專利名稱：用于可見(jiàn)光通信的干擾緩解和信道選擇的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般地涉及可見(jiàn)光通信，更具體地，涉及一種用于在可見(jiàn)光通信中的干擾緩解(interference mitigation)和信道選擇的方法和裝置。
背景技術(shù)：
可見(jiàn)光通信(VLC)是一種在光學(xué)透明介質(zhì)中使用可見(jiàn)光用于短程光無(wú)線通信的新技術(shù)。此技術(shù)提供對(duì)于幾百萬(wàn)億赫(THz)的未許可光譜的訪問(wèn)。VLC不受與射頻(RF)系統(tǒng)有關(guān)的電磁干擾和非干擾問(wèn)題的影響。VLC通過(guò)允許用戶看到通過(guò)通信信道的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)提供額外的安全等級(jí)。VLC的另一益處是它增加和補(bǔ)充現(xiàn)存可見(jiàn)光架構(gòu)的現(xiàn)有業(yè)務(wù)(諸如照明、顯示、指示、裝飾等等)。VLC網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)或更多加入VLC的設(shè)備的任何網(wǎng)絡(luò)。圖1示出全電磁頻譜，以及由可見(jiàn)光占據(jù)的波長(zhǎng)的斷口(breakout)?？梢?jiàn)光譜在波長(zhǎng)方面從大約380nm延伸到780nm，相應(yīng)于大約400THz到790THz的頻率范圍。因?yàn)檫@個(gè)譜很大并且可以支持具有多種顏色的光源，所以此技術(shù)可以提供大量的信道用于通信。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，做出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問(wèn)題，并且本發(fā)明提供在可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)中使用的干擾緩解和信道選擇。技術(shù)方案提供一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、用于設(shè)備聯(lián)系、干涉緩解和信道選擇的方法。所述方法包括在第一設(shè)備的多個(gè)支持的顏色信道中的每一個(gè)上進(jìn)行發(fā)射，以估計(jì)在每個(gè)支持的顏色信道上的環(huán)境干擾。所述方法還包括在至少一些支持的顏色通道上的接收，其中接收顏色信道的數(shù)量小于或等于支持的顏色信道的數(shù)量。所述方法還包括計(jì)算用于每個(gè)接收顏色信道的信道質(zhì)量指數(shù)(CQI)。所述方法更進(jìn)一步包括選擇第一設(shè)備的至少一個(gè)接收顏色信道以用作通信信道。所述方法還包括向VLC網(wǎng)絡(luò)中的第二設(shè)備報(bào)告所述至少一個(gè)通信信道。在特定實(shí)施例中，所述方法包括保護(hù)顏色信道的設(shè)計(jì)以幫助干擾緩解。提供一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、能夠進(jìn)行設(shè)備聯(lián)系、干涉緩解和信道選擇的設(shè)備。所述設(shè)備被配置為在多個(gè)支持的顏色信道中的每一個(gè)上進(jìn)行發(fā)射，以估計(jì)在每個(gè)支持的顏色信道上的環(huán)境干擾。所述設(shè)備還被配置為接收在至少一些支持的顏色信道上的發(fā)射，其中接收顏色信道的數(shù)量小于或等于支持的顏色信道的數(shù)量。所述設(shè)備還被配置為計(jì)算用于每個(gè)接收顏色信道的信道質(zhì)量指數(shù)(CQI)。所述設(shè)備更進(jìn)一步被配置為 選擇第一設(shè)備的至少一個(gè)接收顏色信道以用作通信信道。所述設(shè)備還被配置為向VLC網(wǎng)絡(luò)中的第二設(shè)備報(bào)告所述至少一個(gè)通信信道。在特定實(shí)施例中，所述設(shè)備被配置為在通信期間將特定信道標(biāo)記為保護(hù)顏色信道。提供一種用于在VLC期間緩解光干擾的方法。所述方法包括從接收設(shè)備接收請(qǐng)求以降低在至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。所述方法還包括降低在所述至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。在進(jìn)行以下的發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明之前，對(duì)遍及本專利文件使用的特定詞和短語(yǔ)的定義進(jìn)行說(shuō)明是有利的術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”及其變形，意味著包括而不限制；術(shù)語(yǔ)“或”是包括的，意味著和/或；短語(yǔ)“與...關(guān)聯(lián)”及其變形，可以意味著包括、被包括在之內(nèi)、互聯(lián)、 包含、被包含、連接到或與...連接、耦接到或與...耦接、可與...通信、協(xié)同、交織、并列、 接近、綁定到或與...綁定、具有、具有...的性質(zhì)等等；并且術(shù)語(yǔ)“控制器”意味著控制至少一個(gè)操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其部分，可以在硬件、固件或軟件、或者至少兩個(gè)上述的組合中實(shí)現(xiàn)這種設(shè)備。應(yīng)該注意的是，與任何特定控制器相關(guān)的功能可以本地地或遠(yuǎn)程地、集中或分布。遍及本專利文件提供特定詞和短語(yǔ)的定義，那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在大多數(shù)(即使不是全部)情況中，這種定義應(yīng)用于之前的、以及將來(lái)的這種定義的詞和短語(yǔ)的使用中。有益效果如上所述，本發(fā)明提供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的干擾緩解和信道選擇。


