CN102461016A - 接收调制光的移动装置、发送信息的设备和包括该移动装置和该设备的系统及相应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于接收调制光的移动装置、用于通过调制光发送信息的设备和系统及相应方法，以能够将照明设施的至少部分用于向移动装置发送数据。所述移动装置包括：可见光接收器，用于接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光并且用于输出基于接收到的调制可见光的信号；和解调器，用于解调所述基于接收到的调制可见光的信号，从而提取与所述传输数据对应的所述信息。

Description

接收调制光的移动装置、发送信息的设备和包括该移动装置和该设备的系统及相应方法

技术领域

本发明涉及用于接收调制光的移动装置、用于通过调制光发送信息的设备、和系统以及分别用于操作该移动装置和该系统的方法，其中调制光承载与调制到从光源发射的光上的传输数据对应的信息，所述光源特别地是发光二极管(LED)。

背景技术

已知几种技术用来向移动装置例如移动电话发送信息，诸如不同的移动通信标准，包括GSM(全球移动通信系统)、UMTS(通用移动电信系统)、CDMA(码分多址)等。此外，如蓝牙或WLAN(无线局域网，也被称为Wi-Fi)的其它用户激活的通信连接也经常被用在用于经由短距离通信接收信息的移动装置中。

对于达到100cm的更短通信距离，一些移动装置诸如移动电话、膝上型计算机或PDA(个人数字助理)已经通过包括IrDA-(红外数据协会)接口的方式而适于提供红外通信，与TV遥控类似地要求在通信装置之间的视线。这些IrDA收发器以在kbit/s范围内的数据速率通过红外脉冲进行通信。因此不使用载波并且红外脉冲对应于在发送IR光和没有发送IR光之间即开和关之间的差异。然而，连接的数据速率、距离和可靠性，例如采样脉冲容易被环境条件诸如背景光干扰，对于特定应用可能是不足够的。

所有上述的用于短距离通信的技术需要与移动装置进行通信的广泛的新的基础设施的安装，诸如利用IEEE 802.15.1标准的蓝牙节点或利用IEEE 802.11标准的WLAN节点，这可能导致高投资成本。

因此，期望的是，将现有基础设施的至少部分用于向移动装置发送数据。

发明内容

提出了用于接收调制光的移动装置、用于通过调制可见光发送信息的设备、和包括该移动装置和该设备的系统以及相应的方法，其中调制可见光承载与从该设备向该移动装置发送的传输数据对应的信息。

本发明的一个实施方式提供一种移动装置，所述移动装置包括可见光接收器，该可见光接收器用于接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光并且用于输出基于接收到的调制可见光的信号。所述移动装置进一步包括解调器，该解调器用于解调基于接收到的调制可见光的信号，从而提取与所述传输数据对应的所述信息。例如，信息可以指示光源的位置，从而通过从所述传输数据获得该信息，移动装置的大致位置可以被提取。

因此，移动装置可以接收信息，该信息通过可见光承载，从而用于人工照明的传统光源，特别地发光二极管可以用来在达10m的小范围中可靠地发送数据。

根据一个实施方式，可见光接收器适于将接收到的调制可见光转换成电信号。因此，可利用简单廉价的电子部件电子地处理信号。

根据一个实施方式，移动装置包括用于确定接收到的可见光的强度的强度检测器。例如，如果可见光接收器将接收到的调制可见光转换为电信号，则电信号可以积分并且与一个阈值或几个不同的阈值比较，从而获得与接收到的总光功率相关并且因此与在移动装置周围的照明条件相关的信息。

根据一个实施方式，移动装置进一步包括信号分配器，该信号分配器用于将信号分为将由解调器处理的第一分量和将由强度检测器检测的第二分量。因此，可以并行地分析接收到的调制可见光，即在一个路径中可以分析随时间变化的调制分量并且在另一个路径中可以分析总接收功率。

根据一个实施方式，移动装置进一步包括控制器，该控制器用于处理解调信号以使用与传输数据对应的信息。因此，通过对信号进行解调，例如信号的调制分量将是足够的，指示发送光源的位置的与传输数据对应的信息被接收，例如从而能够推导出移动装置的大致位置。

