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用于对基于光的通信报文进行解码的技术

阅读:802发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于对基于光的通信报文进行解码的技术专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了用于将在发送器设备和接收器设备之间传送的基于光的通信(LBC)报文解码的技术。接收器设备包括处理器,该处理器执行用于将接收到的LBC报文解码的处理。处理器确定移动平均并且去除该移动平均以提供第二数字报文(已去除移动平均),从而解决任何噪声或干扰。可以使用长度保持移动平均来确定移动平均。在峰值 位置 在 阈值 之上的情况下,识别第二数字报文中的峰值位置并将其用作同步起始位置。导出 采样 点,并且向采样点中的一个或更多个赋予逻辑最大值和逻辑最小值(1和0)。将逻辑值解码以生成表示接收到的LBC报文的解码数据序列。,下面是用于对基于光的通信报文进行解码的技术专利的具体信息内容。

1.一种将基于光的数字报文解码的方法,所述方法包括:
在接收器设备的传感器处接收从发送器设备发送的基于光的数字报文;
由所述接收器设备的处理器确定所述基于光的数字报文的移动平均;
由所述处理器从所述基于光的数字报文中去除所述移动平均以获得第二基于光的数字报文,所述第二基于光的数字报文具有多个数据点;
由所述处理器确定所述第二基于光的数字报文中的所述多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;
在所述峰值数据点的所述最大幅值在阈值之上的情况下,由所述处理器使用所述峰值数据点作为时钟同步起始点;
由所述处理器使用所述时钟同步起始点来确定多个采样点;
由所述处理器生成所述多个采样点中的至少一些采样点的逻辑最大值或逻辑最小值;
以及
由所述处理器将所述逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示所述基于光的数字报文的解码数据序列。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括由所述处理器将接收到的所述第二基于光的数字报文的前导码与耦合至所述处理器的本地存储器中存储的前导码进行比较。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述多个采样点基于所述第二基于光的数字报文的至少一个参数,其中,所述至少一个参数包括位宽度、所述基于光的数字报文中的位数、以及所述基于光的数字报文的前导码的长度中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述移动平均是长度保持移动平均,并且确定所述基于光的数字报文的所述移动平均包括基于所述基于光的数字报文的至少一个参数来选择所述移动平均的窗口大小。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述至少一个参数包括所述基于光的数字报文的信号频率和所述基于光的数字报文的波形形状中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括:在从所述基于光的数字报文中去除所述移动平均之后,通过用所述基于光的数字报文中接收到的最大值或接收到的最小值替代所述基于光的数字报文的所述多个采样点中的一个或更多个采样点来执行波形扩展以生成经扩展的基于光的数字报文。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括:对所述经扩展的基于光的数字报文执行波形归一化以获得第二基于光的数字信号,其中,所述波形归一化包括用特定的第一值和特定的第二值分别替代所述接收到的最大值和所述接收到的最小值。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,通过对所述多个采样点进行基于匹配滤波器的检测和基于转变的检测中的至少一者来执行生成所述逻辑最大值或逻辑最小值。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述传感器包括成像传感器、光检测器以及光检测器矩阵中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述传感器接收从多个发送器设备发送的多个基于光的数字报文,并且所述处理器被配置成并行地解码所述多个基于光的数字报文中的每个。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述阈值包括连续值指标,所述连续值指标使用所述峰值数据点计算置信平。
12.根据权利要求1所述的方法,还包括:经由与所述基于光的数字报文不同的、用以允许无线通信的无线通信信道,通过所述接收器设备的第一通信接口与所述发送器设备的第二通信接口进行通信。
