FR3142056A1 - Procédé d'émission d'un signal lumineux modulé de type signal VLC - Google Patents
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Abstract
Procédé d’émission d’un signal lumineux modulé de type signal VLC, le procédé d’émission comprenant l’étape de commuter une diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé, le procédé d’émission comprenant en outre les étapes préliminaires de : générer un signal numérique d’origine contenant des données à transmettre ;coder le signal numérique d’origine en utilisant un premier codage pour obtenir un premier signal codé ;coder le premier signal codé en utilisant un deuxième codage pour obtenir un deuxième signal codé (Sc2), le deuxième codage étant destiné et étant adapté à augmenter une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente et donc à augmenter une puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé. FIGURE 5
Description
L’invention concerne le domaine des procédés d’émission de signaux lumineux modulés de type signaux VLC (acronyme de l’anglaisVisible Light Commun i cation).
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
L’émission et la réception de signaux lumineux modulés de type signaux VLC constituent une technologie particulièrement prometteuse pour mettre en œuvre une fonction de géolocalisation intérieure (ouindoor, en anglais) ou extérieure (ououtdoor) d’un appareil électronique.
La géolocalisation intérieure consiste à fournir la position de l’appareil électronique (et donc de son utilisateur) alors que celui-ci se trouve dans une salle d’un bâtiment quelconque : musée, gare, aéroport, magasin, espace de travail, etc.
L’appareil électronique en question est par exemple un téléphone mobile, une tablette, un ordinateur portable, une montre connectée, etc.
La géolocalisation intérieure de l’appareil électronique utilise une lampe à diodes électroluminescentes (appelée ici lampe à LED) positionnée dans la salle pour émettre des signaux lumineux modulés à destination de l’appareil électronique. La lampe à LED réalise ainsi à la fois une fonction d’éclairage de la salle et la fonction de géolocalisation intérieure.
Les signaux lumineux modulés comprennent un identifiant de la lampe à LED. L’identifiant contient des données de position de la lampe à LED. Les données de position peuvent contenir directement la position de la lampe à LED. Alternativement, les données de position peuvent permettre à l’appareil électronique d’obtenir la position de la lampe à LED, qui est stockée par exemple dans un serveur auquel accède l’appareil électronique. Bien sûr, il est possible de géolocaliser un appareil électronique en utilisant des données de position provenant d’une pluralité de lampes à LED.
De nombreux défis techniques se présentent aux concepteurs de tels systèmes utilisant l’émission et la réception de signaux lumineux modulés.
L’un de ces défis techniques concerne la puissance lumineuse de la lampe à LED. La lampe à LED doit émettre les signaux lumineux modulés de manière presque continue, pour assurer qu’un appareil électronique soit en mesure de déterminer sa position à tout moment. Or, l’efficacité de la fonction d’éclairage ne doit pas être remise en cause par la fonction de géolocalisation intérieure. L’émission de signaux lumineux modulés, qui consiste à commuter une diode électroluminescente de la lampe à LED, doit donc être réalisée sans qu’une baisse significative de la puissance lumineuse produite par la lampe à LED ne soit perceptible.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’émettre des signaux lumineux modulés de type signaux VLC en utilisant une lampe à LED, sans diminuer significativement la puissance lumineuse générée par la lampe à LED.
En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé d’émission d’un signal lumineux modulé de type signal VLC, le procédé d’émission comprenant l’étape de commuter une diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé, le procédé d’émission comprenant en outre les étapes préliminaires de :
- générer un signal numérique d’origine contenant des données à transmettre ;
- coder le signal numérique d’origine en utilisant un premier codage pour obtenir un premier signal codé ;
- coder le premier signal codé en utilisant un deuxième codage pour obtenir un deuxième signal codé, le deuxième codage étant destiné et étant adapté à augmenter une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente et donc à augmenter une puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé.
L’utilisation du deuxième codage permet donc d’augmenter une puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente. On augmente ainsi la puissance lumineuse générée par la lampe à LED dans laquelle est intégrée la diode électroluminescente.
On propose aussi une lampe à LED comportant un dispositif d’émission comprenant une diode électroluminescente et un module de pilotage destiné à piloter la diode électroluminescente, le module de pilotage comportant un composant de traitement dans lequel est mis en œuvre le procédé d’émission qui vient d’être décrit.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la
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Le procédé d’émission d’un signal lumineux modulé de type signal VLC selon l’invention est ici mis en œuvre dans un dispositif d’émission de signaux VLC.