根据一个实施方式，可见光利用在100kHz到1GHz之间、优选地在1MHz到100MHz之间的范围中的频率进行调制。此外，解调器适于解调基于利用在100kHz到1GHz之间、优选地在1MHz到100MHz之间的范围中的频率进行调制的可见光的信号。因此，可以获得高数据速率。

根据一个实施方式，可见光接收器包括环境光传感器，例如在移动电话中使用的环境光传感器。因此，通过重新使用现有的环境光传感器并且提供用于分析的合适电子装置可以便宜地完成将移动装置诸如移动电话更改为通过调制可见光接收信息。

本发明的另一个实施方式提供一种用于通过调制可见光发送与传输数据对应的信息的设备。该设备包括：基于用于发射可见光的至少一个发光二极管(LED)的光源；和调制电路，所述调制电路用于将所述传输数据调制到将施加到所述光源的电流上。此外，该光源适于当通过调制电流驱动时发射承载与传输数据对应的信息的调制可见光。

因此，通过将调制电流施加到包括LED的光源，可发送信息。LED当接收到调制电流时尤其容易地提供调制光输出，从而高达1GHz的频率可以调制在发射的可见光上。

本发明的另一个实施方式提供一种用于传送传输数据的系统，该系统包括上述的移动装置和上述的设备。因此，可以实现该移动装置的优点和该设备的优点。

本发明的另一个实施方式提供一种用于操作移动装置的方法，所述方法包括以下步骤：在移动装置处接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光；输出基于接收到的调制可见光的信号；以及解调输出信号，从而提取与该传输数据对应的信息。

因此，提供了一种方法以操作移动装置，从而通过调制可见光获得信息，从而利用简单的装置诸如现有的房间灯或优选地基于LED技术的未来的房间灯来向移动装置提供数据通信。

本发明的另一个实施方式提供一种用于操作包括移动装置和设备的系统的方法，该设备用于通过来自光源的调制可见光向该移动装置发送信息。该方法包括以下步骤：将传输数据调制到电流上；将调制电流施加到光源，使得光源发射承载与传输数据对应的信息的调制可见光；以及在移动装置处接收承载与调制到从光源发射的调制可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光。该方法还包括以下步骤：输出基于接收到的调制可见光的信号；以及解调输出信号，从而提取与传输数据对应的信息。

因此，提供了一种系统，其中，利用调制可见光发送信息。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的移动装置。

图2示出了跟据本发明的实施方式的移动装置的元件，特别地示出了在移动装置中的信号流。

图3示出了根据本发明的实施方式的用于操作移动装置以提取信息的方法的流程图。

图4示出了根据本发明的另一实施方式的用于通过调制可见光发送信息的设备。

图5示出了系统，该系统包括移动装置诸如移动电话和用于通过调制可见光发送信息的设备。

图6示出了根据本发明的另一实施方式的用于对系统诸如图5的系统进行操作的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图描述本发明的优选实施方式。注意的是，下面的描述仅包括示例并且不应该被理解为限制本发明。

本发明的实施方式一般地涉及接收和发送与调制到可见光上的传输数据对应的信息。具体地，通过向一个或多个发光二极管提供调制电流可以容易地调制从一个或多个LED发射的可见光。

然而，本发明不限于从LED发射的光，而是可以应用于对优选地在MHz范围和更高的频率改变进行响应并且输出在该范围的调制可见光的任何光源。在下面，LED不应该被理解为限于基于传统半导体材料的二极管，而是，LED还可以包括有机发光二级管(OLED)等。

LED因为能耗低并且发光效率高是特别合适的。例如，本发明人认识到，在其中LED将普遍用作家庭和办公室照明光源或者甚至是路灯等的未来照明系统中，这些光源可以被容易地调制以向移动装置发送信息，所述移动装置足够靠近光源以接收它的光。

