JP2011135205A - Optical wireless communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線もしくは可視光を用いて、ワイヤレス通信を行う光ワイヤレス通信装置に関するものである。 The present invention relates to an optical wireless communication apparatus that performs wireless communication using infrared rays or visible light.
ワイヤレス通信の1つの方式として、光を用いた光ワイヤレス通信方式が知られている。光ワイヤレス通信方式は、平行光を用いた方式と、拡散光を用いた方式とに大きく分けることができる。このうち、平行光を用いた方式は、レーザから出力されたビームを平行光のまま用いるもので、主にビル間通信等に用いられる。特徴としては、光の拡がりによる損失がないため比較的長距離の伝送が可能であるが、複雑な光軸調整が必要という問題がある。 An optical wireless communication method using light is known as one method of wireless communication. The optical wireless communication system can be broadly divided into a system using parallel light and a system using diffused light. Among them, the method using parallel light uses the beam output from the laser as parallel light, and is mainly used for communication between buildings. As a feature, since there is no loss due to the spread of light, transmission over a relatively long distance is possible, but there is a problem that complicated optical axis adjustment is necessary.
一方、拡散光を用いた方式は、LED等から出力された拡散光を用いるものであり、平行光を用いる方式と比較して、光軸と直交する方向の受信範囲を広くできるため、複雑な光軸調整が不要という利点がある。その一方で、拡散による損失(距離の2乗に比例)により伝送可能な距離が制限される。適用例としてはIrDAがあり、また照明光を用いた可視光通信においても用いられる。 On the other hand, the method using diffused light uses diffused light output from an LED or the like, and the reception range in the direction perpendicular to the optical axis can be widened compared to the method using parallel light, so that it is complicated. There is an advantage that optical axis adjustment is unnecessary. On the other hand, the distance that can be transmitted is limited by the loss due to diffusion (proportional to the square of the distance). As an application example, there is IrDA, and it is also used in visible light communication using illumination light.
ところで、光ワイヤレス通信において伝送速度を高速化する場合、発光素子や受光素子も高速のものを用いる必要があるが、一般的に受光素子は高速化するほど素子面積が小さくなるという性質がある。光ワイヤレス通信において受光素子の面積が小さくなると、受光素子に入射する単位面積あたりの光電力(入射照度)が同じ場合、受光電力が小さくなる。よって、伝送速度が低速の場合(すなわち、受光素子が大きい場合)と同等の受光電力を確保するためには、入射照度を大きく取る必要がある。このため、拡散光を用いた方式の場合、高速化するほど伝送可能な距離は小さくなる。 By the way, in order to increase the transmission speed in optical wireless communication, it is necessary to use high-speed light-emitting elements and light-receiving elements. Generally, the light-receiving elements have a property that the element area decreases as the speed increases. When the area of the light receiving element is reduced in optical wireless communication, the received light power is reduced when the optical power (incident illuminance) per unit area incident on the light receiving element is the same. Therefore, it is necessary to increase the incident illuminance in order to secure the received light power equivalent to that when the transmission speed is low (that is, when the light receiving element is large). For this reason, in the case of a system using diffused light, the distance that can be transmitted decreases as the speed increases.
一方、送信器での指向角を小さくすることで入射照度を大きくすることも可能であるが、この場合、光軸と直交する方向の受信範囲が制限され、拡散光を用いる利点が損なわれる。このように、拡散光を用いた方式では、伝送速度、伝送距離、受信範囲が互いにトレードオフの関係にある。 On the other hand, it is possible to increase the incident illuminance by reducing the directivity angle at the transmitter, but in this case, the reception range in the direction orthogonal to the optical axis is limited, and the advantage of using diffused light is impaired. Thus, in the method using diffused light, the transmission speed, transmission distance, and reception range are in a trade-off relationship.
これに対応する1つの方法として、発光素子と受光素子とを複数用意し、パラレル伝送する方法がある。パラレル伝送を行うと、1チャンネルあたりの伝送速度を抑えられるため、受光素子の面積を大きくすることができ、伝送距離の制限を緩和できる。しかし、拡散光を用いる場合、距離が大きくなると複数の発光素子から送信される光信号が混ざり、受信できなくなる場合がある。 One method corresponding to this is to prepare a plurality of light emitting elements and light receiving elements and perform parallel transmission. When parallel transmission is performed, the transmission speed per channel can be suppressed, so that the area of the light receiving element can be increased and the restriction on the transmission distance can be relaxed. However, in the case of using diffused light, when the distance increases, optical signals transmitted from a plurality of light emitting elements may be mixed and cannot be received.
この問題に対する従来の対処方法の一例としては、特許文献1に開示されている方法がある。この例では、図31に示すように、複数の発光ユニット(光送信部)901及び902に個別に対応づけられた、複数の情報端末(光受信部)903、904に情報を伝送する場合を想定している。ここでは、発光ユニット901及び902から情報端末903及び904までの情報伝送に、図32に示した情報フォーマットを用いている。この情報フォーマットは、ヘッダ部、共通情報部、固有情報部、及び誤り検出部を時系列的に並べられた構成になっている。
As an example of a conventional method for dealing with this problem, there is a method disclosed in
共通情報部では、発光ユニット901と発光ユニット902とから共通の情報を送信する。固有情報部では、発光ユニット901と発光ユニット902とから、それぞれ互いに異なる情報を送信する。情報端末903または情報端末904では、一方の発光ユニットからの光のみを受信した場合は、共通情報部と固有情報部とのどちらの情報も受信できる。これに対して、複数の発光ユニットからの光が混ざった状態で受信した場合は、固有情報部の情報は失われるが、共通情報部の情報は受信できる。このようにして、複数の発光ユニットからの光が混ざった状態でも受信を可能としている。
In the common information section, common information is transmitted from the light emitting unit 901 and the
しかしながら、上述した従来の構成では、複数の発光ユニット901及び902からの光が混ざった場合は、固有情報部に含まれる情報は全て失われるため、1チャンネルのみ伝送した場合よりも伝送効率が低下する。また、光が混ざらない場合も共通情報部を伝送するため、パラレル伝送と比較して伝送効率が低下するという課題を有していた。
However, in the conventional configuration described above, when light from a plurality of
それ故に、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数の光送信部及び複数の光受信部を用いた光ワイヤレス通信装置において、伝送距離が変化した場合もそれぞれ高い伝送効率を実現することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and achieves high transmission efficiency even when the transmission distance changes in an optical wireless communication apparatus using a plurality of optical transmitters and a plurality of optical receivers. The purpose is to do.
