DE102006037042A1 - Data transmission arrangement has electronic ballast formed in such manner that data is imposed to light, produced by fluorescent lamp, and is transmitted by phase modulation or frequency modulation of alternating voltage - Google Patents

Abstract

The arrangement has a fluorescent lamp (L) with an electronic ballast (EVG). The electronic ballast is formed in such a manner that the data is imposed to the light, produced by the fluorescent lamp, and is transmitted by a phase modulation or frequency modulation of an alternating voltage. The alternating voltage is produced by the electronic ballast which stimulates a gas discharge in the fluorescent lamp. The transmission is accomplished by phase shift keying, differential phase shift keying, frequency division multiplex, minimum shift keying, and quadrature phase modulation. An independent claim is also included for a method for transmission of data with a fluorescent lamp.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Übertragungvon Daten mittels einer Leuchtstofflampe.TheThe invention relates to an arrangement and a method for transmissionof data by means of a fluorescent lamp.

DrahtloseFormen der Übertragungvon Daten verbreiten sich momentan stark. Gründe dafür sind die wachsenden Datenraten,die durch die drahtlosen Übertragungenerreichbar sind und die Vermeidung von Kabeln, d.h. der Vorteilder fürden Nutzer verbesserten Handlichkeit und Mobilität, die sich durch drahtlose Übertragungenergeben.wirelessForms of transmissionData is currently spreading rapidly. Reasons for this are the growing data rates,through the wireless transmissionsare achievable and the avoidance of cables, i. the advantagethe forthe user improved manageability and mobility through wireless transmissionsresult.

Amweitesten verbreitet sind momentan Übertragungen im Bereich vonRadiofrequenzen, mit denen bspw. sog. WLANs (Wireless Local AreaNetworks) aufgebaut werden. Diese haben den Nachteil, dass sie prinzipiellWände einesGebäudesdurchdringen und somit gegenseitig interferieren können. Weiterhinsind die gesundheitlichen Auswirkungen der bspw. für WLANsverwendeten elektromagnetischen Strahlung nicht abschließend geklärt.At theThe most widespread are currently transmissions in the range ofRadio frequencies, with which, for example, so-called. WLANs (Wireless Local AreaNetworks) are built. These have the disadvantage that they are in principleWalls of onebuildingpenetrate and thus can interfere with each other. Fartherare the health effects of eg. For WLANsused electromagnetic radiation was not finally clarified.

Esist bekannt, Daten mittels fürRaumbeleuchtung ausgelegter bspw. weißer LEDs zu übermitteln.Hierfürwird die Helligkeit der LEDs mit einer Trägerfrequenz variiert, die hochgenug ist, dass das menschliche Auge die Modulation nicht wahrnehmen kann.Mittels einer Modulation der Trägerfrequenz werdendie Daten übermittelt.Itis known to use data forRoom lighting designed, for example, white LEDs to transmit.ThereforThe brightness of the LEDs is varied with a carrier frequency that is highenough is that the human eye can not perceive the modulation.By means of a modulation of the carrier frequencythe data is transmitted.

Nachteiligan dem bekannten System ist, dass LEDs kaum zur Beleuchtung eingesetztwerden und vergleichsweise teuer sind.adverselyOn the known system is that LEDs hardly used for lightingare and are relatively expensive.

Dieder Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Anordnung undein Verfahren zur Übertragungvon Daten anzugeben, das diese Nachteile vermeidet.TheThe problem underlying the invention is to provide an arrangement anda method of transmissionof data that avoids these disadvantages.

DieseAufgabe wird hinsichtlich der Anordnung durch die Merkmale von Anspruch1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale von Anspruch5 gelöst.TheseThe object is with regard to the arrangement by the features of claim1 and with regard to the method by the features of claim5 solved.

DieUnteransprüchebeziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnungund des erfindungsgemäßen Verfahrens.Theunder claimsrefer to advantageous embodiments of the inventive arrangementand the method of the invention.

