JP2007208309A - 照明光通信システム、照明光通信装置及び端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タイムスロットの割り当てに関する制御を適切に行うことにより、時分割多元接続及び時分割複信による相互通信を可能とする。
【解決手段】照明光通信装置100は、情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、端末装置200から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、を備え、端末装置200は、前記発光手段から発光されたパイロット光と、前記照明手段から照射された照明光と、を受光する受光手段と、該受光手段により受光したパイロット光に基づくタイムスロットで照明通信装置への通信光を発光する発光手段と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】照明光通信装置100は、情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、端末装置200から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、を備え、端末装置200は、前記発光手段から発光されたパイロット光と、前記照明手段から照射された照明光と、を受光する受光手段と、該受光手段により受光したパイロット光に基づくタイムスロットで照明通信装置への通信光を発光する発光手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、時分割多元接続及び時分割複信により照明光を用いて相互に通信を行う照明光通信装置、端末装置、及び、これらによって構成される照明光通信システムに関する。
発光ダイオード(LED)等の照明装置を用いた通信(照明光通信)では、通信媒体として可視光である照明光が用いられる。照明光は、通常は照明用として利用されており、通信時には更に通信用として用いられる(例えば、特許文献1参照)。
具体的には、送信側の装置(照明光通信装置)は、照明装置であるLEDを通信情報に応じて駆動し、光の強度を変化させたり、点滅させる。一方、受信側の装置(端末装置)は、光を受光し、その光の強弱により情報を判別する。LEDは、高速な応答特性を持つため、高速に光量を変化させたり、点滅させても、人間はこれを感知することができない。従って、LEDは、照明装置として機能しつつ、情報伝送の機能をも実現することができる。
更には、照明装置は、一般に屋内であれば部屋全体を明るくして、影が生じることのないように多数設置されている場合が多いため、ユーザが端末装置を携帯して部屋の中を移動する場合にも、当該端末装置が情報を途切れることなく受けることができる等の特徴を有する。
また、電波を利用した通信(例えば、特許文献2参照)では、電波の利用が制限されているような環境、例えば、病院や列車内、飛行機、ペースメーカーの利用者が存在するような場所では利用が制限されるが、照明光通信では、このような環境下でも利用可能である。また、赤外線を利用した通信では、人間が存在する環境下では、目の安全の観点から利用に際して注意が必要であるが、照明光通信では、そのような注意を要する必要がない。
特開2004−221747号公報
特開2001−16219号公報
しかし、上述した照明光通信は、従来、照明装置が一方的に情報を発信するブロードキャスト的な通信方法のみで、複数の端末にそれぞれ異なる情報を発信するマルチキャストの実現、さらには複数の端末との双方向通信の実現には至っておらず、限定的な使用にとどまっていた。
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、タイムスロットの割り当てに関する制御を適切に行うことにより、時分割多元接続及び時分割複信による相互通信を可能とした照明光通信システム、照明光通信装置及び端末装置を提供することにある。
本発明は、照明光通信装置と端末装置から構成される照明光通信システムにおいて、前記照明光通信装置が、情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、前記端末装置から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、を備え、前記端末装置が、前記発光手段から発光されたパイロット光と、前記照明手段から照射された照明光と、を受光する受光手段と、該受光手段により受光したパイロット光に基づくタイムスロットで前記照明光通信装置への通信光を発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の照明光通信装置は、情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、端末装置から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、を備えたことを特徴とする。
また、前記照明光通信装置は、前記照明手段が、前記通信光受光手段が受光した通信光のタイムスロットに対応するタイムスロットで照明光を照射するようにしてもよい。
また、本発明の端末装置は、照明光通信装置から、時分割されたタイムスロットに割り当てて照射された情報が重畳した照明光と、各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光と、を受光する受光手段と、該受光手段が受光するパイロット光に基づくタイムスロットで前記照明光通信装置へ通信光を発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