本発明は、第1の端末と第2の端末とから構成される光ワイヤレス通信装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の第1の局面において、第1の端末は、入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御部と、複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、第2の端末に向けて送信する複数の光送信部と、第2の端末からフィードバック信号を受信し、当該受信したフィードバック信号を送信信号制御部に出力するフィードバッグ受信部とを備える。第2の端末は、第1の端末から複数の送信光信号を受信し、複数の受信電気信号に変換する複数の光受信部と、複数の受信電気信号に基づいて、複数の送信光信号の受信状態を判定し、当該判定結果をフィードバック信号として出力する信号検出部と、フィードバック信号を第1の端末に送信するフィードバック送信部とを備える。送信信号制御部は、フィードバック信号に基づいて、複数の光送信部が、複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える。 The present invention is directed to an optical wireless communication apparatus including a first terminal and a second terminal. In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the first terminal includes a transmission signal control unit that converts input data into a plurality of transmission electric signals, and a plurality of transmission electric signals. A plurality of optical transmission units that convert to a transmission optical signal and transmit it to the second terminal, and feedback reception that receives a feedback signal from the second terminal and outputs the received feedback signal to the transmission signal control unit A part. The second terminal receives a plurality of transmission optical signals from the first terminal, converts a plurality of optical reception units to a plurality of reception electric signals, and a plurality of transmission optical signals based on the plurality of reception electric signals. A signal detection unit that determines a reception state and outputs the determination result as a feedback signal, and a feedback transmission unit that transmits the feedback signal to the first terminal. The transmission signal control unit switches whether the plurality of optical transmission units output different signals or the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal.
本構成によって、第1の端末と第2の端末との位置関係に応じて、より適した伝送方法を選択することができる。 With this configuration, a more suitable transmission method can be selected according to the positional relationship between the first terminal and the second terminal.
本発明の第2の局面において、信号検出部は、複数の光受信部のそれぞれにおいて、受信される複数の送信光信号の数を検出し、当該検出結果をフィードバック信号として出力する。送信信号制御部は、複数の光受信部の全てにおいて、受信される複数の送信光信号の数が1である場合、複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力し、複数の光受信部のいずれかにおいて、受信される複数の送信光信号の数が2以上である場合、複数の送信電気信号として、互いに同一の信号を出力する。 In the second aspect of the present invention, the signal detection unit detects the number of a plurality of transmission optical signals received in each of the plurality of optical reception units, and outputs the detection result as a feedback signal. The transmission signal control unit outputs signals different from each other as the plurality of transmission electrical signals when the number of the plurality of transmission optical signals received is 1 in all of the plurality of optical reception units. In any of the above, when the number of the plurality of transmission optical signals received is two or more, the same signals are output as the plurality of transmission electric signals.
本構成によって、複数の送信光信号が分離して受信されるか、混ざって受信されるかを検出し、より適した伝送方法を選択することができる。 With this configuration, it is possible to detect whether a plurality of transmission optical signals are received separately or mixedly and to select a more suitable transmission method.
本発明の第3の局面において、信号検出部は、複数の光受信部のそれぞれにおいて、受信される複数の送信光信号の受信レベルを検出し、当該検出結果をフィードバック信号として出力する。送信信号制御部は、複数の光受信部の全てにおいて、受信される複数の送信光信号の受信レベルが所定の条件を満足する場合、複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力し、複数の光受信部のいずれかにおいて、受信される複数の送信光信号の受信レベルが所定の条件を満足しない場合、複数の送信電気信号として、互いに同一の信号を出力する。 In the third aspect of the present invention, the signal detection unit detects the reception level of the plurality of transmission optical signals received in each of the plurality of optical reception units, and outputs the detection result as a feedback signal. The transmission signal control unit outputs different signals as a plurality of transmission electrical signals when the reception levels of the plurality of transmission optical signals received in all of the plurality of optical reception units satisfy a predetermined condition. If the reception level of the plurality of transmission optical signals received does not satisfy a predetermined condition, the same signal is output as a plurality of transmission electrical signals.
また、本発明の第4の局面において、所定の条件は、複数の送信光信号の受信レベルのうち、最大の受信レベルが第1の所定値以上であり、かつ最大の受信レベルと2番目に大きな受信レベルとの比が第2の所定値以上である。また、第1の所定値及び第2の所定値は、要求される誤り率を確保するために必要な信号対雑音比を満足するように決定される。 In the fourth aspect of the present invention, the predetermined condition is that the maximum reception level is equal to or higher than the first predetermined value among the reception levels of the plurality of transmission optical signals, and is second from the maximum reception level. The ratio with the large reception level is equal to or greater than the second predetermined value. Further, the first predetermined value and the second predetermined value are determined so as to satisfy a signal-to-noise ratio necessary for ensuring a required error rate.
また、本発明の第5の局面において、第2の端末は、信号分離部をさらに備える。信号分離部は、複数の送信光信号の受信レベルに基づいて、複数の受信電気信号から、互いに異なる信号を演算により分離して出力する。 In the fifth aspect of the present invention, the second terminal further includes a signal separation unit. The signal separation unit separates and outputs different signals from the plurality of received electrical signals based on the reception levels of the plurality of transmission optical signals.
本構成によって、近距離伝送時における伝送効率が高くなるように、より適した伝送方法を選択することができる。 With this configuration, a more suitable transmission method can be selected so that the transmission efficiency at the time of short-distance transmission is increased.
また、本発明の第6の局面において、第2の端末は、受信信号切替部をさらに備える。受信信号切替部は、複数の受信電気信号と、フィードバック信号とが入力され、フィードバック信号に基づいて、複数の受信電気信号をそのまま出力するのか、あるいは加算して出力するのかを切り替える。 In the sixth aspect of the present invention, the second terminal further includes a received signal switching unit. The reception signal switching unit receives a plurality of reception electric signals and a feedback signal, and switches whether to output the plurality of reception electric signals as they are or to add and output based on the feedback signals.
本構成によって、複数の送信電気信号として互いに同一の信号を送信する場合において、伝送可能距離を拡大することができる。 With this configuration, it is possible to increase the transmittable distance when the same signal is transmitted as a plurality of transmission electrical signals.
本発明の第7の局面において、複数の送信光信号に用いられる情報フォーマットは、ヘッダ部と情報部とから構成される。ヘッダ部は、複数の光送信部ごとに送信タイミングが割り当てられる。複数の光送信部は、ヘッダ部において、自らに割り当てられた送信タイミングで信号を送信する。 In the seventh aspect of the present invention, an information format used for a plurality of transmission optical signals includes a header portion and an information portion. The header part is assigned transmission timing for each of the plurality of optical transmission parts. The plurality of optical transmission units transmit signals at the transmission timing assigned to themselves in the header portion.
本発明の第8の局面において、複数の送信光信号に用いられる情報フォーマットは、ヘッダ部と情報部とから構成される。ヘッダ部は、複数の光送信部ごとに固有の電気信号周波数が割り当てられる。複数の光送信部は、ヘッダ部において、自らに割り当てられた固有の電気信号周波数を有する正弦波で変調された光信号を送信する。 In the eighth aspect of the present invention, an information format used for a plurality of transmission optical signals includes a header portion and an information portion. The header part is assigned a specific electric signal frequency for each of the plurality of optical transmission parts. The plurality of optical transmission units transmit optical signals modulated by a sine wave having a specific electric signal frequency assigned to the plurality of optical transmission units in the header unit.
