RU2575005C2 - Modulation for encoded light transmission - Google Patents
Modulation for encoded light transmission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575005C2 RU2575005C2 RU2013122889/07A RU2013122889A RU2575005C2 RU 2575005 C2 RU2575005 C2 RU 2575005C2 RU 2013122889/07 A RU2013122889/07 A RU 2013122889/07A RU 2013122889 A RU2013122889 A RU 2013122889A RU 2575005 C2 RU2575005 C2 RU 2575005C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sequence
- light
- source
- symbol
- symbols
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 50
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 22
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 19
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 9
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к системе кодированного света. В частности, оно относится к способам и устройствам для управления по меньшей мере одним источником света, выполненным с возможностью испускания кодированного света в системе кодированного света, и для декодирования такого кодированного света в информационную последовательность.The present invention relates to a coded light system. In particular, it relates to methods and devices for controlling at least one light source configured to emit coded light in a coded light system, and for decoding such coded light into an information sequence.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Источники света в настоящее время применяются в системах освещения, состоящих из большого числа источников света. С момента введения светодиодного освещения несколько параметров этих источников света могут изменяться и управляться в системе источников света. Такие параметры включают в себя интенсивность света, цвет света, цветовую температуру света и даже направление света. Изменяя и управляя этими параметрами различных источников света, проектировщик света или пользователь системы имеет возможность генерировать световые сцены. Этот процесс часто называют настройкой сцены, и он, как правило, является довольно сложным процессом из-за большого числа источников света и параметров, которыми необходимо управлять. Как правило, для каждого источника света требуется один контроллер или канал управления. Это затрудняет управление системой из более чем десяти источников света.Light sources are currently used in lighting systems consisting of a large number of light sources. Since the introduction of LED lighting, several parameters of these light sources can be changed and controlled in the system of light sources. Such parameters include light intensity, color of light, color temperature of light, and even the direction of light. By changing and controlling these parameters of various light sources, the light designer or system user is able to generate light scenes. This process is often referred to as scene setup, and it is usually a rather complicated process due to the large number of light sources and parameters that need to be controlled. Typically, each light source requires one controller or control channel. This makes it difficult to control a system of more than ten light sources.
Чтобы сделать возможным более интуитивное и простое управление источниками света и чтобы создавать сцены, ранее было предложено встраивание информационных последовательностей, таких как невидимые идентификаторы, в световой выход осветительных устройств. Такое встраивание идентификаторов может быть основано на уникальной модуляции видимого света (VL) осветительного устройства или на размещении дополнительного инфракрасного (ИК) источника света в осветительном устройстве и уникальной модуляции этого ИК-света. Манчестерский код обычно используется в качестве средств для модуляции кодированного света.To make it possible to more intuitively and easily control light sources and to create scenes, it has previously been proposed to embed information sequences, such as invisible identifiers, in the light output of lighting devices. Such embedding of identifiers can be based on the unique modulation of visible light (VL) of the lighting device or on the placement of an additional infrared (IR) light source in the lighting device and the unique modulation of this IR light. Manchester code is commonly used as a means to modulate coded light.
Встраивание идентификаторов в свет будет называться кодированным светом (CL). Связь, использующая CL, будет называться связью через видимый свет (VLC). Для передачи CL обычно рассматриваются светоизлучающие диоды (LED), которые допускают приемлемую высокую частоту модуляции и полосу пропускания. Это, в свою очередь, может иметь следствием быстрый отклик системы управления. Идентификаторы, однако, также могут быть встроены в свет других источников света, таких как лампы накаливания, галогенные, флуоресцентные лампы и разрядные лампы высокой интенсивности (HID). Эти идентификаторы источников света, также называемые кодами, предусматривают идентификацию и оценку интенсивности отдельных локальных вкладов в освещение. Это может быть применено в приложениях по управлению светом, таких как пусконаладочные работы, выбор источника света и интерактивная настройка сцены. Эти приложения находят применение, например, в домах, офисах, магазинах и больницах. Следовательно, эти идентификаторы источника света дают возможность простой и интуитивной операции управления системой освещения, которая, в противном случае, была бы очень сложной.Embedding identifiers in the light will be called coded light (CL). A communication using CL will be called visible light communication (VLC). For CL transmission, light emitting diodes (LEDs) are generally considered that allow an acceptable high modulation frequency and bandwidth. This, in turn, may result in a quick response from the control system. Identifiers, however, can also be integrated into other light sources, such as incandescent, halogen, fluorescent, and high intensity discharge (HID) lamps. These identifiers of light sources, also called codes, provide for the identification and assessment of the intensity of individual local contributions to lighting. This can be applied in light management applications such as commissioning, light source selection, and interactive scene setup. These applications are used, for example, in homes, offices, shops and hospitals. Consequently, these light source identifiers enable a simple and intuitive operation to control the lighting system, which would otherwise be very complex.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В связи с вышеизложенным, желательно, чтобы встраивание кодированной информации (например, пакетов) в световой выход источника света было невидимым для пользователей, которые заинтересованы в функции освещения источника света. Другими словами, может быть желательным, чтобы кодирование света не приводило к видимому мерцанию. Это требование означает, что спектр модулирующего кода не должен содержать низких частот. Поскольку источники света, подключенные к обычной электрической сети, как правило, производят сильные помехи, например, при постоянном токе, 50 Гц или 100 Гц, может быть выгодно подавлять эти помехи соответствующей фильтрацией в приемнике. Чтобы не слишком сильно снижать желаемый сигнал этой фильтрацией, выгодно, чтобы желаемый сигнал отсутствовал в тех местах спектра, где существуют помехи. Это соображение также подразумевает, что спектр модулирующего кода не должен содержать низких частот. Также может быть желательным, чтобы спектр модулирующего кода не содержал высоких частот по той причине, что может быть трудно реализовать схемы в дешевых устройствах управления для источников света на основе LED для таких высоких частот.In connection with the foregoing, it is desirable that the embedding of coded information (eg, packets) in the light output of the light source is invisible to users who are interested in the lighting function of the light source. In other words, it may be desirable that the coding of the light does not cause apparent flicker. This requirement means that the spectrum of the modulating code should not contain low frequencies. Since light sources connected to a conventional electrical network tend to produce strong interference, for example, at a constant current of 50 Hz or 100 Hz, it may be advantageous to suppress this interference by appropriate filtering in the receiver. In order not to reduce the desired signal too much by this filtering, it is advantageous that the desired signal is absent in those parts of the spectrum where interference exists. This consideration also implies that the spectrum of the modulating code should not contain low frequencies. It may also be desirable that the spectrum of the modulating code does not contain high frequencies for the reason that it may be difficult to implement circuits in low cost LED control devices for such high frequencies.
Также желательно на стороне приемника иметь возможность обнаруживать цифровую информацию, содержащуюся в VLC, даже в присутствии помех от других источников света, как, например, солнце, люминесцентная лампа или трубка, лампа накаливания и т.д. Следовательно, может быть желательным, чтобы спектр модулированного сигнала не содержал какого-либо вклада в положениях частот спектра, где существуют такие помехи.It is also desirable on the receiver side to be able to detect digital information contained in the VLC, even in the presence of interference from other light sources, such as the sun, a fluorescent lamp or tube, an incandescent lamp, etc. Therefore, it may be desirable that the spectrum of the modulated signal does not contain any contribution to the positions of the frequencies of the spectrum where such interference exists.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть эти проблемы и предоставить способы, устройства и системные подходы, которые решают или по меньшей мере уменьшают проблемы, затронутые выше; например, путем предоставления способов, устройств и системных подходов, которые допускают более хорошее спектральное ограничение, в частности, для низких частот, чем современные устройства данной области техники, имея при этом сравнимую сложность.The purpose of the present invention is to overcome these problems and provide methods, devices and systemic approaches that solve or at least reduce the problems mentioned above; for example, by providing methods, devices, and system approaches that allow a better spectral limitation, in particular, for low frequencies than modern devices in the art, while having comparable complexity.
В целом вышеописанные цели достигаются с помощью способов и устройств в соответствии с прилагаемыми независимыми пунктами формулы изобретения.In General, the above objectives are achieved using methods and devices in accordance with the attached independent claims.
В соответствии с первым аспектом, вышеописанные цели достигаются с помощью устройства управления светом для управления по меньшей мере одним источником света, выполненным с возможностью испускания кодированного света на основе сигнала управления, при этом устройство управления светом содержит: приемник, выполненный с возможностью приема последовательности u=[u1, ..., uk, ..., uK] символов uk источника, представляющих собой информационную последовательность источника информации; блок обработки, выполненный с возможностью из последовательности символов источника определять последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk канала, формирующих сигнал управления; передатчик, выполненный с возможностью предоставления по меньшей мере одному источнику света сигнала управления, тем самым управляя по меньшей мере одним источником света; при этом блок обработки выполнен с возможностью определения последовательности символов z канала путем преобразования каждого символа uk источника в момент времени k в составной символ zk=(zk,1, zk,2) канала, содержащий по меньшей мере один первый символ zk,1 канала, один из которых идентичен uk, и по меньшей мере один второй символ zk,2 канала, выбранный из множества M, где zk,2 является функцией символа uk источника и по меньшей мере одного последующего и/или предыдущего символа ui источника, i≠k, при этом преобразование приводит к тому, что спектральная плотность мощности у нулевой частоты последовательности z символов канала равна нулю, и сигнал управления тем самым дает возможность того, что видимое мерцание не присутствует в кодированном свете, испускаемом по меньшей мере одним источником света.According to a first aspect, the above objectives are achieved with a light control device for controlling at least one light source configured to emit coded light based on a control signal, the light control device comprising: a receiver configured to receive a sequence u = [u 1 , ..., u k , ..., u K ] characters u k of the source, representing the information sequence of the source of information; a processing unit configured to determine from a sequence of source symbols a sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] channel symbols z k forming a control signal; a transmitter configured to provide at least one light source with a control signal, thereby controlling at least one light source; the processing unit is configured to determine the sequence of symbols z of the channel by converting each symbol u k of the source at time k into a composite symbol z k = (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel containing at least one first symbol z k, 1 channels, one of which is identical to u k , and at least one second symbol z k, 2 channels selected from the set M, where z k, 2 is a function of the source symbol u k and at least one subsequent and / or of the previous symbol u i of the source, i ≠ k, while the transformation leads to the fact that the spectrum The total power density at the zero frequency of the channel symbol sequence z is zero, and the control signal thereby makes it possible that visible flicker is not present in the coded light emitted by at least one light source.
Предложенные преобразования создают возможность для более хорошего спектрального ограничения, в частности, для низких частот, чем, например, Манчестерский импульс, при этом имея сравнимую сложность.The proposed transformations provide an opportunity for a better spectral limitation, in particular, for low frequencies than, for example, the Manchester pulse, while having comparable complexity.
