JP2007274566A - 照明光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力線と照明光を使ってデータを伝送する際に、照明光の光強度の変動を抑え、電力線を用いた通信と照明光を用いた通信とを良好に行うことができる通信システムを構築するための照明光通信装置を提供する。
【解決手段】電力線を通じて送信すべきデータが送られてくると、フィルタ部１２で信号成分が抽出され、電力線変復調部１３で復調されてデータが取得される。取得されたデータは、プロトコル変換部１４において一旦蓄積される。その後、光通信用のプロトコルに変換され、光源制御部１５により送信するデータに従って半導体発光素子１６の点滅あるいは光量を制御することにより照明光を変調する。これによって、照明光を利用してデータを送信することができる。光通信用の変調方式としては、パルスありをＯＦＦ、パルスなしをＯＮとする多値ＰＰＭ方式を用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力線と照明光（可視光）を使ってデータを伝送する通信サービスに関するものである。

近年、ＬＥＤなどの半導体発光素子が照明用の光源に利用されるようになってきた。半導体発光素子は、高速に点滅あるいは光量の制御が可能である。この特性を用いて、データに応じて照明用の半導体発光素子を点滅あるいは光量の制御を行うことによって、照明光によりデータを伝送しようとする技術が開発されている。半導体発光素子の点滅あるいは光量の変化が高速であれば、その点滅や光量の変化は人間の目には分からない。従って、人間にとって照明光としての利用を妨げずに、データの伝送を行うことができる。また、照明装置は広く一般的に用いられているものであって、それらの照明装置を通信に用いることができるという利点もある。

一般にデータの伝送を行おうとする場合、データ専用のデータ線を電力線とは別に設けている。しかし、照明装置は、通常、電力線に接続され、電力線から電力の供給を受けていることから、電力線を用いてデータを照明装置に供給することが考えられている。既に設置されている照明装置を、照明光によるデータ伝送が可能な照明光通信装置に置き換える場合も、電力線によりデータを伝送すれば、別にデータ線を敷設しなくてよいので、設置コストを大幅に削減することができる。そのような従来の通信システムとして、例えば特許文献１には、電力線を用いて照明光通信装置へデータを伝送し、照明光通信装置は受け取ったデータに従って照明光を変調し、照明光にデータを重畳して送信することが記載されている。

一方、照明を行う場合には明るさが変わらないことが前提となる。しかし、電力線を用いたデータ伝送に用いられている変調方式は、電力線を用いた伝送には適しているものの、照明光に関しては何ら考慮されていない。そのため、特許文献１に記載されているように電力線を通じて伝送されてきたデータによってそのまま照明光を変調してしまうと、データによっては照明光の光強度が変化してしまうという問題があった。特に電力線は雑音などの影響を受けやすく、雑音などの影響によっても照明光のちらつきを発生することがあった。

また、一般的に電力線通信では電源周波数に依存してノイズが発生するといった特有の環境を持つため、信号を一定タイミングで送信する方式を避けて、ＭＡＣ層での通信方式としてはＯＦＤＭＡやＣＳＭＡが利用される。このような方式は必ずしも照明光通信に適しているとはいえなかった。

さらに、一般的に電力線通信では伝送速度が双方向とも一定である。しかしながら、照明光を通信に用いる場合、照明光通信装置から各端末へのデータ転送（ダウンリンク）では広帯域の通信が可能であるが、各端末からのデータ転送（アップリンク）には赤外線通信を用いる方式が一般的であり、転送速度はアップリンクに比べて低速である。このように、照明光を用いる通信では非対称の通信速度であることが多く、この面からも電力線通信と照明光通信とを同じプロトコルのままで行うことには問題があった。

特開２００４−１４７０６３号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、電力線と照明光（可視光）を使ってデータを伝送する際に、照明としての機能を低下させることなく、すなわち照明光の光強度の変動を抑え、電力線を用いた通信と照明光を用いた通信とを良好に行うことができる通信システムを構築するための照明光通信装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、電力線から電力の供給を受けて照明する照明光通信装置において、照明光を発光する半導体発光手段と、電力線を通じて伝送されてくるデータを取得して復調する電力線復調手段と、前記電力線を通じて通信を行うプロトコルと照明光により通信を行うプロトコルの変換を行うプロトコル変換手段と、照明光により送信するデータに応じて前記半導体発光手段の点滅あるいは光量を制御して照明光をデータにより変調する光変調手段を有することを特徴とするものである。