圖1示出在全電磁頻譜中由可見(jiàn)光占據(jù)的波長(zhǎng)的斷口 ；圖2示出描述來(lái)自多個(gè)光源輻射的頻率分布的曲線；圖3描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、具有使用VLC通信的兩個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)；圖4描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、將可見(jiàn)光譜劃分成為供VLC使用的多個(gè)信道或塊；圖5描述國(guó)際照明委員會(huì)(C. I.E)色度圖；圖6示出描述對(duì)于可見(jiàn)光的人眼響應(yīng)的曲線；圖7示出描述對(duì)于LED的不同顏色、在譜寬和波長(zhǎng)方面的變化的一個(gè)示例的圖；圖8示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、用于VLC信道的支持?jǐn)?shù)據(jù)的表格；圖9示出描述白色LED的譜分布的曲線；圖10示出兩個(gè)典型的微網(wǎng)(piconet)構(gòu)造；圖11描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、用于以每個(gè)設(shè)備為基礎(chǔ)的設(shè)備聯(lián)系和信道選擇的方法；圖12描述一種根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、用于設(shè)備之間的設(shè)備聯(lián)系和信道選擇的方法，突出顯示了涉及設(shè)備之間通信的步驟；以及圖13示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例解決的在兩個(gè)微網(wǎng)之間的干擾。
具體實(shí)施例方式在下面討論的本專利文件中的圖1到圖13，以及用于描述本公開(kāi)的原理的各種實(shí)施例僅作為說(shuō)明并且不應(yīng)該被解釋為以任何方式限制本公開(kāi)的范圍。那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以以任何適當(dāng)設(shè)置的可見(jiàn)光通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的原理。在此將如下文檔合并在本公開(kāi)中，如其內(nèi)容在此完全闡明R. Ramirez-Iniguez, S. M. Idrus, Z. Sun,Optical Wireless Communications IR for Wireless Connectivity, s. 1. :CRC Press，2008。
利用可見(jiàn)光通信的一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是來(lái)自室內(nèi)和戶外環(huán)境中的環(huán)境照明的干擾。 例如，來(lái)自諸如日光燈和白熾燈之類(lèi)的光源的室內(nèi)照明會(huì)干涉VLC。在戶外環(huán)境中，日光會(huì)是重要的干擾源。圖2示出描述來(lái)自多個(gè)光源的頻率分布的曲線。如圖所示，日光和來(lái)自鎢絲燈發(fā)光兩者占據(jù)波長(zhǎng)的較寬的光譜。在這些光譜中的任何地方的信道(波長(zhǎng)的波段) 上傳播的VLC都會(huì)受到來(lái)自一個(gè)或這兩個(gè)源的干擾。相反地，相比日光或鎢絲燈光，來(lái)自日光燈的光占據(jù)窄得多的光譜。因此，希望選擇具有來(lái)自環(huán)境光的最小干擾的VLC信道。光源和接收傳感器的方向性，以及它們對(duì)頻譜不同的部分的靈敏度也將影響通信性能。假定可見(jiàn)光譜足夠?qū)捯栽试S很多的通信信道，所希望的是選擇對(duì)于光源和接收傳感器顯示出最佳靈敏度、以及來(lái)自周?chē)庠醋钚〉母蓴_的通信信道或信道。雖然已經(jīng)考慮諸如紅外通信之類(lèi)的其他光通信形式，但是它們一般不支持多個(gè)、 并行信道用于通信。例如，已經(jīng)通過(guò)添加光學(xué)濾光器(鏡頭)來(lái)緩解通過(guò)特定信道的干擾， 所述光學(xué)濾光器僅允許期望的頻率落在接收傳感器上。然而，此方法造成多信道通信很困難或不可能。同樣地，在相鄰的發(fā)射器和接收器之間的光干擾已經(jīng)妨礙了全雙工紅外線收發(fā)器的發(fā)展。因此，由于在公共的發(fā)射器和接收器之間的自干擾使得紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA) 僅支持半雙工模式。然而，將通信限制為半雙工模式限制了潛在的通信數(shù)據(jù)率。已經(jīng)為基于射頻(RF)的系統(tǒng)而研究使用諸如范圍和干擾之類(lèi)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信道選擇。對(duì)于諸如藍(lán)牙的系統(tǒng)，已經(jīng)使用跳頻以避免來(lái)自任何指定頻率的干擾。多數(shù)情況下這些方法不能容易地應(yīng)用于VLC。例如，要求諸如交通燈的特定光源發(fā)射指定顏色。其他源僅能夠發(fā)射一個(gè)或兩個(gè)顏色。在這些設(shè)備中不支持所有其他顏色(信道)。此外，在光源和接收傳感器中可能存在的物理限制造成難以迅速地改變顏色(即，跳頻)。從而，在有干擾(環(huán)境照明)的情況下，VLC對(duì)于在多個(gè)信道下的通信提供了新的挑戰(zhàn)。本公開(kāi)提供多個(gè)方法以幫助緩解干擾并且決定將用于通信的信道的選擇。圖3描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、具有想要使用VLC通信的兩個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射器302和接收器304。