從自計時編碼光信號恢復(fù)時序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及從編碼光信號恢復(fù)時序，其中數(shù)據(jù)根據(jù)諸如曼徹斯特型代碼或其它行代碼之類的自計時編碼方案編碼。
【背景技術(shù)】
[0002]編碼光是指其中數(shù)據(jù)被調(diào)制到由光源(例如由基于LED的照明器)發(fā)射的可見光照中的技術(shù)。因此，除了提供光照(為此目的，光源可能已經(jīng)存在于環(huán)境中)之外，光源還充當(dāng)能夠向編碼光的適當(dāng)接收器傳送數(shù)據(jù)的傳送器。調(diào)制典型地以對人類視覺而言不可感知的足夠高的頻率執(zhí)行，即因此用戶僅感知到總體光照而沒有感知到數(shù)據(jù)調(diào)制到該光照中的效果。以此方式，數(shù)據(jù)可以說成是嵌入到來自光源的光中。
[0003]編碼光可以用在若干應(yīng)用中。例如，一個應(yīng)用是在例如作為智能照明系統(tǒng)的部分的照明器之間進行通信。室內(nèi)或室外環(huán)境中的多個照明器中的每一個可以配備有編碼光傳送器和接收器，并且經(jīng)由編碼光在它們之間進行通信的能力可以用于以至少部分分布式的方式控制環(huán)境中的光。例如，每一個照明器還可以配備有存在傳感器以檢測生命(典型地為人類)的存在，并且信息可以在兩個或更多個照明器之間共享以便確定如何取決于所檢測到的存在來控制來自不同照明器的光。
[0004]在另一示例應(yīng)用中，編碼光可以用于從照明器向遠(yuǎn)程控制單元提供信息以用于控制該照明器，例如提供將其從遠(yuǎn)程單元可以控制的其它這樣的照明器之中區(qū)分開的標(biāo)識符，或者提供關(guān)于照明器的狀態(tài)信息(例如報告錯誤、警告、溫度、操作時間等)。在一個這樣的示例中，遠(yuǎn)程控制單元可以包括諸如智能電話或平板電腦之類的具有內(nèi)置相機或其它光傳感器的移動用戶終端。利用該終端運行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，用戶可以將相機引導(dǎo)在照明器處并且由此檢測編碼到來自該照明器的光中的標(biāo)識符。給定其正在看的照明器的標(biāo)識符，終端然后可以通過(例如經(jīng)由RF)發(fā)送回回波信號來控制該照明器。
[0005]在又一應(yīng)用中，編碼光可以用于向用戶提供信息，例如提供用在調(diào)試中的照明器的標(biāo)識符，或者使得能夠提供位置相關(guān)信息。例如，室內(nèi)和/或室外環(huán)境中(例如辦公綜合樓的房間和走廊中，和/或校園的路徑中)的每一個照明器可以布置成發(fā)射嵌入有標(biāo)識其在該環(huán)境內(nèi)的相應(yīng)標(biāo)識符的光。如果用戶具有配備有相機或其它光傳感器的移動終端以及用于檢測編碼光的相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用，終端可以檢測照射其當(dāng)前位置的照明器的標(biāo)識符。這然后可以用于通過在將標(biāo)識符映射到照明器的位置的位置數(shù)據(jù)庫中查找當(dāng)前位置來幫助用戶導(dǎo)航環(huán)境?？商鎿Q地或此外，這可以用于查找與用戶的當(dāng)前位置相關(guān)聯(lián)的信息，諸如關(guān)于博物館的特定房間中的展覽的信息。例如，查找可以經(jīng)由終端能夠訪問的因特網(wǎng)或本地網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行，或者從用戶終端上的本地數(shù)據(jù)庫執(zhí)行。可替換地，信息可以直接編碼到來自一個或多個照明器的光中。一般而言，編碼光的適用性不受限。
[0006]實現(xiàn)編碼光的一種方式是通過振幅鍵控，通過在離散水平之間切換所發(fā)射的光的振幅或功率以便表示信道位(或更一般地，信道符號)。例如在最簡單的情況中，當(dāng)光源接通(發(fā)射)時，這表示值I的信道位，并且當(dāng)光源關(guān)斷(不發(fā)射)時，這表示值O的信道位，或者反之亦然。編碼光接收器中的光傳感器可以檢測光何時接通或關(guān)斷，或者區(qū)分不同的水平，并且從而接收信道位或符號。
[0007]為了輸送數(shù)據(jù)，調(diào)制典型地涉及將數(shù)據(jù)位(有時稱為用戶位)映射到信道符號上的編碼方案。示例是常規(guī)曼徹斯特代碼，其為二進制代碼，在該二進制代碼中值O的用戶位被映射到脈沖斷-通或低-高(基本信道位為O并且然后為I)形式的信道符號上并且值I的用戶位被映射到脈沖通-斷或高-低(基本信道位為I并且然后為O)形式的信道符號上或者反之亦然的。在諸如曼徹斯特編碼和許多其它行代碼之類的許多編碼方案中，時鐘和數(shù)據(jù)能夠從相同的信號恢復(fù)(否則將必須發(fā)送單獨的時鐘，或者傳送器和接收器將必須被假定為是完美同步的)。根據(jù)這樣的方案編碼的信號可以稱為自計時。如本文所使用的，這意味著有助于時序的恢復(fù)和數(shù)據(jù)的檢測二者的信息被一起編碼到每一個(復(fù)合)信道符號中，即編碼方案的每一個單位脈沖。具有該性質(zhì)的自計時信號還可以描述為等時的，即用于使用在導(dǎo)出時序和數(shù)據(jù)中的信息嵌入在每一個信道符號(信息的每一個單位脈沖)的周期中。在每一個信道符號表示用戶位的情況下，如在曼徹斯特編碼中那樣，這意味著時序和數(shù)據(jù)信息二者嵌入到每一個用戶位的周期中。