Le dispositif d’émission de signaux VLC comporte une diode électroluminescente et un module de pilotage destiné à piloter la diode électroluminescente. Le module de pilotage comprend un premier composant de traitement adapté à exécuter des instructions d’un programme pour mettre en œuvre les différentes étapes du procédé d’émission selon l’invention, et un composant de pilotage de la diode oudriver, en anglais.
Le premier composant de traitement est ici un microcontrôleur, mais pourrait être un composant différent, par exemple un processeur ou un FPGA.
Ledriverest ici undriverde tension.
En référence à la , le dispositif d’émission de signaux VLC est intégré dans une lampe à LED 1. La lampe à LED 1 est ici positionnée au plafond d’une salle d’un bâtiment quelconque : musée, gare, aéroport, magasin, espace de travail, etc.
La lampe à LED 1 utilise la diode électroluminescente pour éclairer son environnement. La lampe à LED 1 remplit ainsi une fonction d’éclairage de la salle.
La lampe à LED 1 remplit aussi une fonction de géolocalisation intérieure d’un appareil électronique muni d’un dispositif de réception de signaux VLC. L’appareil électronique est en l’occurrence un téléphone mobile 2 dont est muni un utilisateur 3.
La fonction de géolocalisation intérieure fonctionne de la manière suivante. Le dispositif d’émission de signaux VLC de la lampe à LED 1 émet en continu des signaux VLC émis comprenant un identifiant de la lampe à LED 1. L’identifiant de la lampe à LED 1 comprend des données de position de la lampe à LED 1 dans la salle.
L’émission de signaux VLC émis consiste à commuter la diode électroluminescente, de manière à commuter une puissance lumineuse produite par la diode électroluminescente pour générer des signaux lumineux modulés binaires constituant les signaux VLC émis.
Pour commuter la diode électroluminescente, le module de pilotage fournit sélectivement à la diode électroluminescente un courant d’alimentation supérieur à un seuil de courant haut prédéfini ou un courant d’alimentation inférieur à un seuil de courant bas prédéfini.
Le courant d’alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini permet de générer un état haut d’un signal VLC émis, soit une valeur binaire égale à « 1 », alors que le courant d’alimentation inférieur au seuil de courant bas prédéfini permet de générer un état bas du signal VLC émis, soit une valeur binaire égale à « 0 ».
Lorsque le téléphone mobile 2 reçoit les signaux VLC émis, et donc l’identifiant de la lampe à LED 1, le téléphone mobile 2 utilise les données de position de la lampe à LED 1 pour déterminer sa propre position dans la salle, et donc la position de l’utilisateur 3 dans la salle.
En référence à la , le procédé d’émission comporte tout d’abord l’étape de générer un signal numérique d’origine (étape E1). Le signal numérique d’origine contient tout d’abord des données à transmettre, en l’occurrence l’identifiant de la lampe à LED 1. L’identifiant est composé d’une pluralité de bits formant un ou plusieurs octets. La durée d’un état haut ou d’un état bas de l’identifiant est égale à T (période).
Le signal numérique d’origine contient aussi une somme de contrôle (ouchecksum, en anglais). Le procédé d’émission comporte ainsi l’étape de calculer une somme de contrôle sur l’identifiant (étape E2). Le calcul de la somme de contrôle consiste ici à réaliser une addition binaire des bits de l’identifiant pris deux par deux. On obtient ainsi une première somme intermédiaire composée d’une pluralité de bits. Puis, on remplace chaque bit de la première somme intermédiaire par le bit opposé, pour obtenir une deuxième somme intermédiaire. On prend enfin les trois derniers bits de la deuxième somme intermédiaire pour obtenir la somme de contrôle.
On illustre par un exemple l’obtention de la somme de contrôle.
L’identifiant Id de la lampe LED 1 est :
Id=0b10101010.
La première somme intermédiaire S1est telle que :
S1=0b10+0b10+0b10+0b10=0b1000.
En prenant les bits opposés, on obtient la deuxième somme intermédiaire S2:
S2=0b0111.
La somme de contrôle Cs est donc :
Cs=111.
Le procédé d’émission comporte ensuite l’étape de coder le signal numérique d’origine, c’est à dire l’identifiant et la somme de contrôle, en utilisant un premier codage, pour obtenir un premier signal codé (étape E3). Le premier codage est ici un codage Manchester. Un bit égal à 0 de l’identifiant et de la somme de contrôle est codé par une transition d’un état bas vers un état haut, alors qu’un bit égal à 1 est codé par une transition d’un état haut vers un état bas.
On note que le codage Manchester est un cas particulier de modulation OOK (pourOn-Off Keying). Tout autre codage issu d’une modulation OOK pourrait être utilisé.
