JP2010239350A - Visible light communication system, and transmitter and receiver of the same - Google Patents
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Description
本発明は、可視光通信システムに関する。より具体的には、本発明は、データをＱＡＭ方式で変調した変調信号を、発光素子を駆動させるための所定の大きさのバイアス電圧に重畳し、変調信号が重畳された電圧によって駆動される光源から放射される可視光信号としてデータを送信する送信装置と、可視光信号を受光して元のデータに復調する受信装置とを含む可視光通信システムに関する。 The present invention relates to a visible light communication system. More specifically, the present invention superimposes a modulation signal obtained by modulating data by the QAM method on a bias voltage having a predetermined magnitude for driving the light emitting element, and is driven by a voltage on which the modulation signal is superimposed. The present invention relates to a visible light communication system including a transmission device that transmits data as a visible light signal emitted from a light source, and a reception device that receives the visible light signal and demodulates it into original data.
ユビキタス・コンピューティングとネットワーク技術との融合により、現在では、あらゆる機器にコンピュータ機能及びネットワーク機能が組み込まれている。携帯電話に代表されるデジタル携帯端末、モバイルＰＣ、デジタル家電、センサ、ＲＦタグ等が、インターネットを介して互いに結合され、さらに放送サービスも融合したユビキタス社会が到来しつつある。 Through the fusion of ubiquitous computing and network technology, computer functions and network functions are now incorporated in all devices. A ubiquitous society in which digital mobile terminals typified by mobile phones, mobile PCs, digital home appliances, sensors, RF tags, and the like are coupled to each other via the Internet and broadcasting services are also being integrated is coming.
このユビキタス社会においては、従来考えられなかった技術の融合により、新たな産業の芽が生まれてきている。中でも、照明技術と情報技術は、今までは接点のない領域であった。しかしながら、ＬＥＤ（発光ダイオード）が照明分野において普及してきたことにより、照明技術と情報技術との融合によって生まれた可視光通信技術を基盤とするＬＥＤ照明によるユビキタス・アプリケーションには、大きなビジネス創造が期待されている。 In this ubiquitous society, new buds of industry have emerged due to the fusion of technologies that were previously unthinkable. Above all, lighting technology and information technology were areas without contact until now. However, with the widespread use of LEDs (light-emitting diodes) in the lighting field, ubiquitous applications based on LED lighting based on visible light communication technology born from the fusion of lighting technology and information technology are expected to create significant businesses. Has been.
可視光通信は、波長が約３６０Å〜約８３０Åの可視光帯域の光を用いて通信を行う通信技術である。可視光通信は、可視光を通信媒体とすることから、（１）電磁波が発生しないため安全であること、（２）照明に用いられる数ワットの電力で通信が可能であるため省エネルギーであること、（３）通信可能範囲が目に見えるため、対象物に受光s装置を向けると対象物の情報が得られること、（４）照明機器は至るところに存在しており（すなわちユビキタス性を有する）、インフラの構築が容易で安価であること、などといった利点を有する。今後、照明機器は省資源、低電力、長寿命の点から、ＬＥＤ化が急速に進むと予想されている。一方、ユビキタス・ネットワーク社会においては、従来の無線通信技術を利用する場合には、あらゆる場所にアンテナ等の通信インフラを新たに設置することが必要となるため、コスト、景観、環境への負担が大きくなることが予想される。したがって、あらゆる場所に存在する照明機器からの可視光を通信媒体として利用すれば、これらの負担を大幅に軽減することが可能であると考えられている。 Visible light communication is a communication technique for performing communication using light in the visible light band having a wavelength of about 360 to 830 mm. Visible light communication uses visible light as a communication medium, so (1) it is safe because it does not generate electromagnetic waves, and (2) it can save energy because it can communicate with several watts of power used for illumination. (3) Since the communicable range is visible, information on the object can be obtained by directing the light receiving device toward the object, and (4) the lighting equipment is present everywhere (that is, ubiquitous) ), The infrastructure is easy and inexpensive. From now on, it is expected that lighting devices will rapidly become LEDs in terms of resource saving, low power, and long life. On the other hand, in the ubiquitous network society, when using conventional wireless communication technology, it is necessary to newly install a communication infrastructure such as an antenna everywhere. Expected to grow. Therefore, it is considered that these burdens can be greatly reduced by using visible light from lighting equipment present in every place as a communication medium.
可視光を利用した可視光通信技術として、従来、特許文献１に開示されるようなＰＰＭ（パルス・ポジション・モジュレーション）方式による通信技術の開発が主に行われてきた。特許文献２は、追随速度の遅いＬＥＤを用いて高速無線通信を実現するための技術であり、複数の送光部を用いて並列に送出される光を利用した技術を開示している。 Conventionally, as a visible light communication technique using visible light, a communication technique based on a PPM (pulse position modulation) system as disclosed in Patent Document 1 has been mainly developed. Patent Document 2 is a technique for realizing high-speed wireless communication using an LED having a slow following speed, and discloses a technique using light transmitted in parallel using a plurality of light transmitting units.
ＰＰＭ方式を用いてＬＥＤ照明機器を可視光の送信装置として利用する場合には、照明のちらつき（フリッカ）が懸念される。すなわち、従来の可視光通信技術において用いられているＰＰＭ方式では、ＬＥＤから放射される可視光の強度をベースバンド信号のＯＮ／ＯＦＦに対応させて変化させるため、送信されるデータの内容によってＬＥＤの照明としての明るさが変化し、光のちらつきが発生するという問題がある。こういった問題を解決するための技術として、例えば特許文献３又は特許文献４の技術が提案されている。特許文献３は、赤色、青色、及び緑色の発光ダイオードのうち赤色発光ダイオードからの光のみに情報を持たせることによって、通信時と非通信時とで可視光の輝度変化を低減する技術である。また、特許文献４は、共振回路を用いて、ベースバンド信号にキャリア信号を加えた時のＬＥＤ電流の平均値とキャリア信号を加えない時のＬＥＤ電流の平均値とを等しくすることによって、キャリア信号の有無によって照明の明るさが変わらないようにする技術である。 When using an LED lighting device as a visible light transmitter using the PPM method, there is a concern about flickering of lighting. That is, in the PPM method used in the conventional visible light communication technology, the intensity of visible light radiated from the LED is changed according to ON / OFF of the baseband signal. There is a problem in that the brightness of the lighting changes and light flickering occurs. As a technique for solving these problems, for example, the technique of Patent Document 3 or Patent Document 4 has been proposed. Patent Document 3 is a technique for reducing a change in luminance of visible light during communication and during non-communication by providing information only to light from a red light emitting diode among red, blue, and green light emitting diodes. . Further, Patent Document 4 uses a resonance circuit to equalize the average value of the LED current when a carrier signal is added to a baseband signal and the average value of the LED current when a carrier signal is not added. This is a technique that prevents the brightness of illumination from changing depending on the presence or absence of a signal.
さらに、従来の可視光通信技術では、ベースバンド信号のＯＮ／ＯＦＦに対応させてＬＥＤから放射される可視光の強度を変化させるため、通信が可能となっても照明機器として調光制御することは難しかった。このため、特許文献５に開示されるように、ＰＰＭ方式を用いてパルス高による調光制御と通信制御とを独立に行う技術が提案されている。 Furthermore, in the conventional visible light communication technology, the intensity of visible light emitted from the LED is changed corresponding to ON / OFF of the baseband signal, so that dimming control is performed as a lighting device even if communication is possible. Was difficult. For this reason, as disclosed in Patent Document 5, a technique for performing dimming control based on pulse height and communication control independently using the PPM method has been proposed.
従来の可視光通信技術のほとんどは、いずれにしてもベースバンド信号に対応させて発光素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する方式を用いるものである。これらの技術は、発光素子をＯＮ／ＯＦＦさせることによってデータを送信するものであるため、発光素子を応答周波数以上の周波数で点滅させることが不可能であり、可視光によって送信できるデータ容量には限界がある。したがって、これらの技術を大容量のマルチメディア・データの通信に利用することは難しい。 Most of the conventional visible light communication techniques use a method of controlling ON / OFF of the light emitting element in accordance with the baseband signal anyway. Since these technologies transmit data by turning on and off the light emitting element, it is impossible to cause the light emitting element to blink at a frequency equal to or higher than the response frequency, and there is a data capacity that can be transmitted by visible light. There is a limit. Therefore, it is difficult to use these technologies for communication of large-capacity multimedia data.
また、ベースバンド信号を用いる従来技術における方法では、上述のように、送信されるデータの内容によって発光素子の照明としての明るさが変化し、光のちらつきが発生するという問題も存在する。さらに、この方式では、照明機器の機能として重要な調光機能及び調色機能の実現が難しい。特許文献４の技術は、ＰＰＭ方式を用いるものではないが、ＡＳＫ又はＦＳＫ変調方式を用いた技術であるため大容量のマルチメディア・データの通信は難しい。 Further, in the conventional method using the baseband signal, as described above, there is a problem that the brightness of the light emitting element changes depending on the content of transmitted data, and the light flickers. Furthermore, in this method, it is difficult to realize a light control function and a color control function that are important as functions of the lighting device. Although the technique of Patent Document 4 does not use the PPM system, it is difficult to communicate large-capacity multimedia data because it uses the ASK or FSK modulation system.
本発明は、マルチメディア・データ（映像、画像、音声、テキストなどのデータ）に対応した通信サービスを安定的に提供することを可能にすると同時に、可視光通信の送信源となる照明機器本来の機能を損なうことのない、すなわち、照明のちらつきを防止し、容易に調光及び調色を行うことができる、可視光通信システム並びに可視光通信システムの送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。 The present invention makes it possible to stably provide a communication service corresponding to multimedia data (video, image, audio, text data, etc.), and at the same time, a lighting device that is a transmission source of visible light communication. An object of the present invention is to provide a visible light communication system and a transmission device and a reception device of the visible light communication system that do not impair the function, that is, can prevent flickering of illumination and can easily perform light adjustment and color adjustment. And
本発明の一つの態様においては、発光素子から放射される可視光を送信されるべきデータの媒体とすることによって該データの送受信を行う可視光通信システムが提供される。可視光通信システムは、送信されるべきデータをＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧にＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、バイアス電圧にＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加される発光素子駆動部と、発光素子駆動部からの駆動信号に従って駆動することによって可視光を放射する発光素子と、発光素子から放射された可視光を受光し、該可視光をＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、ＱＡＭ変調信号を元のデータに復調する復調部とを含むことを特徴とする。 In one aspect of the present invention, there is provided a visible light communication system that transmits and receives data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted. The visible light communication system modulates data to be transmitted by a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) method to generate a QAM modulated signal, generates a predetermined bias voltage, and uses the QAM as the bias voltage. Visible light is emitted by driving according to a drive signal from a bias voltage generation unit that superimposes a modulation signal, a light emitting element driving unit to which a voltage in which a QAM modulation signal is superimposed on a bias voltage is applied, and a light emitting element driving unit A light-emitting element; a light-receiving element that receives visible light emitted from the light-emitting element; converts the visible light into a QAM modulation signal; and a demodulation unit that demodulates the QAM modulation signal into original data. .
