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Die
Erfindung bezieht sich auf optische Kommunikationsverbindungen und
insbesondere auf optische Freiraum-Kommunikationsverbindungen für die Übertragung über kurze
Entfernungen.
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Jüngste Fortschritte
in der Verbraucherelektronik haben zur Entwicklung von vielen verschiedenen
Vorrichtungen geführt,
z. B. Digitalkameras, persönliche
digitale Organisatoren, MP3-Player usw., die die Daten direkt mit
Personal-Computern (PCs) oder über
Kommunikationsnetze, z. B. durch das Herunterladen von Daten von
Word Wide Web-Servern (WWW-Servern), austauschen können. Viele
von diesen verwenden Verbinder, die dem USB-Standard entsprechen.
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Eine
USB-Verbindung ist eine Halbduplex-Kommunikation, die über zwei
Datenadern ausgeführt
wird. Zwei zusätzliche
Adern übertragen
die Leistung. Den zwei Datenadern ist keine Richtung des Datenflusses
zugeordnet, wie sie es bei der seriellen RS232-Kommunikation ist,
sondern die zwei Adern liefern ein Differenzsignal, dessen relative
Polarität
eine logische Null oder Eins definiert. Folglich müssen die
Daten in einer Halbduplex-Weise gesendet werden, um Kollisionen
auf der Verbindung zu verhindern, die selbstverständlich zur
Datenverfälschung
führen
würden.
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Die
Anwender von Vorrichtungen, die durch eine USB-Verbindung verbunden
sind, können
eine Verbindung zu einem PC (Personal-Computer) oder zu einem Kommunikationsnetz
verwenden, um Daten zu oder von ihrer Vorrichtung zu übertragen
(z. B. um Bilddateien der Digitalkamera zu einem WWW-Server zu übertragen
oder um die Kalenderdaten, die in einem PDA (persönlichen
digitalen Assistenten) gehalten werden, mit jenen zu synchronisieren,
die in einem PC gehalten werden). Es ist relativ leicht für die Anwender,
ihre Vorrichtungen anzuschließen,
um Daten zu übertragen,
wenn sie sich z. B. in ihrer Wohnung oder an ihrem Arbeitsplatz
befinden, wo ein Zugriff auf ein Kommunikationsnetz vorhanden ist,
z. B. unter Verwendung des Anwahlzugriffs über das PSTN (öffentliche
Fernsprechnetz) oder des Zugriffs auf ein LAN (lokales Netz) mit
einem Internet-Gateway.
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Es
sind mehrere Mehraderschemata verfügbar, wie z. B. der parallele
Standarddruckerbus und ein IEEE488-GPIB-Bus, festverdrahtete serielle Schemata,
wie z. B. der serielle RS232-Bus, und optische serielle Schemata,
wie der optische IrDA-Bus. Diese Verfahren erfordern alle komplexe
Software-Steuerungssysteme, um die Datenübertragung über die Verbindung ohne den
geringsten Eingriff von den Systemen zu erlauben. Jede Fehlerbehandlung oder
Flusssteuerung kommt von der Anwendungs-Software selbst.
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Wenn
die Anwender keinen derartigen Netzzugriff besitzen, dann besteht
die Ersatzoption darin, die Verbindung unter Verwendung eines Mobilkommunikationsnetzes
herzustellen. Während
dies eine annehmbare Wahl sein kann, wenn kurze E-Mails gesendet
werden oder ein Tagebuch von einem PDA synchronisiert wird, machen
es die begrenzten Übertragungsfähigkeiten
(9,6 kbit/s bei einem GSM-Mobiltelephonnetz)
für den
Austausch größerer Datenmengen
unpraktisch, z. B. das Hinaufladen von Bildern der Digitalkamera
oder das Herunterladen von Musikdateien, wenn die entsprechenden
Vorrichtungen Speicherkarten-Speicherfähigkeiten von 256 MByte oder
noch größer besitzen
können
(sehr viel größer für Vorrichtungen,
die Plattenspeicherfähigkeiten
besitzen). Obwohl die GPRS- und UMTS-Mobilkommunikationsnetze versprechen,
den mobilen Anwen dern größere Übertragungsraten
zu liefern, befinden sie sich gegenwärtig nicht in Gebrauch und es
ist nicht völlig
klar, welche Datenübertragungsraten
in der Praxis für
die Anwender verfügbar
sein werden.