On obtient ainsi un identifiant codé IdManchet une somme de contrôle codée CsManch.
L’identifiant codé IdManchest :
IdManch=1001100110011001.
La somme de contrôle codée CsManchest :
CsManch=101010.
Dans l’identifiant codé et dans la somme de contrôle codée, la durée maximale d’un état haut ou d’un état bas est égale à T, et la fréquence de transition maximale Ftranentre deux transitions (d’un état haut vers un état bas ou d’un état bas vers un état haut) est telle que :
Ftran=2/T.
Le procédé d’émission comporte ensuite l’étape de construire une trame d’identifiant. La construction de la trame d’identifiant consiste à concaténer des bits de départ, l’identifiant codé et la somme de contrôle codée (étape E4). La trame d’identifiant est un signal concaténé issu de la concaténation des bits de départ et du premier signal codé.
Les bits de départ Bd sont ici tels que :
Bd=01110010.
On note que les bits de départ comprennent une succession de trois « 1 » consécutifs, soit trois états hauts consécutifs 3T/2. Comme une telle succession est impossible dans l’identifiant codé et dans la somme de contrôle codée, du fait de l’utilisation du codage Manchester, les trois « 1 » consécutifs permettent de distinguer les bits de départ et donc le début de la trame d’identifiant.
La trame d’identifiant est donc le signal numérique émis suivant :
011100101001100110011001101010.
Le procédé d’émission comporte ensuite l’étape de débuter l’émission de la trame d’identifiant (étape E5).
Au moment de l’émission de la trame d’identifiant, le procédé d’émission détecte les états bas de la trame d’identifiant et donc, notamment, du premier signal codé (étape E6).
La trame d’identifiant est codée en utilisant un deuxième codage. Le deuxième codage consiste à moduler chaque état bas de la trame d’identifiant à une fréquence de modulation Fmod (étape E7). La fréquence de modulation Fmodest supérieure à la fréquence de transition maximale Ftran. La fréquence de modulation Fmodest ici un multiple de la fréquence de transition maximale Ftran. La fréquence de modulation Fmodest ici telle que :
Fmod=2Ftran=4/T.
En référence à la , on obtient ainsi, à partir de la trame d’identifiant et donc du premier signal codé, un deuxième signal codé, qui est une trame d’identifiant modulée 5.
En référence aux figures 4 et 5, on voit donc qu’un état bas 6 de durée T d’une trame d’identifiant 7 (non modulée) contenant le premier signal codé Sc1, est remplacé par quatre transitions 8 d’un état bas vers un état haut de la trame d’identifiant modulée 10 associée contenant le deuxième signal codé Sc2, et qu’un état bas 12 de durée T/2 est remplacé par deux transitions 13 d’un état bas vers un état haut de la trame d’identifiant modulée 10.
La modulation cesse lorsqu’une transition d’un état bas vers un état haut est détectée dans la trame d’identifiant et donc, notamment, dans le premier signal codé (étape E8). Puis, la détection d’un état bas de la trame d’identifiant (non modulée) reprend (étape E6).
Le procédé d’émission se poursuit jusqu’à l’émission complète de la trame d’identifiant modulée (étape E9), puis reprend à l’étape E5. La trame d’identifiant modulée est ainsi réémise en continu.
Pour transmettre la trame d’identifiant modulée, il est ainsi nécessaire de fournir à la diode électroluminescente une puissance électrique moyenne importante, supérieure à la puissance électrique qui serait fournie dans le cas où seul un codage Manchester classique (ou un autre codage classique) serait utilisé.
En effet, l’utilisation d’un codage Manchester classique permettrait d’obtenir des signaux codés constitués à moitié par des états hauts et à moitié par des états bas, et donc des signaux VLC émis formés à moitié d’états hauts et d’états bas. L’utilisation d’un codage Manchester classique revient donc à fournir à la diode électroluminescente un courant d’alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini pendant une durée totale égale à une moitié de la durée nécessaire pour émettre les signaux VLC, et à fournir à la diode électroluminescente un courant d’alimentation inférieur au seuil de courant bas prédéfini pendant une durée totale égale la moitié de la durée nécessaire pour émettre les signaux VLC.
Avec un codage Manchester classique, la puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente est donc égale à 50% d’une puissance électrique maximale correspondant à une émission continue d’états hauts.
