TW201424284A - 可劍光通訊（ｖｉｃ）具速率控制調暗方法及裝置 - Google Patents

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TW201424284A
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    • H05B47/195—Controlling the light source by remote control via wireless transmission the transmission using visible or infrared light

Abstract

一種對用於照明和在可見光通訊(VLC)中進行資料傳輸的發光體進行調暗的方法和裝置。

Description

可劍光通訊(VIC)具速率控制調暗方法及裝置 相關申請案的交叉引用
本申請案要求享有2009年9月18日提出的美國臨時申請案61/243,862、2009年9月18日提出的美國臨時申請案61/243,819和2009年10月12日提出的美國臨時申請案61/250,811的權益，其內容在這裏藉由引用而被視為加入。
可見光通訊(VLC)是使用可見光(例如，人類肉眼可見的波長在大約400到700奈米(nm)範圍內的光)來無線傳輸資料(例如，語音資料、數值資料和圖像資料)的通訊媒體。為了使用VLC傳送資料，可以以非常快的速度來打開和關閉可見光源(例如螢光燈泡或發光二極體(LED))或對可見光源的亮度進行調變。接收裝置(例如，照相機、行動電話的成像器或背景光感測器)可以接收經過亮度調變的光，並將其轉換為接收裝置能夠進行處理的資料，以供用戶進行使用及/或娛樂。
VLC的一個主要吸引力在於可用於發送資料到接收裝置的可見光源無所不在。舉例來講，燈具、具有LED背光顯示器的消費性電子產品和其他LED(譬如指示燈和交通信號)，都包括一種或多種可見光源。因而，可見光源具有無線地發送資料到幾乎位於任何地方的使用者的潛力。
VLC可以帶來很多好處，例如可以將有限的射頻頻寬空出來， 用於其他用處，因為它不需要使用射頻頻寬。此外，由於光源已經用於其他目的(例如，提供光照和顯示電視節目、電影和資料)，因此可以藉由將光源簡單地耦合到控制裝置上，而容易地將光源轉換為發射器。然而，VLC的缺點是VLC會干擾調暗。
VLC可用於各種應用中，包括但不限制於下面表1所列出的類別。
一種對用於照明和在可見光通訊(VLC)中進行資料傳輸的發光體進行調暗的方法和裝置。
ACK‧‧‧確認
LAL‧‧‧光提取層
LED‧‧‧螢光燈泡或發光二極體
LLC‧‧‧邏輯鏈路控制
MAC‧‧‧媒體存取控制
OOK‧‧‧開/關鍵控
PHY‧‧‧實體層
PLC‧‧‧電力線通信
PSTN‧‧‧公共交換電話網路
RAN‧‧‧無線電存取網路
RX‧‧‧接收
TX‧‧‧發送
VLC‧‧‧可見光通訊
100‧‧‧通訊系統
102a-102d‧‧‧無線發射/接收單元(WTRU)
104‧‧‧無線電存取網路(RAN)
106、210‧‧‧核心網路
108‧‧‧公共交換電話網路(PSTN)
110‧‧‧網際網路
112‧‧‧其他網路
114A-114B‧‧‧基地台
116‧‧‧空氣介面
118‧‧‧處理器
120‧‧‧收發器
122‧‧‧發射/接收元件
124‧‧‧揚聲器/麥克風
126‧‧‧鍵盤
128‧‧‧顯示器/觸控板
130‧‧‧嵌入式記憶體
132‧‧‧抽取式記憶體
134‧‧‧電源
136‧‧‧全球定位系統(GPS)晶片組
138‧‧‧其他週邊裝置
200‧‧‧通訊介面
220‧‧‧Q介面
225、235、1210‧‧‧節點
230‧‧‧Rx介面
240‧‧‧P介面
300‧‧‧拓撲堆疊
310‧‧‧實體層(PHY)
320‧‧‧MAC層
330‧‧‧邏輯鏈路控制(LLC)層
340‧‧‧VLC架構
4-PPM‧‧‧4脈衝位置調變
400‧‧‧方塊圖
405‧‧‧發光體
407、507、509‧‧‧位元流
410、510、511‧‧‧PHY頻帶分離器
415、515、516‧‧‧資料頻帶
420‧‧‧頻道化塊
425、525、526‧‧‧加擾或線路碼塊
430、530、531‧‧‧單極轉換塊
435、535、536‧‧‧調光塊
440、540、541‧‧‧單或多頻帶LED裝置
505、508‧‧‧發光體
520、521‧‧‧頻道化碼塊
550‧‧‧傳輸頻道
700‧‧‧資料工作週期的示例
710‧‧‧時間間隔T
720‧‧‧資料工作週期
730‧‧‧平均亮度等級
800‧‧‧用來調變傳輸的不同方法之間的關係的示例
910‧‧‧暫時亮度等級
1000‧‧‧MAC架構
1010‧‧‧重組/解框塊
1020‧‧‧狀態管理塊
1030‧‧‧廣播/公共控制塊
1040‧‧‧緩衝管理塊
1050‧‧‧發射/接收控制塊
1060‧‧‧封包排程塊
1065‧‧‧頻道測量
1070‧‧‧調光控制
1100‧‧‧MAC協定資料單元(PDU)
1110‧‧‧前導碼
1120‧‧‧封包開始定界符
1130‧‧‧PHY標頭
1140‧‧‧MAC標頭
1150‧‧‧負載
1160‧‧‧訊框檢查序列
1220、1310‧‧‧廣播頻道
1225‧‧‧單播頻道
1240‧‧‧多播頻道
1230、1235‧‧‧多端用戶節點
1300‧‧‧發現程序的流程圖
1320‧‧‧可見性支持/處理能力
1330-1350‧‧‧關聯程序
1360‧‧‧可使用的頻帶
1370‧‧‧資料
1400‧‧‧由MAC控制的調光的方塊圖
1420‧‧‧工作週期
1430‧‧‧開關點