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Es
ist außerdem
bekannt, eine "drahtlose" Verbindung von Vorrichtungen
unter Verwendung einer Funkverbindung oder optischen Verbindung
zu schaffen, wie z. B. in der internationalen Patentbeschreibung
WO 00/28689 beschrieben
ist. Dieses System des Standes der Technik erfordert jedoch eine
Schnittstelle zwischen den IrDA- und
USB-Standards. Die vorliegende Erfindung versucht, Mittel zum Senden
und Empfangen von Daten über
eine Verbindung ohne die Komplexität der Umsetzung in eines der
oben erörterten
Mehrkanalsysteme zu schaffen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein optischer Sender/Empfänger geschaffen, wobei
der Sender/Empfänger
Mittel umfasst, die einer zugeordneten elektronischen Vorrichtung
ermöglichen,
im Gebrauch Datensignale im USB-Zweikanal-Format zu senden und zu
empfangen, gekennzeichnet durch drei Paare optischer Sender und
Sensoren, wobei zwei der Paare für
einen Duplexbetrieb in dem Zweikanal-USB-Format verwendet werden, wobei
die Sender so beschaffen sind, dass sie die empfangenen USB-Format-Signale direkt auf
einen optischen Träger
modulieren, und die Sensoren so beschaffen sind, dass sie aus einem
optischen Träger
eine USB-Format-Modulation extrahieren, und das dritte Paar verwendet
wird, um Warnsignale auszutauschen, um das Vorhandensein eines damit
zusammenarbeitenden Sender/Empfängers
anzugeben.
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Die
Verwendung einer optische Verbindung erlaubt, dass ein öffent lich
zugängliches
Host-Endgerät
eine Verbindung mit der Anwenderausrüstung schafft, ohne sie für eine Beschädigung anfällig zu machen,
z. B. das Verbiegen der elektrischen Anschlussstifte oder einen
Wassereintritt. Weil das USB-Format zwei parallele Kanäle überträgt, ist
irgendeine Form des Docking-Anschlusses erwünscht, um die richtige Ausrichtung
der optischen Schnittstellen sicherzustellen, um eine Störung zwischen
den Kanälen
oder von externen Lichtquellen zu vermeiden. Weil jedoch die Anschlüsse im Port-Anschluß optisch
sind, werden sie viel leichter vor zufälligen oder vorsätzlichen
Beschädigungen geschützt, als
elektrische Anschlüsse
geschützt
werden könnten.
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In
einer elektrischen USB-Verbindung ist ein Zweiwegeverkehr über ein
einziges Adernpaar möglich,
aber in einer optischen Anordnung sind separate Hin- und Rückwege erforderlich.
Der Bedarf an separaten Wegen ergibt sich, weil eine optische Verbindung
per definitionern nur in einer Richtung arbeiten kann – es gibt
einen Strahler und einen Detektor, wobei sie in gewissen Grade physikalisch
getrennt sein müssen,
um die Selbsterfassung zu verhindern. Deshalb muss jede der zwei
Datenadern einen Strahler und einen Detektor besitzen, um die bidirektionale Kommunikation
zu erlauben. In ihrer einfachsten Form könnten die zwei Datenadern des
USB-Systems durch zwei Paare optischer Verbindungen ersetzt sein,
die das festverdrahtete System emulieren.
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Es
ist erwünscht,
eine derartige Verbindung in einer Weise zu betreiben, die einen
transparenten Betrieb der Verbindung erlaubt, als ob ein Kabel immer
noch direkt angebracht wäre.
Der Bedarf, die Schaltungsanordnung vor dem Blockieren zu schützen, bedeutet
jedoch, dass das Signal unannehmbar verschlechtert werden würde.
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Das
Blockieren ist in 4 veranschaulicht und ergibt
sich, weil ohne irgendwelche Richtungsinformationen jedes optische
Paar 101, 311; 301, 101 entgegengesetzt
parallel festverdrahtet sein muss, wie in 4 gezeigt
ist, was zu einer Verriegelungssituation führt, in der ein Signal von
einem Eingang 191 für
die Übertragung über einen
optischen Weg 101, 311 zu einem Ausgang 391 ein-
oder mehrmals eine Schleife durch den Rückweg 301, 111 durchlaufen
kann. Um diese "Verriegelung" zu verhindern, ist der
Sender/Empfänger
vorzugsweise für
den Zeitduplexbetrieb mit einem mit ihm zusammenarbeitenden Sender/Empfänger eingerichtet,
d. h., dass sich ein Sender/Empfänger
in einer Nur-Sende-Betriebsart befindet, wenn sich der andere in
einer Nur-Empfangs-Betriebsart befindet. Dies erfordert ein Verfahren
zum Erfassen der vorgesehenen Richtung des Datenflusses vor diesem
Fluss selbst. Falls diese 'Voraussicht' nicht erreicht wird,
dann würde
das Fließen
der Daten beginnen, bevor die Verbindung umgedreht worden ist, wobei
folglich einige der Daten verloren werden und die Kommunikation
verfälscht wird.
