JP2002511698A - Analog and digital electrical transceivers for dual use wireless data networks - Google Patents
Analog and digital electrical transceivers for dual use wireless data networksInfo
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Abstract
(57)【要約】 送信装置、及び受信装置を含むトランシーバシステム。送信装置は、変化する動作周波数を有する放射を伝送する。放射は可視光線であることが好ましい。動作周波数は、可視フリッカを除去する方法で変化させられる。受信装置は符号化された放射を受信し、符号化されたデータを復号化し、復号化されたデータ信号を出力段に配信する。出力はオーディオ情報、テキスト情報、又はグラフィカル情報であり得る。２レベル符号化方式が好ましい。 (57) [Summary] A transceiver system including a transmitting device and a receiving device. The transmitting device transmits radiation having a varying operating frequency. Preferably the radiation is visible light. The operating frequency is varied in a manner that eliminates visible flicker. The receiving device receives the encoded radiation, decodes the encoded data, and delivers the decoded data signal to an output stage. The output can be audio information, textual information, or graphical information. A two-level coding scheme is preferred.
Description
【０００１】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、放射の同時２用途に関し、例えば、ワイヤレス媒体を通して情報を
受信する追加の用途と組み合わされた従来の用途（例えば、照明）双方のための
（送信装置から受信した）可視光線の同時２用途に関する。更に本発明は、「２
用途」送信装置からの情報が記録された伝送の受信及び復号化、又はユーザに対
する情報の提示ができる電気回路に関する。更に本発明は、オーディオ信号とし
てのこのデータの提示に関する。更に本発明は、このデータをテキスト又はグラ
フィカル信号として提示することに関する。更に本発明は、このデータを他の電
気回路又は電気的若しくは電気機械的システムに対するディジタル又はアナログ
情報信号として提示することに関する。更に本発明は、光学的データチャネルの
帯域幅又は情報転送能力を最大にするように意図された、伝送された信号の効率
的な受信及び復号化のための方式に関する。更に本発明は、伝送された光の中の
変調された情報の検波のための受信装置の構造に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the simultaneous use of radiation, for example, for both conventional applications (eg, lighting) combined with additional applications for receiving information over a wireless medium. For two simultaneous uses of visible light (received from the transmitting device). Further, the present invention relates to “2.
[Use] The present invention relates to an electric circuit capable of receiving and decoding a transmission in which information from a transmitting device is recorded or presenting information to a user. The invention further relates to the presentation of this data as an audio signal. The invention further relates to presenting this data as text or graphical signals. The invention further relates to presenting this data as digital or analog information signals to other electrical circuits or electrical or electromechanical systems. The invention further relates to a scheme for efficient reception and decoding of the transmitted signal, intended to maximize the bandwidth or information transfer capacity of the optical data channel. Furthermore, the invention relates to the structure of a receiving device for the detection of modulated information in the transmitted light.
【０００２】 ［本発明の背景］ 通信ネットワークは、１つの場所から他の場所へ情報を伝達するための手段で
ある。情報はディジタルデータ、オーディオ、ビデオ、テキスト、グラフィック
ス、データ、手話、又は他の形態であり得る。通信ネットワークを開設し維持す
ることは既知の人類最古の活動の１つであり、先史時代の叫び声及び太鼓信号か
ら書かれたメッセージ、信号旗、火信号、狼煙、鏡信号、ヘリオグラフ、カンテ
ラ信号、電信、ラジオ、電話、テレビ、マイクロ波信号、リンクされたコンピュ
ータ、及びインターネットに及ぶ。伝送能力に対して増大する要求を満たすため
に通信ネットワークを改良すること、及び新しい安価な方法を見つけることは、
将来も主要な技術的焦点であり続けるであろう。出願人は、放射伝送源の「２用
途」を可能にする通信ネットワークを開発した。広帯域幅インターネットのよう
なこの通信ネットワークの１実施例は、送信装置として蛍光灯のような従来の照
明器具を使用する。情報は、電気ランプ電流を情報信号で変調することによりラ
ンプ光中に符号化される。もし変調が注意深く行われたら、ランプは人間の眼に
対して知覚できない視覚的フリッカを伴う光の放出を継続する。しかし、電気回
路又は受信装置は、伝送された光の中の情報を復号化するために使用できる。光
は照明源としての第１の機能を果たし続け、同時に情報伝送のためのワイヤレス
光学的データ経路をつくり出す。この発明の目的は、伝送チャネル上の最高の実
現可能な帯域幅又は情報搬送能力を有するランプ光中の情報を復号化する受信装
置をつくり出すための効率的な手段を開示することである。この議論の焦点は可
視照明システムにあるが、２用途トランシーバの概念が何らかの目的のために、
情報伝送能力を提供するために同時に変調できる電磁放射を利用するどのような
システム（例えば、レーダー装置）にも適用できることは理解できる。この発明
は、第１の用途が照明だけではなく、ことによると距離測定、道路標示、又は他
の用途である任意の用途であり、第２の用途が通信である２用途の放射送信装置
を使用してトランシーバシステムを開設することを提案した最初の発明である。
この発明は、周波数変調を使用することによりオーディオ信号のような帯域を制
限されたアナログ情報の伝送を提案した最初の発明であり、先行の方式と比較し
て雑音余裕度及び利用可能な帯域幅を改善し、特に伝送中の知覚的に感知できる
フリッカを回避する。この発明は、パルス符号周波数変調を使用してディジタル
データの効率的な伝送を提案した最初の発明であり、また送信装置の搬送周波数
のまわりの側波帯中のディジタルビットを符号化することを提案した最初の発明
である。この発明は、パルス符号化されたデータの修正時間及び検波時間を改善
するために２用途ネットワーク受信装置中の非線形検波器の使用を提案した最初
の発明である。ディジタルデータの伝送及び受信のためのこれらの方式は、従来
技術の方式と比較して利用可能なデータ伝送レートを実質的に改善し、同時にま
た知覚できるフリッカを除去する。この発明は、同じ送信装置を使用して多重デ
ータ伝送チャネルをつくり出すための方式を開示した最初の発明であり、利用可
能な選択肢のスペクトルから１つのチャネルを選択することができる「２用途」
ネットワーク中の受信装置を提案した最初の発明である。この発明は、可変「ロ
ックイン」又は送信装置捕捉特性を有する受信装置を提案した最初の発明であり
、受信装置が異なる送信装置に照準を定めたときに受信装置の動きの調整を可能
にする。この特徴は、多くの異なる接近して間隔をあけられた送信装置のある環
境で、送信装置及び受信装置の間のデータチャネルを捕捉して保持するプロセス
を容易にするために、経路探索アプリケーションで受信装置の動きを最適化する
ために特に重要である。BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] A communication network is a means for transmitting information from one place to another. The information can be digital data, audio, video, text, graphics, data, sign language, or other forms. Establishing and maintaining communication networks is one of the oldest activities of humankind known, including messages written from prehistoric screams and drum signals, signal flags, fire signals, wolf smoke, mirror signals, heliographs, canteras Signals, telegraph, radio, telephone, television, microwave signals, linked computers, and the Internet. Improving communication networks to meet the increasing demands on transmission capacity, and finding new and inexpensive methods,
It will continue to be a major technical focus in the future. Applicants have developed a communication network that allows for a "two use" of radiative transmission sources. One embodiment of this communication network, such as the broadband Internet, uses conventional lighting fixtures, such as fluorescent lights, as the transmitting device. Information is encoded in the lamp light by modulating the electric lamp current with the information signal. If the modulation is done carefully, the lamp will continue to emit light with visual flicker that is not perceptible to the human eye. However, an electrical circuit or receiving device can be used to decode the information in the transmitted light. Light continues to perform its primary function as an illumination source, while at the same time creating a wireless optical data path for information transmission. It is an object of the present invention to disclose an efficient means for creating a receiver for decoding information in a lamp having the highest achievable bandwidth or information carrying capability on a transmission channel. Although the focus of this discussion is on visible lighting systems, the concept of a two-use transceiver is, for some purpose,
It can be appreciated that it can be applied to any system that utilizes electromagnetic radiation that can be simultaneously modulated to provide information transmission capabilities (eg, radar equipment). The present invention provides a two-use radiant transmitter in which the first use is not only lighting, but possibly any other use where distance measurement, road marking, or other use, and the second use is communication. It is the first invention to propose to use it to open a transceiver system.
The present invention is the first invention to propose the transmission of band-limited analog information such as an audio signal by using frequency modulation, and the noise margin and available bandwidth compared to the previous schemes To avoid perceptually perceptible flicker during transmission. This invention is the first invention to propose efficient transmission of digital data using pulse code frequency modulation and to encode digital bits in sidebands around the carrier frequency of the transmitter. This is the first invention proposed. The present invention is the first invention to propose the use of a non-linear detector in a dual use network receiver to improve the correction and detection times of pulse encoded data. These schemes for transmitting and receiving digital data substantially improve the available data transmission rates compared to prior art schemes, while also eliminating perceptible flicker. This invention is the first invention to disclose a method for creating a multiplexed data transmission channel using the same transmission device, and is capable of selecting one channel from a spectrum of available options.