[0008]圖8圖示了可以如何從自計時信號恢復(fù)時序和數(shù)據(jù)的示例。圖8a示出當(dāng)通過編碼光信道傳送時的信號的示例，而在其下面的圖Sb示出當(dāng)在編碼光接收器處接收時的對應(yīng)信號。在該示例中，信號中的數(shù)據(jù)根據(jù)常規(guī)的曼徹斯特代碼進行編碼。所接收到的信號經(jīng)過匹配的濾波器以及諸如低通濾波器之類的一個或多個其它的濾波器。匹配的濾波器使模板脈沖與所接收到的信號相關(guān)。模板脈沖是所討論的編碼方案的可能符號之一；例如在曼徹斯特代碼的情況中，脈沖通-斷或低-高表示值I的用戶位。該相關(guān)通過匹配的濾波器的輸出是非矩形脈沖的序列，如圖Sc中針對示例曼徹斯特編碼信號所圖示的。要指出的是，每一個經(jīng)濾波的脈沖的形狀如何不僅取決于對應(yīng)符號表示的用戶位，而且取決于相鄰符號表示的相鄰位。形狀是匹配濾波、低通濾波和符號間干擾的結(jié)果。
[0009]可以在“眼孔圖案”方面考慮時序恢復(fù)，其概念對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是熟悉的。經(jīng)濾波的信號布置到多個窗口中，每一個窗口包括經(jīng)濾波的脈沖之一或經(jīng)濾波的脈沖的連續(xù)序列(即信道符號中一個或多個)的波形。如果這些窗口中的若干個彼此重疊，就像是同時發(fā)生的，即其中不同窗口的符號周期對準(zhǔn)，則出現(xiàn)打開“眼睛”的圖案。圖Sd示出針對未經(jīng)濾波的接收的信號的眼孔圖案并且圖Se示出針對信號的經(jīng)濾波的版本的眼孔圖案。在經(jīng)濾波的信號中(圖Se)，數(shù)據(jù)檢測點對應(yīng)于眼孔圖的正或負(fù)峰值(圓圈所示的)，例如在匹配濾波器使表示值I的用戶位的符號與模板脈沖相關(guān)，這輸出正峰值，并且在匹配濾波器使表示值O的用戶位的接收的符號與模板相關(guān)的情況下，這導(dǎo)致負(fù)峰值(波谷)。在這些數(shù)據(jù)檢測點之間，眼孔圖案的波形具有過零的點。這些過零的時序允許恢復(fù)時鐘。
[0010]圖8圖示了不存在噪聲的理論情形。然而，在現(xiàn)實中，眼孔圖案將由于信號中的噪聲的緣故而是模糊的，導(dǎo)致所恢復(fù)的時鐘信號中的抖動。已經(jīng)例如由Patric G Ogmundson等人的 “Zero-Crossing DPLL Bit Synchronizer with Pattern Jitter Compensat1n，，(IEEE Trans-COM, Vol.39，N0.4，1991年4月)描述了使用數(shù)據(jù)相關(guān)抖動補償?shù)牟僮髟谶^零上的數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)。該方法使用于要求高時鐘精度以得到相對高的SNR (高階QAM數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)或電力系統(tǒng)的同步)的系統(tǒng)的殘留時鐘抖動最小化。同樣典型地，過零在規(guī)則網(wǎng)格上，受由符號間干擾(ISI)引起的數(shù)據(jù)相關(guān)抖動和噪聲擾動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]可能已經(jīng)考慮了如何應(yīng)付在存在某個量的噪聲的情況下的抖動。然而，仍舊存在潛在問題，因為如果相對噪聲太嚴(yán)重，則用于恢復(fù)時序的諸如過零之類的特征點可能變得太模糊以至于不能單獨處理，至少就期望的可靠性而言。例如參見圖10a。
[0012]本發(fā)明在從諸如過零之類的特征點恢復(fù)時序之前將來自匹配濾波器的波形輸出分離成兩個單獨的組或“子圖案”。分離基于被分離的波形所表示的用戶數(shù)據(jù)，例如使得如果兩個連續(xù)數(shù)據(jù)位相同則向一個子圖案分配波形，并且如果兩個連續(xù)位不同則向第二子圖案分配波形。例如參見圖10b。因此通過采用數(shù)據(jù)的知識，可能使過零或其它這樣的特征點在每一個單獨的子圖案中更加可辨別。
[0013]根據(jù)本文中的公開的一個方面，提供了一種編碼光接收器，包括用于接收編碼光的傳感器、濾波器以及時序和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊。編碼光包括其中數(shù)據(jù)和時序根據(jù)自計時編碼方案調(diào)制到光中的信號。濾波器被布置成對照所接收的信號匹配所述編碼方案的模板波形，從而生成每一個均對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分的經(jīng)濾波