專利名稱：可見光通信系統(tǒng)和用于發(fā)送信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可見光通信系統(tǒng)和用于發(fā)送信號的方法。
背景技術(shù)：
一種使用可見光范圍中的光的光通信技術(shù)最近備受關(guān)注。特別是，隨著使用諸如發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)之類的發(fā)光元件的照明設(shè)備迅速得到廣泛使用， 已經(jīng)開始開發(fā)利用諸如內(nèi)部/外部照明設(shè)備之類的基礎(chǔ)設(shè)施非常便利地實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的技術(shù)。考慮到對人體或醫(yī)療器械的影響，LED成為用作高速光數(shù)據(jù)通信中的發(fā)光部件的最有力候選。同時，還提出將具有高速響應(yīng)性能的半導(dǎo)體發(fā)光元件，諸如激光二極管(LD， Laser Diode)或超輻射發(fā)光二極管(SLD，Super Luminescent Diode)，也作為候選。光通信的數(shù)據(jù)傳輸速度取決于發(fā)光元件的響應(yīng)速度。由于這個原因，具有高速響應(yīng)性能的發(fā)光元件受到關(guān)注。此外，為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸速度，需要用于在發(fā)光元件發(fā)出的1個信號中可靠地傳輸更多數(shù)據(jù)的技術(shù)。例如，作為這樣的光通信技術(shù)，日本專利申請公開文件JP200825M44公開了一種通過在空間方向分配正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)信號的時間軸來防止空間干擾的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題使用OFDM方案可以提高頻率使用效率和抗多徑衰落的能力。因此，OFDM方案廣泛地用于無線通信系統(tǒng)(例如，無線LAN (Local Area Network，局域網(wǎng)))或有線通信系統(tǒng) (例如，ADSL)。在可見光通信中，也期望采用OFDM方案來提高通信質(zhì)量。然而，在OFDM方案中存在著峰均功率比(PAPR，Peak to Average Power Ratio)增加的問題。也就是說，在發(fā)送機和接收機中需要較大的動態(tài)范圍。因此，如果將OFDM方案應(yīng)用于可見光通信，則在作為可見光通信中的發(fā)送部件 (transmission means)的LED上將有非常大的電流流動。例如，在LED上流動的電流將達(dá)到幾百毫安到幾安培。因此，需要在發(fā)送方安裝能夠處理動態(tài)范圍非常寬的信號的驅(qū)動電路。然而，傳統(tǒng)的LED是用于發(fā)出特定光量的光的，因此需要特殊的設(shè)備來處理大動態(tài)范圍的信號，然而，這樣的設(shè)備難以實現(xiàn)。為此，本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)了一種新方案，該方案能夠達(dá)到提高通過OFDM方案所能獲得的通信質(zhì)量的效果，而不要求發(fā)光部件具有大動態(tài)范圍的性能。如果將OFDM方案應(yīng)用于可見光通信，則在發(fā)送方通過串并轉(zhuǎn)換生成與載波數(shù)量相同的發(fā)送數(shù)據(jù)，將每個發(fā)送數(shù)據(jù)分配給載波信號，載波信號將被相加，并且在相應(yīng)的加法之后根據(jù)信號幅度在發(fā)光強度方面對一個LED的發(fā)光進(jìn)行控制。然而，根據(jù)本發(fā)明的新方案，每個發(fā)送數(shù)據(jù)被分配給載波信號，并且根據(jù)未執(zhí)行加法處理的每個載波的信號幅度在發(fā)光強度方面控制與每個載波相應(yīng)的一個LED的發(fā)光。這樣，減輕了強加于每個LED和LED 驅(qū)動電路的對于動態(tài)范圍性能的要求。更進(jìn)一步地，不同顏色的LED被用作發(fā)光部件，并且不同顏色的光電二極管(PDjhoto Diode)被用作光接收部件，從而能夠減輕強加于光接收部件的對于動態(tài)范圍性能的要求。此外，如果使用多個不同發(fā)光顏色(光頻率)的LED，則需要擔(dān)心由LED和PD的頻率特性產(chǎn)生的色間干擾(inter-color interference)的影響，但是如上所述在載波之間存在正交特性，從而避免了色間干擾的影響。因此，可以一定程度地增加多路復(fù)用的數(shù)量(顏色的數(shù)量)并且提高傳輸速率。然而，顏色之間的頻率隨著多路復(fù)用的數(shù)量的增加而接近， 從而色間干擾的影響也會增加，這使得通過增加多路復(fù)用的數(shù)量來增加傳輸速率的效果存在局限性。為此，為了進(jìn)一步提高傳輸速率，需要一種能夠以相同數(shù)量的多路復(fù)用傳輸更多數(shù)據(jù)的技術(shù)。技術(shù)方案因此，提出本發(fā)明以解決以上所述的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并且本發(fā)明的目的是提供新穎的和改善的可見光通信系統(tǒng)和用于發(fā)送信號的方法，所述系統(tǒng)和方法能夠提高用OFDM方案所能獲得的通信質(zhì)量，而不需要大動態(tài)范圍性能的發(fā)光部件，并且能夠利用相同數(shù)量的多路復(fù)用發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種包括發(fā)送裝置和接收裝置的可見光通信系統(tǒng)。