本發(fā)明涉及在優(yōu)化傳輸數(shù)據(jù)流量方面利用可見光或不可見（紅外（ir）和紫外（uv））光的通信設(shè)備。

背景技術(shù)：

利用可見光的通信設(shè)備（vlc或lifi，“可見光通信（visiblelightcommunication）”和“光保真度（lightfidelity）”的相應(yīng)的首字母縮合詞）使用可見光來在兩個遠距點之間傳輸信息。利用可見光的通信系統(tǒng)一般包括構(gòu)成發(fā)射部件的一個或多個電致發(fā)光二極管（led）以及構(gòu)成接收部件的光電檢測器。led提供可見范圍內(nèi)的光信號（其強度是按照要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制的）。led光源提供允許有照射和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p功能的優(yōu)點。led光源的物理特征允許探求具有每秒吉比特（gbit/s）量級的流量的數(shù)據(jù)傳輸流量。

這樣的通信系統(tǒng)是有利的，因為可以使用與信息處理系統(tǒng)相關(guān)的大部分光電檢測器作為接收部件，所述信息處理系統(tǒng)允許分析接收到的光信號幅度變化并允許從中得出所傳輸?shù)男盘枴?/p>

存在用于從led傳輸可以被光電檢測器接收到的數(shù)據(jù)的多種類型的調(diào)制，例如：

-非零均值光強度調(diào)制，所使用的調(diào)制因此可以是nrz（“不歸零（non-return-to-zero）”的首字母縮合詞）類型。這是兩態(tài)編碼，當(dāng)傳輸邏輯1時信號處于一個狀態(tài)下（例如，高態(tài)），并且在傳輸邏輯0時信號處于另一狀態(tài)下（例如，低態(tài)）。光電檢測器于是將接收到的光信號強度轉(zhuǎn)譯成與控制光源的電信號的形狀對應(yīng)的電信號。

-添加了極化電流的零均值強度調(diào)制，該極化電流允許照射功能。所使用的調(diào)制為應(yīng)用于lifi的ofdm（“正交頻分多路復(fù)用（ortogonalfrequency-divisionmultiplexing）”的首字母縮合詞）類型。其允許經(jīng)由極化電流來控制照射，添加零均值的ofdm信號將不會修改照射水平。這意味著光電檢測器于是對接收到的光信號強度變化進行轉(zhuǎn)譯。對光電檢測器進行選取以使得不存在所述檢測器的關(guān)聯(lián)于入射光強度（例如，日光強度或led強度）的飽和。

如果目標是同時實現(xiàn)照射功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，則必要的是一方面從直流電流（直流分量或dc分量）極化led模塊并且另一方面從零均值時間模擬信號（交流分量或ac分量）調(diào)制led模塊的強度。這就是為什么所述ofdmlifi技術(shù)適配于這種雙功能類型。

傳統(tǒng)的基于led的lifi通信設(shè)備包括：

-數(shù)據(jù)源（例如，互聯(lián)網(wǎng)）；

-專用電子模塊，其允許將數(shù)字信號數(shù)據(jù)編碼成模擬信號；

-led模塊；

-在照射/傳輸功能的情況下，允許把極化電壓（或電流）與包括要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的模擬信號相加的專用控制部件；

-光電檢測器，能夠檢測被調(diào)制光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號；

-信號處理模塊，能夠運用由光電檢測器生成的電信號。

光伏模塊是能夠?qū)⒈徽{(diào)制光信號轉(zhuǎn)譯成被調(diào)制電信號的光電檢測器，也就是說，所述被調(diào)制電信號對應(yīng)于光強度的變化并且被假設(shè)為表示控制光源的電信號的形狀。使用光伏模塊作為接收部件的通信系統(tǒng)是有利的，這在于其允許顯示光電檢測器的極化（以及因此能量供給），并且還允許考慮為構(gòu)成所述接收部件的電子組件（例如，為信號處理模塊）供給能量。

