JP5911797B2

JP5911797B2 - 可視光通信における調光をサポートする装置及び方法

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Publication number: JP5911797B2
Application number: JP2012509743A
Authority: JP
Inventors: シュリダール・ラジャゴパル; イン・リ
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: WO2010128838A2; US8107825B2; EP2430780A2; JP2015092699A; CA2761102C; US20100284690A1; RU2503130C2; EP2430780B1; WO2010128838A3; AU2010245360B2; KR20100121448A; AU2010245360A1; JP2012526354A; ES2750360T3; CA2761102A1; JP6131241B2; CN102461017B; KR101676877B1; CN102461017A; EP2430780A4

Description

本発明は可視光光通信(visible light optical communication)に関するものであって、より具体的には可視光通信に使用するための調光(dimming）をサポートする装置及び方法に関する。

可視光通信(ＶＬＣ)は、光学的に透明な媒体で可視光を使用する近距離無線通信(short-range optical wireless communication)のための新たな技術である。この技術は、数百テラヘルツ(ＴＨｚ)の無認可スペクトルへのアクセスを提供する。ＶＬＣは、無線周波数(ＲＦ)システムに関連した電磁気干渉及び非干渉(non-interference)の問題に影響を受けない。ＶＬＣは、ユーザーが通信チャンネルにわたったデータの伝送を見るようにすることによって追加的なレベルのセキュリティを提供する。ＶＬＣの他の利点は、既存の可視光インフラ(infrastructure)からの既存のサービス(照明、ディスプレイ、表示、装飾など）を増強及び補完することである。ＶＬＣネットワークは、ＶＬＣに関与する２個以上のデバイスからなる任意のネットワークである。

図１は、フル(full)電磁気周波数スペクトルと可視光により占められる波長のブレイクアウトを示す。この可視光スペクトルは、およそ４００〜７９０ＴＨｚの周波数範囲に対応する波長の約３８０〜７８０ｎｍまで延びる。このスペクトルが広くて多重色を有する光源をサポートできるため、ＶＬＣ技術は、複数の通信用チャンネルを提供することができる。

多くの住宅、事務室、及び工業地域の照明インフラは、照明に関連した調光回路(dimming circuit)を有する。照明制御は、個人の快適性を増加させ、照明源の寿命を延長させ、エネルギーを節減するために使用される。しかしながら、各人は異なる視覚能力及び快適性の程度を有する。したがって、照明の調光は、ユーザーの便宜性及び快適性に合せて環境を最適化する解決策を提供する。

したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、調光可能な照明環境に使用する可視光通信(ＶＬＣ)のための方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、調光可能な照明環境で使用するための可視光通信(ＶＬＣ)方法を提供する。その方法は、少なくとも一つの光源からの光を用いてデータを伝送するステップと、光の明るさが最大レベル未満に減少することを感知するステップと、ＶＬＣ回路で、光の減少した明るさを補償するステップと、少なくとも一つの光源からの光を用いて少なくとも一つのＶＬＣ受信器にデータを伝送するステップとを有する。

本発明の他の態様によれば、調光可能な照明環境で使用するための可視光通信(ＶＬＣ)方法を提供する。その方法は、少なくとも一つの光源からの光を用いてデータを伝送するステップと、光の明るさが最大レベル未満に減少することを感知するステップと、ＶＬＣ回路で光の減少した明るさに対応するステップと、少なくとも一つの光源からの光を用いて少なくとも一つのＶＬＣ受信器にデータを伝送するステップとを有する。

また、本発明の他の態様によれば、調光可能な照明環境における可視光通信(ＶＬＣ)システムを提供する。そのシステムは、光を伝送し、光を用いてＶＬＣ受信器にデータを伝送する少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの光源からの光の明るさを最大レベル未満に減少させるように構成される調光器回路と、光の減少した明るさを補償するように構成されるＶＬＣ回路とを含む。

本発明は、可視光通信(ＶＬＣ)で調光をサポートするための装置及び方法を提供することができる。

フル電磁気周波数スペクトルと可視光によって占められる波長のブレイクアウトを示す図である。調光に使用されるトライアック(triac)に対する概略的な電圧/電流曲線を示す図である。トライアックベースの調光器の位相応答を示す図である。増加する明るさの光を人の目で認知することを示すグラフである。ＬＥＤに対して調光する２つの異なる方法、すなわちアナログ及びパルス幅変調を示す図である。ＤＡＬＩ制御器と安定器(ballast)との間のＤＡＬＩインターフェースを示すブロック構成図である。ＤＡＬＩインターフェース配線を示す図である。本発明の一実施形態によるＬＥＤ調光器インターフェースを示す図である。本発明の一実施形態による調光器をサポートするＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態により、調光オーバーライド(override)でＬＥＤ光源の期間にわたった明るさレベルを示す図である。本発明の一実施形態により、調光オーバーライドでＬＥＤ光源の期間にわたった明るさレベルを示す図である。調光器サポートのいくつかの実施形態のツリービューを示す図である。本発明の一実施形態による外部調光オーバーライドを許可するＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態による外部調光オーバーライドが不可能であり、あるいは必要でないＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動器の制御が不可能であり、あるいは必要でないＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態によるアナログ調光を使用するＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態により、外部調光オーバーライドなしにアナログ調光を使用するＶＬＣシステムを示す図である。本発明の一実施形態により、インフラ光源のアイドル又は受信状態で伝送されるアイドル/受信状態信号を示す図である。本発明の一実施形態により、デバイスを発見するためにアイドル/受信信号を使用するデバイス発見プロセスを示す図である。本発明の一実施形態により、インフラ光源とＶＬＣ装置が外部調光オーバーライドを用いて情報を交換するプロセスを示す図である。本発明の一実施形態により、物理階層データレート、デューティサイクル、及び変調方式を適応させる通信プロセスを示す図である。本発明の一実施形態により、リソース割り当て及びスケジューリング変更を含む通信プロセスを示す図である。本発明の一実施形態による調光時の補助リンク適応を含む通信プロセスを示す図である。