Символ zk,2 может быть имеющим знак взвешенным средним L элементов uk-l+1+uk+1 для l=1, ... L, приводя к тому, что спектральная плотность мощности последовательности z символов канала затухает как (fT)(4L), где f означает частоту в Гц, а T означает время в секундах для передачи uk. Спектр Манчестерского кодирования затухает как f2 для f, близких к нулю. Таким образом, предложенная схема кодирования затухает быстрее, чем Манчестерское кодирование.The symbol z k, 2 can be a signed weighted average of L elements u k-l + 1 + u k + 1 for l = 1, ... L, leading to the fact that the power spectral density of the sequence of channel symbols z decays as (fT ) (4L) , where f means the frequency in Hz, and T means the time in seconds to transmit u k . The Manchester coding spectrum fades as f 2 for f close to zero. Thus, the proposed coding scheme decays faster than Manchester coding.
В соответствии со вторым аспектом, вышеописанные цели достигаются с помощью осветительного устройства, содержащего по меньшей мере один источник света, средство модуляции и устройство управления светом в соответствии с вышесказанным, при этом средство модуляции выполнено с возможностью, в соответствии с сигналом управления, предоставляемым устройством управления светом, модуляции кодированного света, который должен испускаться по меньшей мере одним источником света.In accordance with the second aspect, the above objectives are achieved using a lighting device comprising at least one light source, modulation means and a light control device in accordance with the foregoing, while the modulation means is configured to, in accordance with a control signal provided by the control device light, modulating coded light that must be emitted by at least one light source.
В соответствии с третьим аспектом, вышеописанные цели достигаются с помощью способа управления по меньшей мере одним источником света, выполненным с возможностью испускания кодированного света на основе сигнала управления, при этом способ состоит в том, что: принимают последовательность u=[u1, ..., uk, ..., uK] символов uk источника, представляющих собой информационную последовательность источника информации; определяют последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk канала, формирующих сигнал управления из последовательности символов источника; предоставляют по меньшей мере одному источнику света сигнал управления, тем самым управляя по меньшей мере одним источником света; при этом последовательность символов z канала определяется путем преобразования каждого символа uk источника в момент времени k в составной символ zk=(zk,1, zk,2) канала, содержащий по меньшей мере один первый символ zk,1 канала, один из которых идентичен uk, и по меньшей мере один второй символ zk,2 канала, выбранный из множества M, где zk,2 является функцией символа uk источника и по меньшей мере одного последующего и/или предыдущего символа ui источника, i≠k, при этом преобразование приводит к тому, что спектральная плотность мощности у нулевой частоты последовательности z символов канала равна нулю, и сигнал управления тем самым дает возможность того, что видимое мерцание не присутствует в кодированном свете, испускаемом по меньшей мере одним источником света.In accordance with a third aspect, the above objectives are achieved by a method for controlling at least one light source configured to emit coded light based on a control signal, the method comprising: receiving a sequence u = [u 1 , .. ., u k , ..., u K ] characters u k of the source, representing the information sequence of the source of information; determining a sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] of symbols z k of a channel forming a control signal from a sequence of source symbols; providing at least one light source with a control signal, thereby controlling at least one light source; wherein the sequence of symbols z of the channel is determined by converting each symbol u k of the source at time k into a composite symbol z k = (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel containing at least one first symbol z k, 1 of the channel, one of which is identical to u k , and at least one second channel symbol z k, 2 selected from the set M, where z k, 2 is a function of the source symbol u k and at least one subsequent and / or previous source symbol u i , i ≠ k, while the conversion leads to the fact that the power spectral density at zero hour the frequency of the z-channel symbol sequence is zero, and the control signal thereby makes it possible that visible flicker is not present in the coded light emitted by at least one light source.
В соответствии с четвертым аспектом, вышеописанные цели достигаются с помощью декодера информации для декодирования информационной последовательности из сигнала, принятого из детектора света, при этом сигнал служит признаком того, что кодированный свет испущен по меньшей мере из одного источника света, управляемого устройством управления светом в соответствии с вышесказанным, содержащего: приемник, выполненный с возможностью приема сигнала из детектора света, при этом сигнал характеризует последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk=(zk,1, zk,2) канала; блок обработки, выполненный с возможностью определения из сигнала последовательности û=[û1, ..., ûk, ..., ûK] декодированных символов ûk источника, формирующих декодированную информационную последовательность; при этом блок управления выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника, посредством чего декодированный символ ûk источника определяется из разности между zk,1 и взвешенным средним по меньшей мере одного символа zk,2 канала и одного последующего и/или предыдущего символа zi канала, i≠k.According to a fourth aspect, the above objectives are achieved by an information decoder for decoding an information sequence from a signal received from a light detector, the signal indicating that the encoded light is emitted from at least one light source controlled by the light control device in accordance with with the foregoing, comprising: a receiver configured to receive a signal from a light detector, wherein the signal characterizes a sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] symbol in z k = (z k, 1 , z k, 2 ) channels; a processing unit configured to determine from the signal the sequence û = [û 1 , ..., û k , ..., û K ] decoded symbols û k of the source forming the decoded information sequence; wherein the control unit is configured to determine the sequence of decoded source symbols û, whereby the decoded source symbol û k is determined from the difference between z k, 1 and the weighted average of at least one symbol z k, 2 channels and one subsequent and / or previous symbol z i of the channel, i ≠ k.
Блок обработки может содержать декодер с жестким решением. Декодер с жестким решением может быть выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника в качестве знака упомянутой разности. Такой декодер может позволить быстрое и точное декодирование.The processing unit may comprise a hard decision decoder. A hard decision decoder may be configured to determine a sequence of decoded source symbols û as a sign of the difference. Such a decoder can allow fast and accurate decoding.
Согласно пятому аспекту, вышеописанные цели достигаются с помощью декодера информации для декодирования информационной последовательности из сигнала, принятого из детектора света, при этом сигнал служит признаком того, что кодированный свет испущен по меньшей мере из одного источника света, управляемого устройством управления светом в соответствии с вышесказанным, содержащего: приемник, выполненный с возможностью приема сигнала из детектора света, при этом сигнал характеризует последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk=(zk,1, zk,2) канала; блок обработки, выполненный с возможностью определения из сигнала последовательности û=[û1, ..., ûk, ..., ûK] декодированных символов ûk источника, формирующих декодированную информационную последовательность; при этом блок управления выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника, посредством чего декодированный символ ûk источника определяется путем взятия линейных комбинаций zl,1 и половины символов zl,2,L и zl,2,R для значений l в окрестности k, где zk,2,L является первой половиной zk,2, а zk,2,R является второй половиной zk,2.According to a fifth aspect, the above objectives are achieved by an information decoder for decoding an information sequence from a signal received from a light detector, the signal indicating that the encoded light is emitted from at least one light source controlled by the light control device in accordance with the foregoing comprising: a receiver configured to receive a signal from a light detector, wherein the signal characterizes a sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] of characters z k = (z k, 1 , z k, 2 ) channel; a processing unit configured to determine from the signal the sequence û = [û 1 , ..., û k , ..., û K ] decoded symbols û k of the source forming the decoded information sequence; the control unit is configured to determine the sequence of decoded source symbols символов, whereby the decoded source symbol û k is determined by taking linear combinations of z l, 1 and half of the symbols z l, 2, L and z l, 2, R for values l in neighborhood k, where z k, 2, L is the first half of z k, 2 , and z k, 2, R is the second half of z k, 2 .
Блок обработки может быть выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника посредством использования согласованного фильтра, имеющего набор коэффициентов, содержащих последовательность [-1, 0, 1, 1] в терминах половин символов. В соответствии с вариантом осуществления, согласованный фильтр имеет 2N+4 коэффициента в терминах половин символов, начиная с последовательности [-1, 0], за которой следует N пар коэффициентов, колеблющихся между [1, 1] и [-1, -1], до N-й пары, которая равна [(-1)N-1, (-1)N-1], и заканчивая последовательностью [0, (-1)N].The processing unit may be configured to determine a sequence of decoded source symbols посредством by using a matched filter having a set of coefficients containing a sequence of [-1, 0, 1, 1] in terms of half the symbols. According to an embodiment, the matched filter has 2N + 4 coefficients in terms of half the characters, starting with the sequence [-1, 0], followed by N pairs of coefficients ranging between [1, 1] and [-1, -1] , to the Nth pair, which is [(-1) N-1 , (-1) N-1 ], and ending with the sequence [0, (-1) N ].
Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, изложенных в формуле изобретения. Подобным образом преимущества первого аспекта применяются ко второму аспекту, третьему аспекту, четвертому аспекту и пятому аспекту, и наоборот.It should be noted that the invention relates to all possible combinations of features set forth in the claims. Similarly, the advantages of the first aspect apply to the second aspect, the third aspect, the fourth aspect and the fifth aspect, and vice versa.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, показывающие вариант(ы) осуществления изобретения.The above and other aspects of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, showing an embodiment (s) of the invention.
Фиг.1 иллюстрирует систему освещения в соответствии с вариантом осуществления;Figure 1 illustrates a lighting system in accordance with an embodiment;
фиг.2 иллюстрирует источник света в соответствии с вариантом осуществления;2 illustrates a light source in accordance with an embodiment;
фиг.3 иллюстрирует декодер информации в соответствии с вариантом осуществления;3 illustrates an information decoder in accordance with an embodiment;
фиг.4a-4c иллюстрируют кодеры регистров сдвига в соответствии с вариантами осуществления;4a-4c illustrate shift register encoders in accordance with embodiments;
фиг.5 иллюстрирует декодер регистра сдвига в соответствии с вариантом осуществления;5 illustrates a shift register decoder in accordance with an embodiment;
фиг.6a-e иллюстрируют последовательности импульсов для символов источника и символов канала в соответствии с вариантами осуществления;6a-e illustrate pulse sequences for source symbols and channel symbols in accordance with embodiments;
фиг.7a-7g иллюстрируют спектральные представления последовательностей символов канала в соответствии с вариантами осуществления;7a-7g illustrate spectral representations of channel symbol sequences in accordance with embodiments;
фиг.8a-8b представляют собой блок-схемы в соответствии с вариантами осуществления.8a-8b are block diagrams in accordance with embodiments.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Описанные ниже варианты осуществления приведены в качестве примера, так что это раскрытие будет всесторонним и полным и будет полностью передавать объем изобретения специалистам в данной области техники. Одинаковые номера ссылаются на идентичные элементы на всем протяжении.The embodiments described below are exemplary, so that this disclosure will be comprehensive and complete and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Identical numbers refer to identical elements throughout.
