CN1708921A

CN1708921A - 地球空间光波通信系统

Info

Publication number: CN1708921A
Application number: CNA028097572A
Authority: CN
Inventors: W·F·小克兰达尔; W·B·拉夫伯勒; C·W·邦德
Original assignee: Talking Signs Inc
Current assignee: Talking Signs Inc
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2005-12-14
Also published as: WO2002075952A1; JP2004530338A; EP1380120A1; IL157942A0; CA2441923A1; WO2002075952A8; NO20034081L; NO20034081D0; EP1380120A4

Abstract

一种传递标记特定信息的系统，它包括与计算机数据库(18)进行通信的通信网络(20)、至少一个收发信机(10)以及多个标记(12)。各标记(12)设置在环境中的对象上，唯一识别码与其相关，并且配置成发送表明该代码的光波信号(A)。收发信机(10)配置成接收光波信号(A)，处理光波信号(A)以获取代码，通过通信网络(20)与计算机数据库(18)进行通信，以便下载与所获取的唯一识别码相关的信息，以及将信息传递给用户。

Description

地球空间光波通信系统

技术领域

无线信息通信系统。

背景

目前通过诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、安装在车辆上的监视器之类的手持装置在外部环境中提供“基于位置的”业务。这种信息可为各种终端用户所用。例如，驾驶员可获得指明其位置的地图的图像，或者送货员可获得关于行驶到所需位置的方向。

目前的全球定位系统(GPS)包括仅在卫星发射器能够到达的范围内工作的接收器，从而限制该系统在户外环境的使用。即使这样，诸如树木和城市走廊之类高架的和周围的障碍物也会导致不调合的业务。为了得到最佳分辨率，用户与天空之间必须没有障碍。另外，由于GPS分辨率的限制，因此要求精确度在几米之内的基于位置的业务应用是不能的。

GPS中的高度量度比纬度/经度不准确得多。另外，基于蜂窝电话与多个小区塔架的相对距离的测量的蜂窝电话三角测量无法提供任何高度的量度。因此，即使当前蜂窝技术最终会发展到能够精确定位建筑物中的蜂窝电话或PDA，它也不会提供确定用户所在楼层所需的高度信息。换句话说，单独使用GPS时，用户(或其它人)可知道他(她)在X轴和Y轴上的位置，但不知道Z轴上的位置。因此，这种系统的整体空间分辨率仅限于数十米。

维护这些复杂且能量密集的基于位置的业务通信系统(即使没有大量应用所需的精确空间分辨率)所需的投资高，并且这种趋势一直保持。

在最佳状态下，基于位置的业务的实现通常在需要的地方和需要的时间以接收方所需且适合的语言提供信息的“及时信息”传送。但是，在大量情况下，用户可能希望在直接环境下识别许多对象或目标之一，目前可用的系统在某个人例如站在旅馆前面接收菜单、接收有关在博物馆中观看的特定对象的超文本信息或者接收有关过渡终端中看到但无法阅读的标志的扩充信息时所需的空间准确度(位置信息的精确度)方面缺乏确切性。这是目前基于位置的业务的限制—不能提供空间选择能力(也就是不能选择环境中多种特征之一以用于识别)。本地发送信息的一种现行方法是基于红外数据协会(IrDA)红外通信协议。但是，这个协议是专门为本地辅助测量装置对装置通信(例如笔记本式计算机对PDA或PDA对PDA通信)设计的，而不是作为通信网络的集成部件。由于IrDA未预期紧密间隔的多个发射器同时工作，因此该协议在网络冲突仲裁方面是不复杂的。因此，在促进可能需要在方便的距离(例如从机场终端中多个高架标志之一)收集信息的基于标记的业务的任务中，IrDA不是通信策略的好的候选者。一般来说，IrDA实现未预期在明媚的阳光下工作，从而进一步减少了户外介质的有效范围。