13.一种用于与发送器设备进行基于光的通信的接收器设备,所述接收器设备包括:
传感器,其被配置成从所述发送器设备接收基于光的数字报文;以及
耦合至所述传感器的处理器,其被配置成通过以下操作将所述基于光的数字报文解码:
确定所述基于光的数字报文的移动平均;
从所述基于光的数字报文中去除所述移动平均以获得第二基于光的数字报文,所述第二基于光的数字报文具有多个数据点;
确定所述第二基于光的数字报文中的所述多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;
在所述峰值数据点的所述最大幅值在阈值之上的情况下,使用所述峰值数据点作为时钟同步起始点;
使用所述时钟同步起始点来确定多个采样点;
生成所述多个采样点中的至少一些采样点的逻辑最大值或逻辑最小值;以及将所述逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示所述基于光的数字报文的解码数据序列。
14.根据权利要求13所述的接收器设备,其中,所述传感器包括成像传感器、光检测器以及光检测器矩阵中的至少一者。
15.根据权利要求13所述的接收器设备,还包括耦合至所述处理器的通信模,所述通信模块被配置成建立与所述发送器设备的无线通信信道,所述通信信道不同于与所述基于光的数字报文相关联的通信信道。
16.根据权利要求15所述的接收器设备,其中,所述处理器还被配置成:
确定所述基于光的数字报文的调制深度是否使得能够进行所述基于光的数字报文的准确解码;以及
响应于确定所述调制深度未使得能够进行所述基于光的数字报文的准确解码,经由所述无线通信信道命令所述发送器设备增大对所述基于光的数字报文的调制深度。
17.一种计算机程序产品,其包括编码有指令的一个或更多个非暂态机器可读介质,所述指令在由一个或更多个处理器执行时使得在接收器设备上执行用于对基于光的数字报文进行解码的处理,所述处理包括:
接收从发送器设备发送的基于光的数字报文;
确定所述基于光的数字报文的移动平均;
从所述基于光的数字报文中去除所述移动平均以获得第二基于光的数字报文,所述第二基于光的数字报文具有多个数据点;
确定所述第二基于光的数字报文中的所述多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;
在所述峰值数据点的所述最大幅值在阈值之上的情况下,使用所述峰值数据点作为时钟同步起始点;
使用所述时钟同步起始点来确定多个采样点;
生成所述多个采样点中的每个的逻辑最大值或逻辑最小值;以及
将所述逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示所述基于光的数字报文的解码数据序列。
18.根据权利要求17所述的计算机程序产品,其中,所述处理还包括:在从所述基于光的数字报文中去除所述移动平均之后,通过用所述基于光的数字报文的接收到的最大值或接收到的最小值替代所述基于光的数字报文的所述多个采样点中的每个采样点来执行波形扩展以生成经扩展的基于光的数字报文。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品,其中,所述处理还包括:对所述经扩展的基于光的数字报文执行波形归一化以获得第二基于光的数字信号,其中,所述波形归一化包括用特定的第一值和特定的第二值分别替代所述接收到的最大值和所述接收到的最小值。
20.根据权利要求17所述的计算机程序产品,其中,所述处理还包括:经由与基于光的数字报文路径不同的、用以允许无线通信的无线通信路径,通过所述接收器设备的第一通信接口与所述发送器设备的第二通信接口进行通信。

说明书全文

用于对基于光的通信报文进行解码的技术

技术领域

[0001] 本公开内容涉及基于光的通信系统,并且更具体地涉及用于对基于光的通信报文进行解码的系统和技术。

背景技术

[0002] 例如可以使用可见光通信(VLC)链路或非可见光通信链路如红外通信链路在发送器设备和接收器设备之间使用基于光的通信(LBC)数字报文传送数据。在LBC系统中,光学发送器被配置成向光学接收器发送LBC报文。例如,LBC报文可以用来基于与所接收的LBC报文相关联的入射来确定对象相对于另一对象的位置(例如在车辆到车辆定位或对象追踪中)。在其他用例中,例如基于光的导航系统,LBC报文可以用来发送与生成该LBC报文的照明器相关联的标识符编号。LBC接收器可以接收该标识符并且确定与该照明器相关联的物理位置。附图说明
[0003] 图1示出了根据本公开内容的实施方式的基于光的通信(LBC)系统的框图,其中发送器设备经由LBC报文与接收器设备通信。
[0004] 图2示出了根据本公开内容的实施方式的用于对在接收器设备处接收的LBC报文进行解码的示例方法的流程图
[0005] 图3示出了根据本公开内容的实施方式的显示接收到的基于光的数字报文的示例图示。
[0006] 图4示出了根据本公开内容的实施方式的显示所接收的基于光的数字报文和移动平均的示例图示。
[0007] 图5示出了根据本公开内容的实施方式的显示已去除移动平均之后的基于光的数字报文的示例图示。