プロトコル変換手段で変換する、照明光により通信を行うプロトコルの変調方式としては、パルスありをＯＦＦ、パルスなしをＯＮとする多値ＰＰＭ方式を用いることができる。

本発明によれば、電力線通信のプロトコルを、照明光を用いた通信に最適なプロトコルに変換することによって、照明としての機能を低下させることなく、照明光を用いた通信を行うことが可能になる。例えば照明光により通信を行うプロトコルの変調方式として、パルスありをＯＦＦ、パルスなしをＯＮとする多値ＰＰＭ方式を用いることにより、パルスなしの場合は通常の照明光となり、パルスありの場合も数分の１程度の時間が点灯しないだけとなるため、照明の光量をそれほど低下させずに、また光量の変動も抑えて、通信を行うことが可能になる。

図１は、本発明の実施の一形態を含む通信システムの一例を示すブロック図である。図中、１１はＡＣ／ＤＣ変換部、１２はフィルタ部、１３は電力線変復調部、１４はプロトコル変換部、１５は光源制御部、１６は半導体発光素子、１７は受光素子、１８は光復調部、２１は受信装置、２２は受光素子、２３は光変復調部、２４は半導体発光素子である。

図１に示す構成において、本発明の照明光通信装置は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１、フィルタ部１２、電力線変復調部１３、プロトコル変換部１４、光源制御部１５、半導体発光素子１６、受光素子１７、光復調部１８などを含んで構成されている。ＡＣ／ＤＣ変換部１１は、電力線を通じて供給される交流電圧を直流電圧に変換し、各部に電力を供給する。

フィルタ部１２は、高周波成分を抽出するものであり、電力線を通して送られてくる信号成分を抽出する。

電力線変復調部１３は、電力線を通して送られてくる信号成分を復調し、元のデータを取得する。また、電力線通信に応じた変調方式により送信すべきデータを変調し、電力線を通じて送信する。

プロトコル変換部１４は、電力線を通じて通信を行う電力線通信用のプロトコル（変調方式を含む）と、照明光などの光により通信を行う光通信用のプロトコル（変調方式を含む）との間のプロトコル変換を行う。より具体的には、電力線を通じて電力線通信用のプロトコルで送られてきたデータを受け取って一旦蓄積した後、そのデータを光通信用のプロトコルに従って光源制御部１５へ送出する。また、光通信用のプロトコルで受信したデータを一旦蓄積した後、そのデータを電力線通信用のプロトコルにより電力線変復調部１３を介して電力線へ送出する。

光源制御部１５は、プロトコル変換部１４で変換された光通信用のプロトコルの送信用のデータに従って半導体発光素子１６の点滅あるいは光量を制御する。これにより、照明光をデータにより変調する。

半導体発光素子１６は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１から供給される直流電力を用いて発光する。この発光光を照明光として利用する。例えばＬＥＤやＬＤ、ＥＬなど、様々な半導体発光素子を利用することができる。また、この半導体発光素子１６は光源制御部１５により点滅あるいは光量が制御され、これによって照明光がデータにより変調される。

受光素子１７は、受信装置２１から送られてくる光信号を受光する。また、光復調部１８は受光素子１７で受光した光信号を復調し、受信装置２１から送られてきたデータを取得する。

受信装置２１は、本発明の照明光通信装置との間で可視光による通信を行うものであり、この例では受光素子２２、光変復調部２３、半導体発光素子２４等を含んで構成されている。受光素子２２は、本発明の照明光通信装置からのデータにより変調された照明光を受光する。光変復調部２３は、受光素子２２で受光した変調された照明光の信号を復調し、照明光により送られてきたデータを取得する。また、照明光通信装置に対して送信するデータの変調を行う。半導体発光素子２４は、光変復調部２３で変調したデータに従って点滅あるいは光量が制御された光を発する。この半導体発光素子２４も、例えばＬＥＤやＬＤ、ＥＬなど、様々な半導体発光素子を利用することができる。

次に、このような本発明の実施の一形態を含む通信システムの一例における動作の概要について簡単に説明しておく。通常の状態では、電力線から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣ変換部１１で直流電力に変換し、半導体発光素子１６に供給する。半導体発光素子１６は電力の供給を受けて発光し、この発光光を照明に利用することができる。

電力線を通じて送信すべきデータが送られてくると、フィルタ部１２で信号成分が抽出され、電力線変復調部１３で復調されてデータが取得される。取得されたデータは、プロトコル変換部１４において一旦蓄積される。その後、光通信用のプロトコルに変換され、光源制御部１５により送信するデータに従って半導体発光素子１６の点滅あるいは光量を制御することにより照明光を変調する。これによって、照明光を利用してデータを送信することができる。この変調方式を含むプロトコルの変換は、電力線を用いた通信と照明光による通信との通信速度の変換や、タイミングのコントロールなどの機能についても行うことができる。

電力線通信については、上述のように例えばＭＡＣ層での通信方式としてＯＦＤＭＡやＣＳＭＡが利用される。本発明では、光通信用のプロトコルとして、この電力線通信用のプロトコルをそのまま中継するのではなく、特に照明光を用いた場合に最適な光通信用のプロトコルに変換して、照明光をデータにより変調して送信している。