Um den Betrieb von zwei derartigen Sender/Empfängern zu koordinieren, umfasst
der Erste vorzugsweise Mittel zum Senden eines Steuersignals zum
Steuern des Betriebs eines mit ihm zusammenarbeitenden Sender/Empfängers, Mittel
zum Arbeiten in einer Empfangsbetriebsart für eine vorgegebene Dauer nach
dem Senden des Steuersignals, Mittel zum Erfassen von Signalen,
die von dem mit ihm zusammenarbeitenden Sender/Empfänger empfangen
werden, und Mittel zum Schalten in die Sendebetriebsart, falls keine
solchen Signale erfasst werden. Der zusammenarbeitende Sender/Empfänger umfasst
Erfassungsmittel zum Erfassen eines Steuersignals von dem ersten
Sender/Empfänger und
Mittel zum Versetzen des Sender/Empfängers in eine Sendebetriebsart
in Reaktion auf das Steuersignal.
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In
dem USB-System wird die Datenrate, bei der die Verbindung zu betreiben
ist, durch die Erfassung einer physikalischen Konfiguration des
Anwenderendgeräts
bestimmt, spezifisch durch das Erfassen, mit welcher Signalisierungsader
ein Endwiederstand verbunden ist. Diese Informationen können über die
optische Verbindung übertragen
werden, indem in einem der Sender/Empfänger Mittel zum Erfassen dieser
Konfiguration, Mittel zum Erzeugen von Daten in Übereinstimmung mit der erfassten Konfiguration,
Mittel zum Erfassen einer Leerperiode in den gesendeten und empfangenen
Datensignalen und Mittel zum Senden der erzeugten Konfigurationsdaten über die
optische Verbindung während
der Leerperiode vorgesehen werden. Der entsprechende Sender/Empfänger umfasst
Mittel zum Erfassen einer Leerperiode in den gesendeten und empfangenen
Datensignalen, Mittel zum Empfangen von Konfigurationsdaten über die
optische Verbindung während
der Leerperioden und Mittel zum Konfigurieren der elektronischen
Vorrichtung gemäß den Konfigurationsdaten,
spezifisch zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das jenes kopiert,
das durch das Endgerät
erfasst worden wäre,
wenn es direkt mit dem Anwenderendgerät verbunden gewesen wäre.
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Vorzugsweise
umfasst ein erster Sender/Empfänger
Erfassungsmittel zum Erfassen eines Warnsignals, das angibt, dass
ein mit ihm zusammenarbeitender Sender/Empfänger vorhanden ist, während der
mit ihm zusammenarbeitende Sender/Empfänger Sendemittel umfasst, um
ein Warnsignal zum ersten Sender/Empfänger zu senden, das sein Vorhandensein
angibt. Diese Anordnung stellt sicher, dass durch andere Lichtquellen
kein falsches Verhalten verursacht wird, wenn kein mit ihr zusammenarbeitender
Sender/Empfänger
vorhanden ist.
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Die
Sendemittel sind vorzugsweise gepulste lichtemittierende Dioden,
während
die Erfassungsmittel vorzugsweise optische Sensoren sind. In einer bevorzugten
Ausführungsform
umfasst jeder Sender/Empfänger
drei Paare optischer Sender und Sensoren, wobei zwei der Paare für einen
Duplexbetrieb in dem Zweikanal-USB-Format verwendet werden, und
das dritte Paar verwendet wird, um die Warn- und Steuersignale auszutauschen.
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Die
Erfindung erstreckt sich außerdem
auf ein Kommunikationsendgerät,
das einen Sender/Empfänger
des oben beschriebenen Typs umfasst, das über ein Kommunikationsnetz
mit einer Speichervorrichtung verbunden sein kann, und das Mittel
zum Verarbeiten einer Zahlung für
die Verwendung des Endgeräts,
z. B. ein Geld- oder Kreditkarten-Zahlungssystem, umfassen kann.