1440‧‧‧LED裝置
1500‧‧‧包括適配層支援的VLC的方塊圖
1510‧‧‧應用層
1520‧‧‧中間軟體層
1530‧‧‧網路協定層
1540‧‧‧適配資料層
1550‧‧‧第一適配器
1555‧‧‧第二適配器
1560‧‧‧管理元件
1565‧‧‧PHY層
更詳細的理解可以從下述結合附圖給出的示例的描述中得到，其中：第1A圖是示例性的通訊系統的系統圖，在該系統中可實現一個或多個揭露的實施方式；第1B圖是示例性的無線發射/接收單元(WTRU)的系統圖，該WTRU可在第1A圖中示出的通訊系統中使用；第2圖示出了包括通訊介面的IEEE 802.15.7網路拓撲；第3圖示出了IEEE 802.15拓撲堆疊； 第4圖是使用一個發光體的VLC實體資料流的方塊圖；第5圖示出了多發光體架構；第6圖示出了在VLC中使用的韋悌(Walsh)碼樹；第7圖示出了資料工作週期的示例；第8圖示出了多個調變的平均亮度的示例；第9圖示出了資料工作週期和期望的調暗或亮度等級之間的關係；第10圖示出了MAC架構中VLC的實施方式；第11圖示出了提出的MAC協定資料單元(PDU)；第12圖示出了MAC多工和多存取；第13圖示出了發現程序的流程圖；第14圖是由MAC控制的VLC調暗的示例；以及第15圖是示出了包括適配層支持的VLC的方塊圖。
第1A圖是示例性的通訊系統100的方塊圖，該系統可實現一個或多個揭露的實施方式。通訊系統100可以是向多個無線用戶提供例如語音、資料、視訊、訊息傳遞、廣播等內容的多存取系統。通迅系統100可以使多個無線用戶能夠經由共用包括無線頻寬在內的系統資源來存取這些內容。例如，通訊系統100可使用一個或多個頻道存取方法，例如分碼多重存取(CDMA)、分時多重存取(TDMA)、分頻多重存取(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、單載波FDMA(SC-FDMA)等等。
如第1A圖所示，通迅系統100可包括無線發射/接收單元(WTRU)102a、102b、102c、102d、無線電存取網路(RAN)104、核心網路106、公共交換電話網路(PSTN)108、網際網路110、和其他網路112，但是要理解的是，所揭露的實施方式適用於任何數量的WTRU、基地台、網路、及/或網路元件。每個WTRU 102a、102b、102c、102d可以是配置為 在無線環境中操作及/或通訊的任何類型的裝置。作為示例，WTRU 102a、102b、102c、102d可以配置為發送及/或接收無線信號、並可包括用戶設備(UE)、行動台、固定或行動用戶單元、呼叫器、行動電話、個人數位助理(PDA)、智慧手機、筆記型電腦、隨身型易網機、個人電腦、無線感測器、媒體傳輸協定(MTC)裝置、消費性電子產品等等。
通訊系統100也可包括基地台114a和基地台114b。每個基地台114a、114b可以是配置為與WTRU 102a、102b、102c、102d中至少一WTRU無線介面連接的任何類型裝置，以促進存取一個或多個通訊網路，例如核心網路106、網際網路110及/或網路112。作為示例，基地台114a、114b可以是基地收發台(BTS)、節點B、演進型節點B、家庭節點B、家庭演進型節點B、站點控制器、存取點(AP)、無線路由器等等。雖然基地台114a、114b均被描繪為單一元件，但要理解的是基地台114a、114b可以包括任何數量的互連的基地台及/或網路元件。
基地台114a可以是RAN 104的一部分，該RAN 104也可包括其他基地台及/或網路元件(未示出)，例如基地台控制器(BSC)、網路控制器或無線網路控制器(RNC)、中繼節點等等。基地台114a及/或基地台114b可配置用於在特定地理區域內發送及/或接收無線信號，該特定地理區域可被稱作胞元(未示出)。該胞元可進一步劃分為胞元扇區。例如，與基地台114a相關聯的胞元可劃分為三個扇區。因而，在一個實施方式中，基地台114a可包括三個收發器，即胞元的每個扇區使用一個收發器。在另一個實施方式中，基地台114a可使用多輸入多輸出(MIMO)技術，並且因此可針對胞元的每個扇區使用多個收發器。
基地台114a、114b可在空氣介面116上與WTRU 102a、102b、102c、102d中的一個或多個WTRU進行通訊，該空氣介面116可以是任何適當的無線通訊鏈路(例如，射頻(RF)、微波、紅外線(IR)、紫外線(UV)、可見光等等)。空氣介面116可使用任何適當的無線存取技術(RAT)進行 建立。
更具體地說，如上所述，通訊系統100可以是多存取系統，並且可以使用一個或多個頻道存取方案，例如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA等等。例如，RAN 104中的基地台114a和WTRU 102a、102b、102c可以實現無線技術，例如通用行動電信系統(UMTS)陸地無線電存取(UTRA)，其可以使用寬頻CDMA(WCDMA)建立空氣介面116。WCDMA可以包括通訊協定，例如高速封包存取(HSPA)及/或演進型HSPA(HSPA+)。HSPA可以包括高速下行鏈路封包存取(HSDPA)及/或高速上行鏈路封包存取(HSUPA)。
在另一個實施方式中，基地台114a和WTRU 102a、102b、102c可實現例如演進型UMTS陸地無線存取(E-UTRA)的技術，其可以使用長期演進(LTE)及/或高級LTE(LTE-A)技術建立空氣介面116。