This is the first invention to propose a receiving device in a network. This invention is the first invention to propose a receiver with variable "lock-in" or transmitter capture characteristics, which allows for adjustment of receiver movement when the receiver is aimed at a different transmitter. . This feature is useful in routing applications in environments with many different closely spaced transmitters to facilitate the process of capturing and maintaining the data channel between the transmitter and the receiver. It is particularly important to optimize the movement of the receiving device.
【０００３】 電気通信ネットワークでの搬送波としての可視照明の使用のいくつかのレポー
トがある。電子情報を送信し照明を提供するために光を使用することに対する最
初の参考文献は、蛍光ランプ（「搬送波」信号）中のアーク電流をオーディオ情
報信号で変調するためのアナログ振幅−変調（ＡＭ）方式を開示しているDachs
（米国特許第３，９００，４０４号）に記載されている。King、Zawiski、及びY
okoun（米国特許第５，５５０，４３４号）は、アナログ信号を用いたアーク電
流のＡＭ変調を提供する最新の電気回路を開示した。Smith（米国特許第５，６
５７，１４５号）は、パルス化ＡＭ技術を使用して低−帯域幅ディジタル情報を
ランプ光中に符号化するための方法を教示する。符号化技術は、アーク波形の範
囲外の電流を１００マイクロ秒の断片に切断することを含む。Nakada（日本国特
許出願６０−３２４４３）は、可視照明を使用してディジタルデータを送信する
ためのＦＭ変調及び周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）方式の使用を報告してい
る。Gray（米国特許第５，６３５，９１５号及びＰＣＴ ＷＯ９０／１３０６７
）は、所望するときにリストに記載された値段を変更させるために可視照明から
棚にある個々の商品の値札に信号が送られる、スーパーマーケットの棚ラベルの
ための位相変調（ＰＭ）商品値付けシステムを報告している。There are several reports of the use of visible lighting as a carrier in telecommunications networks. The first reference to using light to transmit electronic information and provide illumination is analog amplitude-modulation (AM) for modulating arc current in fluorescent lamps ("carrier" signals) with audio information signals. ) Dachs discloses method
(U.S. Pat. No. 3,900,404). King, Zawiski, and Y
okoun (U.S. Pat. No. 5,550,434) disclosed a modern electrical circuit that provides AM modulation of arc current using an analog signal. Smith (US Pat. Nos. 5,6)
57,145) teaches a method for encoding low-bandwidth digital information into lamp light using pulsed AM technology. The encoding technique involves cutting the current outside the arc waveform into 100 microsecond fragments. Nakada (Japanese Patent Application 60-32443) reports the use of FM modulation and frequency shift keying (FSK) schemes for transmitting digital data using visible illumination. Gray (US Pat. No. 5,635,915 and PCT WO 90/13067)
) Is a phase-modulation (PM) product pricing for supermarket shelf labels, where visible lights signal the price of individual products on the shelf to change the listed price when desired. Reporting system.
【０００４】 ランプ光を搬送波として使用せず、代わりに照明器具を従来の電波又はマイク
ロ波信号を送信するためのアンテナとして使用する他の通信方式が提案された。
例えば、Uehara及びKagoshima（米国特許第５，４２４，８５９号）では、蛍光
灯及び白熱灯のガラス表面上にマイクロ波アンテナを取り付けるための技術が開
示されている。Buffaloe、Jackson、Leeb、Schlecht、及びLeeb（"Fiat Lux: A
Fluorescent Lamp Transceiver", Applied Power Electronics Conference, Atl
anta, Georgia, 1997）は、蛍光ランプを用いてデータを送信するためにパルス
符号変調を使用する可能性を最初に概説した。後者の参考文献では、２ミリ秒毎
に３−レベル符号がアーク周波数を３つの可能な周波数の内の１つにシフトする
。その結果、光出力は平均して安定し、知覚できるフリッカも無い。このトラン
シーバセットは、受信装置中の復号化プロセスを同期させるために、３−レベル
の伝送された波形に組み込まれた符号化されたクロックに依存する。[0004] Other communication schemes have been proposed that do not use lamp light as a carrier wave, but instead use a lighting fixture as an antenna for transmitting conventional radio or microwave signals.
For example, Uehara and Kagoshima (US Pat. No. 5,424,859) disclose a technique for mounting a microwave antenna on the glass surfaces of fluorescent and incandescent lamps. Buffaloe, Jackson, Leeb, Schlecht, and Leeb ("Fiat Lux: A
Fluorescent Lamp Transceiver ", Applied Power Electronics Conference, Atl
anta, Georgia, 1997) first outlined the possibility of using pulse code modulation to transmit data using fluorescent lamps. In the latter reference, a 3-level code shifts the arc frequency to one of three possible frequencies every 2 milliseconds. As a result, the light output is stable on average and there is no perceptible flicker. This transceiver set relies on an encoded clock embedded in the 3-level transmitted waveform to synchronize the decoding process in the receiving device.
【０００５】 出願人は、アナログデータ又はディジタルデータの何れかを搬送する周波数変
調された伝送を送信及び受信できる２用途トランシーバシステムを開発した。出
願人は実験で、周波数変調（ＦＭ）された伝送が、例えば送信装置として蛍光ラ
ンプを利用する２用途トランシーバで最高の信号再生特性を提供することを確認
した。出願人は、トランシーバセットの設計における注意により、伝送された光
の中で人間の眼に対して可視であるフリッカを起こすことなく、オーディオ周波
数レンジのアナログ信号が蛍光ランプを周波数変調するために使用できることが
わかった。テキスト、グラフィックス、又は他の情報を含み得るディジタルデー
タ信号に対して、出願人は思いがけず幸運なことに、マンチェスタ符号化のよう
な２値符号化もまた、データストリングの性質と無関係にバイナリビットが識別
可能なフリッカ無しに伝送されることを可能にすることを発見した。出願人は、
この変調を「２レベル符号化」と呼ぶ。[0005] Applicants have developed a dual use transceiver system that can transmit and receive frequency modulated transmissions that carry either analog or digital data. Applicants have experimentally confirmed that frequency modulated (FM) transmission provides the best signal recovery characteristics in a dual-use transceiver that utilizes, for example, a fluorescent lamp as the transmitting device. Applicants have taken note in the design of transceiver sets that analog signals in the audio frequency range are used to frequency modulate fluorescent lamps without causing flicker that is visible to the human eye in the transmitted light. I knew I could do it. For digital data signals that may contain text, graphics, or other information, applicants have unexpectedly found that binary encoding, such as Manchester encoding, is also binary irrespective of the nature of the data string. It has been discovered that bits can be transmitted without discernible flicker. Applicant:
This modulation is called "two-level coding".
【０００６】 出願人は、アナログ波形及びディジタル波形の双方を伝送されたランプ光から
復号化するための受信装置を設計した。これらの受信装置は、通信チャネルの利
用可能な帯域幅を最大にする。その受信装置はまた、受信装置における種々の好
ましい特徴を保証するために独特で新奇な特徴を取り入れる。例えば、受信装置
は利用可能な送信装置に「ロックオン」の指示を提供するように設計でき、信号
源が利用可能になるか又は離されるとき、ユーザに示される情報信号の段階的な
又は急激な減衰を提供するように設計できる。例えば、段階的捕捉は、方向検索
のためのトランシーバセットの使用において非常に重要である。伝送源の更に急
激なローカリゼイションが、多くの異なる競合信号源を有する送信装置が多い環
境では最善である。[0006] Applicants have designed a receiver for decoding both analog and digital waveforms from transmitted lamp light. These receivers maximize the available bandwidth of the communication channel. The receiver also incorporates unique and novel features to ensure various favorable features in the receiver. For example, the receiving device can be designed to provide an indication of "lock on" to available transmitting devices, and when the signal source becomes available or removed, a gradual or sudden change in the information signal presented to the user. Can be designed to provide high attenuation. For example, gradual acquisition is very important in using transceiver sets for direction finding. More abrupt localization of the transmission source is best in an environment where there are many transmitting devices with many different competing signal sources.