所述發(fā)送裝置包括多個發(fā)光器件，用于發(fā)射不同顏色的光；串并轉(zhuǎn)換器，用于對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換以輸出與載波的數(shù)量N—樣多的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行；調(diào)制器，用于以預(yù)定數(shù)目維度對從串并轉(zhuǎn)換器輸出的N個第一數(shù)據(jù)行分別進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生N個調(diào)制信號；正弦波信號乘法器，用于將調(diào)制器中產(chǎn)生的N個調(diào)制信號乘以具有正交載波頻率的N個正弦波信號，以產(chǎn)生N個載波信號；載波分配單元，用于基于第二數(shù)據(jù)行將所述正弦波信號乘法器中產(chǎn)生的N個載波信號分配給多個發(fā)光器件，并且將分配給相同發(fā)光器件的載波信號相加以產(chǎn)生和發(fā)光器件數(shù)量相同的發(fā)送信號；以及發(fā)光控制器，用于使相應(yīng)于每個相應(yīng)的發(fā)送信號的發(fā)光器件以取決于所述載波分配單元中產(chǎn)生的每個發(fā)送信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)射光。所述發(fā)送裝置使用發(fā)射不同顏色的光的多個發(fā)光器件來實現(xiàn)所述可見光通信。此外，所述發(fā)送裝置將所述發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制到多個載波信號以發(fā)送調(diào)制信號，并且將所述第二數(shù)據(jù)行分配給在每個載波信號和顏色(每個發(fā)光器件)之間的相應(yīng)關(guān)系以發(fā)送所述第二數(shù)據(jù)行。為此，根據(jù)本發(fā)明可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量與傳統(tǒng)WDM方案相比多出第二數(shù)據(jù)行的數(shù)量，并且根據(jù)本發(fā)明可以達(dá)到提高傳輸速率的效果。此外，可以實現(xiàn)OFDM方案獨特并且卓越的通信性能，將第一數(shù)據(jù)行分配給正交載波頻率并且發(fā)送該第一數(shù)據(jù)行。尤其地，通過載波頻率的正交性除去了傳統(tǒng)的WDM方案中的色間干擾的影響這一問題，從而使得相較于傳統(tǒng)的 WDM方案能夠大大地提高傳輸質(zhì)量。此外，所述接收裝置包括多個光接收器件，用于接收不同顏色的光，并且輸出每個顏色的接收信號；FFT單元，用于使用N個正弦波信號對從每個光接收器件輸出的接收信號進(jìn)行FFT處理，以提取每個顏色的調(diào)制信號；解調(diào)器，用于對FFT單元中提取的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)所述第一數(shù)據(jù)行；第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元，用于基于在FFT單元中提取的調(diào)制信號來檢測在載波信號和每個顏色的發(fā)光器件之間的關(guān)系，并且基于相應(yīng)的檢測結(jié)果恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行；以及并串轉(zhuǎn)換器，用于對解調(diào)器中恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元中恢復(fù)的第二數(shù)據(jù)行進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換以恢復(fù)原始發(fā)送數(shù)據(jù)。如上所述，所述接收裝置使用接收不同顏色的光的多個光接收器件來實現(xiàn)所述可見光通信。此外，所述接收裝置對每個顏色的接收信號執(zhí)行FFT處理，并且提取包括在每個顏色的發(fā)送信號中的載波信號。為此，基于對每個顏色執(zhí)行的FFT處理的輸出結(jié)果，可以檢測每個載波信號被分配給哪個發(fā)光器件(顏色)。所述接收裝置基于對每個顏色的接收信號執(zhí)行的FFT處理的輸出結(jié)果來恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行。此外，所述接收裝置從每個載波信號恢復(fù)第一數(shù)據(jù)行。此外，由此，從恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)出原始發(fā)送數(shù)據(jù)。因此， 和第二數(shù)據(jù)行一樣多的更多的數(shù)據(jù)量被發(fā)送。結(jié)果，相較于WDM方案能夠提高傳輸速率。同時，所述載波分配單元包括N個包括輸入端口和多個輸出端口的開關(guān)，每個載波信號被輸入到所述輸入端口，所述多個輸出端口分別相應(yīng)于所述多個發(fā)光器件，并且所述開關(guān)用于將輸入到輸入端口的每個載波信號的輸出方向切換到任一輸出端口 ；開關(guān)控制器，用于基于第二數(shù)據(jù)行控制每個開關(guān)，并且控制輸入到每個開關(guān)的載波信號的輸出方向； 以及加法器，用于將從N個開關(guān)相應(yīng)于相同的發(fā)光器件的輸出端口輸出的載波信號相加， 所述加法器包括與發(fā)光器件數(shù)量相同的數(shù)量。此外，所述載波分配單元對每個載波信號進(jìn)行分配，以使得一個載波信號不被分配給多個發(fā)光器件。通過這樣的構(gòu)造，包括同樣載波頻率的載波信號的發(fā)送信號不被分配給不同的顏色，并且可以防止色間干擾的發(fā)生。