Ici, en modulant les états bas de la trame d’identifiant 7, et donc du premier signal codé Sc1, on obtient une trame d’identifiant modulée 10, et donc un deuxième signal codé Sc2, dont les états hauts sont plus nombreux et présentent une durée totale plus importante. La durée pendant laquelle la diode électroluminescente est alimentée par un courant d’alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini est plus importante, et la puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente est donc augmentée. La puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente est ici égale à 75% de la puissance électrique maximale.
La trame d’identifiant modulée 10 est donc associée à une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente de 75% de la puissance électrique maximale. En augmentant la fréquence de modulation des états bas, on augmente la puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente, qui peut atteindre 95% de la puissance électrique maximale.
Le deuxième codage est donc destiné à augmenter la puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente pour générer les signaux VLC émis.
L’augmentation de la puissance électrique moyenne permet d’augmenter la puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente et donc par la lampe à LED 1. On améliore ainsi l’éclairage de la salle dans laquelle est positionnée la lampe à LED 1.
On note que, comme la fréquence de modulation et la bande de fréquence des signaux VLC émis sont connues, un filtre passe-bas peut être utilisé dans le dispositif de réception de signaux VLC du téléphone mobile 2 pour filtrer les signaux VLC reçus et récupérer ainsi la trame d’identifiant 7 non modulée, simplement codée en Manchester.
On décrit maintenant la réception des signaux VLC reçus par le téléphone mobile 2.
Le téléphone mobile 2 comporte un appareil photo comprenant un capteur CMOS (pourComplementary Metal -Oxide- Semiconductor). Le dispositif de réception de signaux VLC du téléphone mobile 2 comprend l’appareil photo du téléphone mobile 2, qui est donc utilisé pour recevoir les signaux VLC reçus. Outre l’appareil photo, le dispositif de réception comprend un module de réception relié à l’appareil photo. Le module de réception comprend un deuxième composant de traitement adapté à exécuter des instructions d’un programme pour mettre en œuvre les différentes étapes du procédé de réception. Le deuxième composant de traitement est ici un processeur, mais pourrait être un composant différent, par exemple un microcontrôleur ou un FPGA.
On utilise ici l’effet d’obturateur déroulant (ou «rolling shutter effect») du capteur CMOS pour recevoir les signaux VLC reçus.
En référence à la , l’appareil photo permet d’obtenir des images semblables à l’image 20. L’image 20 comporte des franges blanches 21 et des franges noires 22. Chaque frange blanche 21 correspond à un état haut d’un signal VLC reçu, alors que chaque frange noire 22 correspond à un état bas du signal VLC reçu. On peut donc retrouver la trame d’identifiant modulée à partir de l’image 20.
Le procédé de réception d’un signal lumineux modulé de type signal VLC comprend tout d’abord une étape préliminaire au cours de laquelle l’appareil photo est initialisé. L’initialisation consiste à régler des paramètres de l’appareil photo, parmi lesquels la durée d’exposition, la sensibilité ISO et la résolution.
La durée d’exposition est la durée pendant laquelle le capteur CMOS est exposé à la lumière. Une courte durée d’exposition produit des images 20 relativement sombres, car la quantité de lumière à laquelle est exposé le capteur CMOS est faible. Une longue durée d’exposition produit des images 20 relativement brillantes, car la quantité de lumière à laquelle est exposé le capteur CMOS est importante. Pour bien distinguer les franges blanches 21 des franges noires 22, et donc les états hauts des états bas des signaux VLC reçus, il est préférable de choisir une courte durée d’exposition.
La sensibilité ISO détermine la sensibilité de l’appareil photo à la lumière. Une haute sensibilité ISO augmente la sensibilité de l’appareil photo. En choisissant une haute sensibilité ISO, on améliore la détection des changements d’intensité lumineuse et donc le contraste de l’image 20. Il est donc possible de détecter des signaux VLC émis en augmentant la distance entre la lampe à LED 1 et le téléphone mobile 2. La sensibilité ISO d’un appareil photo classique est typiquement comprise entre 100 et 800, mais certains téléphones mobiles 2 récents sont munis d’un appareil photo présentant une sensibilité ISO de 1600 voire même de 3200.
Enfin, il est avantageux de choisir une résolution proche ou égale à 640x480 pour réaliser le décodage des signaux VLC reçus en un temps relativement court.
Une fois que l’appareil photo a été initialisé, une image 20 est traitée pour décoder les signaux VLC reçus.
Il est possible que plusieurs sources d’émission lumineuses, c’est à dire ici plusieurs lampes à LED 1, émettent dans la salle des signaux VLC émis de manière simultanée. Dans ce cas, si l’appareil photo présente un angle de champ suffisant ou si la distance entre l’appareil photo et chaque lampe à LED 1 est relativement importante, l’image 20 peut contenir des franges blanches 21 et des franges noires 22 représentatives des signaux VLC émis produits par plusieurs lampes à LED 1.