Der damit zusammenarbeitende Sender/Empfänger kann außerdem des
oben beschriebenen Typs sein, wobei er Mittel zum Verbinden mit
und zum Trennen von einer zugeordneten elektronischen Vorrichtung
umfassen kann. Eine derartige Verbindung kann eine verdrahtete Standardverbindung
im USB-Format sein, die erlaubt, dass eine für diesen Standard hergestellte
verdrahtete Ausrüstung
mit dem optischen Sender/Empfänger
im Endgerät
verbunden wird, indem eine USB-zu-optisch-Schnittstellenvorrichtung
zwischen ihnen angeschlossen wird, in die der Sender/Empfänger gemäß der Erfindung
eingebaut ist.
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In
der beschriebenen Ausführungsform
erzeugt der mit der elektronischen Vorrichtung verbundene Sender/Empfänger die
Warn- und Konfigurationssignale und empfängt das Steuersignal, während der
mit ihm zusammenarbeitende Sender/Empfänger, der mit dem Kommunikationsnetz
verbunden ist, das Steuersignal sendet und auf das Warnsignal und die
Konfigurationssignale antwortet. Im Umfang der Erfindung sind jedoch
andere Permutationen möglich.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Struktur eines ersten Sender/Empfängers, der
für die
Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der Struktur eines zweiten Sender/Empfängers, der für die Verwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignet ist und zum Sender/Empfänger nach 2 komplementär ist; und
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4 zeigt
ein Paar nicht optimaler optischer Verbinder, wobei sie das Problem
der Verriegelung veranschaulicht und bereits erörtert worden ist.
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1 zeigt
eine Anordnung, die eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält, die
einen optischen Sender/Empfänger 10 (der
im Folgenden als der Peripherie-Sender/Empfänger bezeichnet wird), eine
elektronische Vorrichtung 20 und ein Kommunikationsnetz-Endgerät 40,
das einen weiteren optischen Sender/Empfänger 30 enthält (der
im Folgenden als der Host-Sender/Empfänger bezeichnet wird), enthält, wobei
das Kommunikationsnetz-Endgerät
außerdem
mit einem Kommunikationsnetz 50 verbunden ist. Der optische
Peripherie-Sender/Empfänger 10 ist
durch ein Kabel 11, das mit einem Kommunikationsanschluss 21 der
elektronischen Vorrichtung verbunden ist, mit der elektronischen
Vorrichtung 20 verbunden. Der Kommunikationsanschluss 21 und
das Kabel 11 sind entsprechend der Kommunikationsverbindung
des universellen seriellen Busses (USB) eingerichtet. Nach der USB-1.1-Spezifikation
sind Datenübertragungsraten von
bis zu 12 Mbit/s möglich,
während
die USB-2.0-Spezifikation Datenraten von bis zu 480 Mbit/s in Aussicht
nimmt. Die USB-Anschlüsse
sind in modernen PCs, Laptops und PDAs allgegenwärtig geworden und werden in
Vorrichtungen, wie z. B. Digitalkameras, MP3-Player usw., üblich.
