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基于光的通信技術(shù)可以提供優(yōu)于RF通信的諸多優(yōu)點(diǎn)

（映維網(wǎng)Nweon?2023年05月26日）頭顯設(shè)備通常結(jié)合用戶的周圍環(huán)境向用戶的眼睛投射或以其他方式提供虛擬圖像。為了需要提供這樣的功能，頭顯必須確定自己的位置、用戶的位置、附近有什么物體以及用戶在看什么。作為響應(yīng)，頭顯可以與一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)通信以獲取數(shù)據(jù)，從而向頭顯提供實(shí)時(shí)信息和圖形。所以，頭顯需要高帶寬通信來訪問基于云的數(shù)據(jù)。

但對(duì)于Wifi和藍(lán)牙這類基于RF的通信，其帶寬有限并且容易受到干擾。微軟認(rèn)為，基于光的通信技術(shù)可以解決這樣的缺點(diǎn)，并提供優(yōu)于RF通信的諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，頭顯不斷更新的位置和方向知識(shí)可以用來促進(jìn)基于光的收發(fā)器之間的無縫覆蓋。

在一個(gè)實(shí)施例中，頭顯可以具有至少一個(gè)光學(xué)收發(fā)器。頭顯的光學(xué)收發(fā)器可以與至少一個(gè)其它光學(xué)收發(fā)器通信以傳送數(shù)據(jù)。頭顯對(duì)其位置和方向的信息可用于使收發(fā)器保持覆蓋，從而在頭顯移動(dòng)和改變方向時(shí)保持連續(xù)的數(shù)據(jù)鏈路。

根據(jù)頭顯和用戶環(huán)境中收發(fā)器的數(shù)量和位置，可以在眾多場景中實(shí)現(xiàn)光學(xué)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路。在一個(gè)實(shí)施例中，頭顯可以具有多個(gè)光學(xué)收發(fā)器，其中在任何給定時(shí)間，可以基于頭顯的位置和方向來選擇收發(fā)器中的一個(gè)用于光學(xué)通信。

頭顯的收發(fā)器可以基于所選擇的收發(fā)器將在目標(biāo)光收發(fā)器的光信號(hào)覆蓋區(qū)中的可能性來選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，本地環(huán)境可以具有多個(gè)收發(fā)器。在這種情況中，頭顯端的收發(fā)器可以基于所選擇的收發(fā)器將在目標(biāo)光學(xué)收發(fā)器之一的光學(xué)信號(hào)覆蓋區(qū)中的可能性來選擇。

在一個(gè)實(shí)施例中，頭顯端的收發(fā)器可以具有可操縱元件，并使得頭顯收發(fā)器能夠在頭顯移動(dòng)和改變方向時(shí)指向目標(biāo)收發(fā)器，例如接入點(diǎn)或其他基于光的設(shè)備）。比方說，頭顯可以具有一個(gè)收發(fā)器和一組可移動(dòng)反射鏡，以將光信號(hào)引導(dǎo)到目標(biāo)收發(fā)器。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)向方法，選擇性地選擇多個(gè)收發(fā)器中的收發(fā)器以提供最佳視線（LOS）。多個(gè)收發(fā)器的使用可以提供冗余，并允許XR設(shè)備和接入點(diǎn)之間能夠同時(shí)進(jìn)行多輸入多輸出通信。這種方法不需要機(jī)械組件，所以能夠更可靠且更容易制造。電子轉(zhuǎn)向方法可以允許XR設(shè)備和接入點(diǎn)周圍的全360度覆蓋。

在另一個(gè)實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)向方法，可以使用單個(gè)收發(fā)器或一對(duì)收發(fā)器，并且可以使用MEMS反射鏡技術(shù)機(jī)械轉(zhuǎn)向以將光束指向其對(duì)應(yīng)物。這種方法可以允許收緊波束以實(shí)現(xiàn)更長的范圍，降低功率，并允許多個(gè)同時(shí)的信道在空間上分離。

基于頭顯使用的特定環(huán)境，頭顯收發(fā)器可以配置有各種光散射圖案。例如，當(dāng)連接距離預(yù)計(jì)較短時(shí)，頭顯收發(fā)器可以具有較寬的模式，而當(dāng)基于光的通信距離預(yù)計(jì)較遠(yuǎn)時(shí)，可以具有較窄的模式。

頭顯可以具有多個(gè)固定的基于光的收發(fā)器，或者一個(gè)或多個(gè)可操縱的收發(fā)器。由于頭顯具有連續(xù)確定其位置和方向的能力，因此可以進(jìn)行各種配置，從而允許基于光的通信系統(tǒng)連續(xù)調(diào)整其收發(fā)器，以維持其基于光的鏈路。

當(dāng)然，頭顯可以額外地利用基于RF的通信來提供與外部系統(tǒng)的額外通信。例如，頭顯可以利用基于RF的通信向外部系統(tǒng)連續(xù)發(fā)送頭顯狀態(tài)、位置、方位、加速度和其他數(shù)據(jù)。外部系統(tǒng)可以使用數(shù)據(jù)將固定的基于光的收發(fā)器引導(dǎo)到頭顯，或者以其他方式幫助建立或維持與頭顯的基于光通信。

圖1示出了基于光的接入點(diǎn)170，其可以具有分布在基于光的訪問點(diǎn)170的表面上的一個(gè)或多個(gè)光源。圖1示出了具有兩個(gè)XR收發(fā)器102A和102B的XR設(shè)備100。在其他實(shí)施例中，XR設(shè)備100可以具有沿著XR設(shè)備的外部分布的多個(gè)收發(fā)器。

