УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯРКОСТИ ПРИ СВЯЗИ В ДИАПАЗОНЕ ВИДИМОГО СВЕТА Российский патент 2013 года по МПК H04B10/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящая заявка, в общем, относится к оптической связи в диапазоне видимого света, а более конкретно, к поддержке механизмов регулирования яркости и способов для использования при связи в диапазоне видимого света.

Уровень техники

Связь в диапазоне видимого света (VLC) является новой технологией для оптической беспроводной связи ближнего действия с использованием видимого света в оптически прозрачных средах. Эта технология предоставляет доступ к нескольким сотням терагерц (ТГц) нелицензированного спектра. VLC является устойчивой к проблемам электромагнитных помех и помехозащищенности, ассоциированным с радиочастотными (RF) системами. VLC предоставляет дополнительный уровень безопасности посредством предоставления возможности пользователю видеть передачу данных через канал связи. Другое преимущество VLC заключается в том, что она расширяет и дополняет существующие услуги (такие как освещение, отображение, индикация, декорация и т.д.) по сравнению с существующими инфраструктурами на основе диапазона видимого света. VLC-сеть является любой сетью двух или более устройств, которые участвуют в VLC.

Фиг.1 иллюстрирует полный электромагнитный частотный спектр и разбиение длин волн, занимаемых посредством видимого света. Спектр видимого света находится приблизительно в диапазоне 380-780 нм по длине волны, что соответствует частотному диапазону приблизительно в 400-790 ТГц. Поскольку этот спектр является большим и может поддерживать источники света с несколькими цветами, VLC-технология может предоставлять большое число каналов для связи.

Сущность изобретения

Техническая задача

Инфраструктуры освещения во многих бытовых, офисных и промышленных областях применения имеют ассоциированные схемы регулирования яркости с освещением. Элементы управления освещением используются для того, чтобы повышать персональный комфорт, увеличивать срок службы источников освещения и экономить энергию. Каждый пользователь имеет различные визуальные возможности и уровни комфорта. Регулирование яркости света предоставляет решение, чтобы оптимизировать персональное окружение для его удобства и комфорта.

Техническое решение

Предоставляется способ для связи в диапазоне видимого света (VLC) для использования в осветительном окружении с регулируемой яркостью. Способ включает в себя пропускание света, по меньшей мере, из одного источника света, причем яркость света уменьшается ниже максимального уровня. Способ также включает в себя компенсацию уменьшенной яркости света в VLC-схеме. Способ дополнительно включает в себя передачу данных, по меньшей мере, в одно приемное VLC-устройство с использованием света, по меньшей мере, из одного источника света.

Предоставляется второй способ для связи в диапазоне видимого света (VLC) для использования в осветительном окружении с регулируемой яркостью. Способ включает в себя пропускание света, по меньшей мере, из одного источника света, причем яркость света уменьшается ниже максимального уровня. Способ также включает в себя, в VLC-схеме, приспосабливание к уменьшенной яркости света. Способ дополнительно включает в себя передачу данных, по меньшей мере, в одно приемное VLC-устройство с использованием света, по меньшей мере, из одного источника света.

Предоставляется система для связи в диапазоне видимого света в осветительном окружении с регулируемой яркостью. Система включает в себя, по меньшей мере, один источник света, причем каждый источник света выполнен с возможностью пропускать свет и передавать данные в приемное VLC-устройство с использованием света. Система также включает в себя схему регулятора яркости, выполненную с возможностью уменьшать яркость света, по меньшей мере, из одного источника света ниже максимального уровня. Система дополнительно включает в себя VLC-схему, выполненную с возможностью компенсировать уменьшенную яркость света.

До перехода к нижеприведенному разделу "Подробное описание изобретения" может быть преимущественным задавать определения конкретных слов и фраз, используемых в данном патентном документе. Термины "включает в себя" и "содержит", а также их производные слова означают включение без ограничения; термин "или" является включающим, означая и/или; фразы "ассоциированный с" и "ассоциированный с ним", а также их производные слова могут означать включать в себя, быть включенным в, взаимодействовать с, содержать, содержаться в, подключаться к или соединяться с, связываться с, поддерживать обмен с, взаимодействовать с, перемежаться, помещаться рядом, быть рядом с, быть привязанным к, иметь, иметь свойство и т.п.; и термин "контроллер" означает любое устройство, систему или ее часть, которая управляет, по меньшей мере, одной операцией, причем это устройство может быть реализовано в аппаратных средствах, микропрограммном обеспечении или программном обеспечении либо в определенной комбинации, по меньшей мере, двух элементов из вышеозначенного. Следует отметить, что функциональность, ассоциированная с любым конкретным контроллером, может быть централизованной или распределенной локально или удаленно. Определения для конкретных слов и фраз предоставляются по всему данному патентному документу, специалисты в данной области техники должны понимать, что во многих, если не во всех случаях, эти определения применяются к предшествующим, а также к будущим случаям применения этих заданных слов и фраз.

Преимущества изобретения

Настоящее изобретение предоставляет устройство и способ для поддержки регулирования яркости при связи в диапазоне видимого света (VLC).

Описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ приводится ссылка на последующее описание, рассматриваемое совместно с прилагаемыми чертежами, на которых аналогичные ссылки с номерами представляют аналогичные части:

фиг.1 иллюстрирует полный электромагнитный частотный спектр и разбиение длин волн, занимаемых посредством видимого света;

фиг.2 иллюстрирует схематический вид и кривые напряжения/тока для симистора, используемого при регулировании яркости;

фиг.3 иллюстрирует схемы, иллюстрирующие фазовые характеристики регуляторов яркости на основе симистора;

фиг.4 показывает график, иллюстрирующий восприятие человеческим глазом света с увеличенной яркостью;

фиг.5 иллюстрирует два различных способа регулирования яркости для светодиодов: аналоговое и на основе широтно-импульсной модуляции;

фиг.6 показывает блок-схему, иллюстрирующую DALI-интерфейс между DALI-контроллером и балластными резисторами;

фиг.7 иллюстрирует межсоединение DALI-интерфейса;

фиг.8 иллюстрирует интерфейс светодиодного регулятора яркости согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.9 иллюстрирует VLC-систему с поддержкой регулятора яркости согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.10 и 11 иллюстрируют уровень яркости в течение периода времени светодиодного источника света с переопределением регулирования яркости согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.12 показывает древовидное представление нескольких вариантов осуществления поддержки регулятора яркости;

фиг.13 иллюстрирует VLC-систему, которая разрешает внешнее переопределение регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.14 иллюстрирует VLC-систему, в которой внешнее переопределение регулирования яркости является невозможным или не требуется, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.15 иллюстрирует VLC-систему, в которой невозможно или не требуется управлять светодиодным драйвером, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.16 иллюстрирует VLC-систему, которая использует аналоговое регулирование яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.17 иллюстрирует VLC-систему, которая использует аналоговое регулирование яркости без внешнего переопределения регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.18 иллюстрирует сигнал состояния бездействия/приема, который передается во время состояний бездействия или приема инфраструктурного источника света, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.19 иллюстрирует процесс для обнаружения устройства, который использует сигнал бездействия/приема для обнаружения устройства, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.20 иллюстрирует процесс, в котором инфраструктурный источник света и VLC-устройство обмениваются информацией с использованием внешнего переопределения регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.21 иллюстрирует процесс связи, который адаптирует скорость передачи данных на физическом уровне, рабочий цикл и схему модуляции, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности;

фиг.22 иллюстрирует процесс связи, который включает в себя выделение ресурсов и изменения диспетчеризации, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности; и

фиг.23 иллюстрирует процесс связи, который включает в себя вспомогательную адаптацию линии связи во время регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности.

Оптимальный режим осуществления изобретения

Фиг.1-23, описанные ниже, и различные варианты осуществления, используемые для того, чтобы описывать принципы настоящего раскрытия сущности в данном патентном документе, предоставлены только в качестве иллюстрации и не должны рассматриваться ни при каких обстоятельствах как ограничивающие объем раскрытия сущности. Специалисты в данной области техники должны понимать, что принципы настоящего раскрытия сущности могут быть реализованы в любой надлежащим образом скомпонованной сети связи в диапазоне видимого света.

Следующие документы и описания стандартов, тем самым, содержатся в настоящем раскрытии сущности, как если полностью изложены в данном документе:

Патент (США) № 7102902 автора Brown, и др., озаглавленный "Dimmer Circuit for LED".

Патент (США) № 7321203 автора Marosek, озаглавленный "LED Dimming Control Technique for Increasing the Maximum PWM Dimming Ratio and Avoiding LED Flicker".

H. Sugiyama, S. Haruyama, M. Nakagawa, "Brightness Control Methods for Illumination and Visible Light Communication Systems", IEEE International Conference on Wireless and Mobile Communications, 2007 год.

ENERGY STAR® Program Requirements for Integral LED Lamps, проект 1-16-09, доступный на время подачи заявки по адресу www.energystar.gov/ia/partners/prod_development/revisions/downloads/lighting/ESIntegralLampsCriteria_Draft1.pdf.

Michael Day, "PWM Dimming Enhances Color Purity in High-end LED video displays", 31 октября 2005 года, доступный на время подачи заявки по адресу www.eeproductcenter.com/passives/showArticle.jhtml?articleID=173401243.

Дополнительную информацию, релевантную для настоящего раскрытия сущности, можно найти на время подачи заявки на сайтах www.dali-ag.org и www.vlcc.net.

Введение ламп на светоизлучающих диодах (светодиодных) для того, чтобы заменять лампы накаливания или люминесцентные лампы, создает множество новых сложностей. Светодиоды типично работают на постоянном токе и, следовательно, должны быть преобразованы, чтобы работать при переменном токе. Кроме того, стандартное переменное напряжение может варьироваться в различных частях света. Коррекция коэффициента мощности и энергетическая отдача также все в большей степени подчиняются к государственным нормативам в области электроэнергии. Светодиоды имеют преимущество над компактными люминесцентными лампами (CFL) в том, что светодиоды могут быть легко использованы со схемами регулятора яркости, тогда как CFL не могут. Поддержка регулирования яркости является также одним из требований, предлагаемых для сертификации ENERGY STAR® посредством Министерства энергетики США.

Фиг.2 иллюстрирует схематический вид и кривые напряжения/тока для симистора. Регулятор яркости на основе симистора является самым популярным способом регулирования яркости сегодня, используемым в лампах накаливания. Как показано на фиг.2, симистор используется для того, чтобы активировать или деактивировать ток на основе напряжения затвора. Посредством регулирования напряжения затвора в ответ на настройку регулятора яркости симистор может быть использован для того, чтобы регулировать ток, протекающий в лампу накаливания. В зависимости от типа используемой схемы (индукторной или конденсаторной) являются возможными регуляторы яркости с прямой или обратной фазой. Посредством регулирования регулятора освещенности симистор инициирует вывод при различных фазах входной синусоидальной волны сети переменного тока, тем самым варьируя ток через лампу накаливания. Это показывается на схемах на фиг.3.

Фиг.4 показывает график, иллюстрирующий восприятие человеческим глазом света с увеличенной яркостью. Как видно на графике, человеческий глаз имеет нелинейную характеристику для уровня освещенности. При низких уровнях освещенности количество света, которое воспринимает человеческий глаз, превышает фактический свет, присутствующий в комнате, на основе светотехнического измерения с помощью люксметра. Это подразумевает, что существует потребность в лампах, чтобы предоставлять широкий диапазон уровней регулирования яркости. Сила света может варьироваться от 0,1% до 100% так, что она имеет наибольший полезный диапазон регулирования яркости для пользователя-человека.