本構成によって、複数の光受信部において受信される送信光信号の数、もしくは複数の送信光信号が分離可能であるかを検出できる。 With this configuration, it is possible to detect the number of transmission optical signals received by a plurality of optical receivers or whether the plurality of transmission optical signals can be separated.
本発明の第9の局面において、複数の送信光信号のうち、複数の光受信部のいずれにおいても受信できない送信光信号が存在する場合は、当該送信光信号に対応する光送信部が停止される。本構成によって、通信に寄与できない光送信部で消費される無駄な消費電力を削減できる。 In the ninth aspect of the present invention, when there is a transmission optical signal that cannot be received by any of the plurality of optical reception units among the plurality of transmission optical signals, the optical transmission unit corresponding to the transmission optical signal is stopped. The With this configuration, it is possible to reduce wasteful power consumption consumed by the optical transmission unit that cannot contribute to communication.
本発明の第10の局面において、複数の送信光信号のいずれも受信できない光受信部が存在する場合は、当該光受信部が停止される。本構成によって、通信に寄与できない光受信部で消費される無駄な消費電力を削減できる。 In the tenth aspect of the present invention, when there is an optical receiver that cannot receive any of the plurality of transmission optical signals, the optical receiver is stopped. With this configuration, it is possible to reduce wasteful power consumption consumed by the optical receiver that cannot contribute to communication.
また、本発明は、複数の送信光信号を受信端末に向けて送信する送信端末に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の第11の局面において、送信端末は、入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御部と、複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、受信端末に向けて送信する複数の光送信部と、受信端末から複数の送信光信号の受信状態を示すフィードバック信号を受信し、当該受信したフィードバック信号を送信信号制御部に出力するフィードバッグ受信部とを備える。送信信号制御部は、フィードバック信号に基づいて、複数の光送信部が、複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える。 The present invention is also directed to a transmission terminal that transmits a plurality of transmission optical signals to a reception terminal. And in order to achieve the said objective, in the 11th aspect of this invention, a transmission terminal is a transmission signal control part which converts input data into several transmission electric signals, and several transmission electric signals are several transmission light. A plurality of optical transmitters that convert the signals into signals and transmit the signals to the receiving terminal, and a feedback signal indicating the reception status of the plurality of transmitted optical signals from the receiving terminal are received, and the received feedback signals are output to the transmission signal controller A feedback receiver. The transmission signal control unit switches whether the plurality of optical transmission units output different signals or the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal.
また、本発明は、複数の送信光信号を受信端末に向けて送信する送信端末が実行する送信方法にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の第12の局面において、送信方法は、入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御ステップと、複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、受信端末に向けて送信する光送信ステップと、受信端末から複数の送信光信号の受信状態を示すフィードバック信号を受信するフィードバッグ受信ステップとを備える。送信信号制御ステップは、フィードバック信号に基づいて、複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える。 The present invention is also directed to a transmission method executed by a transmission terminal that transmits a plurality of transmission optical signals to a reception terminal. In order to achieve the above object, in a twelfth aspect of the present invention, a transmission method includes a transmission signal control step of converting input data into a plurality of transmission electric signals, and a plurality of transmission electric signals as a plurality of transmission lights. An optical transmission step of converting the signal into a signal and transmitting the signal to the receiving terminal, and a feedback receiving step of receiving a feedback signal indicating a reception state of the plurality of transmission optical signals from the receiving terminal. The transmission signal control step switches whether to output different signals or to output the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal.
本発明の光ワイヤレス通信装置によれば、複数の発光素子から出力される光信号の受信状態、すなわち複数の光信号が分離可能か否かを検出し、その結果に基づき速度を優先するパラレル伝送と、伝送距離の確保を優先する同一信号伝送とを切り替える。これにより、2つの端末の位置関係に応じて、より適した伝送方法を選択することができる。 According to the optical wireless communication apparatus of the present invention, parallel transmission in which the reception state of optical signals output from a plurality of light emitting elements, that is, whether or not a plurality of optical signals can be separated is detected, and speed is given priority based on the result And the same signal transmission giving priority to securing the transmission distance. Thereby, a more suitable transmission method can be selected according to the positional relationship between the two terminals.
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ワイヤレス通信装置10の構成例を示すブロック図である。図1において、光ワイヤレス通信装置は、第1の端末100、及び第2の端末200から構成される。第1の端末100は、第1の光送信部111と、第2の光送信部112と、フィードバック受信部122と、送信信号制御部121とから構成される。第2の端末200は、第1の光受信部211と、第2の光受信部212と、信号検出部221と、フィードバック送信部222とから構成される。なお、第1の端末100は、送信端末と記してもよい。また、第2の端末200は、受信端末と記してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an optical
送信信号制御部121は、入力される送信データ(すなわち、入力データ)101と、データ制御信号108とに基づいて、第1の送信電気信号102及び第2の送信電気信号103を出力する。また、送信信号制御部121は、データ制御信号108に基づいて、第1の送信電気信号102及び第2の送信電気信号103を互いに異なる信号とするか、あるいは互いに同一の信号とするかを切り替える。
The transmission
第1の光送信部111は、入力される第1の送信電気信号102を光に変換し、第1の送信光信号105として出力する。第2の光送信部112は、入力される第2の送信電気信号103を光に変換し、第2の送信光信号106として出力する。第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、それぞれ、発光素子、その駆動回路、及び送信光信号の指向性を整えるレンズから構成される。
The first
第1の光受信部211は、入力される第1の送信光信号105を電気に変換し、第1の受信電気信号201として出力する。第2の光受信部212は、入力される第2の送信光信号106を電気に変換し、第2の受信電気信号202として出力する。第1の光受信部211及び第2の光受信部212は、それぞれ、光信号を集光するレンズ、受光素子、及び増幅回路から構成される。
The first
信号検出部221は、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202に基づいて、データ制御信号214を出力する。信号検出部221の詳細な動作については後述する。フィードバック送信部222は、データ制御信号214をフィードバック信号204に変換して送信する。フィードバック受信部122は、フィードバック信号204を受信してデータ制御信号108に変換する。
The
次に、本実施の形態の光ワイヤレス通信装置10の動作について説明する。本実施の形態では、第1の光受信部211及び第2の光受信部212の双方において、1つの送信光信号のみが受信される場合と、第1の光受信部211及び第2の光受信部212のいずれかにおいて、複数の送信光信号が混ざって受信される場合について、互いに異なる送信光信号フォーマットを用いる。