此外，第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元包括信號確定單元，用于確定N個載波信號的每一個是否包括在每個顏色的接收信號中；以及數(shù)據(jù)恢復(fù)單元，用于基于所述信號確定單元中的確定結(jié)果來檢測顏色和載波信號中每一個的組合，并且從相應(yīng)的組合恢復(fù)所述第二數(shù)據(jù)行。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于發(fā)送信號的方法，包括如下步驟由包括多個發(fā)光器件的發(fā)送裝置對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換以輸出和載波的數(shù)量N—樣多的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行；以預(yù)定數(shù)目維度對從所述串并轉(zhuǎn)換步驟輸出的N個第一數(shù)據(jù)行分別進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生N個調(diào)制信號；乘以正弦波信號，用于將調(diào)制步驟中產(chǎn)生的N個調(diào)制信號分別乘以具有正交載波頻率的N個正弦波信號；基于所述第二數(shù)據(jù)行將乘以正弦波信號的步驟中產(chǎn)生的N個載波信號分配給所述多個發(fā)光器件；將在分配步驟中分配給相同發(fā)光器件的載波信號相加，并且產(chǎn)生和發(fā)光器件數(shù)量相同的發(fā)送信號；以及發(fā)光控制，用于使相應(yīng)于每個相應(yīng)的發(fā)送信號的發(fā)光器件以取決于所述產(chǎn)生發(fā)送信號的步驟中產(chǎn)生的每個發(fā)送信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)射光，以及由包括多個接收不同顏色的光并輸出每個顏色的接收信號的光接收器件的接收裝置使用N個正弦波信號對從每個光接收器件輸出的接收信號進(jìn)行FFT處理，以提取每個顏色的調(diào)制信號；對FFT處理步驟中提取的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)所述第一數(shù)據(jù)行； 基于FFT處理步驟中提取的調(diào)制信號來檢測在每個載波信號和每個顏色的發(fā)光器件之間的關(guān)系，并且基于相應(yīng)的檢測結(jié)果恢復(fù)所述第二數(shù)據(jù)行；以及對所述解調(diào)步驟中恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行的步驟中恢復(fù)的第二數(shù)據(jù)行進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，以恢復(fù)原始發(fā)送數(shù)據(jù)。所述發(fā)送裝置使用發(fā)射不同顏色的光的多個發(fā)光器件來實現(xiàn)所述可見光通信。此外，所述發(fā)送裝置將所述發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制到多個載波信號以發(fā)送調(diào)制信號，并且將所述第二數(shù)據(jù)行分配給在每個載波信號和顏色(每個發(fā)光器件)之間的相應(yīng)關(guān)系以發(fā)送所述第二數(shù)據(jù)行。為此，根據(jù)本發(fā)明可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量與傳統(tǒng)WDM方案相比多出第二數(shù)據(jù)行的數(shù)量，并且根據(jù)本發(fā)明能達(dá)到提高傳輸速率的效果。此外，可以實現(xiàn)OFDM方案獨特并且卓越的通信性能，將第一數(shù)據(jù)行分配給正交載波頻率并且發(fā)送該第一數(shù)據(jù)行。尤其地，通過載波頻率的正交性除去了傳統(tǒng)WDM方案中的色間干擾影響這一問題，從而使得相較于傳統(tǒng)的WDM方案能夠大大地提高傳輸質(zhì)量。。此外，所述接收裝置使用接收不同顏色的光的多個光接收器件來實現(xiàn)所述可見光通信。此外，所述接收裝置對每個顏色的接收信號執(zhí)行FFT處理，并且提取包括在每個顏色的發(fā)送信號中的載波信號。為此，基于對每個顏色執(zhí)行的FFT處理的輸出結(jié)果，可以檢測每個載波信號被分配給哪個發(fā)光器件(顏色)。所述接收裝置基于對每個顏色的接收信號執(zhí)行的FFT處理的輸出結(jié)果來恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行。此外，所述接收裝置從每個載波信號恢復(fù)第一數(shù)據(jù)行。此外，由此，從恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)出原始發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，和第二數(shù)據(jù)行一樣多的更多的數(shù)據(jù)量被發(fā)送。結(jié)果，相較于WDM方案能夠提高傳輸速率。有益效果如上所述，根據(jù)實施例的可見光通信系統(tǒng)LS2相對于具有多個不同的光顏色的多個LED分配被調(diào)制成傳輸信息的OFDM信號的每個載波信號分量。此時，除被調(diào)制成信息之外，當(dāng)載波信號被分配給LED和LED波長時，每個載波信號在載波頻率的組合上添加信息。 通過所述構(gòu)造，能夠相較于WDM方案提高傳輸速率。同時，能夠除去WDM方案中色間干擾影響的問題。結(jié)果，本發(fā)明能夠提高通信質(zhì)量，以及改進(jìn)對LED或PD的選擇方法和將被安裝的LED或PD的數(shù)量的自由度。此外，即使載波的數(shù)量增加，可發(fā)送數(shù)據(jù)量也沒有顯著減小， 從而使得能夠構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的可見光通信系統(tǒng)LS2以通過增加載波數(shù)量來提高抗多徑衰落的能力。