[0008] 图6示出了根据本公开内容的实施方式的显示已去除移动平均的基于光的数字报文扩展的示例图示。
[0009] 图7示出了根据本公开内容的实施方式的显示归一化波形以及已去除移动平均的数字报文的示例图示。
[0010] 图8示出了根据本公开内容的实施方式的显示与同步起始位置对应的峰值位置的示例图示。
[0011] 图9示出了根据本公开内容的实施方式的显示恢复时钟信号的示例图示。
[0012] 图10示出了根据本公开内容的实施方式的显示恢复时钟信号到1和0的解调的示例图示。
[0013] 图11示出了显示具有标准编码的数字报文与根据本公开内容的实施方式编码的数字报文相比之下LBC链路的误码率(BER)研究的示例图示。
[0014] 图12示出了根据本公开内容的实施方式的显示成功标识符传输率的示例图示。

具体实施方式

[0015] 公开了用于对基于光的通信(LBC)数字报文或其他光学脉冲光报文进行解码的技术。LBC报文(或如本文中使用的“基于光的数字报文”)是作为表示数据位的、成序列的光脉冲被发送和接收的基于光的数字报文。如将理解的,可以在LBC系统中实施该技术。在一个这样的示例实施方式中,该技术被实现于使用基于光的数字报文在发送器设备与接收器设备之间通信的LBC系统中。接收器设备包括执行对LBC报文进行解码的处理的处理器。该处理器在接收器设备处接收从发送器设备发送的基于光的数字报文。接收器设备的处理器确定基于光的数字报文的移动平均。去除该移动平均以提供具有去除了移动平均的第二数字报文,这解决了任何干扰。识别峰值以确定同步起始点。确定最大采样点和最小采样点。将最大值和最小值解码为1和0以提供表示从发送器设备接收的基于光的数字报文的数据序列。为了实现鲁棒性,移动平均可以是长度保持移动平均,其中窗口大小根据接收到的基于光的数字信号的参数而变化。
[0016] 总体概述
[0017] 实现LBC系统涉及多个非平凡问题,特别是例如在物理硬件设备、软件操作系统中实施的基于光的通信系统中。基于光的通信,例如可见光、红外光或RF(射频)光,可能由于例如在设备和操作系统的物理层中存在的附加噪声和干扰而易于出错。噪声可能来自例如LED驱动器、接收器的热噪声和其他环境光源。干扰可能来自例如LED驱动器的AC耦合、发送器与接收器之间的移动或空气湍流的影响、发送器和/或接收器的可能的机械振动或移动、或者以上的任何组合、或者以上全部。移动或空气湍流可能由各种原因引起,例如温度差、移动或物体、人工空气循环、或其他条件。对这种噪声和干扰的一种可能的解决方案是针对编码器调制器、LED驱动器和基于光的通信路径的任何其他部件设置严格的规格。例如,可以使用针对部件的特定要求来确保信号调制的准确定时、容忍仅基带信号的抖动噪声的非常低平的容限、或者依赖于具有复杂信道编码技术的确认/传输重试机制。然而,这需要具有严格规格的特定部件,这可能变得相当昂贵。一些技术依赖于卷帘相机,这也可能是昂贵的。因此,需要一种用以在不需要由专门的部件提供能够实现解码基于光的数字报文的系统和方法的情况下低成本地解码基于光的通信报文的系统。还需要一种解决噪声和干扰以鲁棒地解码基于光的数字报文的系统和方法。
[0018] 因此,根据本公开内容的实施方式,提供了一种用于解码基于光的数字报文的系统,该系统不会为了执行编码(LBC信号生成)而对编码器、调制器和LED驱动器使用严格约束。该系统去除低频干扰并减少用于对发送信号进行复杂信道编码的开销量。频率干扰较“低”是说与期望的信号频率相比它们的频率相对低,但是其仍然高到足以使干扰频率太接近期望的信号频率范围,以至于传统滤波技术无法在不显著抑制信号本身的情况下可靠地去除干扰。该系统还可以减少对移动、热、空气循环和天气条件的约束,以允许在包括噪声和其他干扰的所有环境中对基于光的通信进行解码。该系统还可以避免使用特定的时间同步或其他信号(例如导频信号)来同步发送器设备和接收器设备,从而提供了低成本的解码系统。该系统还可以放松对LBC编码器、调制器、LED驱动器以及编码与解码系统的其他部件的约束。该系统还可以减少所发送的基于光的数字报文上的信道编码开销量,而且还减小了解码算法的解码信道复杂度。根据本公开内容,其他优点将是明显的,许多变型和实施方式也将是如此。
[0019] 基于光的通信(LBC)系统
[0020] 图1示出了根据本公开内容的实施方式的基于光的通信(LBC)系统的框图,其中发送器设备经由基于光的通信与接收器设备通信。发送设备110和接收设备120经由基于光的通信路径140使用基于光的通信来彼此通信。基于光的通信路径140是发送设备110与接收设备120之间的光学通信路径,其中使用表示数据位的光脉冲来实现通信。
[0021] 发送设备110包括由LED驱动器114控制的光源,例如发光二极管(LED)112。LED驱动器114耦合至具有存储器119的处理器116。LED112使用由LED驱动器114控制的LED 112发送LBC报文。发送设备110还包括通信接口118,用于提供与基于光的通信路径140不同的到接收设备120的特别通信路径150。通信接口118例如经由诸如 或 或其他短程通信网络的无线通信来提供到接收设备120的第二通信路径150。存储器119上可以存储有以下处理,当执行该处理时,使得处理器116对基于光的数字报文进行编码。如将理解的,可以使用任何数目的标准或专有编码方案。