一般來說，光伏模塊被優(yōu)化以借助于阻抗適配來產(chǎn)生能量最大值。關(guān)于在光伏模塊和負載被通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換器連接時執(zhí)行對最大功率點的尋找（通常稱為mppt，“最大功率點追蹤（maximumpowerpointtracking）”的首字母縮合詞）的控制算法，文獻提出了大量的解決方案。光伏模塊的i-v（光強對于電壓）特性取決于照射水平、溫度以及所述模塊的老化情況。然而，該i-v特性在光被調(diào)制時還是頻率、調(diào)制類型和相關(guān)的調(diào)制深度的函數(shù)。

為了在每一時刻都提取最好的被調(diào)制信號，需要在光伏模塊與信號處理模塊之間引入阻抗適配級，以便盡可能最完美地耦合這兩個元件；但是已知的允許阻抗適配的設(shè)備并未被適配（因為它們被構(gòu)想為用于提取功率最大值），并且因此在對于由光伏模塊接收的被調(diào)制光信號的忠實轉(zhuǎn)譯方面也未給出令人滿意的結(jié)果。當(dāng)沒有優(yōu)化光伏模塊的負載阻抗時，由光伏模塊生成的模擬電信號要么過于失真以至于其所包含的信息不能被處理，要么過于弱以至于未被信號處理模塊處理。

尤其是通過grobeliliane等人的文獻“high-speedvisiblelightcommunicationsystems（高速可見光通信系統(tǒng)）”（ieeecommunication,magazine,ieeeservicescente，美國皮斯卡特維，第51卷，no.12，2013年12月1日（2013-12-01），第60-66頁）而已知有用于在光電檢測器輸出處對信號進行放大的電子部件。在其中電信號是在光電檢測器的輸出處正確地重現(xiàn)的情況下，使用跨阻放大器（按照英語術(shù)語“跨阻放大器（trans-impedanceamplifier）”的首字母縮合詞為tia）將允許增加信號水平并且因而增加信噪比（按照英語術(shù)語“信噪比（signaltonoiseratio）”的首字母縮合詞為snr）并且因此潛在地增加流量。相反，如果由于例如光電檢測器的不良阻抗適配而沒有正確地重現(xiàn)信號，則不具有為了校正電信號的失真而對阻抗進行適配的功能的tia只會使失真信號放大，這將具有如下后果：snr劣化以及因此流量惡化。tia或等同的電子放大系統(tǒng)因此并不以找出snr最大值為目的，因為它們并不尋求信號水平的最大化。

本發(fā)明的主要目的在于描述一種電子設(shè)備，其允許增加由光伏模塊（該光伏模塊由被調(diào)制光照射）生成的電信號的質(zhì)量和水平。這一方面允許在使接收到的信號的失真最小化的同時通過該通信模式（vlc）來傳輸數(shù)據(jù)，并且另一方面允許根據(jù)光伏模塊接收到的光的頻率和/或調(diào)制方面的特征以動態(tài)方式適配光伏模塊的電響應(yīng)，以便增加傳輸數(shù)據(jù)流量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的對象涉及一種基于光的使用的雙向無線通信設(shè)備，以及所述設(shè)備的多種阻抗適配方法。

本發(fā)明的對象雙向無線通信設(shè)備至少包括：

（a）一個或多個發(fā)射模塊，每個發(fā)射模塊由如下組成：

-通過控制部件供電并且發(fā)射在幅度上和/或在相位上被調(diào)制的光的光源；

-控制部件，其生成來自對要傳輸?shù)脑磾?shù)據(jù)的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的電信號；