Le procédé de réception détecte dans ce cas toutes les lampes à LED 1 présentes dans l’image 20. Ensuite, le procédé de réception décode successivement les signaux VLC reçus provenant de chaque lampe à LED 1, en commençant par la lampe à LED 1 la plus proche du centre de l’image 20 et en terminant par la lampe à LED 1 la plus éloignée du centre de l’image 20.
Le procédé de réception comprend ainsi une étape de seuillage de l’image 20. L’étape de seuillage consiste à conserver, dans l’image 20, uniquement les pixels présentant une intensité lumineuse supérieure à un seuil d’intensité lumineuse prédéterminé. On obtient ainsi une pluralité de formes préliminaires.
Puis, des opérations morphologiques sont mises en œuvre sur l’image 20. Les opérations morphologiques comprennent des opérations morphologiques d’ouverture et des opérations morphologiques de fermeture. On remplit ainsi des espaces de taille réduite et privés de pixels à l’intérieur des formes préliminaires, et on élimine des ensembles de pixels de taille réduite et isolés à proximité des formes préliminaires.
En référence à la , on obtient ainsi, dans l’image 20, une pluralité d’objets semblables à l’objet 23. Chaque objet 23 de l’image 20 correspond à une lampe à LED 1.
Puis, un algorithme d’étiquetage en composantes connexes est appliqué sur chaque objet de l’image.
Un centroïde de chaque objet 23 est alors déterminé. Une distance euclidienne entre le centroïde de chaque objet 23 et le centre de l’image 20 est calculée.
On obtient ainsi une table d’objets 23. Dans la table d’objets 23, les objets 23 sont classés en fonction de leur distance au centre de l’image 20, selon un ordre de distance croissante.
Une fois que toutes les lampes à LED 1 ont été identifiées et que tous les objets 23 correspondants ont été stockés dans la table, une première portion d’image, correspondant à l’objet 23 situé en première position dans la table d’objets 23, est tout d’abord extraite de l’image 20.
La première portion d’image correspond donc à la lampe à LED 1 la plus proche du centre de l’image 20.
La première portion d’image est définie de sorte que la lampe à LED 1 soit située au centre de la première portion d’image.
Une phase de décodage est appliquée sur la première portion d’image, pour décoder le signal VLC reçu produit par la lampe à LED 1.
La phase de décodage est réalisée par un décodeur programmé dans le dispositif de réception du téléphone mobile 2.
La phase de décodage est ensuite répétée pour chaque objet 23 de la table d’objets, et donc pour chaque lampe à LED 1. Chaque lampe à LED 1 est située au centre d’une portion d’image associée. Une portion d’image constitue bien sûr une image. Si une seule lampe à LED 1 se trouve dans la salle et qu’un seul objet 23 est détecté dans l’image 20, il est possible soit de réaliser la phase de décodage sur l’image 20 entière, soit d’extraire une portion d’image de l’image 20 centrée sur l’objet 23.
En référence à la , la phase de décodage Phdcomporte tout d’abord une étape de conversion (étape E20). La portion d’image est un signal à deux dimensions. La conversion consiste à convertir la portion d’image en un signal à une dimension. Le décodeur fonctionne en effet principalement avec des signaux à une dimension. Pour cela, la moyenne des intensités lumineuses des pixels de chaque rangée de la portion d’image est calculée.
On note ici que, pour chaque portion d’image, il est possible d’échantillonner les colonnes formant la portion d’image pour réduire le nombre de colonnes sur lesquelles la conversion est réalisée. En effectuant un échantillonnage consistant à sélectionner une colonne toutes les M colonnes, et en considérant que le nombre total de colonnes d’une portion d’image est égal à n, on réalise le traitement sur un nombre j de colonnes, j étant égal à la partie entière du rapport n/M. On réduit ainsi considérablement la taille de la portion d’image, et donc on réduit de manière importante les temps de calcul.
On obtient ainsi un signal d’intensités moyennes, représentatif du signal VLC reçu, comprenant des composantes égales chacune à une moyenne des intensités lumineuses des rangées de la portion d’image.
En référence à la , la courbe 24 du signal d’intensités moyennes est formée par une succession de pics 25. Les pics 25 comprennent des pics d’intensité locale maximale et des pics d’intensité locale minimale. Chaque pic d’intensité locale maximale correspond à un état haut du signal VLC reçu, et chaque pic d’intensité locale minimale correspond à un état bas du signal VLC reçu. Pour obtenir le nombre de bits correspondant à un état haut ou à un état bas, il convient d’évaluer une largeur de chaque pic 25.