目前，例如以TALKING SIGNS商标销售的环境标记系统“远程红外可听标志”(RIAS)使盲人及无法阅读的残障用户能够定位和识别界标、标志以及有关设施。它采用存储在红外发射器中的短语音消息作为标记。用户的手持接收器将来自光波信号的传输转换为可听的语音消息。接收器是专门为户内或户外灵敏度的相对一致性设计的。红外波束图提供消息覆盖的范围(从数厘米至30米以上)和宽度(从6度至360度的角度)的控制。RIAS接收器的高度空间选择性是从发射的调频(FM)红外光信号的特性得到的，其中FM锁相环解调确保多个可能的竞争信号中只有最强的信号会传递给用户。在这一方面，最强的信号是指在接收器上具有最多信号能量的信号，并且是以下三个因素的结果：(1)竞争发射器的相对功率输出，(2)从竞争发射器到接收器的相对距离，以及(3)接收器的光波检测器相对于各竞争发射器的角度；接收器的角度是最主要的因素，控制哪个标记的信息被传递给接收器。

许多现有系统无法提供以下优点：三维定位能力，与能量需求有关的维护的简易性，直接环境中特定位置或对象的及时信息，多个发射器不会从多项中排除一项的特定选择的系统，便于信息的简便更新，或者向精确定点位置远程传输大量数据。

因此，需要一种无线通信系统，它允许用户将大量信息与特定目标相关联，根据现行情况更新该信息，但不会受到来自多个发射装置的干扰，并且容易进行电源系统维护。

发明概述

已经认识到，提供给用户的信息能够存储于(1)传送标记系统本身内，(2)用户携带的接收器内(“闪速”存储器、CD-ROM等)，或者(3)与接收器通信的某个无线服务器系统内。如果用户寻找最初由系统提供的信息以外的额外信息，则需要从数据库的内容中进行选择的某种方法。基于标记的信息对于用户所关注的各个位置或对象是特定的。这意味着，访问许多对象的用户可能可用的信息总量可能是很大的，并且可能每时每刻都在更新。关于向用户传递语音和图形的高带宽要求是另一个考虑事项。由于这些原因，需要一种在提供基于标记的信息时采用光(为了方向性/选择性)和射频(为了通信速度/宽的可用性)的混合方式。相信本发明满足上述需求以及其它要求，因为在一个实施例中，本发明实现一种基于高分辨率标记的业务系统，它利用现有的地下有线系统、无线区域网和/或如蜂窝电话网之类的无线电信业务。

本发明的一个实施例包括与计算机数据库进行通信的通信网络、至少一个收发信机以及多个标记。各标记(i)设置在环境中的对象上，唯一的识别码与其相关，其中对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动，以及(ii)配置为发送至少一个表明唯一识别码的光波信号。收发信机配置成接收至少一个光波信号，处理光波信号以获得唯一识别码，以及通过通信网络与计算机数据库进行通信，以便下载与所获取的唯一识别码相关的信息。在本发明的一个实施例中，收发信机的特征在于可由手来携带或者以其它方式伴随着用户。收发信机还配置成至少向用户传递与唯一识别码相关的信息。在本发明的一个实施例中，通信网络是电信网。在本发明的另一个实施例中，通信网络是无线区域网。无线区域网被理解为是指专用于特定区域或位置并且可独立于电信网的无线网络。

在本发明的另一个实施例中，标记还配置成从或者(a)供电线、(b)能量存储/产生装置、或者(c)与光生伏打装置结合的能量存储装置中获得电能，以及在从收发信机接收到激活信号之前保持休止状态。收发信机还配置成向标记发送激活信号，以便使标记有效。