[0022] 发送器设备110被示为具有作为光源的LED 112;然而,如根据本公开内容将理解的,可以实现任何光学光源或光学发送器元件。例如,光源112可以是照明装置或使用对红外线作出响应的匹配传感器的红外LED,或者可以实现其他光源。
[0023] 接收设备120包括传感器122、处理器126、存储器129以及通信接口128。传感器122可以是任何光学接收器元件,例如相机、光检测器、光传感器或另一光学传感器,并且被配置用于经由基于光的通信链路140从发送设备120接收基于光的通信报文。通信接口128提供第二通信路径150,其不同于发送设备110的光学发送器元件与接收设备120的光学接收器元件之间的基于光的通信路径140。根据本公开内容将理解,可以提供第二通信路径150以允许在发送器与接收器之间发送其他数据,例如发送器指示接收器改变调制深度。
[0024] 存储器129存储解码处理,例如将参照图2依次讨论的示例解码方案。处理器126可以访问存储器129以执行用于处理经由链路140从发送设备110接收的输入LBC报文的解码方案。处理器126也可以执行其他任务,例如促进通过反向通信信道150与发送设备110的通信。存储器129可以是处理器126可访问的任何合适的非暂态存储装置或设施,举几个示例,例如硬盘驱动器、固态盘驱动器、RAM、ROM、包括处理器126的微控制器的嵌入式存储器、或者片上缓存存储器。
[0025] 根据本公开内容将认识到,尽管在图1的LBC系统中示出了单个发送器设备和单个接收器设备,但是也可以在LBC系统中实现多个发送器设备和接收器设备。此外,每个发送器设备可以耦合至接收器设备以提供多个收发器设备。在一个示例实施方式中,诸如车辆或照明器的一个对象具有发送器设备和接收器设备两者,并且诸如另一物体或车辆的第二对象包括发送器设备和接收器设备两者,以允许第一收发器与第二收发器之间的双向通信。
[0026] 方法论
[0027] 图2示出了根据本公开内容的实施方式的用于对在接收器设备处接收的LBC报文进行解码的示例方法论的流程图。图3至图10示出了与图2的方法论的各个阶段对应的各个示例图示。如上所述,该方法论可以由例如在LBC系统的节点或接收设备中包括的或者可由LBC系统的节点或接收设备访问的一个或更多个处理器执行或以其他方式控制。
[0028] 参照图2,示出了用于解码LBC数字报文的示例方法论200,其开始于框210处。在框212处,在接收器设备处(例如图1的接收器设备120)接收基于光的数字报文。在框214处,使用预定的窗口大小确定基于光的数字报文的移动平均。窗口大小根据基于光的数字报文的一个或更多个参数而不同。例如,基于光的数字报文的参数可以是报文的频率或波形的形状。
[0029] 在示例实施方式中,移动平均窗口大小可以是长度保持移动平均窗口大小。在每个窗口大小中可以包括预定(即,在采样开始之前确定)数目的样本。例如,可以选择三(3)个样本的窗口大小,并且在进行移动平均时使用该窗口大小(其中,一次获取三个样本并且确定这三个样本的平均,然后获取接下来的三个样本并且确定这些样本的平均)。一个示例采样可以包括:#1、#2和#3的平均;然后是#2、#3和#4的平均;然后是#3、#4和#5的平均;等。确定(并且然后随后去除)移动平均有助于去除所接收的数据中的任何干扰。在传统的预定窗口大小中,直到所获得的样本数目与用于移动平均中的每次平均的样本数目相匹配才计算平均。例如,如果10个样本被确定为适当的窗口大小,则直到已经接收到10个样本,处理器才开始求平均。此外,前10个样本的平均可能不如其余样本准确,因为例如样本1仅被计入一次,而样本10将被计入超过10次。
[0030] 传统的预定窗口大小与长度保持移动平均窗口大小形成对比,长度保持移动平均窗口大小考虑了可用的样本数目,而不是简单地每个采样窗口固定的样本数目。例如,如果两个样本可用,但是传统窗口大小为10个样本,则长度保持移动平均将确定这两个可用样本的平均,并且然后确定三个样本的平均和四个样本的平均,直到达到10个样本。此后,此后的每个窗口大小的长度可以是10个样本。这确保了系统的准确度,允许更快地开始处理,并且还会提供前几个样本的更准确的平均。例如,第二样本被包括在第1和第2、第1到第3、第1到第4、第1到第5、第1到第6等的平均中,而不是像传统的移动平均采样窗口那样仅被包括在第1到第10和第2到第11的平均中。
[0031] 在框216处,从基于光的数字报文中去除在框214处确定的移动平均,以提供第二(经平均的)基于光的数字报文。通过从接收到的基于光的数字报文中减去所获得的移动平均来从接收到的基于光的数字报文中去除移动平均。去除移动平均有助于显著地去除任何低频分量,从而减少对于传统滤波技术而言太接近信号频率以至于无法在不显著抑制信号本身的情况下可靠地去除干扰的任何干扰或噪声。
[0032] 在框218处,根据本公开内容的实施方式,可选地对第二基于光的数字报文应用滤波。滤波可以是对得到的波形的任何数字低通、带通或高通滤波。该滤波确保从第二基于光的数字报文中去除任何带外频率分量,例如噪声。
