JP2007274580A - Visible light communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力線および照明光(可視光)を用いた双方向の通信システムに関するものである。 The present invention relates to a bidirectional communication system using a power line and illumination light (visible light).
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。 In recent years, semiconductor light-emitting elements such as LEDs have been used as illumination light sources. The semiconductor light-emitting element can blink at high speed or control the amount of light. A technique for transmitting data using illumination light has been developed by using this characteristic to blink a semiconductor light emitting element for illumination or control the amount of light according to data. If the blinking of the semiconductor light-emitting element or the change in the amount of light is high, the blinking or the change in the amount of light cannot be seen by human eyes. Therefore, it is possible to transmit data without hindering human use as illumination light. In addition, lighting devices are widely used in general, and there is an advantage that these lighting devices can be used for communication.
例えば、特許文献1には照明光を用いた放送システムが記載されている。この場合、通信は照明装置から端末装置へ(ダウンリンク)の一方向のみである。端末装置から照明装置へ(アップリンク)の通信については、通常は赤外線通信が用いられるが、例えば特許文献2に記載されているように、アップリンクについても可視光を用いたものが考えられている。
For example,
ダウンリンクに照明光を用いる場合、通信のための回路を照明装置あるいは照明装置に装着する、照明光源となる電球などの発光部分に組み込むため、アップリンクの受光部についても発光部分あるいはその周辺に設けられている。そのため、受光部の位置が固定されてしまい、例えば端末装置からの光が障害物や人体で遮られると、通信ができなくなるという問題があった。また、端末装置が携帯型の場合、操作者が端末装置を動かしただけで通信できなくなるおそれがあった。さらに、発光部分と受光部とが近いことから、強い照明光が受光部に入射してアップリンクの光と干渉するという問題もあった。 When illuminating light is used for the downlink, the circuit for communication is installed in the light emitting part such as a light bulb as an illumination light source that is mounted on the illuminating device or the illuminating device. Is provided. For this reason, the position of the light receiving unit is fixed. For example, when light from the terminal device is blocked by an obstacle or a human body, there is a problem that communication cannot be performed. Further, when the terminal device is a portable type, there is a possibility that communication cannot be performed only by the operator moving the terminal device. Further, since the light emitting part and the light receiving part are close to each other, there is a problem that strong illumination light enters the light receiving part and interferes with the uplink light.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、安定して確実にアップリンクの通信を行うことができる可視光通信システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a visible light communication system capable of performing uplink communication stably and reliably.
本発明は、可視光通信システムにおいて、電力線に接続され照明素子の発光による照明光を前記電力線から受け取ったデータにより変調して該データを送信するとともに受光素子で受光したデータを前記電力線に送出する送受信手段と、前記電力線に接続され受光素子で受光したデータを前記電力線に送出する複数の受信手段を有し、前記複数の受信手段を前記送受信手段とは異なった場所に配置したことを特徴とするものである。 In the visible light communication system, the illumination light emitted from the illumination element connected to the power line is modulated by the data received from the power line and transmitted, and the data received by the light receiving element is sent to the power line. A transmission / reception unit; and a plurality of reception units that transmit data received by a light receiving element connected to the power line to the power line, wherein the plurality of reception units are arranged at locations different from the transmission / reception unit. To do.
本発明によれば、送受信手段と同じ電力線に接続された複数の受信手段が、送受信手段とは異なった場所に配置されているので、たとえ1つの受信手段あるいは送受信手段についてアップリンクの光が遮られたとしても、他の受信手段あるいは送受信手段で受信することができる。また、操作者が端末装置を動かしてアップリンクの光の方向が変化しても、複数の受信手段あるいは送受信手段のいずれかで受信できれば通信を行うことができる。従って、安定して確実にアップリンクの通信を行うことができるという効果がある。 According to the present invention, since the plurality of receiving means connected to the same power line as the transmitting / receiving means are arranged at different locations from the transmitting / receiving means, the uplink light is blocked by one receiving means or transmitting / receiving means. Even if received, it can be received by other receiving means or transmitting / receiving means. Further, even if the operator moves the terminal device and changes the direction of the uplink light, communication can be performed if reception can be performed by any of a plurality of reception units or transmission / reception units. Therefore, there is an effect that uplink communication can be performed stably and reliably.
また、例えば送受信手段の受光部に照明光の干渉を受けないような対策を施したためにアップリンクの光を受光しにくくなったとしても、他の受信手段によってカバーすることができるので、この場合も安定かつ確実にアップリンクの通信を行うことができる。 Also, for example, even if it becomes difficult to receive the uplink light because the light receiving unit of the transmission / reception means is not subjected to interference of illumination light, it can be covered by other reception means. Can perform uplink communication stably and reliably.