（b）接收模塊，由如下組成：

-光電檢測器，其被所述被調(diào)制光照射并且響應(yīng)于所述被調(diào)制光而生成被調(diào)制電信號；

-信號處理模塊，該信號由所述光電檢測器生成，所述信號處理模塊能夠經(jīng)由返回線路與控制部件通信；

所述無線通信設(shè)備的特征在于，接收模塊還包括電子部件，其位于光電檢測器與信號處理模塊之間并且能夠?qū)怆姍z測器的阻抗進行適配以便通過使關(guān)聯(lián)于在光電檢測器的輸出上的不良阻抗適配的所述被調(diào)制電信號的失真最小化來使被調(diào)制的電信號的信噪比最大化，同時使被調(diào)制電信號的水平和被傳輸數(shù)據(jù)的流量最大化。

根據(jù)該設(shè)備的不同實施方式，所述光電檢測器是能夠產(chǎn)生充電或供電電流的光伏模塊。根據(jù)該設(shè)備的不同實施方式，能夠適配光電檢測器的阻抗的電子部件包括：

-變量值物理組件，如電容、電感和/或電阻；

-管理所述物理組件的電子模塊。

根據(jù)一個實施變形，由控制模塊生成的電信號可以包括直流分量和交流分量。

根據(jù)該設(shè)備的不同實施方式，被調(diào)制光可以是分別由如電致發(fā)光二極管或激光二極管的光源發(fā)射的非相干光或相干光。

根據(jù)該設(shè)備的補充的實施變形，所述被調(diào)制光可以是由對應(yīng)于可見、對應(yīng)于紫外和/或?qū)?yīng)于紅外的波長范圍中的光源發(fā)射的。

根據(jù)一個實施變形，源數(shù)據(jù)可以是基準信號或通信數(shù)據(jù)。

在另一特定實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的利用可見光的通信設(shè)備包括發(fā)射具有不同調(diào)制特征的被調(diào)制光的多個發(fā)射模塊，光電檢測器被集成到連續(xù)地接收所述被調(diào)制光中的一個或另一個的移動對象并具有能夠最大化由所述發(fā)射模塊中的每一個傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的流量的阻抗適配電子部件。

根據(jù)按照本發(fā)明的無線通信設(shè)備的光電檢測器的阻抗適配方法的第一示例，按以下方式進行：

（a）初始化通信；

（b）借助于電子部件確定初始阻抗值，所述值隨光電檢測器的性質(zhì)而變化；

（c）確定表示對于通信而言可接受的所接收電信號的質(zhì)量的標準，該標準被稱為可接受質(zhì)量標準；

（d）以遞增方式調(diào)節(jié)光電檢測器的阻抗以便最大化表示所接收電信號的水平的標準，只要表示所接收電信號的質(zhì)量的標準比可接受質(zhì)量標準更好；

（e）傳輸包括通信數(shù)據(jù)的被調(diào)制光信號。

根據(jù)按照本發(fā)明的無線通信設(shè)備的光電檢測器的阻抗適配方法的第二示例，按以下方式進行：

（a）初始化通信；

（b）借助于電子部件確定初始阻抗值，所述值隨光電檢測器的性質(zhì)而變化；

（c）以遞增方式調(diào)節(jié)光電檢測器的阻抗以便改進表示所接收電信號的質(zhì)量的標準，所述表示所接收電信號的質(zhì)量的更好標準被稱作針對定義為預(yù)優(yōu)化阻抗的阻抗而被優(yōu)化的質(zhì)量標準；

（d）以遞增方式調(diào)節(jié)光電檢測器的預(yù)優(yōu)化阻抗以便最大化表示所接收電信號的水平的標準，只要表示所接收電信號的質(zhì)量的標準比被優(yōu)化的質(zhì)量標準更好；