[0033] 在框220处,可以对经由框218产生的数字报文执行波形扩展。在波形扩展期间,根据接收到的数字信号采样值相对于阈值的阈值化,接收到的数字报文采样值被替代为原始最大值或最小值。阈值可以是例如在框214中确定的移动平均。可以将每个接收到的样本值与该值的移动平均进行比较,并且如果在移动平均之上,则用最大值替代该样本值,而如果在移动平均之下,则用最小值替代该样本值。
[0034] 在框222处,在可选的波形扩展之后,可以执行波形归一化以将最大值和最小值替代为指定值,例如“1”和“-1”。确切值的选择是灵活的,只要其是具有相同大小的一个正值和一个负值即可。所选择的值取决于数字报文样本值相对于阈值的阈值化。阈值可以是例如从上述框214获得的移动平均。可以将归一化波形中的每个样本值与作为阈值的移动平均进行比较。如果样本值在阈值之上,则将其替代为正值,而如果样本值在阈值之下,则将其替代为负值。
[0035] 根据本公开内容将理解,在一些实施方式中,该方法论可以省略框220和框222,并且在不进行波形扩展且不进行波形归一化的情况下执行解码。
[0036] 在框224处,将接收到的数字报文的前导码与信号前导码的本地副本进行比较。例如,可以通过互相关或其他比较技术来执行比较。在每次发送基于光的数字报文时,由发送器将波形的前导码添加到波形中,以帮助接收器同步到起始和停止定时以及包含在基于光的数字报文中的信息位的所有起始和停止定时。接收器在其本地存储器中存储有前导码的本地副本,这对于发送器也是已知的。因此,可以将接收到的数字报文的前导码与前导码的本地副本进行比较(或者另外地进行互相关),以确定数字报文的起始位置。可以将前导码选择为使得保证预期的基于光的数字报文不包含前导码模式。例如,以汉明(7,4)码为例:每个原始报文序列长为4位,并且每个得到的编码报文(码字)长为7位。在2^7=128个可能的七位字中共存在2^4=16个有效码字。然后,关于每个码字可以限定半径为1的概念球(使用汉明距离)作为与该码字最多1位不同的所有字的集合。在关于每个码字的半径为1的概念球中有八个字:码字本身和七个字,这七个字分别在第一位、第二位、第三位、第四位、第五位、第六位和第七位与于该码字不同。结果,不同的概念球之间没有交叠,并且每个七位字位于16个概念球中的一个中(16*8=128)。从另一角度来看,除了码字本身之外,概念球中包含的七位字中的每个可以被认为是无效码字。换言之,可以选择这些七位字中的任何一个作为前导码,从而保证前导码不出现在报文中。例如,当多个报文序列被连接在一起时,由于前一个7位长报文的一部分和后一个7位长报文的一部分可以形成更多可能的模式,因此更难以找到使得其不出现在预期的数字报文中的好的前导码。在这种情况下,还可以在生成的码字之间使用保护位。例如,如果存在两个报文序列:1000和0100,并且对应的码字分别是0111000和1010100,则可以在这两个码字之间放置保护位“1”,使得最终的编码报文变为0111000 1 1010100。在这种情况下,可以选择0001010作为有效前导码。否则,在没有保护位的情况下,该前导码会出现在序列0111000 1010100中。
[0037] 在框226处,确定峰值位置。峰值位置对应于所接收的信号中前导码的中心位置。
[0038] 在框228处,接收器可以将峰值位置处的峰值与阈值进行比较。由于归一化波形具有相同的幅度和峰间值,并且前导码波形的本地副本也总是具有相同的幅度和峰间值,因此可以获得阈值。在发送和/或接收数字报文之前,这些值也是已知的。因此,当处理器执行归一化波形与前导码波形的比较(或互相关)时,在发送和/或接收数字报文之前就确定并知晓峰值。
[0039] 在框228处,如果峰值大于所选阈值,则接收器该接收器与所接收的信号的同步正确方面具有较高置信度。否则,如果峰值不在阈值之上,则在框229处拒绝当前解码,并且过程返回到框210处的开始以继续接收基于光的数字报文。
[0040] 在框228处,如果峰值在阈值之上,则在框230处将峰值位置指定为接收器与所接收的信号同步的起始位置。
[0041] 根据本公开内容的另一示例实施方式,可以使用峰值来计算连续值指标,而不是将互相关的峰值阈值化以确定两级判定(即,拒绝或继续)。可以计算连续值指标以指示关于通信链路协议中的上层的成功同步的置信水平,以实现进一步改进的性能。在使用阈值化技术时,这提供了被接受或被拒绝的峰值。在采用连续值指标时,仍然可以使用阈值化技术来执行接受或拒绝判定。然而,在最简单的情况下,连续值指标被限定为h=峰值,并且将h的值传递到上层(后面的级),这向系统提供了对于在判定接受的情况下同步有多好或者在判定拒绝的情况下同步有多差的更好理解。基于该额外信息,系统可以就应当提高多少性能作出进一步判定,例如,通过调整调制深度来提高发送器处的信噪比
[0042] 在框232处,可以根据在发送和/或接收基于光的数字报文之前通常已知的位宽、信号中的位数、前导码的长度以及任何其他波形结构参数来得出所有位位置。