また、前記端末装置は、前記受光手段が、前記発光手段が通信光を発光するために基づいたパイロット光に対応するタイムスロットに対応するタイムスロットで照明光を受光するようにしてもよい。
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図1は、本発明に係る照明光通信システムの基本的な構成図である。図1に示す照明光通信システムは、照明光通信装置100と、ユーザ300によって携帯される端末装置200とによって構成され、これらが時分割多元接続(TDMA)及び時分割複信(TDD)により可視光を用いて相互に通信を行う。
照明光通信装置100は、通信情報を重畳した照明光を照射して照明として機能するとともに、通信情報の送信を行う複数のLEDによって構成される照明用LEDユニット102と、通信路であるタイムスロットの割当状態に応じた可視光を発する複数のLEDによって構成されるパイロット用LEDユニット104と、端末装置200からの可視光を受光する受光部106とによって構成される。
パイロット用LEDユニット104は、タイムスロットの同期のためのパイロット信号に応じた可視光(パイロット信号光)を発する。パイロット用LEDユニット104を構成するLED(パイロットLED)は、タイムスロットに対応しており、タイムスロットが空いている場合、可視光のデューティ比を高くすることによって輝度を上げる(点灯)ように制御される。一方、パイロット用LEDユニット104を構成するLEDは、タイムスロットが割り当てられている場合、可視光のデューティ比を低くすることによって、輝度を下げる(消灯)するように制御される。
端末装置200は、パイロット用LEDユニット104からのパイロット信号光を受光することによって、照明光通信装置100との間で、タイムスロットの同期をとるとともに、タイムスロットの割当状態を判定することが可能となる。また、端末装置200のユーザ300は、パイロット用LEDユニット104からのパイロット信号光を視認することによって、端末装置200の電源が投入されていなくても、タイムスロットの割当状態、換言すれば、タイムスロットに空きがあるか否かを直感的に確認することが可能となり、端末装置の無駄な電力消費を抑制することができる。
図2は、照明光通信装置100の詳細な構成を示す図である。図2に示す照明光通信装置100は、照明用LEDユニット102、パイロット用LEDユニット104、受光部106、電源124、照明用LED制御部125、パイロット用LED制御部126、クロック部127、記憶部128及び変調部130を有する。
電源124は、商用電源からの電力を照明用LEDユニット102やパイロット用LEDユニット104へ供給する。クロック部127は、システムタイムを照明用LED制御部125及びパイロット用LED制御部126へ供給する。
記憶部128は、外部のサーバ150からの通信情報を一時的に記憶する。変調部130は、記憶部128に記憶された通信情報を読み出し、OOK(ON-OFF Keying)やBPSK等の任意の変調方式に基づいて変調し、変調情報を生成する。
照明用LED制御部125は、変調部130からの変調情報に基づいて、照明用LEDユニット102を構成するLEDが発する照明光の明滅または光量を制御する。この制御によって、照明用LEDユニット102を構成するLEDは、通信情報を重畳した照明光(下り通信光)を発する。
パイロット用LED制御部126は、パイロット用LEDユニット104を構成するパイロットLEDが発する可視光について、タイムスロットの割当状態に応じて、デューティ比を変化させることで、輝度を変化させる制御を行う。この制御によって、パイロットLEDは、上述したように、タイムスロットの割当状態に基づいて輝度が変化するパイロット信号に応じた可視光(パイロット信号光)を発する。
受光部106は、端末装置200からの通信情報が重畳された可視光(上り通信光)を受光する。受光部106によって受光された上り通信光に重畳された通信情報は、記憶部128に一時的に記憶され、更に、サーバ150によって読み出される。
図3は、端末装置200の詳細な構成を示す図である。図3に示す端末装置200は、受光部201、発光部202、パイロット検出部203、復調部204、CPU205、表示部206、クロック部207、記憶部208、ユーザ入力部209、発光制御部210及び電源211を有する。
クロック部207は、システムタイムをパイロット検出部203、復調部204及び発光制御部210へ供給する。
受光部201は、光量の違いと色の差異を検出することが可能なCCD、CMOS等の受光素子で構成されており、照明光通信装置100内のパイロット用LEDユニット104からのパイロット信号光を受光するとともに、照明用LEDユニット102からの照明光(下り通信光)を受光する。パイロット信号光は、パイロット検出部203へ送られ、照明光(下り通信光)は、復調部204へ送られる。
パイロット検出部203は、受光部201からのパイロット信号光のデューティ比の変化を検出し、その変化に基づいて、照明光(下り通信光)のタイムスロットが空いているか否かを判定するとともに、端末装置200に割り当てられたタイムスロットを特定する。具体的には、パイロット検出部203は、照明光通信装置100から端末装置200への下り方向に割り当てられたタイムスロット(割当下りタイムスロット)のタイミングを特定する。更に、パイロット検出部203は、この下り方向に割り当てられたタイムスロットのタイミングに応じて定まる、端末装置200から照明光通信装置100への上り方向に割り当てられたタイムスロット(割当上りタイムスロット)のタイミングを特定する。