Фиг.1 иллюстрирует систему 1 освещения, которая содержит по меньшей мере один источник света, схематически обозначенный номером 2 позиции. По меньшей мере один источник 2 света может быть осветительным устройством и/или быть частью системы управления освещением, таким образом система 1 освещения может быть обозначена как система кодированного освещения. Осветительное устройство может содержать по меньшей мере один источник 2 света. Термин "источник света" означает устройство, которое используется для предоставления света в помещении в целях освещения объектов в помещении. Помещение в этом контексте представляет собой, как правило, комнату в квартире или помещение в офисе, спортивный зал, помещение в общественном месте или часть наружной среды, такой как часть улицы. Каждый источник 2 света способен испускать кодированный свет, как схематично проиллюстрировано стрелкой 6. Испущенный свет, таким образом, содержит модулированную часть, связанную с кодированным светом, содержащую информационные последовательности. Испущенный свет также может содержать немодулированную часть, связанную с вкладом в освещение. Каждый источник 2 света может быть связан с рядом настроек освещения, помимо прочего относящихся к вкладу в освещение источника света, таких как цвет, цветовая температура и интенсивность испущенного света. Вообще вклад в освещение источника света может быть определен как усредненный по времени выход света, испущенного источником 2 света. Источник 2 света будет дополнительно описан со ссылкой на фиг.2.Figure 1 illustrates a
Как было отмечено выше, по меньшей мере один источник 2 света испускает информационные последовательности через видимый свет 6. Перед тем как информационные последовательности испускаются через видимый свет 6, они преобразуются в последовательность символов канала для формирования модулированного сигнала. Этот сигнал модуляции может затем действовать как сигнал управления, чтобы управлять по меньшей мере одним источником света. Сигнал управления может тем самым определить последовательность импульсов, которая переключает по меньшей мере один источник 2 света между испусканием света (в состоянии "ВКЛ") и неиспусканием света (в состоянии "ВЫКЛ").As noted above, at least one
Система 1 освещения дополнительно содержит устройство, называемое декодером 4 информации. Декодер 4 информации выполнен с возможностью декодирования информационной последовательности из кодированного света, испущенного по меньшей мере одним источником 2 света. Декодер 4 информации будет дополнительно описан со ссылкой на фиг.3.The
Система 1 освещения может дополнительно содержать другие устройства 10, выполненные с возможностью управления и/или предоставления информации по меньшей мере одному источнику 2 света.The
Фиг.2 схематически иллюстрирует источник 2 света в терминах ряда функциональных блоков. Источник 2 света содержит эмиттер 14 для испускания кодированного света. Эмиттер 14 может содержать один или более LED, но также мог бы содержать один или более источник FL или HID, и т.д. Вообще схемы кодирования могут использовать несколько источников света. Например, 3-уровневая схема кодирования может иметь два LED, использующих преобразования (ВЫКЛ, ВЫКЛ) для уровня "-A", (ВКЛ, ВЫКЛ) для уровня "0" и (ВКЛ, ВКЛ) для уровня "+A". Как определяются уровни - раскрыто ниже. Эмиттер управляется устройством 18 управления светом. Устройство 18 управления светом может содержать или быть частью блока 16 обработки, такого как центральный процессор (CPU). По существу устройство 18 управления светом содержит приемник 20 и передатчик 24. Приемник 20 может быть выполнен с возможностью получения настроек, информации управления, параметров кода и тому подобного. Приемник 20 может быть приемником, выполненным с возможностью получения кодированного света. Приемник 20 может содержать инфракрасный интерфейс для получения инфракрасного света. Альтернативно приемник 20 может быть радиоприемником для получения переданной по беспроводной связи информации. Кроме того, альтернативно приемник 20 может содержать разъем для получения информации, переданной по проводной связи. Провод может быть кабелем линии электропередачи. Провод может быть компьютерным кабелем. Информация, относящаяся к настройкам, информация управления, параметры кода и тому подобное могут храниться в памяти 22.2 schematically illustrates a
Устройство 18 управления светом может получать информацию через приемник 20, связанный с информационной последовательностью, которая должна быть передана посредством кодированного света источником 2 света. Например, используя блок 16 обработки, устройство 18 управления светом может изменить кодирование кодированного света, так что кодированный свет, испускаемый эмиттером 14, будет содержать информационную последовательность (кодированную версию информационной последовательности). Чтобы достичь такой передачи, устройство 18 управления светом может быть выполнено с возможностью осуществления ряда функций. Например, приемник 20 выполнен с возможностью получения последовательности u=[u1, ..., uk, ..., uK] символов uk источника, представляющих информационную последовательность источника информации. Блок 16 обработки выполнен с возможностью определения из последовательности символов источника последовательности z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk канала, формирующих сигнал управления. Передатчик 24 выполнен с возможностью предоставления источнику 2 света сигнала управления, тем самым управляя источником 2 света. Эти функции будут описаны более подробно ниже со ссылкой на блок-схему на фиг.8a. Альтернативно, источник 2 света не содержит устройство управления светом. Устройство 18 управления светом может таким образом быть частью системы 1 освещения.The
Декодер 4 информации может быть выполнен с возможностью обнаружения и получения света, такого как кодированный свет, содержащего информационные последовательности, испущенные по меньшей мере одним источником 2 света, а также света, испущенного источниками света вне системы 1 освещения (не показаны). Приемник 4 выполнен с возможностью определения из обнаруженного и полученного света информационных последовательностей, переданных по меньшей мере одним источником 2 света. Функциональная блок-схема для декодера 4 информации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения приведена на фиг.3. Декодер 4 информации содержит приемник 34, выполненный с возможностью получения сигнала из детектора 32 света, при этом сигнал служит признаком последовательности z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk=(zk,1, zk,2) канала. Декодер 4 информации дополнительно содержит блок 26 обработки, выполненный с возможностью определения из сигнала последовательности û=[û1, ..., ûk, ..., ûK] декодированных символов ûk источника, формирующих декодированную информационную последовательность. Чтобы достичь такого определения, декодер 4 информации может быть выполнен с возможностью осуществления ряда функций. Эти функции будут описаны ниже со ссылкой на блок-схему на фиг.8b. Декодер 4 информации может дополнительно содержать память 28 и передатчик 30. Память 28 может хранить инструкции, относящиеся к функциям для оценки информационной последовательности. Передатчик 30 может использоваться, чтобы передавать информацию по меньшей мере одному источнику 2 света в системе 1 освещения.The
Как было отмечено выше, перед тем как информационные последовательности испускаются через видимый свет 6, они преобразуются в последовательность символов канала для формирования модулированного сигнала. Преобразование включает в себя определение схемы модуляции, с помощью которой должна модулироваться последовательность символов канала. Манчестерский код (или бифазный код) обычно используется в качестве средств для модуляции кодированного света. В Манчестерском кодировании каждый входной бит (также называемый пользовательским битом) преобразуется в пару символов канала, где символы канала в каждой паре имеют различные знаки. А именно, "1" преобразуется в пару {+1, -1}, в то время как "0" преобразуется в пару {-1, +1} (или наоборот). Очевидно, что Манчестерский код свободен от DC, поскольку средняя передаваемая амплитуда равна нулю. Фиг.7a иллюстрирует по номеру 52 позиции представление частоты (в форме спектральной плотности мощности, PSD) переданного колебательного сигнала для примера со скоростью передачи данных 500 пользовательских бит/сек с использованием Манчестерского кода. Однако из-за относительно медленного затухания PSD видимое мерцание может быть привнесено в испущенный свет.As noted above, before information sequences are emitted through visible light 6, they are converted into a sequence of channel symbols to form a modulated signal. The conversion includes determining a modulation scheme by which the channel symbol sequence is to be modulated. The Manchester code (or biphasic code) is usually used as a means to modulate coded light. In Manchester coding, each input bit (also called a user bit) is converted to a pair of channel characters, where the channel characters in each pair have different characters. Namely, “1” is converted to the pair {+1, -1}, while “0” is converted to the pair {-1, +1} (or vice versa). Obviously, the Manchester code is free of DC because the average transmitted amplitude is zero. Fig. 7a illustrates at 52 position number a frequency representation (in the form of a power spectral density, PSD) of a transmitted waveform for an example with a data rate of 500 user bits per second using the Manchester code. However, due to the relatively slow decay of the PSD, visible flicker may be introduced into the emitted light.
Эта проблема может быть преодолена с помощью способов, устройств и идей системы, как раскрыто ниже, которые предоставляют преобразования из символов u источника в символы z канала, приводя к тому, что PSD у нулевой частоты последовательности z символов канала равна нулю, и где PSD имеет более быстрое затухание, чем Манчестерский код. Сигнал управления (т.е. сигнал, основанный на последовательности символов канала, сгенерированных устройством 18 управления светом, и используемый для управления по меньшей мере одним источником 2 света) тем самым дает возможность того, что видимое мерцание не присутствует в кодированном свете, испущенном по меньшей мере одним источником 2 света. Средства для предоставления такого преобразования, а также декодирования информационной последовательности, которая была смодулирована таким преобразованием, будут раскрыты ниже. Вкратце, предоставляется набор преобразований, которые могут быть рассмотрены как модификация Манчестерского правила кодовой модуляции, которое переводит биты в колебательные сигналы. Предложенные преобразования особенно полезны для передачи информации, встроенной в свет. Хорошие низкочастотные свойства обеспечивают отсутствие видимого мерцания и низкую восприимчивость к низкочастотным помехам. В частности, предложенные преобразования дают возможность улучшения "свободного от DC" свойства Манчестерского кода, таким образом приводя к намного меньшему видимому мерцанию (или даже к полному отсутствию мерцания) испущенного кодированного света, при этом улучшая подавление 50 Гц и 100 Гц помех в декодере информации для заданной (низкой) скорости передачи битов благодаря более быстрому затуханию PSD. Такие различные аспекты системы модуляции для связи через видимый свет будут рассмотрены ниже.This problem can be overcome using the methods, devices and ideas of the system, as described below, which provide transformations from the source symbols u to the channel z symbols, leading to the PSD at zero frequency of the channel z sequence of symbols being zero, and where the PSD has faster attenuation than the Manchester code. A control signal (i.e., a signal based on a sequence of channel symbols generated by the
В соответствии с первым предложенным преобразованием, каждый пользовательский бит uk, uk∈{-1, +1} из строки пользовательских битов u преобразуется в группу двух символов (zk,1, zk,2) канала, где zk,1, zk,2∈{-1, 0, +1}, где zk,2 зависит от uk текущей группы и uk+1 следующей группы. Таким образом, преобразование для zk,1 определено как zk,1=uk, а преобразование для zk,2 определено как: uk,2=-(uk+uk+1)/2. Последовательность символов z канала, таким образом, формируется парами двух символов (zk,1, zk,2) канала. Одним из преимуществ кодирования с использованием первого предложенного преобразования над Манчестерским кодированием является спектр мощности, как, например, спектральная плотность мощности, который соответствует преобразованию Фурье автокорреляционной функции последовательности канала. Для амплитудной модуляции с амплитудой A около среднего уровня A0 последовательность z символов канала передается с амплитудой A0+A·z. Спектр мощности для Манчестерского кодирования, таким образом, равенIn accordance with the first proposed conversion, each user bit u k , u k ∈ {-1, +1} from the string of user bits u is converted to a group of two symbols (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel, where z k, 1 , z k, 2 ∈ {-1, 0, +1}, where z k, 2 depends on u k of the current group and u k + 1 of the next group. Thus, the transformation for z k, 1 is defined as z k, 1 = u k , and the transformation for z k, 2 is defined as: u k, 2 = - (u k + u k + 1 ) / 2. The sequence of symbols z of the channel is thus formed by pairs of two symbols (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel. One of the advantages of coding using the first proposed transform over Manchester coding is the power spectrum, such as the spectral power density, which corresponds to the Fourier transform of the autocorrelation function of the channel sequence. For amplitude modulation with amplitude A near the average level A 0, the sequence of channel symbols z is transmitted with amplitude A0 + A · z. The power spectrum for Manchester coding is thus equal to
, ,
где T представляет собой время передачи пользовательского бита. Для первого предложенного преобразования спектр мощности равенwhere T is the user bit transmission time. For the first proposed conversion, the power spectrum is
. .