DieAnordnung zur Übertragungvon Daten weist wenigstens eine Leuchtstofflampe auf. Bei der Leuchtstofflampekann es sich beispielsweise um eine so genannte Energiesparlampeoder um eine so genannte Kompaktleuchtstofflampe handeln.TheArrangement for transmissionof data comprises at least one fluorescent lamp. At the fluorescent lampit can be, for example, a so-called energy-saving lampor to act as a so-called compact fluorescent lamp.

DieLeuchtstofflampe weist ein elektronisches Vorschaltgerät auf. Daselektronische Vorschaltgeräterzeugt eine Wechselspannung zur Anregung der Gasentladung, wobeidie Wechselspannung eine Taktfrequenz aufweist. Die Taktfrequenz kannbspw. zwischen 10kHz und 100kHz liegen.TheFluorescent lamp has an electronic ballast. Theelectronic ballastgenerates an AC voltage to excite the gas discharge, whereinthe alternating voltage has a clock frequency. The clock frequency caneg between 10kHz and 100kHz.

DasVorschaltgerätist derart ausgestaltet, dass die Daten durch eine Modulation dervom elektronischen Vorschaltgerätverwendeten Wechselspannung übertragenwerden. Die Modulation der Wechselspannung wirkt sich auf die Anregungder Gasentladung und somit auf das Leuchtverhalten der Leuchtstofflampeaus. Die Daten werden überdie Wechselspannung dem von der Leuchtstofflampe erzeugten Lichtaufgeprägtund dadurch übertragen.Theballastis designed such that the data is modulated by a modulation of thefrom the electronic ballastused AC voltage transmittedbecome. The modulation of the AC voltage affects the excitationthe gas discharge and thus the luminous behavior of the fluorescent lampout. The data is aboutthe AC voltage to the light generated by the fluorescent lampimprintedand thereby transferred.

Vorteilhaftan der erfindungsgemäßen Anordnungist, dass Leuchtstofflampen weit verbreitet zur Beleuchtung vonInnen- und Außenräumen eingesetztwerden. Weiterhin besteht ein Vorteil in ihrer Kostengünstigkeit.Advantageouson the arrangement according to the inventionis that fluorescent lamps are widely used for lightingUsed indoors and outdoorsbecome. Furthermore, there is an advantage in its cost-effectiveness.

Einweiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass durchdas physikalische Prinzip von Leuchtstofflampen bereits die Taktfrequenzfür die Übertragungder Daten gegeben ist. Weiterhin weisen Leuchtstofflampen bereitsdas elektronische Vorschaltgerätauf, das zur Erzeugung der Wech selspannung und somit der Taktfrequenzdient und bei nur geringfügigerModifikation fürdie Modulierung der Taktfrequenz sorgt.OneAnother advantage of the arrangement according to the invention is thatthe physical principle of fluorescent lamps already the clock frequencyfor the transmissionthe data is given. Furthermore, fluorescent lamps already havethe electronic ballaston, to generate the Wech selspannung and thus the clock frequencyserves and only minorModification forthe modulation of the clock frequency provides.

Gemäß einervorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Übertragungmittels einer Phasenmodulation und/oder Frequenzmodulation der Taktfrequenzdurchgeführt,insbesondere mit einem der folgenden Verfahren:

• a.Phase Shift Keying, PSK;
• b. Differential Phase Shift Keying, DPSK;
• c. Frequency Division Mulitplex, FDM;
• d. Amplituden-Modulation;
• d. Minimum Shift Keying, MSK;
• e. Quadratur-Phasenmodulation, QPSK.

According to an advantageous embodiment of the invention, the transmission is carried out by means of a phase modulation and / or frequency modulation of the clock frequency, in particular using one of the following methods:

• a. Phase Shift Keying, PSK;
• b. Differential phase shift keying, DPSK;
• c. Frequency Division Multiplex, FDM;
• d. Amplitude modulation;
• d. Minimum Shift Keying, MSK;
• e. Quadrature phase modulation, QPSK.

