Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА СВЯЗИ, СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе связи для передачи данных через видимый свет с использованием сигналов с модуляцией на основе частотной манипуляции. Изобретение дополнительно относится к системе освещения, к способу передачи информации и к компьютерному программному продукту.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Передача информации через свет является известной технологией. Ранее в наших домах инфракрасный свет всегда использовался для того, чтобы управлять такими устройствами, как телевизионные приемники и аудио/видеосистемы. Тем не менее поскольку источники света, излучающие видимый свет, типично окружают нас, например, в домах и офисах, идеи совершенствуются на предмет возможности передавать информацию с использованием своих источников окружающего света. Особенно сложным при использовании видимого света является обеспечение передачи данных без нежелательных видимых эффектов, таких как мерцание, поскольку человеческий глаз является достаточно чувствительным к варьированиям силы света.

С момента введения твердотельных источников света в офисах и домах, эта передача данных с использованием окружающего света повторно предоставлена. Твердотельные источники света имеют несколько параметров, которые могут варьироваться и управляться относительно легко. Такие параметры включают в себя силу света, цвет света, цветовую температуру света и даже направление света. Для передачи данных относительно высокая частота переключения источника света является важной. Таким образом, данные могут встраиваться в свет посредством его модуляции. Простейшая форма модуляции представляет собой включение/выключение на определенной частоте. Эта модуляция является невидимой для людей, если эта частота является достаточно большой, типично превышающей 100 Гц. Для большинства вариантов применения, возможно, требуется передавать больше данных, чем просто значение встроенной частоты. Могут использоваться различные способы модуляции, и один из этих способов модуляции может представлять собой технологию, известную как частотная манипуляция (дополнительно также указываемую как "частотная манипуляция"), в которой частота модуляции изменяется во времени. Тем не менее предыдущие эксперименты демонстрируют, что хотя частоты, используемые в частотной манипуляции, составляют значительно больше 100 Гц, видимое мерцание по-прежнему воспринимается.

WO 2009/040718 описывает модуляцию света. Источник света, в частности, разрядная лампа высокой интенсивности, возбуждается посредством предоставления коммутирующего постоянного тока для питания лампы; и варьирования периода коммутации так, чтобы передавать данные. В варианте осуществления, длительность каждого периода коммутации задается равной одному из двух возможных значений (T1, T2), к примеру, чтобы кодировать цифровой бит.

JP 60032443 описывает модуляцию света. Возбуждающий сигнал подвергается модуляции на основе частотной манипуляции, чтобы формировать люминесцентный свето-управляющий сигнал. Свет из люминесцентной лампы принимается посредством приемного устройства, чтобы демодулировать передаваемые данные. Предписанные частоты f₀, f₁ назначаются заранее уровню (0 или 1) данных, которые должны передаваться, и люминесцентная лампа возбуждается в ответ на частоту.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в том, чтобы предоставлять систему связи с использованием сигналов с модуляцией на основе частотной манипуляции, в которых уменьшаются нежелательные выбросы сигнала или видимое мерцание.

Первый аспект изобретения предоставляет систему связи. Второй аспект изобретения предоставляет систему освещения. Третий аспект изобретения предоставляет способ передачи информации. Четвертый аспект изобретения предоставляет компьютерный программный продукт. Преимущественные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Система связи согласно первому аспекту выполнена с возможностью передачи данных через видимый свет с использованием сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции. Сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции содержит последовательность частей сигнала, при этом каждая часть сигнала модулируется с первой и второй частотой в соответствии с данными, причем части сигнала модулируются с первой частотой, имеющей первые импульсы, в первые периоды, и части сигнала модулируются со второй частотой, имеющей вторые импульсы, во вторые периоды, при этом энергия видимого света, соответствующая импульсу в соответствующий период, имеет центр тяжести во времени. Формирователь сигналов выполнен с возможностью позиционирования импульсов в периодах таким образом, что центр тяжести находится в центре периода для уменьшения воспринимаемых человеком частотных составляющих в видимом свете.