（e）傳輸包括通信數(shù)據(jù)的被調(diào)制光信號。

在所述阻抗適配方法的特定實施方式中，初始化通信在于經(jīng)由發(fā)射模塊傳輸與接收模塊的已知基準信號相關(guān)的報頭(en-tête)信號。

在所述阻抗適配方法的另一特定實施方式中，表示被傳輸信號的質(zhì)量的標準是被傳輸信號的傅里葉變換特性、誤碼率、誤幀率或誤包率。

以同樣的方式，表示被傳輸信號的水平的標準是被傳輸信號的信噪比、峰值—峰值幅度、最大幅度或最小幅度。

最后，以遞增方式調(diào)節(jié)光電檢測器的阻抗以便達到目標標準包括在于以下的步驟：

（a）選取增量步長；

（b）測量分別針對基準信號、針對在等于初始阻抗加上增量步長的阻抗下接收的信號、以及針對在等于初始阻抗減去增量步長的阻抗下接收的信號而獲得的表示所接收電信號的質(zhì)量或水平的標準；

（c）通過確定對應(yīng)于目標標準的阻抗值并且通過針對新的基準信號取得在所述阻抗值的情況下接收的電信號從而以兩兩方式對表示所接收電信號的質(zhì)量或水平的標準進行比較；

（d）通過迭代方法來重復(fù)對誤碼率或信噪比進行測量和比較的步驟，直到基準電信號達到目標標準。

附圖說明

通過關(guān)聯(lián)于各圖，借助于本發(fā)明的詳細描述，將更好地理解本發(fā)明，在各圖中：

-圖1是本發(fā)明的對象雙向無線通信設(shè)備的示意圖；

-圖2a、圖2b和圖2c是示波器屏幕的再現(xiàn)，其針對不同的阻抗值顯示表示由控制模塊發(fā)射的電信號的交流分量的曲線和表示由光伏模塊生成的電信號的曲線；

-圖3是本發(fā)明的對象無線通信設(shè)備的光伏模塊的阻抗適配方法的原理的示意圖；

-圖4圖示本發(fā)明的對象設(shè)備的特定實施方式，其中，接收模塊被集成到連續(xù)接收來自不同光源的多個被調(diào)制光的移動對象。

具體實施方式

參考圖1，圖1是本發(fā)明的對象雙向無線通信設(shè)備的示意圖。該設(shè)備包括發(fā)射模塊10和接收模塊20。發(fā)射模塊10允許對來自例如互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字源數(shù)據(jù)2進行編碼，以用于以被按幅度和/或相位調(diào)制的光1的形式來傳輸數(shù)字源數(shù)據(jù)。為此，由控制部件6對光源9（如電致發(fā)光二極管）供電，控制部件6生成一般包括直流分量7和交流分量8的電信號。直流分量7用于極化所述電致發(fā)光二極管9以便實現(xiàn)照射功能，并且交流分量8來自于對源數(shù)據(jù)2的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。接收模塊20由如下構(gòu)成：光電檢測器（如光伏模塊11），其將被調(diào)制光1轉(zhuǎn)換成被調(diào)制電信號14；光伏模塊11的阻抗適配電子部件13；以及電信號15的處理模塊12。電信號15的處理模塊12能夠經(jīng)由返回線路17與發(fā)射模塊10的控制部件6通信，以及經(jīng)由線路16與阻抗適配電子部件13的管理裝置通信。電子部件13的作用是對光伏模塊11的阻抗進行適配，光伏模塊11操控電信號15的水平和質(zhì)量以便最大化被傳輸數(shù)據(jù)18的流量。

圖2a、圖2b和圖2c是示波器屏幕的再現(xiàn)，其針對經(jīng)由電子部件13調(diào)節(jié)的不同阻抗值而顯示表示由控制模塊6以1khz頻率發(fā)射的電信號的交流分量8的曲線以及表示由光伏模塊11生成的電信號15的曲線。

圖2a和圖2b呈現(xiàn)了其中未優(yōu)化阻抗適配的兩種情況。電信號15a失真并且其幅度過小以至于信號處理模塊12不能夠檢測到它（圖2a）。因此該信號的水平和質(zhì)量對于發(fā)生通信而言是不可接受的。電信號15b并未失真，但是其幅度過小以至于信號處理模塊12不能夠檢測到它（圖2b）。在該情況下，是信號水平限制了通信。圖2c呈現(xiàn)優(yōu)化的阻抗適配，具有其質(zhì)量和水平都良好的電信號15c。該后一種配置允許最大化被傳輸數(shù)據(jù)18的流量。