EinBeispiel füreine möglicheForm der Frequenzmodulation ist die Verwendung einer Taktfrequenzvon 50kHz fürein Bit mit dem Wert „0" und einer Taktfrequenzvon 51kHz fürein Bit mit dem Wert „1".Oneexample fora possibleForm of frequency modulation is the use of a clock frequencyfrom 50kHz forone bit with the value "0" and one clock frequencyfrom 51kHz forone bit with the value "1".

Eineweitere, zweite Möglichkeitbesteht darin, mehrere diskrete Taktfrequenzen für die Übertragung von jeweils mehrerenBits zu verwenden. Beispielsweise können die acht Taktfrequenzen50KHz, 51kHz ... 57kHz zur Übertragungvon je drei Bits verwendet werden, indem bspw. 50kHz = „000", 51kHz = „001" ... 57kHz = „111" verwendet wird.Aanother, second possibilityconsists of several discrete clock frequencies for the transmission of severalTo use bits. For example, the eight clock frequencies50KHz, 51kHz ... 57kHz for transmissionof three bits, for example, using 50kHz = "000", 51kHz = "001" ... 57kHz = "111".

Beieiner Phasenmodulation kann bspw. die Phase des Helligkeitsverlaufsder Leuchtstofflampe zu steuern. So kann bspw. eine Phasenverschiebung von0° ein Bitdes Werts „0" übertragen, während eine Phasenverschiebungum 90° oder180° odereinen anderen festlegbaren Wert verwendet wird, um den Bitwert „1" zu übertragen.Mit mehreren verschiedenen festlegbaren Phasenverschiebungen können auchmittels Phasenmodulation mehrere Bits auf einmal übertragenwerden.In a phase modulation can, for example, the phase of the brightness curve of the fluorescent lamp to control. Thus, for example, a phase shift of 0 ° can transmit a bit of the value "0", while a phase shift of 90 ° or 180 ° or a other definable value is used to transmit the bit value "1." With several different determinable phase shifts, it is also possible to transmit several bits at once by means of phase modulation.

Eineweitere Alternative ergibt sich durch eine Amplitudenmodulation.Diese kann bspw. durch eine Variation des Stromes, den das elektronische Vorschaltgerät erlaubt,erzeugt werden. Die Amplitudenmodulation bewirkt eine Änderungder Helligkeit der Leuchtstofflampe. So kann bspw. die volle Helligkeitverwendet werden, ein Bit mit dem Wert „0" zu übertragen,währendeine um 10% reduzierte Helligkeit ein Bit mit dem Wert „1" überträgt.AAnother alternative results from an amplitude modulation.This can, for example, by a variation of the current, which allows the electronic ballast,be generated. The amplitude modulation causes a changethe brightness of the fluorescent lamp. Thus, for example, the full brightnessbe used to transmit a bit with the value "0",whilea brightness reduced by 10% transmits a bit with the value "1".

Diegenannten Formen der Übertragungvon Bits erfordern, dass der entsprechende Zustand der Wechselspannungfür einefestlegbare Zeitspanne bestehen bleibt, um ihn von einem Empfänger detektierbarzu machen. Beispielsweise kann diese Zeitspanne 100 Mikrosekundenbetragen, was eine Schaltfrequenz von 10kHz zwischen den Zuständen bedeutet.Bei einer Schaltfrequenz von 10kHz und der Übertragung von drei Bits mitjedem Zustand, wie bspw. bei der zweiten Möglichkeit der Übertragung, ergibtsomit eine Übertragungsratevon 30kBit/s.Thementioned forms of transmissionof bits require that the corresponding state of the AC voltagefor onefixable period of time remains to be detectable by a receiverclose. For example, this period can be 100 microsecondswhich means a switching frequency of 10kHz between states.At a switching frequency of 10kHz and the transmission of three bits witheach state, such as in the second way of transmission resultsthus a transmission rateof 30kBit / s.

Ineiner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Taktfrequenzgrößer als50kHz und in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Taktfrequenzgrößer als80kHz. Eine hohe Taktfrequenz ermöglicht eine Erhöhung derSchaltfrequenz und damit eine Erhöhung der Übertragungsrate.InA preferred embodiment of the invention is the clock frequencygreater than50kHz and in a particularly preferred embodiment is the clock frequencygreater than80kHz. A high clock frequency allows an increase in theSwitching frequency and thus an increase in the transmission rate.