図1は、本発明の実施の一形態を示す概要図である。図中、1は送受信部、2は受信部、3は端末装置、4は電力線、5は外部装置である。本発明では、一般に電力を供給している電力線4を用い、この電力線4に送受信部1と複数の受信部2、および外部装置5が接続されている。これらの各部は電力線4から電力の供給を受けるとともに、同じ電力線4を用いて通信を行う。ここでは外部装置5から送られるデータを、送受信部1により照明光を用いて端末装置3へ送信し、また、端末装置3から光により送られてくるデータを送受信部1又は受信部2により受信して、電力線4を介して外部装置5へ送信する例を示している。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a transmission / reception unit, 2 is a reception unit, 3 is a terminal device, 4 is a power line, and 5 is an external device. In the present invention, a
なお端末装置3は、照明光を受光して、照明光により送られてくるデータ(ダウンリンク)を受信する機能と、発光素子を駆動して光によりデータを送信する機能を有している。
The
送受信部1は、例えばLEDやLD、ELなどの半導体発光素子を有し、この半導体発光素子を発光させ、発光光により照明を行うものである。また、電力線4を通じて送られてくるデータを受信し、受信したデータにより半導体発光素子を点滅制御したり、あるいは光量を制御することにより照明光を変調し、これによって、照明光によりデータを送信する(ダウンリンク)。さらに、送受信部1は受光素子を有している。この受光素子により端末装置3からの光(アップリンク)を受光して、端末装置3から光によって送られてくるデータを受信し、電力線4を通じて外部装置5へデータを送出する。
The transmission /
受信部2は受光素子を有し、この受光素子により端末装置3からの光(アップリンク)を受光して、端末装置3から光によって送られてくるデータを受信し、電力線4を通じて外部装置5へデータを送出する。この受信部2は複数設けることができる。
The
この受信部2は、送受信部1とは異なった場所に配置される。例えば図1に示す例では、送受信部1が照明としての機能を果たすため、通常は部屋の天井などに設けられる。受信部2については、例えば部屋の壁などに設けたり、天井でも隅に設けるなど、送受信部1から離れた位置に設けるとよい。
The receiving
送受信部1および受信部2の構成についてさらに説明する。図2は、送受信部1の一例を示すブロック図である。図中、11は変復調部、12は光変調部、13は半導体発光素子、14は受光素子、15は増幅部である。
The configurations of the transmission /
変復調部11は、電力線4を通じて送られてくるデータを復調して取り込んで光変調部12に渡し、また、増幅部15から渡される受信したデータを変調して電力線4へ送出する。
The modem 11 demodulates and captures data sent through the
光変調部12は、変復調部11から渡されるデータに従って半導体発光素子13の点滅あるいは光量を制御し、半導体発光素子13から放出される光(照明光)を変調してデータを送信する。
The
半導体発光素子13は、上述のように例えばLED、LD、ELなどの高速な応答特性を有する発光素子であり、この半導体発光素子13から放出される光は照明光として利用される。この半導体発光素子13は光変調部12により点滅あるいは光量が制御される。点滅や光量の変動が高速であれば、人間の目には点滅や光量の変動は分からず、データにより変調された光であってもそのまま照明として利用することができる。
As described above, the semiconductor light emitting element 13 is a light emitting element having a high-speed response characteristic such as LED, LD, EL, etc., and the light emitted from the semiconductor light emitting element 13 is used as illumination light. The semiconductor light emitting element 13 is blinked or the amount of light is controlled by the
受光素子14は、外部から送られてくる光を受光して電気信号に変換する。この場合には、端末装置3から放出される光を受光し、送られてくるデータを電気信号に変換して増幅部15へ送る。受光素子14としては、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ、CCDやCMOSセンサなど、様々な受光素子が用いることができる。
The
増幅部15は、受光素子14で受光して変換された電気信号を増幅し、変復調部11へ渡す。これにより、端末装置3から送られてきたデータは変復調部11から電力線4へと送出される。
The amplifying
図3は、受信部2の一例を示すブロック図である。図中、21は受光素子、22は増幅部、23は変調部である。受信部2は送受信部1の一部のみの構成である。受光素子21は送受信部1の受光素子14と同様のものであり、例えば端末装置3から放出される光を受光し、送られてくるデータを電気信号に変換して増幅部15へ送る。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the
増幅部22は送受信部1の増幅部15と同様のものであり、受光素子21で受光して変換された電気信号を増幅し、変調部23へ渡す。
The amplifying
変調部23は送受信部1の変復調部11の変調機能を有するものであり、増幅部22から渡される受信したデータを変調して電力線4へ送出する。これにより、端末装置3から送られてきたデータは電力線4へと送出される。
The