Фиг.5 иллюстрирует два различных способа регулирования яркости для использования со светодиодами: аналоговое и на основе широтно-импульсной модуляции. При аналоговом регулировании яркости яркость светодиодов управляется посредством изменения тока в светодиодах. Как показано на верхнем графике фиг.5, уменьшенный ток уменьшает яркость светодиодов. Напротив, PWM-регулирование яркости поддерживает полный прямой ток во время регулирования яркости. Уменьшение яркости светодиодов достигается посредством модуляции общего количества времени для прямого электрического тока. Как показано на фиг.5, прямой ток на графике PWM-регулирования яркости в четыре раза превышает ток графика аналогового регулирования яркости. Тем не менее, ширина импульса составляет только одну четвертую рабочего цикла. Поскольку человеческий глаз не может воспринимать изменения быстрее, чем при 100 Гц, он воспринимает среднее светодиодного вывода на основе рабочего цикла. Когда среднее рабочего цикла уменьшается, глаз воспринимает PWM-вывод в качестве света с регулируемой яркостью, как указано посредством пунктирной линии на фиг.5. Хотя аналоговое регулирование яркости проще, уменьшенный ток может вызывать изменение в цвете светодиодов, что является серьезным недостатком по сравнению с решениями по PWM-регулированию яркости.

Кроме использования подводимой мощности для того, чтобы непосредственно уменьшать ток питания, существуют другие способы, которые могут быть использованы для того, чтобы управлять регулированием яркости. Одна альтернатива состоит в том, чтобы иметь изолированную линию связи с низким напряжением для регулятора освещенности. Это является полезным для того, чтобы подключать регулятор яркости к широкому диапазону датчиков и устройств. Обычно используемое аналоговое управление - это аналоговое управление в диапазоне 0-10 В, которое задает напряжение в источнике света на основе настройки регулятора яркости. Оно задается с использованием стандарта Международной электротехнической комиссии (IEC) 60929. Новый стандарт, называемый цифровым интерфейсом освещения с адресацией (DALI), развивается в качестве популярного международного стандарта также на основе IEC 60929. DALI предоставляет цифровой интерфейс для регулирования яркости с простым межсоединением, управлением модулями, автоматическим регулированием яркости с логарифмическим режимом регулирования яркости и другими аналогичными признаками. Рабочие параметры, такие как минимальный/максимальный уровень затемнения, время и скорость затемнения, могут быть сохранены в балластном запоминающем устройстве. DALI также предоставляет запросы на то, чтобы получать коэффициент регулирования яркости и множество сообщений о состоянии.

Фиг.6 показывает блок-схему, иллюстрирующую DALI-интерфейс между DALI-контроллером и балластными схемами. Важно отметить то, что DALI является программным решением, которое предоставляет цифровое управление для регулирования яркости. DALI-интерфейс является довольно простым, добавляя два провода к существующим трем проводам в кабеле, идущем в балластную схему. Это показано на фиг.7. Эти два провода дают возможность задания цифрового управления для схемы регулятора яркости в балластной схеме.

Таблица 1 показывает типичные сообщения, которые могут программироваться через DALI для регулирования яркости. Важно отметить то, что DALI-интерфейс разрешает задание значений источника света для регулирования яркости, а также запрашивание источника света.

Таблица 1 Типичное DALI-сообщение Описание Перейти к уровню освещенности xx Задает уровень освещенности от 0,1% до 100,0% Перейти к минимальному уровню Задает уровень освещенности, заданный как наименьший для этого случая или настройки Выключение лампы Выключает свет Перейти к уровню, совместимому со случаем xx Задает уровень освещенности на предварительно заданном уровне Вопрос: Какой уровень освещенности? Возвращает число от 0,1% до 100,0% Вопрос: Каково ваше состояние? Возвращает множество сообщений о состоянии

Фиг.8 иллюстрирует интерфейс светодиодного регулятора яркости согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Интерфейс 800 регулятора яркости включает в себя источник 810 питания, схему 820 светодиодного регулятора яркости, схему 830 светодиодного драйвера и светодиодный источник 840 света. Схема 830 светодиодного драйвера принимает мощность 850 из схемы 820 светодиодного регулятора яркости. В конкретных вариантах осуществления интерфейс 800 регулятора яркости может включать в себя цифровое регулирование 860 освещенности, к примеру, DALI, которое предоставляет программное управление для регулирования яркости. В конкретных вариантах осуществления интерфейс 800 регулятора яркости также может использовать внешне сформированный PWM-вход 870 для регулирования яркости. Поскольку регулирование 860 освещенности и PWM-вход 870 являются необязательными интерфейсами для драйвера, они указываются с помощью пунктирной линии на фиг.8. В зависимости от изготовителя части 820 светодиодного регулятора яркости и светодиодный драйвер 830 могут быть интегрированы на одном кристалле или могут быть на отдельных кристаллах.

Использование регулирования яркости для связи в диапазоне видимого света является неисследованной темой, которая появилась недавно вследствие стандартизации IEEE 802.15.7. IEEE 802.15.7 описывает использование инфраструктурных устройств, к примеру, приспособлений для окружающего света, в качестве класса устройств связи. Кроме IEEE 802.15.7 нет известных стандартов для беспроводной связи, которые имеют требования по поддержке регулирования яркости.

Использование регулирования яркости при связи в диапазоне видимого света поднимает несколько проблем, включающих в себя следующее:

1) В настоящее время нет глобально признанного стандарта регулирования яркости с варьированием в зависимости от изготовителя (хотя стандарты, такие как DALI, разрабатываются для того, чтобы разрешать эту проблему).