從如下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中圖1是示出WDM方案中的可見光通信系統(tǒng)的構(gòu)造的示例的示圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的可見光通信系統(tǒng)的構(gòu)造的示例的示圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)送裝置的詳細(xì)功能的示圖；圖4A到圖4C是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于分配載波的方法的示例的示圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的信號檢測單元的詳細(xì)功能的示圖；以及圖6是示出通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)獲得的效果的示圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖描述本發(fā)明的第一示范性施例。在下面的描述中，可忽略對公知相關(guān)功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明以避免不必要地模糊本發(fā)明的主題。[描述順序]這里，將簡短地說明對本發(fā)明實施例的描述順序。首先，將參考圖1描述采用波分復(fù)用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)方案的可見光通信系統(tǒng)LSI的構(gòu)造以及WDM方案的問題。此外，將簡要地概述在實施例中將要解決的目標(biāo)。接下來，將參考圖2到圖4描述根據(jù)本實施例的可見光通信系統(tǒng)LS2的構(gòu)造。最后，將參考圖6描述通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)獲得的效果。[目標(biāo)概述]首先，在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)之前，將簡要地概述實施例將要解決的目標(biāo)。采用LED作為光源的傳統(tǒng)的可見光通信系統(tǒng)包括使用白色LED發(fā)射白光的系統(tǒng)和通過對發(fā)射不同顏色(例如，三原色紅R、綠G以及藍(lán)B)的光的多個LED進(jìn)行組合來發(fā)射白光的系統(tǒng)。所述發(fā)射RGB的LED的特征在于在光調(diào)制方面比白色LED具有更快的響應(yīng)速率。此外，采用多個LED的系統(tǒng)將每個LED調(diào)制成為不同的數(shù)據(jù)并且對RGB發(fā)光進(jìn)行組合， 從而可以以高速發(fā)送數(shù)據(jù)。因而，用發(fā)射不同顏色的光的多個LED發(fā)送不同數(shù)據(jù)的方案被稱作色分復(fù)用方案或波分復(fù)用(WDM)方案。在日本專利公開文件JP2007-81703中公開了采用WDM方案的可見光通信技術(shù)。以下，將參考圖1描述采用WDM方案的可見光通信系統(tǒng)LSl的構(gòu)造。圖1是示出采用WDM方案的可見光通信系統(tǒng)LSl的構(gòu)造的一個示例的示圖。如圖1所示，可見光通信系統(tǒng)LSl的發(fā)送方包括S/P轉(zhuǎn)換器12、多個驅(qū)動器電路 14、多個發(fā)光器件16。所述多個發(fā)光器件16發(fā)射不同顏色Cl到Cn (光頻率)的光?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)LSl的接收方包括多個光接收器件18、多個調(diào)制器20和P/S轉(zhuǎn)換器22。多個光接收器件18接收不同顏色Cl到Cn (光頻率)的光。例如，發(fā)光器件16能夠使用發(fā)射每個顏色的光的LED。此外，光接收器件18可以使用PD，該PD包括透射每個顏色的濾色器。在可見光通信系統(tǒng)LSl中，首先由S/P轉(zhuǎn)換器12對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并且生成和發(fā)光器件16的數(shù)量N相同數(shù)量的并行數(shù)據(jù)。也就是說，生成能被分配給每個顏色Cl 到Cn的并行數(shù)據(jù)。此外，每個并行數(shù)據(jù)被輸入到驅(qū)動器電路14。驅(qū)動器電路14使發(fā)光器件16以取決于輸入的并行數(shù)據(jù)的發(fā)光強度來發(fā)射光。通過每個顏色Cl到Cn的發(fā)光器件 16產(chǎn)生的光在每個顏色Cl到Cn的光接收器件18中被接收。如果接收到相應(yīng)于每個光接收器件18的顏色的光，則從光接收器件18輸出取決于相應(yīng)顏色的光接收強度的信號。從光接收器件18輸出的信號在解調(diào)器20中解調(diào)并且由P/S轉(zhuǎn)換器22恢復(fù)為原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。在采用WDM方案的可見光通信系統(tǒng)LSl中，因為下述原因而引起傳輸質(zhì)量的退化。 傳輸質(zhì)量退化的原因是，(1)在光傳輸線路中的光強度的退化，(2)由外界光產(chǎn)生的噪聲， ⑶在顏色之間的信號強度的變化以及⑷在顏色之間的信號干擾。只有理由⑶是由于發(fā)光器件16的發(fā)光強度特征和光接收器件18的光敏性特征造成的。此外，理由(4)是由于發(fā)光器件16和光接收器件18的頻率特性而產(chǎn)生的。在退化的原因中，由原因(4)而造成的傳輸質(zhì)量的退化在WDM方案中最大。