Таким образом, спектр первого предложенного преобразования сильнее подавляется вокруг частот, которые являются кратными 2/T, чем в Манчестерском кодировании. В частности, для частот, близких к нулю, Манчестерский спектр мощности составляет O(f2), тогда как спектр мощности для первого предложенного преобразования составляет O(f4). Другими словами, спектр Манчестерского кодирования затухает как f2 для f, близких к нулю, тогда как спектр мощности, использующий первое предложенное преобразование, затухает как f4 для f, близких к нулю. По номеру 54 позиции на фиг.7b PSD для первого предложенного преобразования сравнивается с Манчестерским (бифазным) преобразованием по номеру 56 позиции для равной скорости передачи пользовательских битов соответственно. Как может быть видно на этой фигуре, первое предложенное преобразование имеет значительно более широкую зону отсутствия сигнала вокруг DC (нулевой частоты), чем Манчестерское (бифазное) преобразование.Thus, the spectrum of the first proposed transform is more strongly suppressed around frequencies that are multiples of 2 / T than in Manchester coding. In particular, for frequencies close to zero, the Manchester power spectrum is O (f 2 ), while the power spectrum for the first proposed conversion is O (f 4 ). In other words, the Manchester coding spectrum fades out as f 2 for f close to zero, while the power spectrum using the first proposed transform fades out as f 4 for f close to zero. At
Если спектральная "дыра" вокруг DC должна быть расширена, первое предложенное преобразование может быть расширено до второго класса предложенных преобразований. В соответствии с модуляцией, использующей второе предложенное преобразование, один бит uk∈{-1, +1} источника преобразуется в слово [zk,1 1 ... zk,1 j ... zk,1 N, zk,2], содержащее N+1 символов, где первые N символов определены как: zk,1 j=(-1)j-1uk, для j=1, ... , N, и где zk,2 определено преобразованием zk,2=-(zk,1 N+zk+1,1 1)/2. Эффект второго предложенного преобразования заключается в том, что полоса сигнала сдвигается вверх по частоте, таким образом освобождая низкие частоты. Второе предложенное преобразование может рассматриваться как вид фазовой модуляции квадратной несущей, где объединяющий символ zk,2 служит для "сглаживания" переходов для сохранения требуемой полосы пропускания маленькой. Фиг.7c показывает по номеру 58 позиции PSD для второго предложенного преобразования для N=2 в сравнении с Манчестерским импульсом по номеру 60 позиции и преобразованием, определенным как [+1, -1, -1, +1], по номеру 62 позиции, все при одной и той же скорости передачи битов в 500 бит/сек. Фиг.7d показывает по номеру 64 позиции PSD для второго предложенного преобразования для N=4 все для одной и той же скорости передачи битов в 500 бит/сек и снова в сравнении с Манчестерским импульсом по номеру 66 позиции и преобразованием, определенным как [+1, -1, -1, +1], по номеру 68 позиции.If the spectral “hole” around DC is to be expanded, the first proposed transformation can be extended to the second class of proposed transformations. In accordance with the modulation using the second proposed transformation, one bit u k ∈ {-1, +1} of the source is converted to the word [z k, 1 1 ... z k, 1 j ... z k, 1 N , z k, 2 ] containing N + 1 characters, where the first N characters are defined as: z k, 1 j = (- 1) j-1 u k , for j = 1, ..., N, and where z k, 2 is defined by the transformation z k, 2 = - (z k, 1 N + z k + 1,1 1 ) / 2. The effect of the second proposed conversion is that the signal band is shifted up in frequency, thereby freeing up low frequencies. The second proposed transformation can be considered as a type of phase modulation of a square carrier, where the unifying symbol z k, 2 serves to “smooth” the transitions to keep the required bandwidth small. Fig. 7c shows by
Однако даже более сильное подавление, чем достигнутое первым и вторым предложенными преобразованиями, может быть необходимо в некоторых применениях. Первое и второе предложенные преобразования могут быть дополнительно расширены до класса третьих предложенных преобразований. Класс третьих предложенных преобразований обозначен целым числом L и включает в себя преобразование символов uk источника в имеющие значение 3L символы zk канала. Результирующий переданный сигнал (когда используется амплитудная модуляция) имеет низкую мощность на низких частотах и затухает как (fT)4L, где f представляет собой частоту, а T - время передачи бита. Соответствующий пороговый приемник согласованного фильтра имеет подобное подавление низкочастотных помех. Для L=1 покрывается первое предложенное преобразование. Для L=2 схема дает хороший баланс между практичностью и желаемыми низкочастотными свойствами.However, even stronger suppression than achieved by the first and second proposed transformations may be necessary in some applications. The first and second proposed transformations can be further extended to the class of third proposed transformations. The class of the third proposed transformations is denoted by an integer L and includes the conversion of the source symbols u k to the channel symbols z k of value 3L. The resulting transmitted signal (when amplitude modulation is used) has low power at low frequencies and attenuates as (fT) 4L , where f is the frequency and T is the bit transmission time. The corresponding threshold matched filter receiver has a similar low-frequency interference suppression. For L = 1, the first proposed transformation is covered. For L = 2, the circuit provides a good balance between practicality and the desired low-frequency properties.
В частности, в соответствии с классом третьих предложенных преобразований каждый символ zk канала представляет собой пару (zk,1, zk,2), где zk,1=uk, и где промежуточные символы zk,2 будут выбраны какIn particular, in accordance with the class of third proposed transformations, each channel symbol z k represents a pair (z k, 1 , z k, 2 ), where z k, 1 = u k , and where intermediate symbols z k, 2 will be chosen as
, ,
где для заданного значения L коэффициенты aL,l определяются условием, чтоwhere for a given value of L, the coefficients a L, l are determined by the condition that
, ,
так что спектр мощностиso the power spectrum
представляет собой .represents .
Для каждого значения L поиск коэффициентов aL,l является вопросом линейной алгебры. Результаты для первых нескольких значений L представляют собойFor each value of L, the search for the coefficients a L, l is a matter of linear algebra. The results for the first few L values are
Промежуточные символы zk,2, будучи взвешенной суммой L троичных символов, могут принимать 3L различных значений. Как было отмечено выше, для L=1 покрывается первое предложенное преобразование. Установка L=2 дает существенное низкочастотное улучшение над L=1, сохраняя при этом количество уровней, ограниченное девятью, а именно значения во множестве:Intermediate symbols z k, 2 , being the weighted sum of L ternary symbols, can take 3 L different values. As noted above, for L = 1, the first proposed transformation is covered. Setting L = 2 gives a significant low-frequency improvement over L = 1, while maintaining the number of levels limited to nine, namely the values in the set:
. .
Поскольку максимальная амплитуда составляет 5/4 в этом случае по сравнению с 1 для L=1, максимальная глубина A модуляции для L=2 составляет 4/5 раз максимальной амплитуды для L=1.Since the maximum amplitude is 5/4 in this case compared to 1 for L = 1, the maximum modulation depth A for L = 2 is 4/5 times the maximum amplitude for L = 1.
Последовательность пользовательских битов, таким образом, преобразуется в последовательность символов канала, как описано выше. Эти символы канала передаются по каналу (т.е. по меньшей мере от одного источника 2 света к декодеру 4 информации) с использованием связи через видимый свет, например, с использованием амплитудной модуляции. В декодере 4 информации полученные 'мягкие' символы могут быть отправлены через согласованный фильтр, а расчетная последовательность источника, или пользовательские биты, может быть обнаружена посредством пороговой схемы (с использованием, например, знаковой функции), см. ниже. Фиг.7e показывает PSD как функцию fT, разделенную на A2T, для Манчестерского кодирования по номеру 76 позиции, а также для третьего класса предложенного преобразования для L=1 по номеру 72 позиции, L=2 по номеру 74 позиции и L=3 по номеру 78 позиции соответственно. Как отмечено на фигуре, частотный разрыв вблизи нулевой частоты увеличивается с увеличением L.The user bit sequence is thus converted to a channel symbol sequence, as described above. These channel symbols are transmitted over the channel (i.e., from at least one
Как раскрыто выше, в соответствии с первым предложенным преобразованием, каждый пользовательский бит uk, uk∈{-1, +1}, из строки пользовательских битов u преобразуется в группу двух символов (zk,1, zk,2) канала, где zk,1, zk,2∈{-1, 0, +1}. Первое и второе предложенные преобразования, для которых выходной колебательный сигнал, таким образом, может принимать значения в троичном алфавите {Alow, 0, Ahigh}, могут быть дополнительно расширены до класса четвертых предложенных преобразований, для которых выходной колебательный сигнал принимает значения в двоичном алфавите {Alow, Ahigh}. Таким образом, для класса четвертых предложенных преобразований каждый пользовательский бит uk, uk∈{-1, +1} из строки пользовательских битов u преобразуется в группу двух символов (zk,1, zk,2) канала, где zk,1, zk,2∈{-1, +1}. Следовательно, тогда как первое и второе предложенные преобразования обычно требуют трех световых выходных уровней, четвертое предложенное преобразование обычно требует только двух световых выходных уровней; для первого и второго предложенных преобразований колебательный сигнал, соответствующий символу +1, может, как раскрыто выше, быть импульсом с высокой амплитудой Ahigh, колебательный сигнал, соответствующий символу -1, может быть импульсом с низкой амплитудой Alow, а колебательный сигнал, соответствующий символу '0', может быть импульсом с амплитудой (Ahigh+Alow)/2.As described above, in accordance with the first proposed transformation, each user bit u k , u k ∈ {-1, +1}, from the string of user bits u is converted to a group of two symbols (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel , where z k, 1 , z k, 2 ∈ {-1, 0, +1}. The first and second proposed transformations, for which the output oscillating signal can thus take values in the ternary alphabet {A low , 0, A high }, can be further extended to the class of the fourth proposed transformations for which the output oscillating signal takes binary values Alphabet {A low , A high }. Thus, for the class of fourth proposed transformations, each user bit u k , u k ∈ {-1, +1} from the string of user bits u is transformed into a group of two symbols (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel, where z k , 1 , z k, 2 ∈ {-1, +1}. Therefore, while the first and second proposed transforms usually require three light output levels, the fourth proposed transform usually requires only two light output levels; for the first and second proposed transformations, the vibrational signal corresponding to the +1 symbol can, as described above, be a pulse with a high amplitude A high , the vibrational signal corresponding to the symbol -1 can be a pulse with a low amplitude A low , and the vibrational signal corresponding to symbol '0', may be a pulse with an amplitude (A high + A low ) / 2.