虽然以前已经描述调制放电灯例如荧光灯的电磁辐射以产生可电子地检测到的变化便于数据传输，但是这种技术例如要求包括逆变器的复杂电子电路，以生成将施加到荧光灯的高频AC电压波形。这导致了在为了避免对人眼的闪烁感知的比人视觉感知频率高的最小频率(至少比100Hz高)和比逆变器的切换频率显著小的最大频率之间小频率范围，因此限制可使用频率的范围并且由此限制可使用的数据速率。

在下面，相似或相同的附图标记指示相似或相同的元件或步骤。

在下面，图1例示了根据本发明的实施方式的移动装置100的元件。具体地，移动装置100包括可见光接收器110和解调器120。

移动装置100适于从光发送设备接收调制可见光，该光发送设备将参考图4进行详细描述并且可形成灯网络(lamp network)即照明系统的一部分，所述灯网络普遍用于住宅、办公室或工厂建筑物中的照明目的的灯网络。

可见光接收器接收承载与传输数据对应的信息的调制可见光。详细地，传输数据被调制到从上述灯网络的至少一个光源例如LED发射的可见光上。要注意的是，调制光对于在传输中的差错更加不敏感并且因此可以实现具有即使更低光功率的更长距离。几种调制技术是已知的并且可以用于调制LED发射的可见光，诸如脉冲宽度调制或使用振荡器的调制频率，这将在下面更加详细地描述。

例如，移动装置可以是便携式计算机(如膝上型或笔记本)、个人数字助理(PDA)或移动电话，其中各个装置都可以包括用作可见光接收器的光电二极管。特别地，移动电话或蜂窝电话经常包括环境光传感器。在该示例中，环境光传感器可以用作可见光接收器110的用来接收调制可见光的一部分。用于移动电话的环境光传感器例如是欧司朗光学半导体有限公司(Osram Opto Semiconductors Inc)的ALS SFH 5711。

根据环境，可见光接收器110仅接收例如在没有窗户的办公室中的在可见光范围中的人造光、阳光、或者人造光和阳光的组合。通过调制来自例如包括优选地基于至少一个发光二极管(LED)的光源的在房间中的灯或者路灯的人造光，在可见光范围中的该光能够被调制为容易地与阳光区分。

可见光接收器110在接收到可见光之后输出基于接收到的调制可见光的信号。例如，如果从TV遥控已知的陶瓷振荡器用来调制LED的驱动电流，则可见光接收器110将接收到的调制可见光转换为电信号，该电信号包括同一调制诸如36kKz。然而，要注意的是，LED的可见光可以利用在MHz范围中的频率来调制，例如利用陶瓷振荡器以20MHz的频率来调制。当将石英晶体用作振荡器时可以实现更高的频率。

为了对信号进行解调，移动装置100包括解调器120。详细地，解调器120对基于接收到的调制可见光的信号进行解调，从而提取与传输数据对应的信息。例如，解调器120适于对基于利用在MHz范围(即在从100kHz到1GHz的范围)中的一个或更多个频率来调制的可见光的信号进行解调。

通过移动装置接收的光的处理可以被概括如下。接收承载与传输数据对应的信息的调制可见光并且将其转换为电信号。然后，电信号通过放大器放大并且馈送到滤波器单元中。滤波器单元可以包括例如带通滤波器或其它合适的滤波器，以将电信号的调制分量与DC分量分离。调制分量然后通过解调器120解调。

如果仅使用一个用于调制的频率，则信息可以通过在具有调制的电信号和没有调制的电信号之间区分或者在具有调制的电信号和无信号之间区分来发送。可选地，或者如果使用多于一个的调制频率，则频率可以通过锁相环(PLL)跟踪，如在现有技术中已知的。PLL例如将压控振荡器调谐为与输入信号相同的频率，使得控制电压对应于频率并且因此对应于解调信号。已知几种调制技术，诸如频移键控(FSK)、四相相移键控(QPSK)等，通过所述调制技术，可以实现更高的数据速率。