[0043] 在框234处,信号波形被解调为例如“1”和“0”的位。解调可以是灵活的,并且根据设计可以是假定位波形形状已知的基于匹配滤波器的技术、或者是基于转变的技术、或者是任何其他类型的解调技术。在框234处的解调之后,获得解调位序列。
[0044] 用来执行解调的波形可以是以下之一:接收到的基于光的数字信号或者在框216中去除了移动平均的信号。如果存在显著的低频干扰,并且使用基于匹配滤波器的解调技术,则理想的波形是去除了移动平均的信号。否则,应当使用原始接收到的基于光的数字信号。
[0045] 在框236处,对来自框234的解调位序列执行信道解码。可以在发送器处应用信道编码以增加在接收器处正确接收信息的概率。在发送器处,在信息位之上引入仔细设计的冗余,使得接收器有更高的可能两次正确接收信息位。接收器处具有位错误自动校正的信道编码的一个示例是汉明-(7,4),其是通过添加三个奇偶校验位将四个数据位编码为七位的线性纠错码。该汉明(7,4)或其他类型的信道编码可以用于确保在接收器处的位错误自动校正的高概率。这种特定的信道编码方案保证了成功的1位错误校正(如果解调位序列的每个7位组最多有一位是错误的)。这个信道解码步骤在发送器处生成原始发送的信息位的解码序列。这些信息位可以是动态的或固定的。在固定的情况下,信息位可以对应于任何类型的照明装置、LED或光源预期的标识信息。
[0046] 在框238处,获得最终的已解码信息位,并且该过程返回至开始以继续接收和分析LBC报文。
[0047] 根据本公开内容将理解,图2提供了用于解码LBC报文的一个示例方法论,其对应于图3至图10的图。然而,可以实现或以其他方式改变其他方法论以得到这些图。同样,图3至图10示出了在该过程的各个阶段可能的波形的示例,然而,如根据本公开内容将理解的,从图2的过程也可以得到其他曲线图或波形。
[0048] 在图3至图10所示的示例波形中,前导码的长度是六(6)位,并且在该示例中是:“1 0 0 0 0 1”。原始预期的信息位序列的长度为八(8),并且其被分成两个4位长的序列的组块。例如,使用汉明(7,4)信道编码,每个4位组块被转换成7位长的序列,并且在7位序列的两个组块之间插入单个位“1”。结果,一个完整的传输周期具有长度为21位的位流(6位用于前导码,7位用于第一个4位组块,1位用于附加位,7位用于第二个4位组块)。在该特定试验中的21位的整个序列是:“100001 1001001 1 0000000”,并且对应的原始预期的信息是8位长:“10010000”。然后,利用曼彻斯特编码波形形状在物理层中实现这21个位,例如:位“1”以前一半“高”开始并且以后一半“低”结束;而位“0”以前一半“低”开始并且以后一半“高”结束。将理解,尽管在示例实施方式中使用的用于物理层波形形状生成的编码方案是曼彻斯特编码,但是也可以使用任何类型的波形生成技术。类似地,代替使用汉明(7,4)信道编码技术,可以使用具有错误校正能的任何其他适当的信道编码。例如循环码、重复码、奇偶校验码、多项式码以及卷积码。
[0049] 发送器被配置成其间没有任何间隙地连续(反复)发送21位长的序列的每个周期。根据本公开内容的实施方式,在发送器与接收器之间不存在用于VLC解码目的的其他通信链路。在接收器设备的光学接收器元件是相机的情况下,该相机可以具有1920×1080的分辨率并且具有针对所有小像素区域执行高速率图像获取的功能。该相机可以被配置成在从0到255的灰度级上实现5000帧每秒(fps)并且在该小区域上求平均。该相机还可以被配置成在LED上以5000fps的帧速率获取255帧。
[0050] 如图3至图10所示,绘制的波形的长度约为255个样本。如图3和图4所示,在接收到的数字报文上存在占主导的低频偏移,体现为倾斜。遵循解码方法论的步骤,波形可以被成功地解码回至原始发送的信息,如图10所示。注意,在框236处未示出信道解码,而是将7位长的序列变换为4位长的序列的明确定义的数学运算。前述1位误差自动校正内含在该数学运算中。
[0051] 图3示出了根据本公开内容的实施方式的示出原始接收信号310的示例图示。该示例图示示出了接收到的基于光的数字报文310,其例如可以对应于图2的方法论的框212。图3至图10示出了可以与图2的方法论的各个框相对应的各个示例图示。参照图2可知根据本公开内容的实施方式的用于对在接收器设备处接收的LBC报文进行解码的示例方法论。
[0052] 图4示出了根据本公开内容的实施方式的显示接收到的基于光的数字报文410和移动平均420的示例图示。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框214对应的接收到的基于光的数字报文410和移动平均420。去除移动平均之后得到的报文可以被称为第二LBC数字报文。
[0053] 图5示出了根据本公开内容的实施方式的显示已经去除移动平均之后的第二LBC数字报文的示例图示。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框216对应的已经去除移动平均之后的第二LBC数字报文510。注意,图3和图4中的倾斜在图5中已经被平坦化,这允许在噪声和/或干扰期间仍然对数据解码。