發(fā)射器302和接收器304兩者都支持多個(gè)光源(例如， LED、激光二極管等等)和傳感器(例如，光電二極管、圖像傳感器等等)。發(fā)射器302和接收器304可以在多個(gè)顏色信道(頻率)上彼此通信。此時(shí)，應(yīng)該注意的是，雖然本公開(kāi)中描述的許多實(shí)施例利用LED，但是可以理解的是，本公開(kāi)包含其他類(lèi)型的光(例如，白熾燈、日光燈、鎢絲燈、等離子體、鹵素等等)以及其他光源(例如，激光二極管、顯示監(jiān)視器、照明招牌、交通燈等等)。因?yàn)楣庠?例如，LED)的實(shí)際峰值波長(zhǎng)和譜寬可能隨制造商不同而不同，所以重要的是具有寬范圍的帶寬以表示特定的顏色。如果相鄰信道的帶寬比光源的帶寬窄，則與相鄰信道有關(guān)的顏色會(huì)彼此干涉，從而造成在接收器處難以對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分。從而，可以將從380nm到780nm的光譜斷開(kāi)成為用于不同的顏色選擇的多個(gè)塊，并且每個(gè)塊將包括使接收器能夠區(qū)分相鄰顏色的足夠?qū)挾鹊牟ǘ?。例如，圖4描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、將可見(jiàn)光譜劃分成為供諸如發(fā)射器302 和接收器304之間的通信的VLC使用的M個(gè)信道或塊。為了方便起見(jiàn)，已經(jīng)將信道標(biāo)記為 cl到cM。在特定實(shí)施例中，取決于發(fā)射器302和接收器304的能力，將可見(jiàn)光譜劃分成為三個(gè)到十二個(gè)顏色帶或信道可能是合適的。在其他實(shí)施例中，更多或更少波段也是可能的。 在圖4描述的實(shí)施例中，M等于七。
使用可見(jiàn)光進(jìn)行通信的許多益處之一是能夠利用現(xiàn)有光源，諸如提供環(huán)境光、交通燈及其他信號(hào)的燈，以及LED標(biāo)志。因?yàn)橹T如LED的許多現(xiàn)有光源是考慮到人類(lèi)色彩感知兒制造的，所以這些光源可以產(chǎn)生為人眼而最佳化的波長(zhǎng)帶中的光。從而，取決于光源，在 VLC中確定顏色信道是合適或必需的，就好像人眼是接收器一樣，即使通信中的實(shí)際的接收器可能是非人類(lèi)設(shè)備?？梢砸栽S多不同的方式確定信道的數(shù)量和每個(gè)信道的帶寬，諸如通過(guò)使用如圖5 所示的國(guó)際照明委員會(huì)(C. I.E)色度圖，或如圖6所示的人眼響應(yīng)曲線。如在圖6中的鐘形曲線示出的，人眼對(duì)可見(jiàn)光譜的中心處(即，與綠色和淺綠色有關(guān)的波長(zhǎng))的顏色比對(duì)在光譜末端處的顏色更敏感。從而，與在光譜末端處相比較，在光譜的中心處人眼可以覺(jué)察到通過(guò)更窄的波長(zhǎng)帶的顏色中的差別。因此，與發(fā)射末端顏色的LED相比較，發(fā)射光譜的中心處的顏色的LED經(jīng)常使用更窄的波長(zhǎng)帶。圖7示出描述對(duì)于LED的不同彩色、在譜寬和波長(zhǎng)方面的變化的一個(gè)示例的圖。如該圖示出的，諸如黃色和橙色的顏色比類(lèi)似超藍(lán)(ultra blue)和明紅(bright red)顏色占據(jù)更窄的光譜帶寬。譜寬還可能取決于在LED制造過(guò)程中使用的材料的特性。由于在LED之間的譜寬方面的差別，定義在帶寬方面有變化的VLC信道可以是合適或必需的。例如，在圖6中，虛線示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的、用于VLC信道的邊緣。 在圖8中示出的表格提供用于每個(gè)信道的支持?jǐn)?shù)據(jù)。考慮表格的第一行，看到信道cl定義為380nm和450nm之間的波段。從而cl具有70nm的譜寬。這個(gè)波段相應(yīng)于圖5中的CIE 色度圖上的紫藍(lán)(purplish blue)色。該表格還示出中間信道c3到c5占據(jù)比其他信道更窄的譜寬。這反映了人眼對(duì)中心顏色更敏感的事實(shí)，因此，許多LED針對(duì)這個(gè)事實(shí)而制造。為了使諸如發(fā)射器302和接收器304的通信設(shè)備了解每個(gè)設(shè)備的通信能力以及它附近的光源和接收器的通信能力，可能希望通過(guò)編號(hào)或代碼來(lái)表示每個(gè)支持的通信信道或顏色。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖8中的表格的最后一列提供了表示每個(gè)通信信道的代碼。在此實(shí)施例中，建議的代碼是信道的編號(hào)減一的二進(jìn)制表示法。在下面更詳細(xì)地描述代碼的使用。再次考慮圖7，看到在不同類(lèi)型的LED之間存在譜寬和波長(zhǎng)方面的本質(zhì)變化。這些變化可能取決于在LED制造過(guò)程中使用的材料的特性。取決于LED的選擇，由于譜寬中的重疊，有可能兩個(gè)LED的輸出會(huì)實(shí)際上彼此干涉。在此情況下，在給定時(shí)刻有可能僅一個(gè) LED能被用于發(fā)射。例如，在圖7中，可能限制超綠(ultra green)和正藍(lán)(pure blue)的同時(shí)通信。同樣地，許多LED不支持飽和色，并且可能在多個(gè)波段中進(jìn)行發(fā)射。例如，圖9(a) 中的曲線示出白色LED的光譜分布。白光實(shí)際上是通過(guò)從同一 LED同時(shí)地發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光而產(chǎn)生的。如該圖所示，藍(lán)光、綠光和紅光中的每一個(gè)通過(guò)特定的波段被發(fā)射。綠波段的右側(cè)漏出(leak)到紅波段里，并且紅波段的左側(cè)漏出到綠波段里。還給出在藍(lán)波段和綠波段之間的漏出，但是程度少得多。在LED譜寬和峰值波長(zhǎng)方面的顯著變化可能發(fā)生在來(lái)自不同的制造商的LED之間，或者甚至來(lái)自相同的制造商的LED之間。另外，在單個(gè)LED內(nèi)的峰值波長(zhǎng)會(huì)隨給LED供電的電流方面的變化而改變。這些變化會(huì)造成跨波段的漏出更顯著或更不顯著。