後述される図１〜図２３及び、本発明の原理を説明するために使用される多様な実施形態は、単にその実施例を示すものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして捉えてはならない。本発明の原理が適切に配列された可視光通信システムで実現できることは、当該技術分野で通常の知識を有する者には明らかである。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書の全般で使われる用語や語句を定義する。「〜含む(include)」、「〜からなる(comprise)」だけでなく、それらの派生語は限定のない包含を意味する。「または(or)」は及び/または(and/or)を含み、「〜に関連する(associated with)」、「それに関連する(associated therewith)」及びそれらの派生語句は、包含(include)、含まれる(be included within)、受容される(be contained within)、連結(connect to or with)、接続(couple to or with)、通信(be communication with)、協力(cooperate with)、相互配置(interleave)、並置(juxtapose)、近接(be approximate to)、結合(be bound to or with)、所有(have)、性質の所有(have a property of)、または類以(the like)を意味し、「制御器(controller)」は少なくとも一つの動作を制御する装置、システム、またはその部分を意味し、そのような装置は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらのうちの少なくとも二つの組み合わせで具現することができる。特定の制御器に関連する機能は、集中しているか、あるいは局地的にまたは遠距離に分散されることもある。特定の用語及び語句は本明細書の全体で使用されるが、当業者は多くの場合に上述したような定義が過去だけでなく未来の使用にも適用されることを理解しなければならない。

ここで、その全部が本明細書に説明されているように、本発明に参照として包含される文献及び標準説明書は、次の通りである。
・米国特許第７，１０２，９０２号“Dimmer Circuit for LED”(Brownら)
・米国特許第７，３２１，２０３号“LED Dimming Control Technique for Increasing the Maximum PWM Dimming Ratio and Avoiding LED Flicker”(Marosek)
・H.Sugiyama，S.Haruyama，M．Nakagawa，Brightness Control Methods for Illumination and Visible Light Communication Systems，IEEE International Conference on Wireless and Mobile Communications，2007．
・ENERGY STAR(R)Program Requirements for Integral LED Lamps，draft 1-16-09，found at the time of filing at www．energysyar．gov/ia/partner/prod_development/revisions/downloads/lighting/ESIntegralLampsCriteria_Draft1．pdf．
・Michael Day，PWM Dimming Enhances Color Purity in High-end LED video displays，October31，2005，found at the time of filing at www．eeproductcenter．com/passives/showArticle．jhtml?articleID=173401243．
本発明と関連した追加情報は、www．dali-ag．org及びwww．vlcc．netに載っている。

白熱電球又は蛍光電球を代替する発光ダイオード(Light Emitting Diode：ＬＥＤ)の導入は、多くの新たな課題を引き起こす。ＬＥＤは、一般的にＤＣ電流で動作するので、ＡＣ電流で動作するように変換されなければならない。また、標準ＡＣ電圧は、世界のいろいろな地域で変わることができる。また、力率補正(power factor correction)及びエネルギー効率は、政府のエネルギー規制を益々多く受けている。ＬＥＤは、容易に調光器(dimmer)回路と共に使用される一方で、コンパクト蛍光灯(Compact Fluorescent Lamp：ＣＦＬ)はそうでないということで、ＬＥＤは、ＣＦＬに比べて長所を有する。調光サポートも、米国エネルギー省によるＥＮＥＲＧＹＳＴＡＲ(登録商標)認証のために提示されている要件の中の一つである。

図２は、トライアック(triac)に対する概略的な電圧/電流曲線を示す。トライアックベースの調光器は、現在白熱電球に使用される最も人気のある調光方法である。図２に示すように、トライアックは、ゲート電圧に基づいて電流をイネーブル(enable)又はディスエーブル(disable)するのに使われる。調光器設定に応じてゲート電圧を調整することによって、トライアックは、白熱電球に流れる電流を調整するために使用することができる。使用される回路のタイプ(インダクタ又はキャパシタタイプ)に基づき、順方向又は逆方向位相調光器が可能である。調光器制御を調整することによって、トライアックは、入力ＡＣ電源サイン波の異なる位相で出力をトリガリングし、それによって白熱電球を通した電流を変更する。これについては、図３に示されている。

図４は、人の目が増加する明るさを認知するグラフを示す。グラフからわかるように、人の目は、光レベルに対して非線形応答を有する。低い光レベルでは、人の目が認知する光量は照度計(luxmeter)からの光測定に基づき、実際に室内に存在する光より大きい。これは、広範囲な調光レベルを提供する電球の必要性を暗示する。人間ユーザーに対して最も有用な調光範囲を持つために、光度は、０．１と１００との間で変更できる。