Next, the operation of the optical
図2は、本実施の形態で用いる送信光信号フォーマットの説明図である。図2(a)は、第1の光受信部211及び第2の光受信部212の双方において、1つの送信光信号のみが受信される場合に用いられる、送信光信号フォーマットを示す図である。図2(b)は、第1の光受信部211及び第2の光受信部212のいずれかにおいて、複数の送信光信号が混ざって受信される場合に用いられる、送信光信号フォーマットを示す図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a transmission optical signal format used in the present embodiment. FIG. 2A is a diagram illustrating a transmission optical signal format used when only one transmission optical signal is received in both the first
第1の光受信部211及び第2の光受信部212の双方において、1つの送信光信号のみが受信される場合は、図2(a)に示すように、ヘッダに引き続き、各光送信部ごとに互いに異なる情報(例えば、情報#1、情報#2)を設定する。すなわち、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106は、互いに異なる信号となる。このため、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106は、パラレル伝送されることになる。
When only one transmission optical signal is received in both the first
また、第1の光受信部211及び第2の光受信部212のいずれかにおいて、複数の送信光信号が混ざって受信される場合は、図2(b)に示すように、ヘッダに引き続き、各光送信部で互いに同一の情報(例えば、情報#1、情報#2)を設定する。すなわち、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106は、互いに同一の信号となる。このため、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106は、同一の信号として伝送されることになる。ヘッダは、上記のいずれの場合であるかを判別するために用いられる。ヘッダの構成については後述する。
In addition, in the case where a plurality of transmission optical signals are mixed and received in either the first
第1の光受信部211及び第2の光受信部212で、1つの送信光信号のみが受信される(すなわち、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が分離したまま受信される)か、あるいは複数の送信光信号が混ざって受信されるかは、第1の端末100と第2の端末200との相互の位置関係によって様々な場合が存在する。以下、図3〜7を用いて、いくつかの例について説明する。
Only one transmission optical signal is received by the first
まず、図3に示すように、第1の端末100と第2の端末200との間の距離が小さく、第1の光送信部111と第1の光受信部211との間、及び第2の光送信部112と第2の光受信部212との間に、光軸の位置ずれがない(あるいは、位置ずれが小さい)場合は、第1の光受信部211及び第2の光受信部212では、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が混ざって受信されることはない。このため、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互い異なる信号を送信する。
First, as shown in FIG. 3, the distance between the
次に、図4に示すように、第1の端末100と第2の端末200との間の距離が小さく、かつ位置ずれがある場合では、例えば、第1の光受信部211では、第1の光送信部111と第2の光送信部112との双方からの送信光信号(すなわち、第1の送信光信号105及び第2の光送信信号106)を受信する場合があり得る。このような場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。
Next, as illustrated in FIG. 4, when the distance between the
続いて、図5に示すように、第1の端末100と第2の端末200との間の距離が大きい場合は、第1の光受信部211及び第2の光受信部212では、第1の送信光信号105と第2の送信光信号106とが混ざって受信される。このため、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。このような場合、第1の送信光信号105と第2の送信光信号106とは、光の状態で加算されるため、パラレル伝送される場合よりも大きな伝送距離を確保することができる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 5, when the distance between the
また、図6に示すように、第1の光送信部111及び第2の光送信部112の配置方向と、第1の光受信部211及び第2の光受信部212の配置方向にねじれがある場合、光受信部211及び光受信部212の双方もしくはどちらかにおいて、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が混ざって受信される場合がある。このような場合も、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。
In addition, as shown in FIG. 6, twisting occurs in the arrangement direction of the first
一方、図7に示すように、第1の端末100と第2の端末200との間の距離が小さく、かつ大きな位置ずれがある場合、例えば、第1の光受信部211は、第2の光送信部112からの第2の送信光信号106のみを受信する。しかし、第1の光送信部111からの第1の送信光信号105はどの光受信部でも受信できない(すなわち、第2の光受信部212は、どの送信光信号も受信できない)という状態が生じることがある。この場合は、第1の光送信部111及び第2の光受信部212の動作を停止することで、通信に寄与できない構成によって消費される無駄な電力を削減できる。このように、光ワイヤレス通信装置10は、各光受信部で、どのような送信光信号が受信されるかを検出し、各光送信部から送信する信号を制御することで、第1の端末100と第2の端末200との様々な位置関係に対応した、伝送効率の高い通信を実現することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the distance between the
以上の関係について、第1の光受信部211及び第2の光受信部212で受信される送信光信号に着目して整理すると図8のようになる。図8を参照して、第1の光受信部211が、第1の送信光信号105のみを受信する条件に加えて、第2の光受信部212が以下の受信条件を満たす場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は以下のように動作する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105のみを受信する場合は、第1の光送信部111は動作を継続し、第2の光送信部112は動作を停止する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第2の送信光信号106のみを受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに異なる信号を送信する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のいずれも受信しない場合は、第1の光送信部111は動作を継続し、第2の光送信部112は動作を停止する。
The above relationship can be summarized as shown in FIG. 8 by focusing on the transmission optical signals received by the first optical receiving
第1の光受信部211が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を受信する条件に加えて、第2の光受信部212が以下の受信条件を満たす場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は以下のように動作する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105のみを受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第2の送信光信号106のみを受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のいずれも受信しない場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。
In addition to the condition for the first
第1の光受信部211が、第2の送信光信号106のみを受信する条件に加えて、第2の光受信部212が以下の受信条件を満たす場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は以下のように動作する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105のみを受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに異なる信号を送信する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第2の送信光信号106のみを受信する場合は、第1の光送信部111は動作を停止し、第2の光送信部112は動作を継続する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のいずれも受信しない場合は、第1の光送信部111は動作を停止し、第2の光送信部112は動作を継続する。
When the second
第1の光受信部211が、いずれの信号も受信できない条件に加えて、第2の光受信部212が以下の受信条件を満たす場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は以下のように動作する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105のみを受信する場合は、第1の光送信部111は動作を継続し、第2の光送信部112は動作を停止する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を受信する場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、互いに同一の信号を送信する。第2の光受信部212が、第2の送信光信号106のみを受信する場合は、第1の光送信部111は動作を停止する。第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のいずれも受信しない場合は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は動作を停止する。
When the second
また、上記いずれの場合において、第1の光受信部211が、いずれの信号も受信できない場合は、第1の光受信部211は動作を停止する。また、第2の光受信部212が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のいずれも受信しない場合は、第2の光受信部212は動作を停止する。
In any of the above cases, when the first
図8に示す動作の概要は、下記のようにまとめることができる。
1.全ての光受信部が、送信光信号を1つだけ受信する場合は、複数の光送信部はそれぞれ互いに異なる信号を送信する。
2.いずれかの光受信部で、複数の送信光信号を受信する場合は、複数の光送信部は互いに同一の信号を送信する。
3.どの光受信部でも受信できない送信光信号が存在する場合は、対応する光送信部を停止する。
4.どの送信光信号も受信できない光受信部が存在する場合は、その光受信部を停止する。
The outline of the operation shown in FIG. 8 can be summarized as follows.
1. When all the optical reception units receive only one transmission optical signal, the plurality of optical transmission units transmit different signals to each other.