[0054] 图6示出了根据本公开内容的实施方式的显示已去除移动平均的第二LBC数字报文的扩展的示例图示。显示了第二LBC数字报文610(已去除移动平均),以及扩展的波形620。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框220对应的第二LBC信号的扩展。
[0055] 图7示出了根据本公开内容的实施方式的显示归一化波形和已去除移动平均的数字报文的示例图示。显示了第二LBC数字报文710(已去除移动平均)以及归一化波形720。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框222对应的归一化波形。
[0056] 图8示出了根据本公开内容的实施方式的显示数字报文中的与用于时钟同步的同步起始位置对应的峰值位置810、820的示例图示。波形830显示了数字报文与已知的前导码的互相关。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框224至230对应的对应于同步起始位置的峰值位置。
[0057] 图9示出了根据本公开内容的实施方式的显示恢复时钟信号的示例图示。波形910是具有去除的时钟和时钟同步起始位置的第二LBC数字报文。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框232对应的恢复时钟信号。
[0058] 图10示出了根据本公开内容的实施方式的显示将恢复时钟信号解调为1和0的示例图示。该示例图示显示了例如可以与图2的方法论的框234对应的、通过将恢复时钟信号解调为1和0而得到的解调波形1010。
[0059] 具有信道编码的LBC链路的性能——BER和传输率
[0060] 将根据本公开内容的实施方式的具有信道编码的LBC通信路径(“链路”)的整体性能与传统LBC通信在误码率(BER)和传输率方面进行了比较,分别如图11和图12所示。
[0061] 图11示出了根据本公开内容的实施方式的显示对于LBC数字报文(顶部曲线)与具有信道编码的LBC数字报文(底部曲线)相比的误码率(BER)研究的示例图示。如图11所示,对于LBC数字报文的信道编码,链路BER随着调制深度的增加而显著下降。调制深度是通过发现由于将波形调制到LED光发射上而引起的峰间电流变化和经过该LED的平均电流而计算的。具体地,调制深度等于峰间电流差除以平均电流。如在图11中还可以观察到的,相比于不使用信道编码情况下的BER,有效BER也得到了改善。
[0062] 图12示出了根据本公开内容的实施方式的显示成功标识符传输率的示例图示。如图12所示,通过将LED配置成重复且发送之间没有间隙地发送8位长的标识(ID)序列来执行该特定示例研究。在调制深度大于8%的情况下相机可靠地解码该ID。随着调制深度增加,成功ID发送或接收率达到100%。注意,根据示例试验,圆形LED光发射表面的直径为0.5英寸,经过该LED的平均电流是260mA,具有约800lm的近似光通量输出,并且LED与相机之间的距离约为13米。根据本公开内容将认识到,可以通过提供照明装置、LED或其他光源的更大的有效发光表面、通过增加流明输出、或者通过缩短发送器设备与接收器设备之间的距离来进一步提高链路性能。
[0063] 如将理解的,可以实施其他结构以实现如本文中以各种方式提供的技术。例如,代替使用成像传感器,可以与适当的光学透镜一起使用具有相关联的数字采样控制的光电二极管。在这样的实施方式中,由于可以利用光电二极管和高速模数转换器实现更高的采样率,所以还可以提高整体通信速度。在另一示例中,代替使用移动平均来去除低频干扰,可以使用盲源分离技术实现去除低频干扰的类似结果。在盲源分离(BSS)中,使用矩阵将一组源信号“混合”以产生一组“混合”信号。盲源分离通过确定“未混合矩阵”来分离该组混合信号,从而恢复原始信号的近似。
[0064] 根据本公开内容,许多变型和配置将变得明显。例如,本公开内容的一个示例实施方式提供了一种将基于光的数字报文解码的方法,该方法包括:在接收器设备的传感器处接收从发送器设备发送的基于光的数字报文;由接收器设备的处理器确定基于光的数字报文的移动平均;由处理器从基于光的数字报文中去除移动平均以获得第二基于光的数字报文;第二基于光的数字报文具有多个数据点;由处理器确定第二基于光的数字报文中的多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;在峰值数据点的最大幅值在阈值之上的情况下,由处理器使用该峰值数据点作为时钟同步起始点;由处理器使用时钟同步起始点来确定多个采样点;由处理器生成多个采样点中的至少一些采样点的逻辑最大值或逻辑最小值;以及由处理器将逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示基于光的数字报文的解码数据序列。