具體地，為了通過增加顏色數(shù)量和增加多路復(fù)用的數(shù)量來獲得提高傳輸速率的效果，由原因(4)造成的傳輸質(zhì)量的退化成為主要的問題。這是因為如果多路復(fù)用的數(shù)量增加，則每個顏色的頻率接近，以致色間干擾增加。因此，為了進(jìn)一步提高傳輸速率，需要除去色間干擾以及利用相同數(shù)量的多路復(fù)用發(fā)送更多的數(shù)據(jù)?！磳嵤├狄韵?，將描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的實施例，解決了可見光通信系統(tǒng)LSl的問題，除去了色間干擾，并且能利用相同數(shù)量的多路復(fù)用發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。[可見光通信系統(tǒng)LS2的構(gòu)造]首先，將參考圖2描述根據(jù)實施例的可見光通信系統(tǒng)LS2。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的可見光通信系統(tǒng)LS2的構(gòu)造的示例的示圖。為了描述的方便，在圖2中包括3個載波、3個發(fā)光器件112和3個光接收器件202。當(dāng)然，根據(jù)本實施例的技術(shù)可以應(yīng)用于存在3個或更多載波、發(fā)光器件112和光接收器件202的情況。如圖2所示，可見光通信系統(tǒng)LS2包括發(fā)送裝置100和接收裝置200。發(fā)送裝置100 包括S/P轉(zhuǎn)換器102、調(diào)制器104、乘法器106、載波分配器108、驅(qū)動器電路110和多個發(fā)光器件112。同時，接收裝置200包括多個光接收器件202、FFT單元204、信號檢測單元206、 解調(diào)器208和P/S轉(zhuǎn)換器212。不過，F(xiàn)FT單元204包括乘法器232和積分電路(integral circuit) 234。在圖2中，省略了發(fā)光器件202 (PD (Cg)、PD (Cb))的輸出信號輸入到的每個 FFT單元204的具體構(gòu)造。不過，所有的FFT單元204事實上都具有相同的構(gòu)造。首先，由S/P轉(zhuǎn)換器102對發(fā)送數(shù)據(jù)d進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。隨后，從S/P轉(zhuǎn)換器102輸出數(shù)量為(載波的數(shù)量+1)的數(shù)據(jù)行。從S/P轉(zhuǎn)換器102輸出的與每個載波相對應(yīng)的數(shù)據(jù)行被輸入到調(diào)制器104并且被以預(yù)定數(shù)目維度(例如，值為2、被調(diào)制。隨后，從調(diào)制器104輸出調(diào)制信號。同時，剩余的一個數(shù)據(jù)行是用于分配載波的控制數(shù)據(jù)行&，其被輸入到載波分配器108。從調(diào)制器104輸出的用于每個載波的調(diào)制信號被輸入到乘法器106。在乘法器106中將相應(yīng)于每個載波頻率Π、f2和f3的載波正弦波信號乘以調(diào)制信號。不過，在OFDM方案中相應(yīng)于每個載波頻率Π、f2和f3的3個載波正弦波信號關(guān)于彼此正交。在乘法器106中乘以了載波正弦波信號的調(diào)制信號(以下，稱作載波信號Si、S2 和S； )被輸入到載波分配器108。載波分配器108確定哪個載波分配給哪個顏色并且產(chǎn)生用于控制每個顏色的光發(fā)射的信號。不過，根據(jù)用于對從S/P轉(zhuǎn)換器102輸入的載波進(jìn)行分配的控制數(shù)據(jù)行&來確定分配方法。稍后將描述載波分配器108的具體構(gòu)造。在載波分配器108中分配給每個顏色的信號(以下，稱作顏色分配信號)被輸入到相應(yīng)于每個顏色的驅(qū)動器電路110。如果顏色分配信號被輸入，則驅(qū)動器電路110基于輸入的顏色分配信號控制提供給發(fā)光器件112的電流量，并且使每個發(fā)光器件112以取決于顏色分配信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)光。例如，分配給紅顏色R(光頻率Cr)的顏色分配信號Sr被輸入到驅(qū)動器電路Dr 110，所述驅(qū)動器電路Dr 110用于驅(qū)動發(fā)射紅顏色R的光的發(fā)光器件(LED(Cr)) 112。隨后，驅(qū)動器電路Dr 110使發(fā)光器件LED(Cr)) 112以取決于顏色分配信號Sr的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)光。對于分配給綠顏色G (光頻率Cg)的光的顏色分配信號Sg和分配給藍(lán)顏色B(光頻率Cb)的光的顏色分配信號Sb而言情況相同。從每個發(fā)光器件112產(chǎn)生的光在接收裝置200的每個顏色的接收裝置202中被接收。例如，光接收器件202可以使用3個包括相應(yīng)于每個顏色的濾色器的PD。如果每個光接收器件202接收到光，則從光接收器件 202輸出取決于每個顏色的光強度的電信號(以下，稱作接收信號)。從光接收器件202輸出的每個顏色的接收信號被輸入到為每個顏色配備的FFT單元204。每個FFT單元204是這樣的部件用于通過對每個接收信號執(zhí)行FFT處理來提取包括在每個顏色的顏色分配信號中的載波頻率分量。