2) На VLC может влиять широтно-импульсная модуляция (PWM), используемая в драйверах для регулирования яркости. Если схема регулятора яркости выключает светодиод во время части рабочего цикла, светодиод не может быть использован для того, чтобы передавать данные во время "выключенной" части каждого цикла.

3) В зависимости от шаблонов передачи данных VLC может вызывать воспринимаемое мерцание в источниках окружающего света, которые используются в качестве передающих VLC-устройств.

Эффект мерцания, вызываемый посредством PWM, рассмотрен в более ранних проектах и патентах. Например, Консорциум по связи в диапазоне видимого света (VLCC) предложил регулировать уровень мощности передачи для окружающего освещения, чтобы обеспечивать поддержание согласованным уровня вывода в ходе связи. Тем не менее, непонятно, как обрабатывается время бездействия между передачами (неактивная часть). Сигнал, который отправляется в течение времени бездействия, может быть статическим (постоянным во времени), если регулирование яркости не используется. Тем не менее, если PWM используется для регулирования яркости, статический сигнал не может быть использован во время регулирования яркости. Кроме того, статический сигнал не может передавать информацию. Настоящее раскрытие сущности описывает другие типы сигналов, которые могут отправляться в этот период времени и которые могут сосуществовать с PWM, а также переносить полезную информацию.

Фиг.9 иллюстрирует VLC-систему с поддержкой регулятора яркости согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Система 900 включает в себя интерфейс 800 светодиодного регулятора яркости. Система 900 также включает в себя VLC-схему 910 и вспомогательную схему 920 VLC-драйвера. Вспомогательная схема 920 VLC-драйвера является необязательной в конкретных вариантах осуществления, в зависимости от сложности модуляции и скоростей передачи данных, которые должны поддерживаться. Также могут быть разные уровни интеграции для схемы 820 светодиодного регулятора яркости, схемы 830 светодиодного драйвера и VLC-схемы 910, в зависимости от изготовителя и возможности многократного использования существующих схем регулятора яркости.

Вспомогательная схема 920 VLC-драйвера компенсирует все потери яркости, обусловленные схемами модуляции, используемыми в VLC-связи. В конкретных вариантах осуществления может быть несколько выводов и вводов из VLC-схемы 910, что интерфейс со схемой 820 светодиодного регулятора яркости и схемой 830 светодиодного драйвера последовательно поддерживает регулирование яркости в стандарте. Несколько вариантов осуществления поясняются ниже.

Поскольку существует определенное число различных типов интерфейсов регулятора яркости, полезно понимать различные типы, а также то, как решения могут быть разработаны, чтобы адресовать каждый тип. Регуляторы яркости могут быть классифицированы на основе следующих свойств:

Тип регулирования яркости. Регулирование яркости может быть аналоговым или цифровым. Если аналоговое регулирование яркости используется, нет большого влияния на стандартизацию в области VLC. Тем не менее, цифровое регулирование яркости с использованием PWM может поднимать несколько проблем, как описано выше.

Программируемость. Определенные регуляторы яркости и драйверы дают возможность программирования PWM-входа из внешнего источника. В этом случае VLC-схема 910 может потенциально возбуждать PWM-вход способом, подходящим для передачи данных из источника света.

Скорость переключения. Хотя источник света может иметь возможность переключаться на частоте модуляции, могут быть случаи, когда светодиодный регулятор яркости и схемы драйверов могут не иметь возможности переключаться на частоте модуляции. Это может быть обусловлено тем, что схемы не выполнены с возможностью поддерживать VLC, или обусловлено другими ограничениями схемы драйвера.

Внешнее переопределение регулирования яркости. В конкретных вариантах осуществления, когда VLC-связь выполняется, может быть приемлемым временно переопределять регулятор освещенности и давать возможность повышения яркости света. Это может быть полезным для того, чтобы предоставлять связь по стандартам высокоскоростной передачи данных, даже когда настройка регулятора яркости задана на низкий уровень. Это может достигаться только через PWM-регулирование яркости. Этот принцип поясняется на фиг.10 и 11.

Фиг.10 и 11 иллюстрируют уровень яркости во времени светодиодного источника света, который подвергается внешнему переопределению регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Фиг.10 иллюстрирует светодиодный источник 1000 света (например, светодиодный монитор), яркость которого уменьшена, чтобы экономить электроэнергию. Когда приемное VLC-устройство 1010 устанавливает контакт со светодиодным источником 1000 света, чтобы участвовать в VLC, VLC-контроллер переопределяет настройку регулирования яркости, и яркость светодиодного источника 1000 света повышается. В конкретных вариантах осуществления VLC-контроллер может быть расположен в светодиодном источнике 1000 света или приемном VLC-устройстве 1010. После того как яркость светодиодного источника 1000 света повышается, VLC-связь осуществляется между светодиодным источником 1000 света и приемным VLC-устройством 1010. Когда VLC-связь завершается, VLC-контроллер прекращает управление настройкой регулирования яркости, и яркость светодиодного источника 1000 света еще раз уменьшается до режима энергосбережения.

Фиг.11 графически иллюстрирует уровень яркости во времени светодиодного источника света (например, светодиодной лампы), который подвергается внешнему переопределению регулирования яркости. График (a) показывает уровень яркости во времени для светодиодного источника света, который не участвует в VLC. Во времени уровень яркости увеличивается и уменьшается, возможно, в результате регулирования вручную регулятора пользователем поблизости от источника света освещенности. Пользователь увеличивает яркость света в начале периода времени o и затем уменьшает свет до меньшего уровня в начале периода времени r.

График (b) показывает действия при VLC, которые осуществляются в течение идентичного периода времени. Действия при VLC (т.е. передача данных) осуществляются в течение активных блоков в периоды времени n, o, q и s. Если источник света графика (a) является источником передачи для действий при VLC и источник света разрешает внешнее переопределение регулирования яркости, то график (c) иллюстрирует результирующий уровень яркости источника света во времени. В течение периодов n и s переопределяется настройка регулятора яркости времени, и уровень яркости задается максимальным, чтобы источник света мог передавать данные через VLC. В течение других периодов времени уровень яркости задается согласно настройке регулятора яркости, показанной на графике (a).