図５は、ＬＥＤと共に使用するための２つの異なる方法、すなわちアナログ及びパルス幅変調(ＰＷＭ)を示す。アナログ調光では、ＬＥＤ明るさは、ＬＥＤ電流を変更することによって制御される。図５の上部グラフに示すように、電流減少は、ＬＥＤ明るさを減少させる。それに対して、ＰＷＭ調光は、調光中にフル順方向電流を維持する。ＬＥＤ明るさの減少は、順方向電流フローに対する時間の総量を変調して達成される。図５に示すように、ＰＷＭグラフでの順方向電流は、アナロググラフの電流の４倍である。しかしながら、パルス幅は、デューティサイクルの１/４に過ぎない。人の目は１００Ｈｚより速い変化を認知できないため、そのデューティサイクルに基づいたＬＥＤ出力の平均を認知する。デューティサイクルの平均が減少する場合、人間の目は、図５に点線で示されたように、ＰＷＭ出力を調光器の光として認知する。アナログ調光がより簡単であるが、減少した電流は、ＬＥＤ色の変化を引き起こす可能性があり、それはＰＷＭ調光方式と比較して深刻な短所となる。

供給電流を直接に減少するように電力入力を使用する方法以外に、調光を制御するために使用できる他の方法もある。一つの代替方法は、調光器制御のための絶縁低電圧リンクを有することである。これは、調光器を広範囲なセンサ及びデバイスに接続するのに有用である。一般に使用されるアナログ制御は、０〜１０Ｖアナログ制御であり、調光器設定に基づいて光源に印加される電圧を設定する。これは、国際電気標準会議(International Electrotechnical Commission：ＩＥＣ)６０９２９標準を用いて設定される。デジタルアドレス指定可能な照明インターフェース(Digital Addressable Lighting Interface：ＤＡＬＩ)と呼ばれる新たな標準は、ＩＥＣ６０９２９に基づいて一般的国際標準として浮上している。ＤＡＬＩは、簡単な配線による調光、ユニットの制御、対数(logarithmic)調光行動、及び他の類似特徴のためのデジタルインターフェースを提供する。最小/最大フェード(fade)レベル、フェード時間、及びレートのような動作パラメータは、安定器メモリに格納することができる。また、ＤＡＬＩは、調光係数(dimming factor)及び多様な状態メッセージを取るためのクエリー(query)を提供する。

図６は、ＤＡＬＩ制御器と安定器との間のＤＡＬＩインターフェースを示すブロック構成図を示す。ＤＡＬＩは、調光のためにデジタル制御を提供するソフトウェアソリューションであることに注意することが重要である。ＤＡＬＩインターフェースは、非常に簡単であり、安定器に進むケーブルの既存の３つのワイヤに２つのワイヤを追加すればよい。これは、図７に示されている。これら２つのワイヤは、安定器内部の調光器回路に対するデジタル制御設定を可能にする。

＜表１＞は、調光のためにＤＡＬＩを介してプログラム化可能な一般的なメッセージを示す。ＤＡＬＩインターフェースは、調光のための光源値の設定はもちろん、光源に対するクエリーを許容するということに留意することが重要である。

図８は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ調光器インターフェースを示す。調光器インターフェース８００は、電源８１０、ＬＥＤ調光回路８２０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、及びＬＥＤ光源８４０を含む。ＬＥＤ駆動器回路８３０は、ＬＥＤ調光器回路８２０から電力８５０を受信する。特定の実施形態において、調光器インターフェース８００は、調光のためのソフトウェア制御を提供するＤＡＬＩのようなデジタル調光制御８６０を含むことができる。特定の実施形態において、調光器インターフェース８００は、外部で生成されたＰＷＭ入力８７０を調光に使用することができる。調光制御８６０とＰＷＭ入力８７０は、駆動器に対する選択的インターフェースであるため、図８では点線で表示する。ＬＥＤ調光器８２０とＬＥＤ駆動器８３０は、製造業者に基づき、同一のチップに組み込まれ、あるいは別個のチップにあることもある。

可視光通信に調光を使用することは、ＩＥＥＥ８０２.１５.７標準によって最近になって表面化した問題である。ＩＥＥＥ８０２.１５．７は、周囲照明設備のようなインフラ装置を通信装置部類として使用することを記述している。ＩＥＥＥ８０２.１５.７以外には、調光サポート要件を有する無線通信に対する標準は知らされていない。

可視光通信における調光の使用は、次のようないくつかの問題点を有する。
１)現在、(ＤＡＬＩのような標準がこの問題を扱うために開発中であるが)製造業者に依存する偏差を有する世界的に認定された調光標準がない。
２)ＶＬＣは、調光用駆動器に使用されるパルス幅変調(ＰＷＭ)により影響を受ける可能性がある。調光器回路がデューティサイクルの一部でＬＥＤをターンオフとすれば、ＬＥＤは、各サイクルの“オフ”部分でデータ伝送に使用することができない。
３)ＶＬＣは、データ伝送パターンに基づき、ＶＬＣは、ＶＬＣ送信器に使用される周囲光源に認知可能なフリッカ(flicker)を発生させ得る。