【０００７】 ［発明の要約］ １側面では、トランシーバは、第１及び第２の用途を有する放射源の動作周波
数を変化させることにより視覚的に知覚できるフリッカを回避するために限定さ
れた符号化されたデータ帯域を送信するための送信装置を含む。視覚的に知覚で
きるフリッカは、可視光線送信装置を利用する２用途トランシーバセットにおけ
る「アプリケーションが受け入れられない」フリッカと考えられる。他の アプ
リケーション（例えば、レーダーセット２用途送信装置）は、アプリケーション
が受け入れられないフリッカを異なる方法（例えば、レーダー検出を妨害するフ
リッカ）で定義する。一般に、「アプリケーションが受け入れられない」フリッ
カは、第２の用途に帰因する変動が第１の用途を妨害するか、又は逆の場合に発
生する。システムは、符号化された放射を受信し、符号化されたデータを復号化
し、及び復号化されたデータ信号を出力段に供給するための受信装置を含む。受
信装置は調整可能なロックイン特性を含み、受信性能を最適化するために非線形
検波器を有することが好ましい。受信装置は、記憶データが伝送された放射から
の信号によりキューを与えられる内部データ記憶装置も含んでもよい。受信装置
が、異なる伝送チャネル又は搬送波にロックオンするための調整可能な検波器を
含むことも好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, a transceiver has limited coding to avoid visually perceptible flicker by varying the operating frequency of a radiation source having first and second uses. And a transmission device for transmitting the set data band. Visually perceptible flicker is considered "application unacceptable" flicker in a dual-use transceiver set that utilizes a visible light transmitter. Other applications (eg, radar set 2 application transmitters) define flicker that the application does not accept in different ways (eg, flicker that interferes with radar detection). Generally, "application unacceptable" flicker occurs when fluctuations attributable to the second application interfere with the first application or vice versa. The system includes a receiving device for receiving the encoded radiation, decoding the encoded data, and providing a decoded data signal to an output stage. Preferably, the receiving device includes an adjustable lock-in characteristic and has a non-linear detector to optimize reception performance. The receiving device may also include an internal data storage device where the stored data is queued by signals from the transmitted radiation. It is also preferred that the receiving device includes an adjustable detector for locking on to a different transmission channel or carrier.
【０００８】 出力段はオーディオ出力、テキスト出力、又はグラフィカル出力を生成できる
。受信装置は、多重データ源又は同期データウィンドウ（例えば、テキスト及び
それらの変換）を表示するために、分割若しくはマルチウィンドウグラフィカル
出力又はディスプレイも含んでもよい。受信装置は、ディジタルデータ出力若し
くはコンピュータインターフェースを含んでもよく、又は手話を呈示するための
グラフィカル出力若しくはディスプレイを有してもよい。データは、３−レベル
符号化以外の側波帯符号化ディジタルデータ、又は直交ブロック周波数符号デー
タであることも好ましい。[0008] The output stage can produce an audio output, a text output, or a graphical output. The receiving device may also include a split or multi-window graphical output or display to display multiple data sources or synchronous data windows (eg, text and their conversion). The receiving device may include a digital data output or a computer interface, or may have a graphical output or display for presenting sign language. The data is also preferably sideband encoded digital data other than 3-level encoded, or orthogonal block frequency encoded data.
【０００９】 特に、本発明は部分的に、射された伝送（例えば、蛍光ランプからの光）を受
信できる電気回路に関する。更に回路は、光を感知するための手段を含む。更に
回路は、光のフリッカの周波数の変化を検出するための手段を含み、このフリッ
カは人間の眼に見えなくてもよい。更に回路は、伝送源からの信号を再生するた
めにフリッカを復調する手段を含む。更に回路は、この信号をアナログデータ（
例えば、オーディオ信号）として呈示するための手段を含む。更に回路は、信号
中の離散的なレベルを検出し、送信装置からのディジタルデータ又はビットスト
リームを再生するためにこれらのレベルを復号化するための手段を含む。In particular, the invention relates, in part, to an electrical circuit that can receive an emitted transmission (eg, light from a fluorescent lamp). Further, the circuit includes means for sensing light. Further, the circuit includes means for detecting a change in the frequency of the flicker of light, which flicker may not be visible to the human eye. Further, the circuit includes means for demodulating flicker to recover the signal from the transmission source. The circuit further converts this signal into analog data (
(E.g., audio signal). Further, the circuit includes means for detecting discrete levels in the signal and decoding these levels to reproduce digital data or a bit stream from the transmitting device.
【００１０】 ここで使用されるように、「ランプ」という用語は、ランプの中を流れる入力
電流に応じて（限定はされないが）赤外線、可視光線、及び紫外線を含む放射伝
送を生成する素子を意味する。一般的な実施例は蛍光ランプであるが、高輝度放
電ランプ、発光ダイオード、ガスレーザ及び半導体レーザ、粒子線エミッタ、陰
極線管、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスパネル、クライストロン、
並びにメーザのような他のタイプも対象とされる。例えば、レーダーセットに応
用するための無線アンテナ、超音波トランスデューサ、及び（例えば、空気又は
水を「放射」する）機械的ブロワのような他のタイプの放射のエミッタも対象と
される。[0010] As used herein, the term "lamp" refers to an element that produces radiative transmission, including but not limited to infrared, visible, and ultraviolet light, in response to an input current flowing through the lamp. means. Common examples are fluorescent lamps, high intensity discharge lamps, light emitting diodes, gas lasers and semiconductor lasers, particle beam emitters, cathode ray tubes, liquid crystal displays, electroluminescent panels, klystrons,
As well as other types such as masers. For example, emitters of other types of radiation, such as wireless antennas for application to radar sets, ultrasonic transducers, and mechanical blowers (e.g., "radiating" air or water).
【００１１】 ここで使用されるように、「送信装置」という用語は、ランプの放射出力のフ
リッカ周波数を制御する、ランプと組み合わされる回路を意味する。As used herein, the term “transmitter” means a circuit associated with a lamp that controls the flicker frequency of the radiant output of the lamp.
【００１２】 ここで使用されるように、「受信装置」という用語は、送信装置からの放射伝
送を入力として取り込み、（限定はされないが）オーディオ、テキスト、グラフ
ィカル、及び未処理のディジタルデータ信号を含む伝送中の情報を検波して表示
する回路を意味する。As used herein, the term “receiving device” takes as input a radiated transmission from a transmitting device and converts (but is not limited to) audio, text, graphical, and raw digital data signals. This means a circuit that detects and displays information during transmission including the information.
【００１３】 ここで使用されるように、「センサ」という用語は、放射された伝送を監視し
て応答できる受信装置中の電気部品又は分岐回路を意味する。例えば、センサは
、伝送された放射中の変動に従って変化する電気信号を提供することにより応答
できた。As used herein, the term “sensor” refers to an electrical component or branch circuit in a receiving device that can monitor and respond to radiated transmissions. For example, a sensor could respond by providing an electrical signal that varied according to variations in the transmitted radiation.
【００１４】 ここで使用されるように、「増幅器」という用語は、増幅器の出力における入
力波形の倍率変更されたコピーを生成する受信装置中の電気部品又は分岐回路を
意味する。入力及び出力に関するスケールファクタは、増幅器の利得又は単に利
得と呼ばれる。増幅器は、入力信号の平均又はピーク振幅における変動にもかか
わらず一定の平均又はピーク振幅を有する出力を生成するために、自動利得制御
能力を含んでもよい。As used herein, the term “amplifier” means an electrical component or branch circuit in a receiver that produces a scaled copy of an input waveform at the output of an amplifier. The scale factor for the input and output is called the gain of the amplifier, or simply the gain. The amplifier may include automatic gain control capability to produce an output having a constant average or peak amplitude despite variations in the average or peak amplitude of the input signal.
【００１５】 ここで使用されるように、「フィルタ」という用語は、入力波形の周波数情報
の限定されたレンジ又は帯域を含む出力波形を生成する、受信装置中の電気部品
又は分岐回路を意味する。一般的な実施例は、ローパス、ハイパス、及びバンド
パスフィルタを含む。As used herein, the term “filter” refers to an electrical component or branch circuit in a receiving device that produces an output waveform that includes a limited range or band of frequency information of an input waveform. . Common examples include low pass, high pass, and band pass filters.
【００１６】 ここで使用されるように、「検波器」という用語は、情報信号により変調され
た搬送波から成る入力信号を取り込む、受信装置中の部品又は分岐回路を意味す
る。搬送波は、周波数変調、振幅変調、又は位相変調を含むどのような手段によ
っても変調できる。検波器は、変調情報信号中の情報を再生する出力波形を生成
する。As used herein, the term “detector” means a component or branch circuit in a receiving device that takes an input signal consisting of a carrier modulated by an information signal. The carrier can be modulated by any means, including frequency modulation, amplitude modulation, or phase modulation. The detector generates an output waveform for reproducing information in the modulated information signal.