図２は、光通信用のプロトコルの変調方式の一例の説明図である。照明光により通信を行うプロトコルの変調方式の一例としては、パルスありをＯＦＦ、パルスなしをＯＮとする多値ＰＰＭ方式を用いることができる。例えば図２においては４値ＰＰＭ方式の場合を示している。この方式では、パルスの位置によってデータの値を示す。例えば図２（Ａ）〜（Ｄ）において、図中の破線で分割された４つのパルス位置のうち１つをＯＦＦとした位置により、値が決まる。図２（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれデータ値０〜３に対応するものである。

この例のような変調方式では、ＯＦＦとなる時間は多くても全体の１／４である。このようなＯＦＦの時間は、通信速度が速い場合には人間の目にはわからず、ちらつきも感じない。平均的な光量がやや低下するが、それも１／４以下である。このように、照明光としての機能を損なうことなく、照明光を用いてデータを送信することができる。もちろん、このような変調方式に限られるものではないが、プロトコル変換を行うことによって、照明光を用いた通信に最適なプロトコルを選択して用いることができるようになる。

データにより変調された照明光を受信装置２１で受信することができる。すなわち、照明光通信装置の半導体発光素子１６からの照明光を受光素子２２で受光し、光変復調部２３で復調することによって、照明光通信装置から照明光を用いて送信されてきたデータを取得することができる。

受信装置２１からデータを送信する場合には、光変復調部２３で変調した後、半導体発光素子２４の点滅あるいは光量をデータに従って制御する。これによって変調された光が放射される。この場合には、半導体発光素子２４は照明する必要はなく、光によりデータを送信できればよい。

受信装置２１の半導体発光素子２４から放射された光は、照明光通信装置の受光部１７で受光され、光復調部１８で復調される。そして、プロトコル変換部１４に一旦蓄積された後、電力線通信用のプロトコルに変換されて電力線へと送信される。この場合も、電力線通信に最適なプロトコルを用いることができるとともに、通信速度の変換や、タイミングのコントロールなどについても行うことができる。

このように、この例では照明光通信装置から受信装置２１へのデータの送信（ダウンリンク）だけでなく、受信装置２１から照明光通信装置へのデータの送信（アップリンク）についても光を用いている。これによって、双方向とも光による通信を行うことができる。例えば受信装置２１が携帯型の端末であっても、ワイヤレスでの通信を行うことができる。もちろん、アップリンクについては可視光の他、例えば赤外光を用いてもよい。あるいは据え置き型の端末などのように電力線に接続されている場合には、アップリンクを電力線を通じて行ってもよい。この場合でも、ダウンリンクに照明光を用いることによって、複数の受信装置２１に対して同じデータを配信できるなど、その利用効果は大きい。

なお、一般にダウンリンクに比べてアップリンクの伝送速度は遅く、また電力線を用いた通信速度とも異なる場合があるが、これらの通信速度の違いはプロトコル変換部１４に一旦データを蓄積することにより解消することができる。また、プロトコル変換部１４にデータを一旦蓄積することを利用し、同じデータを繰り返し送信することも可能である。

図１に示した各部は、例えば全体を一体化し、あるいは半導体発光素子１６または半導体発光素子１６と受光素子１７などを除く構成について一体化して、照明器具として構成することができる。あるいは、小型化して電球や管状に構成し、一般に利用されている照明器具に装着する電球や蛍光管などの代わりに装着するように構成することもできる。このような構成の場合、簡単に使用することができ、また照明器具を変更する必要がないため設置コストを抑えることができる。あるいは既存の様々な照明器具をそのまま利用することができる。

本発明の実施の一形態を含む通信システムの一例を示すブロック図である。 光通信用のプロトコルの変調方式の一例の説明図である。

符号の説明

１１…ＡＣ／ＤＣ変換部、１２…フィルタ部、１３…電力線変復調部、１４…プロトコル変換部、１５…光源制御部、１６…半導体発光素子、１７…受光素子、１８…光復調部、２１…受信装置、２２…受光素子、２３…光変復調部、２４…半導体発光素子。

Claims (2)

1. 照明光を発光する半導体発光手段と、電力線を通じて伝送されてくる信号成分を復調してデータを取得する電力線復調手段と、前記電力線を通じて通信を行うプロトコルと照明光により通信を行うプロトコルの変換を行うプロトコル変換手段と、照明光により送信するデータに応じて前記半導体発光手段の点滅あるいは光量を制御して照明光をデータにより変調する光変調手段を有することを特徴とする照明光通信装置。
2. 前記プロトコル変換手段は、照明光により通信を行うプロトコルの変調方式として、パルスありをＯＦＦ、パルスなしをＯＮとする多値ＰＰＭ方式を用いることを特徴とする請求項１に記載の照明光通信装置。

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