ＰＷＭにより発生するフリッカ影響は、以前の提案及び特許に考慮されている。例えば、可視光通信コンソーシアム(ＶＬＣＣ)は、通信中に出力レベルが一定に保持されるように保証するために周囲送信電力レベルを調整することを提案した。しかしながら、伝送(非活性部分)間のアイドル時間を処理する方法が不明である。調光が使用されないと、アイドル時間で伝送される信号は、静的(時間にわたって一定)であり得る。しかしながら、ＰＷＭが調光に使用される場合には、この静的信号は、調光時に使用できない。また、静的信号は、任意の情報も伝送できない。本発明は、この期間で伝送され、ＰＷＭと共存でき、有用な情報を搬送できる他のタイプの信号を説明する。

図９は、本発明の一実施形態により、調光器をサポートするＶＬＣシステムを示す。システム９００は、ＬＥＤ調光器インターフェース８００を含む。また、システム９００は、ＶＬＣ回路９１０とＶＬＣ駆動器サポート回路９２０を含む。ＶＬＣ駆動器サポート回路９２０は、特定の実施形態において、変調の複雑性及びサポートされる必要のあるデータレートによって選択的である。製造業者及び既存の調光器回路の再使用可能性に基づき、ＬＥＤ調光器回路８２０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、及びＶＬＣ回路９１０に対する集積度が異なる。

ＶＬＣ駆動器サポート回路９２０は、ＶＬＣ通信に使用される変調方式による任意の明るさの損失を補償する。特定の実施形態において、標準で調光をサポートするためにＬＥＤ調光器回路８２０及びＬＥＤ駆動器回路８３０とインターフェースされるＶＬＣ回路９１０からの多重出力及び入力があり得る。以下、いくつかの実施形態について説明する。

複数の異なるタイプのインターフェースがあるため、その多様なタイプ及びそれぞれのタイプを扱う解決策の開発方法を理解するために有益である。調光器は、次の特性に基づいて分類することができる。

調光タイプ：調光は、アナログ又はデジタル調光であり得る。アナログ調光が使用される場合に、ＶＬＣ標準化に及ぼす影響が大きくない。しかしながら、ＰＷＭを使用するデジタル調光は、上記したようにいくつかの問題を引き起こす。

プログラム化可能性：特定の調光器及び駆動器は、ＰＷＭ入力が外部ソースからプログラム化されるように許容する。この場合、ＶＬＣ回路９１０は、潜在的に光源からのデータ伝送に適合した方式でＰＷＭ入力を駆動できる。

スイッチング速度：光源が変調速度でスイッチングできるが、ＬＥＤ調光器及び駆動器回路が変調速度でスイッチングされない場合があり得る。これは、回路がＶＬＣをサポートするように設計されないことに起因し、あるいは他の駆動器回路制限に起因することができる。

外部調光オーバーライド：特定の実施形態において、ＶＬＣ通信が進行中である場合に、一時的に調光器制御をオーバーライドし、光が明るくなるようにすることができる。これは、調光器設定がロー(low）に設定された場合にも高速データレート通信を提供するのに有用である。これは、ＰＷＭ調光を通じて達成できる。このような概念は、図１０及び図１１で説明される。

図１０及び図１１は、本発明の一実施形態により、外部調光オーバーライドを受けるＬＥＤ光源の時間にわたった明るさレベルを示す。図１０は、電力を節減するために調光されるＬＥＤ光源１０００(例えば、ＬＥＤモニタ）を示す。ＶＬＣ受信器１０１０がＶＬＣに関与するためにＬＥＤ光源１０００と接続される場合、ＶＬＣ制御器は、調光設定をオーバーライドし、ＬＥＤ光源１０００が明るくなる。特定の実施形態において、ＶＬＣ制御器は、ＬＥＤ光源１０００又はＶＬＣ受信器１０１０に配置することができる。ＬＥＤ光源１０００が明るくなると、ＶＬＣ通信は、ＬＥＤ光源１０００とＶＬＣ受信器１０１０との間で行われる。ＶＬＣ通信が完了した場合、ＶＬＣ制御器は、調光設定の制御を解除し、ＬＥＤ光源１０００が電力節減モードに更に調光される。

図１１は、外部調光オーバーライドを受けるＬＥＤ光源(例えば、ＬＥＤランプ)の時間にわたった明るさレベルを示すグラフである。グラフ(ａ)は、ＶＬＣに関与されないＬＥＤ光源の時間にわたった明るさレベルを示す。時間にわたって、明るさレベルは増加及び減少し、これは、人が光源に近接して手動で調光器制御を調整すると仮定した結果である。人は、時間期間ｏの開始で光の明るさを増加させてから、時間期間ｒの開始で光をより低いレベルに減少させる。

グラフ(ｂ)は、同一の時間期間にわたって発生するＶＬＣ活動(activity)を示す。ＶＬＣ活動(すなわち、データ伝送)は、時間期間ｎ、ｏ、ｑ、ｓの活性ブロックで発生する。グラフ(ａ)の光源がＶＬＣ活動の伝送ソースであり、光源が外部調光オーバーライドを許容すると、グラフ(ｃ)は、光源の明るさレベルを時間にわたって示している。時間期間ｎ及びｓで、光源がＶＬＣを通じてデータを伝送するように、調光器設定はオーバーライドされ、明るさレベルは最大に設定される。他の時間期間で、明るさレベルは、グラフ(ａ)に示す調光器設定によって設定される。