Для класса четвертых предложенных преобразований символ '0', который используется только для zk,2, и, следовательно, имеет ненулевую поддержку в [T/2, T), может быть сформирован с использованием комбинации амплитуды Ahigh высокого уровня и амплитуды Alow низкого уровня, поддерживая при этом спектр мощности низкой частоты четвертого порядка. Для колебательного сигнала '0' W0(t) с поддержкой в [T/2, T) требования, таким образом, могут быть сформулированы как:For the class of fourth proposed transformations, the symbol '0', which is used only for z k, 2 , and therefore has nonzero support in [T / 2, T), can be formed using a combination of high -level amplitude A high and amplitude A low low level while maintaining a fourth-order low frequency power spectrum. For the oscillatory signal '0' W 0 (t) with support in [T / 2, T), the requirements can thus be formulated as:
. .
Если количество изменений уровня внутри символа ограничено, количество колебательных сигналов, удовлетворяющих этим ограничениям, конечно. Минимальное число изменений уровня для такого колебательного сигнала W0(t) составляет два, и в этом случае есть две возможности: первая возможность имеет W0(t)=Alow для t∈[T/2, 5T/8) и [7T/8, T) и W0(t)=Ahigh для t∈[5T/8, 7T/8), вторая возможность является такой же, как первая, но с поменянными местами высоким и низким уровнями.If the number of level changes within a symbol is limited, the number of vibrational signals satisfying these restrictions is, of course. The minimum number of level changes for such an oscillatory signal W 0 (t) is two, and in this case there are two possibilities: the first possibility has W 0 (t) = A low for t∈ [T / 2, 5T / 8) and [7T / 8, T) and W 0 (t) = A high for t∈ [5T / 8, 7T / 8), the second possibility is the same as the first, but with high and low levels exchanged.
Обозначим W+ колебательный сигнал для передачи символа '+1' и W- колебательный сигнал для передачи символа '-1'. Символ '0' может, таким образом, быть передан как колебательный сигнал, обозначенный W+-, если ему предшествует символ '+1', и за ним следует символ '-1', и как иной колебательный сигнал, обозначенный W-+, если ему предшествует символ '-', и за ним следует символ '+'. Например, если колебательные сигналы W+- и W-+ удовлетворяют следующим условиям (которые, таким образом, соответствуют условиям a), b) и c) выше):Let W + be the oscillation signal for transmitting the symbol '+1' and W is the oscillatory signal for transmitting the symbol '-1'. The symbol '0' can thus be transmitted as an oscillating signal denoted by W + - if it is preceded by a symbol '+1', followed by a symbol '-1', and as another oscillatory signal denoted by W - + , if it is preceded by a '-' character and is followed by a '+' character. For example, if the vibrational signals W + - and W - + satisfy the following conditions (which, therefore, correspond to conditions a), b) and c) above):
, ,
спектральная плотность мощности свободна от дельта пиков на ненулевых частотах и имеет поведение низкой частоты четвертого порядка.The power spectral density is free of delta peaks at nonzero frequencies and has a fourth-order low-frequency behavior.
С одним изменением уровня внутри каждого колебательного сигнала W+- и W-+ никакое изменение уровня при переходах между символом '0' и предшествующими символами и никакое изменение уровня при переходах между символом '0' и следующим за ним символом, W+- и W-+ не может быть выбрано какWith one level change inside each oscillatory signal W + - and W - + there is no level change during transitions between the '0' symbol and previous symbols and no level change during transitions between the '0' symbol and the following symbol, W + - and W - + cannot be selected as
W+-(t)=Ahigh для всех t∈[T/2, 5T/4), и W+-(t)=Alow для всех t∈[5T/4, T)W + - (t) = A high for all t∈ [T / 2, 5T / 4), and W + - (t) = A low for all t∈ [5T / 4, T)
W-+(t)=Alow для всех t∈[T/2, 5T/4), и W-+(t)=Ahigh для всех t∈[5T/4, T).W - + (t) = A low for all t∈ [T / 2, 5T / 4), and W - + (t) = A high for all t∈ [5T / 4, T).
Таким образом, zk,2 представлено посредством либо W+-, либо W-+ в зависимости от значений uk и uk+1. Если uk=+1 и uk+1=-1, то zk,2 представлено посредством W+- и наоборот. Кроме того, поскольку W+- и W-+ меняют уровни, каждое zk,2 также будет менять уровни и в соответствии с вышесказанным будет состоять из двух подчастей; для W+- первая подчасть будет иметь значение Ahigh, а вторая подчасть будет иметь значение Alow, а для W-+ первая подчасть будет иметь значение Alow, а вторая подчасть будет иметь значение Ahigh. По номеру 92 позиции на фиг.7f-7g, где фиг.7g дает увеличенную версию вокруг нулевой частоты графика на фиг.7f, PSD для четвертого предложенного преобразования сравнивается с Манчестерским (бифазным) преобразованием по номеру 94 позиции и первым предложенным преобразованием по номеру 96 позиции для равных скоростей передачи пользовательских битов. Как может быть видно на фиг.7f-7g, четвертое предложенное преобразование имеет более узкую зону отсутствия сигнала вокруг DC (нулевой частоты), чем первое предложенное преобразование, но все еще более широкую, чем Манчестерское (бифазное) преобразование.Thus, z k, 2 is represented by either W + - or W - + depending on the values of u k and u k + 1 . If u k = + 1 and u k + 1 = -1, then z k, 2 is represented by W + - and vice versa. In addition, since W + - and W - + change levels, each z k, 2 will also change levels and, in accordance with the above, will consist of two sub-parts; for W + - the first sub-part will be set to A high , and the second sub-part will be set to A low , and for W - + the first sub-part will be set to A low , and the second sub-part will be set to A high . At
Использование двух различных колебательных сигналов для промежуточных символов (т.е. символов '0') также может быть применено для класса вторых предложенных преобразований. В частности, если троичный символ zk,2, который должен быть вставлен между zk,1 N-1 и zk+1,1 1, представляет собой '0' (т.е. если uk+1=(-1)N uk), колебательный сигнал W+- может быть использован, если zk+1,1 1=-1, и колебательный сигнал W-+ может быть использован, если zk+1,1 1=1.The use of two different vibrational signals for intermediate symbols (i.e., the symbols '0') can also be applied to the class of second proposed transformations. In particular, if the ternary symbol z k, 2 , which must be inserted between z k, 1 N-1 and z k + 1,1 1 , is '0' (i.e., if u k + 1 = (- 1) N u k ), the vibrational signal W + - can be used if z k + 1,1 1 = -1, and the vibrational signal W - + can be used if z k + 1,1 1 = 1.
Для третьего класса предложенных преобразований zk,2 может, в соответствии с вышесказанным, принимать 3L различных значений, некоторые из которых больше чем +1, или меньше чем -1. Значения zk,1 и zk,2 символа третьего класса предложенных преобразований могут быть масштабированы, так что они все будут лежать в интервале [-1, 1]. В качестве примера, для L=2 возможные значения становятся -1, -9/10, -4/5, -1/10, 0, 1/10, 4/5, 9/10, 1 для zk,2 и -4/5, +4/5 для zk,1. Колебательный сигнал, представляющий символ z, может быть сформирован с использованием высокого уровня для доли (1+z)/2 времени передачи символа и низкого уровня для доли (1-z)/2 времени передачи символа. Кроме того, для символов zk,2 три 'высоких' значения 4/5, 9/10 и 1 символа могут возникнуть только между парой символов (zk,1, zk+1,1), равных (-4/5, -4/5), поэтому для высоких значений символа колебательный сигнал может предпочтительно начинаться и заканчиваться 'высокими' и иметь 'низкую' часть в середине. Подобным образом, колебательные сигналы для трех низких значений -1, -9/10 и -4/5 символа могут начинаться и заканчиваться 'низкими' и иметь 'высокую' часть в середине. Три 'средних' значения -1/10, 0, 1/10 символа могут возникнуть только между парой (-4/5, 4/5) или (4/5, -4/5), поэтому для этих символов может быть предпочтительно иметь два различных колебательных сигнала; первый колебательный сигнал, начинающийся 'низким' и заканчивающийся 'высоким', другой колебательный сигнал, начинающийся 'высоким' и заканчивающийся 'низким', и где используется колебательный сигнал, который согласуется с соседними уровнями сигнала.For the third class of proposed transformations, z k, 2 can, in accordance with the above, take 3 L different values, some of which are more than +1, or less than -1. The values of z k, 1 and z k, 2 characters of the third class of the proposed transformations can be scaled so that they all lie in the interval [-1, 1]. As an example, for L = 2, the possible values become -1, -9/10, -4/5, -1/10, 0, 1/10, 4/5, 9/10, 1 for z k, 2 and -4/5, +4/5 for z k, 1 . A vibration signal representing the z symbol can be generated using a high level for a fraction of (1 + z) / 2 symbol transmission time and a low level for a fraction (1-z) / 2 symbol transmission time. In addition, for characters z k, 2 three 'high' values of 4/5, 9/10 and 1 character can occur only between a pair of characters (z k, 1 , z k + 1,1 ) equal to (-4/5 , -4/5), therefore, for high symbol values, the oscillatory signal can preferably start and end with 'high' and have a 'low' part in the middle. Similarly, vibrational signals for three low values of -1, -9/10 and -4/5 characters can start and end with 'low' and have a 'high' part in the middle. Three 'average' values of -1/10, 0, 1/10 characters can only occur between a pair of (-4/5, 4/5) or (4/5, -4/5), so for these characters it may be preferable have two different vibrational signals; the first waveform starting with 'low' and ending with 'high', the other waveform starting with 'high' and ending with 'low', and where the waveform is used, which is consistent with adjacent signal levels.