2. When any of the optical reception units receives a plurality of transmission optical signals, the plurality of optical transmission units transmit the same signal.
3. When there is a transmission optical signal that cannot be received by any of the optical receivers, the corresponding optical transmitter is stopped.
4). If there is an optical receiver that cannot receive any transmitted optical signal, the optical receiver is stopped.
次に、本実施の形態における、送信光信号の検出方法について、図9〜11を参照しながら説明する。第1の光送信部111から出力される第1の送信光信号105、及び第2の光送信部112から出力される第2の送信光信号106のヘッダ期間において、光信号の送信タイミングを時分割し、当該時分割した送信タイミングを第1の光送信部111と第2の光送信部112とに割り当てる。図9(a),(b)は、第1の光送信部111及び第2の光送信部112でのヘッダ期間の送信イメージを示す図である。図9(a)、(b)に示す例では、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106におけるヘッダ期間の送信タイミングを1bit期間ごとに、交互に割り当てている。
Next, a method of detecting a transmission optical signal in the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the header period of the first transmission
第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が分離したまま受信される場合には、図10(a)、(b)に示すように、第1の光受信部211及び第2の光受信部212では、一方の送信タイミングでのみヘッダが受信される。これに対して、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が混ざって受信される場合には、図11(a)、(b)に示すように、双方の送信タイミングでヘッダが受信される。
When the first transmission
第2の端末200において、信号検出部221は、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202に基づいて、このようなヘッダの受信状態を判定し、その判定結果をデータ制御信号214として出力する。フィードバック送信部222は、データ制御信号214をフィードバック信号204に変換して、第1の端末100に送信する。このようなフィードバック制御は、情報の送信が開始されるタイミングまでに行われる。
In the
なお、フィードバック信号204が、第1の送信光信号105または第2の送信光信号106にクロストークとして混入する場合など、第1の端末100と第2の端末200との間で全二重伝送ができない場合は、ヘッダ期間の後にフィードバック信号204を送信する期間を設け、その後に第1の端末100から情報を送信すればよい。
Note that full-duplex transmission between the
ところで、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として同一の信号が送信される場合、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202も同一の信号となる。この場合、第1の受信電気信号201と、第2の受信電気信号202とを加算すると、加算された信号において、信号成分は振幅加算、雑音成分は電力加算されるため、信号対雑音比が大きくなり、伝送可能距離を拡大することができる。
By the way, when the same signal is transmitted as the first transmission
これを実現するための光ワイヤレス通信装置10aの構成例を図12に示す。図12は、本発明の実施の形態1に係る光ワイヤレス通信装置10aの構成例を示すブロック図である。図12では、第2の端末200は、受信信号切替部223をさらに備える。受信信号切替部223には、第1の受信電気信号201、第2の受信電気信号202、及びデータ制御信号214が入力される。受信信号切替部223は、信号検出部221からのデータ制御信号214に基づいて、出力する信号を切替える。
A configuration example of the optical wireless communication device 10a for realizing this is shown in FIG. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the optical wireless communication apparatus 10a according to
具体的には、信号検出部221が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号105が分離したまま受信されると判定した場合は、受信信号切替部223は、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202をそのまま出力する。一方、信号検出部221が、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106が混ざって受信されると判定した場合は、受信信号切替部223は、第1の受信電気信号201と、第2の受信電気信号202とを加算して出力する。なお、受信信号切替部223は、例えば、複数のスイッチと加算器とから構成される。
Specifically, when the
以上のように、本発明の実施の形態1に係る光ワイヤレス通信装置10は、複数の光送信部から出力される送信光信号が分離して受信されるのか、混ざって受信されるのかを検出し、速度を優先するパラレル伝送と、伝送距離の確保を優先する同一信号伝送とを切り替える。これにより、光ファイヤレス通信装置10は、第1の端末100と、第2の端末200との位置関係に応じて、より適した伝送方法を選択することができる。
As described above, the optical
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2は、実施の形態1と比較して、パラレル伝送と同一信号伝送とを切り替える方法が異なる。以下では、実施の形態1との差分を中心に説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in a method for switching between parallel transmission and the same signal transmission. Below, it demonstrates centering on the difference with
実施の形態1では、第1の光受信部211、もしくは第2の光受信部212において、第1の送信光信号105と第2の送信光信号106とが混ざって受信される場合、第1の光送信部111及び第2の光送信部112は、第1の送信光信号105と第2の送信光信号106として、同一の信号を送信していた。しかし、このような条件においても、2つの送信光信号105,106の受信レベルの差が大きい場合、演算処理によって2つの送信光信号105,106を分離することが可能な場合がある。本実施形態では、このような場合に、第1の端末100側で、第1〜2の送信光信号105,106として、互いに異なる信号を送信し、第2の端末200側で、第1〜2の受信電気信号201、202に基づいて、第1〜2の送信光信号105,106(すなわち、互いに異なる信号)を演算により分離する。
In the first embodiment, when the first
図13に、本発明の実施の形態2に係る光ワイヤレス通信装置11の構成例を示す。図13において、信号検出部221a、及び信号分離部224以外の構成は、実施の形態1において図1を用いて説明したものと同じであるので、説明を省略する。信号検出部221aは、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106の受信レベルを検出し、当該検出した受信レベルに基づいて、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として、互いに同一の信号を送信するか、互いに異なる信号を送信するかを判定する。そして、信号検出部221aは、当該判定結果をデータ制御信号214として、フィードバック送信部222に出力する。信号検出部221aでの判定の手順については後述する。
FIG. 13 shows a configuration example of the optical
また、信号検出部221aは、検出した受信レベルを信号レベル情報210として、信号分離部224に出力する。信号分離部224には、第1の受信電気信号201、第2の受信電気信号202、データ制御信号214、及び信号レベル情報210が入力される。そして、信号分離部224は、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として、互いに異なる信号が送信されている場合は、信号レベル情報210に基づいた演算により、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202から、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106を分離し、その結果を信号分離後の第1の受信電気信号208及び第2の受信電気信号209として出力する。
In addition, the
次に、本実施の形態に係る光ワイヤレス通信装置11の動作について説明する。信号分離が可能な場合の例として、図14に示すように2つの送信光信号105,106の入射角の差が大きい場合がある。この例では、第1の光受信部211において、第1の送信光信号105は小さい入射角で入力されるが、第2の送信光信号106は大きい入射角で入力される。第1の光受信部211及び第2の光受信部212に用いられるレンズは一般的に入射角が小さいと利得が大きく、入射角が大きいと利得が小さい性質を持つ。よって、送信レベルが同じであっても、第1の送信光信号105の方が第2の送信光信号106よりも受信レベルが大きくなる。
Next, the operation of the optical
第2の光受信部212においては、入射角の大小関係が逆になるため、第2の送信光信号106の方が第1の送信光信号105よりも受信レベルが大きくなる。これを言い換えると、伝搬路の損失の差によって受信レベルに差が生じていることになる。この例のように、複数の送信光信号の受信レベルに差がある場合、各光送信部と各光受信部との組み合わせにおける伝搬路の損失の情報に基づき、複数の送信光信号が混ざった受信光信号から、元の送信光信号を逆算して求められることが知られている。すなわち、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106のレベルをそれぞれx1、x2、第1の光受信部211及び第2の光受信部212における受信光信号レベルをそれぞれy1、y2とし、第kの光送信部から第nの光受信部への伝搬路の損失をankとすると、これらの関係は次式で表される。
In the second
このような雑音成分を含んだ信号から式2を用いて信号を分離したとき、分離後の信号対雑音比は、2つの送信光信号の伝搬路損失の比が1に近づくほど劣化する。送信光信号のレベルが既知であれば、各送信光信号を単独で受信した場合の受信レベルから伝搬路の損失を求めることができる。これを用いれば、上記の信号分離を行った場合に、伝送する情報において要求される誤り率を確保するために必要な信号対雑音比が得られるかを判断することができる。すなわち、以下のように判断する。
When a signal is separated from a signal including such a noise
1.それぞれの送信光信号を単独で受信した場合の受信レベルのうち、大きい方をPx、小さい方をPyとする。
2.必要な信号対雑音比を確保するためのPxの基準値をa以上、Px/Pyの基準値をb以上とする。
3.Px≧aかつPx/Py≧bの場合は、送信光信号を分離可能と判定し、複数の光送信部は互いに異なる信号を送信する。
4.上記以外の場合は、送信光信号を分離することを不可能と判定し、複数の光送信部は互いに同一信号を送信する。
1. Of the reception levels when each transmission optical signal is received independently, the larger one is Px, and the smaller one is Py.