При выполнении модуляции на основе частотной манипуляции, сигналы с модуляцией на основе частотной манипуляции включают в себя конкатенацию сигнальных компоновочных блоков различных частот, называемых "частями сигнала". Каждая часть сигнала модулируется с первой и второй частотой в соответствии с данными, причем части сигнала модулируются с первой частотой, имеющей первые импульсы, в первые периоды, и части сигнала модулируются со второй частотой, имеющей вторые импульсы, во вторые периоды. Импульс также может называться "базовой формой сигнала" или "компоновочным блоком" для сигнала. Когда импульсы конкатенируются, чтобы создавать практически бесконечную последовательность импульсов, частотный спектр такого сигнала представляет собой, по сути, дискретный частотный спектр, имеющий пики на частоте модуляции и при кратных числах этой частоты. С другой стороны, при излучении только одиночного импульса, частотный спектр этого сигнального импульса имеет практически непрерывный спектр. Сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции представляет собой конкатенацию полубесконечных частей сигнала, и в силу этого можно ожидать, что частотный спектр такого сигнала, по сути, представляет собой дискретный спектр. Тем не менее при рассмотрении мгновенных изменений с первой части сигнала, имеющей первый период, на вторую часть сигнала, имеющую второй период, авторы изобретения видят, что эти мгновенные скачки частоты приводят к повторному появлению части непрерывного спектра, так что она по-прежнему должна присутствовать в полном частотном спектре сигналов с модуляцией на основе частотной манипуляции. Это обусловлено тем, что хотя среднее значение каждого импульса является идентичным, член, линейный по частоте в непрерывном спектре, не является идентичным для каждого импульса. При использовании источника света для того, чтобы передавать эти сигналы с модуляцией на основе частотной манипуляции, низкочастотная часть непрерывного спектра, присутствующая в сигнале с модуляцией на основе частотной манипуляции, приводит к видимому мерцанию. Авторы изобретения обнаружили, что воспринимаемые человеком частотные составляющие в видимом свете сильно уменьшаются, когда импульсы в периоды позиционируются таким образом, что центр тяжести находится в центре периода.

Необязательно, в сигнале с модуляцией на основе частотной манипуляции согласно изобретению, период времени между центром тяжести последнего из первых импульсов первой части сигнала и центром тяжести первого из вторых импульсов следующей второй части сигнала практически равен половине суммы первого периода и второго периода. Авторы изобретения обнаружили, что воспринимаемые человеком частотные составляющие в видимом свето-управляющем сигнале сильно уменьшаются, когда сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции составляется таким образом, что период времени, как задано выше, находится между первым импульсом и вторым импульсом. Авторы изобретения полагают, что практически постоянный период времени между первым импульсом и вторым импульсом приводит к сильному уменьшению низкочастотной части. В известных импульсах для сигналов с модуляцией на основе частотной манипуляции, импульс типично находится в начале периода импульса (см. также фиг. 1a). При формировании последовательности первой части сигнала и второй части сигнала, период времени между известными импульсами должен отличаться при изменении с первой части сигнала на вторую часть сигнала по сравнению с изменением со второй части сигнала на первую часть сигнала. Эти разности в периоде времени представляют собой относительно низкочастотные изменения, которые приводят к этому видимому мерцанию при передаче этих известных сигналов с модуляцией на основе частотной манипуляции с использованием видимого света.