本发明的另一个实施例包括一种方法，用于通过与计算机服务器通信的通信网络实现标记特定信息的传递。该方法包括：(a)通过设置多个标记在环境中指定多个特定对象，各标记(i)设置在环境中的位置上，唯一识别码与其相关，其中对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动，以及(ii)配置成发送表明唯一识别码的至少一个光波信号；(b)提供至少一个移动收发信机，它适合接收表明唯一识别码的光波信号，处理光波信号来获得唯一识别码，以及通过电信网与服务器通信；以及(c)向服务器提供计算机数据库，该数据库配置成将唯一识别码与环境中的相应对象所特有的信息相关，服务器可通过通信网络进行访问并且配置成将与相应对象相关的特定信息从数据库下载到至少一个收发信机。该方法还包括配置至少一个收发信机以便向用户传递所下载的相应对象的特定信息。该方法还包括将收发信机配置为通过(I)在图形显示器上显示信息、(II)产生可听信号来传递信息、(III)触觉表示或者(IV)上述两种或两种以上方式，与用户通信。在本发明的一个实施例中，通信网络是电信网。在本发明的另一个实施例中，通信网络是无线区域网。

本发明的另一个实施例包括一种方法，用于通过通信网络传递标记特定信息。该方法包括：(A)通过多个标记中至少一个发送表明唯一识别码的光波信号，各标记设置在环境中的位置上，唯一识别码与其相关，其中对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动；(B)通过至少一个收发信机从至少一个标记接收光波信号，各收发信机配置成处理光波信号以获得唯一识别码；(C)通过至少一个收发信机向包括至少一个计算机服务器的计算机网络发送第一射频信号，第一射频信号表明唯一识别码，以及至少一个收发信机和计算机网络进行无线无线电通信；(D)通过计算机网络的至少一个服务器从至少一个收发信机接收第一射频信号，至少一个服务器配置成(1)从第一射频信号获取唯一识别码，(2)处理唯一识别码以便将至少一个服务器链接到具有与唯一识别码相关的信息的计算机数据库，以及(3)从数据库获取信息；(E)通过至少一个服务器向至少一个收发信机发送第二射频信号，第二射频信号表明与环境中的对象相关的所处理的数据库信息；以及(F)通过至少一个收发信机从至少一个服务器接收第二射频信号，其中至少一个收发信机配置成从第二射频信号获取所处理的数据库信息，以及使所处理的数据库信息传递给用户。在本发明的一个实施例中，通信网络是电信网。在本发明的另一个实施例中，通信网络是无线区域网。

从以下说明和所附权利要求书中，会进一步明白本发明的其它实施例、特征以及优点。

附图概述

图1是本发明的一个实施例的示意说明，其中计算机服务器处于远离标记的位置。

图1A是本发明的一个实施例的示意说明，其中计算机服务器处于远离标记的位置，而且收发信机能够激活标记。

图2是本发明的一个实施例的示意说明，其中计算机服务器位于靠近标记之处，即处于同一结构内。

图2A是本发明的一个实施例的示意说明，其中计算机服务器靠近标记、即处于同一结构内，以及收发信机能够激活标记。

图3是本发明的一个实施例的框图。

图3A是本发明的一个实施例的框图，其中收发信机能够激活标记。

图4是本发明的一个实施例的框图，其中说明收发信机。

图4A是本发明的一个实施例的框图，其中所述收发信机能够激活标记。

在以上各图中，类似的标号用来表示若干图中相似或功能上相似的部分。

本发明的详细说明

附图1说明本发明的用于电信系统20的一个实施例，其中无线光波射频收发信机10从标记12接收包含与环境中特定对象或位置相关的唯一识别码的光波信号A，标记12配置成发送包含识别码的信号A，其中与环境中的其它类似标记相比，标记12具有较强的信号。标记12最好是红外标记，例如以TALKING SIGNS销售以及至少在美国专利5757530中进一步描述的那些发射器。这些TALKING SIGNS标记配置成发送传递非可视显示的信息的光波信号。标记12最好是红外语音消息标记。标记12设置在整个环境中的关键点上。唯一识别码向无线光波收发信机10精确定位出标记的准确位置。这个识别码用来自动编成基于位置的业务信息的索引，使这些业务能够由用户针对环境中多个(标记的)特征中任一个进行调用，而不管在户内或户外位置的标记的密集成组。收发信机10(例如无线电话或PDA)配置成接收所发送的光波信号A并处理这个信号以获取嵌入代码。收发信机10还配置成以无线方式向电信塔16发送和从电信塔16接收射频信号B，电信塔16与包含至少一个计算机数据库的计算机服务器18进行通信。图1和图2中表示为单一计算机的计算机服务器18应理解为或者为无线通信配置的单一计算机或者为无线通信配置的计算机区域网。