Наоборот, если источник света не разрешает внешнее переопределение регулирования яркости, то VLC-схема должна приспосабливать связь при наличии уменьшенной яркости. График (d) иллюстрирует результирующий уровень яркости источника света во времени. График (d) совпадает с графиком (a), поскольку регулятор освещенности вручную не переопределяется для VLC. VLC по-прежнему может осуществляться в течение периодов n, o, q и s времени. Тем не менее, в течение периодов n и s времени VLC осуществляется с источником света при уменьшенной яркости. В некоторых вариантах осуществления VLC при уменьшенной яркости может приводить к меньшим скоростям передачи данных, сниженной точности или избыточности, либо и к тому, и к другому.

Далее поясняются несколько вариантов осуществления VLC-связи в окружениях со светом с регулируемой яркостью. Хотя следующие варианты осуществления описываются в отношении светодиодных источников света, предполагается, что другие источники света (например, лампа накаливания, люминесцентная лампа, вольфрамовая лампа, плазма, галоген и т.д.) могут быть использованы и находятся в рамках объема настоящего раскрытия сущности. Кроме того, может быть только один источник света или несколько источников света, выполненных с возможностью VLC-связи. Чтобы предоставлять контекст в каждый вариант осуществления, фиг.12 показывает древовидное представление классификаций различных вариантов осуществления. Одна буква ниже каждого поля является справочным индикатором для этого варианта осуществления.

Случай A предоставляет внешнее переопределение регулирования яркости для VLC-связи.

Случай B не предоставляет внешнее переопределение регулирования яркости, но дает возможность переключения PWM-драйвера на надлежащей высокой скорости передачи данных, чтобы поддерживать связь на частоте модуляции (быстрое переключение).

Случай C предоставляет переключаемый PWM-драйвер, который не имеет возможности переключаться на частоте модуляции (медленное переключение).

Случай D не предоставляет управления регулятором яркости или схемой драйвера.

Случай E предоставляет аналоговое регулирование яркости, но с возможностью переопределения.

Случай F предоставляет аналоговое регулирование яркости без возможности переопределения.

Далее поясняется каждый из этих вариантов осуществления.

Фиг.13 иллюстрирует VLC-систему, которая разрешает внешнее переопределение регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности (случай A). Система 1200 включает в себя источник 810 питания, схему 820 светодиодного регулятора яркости, схему 830 светодиодного драйвера, светодиодный источник 840 света, регулирование 860 освещенности, PWM-вход 870, VLC-схему 910 и вспомогательную схему 920 VLC-драйвера, как видно на фиг.9. Система 1200 также включает в себя два мультиплексора 1210 и 1220. Регулятор 860 освещенности и PWM-вход 870 теперь являются входами мультиплексоров 1210 и 1220, соответственно. Сигнал 1230 обхода возникает в VLC-схеме 910 и вводится в мультиплексор 1210. PWM-ввод 1240 также возникает в VLC-схеме 910 и вводится в мультиплексор 1220.

Во время работы VLC светодиодный драйвер 830 принимает сигнал 1230 обхода и PWM-ввод 1240 из VLC-схемы 910. Эти сигналы инструктируют светодиодному драйверу 830 обходить регулятор 860 освещенности и PWM-вход 870. Как результат, источник 840 света настраивается на максимальную яркость, чтобы упрощать VLC-связь. После того как VLC-связь завершается, схема 820 светодиодного регулятора яркости восстанавливает управление светодиодным драйвером 830 и возобновляет обычный режим работы. Изготовители могут принимать решение использовать этот вариант осуществления при разработке интегрированного решения по регуляторам яркости, драйверам и VLC, после того как стандартизация в области VLC завершена.

Фиг.14 иллюстрирует VLC-систему, в которой внешнее переопределение регулирования яркости является невозможным или не требуется, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности (случаи B и C). Система 1300 включает в себя источник 810 питания, схему 820 светодиодного регулятора яркости, схему 830 светодиодного драйвера, светодиодный источник 840 света, VLC-схему 910 и вспомогательную схему 920 VLC-драйвера, как видно на фиг.9. Система 1300 также включает в себя датчик 1310 регулятора яркости. В этом варианте осуществления датчик 1310 регулятора яркости считывает конфигурацию схемы 820 светодиодного регулятора яркости с использованием DALI или других механизмов цифрового регулятора освещенности. Датчик 1310 регулятора яркости затем предоставляет конфигурацию регулятора яркости или рабочий цикл в качестве ввода в VLC-схему 910. VLC-схема 910 затем может адаптировать свою скорость передачи данных и/или схему модуляции в зависимости от настройки регулятора яркости вместе с любым ассоциированным формированием PWM-сигналов, чтобы поддерживать регулирование яркости. В случае медленного переключения (случай C) контроллер доступа к среде (MAC) (не показан) может адаптировать свое расписание передачи и выделение ресурсов, чтобы сосуществовать с регулированием яркости.

Фиг.15 иллюстрирует VLC-систему, в которой невозможно или не требуется управлять светодиодным драйвером, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности (случай D). Система 1400 включает в себя источник 810 питания, схему 820 светодиодного регулятора яркости, схему 830 светодиодного драйвера, светодиодный источник 840 света, регулятор 860 освещенности, PWM-вход 870, VLC-схему 910 и вспомогательную схему 920 VLC-драйвера, как видно на фиг.9. В этом варианте осуществления VLC-схема 910 считывает вывод светодиодного драйвера 830, чтобы собирать сведения об уровне регулирования яркости и рабочем PWM-цикле и используемой частоте. VLC-схема 910 затем адаптирует свое расписание передачи, скорость передачи данных и выделение ресурсов, чтобы сосуществовать с PWM-регулированием освещенности.