來(lái)自LED設(shè)備的輸出漏出不僅會(huì)影響另一設(shè)備的接收器，還會(huì)在頻分雙工(FDD) 模式期間影響收發(fā)器設(shè)備的接收器端，所述收發(fā)器利用同時(shí)的發(fā)射和接收。例如，在用于紅外傳輸?shù)腎rDA協(xié)議中，當(dāng)收發(fā)器的發(fā)射極被激活并且數(shù)據(jù)正在發(fā)射時(shí)，同一收發(fā)器的檢測(cè)器被停用。一旦該發(fā)射器已經(jīng)結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)，檢測(cè)器變?yōu)榧せ畹?。檢測(cè)器要求一些時(shí)間以穩(wěn)定到它的高靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。發(fā)射極和檢測(cè)器被一次一個(gè)地激活，以避免在同一設(shè)備內(nèi)的干擾。如果IrDA收發(fā)器的發(fā)射極和檢測(cè)器兩者被允許同時(shí)操作，則由于發(fā)射極和檢測(cè)器兩者被包容在相同封裝之中并且彼此處于很近的距離的事實(shí)，所以由發(fā)射極發(fā)射的能量可能會(huì)被它自己的檢測(cè)器檢測(cè)。這造成當(dāng)一個(gè)被激活時(shí)另一個(gè)必須被停用。這種發(fā)射和接收不同時(shí)發(fā)生的操作方式被稱為半雙工。相反地，如果發(fā)射器和接收器兩者同時(shí)激活并且允許同時(shí)操作，則該操作被分類(lèi)為全雙工。IrDA協(xié)議僅定義半雙工操作。然而，全雙工操作的更大的潛在能力使得其對(duì)于VLC是令人期望的。通過(guò)對(duì)設(shè)備中的接收器和光源的仔細(xì)定位，可以將在與全雙工通信有關(guān)的設(shè)備內(nèi)的干擾問(wèn)題緩解到某種程度。然而，當(dāng)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)射時(shí)，由于譜漏出造成的信道干擾仍可能影響兩者的性能。因此，當(dāng)兩個(gè)或更多設(shè)備想要通信時(shí)，提供關(guān)于由每個(gè)設(shè)備支持的信道的詳細(xì)信息以幫助信道選擇可能是有益的。為了諸如在FDD操作中支持全雙工通信，一個(gè)有益的實(shí)施例對(duì)用于發(fā)射的每個(gè)信道定義“保護(hù)顏色(guard color) ”。保護(hù)顏色信道(或簡(jiǎn)稱“保護(hù)顏色”)是波長(zhǎng)的信道或波段，在該信道或波段中的VLC不能與另一信道中的VLC同時(shí)地發(fā)生。對(duì)于用于發(fā)射的每個(gè)顏色(或信道)“c”，定義保護(hù)顏色(或信道)“g”的列表。對(duì)于發(fā)射數(shù)據(jù)或者接收數(shù)據(jù)，當(dāng)信道“ c，，在用于發(fā)射的使用中時(shí)，保護(hù)顏色“ g，，不能被同時(shí)地使用。用于定義保護(hù)顏色的標(biāo)準(zhǔn)可以在實(shí)施例之間變化。在特定實(shí)施例中，基于帶外漏出(out-of-band leakage)來(lái)定義保護(hù)顏色，該帶外漏出超過(guò)在信道內(nèi)(in-charmel)值范圍內(nèi)的特定值(例如，10-20dB)，該特定值在那些信道中造成接收器靈敏度方面的相當(dāng)大的損失。圖9(b)中的曲線描述如圖9(a)所示的白色LED的光譜分布。疊加在圖上的虛線示出在圖8中的表格中定義的信道的邊緣。在圖9(b)中的每個(gè)定義的信道的頂部是用于該信道的三位的數(shù)字二進(jìn)制碼，如圖8的最右列中所示?？梢栽趫D9(b)中的曲線中看到，藍(lán)光的絕大多數(shù)光譜分布落于指定為001的信道。極少的藍(lán)光在相鄰信道000和010中發(fā)射。因?yàn)閹缀跛械乃{(lán)光都在一個(gè)信道(信道 001)中發(fā)射，所以定義用于信道001的保護(hù)顏色信道可能沒(méi)有益處，因?yàn)楦蓴_不可能發(fā)生。相反地，考慮在圖9(b)中的綠光和紅光。雖然綠光的大部分光譜分布落在信道 011中，但是存在顯著數(shù)量的流出或漏出到信道010和信道100里。因此，將信道010和信道100定義為用于綠光的保護(hù)顏色信道對(duì)干擾避免可能有好處。通過(guò)定義保護(hù)顏色信道， 當(dāng)VLC在信道011中發(fā)生時(shí)保證沒(méi)有VLC將發(fā)生在信道010和信道100中。同樣地，紅光主要是在信道100中發(fā)射。然而，存在到信道101里的很大數(shù)量的漏出。從而，信道101可以被定義為用于信道100的保護(hù)顏色信道。以每個(gè)信道為基礎(chǔ)定義保護(hù)顏色。從而信道011具有它自己的保護(hù)顏色，并且信道100具有它自己的保護(hù)顏色。在特定實(shí)施例中，從發(fā)射器向接收器發(fā)射用于保護(hù)顏色的代碼，作為用于建立VLC信道的處理的部分。在一些實(shí)施例中，可以如上所述地將每個(gè)保護(hù)顏色作為三位數(shù)字代碼來(lái)通信。在其他實(shí)施例中，每個(gè)保護(hù)顏色可以表示為N位數(shù)字的部分，該數(shù)字在相應(yīng)于每個(gè)保護(hù)顏色的位的位置具有“1”。例如，在圖8中的表格中定義了八個(gè)信道。對(duì)于圖9(b)的綠光，保護(hù)顏色是第三信道010和第五信道100。因此，用于綠光的保護(hù)顏色可以作為八位數(shù)來(lái)通信，該八位數(shù)在第三位和第五位具有“1” =00101000。對(duì)于個(gè)人局域網(wǎng)，設(shè)備可以以專用(ad hoc)方式連接。當(dāng)諸如膝上計(jì)算機(jī)和蜂窩電話之類(lèi)的至少兩個(gè)設(shè)備連接時(shí)，形成微網(wǎng)。