В математике, центр тяжести представляет собой точку в узле, вокруг которой результирующий крутящий момент вследствие гравитационных сил принимает нулевое значение. Эквивалентно, центр тяжести энергии видимого света, соответствующего импульсу в период, задается как момент времени, вокруг которого импульс является практически симметричным, либо говоря по-другому:

,

где I(t) является интенсивностью во время t импульса, T является периодом импульса, и Tg является центром тяжести импульса. Когда период времени между центром тяжести последнего из первых импульсов первой части сигнала и первого из вторых импульсов второй части сигнала практически равен половине суммы первого периода и второго периода, низкочастотный контент импульсов, т.е. член, линейный по частоте, которая является пропорциональной 1/F, не появляется в спектре бесконечной последовательности блоков, если каждый блок имеет идентичную длительность. Как результат, видимое мерцание сильно уменьшается. В варианте осуществления системы связи согласно изобретению, период времени равен половине суммы первого периода и второго периода. Помимо длительности периода времени, другие характеристики сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции также могут определять видимость мерцания в излучаемом сигнале в диапазоне видимого света, такие как длительность первого периода и второго периода, и в силу этого, некоторое отклонение периода времени, как задано выше, может быть допустимым без отступления от объема изобретения. Эксперименты демонстрируют то, что отклонение приблизительно в 5% периода времени не должно приводить к видимому мерцанию. Математический анализ демонстрирует то, что при использовании относительно высоких частот, пики сигналов и видимое мерцание дополнительно уменьшаются.

В варианте осуществления системы связи согласно изобретению, формирователь сигналов выполнен с возможностью вставки дополнительного сигнала между последним из первых импульсов и первым из вторых импульсов для получения периода времени. Альтернативно, формирователь сигналов может быть выполнен с возможностью уменьшения первого периода от последнего из первых импульсов и/или для уменьшения второго периода от первого из вторых импульсов для получения периода времени.

В варианте осуществления системы связи, первый импульс выполнен с возможностью наличия центра тяжести в центре первого периода, и второй импульс выполнен с возможностью наличия центра тяжести второго импульса в центре второго периода. В таком варианте осуществления, в котором центр тяжести импульсов находится практически в центре периода импульса, период времени между центром тяжести первого импульса и центром тяжести смежного второго импульса автоматически соответствует определению: половина суммы первого периода и второго периода. Как указано выше, это должно сильно уменьшать видимое мерцание при передаче сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции с использованием источника света. Чтобы формировать первый импульс таким образом, что он имеет центр тяжести в центре своего первого периода, первый импульс может иметь сдвиг фаз в первом периоде. Чтобы формировать второй импульс таким образом, что он имеет центр тяжести в центре второго периода, второй импульс также может иметь сдвиг фаз во втором периоде. Примеры импульсов, имеющих центр тяжести вокруг центра периода, представляют собой, например, формы сигналов, которые являются симметричными относительно центра периода; тем не менее также могут выбираться несимметричные формы сигнала, которые имеют центр тяжести практически в центре периода. Некоторые дополнительные примеры предоставляются в описании.

В варианте осуществления системы связи, первые импульсы являются симметричными относительно центра первого периода, и/или второй импульс является симметричным относительно центра второго периода. Как указано выше, импульс, который является симметричным относительно центра периода, интуитивно представляет собой самые простые формы сигналов, которые имеют центр тяжести в центре периода формы сигнала. В системе связи, соединенной с источником света для излучения сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции, такие симметричные формы сигнала, например, могут представлять собой формы сигнала с широтно-импульсной модуляцией (дополнительно также указываемые как "формы PWM-сигнала") для возбуждения источника света. Такие формы сигнала с широтно-импульсной модуляцией зачастую также используются для управления силой полного воспринимаемого света, излучаемого посредством источника света. Посредством настройки ширины импульса в форме сигнала с широтно-импульсной модуляцией может быть адаптирована воспринимаемая сила света. Сдвиг формы сигнала с широтно-импульсной модуляцией, имеющей требуемую ширину, таким образом, что она размещается симметрично относительно центра периода, может создавать, например, первый импульс. Сокращение или продление периода этого первого импульса может создавать второй импульс, при этом оба из них могут использоваться для того, чтобы модулировать данные в передаче данных с модуляцией на основе частотной манипуляции. Вследствие того факта, что средняя ширина импульса относительно периода импульсов как первого импульса, так и второго импульса равны, идентичная сила света воспринимается, хотя первая часть сигнала и вторая часть сигнала имеют различную частоту. Вследствие симметрии, центр тяжести как первого импульса, так и второго импульса находится практически в центре соответствующих периодов, сильно уменьшая нежелательные пики (или видимое мерцание) в излучаемом частотном спектре.