本発明の別の態様においては、発光素子から放射される可視光を送信されるべきデータの媒体とすることによって該データの送受信を行う送信装置と受信装置とを含む可視光通信システムが提供される。可視光通信システムに含まれる送信装置は、送信されるべきデータをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧にＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、バイアス電圧にＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加される発光素子駆動部と、発光素子駆動部からの駆動信号に従って駆動することによって可視光を放射する発光素子とを含むことを特徴とする。可視光通信システムに含まれる受信装置は、発光素子から放射された可視光を受光し、該可視光をＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、ＱＡＭ変調信号を元のデータに復調する復調部とを含むことを特徴とする。 In another aspect of the present invention, there is provided a visible light communication system including a transmission device and a reception device that transmit and receive data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted. The A transmission apparatus included in a visible light communication system generates a QAM modulation signal by modulating data to be transmitted by a QAM method, generates a predetermined bias voltage, and superimposes the QAM modulation signal on the bias voltage. A bias voltage generating unit, a light emitting element driving unit to which a voltage in which a QAM modulation signal is superimposed on the bias voltage is applied, and a light emitting element that emits visible light by being driven according to a driving signal from the light emitting element driving unit It is characterized by including. A receiving device included in the visible light communication system receives a visible light emitted from a light emitting element, converts the visible light into a QAM modulation signal, and a demodulation unit that demodulates the QAM modulation signal into original data. It is characterized by including.
本発明の一実施形態においては、可視光通信システムは、送信されるべきデータとフレーム同期信号とを含むフレームを生成するフレーム生成部をさらに含み、変調部は、該フレームをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成することが好ましい。また、可視光通信システムは、ＱＡＭ変調信号のフレームに含まれるフレーム同期信号に基づいてフレーム同期をとるフレーム同期処理部をさらに含み、復調部は、フレーム同期処理が行われたＱＡＭ変調信号を元のデータに復調することが好ましい。本発明の一実施形態においては、送信されるべきデータは、例えばＵＳＢプロトコル又はイーサネット（登録商標）・プロトコルなどによって規定される第１の形式のパケットであり、可視光通信システムはさらに、第１の形式のパケットから所定の情報を取り出し、フレーム生成部によって生成されるフレームに含まれることになる第２の形式のパケットの所定の領域に所定の情報を割り当てる処理を行う第１のインターフェース部と、第２の形式のパケットから所定の情報を取り出し、第１の形式のパケットの所定の領域に所定の情報を割り当てる処理を行う第２のインターフェース部とを含むことが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the visible light communication system further includes a frame generation unit that generates a frame including data to be transmitted and a frame synchronization signal, and the modulation unit modulates the frame using a QAM scheme. It is preferable to generate a QAM modulated signal. The visible light communication system further includes a frame synchronization processing unit that performs frame synchronization based on a frame synchronization signal included in a frame of the QAM modulation signal, and the demodulation unit is based on the QAM modulation signal subjected to the frame synchronization processing. The data is preferably demodulated. In one embodiment of the present invention, the data to be transmitted is a first type packet defined by, for example, the USB protocol or the Ethernet (registered trademark) protocol, and the visible light communication system further includes A first interface unit that performs processing for extracting predetermined information from a packet of the format and assigning the predetermined information to a predetermined region of a packet of the second format that is included in the frame generated by the frame generation unit; And a second interface unit for performing processing for extracting predetermined information from the second format packet and assigning the predetermined information to a predetermined area of the first format packet.
本発明の別の実施形態においては、可視光通信システムの変調部は、ＱＡＭ変調信号又は送信されるべきデータをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式で変調してＯＦＤＭ変調信号を生成するＯＦＤＭ変調信号生成部をさらに含むことが好ましい。可視光通信システムの復調部は、ＯＦＤＭ変調信号をＱＡＭ変調信号又は元のデータにするＯＦＤＭ復調部をさらに含むことが好ましい。 In another embodiment of the present invention, the modulation unit of the visible light communication system modulates a QAM modulated signal or data to be transmitted by an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) scheme to generate an OFDM modulated signal. It is preferable to further include a generation unit. The demodulator of the visible light communication system preferably further includes an OFDM demodulator that converts the OFDM modulated signal into a QAM modulated signal or original data.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムは、バイアス電圧生成部によって生成されるバイアス電圧の大きさを変化させるための制御部をさらに含むことが好ましい。 In still another embodiment of the present invention, it is preferable that the visible light communication system further includes a control unit for changing the magnitude of the bias voltage generated by the bias voltage generation unit.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムの発光素子は、青色発光素子、赤色発光素子、緑色発光素子、ＲＧＢ一体型発光素子、白色発光素子、ＥＬパネル、及びプラズマパネルのいずれか又はこれらを組み合わせたものであることが好ましい。 In yet another embodiment of the present invention, the light emitting element of the visible light communication system is any of a blue light emitting element, a red light emitting element, a green light emitting element, an RGB integrated light emitting element, a white light emitting element, an EL panel, and a plasma panel. Or a combination of these.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムの発光素子は、少なくとも青色発光素子、赤色発光素子、及び緑色発光素子を含むことが好ましく、変調部は、発光素子の数に対応する複数のＱＡＭ変調信号を生成する。バイアス電圧生成部は、青色発光素子、赤色発光素子、及び緑色発光素子の各々に印加されるバイアス電圧の各々を生成して、該バイアス電圧の各々に、変調部によって生成されたＱＡＭ変調信号を重畳させる。制御部は、青色発光素子、赤色発光素子、及び緑色発光素子の各々に印加されるバイアス電圧の大きさを個別に制御する。 In still another embodiment of the present invention, the light emitting element of the visible light communication system preferably includes at least a blue light emitting element, a red light emitting element, and a green light emitting element, and the modulation unit corresponds to the number of light emitting elements. A plurality of QAM modulated signals are generated. The bias voltage generation unit generates each of the bias voltages applied to each of the blue light emitting element, the red light emitting element, and the green light emitting element, and the QAM modulation signal generated by the modulation unit is applied to each of the bias voltages. Superimpose. The control unit individually controls the magnitude of the bias voltage applied to each of the blue light emitting element, the red light emitting element, and the green light emitting element.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムの受光素子は、複数の受光素子を含むことが好ましく、可視光通信システムは、複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算して出力する信号加算処理部をさらに含むことが好ましい。 In still another embodiment of the present invention, the light receiving element of the visible light communication system preferably includes a plurality of light receiving elements, and the visible light communication system receives a plurality of signals output from each of the plurality of light receiving elements. It is preferable to further include a signal addition processing unit for adding and outputting.
本発明のさらに別の実施形態においては、受光素子は複数の受光素子を含むことが好ましく、可視光通信システムは、該複数の受光素子のうちどの受光素子がＱＡＭ変調信号などを含む必要な可視光を受光しているかを判断し、複数の受光素子のうち必要な可視光を受光した受光素子から出力された信号以外の信号を除去することによって、必要な可視光を受光した受光素子からの信号を復調処理のために出力する信号選択処理部をさらに含むことが好ましい。 In still another embodiment of the present invention, the light receiving element preferably includes a plurality of light receiving elements, and the visible light communication system is configured such that any one of the plurality of light receiving elements includes a QAM modulation signal or the like. Judging whether light is received and removing signals other than the signal output from the light receiving element that has received the necessary visible light from among the plurality of light receiving elements, the light from the light receiving element that has received the necessary visible light It is preferable to further include a signal selection processing unit that outputs a signal for demodulation processing.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムは、発光素子の可視光放射方向側に、可視光の到達距離及び到達時のスポット径を調整するための送信用レンズをさらに含むことが好ましい。 In yet another embodiment of the present invention, the visible light communication system further includes a transmission lens for adjusting a visible light reach distance and a spot diameter at the time of arrival on the light emitting direction side of the light emitting element. Is preferred.
本発明のさらに別の実施形態においては、可視光通信システムは、受光素子の受光面の前に、必要な可視光以外の光ノイズを除去するためのフィルタ、及び／又は、可視光を受光素子の受光面に集光するための集光レンズをさらに含むことが好ましい。 In still another embodiment of the present invention, the visible light communication system includes a filter for removing necessary optical noise other than visible light and / or a visible light receiving element before the light receiving surface of the light receiving element. It is preferable to further include a condensing lens for condensing on the light receiving surface.
本発明のさらに別の態様においては、発光素子から放射される可視光を送信されるべきデータの媒体とすることによって該データの送受信を行う可視光通信システムにおいて用いられる送信装置が提供される。送信装置は、送信されるべきデータをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧にＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、バイアス電圧にＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加されることによって発光素子を駆動させるための駆動信号を出力する発光素子駆動部とを含むことを特徴とする。 In still another aspect of the present invention, a transmission device used in a visible light communication system that transmits and receives data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted is provided. The transmission device includes a modulation unit that modulates data to be transmitted by a QAM method to generate a QAM modulation signal, a bias voltage generation unit that generates a predetermined bias voltage and superimposes the QAM modulation signal on the bias voltage, And a light emitting element driving unit that outputs a driving signal for driving the light emitting element by applying a voltage in which a QAM modulation signal is superimposed on the bias voltage.