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Das
Kommunikationsendgerät 40 erlaubt dem
Anwender, eine Verbindung zu einer gewünschten Informationsquelle 52 herzustellen;
z. B. zu einer sicheren Partition des WWW-Servers des Anwenders,
so dass die Bilder von einer Digitalkamera zum Server übertragen
werden könnten,
um zu erlauben, dass weitere Bilder mit der Kamera aufgenommen werden,
oder so dass Musikdateien von einem Dienst, wie z. B. myMP3.com,
heruntergeladen werden könnten
oder so dass die Verbindung zu einem E-Mail-Server hergestellt werden
könnte
usw. Das Kommunikationsendgerät 40 umfasst
einen Anzeigeschirm 41, einen Eingabe-Controller 42 (der
eine Tastatur, eine Maus, eine Rollkugel oder eine Sensorbildschirm-Einrichtung,
die im Bildschirm 41 enthalten ist, sein kann) und einen
Kartenleser 43, der dem Anwender erlaubt, eine Kreditkarte,
eine Chipkarte oder eine andere Zahlungskarte einzusetzen. Das Kommunikationsendgerät 40 kann
außerdem
einen Mechanismus umfassen, um Münzen
anzunehmen, wie er von herkömmlichen
Münzfernsprechern
bekannt ist. Das Kommunikationsendgerät 40 ist durch eine Kommunikationsverbindung 51 mit
dem Kommunikationsnetz 50 verbunden, wobei das Kommunikationsnetz 50 mit
dem Internet (52) in Verbindung steht. Die Kommunikationsverbindung 51 kann
eine PSTN-Leitung sein, wobei das Kommunikationsendgerät 40 unter
Verwendung ei nes Modems mit einem Internet-PoP (Internet-Einwahlknoten)
kommuniziert, es aber vorteilhaft ist, dass die Kommunikationsverbindung 51 eine
vergrößerte Datenübertragungsfähigkeit
besitzt, um die schnelle Übertragung
der Daten zu und von der elektronischen Vorrichtung 20 zu
unterstützen,
z. B. eine ISDN- oder DSL-Verbindung oder eine andere Hochgeschwindigkeitsverbindung. Als
eine Alternative könnte
die Kommunikationsverbindung 51 unter Verwendung einer
Funkkommunikationsverbindung oder einer Faseroptik-Kommunikationsverbindung
geschaffen werden. Es könnte eine
ADSL(asymmetrische digitale Teilnehmerschleife) verwendet werden,
obwohl es wahrscheinlich ist, dass es etwa eine gleiche Anzahl von
Anwendern, die wünscht,
Daten zu einem Server hinaufzuladen, wie jene gibt, die wünscht, Daten
von einem Server herunterzuladen, wobei ein asymmetrisches Übertragungssystem
eine dieser Anwendergruppen benachteiligen würde. ADSL könnte vorteilhaft verwendet werden,
falls es möglich
wäre, die
ADSL-Verbindung so neu zu initialisieren, dass die Verbindung mit
höherer
Datenrate auf die Bedürfnisse
der Anwender ausgerichtet werden könnte.
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Wenn
ein Anwender Daten zu oder von der elektronischen Vorrichtung 20 übertragen
muss, dann werden die Sender/Empfänger 10, 20 in
der Vorrichtung 20 und im Endgerät 40 ausgerichtet,
wobei der Anwender eine ausreichende Zahlung leistet, um die Verwendung
des Systems zu ermöglichen (die
Zahlung kann z. B. eine Sitzung mit begrenzter Dauer, die Übertragung
eines gegebenen Datenvolumens oder eine einzelne Sitzung ohne jede
Einschränkung
abdecken). Der Anwender gibt die Adresse der Datenquelle, auf die
zuzugreifen ist, unter Verwendung des Eingabe-Controllers 42 ein
und beginnt die Datenübertragung
zwischen der Datenquelle 52 und der elektronischen Vorrichtung 20.
Die elektronische Vorrichtung 20 überträgt die Daten über ihren
Verbinder 21 zum Peripherie-Sender/Empfänger 10. Der Peripherie-Sender/Empfänger 10 setzt
die elektrischen USB-Signale
in Infrarot-USB-Signale um, die dann durch den freien Raum zum Host-Sender/Empfänger 30 im
Endgerät 40 übertragen
werden, wobei an diesem Punkt die Infrarot-USB-Signale zurück in den
elektrischen Bereich umgesetzt werden. Das Kommunikationsendgerät 40 überträgt dann
die Daten über
die Kommunikationsverbindung 51 zum Kommunikationsnetz 50,
wo die Daten zur Datenquelle 52 weitergeleitet werden.
Die Daten werden von der Datenquelle 52 über die
umgekehrte Strecke zur elektronischen Vorrichtung 20 geleitet.
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Es
kann notwendig sein, dass das Endgerät 40 vorrichtungsspezifische
Treiber verwendet, um Daten zur elektronischen Vorrichtung zu senden
und Daten von der elektronischen Vorrichtung zu empfangen. Dies
kann durch eine Anzahl verschiedener Verfahren ausgeführt werden.
Der Betreiber des Endgeräts 40 kann
z. B. entscheiden, nur die weitverbreitetsten elektronischen Vorrichtungen
zu unterstützen und
die erforderlichen Treiber im Endgerät 40 oder in einem
Server, der mit einem privaten Netz verbunden ist, das durch das
Endgerät 40 zugänglich ist,
zu speichern. Alternativ kann das Endgerät 40 die Treiber von
der Vorrichtung 20 oder von einer entfernten Netzstelle,
die durch die Vorrichtung 20 identifiziert wird, wie z.