Фиг.16 иллюстрирует VLC-систему, которая использует аналоговое регулирование яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности (случай E). Система 1500 включает в себя источник 810 питания, схему 830 светодиодного драйвера, светодиодный источник 840 света, VLC-схему 910 и вспомогательную схему 920 VLC-драйвера, как видно на фиг.9. Система 1500 также включает в себя схему 1510 аналогового светодиодного регулятора яркости и мультиплексор 1520. Во время VLC-связи сигналы из VLC-схемы 910 переопределяют сигнал аналогового регулирования освещенности аналогового светодиодного регулятора 1510 яркости. Хотя аналоговое регулирование яркости не приводит к проблеме в VLC, как PWM при цифровом регулировании яркости, по-прежнему имеется снижение силы пропускаемого света вследствие регулирования яркости. Механизм переопределения в системе 1500 может уменьшать снижение, чтобы упрощать VLC.

Фиг.17 иллюстрирует VLC-систему, которая использует аналоговое регулирование яркости без внешнего переопределения регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности (случай F). Система 1600 включает в себя источник 810 питания, схему 830 светодиодного драйвера, светодиодный источник 840 света, VLC-схему 910, вспомогательную схему 920 VLC-драйвера и схему 1510 аналогового светодиодного регулятора яркости, как видно на фиг.16. Система 1600 не включает в себя механизм переопределения регулирования яркости, как система 1500. В этом случае MAC (не показан) использует алгоритм автоматического выбора скорости, чтобы регулировать свою линию связи, когда регулирование яркости используется.

Фиг.18 иллюстрирует сигнал состояния бездействия/приема (бездействия/RX), который передается во время состояний бездействия или приема инфраструктурного источника света, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Если источник света передает в определенных интервалах и затем бездействует между этими интервалами, в результате может получаться видимое мерцание в источнике света. Сигнал состояния бездействия/приема может быть использован для того, чтобы поддерживать оптимальную видимость и работу без мерцания в течение периодов бездействия или приема в инфраструктуре. Это выполняется посредством сигнала бездействия/приема, имитирующего общий шаблон активного передаваемого сигнала. В частности, сигнал бездействия/приема, в общем, имеет идентичный рабочий цикл, который используется во время активного сигнала.

При рассмотрении сигналов в части (a) фиг.18 можно видеть, что два активных блока PWM-передачи разделяются посредством блока бездействия/приема. Чтобы уменьшать мерцание, сигнал "шаблона регулирования яркости" формируется для передачи во время блока бездействия/приема. Когда сигнал шаблона регулирования яркости передается во время блока бездействия/приема, результатом является практически обычный выходной сигнал посредством источника света. Соответственно, эффекты мерцания или видимости, которые наблюдаются в течение периодов бездействия, уменьшаются или исключаются. Сигналы в части (a) отражают управление регулятором освещенности, которое настраивается на высокую яркость.

Аналогичный пример наблюдается в сигналах, показанных в части (b) фиг.18. Здесь, регулятор освещенности настраивается на низкую яркость. Таким образом, полный рабочий цикл активных передаваемых сигналов уменьшается. Таким образом, сигнал шаблона регулирования яркости в состоянии бездействия/приема также демонстрирует уменьшенный рабочий цикл, чтобы почти полностью имитировать активные передаваемые сигналы. Результирующим выводом источника света является практически обычный выходной сигнал.

Существует несколько преимуществ использования такого сигнала состояния бездействия/приема вместо сигнала постоянного уровня (т.е. установившегося). Одно преимущество состоит в том, что сигнал состояния бездействия/приема является более подходящим для использования с PWM-схемами, которым требуется шаблон включения/выключения. Второе преимущество состоит в том, что можно использовать сигнал состояния бездействия/приема для других целей связи, помимо сигнала шаблона регулирования яркости. Он может использоваться для передачи информации, такой как синхронизация, оценка канала, предоставления информации временной синхронизации и формирования маяковых радиосигналов для обнаружения устройства, а также для того, чтобы помогать повышать производительность линии связи VLC. Поскольку потребляемая мощность не является основной проблемой для инфраструктурных устройств, сигнал состояния бездействия/приема может продолжать передачу в широковещательном режиме даже после завершения сеанса связи, чтобы помогать инициировать более быстрые ответы для обнаружения устройства.

В конкретных вариантах осуществления сигнал бездействия/приема может быть разработан с использованием конкретного шаблона, который повторяется во времени, чтобы обеспечивать коэффициенты регулирования яркости от 0,1 до 100%. Повторяющийся шаблон для сигнала может быть в каком-то смысле очень простым, к примеру, PWM-сигналом прямоугольной волны с рабочим циклом, соответствующим коэффициенту регулирования яркости.

Таблица 2 показывает примеры простых шаблонов сигнала бездействия/приема, которые могут быть использованы в зависимости от настройки регулятора яркости. Более сложные формы сигнала регулятора яркости также могут быть разработаны так, что они помогают с синхронизацией, схемой преамбулы, обнаружением устройства и т.д. Различные устройства регулирования яркости могут иметь различные настройки регулятора яркости и различные шаблоны. Различные устройства регулирования яркости также могут иметь идентичную настройку регулятора яркости, но могут иметь различные шаблоны на основе информации, которую они хотят передавать. Шаблон регулирования яркости должен быть разработан так, что приемное устройство может легко поддерживать шаблон регулирования яркости.

Таблица 2 Настройка регулятора яркости Пример используемого сигнала бездействия/приема 0,1% 1 0 0... (999 нулей) 1 0 0... (999 нулей) 50% 1 1 1... (500 единиц) 0 0 0... (500 нулей) 1 1 1... (500 единиц) 0 0 0... (500 нулей) 50% (поочередно) 1 0 1 0 1 0 1 0.....