在本发明的一个实施例中，无线服务器18是与其它服务器之间的链接系统，一般称作万维网。服务器18和收发信机10通过采用射频信号B发送信息进行接口。服务器18能够访问计算机数据库，将所处理的唯一识别码所特有的信息从这个数据库下载到收发信机10，或者从包含在其自身存储器中的计算机数据库或者从万维网上访问的站点上找到的一个或多个计算机数据库中下载。在一个实施例中，收发信机10发送给服务器18的所处理的唯一识别码本身是统一资源定位符(URL)，它链接到包含所需数据库信息的特定网站。所处理的唯一识别码还能够自动地将服务器18上基于位置的业务信息编成索引。收发信机10配置成将从服务器18下载的基于位置的业务信息传递给用户。所传递的信息是发送光波信号A的标记12所特有的。执行信息传递的方式可以是通过收发信机10在可能是收发信机10的组件的图形显示器上将信息显示为图形文本或符号，或者信息的传递可通过收发信机10产生可听语音消息来实现，或者通过这两种方式来实现。

应当理解，收发信机10配置成至少通过电信网20与服务器18可访问的计算机数据库进行通信。在这里，通信至少意味着收发信机10能够通过电信网20将唯一识别码上传给计算机数据库，在其中获取与唯一识别码相关的信息，以及将相关信息下载到收发信机10。

图2说明本发明的一个实施例，其中通信系统20是无线区域网，以及服务器18是计算机网络、如能够装在与所设置标记12相同的环境内的局域网。

图3是框图，说明通信系统20的各单元的关系。在所述实施例中，三个标记12、12、12设置在一个环境中。各标记12反复发送光波信号、如IR信号A，它表明环境中的特定对象或位置的唯一基于位置的识别码。能够从不同标记12、12、12接收多个IR信号A的收发信机10处理一个IR信号A，以便获取一个特定标记12的唯一识别码。在任何给定时间收发信机10处理哪个IR信号A至少由三个相互作用的因素来确定：(1)竞争标记12、12、12的相对功率输出，(2)从竞争标记12、12、12到收发信机10的相对距离，以及(3)收发信机10的光波检测器相对于各竞争标记12、12、12的IR信号A的角度。例如，持有收发信机(PDA)10的用户能够调整因素(3)，从而将PDA指向一个特定标记12，以及确保该标记12的IR信号A被处理。

收发信机10采用射频(RF)信号B通过无线区域网向服务器18传递唯一识别码。如图3所示，射频通信的双向性允许收发信机10和服务器18之间的有效接口。这个接口允许唯一识别码从收发信机10传递到服务器18，其中以代码为索引找到驻留在服务器18的区域网中的服务器18上的数据库，或者提供用于接入万维网上的特定网站的URL地址，或者采用以上两者。一旦完成索引过程，与标记12的位置或其它特征相关的基于位置的信息可采用RF信号B从服务器18下载到收发信机10。术语“下载”意在包括所有必要的计算机协议和/或计算机例程及子例程，它们实现服务器18和收发信机10之间的所需信息的共享。这个下载的信息则能够以某种所希望的方式传递给用户，例如通过收发信机10的发光图形显示器、通过收发信机10导致产生诸如可听语音信号或可听声音之类的听觉信号、通过诸如盲文之类的触觉表示或者以上三种方式的某种组合。