2. A reference value of Px for ensuring a necessary signal-to-noise ratio is set to a or more, and a reference value of Px / Py is set to b or more.
3. When Px ≧ a and Px / Py ≧ b, it is determined that the transmission optical signal can be separated, and the plurality of optical transmission units transmit different signals.
4). In cases other than the above, it is determined that it is impossible to separate the transmission optical signals, and the plurality of optical transmission units transmit the same signal to each other.
ここで、信号分離後の信号対雑音比の導出例として、2つの送信光信号レベルが等しく、また伝搬路損失の比αが、受信レベルの比に等しい場合について示す。すなわち、x1=A0、x2=0、a11=a22=1/L、a12=a21=1/αLとなる場合、式2は次式のようになる。
xk'、yk’は、それぞれ雑音を含む送信光信号及び受信光信号である。このとき、逆算して得られる第1の送信光信号x1に含まれる雑音成分nx1は次式で表される。
受信側で発生する雑音n1とn2の平均値をいずれも<n>とすると、nx1の平均値は電力加算で求められ、次式のようになる。
よって、信号分離後の信号対雑音比は次式で表される。
このように、信号対雑音比は伝搬路損失の比αが大きくなるほど劣化する。必要な基準値bは、このときの伝搬路損失の比αと等しくなるため、信号対雑音比の所要値を与えることで求めることができる。 Thus, the signal-to-noise ratio degrades as the propagation path loss ratio α increases. Since the necessary reference value b is equal to the propagation path loss ratio α at this time, it can be obtained by giving a required value of the signal-to-noise ratio.
なお、どの光受信部でも受信レベルが最大とならない送信光信号が存在する場合、該当する光送信部の動作を停止する。また、どの送信光信号も受信できない光受信部が存在する場合、その光受信部の動作を停止する。これにより、通信に寄与できない構成によって消費される無駄な電力を削減できる。 If there is a transmission optical signal whose reception level does not become the maximum in any optical reception unit, the operation of the corresponding optical transmission unit is stopped. If there is an optical receiver that cannot receive any transmitted optical signal, the operation of the optical receiver is stopped. Thereby, useless power consumed by the configuration that cannot contribute to communication can be reduced.
以上に述べた関係を、第1の光受信部211及び第2の光受信部212で受信される送信光信号に着目して整理すると図15のようになる。図15に示す動作の概要は、下記のようにまとめることができる。
The relationship described above can be summarized by focusing on the transmission optical signals received by the first
1.全ての光受信部が、複数の送信光信号を分離可能な場合、もしくは送信光信号を1つだけ受信する場合は、複数の光送信部は互いに異なる信号を送信する。
2.いずれかの光受信部で複数の送信光信号を分離することが不可能な場合は、複数の光送信部は互いに同一の信号を送信する。
3.どの光受信部でも受信できない送信光信号が存在する場合は、対応する光送信部を停止する。
4.どの送信光信号も受信できない光受信部が存在する場合は、その光受信部を停止する。
1. When all the optical receiving units can separate a plurality of transmission optical signals, or when only one transmission optical signal is received, the plurality of optical transmission units transmit different signals.
2. When it is impossible to separate a plurality of transmission optical signals by any one of the optical reception units, the plurality of optical transmission units transmit the same signal to each other.
3. When there is a transmission optical signal that cannot be received by any of the optical receivers, the corresponding optical transmitter is stopped.
4). If there is an optical receiver that cannot receive any transmitted optical signal, the optical receiver is stopped.