在另一個實施方式中，基地台114a和WTRU 102a、102b、102c可實現例如IEEE 802.16(即，全球互通微波存取(WiMAX))、CDMA2000、CDMA2000 1X、CDMA2000 EV-DO、臨時標準2000(IS-2000)、臨時標準95(IS-95)、臨時標準856(IS-856)、全球行動通訊系統(GSM)、GSM演進型增強型資料速率(EDGE)、GSM EDGE(GERAN)等等的技術。
第1A圖中的基地台114b可以是例如無線路由器、家庭節點B、家庭演進型節點B或存取點，並且可以使用任何適當的存取技術或RAT來促進局部區域中的無線連接，例如商業處所、住宅、車輛、校園等等。在一個實施方式中，基地台114b和WTRU 102c、102d可以實現例如IEEE 802.11的技術，來建立無線區域網路(WLAN)。在另一個實施方式中，基地台114b和WTRU 102c、102d可以實現例如IEEE 802.15的技術，來建立無線個人區域網路(WPAN)。仍然在另一個實施方式中，基地台114b和WTRU 102c、102d可以使用基於蜂巢的RAT(例如，WCDMA、CDMA2000、GSM、LTE、LTE-A等)來建立微微胞元或毫微微胞元。如第1A圖所示， 基地台114b可以具有到網際網路110的直接連接。因此，基地台114b可以不須經由核心網路106來存取網際網路110。
RAN 104可以與核心網路106通訊，該核心網路106可以是配置為向WTRU 102a、102b、102c、102d中的一個或多個WTRU提供語音、資料、應用及/或網際網路協定語音(VoIP)服務的任何類型網路。例如，核心網路106可以提供呼叫控制、計費服務、基於移動位置的服務、預付費呼叫、網際網路連接、視訊分配等、及/或執行高階安全功能，例如用戶認證。雖然第1A圖中未示出，應該理解的是RAN 104及/或核心網路106可以與使用和RAN 104相同的RAT或不同RAT的其他RAN進行直接或間接的通訊。例如，除了連接到RAN 104之外，該RAN 104可能正在使用E-UTRA無線電技術，核心網路106還可以與使用GSM無線電技術的另一個RAN(未示出)通訊。
核心網路106還可以充當WTRU 102a、102b、102c、102d向PSTN 108、網際網路110及/或其他網路112進行存取的閘道。PSTN 108可以包括提供普通老式電話服務(POTS)的電路交換電話網絡。網際網路110可以包括全球互連電腦網路系統和使用公共通訊協定的裝置，該公共通訊協定例如傳輸控制協定(TCP)、用戶資料報協定(UDP)和TCP/IP網際網路協定族中的網際網路協定(IP)。網路112可以包括由其他服務提供者擁有及/或操作的有線或無線的通訊網路。例如，網路112可以包括連接到一個或多個RAN的另一個核心網路，該RAN可以使用和RAN 104相同的RAT或不同的RAT。
通訊系統100中的某些或所有WTRU 102a、102b、102c、102d可以包括多模式能力，即WTRU 102a、102b、102c、102d可以包括在不同無線鏈路上與不同無線網路進行通訊的多個收發器。例如，第1A圖中示出的WTRU 102c可配置為與使用基於蜂巢的無線技術的基地台114a通訊，以及與使用IEEE 802無線電技術的基地台114b通訊。
第1B圖是示例性的WTRU 102的系統圖。如第1B圖所示，WTRU 102可以包括處理器118、收發器120、發射/接收元件122、揚聲器/麥克風124、鍵盤126、顯示器/觸控板128、嵌入式記憶體130、抽取式記憶體132、電源134、全球定位系統(GPS)晶片組136和其他週邊裝置138。應該理解的是，在保持與實施方式一致的同時，WTRU 102可以包括前述元件的任何子組合。
處理器118可以是通用處理器、專用處理器、常規處理器、數位信號處理器(DSP)、多個微處理器、一或多個與DSP核心相關聯的微處理器、控制器、微控制器、特定用途積體電路(ASIC)、場可編程閘陣列(FPGA)電路、任何其他類型的積體電路(IC)、狀態機等等。處理器118可執行信號編碼、資料處理、功率控制、輸入/輸出處理及/或使WTRU 102能夠在無線環境中進行操作的任何其他功能。處理器118可以與收發器120耦合，該收發器120可與發射/接收元件122耦合。雖然第1B圖示出了處理器118和收發器120是單獨的元件，但是應該理解的是處理器118和收發器120可以在電子封裝或晶片中集成在一起。
發射/接收元件122可以配置為在空氣介面116上將信號發送到基地台(例如，基地台114a)、或從基地台(例如，基地台114a)接收信號。例如，在一個實施方式中，發射/接收元件122可以是配置為發射及/或接收RF信號的天線。在另一個實施方式中，發射/接收元件122可以是配置為發射及/或接收例如IR、UV或可見光信號的發射器/偵測器。仍然在另一個實施方式中，發射/接收元件122可以配置為發射和接收RF和光信號兩者。應該理解的是發射/接收元件122可以配置為發射及/或接收無線信號的任何組合。
此外，雖然發射/接收元件122在第1B圖中示出為單一元件，但是WTRU 102可以包括任何數量的發射/接收元件122。更具體地說，WTRU 102可以使用MIMO技術。因此，在一個實施方式中，WTRU 102 可以包括用來在空氣介面116上發送和接收無線信號的兩個或多個發射/接收元件122(例如，多個天線)。
收發器120可以配置為調變將由發射/接收元件122發送的信號以及解調由發射/接收元件122接收的信號。如上所述，WTRU 102可以具有多模式能力。因此，收發器120可以包括使WTRU 102能夠經由多種RAT進行通訊的多個收發器，所述多種RAT例如UTRA和IEEE 802.11。