B. der Web-Site entweder des Anwenders oder des Vorrichtungsherstellers,
herunterladen, wenn die Vorrichtung die Kommunikation mit dem Endgerät beginnt.
Dies würde
sicherstellen, dass immer die aktuellsten Treiber verwendet werden.
Als eine weitere Alternative würde
die von Fry und Ghosh vorgeschlagene Architektur eines dynamischen
Proxy-Servers dem
Endgerät
erlauben, auf die erforderlichen Vorrichtungstreiber zuzugreifen und
sie auszuführen,
wie es notwendig ist.
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Um
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu implementieren, ist es notwendig,
einen Sender/Empfänger
zu schaffen, der mit einer elektronischen Vorrichtung verbunden
ist und der aus den durch die elektrische Vorrichtung erzeugten
elektrischen USB-Signalen infrarote Datensignale erzeugen und aus
den vom Endgerät-Sender/Empfänger empfangenen
infraroten Datensignalen elektrische USB-Signale erzeugen kann.
Es ist außerdem
notwendig, einen komplementären
Sender/Empfänger
für die
Verwendung im Endgerät
vorzusehen. Ein Paar derartiger Sender/Empfänger 10, 30 ist
in den 2 und 3 gezeigt. Die Ausführungsform
ist so beschaffen, dass das Endgerät und das Peripheriegerät arbeiten,
als ob sie direkt miteinander verbunden wären, mit anderen Worten, die Vorrichtung 20 und
das Endgerät 40 arbeiten
jeweils mit ihrem entsprechenden Sender/Empfänger 10, 30 in
der gleichen Weise zusammen, wie sie miteinander zusammenarbeiten
würden,
falls sie direkt durch die Verbindung 11, 31 verbunden
wären,
so dass weder die Vorrichtung 20 noch das Endgerät 40 irgendeine
Modifikation benötigt.
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Zwischen
dem Endgerät 40 und
der Vorrichtung 20 sind zu ihren entsprechenden Sender/Empfängern 10, 30 Standard-USB-Verbindungen 11, 31 vorgesehen.
Die USB-Spezifikation erfordert, dass die Kabel der USB-Verbindung 11, 31 zwei
Adern 198, 199; (398, 399),
um die elektrische Leistung zu übertragen,
und zwei Adern 191, 192; (391, 392),
um die Daten zu übertragen,
besitzen. Die Leistungsverbindungen 198, 199; 398, 399 stellen
die Leistung den entsprechenden Sender/Empfängern 10, 30 (und
insbesondere den später
zu beschreibenden LEDs) durch die entsprechenden Leistungssteuerungssysteme 18, 38 bereit,
die nicht ausführlich
beschrieben werden. Es gibt selbstverständlich keine Leistungsverbindungen über die Infrarotverbindung.
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Die
Datenadern 198, 199, (398, 399)
sind beide bidirektional. Die Datenadern arbeiten auf einer Differenzbasis:
d. h., die zwei Adern übertragen im
Allgemeinen binäre
Signale mit entgegengesetzter Polarität, eine logische "1" wird angegeben, indem eine erste Datenader "hoch" ist, während die
andere Datenader "tief" ist, während für eine logische "0" die erste Datenader "tief" ist, während die
zweite Datenader "hoch" ist. Folglich können die
Daten interpretiert werden, indem der Differenzzustand der Adern
untersucht wird. Zusätzlich
zu diesem gibt es einen gültigen
Zustand, in dem beide Adern tief gehalten werden, wobei dieser als
eine einseitige null (SE0) bezeichnet wird. Weitere Formatierungen,
die als Wechselschrift-Format (NRZI-Format, Non Return to Zero Invert-Format)
und "Bitstopfen" bekannt sind, werden
verwendet, um sicherzustellen, dass irgendeine Aktivität auf einer
regelmäßigen Grundlage stattfindet,
für die
Zwecke der Klarheit nimmt jedoch alles Folgende an, dass die NRZI-Codierung und das Bitstopfen
nicht vorhanden sind, wobei sich alle Bezugnahmen auf die Daten
auf den reinen Logikzustand dieser Daten beziehen. Die allgemeine Übertragung
der Daten umfasst das Senden von dem, was als PAKETE bekannt ist,
wobei jedem ein Paketanfang-Signal (SOP-Signal) vorangeht und jedes durch
ein Paketende-Signal (EOP-Signal) beendet wird. Das SOP ist bloß der Übergang
vom Leerzustand in einem Zustand, der als der K-Zustand bekannt
ist. Das EOP wird signalisiert, indem die Leitungen für 2 Bitzeiten
in den SE0-Zustand versetzt werden, gefolgt von einem Übergang
zu einem Zustand, der als der J-Zustand bekannt ist, während einer
Bitzeit. Die USB-1.1-Spezifikation berücksichtigt zwei Datenraten
(niedrige Geschwindigkeit bei 1,5 Mbit/s und hohe Geschwindigkeit
bei 12 Mbit/s). In der Betriebsart mit niedriger Geschwindigkeit
besitzt der J-Zustand eine Differenz von null, während der K-Zustand eine Differenz
von 1 besitzt. In der Betriebsart mit hoher Geschwindigkeit sind
diese Zustände
umgekehrt.