本発明のさらに別の態様においては、発光素子から放射される可視光を送信されるべきデータの媒体とすることによって該データの送受信を行う可視光通信システムにおいて用いられる送信装置から送信された可視光を受信するための受信装置が提供される。受信装置は、発光素子から放射された可視光を受光し、該可視光をＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、ＱＡＭ変調信号を元のデータに復調する復調部とを含むことを特徴とする。 In still another aspect of the present invention, visible light transmitted from a transmission device used in a visible light communication system that transmits and receives data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted. A receiving device for receiving light is provided. The receiving apparatus includes a light receiving element that receives visible light emitted from the light emitting element, converts the visible light into a QAM modulation signal, and a demodulation unit that demodulates the QAM modulation signal into original data. .
本発明に係る可視光通信システムは、上述の通りの構成とすることによって以下のような効果を奏する。
（１）発光素子を発光させるためのバイアス電圧に、送信すべきデータの信号をＱＡＭ変調信号として重畳することによって、フリッカの影響を除去するとともに、調光及び調色機能などの照明機器本来の性能を損なうことなく、安定した可視光通信を行うことができる。
（２）ＱＡＭ変復調方式を採用することによって、搬送波１波に対して振幅４値及び位相４値のように情報を持たせることにより帯域圧縮を行うことが可能になる。したがって、周波数応答性能の低い発光素子を用いても数十Ｍｂｐｓの通信速度が可能になる。
（３）さらに、発光素子を発光させるためのバイアス電圧に、送信すべき信号をＯＦＤＭ変調信号として重畳することによって、チャネル同士の混信がなくなるために搬送波干渉ガード帯域が必要とされず、送受信機の設計を単純化することができる。
（４）ＰＰＭ方式のようなベースバンド信号を用いるのではなく、搬送波を用いて周波数を多重化することが可能であるため、大容量のデータ通信が可能になる。また、アップリンクとダウンリンクの周波数を別々にすることが可能であるため、容易に双方向通信を実現することができる。
（５）ＵＳＢパケット又はイーサネット（登録商標）・パケットなどといった既存のパケットを可視光パケットに変換する処理を行うようにすることによって、本発明に係る可視光通信システムと現在普及している種々のアプリケーションとの相互接続が容易に可能になる。
（６）複数の受光素子を用いる構成とするとともに、複数の受光素子からの出力信号の処理を加算方式又は選択方式で行うことによって、可視光通信システムの通信距離の延長、通信可能範囲の拡大、及び通信の安定が可能になる。
The visible light communication system according to the present invention has the following effects when configured as described above.
(1) By superimposing a data signal to be transmitted as a QAM modulation signal on a bias voltage for causing the light emitting element to emit light, the influence of flicker is removed, and the original lighting device such as dimming and toning functions Stable visible light communication can be performed without impairing performance.
(2) By adopting the QAM modulation / demodulation method, it is possible to perform band compression by giving information such as a quaternary amplitude and a quaternary value to one carrier wave. Therefore, a communication speed of several tens of Mbps is possible even when a light emitting element with low frequency response performance is used.
(3) Further, by superimposing a signal to be transmitted as an OFDM modulated signal on a bias voltage for causing the light emitting element to emit light, there is no need for a carrier interference guard band because there is no interference between channels, and the transceiver Can be simplified.
(4) Since it is possible to multiplex frequencies using a carrier wave instead of using a baseband signal as in the PPM system, large-capacity data communication is possible. In addition, since uplink and downlink frequencies can be made different, bidirectional communication can be easily realized.
(5) By performing a process of converting an existing packet such as a USB packet or an Ethernet (registered trademark) packet into a visible light packet, the visible light communication system according to the present invention and various currently popularized Interconnection with applications is easily possible.
(6) A configuration using a plurality of light receiving elements and processing of output signals from the plurality of light receiving elements are performed by an addition method or a selection method, thereby extending the communication distance of the visible light communication system and expanding the communicable range. And stable communication.
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る可視光通信システム１００のブロック図である。可視光通信システム１００は、送信装置１１０と受信装置１３０とを含む。本発明の一実施形態に係る送信装置１１０は、第１のインターフェース部１１１と、可視光フレーム生成部１１２と、ＱＡＭ変調部１１３と、ＯＦＤＭ変調部１２０と、ＤＡ変換部１１４と、バイアス電圧生成部１１５と、発光素子駆動部１１６と、発光素子１１７と、送信レンズ１１８と、調光・調色制御部１１９とを含む。本発明の一実施形態に係る受信装置１３０は、色フィルタ１３１と、集光レンズ１３２と、受光素子１３３と、増幅部１３４と、ノイズ・フィルタ１３５と、オートマチック・ゲイン・コントローラ（ＡＧＣ）１３６と、ＡＤ変換部１３７と、信号同期処理部１３８と、ＱＡＭ復調部１３９と、ＯＦＤＭ変調部１４０と、可視光フレーム処理部１４１と、第２のインターフェース部１４２と、を含む。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a visible light communication system 100 according to an embodiment of the present invention. The visible light communication system 100 includes a transmission device 110 and a reception device 130. A transmission apparatus 110 according to an embodiment of the present invention includes a first interface unit 111, a visible light frame generation unit 112, a QAM modulation unit 113, an OFDM modulation unit 120, a DA conversion unit 114, and a bias voltage generation. Unit 115, light emitting element driving unit 116, light emitting element 117, transmission lens 118, and light control / color control unit 119. A receiving apparatus 130 according to an embodiment of the present invention includes a color filter 131, a condenser lens 132, a light receiving element 133, an amplification unit 134, a noise filter 135, an automatic gain controller (AGC) 136, and the like. , An AD conversion unit 137, a signal synchronization processing unit 138, a QAM demodulation unit 139, an OFDM modulation unit 140, a visible light frame processing unit 141, and a second interface unit 142.
（インターフェース部）
送信装置１１０の第１のインターフェース部１１１は、例えば外部機器によって生成されるか又は外部記憶装置に格納された送信されるべきデジタル・データをデータ伝送路から受け取り、可視光フレーム生成部１１２に出力する。本発明に係る可視光通信システム１００は、従来のＰＰＭ方式の可視光通信システムとは異なり数十Ｍｂｐｓの通信速度を実現するものである。したがって、ここで扱うことができるデジタル・データは、例えば映像、画像、音声、テキストなどを含むマルチメディア・データとすることができる。インターフェース部１１１に入力されるデジタル・データは、パケット形式のデータとすることもできる。
(Interface part)
The first interface unit 111 of the transmission device 110 receives, for example, digital data to be transmitted generated from an external device or stored in an external storage device from the data transmission path, and outputs the digital data to the visible light frame generation unit 112. To do. The visible light communication system 100 according to the present invention realizes a communication speed of several tens of Mbps unlike a conventional PPM type visible light communication system. Therefore, the digital data that can be handled here can be multimedia data including, for example, video, image, audio, text, and the like. The digital data input to the interface unit 111 can be packet format data.
可視光通信を効果的に広く活用できる形態とするには、可視光通信システムを現在普及している種々のアプリケーションと相互接続できるようにすることが重要である。この観点からは、情報家電機器、モバイル・コンピュータ、携帯電話などの携帯情報機器において最も幅広く適用されているＵＳＢインターフェースと可視光通信システムとを相互接続できるようにすることが好ましい。ＵＳＢインターフェースは、プリンタ、スキャナ、デジタルカメラ、不揮発性メモリ、キーボード、各種駆動機構（ストレージ類）、マウス、テレビ・チューナ、ＡＤＳＬモデム、端末アダプタ、ＮＩＣ（Network Interface Card）、携帯電話、オーディオ・デバイス等といった種々の機器を接続することが可能であり、新規ハードウェアであってもプラグ・アンド・プレイで自動的に認識するため、アプリケーション開発にとって非常に利便性が高い。可視光通信システムとＵＳＢインターフェースとを相互接続できるようにすることで、ＵＳＢ機能を有するデバイスやシステムに簡単に可視光通信機能を持たせることができる。さらに、可視光通信を用いて種々のサービスやコンテンツを提供するためには、可視光通信システムとインターネットとの相互接続が必要である。インターネットとの相互接続を可能とするためには、インターネットの通信基盤であるイーサネット（登録商標）・インターフェースと可視光通信システムとの相互接続を可能とすることが好ましい。 In order to effectively use visible light communication, it is important that the visible light communication system can be interconnected with various currently popular applications. From this point of view, it is preferable that the USB interface and the visible light communication system, which are most widely applied to portable information devices such as information home appliances, mobile computers, and mobile phones, can be interconnected. USB interface: printer, scanner, digital camera, nonvolatile memory, keyboard, various drive mechanisms (storage), mouse, TV tuner, ADSL modem, terminal adapter, NIC (Network Interface Card), mobile phone, audio device It is possible to connect various devices such as, etc., and even new hardware is automatically recognized by plug and play, so it is very convenient for application development. By enabling the visible light communication system and the USB interface to be interconnected, a device or system having a USB function can be easily provided with a visible light communication function. Furthermore, in order to provide various services and contents using visible light communication, an interconnection between the visible light communication system and the Internet is required. In order to enable interconnection with the Internet, it is preferable to enable interconnection between the Ethernet (registered trademark) interface, which is the communication base of the Internet, and the visible light communication system.
そのために、本発明に係る可視光通信システムには、図１に示されるように、インターフェース部が設けられることが好ましい。これらの構成を加えることによって、本発明に係る可視光通信システムは、ＵＳＢインターフェース又はイーサネット（登録商標）・インターフェースなどといった既存のインターフェースとの相互接続が容易に可能になる。 Therefore, the visible light communication system according to the present invention is preferably provided with an interface unit as shown in FIG. By adding these configurations, the visible light communication system according to the present invention can be easily interconnected with an existing interface such as a USB interface or an Ethernet (registered trademark) interface.