此處，為了描述方便，將僅描述對從相應(yīng)于紅顏色R的光接收器件202輸出的接收信號執(zhí)行的FFT處理。首先，從光接收器件(PD (Cr) )202輸出的接收信號被輸入到乘法器232。在乘法器232中將相應(yīng)于每個載波頻率fl、f2和f3的載波正弦波信號乘以接收信號。在乘法器232中乘以了載波正弦波信號的接收信號被輸入到積分電路234。積分電路234對乘法器232的輸出信號在時間軸上執(zhí)行積分塊(integral block)達(dá)到OFDM符號長度T的積分，并且提取相應(yīng)于每個載波頻率Π、f2和f3的信號分量。隨后，在積分電路 234中提取的每個載波頻率分量被輸入到信號檢測單元206。例如，相應(yīng)于載波頻率Π和 f2的載波信號Sl和S2被分配給紅顏色R，相應(yīng)于載波信號Sl和S2的信號分量(調(diào)制信號)被輸入到信號檢測單元206中。同時，實際上對于綠顏色G和藍(lán)顏色B執(zhí)行相同的處理。如上所述，由每個顏色的FFT單元204分離包括在每個顏色的顏色分配信號中的每個載波分量，并且所分離的每個顏色的載波分量被輸入到信號檢測單元206。因此，信號檢測單元206可以檢測哪個載波信號被包括在哪個顏色分配信號中。例如，如圖5所示，信號檢測單元206可以基于從3個FFT單元204輸入的總共9個信號(相應(yīng)于調(diào)制信號)檢測包括在每個顏色分配信號中的載波信號的類型。如圖5所示，信號檢測單元206包括信號選擇單元252和電平確定單元254。如上所述，信號檢測單元206從每個FFT單元204分別接收3個載波分量，以使得總共9個載波分量全部被輸入到信號檢測單元206。隨后，9個載波分量被輸入到信號選擇單元252和電平確定單元254。此外，預(yù)定閾值被輸入到電平確定單元254。因此，電平確定單元邪4確定每個載波分量的信號幅度是否超過預(yù)定閾值。例如，將預(yù)定閾值設(shè)置為比噪聲電平高并且比包括載波信號的信息的載波分量的信號幅度低的值。那么，如果載波分量的信號幅度低于該預(yù)定閾值，則表示該載波分量不包括載波信號。同樣地，對9個載波分量執(zhí)行該確定處理并且將載波信號的存在或不存在以 9比特數(shù)據(jù)的形式輸出到處于后端的組合檢測單元210。此外，如果電平確定單元邪4確定載波信號存在于載波分量中，則載波分量的信息被輸入到信號選擇單元252。隨后，信號選擇單元252基于從電平確定單元2M輸入的信息僅選擇包括載波信號的信息的載波分量， 以將所選擇的載波分量輸出到處于后端的每個解調(diào)器208。因此，從電平確定單元2M檢測的9比特數(shù)據(jù)表示每個顏色分配信號和每個載波信號之間的關(guān)系。此外，在信號選擇單元252中選擇的載波分量相應(yīng)于每個載波頻率fl、f2 和f3的調(diào)制信號。因此，表示顏色分配信號和載波信號之間的關(guān)系的信息被輸入到組合檢測單元210中。此外，與每個載波頻率Π，f2和f3的調(diào)制信號相應(yīng)的調(diào)制信號被輸入到每個解調(diào)器208。這樣，信號檢測單元206檢測在發(fā)送裝置100的載波分配單元108中確定的分配方法?；谟糜谳d波分配的控制數(shù)據(jù)行&確定分配方法。相反地，如果能夠檢測到分配方法，則能夠基于檢測結(jié)果檢測用于載波分配的控制數(shù)據(jù)行&。組合檢測單元210基于每個顏色分配信號和從信號檢測單元206輸入的載波信號之間的關(guān)系來檢測用于載波分配的控制數(shù)據(jù)行&。隨后，在組合檢測單元210中檢測的用于載波分配的控制數(shù)據(jù)行&被輸入到P/S轉(zhuǎn)換器212。同時，每個解調(diào)器208對輸入的調(diào)制信號執(zhí)行解調(diào)處理以解調(diào)原始的并行數(shù)據(jù)。由每個解調(diào)器208解調(diào)的并行數(shù)據(jù)被輸入到P/S轉(zhuǎn)換器212。隨后，P/S轉(zhuǎn)換器212對從每個解調(diào)器208輸入的并行數(shù)據(jù)和從組合檢
10測單元210輸入的用于載波分配的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，以將它們恢復(fù)成為發(fā)送數(shù)據(jù)d。 通過在將每個載波分配給每個顏色的組合上攜帶數(shù)據(jù)，能夠利用相同數(shù)量(多路復(fù)用的數(shù)量)的顏色來發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。已經(jīng)在上面描述了根據(jù)本發(fā)明的可見光通信系統(tǒng)LS2的構(gòu)造。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，相應(yīng)于每個載波頻率的載波信號不在驅(qū)動器電路110的前端相加，并且每個發(fā)光器件112以取決于每個載波信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)光。由于此原因，在OFDM方案中緩解了 PAI3R增加的問題，并且每個顏色的驅(qū)動器電路110和發(fā)光器件112所需的動態(tài)范圍可以被控制得很低。結(jié)果，可以通過使用小型和便宜的LED驅(qū)動電路和LED實現(xiàn)OFDM方案中的提高通信質(zhì)量的效果。此外，可以將每個并行數(shù)據(jù)分配給正交載波正弦波信號，從而可以除去由色間干擾造成的影響。此外，數(shù)據(jù)在載波分配方法上被攜帶和發(fā)送，使得有可能同時地發(fā)送顏色數(shù)量或更多數(shù)量的數(shù)據(jù)，并且能夠提高傳輸速率，而無需增加多路復(fù)用的數(shù)量。結(jié)果，在可見光通信中可以顯著地提高傳輸速率。<載波分配單元108的詳細(xì)構(gòu)造>這里，將參考圖3詳細(xì)地描述包括在發(fā)送裝置100中的載波分配單元108。圖3是示出載波分配單元108的構(gòu)造以及載波分配方法的一個示例的示圖。如圖3所示，載波分配單元108包括3個開關(guān)132、134和136，開關(guān)控制器138以及3個加法器142、144和146。相應(yīng)于載波頻率Π的載波信號Sl被從乘法器106輸入到開關(guān)(SWl) 132。相應(yīng)于載波頻率f2的載波信號S2被從乘法器106輸入到開關(guān)(SW2) 134。 相應(yīng)于載波頻率f3的載波信號S3被從乘法器106輸入到開關(guān)(SW;3) 136。