Так что необязательно, первые импульсы и вторые импульсы содержат блочный импульс. Центр тяжести первого импульса, например, может находиться практически в центре первого периода. Альтернативно или дополнительно, центр тяжести второго импульса, например, может находиться практически в центре второго периода.

В варианте осуществления системы связи согласно изобретению, сила видимого света определяется посредством ширины блочного импульса в первых импульсах относительно первого периода и ширины блочного импульса во вторых импульсах относительно второго периода. Как указано выше, такой свето-управляющий сигнал также известен как сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

В варианте осуществления системы связи, первая часть сигнала содержит конкатенацию целого числа первых импульсов, и/или при этом вторая часть сигнала содержит конкатенацию целого числа вторых импульсов. Преимущество такого сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции заключается в том, что последовательность первой части сигнала и второй части сигнала представляет собой организованную последовательность первых импульсов и вторых импульсов, что дополнительно уменьшает все нежелательные дополнительные частотные составляющие, которые должны возникать в полном передаваемом сигнале с модуляцией на основе частотной манипуляции.

В варианте осуществления системы связи, система связи соединяется с излучателем света для излучения сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции. Это позволяет системе связи отправлять сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции с использованием, например, модулей окружающего освещения в домах или офисах.

Система освещения согласно второму аспекту содержит систему связи согласно изобретению.

Необязательно, система освещения содержит излучатель света, который выбирается из списка, содержащего: светодиод, OLED, лазер, разрядную лампу высокого давления и люминесцентную лампу.

Способ согласно третьему аспекту выполнен с возможностью встраивания данных в видимом свете. Способ содержит этапы:

- формирования свето-управляющего сигнала, представляющего собой сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции, содержащий последовательность первых частей сигнала и вторых частей сигнала в соответствии с данными, причем каждая первая часть сигнала содержит, по меньшей мере, один первый импульс, имеющий первый период, а каждая вторая часть сигнала содержит, по меньшей мере, один второй импульс, имеющий второй период, отличающийся от первого периода, при этом свето-управляющий сигнал содержит период времени между центром тяжести последнего из первых импульсов первой части сигнала и центром тяжести первого из вторых импульсов следующей второй части сигнала, практически равный половине суммы первого периода и второго периода для уменьшения воспринимаемых человеком частотных составляющих в видимом свето-управляющем сигнале, и

- предоставления свето-управляющего сигнала в источник видимого света.

В варианте осуществления способа, период времени получается посредством вставки дополнительного сигнала между последним из первых импульсов и первым из вторых импульсов, или при этом период времени получается посредством уменьшения первого периода от последнего из первых импульсов и/или посредством уменьшения второго периода от первого из вторых импульсов.

В варианте осуществления способа, первый импульс выполнен с возможностью наличия центра тяжести первого импульса в центре первого периода, и/или второй импульс выполнен с возможностью наличия центра тяжести второго импульса в центре второго периода.

В варианте осуществления способа согласно изобретению, способ выполнен с возможностью формирования первого импульса и второго импульса, имеющих блочный импульс.

Компьютерный программный продукт согласно четвертому аспекту выполнен с возможностью передачи данных через видимый свет, причем данная программа выполнена с возможностью инструктировать процессору осуществлять способ согласно изобретению.

Эти и другие аспекты изобретения являются очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.

Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что два или более вышеуказанных вариантов осуществления, реализаций и/или аспектов изобретения могут быть комбинированы любым способом, считающимся применимым.