XR設(shè)備100可以配置為使用RF協(xié)議與其他設(shè)備通信，例如經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)連接。無線網(wǎng)絡(luò)連接使用藍(lán)牙通信協(xié)議或其他合適的無線通信協(xié)議來與接入點(diǎn)180通信。

在其他實(shí)施例中，可選的主機(jī)計(jì)算設(shè)備（未示出）可以與XR設(shè)備100通信，以從XR設(shè)備接收數(shù)據(jù)（包括由XR設(shè)備獲取或生成的數(shù)據(jù)），處理這樣的數(shù)據(jù)，并向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。

XR設(shè)備100通常需要信息來確定用戶或設(shè)備相對(duì)于周圍環(huán)境的位置。另外，應(yīng)該追蹤XR設(shè)備100的視點(diǎn)?？梢允褂酶鞣N位置確定方法，包括參考諸如GPS之類的外部系統(tǒng)的方法，以及內(nèi)部位置估計(jì)方法。XR設(shè)備100還可以配置為使用對(duì)象識(shí)別來識(shí)別捕獲圖像內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目。

圖2示出了XR設(shè)備的一個(gè)基于光的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。XR設(shè)備210可以具有多個(gè)基于光的收發(fā)器221、231和241，它們位于XR設(shè)備的周邊周圍。外部接入點(diǎn)270可以發(fā)送可以聚焦在給定波束形狀上的信號(hào)，而給定波束形狀最初與XR設(shè)備210的收發(fā)器241通信。

當(dāng)XR設(shè)備210移動(dòng)使得光束形狀被基于光的收發(fā)器231覆蓋時(shí)，XR設(shè)備21可以從收發(fā)器241切換到收發(fā)器231，以使得能夠在XR設(shè)備的移動(dòng)期間由接入點(diǎn)270進(jìn)行連續(xù)覆蓋。

圖3示出了XR設(shè)備的一個(gè)基于光的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。XR設(shè)備310和320可以具有多路復(fù)用器315。XR設(shè)備310和320還可以具有多個(gè)基于光的收發(fā)器312和322，它們位于XR設(shè)備310320的周圍。

外部接入點(diǎn)330可以發(fā)射可以聚焦在給定光束形狀上的光信號(hào)?；诠獾氖瞻l(fā)器312和322可以選擇為向接入點(diǎn)330提供最佳的視線。基于光的收發(fā)器312和322同樣可以選擇為在XR設(shè)備310和320之間提供視線。

多個(gè)收發(fā)器312和322在發(fā)生故障時(shí)提供冗余、重疊覆蓋以解決對(duì)光信號(hào)的阻礙，并實(shí)現(xiàn)XR設(shè)備310和320與接入點(diǎn)330以及其他接入點(diǎn)之間的多輸入多輸出通信。圖3所示的配置可以提供圍繞每個(gè)XR設(shè)備的全360度覆蓋。

圖4A示出了XR設(shè)備的另一個(gè)基于光的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。在所述示例中，XR設(shè)備410和420可以具有位于XR設(shè)備410420處的預(yù)定位置處的基于光的收發(fā)器412和422。

外部接入點(diǎn)430可以發(fā)射可以聚焦在給定光束形狀上的光信號(hào)?？梢詸C(jī)械地選擇基于光的收發(fā)器412和422，以向接入點(diǎn)430提供最佳的視線。基于光的收發(fā)器412和422也可以被機(jī)械操縱以在XR設(shè)備410和420之間提供視線。

這種方法可以允許對(duì)光信號(hào)進(jìn)行更細(xì)粒度的整形，并有助于實(shí)現(xiàn)更長的范圍，降低功率，以及允許多個(gè)空間分離的通道。

圖4B示出了當(dāng)XR設(shè)備410和420移動(dòng)時(shí)、當(dāng)接入點(diǎn)430移動(dòng)時(shí)、或兩者都移動(dòng)時(shí)，收發(fā)器412和422可以機(jī)械地操縱以保持到接入點(diǎn)430的視線。

圖5和圖6是在XR頭顯中提供基于光的通信的流程圖。

參考圖5，操作501示出了確定擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)頭戴式耳機(jī)的當(dāng)前位置和方向。

操作503，確定遠(yuǎn)程收發(fā)器相對(duì)于XR頭顯的當(dāng)前位置和方位的相對(duì)位置。

操作505，計(jì)算從基于光的通信收發(fā)器到遠(yuǎn)程收發(fā)器的視線。

操作507，致使基于光的通信收發(fā)器根據(jù)所計(jì)算的視線發(fā)射基于光的通訊光束。

操作509，響應(yīng)于遠(yuǎn)程收發(fā)器相對(duì)于XR頭顯的當(dāng)前位置和定向的相對(duì)位置改變，引起對(duì)基于光的通信波束的調(diào)整。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6。

操作601，確定XR頭顯的當(dāng)前位置和方向。

操作603，確定遠(yuǎn)程收發(fā)器相對(duì)于XR頭顯的當(dāng)前位置和方向的相對(duì)位置。

操作605，計(jì)算從基于光的通信收發(fā)器到基于光的接入點(diǎn)的視線。

操作607，致使基于光的通信收發(fā)器根據(jù)所計(jì)算的視線發(fā)射基于光的通訊光束。

操作609，響應(yīng)于基于光的接入點(diǎn)相對(duì)于XR頭顯當(dāng)前位置和方向的相對(duì)位置的改變，引起對(duì)基于光的通信波束的調(diào)整。

相關(guān)專利：Microsoft Patent | Optical over-the-air peer to peer communication for xr devices

名為”O(jiān)ptical over-the-air peer to peer communication for xr devices“的微軟專利申請最初在2021年11月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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