此外，用于載波分配的控制數(shù)據(jù)行&被輸入到開關(guān)控制器138。開關(guān)(SW1，SW2和SW3)132、134和136分別包括3個輸出端口。例如，開關(guān)(Sffl) 132 根據(jù)開關(guān)控制器138的開關(guān)控制將輸入到輸入端口的載波信號Sl輸出到任何一個輸出端口。3個輸出端口分別相應(yīng)于每個顏色的發(fā)光器件(LED(Cr)、LED(Cg)和LED(Cb)) 112。也就是說，通過選擇開關(guān)(SWl) 132的輸出端口，確定由載波信號Sl分配的顏色。同樣地，開關(guān)(SW》134根據(jù)開關(guān)控制器138的開關(guān)控制將輸入到輸入端口的載波信號S2輸出到任何一個輸出端口。此外，開關(guān)(SW;3) 136根據(jù)開關(guān)控制器138的開關(guān)控制將輸入到輸入端口的載波信號S3輸出到任何一個輸出端口。如上所述，開關(guān)(SW1，SW2*SW3)132、134* 136的輸出端口分別相應(yīng)于每個顏色的發(fā)光器件(LED (Cr)、LED (Cg)和LED (Cb)) 112。由于此原因，從相應(yīng)于相同顏色的輸出端口輸出的信號被輸入到加法器142、144和146，而不管類型如何。例如，在相應(yīng)于紅顏色R的輸出端口中，紅顏色R的發(fā)光器件(LED(Cr))112由驅(qū)動器電路(Dr) 110進(jìn)行驅(qū)動控制。此外，驅(qū)動器電路(Dr) 110根據(jù)從加法器142輸出的信號的幅度控制發(fā)光器件(LED(Cr)) 112 的發(fā)光強度。與此類似，加法器142相應(yīng)于紅顏色R。同樣地，加法器144相應(yīng)于綠顏色G。 此外，加法器146相應(yīng)于藍(lán)顏色B。因此，信號被從相應(yīng)于開關(guān)(SW1、SW2*SW3)132、134* 136的紅顏色R的輸出端口輸入到加法器142。同樣地，信號被從相應(yīng)于開關(guān)(SffUSW2和SW3) 132、134和136的綠顏色G的輸出端口輸入到加法器144。此外，信號被從相應(yīng)于開關(guān)(SW1、SW2和SW3) 132、 134和136的藍(lán)顏色B的輸出端口輸入到加法器146。在加法器142、144和146中對每個輸入信號進(jìn)行相加。從加法器142、144和146輸出的信號(顏色分配信號)被輸入到驅(qū)動器電路110。驅(qū)動器電路110對發(fā)光器件112進(jìn)行發(fā)光控制，使其發(fā)光強度取決于輸入的顏色分配信號的幅度。發(fā)光器件112根據(jù)驅(qū)動器電路110的發(fā)光控制發(fā)射相應(yīng)顏色的光。如上所述，如果載波信號Si、S2和S3被輸入，則載波分配單元108從開關(guān)控制器 138接收開關(guān)控制，并且開關(guān)132、134和136將載波信號S1、S2和S3分配給每個顏色。分配給每個顏色的載波信號S1、S2和S3相加，并且基于通過加法處理產(chǎn)生的顏色分配信號來發(fā)射每個顏色的光。在載波分配單元108中的信號如下流動。接下來，將描述開關(guān)控制器 138的分配方法。在圖3中，3個載波信號Si、S2和S3被分配給3個顏色Cr、Cg和Cb。因此，組合的數(shù)量是33 = 27。因此，通過開關(guān)控制器138的分配處理可發(fā)送的數(shù)據(jù)量由以下的公式 (1)計算為4. 75比特。也就是說，如果采用圖3中示出的載波分配單元108的構(gòu)造，則通過添加到利用載波信號Si、S2和S3發(fā)送的數(shù)據(jù)量，有可能發(fā)送4. 75比特的數(shù)據(jù)。log227 = 4. 75 [bits].........公式(1)此外，在本實施例舉例說明的構(gòu)造中，為了描述方便，將載波和發(fā)光器件112的數(shù)量(顏色)限制為3。然而，可以在本實施例的構(gòu)造中應(yīng)用任何數(shù)量的載波和顏色。例如， 如果載波的數(shù)量是nf并且顏色的數(shù)量是n。，則可以由以下的公式(2)表示通過分配方法額外可發(fā)送的數(shù)據(jù)量Ik。因此，可以由以下的公式C3)表示通過根據(jù)本實施例的發(fā)送裝置100 可發(fā)送的數(shù)據(jù)量I。
權(quán)利要求
1.一種可見光通信系統(tǒng)，包括 發(fā)送裝置；以及接收裝置，其中，所述發(fā)送裝置包括多個發(fā)光器件，用于發(fā)射不同顏色的光；串并轉(zhuǎn)換器，用于對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換以輸出與載波的數(shù)量N —樣多的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行；調(diào)制器，用于以預(yù)定數(shù)目維度對從所述串并轉(zhuǎn)換器輸出的N個第一數(shù)據(jù)行分別進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生N個調(diào)制信號；正弦波信號乘法器，用于將調(diào)制器中產(chǎn)生的N個調(diào)制信號乘以具有正交載波頻率的N 個正弦波信號，以產(chǎn)生N個載波信號；載波分配單元，用于基于第二數(shù)據(jù)行將所述正弦波信號乘法器中產(chǎn)生的N個載波信號分配給多個發(fā)光器件，并且將分配給相同發(fā)光器件的載波信號相加以產(chǎn)生和發(fā)光器件數(shù)量相同的發(fā)送信號；以及發(fā)光控制器，用于使相應(yīng)于每個相應(yīng)的發(fā)送信號的發(fā)光器件以取決于所述載波分配單元中產(chǎn)生的每個發(fā)送信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)射光，以及所述接收裝置包括多個光接收器件，用于接收不同顏色的光，并且輸出每個顏色的接收信號； FFT單元，用于使用N個正弦波信號對從每個光接收器件輸出的接收信號進(jìn)行FFT處理，以提取用于每個顏色的調(diào)制信號；解調(diào)器，用于對FFT單元中提取的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)所述第一數(shù)據(jù)行； 