【００１７】 ここで使用されるように、「復号器」という用語は、符号化又は暗号化された
形態かもしれない興味のある情報を含む入力信号を取り込む、受信装置中の部品
又は分岐回路を意味する。暗号化はセキュリティを保証するために伝送データで
利用でき、圧縮は効率的なデータ伝送レートを増進させるために使用できる。復
号器は、符号化（例えば、暗号化及び/又は圧縮）を逆転させる電気的な出力波
形を生成し、例えば、有用なバイナリ電圧レベルから成る出力波形を生成する。As used herein, the term “decoder” refers to a component or branch circuit in a receiving device that takes an input signal containing information of interest, which may be in encoded or encrypted form. means. Encryption can be used on transmitted data to ensure security, and compression can be used to enhance efficient data transmission rates. The decoder generates an electrical output waveform that reverses the encoding (e.g., encryption and / or compression), e.g., generates an output waveform consisting of useful binary voltage levels.
【００１８】 ここで使用されるように、「出力段」という用語は、情報を便利な形態で受信
装置のユーザに表示する、受信装置中の部品又は分岐回路を意味する。例えば、
出力段は、興味のあるオーディオ信号をユーザに提供するために、増幅器及びヘ
ッドフォンを取り入れることができる。他の実施例として、出力段は、復調され
て復号化されたディジタル情報波形を入力として取り入れて、テキスト又はグラ
フィックス表示を生成することができる。他の実施例として、出力段は、復調さ
れて復号化された入力波形中のコマンドを受け取り、これらのコマンドに応答し
て、出力段中のメモリ、ディスク、又は他の記憶装置からの、記憶されたオーデ
ィオ、テキスト、グラフィカル、又は他の情報の表示にキューを与えることがで
きる。As used herein, the term “output stage” means a component or branch circuit in a receiver that displays information to a user of the receiver in a convenient manner. For example,
The output stage may incorporate amplifiers and headphones to provide the audio signal of interest to the user. As another example, the output stage may take as input a demodulated and decoded digital information waveform to produce a text or graphics display. In another embodiment, the output stage receives commands in the demodulated and decoded input waveform and, in response to these commands, stores data from a memory, disk, or other storage device in the output stage. A cue can be provided to the displayed audio, text, graphical, or other information.
【００１９】 本発明の１実施例では、トランシーバシステムは光学的送信装置及び受信装置
から成る。送信装置は、蛍光照明器具の光出力のフリッカ（輝度の変動）周波数
を変調する。伝送は、蛍光ランプ中の交流電流の周波数を変調又は変化させるこ
とにより実施される。１つの典型的な応用では、変調信号は、２００Ｈｚ〜３０
００Ｈｚの周波数レンジに注意深く帯域を制限されたオーディオ音声録音である
。これは、変調信号が人間の眼で検出できる周波数レンジ中の著しい高調波成分
をつくり出さないことを保証する。ランプからの光は、人間の視覚的知覚レンジ
以上（例えば、ランプ光が定常に見える）で点滅している照明光で領域（例えば
、部屋）を照らす。光学的受信装置は、ラジオが電波からの信号を再生する方法
と概念的に類似した方法で、光からの情報を再生する。しかし、この場合、受信
装置は「２用途」ネットワークの一部であり、光は無線トランシーバセットの場
合の電波のように１つの目的を果たすのではなく、２つの目的（照明、及び情報
伝送）を果たす。In one embodiment of the invention, the transceiver system comprises an optical transmitter and a receiver. The transmitter modulates the flicker (fluctuation in luminance) frequency of the light output of the fluorescent lighting apparatus. The transmission is performed by modulating or changing the frequency of the alternating current in the fluorescent lamp. In one typical application, the modulation signal is between 200 Hz and 30
This is an audio voice recording whose band is carefully limited to a frequency range of 00 Hz. This ensures that the modulated signal does not create significant harmonic content in the frequency range that can be detected by the human eye. Light from the lamp illuminates an area (e.g., a room) with flashing illumination light above the human visual perception range (e.g., the lamp light appears steady). Optical receivers reproduce information from light in a manner that is conceptually similar to the way radios reproduce signals from radio waves. However, in this case, the receiving device is part of a "two-use" network, and the light does not serve one purpose like the radio waves in the case of a wireless transceiver set, but has two purposes (lighting and information transmission). Fulfill.
【００２０】 光学的センサが受信装置で利用される。このセンサは、赤外線及び可視光線レ
ンジの光に感度を有する。センサは、点滅が人間の眼の視覚的知覚レンジ以上で
も、光の点滅をはっきりと解像することができる。もしアーク周波数が特定の周
波数レンジ（例えば、３８〜４０ｋＨｚ）にわたって変化したら、光の輝度はア
ーク電流の方向ではなく振幅と一緒に変化するので、受信される輝度は７６ｋＨ
ｚから８０ｋＨｚまで変化することに注意しなければならない。選択的なバンド
パスフィルタはセンサの出力に追従する。このフィルタは、フリッカ周波数レン
ジの検波された信号は通され、他の周波数成分は阻止されることを保証する。増
幅器は、フィルタが検波された信号レベルを調整する前、後、又は前後に利用で
きる。An optical sensor is used in the receiving device. This sensor is sensitive to light in the infrared and visible light ranges. The sensor can clearly resolve the flashing light even when the flashing is above the visual perception range of the human eye. If the arc frequency changes over a particular frequency range (e.g., 38-40 kHz), the brightness received will be 76 kHz since the brightness of the light will change with the amplitude, not the direction of the arc current.
Note that it varies from z to 80 kHz. An optional bandpass filter follows the output of the sensor. This filter ensures that the detected signal in the flicker frequency range is passed and other frequency components are rejected. The amplifier can be used before, after, or before and after the filter adjusts the detected signal level.
【００２１】 位相同期ループ（ＰＬＬ）回路が、ＦＭ伝送を復調するための検波器として利
用できる。適切に調整されたＰＬＬ回路のループフィルタの出力は、送信装置に
おいて情報信号を変調することに相当する。この信号は直接的に有用であり、復
号化を必要とせず、オーディオ増幅器及びヘッドフォンから成る出力段まで直接
通過できる。ユーザは、ヘッドフォンを通してブロードキャストオーディオメッ
セージを聞くことができる。A phase locked loop (PLL) circuit can be used as a detector for demodulating the FM transmission. The properly adjusted output of the loop filter of the PLL circuit corresponds to modulating the information signal in the transmitting device. This signal is directly useful, does not require decoding, and can be passed directly to the output stage consisting of audio amplifiers and headphones. The user can listen to the broadcast audio message through the headphones.
【００２２】 他の実施例では、変調信号は、搬送周波数（即ち、ランプ電流のための固定ベ
ース周波数）のまわりの側波帯中の周波数の個別セットに制限される。異なる側
波帯周波数は、異なる個別のトーンに対応する。同一のセンサ、フィルタ、及び
増幅器が、伝送を検波する受信装置を組み立てるための前記実施例のように使用
できる。新しい検波器及び復号器を、個別のトーンを再生しディジタルビットと
して解釈するために付加できる。これらのビットは、テキスト又はグラフィック
ス情報をディスプレイに搬送するために、又は受信装置と一体化した記憶装置か
らの呈示のためのデータにキューを出すことができる出力段にコマンドを送信す
るために使用できる。In another embodiment, the modulated signal is limited to a discrete set of frequencies in sidebands around a carrier frequency (ie, a fixed base frequency for the lamp current). Different sideband frequencies correspond to different individual tones. The same sensors, filters and amplifiers can be used as in the previous embodiment for assembling a receiver to detect the transmission. New detectors and decoders can be added to reproduce individual tones and interpret them as digital bits. These bits are used to carry text or graphics information to the display or to send commands to an output stage that can queue data for presentation from storage integrated with the receiving device. Can be used.
【００２３】 第３の実施例では、ディジタルビットはパルス符号変調を使用して伝送でき、
各「０」又は「１」又はマークビットは、特定のシーケンス又は伝送周波数のパ
ルス符号に対応する。同一のセンサ、フィルタ、及び増幅器が、伝送を検波する
受信装置を組み立てるための前記実施例のように使用できる。ＰＬＬ回路は、伝
送周波数レベルを検出するために使用できる。もしパルス符号が２つ以下の周波
数レベルから成っていたら、ＰＬＬは非線形に作動するように形成されてもよく
、伝送周波数レベルを示すために、ハイ及びロー周波数ループフィルタ電圧レベ
ルの間で飽和する。伝送周波数レベルのストリームは、選択されたパルス符号を
ビットとして解釈するようにプログラムされた復号器回路（例えば、有限状態機
械）によりビットへ復号化される。再度、他の使用法の中で、これらのビットは
、テキスト又はグラフィックス情報をディスプレイに搬送するために、又は受信
装置と一体化した記憶装置からの呈示のためのデータにキューを出すことができ
る出力段にコマンドを送信するために使用できる。In a third embodiment, the digital bits can be transmitted using pulse code modulation,
Each "0" or "1" or mark bit corresponds to a pulse code of a particular sequence or transmission frequency. The same sensors, filters and amplifiers can be used as in the previous embodiment for assembling a receiver to detect the transmission. PLL circuits can be used to detect transmission frequency levels. If the pulse code consists of less than two frequency levels, the PLL may be configured to operate non-linearly and saturate between the high and low frequency loop filter voltage levels to indicate the transmission frequency level. . The stream at the transmission frequency level is decoded into bits by a decoder circuit (eg, a finite state machine) programmed to interpret the selected pulse code as bits. Again, among other uses, these bits can queue up data for carrying text or graphics information to a display or for presentation from storage integrated with the receiving device. Can be used to send commands to a possible output stage.