Модификации и изменения комплекта из устройства для преобразования цветов, осветительного модуля и твердотельного излучателя света, которые соответствуют описанным модификациям и изменениям устройства для преобразования цветов, могут выполняться специалистами в данной области техники на основе настоящего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

Фиг. 1a показывает первый импульс или второй импульс согласно предшествующему уровню техники, а фиг. 1b показывает известный сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции,

Фиг. 2a и 2b показывают первый импульс и второй импульс, соответственно, согласно изобретению, а фиг. 2c показывает сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции, согласно изобретению, состоящий из первой части сигнала первых импульсов и второй части сигнала вторых импульсов,

Фиг. 3 показывает низкочастотный спектр сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции предшествующего уровня техники и сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции согласно изобретению,

Фиг. 4a-4k схематично показывают различные первые импульсы или вторые импульсы, некоторые схематично показанные формы сигналов которых имеют центр тяжести в центре периода,

Фиг. 5 схематично показывает вариант осуществления системы связи согласно изобретению, соединенной с излучателем света, и

Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа формирователя сигналов системы связи согласно изобретению.

Следует отметить, что элементы, обозначенные посредством идентичных номеров ссылок на различных чертежах, имеют идентичные структурные признаки и идентичные функции либо представляют собой идентичные сигналы. Если функция и/или структура такого элемента пояснена, нет необходимости ее повторного пояснения в подробном описании.

Чертежи являются просто схематичными и не нарисованы в масштабе. В частности, для ясности, некоторые размеры сильно увеличены.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1a показывает первый импульс 110 или второй импульс 110 согласно предшествующему уровню техники. Этот первый импульс 110 или второй импульс 110 содержит блочный импульс, имеющий ширину αT и частоту, равную 1/T. Такой импульс, например, может использоваться в известном сигнале 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, как показано на фиг. 1b. Когда такой импульс 110 используется для сигналов 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, которые передаются с использованием видимого света, ширина αT блочного импульса используется для того, чтобы задавать воспринимаемую силу света полного излучаемого света. Эта воспринимаемая сила света может быть адаптирована посредством адаптации ширины αT этого импульса 110, которая также известна как широтно-импульсная модуляция сигнала для того, чтобы адаптировать воспринимаемую силу света излучателя 530 света (см. фиг. 5). Чтобы формировать сигнал 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, импульс 110, как показано на фиг. 1a, может использоваться на двух различных частотах, и информация может кодироваться с использованием предварительно заданной последовательности импульса 110 на различных частотах. Авторы изобретения обнаружили, что при использовании такого импульса 110 для того, чтобы формировать сигнал 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, воспринимается видимое мерцание.

Фиг. 2a и 2b показывают первый импульс 210 и второй импульс 220, соответственно, согласно изобретению. Первый импульс 210 также содержит существенную блочную волну (аналогично тому, что уже показано на фиг. 1a). Тем не менее эта блочная волна сдвигается в первом периоде T0 вдоль временной оси таким образом, что блочная волна размещается практически симметрично относительно центра T0/2 первого периода T0. Также второй импульс 220, показанный на фиг. 2b, сдвигается во втором периоде T1 вдоль временной оси таким образом, что блочная волна также размещается практически симметрично относительно центра T1/2 второго периода T1. Вследствие того факта, что ширина блочной волны как в первом импульсе 210, так и во втором импульсе 220 остается равной αT, воспринимаемая сила света остается идентичной для всех форм блочной волны, показанных на фиг. 1a, 2a и 2b. Тем не менее при использовании сигнала 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции, состоящего из первого импульса 210 и второго импульса 220, передаваемых с использованием излучателя 530 света, видимые белые полосы сильно уменьшаются или даже полностью исключаются.