参照图4，说明本发明的一个实施例，便携式收发信机10可以是手持式的或者以其它方式伴随用户。收发信机10可配备组件或模块、如光波接收器30，用于接收例如模拟(例如频移键控-FSK)代码。收发信机10的处理器/显示组件32对从标记12(未标出)发送的信号A进行解码，其中标记12标识环境中的对象或目标或者其它信息。组件32处理后的代码则可为射频收发信机模块34所用。射频收发信机模块34为收发信机10提供与服务器18(未标出)接口的能力。

如上所述，这些高精度、精确定点的唯一识别码能够使用多种无线网络(如IEEE802.11X)、蓝牙或无线分组电信协议(如GPRS)中的任一种。这样获取的这些代码能够作为数据库地址，从通过远程通信可用的服务器、本地服务器调用基于位置的信息，或者通过使用唯一识别码作为统一资源定位符(URL)直接访问存储在链接到手持式收发信机已经接收的唯一识别码的万维网站点上的基于位置的信息。这样，终端用户可操作手持式收发信机10接收从标记12发送的唯一识别码，手持式收发信机10根据该识别码来下载该标记所特有的定制信息，用于显示并由终端用户使用。收发信机10的光波接收器模块30可以是如上所述的TALKING SIGNS接收器。

这个系统可供有视力的人或盲人使用。可通过理解标记12来认识最佳地服务于盲人的本发明的这个实施例，标记12发送带有唯一位置代码的光波信号，还能够向光波接收器模块30发送交替重复的可听消息，参见图4。重复的可听消息还表明各特定标记12的位置以及标记12是静止的、还是移动的。

在某些情况下，例如通信系统用于在临时设置中提供信息时(例如临时的商业展览或标记12在环境中移动的情况)，电力可由便携式装置、如可更换的可再充电装置(即，例如蓄电池或燃料电池)来提供。另外，在照明足以提供足够能量来产生让标记工作所需的电力时，可采用光生伏打装置与能量存储装置的结合。

当用户位于离标记12较便利的范围(例如接近机场的高架标志)时，标记12用于发送唯一识别码的功率要求最低。降低标记12的功率要求的另一个因素在于：代码的短脉冲串的发送每秒不需要超过两次。如果标记12在请求来自标记12的信息之前处于无效的非发射模式，则功耗进一步降低。从图1A、2A、3A及4A可以知道，在本发明的一个实施例中，通过诸如电池之类的能量存储/能量产生装置，或者通过可与光生伏打装置进行通信的能量存储装置，标记12能够配置成从环境中的对象或位置的供电线获取电力。标记12在从修改的收发信机10接收激活信号C之前保持休止状态。在本发明的实施例中，如图1A、2A及3A所示，这是通过配置标记12的电路和收发信机10的电路、使收发信机10能够向标记发送激活信号C(询问信号)、从而将标记12设置为有效的发射模式来实现的。激活信号C实际上可以是光波或者射频。图4A说明本发明的一个实施例，其中可看到收发信机10具有光波接收器模块30以及激活信号发射器模块31。

在实践中，本发明可进行大量修改。因此，以上说明并非意在限定，也不应当理解为将本发明限制于上述的特定范例。

Claims

1.一种系统，包括与计算机数据库通信的通信网络、至少一个收发信机以及多个标记，各标记(i)设置在环境中的对象上，唯一识别码与其相关，其中所述对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动，以及(ii)配置成发送至少一个表明所述唯一识别码的光波信号，从而所述至少一个收发信机配置成接收所述至少一个光波信号，处理所述光波信号以获取所述唯一识别码，以及通过通信网络与所述计算机数据库进行通信，以便下载与获取的所述唯一识别码相关的信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信网络是电信网。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机还配置成至少向用户传递与所述唯一识别码相关的所述信息。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机的特征在于可由手来携带或者以其它方式伴随用户。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机还配置成至少向用户传递与所述唯一识别码相关的所述信息。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信网络是无线区域网。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机还配置成至少向用户传递与所述唯一识别码相关的所述信息。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机的特征在于可由手来携带或者以其它方式伴随用户。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发信机还配置成至少向用户传递与所述唯一识别码相关的所述信息。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个标记还配置成从或者(a)供电线、(b)能量存储/产生装置、或者(c)可与光生伏打装置结合起来工作的能量存储装置中获得电力，而且在从所述至少一个收发信机接收到激活信号之前保持休止状态，以及所述至少一个收发信机还配置成向所述至少一个标记发送所述激活信号，以便使所述至少一个标记有效。