當(dāng)形成微網(wǎng)時(shí)，在連接持續(xù)期間，設(shè)備之一可以充當(dāng)主機(jī)并且其它設(shè)備可以充當(dāng)從機(jī)。圖10示出兩個(gè)典型的微網(wǎng)構(gòu)造。當(dāng)諸如設(shè)備1001 和設(shè)備1002的僅兩個(gè)設(shè)備連接時(shí)，被稱作對(duì)等拓?fù)浠螯c(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?。?dāng)存在連接到單個(gè)主機(jī)的多個(gè)設(shè)備時(shí)，諸如設(shè)備1004-1006連接到主機(jī)1003，被稱作星形拓?fù)浠螯c(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)洹?yīng)該理解地是，雖然參照微網(wǎng)描述了本公開(kāi)的特定實(shí)施例，但是這種參照僅是示例目的，不應(yīng)該被翻譯為將本公開(kāi)限制為這種網(wǎng)絡(luò)。為了更好地闡明VLC中的信道選擇和干擾緩解，定義特定變量可能是有益的。令S 為設(shè)備中的光源的數(shù)量以及R為設(shè)備中的接收傳感器的數(shù)量。令N是可用的顏色的總數(shù)。 令M是由設(shè)備支持的顏色(或信道)的數(shù)量。不失一般性，假定每個(gè)光源和傳感器僅可以支持1個(gè)顏色。同樣顏色的多個(gè)光源可用于增加從設(shè)備發(fā)射的光的強(qiáng)度。假定光源和傳感器的數(shù)量大于或等于由設(shè)備支持的顏色的數(shù)量。從而，并且R>M。還假定同樣顏色的全部光源發(fā)射相同信息，因?yàn)閺?qiáng)度調(diào)制是用于光源的調(diào)制的典型形式。為了標(biāo)記的目的，將下標(biāo)分配給每個(gè)設(shè)備。從而，參照?qǐng)D10中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微網(wǎng)，設(shè)備1001將具有S1個(gè)源、R1個(gè)接收傳感器和M1個(gè)顏色。同樣地，設(shè)備1002將具有&個(gè)源，R2個(gè)接收傳感器和M2個(gè)顏色。令K是兩個(gè)設(shè)備之間可用于通信的信道的數(shù)量。從而，K = M1 η Μ2。我們還定義提供信道質(zhì)量的估計(jì)的顏色(信道)質(zhì)量指數(shù)(CQI)。CQI用來(lái)幫助做信道選擇并且典型地通過(guò)得到信道信噪比的估計(jì)來(lái)確定CQI，例如，通過(guò)在物理層中發(fā)射已知的信道估計(jì)序列。我們還定義RX CQI和TX CQI。對(duì)于接收器定義RX CQI，并且RX CQI提供用于從發(fā)射器(例如，設(shè)備1001)到接收器(例如，設(shè)備1002)的發(fā)射的CQI。因?yàn)樵趦蓚€(gè)設(shè)備之間的信道非常有方向性并且不必對(duì)稱，所以我們還定義TX CQI (例如，從設(shè)備1002到設(shè)備1001)，該TX CQI是基于從接收器(設(shè)備1002)回到初始的發(fā)射器(設(shè)備 1001)的反饋獲得的。圖11描述根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、用于以每個(gè)設(shè)備為基礎(chǔ)的設(shè)備聯(lián)系和信道選擇的方法。參照?qǐng)D10中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微網(wǎng)來(lái)描述本方法，但是可以通過(guò)每次連接一個(gè)結(jié)點(diǎn)而利用其它VLC網(wǎng)絡(luò)(例如，具有星形拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò))來(lái)使用本方法。在特定實(shí)施例中，可以通過(guò)圖10中的任一或所有的設(shè)備1001-1006來(lái)執(zhí)行本方法。最初，設(shè)備1001在全部支持的顏色信道上執(zhí)行背景掃描，以看看是否存在目前正發(fā)生在任何支持的顏色信道上的任何發(fā)射(步驟110 。如果設(shè)備1001在任何信道上都不能檢測(cè)到發(fā)射(步驟1110)，則設(shè)備1001可以決定啟動(dòng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)處理(步驟1115)。這是通過(guò)在全部M個(gè)支持的顏色信道上發(fā)送發(fā)射來(lái)完成的(步驟1120)，在此之后設(shè)備1001返回到背景掃描模式以尋找響應(yīng)(步驟1105)?；蛘撸绻O(shè)備1001能夠聽(tīng)到具有同步信息的至少一個(gè)發(fā)射(步驟1110)，則它可以試圖與那個(gè)發(fā)射的源(例如，設(shè)備1002)聯(lián)系(步驟1125)。如果設(shè)備1001不想與設(shè)備1002聯(lián)系，或者如果信道當(dāng)前正與另一微網(wǎng)聯(lián)系，則設(shè)備可以將那個(gè)信道標(biāo)記為由于干擾而不可用于接收(步驟1130)。這是通過(guò)設(shè)置RX CQI等于零完成的(步驟1135)。在上述示例中返回到步驟1125，如果設(shè)備1001聽(tīng)到來(lái)自設(shè)備1002的發(fā)射并且想要聯(lián)系，則它接收在聯(lián)系請(qǐng)求中的設(shè)備1002的能力、保護(hù)顏色信息和應(yīng)用要求(步驟 1140)，所述聯(lián)系請(qǐng)求可以在信標(biāo)或接收同步信息中發(fā)送。對(duì)于來(lái)自設(shè)備1002的每個(gè)支持的信道，計(jì)算RX CQI (步驟1135)。注意，對(duì)于在此請(qǐng)求中取得優(yōu)先的任何干擾信道，將RX CQI設(shè)置為0(步驟1130)。