第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元，用于基于FFT單元中提取的調(diào)制信號來檢測在載波信號和每個顏色的發(fā)光器件之間的關(guān)系，并且基于相應(yīng)的檢測結(jié)果恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行；以及并串轉(zhuǎn)換器，用于對解調(diào)器中恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元中恢復(fù)的第二數(shù)據(jù)行進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換以恢復(fù)原始發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的可見光通信系統(tǒng)，其中，所述載波分配單元包括N個包括輸入端口和多個輸出端口的開關(guān)，每個載波信號被輸入到所述輸入端口，所述多個輸出端口分別相應(yīng)于所述多個發(fā)光器件，并且所述開關(guān)用于將輸入到輸入端口的每個載波信號的輸出方向切換到任一輸出端口；開關(guān)控制器，用于基于第二數(shù)據(jù)行控制每個開關(guān)，并且控制輸入到每個開關(guān)的載波信號的輸出方向；以及加法器，用于將從N個開關(guān)相應(yīng)于相同的發(fā)光器件的輸出端口輸出的載波信號相加， 所述加法器包括與發(fā)光器件數(shù)量相同的數(shù)量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可見光通信系統(tǒng)，其中，所述載波分配單元對每個載波信號進(jìn)行分配，以使得一個載波信號不被分配給多個發(fā)光器件。
4.如權(quán)利要求1到3中的任意一項所述的可見光通信系統(tǒng)，其中，所述第二數(shù)據(jù)行恢復(fù)單元包括信號確定單元，用于確定N個載波信號的每一個是否包括在每個顏色的接收信號中；以及數(shù)據(jù)恢復(fù)單元，用于基于所述信號確定單元中的確定結(jié)果來檢測顏色和載波信號中每一個的組合，并且從相應(yīng)的組合恢復(fù)所述第二數(shù)據(jù)行。 5. 一種用于發(fā)送信號的方法，包括如下步驟 由包括多個發(fā)光器件的發(fā)送裝置對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換以輸出和載波的數(shù)量N—樣多的第一數(shù)據(jù)行和第二數(shù)據(jù)行； 以預(yù)定數(shù)目維度對從所述串并轉(zhuǎn)換步驟輸出的N個第一數(shù)據(jù)行分別進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生 N個調(diào)制信號；乘以正弦波信號，用于將調(diào)制步驟中產(chǎn)生的N個調(diào)制信號分別乘以具有正交載波頻率的N個正弦波信號；基于所述第二數(shù)據(jù)行將乘以正弦波信號的步驟中產(chǎn)生的N個載波信號分配給所述多個發(fā)光器件；將在分配步驟中分配給相同發(fā)光器件的載波信號相加，并且產(chǎn)生和發(fā)光器件數(shù)量相同的發(fā)送信號；以及發(fā)光控制，用于使相應(yīng)于每個相應(yīng)的發(fā)送信號的發(fā)光器件以取決于所述產(chǎn)生發(fā)送信號的步驟中產(chǎn)生的每個發(fā)送信號的信號幅度的發(fā)光強度來發(fā)射光，以及由包括多個接收不同顏色的光并輸出每個顏色的接收信號的光接收器件的接收裝置使用N個正弦波信號對從每個光接收器件輸出的接收信號進(jìn)行FFT處理，以提取每個顏色的調(diào)制信號；對FFT處理步驟中提取的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)所述第一數(shù)據(jù)行； 基于FFT處理步驟中提取的調(diào)制信號來檢測在每個載波信號和每個顏色的發(fā)光器件之間的關(guān)系，并且基于相應(yīng)的檢測結(jié)果恢復(fù)所述第二數(shù)據(jù)行；以及對所述解調(diào)步驟中恢復(fù)的第一數(shù)據(jù)行和恢復(fù)第二數(shù)據(jù)行的步驟中恢復(fù)的第二數(shù)據(jù)行進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，以恢復(fù)原始發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
公開一種可見光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)與SDM方案相比提高了傳輸速率，并且除去了色間干擾的影響，從而提高了通信質(zhì)量。包括在可見光通信系統(tǒng)LS2中的發(fā)送裝置100將被調(diào)制成發(fā)送信息的OFDM信號的每個載波信號分量分配給不同顏色的光的多個LED。此時，除了被調(diào)制成信息的每個載波信號之外，當(dāng)載波信號被分配給LED和LED波長時，信息還被添加到了載波頻率的組合上。
文檔編號H04B10/10GK102224692SQ200980147103
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者橫井敦也 申請人:三星電子株式會社