復調部204は、パイロット検出部203により特定された割当下りタイムスロットのタイミングで、受光部201からの照明光(下り通信光)を復調する。CPU205は、復調した信号に対して所定の演算を行って照明光通信装置100からの通信情報を取得する。表示部206は、通信情報に応じた画像表示を行う。
記憶部208は、ユーザ300によるユーザ入力部209の操作によって入力される通信情報を一時的に記憶する。発光制御部210は、パイロット検出部203により特定された割当上りタイムスロットのタイミングが到来すると、記憶部208に記憶された通信情報に応じて、電源211のオン、オフを制御する。なお、ユーザ300によるユーザ入力部209の操作がされず、通信情報が記憶部208に記憶されていない場合には、発光制御部210は、パイロット検出部203により特定された割当上りタイムスロットのタイミングが到来すると、ACK信号に応じた電源211のオン、オフ制御を行う。
電源211は、発光制御部210の制御によってオン状態のときに電力を発光部202に供給する。発光部202は、この電力供給によって、通信情報に応じた可視光(上り通信光)やACK信号に応じた可視光を発する。
次に、照明光通信装置100内のパイロット用LEDユニット104を構成するLEDの明滅とタイムスロットの割当状態との対応関係について説明する。パイロット用LEDユニット104は、図4(a)、(b)、(c)に示すように、パイロットLEDである赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cにより構成される。
これら赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cは、それぞれ照明光(下り通信光)の所定のタイムスロットに対応しており、タイムスロットが空いている場合にはデューティ比を高くして、端末装置200のユーザ300が点灯していると視認するように明滅する。一方、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cは、タイムスロットが割り当てられた場合にはデューティ比を低くして、端末装置200のユーザ300が消灯していると視認するように明滅する。端末装置200のユーザ300は、端末装置200の電源を投入する前に、これら赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cの点灯及び消灯を視認することにより、照明光(下り通信光)のタイムスロットに空きがあるか否かを直感的に確認することが可能となり、照明光から情報を取得できないのに受光処理を行ってしまうなどという端末装置200の無駄な電力消費を抑制することができる。
図5は、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cの明滅と照明光(下り通信光)のタイムスロットの割当状態との対応関係の第1の例を示す図である。照明光通信装置100と端末装置200とが通信を行っておらず、端末装置200に照明光(下り通信光)のタイムスロットが割り当てられていない場合には、図5(a)に示すように、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cは、デューティ比の高い可視光を発する。この場合、ユーザ300は、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cの全てが点灯していると視認し、3つのタイムスロットが空いていると認識する。
一方、端末装置200に赤色LED104aに対応する照明光(下り通信光)のタイムスロットが割り当てられる場合には、図5(b)に示すように、赤色LED104aは、立下りのタイミングが割当下りタイムスロットの開始タイミングとなるようなデューティ比の低い可視光を発する。この場合、ユーザ300は、赤色LED104aが消灯していると視認し、1つのタイムスロットが他の端末装置に割り当てられていると認識する。なお、ユーザ300は、端末装置200が通信していない(電源がオフ等)状態で、赤色LED104aが消灯していると視認した場合には、端末装置200以外の他の端末装置に1つのタイムスロットが割り当てられていると認識することになる。
次に、この赤色LED104aのタイムスロットを利用(割当)する端末装置200について説明する。端末装置200内のパイロット検出部203は、タイミング(t1)を検出し、そのタイミングから開始する1つの下り方向のタイムスロットを、割り当てられた下りタイムスロット(割当下りタイムスロット)と特定し、更に、その割当下りタイムスロットの終了のタイミング(t2)から開始する1つの上り方向のタイムスロットを、割り当てられた上りタイムスロット(割当上りタイムスロット)と特定する。なお、端末装置200は、タイミング(t0)において上がり信号を送信することによりタイムスロットを割り当てられている。
そして、復調部204は、割当下りタイムスロットのタイミングで、受光部201が受光した照明光(下り通信光)を復調し、発光部202は、割当上りタイムスロットのタイミングで、発光制御部によって電源211がオンとなることに応じて、上り通信光を発光する。