第１のインターフェース部１１１は、例えばＵＳＢ（Universal Serial BUS）インターフェース又はイーサネット（Ethernet）（登録商標）・インターフェースなどといった既存のインターフェースと相互接続することができるように構成されることが好ましい。このため、インターフェース部１１１は、図２に示されるように、ＵＳＢプロトコルにおいて規定されるＵＳＢパケット２０２を後述する可視光フレーム（図３）に適した可視光パケット２０１に変換する機能を有する。また、インターフェース部１１１は、イーサネット（登録商標）・プロトコルにおいて規定されるイーサネット（登録商標）・パケット２０３を可視光フレームに適した可視光パケット２０１に変換する機能を有するようにしてもよい。なお、インターフェース部１１０の機能は、ＵＳＢプロトコル又はイーサネット（登録商標）・プロトコルにおいて規定されているデータ形式を変換することに限定されるものではなく、例えばＩｒＤＡ（infrared Data Association）規格によって規定されるデータ形式、又は、ＤＬＮＡ（Digital Living Network Alliance）規格によって規定されているデータ形式などといった他のデータ形式を、可視光フレームに適したデータ形式に変換する機能を有するようにしてもよい。 The first interface unit 111 is preferably configured to be interconnected with an existing interface such as a USB (Universal Serial BUS) interface or an Ethernet (registered trademark) interface. Therefore, as shown in FIG. 2, the interface unit 111 has a function of converting a USB packet 202 defined by the USB protocol into a visible light packet 201 suitable for a visible light frame (FIG. 3) described later. Further, the interface unit 111 may have a function of converting the Ethernet® packet 203 defined in the Ethernet® protocol into a visible light packet 201 suitable for a visible light frame. The function of the interface unit 110 is not limited to the conversion of the data format defined in the USB protocol or the Ethernet (registered trademark) protocol, and is defined by, for example, the IrDA (Infrared Data Association) standard. A data format or another data format such as a data format defined by the DLNA (Digital Living Network Alliance) standard may be converted into a data format suitable for a visible light frame.
ＵＳＢパケット２０２を可視光パケット２０１に変換する処理は、例えば、１ｍｓ周期のＵＳＢパケットとの同期をとる同期処理、データにエラーがないことを確認するＣＲＣチェック処理、ＵＳＢパケットのトークン及びデータを識別して取り出し、それらのうちの所定の情報を可視光パケットの所定の領域に割り当てるパケット変換処理（図２を参照されたい）、及び、ＵＳＢの転送種別毎に転送タイミングの調整を行う転送処理を含む。また、イーサネット（登録商標）・パケット２０３を可視光パケット２０１に変換する処理は、例えば、イーサネット（登録商標）・パケット２０３のプリアンブルを検出及び除去して有効データを取り出す処理、有効データのうち所定の情報を可視光パケットの所定の領域に割り当てるパケット変換処理（図２を参照されたい）を含む。 The process of converting the USB packet 202 into the visible light packet 201 includes, for example, a synchronization process for synchronizing with a USB packet having a 1 ms cycle, a CRC check process for confirming that there is no error in data, and identifying a token and data of the USB packet A packet conversion process (see FIG. 2) for assigning predetermined information to a predetermined area of the visible light packet, and a transfer process for adjusting the transfer timing for each USB transfer type. Including. The process of converting the Ethernet (registered trademark) packet 203 into the visible light packet 201 includes, for example, a process of detecting and removing the preamble of the Ethernet (registered trademark) packet 203 to extract valid data, and predetermined data out of valid data. Packet conversion processing (see FIG. 2) for assigning the information to a predetermined area of the visible light packet.
（可視光フレーム生成部）
可視光フレーム生成部１１２は、インターフェース部１１１から受け取ったパケット及び／又はデジタル・データを用いて可視光フレームを生成する機能を有する。データをインターフェース部１１１及び可視光フレーム生成部１１２を介して可視光フレームに変換して取り扱うことによって、本発明に係る可視光通信システムとＵＳＢインターフェース又はイーサネット（登録商標）・インターフェースなどといった既存のインターフェースとの相互接続が可能になるとともに、可視光に適したフォーマットで通信を行うことができる。図３は、本発明の一実施形態において用いられる可視光フレームの構成を示す。図３に示されるように、１つの可視光フレームは、スタート信号領域、フレーム同期信号領域、１：Ｎ又はＮ：Ｍの通信に対応するための宛先アドレス領域、可視光領域でのリセット通知、光遮断通知などの固有通信のための制御コマンド領域、送信されるべきデータ、及び、データエラー検出のためのエラーチェック・コードを含むように構成することができる。可視光フレームにおけるフレーム同期信号は、後述される復調部１３９でＱＡＭ変調データを元のデジタル・データに復調する際の基準となる信号である。また、フレーム同期信号は、後述される受信装置１３０における信号選択方式を用いる実施形態において、処理すべき信号を選択するための制御に用いることもできる。
(Visible light frame generator)
The visible light frame generation unit 112 has a function of generating a visible light frame using a packet and / or digital data received from the interface unit 111. An existing interface such as a visible light communication system and a USB interface or an Ethernet (registered trademark) interface according to the present invention is obtained by converting data into a visible light frame via the interface unit 111 and the visible light frame generation unit 112 and handling the data. Can be interconnected with each other, and communication can be performed in a format suitable for visible light. FIG. 3 shows the structure of a visible light frame used in an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, one visible light frame includes a start signal region, a frame synchronization signal region, a destination address region for supporting communication of 1: N or N: M, a reset notification in the visible light region, It can be configured to include a control command area for specific communication such as light blocking notification, data to be transmitted, and an error check code for data error detection. The frame synchronization signal in the visible light frame is a signal used as a reference when demodulating QAM modulation data into original digital data by a demodulator 139 described later. The frame synchronization signal can also be used for control for selecting a signal to be processed in an embodiment using a signal selection method in the receiving apparatus 130 described later.
（ＱＡＭ変調部）
可視光フレーム生成部１１２によって生成された可視光フレームは、ＱＡＭ変調部１１３によって、ＱＡＭ方式で変調されたＱＡＭ変調信号に変換される。ＱＡＭ変調は、搬送波の振幅及び位相を変更することによってデジタル・データを変調する変調方式である。例えば、１つの搬送波に対して振幅４値、位相４値の変調を行うことによって、それぞれ振幅及び位相の異なる１６個の情報を搬送波に持たせることができる（この場合の変調は、「１６値ＱＡＭ」という）。本発明に係る可視光通信システムにおいては、ＱＡＭ変調方式を用いることによって１つの搬送波で多くの情報を伝送することが可能になるため、発光素子として白色ＬＥＤのような周波数応答特性の悪い光源を用いても、数十Ｍｂｐｓの通信速度を達成することが可能になる。また、本発明に係る可視光通信システムは、搬送波を変調するＱＡＭ変調方式を採用することによって、周波数の異なる複数の搬送波を用いて多重化することが可能となるため、上り方向の通信と下り方向の通信とを別々の周波数で行うことができ、容易に双方向通信システムを構築することが可能になる。図４は、ＱＡＭ変調部１１３によって生成されたＱＡＭ変調信号の一例であり、上の信号はデータ「００００」を表し、下の信号はデータ「０００１」を表している。
(QAM modulator)
The visible light frame generated by the visible light frame generation unit 112 is converted by the QAM modulation unit 113 into a QAM modulated signal modulated by the QAM method. QAM modulation is a modulation scheme that modulates digital data by changing the amplitude and phase of a carrier wave. For example, by performing modulation with four values of amplitude and four values with respect to one carrier wave, 16 pieces of information with different amplitudes and phases can be given to the carrier wave. QAM "). In the visible light communication system according to the present invention, it is possible to transmit a large amount of information with one carrier wave by using the QAM modulation method. Therefore, a light source having a poor frequency response characteristic such as a white LED is used as a light emitting element. Even if it is used, a communication speed of several tens of Mbps can be achieved. In addition, the visible light communication system according to the present invention employs a QAM modulation method for modulating a carrier wave, so that it is possible to multiplex using a plurality of carrier waves having different frequencies. Direction communication can be performed at different frequencies, and a bidirectional communication system can be easily constructed. FIG. 4 is an example of a QAM modulated signal generated by the QAM modulating unit 113, and the upper signal represents data “0000” and the lower signal represents data “0001”.
このようにして生成されたデジタル信号であるＱＡＭ変調信号（これ以降、「ＱＡＭ変調信号Ｄ」という）は、ＤＡ変換部１１４によってアナログ信号であるＱＡＭ変調信号（これ以降、「ＱＡＭ変調信号Ａ」という）に変換される。 A QAM modulated signal (hereinafter referred to as “QAM modulated signal D”) that is a digital signal generated in this way is converted into an analog QAM modulated signal (hereinafter referred to as “QAM modulated signal A”) by the DA converter 114. Is converted to
（ＯＦＤＭ変調部）
本発明の別の実施形態においては、ＱＡＭ変調方式に加えて、又はＱＡＭ変調方式とは別に、ＯＦＤＭ変調方式を用いることもできる。ＯＦＤＭ変調部１２０は、可視光フレーム生成部１１２によって生成された可視光フレーム又はＱＡＭ変調部１１３によって生成されたＱＡＭ変調信号Ｄを、ＯＦＤＭ変調信号に変換する。ＯＦＤＭ変調方式は、１チャネルのデータを互いに独立な複数の搬送波に分散させて変調する方式であり、この方式を用いることによって、チャネル同士の混信がなくなるために搬送波干渉ガード帯域が必要とされず、送受信機の設計を単純化することができる。また、ＯＦＤＭ変調方式を用いることによって、単一搬送波で伝送する場合に比べてシンボル期間をはるかに長くすることができること、ガードインターバルが付加されていることによりマルチパスが加わっても符号間干渉が小さくなること、などといった特徴があるため、伝送特性の劣化が小さく、ゴーストを抑制することができる。
(OFDM modulation section)
In another embodiment of the present invention, an OFDM modulation scheme may be used in addition to or separately from the QAM modulation scheme. The OFDM modulation unit 120 converts the visible light frame generated by the visible light frame generation unit 112 or the QAM modulation signal D generated by the QAM modulation unit 113 into an OFDM modulation signal. The OFDM modulation method is a method in which data of one channel is distributed and modulated on a plurality of independent carriers, and by using this method, there is no interference between channels, so a carrier interference guard band is not required. The design of the transceiver can be simplified. Also, by using the OFDM modulation scheme, the symbol period can be made much longer than when transmitting with a single carrier, and the addition of a guard interval prevents intersymbol interference even when multipath is added. Since there is a feature such as being small, transmission characteristic deterioration is small and ghost can be suppressed.