В целом, как Манчестерское кодирование, так и кодирование, основанное на первом предложенном преобразовании, допускают простой пороговый приемник, основанный на согласованных фильтрах:In general, both Manchester coding and coding based on the first proposed transformation allow a simple threshold receiver based on matched filters:
иand
, ,
соответственно, где zk в правой части показывает полученные части в декодере 4 информации. Низкочастотное подавление этих фильтров напрямую относится к спектрам мощности соответствующих сигналов. Простая реализация декодера для первого предложенного преобразования может, таким образом, содержать интегрирующий фильтр со сбросом для каждого полученного символа z канала. Декодер с жестким решением может, таким образом, вычислять выражениеrespectively, where z k on the right side shows the received parts in the
и сравнивать результат с порогом 0 для выбора между переданным +1 или -1 (т.е. либо uk=+1, либо uk=-1). Из этого и вышесказанного специалист в данной области техники понимает, как согласованный пороговый приемник может быть реализован для второго и третьего предложенных преобразований, соответственно. В частности, пороговый приемник согласованного фильтра для третьего предложенного преобразования может быть выражен какand compare the result with a threshold of 0 to choose between transmitted +1 or -1 (i.e. either u k = + 1 or u k = -1). From this and the foregoing, one skilled in the art understands how a matched threshold receiver can be implemented for the second and third proposed transforms, respectively. In particular, the matched filter threshold receiver for the third proposed transform may be expressed as
, ,
где z-значения в правой части представляют собой измеренные значения этих символов в приемнике.where the z-values on the right side are the measured values of these symbols in the receiver.
Вышеприведенное выражение (zk,1-(zk-1,2+zk,2)/2) для первого предложенного преобразования соответствует выходу приемника, имеющего согласованный фильтр с коэффициентами [-1/2, 1, -1/2] фильтра. Подобным образом, согласованные фильтры, соответствующие предложенному второму классу преобразования, могут иметь следующие наборы коэффициентов:The above expression (z k, 1 - (z k-1,2 + z k, 2 ) / 2) for the first proposed conversion corresponds to the output of a receiver having a matched filter with coefficients [-1/2, 1, -1/2] filter. Similarly, matched filters corresponding to the proposed second conversion class may have the following sets of coefficients:
N=1: [-1/2, 1, -1/2]N = 1: [-1/2, 1, -1/2]
N=2: [-1/2, 1, -1, 1/2]N = 2: [-1/2, 1, -1, 1/2]
N=3: [-1/2, 1, -1, 1, -1/2]N = 3: [-1/2, 1, -1, 1, -1/2]
N=4: [-1/2, 1, -1, 1, -1, 1/2]N = 4: [-1/2, 1, -1, 1, -1, 1/2]
и так далее (как отмечено выше, для N=1 второй класс преобразования соответствует первому преобразованию).and so on (as noted above, for N = 1, the second transformation class corresponds to the first transformation).
В общих чертах основанный на согласованном фильтре приемник свертывает коэффициенты фильтра с полученным колебательным сигналом и затем выводит значения в выборочные моменты. Если пользовательскому биту uk предшествуют и за ним следуют пользовательские биты с таким же значением, символы, предшествующие и следующие за символом, соответствующим биту, имеют противоположное значение, так что свертка с согласованным фильтром дает uk·(Ahigh-Alow)·T/2. Если один из соседних битов имеет противоположный знак, один из соседних символов представляет собой '0', и выход согласованного фильтра представляет собой (3/4)·uk·(Ahigh-Alow)·T/2. Кроме того, если оба соседних бита имеют противоположный знак, выход согласованного фильтра представляет собой (1/2)·uk·(Ahigh-Alow)·T/2.In general, a receiver based on a matched filter convolves the filter coefficients with the received vibrational signal and then outputs the values at sample times. If the user bit u k is preceded and followed by user bits with the same value, the characters preceding and following the character corresponding to the bit have the opposite meaning, so convolution with a matched filter gives u k · (A high -A low ) · T / 2. If one of the neighboring bits has the opposite sign, one of the neighboring symbols is '0', and the output of the matched filter is (3/4) · u k · (A high -A low ) · T / 2. In addition, if both adjacent bits have the opposite sign, the output of the matched filter is (1/2) · u k · (A high -A low ) · T / 2.
Приемник для четвертого предложенного преобразования также может быть основан на согласованном фильтре. В частности, вышеупомянутый пороговый приемник согласованного фильтра для первого предложенного преобразования может также использоваться для четвертого предложенного преобразования с хорошими результатами. В общих чертах для оптимального декодирования четвертого преобразования приемнику необходимо учитывать уровни сигнала в обеих половинах символа колебательного сигнала, представляющего символ zk,2 (для всех k), т.е. символы, которые могут представлять '0'. Обозначим первую половину zk,2 как zk,2,L, а вторую половину zk,2 как zk,2,R. Другими словами, zk,2,L соответствует zk,2 для t∈[T/2, 5T/4), а zk,2,R соответствует zk,2 для t∈[5T/4, T) внутри каждого интервала [0, T). Таким образом, декодирование uk включает в себя взятие линейных комбинаций zl,1, zl,2,L и zl,2,R для значений l в окрестности k. В частности, согласованный фильтр для четвертого предложенного преобразования может предпочтительно иметь импульсную переходную характеристику, соответствующую коэффициентам [-1, 0, +1, +1, 0, -1] фильтра, и, следовательно, быть разделенным на шесть блоков, каждый имеющий продолжительность T/4. Таким образом, для этих коэффициентов фильтра выходной сигнал не зависит от значения соседних битов.The receiver for the fourth proposed conversion may also be based on a matched filter. In particular, the aforementioned matched filter threshold receiver for the first proposed transform may also be used for the fourth proposed transform with good results. In general terms, for optimal decoding of the fourth transformation, the receiver must take into account the signal levels in both halves of the symbol of the oscillatory signal representing the symbol z k, 2 (for all k), i.e. characters that can represent '0'. Denote the first half of z k, 2 as z k, 2, L , and the second half of z k, 2 as z k, 2, R. In other words, z k, 2, L corresponds to z k, 2 for t∈ [T / 2, 5T / 4), and z k, 2, R corresponds to z k, 2 for t∈ [5T / 4, T) inside of each interval [0, T). Thus, decoding u k involves taking linear combinations of z l, 1 , z l, 2, L and z l, 2, R for values of l in the neighborhood of k. In particular, the matched filter for the fourth proposed conversion may preferably have an impulse response characteristic corresponding to the [-1, 0, +1, +1, 0, -1] filter coefficients, and therefore be divided into six blocks, each having a duration T / 4. Thus, for these filter coefficients, the output signal is independent of the value of the adjacent bits.
Коэффициенты фильтра согласованного фильтра для четвертого предложенного преобразования могут также использоваться в основанном на согласованном фильтре приемнике для первого предложенного преобразования. Использование коэффициентов фильтра согласованного фильтра для четвертого предложенного преобразования в основанном на согласованном фильтре приемнике для первого предложенного преобразования может для пользовательских битов, которые обнаружены посредством взятия знака выходного сигнала согласованного фильтра, уменьшить вероятность некорректного обнаружения вследствие дополнительного шума, если один или оба из соседних пользовательских битов имеют противоположный знак. В частности, для класса вторых предложенных преобразований согласованные фильтры могут иметь следующие наборы коэффициентов в терминах 'половин символов':The matched filter filter coefficients for the fourth proposed transform may also be used in the matched filter based receiver for the first proposed transform. Using the matched filter filter coefficients for the fourth proposed transform in the matched filter receiver for the first proposed transform can for user bits that are detected by taking the sign of the output of the matched filter can reduce the probability of incorrect detection due to additional noise if one or both of the adjacent user bits have the opposite sign. In particular, for the class of second proposed transformations, matched filters can have the following sets of coefficients in terms of 'half-characters':
N=1: [-1, 0, 1, 1, 0, -1]N = 1: [-1, 0, 1, 1, 0, -1]
N=2: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 0, 1]N = 2: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 0, 1]
N=3: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 0, -1]N = 3: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 0, -1]
N=4: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 0, 1]N = 4: [-1, 0, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 0, 1]
и так далее (как отмечено выше, для n=1 второй класс преобразований соответствует первому преобразованию). Таким образом, в целом согласованный фильтр может иметь 2N+4 коэффициентов в терминах 'половин символов'. Коэффициенты могут начинаться с последовательности [-1, 0]. За этой стартовой последовательностью затем могут следовать N пар коэффициентов, колеблющихся между [1, 1] и [-1, -1] до N-й пары, которая равна [(-1)N-1, (-1)N-1]. Коэффициенты могут затем заканчиваться последовательностью [0, (-1)N]. Приемник может использовать либо фильтр для декодирования, либо преобразование с одинаковым значением N, конечно же. Фильтры для четвертого преобразования в равной степени хороши или лучше, чем фильтры для первого или второго преобразований. Обнаружение масштабированного третьего класса предложенных преобразований может требовать более высокой временной точности (как, например, передискретизации в детекторе), чем для первоначально предложенного третьего класса преобразований. Однако согласованный фильтр для основанной на амплитуде системы L=2 может использоваться в детекторе для вышеописанных масштабированных символов, тем самым уменьшая требования к временной точности.and so on (as noted above, for n = 1, the second class of transformations corresponds to the first transform). Thus, a generally consistent filter can have 2N + 4 coefficients in terms of 'half characters'. Odds can start with the sequence [-1, 0]. This starting sequence can then be followed by N pairs of coefficients ranging between [1, 1] and [-1, -1] to the Nth pair, which is [(-1) N-1 , (-1) N-1 ]. The coefficients may then end with the sequence [0, (-1) N ]. The receiver can use either a filter for decoding, or a transform with the same value of N, of course. Filters for the fourth transform are equally good or better than filters for the first or second transform. Detection of a scaled third class of proposed transforms may require higher temporal accuracy (such as oversampling in a detector) than for the originally proposed third class of transforms. However, a matched filter for the amplitude-based L = 2 system can be used in the detector for the above-described scaled symbols, thereby reducing the time accuracy requirements.