WTRU 102的處理器118可以與下述裝置耦合、並且可以從揚聲器/麥克風124、鍵盤126及/或顯示器/觸控板128(例如，液晶顯示器(LCD)顯示單元或有機發光二極體(OLED)顯示單元)接收用戶輸入資料。處理器118也可以輸出用戶資料到揚聲器/麥克風124、鍵盤126及/或顯示/觸控板128。此外，處理器118可以從任何類型的適當的記憶體中存取訊號，並且可以儲存資料到該記憶體中，該記憶體例如嵌入式記憶體106及/或抽取式記憶體132。嵌入式記憶體106可以包括隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、硬碟或任何其他類型的記憶體裝置。抽取式記憶體132可以包括用戶身份模組(SIM)卡、記憶條、安全數位(SD)記憶卡等等。在其他的實施方式中，處理器118可以從沒有實體地設置於WTRU 102上的記憶體中存取訊號、並且可以將資料儲存在該記憶體中，例如伺服器或家用電腦(未示出)。
處理器118可以從電源134中接收電力、並且可以配置為將電力分配及/或控制到WTRU 102中的其他元件中。電源134可以是為WTRU 102供電的任何適當的裝置。例如，電源134可以包括一個或多個乾電池(例如，鎳鎘(NiCd)、鎳鋅(NiZn)、鎳金屬氫化物(NiMH)、鋰離子(Li-ion)等等)、太陽能電池、燃料電池等等。
處理器118還可以與GPS晶片組136耦合，該GPS晶片組136可以配置為提供關於WTRU 102目前位置的位置資訊(例如，經度和緯度)。作為來自GPS晶片組136的資訊的補充或替代，WTRU 102可以在 空氣介面116上從基地台(例如，基地台114a、114b)中接收位置資訊、及/或基於從兩個或多個鄰近基地台接收的信號時序來確定其位置。應該理解的是WTRU 102在保持實施方式的一致性的同時，可以用任何適當的位置確定方法來獲得位置資訊。
處理器118進一步與其他週邊裝置138耦合，該週邊裝置可以包括提供附加特性、功能及/或有線或無線連接的一個或多個軟體及/或硬體模組。例如，週邊裝置138可以包括加速計、電子羅盤、衛星收發器、數位相機(用於圖像或視訊)、通用串列匯流排(USB)埠、振動裝置、電視收發器、免持耳機、藍芽®模組、調頻(FM)無線單元、數位音樂播放器、媒體播放器、視訊遊戲播放器單元、網際網路瀏覽器等等。
第2圖示出了包括通訊介面200的IEEE 802.15.7網路拓撲。核心網路(CN)210可使用包括但不限制於電力線通訊(PLC)或乙太網路的技術經由Q介面220連接到基礎設施節點225。該基礎設施節點可使用Rx介面230連接到固定的、移動的節點或車輛節點235上，該Rx介面230可以是VLC鏈路。該Rx介面230可能會是用於空間多工的發光體間干擾。P介面240可指示點對點(P2P)通訊，該點對點(P2P)通訊不包括到網路的連接。
VLC可用於各種應用和包括P2P、基礎設施和單工(simplex)的拓撲，其中每種拓撲可包括一個特殊模式。基礎設施拓撲可包括在將照明維持為LED源的基本功能的同時提供通訊特徵的基礎設施模式。在此模式中可以實現調暗，從而最大化資料流通量，並可以使用多工來支援多個端用戶。此外，在此模式中可拒絕來自非計畫光源的干擾。並且，處於該模式的基礎設施節點可使用Rx介面230進行鏈結。
在P2P拓撲中，P2P模式可以使用空間隔離來限制來自其他VLC源的干擾。在此模式中可藉由消除增加的傳訊和實體層冗餘獲得最大的資料速率。並且，處於此模式的P2P節點可使用P介面240進行鏈結。
除了P2P和基礎設施模式之外，VLC可使用單工模式來允許可見光鏈路充當具有單向支援的免費(complimentary)無線存取技術。這可允許可見光鏈路充當單向廣播頻道。並且，可不依賴於外部實體，重複進行固定次數的重發。
第3圖示出了IEEE 802.15拓撲堆疊300。既包括實體層(PHY)310又包括MAC 320層。在MAC層上面可存在邏輯鏈路控制(LLC)層330。在單工模式中，媒體存取控制(MAC)協定可提供控制資訊的接收，該控制資訊包括來自MAC外的外部實體的確認(ACK)和頻道品質測量。其他LLC子層也可包括在VLC架構340中。
第4圖是使用一種發光體的包括資料頻帶分離和聚合的VLC PHY資料流的方塊圖400。在第4圖中，發光體405用於顯示單一資料流，以說明通訊頻道中的干擾。用作長度為N的輸入向量的位元流x 1,x 2,x 3,...x N 407，被輸入到PHY頻帶分離器410中，其中N是MAC協定資料單元(PDU)的大小。位元填充“0”用於保證向量的長度為N[C1]，該N[C2]是M的倍數，其中M是資料頻帶或顏色的總數： 輸入到頻帶分離器塊410中的位元流407表示為x 1,x 2,x 3,...x N 。頻帶分離器410跨越多個資料頻帶415聚合位元流。頻帶分離器410的輸出是M個資料頻帶，b m,415。每個資料頻帶包括通過頻帶分離器映射的資料位元。通過頻帶分離器對資料位元的映射的數學表示可以由下述方程式確定，該方程式顯示了如何將位元x多工輸入到每個頻帶的位元b中：b m,k =x M(k-1)+m 方程式[2]
k=1,2,3,...,X 方程式[3]
m=1,2,...,M 方程式[5]其中k是頻道編號，X是頻道總數，m是資料頻帶，以及b m,k 是資料。
在使用多個頻帶的光時，為了在基礎設施系統中提供最大容量，PHY通過頻帶分離器410分離和聚合資料。在空氣介面上平行發送的各個資料符號被轉換為串列資料流，該串列資料流從最低波長頻帶的符號開始直到最高波長頻帶。在基礎設施拓撲中，提供了對多個波長或多個頻帶的支援。這些頻帶可與可見光頻譜的顏色和不同波長相關聯，其中不同波長與可見光頻譜的不同顏色對應。當頻帶多工在一起時，光是白光。