（バイアス電圧生成部）
変調部１１３又は１２０によって生成され、ＤＡ変換部１１４によってアナログ信号に変換されたＱＡＭ変調信号Ａ（データがＯＦＤＭ変調された場合には、ＯＦＤＭ変調信号）は、発光素子１１７を駆動させて常時発光させるためのバイアス電圧に重畳される。図５（ａ）及び（ｂ）は、バイアス電圧生成部１１５の構成の一例である。バイアス電圧生成部１１５は、発光素子１１７を駆動させる所定のバイアス電圧を生成するとともに、ＱＡＭ変調信号Ａをそのバイアス電圧に重畳する機能を有する。図５（ａ）は、調光・調色制御部１１９からの制御信号によってバイアス電圧生成部１１９のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦし、抵抗１と抵抗２〜４との分圧比によりバイアス電圧を調整する方法である。図５（ｂ）は、調光・調色制御部１１９からのバイアスレベルデータ（デジタル信号）をＤＡ変換器でバイアス電圧（アナログ電圧）に変換し、ＱＡＭ変調信号Ａと重畳させる方法である。
(Bias voltage generator)
A QAM modulation signal A (an OFDM modulation signal when data is OFDM-modulated) generated by the modulation unit 113 or 120 and converted into an analog signal by the DA conversion unit 114 is driven to emit light at all times. It is superimposed on the bias voltage for making it. FIGS. 5A and 5B are examples of the configuration of the bias voltage generator 115. The bias voltage generation unit 115 has a function of generating a predetermined bias voltage for driving the light emitting element 117 and superimposing the QAM modulation signal A on the bias voltage. In FIG. 5A, the transistor of the bias voltage generation unit 119 is turned on / off by a control signal from the light control / color control unit 119, and the bias voltage is adjusted by the voltage dividing ratio of the resistor 1 and the resistors 2-4. Is the method. FIG. 5B shows a method of converting bias level data (digital signal) from the light control / color control controller 119 into a bias voltage (analog voltage) by a DA converter and superimposing it on the QAM modulation signal A.
バイアス電圧は、発光素子を駆動する電圧と発光素子の輝度との関係が線形性を有する範囲の大きさの電圧を用いることが好ましい。例えば、発光素子としてＬＥＤを用いる場合には、図６の例示的な順電流―相対光束特性図において○で囲われた部分のような、線形性を有する範囲の電流すなわちバイアス電圧が用いられる。
図７は、生成されたバイアス電圧にＱＡＭ変調信号Ａが重畳された電圧波形の一例の模式図である。この図は、所定のバイアス電圧にＱＡＭ変調信号Ａが重畳されていることを表しており、実線で表されている波形がバイアス電圧生成部１１５の出力の電圧波形を示す。波形のＡの部分はＱＡＭ変調信号Ａが重畳されていないバイアス電圧、Ｂの部分はフレーム同期信号、Ｃの部分は送信されるべきデータに相当する。ＱＡＭ変調信号Ａは、信号波形に含まれる正弦波１波の上下面積が等しいため、ＱＡＭ変調信号Ａの平均電圧はバイアス電圧と等しくなり、その結果、発光素子１１７の発光強度は一定となり、ちらつきの影響が除去される。
As the bias voltage, a voltage having a magnitude within a range in which the relationship between the voltage for driving the light emitting element and the luminance of the light emitting element has linearity is preferably used. For example, when an LED is used as the light emitting element, a current having a linearity, that is, a bias voltage, such as a portion surrounded by a circle in the exemplary forward current-relative light flux characteristic diagram of FIG. 6, is used.
FIG. 7 is a schematic diagram of an example of a voltage waveform in which the QAM modulation signal A is superimposed on the generated bias voltage. This figure shows that the QAM modulation signal A is superimposed on a predetermined bias voltage, and the waveform shown by the solid line shows the voltage waveform of the output of the bias voltage generator 115. A portion of the waveform corresponds to a bias voltage on which the QAM modulation signal A is not superimposed, a portion B corresponds to a frame synchronization signal, and a portion C corresponds to data to be transmitted. Since the QAM modulation signal A has the same top and bottom area of one sine wave included in the signal waveform, the average voltage of the QAM modulation signal A is equal to the bias voltage. As a result, the light emission intensity of the light emitting element 117 is constant and flickers. The effect of is removed.
（調光・調色制御部）
本発明に係る可視光通信システムは、以上のように、発光素子１１７を常時駆動させるための所定のバイアス電圧にＱＡＭ変調信号Ａを重畳させた電圧を印加することによって発光素子１１７を発光させるため、大容量通信機能と照明機能とを安定的に両立させることが可能になるという利点を有する。本発明に係る可視光通信システムにおいては、図１に示される調光・調色制御部１１９を設けることによって、調光機能及び調色機能を実現することを特徴とする。
(Light control / color control unit)
As described above, the visible light communication system according to the present invention causes the light emitting element 117 to emit light by applying a voltage in which the QAM modulation signal A is superimposed on a predetermined bias voltage for constantly driving the light emitting element 117. The large-capacity communication function and the illumination function can be stably achieved. The visible light communication system according to the present invention is characterized in that the light control function and the color control function are realized by providing the light control / color control unit 119 shown in FIG.
本発明に係る可視光通信システムは、可視光を通信媒体として利用することによって、通信機能と照明機能とを両立させることを特徴とする。照明機能として重要な機能の一つに、照明の明るさを任意に変更できるようにする調光機能がある。本発明においては、調光制御の概念を表す図８に示されるように、調光・調色制御部１１９がＱＡＭ変調信号Ａを重畳したバイアス電圧のレベルを変化させることによって、発光素子１１７の発光強度を制御することができる。このようにバイアス電圧のレベルを変化させても、バイアス電圧に重畳されたＱＡＭ変調信号Ａの状態は変化しないため、本発明に係る可視光通信システムは、通信システムとしての機能である大容量可視光通信と、照明機器としての機能である調光機能とを両立させることができる。 The visible light communication system according to the present invention is characterized in that both a communication function and an illumination function are achieved by using visible light as a communication medium. One of the important functions as the illumination function is a dimming function that allows the brightness of the illumination to be arbitrarily changed. In the present invention, as shown in FIG. 8 showing the concept of dimming control, the dimming / toning control unit 119 changes the level of the bias voltage on which the QAM modulation signal A is superimposed, so that the light emitting element 117 The emission intensity can be controlled. Since the state of the QAM modulation signal A superimposed on the bias voltage does not change even when the level of the bias voltage is changed in this way, the visible light communication system according to the present invention has a large-capacity visible function that is a function as a communication system. It is possible to achieve both optical communication and a dimming function that is a function as a lighting device.
調光制御においては、バイアス電圧を低くしすぎると、ＱＡＭ変調信号Ａの振幅の下限が発光素子の発光下限電圧値（発光素子が発光しない電圧値）を下回り、可視光領域でのＱＡＭ変調信号Ａの波形に歪みが生じる。また、バイアス電圧を高くしすぎると、ＱＡＭ変調信号Ａの振幅の上限が発光素子の最大定格電圧値（それ以上印加すると発光素子が破損する電圧値）を上回る恐れがある。したがって、本発明に係る可視光通信システムにおいては、図９（ａ）に示されるように、バイアス電圧の調整範囲（すなわち調光制御の範囲）は、以下の式で表される範囲に設定される。
照明機能として重要な別の機能として、調色機能がある。この機能は、発光素子１１７が、例えば、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び緑色ＬＥＤの３つのＬＥＤから構成され、この３色を混合することによって白色光を生成する場合に、３つのＬＥＤの各々から放射される発光強度のバランスを調整することによって、照明全体の色調を様々に変化させる機能である。本発明においては、調色制御の概念を表す図１０に示されるように、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び緑色ＬＥＤの各々に印加されるバイアス電圧を別々に生成し、それぞれのバイアス電圧に同一のＱＡＭ変調信号Ａを重畳させることによって、この機能を実現することができる。例えば、照明の色調を赤みを帯びた色にしたい場合には、調光・調色制御部１１９が、赤色ＬＥＤに印加されるバイアス電圧が大きくなり、緑色ＬＥＤ及び／又は青色ＬＥＤに印加されるバイアス電圧が小さくなるようにバイアス電圧の大きさを制御することによって、赤色ＬＥＤから放射される光の強度が大きくなる一方、青色ＬＥＤ及び／又は緑色ＬＥＤから放射される光の強度が小さくなり、その結果、赤色が強い色調の照明とすることができる。図１１は、このような調色機能を実現するための、ＱＡＭ変調部１１３以降の構成の一例である。以上のようにバイアス電圧生成部１１５によって生成されるバイアス電圧の大きさを制御する調光・調色制御部１１９を設けるとともに、各々の色の発光素子の数に対応する複数のＤＡ変換部１１４及びバイアス電圧生成部１１５を設けることによって、本発明に係る可視光通信システムは、通信システムとしての機能である大容量可視光通信と、照明機器としての機能である調光・調色機能との両立を実現することができる。 Another function important as a lighting function is a toning function. This function is achieved when each light emitting element 117 is composed of three LEDs, for example, a blue LED, a red LED, and a green LED, and generates white light by mixing the three colors. This is a function that variously changes the color tone of the entire illumination by adjusting the balance of emitted light intensity. In the present invention, as shown in FIG. 10 representing the concept of toning control, a bias voltage applied to each of the blue LED, the red LED, and the green LED is generated separately, and the same bias voltage is applied to each bias voltage. By superimposing the QAM modulation signal A, this function can be realized. For example, when it is desired to change the color tone of the illumination to a reddish color, the dimming / toning control unit 119 increases the bias voltage applied to the red LED and applies it to the green LED and / or the blue LED. By controlling the magnitude of the bias voltage so as to reduce the bias voltage, the intensity of light emitted from the red LED increases, while the intensity of light emitted from the blue LED and / or green LED decreases, As a result, it is possible to obtain illumination with a strong red tone. FIG. 11 shows an example of the configuration after the QAM modulation unit 113 for realizing such a color matching function. As described above, the light control / color control unit 119 for controlling the magnitude of the bias voltage generated by the bias voltage generation unit 115 is provided, and a plurality of DA conversion units 114 corresponding to the number of light emitting elements of each color are provided. In addition, by providing the bias voltage generation unit 115, the visible light communication system according to the present invention includes a large-capacity visible light communication function as a communication system and a dimming / color adjustment function as a lighting device function. Coexistence can be realized.