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In
dieser Ausführungsform
gibt es drei optische Einwegverbindungen 101/311, 102/312, 103/313 vom
Peripherie-Sender/Empfänger 10 zum Host-Sender/Empfänger 30 und
drei derartige Verbindungen 301/111, 302/112, 304/114 in
der entgegengesetzten Richtung. Jede Verbindung umfasst eine Infrarot-LED 101, 102, 103, 301, 302, 304 in
einem Sender/Empfänger
und eine entsprechende Photodiode 111, 112, 114, 311, 312, 313 im
anderen, was insgesamt sechs optische Verbindungen ergibt.
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Vier
der optischen Verbindungen werden verwendet, um ein Paar optischer
Zweiwegeverbindungen zu schaffen, die jede der Datenadern 191/391, 192/392 unterbrechen,
die das Endgerät 40 mit
der Ausrüstung 20 verbinden.
In jedem Sender/Empfänger
werden zwei Infrarot-LEDs 101, 102; (301, 302)
verwendet, die mit den Photodioden 311, 312; (111, 112)
zusammenarbeiten, die die durch die LEDs im entsprechenden Sender/Empfänger gesendeten
Signale erfassen. Es ist möglich,
eine einzige LED in jedem Sender/Empfänger zu verwenden, dies erfordert
aber eine komplexere Ansteuer-Schaltungsanordnung, wobei folglich
die Zwei-LED-Option bevorzugt ist.
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Eine
Infrarotverbindung kann erreicht werden, indem die zwei Sender/Empfänger 10, 30 in
eine Ausrichtung bewegt werden, so dass die Daten zwischen ihnen übertragen
werden können.
Die Trennung kann erreicht werden, indem die Sender/Empfänger 10, 30 zuverlässig aus
der genauen Ausrichtung bewegt werden, so dass die Photodioden 111, 112, 311, 312 jede
ein tiefes Logiksignal erfassen, das das USB-Signal für eine Trennung
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist jedoch eine fünfte
Infrarotverbindung vorgesehen, die eine zusätzliche gepulste Lichtquelle 103 im
Peripherie-Sender/Empfänger 10 und
einen entsprechenden Detektor 313, der im Host-Sender/Empfänger 30 vorgesehen
ist, umfasst, um falsche Signale von Umgebungslichtquellen zu vermeiden.
Der Detektor 313 schafft eine Eingabe in die Steuerlogik 37,
die den Betrieb des Host-Sender/Empfängers 30 steuert.
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In
einer Standard-USB-Verbindung identifiziert das Peripheriegerät (in diesem
Fall die elektronische Vorrichtung 20) durch das Vorhandensein
eines Widerstands über
irgendeiner der Datenadern 191, 192, ob es eine
Vorrichtung mit niedriger Geschwindigkeit oder mit hoher Geschwindigkeit
ist, wobei der USB-Host (in diesem Fall das Endgerät 40) durch
das Vergleichen der Spannungen auf den Signalisierungsadern 191, 192 bestimmt,
ob das Peripheriegerät
eine Vorrichtung mit niedriger Geschwindigkeit oder mit hoher Geschwindigkeit
ist. Die Infrarotverbindung ist so beschaffen, dass sie dieses Signal
kopiert, indem sie es einrichtet, dass der Peripherie-Sender/Empfänger 10,
der mit der Peripherievorrichtung 20 verbunden ist, die
Verbindung 191, 192 identifiziert, mit der der
Widerstand verbunden ist, und während
eines anderweitigen Leerzustands der Verbindung 101, 311; 102, 312 ein
optisches Signal erzeugt, so dass der entsprechende Host-Sender/Empfänger 30 eine
Spannung in den Signaladern 391, 392, die den
Sender/Empfänger 30 mit
dem Endgerät 40 verbinden,
erzeugen kann und folglich die Zustände in den Adern 191, 192,
die den Peripherie-Sender/Empfänger 10 mit
der Peripherievorrichtung 20 verbinden, kopiert.