On constate cependant sur la que l’amplitude de la courbe 24 n’est pas centrée sur une valeur d’amplitude constante. Ceci est dû au fait que, comme la lampe à LED 1 est située au centre de la portion d’image, l’intensité lumineuse est plus importante au centre de la portion d’image qu’aux extrémités de la portion d’image.
Ainsi, préalablement à l’évaluation de la largeur des pics 25, l’amplitude de la courbe 24 du signal d’intensités moyennes est recentrée sur une valeur nulle virtuelle, pour obtenir une courbe recentrée en amplitude 26 d’un signal recentré en amplitude, visible sur la . Les amplitudes des pics 27 sont ainsi définies par rapport à une même référence d’intensité lumineuse, correspondant à la valeur nulle virtuelle 28, et la largeur de chaque pic 27 correspond à la largeur du pic 27 au niveau de cette valeur nulle virtuelle 28.
Pour cela, on assimile le signal d’intensités moyennes à une série temporelle, et on utilise une méthode de désaisonnalisation de série temporelle. Une tendance de la série temporelle est alors déterminée, puis cette tendance est soustraite au signal d’intensités moyennes pour obtenir un signal d’intensités moyennes recentré.
La méthode de désaisonnalisation de série temporelle utilise ici un filtre de Hodrick-Prescott.
On suppose donc que le signal d’intensités moyennes est une série temporelle constituée de valeur yt, et que chaque valeur yt est égale à la somme d’une composante de tendance gtet d’une composante cyclique ct, de sorte que :
yt=gt+ct, avec t=1,…, T.
La détermination des composantes cycliques ct permet de produire la courbe recentrée en amplitude 26.
L’utilisation du filtre de Hodrick-Prescott a pour objectif de calculer les composantes cycliques ctà partir des valeurs yten résolvant le problème de minimisation suivant :
Le problème de minimisation utilise un paramètre de lissage λ.
Le paramètre de lissage λ « pénalise » la variabilité de la composante de tendance gt. Plus la valeur du paramètre de lissage λ est élevée, plus la variabilité de la composante de tendance gtest faible, et plus la composante de tendance est lissée. Au contraire, plus la valeur du paramètre de lissage λ est faible, plus la variabilité de la composante de tendance gtest importante. Lorsque la valeur du paramètre de lissage λ est proche de zéro, la composante de tendance gtdevient équivalente à la valeur yt.
Le problème de minimisation qui vient d’être évoqué peut aussi être écrit comme suit :
où est un vecteur dont les composantes sont les , est un vecteur dont les composantes sont les gt, I T est la matrice identité et F est la matrice pentadiogonale suivante :
F =
On a donc :
Et donc :
où est est un vecteur dont les composantes sont les ct.
La valeur du paramètre de lissage λ dépend de la périodicité des données yt.
Ici, comme la lampe à LED 1 est située au centre de la portion d’image, l’intensité du signal d’intensités moyennes est relativement forte au milieu de la série temporelle, et relativement faible au début et à la fin de la série temporelle. Ces différences d’intensité ont tendance à nuire à l’efficacité du filtre de Hodrick-Prescott.
Pour résoudre ce problème, différentes valeurs de paramètre de lissage sont utilisées.
En considérant que la série temporelle yta une taille égale à n, le paramètre de lissage est le vecteur de lissage suivant :
Le paramètre de lissage est ainsi un vecteur de lissage comprenant une pluralité de composantes.
La pluralité de composantes comprend des composantes centrales, situées au centre du vecteur de lissage, et des composantes extrémales, situées aux extrémités du vecteur de lissage.
Les composantes centrales ont des valeurs supérieures à celles des composantes extrémales.
Une valeur d’une composante centrale est supérieure à 10000, et une valeur d’une composante extrémale est inférieure à 1000.
Les valeurs des composantes extrémales sont ici égales à 800 et à 500. Les valeurs des composantes centrales sont ici égales à 1100, 1600 et 14400.
Ainsi, le lissage est relativement faible au début et à la fin de la série temporelle, car la faible intensité lumineuse du signal VLC reçu résulte en une faible amplitude du signal d’intensités moyennes, qui nécessite un lissage faible. Au contraire, le lissage est relativement fort au milieu de la série temporelle, car la forte intensité lumineuse du signal VLC reçu résulte en une amplitude importante du signal d’intensités moyennes, qui nécessite un lissage fort.