一方、光源が外部調光オーバーライドを許容しないと、ＶＬＣ回路は、減少した明るさの存在下で通信に対応しなければならない。グラフ(ｄ)は、その結果発生する光源の明るさレベルを時間にわたって示す。グラフ(ｄ)は、手動調光器制御がＶＬＣのためにオーバーライドしないため、グラフ(ａ)と同一に見える。ＶＬＣは、まだ時間期間ｎ、ｏ、ｑ、ｓで発生される。しかしながら、時間期間ｎ及びｓで、ＶＬＣは、減少した明るさで光源とともに発生する。一部の実施形態において、減少した明るさでＶＬＣは、データ伝送レートがより低くなり、正確性又は冗長性が減少し、あるいは両方とも減少する。

以下、光が調光可能な環境でのＶＬＣ通信のいくつかの実施形態について説明する。次の実施形態は、ＬＥＤ光源を参照して説明されるが、他の光源(例えば、白熱灯、蛍光灯、タングステンランプ、プラズマ、ハロゲンなど)も使用でき、これらは本発明の範囲内にあることが考えられる。また、ＶＬＣ通信用で構成されるただ一つの光源があり、あるいは一つ以上の光源があり得る。

図１２は、各実施形態のコンテキストを提供するために、多様な実施形態のツリービューを示す。以下の各ボックスの単一文字は、この実施形態に対する参照インジケータである。

ケースＡは、ＶＬＣ通信のための外部調光オーバーライドを提供する。
ケースＢは、外部調光オーバーライドを提供しないが、適切に速いデータレートでＰＷＭ駆動器をスイッチングして変調速度で通信を維持可能にする(高速スイッチング)。
ケースＣは、変調速度でスイッチングなれないスイッチング可能なＰＷＭ駆動器を提供する(低速スイッチング)。
ケースＤは、調光器回路又は駆動器回路に対する制御を提供しない。
ケースＥは、アナログ調光をL提供するが、オーバーライドの可能性を伴う。
ケースＦは、オーバーライドの可能性がないアナログ調光を提供する。

以下、これら実施形態の各々について説明する。

図１３は、本発明の一実施形態により、外部調光オーバーライドを許容するＶＬＣシステムを示す(ケースＡ)。システム１２００は、図９に示すように、電源８１０、ＬＥＤ調光器回路８２０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、ＬＥＤ光源８４０、調光制御８６０、ＰＷＭ入力８７０、ＶＬＣ回路９１０、及びＶＬＣ駆動器サポート回路９２０を含む。また、システム１２００は、２個のマルチプレクサ１２１０，１２２０を含む。調光器制御８６０及びＰＷＭ入力８７０は、各々マルチプレクサ１２１０，１２２０の入力である。バイパス信号１２３０は、ＶＬＣ回路９１０で発生してマルチプレクサ１２１０に入力される。また、ＰＷＭ入力１２４０は、ＶＬＣ回路９１０で発生してマルチプレクサ１２２０に入力される。

ＶＬＣ動作中に、ＬＥＤ駆動器８３０は、ＶＬＣ回路９１０からバイパス信号１２３０とＰＷＭ入力１２４０を受信する。これら信号によって、ＬＥＤ駆動器８３０が調光器制御８６０及びＰＷＭ入力８７０をバイパス(bypass)する。その結果、光源８４０は、最大明るさに設定されてＶＬＣ通信を容易にする。ＶＬＣ通信が完了し次第、ＬＥＤ調光器回路８２０は、ＬＥＤ駆動器の制御を取り戻し、正常動作を再開する。製造業者は、ＶＬＣ標準化が完了すると、調光器、駆動器、及びＶＬＣに対する統合ソリューションを設計しつつ、本実施形態を使用することに決定できる。

図１４は、本発明の一実施形態により、外部調光オーバーライドが不可能であり、あるいは必要でないＶＬＣシステムを示す(ケースＢ及びＣ)。システム１３００は、図９に示したように、電源８１０、ＬＥＤ調光器回路８２０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、ＬＥＤ光源８４０、ＶＬＣ回路９１０、及びＶＬＣ駆動器サポート回路９２０を含む。また、システム１３００は、調光器センサ１３１０を含む。この実施形態では、調光器センサ１３１０は、ＤＡＬＩ又は他のデジタル調光器制御メカニズムを使用してＬＥＤ調光器回路８２０の構成を感知する。その後、調光器センサ１３１０は、調光器構成又はデューティサイクルを入力としてＶＬＣ回路９１０に提供する。ＶＬＣ回路９１０は、調光をサポートするために、任意の関連ＰＷＭ信号の生成とともに調光器設定に基づいてそのデータレート及び/又は変調方式を適応させることができる。低速スイッチング(ケースＣ）の場合に、図示しないメディアアクセス制御器(ＭＡＣ)は、調光と共存するように自身の伝送スケジュール及びリソース割り当てを適応させることができる。

図１５は、本発明の一実施形態により、ＬＥＤ駆動器を制御することが不可能であり、あるいは必要でないＶＬＣシステムを示す(ケースＤ)。システム１４００は、図９に示したように、電源８１０、ＬＥＤ調光器回路８２０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、ＬＥＤ光源８４０、調光制御８６０、ＰＷＭ入力８７０、ＶＬＣ回路９１０、及びＶＬＣ駆動器サポート回路９２０を含む。この実施形態では、ＶＬＣ回路９１０は、ＬＥＤ駆動器８３０の出力を感知し、使用される調光レベルとＰＷＭデューティサイクル及び周波数を調べる。すると、ＶＬＣ回路９１０は、ＰＷＭ調光制御と共存するようにその伝送スケジュール、データレート、及びリソース割り当てを適応させる。