11.一种用于通过与计算机服务器通信的通信网络实现标记特定信息的传递的方法，所述方法包括：

a)通过设置多个标记来指定环境中的多个特定位置，各标记(i)设置在所述环境中的对象上，唯一识别码与其相关，其中所述对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动，以及(ii)配置成发送至少一个表明所述唯一识别码的光波信号；

b)提供至少一个移动收发信机，它适合接收表明所述唯一识别码的所述光波信号，处理所述光波信号以获取所述唯一识别码，以及通过所述通信网络与所述服务器通信；以及

c)向所述服务器提供配置成将所述唯一识别码与所述环境中所述相应对象特有的信息相关的计算机数据库，所述服务器可通过所述通信网络进行访问并且配置成将与所述相应对象相关的所述特定信息从所述数据库下载到所述至少一个收发信机。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述通信网络是电信网。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于还包括配置所述至少一个收发信机，以便向用户传递所下载的所述相应对象的特定信息。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于还包括将所述收发信机配置为通过(I)在图形显示器上显示所述信息、(II)产生可听信号来传递所述信息、(III)触觉表示或者(IV)上述任何两种或两种以上方式，与所述用户通信。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述通信网络是无线区域网。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括配置所述至少一个收发信机，以便向用户传递所下载的所述相应对象的特定信息。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于还包括将所述收发信机配置为通过(I)在图形显示器上显示所述信息、(II)产生可听信号来传递所述信息、(III)触觉表示或者(IV)上述任何两种或两种以上方式，与所述用户通信。

18.一种用于通过通信网络传递标记特定信息的方法，所述方法包括：

(A)通过多个标记中至少一个来发送表明唯一识别码的光波信号，各标记设置在环境中的对象上，所述唯一识别码与其相关，其中所述对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动；

(B)通过至少一个收发信机从所述至少一个标记接收所述光波信号，各收发信机配置成处理所述光波信号以获取所述唯一识别码；

(C)通过至少一个收发信机向包括至少一个计算机服务器的计算机网络发送第一射频信号，所述第一射频信号表明所述唯一识别码，以及所述至少一个收发信机和所述计算机网络进行无线无线电通信；

(D)通过所述计算机网络的所述至少一个服务器从所述至少一个收发信机接收所述第一射频信号，所述至少一个服务器配置成(1)从所述第一射频信号获取所述唯一识别码，(2)处理所述唯一识别码以便将所述至少一个服务器链接到具有与所述唯一识别码相关的信息的计算机数据库，以及(3)从所述数据库获取所述信息；

(E)通过所述至少一个服务器向所述至少一个收发信机发送第二射频信号，所述第二射频信号表明与所述环境中的所述对象相关的所处理的数据库信息；以及

(F)通过所述至少一个收发信机从所述至少一个服务器接收所述第二射频信号，其中所述至少一个收发信机配置成从所述第二射频信号获取所述所处理的数据库信息，以及使所述所处理的数据库信息传递给用户。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述通信网络是电信网。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述通信网络是无线区域网。

21.一种系统，包括计算机数据库、至少一个收发信机以及多个标记，各标记(i)设置在环境中的对象上，唯一识别码与其相关，其中所述对象是静止或移动的，或者时而静止时而移动，以及(ii)配置成发送至少一个表明所述唯一识别码的光波信号，从而所述至少一个收发信机配置成接收所述至少一个光波信号，处理所述光波信号以获取所述唯一识别码，以及通过通信网络与所述计算机数据库进行通信，以便下载与所述获取的唯一识别码相关的信息。