本実施形態における受信レベルの検出は、実施の形態1と同様に、情報に先だって伝送するヘッダを用いて行う。以下、図16〜18を参照しながら、受信レベルの検出方法について説明する。図16では、第1の光受信部211において、第1の送信光信号105の方が第2の送信光信号106よりも大きいレベルで受信される場合を例に説明する。まず、第1の実施形態と同様に、第1の光送信部111から出力される第1の送信光信号105、及び第2の光送信部112から出力される第2の送信光信号106のヘッダ期間において、光信号の送信タイミングを時分割し、当該時分割した送信タイミングを第1の光送信部111と第2の光送信部112とに割り当てる。図16(a)、(b)に示す例では、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106におけるヘッダ期間の送信タイミングを1bit期間ごとに、交互に割り当てている。
In the present embodiment, the reception level is detected using a header that is transmitted prior to information, as in the first embodiment. Hereinafter, a reception level detection method will be described with reference to FIGS. In FIG. 16, an example will be described in which the first
次に、第1〜第2の光受信部211、212のそれぞれにおける各タイミングでの受信レベルを信号検出部221で求め、大きい方の受信レベルをPx、小さい方の受信レベルをPyとする。このとき、図17(a)及び(b)に示すように、第1の光受信部211及び第2の光受信部212の双方において、Px≧aかつPx/Py≧bを満たしていれば、信号分離可能である。このため、信号検出部221aは、互いに異なる信号を送信できると判定する。これに対して、図18(a)及(b)に示すように、上記条件を満たさない場合は、信号分離不可能であり、信号検出部221aは、互いに同一の信号を送信すべきと判定する。信号検出部221aは、当該判定結果をデータ制御信号214として出力する。フィードバック送信部222は、データ制御信号214をフィードバック信号204に変換して、第1の端末100に送信する。このようなフィードバック制御は、情報の送信が開始されるタイミングまでに行われる。
Next, the
なお、フィードバック信号204が、第1の送信光信号105または第2の送信光信号106にクロストークとして混入する場合など、第1の端末100と第2の端末200との間で全二重伝送ができない場合は、ヘッダ期間の後にフィードバック信号204を送信する期間を設け、その後に第1の端末100からの情報を送信すればよい。
Note that full-duplex transmission between the
また、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として同一の信号を送信する場合に、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202を加算する構成を取ることで、伝送可能距離を拡大することができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, when the same signal is transmitted as the first transmission
これを実現するための光ワイヤレス通信装置11aの構成例を図19に示す。図19は、本発明の実施の形態2に係る光ワイヤレス通信装置11aの構成例を示すブロック図である。図19では、第2の端末200は、受信信号切替部223をさらに備える。第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として互いに異なる信号が送信される場合、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202は受信信号切替部223をそのまま通過し、信号分離部224に入力され、前述した信号分離が行われる。一方、第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106として互いに同一の信号が送信される場合、受信信号切替部223において、第1の受信電気信号201及び第2の受信電気信号202が加算されて出力される。受信信号切替部223及び信号分離部224以外の構成は、図1を用いて説明したものと同様である。
An example of the configuration of the optical wireless communication device 11a for realizing this is shown in FIG. FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of the optical wireless communication apparatus 11a according to
なお、受信信号切替部223と信号分離部224の機能を一体化した形で提供しても構わない。さらに、1つの端末の中に以上に述べた第1の端末100と第2の端末200との双方の機能を持たせることにより、2つの端末間のどちらの方向の伝送においても、以上に述べた効果を持たせることが可能である。
Note that the functions of the reception
以上のように、本発明の実施の形態2に係る光ワイヤレス通信装置11は、複数の光送信部から出力される送信光信号の受信レベルを検出することにより、これらを演算により分離可能かを判定し、速度を優先するパラレル伝送と、伝送距離の確保を優先する同一信号伝送とを切り替える。これにより、実施の形態1と同様の効果に加え、近距離伝送時における伝送効率を高めることが可能となる。
As described above, the optical
(実施の形態3)
実施の形態3は、実施の形態2において、光送信部及び光受信部をそれぞれ3個にした場合の例である。以下では、実施の形態2との差分を中心に説明する。図20に、実施の形態3に係る光ワイヤレス通信装置12の構成例を示す。本構成は、実施の形態2(図13)と比較して、第3の光送信部113と、第3の光受信部213とが追加されている。第3の光送信部113は、入力される第3の送信電気信号104に基づいて、第3の送信光信号107を出力する。第3の光受信部213は、受信した第3の送信光信号107を電気信号に変換し、第3の受信電気信号203として出力する。それ以外の構成は、実施の形態2と同じであるため、説明を省略する。
(Embodiment 3)
The third embodiment is an example in which the number of optical transmission units and the number of optical reception units is three in the second embodiment. Below, it demonstrates centering on the difference with
次に、実施の形態3に係る光ワイヤレス通信装置12の動作について説明する。信号分離が可能な場合の例として、図21に示すように3つの送信光信号105〜107の入射角の差が大きい場合がある。この例では、第1の光受信部211において、第2の送信光信号106は小さい入射角で入力されるが、第1の送信光信号105及び第3の送信光信号107は大きい入射角で入力される。よって、実施の形態2で述べたように、第1〜3の光受信部211〜213に用いられるレンズの利得と入射角との関係から、送信レベルが同じであっても、第2の送信光信号106の方が、第1の送信光信号105及び第3の送信光信号107よりも受信レベルが大きくなる。
Next, the operation of the optical
実施の形態3では、信号分離後に必要な信号対雑音比が得られるかを、以下の手順で判断する。
1.それぞれの送信光信号を単独で受信した場合の受信レベルを、大きい順にPx、Py、Pzとする。
2.必要な信号対雑音比を確保するためのPxの基準値をa以上、Px/Py及びPx/Pzの基準値をb以上とする。
3.Px≧aかつPx/Py≧bかつPx/Pz≧bの場合は、送信光信号を分離可能と判定し、複数の光送信部から互いに異なる信号を送信する。
4.それ以外の場合は送信光信号を分離することが不可能と判定し、複数の光送信部は互いに同一の信号を送信する。
In the third embodiment, whether the necessary signal-to-noise ratio is obtained after signal separation is determined by the following procedure.
1. The reception levels when each transmission optical signal is received independently are Px, Py, and Pz in descending order.
2. The reference value of Px for ensuring a necessary signal-to-noise ratio is set to a or more, and the reference values of Px / Py and Px / Pz are set to b or more.
3. When Px ≧ a and Px / Py ≧ b and Px / Pz ≧ b, it is determined that the transmission optical signal can be separated, and different signals are transmitted from the plurality of optical transmission units.
4). In other cases, it is determined that the transmission optical signal cannot be separated, and the plurality of optical transmission units transmit the same signal to each other.
なお、実施の形態2と同様に、どの光受信部でも受信レベルが最大とならない送信光信号が存在する場合、該当する光送信部の動作を停止する。また、どの送信光信号も受信できない光受信部が存在する場合、その光受信部の動作を停止する。これにより、通信に寄与できない構成によって消費される無駄な電力を削減できる。 As in the second embodiment, when there is a transmission optical signal whose reception level does not become maximum in any optical reception unit, the operation of the corresponding optical transmission unit is stopped. If there is an optical receiver that cannot receive any transmitted optical signal, the operation of the optical receiver is stopped. Thereby, useless power consumed by the configuration that cannot contribute to communication can be reduced.
以上に述べた関係を、第1〜3の光受信部211〜213で受信される第1〜第3の送信光信号105〜107に着目して整理すると、図22A〜Eのようになる。図22Aは、第3の光受信部213において、信号分離可であり、第3の光送信部113からの送信光信号107が最大になる場合における、第1〜3の光送信部111〜113の動作を示す図である。図22Bは、第3の光受信部213において、信号分離可であり、第1の光送信部111からの送信光信号105が最大になる場合における、第1〜3の光送信部111〜113の動作を示す図である。図22Cは、第3の光受信部213において、信号分離可であり、第2の光送信部112からの送信光信号106が最大になる場合における、第1〜3の光送信部111〜113の動作を示す図である。図22Dは、第3の光受信部213において、信号分離不可である場合における、第1〜3の光送信部111〜113の動作を示す図である。図22Eは、第3の光受信部213において、いずれの送信光信号も受信不可である場合における、第1〜3の光送信部111〜113の動作を示す図である。図22A〜Eに示す動作の概要は、下記のようにまとめることができる。
The relationship described above is organized as shown in FIGS. 22A to 22E by focusing on the first to third transmission
1.下記の(1−a)と(1−b)の双方の条件に当てはまる場合は、複数の光送信部は互いに異なる信号を送信する。
(1−a).全ての光受信部において、複数の送信光信号を分離可能、または1つの送信光信号のみ受信可能
(1−b).受信レベルが最大となる送信光信号が、光受信部毎に全て異なる
2.いずれかの光受信部で複数の送信光信号を分離することが不可能な場合は、光送信部は互いに同一の信号を送信する。
3.どの光受信部でも受信できない、または受信レベルが最大とならない送信光信号が存在する場合は、対応する光送信部を停止する。
4.どの送信光信号も受信できない光受信部が存在する場合は、その光受信部を停止する。
1. When both the following conditions (1-a) and (1-b) are satisfied, the plurality of optical transmission units transmit different signals.