隨后在設(shè)備1001和設(shè)備1002之間的K個(gè)公共支持的信道上， 將RX CQI與設(shè)備1001的能力和應(yīng)用要求(來(lái)自步驟1140) —起發(fā)射(步驟1145)。在這個(gè)發(fā)射之后，設(shè)備1001返回到掃描模式中(步驟1150)，并且基于先前步驟的發(fā)射從設(shè)備1002得到TX CQI (步驟1155)。隨后在主機(jī)/主設(shè)備(設(shè)備1001或者設(shè)備 1002，取決于啟動(dòng)發(fā)射的設(shè)備，由此，以虛線示出)處收集TX CQI信息和RX CQI信息(步驟 1160)。隨后將TX CQI信息和RX CQI信息與諸如高速率數(shù)據(jù)等所需的任何應(yīng)用要求(步驟1140)相組合，以對(duì)用于通信的信道和諸如FDD或時(shí)分雙工(TDD)之類(lèi)的存取機(jī)制作出最后決定(步驟1165)。圖12描述一種根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的、用于設(shè)備間的設(shè)備聯(lián)系和信道選擇的方法，突出顯示了涉及設(shè)備之間通信的步驟。參照?qǐng)D10中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微網(wǎng)來(lái)描述本方法，但是可以利用其它VLC網(wǎng)絡(luò)(例如，具有星形拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò))來(lái)使用本方法。在特定實(shí)施例中， 可以通過(guò)圖10中的任一或所有的設(shè)備1001-1006來(lái)執(zhí)行本方法。首先，經(jīng)常充當(dāng)主機(jī)并啟動(dòng)通信的設(shè)備1001在全部支持的Ml個(gè)信道上進(jìn)行發(fā)射 (步驟120 。因?yàn)樵诎l(fā)射器和接收器處對(duì)于每個(gè)顏色存在獨(dú)立的硬件，所以只要保護(hù)顏色信道不用于任何特定的顏色選擇，平行發(fā)射就是可能的。在特定實(shí)施例中，每個(gè)設(shè)備的介質(zhì)訪問(wèn)控制器(MAC)可以傳遞每個(gè)設(shè)備的能力和應(yīng)用要求?？梢砸远喾N方式提供此信息，諸如在信息元素或報(bào)頭中。對(duì)于在設(shè)備發(fā)現(xiàn)期間， MAC還可以在每個(gè)發(fā)射的顏色信道上報(bào)告設(shè)備的支持的信道以及相關(guān)的用于每個(gè)信道的保護(hù)顏色的數(shù)量(步驟1210)。接下來(lái)，設(shè)備1002試圖在設(shè)備之間共享的全部K個(gè)信道上進(jìn)行接收和同步。然而，由于與其它光源的干擾，可能僅在‘X’個(gè)信道上進(jìn)行接收，其中1 < X < K。為了通信， 設(shè)備1002必須在至少一個(gè)信道上進(jìn)行接收。從在信息元素或報(bào)頭中提到的信息來(lái)獲得K 個(gè)信道和設(shè)備能力，當(dāng)使用‘X’個(gè)信道進(jìn)行通信時(shí)獲得所述信息元素或報(bào)頭?；趤?lái)自環(huán)境光的干擾能量和在發(fā)射期間接收的能量，對(duì)于全部K個(gè)信道計(jì)算CQI。設(shè)備1002隨后在全部K個(gè)公共信道上向設(shè)備1001進(jìn)行發(fā)射(步驟1215)。設(shè)備1002還提供它的支持的信道、保護(hù)信道和應(yīng)用要求作為它的能力信息交換的部分(步驟1220)。接下來(lái)，設(shè)備1001試圖在全部K個(gè)信道上進(jìn)行接收和同步。由于干擾，可能僅在 個(gè)信道上進(jìn)行接收，其中，1彡y彡K。因?yàn)閂LC非常有方向性，所以有可能‘X’和‘y’ 可以是不同的。例如，如果設(shè)備1001接近窗口，則它可能比設(shè)備1002接收更多的環(huán)境光干擾。設(shè)備1001也對(duì)于全部K個(gè)信道計(jì)算它的RX CQI，并且向設(shè)備1002發(fā)送回該CQI報(bào)告 (步驟 1225)。大約在同時(shí)，設(shè)備1002基于從設(shè)備1001接收的信息來(lái)計(jì)算CQI度量。利用接收的為0的CQI將下述信道標(biāo)記為不可用接收在該信道中不可能或在該信道中已知其它微網(wǎng)由設(shè)備1002操作。設(shè)備1002隨后將這個(gè)用于全部K個(gè)信道的RX CQI報(bào)告回設(shè)備1001 (步驟 1230)。設(shè)備之一經(jīng)常是主設(shè)備1001，收集用于發(fā)射的信息，諸如兩個(gè)設(shè)備的發(fā)射和接收能力、CQI報(bào)告、用于每個(gè)信道的選擇的保護(hù)顏色信道以及應(yīng)用的要求。基于這個(gè)信息，設(shè)備 1001確定用于通信的單個(gè)或多個(gè)信道。設(shè)備1001隨后向設(shè)備1002報(bào)告該通信信道(步驟 1235)。從而，在此交換的結(jié)尾，兩個(gè)設(shè)備都具有用于它們的發(fā)射的、最適合于在另一端處的接收的CQI的估計(jì)。從該點(diǎn)開(kāi)始，設(shè)備1001和設(shè)備1002可以在同意的一個(gè)信道或多個(gè)信道上進(jìn)行通信(步驟1M0)。為通信選擇的訪問(wèn)機(jī)制還可以取決于從交換獲得的信息。例如，如果僅存在單個(gè)可用的信道，或者如果對(duì)于該數(shù)據(jù)速率需要全部信道，則將需要TDD。另一方面，如果信道干擾不對(duì)稱，并且發(fā)射和接收需要不同的信道，則FDD可能更可取。最終選擇的選擇權(quán)可以是依賴實(shí)現(xiàn)的。雖然參考主要包含靜態(tài)設(shè)備的微網(wǎng)描述了前述的方法，但是可以期待在設(shè)備彼此相對(duì)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)中VLC可以是有益的。例如，移動(dòng)的汽車(chē)可以利用交通燈參與VLC。