図１６は、本発明の一実施形態により、アナログ調光を使用するＶＬＣシステムを示す(ケースＥ)。システム１５００は、図９に示したように、電源８１０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、ＬＥＤ光源８４０、ＶＬＣ回路９１０、及びＶＬＣ駆動器サポート回路９２０を含む。また、システム１５００は、アナログＬＥＤ調光器回路１５１０及びマルチプレクサ１５２０を含む。ＶＬＣ通信中には、ＶＬＣ回路９１０からの信号は、アナログＬＥＤ調光器回路１５１０からのアナログ調光制御信号をオーバーライドする。アナログ調光がデジタル調光でのＰＷＭのようにＶＬＣに問題を起こすものではないが、調光による伝送光度低下は続いている。このシステム１５００のオーバーライドメカニズムは、ＶＬＣを容易にするために低下を緩和することができる。

図１７は、本発明の一実施形態による、外部調光オーバーライドなしにアナログ調光を使用するＶＬＣシステムを示す(ケースＥ)。システム１６００は、図１６に示したように、電源８１０、ＬＥＤ駆動器回路８３０、ＬＥＤ光源８４０、ＶＬＣ回路９１０、ＶＬＣ駆動器サポート回路９２０、及びアナログＬＥＤ調光器回路１５１０を含む。システム１６００は、システム１５００のように、調光オーバーライドメカニズムを含んでいない。この場合、ＭＡＣ(図示せず)は、調光が使用される場合に、そのリンクを調整するために自動速度選択アルゴリズムを使用する。

図１８は、本発明の一実施形態により、インフラ光源のアイドル又は受信状態で伝送されるアイドル/受信(idle/RX)状態信号を示す。光源が一定間隔で伝送され、続いてその間隔の間にアイドル状態である場合に、光源に可視的なフリッカが発生するようになる。アイドル/受信状態信号は、インフラでアイドル又は受信期間中に最適の可視的でフリッカフリー動作を維持するのに使用できる。これは、活性伝送信号の一般パターンを摸倣するアイドル/受信信号により達成される。具体的に、アイドル/受信信号は、一般的に活性信号の間で使用される同一のデューティサイクルを有する。

図１８の(ａ)部分の信号を見ると、２個の活性ＰＷＭ伝送ブロックがアイドル/受信ブロックによって分離されていることがわかる。フリッカを減少するために、“調光パターン”信号は、アイドル/受信ブロックで伝送されるように生成される。この調光パターン信号がアイドル/受信ブロックで伝送される場合、その結果は、光源によってほぼ規則的な出力信号が発生する。したがって、アイドル期間で見られるフリッカ又は可視性の影響が減少したり除去されたりする。(ａ)部分の信号は、高い明るさに設定される調光器制御を反映する。

類似した例として、図１７の(ｂ)部分に示す信号を挙げられる。ここで、調光器制御は、低い明るさに設定される。したがって、活性伝送信号の全体デューティサイクルが減少する。したがって、アイドル/受信調光パターンは、活性伝送信号に近く摸倣するように減少したデューティサイクルを特徴とする。その結果、光源の出力は、ほぼ規則的な出力信号である。

一定のレベル(すなわち、不変)の信号の代りに、このようなアイドル/受信状態信号を使用するいくつかの利点がある。第１の利点は、アイドル/受信状態信号がオン/オフパターンを必要とするＰＷＭ回路との使用により適合することである。第２の利点は、調光パターン信号だけでなく、他の通信目的でもアイドル/受信状態信号を使用できることである。アイドル/受信状態信号は同期化、チャンネル推定のような情報の伝送、タイミング情報の提供、デバイス発見のためのビーコニング(beaconing)、及びＶＬＣリンクの性能改善を助けるために使用することができる。インフラ装置では電力消費が大きい問題ではないので、アイドル/受信状態信号は、デバイス発見に対するより迅速な応答の開始を助けるために、通信セッションの終了後にも継続してブロードキャスティングされる。

特定の実施形態において、アイドル/受信信号は、０.１〜１００％の調光率を許容するように時間にわたって反復される特定のパターンを用いて設計することができる。この信号に対する反復パターンは、調光率に対応するデューティサイクルを有する矩形波ＰＷＭ信号のような非常に簡単なものである。

＜表２＞は、調光器設定に基づいて使用できる簡単なアイドル/受信信号パターンの例を示す。より複雑な調光器波形は、同期化、プリアンブル設計、デバイス発見を改善するために設計することができる。異なる調光装置は、相互に異なる調光設定及びパターンを有することができる。異なる調光装置は、伝送しようとする情報に基づいて同一の調光器設定を有するが、異なるパターンを有することもできる。この調光パターンは、受信器が調光パターンを容易にサポートできるように設計されなければならない。

図１９は、本発明の一実施形態により、デバイス発見のためにアイドル/受信信号を使用する装置発見のためのプロセスを示す。インフラ装置が調光中であり、デバイスとインフラとの間にＶＬＣ通信が成立されない場合に、ビーコニング、参加(association)、及びリスニングタイミング(timing for listening)に関する情報は、アイドル/受信信号で伝送することができる。すると、この装置は、インフラＶＬＣがリスニング中である場合に、次のアイドル/受信区間のように適切なタイムで参加を決定して参加要求を伝送できる。