Gemäß einervorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Leuchtstofflampeeine Empfangseinrichtung auf, die derart ausgestaltet ist, dasssie die Daten aus einem Stromanschluss der Leuchtstofflampe empfängt. Hierdurchwird erreicht, dass keine zusätzlicheDatenleitung fürdie Leuchtstofflampe bereitgestellt werden muss.According to oneadvantageous embodiment of the invention, the fluorescent lampa receiving device which is designed such thatIt receives the data from a power connector of the fluorescent lamp. herebyis achieved that no additionalData line forthe fluorescent lamp must be provided.

Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenzur Übertragungvon Daten mit einer Leuchtstofflampe, die ein elektronisches Vorschaltgerät aufweist,werden die Daten mittels einer Modulation einer vom elektronischenVorschaltgeräterzeugten Wechselspannung dem von der Leuchtstofflampe erzeugten Lichtaufgeprägtund dadurch übertragen.atthe method according to the inventionfor transmissiondata with a fluorescent lamp incorporating an electronic ballast,the data is converted by means of a modulation one of the electronicballastgenerated AC voltage to the light generated by the fluorescent lampimprintedand thereby transferred.

WeitereVorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhandder schematischen Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:FurtherAdvantages and details of the invention are described belowthe schematic drawing described. Showing:

1 schematisch eine Leuchtstofflampe mitelektronischem Vorschaltgerätund Empfangseinrichtung 1 schematically a fluorescent lamp with electronic ballast and receiving device

2 dreiSchemata zur Übertragungvon Bits mittels Modulation 2 three schemes for transmitting bits by modulation

1 zeigt eine beispielhafte KompaktleuchtstofflampeL. Diese weist neben einer Gasentladungsröhre ein Einschraubgehäuse G auf.Dieses enthältein elektronisches VorschaltgerätEVG und eine EmpfängereinrichtungE. Schematisch ist in1 die Verbindungmit einem Stromanschluss S dargestellt. 1 shows an exemplary compact fluorescent lamp L. This has in addition to a gas discharge tube a screw-on G. This contains an electronic ballast electronic ballast and a receiver device E. Schematically is in 1 the connection with a power connection S shown.

Nebender Stromversorgung der Kompaktleuchtstofflampe L übermitteltder Stromanschluss S auch zu übertragendeDaten an die Kompaktleuchtstofflampe L. Diese werden durch die EmpfängereinrichtungE decodiert und an das elektronische Vorschaltgerät EVG weitergegeben.Nextthe power supply of the compact fluorescent lamp L transmittedthe power connection S also to be transmittedData to the compact fluorescent lamp L. These are provided by the receiver deviceE decoded and passed on to the electronic ballast electronic ballast.

Daselektronische VorschaltgerätEVG erzeugt eine fürdie Anregung einer Gasentladung in der Gasentladungsröhre benötigte Wechselspannungmit einer Taktfrequenz von, in diesem Beispiel, 50kHz.Theelectronic ballastECG generates a forthe excitation of a gas discharge in the gas discharge tube required AC voltagewith a clock frequency of, in this example, 50kHz.

DieseWechselspannung wird von dem elektronischen Vorschaltgerät EVG moduliert.Diese Modulation sorgt füreine Modulation des von der Kompaktleuchtstofflampe L erzeugtenLichts. Mittels dieser Modulation werden die von der EmpfängereinrichtungE empfangenen Daten übertragen.TheseAC voltage is modulated by the electronic ballast EVG.This modulation ensuresa modulation of the generated by the compact fluorescent lamp L.Light. This modulation is used by the receiver deviceE received data transmitted.

2 zeigtdrei verschiedene Ausführungsmöglichkeitender Modulation. 2 shows three different execution options of the modulation.