對於每個頻帶m，在頻道化塊420中由頻道化碼C(k,SF)擴展資料b m,k ，該頻道化碼對於發光體是特定的，其中(SF)是碼的擴展因數，k是頻道編號： 換句話說，(SF)是使用的發光體的數量，k是特定發光體的索引。
然後，可以在加擾或線路碼塊425中將擾碼sm或線路碼應用到每個資料頻帶。然後針對每個資料頻帶，可在直流(DC)偏移或單極轉換塊430中轉換到單極資料。DC偏移或到單極傳訊的轉換對於提供LED光源的開/關鍵控(OOK)的一致性是必要的。
為了在保持發光體亮度的同時發送資料，實施了調暗。在調暗塊435中執行調暗。在調暗塊435中接收期望的亮度等級。基於該期望的亮度等級，確定資料傳輸的資料工作週期。基於接收的亮度等級確定填充亮度值。在轉換為光照之前由允許對發光體中的資料和光照進行改變的單或多頻帶LED裝置440將填充亮度值“1”或“0”其中之一添加到資料中。
VLC網路拓撲的另一個方面關係到PHY頻帶分離和聚合。對於基礎設施VLC，基於單晶片(頻帶)的LED可用於節能方案，而三晶片 (頻帶)(即，RGB)LED可提供增強的資料速率。在RGB的情況中，仍然期望白光用作照明的基本功能，意味著所有的頻帶都是活動的。因此，為了最大化資料容量，每個發光體都可使用每個頻帶。任何為了照明目的而保持活動並且不攜帶資料的頻帶都可增加系統干擾和較低的全部容量。
PHY多工在多個發光源間(發光體間)提供獨立頻道，從而多個發光源可同時存在。PHY多工允許一個發光源的信號與另一個發光源的信號的分離。在基礎設施拓撲中，發光源間的干擾可使用分碼多工(CDM)減輕。定義了可變長度的擴展碼，其中擴展因數等於重複使用因數或地理區域內期望的頻道數量。
第5圖示出了多發光體架構500。第5圖示出了兩條資料流或兩個發光體505、508。多個發光體可同時存在。每個發光體的位元流x 1,x 2,x 3,...x N 507、509可用作長度為N的輸入向量，並輸入到PHY頻帶分離器510、511中。位元填充“0”用於保證向量長度為N，該N是M的倍數，其關係使用方程式1來表示。對於每個發光體505、508，頻帶分離器510、511的輸出可以是M個資料頻帶515、516。
頻道化碼C(k,SF)在頻道化碼塊520、521中應用於每個資料頻帶。然後擾碼或線路碼sm在擾碼或線路碼塊525、526中應用於每個資料頻帶。如果發光體的數量多於擴展碼，那麼至少兩個發光體可具有相同的擴展碼。在這種情況下，可使用不同的擾碼。在輸入端或接收器中，發光體間存在干擾。然而，干擾可由(SF)降低。干擾可藉由使用韋悌(Walsh)碼的CDM和基於系統重複使用參數的可變擴展減小。對於每個頻帶資料來講，到單極資料的轉換可在DC偏移或單極轉換塊530、531中發生。
對於每個頻帶資料，可在調暗塊535、536進行調暗。在每個調暗塊535、536中接收期望的亮度等級。基於該期望的亮度等級，確定資料傳輸的資料工作週期。填充亮度值是基於接收的亮度等級的。在頻帶被輸出到傳輸頻道550之前，單或多頻帶LED裝置540、541在資料轉換為 光照前將填充亮度值“1”或“0”其中之一添加到資料中。填充亮度值的值或填充位元，b B ，由下述方程式確定： 其中B是給定調變的平均亮度，L是期望的亮度等級。
資料傳輸和接收是使用由VLC實體層提供的傳輸頻道550執行的。根據傳輸頻道的目的和特性，存在兩種不同類型的傳輸頻道，廣播頻道(BCH)和共用訊務頻道(STCH)。BCH是向所有胞元廣播系統和胞元的目前狀態的下行鏈路頻道。STCH是用於用戶資料傳輸的頻道。由於此頻道由很多用戶共用，因此該頻道上的資料流由排程器和媒體存取機構管理。STCH既用於上行鏈路通訊也用於下行鏈路通訊。
第6圖示出了用於在VLC中使用的韋悌(Walsh)碼樹。韋悌(Walsh)擴展碼是正交的。因而，如果多個發光體被分配有不同的擴展碼和相同的擾碼，並且如果它們是同步進行發送的，那麼它們可由接收器分離並且彼此互不干擾。這個性質可用於解決無線傳輸中經常遇到的“遠近(near-far)”問題。所述遠近問題是接收器由於捕獲強信號而無法偵測到較弱信號的情況。使用同步的韋悌(Walsh)編碼，其中各個碼是正交的，能夠減少遠近問題。
韋悌(Walsh)碼具有一種特性，使得頻道化碼C(0,SF)是純粹的DC偏移，而所有其他碼沒有DC偏移成分。在加擾之後，每種碼可導致隨機的DC偏移成分。低頻環境雜訊仍然能夠干擾發送，然而，與使用OOK相比，SF因數的使用降低了這種影響。
第7圖示出了資料工作週期的示例700。VLC可以使用室內照明，室內照明的基本功能是照明，而VLC是輔助功能。為了在改變燈光亮度時保持通訊，實施了調暗。所述燈光亮度對應於燈光的開/關週期部分。 在燈光很快地關閉的時候，肉眼不能偵測到閃爍。如果燈光更多的時候是打開的而不是關閉的，那麼燈光可以比燈光更多時候是關閉而不是打開的時候更亮一些。使用VLC的資料流映射到燈光的打開時間。為了達到期望的亮度和資料的最大發送等級，執行了資料工作週期。
在第7圖中，在時間間隔T 710中，在平均亮度等級730是最大亮度等級一半時，資料工作週期720最高，這意味著可發送最大數量的資料。例如，資料工作週期在50%亮度等級時進行100%的操作。在亮度最高或最低的時候，資料工作週期最低，意味著發送最小數量的資料。例如，當平均亮度等級為100%時，意味著燈光是打開的，沒有資料進行發送，而當平均亮度等級為0%，意味著燈光是關閉的，沒有資料進行發送。