（発光素子駆動部及び発光素子）
バイアス電圧生成部１１５によって生成されたＱＡＭ変調信号Ａが重畳された電圧は、発光素子駆動部１１６に印加される。発光素子駆動部１１６は、その電圧に従って発光素子１１７を駆動させ、その結果、発光素子１１７から可視光が放射される。発光素子１１７から放射される可視光には、図７に示されるようにＱＡＭ変調信号Ａが含まれている。発光素子１１７は、ＬＥＤを用いることが好ましいが、可視光を発光するものであれば特に限定されない。本発明の一実施形態の可視光通信システム１００に用いられる発光素子１１７は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、又は緑色ＬＥＤといった単色ＬＥＤを単独で用いるか又は組み合わせたものを用いることができ、ＲＧＢのＬＥＤが一体型に構成されたＲＧＢ一体型ＬＥＤ又は白色ＬＥＤを用いることもできる。また、本発明の別の実施形態においては、ＬＥＤに代えて、有機ＥＬパネル、プラズマパネルなどの発光デバイスを発光素子として用いることもできる。
(Light emitting element driving unit and light emitting element)
The voltage on which the QAM modulation signal A generated by the bias voltage generation unit 115 is superimposed is applied to the light emitting element driving unit 116. The light emitting element driving unit 116 drives the light emitting element 117 according to the voltage, and as a result, visible light is emitted from the light emitting element 117. The visible light emitted from the light emitting element 117 includes a QAM modulation signal A as shown in FIG. The light emitting element 117 is preferably an LED, but is not particularly limited as long as it emits visible light. As the light emitting element 117 used in the visible light communication system 100 according to the embodiment of the present invention, a single color LED such as a red LED, a blue LED, or a green LED can be used alone or in combination, and an RGB LED can be used. It is also possible to use an RGB integrated LED or a white LED in which are integrated. In another embodiment of the present invention, a light emitting device such as an organic EL panel or a plasma panel can be used as the light emitting element instead of the LED.
本発明の一実施形態においては、発光素子１１７から放射される可視光の進行方向に見て発光素子１１７の前に、送信用レンズ１１８を配置することが好ましい。送信用レンズ１１８を用いることによって、通信距離と、発光素子１１７から放射される可視光のスポット径とを調節し、可視光通信の精度を向上させることができる。 In one embodiment of the present invention, it is preferable to dispose the transmitting lens 118 in front of the light emitting element 117 when viewed in the traveling direction of visible light emitted from the light emitting element 117. By using the transmission lens 118, the communication distance and the spot diameter of the visible light emitted from the light emitting element 117 can be adjusted, and the accuracy of visible light communication can be improved.
（色フィルタ及び集光レンズ）
送信装置１１０から放射されたＱＡＭ変調信号Ａが含まれた可視光は、受信装置１３０の受光素子１３３に入射する。本発明の一実施形態においては、受光素子１３３に入射する前に可視光が色フィルタ１３１及び集光レンズ１３２を通るようにすることが好ましい。色フィルタ１３１は、受信装置１３０に入射する可視光から光ノイズを除去するためのものである。集光レンズ１３２は、送信装置１１０から受信装置１３０に到達するまでに弱まったＱＡＭ変調信号Ａを含む可視光が効率的に受光面に集光されるようにするために設けられる。集光レンズ１３２としては、例えば凸レンズ又は反射鏡を用いることができる。
(Color filter and condenser lens)
Visible light including the QAM modulated signal A radiated from the transmission device 110 is incident on the light receiving element 133 of the reception device 130. In one embodiment of the present invention, it is preferable that visible light passes through the color filter 131 and the condenser lens 132 before entering the light receiving element 133. The color filter 131 is for removing optical noise from visible light incident on the receiving device 130. The condensing lens 132 is provided so that visible light including the QAM modulation signal A weakened before reaching the receiving device 130 from the transmitting device 110 is efficiently collected on the light receiving surface. As the condenser lens 132, for example, a convex lens or a reflecting mirror can be used.
（受光素子）
受信装置１３０に到達したＱＡＭ変調信号Ａを含む可視光、又は、色フィルタ及び集光レンズを通過したＱＡＭ変調信号Ａを含む可視光は、１つ又は複数の受光素子１３３に入射する。受光素子１３３は、入射した可視光を電気信号に変換して出力するものであれば特に限定されない。本発明の一実施形態においては、受光素子１３３は、受光感度の観点から、ＰＩＮフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオードを用いることが好ましい。別の実施形態においては、受光素子１３３として太陽光発電装置を用いることもできる。この実施形態の場合には、太陽光発電装置は、ＱＡＭ変調信号Ａを含む可視光を受光することだけでなく、受信したＱＡＭ変調信号Ａを処理するための各処理部の動作に必要な電力をバイアス電圧から生成することができるため、太陽光発電装置を受光素子１３３として用いることによって、ＡＣアダプタ又はバッテリなどの外部電源の不要な受信装置１３０の構成が可能となる。また、送信装置１１０と受信装置１３０とが一体に構成された可視光通信システム１００において太陽光発電装置を受光素子１３３として用い、太陽光発電装置がＱＡＭ変調信号Ａを含む可視光を受光したことを検知したときのみ動作に必要な電力（この電力は、太陽光発電装置によって生成される電力であることが好ましい）を送信装置１１０の各処理部に供給し、それ以外の場合は供給しないように機能する電源ＯＦ／ＯＦＦ制御部を可視光通信システム１００に設けることによって、不要な電力の使用を防ぐことが可能となる。
(Light receiving element)
Visible light including the QAM modulated signal A reaching the receiving device 130 or visible light including the QAM modulated signal A that has passed through the color filter and the condenser lens is incident on one or more light receiving elements 133. The light receiving element 133 is not particularly limited as long as it converts incident visible light into an electrical signal and outputs it. In one embodiment of the present invention, the light receiving element 133 is preferably a PIN photodiode or an avalanche photodiode from the viewpoint of light receiving sensitivity. In another embodiment, a solar power generation device can be used as the light receiving element 133. In the case of this embodiment, the photovoltaic power generation apparatus not only receives visible light including the QAM modulation signal A but also power necessary for the operation of each processing unit for processing the received QAM modulation signal A. Can be generated from the bias voltage, the use of the photovoltaic power generation device as the light receiving element 133 enables the configuration of the reception device 130 that does not require an external power source such as an AC adapter or a battery. Further, in the visible light communication system 100 in which the transmission device 110 and the reception device 130 are integrated, the solar power generation device is used as the light receiving element 133, and the solar power generation device receives visible light including the QAM modulation signal A. Only when the power is detected, the power necessary for the operation (this power is preferably generated by the solar power generation device) is supplied to each processing unit of the transmission device 110, and is not supplied otherwise. By providing the visible light communication system 100 with a power supply OF / OFF control unit that functions in an unnecessary manner, it is possible to prevent unnecessary use of power.
本発明においては、複数の受光素子１３３を用いることが好ましい。複数の受光素子１３３を用いることによって、可視光通信システムの通信距離を延長し、通信可能範囲を拡大し、及び通信を安定させることができる。複数の受光素子１３３を用いる場合に、各々の受光素子１３３からの出力を処理するための構成及び方法として、以下に、２つの実施形態を説明する。 In the present invention, it is preferable to use a plurality of light receiving elements 133. By using the plurality of light receiving elements 133, the communication distance of the visible light communication system can be extended, the communicable range can be expanded, and the communication can be stabilized. In the case where a plurality of light receiving elements 133 are used, two embodiments will be described below as a configuration and method for processing the output from each light receiving element 133.
（１）加算方式
図１２は、加算方式を採用する場合の構成を示す。この方式においては、発光素子１１７から放射された可視光は、同時に３つの受光素子１３３に入射し、それぞれの受光素子１３３からは、可視光の受光量に応じた電気信号が出力される。受光素子１３３の各々から出力される電気信号の波形、すなわち図１２におけるＡ点、Ｂ点、及びＣ点における信号波形の例が、図１３に示される。これらの電気信号は、信号加算処理部１５０に入力され、信号加算処理部１５０において加算され、加算された電気信号が信号加算処理部１５０から出力される。図１３には、信号加算処理部１５０から出力される加算された信号波形の例も示されている。図１３から、受光素子１３３の各々から出力される信号のレベルと比べて、信号加算処理部１５０から出力される信号のレベルが大きくなっていることが分かる。このように複数の受光素子１３３を用いた加算方式を利用することによって、通信距離が延長され、通信可能範囲が広がり、通信が安定するようになる。
(1) Addition Method FIG. 12 shows a configuration when the addition method is adopted. In this system, visible light emitted from the light emitting element 117 is simultaneously incident on three light receiving elements 133, and an electric signal corresponding to the amount of received visible light is output from each light receiving element 133. FIG. 13 shows an example of the waveform of the electrical signal output from each of the light receiving elements 133, that is, the signal waveform at the points A, B, and C in FIG. These electric signals are input to the signal addition processing unit 150, added in the signal addition processing unit 150, and the added electric signal is output from the signal addition processing unit 150. FIG. 13 also shows an example of the added signal waveform output from the signal addition processing unit 150. From FIG. 13, it can be seen that the level of the signal output from the signal addition processing unit 150 is higher than the level of the signal output from each of the light receiving elements 133. By using the addition method using the plurality of light receiving elements 133 in this way, the communication distance is extended, the communicable range is expanded, and communication is stabilized.
（２）選択方式
図１４は、選択方式を採用する場合の構成を示す。この方式においては、複数の受光素子１３３を用いることは上述の加算方式と同様であるが、それぞれの受光素子１３３からの信号は、信号加算処理部１５０ではなく信号選択処理部１５１によって処理される。信号選択処理部１５１は、複数の受光素子１３３からの信号のうちのいずれを復調処理すべきかを選択し、選択された信号のみを復調部１３９又は１４０に出力する。
(2) Selection Method FIG. 14 shows a configuration when the selection method is adopted. In this method, the use of a plurality of light receiving elements 133 is the same as in the above-described addition method, but the signal from each light receiving element 133 is processed by the signal selection processing unit 151 instead of the signal addition processing unit 150. . The signal selection processing unit 151 selects which of the signals from the plurality of light receiving elements 133 is to be demodulated, and outputs only the selected signal to the demodulation unit 139 or 140.