Фиг. 2c показывает сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции, согласно изобретению, состоящий из первой части сигнала первых импульсов и второй части сигнала вторых импульсов. При выполнении модуляции на основе частотной манипуляции, сигналы 100, 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции включают в себя конкатенацию импульсов 110, 210, 220 различных частот, указываемых в качестве первой части 115, 215 сигнала и второй части 125, 225 сигнала. Сигнал 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции представляет собой практически бесконечную конкатенацию импульсов 110, и в силу этого можно ожидать, что частотный спектр такого сигнала, по сути, представляет собой дискретный спектр. Тем не менее вследствие мгновенных изменений с первой части 115 сигнала, имеющей первую частоту f₀ (или первый период T0), на вторую часть 125 сигнала, имеющую вторую частоту f₁ (или второй период T1), авторы изобретения полагают, что эти мгновенные скачки частоты приводят к повторному появлению части непрерывного спектра. При использовании излучателя 530 света (см. фиг. 5) для того, чтобы передавать эти сигналы 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, низкочастотная часть непрерывного спектра, присутствующая в сигнале с модуляцией на основе частотной манипуляции, приводит к видимому мерцанию во время передачи сигналов 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции.

В сигнале 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции согласно изобретению, первый импульс 210, составляющий первую часть 215 сигнала, имеет такую конфигурацию, в которой центр тяжести первого импульса находится в центре T0/2 первого периода T0. Это достигается посредством сдвига блочной волны вдоль временной оси, как показано на фиг. 2a. Кроме того, второй импульс 220, составляющий вторую часть 225 сигнала, имеет такую конфигурацию, в которой центр тяжести второго импульса находится в центре T1/2 второго периода T1. С другой стороны, это достигается посредством сдвига блочной волны вдоль временной оси, как показано на фиг. 2b. Посредством сдвига блочной волны таким образом, что центр тяжести находится в центре периода, период Tp времени между первой частью 215 сигнала и второй частью 225 сигнала является идентичным значением, которое приводит к сильному уменьшению видимого мерцания.

В альтернативном варианте осуществления (не показан явно), первый импульс и второй импульс имеют форму, аналогичную импульсу 110 предшествующего уровня техники, показанному на фиг. 1a, и период Tp времени получается посредством включения дополнительного сигнала между импульсами. Этот дополнительный сигнал, например, может продлевать длительность "нулевой" интенсивности первого импульса или, например, может уменьшать длительность "нулевой" интенсивности второго импульса.

Фиг. 3a показывает низкочастотный спектр сигнала 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции предшествующего уровня техники (пунктирная линия) и сигнала 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции согласно изобретению (сплошная линия). В этом спектре по фиг. 3a, сигналы 100, 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции имеют период в 1 секунду, рабочий цикл в 50%, состоящий из 100 форм сигналов с длительностью 5 миллисекунд, после которых следуют 200 форм сигналов с длительностью в 2,5 миллисекунды. Сигналы 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции (сплошная линия), имеющие первый импульс 210 (показан на фиг. 2a) и второй импульс 220 (показан на фиг. 2b), согласно изобретению имеют намного меньшую энергию на низкой частоте по сравнению с известным сигналом 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции (пунктирная линия), имеющим известный импульс 110 (показан на фиг. 1a).

В нижеприведенном математическом анализе показано то, что при сдвиге центра тяжести в центр периода импульса 210, 220 фактически существенно уменьшается видимое мерцание.

При рассмотрении сигналов, которые представляют собой конкатенации простых блоков включения/выключения с рабочим циклом α, блок задается с точки зрения функции bε,α с двумя параметрами с опорой в [0, 1) и параметрами α и ε, удовлетворяющими 0≤α≤1 и 0≤ε≤(1-α):

Сигнал x(t) с частотой f₀ модуляции теперь может составляться следующим образом:

Для вычисления преобразования Фурье этого сигнала:

Сигнал x(t) является периодическим с периодом 1/f₀, так что преобразование Фурье состоит из ряда дельта-пиков в целых кратных f₀, и сигнал также может записываться в качестве ряда Фурье:

Следует отметить, что X(f) является строго нулевой для всех ненулевых частот f с |f|<f₀. Если сигнал x(t) представляет силу видимого света, это объясняет то, почему присутствие модуляции является незаметным, если f₀ превышает 100 Гц.