【００２４】 ［発明の詳細な記載］ 本発明は、放射源（例えば、電気ランプ、及びランプ安定器回路）の動作周波
数を変化させることにより送信装置が符号化データを送信するトランシーバセッ
トを含む。図１に示すように、情報源１０は、（いくつかの実施例では）可視光
線である変調された電磁放射１２を発生する送信装置１１に情報を提供する。も
ちろん、放射１２は、どのようなスペクトル領域の放射でもよい。受信装置１４
は、オーディオ、テキスト、又はグラフィカル情報であり得る出力を発生するた
めに、放射１２に応答する。次に情報は、情報１５のユーザにより使用される。
図２を参照すると、受信装置１４は、増幅器及びフィルタ区画１８への入力を形
成する出力信号を発生するために放射１２に応答するセンサ１６を含む。検波器
２０は信号を、放射１２中に符号化さて出力段２４において表示される情報を抽
出する復号器段２２へ通過させる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention includes a transceiver set in which a transmitting device transmits encoded data by changing the operating frequency of a radiation source (eg, an electric lamp and lamp ballast circuit). As shown in FIG. 1, an information source 10 provides information to a transmitter 11 that generates (in some embodiments) modulated electromagnetic radiation 12 that is visible light. Of course, radiation 12 may be radiation in any spectral range. Receiver 14
Responds to the radiation 12 to generate output, which may be audio, text, or graphical information. The information is then used by the user of the information 15.
Referring to FIG. 2, receiver 14 includes a sensor 16 responsive to radiation 12 to generate an output signal that forms an input to an amplifier and filter section 18. Detector 20 passes the signal to a decoder stage 22 which encodes in radiation 12 and extracts the information displayed at output stage 24.
【００２５】 もし伝送される信号が、フリッカに対する人間の視覚的知覚レンジの最小周波
数成分を越える最小周波数成分、及びインバータの公称切替周波数より著しく下
の最大周波数成分を有するアナログＡＣ信号であれば、信号を安定器の周波数変
調入力に直接印加すれば十分である。参考文献としてその教示が本明細書に取り
入れられている１９９９年４月１４日に出願の「Dual-Use Electronic Transcei
ver Set for Wireless Data Networks」及び１９９９年４月１４日に出願の「Co
mmunication System」を参照のこと。これはランプ電流及びランプ光を直接変調
し、信号は（例えば、どのような方法でもオーディオデータとして聞こえない）
非常に低い周波数成分を回避するように制限されているので、ランプ光は人間の
眼にはフリッカのように見えない。If the transmitted signal is an analog AC signal having a minimum frequency component that exceeds the minimum frequency component of the human visual perception range for flicker and a maximum frequency component that is significantly below the nominal switching frequency of the inverter, It is sufficient to apply the signal directly to the frequency modulation input of the ballast. "Dual-Use Electronic Transcei," filed April 14, 1999, the teachings of which are incorporated herein by reference.
ver Set for Wireless Data Networks ”and“ Co
See mmunication System. This directly modulates the lamp current and lamp light, and the signal is (for example, not heard as audio data in any way)
The lamp light does not look like flicker to the human eye because it is limited to avoid very low frequency components.
【００２６】 ランプ光中のディジタル又は離散的レベルのメッセージを符号化するために、
直接周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）方式を単純に利用するだけでは一般に不
十分である。例えば、出願人がビットのストリング（「０」及び「１」）を伝送
したいと仮定する。単純なＦＳＫ方式では、「０」ビットは３６ｋＨｚのアーク
周波数に割り当てられ、「１」ビットは４０ｋＨｚに割り当てられる。この場合
、後に論理「１」の長い連続が続く論理「０」の長い連続は、伝送中の光輝度の
著しいフリッカをもたらす。代わりに、この発明は、光が視覚的に点滅しないこ
とを保証する符号化方式を利用する。To encode digital or discrete level messages in the lamp light,
Simply using the direct frequency shift keying (FSK) scheme is generally not sufficient. For example, suppose applicant wants to transmit a string of bits ("0" and "1"). In a simple FSK scheme, the "0" bit is assigned to an arc frequency of 36 kHz and the "1" bit is assigned to 40 kHz. In this case, a long run of logic "0" followed by a long run of logic "1" results in significant flicker of light intensity during transmission. Instead, the present invention utilizes an encoding scheme that ensures that the light does not blink visually.
【００２７】 ［実施例Ｉ：アナログ受信装置］ 図３に示される受信装置は、後に２Ｎ３９０４増幅器３４が続く２７ｋΩの抵
抗器３２と導通してバイアスされ、続けてハイパスフィルタリングするＢＰＥ３
６／ＱＴ８２８型フォトトランジスタ３０をセンサとして使用する。次にこの信
号は、ＣＤ４０６９（４０６９）ゲート３６から２つのゲートユニットから成る
２つの追加利得段を通して送り出され、１００ｋΩの抵抗器３８を用いて線形領
域にバイアスされる。４０６９は安価で、表面実装形態で利用可能である。これ
ら２つの段の正確な利得の欠如は、間もなく論じられるコンピュータ利得制御シ
ステムにより補償される。次に、３段の増幅を通過した信号は１組のシリコンダ
イオードで制限され、ＬＭ５６７型位相ロックループトーン検波器４０の入力に
送り込まれる。５６５型位相ロックルーもまた評価されたが、著しく安価で表面
実装形態で利用可能な５６７と同程度に適切であることがわかった。Embodiment I: Analog Receiving Apparatus The receiving apparatus shown in FIG. 3 is a BPE 3 that conducts and is biased through a 27 kΩ resistor 32 followed by a 2N3904 amplifier 34 and subsequently performs high-pass filtering.
The 6 / QT828 type phototransistor 30 is used as a sensor. This signal is then sent out of the CD 4069 (4069) gate 36 through two additional gain stages consisting of two gate units and biased into the linear region using a 100 kΩ resistor 38. 4069 is inexpensive and is available in surface mount form. The lack of precise gain of these two stages is compensated by the computer gain control system discussed shortly. Next, the signal that has passed through the three-stage amplification is limited by a set of silicon diodes, and sent to the input of the LM567 type phase locked loop tone detector 40. A type 565 phase lock loop was also evaluated but was found to be as suitable as 567, which is significantly less expensive and available in surface mount configurations.
【００２８】 ＰＬＬのループ発振器は、入力信号と同期するために１０ｋΩ電位差計４２に
取り付けられたパネルで調整される。いったん同期が達成されたら、復調された
オーディオが出力段に印加され、ＬＭ３８６増幅器４４がヘッドフォン４６を駆
動する。更に増幅が必要であれば、信号を室内を満たすボリュームにするために
、増強されたウォークマン型スピーカが使用される。The PLL's loop oscillator is tuned by a panel attached to a 10 kΩ potentiometer 42 to synchronize with the input signal. Once synchronization is achieved, the demodulated audio is applied to the output stage, and LM386 amplifier 44 drives headphones 46. If further amplification is needed, an enhanced Walkman-type speaker is used to bring the signal to a volume that fills the room.
【００２９】 この実施例の重要な特徴は、信号を取得してユーザに表示する受信装置の動き
を制御するために使用される同期検波器である。出願人は、調整可能な同期特性
が、異なるアプリケーションに対して受信装置を最適化するために不可欠である
ことがわかった。例えば、同期特性は、受信装置が送信装置と提携するときに、
出力信号の強さ又はボリュームの段階的な増大を提供するように設定できる。こ
の方法は、例えば、建築物又は他の現場での方向検索のためにシステムを使用す
ることにおいて有用である。同期特性もまた強い伝送信号が受信されるまで出力
を提供しないように設定でき、この場合、受信装置は個々の送信装置の非常には
っきりした位置確認を提供する。この方法は、異なるメッセージを送信している
間隔が狭い多くの送信装置を有する環境で特に有用である。同期特性は、プログ
ラム可能で、受信装置の特性調整において優れた柔軟性を可能にするソフトウェ
アでもたらされる。An important feature of this embodiment is the synchronous detector used to control the movement of the receiving device to acquire the signal and display it to the user. Applicants have found that an adjustable synchronization characteristic is essential for optimizing the receiver for different applications. For example, the synchronization characteristics may be such that when the receiving device associates with the transmitting device,
It can be set to provide a gradual increase in output signal strength or volume. This method is useful, for example, in using the system for direction finding in buildings or other sites. The synchronization characteristic can also be set so as not to provide an output until a strong transmission signal is received, in which case the receiving device provides a very clear localization of the individual transmitting devices. This method is particularly useful in an environment with many transmitting devices that are transmitting different messages at close intervals. The synchronization characteristics are provided by software that is programmable and allows for great flexibility in adjusting the characteristics of the receiving device.