[0065] 在一些实施方式中,该方法还包括:由处理器将接收到的第二基于光的数字报文的前导码与耦合至处理器的本地存储器中存储的前导码进行比较。在一些实施方式中,确定多个采样点基于第二基于光的数字报文的至少一个参数,其中,该至少一个参数包括位宽度、基于光的数字报文中的位数、以及基于光的数字报文的前导码的长度中的至少一者。在一些实施方式中,移动平均是长度保持移动平均,并且确定基于光的数字报文的移动平均包括基于该基于光的数字报文的至少一个参数来选择移动平均的窗口大小。在一些实施方式中,该至少一个参数包括基于光的数字报文的信号频率和基于光的数字报文的波形形状中的至少一者。在一些实施方式中,该方法还包括:在从基于光的数字报文中去除移动平均之后,通过用基于光的数字报文中接收到的最大值或接收到的最小值替代基于光的数字报文的多个采样点中的一个或更多个采样点来执行波形扩展以生成经扩展的基于光的数字报文。在一些实施方式中,该方法还包括:对经扩展的基于光的数字报文执行波形归一化以获得第二基于光的数字信号,其中,波形归一化包括用特定的第一值和特定的第二值分别替代接收到的最大值和接收到的最小值。在一些实施方式中,通过对多个采样点进行基于匹配滤波器的检测和基于转变的检测中的至少一者来执行生成逻辑最大值或逻辑最小值。在一些实施方式中,传感器包括成像传感器、光检测器以及光检测器矩阵中的至少一者。在一些实施方式中,传感器接收从多个发送器设备发送的多个基于光的数字报文,并且处理器被配置成并行地解码多个基于光的数字报文中的每个。在一些实施方式中,阈值包括连续值指标,该连续值指标使用峰值数据点计算置信水平。在一些实施方式中,该方法还包括:经由与基于光的数字报文不同的、用以允许无线通信的无线通信信道,通过接收器设备的第一通信接口与发送器设备的第二通信接口进行通信。
[0066] 本文公开的其他实施方式包括一种用于与发送器设备进行基于光的通信的接收器设备。该接收器设备包括:传感器,其被配置成从发送器设备接收基于光的数字报文;以及处理器,其耦合至传感器并且被配置成通过以下操作将基于光的数字报文解码:确定基于光的数字报文的移动平均;从基于光的数字报文中去除移动平均以获得第二基于光的数字报文,第二基于光的数字报文具有多个数据点;确定第二基于光的数字报文中的多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;在峰值数据点的最大幅值在阈值之上的情况下,使用峰值数据点作为时钟同步起始点;使用时钟同步起始点来确定多个采样点;生成多个采样点中的至少一些采样点的逻辑最大值或逻辑最小值;以及将逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示基于光的数字报文的解码数据序列。
[0067] 在一些实施方式中,传感器包括成像传感器、光检测器和光检测器矩阵中的至少一者。在一些实施方式中,接收器设备还包括耦合至处理器的通信模块,该通信模块被配置成建立与发送器设备的无线通信信道,该通信信道不同于与基于光的数字报文相关联的通信信道。在一些实施方式中,处理器还被配置成:确定基于光的数字报文的调制深度是否使得能够进行基于光的数字报文的准确解码;以及响应于确定调制深度未使得能够进行基于光的数字报文的准确解码,经由无线通信信道命令发送器设备增大对基于光的数字报文的调制深度。
[0068] 本文公开的其他实施方式包括一种计算机程序产品,其包括编码有指令的一个或更多个非暂态机器可读介质,该指令在由一个或更多个处理器执行时使得在接收器设备上执行用于对基于光的数字报文进行解码的处理。该处理包括:接收从发送器设备发送的基于光的数字报文;确定基于光的数字报文的移动平均;从基于光的数字报文中去除移动平均以获得第二基于光的数字报文,第二基于光的数字报文具有多个数据点;确定第二基于光的数字报文中的多个数据点中具有最大幅值的峰值数据点;在峰值数据点的最大幅值在阈值之上的情况下,使用峰值数据点作为时钟同步起始点;使用时钟同步起始点来确定多个采样点;生成多个采样点中的每个的逻辑最大值或逻辑最小值;以及将逻辑最大值或逻辑最小值解码以生成表示基于光的数字报文的解码数据序列。
[0069] 在一些实施方式中,该处理还包括:在从基于光的数字报文中去除移动平均之后,通过用基于光的数字报文的接收到的最大值或接收到的最小值替代基于光的数字报文的多个采样点中的每个采样点来执行波形扩展以生成经扩展的基于光的数字报文。在一些实施方式中,该处理还包括对经扩展的基于光的数字报文执行波形归一化以获得第二基于光的数字信号,其中,波形归一化包括用特定的第一值和特定的第二值分别替代接收到的最大值和接收到的最小值。在一些实施方式中,该处理还包括:经由与基于光的数字报文路径不同的、用以允许无线通信的无线通信路径,通过接收器设备的第一通信接口与发送器设备的第二通信接口进行通信。
[0070] 已经出于说明和描述的目而呈现了本公开内容的实施方式的以上描述。其不意在穷举或是将本公开内容限制为所公开的精确形式。根据本公开内容,许多修改和变型是可能的。本公开内容的范围不意在由该详细描述来限定,而是由所附权利要求来限定。
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