在發送最小數量的資料並且亮度為最高時，LED填充亮度值為1。LED填充亮度值為1等價於LED是打開的，其指示燈光是打開的。在發送最小數量的資料並且亮度為最低時，LED填充為0。LED填充為0等價於LED是關閉的，其指示燈光是關閉的。時間間隔T上的平均亮度等級L是沒有資料進行發送時資料傳輸工作週期Y B和LED填充等級的函數。
期望的光源亮度可以藉由變化或調變活動資料傳輸的工作週期的長度進行控制。調暗用於通訊中的鏈路功率控制。在平均亮度等級小於100%且高於0%時，可以發送資料。當發送資料時，以百分比調節燈光。
在平均亮度等級高於50%時，調暗能夠使資料工作週期增加，在平均亮度等級低於50%時，進一步的調暗強迫資料工作週期減小。在平均亮度等級為50%時，以最高速率進行資料傳輸。在絕對的最高亮度等級和完全的黑暗情況中，不進行資料傳輸。
在獨立地調節多個發光體時，它們可以具有不同的資料工作週期。為了最小化干擾，可交錯進行多個發光體工作週期的相位調整。工作週期的相位可藉由對開關點校準的時序或調暗塊535、536中的相位信號進行控制，該相位信號是從MAC中輸入的。
在多發光體的工作週期中的資料傳輸具有最小重疊時，可以獲得干擾方面的最佳性能。這可以藉由估計或者去除一個填充位元來實現。在填充位元值為0時，沒有對資料的干擾。
第8圖示出了LED的平均亮度B和用來調變傳輸的不同方法之間的關係的示例800。舉例來講，資料傳輸可由OOK或曼徹斯特調變確定，其中資料傳輸期間的平均亮度是峰值亮度的50%。在另一個示例中，資料傳輸可由4脈衝位置調變(4-PPM)確定，其中資料傳輸期間的平均亮度是峰值亮度的25%。
第9圖示出了資料工作週期Y B和期望的調光或亮度等級之間的關係。在絕對最大LED亮度之下的暫時亮度等級910允許資料傳輸的最小等級。其中L是用戶期望的平均亮度等級，B是給定調變的平均亮度。
第10圖示出了VLC存在於MAC架構1000的實施方式。MAC子系統經由控制和資料傳訊與上層連接。MAC子系統根據是否存在要發送的資料、封包排程和用於資訊傳遞的下行鏈路廣播，來執行各種功能，該功能包括與上層連接的控制和訊務封包的分類和分配、WTRU的狀態管理。
MAC子層負責存取實體頻道，並且負責下述任務，這些任務包括但是不限於：(1)調暗控制；(2)廣播和公共資料；(3)封包排程；(4)在發光體中使用多存取的分時多工(TDM)；和(5)包括分段和組裝的資料定框。
為了執行上述功能，使用若干功能塊，這些功能塊包括但不限於：(1)重組/解框塊1010；(2)狀態管理塊1020；(3)廣播/公共控制塊1030；(4)緩衝管理塊1040；(5)發射/接收控制塊1050；和(6)封包排程塊1060。
在第10圖中，行動裝置MAC是基礎設施MAC的子集。在封包排程1060之前，管理調暗控制1070。調暗控制1070包括用於排程和管理資料流的色彩品質索引。MAC藉由接受作為MAC輸入的期望平均亮 度等級L並從下述方程式確定工作週期γ B 來控制調暗：
其中B是給定調變的平均亮度。資料流和資料封包大小都是基於調暗和頻道測量1065的，頻道測量1065包括但不限於頻道品質索引(CQI)、色彩品質索引和功率位準。
第11圖示出了大小為NPDU的MAC協定資料單元(PDU)1100。MAC PDU的結構包括前導碼、PHY標頭1130、MAC標頭1140、封包開始定界符1120、負載1150和可選的訊框檢查序列1160。前導碼1110可用於接收器時序和同步。MAC PDU的大小可計算為：N PDU =N F γ B α 方程式[9]其中N F 是實體層資料訊框的大小(包括填充位元)，γ B 是資料工作週期，以及α是FEC碼速率。
為了向發光體下的多用戶提供資料服務，可在發光體中(發光體內)使用MAC多存取特徵。
第12圖示出了MAC多工和多存取的示例。MAC多存取特徵可在發光體(發光體內)或基礎設施節點1210中使用，用於向多端用戶節點1230、1235提供資料服務。MAC頻道化可通過包括廣播頻道1220、多播頻道1240和單播頻道1225的邏輯頻道來完成。廣播頻道可用於系統資訊。單播和多播頻道可用於用戶或群組資料。
邏輯頻道可以與空氣或無線介面上傳送的資料的類型和內容有關。映射到邏輯頻道的資料服務可以有不同的分類。廣播頻道可以是只進行下行鏈路傳輸的頻道，用於向全部的發光體域廣播基礎設施節點能力 和系統目前狀態。該廣播頻道可映射到廣播控制頻道(BCH)。多播頻道可以是用於向用戶子群發送公共用戶資料傳輸的只進行下行鏈路傳輸的頻道。它可映射到共用訊務頻道(STCH)。此外，群組的每個封包的識別可使用多播MAC位址產生。單播頻道可以是基礎設施節點和每個端用戶節點之間的點對點雙工頻道。它可用於攜帶用戶資料傳輸，並可映射到STCH。
第13圖是發現程序的流程圖1300。該發現程序包括端用戶發現要關聯的發光體的程序。該發現和關聯程序從新打開的端用戶裝置從所有鄰近的基礎設施發光體中接收信標開始。一旦進入到發光體域，新裝置開始在配置的頻道上進行接收。在週期間隔中，發光體在廣播頻道1310上發送包括能力的信標。
接收信標的裝置基於接收到的能力作出決定。該裝置對從發光體基礎設施節點中接收的能力進行處理。該能力包括PHY能力、MAC能力、單向訊務支援、雙向訊務支援、調暗支持和可見性支持1320。端用戶裝置基於接收的能力執行選擇演算法，以確定要關聯的發光體，該能力還可包括信號測量和資料速率要求。端用戶裝置向選擇的發光體發送關聯請求，從而發起關聯程序1330-1350。一旦發光體確認其已經與端用戶相關聯，則發送額外的資訊，包括資源分配資訊、發送(TX)和接收(RX)資訊、CDMA參數和可使用的頻帶1360。該端用戶能夠在商定的頻道上與發光體交換資料1370。