図6は、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cの明滅とタイムスロットの割当状態との対応関係の第2の例を示す図である。図5と同様、照明光通信装置100と端末装置200とが通信を行っておらず、端末装置200にタイムスロットが割り当てられていない場合には、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cは、デューティ比の高い可視光を発する。一方、3つの端末装置200にそれぞれ赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cに対応する全てのタイムスロットが割り当てられる場合には、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cは、立下りのタイミングが割り当てられた下りタイムスロットの開始タイミングとなるようなデューティ比の低い可視光を発する。この場合、ユーザ300は、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cが消灯していると視認し、全てのタイムスロットが割り当てられていると認識する(「空きスロット0」の状態)。なお、ユーザ300は、端末装置200の電源がオフの状態で、このように赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cが消灯していると視認した場合には、端末装置200以外の他の複数(3つ)端末装置に全てのタイムスロットが割り当てられており、空きがないと認識することになる。
図7は、赤色LED104a、緑色LED104b及び青色LED104cの明滅とタイムスロットの割当状態との対応関係の第3の例を示す図である。図7は、通信路が空いており、端末装置200に赤色LED104aに対応する2つの連続する下りタイムスロットが割り当てられる場合の例である。この場合、ユーザ300は、赤色LED104aが消灯していると視認し、タイムスロットが割り当てられていると認識する。
端末装置200には、赤色LED104aに対応するタイムスロットが割り当てられており、端末装置200内のパイロット検出部203は、そのタイミングから開始する2つの連続する下り方向のタイムスロットを割当下りタイムスロットと特定し、更に、その2つの連続する割当下りタイムスロットのうちの2つ目の終了のタイミングから開始する1つの上り方向のタイムスロットを割当上りタイムスロットと特定する。
次に、フローチャートを参照しつつ、照明光通信装置100及び端末装置200の動作を説明する。図8は、照明光通信装置100の動作を示すフローチャートである。パイロット用LEDユニット104内のパイロットLEDに対応するタイムスロットが空いている場合、パイロット用LED制御部126は、その空いているタイムスロットに対応するパイロットLEDが発するパイロット信号光のデューティ比が第1の所定値以下となるように制御を行う。パイロット用LEDは、この制御によりデューティ比が第1の所定値以上に設定されたパイロット信号光を発する(S101)。
次に、受光部106は、端末装置200からのタイムスロットの割当要求に対応する上り通信光を受光する(S102)。照明光通信装置100は、このタイムスロットの割当要求に応じて、端末装置200にタイムスロットを割り当てる(S103)。更に、パイロット用LED制御部126は、その割り当てたタイムスロットに対応するパイロットLEDが発するパイロット信号光のデューティ比が第2の所定値以下(第2の所定値<第1の所定値)となるように制御を行う。パイロット用LEDは、この制御によりデューティ比が第2の所定値以上に設定されたパイロット信号光を発する(S104)。
次に、照明用LED制御部125は、割当下りタイムスロットのタイミングで、変調部130からの変調情報に基づいて、照明用LEDユニット102を構成するLEDが発する可視光のデューティ比を制御する。この制御によって、照明用LEDユニット102を構成するLEDは、通信情報に応じた下り照明光を発する(S105)。この下り照明光の発光はN回繰り返される。
次に、照明光通信装置100は、割当上りタイムスロットのタイミングで、端末装置200からの上り通信光を受光したか否かを判定する(S106)。上り通信光を受光した場合、照明光通信装置100は、その上り通信光が終了要求に対応するものであるか否かを判定する(S107)。上り通信光が終了要求に対応するものでない場合には、通信情報に応じた下り照明光の発光(S105)以降の動作が繰り返される。
一方、上り通信光が終了要求に対応するものである場合(S107で肯定判断)、あるいは、上り通信光を受光していない場合(S106で否定判断)には、パイロット用LED制御部126は、割り当てたタイムスロットに対応するパイロットLEDが発するパイロット信号光のデューティ比が再び第1の所定値以下となるように制御を行う。パイロット用LEDは、この制御によりデューティ比が第1の所定値以上に設定されたパイロット信号光を発する(S108)。
図9は、端末装置200の動作を示すフローチャートである。受光部201が照明光通信装置100のパイロットLEDからのパイロット信号光を受光すると(S201)、パイロット検出部203は、このパイロット信号光のデューティ比を取得する(S202)。更に、パイロット検出部203は、取得したデューティ比に基づいて、空きタイムスロットがあるか否かを判定する(S203)。