【００３０】 ロックイン調整は、多くの方法で実施できる。出願人の試作品では、好都合な
方法が取られ、例えば受信装置中のオンボード単一チップマイクロコントローラ
を利用することにより、サイズ及び複雑さが減少した。出願人の試作品では、受
信装置のロックイン特性は、以下の方法で受信装置に取り付けられた外部コンピ
ュータで制御される。The lock-in adjustment can be implemented in many ways. In Applicants' prototype, a convenient approach was taken, for example by utilizing an on-board single-chip microcontroller in the receiver, reducing size and complexity. In Applicants' prototype, the lock-in characteristics of the receiving device are controlled by an external computer attached to the receiving device in the following manner.
【００３１】 １．制限される前に、第３利得段の出力が１０ビットアナログ−ディジタルコ
ンバータ（ＡＤＣ）でモニタされる。無線周波数（ＲＦ）信号をＤＣレベルにす
るために、信号は最初にハイパスＴフィルタを通過し、次に１Ｎ６０ダイオード
で整流され、システムの時定数を設定する０．０３３μＦ又は１０μＦのキャパ
シタのいずれかで濾波される。この時定数は、コンピュータ制御ボックスの正面
パネルから切替選択可能である。1. Before being limited, the output of the third gain stage is monitored by a 10-bit analog-to-digital converter (ADC). To bring the radio frequency (RF) signal to a DC level, the signal first passes through a high-pass T-filter, then is rectified by a 1N60 diode and either a 0.033 μF or 10 μF capacitor sets the time constant of the system. Is filtered. This time constant can be switched and selected from the front panel of the computer control box.
【００３２】 ２．ダイオードからの電流は、パラレルプリンタポートを経由してＰＣプラッ
トフォームコンピュータに接続された１０ビットコンバータ４８（ＭＡＸ１８８
）により解析される電圧をつくり出す１０ｋΩ１０ターントリムポットを通過す
る。データは解析され、ＡＤＣにより決定されたように信号振幅に依存して２つ
の異なる方法で処理される。[0032] 2. The current from the diode is fed to a 10-bit converter 48 (MAX188) connected to a PC platform computer via a parallel printer port.
Pass through a 10 kΩ 10-turn trim pot that creates the voltage analyzed by The data is analyzed and processed in two different ways depending on the signal amplitude as determined by the ADC.
【００３３】 もしＤＣレベルが予めセットされたしきい値以下であれば、パラレルプリンタ
ポートのピン１４が「ハイ」に設定され、ＬＭ５６７（ＰＬＬ）の入力と並列に
配置されたトランジスタを飽和状態にバイアスする。これは、ＰＬＬが弱い信号
上でハンティングすることを防止する。If the DC level is below a preset threshold, pin 14 of the parallel printer port is set to “high” to saturate the transistor placed in parallel with the input of LM567 (PLL). Bias. This prevents the PLL from hunting on weak signals.
【００３４】 しきい値レベル以下では、ＡＤＣへの入力におけるＤＣレベルは増加し、ＰＬ
Ｌの出力とＬＭ３８６への入力の間のオーディオストリームに配置された２５６
ステップディジタルトリムポット（Analog Devices社製ＡＤＣ８４００型）に対
する減少する抵抗値に変換される。Below the threshold level, the DC level at the input to the ADC increases and PL
256 placed in the audio stream between the output of L and the input to LM386
It is converted to a decreasing resistance value for a step digital trim pot (Analog Devices ADC8400).
【００３５】 ソフトウェアのアルゴリズムは、初期しきい値以下の弱い信号に対して、ボリ
ュームが線形で増加するように設計される。線形領域以上では、ボリュームが強
い信号レベルで飽和するように、ボリューム−信号の関係は対数グラフの様相を
呈する。The software algorithm is designed so that the volume increases linearly for weak signals below the initial threshold. Above the linear region, the volume-signal relationship looks like a logarithmic graph so that the volume saturates at a strong signal level.
【００３６】 信号が減少するにつれて、これら３つのステップの逆が起こる。As the signal decreases, the reverse of these three steps occurs.
【００３７】 ［実施例ＩＩ：ディジタル受信装置］ ディジタルデータを伝送するために出願人が使用した１つの方法は「側波帯Ｆ
Ｍ法」であり、その方法の変形がアナログ信号の送信及び受信に使用される。ア
ーク電流中心周波数のまわりの側波帯の２つの異なる周波数値は、バイナリ値を
表すために使用される。２つの側波帯は搬送波又は中心周波数のまわりで同じ量
だけ反対方向にシフトされるので、平均周波数は同じままであり、フリッカは観
測されない。異なる側波帯が、異なるビット又は論理レベルを伝送するためにラ
ンプ光の中に変調される。Example II Digital Receiving Apparatus One method used by the applicant to transmit digital data is “sideband F
M method ", a variation of which is used for transmitting and receiving analog signals. Two different frequency values in the sideband around the arc current center frequency are used to represent a binary value. Since the two sidebands are shifted in opposite directions about the carrier or center frequency, the average frequency remains the same and no flicker is observed. Different sidebands are modulated into the lamp light to carry different bits or logic levels.
【００３８】 受信装置は、実施例Ｉで利用したものと類似している。しかし、ここで、出力
は側波帯の中に符号化された多くの離散的なトーン又は音色から成り、それらは
ディジタルビット又はデータとして解釈できる。The receiving device is similar to that used in Embodiment I. However, here the output consists of many discrete tones or timbres encoded in sidebands, which can be interpreted as digital bits or data.
【００３９】 ［実施例ＩＩＩ：ディジタル受信装置］ ディジタルデータを伝送するための他の方法は光のベース周波数をシフトする
ことを含むが、信号を表すために単純なバイナリ符号を使用するよりも更に複雑
な符号化方式を使用する。従来技術は、３レベル符号が光の３つの異なる周波数
により表される各バイナリビットと一緒に使用されることを報じている。この方
法では、平均周波数は同じままである。思いがけず幸いなことに、出願人は、デ
ータストリングの性質に関係なく、マンチェスタ符号化のような２値符号化も識
別可能なフリッカ無しにバイナリビットが伝送されることを可能にすることがわ
かった。出願人はこの変調を「２レベル符号化」と呼ぶ。Example III: Digital Receiving Device Another method for transmitting digital data involves shifting the base frequency of the light, but more than using a simple binary code to represent the signal. Use complex coding schemes. The prior art reports that a three-level code is used with each binary bit represented by three different frequencies of light. In this way, the average frequency remains the same. Fortunately and fortunately, Applicants have found that, regardless of the nature of the data string, binary encoding, such as Manchester encoding, also allows binary bits to be transmitted without discernible flicker. Was. Applicants refer to this modulation as "two-level encoding".
【００４０】 例えば、試作品の１つでは、ディジタルデータ伝送中の可視フリッカを除去す
るために２−レベル half-weight 符号化方式が使用された。２レベル符号化は
マンチェスタ符号化に基づき、マンチェスタ符号化はコンピュータネットワーク
では一般的である。それは、可視フリッカを除去するこの発明の付加的な利点に
対して利用される。マンチェスタ符号化は、このアプリケーションに適している
half-weight ブロック符号のクラスの１つである（E. Bergmann、A. Odlyzko、
及びS. Sangani 「Half Weight Block Codes for Optical Communications」, A
T&T Technical Journal, Vol. 65, No. 3, May 1986. pp. 85--93, 本明細書で
も参考文献として取り入れられている）。この２−レベル符号は、アーク周波数
をＴsw秒毎にシフトし、一般的な値はＴsw＝２ミリ秒である。「１」又は「０」
ビットは特定のアーク周波数に対応しないが、むしろアーク周波数の２−レベル
パターンに対応する。パターンは図４に示される。論理「１」及び「０」ビット
は長さ２Ｔswのパターンにより伝送され、（伝送バイトの始まりを区別するため
に使用される）一意なスタートビットが長さ６Ｔswのシーケンスにより表される
。For example, one of the prototypes used a two-level half-weight coding scheme to remove visible flicker during digital data transmission. Two-level coding is based on Manchester coding, which is common in computer networks. It is exploited for the additional advantage of the present invention of eliminating visible flicker. Manchester encoding is suitable for this application
A class of half-weight block codes (E. Bergmann, A. Odlyzko,
And S. Sangani "Half Weight Block Codes for Optical Communications", A
T & T Technical Journal, Vol. 65, No. 3, May 1986. pp. 85--93, which is incorporated herein by reference). This two-level code shifts the arc frequency every T sw seconds, a typical value being T sw = 2 ms. "1" or "0"
The bits do not correspond to a particular arc frequency, but rather correspond to a two-level pattern of arc frequencies. The pattern is shown in FIG. Logic "1" and "0" bits are transmitted by the pattern of length 2T sw, is (used to distinguish the start of transmission bytes) unique start bit represented by a sequence of length 6T sw.