2a zeigt, wie in vier aufeinander folgendenZeitbereichen T1...4 eine Übertragungder Bitfolge „0110" erfolgen kann. Dafür wird inden vier Zeitbereichen T1...4 jeweils für die Dauer des ZeitbereichsT1...4 eine von zwei festgelegten Taktfrequenzen zur Übertragungeines Bits verwendet. 2a 2 shows how the bit sequence "0110" can be transmitted in four successive time ranges T1 ... 4. For this purpose, one of two defined clock frequencies is generated in the four time ranges T1 ... 4 for the duration of the time range T1 ... 4 used to transmit a bit.

Einsolcher Zeitbereich soll im gegebenen Beispiel eine Länge von100 Mikrosekunden haben. Es sind aber auch andere Längen denkbar,wie beispielsweise 10 Mikrosekunden oder 200 Mikrosekunden. Dabeiist es vorteilhaft, wenn die Längeder Zeitbereiche so gewähltwird, dass ein Modulationszustand für einen Empfänger erkennbarist. So muss beispielsweise die gewählte Taktfrequenz innerhalb einesZeitbereichs fürden Empfängerbestimmbar sein, um erfolgreich die übertragenen Daten zu empfangen.Onesuch time range should in the example given a length ofHave 100 microseconds. But there are also other lengths conceivablesuch as 10 microseconds or 200 microseconds. thereIt is advantageous if the lengththe time ranges chosenis that a modulation state recognizable for a receiveris. For example, the selected clock frequency must be within oneTime range forthe recipientbe determinable to successfully receive the transmitted data.

Sowird zur Übertragungdes Bitwerts „0" eine Taktfrequenzvon 50kHz verwendet und zur Übertragungdes Bitwerts „1" eine Taktfrequenzvon 60kHz. In diesem ersten Ausführungsbeispielsind keine weiteren Frequenzen vorgesehen.Sobecomes transmissionof the bit value "0" a clock frequencyused by 50kHz and for transmissionof the bit value "1" a clock frequencyfrom 60kHz. In this first embodimentThere are no additional frequencies.

Inder zweiten Ausführungsmöglichkeitgemäß2b werden acht verschiedene Taktfrequenzenvon 50kHz bis 57kHz verwendet, um jeweils drei Bits von „000" bis „111" innerhalb einesZeitbereichs T1...4 zu übertragen.In the second embodiment according to 2 B become eight different clock frequencies from 50kHz to 57kHz to transfer three bits each from "000" to "111" within a time range T1 ... 4.

Diein2b dargestellten Bitfolgen sind „010", „111", „101" und „000". Diese werden durchdie Taktfrequenzen 52kHz, 57kHz, 55kHz und 50kHz übertragen.In the 2 B shown bit sequences are "010", "111", "101" and "000". These are transmitted by the clock frequencies 52kHz, 57kHz, 55kHz and 50kHz.

Die Übertragungsratebei Verwendung der zweiten Ausführungsmöglichkeitist dreimal so hoch wie die durch die erste Ausführungsmöglichkeit erreichbare. Es istauch möglich,ein weiteres Spektrum an Taktfrequenzen zu verwenden oder den Abstandzwischen zwei verwendeten Taktfrequenzen zu verringern, um so nochmehr Bits pro Zeitbereich zu übertragen.The transmission ratewhen using the second embodimentis three times as high as the achievable by the first embodiment possibility. It isalso possible,to use a wider range of clock frequencies or the distancebetween two used clock frequencies to reduce, so stillto transfer more bits per time range.

Einedritte Ausführungsmöglichkeitergibt sich durch die Verwendung einer Phasenmodulation gemäß2c. Hierbei wird die Phasenlage des Helligkeitsverlaufsder Leichtstofflampe detektiert und somit die Phasenlage der Taktfrequenz.Diese Phasenlage wird verwendet, um pro Zeitbereich jeweils einBit zu übertragen.Im Beispiel gemäß2c wird mit einer ersten Phasenlage derBitwert „1" übertragen, während miteiner um 90° versetzenPhasenlage der Bitwert „0" übertragen wird.A third possible embodiment results from the use of a phase modulation according to 2c , In this case, the phase position of the brightness curve of the light-emitting lamp is detected and thus the phase position of the clock frequency. This phase position is used to transmit one bit per time range. In the example according to 2c the bit value "1" is transmitted with a first phase position, while the bit value "0" is transmitted with a phase position offset by 90 °.