図１５は、選択方式を採用する場合に、選択すべき信号を判定する方法を示す。図１５に示されるように、ここでは、３つの受光素子１３３ａ〜１３３ｃに、発光素子１１７からの可視光と、発光素子１１７以外の光源、例えば蛍光灯１６０からの可視光とのいずれかが入射しているものとする。このとき、受光素子１３３ｃが受光する可視光は、ＱＡＭ変調信号Ａを含まないノイズであるため除外する必要がある。しかしながら、受光した可視光の強度のみで信号の選択を行うと、蛍光灯や太陽光などの外乱光を取り込んだ受光素子からの信号を選択する可能性がある。したがって、信号選択処理部１５１は、受光素子１３３からの信号のうち、どれがＱＡＭ変調信号Ａを含む信号であるかを識別し、かつ、電圧レベルの高い信号を選択するように構成される。このように信号選択を行うことによって、本発明に係る可視光通信システムは、図１４に示されるように、例えば発光素子１１７を含む送信装置１１０又は受光素子１３３を含む受信装置１３０のいずれか又は両方が移動している場合においても、安定した通信を行うことが可能になる。 FIG. 15 shows a method for determining a signal to be selected when the selection method is adopted. As shown in FIG. 15, here, visible light from the light emitting element 117 and any of light sources other than the light emitting element 117, for example, visible light from the fluorescent lamp 160, are incident on the three light receiving elements 133 a to 133 c. Suppose you are. At this time, visible light received by the light receiving element 133c is noise that does not include the QAM modulation signal A, and thus must be excluded. However, if a signal is selected based only on the intensity of the received visible light, there is a possibility of selecting a signal from a light receiving element that captures disturbance light such as a fluorescent lamp or sunlight. Therefore, the signal selection processing unit 151 is configured to identify which of the signals from the light receiving element 133 is a signal including the QAM modulation signal A and to select a signal having a high voltage level. By performing signal selection in this way, the visible light communication system according to the present invention is, as shown in FIG. 14, for example, either the transmission device 110 including the light emitting element 117 or the receiving device 130 including the light receiving element 133 or Even when both are moving, stable communication can be performed.
図１５に示される例では、受光素子１３３ａには発光素子１１７からの可視光が入射しており、一方、受光素子１３３ｂ及び１３３ｃには外乱光である蛍光灯１６０等からの可視光が入射している。受光素子１３３ａによって可視光から変換された電気信号の電圧は、図１５中の上部の模式図に示されるように、蛍光灯１６０等からの外乱光による電圧レベルに、送信装置１１０のバイアス電圧生成部１１５によって生成されたバイアス電圧とＱＡＭ変調信号Ａとが加わった電圧レベルになっている。一方、受光素子１３３ｂ及び１３３ｃに入射した外乱光から変換された電気信号の電圧レベルは、例えば図１５中の下部の図に示されるように、一定の電圧レベル又はノイズの電圧レベルである。信号選択処理部１５１は、これらの発光素子１３３ａ〜１３３ｃによって変換された電気信号から後述するフレーム同期処理部１３８において同期信号の再生処理が行われた後の信号を受け取り、それらの信号のうち、同期信号が含まれており且つバイアス電圧に相当する分だけ電圧レベルが高い信号を選択して、出力する。複数の発光素子からの信号のいずれにも同期信号が含まれている場合には、信号選択処理部１５１は、各々の信号に含まれる同期信号の最大振幅値の大きさを比較し、最も大きい振幅を有する信号を選択する。 In the example shown in FIG. 15, visible light from the light emitting element 117 is incident on the light receiving element 133a, while visible light from the fluorescent lamp 160 or the like, which is disturbance light, is incident on the light receiving elements 133b and 133c. ing. The voltage of the electric signal converted from the visible light by the light receiving element 133a is generated at the voltage level due to the disturbance light from the fluorescent lamp 160 and the like as shown in the upper schematic diagram of FIG. The voltage level is obtained by adding the bias voltage generated by the unit 115 and the QAM modulation signal A. On the other hand, the voltage level of the electric signal converted from the disturbance light incident on the light receiving elements 133b and 133c is, for example, a constant voltage level or a noise voltage level as shown in the lower diagram of FIG. The signal selection processing unit 151 receives a signal after a synchronization signal reproduction process is performed in a frame synchronization processing unit 138, which will be described later, from the electrical signals converted by the light emitting elements 133a to 133c, and among these signals, A signal that includes a synchronization signal and has a high voltage level corresponding to the bias voltage is selected and output. When any of the signals from the plurality of light emitting elements includes the synchronization signal, the signal selection processing unit 151 compares the maximum amplitude value of the synchronization signal included in each signal, and is the largest. A signal having an amplitude is selected.
再び図１を参照すると、送信装置１３０は、必要に応じて、増幅部１３４、ノイズ・フィルタ１３５、及び／又は、オートマチック・ゲイン・コントローラ（ＡＧＣ）１３６とを含むものとすることができる。ＡＧＣ１３６は、所定のレベルを超えた強いレベルの信号が入力した時は利得を制御して信号飽和を防ぎ、 弱い信号が入力した時には所定のレベルまで上げて一定の信号レベルを保つ自動利得調整を行う機能を有する。ＡＧＣ１３６によって、本発明に係る可視光通信システムは、通信距離の変動によるＱＡＭ変調信号Ａが含まれた可視光の強度の変動に対応することができる。受光素子１３３から出力された電気信号は、増幅部１３４、ノイズ・フィルタ１３５、及び／又は、ＡＧＣ１３６を通すことによって品質を安定させた後、ＡＤ変換部１３７に入力される。ＡＤ変換部１３７は、入力したアナログ信号であるＱＡＭ変調信号Ａを、デジタル信号であるＱＡＭ変調信号Ｄに変換する。 Referring to FIG. 1 again, the transmission device 130 may include an amplification unit 134, a noise filter 135, and / or an automatic gain controller (AGC) 136 as necessary. The AGC 136 controls the gain when a strong signal exceeding a predetermined level is input to prevent signal saturation, and when a weak signal is input, the AGC 136 adjusts the gain to a predetermined level to maintain a constant signal level. Has the function to perform. With the AGC 136, the visible light communication system according to the present invention can cope with fluctuations in the intensity of visible light including the QAM modulated signal A due to fluctuations in communication distance. The electrical signal output from the light receiving element 133 is input to the AD conversion unit 137 after the quality is stabilized by passing through the amplification unit 134, the noise filter 135, and / or the AGC 136. The AD conversion unit 137 converts the QAM modulation signal A that is an input analog signal into a QAM modulation signal D that is a digital signal.
（フレーム同期処理部）
ＡＤ変換部１３７から出力されたＱＡＭ変調信号Ｄは、フレーム同期処理部１３８に入力される。フレーム同期処理部１３８は、ＱＡＭ変調信号Ｄに含まれる可視光フレームのスタート信号の検知、フレーム同期信号の検知、フレーム同期信号の再生処理、及び、フレーム同期処理を行う。
(Frame synchronization processing part)
The QAM modulation signal D output from the AD conversion unit 137 is input to the frame synchronization processing unit 138. The frame synchronization processing unit 138 performs detection of the start signal of the visible light frame included in the QAM modulation signal D, detection of the frame synchronization signal, reproduction processing of the frame synchronization signal, and frame synchronization processing.
（ＱＡＭ復調部）
フレーム同期処理部１３８においてフレーム同期処理が行われたＱＡＭ変調信号Ｄは、ＱＡＭ復調部１３９において、元の可視光フレームに復調される。なお、ＯＦＤＭ変調信号部１２０によってＯＦＤＭ変調信号が生成される実施形態においては、ＱＡＭ復調部１３９とは別に設けられたＯＦＤＭ復調部１４０によって、ＯＦＤＭ変調信号が元の可視光フレームに復調される。復調部１３９及び／又は１４０において復調された可視光フレームは、可視光フレーム処理部１４１において処理され、可視光フレームからパケット又は送信されるべきデータが取り出される。
(QAM demodulator)
The QAM modulation signal D subjected to the frame synchronization processing in the frame synchronization processing unit 138 is demodulated into the original visible light frame in the QAM demodulation unit 139. In the embodiment in which the OFDM modulation signal is generated by the OFDM modulation signal unit 120, the OFDM modulation signal is demodulated into the original visible light frame by the OFDM demodulation unit 140 provided separately from the QAM demodulation unit 139. The visible light frame demodulated by the demodulation units 139 and / or 140 is processed by the visible light frame processing unit 141, and a packet or data to be transmitted is extracted from the visible light frame.
（インターフェース部）
ＱＡＭ復調部１３９によって復調され、可視光フレーム処理部１４１で取り出されたパケットは、第２のインターフェース部１４２によって受け取られ、外部記憶装置などの外部機器に繋がるデータ伝送路に出力される。インターフェース部１４２は、例えばＵＳＢインターフェース又はイーサネット（登録商標）・インターフェースなどといった既存のインターフェースと相互接続することができるように構成されることが好ましい。このため、インターフェース部１４２は、図２に示される処理と逆の処理を行う。すなわち、インターフェース部１４２は、可視光フレームに適した可視光パケット２０１をＵＳＢプロトコルにおいて規定されるＵＳＢパケット２０２に変換する機能を有する。また、インターフェース部１４２は、可視光フレームに適した可視光パケット２０１をイーサネット（登録商標）・プロトコルにおいて規定されるイーサネット（登録商標）・パケット２０３に変換する機能を有するようにしてもよい。
(Interface part)
The packet demodulated by the QAM demodulator 139 and taken out by the visible light frame processor 141 is received by the second interface unit 142 and output to a data transmission path connected to an external device such as an external storage device. The interface unit 142 is preferably configured to be interconnected with an existing interface such as a USB interface or an Ethernet (registered trademark) interface. For this reason, the interface unit 142 performs a process reverse to the process shown in FIG. That is, the interface unit 142 has a function of converting a visible light packet 201 suitable for a visible light frame into a USB packet 202 defined by the USB protocol. The interface unit 142 may have a function of converting a visible light packet 201 suitable for a visible light frame into an Ethernet (registered trademark) packet 203 defined by the Ethernet (registered trademark) protocol.