第14圖是示出了由MAC控制的調暗的方塊圖1400。從較高層(例如光提取層(LAL))接收調暗信號。該調暗信號用於確定工作週期1420。MAC基於工作週期γ B 確定開關點1430。然後將資料輸出到LED裝置1440。
第15圖是示出了包括適配層支援的VLC的方塊圖1500。為了在不同的無線存取技術(RAT)上執行基礎設施上行鏈路，MAC中需要適配層支援。管理組件1560的特點在於RAT可用性、QoS映射、控制/資料 多工選擇和配置。該管理元件1560向PHY層1565發送資訊並從PHY層1565接收資訊。
體系結構包括可在上行鏈路和下行鏈路傳輸中使用的下述層：應用層1510、中間軟體層1520、網路協定層1530、適配資料層1540、與和第一技術相關的MAC層耦合的第一適配器1550、與和第二技術相關的MAC層耦合的第二適配器1555。雖然在該示例中描述了兩個適配器，但是適配器的數量可由裝置支援的RAT的數量進行限制。
VLC的困難之一在於由於裝置限制，上行鏈路和下行鏈路的可用性是互相獨立的。在某些環境中，基於高強度可見光的下行鏈路可以容易地在基礎設施照明器材中提供，而上行鏈路則局限於可攜式裝置的發射功率，並且需要由除可見光之外的其他頻譜(例如，RF)提供。
可見光的另一個特點是LED燈的光學限制可提供局部的高頻寬密度。這可以藉由允許頻譜聚合和在單方向中使用多存取技術進行平衡。可見光可通過使用，例如，下行鏈路中的可見光通訊和上行鏈路中的紅外線，或藉由產生在不同存取技術中執行控制和資料通訊的混合拓撲，或藉由產生在每個方向上協調工作的多存取技術的“熱點”功能，來充當兩個裝置之間的補充通訊鏈路。
實施方式
1.一種用於在對用於照明和在可見光通訊(VLC)中進行資料傳輸的發光體進行調暗時使用的無線發射/接收單元(WTRU)，包括：輸入埠，被配置用於接收亮度等級。
2.如實施方式1的WTRU，進一步包括：處理器，被配置用於基於該亮度等級來確定該資料傳輸的資料工作週期和填充亮度值。
3.如實施方式1-2中任一實施方式的WTRU，進一步包括：發射器，被配置用於變更該發光體的資料傳輸和填充亮度值。
4.如實施方式1-3中任一實施方式的WTRU，其中資料工作週期是基於，其中γ B 表示該資料傳輸的資料工作週期，L表示亮度等級，B表示從發光體發射的光線的平均亮度。
5.如實施方式2-4中任一實施方式的WTRU，其中填充亮度值是基於，其中b B 表示一個或多個填充
6.如實施方式2-5中任一實施方式的WTRU，其中所傳送的資料量與填充亮度值成比例。
7.一種用於在可見光通訊(VLC)中多工多個發光體信號時使用的無線發射/接收單元(WTRU)，包括：輸入埠，配置用於接收多個發光體信號，其中該發光體信號包括多個資料。
8.如實施方式7的WTRU，進一步包括：解析器，配置用於將多個資料解析為一個或多個頻帶的資料。
9.如實施方式7-8中任一實施方式的WTRU，進一步包括：頻道化碼塊，配置用於將頻道化碼應用到每個頻帶中的資料。
10.如實施方式7-9中任一實施方式的WTRU，進一步包括：直流(DC)偏移塊，配置用於將每個頻帶中的資料轉換為單極資料。
11.如實施方式7-10中任一實施方式的WTRU，進一步包括：調暗器，配置用於為每個頻帶的資料計算工作週期，以及配置用於將填充亮度值添加到每個頻帶的資料中。
12.如實施方式7-11中任一實施方式的WTRU，進一步包括：發射器，配置用於發射資料。
13.如實施方式7-12中任一實施方式的WTRU，其中該發光體信號是發光體內信號或發光體間信號。
14.如實施方式7-13中任一實施方式的WTRU，其中對每個頻帶中的資料應用擾碼或線路碼。
15.如實施方式7-14中任一實施方式的WTRU，其中每個頻帶的資料對應於不同的波長。
16.如實施方式7-15中任一實施方式的WTRU，其中每個頻帶的資料具有不同的資料工作週期。
17.如實施方式7-16中任一實施方式的WTRU，其中在波長上傳送的資料量與在波長上發送的光照量成比例。
18.一種對用於照明和在可見光通訊(VLC)中進行資料傳輸的發光體進行調暗的方法，該方法包括：接收亮度等級。
19.如實施方式18的方法，進一步包括：基於亮度等級確定資料傳輸的資料工作週期。
20.如實施方式18-19中任一實施方式的方法，進一步包括：基於亮度等級確定填充亮度值。
21.如實施方式18-20中任一實施方式的方法，進一步包括：變更資料傳輸和發光體的填充亮度值。
22.如實施方式18-21中任一實施方式的方法，其中資料工作週期是基於，其中γ B 表示用於資料傳輸的資料工作週期，L表示亮度等級，B表示從發光體發射的光線的平均亮度。
23.如實施方式19-22中任一實施方式的方法，其中填充亮度 值是基於，其中b B 表示一個或多個填充位元的值，L表示亮度等級，B表示從發光體發射的光線的平均亮度。
24.如實施方式19-23中任一實施方式的方法，其中所傳送的資料的量與填充亮度值成比例。
25.一種用於在可見光通訊(VLC)中多工多個發光體信號的方法，該方法包括：接收多個發光體信號，其中該發光體信號包括多個資料。
26.如實施方式25的方法，進一步包括：將多個資料解析為一個或多個頻帶的資料。
27.如實施方式25-26中任一實施方式的方法，進一步包括：將頻道化碼應用到每個頻帶中的資料中。
28.如實施方式25-27中任一實施方式的方法，進一步包括：將每個頻帶中的資料轉換為單極資料。
29.如實施方式25-28中任一實施方式的方法，進一步包括：為每個頻帶的資料計算工作週期，以及基於工作週期將填充亮度值添加到每個頻帶的資料中。
30.如實施方式25-29中任一實施方式的方法，進一步包括：發射每個頻帶的資料。