Esist auch möglich,mehrere Bits innerhalb eines Zeitbereichs zu übertragen, indem mehrere verschiedenePhasenlagen verwendet werden. Weiterhin ist auch eine Kombinationder verschiedenen Ausführungsmöglichkeitendenkbar.Itis possible, too,to transmit multiple bits within a time range by using several different onesPhase positions are used. There is also a combinationthe various execution optionsconceivable.

Esist auch möglich,die Aspekte der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten miteinander zukombinieren, um so beispielsweise die Datenrate der Datenübertragungzu erhöhenoder die Fehlerrate der Datenübertragungzu verringern.Itis possible, too,the aspects of the different execution possibilities togethercombine, for example, the data rate of data transmissionto increaseor the error rate of data transmissionto reduce.

Claims (5)

Translated fromGerman

Anordnung zur Übertragung von Daten mit wenigstenseiner Leuchtstofflampe (L), die ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG)aufweist, das derart ausgestaltet ist, dass die Daten mittels einerModulation einer vom elektronischen Vorschaltgerät erzeugten Wechselspannung,die der Anregung einer Gasentladung in der Leuchtstofflampe (L)dient, dem von der Leuchtstofflampe (L) erzeugten Licht aufgeprägt und dadurch übertragenwerden.Arrangement for transmitting data with at leasta fluorescent lamp (L) containing an electronic ballast (ECG), which is designed such that the data by means of aModulation of an AC voltage generated by the electronic ballast,the excitation of a gas discharge in the fluorescent lamp (L)serves, imposed on the light generated by the fluorescent lamp (L) and thereby transmittedbecome.Anordnung gemäß Anspruch1, wobei die Übertragungmittels einer Phasenmodulation und/oder Frequenzmodulation der Wechselspannungdurchgeführtwird, insbesondere mit einem der folgenden Verfahren: a. PhaseShift Keying, PSK; b. Differential Phase Shift Keying, DPSK; c.Frequency Division Mulitplex, FDM; d. Minimum Shift Keying,MSK; e. Quadratur-Phasenmodulation, QPSK.Arrangement according to claim1, where the transferby means of a phase modulation and / or frequency modulation of the AC voltagecarried outin particular by one of the following methods:a. phaseShift Keying, PSK;b. Differential phase shift keying, DPSK;c.Frequency Division Multiplex, FDM;d. Minimum shift keying,MSK;e. Quadrature phase modulation, QPSK.Anordnung gemäß Anspruch1 oder 2, wobei eine Taktfrequenz der Wechselspannung größer 80kHzist.Arrangement according to claim1 or 2, wherein a clock frequency of the AC voltage greater than 80kHzis.Anordnung gemäß einemder vorangehenden Ansprüche,wobei die Leuchtstofflampe (L) eine Empfangseinrichtung (E) aufweist,die zum Empfang der Daten aus einem Stromanschluss (S) der Leuchtstofflampe(L) ausgestaltet ist.Arrangement according to aof the preceding claims,wherein the fluorescent lamp (L) has a receiving device (E),to receive the data from a power connector (S) of the fluorescent lamp(L) is configured.Verfahren zur Übertragungvon Daten mit einer Leuchtstofflampe (L), die ein elektronischesVorschaltgerät(EVG) aufweist, bei dem die Daten mittels einer Modulation einervom elektronischen Vorschaltgeräterzeugten Wechselspannung, die der Anregung der Gasentladung inder Leuchtstofflampe (L) dient, dem von der Leuchtstofflampe (L)erzeugten Licht aufgeprägtund dadurch übertragenwerden.Method of transmissionof data with a fluorescent lamp (L), which is an electronicballast(ECG), in which the data by means of a modulation of afrom the electronic ballastgenerated AC voltage, the excitation of the gas discharge inthe fluorescent lamp (L) used by the fluorescent lamp (L)produced light impressedand thereby transferredbecome.