Теперь рассмотрим сигнал y(t), в котором частота модуляции составляет f₀ для t<0 и f₁ для t>0:

Так же, если преобразование Фурье вычисляется как:

Из этого можно видеть, что спектр y(t) содержит дискретный компонент в целых кратных f₀ и f₁ и непрерывную часть. Если рассматривать характер изменения низкочастотной части непрерывной части:

Постоянный член может быть задан с возможностью принимать нулевое значение посредством выбора ε=(1-α)/2. Это значительно уменьшает низкочастотный контент y(t) и, следовательно, должно уменьшать воспринимаемость изменения частоты модуляции.

Человеческий глаз в этом контексте может моделироваться в качестве фильтра нижних частот с частотной характеристикой H(f). Поскольку частоты модуляции должны быть выбраны таким образом, что |H(f₀)| и |H(f₁)|<<1, только дельта-пик при f=0 и низкочастотная часть непрерывного спектра способствуют фильтрованному сигналу:

В качестве примера, допустим фильтр порядка k+1 с частотной характеристикой:

где τ составляет порядка 0,015 сек, и k=4. Импульсная характеристика этого фильтра следующая:

Сигнал 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции проиллюстрирован на фиг. 3b в качестве функции от времени для α=0,25, f₀=200 Гц, f₁=400 Гц для четырех случаев: ε=0 (пунктирная кривая – импульс, аналогичный фиг. 1a), ε=0,3375 (штрихпунктирная кривая), ε=0,3563 (штриховая кривая) и, в завершение, ε=(1-α)/2=0,375 (сплошная кривая – импульс, аналогичный фиг. 2a и 2b), в которых блочный импульс размещается в центре периода. Видимое мерцание для пунктирного пика превышает 1% от силы света и в силу этого является четко видимым, в то время как кривая, указывающая сигнал 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции согласно изобретению, показывает только незначительное варьирование силы света, которое не является видимым для человеческого глаза. Помимо этого, штриховая кривая показывает то, что сдвиг приблизительно в 5% блочного импульса также не должен приводить к видимому мерцанию, что ясно показывает то, что некоторое отклонение в периоде Tp времени может разрешаться без отступления от объема изобретения.

Фиг. 4a-4k схематично показывают различные первые импульсы 210 или вторые импульсы 220, некоторые схематично показанные формы сигналов которых имеют центр тяжести в центре периода. Как указано выше, симметричные формы сигнала вокруг центра периода T0/2, T1/2 могут использоваться для того, чтобы уменьшать видимое мерцание. Тем не менее также могут быть выбраны несимметричные формы сигнала, которые имеют центр тяжести в центре T0/2, T1/2 периода T0, T1. В вариантах осуществления импульсов 210, 220, показанных на фиг. 4a-4k, период указывается с помощью "T" и может представлять первый период T0 или второй период T1, и центр периода указывается с помощью "T/2" и может представлять центр T0/2 первого периода T0 или центр T1/2 второго периода T1. Фиг. 4a и 4b, очевидно, не являются симметричными относительно центра T периода T/2, и очевидно, не имеют центра тяжести в центре периода. В связи с этим, при использовании импульсов, показанных на фиг. 4a и 4b, для передачи информации с использованием видимого света может ожидаться видимое мерцание. С другой стороны, импульсы, показанные на фиг. 4c и 4d, являются симметричными относительно центра T/2 периода T, и в силу этого при использовании этих импульсов фиг. 4c и 4c может ожидаться сильное уменьшение видимого мерцания. Импульс, показанный на фиг. 4e, также не является симметричным относительно центра T/2, и в силу этого при использовании этого импульса также могут ожидаться видимые белые полосы. Тем не менее импульс, показанный на фиг. 4f и 4g, также является симметричным относительно центра T/2 периода T, и, следовательно, также при использовании этих импульсов для того, чтобы передавать сигналы 200 с модуляцией на основе частотной манипуляции с использованием излучателя света, может ожидаться сильное уменьшение видимого мерцания, либо видимое мерцание вообще не присутствует. По аналогичным причинам, сигналы 100 с модуляцией на основе частотной манипуляции, содержащие импульсы, показанные на фиг. 4h и 4j, должны содержать видимое мерцание, в то время как центр тяжести импульсов, показанных на фиг. 4i и 4k, может быть достаточно близким к центру периода, чтобы показывать очень низкое или отсутствие видимого мерцания при передаче информации с использованием видимого света.