圖3是本發(fā)明的對象無線通信設(shè)備的光伏模塊的阻抗適配方法的原理的示意圖。為了促進對圖3的描述的理解，將誤碼率或誤包率（因此在該示例中尋求使其最小化）取作所接收信號的質(zhì)量標準（cq）。還將信噪比取作水平標準（cn）。所述阻抗適配方法包括以下步驟：

1.初始化通信；

2.通過以下來初始化系統(tǒng)：

a.選取由阻抗適配軟件定義的光伏模塊的阻抗初始值im，阻抗尤其是隨光電檢測器的性質(zhì)和調(diào)制類型而變化的；

b.根據(jù)通信參數(shù)（如流量、調(diào)制類型或照度）定義可接受的質(zhì)量標準cq_acc；

c.針對在初始阻抗im的情況下接收的基準信號測量信號水平標準cn_ref；

d.選取增量步長p，其值可能是實數(shù)或虛數(shù)；

3.阻抗適配算法包括以下步驟：

a.阻抗適配初始化；

i.將值im_1初始化為等于值im+p；

測量cn_1（對應(yīng)于im_1值）

測量cq_1（對應(yīng)于im_1值）

ii.將值im_2初始化為等于值im-p；

測量cn_2（對應(yīng)于im_2值）

測量cq_2（對應(yīng)于im_2值）

b.阻抗適配；

i.如果cq_acc>min(cq_1,cq_2)

如果cn_1>cn_ref并且cq_1<cq_acc

初始化為*值im_3=im_1+p

測量值cn_3和cq_3

-如果cn_1<cn_3并且cq_3<cq_acc

那么im_1=im_3并且cn_1=cn_3并且過程再繼續(xù)于初始化為*值im_3=im_1+p的步驟

-如果cn_1>cn_3并且cq_3<cq_acc

那么阻抗被優(yōu)化并且為此具有值im_1

-如果cq_3>cq_acc

那么阻抗被優(yōu)化并且為此具有值im_1

如果cn_2>cn_ref并且cq_2<cq_acc

初始化為**值im_3=im_2+p

測量值cn_3和cq_3

-如果cn_2<cn_3并且cq_3<cq_acc

那么im_2=im_3并且cn_2=cn_3并且過程再繼續(xù)于初始化為**值im_3=im_2+p的步驟

-如果cn_2>cn_3并且cq_3<cq_acc

那么阻抗被優(yōu)化并且為此具有值im_2

-如果cq_3>cq_acc

那么阻抗被優(yōu)化并且為此具有值im_2

否則，被優(yōu)化的阻抗為此具有值im

ii.如果cq_acc<min(cq_1,cq_2)

阻抗被優(yōu)化并且該阻抗的值等于im。

圖4圖示本發(fā)明的對象設(shè)備的特定實施方式，其中接收模塊20被集成到移動對象，該移動對象在其移動過程中連續(xù)接收來自于不同發(fā)射模塊（10a，10b，10c）的并且其頻率調(diào)制和/或相位調(diào)制可能不同的多個被調(diào)制光（1a，1b，1c）。該圖圖示了接收模塊20借助于光伏模塊11的阻抗適配功能的用于以通用方式對由不同發(fā)射模塊（10a，10b，10c）傳輸?shù)脑磾?shù)據(jù)進行解碼的能力。

發(fā)明優(yōu)點

總之，本發(fā)明通過允許改進由光電檢測器接收的信號的質(zhì)量和水平從而對所針對的目的良好地進行回應(yīng)，這允許增加數(shù)據(jù)的傳輸流量和/或允許能夠連續(xù)地對由不同發(fā)射模塊傳輸?shù)男畔⑦M行解碼。