Фиг.19 иллюстрирует процесс для обнаружения устройства, который использует сигнал бездействия/приема для обнаружения устройства, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Когда яркость инфраструктурного устройства уменьшается и не установлена VLC-связь между устройством и инфраструктурой, информация по формированию маяковых радиосигналов, ассоциированию и синхронизации для прослушивания может отправляться в сигнале бездействия/приема. Устройство затем может принимать решение ассоциироваться и отправлять запрос на ассоциирование в подходящее время, к примеру, в следующий интервал бездействия/приема, когда инфраструктурная VLC прослушивает.

В процессе 1800 VLC-устройство (т.е. любое устройство, которое принимает VLC-передачи) принимает информацию бездействия/приема для инфраструктурного источника 1 света (этап 1810) и декодирует информацию (этап 1820). VLC-устройство принимает решение не ассоциироваться с ним на основе информации, принятой из сигнала бездействия/приема. VLC-устройство затем принимает (этап 1830) и декодирует (этап 1840) сигнал бездействия/приема из инфраструктурного источника 2 света. VLC-устройство принимает решение ассоциироваться с ним и отправляет запрос на ассоциирование в подходящее время (к примеру, следующий интервал бездействия/приема) на основе информации, принятой из декодирования сигнала (этап 1850). Инфраструктурный источник 2 света затем предоставляет разрешение на ассоциирование, и устройства могут теперь обмениваться данными друг с другом в VLC-сеансе (этап 1860).

Фиг.20 иллюстрирует процесс, в котором инфраструктурный источник света и VLC-устройство обмениваются информацией с использованием внешнего переопределения регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Сигнал переопределения формируется посредством VLC-схемы в инфраструктурном источнике света, когда VLC-сеанс должен начинаться. Сигнал переопределения используется для внешнего переопределения регулирования яркости, как описано выше в случае фиг.13.

Процесс 1900 соответствует связи, в которой инфраструктурный источник света и VLC-устройство обмениваются информацией с использованием внешнего переопределения регулирования яркости, чтобы временно прерывать регулирование яркости. Первоначально, инфраструктурный источник света может находиться в режиме бездействия/приема блока по умолчанию (этап 1905). Когда инфраструктурный источник света принимает регулирование освещенности из регулятора яркости, он должен регулировать рабочий цикл сигнала бездействия/приема (этап 1910). Если инфраструктурный источник света принимает служебные сигналы связи (например, запрос на ассоциирование, запрос на передачу обслуживания и т.д.) из VLC-устройства (этап 1915), то инфраструктурный источник света отправляет сигнал переопределения в регулятор яркости (этап 1920). После того как сигнал переопределения принимается посредством регулятора яркости, сигнал регулирования освещенности должен деактивироваться (этап 1925). Даже если пользователь хочет уменьшать яркость света позднее во время сеанса связи (этап 1930), то источник света не должен отвечать пользователю до тех пор, пока сеанс связи не завершен. Инфраструктурный источник света отправляет сигнал запрета переопределения (этап 1935) в регулятор яркости, когда событие имеет место (например, когда связь VLC-устройства и инфраструктурного источника света завершается, или некоторый таймер истекает и т.д.), и в этот момент схема регулятора яркости восстанавливает управление инфраструктурным источником света.

Фиг.21 иллюстрирует процесс связи, который адаптирует скорость передачи данных на физическом уровне, рабочий цикл и схему модуляции, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Этот процесс соответствует VLC-системе для случаев B и C на фиг.14.

Процесс 2000 включает в себя этапы 1905, 1910, 1915 и 1920, как описано на фиг.20. Тем не менее, вместо использования внешнего переопределения регулирования яркости, инфраструктурный источник света регулирует один или более конфигурационных параметров физического уровня (например, рабочий цикл, скорость передачи данных или схемы модуляции и т.д.) (этап 2005). Регулирования основаны на внешнем вводе для регулирования освещенности из интерфейса, такого как DALI. Конфигурационные параметры затем передаются в VLC-устройство. Эти конфигурационные параметры физического уровня также могут совместно регулироваться посредством PWM-требований из регулятора яркости и других требований (например, требования верхнего уровня, такого как качество обслуживания, и т.д.).

Фиг.22 иллюстрирует процесс связи, который включает в себя выделение ресурсов и изменения диспетчеризации, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Процесс регулирует MAC-выделение и расписание передачи для инфраструктурного источника света, чтобы поддерживать VLC согласно регулированию яркости. Это может быть полезным в случаях, когда драйвер не может переключаться на частоте модуляции (медленное переключение), как описано в случае C на фиг.14.

Процесс 2100 включает в себя этапы 1905, 1910, 1915 и 1920, как описано на фиг.20. Тем не менее, вместо использования внешнего переопределения регулирования яркости, инфраструктурный источник света регулирует один или более параметров выделения MAC-ресурсов согласно регулированию освещенности и сообщает в устройство об этих изменениях (этап 2105). Примеры параметров выделения ресурсов включают в себя диспетчеризацию передачи для одного/нескольких типов трафика из одного VLC-устройства, диспетчеризацию передачи для нескольких VLC-устройств, информацию управления мощностью, выбор цвета, поддержку мобильности (например, передачу обслуживания), уменьшение помех и т.д. В конкретных вариантах осуществления инфраструктурный источник света регулирует конфигурации выделения ресурсов на основе PWM-требований из регулятора яркости. Эти конфигурации выделения ресурсов также могут зависеть от других требований, таких как требования верхнего уровня, качество обслуживания и т.д.