【００４１】 「０」、「１」、及びスタートビットに対する２レベルパターンは、同じ平均
周波数を有する。従って、異なるアーク周波数の間の十分高速な切替（例えば、
十分短い間隔Ｔsw）のために、「０」及び「１」の長いシーケンス間の変化中で
さえ、ランプは知覚できるフリッカを示さない。図５ｂは、マンチェスタ符号化
方式に対するランプ輝度のおおよその周波数スペクトルを示す。上記のBuffaloe
に記載された３−レベル符号化方式が、比較のために図５ａに含まれる。（デシ
ベル単位の）垂直軸は、ＡＣ成分の最大振幅に対して正規化されている。スペク
トルは、周波数による輝度の線形変化、及びメッセージデータのランダムストリ
ームを仮定して計算される。スペクトルは、光出力における著しく低い周波数成
分の良い特性の推定値を提供する。図５ａは、３−レベル符号化方式に対する２
２Ｈｚの倍数での輝度変化を示す。２２Ｈｚ及び４４Ｈｚでの更に低い周波数成
分は、人間の眼に対して知覚できる周波数である。図５ｂは、新しいマンチェス
タ符号化を使用した予想スペクトルを示す。このスペクトル中の第１の際だった
成分は１００Ｈｚで現れ、それは既に人間の知覚レンジ以上である。The two-level patterns for “0”, “1”, and start bit have the same average frequency. Thus, a sufficiently fast switch between different arc frequencies (eg,
Due to the sufficiently short interval T sw ), even during the transition between the long sequence of “0” and “1”, the lamp does not show any perceptible flicker. FIG. 5b shows the approximate frequency spectrum of the lamp luminance for the Manchester coding scheme. Buffaloe above
The three-level coding scheme described in FIG. 5 is included in FIG. 5a for comparison. The vertical axis (in decibels) is normalized to the maximum amplitude of the AC component. The spectrum is calculated assuming a linear change in luminance with frequency and a random stream of message data. The spectrum provides a good estimate of the properties of significantly lower frequency components in the light output. FIG. 5a shows 2 for a 3-level coding scheme.
The luminance change at a multiple of 2 Hz is shown. The lower frequency components at 22 Hz and 44 Hz are frequencies that can be perceived by the human eye. FIG. 5b shows the expected spectrum using the new Manchester encoding. The first prominent component in this spectrum appears at 100 Hz, which is already above the human perception range.
【００４２】 変調されたランプ光は、受信装置回路により検波され複合化される。この受信
装置は、図６に示されるように受信情報が液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に表示さ
れるポータブル装置の形態でもよい。光検出器が、蛍光ランプの光出力を検出す
るために使用される。送信装置の動作が原因ではない周囲環境のバックグラウン
ド変化を排除することを助けるために、光検出器信号は最初に受信装置のアナロ
グバンドパスフィルタ及び増幅器を通過する。アーク周波数が３６〜４０ｋＨｚ
に変化する間に、受信した輝度信号は７２〜８０ｋＨｚに変化することに注意し
なければならない。何故ならば、輝度は振幅と一緒に変化し、アーク電流の方向
と一緒には変化しないからである。輝度信号のゼロ交差は比較器を使用して配置
され、周波数はＣＤ４０４６位相同期ループ（ＰＬＬ）により追従される。The modulated lamp light is detected and combined by the receiver circuit. This receiving device may be in the form of a portable device in which received information is displayed on a liquid crystal display (LCD) as shown in FIG. A light detector is used to detect the light output of the fluorescent lamp. To help eliminate background changes in the surrounding environment that are not due to operation of the transmitter, the photodetector signal first passes through an analog bandpass filter and amplifier of the receiver. Arc frequency is 36-40kHz
It should be noted that the received luminance signal changes from 72 to 80 kHz while changing to. This is because the brightness changes with the amplitude and not with the direction of the arc current. The zero crossings of the luminance signal are located using a comparator, and the frequency is tracked by a CD4046 phase locked loop (PLL).
【００４３】 ＰＬＬループの非線形動作は、この発明の向上した性能に対して危険である。
従来のＰＬＬ回路は、受信信号の周波数に比例した電圧を追従して出力するため
にフィードバック構造を使用した。そのような回路の性能は、小信号変化に対す
る線形システムとして正確にシミュレーションできる。（減衰及び整定時間のよ
うな）結果としてできる線形システムの特性は、受信装置システムの達成可能な
データレートに影響を及ぼす。この発明は、このアプリケーションでのＰＬＬ追
従性能を著しく改善する。これは、ＰＬＬフィードバックループを各受信周波数
限界における飽和に駆動することにより達成される。これは、ＰＬＬ出力電圧が
関連する線形システムの整定時間よりも非常に早く飽和に達する状況を設定する
。The non-linear operation of the PLL loop is dangerous to the improved performance of the present invention.
A conventional PLL circuit uses a feedback structure to track and output a voltage proportional to the frequency of a received signal. The performance of such a circuit can be accurately simulated as a linear system for small signal changes. The characteristics of the resulting linear system (such as attenuation and settling time) affect the achievable data rate of the receiver system. The present invention significantly improves PLL tracking performance in this application. This is achieved by driving the PLL feedback loop to saturation at each receive frequency limit. This sets the situation where the PLL output voltage reaches saturation much earlier than the settling time of the associated linear system.
【００４４】 受信装置の非線形動作が、図７ａ及び図７ｂに図示される。図は、実験的な試
作システムからの動作波形を示す。図７ａは、蛍光ランプ安定器の周波数を変調
するために使用される送信装置波形を示し、ゼロボルトは周波数３６ｋＨｚに対
応し、１５ボルトは４０ｋＨｚに対応する。図７ｂは、非線形飽和フィードバッ
クループを使用したＰＬＬの出力結果を示す。出力は、実質的に一般的なＰＬＬ
の整定特性なしに、ランプ光の周波数変化を非常に正確に追従する。The non-linear operation of the receiver is illustrated in FIGS. 7a and 7b. The figure shows operating waveforms from an experimental prototype system. FIG. 7a shows the transmitter waveform used to modulate the frequency of the fluorescent lamp ballast, where zero volts corresponds to a frequency of 36 kHz and 15 volts corresponds to 40 kHz. FIG. 7b shows the output result of a PLL using a nonlinear saturation feedback loop. The output is a substantially common PLL
Very accurately follows the frequency change of the lamp light without the settling characteristic of
【００４５】 マンチェスタ符号化されたデータの復号化は、比較器出力をオーバーサンプリ
ングし、受信されたパルス幅を検査することにより非同期的に実施される。これ
は、 half-weight 符号を復号化するタスクを、T. Buffaloe、D. Jackson、S. L
eeb、M. Schlecht、及び R. Leeb「Fiat Lux: A Fluorescent Lamp Transceiver
」（Applied Power Electronics Conference, Atlanta, Georgia, June 1997）
で刊行された３−レベル方式を復号化するタスクよりも興味深いものにする。し
かし、 half-weight方式の改善されたデータ伝送レート、及び half-weight 符
号化データのための商用単一チップ復号器の入手のしやすさが、 half-weight
符号をこのアプリケーションに対して非常に魅力的にする。Decoding of Manchester encoded data is performed asynchronously by oversampling the comparator output and examining the received pulse width. This is the task of decoding half-weight codes by T. Buffaloe, D. Jackson, S.L.
eeb, M. Schlecht, and R. Leeb, `` Fiat Lux: A Fluorescent Lamp Transceiver
(Applied Power Electronics Conference, Atlanta, Georgia, June 1997)
Makes the 3-level scheme more interesting than the decoding task. However, the improved data transmission rate of the half-weight scheme and the availability of commercial single-chip decoders for half-weight encoded data have been
Make the code very attractive for this application.
【００４６】 図６で示される出願人のテキストトランシーバ試作器では、ディスプレイコン
トローラは復号化された情報を記憶し、２ライン液晶ディスプレイ上に入ってく
るメッセージを周期的に更新する。一般に、受信されたディジタルデータストリ
ームは、ヴィジュアル（テキスト）又はオーディオメッセージを配信するために
使用できるか、又はコンピュータ又は他の情報処理システムにより直接処理され
ることができる。In Applicants' text transceiver prototype shown in FIG. 6, the display controller stores the decoded information and periodically updates the message coming on the two-line liquid crystal display. Generally, received digital data streams can be used to deliver visual (text) or audio messages, or can be processed directly by a computer or other information processing system.