以下、本発明の実施の一形態における動作の概要について簡単に説明しておく。まず、外部装置5から端末装置3へのデータ伝送を行うダウンリンクについては、例えば特許文献1などに記載されているような従来の電力線及び照明光を用いた通信と同様である。すなわち、電力線4を通じて外部装置5から送られてくるデータは、送受信部1の変復調部11で復調され、光変調部12に渡される。光変調部12では、変復調部11から渡されたデータに従って半導体発光素子13の点滅あるいは光量を制御し、これによって半導体発光素子13から放射される光(照明光)を変調してデータを送信する。
The outline of the operation according to the embodiment of the present invention will be briefly described below. First, the downlink for transmitting data from the
端末装置3では、送受信部1から放射される光(照明光)を受光し、復調することにより、送られてきたデータを取得することができる。なお、一般に照明光は光強度が強く、端末装置3の受光素子の方向が多少変化したり、影ができた程度では支障なく通信を行うことができる。
The
一方、端末装置3から外部装置5へのデータ伝送を行うアップリンクについては、端末装置3に設けられている発光素子をデータに従って点滅あるいは光量を制御することによって、光(可視光あるいは赤外光)によってデータを送出することができる。この光を送受信部1の受光素子14で受光し、増幅部15で増幅後、変復調部11で変調して電力線4へ送出し、これにより外部装置5へデータが伝送される。あるいは、端末装置3から放出された光を受信部2の受光素子21で受光し、増幅部22で増幅後、変調部23で変調して電力線4へ送出し、これにより外部装置5へデータが伝送される。
On the other hand, for the uplink that performs data transmission from the
このアップリンクにおいて端末装置3側の発光光の強度は、ダウンリンクに用いる照明光に比べて格段に弱い。そのため、端末装置3側から放出される光が遮られたり、光の向きが変化すると、固定点での受光量は大きく変化し、データを受信できなくなってしまう。例えば通常の状態で端末装置3から放出された光が、主に送受信部1で受光されていたとする。この状態で端末装置3から放出された光が人などによって遮られたり、あるいは端末装置3を動かすなどにより放出される光の方向が変化すると、送受信部1での受光量が大きく変化してデータを受信できなくなる場合が生じる。
In this uplink, the intensity of the emitted light on the
このような場合に、受信部2のいずれかで端末装置3から放出される光を受光できれば、その受信部2が端末装置3から放出される光を受光し、データを受信して外部装置5へ転送することができる。そのために、上述のように受信部2を送受信部1とは異なった場所に配置している。例えば図1に示す例では、送受信部1が部屋の天井に設けられ、受信部2は部屋の壁に設けられていることを示している。このように送受信部1から離れた位置に受信部2を設けることによって、例えば端末装置3から送受信部1への光が遮られた場合でも、受信部2によって端末装置3から放射される光を受信することができる。また、例えば端末装置3が携帯型である場合などのように、操作者が端末装置3の姿勢を変化させ、それに伴って放射される光の向きが変化するような場合でも、送受信部1又は複数の受信部2のいずれかにより受光できれば、通信を行うことができる。さらに、送受信部1で端末装置3からの光と照明光とが干渉してしまう場合でも、他の受信部2で受光及びデータの受信ができれば、問題なくアップリンクの通信を行うことができる。
In such a case, if any of the receiving
もちろん、端末装置3から放射される光を、通常でも受信部2で受光し、データを受信していてもかまわない。従来は送受信部1のみであったため、必ず照明光の出射方向へアップリンクの光を返す必要があった。しかし本発明では、送受信部1のほかに1ないし複数の受信部2を設けることによって、照明光の方向にアップリンクの光を向ける必要がなくなり、より自由度を増すことができる。
Of course, the light radiated from the
また、受信部2は電力線と接続できる場所であればどこに設置することも可能であり、非常に自由度が高い。当然ながら、受信部2は図1に示した配置に限られないことは言うまでもない。
The receiving
このようにして、端末装置3から放出される光が遮られたり、光の方向が変化しても、送受信部1あるいは受信部2のいずれかで受光してデータを受信し、安定かつ確実にアップリンクの通信を行うことができる。
In this way, even if the light emitted from the
なお、端末装置3から放出される光が送受信部1と1ないし複数の受信部2で、あるいは複数の受信部2で受光される場合も発生する。このような場合に対処するため、端末装置3から送信するデータにIDを付したり、タイムスタンプを付しておくとよい。これによって、送受信部1や受信部2の複数でデータを受信した場合でも、それぞれの送受信部1や受信部2では、そのまま外部装置5へデータを転送すればよい。外部装置5では、同じIDや同じタイムスタンプのデータが送られてきた場合には、1つを除いて破棄すればよい。このようにして、複数で受信した場合についても、正確なデータ伝送を実現することができる。
Note that the light emitted from the
また、図1に示した構成では、変復調部11及び変調部23においては、受光素子14あるいは受光素子21で受光した光の波形を電気信号に変換したら、異なる形式の信号に変換することなく、直接電力線を変調する方式とすることによって、装置構成の簡単化と低価格化を図ることができる。もちろん、この構成に限られるものではなく、光による通信と電力線を通じた通信とで異なる変調方式を用いるなど、通信時の詳細については任意である。
In the configuration shown in FIG. 1, in the modem 11 and the
1…送受信部、2…受信部、3…端末装置、4…電力線、5…外部装置、11…変復調部、12…光変調部、13…半導体発光素子、14…受光素子、15…増幅部、21…受光素子、22…増幅部、23…変調部。
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