（可視光通信システムの別の形態）
本発明の一実施形態である図１においては、可視光通信システム１００は、送信装置１１０と受信装置１３０とが分離された構成、すなわち、送信装置１１０を表す実線と受信装置１３０を表す実線とによって分離された構成を持つように記載されている。この構成は、一般に、データの流れが一方向の可視光通信システムにおいて用いられる。この形態とは別に、データの流れが双方向の可視光通信システムの形態も考えられる。この場合には、本発明に係る可視光通信システムは、図１において点線１７０によって囲まれるように、送信装置１１０を構成する要素と受信装置１３０を構成する要素とを一体としたシステムとして構築されることが好ましい。
(Another form of visible light communication system)
In FIG. 1 which is an embodiment of the present invention, the visible light communication system 100 has a configuration in which a transmission device 110 and a reception device 130 are separated, that is, a solid line representing the transmission device 110 and a solid line representing the reception device 130. Are described as having a configuration separated by. This configuration is generally used in a visible light communication system in which the data flow is unidirectional. Apart from this form, a form of a visible light communication system in which the data flow is bidirectional is also conceivable. In this case, the visible light communication system according to the present invention is constructed as a system in which the elements constituting the transmitting apparatus 110 and the elements constituting the receiving apparatus 130 are integrated as surrounded by a dotted line 170 in FIG. It is preferable.
また、本発明に係る可視光通信システムを既存の照明システムに組み込む形態も考えられる。この場合には、図１において点線１７０によって囲まれる構成要素のうち、発光素子１１７及び送信用レンズ１１８を除いた構成を有するように可視光通信システムを構築し、発光素子駆動部１１６からの出力を既存の照明システムの発光素子に入力させるようにすればよい。
Further, a form in which the visible light communication system according to the present invention is incorporated into an existing illumination system is also conceivable. In this case, a visible light communication system is constructed so as to have a configuration excluding the light emitting element 117 and the transmission lens 118 among the components surrounded by the dotted line 170 in FIG. 1, and output from the light emitting element driving unit 116. May be input to a light emitting element of an existing lighting system.
Claims (15)
送信されるべき前記データをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、
所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、
前記バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加される発光素子駆動部と、
前記発光素子駆動部からの駆動信号に従って駆動することによって可視光を放射する発光素子と、
前記発光素子から放射された前記可視光を受光し、該可視光を前記ＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、
前記ＱＡＭ変調信号を前記データに復調する復調部と、
を含むことを特徴とする可視光通信システム。 A visible light communication system for transmitting and receiving data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted,
A modulator that modulates the data to be transmitted in a QAM format to generate a QAM modulated signal;
A bias voltage generator that generates a predetermined bias voltage and superimposes the QAM modulation signal on the bias voltage;
A light emitting element driving unit to which a voltage in which the QAM modulation signal is superimposed on the bias voltage is applied;
A light emitting element that emits visible light by being driven according to a driving signal from the light emitting element driving unit;
A light receiving element that receives the visible light emitted from the light emitting element and converts the visible light into the QAM modulation signal;
A demodulator that demodulates the QAM modulated signal into the data;
A visible light communication system comprising:
前記送信装置は、
送信されるべき前記データをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、
所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、
前記バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加される発光素子駆動部と、
前記発光素子駆動部からの駆動信号に従って駆動することによって可視光を放射する発光素子と、
を含み、
前記受信装置は、
前記発光素子から放射された前記可視光を受光し、該可視光を前記ＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、
前記ＱＡＭ変調信号を前記データに復調する復調部と、
を含むことを特徴とする可視光通信システム。 A visible light communication system including a transmission device and a reception device for transmitting and receiving data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted,
The transmitter is
A modulator that modulates the data to be transmitted in a QAM format to generate a QAM modulated signal;
A bias voltage generator that generates a predetermined bias voltage and superimposes the QAM modulation signal on the bias voltage;
A light emitting element driving unit to which a voltage in which the QAM modulation signal is superimposed on the bias voltage is applied;
A light emitting element that emits visible light by being driven according to a driving signal from the light emitting element driving unit;
Including
The receiving device is:
A light receiving element that receives the visible light emitted from the light emitting element and converts the visible light into the QAM modulation signal;
A demodulator that demodulates the QAM modulated signal into the data;
A visible light communication system comprising:
前記ＱＡＭ変調信号の前記フレームに含まれる前記フレーム同期信号に基づいてフレーム同期をとるフレーム同期処理部をさらに含み、前記復調部は、フレーム同期処理が行われた前記ＱＡＭ変調信号を前記データに復調する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。 A frame generation unit configured to generate a frame including the data to be transmitted and a frame synchronization signal; and the modulation unit generates a QAM modulation signal by modulating the frame using a QAM method,
A frame synchronization processing unit configured to perform frame synchronization based on the frame synchronization signal included in the frame of the QAM modulation signal; and the demodulation unit demodulates the QAM modulation signal subjected to frame synchronization processing to the data. To
The visible light communication system according to claim 1, wherein the visible light communication system is characterized.
前記第１の形式のパケットから所定の情報を取り出し、前記フレーム生成部によって生成される前記フレームに含まれることになる第２の形式のパケットの所定の領域に前記所定の情報を割り当てる処理を行う、第１のインターフェース部と、
前記第２の形式のパケットから前記所定の情報を取り出し、前記第１の形式のパケットの所定の領域に前記所定の情報を割り当てる処理を行う、第２のインターフェース部と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の可視光通信システム。 The data to be transmitted is a packet of a first type;
A process of extracting predetermined information from the first format packet and assigning the predetermined information to a predetermined area of the second format packet to be included in the frame generated by the frame generation unit. A first interface unit;
A second interface unit for performing processing for extracting the predetermined information from the packet of the second format and assigning the predetermined information to a predetermined area of the packet of the first format;
The visible light communication system according to claim 4, further comprising:
前記復調部は、前記ＯＦＤＭ変調信号を前記ＱＡＭ変調信号又は前記データにするＯＦＤＭ復調部をさらに含む、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。 The modulation unit further includes an OFDM modulation signal generation unit that generates an OFDM modulation signal by modulating the QAM modulation signal or the data by an OFDM method,
The demodulator further includes an OFDM demodulator that converts the OFDM modulated signal into the QAM modulated signal or the data.
The visible light communication system according to claim 1, wherein the visible light communication system is characterized.
前記変調部は、前記発光素子の数に対応する複数のＱＡＭ変調信号を生成し、
前記バイアス電圧生成部は、前記青色発光素子、前記赤色発光素子、及び緑色発光素子の各々に印加されるバイアス電圧の各々を生成して、該バイアス電圧の各々に前記複数のＱＡＭ変調信号の各々を重畳させ、
前記制御部は、前記青色発光素子、前記赤色発光素子、及び前記緑色発光素子の各々に印加される前記バイアス電圧の大きさを個別に制御する、
ことを特徴とする、請求項６に記載の可視光通信システム。 The light emitting element includes at least a blue light emitting element, a red light emitting element, and a green light emitting element,
The modulation unit generates a plurality of QAM modulation signals corresponding to the number of the light emitting elements,
The bias voltage generation unit generates each bias voltage applied to each of the blue light emitting element, the red light emitting element, and the green light emitting element, and each of the plurality of QAM modulation signals is applied to each of the bias voltages. Are superimposed,
The control unit individually controls the magnitude of the bias voltage applied to each of the blue light emitting element, the red light emitting element, and the green light emitting element.
The visible light communication system according to claim 6.
前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算して出力する信号加算処理部をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。 The light receiving element includes a plurality of light receiving elements,
The visible light communication system according to claim 1, further comprising a signal addition processing unit that adds and outputs a plurality of signals output from each of the plurality of light receiving elements.
前記複数の受光素子のうちどの受光素子が前記可視光を受光しているかを判断し、前記複数の受光素子のうち前記可視光を受光した受光素子から出力された信号以外の信号を除去することによって、前記可視光を受光した受光素子からの信号を出力する信号選択処理部をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。 The light receiving element includes a plurality of light receiving elements,
Determining which light receiving element of the plurality of light receiving elements is receiving the visible light, and removing signals other than signals output from the light receiving elements that have received the visible light among the plurality of light receiving elements; The visible light communication system according to claim 1, further comprising: a signal selection processing unit that outputs a signal from a light receiving element that has received the visible light.
送信されるべき前記データをＱＡＭ方式で変調してＱＡＭ変調信号を生成する変調部と、
所定のバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号を重畳させるバイアス電圧生成部と、
前記バイアス電圧に前記ＱＡＭ変調信号が重畳された電圧が印加されることによって前記発光素子を駆動させるための駆動信号を出力する発光素子駆動部と、
を含むことを特徴とする送信装置。 A transmission device used in a visible light communication system that transmits and receives data by using visible light emitted from a light emitting element as a data medium to be transmitted,
A modulator that modulates the data to be transmitted in a QAM format to generate a QAM modulated signal;
A bias voltage generator that generates a predetermined bias voltage and superimposes the QAM modulation signal on the bias voltage;
A light emitting element driving unit that outputs a drive signal for driving the light emitting element by applying a voltage in which the QAM modulation signal is superimposed on the bias voltage;
A transmission apparatus comprising:
前記発光素子から放射された前記可視光を受光し、該可視光を前記ＱＡＭ変調信号に変換する受光素子と、
前記ＱＡＭ変調信号を前記データに復調する復調部と、
を含むことを特徴とする受信装置。 A receiving device for receiving visible light transmitted from the transmitting device according to claim 13, comprising:
A light receiving element that receives the visible light emitted from the light emitting element and converts the visible light into the QAM modulation signal;
A demodulator that demodulates the QAM modulated signal into the data;
A receiving apparatus comprising:
前記太陽光発電装置によって生成された電力を用いて構成要素の少なくとも一部が動作するように構成されており、
前記太陽光発電装置が前記ＱＡＭ変調信号を含む前記可視光を受光したときのみ、前記構成要素の前記少なくとも一部に電力を供給するように動作する電源制御部をさらに含む、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。 The light receiving element is a solar power generation device,
It is configured such that at least some of the components operate using the power generated by the solar power generation device,
A power controller that operates to supply power to the at least part of the components only when the solar power generation apparatus receives the visible light including the QAM modulation signal;
The visible light communication system according to claim 1, wherein the visible light communication system is characterized.
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