On obtient ainsi la courbe recentrée en amplitude 26 du signal recentré en amplitude (étape E21 de la ).
Il convient ensuite de déterminer les bits constituant le signal VLC reçu à partir de la courbe recentrée en amplitude 26 et, en particulier, le nombre de bits de chaque séquence d’états hauts et d’états bas. La largeur de chaque pic 27 correspond à un certain nombre de bits égaux à 1 (pour un pic d’intensité locale maximale) ou à 0 (pour un pic d’intensité locale minimale).
On mesure pour cela la largeur de chaque pic 27 de la courbe recentrée en amplitude 26 en réalisant une détection des passages par zéro (ouzero- crossing detection, en anglais) de la courbe recentrée en amplitude 26 (étape E22).
Chaque pic d’intensité locale maximale correspond, selon sa largeur, à l’une des séquences suivantes :
1, 11, 111.
Chaque pic d’intensité locale minimale correspond, selon sa largeur, à l’une des séquences suivantes :
0, 00.
On obtient ainsi un signal numérique reçu représentatif du signal VLC reçu.
Puis, une fois que les séquences d’états hauts et d’états bas ont été décodées, le procédé de réception comprend l’étape de détecter les bits de départ (étape E23). Pour rappel, les bits de départ contiennent la séquence :
01110010.
Une fenêtre glissante est appliquée sur le signal numérique reçu pour détecter les bits de départ.
Puis, une fois que les bits de départ ont été identifiés, les bits de l’identifiant codé et de la somme de contrôle codée peuvent être récupérés.
Les bits du signal numérique reçu, qui suivent les bits de départ, subissent pour cela un décodage Manchester (étape E24). Pour cela, 22 bits sont ici pris en compte à partir de la fin des bits de départ.
Le décodage Manchester est réalisé en utilisant la table de la . Si aucune erreur n’est identifiée pendant le décodage Manchester, on obtient une séquence de onze bits dans laquelle les huit premiers bits correspondent à l’identifiant (non codé) de la lampe LED 1 et les trois derniers bits correspondent à la somme de contrôle (non codée).
Le décodage Manchester permet de détecter une erreur si le signal numérique reçu contient des séquences de deux « 1 » consécutifs ou de deux « 0 » consécutifs (à l’exception bien sûr des bits de départ), car le décodage correspondant à la table est réalisé pour des paires de deux bits. Cependant, même si aucune erreur n’est détectée par le décodage Manchester, il est possible que le signal numérique reçu contienne une erreur.
Le signal numérique codé en Manchester suivant peut par exemple être émis :
01-01-10-01-10-10-10-01,
ce qui correspond au signal numérique non codé suivant :
00101110.
Si le signal numérique codé reçu est :
10-01-10-01-10-10-10-01,
ce qui correspond au signal numérique non codé reçu suivant :
10101110,
aucune erreur ne sera détectée au moment du décodage Manchester, alors que le signal numérique non codé reçu est différent du signal numérique non codé émis.
L’utilisation de la somme de contrôle permet d’éviter ce type d’erreur.
Le calcul de la somme de contrôle consiste à nouveau à réaliser une addition binaire des bits de l’identifiant pris deux par deux. On obtient ainsi une première somme intermédiaire composée d’une pluralité de bits. Puis, on remplace chaque bit de la première somme intermédiaire par le bit opposé, pour obtenir une deuxième somme intermédiaire. On prend enfin les trois derniers bits de la deuxième somme intermédiaire pour obtenir la somme de contrôle. On vérifie si la somme de contrôle obtenue dans le signal numérique reçu correspond à celle du signal numérique émis (étape E25).
Si la somme de contrôle correspond, le procédé de réception comporte l’étape de fournir au deuxième composant de traitement du téléphone mobile 2 l’identifiant de la lampe à LED 1, pour que la géolocalisation du téléphone mobile 2 puisse être réalisée. Sinon, un message d’erreur est généré par le deuxième composant de traitement (étape E26).
Bien sûr, l’ensemble des étapes de la phase de décodage Ph_d sont ensuite réalisées pour chaque objet 23 de la table d’objets 23 (et donc pour chaque lampe à LED 1), dans un ordre correspondant à la position des objets 23 dans la table d’objets 23.
Les figures 12 à 16 permettent d’illustrer les performances du procédé de réception.
La représente une courbe 30 d’un signal d’intensités moyennes. La représente une courbe recentrée en amplitude 31 obtenue en utilisant une méthode de désaisonnalisation utilisant une régression polynomiale. La représente une courbe recentrée en amplitude 32 obtenue grâce à une méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de Hodrick-Prescott classique. La représente une courbe recentrée en amplitude 33 obtenue grâce au procédé de réception décrit ici.