Как кодер (т.е. процесс преобразования), так и декодер (обратный процесс преобразования) могут быть реализованы с использованием регистров сдвига. Фиг.4a иллюстрирует по номеру 36 позиции реализацию на регистрах сдвига кодера, основанного на первом предложенном преобразовании. Последовательность u источника подается в регистр сдвига, имеющий две ячейки памяти, одна для хранения uk+1 и одна для хранения uk. zk,1 напрямую получается из uk. zk,2 получается прибавлением сначала uk и uk+1, а затем умножением этой суммы на множитель -1/2. zk,1 и zk,2 затем преобразуются в последовательную форму в мультиплексоре (mux) для формирования финальной последовательности z символов канала.Both the encoder (i.e., the conversion process) and the decoder (the inverse conversion process) can be implemented using shift registers. Fig. 4a illustrates, at
Фиг.4b иллюстрирует по номеру 38 позиции реализацию на регистрах сдвига кодера, основанного на втором предложенном преобразовании. Последовательность u источника подается в регистр сдвига, имеющий две ячейки памяти, одна для хранения uk+1 и одна для хранения uk. zk,1 формируется как последовательность zk,1=[zk,1 1, ..., zk,1 n, ..., zk,1 N], где каждый zk,1 n получается из последовательности альтернированных uk со знаком; zk,1 n=uk, если n является нечетным, и zk,1 n=-uk, если n является четным. Другими словами, чтобы получить zk,1 n, uk либо умножается на +1 (т.е. не требуется никакой операции), либо на -1. Результирующая последовательность zk,1=[zk,1 1, ..., zk,1 n, ..., zk,1 N] затем подается в мультиплексор (mux). zk,2 получается прибавлением сначала zk,1 N и uk+1, а затем умножением этой суммы на множитель -1/2. zk,1 и zk,2 затем преобразуются в последовательную форму в мультиплексоре для формирования финальной последовательности z символов канала.Fig. 4b illustrates, at
Фиг.4c иллюстрирует по номеру 40 позиции реализацию на регистрах сдвига кодера, основанного на третьем предложенном преобразовании. Для L=2 последовательность u источника подается в регистр сдвига, имеющий четыре ячейки памяти для хранения uk+2, uk+1, uk и uk-1, соответственно. zk,1 напрямую получается из uk. zk,2 получается из взвешенной суммы uk+2, uk+1, uk и uk-1, соответственно. Как было отмечено выше, весовые множители для L=2 равны 1/16, -9/16, -9/16 и 1/16, соответственно. Таким образом, согласно первой реализации uk+2, uk+1, uk и uk-1 сначала умножаются на 1, -9, -9 и 1, соответственно, затем складываются, а затем умножаются на множитель 1/16, чтобы получить zk,2. Альтернативно, zk,2 может быть найден путем непосредственного умножения uk+2, uk+1, uk и uk-1 на 1/16, -9/16, -9/16 и 1/16, соответственно, таким образом устраняя необходимость для дополнительного множителя. zk,1 и zk,2 затем преобразуются в последовательную форму в мультиплексоре (mux) для формирования финальной последовательности z символов канала.Fig. 4c illustrates, at
Фиг.5 иллюстрирует по номеру 42 позиции реализацию на регистрах сдвига декодера, основанного на первом предложенном преобразовании. Полученная последовательность z канала подается в демультиплексор (dmux) для получения zk,1 и zk,2. zk,2 подается в регистр сдвига, имеющий две ячейки памяти, одна для хранения zk-1,2 и одна для хранения zk,2. zk-1,2 и zk,2 складываются и умножаются на множитель -1/2. Расчетная последовательность û источника затем получается путем сложения результата этого умножения с zk,1 и затем взятия знака суммы.Figure 5 illustrates at
Фиг.6a-d дают пример применения первого предложенного преобразования. Фиг.6a иллюстрирует по номеру 44 позиции последовательность u=[-1, -1, +1, +1, -1, ...] источника, которая помимо прочего может представлять информационную последовательность [0, 0, 1, 1, 0, ...]. Представление колебательного сигнала для последовательности u источника проиллюстрировано по номеру 46 позиции на фиг.6b, где каждый бит источника имеет продолжительность времени T секунд. Для иллюстративной цели только амплитуда колебательного сигнала ограничена интервалом от -1 до +1, но вообще она может быть от -A до +A, если используется амплитудная модуляция с амплитудой A. Как понимает специалист в данной области техники, в равной степени возможны другие способы модуляции, помимо амплитудной модуляции. Фиг. 6c иллюстрирует по номеру 48 позиции соответствующую последовательность символов z канала, т.е. z=[-1, +1, -1, 0, +1, -1, +1, 0, -1, ?, ...], где "?" является либо "0", либо "+1", в зависимости от следующего символа источника. Представление колебательного сигнала для последовательности z канала проиллюстрировано по номеру 50 позиции на фиг.6d. Таким образом, преобразование подобно бифазному, если следующие друг за другом пользовательские биты одинаковые. Однако если два следующих друг за другом бита не одинаковые, первое предложенное преобразование выводит "0" в качестве бита zk,2 слияния, что приводит к гладкому переходу переданного колебательного сигнала, таким образом предотвращая генерирование частот, которые "очень далеки" от квазинесущей частоты (500 Гц в примере выше).Figa-d give an example of the application of the first proposed conversion. 6a illustrates at
Фиг.6e дает пример применения четвертого предложенного преобразования, используемого для того же примера, что и для фиг.6a-d, т.е. для последовательности u=[-1, -1, +1, +1, -1, ...] источника, которая, помимо прочего, может представлять информационную последовательность [0, 0, 1, 1, 0, ...]. Представление колебательного сигнала для последовательности z канала для четвертого предложенного преобразования проиллюстрировано по номеру 90 позиции на фиг.6e. Представление колебательного сигнала подобно представлению первого предложенного преобразования, проиллюстрированного на фиг.6d. Однако если два следующих друг за другом пользовательских бита uk, uk+1 не одинаковы, четвертое предложенное преобразование не выдает '0' в качестве бита zk,2 слияния, а вместо этого выдает либо W+- (если ему предшествует символ '+1' и за ним следует символ '-1'), либо W-+ (если ему предшествует символ '-1' и за ним следует символ '+1'), где W+- и W-+ определяются в соответствии с вышесказанным и где для настоящего примера Ahigh='+1' и Alow='-1'.Fig.6e gives an example of the application of the fourth proposed transformation used for the same example as for figa-d, i.e. for the sequence u = [- 1, -1, +1, +1, -1, ...] of the source, which, among other things, can represent the information sequence [0, 0, 1, 1, 0, ...] . The representation of the waveform for the channel z sequence for the fourth proposed transform is illustrated at 90 in FIG. 6e. The representation of the vibrational signal is similar to that of the first proposed transformation illustrated in FIG. 6d. However, if two consecutive user bits u k , u k + 1 are not identical, the fourth proposed conversion does not produce '0' as a merge bit z k, 2 but instead returns either W + - (if it is preceded by a ' +1 'and followed by the character' -1 '), or W - + (if preceded by the character' -1 'and followed by the character' +1 '), where W + - and W - + are determined in accordance with and where, for the present example, A high = '+ 1' and A low = '- 1'.
Применение предложенных преобразований подходит для связи через видимый свет (VLC) между лампами или между лампами и пультом управления. В терминах стека OSI (Open Systems Interconnection, Взаимодействие Открытых Систем), определяющих такую связь, это сформировало бы часть определения физического уровня. Специалист в данной области техники осознает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Наоборот, многие модификации и варианты возможны в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.The application of the proposed conversions is suitable for communication through visible light (VLC) between lamps or between lamps and a control panel. In terms of the OSI stack (Open Systems Interconnection) defining such a connection, this would form part of the physical layer definition. One skilled in the art will recognize that the present invention is in no way limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, many modifications and variations are possible within the scope of the attached claims.
Например, хотя раскрытые варианты осуществления были проиллюстрированы в контексте окружения кодированного света, предложенные преобразования применимы к общей передаче данных и передаче информации, как, например, радиосвязь. Раскрытое устройство управления светом может быть затем заменено устройством управления, выполненным с возможностью управления радиопередатчиком. Подобным образом декодер информации может быть выполнен с возможностью декодирования информационной последовательности из полученного радиосигнала. Кроме того, различные уровни, включенные в отдельные символы канала, были преобразованы в амплитуду переданного уровня света. Эти уровни могут быть преобразованы в схему широтно-импульсной модуляции (которая также может быть подходящей для системы VLC, основанной на LED). Предложенные схемы могут даже быть реализованы таким образом, что декодер информации не должен определять, какая система (амплитудной модуляции или широтно-импульсной модуляции) используется в передатчике.For example, although the disclosed embodiments have been illustrated in the context of a coded light environment, the proposed transformations are applicable to general data transmission and information transmission, such as radio communication. The disclosed light control device may then be replaced by a control device configured to control a radio transmitter. Similarly, the information decoder may be configured to decode the information sequence from the received radio signal. In addition, the various levels included in the individual channel symbols were converted to the amplitude of the transmitted light level. These levels can be converted to a pulse width modulation circuit (which may also be suitable for an LED based VLC system). The proposed schemes can even be implemented in such a way that the information decoder does not have to determine which system (amplitude modulation or pulse width modulation) is used in the transmitter.
Claims (18)
приемник (20), выполненный с возможностью приема последовательности u=[u1, ..., uk, ..., uK] символов uk источника, представляющих собой информационную последовательность источника информации;
блок (16) обработки, выполненный с возможностью определения из последовательности символов источника последовательности z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk канала, формирующих сигнал управления;
передатчик (24), выполненный с возможностью предоставления по меньшей мере одному источнику света сигнала управления, тем самым управляя по меньшей мере одним источником света;
при этом блок обработки выполнен с возможностью определения последовательности символов z канала путем преобразования каждого символа uk источника в момент времени k в составной символ zk=(zk,1, zk,2) канала, содержащий по меньшей мере один первый символ zk,1 канала, один из которых идентичен uk, и по меньшей мере один второй символ zk,2 канала, имеющий значение, выбранное из множества M, причем значение zk,2 определяется согласно весовой функции, имеющей символ uk источника и по меньшей мере один последующий и/или предыдущий символ ui источника, и условие i≠k задается в качестве входных параметров, при этом весовая функция содержит по меньшей мере два ненулевых весовых коэффициента, и преобразование приводит к тому, что спектральная плотность мощности при нулевой частоте последовательности z символов канала равна нулю, и
при этом сигнал управления тем самым дает возможность того, что видимое мерцание не присутствует в кодированном свете, испущенном по меньшей мере одним источником света.1. A light control device (18) for controlling at least one light source (2) configured to emit coded light based on a control signal, wherein the light control device comprises:
a receiver (20) configured to receive a sequence u = [u 1 , ..., u k , ..., u K ] of source symbols u k representing the information sequence of the information source;
a processing unit (16) configured to determine from a sequence of symbols the source of the sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] symbols z k of the channel forming the control signal;
a transmitter (24), configured to provide at least one light source with a control signal, thereby controlling at least one light source;
the processing unit is configured to determine the sequence of symbols z of the channel by converting each symbol u k of the source at time k into a composite symbol z k = (z k, 1 , z k, 2 ) of the channel containing at least one first symbol z k, 1 channels, one of which is identical to u k , and at least one second symbol z k, 2 channels having a value selected from the set M, and the value z k, 2 is determined according to the weight function having the source symbol u k and at least one subsequent and / or previous source symbol u i , and y The word i ≠ k is specified as input parameters, while the weight function contains at least two nonzero weight coefficients, and the transformation leads to the fact that the spectral power density at zero frequency of the sequence of channel symbols z is zero, and
wherein the control signal thereby makes it possible that visible flicker is not present in the coded light emitted by at least one light source.