プロセス１８００において、ＶＬＣ装置(すなわち、ＶＬＣ伝送を受信する任意の装置）は、インフラ光源１に対するアイドル/受信情報を受信し(ステップ１８１０)、その情報を復号化する(ステップ１８２０)。ＶＬＣ装置は、アイドル/受信信号から受信された情報に基づいて参加しないように決定する。その後に、ＶＬＣ装置は、インフラ光源２からアイドル/受信信号を受信し(ステップ１８３０)、復号化する(ステップ１８４０)。ＶＬＣ装置は、復号化される信号から受信された情報に基づいてＶＬＣセッションに参加することに決定し、適切なタイム(次のアイドル/受信区間のような)で参加要求を伝送する(ステップ１８５０)。すると、インフラ光源２は、参加許可を提供し、この装置は、ＶＬＣセッションで相互に通信可能になる(ステップ１８６０)。

図２０は、本発明の一実施形態により、インフラ光源とＶＬＣ装置が外部調光オーバーライドを用いて情報を交換するプロセスを示す。ＶＬＣセッションを開始させる場合に、オーバーライド信号は、インフラ光源でＶＬＣ回路によって生成される。このオーバーライド信号は、図１３のケースＡで上述したように外部調光オーバーライドに使用される。

プロセス１９００は、インフラ光源とＶＬＣ装置が一時的に調光を中断するために外部調光オーバーライドを使用して情報を交換する通信に従う。最初に、インフラ光源は、デフォルトによってブロックアイドル/受信モードにあることができる(ステップ１９０５)。インフラ光源が調光器から調光制御を受信する場合、アイドル/受信信号のデューティサイクルを調整する(ステップ１９１０)。インフラ光源がＶＬＣ装置から通信のシグナリング(例えば、参加要求、ハンドオーバー要求など）を受信する場合(ステップ１９１５)、インフラ光源は、オーバーライド信号を調光器に送信する(ステップ１９２０)。このオーバーライド信号が調光器によって受信されると、調光制御信号は、ディスエーブルされる(ステップ１９２５)。ユーザーが通信セッション中に後で光の調光を所望しても(ステップ１９３０)、光源は、通信セッションが完了するまでユーザーに応答しない。インフラ光源は、イベントが発生する場合に(例えば、ＶＬＣ装置とインフラ光源の通信が終了し、あるいは一部タイマが満了する場合など)ディスエーブル状態のオーバーライド信号を調光器に伝送し(ステップ１９３５)、その時点に調光器回路は、インフラ光源の制御を取り戻す。

図２１は、本発明の一実施形態により、物理階層データレート、デューティサイクル、及び変調方式を適応させる通信プロセスを示す。このプロセスは、図１４のケースＢ及びＣのＶＬＣシステムに対応する。

プロセス２０００は、図２０に示したようなステップ１９０５，１９１０，１９１５，１９２０を有する。しかしながら、インフラ光源は、外部調光オーバーライドを使用するよりは、一つ以上の物理階層構成パラメータ(例えば、デューティサイクル、データレート、又は変調方式など）を調整する(ステップ２００５)。このような調整は、ＤＡＬＩのようなインターフェースからの調光制御外部入力に基づく。その後、この構成パラメータは、ＶＬＣ装置に伝送される。これら物理階層構成パラメータは、調光器からのＰＷＭ要件及び他の要件(例えば、サービス品質のような上位階層要件)によって共同調整され得る。

図２２は、本発明の一実施形態により、リソース割り当て及びスケジューリング変更を含む通信プロセスを示す。このプロセスは、インフラ光源に対するＭＡＣ割り当て及び伝送スケジュールを調整して調光下にＶＬＣをサポートする。これは、図１４のケースＣで説明したように、駆動器が変調レートでスイッチングできない場合(低速スイッチング)に有用である。

プロセス２１００は、図２０に上述したようなステップ１９０５，１９１０，１９２０を有する。しかしながら、インフラ光源は、外部調光オーバーライドを使用するよりは、調光制御によって一つ以上のＭＡＣ割り当てパラメータを調整し、これら変更をＶＬＣ装置に通知する(ステップ２１０５)。リソース割り当てパラメータの例は、ＶＬＣ装置からの単一/複数のタイプのトラフィックに対する伝送スケジューリング、複数のＶＬＣ装置に対する伝送スケジューリング、電力制御情報、色選択、移動性サポート(例えば、ハンドオーバー)、干渉緩和などを含む。特定の実施形態において、インフラ光源は、調光器からのＰＷＭ要件に基づいてリソース割り当て構成を調整する。これらリソース割り当て構成も、上位階層要件、サービス品質のような他の要件に基づく。

図２３は、本発明の一実施形態により、調光中に補助リンク適応を含む通信プロセスを示す。プロセス２２００は、図２０に示すようなステップ１９０５，１９１０，１０１５，１９２０を有する。しかしながら、外部調光オーバーライドを使用するよりは、リンク適応タイマを使用して調光要求と光源の実際調光との間の時間を遅延させる(ステップ２２０５)。特定の実施形態において、ＭＡＣは、調光制御変更が受信される場合にリンク適応タイマを始める。光の調光を遅延させることによって(数百ミリ秒以上)、ＶＬＣ回路は、リンクを遮断する必要なしに、あるいはリンク失敗の可能性なしに新たな(低い)データレートで(調光時に)動作するようにデバイス間のリンクを適応させることができる。この実施形態は、調光によってリンクの遮断が可能な場合に有利であり得る。