根据用于解释解调信号的调制和编码协议，可从信号的调制分量的存在或不存在或者从信号的脉冲宽度(如果使用脉冲宽度调制)推导出数字编码信号。数字编码信号然后被提供到控制器以提取与来自光源的传输数据对应的信息。例如，与调制到可见光上的传输数据对应的信息可以指示已经被调制的光源的位置，如具体坐标。因此，移动装置在光传输的范围内能够推导出它的位置，该位置大致对应于光源的位置。该范围通常小于5m从而由调制可见光承载的信息可以在其中可能通常没有GPS信号接收的建筑物中用于引导目的。

图2示出了根据本发明的另一个实施方式的移动装置200的元件。与图1的移动装置相似，图2的移动装置200包括可见光接收器210和解调器220。此外，移动装置200包括信号分配器230、强度检测器240和控制器250。

如上参照图1所讨论的，并且特别地针对可见光接收器110所讨论的，可见光接收器210类似地接收承载信息的调制可见光，该调制可见光然后被转换成电信号并且输出。输出电信号It的示例在可见光接收器210和信号分配器230之间被示出以用于示例目的。该信号包括由于调制到在光发送设备的光源处发射的可见光上的传输数据引起的调制分量，还包括DC分量，该DC分量通常是没有调制的可见光的DC分量和背景光的混合，该背景光例如来自影响在移动装置200处的照明条件的直接或间接阳光或者其它光源。

信号光分配器230接收来自可见光接收器210的输出电信号并且将该信号分为调制分量I_v和DC分量I_DC。相应地，这两个分量可以被并行地处理，即，解调器210可以处理在图2的上部的图中指示的调制分量I_v，并且强度检测器240可以处理在图2的下部的图中指示的DC分量I_DC。注意的是，在图2中示出的频率对应于调制频率并且不应该与可见光的载波频率相混淆，该可见光的载波频率处于数千THz的范围并且不能够通过简单的光电二极管测量，该简单的光电二极管仅测量光的幅值的平方而不是光频率本身。

强度检测器240通过对该电信号积分预定时间段而确定接收到的可见光的强度，从而例如将积分的信号与阈值进行比较。例如，对于具有低的光水平、中等的光水平和高的光水平的环境，可以通过控制器250限定不同的阈值，从而确定环境的光水平，其中移动装置通过将阈值与检测到的光水平进行比较而定位。根据环境的光水平，例如可以控制移动装置的显示以节约能量，从而在具有低的光水平的环境中，显示亮度设置为低，并且在具有高的光水平的环境中，显示亮度设置为高。

注意的是，代替在移动装置200中使用信号分配器230，具有调制分量和DC分量的电信号可以直接地馈送到解调器220中以用于分析调制频率，并且随后可以对该信号积分以通过强度检测器确定强度。

如在图2中所示，控制器250从解调器220接收如上所述地数字编码的解调信号。如上所述，控制器250处理解调信号以使用与传输数据对应的信息，以例如在移动装置接收位置数据或其它信息。如果传输数据包括与发射调制可见光的光源的位置相关的信息，例如它在建筑物中的位置，则可以推导出移动装置的大致位置。例如，传输数据可以指示光源所在的具体楼层的具体房间，从而控制器250可以在移动装置的显示器上向用户指示用户处于在建筑物的那一具体楼层中的该具体房间。例如，用户的位置作为某种标记例如点叠置于在显示器上显示的地图上。因此，如果在建筑物的不同房间中的不同光源适于发射与它们的位置相关的信息，则可以在不需要GPS信号的情况下执行在建筑物中的引导，即使在三维方向中。

此外，如果移动装置设有GPS(全球定位系统)接收器并且已经事先通过GPS检测到的它的位置，则该位置可以通过从光源接收到的定位信息进行更新。

此外，在不需要GPS的情况下，在移动装置中用于惯性导航的陀螺仪传感器和/或加速度传感器能够用来跟踪移动装置的移动，其中一旦接收到来自发射调制光的光源的光，位置就被更新。

另外，如上所述，控制器250从强度检测器240接收输出信号，可以处理该输出信号以获得与移动装置所处的环境的光水平相关的信息。

因此，在不需要用户激活的连接如蓝牙或WLAN等的情况下，诸如位置和光水平环境(例如在房间中的照明条件)两种这样的信息可以被发送到移动装置，如移动装置100或200。通常在5m以下的可见光发射LED的小范围对于具有高精度的室内引导是完美的。除了定位信息之外，地图和其它基于位置的内容也可以通过从光源输出的光发送。