.6. The light control device according to claim 5, in which the weighting factor a L, 1 for L elements is determined so that the equality holds:
.
для амплитудной модуляции с амплитудой A последовательности символов канала.7. The light control device according to claim 6, in which the weighting factor a L, 1 is further determined so that the equality holds:
for amplitude modulation with amplitude A of the channel symbol sequence.
принимают (80) последовательность u=[u1, ..., uk, ..., uK] символов uk источника, представляющих собой информационную последовательность источника информации;
определяют (82) последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk канала, формирующих сигнал управления из последовательности символов источника;
предоставляют (84) по меньшей мере одному источнику света сигнал управления, тем самым управляя по меньшей мере одним источником света;
при этом последовательность символов z канала определяют путем преобразования каждого символа uk источника в момент времени k в составной символ zk=(zk,1, zk,2) канала, содержащий по меньшей мере один первый символ zk,1 канала, один из которых идентичен uk, и по меньшей мере один второй символ zk,2 канала, имеющий значение, выбранное из множества M, причем значение zk,2 определяют согласно весовой функции, имеющей символ uk источника и по меньшей мере один последующий и/или предыдущий символ ui источника, и условие i≠k задается в качестве входных параметров, при этом весовая функция содержит по меньшей мере два ненулевых весовых коэффициента, и преобразование приводит к тому, что спектральная плотность мощности при нулевой частоте последовательности z символов канала равна нулю, и
при этом сигнал управления тем самым дает возможность того, что видимое мерцание не присутствует в кодированном свете, испущенном по меньшей мере одним источником света.11. A control method for at least one light source (2) configured to emit coded light based on a control signal, the method comprising the steps of:
accept (80) the sequence u = [u 1 , ..., u k , ..., u K ] characters u k of the source, representing the information sequence of the source of information;
determine (82) the sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] of the symbols z k of the channel forming the control signal from the sequence of source symbols;
provide (84) at least one light source with a control signal, thereby controlling at least one light source;
wherein the sequence of channel symbols z is determined by converting each source symbol u k at time k into a composite channel symbol z k = (z k, 1 , z k, 2 ) containing at least one first channel symbol z k, 1 , one of which is identical to u k , and at least one second channel symbol z k, 2 having a value selected from the set M, the value z k, 2 being determined according to a weight function having a source symbol u k and at least one subsequent and / or the previous symbol u i of the source, and the condition i ≠ k is specified as input pairs meters, while the weight function contains at least two non-zero weight coefficients, and the conversion leads to the fact that the spectral power density at zero frequency of the sequence of z channel symbols is zero, and
wherein the control signal thereby makes it possible that visible flicker is not present in the coded light emitted by at least one light source.
приемник (34), выполненный с возможностью приема сигнала из детектора света, причем сигнал характеризует последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk=(zk,1, zk,2) канала;
блок (26) обработки, выполненный с возможностью определения из сигнала последовательности û=[û1, ..., ûk, ..., ûK] декодированных символов ûk источника, формирующих декодированную информационную последовательность;
при этом блок обработки выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника, посредством чего декодированный символ ûk источника определяется из разности между zk,1 и взвешенным средним по меньшей мере символа zk,2 канала и одного последующего и/или предыдущего символа zi канала, i≠k.12. An information decoder (4) for decoding an information sequence from a signal received from the light detector (32), the signal indicating that the encoded light is emitted from at least one light source (2) controlled by the light control device (18) according to any one of paragraphs. 1-9, containing:
a receiver (34) configured to receive a signal from a light detector, the signal characterizing a sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] of characters z k = (z k, 1 , z k , 2 ) a channel;
a processing unit (26) configured to determine from a signal a sequence û = [û 1 , ..., û k , ..., û K ] of decoded source symbols û k forming a decoded information sequence;
the processing unit is configured to determine the sequence of decoded source symbols û, whereby the decoded source symbol û k is determined from the difference between z k, 1 and the weighted average of at least z z , 2 channels and one subsequent and / or previous z symbol i channel, i ≠ k.
.15. The information decoder according to claim 12 or 13, depending on claim 6, in which û k is determined in accordance with
.
приемник (34), выполненный с возможностью приема сигнала из детектора света, при этом сигнал характеризует последовательность z=[z1, ..., zk, ..., zK] символов zk=(zk,1, zk,2) канала;
блок (26) обработки, выполненный с возможностью определения из сигнала последовательности û=[û1, ..., ûk, ..., ûK] декодированных символов ûk источника, формирующих декодированную информационную последовательность;
при этом блок обработки выполнен с возможностью определения последовательности декодированных символов û источника, посредством чего декодированный символ ûk источника определяется путем взятия линейных комбинаций zl,1 и половин символов zl,2,L и zl,2,R для значений l в окрестности k, где zk,2,L является первой половиной zk,2, а zk,2,R является второй половиной zk,2.16. An information decoder (4) for decoding an information sequence from a signal received from the light detector (32), the signal being a sign that the encoded light is emitted from at least one light source (2) controlled by the control device (18) light according to any one of paragraphs. 1-9, containing:
the receiver (34), configured to receive a signal from the light detector, the signal characterizes the sequence z = [z 1 , ..., z k , ..., z K ] characters z k = (z k, 1 , z k, 2 ) a channel;
a processing unit (26) configured to determine from a signal a sequence û = [û 1 , ..., û k , ..., û K ] of decoded source symbols û k forming a decoded information sequence;
the processing unit is configured to determine the sequence of decoded source symbols символов, whereby the decoded source symbol û k is determined by taking linear combinations z l, 1 and half the symbols z l, 2, L and z l, 2, R for values l in neighborhood k, where z k, 2, L is the first half of z k, 2 , and z k, 2, R is the second half of z k, 2 .
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP10188143.1 | 2010-10-20 | ||
| EP10188143 | 2010-10-20 | ||
| EP11161522A EP2509398A1 (en) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | Modulation for coded light transmission |
| EP11161522.5 | 2011-04-07 | ||
| PCT/IB2011/054652 WO2012052935A1 (en) | 2010-10-20 | 2011-10-19 | Modulation for coded light transmission |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013122889A RU2013122889A (en) | 2014-11-27 |
| RU2575005C2 true RU2575005C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU188840U1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-04-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Light control device |
| RU197284U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Radiation flow control device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6198230B1 (en) * | 1998-04-15 | 2001-03-06 | Talking Lights | Dual-use electronic transceiver set for wireless data networks |
| US6437893B1 (en) * | 1996-07-16 | 2002-08-20 | Robert Rivollet | System and method for transmitting messages, in particular for updating data recorded in electronic labels |
| US6794831B2 (en) * | 1998-04-15 | 2004-09-21 | Talking Lights Llc | Non-flickering illumination based communication |
| RU2249925C2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронгарантсервис" | Illumination control apparatus |
| WO2009040718A2 (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and device for communicating data using a light source |
| WO2010044635A2 (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 삼성전자 주식회사 | Visible-light communications system and method |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6437893B1 (en) * | 1996-07-16 | 2002-08-20 | Robert Rivollet | System and method for transmitting messages, in particular for updating data recorded in electronic labels |
| US6198230B1 (en) * | 1998-04-15 | 2001-03-06 | Talking Lights | Dual-use electronic transceiver set for wireless data networks |
| US6794831B2 (en) * | 1998-04-15 | 2004-09-21 | Talking Lights Llc | Non-flickering illumination based communication |
| RU2249925C2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронгарантсервис" | Illumination control apparatus |
| WO2009040718A2 (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and device for communicating data using a light source |
| WO2010044635A2 (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 삼성전자 주식회사 | Visible-light communications system and method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BERGMANN E.E. et al, Half weight block codes for optical communications, AT&T Technical Journal, New York, vol.65, no.3, 1 May 1986, abstract. Soo-Young Chang et al, 15.7 System PHY Proposal for VLC Applications Project: IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPANs), 23 September 2009. IEEE 802.15.7 VLC PHY/MAC Proposal - Samsung/ETRI, IEEE 802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks, * |
| October 2009. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU188840U1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-04-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Light control device |
| RU197284U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Radiation flow control device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2630845B1 (en) | Modulation for coded light transmission | |
| TWI451805B (en) | Driving light source | |
| JP2015516750A (en) | Method and apparatus for visible light communication | |
| JP2014517451A (en) | Lighting device and receiver | |
| EP2509398A1 (en) | Modulation for coded light transmission | |
| CN115037365B (en) | A high-speed scalable encoder for high-power free-space optical communication systems | |
| US9025966B2 (en) | Method and device for driving a lamp | |
| Yang et al. | Illumination sensing in LED lighting systems based on frequency-division multiplexing | |
| RU2575005C2 (en) | Modulation for encoded light transmission | |
| JP2018511915A (en) | Flicker reduction in coded light | |
| JP2012532479A5 (en) | ||
| EP0949785B1 (en) | Method and device for transmitting a DC balanced multilevel code | |
| US6215826B1 (en) | Method of coding signal for digital optical communication having spectrum which attains zero level at prescribed frequency | |
| CN105471512B (en) | A kind of photon acceptor end and its coding/decoding method | |
| JP5911088B2 (en) | Visible light communication system, visible light communication method, transmission device, transmission method, transmission program, reception device, reception method, and reception program | |
| Kim et al. | Zero reduction codes for efficient transmission and enhanced brightness in visible light communication | |
| Ozaki et al. | Improved error performance of variable PPM for visible light communication | |
| JP2005175827A (en) | Communication device | |
| Ahmad et al. | Improved Visible Light Communication Using Code Shift Keying Modulation | |
| Ibrahim et al. | Novel architecture of overlapping PPM modulator using circular shift register for visible light communication | |
| He et al. | Flicker mitigation and dimming control analyze of duty cycle fixed-MVPM for indoor VLC system | |
| JP3769384B2 (en) | Digital optical communication signal encoding method, baseband optical transmitter, baseband optical receiver, ASK optical transmitter, and ASK optical receiver | |
| Unissa et al. | Improved Visible Light Communication Using Code Shift Keying Modulation | |
| JP4736886B2 (en) | Illumination light transmission system | |
| Park et al. | Performance of flicker cancellation scheme for LED-ID systems |





