Das durch die Fläche 94 eintretende
Licht wird durch die innere Reflexion an den Seitenwänden auf
die Wirkfläche 86 konzentriert,
was ein hohes Maß der
Konzentration gewährleistet.
Der Konzentrator 92 wird vorzugsweise hergestellt und im
Wesentlichen so mit der Fotodiode 82 zusammengefügt, wie
es oben unter Bezugnahme auf den Konzentrator 88 beschrieben
wird.
-
Andere
Typen von Konzentratoren können
auch unter Zugrundelegung der Prinzipien der Konzentratoren 88 und 92 konstruiert
werden. So z.B. kann ein astigmatischer Konzentrator (in den Figuren
nicht abgebildet) dafür
konstruiert werden, die Strahlung in nur einer Winkelrichtung – nicht
aber in einer rechtwinkligen Richtung – auf eine Weise zu konzentrieren,
die der einer zylindrischen Linse ähnelt, oder die Strahlung über einen
anderen Öffnungswinkel
in einer von der anderen abweichenden Richtung zu konzentrieren.
Als Alternative oder Ergänzung
können
mehrere Fotodioden, jede mit ihrem eigenen Konzentrator und in unterschiedliche
Richtungen weisend, zusammen dafür
genutzt werden, um einen weiteren Erfassungswinkel zur Verfügung zu
stellen. Man wird weiterhin erkennen, dass ähnliche Konzentratoren an eine
LED oder an einen Laserdiodenemitter im Sender 64 angeschlossen
werden können,
um daraus eine gleichmäßige Infrarotstrahlungs-Ausgangsleistung
mit weitem Streuwinkel zu erhalten. Solche Konzentratoren können in
allen Basisgeräteeinheiten
oder entfernt aufgestellten Geräteeinheiten 22, 24, 26, 42, 70 oder 80 für die Infrarotkommunikation
zur Anwendung kommen, wie auch schon weiter oben beschrieben wurde,
aber auch in anderen durch diffuse Infrarotstrahlung ermöglichten
Fernmeldeverbindungen gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
-
Obwohl
die oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen sich hauptsächlich auf
Infrarotverbindungen zwischen einer (an eine Telefonleitung angeschlossenen)
Basisgeräteeinheit
und einem Computer oder Fernsehgerät mit Zugangsmöglichkeit
zum Internet beziehen, können
die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung in ähnlicher
Weise angewendet werden, um in anderen Bereichen die Möglichkeiten
zu einer in alle Richtungen gehenden Übertragung durch Infrarotstrahlung
zu bieten. Zu diesen Bereichen gehören:
- • Interaktives
Spielzeug, bei dem eine zentrale Steuereinheit, wie z.B. ein Personalcomputer
mit einer Infrarot-Datenübertragungseinheit
und einem CD-ROM- oder einem anderen geeigneten Speicherlaufwerk, dafür verwendet
wird, um ein Spielzeug oder mehrere Spielzeuge mit elektrischem
Antrieb zu aktivieren und zu steuern, wobei sowohl die Steuereinheit
als auch die Spielzeuge über
zweckdienliche Infrarotanschlüsse
verfügen.
- • Haushaltsgeräte mit Infrarotanschlüssen zur
Gewährleistung
einer interaktiven Steuerung und Meldung von Betriebsdaten an eine
andere Steuereinheit und/oder zentrale Steuereinheit, die einer
Bedienungsperson zugänglich
ist.
- • Heimanlagen
für Kommunikation
und Steuerung, einschließlich
audiovisueller Systeme und Geräte,
wie sie oben schon beschrieben wurden, sowie Sicherheitsanlagen
für Wohnungen
(oder Fabriken/Büros).
Die zentrale Steuereinheit kann durch eine in alle Richtungen wirkende
Infrarotverbindung direkt an die anderen Elemente des Systems angeschlossen
sein oder aber eine an einem entfernten Standort befindliche Steuereinheit
kann alternativ mit den Elementen des Systems über eine an eine Basisgeräteeinheit,
wie z.B. die Geräteeinheit 22,
angeschlossene Telefonleitung kommunizieren und in Infrarotverbindung
mit den anderen Elementen stehen.
-
Man
wird anerkennen, dass die oben beschriebenen Anwendungsgebiete und
bevorzugten Ausführungsformen
als Beispiele angeführt
sind, und dass der vollständige
Umfang der Erfindung nur durch die Ansprüche begrenzt wird.
-
Übersetzung der Zeichnungen:
-
- Fig.
2 Fig.
3A Fig.
3B Fig.
3C Fig.
4 Fig.
5A Fig.
5A Fig.
5B Fig.
5C Fig.
6A