下面，将参照图3描述移动装置的操作。图3示出用于例如分别在图1和图2中所示的移动装置100或移动装置200的操作期间操作移动装置的方法的操作的流程图。

如上所述，移动装置可以位于室内或室外，并且接收从光源发射的承载信息的人工调制可见光。

在第一步骤310中，移动装置接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光，所述至少一个光源例如是作为室内光源或室外光源的一部分的LED。

在接下来的步骤320中，输出基于接收到的调制可见光的信号，诸如从具有相应调制的光信号转换来的电信号。然后，在步骤330中，对输出信号进行解调以提取与传输数据对应的信息。根据调制的类型已知几种用于解调的技术，并且它们中的一些已经在上面被描述。

在下面，将参考图4详细地描述用于通过承载与传输数据对应的信息的调制可见光来传输或发送信息的设备。

图4示出设备400，该设备400包括调制电路410和基于至少一个发光二极管415的光源420。

调制电路410将传输数据调制在将被施加到光源420的电流上。详细地，调制电路410可以包括陶瓷振荡器或石英晶体振荡器以生成调制频率。如上所述，已知几种调制技术，诸如频率调制或脉冲宽度调制，并且在一种情况中，振荡器的36kHz频率可以被调制在诸如光这样的载波信号上，其中光在接通和断开之间切换以生成脉冲和停顿，从而例如可以使用曼彻斯特编码。

调制电流然后被提供到基于用于发射可见光的至少一个LED的光源，并且特别地，基于根据调制电流发射调制可见光的至少一个LED的光源，从而当通过调制电流驱动时调制可见光承载与传输数据对应的信息。

例如，期望的是，LED将逐渐增加地用作用于照明诸如办公室建筑和居民家这样的建筑物的内部以及照明街区以及户外的人造光。来自LED的光可以被容易地调制直到在MHz范围中的频率，从而利用普通灯网络的信息和引导可以被广播。

在图5中，示出了包括上述设备和移动装置的系统。如图5的系统500所示，将被提供到LED的来自电源线的电流首先通过调制电路510进行调制。传统上，干线的电压例如220V或110VAC被首先下转换以适合于驱动LED 520。或者使用另一个合适的电源，例如6V电池。然后来自调制电路510的调制电流馈送到LED 520中，在图5的示例中，该LED 520是单个光源。

LED 520当通过调制电路510的调制电流驱动时向移动装置530例如移动电话发射承载与传输数据对应的信息的调制可见光。

该光通过在图5中示例为光电二极管的可见光接收器532检测，并且转换为具有由于调制引起的强度变化的电信号。如上所述，在强度上的这些变化即调制分量可以用来提取信息，并且根据强度本身，在移动装置530周围的照明条件可以被确定，与环境光传感器的功能相似。

例如，在包括环境光传感器的移动电话的情形中，移动电话可以被设置为使得环境光传感器的输出可以用于两个目的，即，用于从调制分量提取信息，以及用于推导出移动电话所处的环境的光水平从而调整其显示亮度。

参照图5，已经描述了系统500，该系统500包括与移动装置100或200相似的移动装置530以及具有调制电路510和LED 520的设备。在下面，将参考图6描述用于操作如下的系统的方法的操作，即，该系统包括移动装置以及用于通过来自光源的调制可见光向移动装置发送与传输数据对应的信息的设备。图6示出用于对系统诸如系统500进行操作的方法的操作的流程图。

在第一步骤610中，将传输数据调制到电流上。如上所述，电流是基于电源线电流的，该电源线电流传统上必须被转换成适合于使用的光源诸如LED的电流和电压。然后，在步骤620中，将调制电流提供到光源，使得光源发射承载与传输数据对应的信息的调制可见光。