Фиг. 5 схематично показывает вариант осуществления системы 500 связи, согласно изобретению, соединенной с излучателем 530 света. Система 500 связи, например, может содержать микроконтроллер 510, который принимает синхросигнал Scl, сигнал Sdim регулирования яркости освещения и сигнал Sdata данных и предоставляет возбуждающий сигнал Sdriver в возбуждающие электронные схемы 520 для возбуждения источника 530 света. Таким образом, микроконтроллер 510 представляет собой формирователь 510 сигналов этой системы 500 связи. Сигнал Sd регулирования яркости может использоваться для того, чтобы задавать ширину импульса (ранее приложенного с коэффициентом α). В этом варианте осуществления, возбуждающие электронные схемы 520, например, содержат электронные схемы для возбуждения светодиодного излучателя 530 света, но возбуждающие электронные схемы 520 могут быть выполнены с возможностью возбуждения любого излучателя света, подходящего для пропускания света через оптический сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции. Излучатель 530 света, например, содержит светоизлучающий диод, но может содержать любой источник света, подходящий для передачи оптического сигнала с модуляцией на основе частотной манипуляции.

Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа формирователя 510 сигналов системы 500 связи. Формирователь 510 сигналов или микроконтроллер 510 принимает на этапе 610 сигнал Sdim регулирования яркости таким образом, что может формироваться импульс, который при включении в FSK-сигнал должен предоставлять корректную силу света для излучателя 530 света. Затем, на этапе 620 формирователь 510 сигналов принимает сигнал Sdata данных и синхросигнал Scl, чтобы формировать сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции, представляющий данные. Когда импульс является аналогичным импульсу предшествующего уровня техники (см. фиг. 1a), формирователь 510 сигналов может включать в себя дополнительный сигнал на этапе 625, чтобы обеспечивать, что период Tp времени между последним импульсом первой части сигнала и первым импульсом второй части сигнала разнесен согласно изобретению. Альтернативно, когда импульс является аналогичным первому импульсу 210 (фиг. 2a) и второму импульсу 220 (фиг. 2b), этап 625 включения дополнительного сигнала может опускаться, чтобы по-прежнему получать корректный период Tp времени согласно изобретению. В завершение, на этапе 630 формирователь 510 сигналов предоставляет возбуждающий сигнал Sdrive с FSK-модуляцией в излучатель 530 света для излучения данных через излучатель 530 света при формировании требуемой силы света без видимого мерцания.

Если обобщить, настоящее изобретение предоставляет систему связи, систему освещения, способ передачи информации и компьютерный программный продукт. Система связи согласно изобретению выполнена с возможностью передачи данных через видимый свет. Система связи содержит формирователь сигналов для формирования свето-управляющего сигнала, представляющего собой сигнал с модуляцией на основе частотной манипуляции, содержащий последовательность первых частей сигнала и вторых частей сигнала в соответствии с данными. Каждая первая часть сигнала содержит, по меньшей мере, один первый импульс, имеющий первый период, и каждая вторая часть сигнала содержит, по меньшей мере, один второй импульс, имеющий вторую частоту, отличающуюся от первой частоты. Период времени между центром тяжести последнего из первых импульсов первой части сигнала и центром тяжести первого из вторых импульсов следующей второй части сигнала практически равен половине суммы первого периода и второго периода для уменьшения воспринимаемых человеком частотных составляющих в видимом свето-управляющем сигнале.

Следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники должны иметь возможность разрабатывать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения все ссылки с номерами, помещенные в круглые скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в формуле изобретения. Артикль "a" или "an" перед элементом не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством надлежащим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть осуществлены посредством идентичного элемента аппаратных средств. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.