On remarque que la courbe recentrée en amplitude 31 et la courbe recentrée en amplitude 32 ne sont pas centrées sur la valeur nulle virtuelle 34 entre les rangées 280 à 350, contrairement à la courbe recentrée en amplitude 33, qui est parfaitement centrée sur la valeur nulle virtuelle 35.
La représente une première courbe 36, une deuxième courbe 37 et une troisième courbe 38.
La première courbe 36, la deuxième courbe 37 et la troisième courbe 38 illustrent un taux d’erreur de réception de l’identifiant de la lampe à LED 1 par le téléphone mobile 2, en fonction de la distance entre le téléphone mobile 2 et la lampe à LED 1.
La première courbe 36 correspond à l’utilisation d’une méthode de désaisonnalisation utilisant une régression polynomiale. La deuxième courbe 37 correspond à l’utilisation d’une méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de Hodrick-Prescott clasique. La troisième courbe 38 correspond à l’utilisation d’une méthode de désaisonnalisation utilisée dans le procédé de réception décrit ici.
Le taux d’erreur moyen est égal à 0,0093% pour la courbe 36, à 0,0107% pour la courbe 37, et à 0,0030% pour la courbe 38. Le procédé de réception qui vient d’être décrit est donc très performant, en particulier lorsque la distance entre la lampe à LED 1 et le téléphone mobile 2 est importante.
L’invention n’est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d’être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l’invention.
On a décrit ici que le deuxième codage, destiné à coder le premier signal codé dans le but d’augmenter une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente, consiste à réaliser une modulation de fréquence sur les états bas du premier signal codé. Ce type de deuxième codage est particulièrement avantageux dans le cas où ledriverde la diode est undriverde tension. Ce deuxième codage est aussi particulièrement avantageux dans le cas où un variateur est positionné en entrée dudriver, que ledriversoit undriverde tension ou undriverde courant.
Dans le cas où ledriverest undriverde courant, et où un variateur n’est pas positionné en entrée dudriver, il est particulièrement avantageux de choisir un autre type de deuxième codage. Le deuxième codage consiste alors à modifier un rapport cyclique du premier signal codé (obtenu suite à un codage Manchester). On augmentera par exemple une durée des états hauts du premier signal codé. On augmente ainsi une durée des pulsations de courant qui pilotent la diode, et donc on augmente la puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente et donc la puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente.
Bien que l’on ait ici décrit la mise en œuvre de l’invention dans une fonction de géolocalisation intérieure, l’invention peut bien sûr être mise en œuvre dans une application différente, par exemple dans une fonction de géolocalisation extérieure.
Claims (5)
- Procédé d’émission d’un signal lumineux modulé de type signal VLC, le procédé d’émission comprenant l’étape de commuter une diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé, le procédé d’émission comprenant en outre les étapes préliminaires de :
- générer un signal numérique d’origine contenant des données à transmettre ;
- coder le signal numérique d’origine en utilisant un premier codage pour obtenir un premier signal codé (Sc1) ;
- coder le premier signal codé (Sc1) en utilisant un deuxième codage pour obtenir un deuxième signal codé (Sc2), le deuxième codage étant destiné et étant adapté à augmenter une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente et donc à augmenter une puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente pour générer le signal lumineux modulé, le deuxième codage consistant en outre à modifier un rapport cyclique du premier signal codé.
- Procédé d’émission selon la revendication 1, le deuxième codage consistant à augmenter une durée d’états hauts du premier signal codé.
- Procédé d’émission selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier codage est un codage Manchester.
- Procédé d’émission selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le signal lumineux modulé comprend un identifiant contenant des données de position de la diode électroluminescente pour remplir une fonction de géolocalisation d’un appareil électronique.
- Lampe à LED (1) comportant un dispositif d’émission comprenant une diode électroluminescente et un module de pilotage destiné à piloter la diode électroluminescente, le module de pilotage comportant un composant de traitement dans lequel est mis en œuvre le procédé d’émission selon l’une des revendications précédentes.
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| EP3119164A1 (fr) * | 2011-07-26 | 2017-01-18 | Bytelight, Inc. | Source de lumière de modulateur à identification automatique |
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2017
- 2017-11-27 FR FR1761231A patent/FR3074384B1/fr active Active
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2023
- 2023-11-13 FR FR2312368A patent/FR3142056A1/fr active Pending
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