【００４７】 ここで説明されたアナログ及びディジタル half-weight 周波数変調されたデ
ータ符号化方式は、ランプ出力でデータを符号化するための唯一の方法では決し
てない。他の技術も伝送帯域幅又は柔軟性を改善するために使用される。出願人
は、同じローカル領域内の異なるチャネル上でのデータの送信及び受信を可能に
するために、異なるランプ安定器（又は伝送「キー符号」によっては同じ安定器
）で直交ビットパターンが利用できると考える。例えば、１つのチャネルが位置
情報を提供するために使用でき、他のチャネルが直接個人対個人の連絡に使用で
きる。ランプを多重搬送波で、又はいくつかのランプを含む照明器具を各ランプ
に対する異なる搬送波周波数で作動させることも可能である。何れの場合も、こ
の議論で記載された受信装置が、受信装置回路の検波器を同調させることにより
、異なるチャネル又は搬送波に選択的にロックオンするために使用できる。The analog and digital half-weight frequency modulated data encoding schemes described herein are by no means the only way to encode data at the ramp output. Other techniques are used to improve transmission bandwidth or flexibility. Applicants have available orthogonal bit patterns on different ramp ballasts (or the same ballast depending on the transmission "key code") to enable transmission and reception of data on different channels within the same local area. Think. For example, one channel can be used to provide location information and the other channel can be used for direct person-to-person communication. It is also possible to operate the lamps on multiple carriers, or a luminaire containing several lamps at a different carrier frequency for each lamp. In either case, the receiver described in this discussion can be used to selectively lock on to a different channel or carrier by tuning the detector of the receiver circuit.
【００４８】 放射源の２用途（例えば、図１に示されるシステムのような照明及び情報伝送
）を提供するトランシーバシステムを実施するための他の等価構造が、本発明の
精神を逸脱することなく、本発明の請求項の範囲内にあることは、当業者により
理解される。Other equivalent structures for implementing a transceiver system that provides two uses of the radiation source (eg, lighting and information transmission like the system shown in FIG. 1) without departing from the spirit of the invention It is understood by those skilled in the art that they are within the scope of the claims of the present invention.
【図１】 本発明のトランシーバ システムの略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a transceiver system of the present invention.
【図２】 トランシーバシステムで使用するための受信装置の略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a receiving device for use in a transceiver system.
【図３Ａ】 伝送されたオーディオ情報を再生することができる受信装置の回路図を示す。FIG. 3A shows a circuit diagram of a receiving apparatus capable of reproducing transmitted audio information.
【図３Ｂ】 伝送されたオーディオ情報を再生することができる受信装置の回路図を示す。FIG. 3B shows a circuit diagram of a receiving apparatus capable of reproducing transmitted audio information.
【図３Ｃ】 伝送されたオーディオ情報を再生することができる受信装置の回路図を示す。FIG. 3C shows a circuit diagram of a receiving device capable of reproducing transmitted audio information.
【図４】 half-weight ビットパターンを示す。FIG. 4 shows a half-weight bit pattern.
【図５】 half-weight ビット符号化の利点を示すスペクトルの比較である。FIG. 5 is a spectral comparison showing the benefits of half-weight bit encoding.
【図６】 光により伝送されたディジタルデータを復号化するための受信装置アーキテク
チャを示す。FIG. 6 shows a receiver architecture for decoding digital data transmitted by light.
【図７】 試作システムで送信及び受信された符号化ビットの比較を示す。FIG. 7 shows a comparison of coded bits transmitted and received in a prototype system.
１０ 情報源 １１ 送信装置 １２ 放射 １４ 受信装置 １５ 情報 １６ センサ １８ フィルタ区画 ２０ 検波器 ２２ 復号器 ２４ 出力段 ３２ 抵抗器 ３６ ゲート ３８ 抵抗器 ４０ 型位相ロックループトーン検波器 ４４ 増幅器 ４６ ヘッドフォン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Information source 11 Transmitting device 12 Radiation 14 Receiving device 15 Information 16 Sensor 18 Filter section 20 Detector 22 Decoder 24 Output stage 32 Resistor 36 Gate 38 Resistor 40 Phase lock loop tone detector 44 Amplifier 46 Headphone
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／１１５，３７４ (32)優先日 平成11年１月11日(1999．1．11) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２９１，７０６ (32)優先日 平成11年４月14日(1999．4．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２９２，１２６ (32)優先日 平成11年４月14日(1999．4．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２９１，７０９ (32)優先日 平成11年４月14日(1999．4．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 デロン ジャクソン アメリカ合衆国 95121 カリフォルニア、 サンホゼ、クウェイル ブラフ レイン 2228 (72)発明者 エルマー シー．ラプトン アメリカ合衆国 02109 マサチューセッ ツ、ボストン、ピンクニー ストリート 23 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 AA04 CA02 DA05 FA03 GA01 GA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number 60 / 115,374 (32) Priority date January 11, 1999 (1999.1.11) (33) Priority claim country United States (US) ( 31) Priority claim number 09 / 291,706 (32) Priority date April 14, 1999 (April 14, 1999) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority claim number 09 / 292,126 (32) Priority date April 14, 1999 (April 14, 1999) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority claim number 09 / 291,709 (32) Priority date April 14, 1999 (April 14, 1999) (33) Priority country United States (US) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, B J, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN , CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Delon Jackson Ame The United States of 95121 California, San Jose, Quail Bluff rain 2228 (72) invention's Elmer Sea. Lupton United States 02109 Massachusetts, Boston, Pinkney Street 23F Term (Reference) 5K002 AA01 AA03 AA04 CA02 DA05 FA03 GA01 GA02
Claims (16)
号化されたデータを伝送するための送信装置、及び 符号化された前記放射を受信し、前記符号化されたデータを復号化し、及び前
記復号化されたデータの信号を出力段に配信するための受信装置から成り、前記
データが、伝送された放射のアプリケーションが受け入れられないフリッカを回
避するように復号化されることを特徴とする前記システム。1. A transceiver system for transmitting encoded data by varying the operating frequency of a radiation source having first and second utilities, and a transmitter device for encoding the encoded data. A receiving device for receiving radiation, decoding the encoded data, and delivering a signal of the decoded data to an output stage, wherein the data is received by a transmitted radiation application. The system characterized in that it is decoded to avoid no flicker.
れることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。2. The system according to claim 1, wherein the receiving device is provided with an adjustable lock-in characteristic.
、請求項１に記載のシステム。3. The system according to claim 1, wherein sensory perceptible flicker is avoided.
含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。4. The system according to claim 1, wherein said receiving device includes a non-linear detector for optimizing receiving performance.
、請求項１に記載のシステム。5. The system according to claim 1, wherein visually perceptible flicker is avoided.
りキューを出される内部データ記憶のための手段を含むことを特徴とする、請求
項１に記載のシステム。6. The system according to claim 1, wherein said receiving device includes means for internal data storage, wherein stored data is queued by signals from said transmitted radiation.
ンするための調整可能な検波器を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシス
テム。7. The system of claim 1, wherein the receiving device includes an adjustable detector for locking on to a different transmission channel or carrier.
、請求項１に記載のシステム。8. The system of claim 1, wherein said receiving device provides an audio output.
請求項１に記載のシステム。9. The method of claim 9, wherein the receiving device provides a text output.
The system according to claim 1.
する、請求項１に記載のシステム。10. The system of claim 1, wherein said receiving device provides a graphical output.
タウィンドウを表示するための分割又はマルチウィンドウグラフィカル出力を含
むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。11. The system of claim 1, wherein the receiving device includes multiple data transmitting devices or a split or multi-window graphical output for displaying synchronized data windows.
る、請求項１に記載のシステム。12. The system of claim 1, wherein said receiving device produces a digital output.
を提供することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。13. The system of claim 1, wherein the receiving device provides a graphical output for displaying sign language.
、側波帯が、３−レベル符号データ以外のディジタルデータ又は直交ブロック周
波数符号データに符号化されたデータを送信することを特徴とする、請求項１に
記載のシステム。14. The transmitting apparatus according to claim 1, wherein said transmitting apparatus transmits digital data whose sideband is coded to digital data other than 3-level code data or orthogonal block frequency code data in order to avoid flicker. The system according to claim 1, characterized in that:
手段、及びデータを解読するための受信装置手段を含むことを特徴とする、請求
項１に記載のシステム。15. The system of claim 1, including transmitting device means for encrypting the data for security and receiving device means for decrypting the data.
するための受信装置手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。16. The system according to claim 1, comprising transmitting device means for compressing data and receiving device means for decompressing data.
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