31.如實施方式25-30中任一實施方式的方法，其中該發光體信號是發光體內信號或發光體間信號。
32.如實施方式25-31中任一實施方式的方法，其中對每個頻帶中的資料應用擾碼或線路碼。
33.如實施方式25-32中任一實施方式的方法，其中每個頻帶的資料對應於不同的波長。
34.如實施方式25-33中任一實施方式的方法，其中每個頻帶 的資料具有不同的資料工作週期。
35.如實施方式25-34中任一實施方式的方法，其中在波長上傳送的資料的量與在波長上發送的光照的量成比例。
即使上面以特定的組合描述了特徵和元件，但是本領域中具有通常知識者可以理解，每個特徵或元件可以單獨的使用或與其他的特徵和元件進行組合使用。此外，這裏描述的方法可以用電腦程式、軟體或韌體實現，其可包含到由通用電腦或處理器執行的電腦可讀媒體中。電腦可讀媒體的實例包括電子信號(在有線或無線連接上發送)和電腦可獨儲存媒體。電腦可讀儲存媒體的實例包括，但不限制為，唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、暫存器、快取記憶體、半導體記憶體裝置、磁性媒體，例如內部硬碟和可移動磁片、磁光媒體和光學媒體，例如CD-ROM盤，和數位通用盤(DVD)。與軟體關聯的處理器用於實現射頻收發器，用於WTRU、UE、終端、基地台、RNC或任何主電腦。
MAC‧‧‧媒體存取控制
505、508‧‧‧發光體
507、509‧‧‧位元流
510、511‧‧‧PHY頻帶分離器
515、516‧‧‧資料頻帶
520、521‧‧‧頻道化碼塊
525、526‧‧‧加擾或線路碼塊
530、531‧‧‧單極轉換塊
535、536‧‧‧調光塊
540、541‧‧‧單或多頻帶LED裝置
550‧‧‧傳輸頻道

Claims (13)

  1. 用於照明和資料傳輸的可見光通訊(VLC)方法，包括：一調暗塊，被配置為：接收一期望亮度等級；基於該期望亮度等級，確定用於該資料傳輸的一資料工作週期；基於該期望亮度等級，確定一填充亮度值；以及產生由一第二VLC裝置使用以解碼該資料的一調暗資訊；以及一發光裝置，被配置為轉換該資料、該填充亮度值以及該調暗資訊為可見光以傳送到該第二VLC裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，其中該調暗塊更被配置為基於來確定該資料工作週期，其中γ B 表示用於該資料傳輸的該資料工作週期，L表示一亮度等級，以及B表示從該發光裝置發射的一光線的一平均亮度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，其中該調暗塊更被配置為基於來確定該填充亮度值，其中b B 表示一個或多個填充位元的值，L表示一亮度等級，以及B表示從該發光裝置發射的一光線的一平均亮度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，其中所傳送的一資料量與該填充亮度值成比例。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，其中該發光裝置是一發光二極體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，更包括：一編碼器，被配置為在該發光裝置轉換該資料為可見光之前將一韋悌(Walsh)碼應用至該資料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的VLC裝置，其中該發光裝置更被配置為與該資料以及該填充亮度值分開而將該調暗資訊轉換為可見光。
  8. 一種由一可見光通訊(VLC)裝置實施以用於照明和資料傳輸的方法，該方法包括：由一調暗塊接收一期望亮度等級；確定用於該資料傳輸的一資料工作週期，該資料工作週期基於該期望亮度等級；確定一填充亮度值，該填充亮度值基於該期望亮度等級；產生由一第二VLC裝置使用以解碼該資料的一調暗資訊，該調暗資訊表明該填充亮度值；以及由一發光裝置轉換該資料、該填充亮度值以及該調暗資訊為可見光以傳送到該第二VLC裝置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該資料工作週期是基於： 其中γ B 表示用於該資料傳輸的該資料工作週期，L表示一亮度等級，以及B表示從該發光裝置發射的一光線的一平均亮度。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該填充亮度值是基於： 其中b B 表示一個或多個填充位元的值，L表示一亮度等級，以及B表示從該發光裝置發射的一光線的一平均亮度。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中所傳送的一資料量與該填充亮度值成比例。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該調暗資訊是與該資料以及該填充亮度值分開而被轉換為可見光。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的方法，更包括：由一編碼器將一韋悌(Walsh)碼應用至該資料，該韋悌(Walsh)碼是在該發光裝置轉換該資料為可見光之前被應用。
TW102132870A 2009-09-18 2010-09-17 可劍光通訊（ｖｉｃ）具速率控制調暗方法及裝置 TW201424284A (zh)

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