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲を外れない限り、様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

８００ＬＥＤ調光器インターフェース
８１０電源
８２０ＬＥＤ調光器回路
８３０ＬＥＤ駆動器回路
８４０ＬＥＤ光源
８５０電力
８６０デジタル調光制御
８７０ＰＷＭ入力
９００システム
９１０ＶＬＣ回路
９２０ＶＬＣ駆動器サポート回路

Claims

可視光通信（ＶＬＣ）における調光（dimming）方法であって、
調光設定により少なくとも一つの光源からの光の明るさを調節するステップと、
少なくとも一つのＶＬＣ受信器から受信した情報に基づいて、前記調節された光の明るさの間に前記少なくとも一つのＶＬＣ受信器にデータを伝送するか否かを決定するステップと、
前記データを伝送すると決定した場合に、前記データを伝送する間、前記調光設定による前記少なくとも一つの光源からの光の明るさの調節を停止するステップと、
前記調節された前記少なくとも一つの光源からの光の明るさを通信のための光の明るさレベルに設定するステップと、
前記データの伝送が完了すると、前記調節された前記少なくとも一つの光源からの光の明るさを元の明るさに戻すステップと、
を有することを特徴とする方法。
前記通信のための光の明るさのレベルは最大レベルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記光の明るさが最大レベル未満に減少されることを感知するステップと、
ＶＬＣ回路を用いて前記減少された光の明るさを補償するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
特定の時間区間で光の明るさの減少を遅延させるステップをさらに有し、
前記ＶＬＣ回路は、特定の時間区間中に前記少なくとも一つの光源と前記ＶＬＣ受信器との間のデータリンクを適応させることによって光の減少した明るさを補償することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記少なくとも一つの光源の非活性化状態中に調光パターン信号を伝送するステップをさらに有し、
前記調光パターン信号は、前記少なくとも一つの光源の活性状態のデューティサイクルにほぼ一致するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ＶＬＣ回路は、
データ伝送レート、デューティサイクル、物理階層変調、及び光のパルス幅変調(ＰＷＭ)方式のうち少なくとも一つを適応させることによって前記光の減少した明るさに対応することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記ＶＬＣ回路は、
少なくとも一つのメディアアクセス制御器（ＭＡＣ）リソース割り当てパラメータを調整し、調整した前記ＭＡＣリソース割り当てパラメータを前記ＶＬＣ受信器に通知することで、光の減少した明るさに対応することを特徴とする請求項３に記載の方法。
可視光通信（ＶＬＣ）における調光（dimming）システムであって、
光を伝送し、前記光を用いてＶＬＣ受信器にデータを伝送する少なくとも一つの光源と、
調光設定により前記少なくとも一つの光源からの光の明るさを調節する調光器回路と、
少なくとも一つのＶＬＣ受信器から受信した情報に基づいて、前記調節された光の明るさの間に前記少なくとも一つのＶＬＣ受信器にデータを伝送するか否かを決定し、前記データを伝送すると決定した場合に、前記データを伝送する間、前記調光器回路による前記少なくとも一つの光源からの光の明るさの調節を停止し、前記調節された前記少なくとも一つの光源からの光の明るさを通信のための光の明るさレベルに設定し、前記データの伝送が完了すると、前記調節された光の明るさを元の明るさに戻すＶＬＣ回路と、
を含むことを特徴とするシステム。
前記通信のための光の明るさのレベルは、最大レベルであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記ＶＬＣ回路は、前記光の明るさが最大レベル未満に減少されることが感知されると、前記減少された光の明るさを補償するステップをさらに有することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記ＶＬＣ回路は、
データ伝送レート、デューティサイクル、物理階層変調、及び光のパルス幅変調(ＰＷＭ)方式のうち少なくとも一つを調節して前記光の減少した明るさを適応させることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記ＶＬＣ回路は、
少なくとも一つのメディアアクセス制御器（ＭＡＣ）リソース割り当てパラメータを調整し、
前記調整したＭＡＣリソース割り当てパラメータを前記ＶＬＣ受信器に通知して前記光の減少された明るさを適応させることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記光の明るさの減少を遅延させるように構成されるリンク適応タイマをさらに含み、
前記リンク適応タイマは特定の時間区間で前記光の明るさの減少を遅延させ、前記ＶＬＣ回路は特定の時間区間中に前記少なくとも一つの光源と前記ＶＬＣ受信器との間のデータリンクを適応させることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記少なくとも一つの光源は、前記少なくとも一つの光源の非活性化状態中に調光パターン信号を伝送するように構成され、前記調光パターン信号は、少なくとも一つの光源の活性状態のデューティサイクルにほぼ一致するように構成されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記ＶＬＣ回路は、
ＶＬＣ活性信号または幅変調（ＰＷＭ）信号を含む外部信号を生成し、
前記調光器回路による前記少なくとも一つの光源からの光の明るさの調節を停止するように前記外部信号をマルチプレクサに伝送するようにさらに構成されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。