接下来，在步骤630中，移动装置接收承载与调制到从光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光。该步骤基本上对应于图3的步骤310，因为它与移动装置的操作相关。类似地，描述输出基于接收到的调制可见光的信号并且对输出信号进行解调以提取与传输数据对应的信息的图5的步骤540和550也对应于图3的步骤320和330，并且因此将省略更详细的说明以避免不必要的重复。

在之前已经描述的图1、2、4和5中，描述的移动装置的各个元件以及设备已经进行了详细描述，其中元件包括若干不同的功能。本领域技术人员理解的是，在上述实施方式中的元件不应该解释为限于单独的有形部分而是应该理解为一种功能实体，从而在一个有形部分中可以提供若干个功能。

将理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在所述元件、移动装置、设备、系统和方法以及在本发明的构造中进行各种修改和变型。已经针对具体实施方式描述了本发明，这些实施方式从所有方面来说都是示例性而不是限制性的。本领域的技术人员可以理解的是，硬件、软件和固件的许多不同组合都适于实践本发明。

此外，根据这里公开的本发明的说明及实践的考虑，本发明的其他实现方式对于本领域的技术人员将是明显的。描述和示例应该被仅考虑为示例性的。为此，应该理解的是，发明性方面体现于比单个前述的实现方式或构造的全部特征少的方面。因此，本发明的真实范围和精神由所附的权利要求所指示。

Claims (12)

1.一种移动装置，所述移动装置包括：

可见光接收器，该可见光接收器用于接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光并且用于输出基于接收到的调制可见光的信号；和

解调器，该解调器用于解调所述基于接收到的调制可见光的信号，从而提取与所述传输数据对应的所述信息。

2.根据权利要求1所述的移动装置，其中，所述可见光接收器适于将所述接收到的调制可见光转换成电信号。

3.根据权利要求1或2所述的移动装置，该移动装置进一步包括强度检测器，所述强度检测器用于确定接收到的可见光的强度。

4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的移动装置，该移动装置进一步包括信号分配器，所述信号分配器用于将所述信号分为将由所述解调器处理的第一分量和将由强度检测器检测的第二分量。

5.根据权利要求1到4中的任何一项所述的移动装置，该移动装置进一步包括控制器，所述控制器用于处理所述解调信号以使用与所述传输数据对应的所述信息。

6.根据权利要求1到5中的任何一项所述的移动装置，其中，所述可见光利用在100kHz到1GHz之间的范围中的频率、优选地在1MHz到100MHz之间的范围中的频率进行调制，并且所述解调器适于解调基于利用在所述范围中的频率进行调制的所述可见光的所述信号。

7.根据权利要求1到6中的任何一项所述的移动装置，其中，所述可见光接收器包括环境光传感器。

8.根据权利要求1到7中的任何一项所述的移动装置，其中，所述移动装置是移动电话。

9.一种用于通过调制可见光发送与传输数据对应的信息的设备，所述设备包括：

基于用于发射可见光的至少一个发光二极管的光源；和

调制电路，该调制电路用于将所述传输数据调制到将施加到所述光源的电流上，

其中，所述光源适于当通过所述调制电流驱动时发射承载与所述传输数据对应的信息的调制可见光。

10.一种用于传送传输数据的系统，所述系统包括：根据权利要求1到8中的任何一项所述的移动装置，和根据权利要求9所述的设备。

11.一种用于操作移动装置的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述移动装置处接收承载与调制到从至少一个光源发射的可见光上的传输数据对应的信息的调制可见光；

输出基于接收到的调制可见光的信号；以及

解调所述输出信号，从而提取与所述传输数据对应的所述信息。

12.一种用于操作包括移动装置和设备的系统的方法，所述设备用于通过来自光源的调制可见光设备向所述移动装置发送与传输数据对应的信息，所述方法包括以下步骤：

将传输数据调制到电流上；

将所述调制电流施加到所述光源，使得所述光源发射承载与所述传输数据对应的信息的调制可见光；

在所述移动装置处接收承载与调制到从所述光源发射的所述可见光上的所述传输数据对应的信息的所述调制可见光；

输出基于接收到的调制可见光的信号；以及

解调所述输出信号，从而提取与所述传输数据对应的所述信息。

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