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Wie
vorher unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
worden ist, können
die Verbindungen zwischen den Sender/Empfängern 10, 30 nicht
einfach entgegengesetzt parallel verbunden sein, sondern sie sind
für den
Halbduplexbetrieb eingerichtet, mit anderen Worten, jede Richtung
muss aus dem Gebrauch geschaltet werden, wenn die andere arbeitet. Dies
wird durch die Schalter 121, 122, 321, 322 erreicht,
die durch die entsprechenden Schalteinheiten 12, 32 in
den Sender/Empfängern 10, 30 gesteuert werden.
Die Schalteinheit 12 im Peripherie-Sender/Empfänger 10 wird
durch Signale gesteuert, die von der Schalteinheit 32 im
Host-Sender/Empfänger 30 über eine
sechste optische Verbindung 304, 114 empfangen
werden. Die Tatsache, dass das System in der Differenzbetriebsart
arbeitet, macht es möglich,
dass die Steuereinheit 32 des Host-Sender/Empfängers 30 die
von den LEDs 101, 102 des anderen Sender/Empfängers 10 empfangenen
Eingaben überwacht
(wie durch die Überwachungspunkte 331, 332 gezeigt
ist), wobei, wenn auf irgendeiner Leitung ankommende Daten erfasst
werden, dann der Sender/Empfänger 30 veranlasst
wird, diese Daten zu empfangen. Das USB-Protokoll definiert Token-Pakete,
wobei diese Token die Richtung bestimmen, der die Pakete folgen.
Wenn ein IN-Paket vom Host 40 gesendet wird, dann erwartet
er im Wesentlichen, dass Daten an ihn gesendet werden, folglich
können
die Schalter 121, 122, 321, 322 für die ankommenden
Daten gesetzt werden, sobald das Paket fertiggestellt ist. In der
gleichen Weise besitzen, wenn ein AUS-Paket gesendet wird, dann
die nächsten
Pakete die gleiche Richtung, so dass die Schalter gelassen werden,
wie sie sind. Der vorgegebene Zustand ist so beschaffen, dass der
Host 30 immer senden und das Peripheriegerät 10 immer
empfangen kann. Wenn ein vom Peripheriegerät 10 empfangenes Datenpaket
beendet worden ist (bei der Erfassung eines EOP-Signals), werden
die Schalter 121, 122, 321, 322 zurück in den
vorgegebenen Zustand versetzt.
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Der
Betrieb der Verbindung kann nichtig gemacht werden, falls es dem
Detektor 313 misslingt, die LED 103 zu erfassen.
Ein derartiger Ausfall, der durch die Trennung der Sender/Empfänger 10, 30 voneinander
verursacht wird, veranlasst die Steuereinheit 32, eine
Trennungssequenz zu emulieren.
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Das
Host-Endgerät 40 und
der Sender/Empfänger 30 können für die Verwendung
in öffentlichen Bereichen
in einen Münzfernsprecher
eingebaut sein. Der Peripherie-Sender/Empfänger 10 kann mit einem
Personal-Computer 20 (vorzugsweise über eine USB-Verbindung 11)
verbunden sein, so dass die Anwender von einem Internet-Café oder
einem ähnlichen
Ort eine Verbindung herstellen können. Der
Sender/Empfänger 10 der
Peripherievorrichtung könnte
in die elektronische Vorrichtung 20 eingebaut sein, es
wird jedoch geglaubt, dass es bevorzugt ist, dass der Sender/Empfänger abnehmbar
ist, so dass die Anwendervorrichtung 20 durch ein USB-Kabel und
einen USB-Verbinder, wenn sie verfügbar sind, direkt mit dem Endgerät 40 verbunden
werden kann.
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Obwohl
sich die vorhergehende Erörterung auf
Infrarot-Kommunikationsverbindungen konzentriert, ist es selbstverständlich,
dass sichtbares Licht oder Strahlung aus dem nahen Ultraviolettbereich außerdem für die Kommunikationsverbindung
verwendet werden könnten.