或者， 彼此趨近的兩輛車(chē)輛可以通過(guò)它們的前燈參與VLC。涉及汽車(chē)的VLC可以包括關(guān)于交通條件、道路構(gòu)筑、天氣或任何其它涉及交通的信息或者不涉及交通的信息。由于移動(dòng)的汽車(chē)與另一車(chē)輛或交通信號(hào)處于目視聯(lián)絡(luò)之中的時(shí)間很短，重要的是所述設(shè)備能夠迅速地聯(lián)系和選擇用于通信的信道。實(shí)現(xiàn)迅速聯(lián)系的一個(gè)方法是在全部可用信道上的設(shè)備之間并行地進(jìn)行傳輸。通過(guò)參考兩個(gè)設(shè)備來(lái)討論上面描述的聯(lián)系和信道選擇的方法。對(duì)于具有多于兩個(gè)設(shè)備的VLC系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)中使用額外的機(jī)制以緩解在多個(gè)VLC設(shè)備之間的干擾?，F(xiàn)在將討論這些機(jī)制。圖13示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例解決的、在兩個(gè)微網(wǎng)之間的干擾。設(shè)備1301和設(shè)備1302形成一個(gè)微網(wǎng)。設(shè)備1303和設(shè)備1304形成第二微網(wǎng)。設(shè)備1302接收從設(shè)備1301 發(fā)射的數(shù)據(jù)，但是也接收來(lái)自設(shè)備1303的干擾。校正該干擾的一個(gè)選擇是設(shè)備1302向設(shè)備1301報(bào)告用于那個(gè)信道的CQI為0。則設(shè)備1301和設(shè)備1302可以選擇不同的信道以通信。然而，可能存在不期望的情況。例如，設(shè)備1301可能不具有用于通信的多個(gè)顏色信道。 或者，設(shè)備1301也許具有多個(gè)顏色信道，但是對(duì)于高數(shù)據(jù)速率可能要求每個(gè)信道鏈接到設(shè)備 1302。在此情況下，可能有若干替換方案來(lái)緩解干擾。如果設(shè)備1302可以同步到設(shè)備 1303，則它可以請(qǐng)求設(shè)備1303選擇替換的顏色(信道)。這可以通過(guò)信道或顏色改變請(qǐng)求機(jī)制來(lái)完成。設(shè)備1302還可以請(qǐng)求設(shè)備1303減少它的發(fā)射光功率。從而，發(fā)射光控制可被用于特定情況以減少干擾?？梢砸远喾N方式達(dá)到發(fā)射光控制。在一個(gè)實(shí)施例中，可以降低到設(shè)備1303的電流。在另一實(shí)施例中，如果設(shè)備1303使用同樣顏色的多個(gè)光源用于發(fā)射，則可以關(guān)閉一些光源。在另一實(shí)施例中，可以通過(guò)使用具有更低占空比的不同的脈寬調(diào)制或信道編碼方案技術(shù)在物理層中改變?cè)O(shè)備1303中的每個(gè)LED的電力占空比(power duty cycle)。如果設(shè)備1301和設(shè)備1303可以(通過(guò)VLC、有線或無(wú)線底板、或其它的方法)彼此通信，則設(shè)備1301可以使用這些機(jī)制用于做出到設(shè)備1303的請(qǐng)求以改變顏色(信道)、應(yīng)用發(fā)射光控制或兩者。 雖然本公開(kāi)已經(jīng)描述了示范性實(shí)施例，但是可以向本領(lǐng)域技術(shù)人員建議不同的改變和修改。本公開(kāi)旨在將這些改變和修改包括在所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、用于設(shè)備聯(lián)系、干擾緩解和信道選擇的方法， 所述方法包括在第一設(shè)備的多個(gè)支持的顏色信道中的每一個(gè)上進(jìn)行發(fā)射，以估計(jì)在每個(gè)支持的顏色信道上的環(huán)境干擾；接收在至少一些支持的顏色信道上的發(fā)射，其中接收顏色信道的數(shù)量小于或等于支持的顏色信道的數(shù)量；計(jì)算用于每個(gè)接收顏色信道的信道質(zhì)量指數(shù)(CQI)；選擇第一設(shè)備的至少一個(gè)接收顏色信道以用作通信信道；以及向VLC網(wǎng)絡(luò)中的第二設(shè)備報(bào)告所述至少一個(gè)通信信道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括建立用于第一設(shè)備的接收顏色信道中的至少一個(gè)的至少一個(gè)保護(hù)顏色信道。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括執(zhí)行支持的顏色信道的背景掃描以檢測(cè)任何發(fā)射；當(dāng)檢測(cè)到不期望的發(fā)射時(shí)，選擇不與該不期望的發(fā)射的源聯(lián)系；以及將該不期望的發(fā)射的通信信道標(biāo)記為不可用。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括收集來(lái)自第二設(shè)備的CQI報(bào)告，其中，該CQI報(bào)告包括用于第二設(shè)備的多個(gè)接收顏色信道中的每一個(gè)的CQI。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，基于下述中的至少一個(gè)選擇所述至少一個(gè)通信信道VLC的接收顏色信道的CQI、第一設(shè)備和第二設(shè)備的發(fā)射能力和接收能力、至少一個(gè)保護(hù)顏色信道以及訪問(wèn)機(jī)制。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述第一設(shè)備和第二設(shè)備配置為通過(guò)多個(gè)可見(jiàn)光信道彼此通信。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述可見(jiàn)光譜的至少一部分劃分成為波長(zhǎng)帶；定義多個(gè)通信信道，每個(gè)通信信道與可見(jiàn)光譜中的波長(zhǎng)帶中的一個(gè)相關(guān)；向由用于VLC的第一設(shè)備支持的每個(gè)波長(zhǎng)帶分配代碼；向所述至少一個(gè)保護(hù)顏色信道中的每一個(gè)分配代碼；以及將所述每個(gè)支持的波長(zhǎng)帶的代碼和所述至少一個(gè)保護(hù)顏色信道中的每一個(gè)的代碼傳遞給第二設(shè)備。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一設(shè)備相對(duì)第二設(shè)備移動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)接收顏色信道的選擇是基于所述至少一個(gè)接收顏色信道的CQI的。