Фиг.23 иллюстрирует процесс связи, который включает в себя вспомогательную адаптацию линии связи во время регулирования яркости, согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия сущности. Процесс 2200 включает в себя этапы 1905, 1910, 1915 и 1920, как описано на фиг.20. Тем не менее, вместо использования внешнего переопределения регулирования яркости, таймер адаптации линии связи используется, чтобы задерживать время между запросом регулирования яркости и фактическим регулированием яркости источника света (этап 2205). В конкретных вариантах осуществления MAC запускает таймер адаптации линии связи, когда изменение регулирования освещенности принимается. Посредством задержки регулирования яркости света (вплоть до нескольких сотен миллисекунд или более) VLC-схема может адаптировать линию связи между устройствами так, что она работает на новой (более низкой) скорости передачи данных (когда яркость уменьшена) (этап 2210) без необходимости прерывания линии связи или возможного сбоя линии связи. Этот вариант осуществления может являться преимущественным в случаях, когда прерывание линии связи является возможным вследствие регулирования яркости.

Хотя настоящее раскрытие сущности описано с примерным вариантом осуществления, различные изменения и модификации могут предлагаться специалистам в данной области техники. Подразумевается, что настоящее раскрытие сущности охватывает такие изменения и модификации как попадающие в рамки объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в возможности регулирования яркости света и увеличения числа каналов для связи. Для этого предоставляются способ и система для связи в диапазоне видимого света (VLC) для использования в осветительном окружении с регулируемой яркостью. Способ включает в себя передачу данных с использованием света, по меньшей мере из одного источника света, причем яркость света уменьшается ниже максимального уровня. Способ также включает в себя компенсацию или приспосабливание к уменьшенной яркости света в VLC-схеме, чтобы поддерживать связь. Способ дополнительно включает в себя передачу данных по меньшей мере в одно приемное VLC-устройство с использованием света по меньшей мере из одного источника света. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 23 ил., 2 табл.

1. Способ для регулирования яркости для связи в диапазоне видимого света (VLC), при этом способ содержит этапы, на которых:
- регулируют яркость света с помощью регулятора яркости,
- определяют, следует ли передавать данные по меньшей мере в одно приемное VLC-устройство при отрегулированной яркости света,
- настраивают отрегулированную яркость света до уровня яркости света для связи, и
- восстанавливают отрегулированную яркость после завершения передачи данных, и при этом уровень яркости света для связи является максимальным уровнем яркости света.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий восприятие, что яркость света уменьшена ниже максимального уровня, при этом компенсируют уменьшенную яркость света посредством VLC-схемы.

3. Способ по п.2, дополнительно содержащий этап при котором
- задерживают уменьшение яркости света в течение указанного интервала времени,
- при этом VLC-схема компенсирует уменьшенную яркость света посредством адаптации линии связи для передачи данных между источником света и приемным VLC-устройством в течение указанного интервала времени.

4. Способ по п.1, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором:
- передают сигнал шаблона регулирования яркости во время состояния бездействия, по меньшей мере, одного источника света, причем сигнал шаблона регулирования яркости выполнен с возможностью по существу совпадать с рабочим циклом активного состояния, по меньшей мере, одного источника света.

5. Способ по п.2, в котором VLC-схема приспосабливается к уменьшенной яркости света посредством адаптации, по меньшей мере, одного из следующего: скорость передачи данных, рабочий цикл, модуляция на физическом уровне и схема широтно-импульсной модуляции (PWM) света.

6. Способ по п.2, в котором VLC-схема приспосабливается к уменьшенной яркости света посредством этапов, на которых:
- регулируют, по меньшей мере, один параметр выделения ресурсов контроллера доступа к среде (MAC); и сообщают в приемное VLC-устройство отрегулированные параметры выделения ресурсов.

7. Система для регулирования яркости для связи в диапазоне видимого света (VLC), содержащая:
- по меньшей мере, один источник света, выполненный с возможностью пропускать свет и передавать данные в приемное VLC-устройство с использованием света;
- схему регулятора яркости, выполненную с возможностью регулировать яркость света, VLC-схему, выполненную с возможностью определения, следует ли передавать данные по меньшей мере в одно приемное VLC-устройство при отрегулированной яркости света, и настраивать отрегулированную яркость света до уровня яркости света для связи, и восстанавливать отрегулированную яркость света после завершения передачи данных, и при этом уровень яркости света для связи является максимальным уровнем яркости света.

8. Система по п.7, в которой VLC-схема компенсирует уменьшенную яркость света, посредством восприятия, что яркость света уменьшена ниже максимального уровня.

9. Система по п.7, в которой VLC-схема приспосабливается к уменьшенной яркости света посредством адаптации, по меньшей мере, одного из следующего: скорость передачи данных, рабочий цикл, модуляция на физическом уровне и схема широтно-импульсной модуляции (PWM) света.

10. Система по п.7, в которой VLC-схема приспосабливается к уменьшенной яркости света посредством:
- регулирования, по меньшей мере, одного параметра выделения ресурсов контроллера доступа к среде (MAC); и
- сообщения в приемное VLC-устройство отрегулированных параметров выделения ресурсов.

11. Система по п.7, дополнительно содержащая:
- таймер адаптации линии связи, выполненный с возможностью задерживать уменьшение яркости света;
- при этом таймер адаптации линии связи задерживает уменьшение яркости света в течение указанного интервала времени, и VLC-схема адаптирует линию связи для передачи данных между источником света и приемным VLC-устройством в течение указанного интервала времени.

12. Система по п.7, в которой источник света выполнен с возможностью передавать сигнал шаблона регулирования яркости во время состояния бездействия источника света или состояния приема источника света, причем сигнал шаблона регулирования яркости выполнен с возможностью по существу совпадать с рабочим циклом активного состояния источника света.

13. Система по п.7, в которой VLC-схема дополнительно выполнена с возможностью:
- формировать внешний сигнал, включающий сигнал активности VLC или сигнал широтно-импульсной модуляции (PWM); и
- передавать внешний сигнал в мультиплексор, чтобы обходить настройку регулятора яркости.