空きタイムスロットがある場合、発光制御部210は、上り方向の空きタイムスロットのタイミングで、タイムスロットの割当要求に応じて、電源211のオン、オフを制御し、発光部202は、タイムスロットの割当要求に応じた上り通信光を発する(S204)。
その後、復調部204は、割当要求に応じて照明光通信装置100が割り当てた割当下りタイムスロットのタイミングで受光部201によって受光された下り照明光を復調する処理をN回繰り返す(S205)。更に、CPU205は、下り照明光が所定値以上であるか否かを判定する(S206)。下り照明光が所定値未満である場合、CPU205は、表示部206に光量が不十分である旨の情報を表示させてユーザ300にその旨を通知する(S207)。ユーザ300は、この通知を受けて端末装置200を照明光通信装置100に近付ける等、十分な受光量を得るための措置をとることができる。その後、CPU205は、再度、下り照明光が所定値以上であるか否かを判定する(S208)。そして、下り照明光が所定値未満である場合、CPU205は、表示部206に通信を終了する旨の情報を表示させてユーザ300にその旨を通知する(S209)。
一方、S206あるいはS208において、受光量が所定値以上であると判定された場合、CPU205は、下り照明光により全ての情報を受信したか否かを判定する(S210)。全ての情報を受信してない場合、発光制御部210は、上り方向の空きタイムスロットのタイミングで、電源211のオン、オフを制御し、発光部202は、上り通信光を発する(S211)。その後は、下り照明光の受光(S205)以降の動作が繰り返される。一方、全ての情報を受信した場合、発光制御部210は、上り方向の空きタイムスロットのタイミングで、電源211のオン、オフを制御し、発光部202は、終了要求に応じた上り通信光を発する(S212)。
このように、照明光通信システムでは、端末装置200は、照明光通信装置100からのパイロット信号光の受光状態に基づいて、タイムスロットの割当状態を特定することができる。また、端末装置200のユーザ300は、パイロット信号光を視認することによって、端末装置200の電源が投入されていなくても、タイムスロットの空き状態を直感的に確認することが可能となり、端末装置200の無駄な電力消費を抑制することができる。
なお、本実施例では、タイムスロットの割当てを3色のLEDで行ったが、3色に限るものではない。また、タイムスロットの空き状況を、タイムスロットの割当てタイミングを示すLEDを兼用して示す構成としたが、空き状況を示す手段を別に設けても良い。例えば、1つでもタイムスロットに空きがあれば発光し、全てのタイムスロットが埋まれば消える発光手段を1つ設けても良い。
以上、説明したように、本発明に係る照明光通信システム、照明光通信装置及び端末装置は、タイムスロットの割り当てに関する制御を適切に行うことができ、光通信システム等として有用である。
100 照明光通信装置、102 照明用LEDユニット、104 パイロット用LEDユニット、106,201 受光部、124,211 電源、125 照明用LED制御部、126 パイロット用LED制御部、127,207 クロック部、128,208 記憶部、130 変調部、200 端末装置、202 発光部、203 パイロット検出部、204 復調部、205 CPU、206 表示部、209 ユーザ入力部、210 発光制御部
Claims (5)
- 照明光通信装置と端末装置から構成される照明光通信システムにおいて、
前記照明光通信装置は、
情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、
前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、
前記端末装置から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、を備え、
前記端末装置は、
前記発光手段から発光されたパイロット光と、前記照明手段から照射された照明光と、を受光する受光手段と、
該受光手段により受光したパイロット光に基づくタイムスロットで前記照明光通信装置への通信光を発光する発光手段と、を備えた
ことを特徴とする照明光通信システム。 - 情報が重畳した照明光を時分割されたタイムスロットに割り当てて照射する照明手段と、
前記各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光を発光する発光手段と、
端末装置から前記タイムスロットに基づいて発光された通信光を受光する通信光受光手段と、
を備えたことを特徴とする照明光通信装置。 - 前記照明手段は、前記通信光受光手段が受光した通信光のタイムスロットに対応するタイムスロットで照明光を照射することを特徴とする請求項2記載の照明光通信装置。
- 照明光通信装置から、時分割されたタイムスロットに割り当てて照射された情報が重畳した照明光と、各タイムスロットのタイミングを示すパイロット光と、を受光する受光手段と、
該受光手段が受光するパイロット光に基づくタイムスロットで前記照明光通信装置へ通信光を発光する発光手段と、
を備えたことを特徴とする端末装置。 - 前記受光手段は、前記発光手段が通信光を発光するために基づいたパイロット光に対応するタイムスロットに対応するタイムスロットで照明光を受光することを特徴とする請求項4記載の端末装置。
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