10.一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、能夠進(jìn)行設(shè)備聯(lián)系、干擾緩解和信道選擇的設(shè)備，所述設(shè)備被配置為在多個(gè)支持的顏色信道中的每一個(gè)上進(jìn)行發(fā)射，以估計(jì)在每個(gè)支持的顏色信道上的環(huán)境干擾；接收在至少一些支持的顏色信道上的發(fā)射，其中接收顏色信道的數(shù)量小于或等于支持的顏色信道的數(shù)量；計(jì)算用于每個(gè)接收顏色信道的信道質(zhì)量指數(shù)(CQI)； 選擇第一設(shè)備的至少一個(gè)接收顏色信道以用作通信信道； 向VLC網(wǎng)絡(luò)中的第二設(shè)備報(bào)告所述至少一個(gè)通信信道。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，所述設(shè)備還被配置為建立用于所述接收顏色信道中的至少一個(gè)的至少一個(gè)保護(hù)顏色信道。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，所述設(shè)備還被配置為 執(zhí)行支持的顏色信道的背景掃描以檢測(cè)任何發(fā)射；當(dāng)檢測(cè)到不期望的發(fā)射時(shí)，選擇不與該不期望的發(fā)射的源聯(lián)系；以及將該不期望的發(fā)射的通信信道標(biāo)記為不可用。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，所述設(shè)備還被配置為收集來(lái)自第二設(shè)備的CQI報(bào)告，其中，該CQI報(bào)告包括用于第二設(shè)備的多個(gè)接收顏色信道中的每一個(gè)的CQI。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，基于下述中的至少一個(gè)選擇所述至少一個(gè)通信信道VLC的接收顏色信道的CQI、第一設(shè)備和第二設(shè)備的發(fā)射能力和接收能力、至少一個(gè)保護(hù)顏色信道以及訪問(wèn)機(jī)制。
15.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備還被配置為通過(guò)多個(gè)可見(jiàn)光信道與第二設(shè)備通信。
16.一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、用于緩解VLC期間的光干擾的方法，所述方法包括從接收設(shè)備接收請(qǐng)求以降低在至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平； 降低在所述至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過(guò)降低到在所述至少一個(gè)顏色信道上發(fā)射的光源的電流來(lái)降低在所述至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，如果多個(gè)光源在所述至少一個(gè)顏色信道上發(fā)射， 則通過(guò)關(guān)閉在所述至少一個(gè)顏色信道上發(fā)射的光源中的至少一個(gè)來(lái)降低在所述至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過(guò)降低在所述至少一個(gè)顏色信道上發(fā)射的光源的物理層中的占空比來(lái)降低在所述至少一個(gè)顏色信道上的發(fā)射功率水平。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括建立用于至少一個(gè)顏色信道的至少一個(gè)保護(hù)顏色信道。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過(guò)VLC信道發(fā)射來(lái)自所述接收設(shè)備的請(qǐng)求。
全文摘要
一種供可見(jiàn)光通信(VLC)網(wǎng)絡(luò)使用的、用于設(shè)備聯(lián)系、干擾緩解和信道選擇的設(shè)備和方法。所述方法包括在第一設(shè)備的多個(gè)支持的顏色信道中的每一個(gè)上進(jìn)行發(fā)射，以估計(jì)在每個(gè)支持的彩色通道上的環(huán)境干擾。所述方法還包括在至少一些支持的顏色信道上的接收，其中接收顏色信道的數(shù)量小于或等于發(fā)射器的支持的顏色信道的數(shù)量。所述方法還包括計(jì)算用于每個(gè)接收顏色信道的信道質(zhì)量指數(shù)。所述方法更進(jìn)一步包括選擇第一設(shè)備的至少一個(gè)接收顏色信道以用作通信信道。所述方法還包括向VLC網(wǎng)絡(luò)中的第二設(shè)備報(bào)告所述至少一個(gè)通信信道。在特定實(shí)施例中，所述方法包括建立用于每個(gè)支持的顏色信道的保護(hù)顏色信道。
文檔編號(hào)H04B10/10GK102326342SQ201080008664
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者S.拉杰戈帕爾, 法羅克.坎 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社