(1-a). In all the optical receivers, a plurality of transmission optical signals can be separated or only one transmission optical signal can be received (1-b). 1. The transmission optical signals with the maximum reception level are all different for each optical receiver. When it is impossible to separate a plurality of transmission optical signals by any one of the optical reception units, the optical transmission units transmit the same signal.
3. When there is a transmission optical signal that cannot be received by any optical reception unit or whose reception level does not become maximum, the corresponding optical transmission unit is stopped.
4). If there is an optical receiver that cannot receive any transmitted optical signal, the optical receiver is stopped.
本実施の形態における受信レベルの検出は、基本的に実施の形態2と同じ方法で行う。以下、図23〜25を参照しながら、受信レベルの検出方法について説明する。図23では、第1の光受信部211において、第1の送信光信号105の方が第2の送信光信号106及び第3の送信光信号107よりも大きいレベルで受信される場合を例に説明する。まず、第2の実施形態と同様に、第1〜3の光送信部111〜113から出力される送信光信号105〜107のヘッダ期間において、信号の送信タイミングを時分割し、各光送信部111〜113に割り当てる。図23(a)〜(c)例では、1bitごとに順に割り当てている。
The detection of the reception level in the present embodiment is basically performed by the same method as in the second embodiment. Hereinafter, a reception level detection method will be described with reference to FIGS. 23 exemplifies a case where the first
次に、第1〜3の光受信部211〜213のそれぞれにおける各タイミングでの受信レベルを信号検出部221で求め、大きい順に受信レベルをPx、Py、Pzとする。このとき、図24(a)〜(c)に示すように、第1〜3の光受信部211〜213の全てにおいて、Px≧aかつPx/Py≧bかつPx/Pz≧bを満たし、かつ受信レベルが最大となる送信光信号が光受信部毎に互いに異なっていれば、信号分離可能であり、互いに異なる信号を送信できると判定する。図24(a)〜(c)の例では、第1の光受信部211では第1の送信光信号105が、第2の光受信部212では第2の送信光信号106が、第3の光受信部213では第3の送信光信号107がそれぞれ最大となる。一方、これ以外の場合(例えば、図25(a)〜(c)に示すように、Px<aまたはPx/Py<bまたはPx/Pz<bの場合)に、第1〜3の光送信部111〜113が、互いに異なる第1〜3送信光信号105〜107を送信すると信号分離が不可能である。
Next, the reception level at each timing in each of the first to third
よって、信号検出部221は、図22A〜Eに従って、第1〜3の光送信部111〜113をどのように制御すべきか判定する。信号検出部221は、判定結果をデータ制御信号214として出力する。フィードバック送信部222は、データ制御信号214をフィードバック信号204に変換して、第1の端末100に送信する。このフィードバック制御は、情報の送信が開始されるタイミングまでに行われる。
Therefore, the
なお、フィードバック信号204が第1の送信光信号105または第2の送信光信号106にクロストークとして混入する場合など、第1の端末100と第2の端末200との間で全二重伝送ができない場合は、ヘッダ期間の後にフィードバック信号204を送信する期間を設け、その後に第1の端末100からの情報を送信すればよい。
Note that full-duplex transmission is performed between the
(実施の形態4)
実施の形態4に係る光ワイヤレス通信装置の全体構成は実施の形態1において図1を用いて説明したものと同様であるが、光受信部において受信される送信光信号の数を検出する方法が異なる。以下では、実施の形態1との差分を中心に説明する。
(Embodiment 4)
Although the overall configuration of the optical wireless communication apparatus according to the fourth embodiment is the same as that described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, there is a method for detecting the number of transmitted optical signals received by the optical receiver. Different. Below, it demonstrates centering on the difference with
実施の形態4における、受信される送信光信号の数の検出方法について、図26〜28を参照しながら説明する。本実施形態では、図2に示すように情報に先立って受信状態を判別するためのヘッダを送信する点は、実施の形態1と同様であるが、ヘッダとして各光送信部に互いに異なる固有の周波数の正弦波信号を用いる。例えば、図26(a)及び(b)に示すように、第1の送信光信号105には周波数f1を、第2の送信光信号106には周波数f2を割り当てる。
A method for detecting the number of received transmission optical signals in the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the point for transmitting the header for determining the reception state prior to the information is the same as in the first embodiment. However, each optical transmission unit has a unique characteristic as a header. A frequency sine wave signal is used. For example, as shown in FIGS. 26A and 26B, the frequency f1 is assigned to the first transmission
送信光信号が分離したまま受信される場合、図27(a)及び(b)に示すように、第1の光受信部211及び第2の光受信部212から出力される受信電気信号のスペクトルには、f1またはf2のいずれか一方の周波数のみが含まれる。これに対して、送信光信号が混ざって受信される場合は、図28(a)及び(b)に示すように、第1の光受信部211及び第2の光受信部212から出力される受信電気信号のスペクトルには、f1またはf2の双方の周波数が含まれる。このように、第1の光受信部211及び第2の光受信部212から出力される受信電気信号に一方の周波数のみが含まれるか、複数の周波数が含まれるかを検出することで、受信される送信光信号の数を検出する。
When the transmission optical signal is received while being separated, as shown in FIGS. 27A and 27B, the spectrum of the received electrical signal output from the first
次に、図29を用いて、本実施形態における第1の光送信部111及び第2の光送信部112の構成例を説明する。図29において、第1の光送信部111は、正弦波発生部311と、切替部312と、電気光変換部313とから構成されている。第2の光送信部112も第1の光送信部111と同様である。正弦波発生部311は、光送信部に割り当てられた所定の周波数の正弦波を発生する。切替部312は、ヘッダを送信するタイミングでは入力信号を正弦波発生部311で発生する正弦波に切り替え、情報を送信するタイミングでは入力信号を送信電気信号102に切り替える。電気光変換部313は、入力信号を光に変換し、送信光信号105として送信する。電気光変換部313には、発光素子、その駆動回路、及び送信光信号の指向性を整えるレンズを含む。
Next, configuration examples of the first
続いて、図30に、本実施形態における信号検出部221の構成例を示す。図30に示す例では、信号検出部221は、バンドパスフィルタ411、412、421、422と、信号判定部431とから構成されている。第1の光送信部111に割り当てられた周波数をf1、第2の光送信部112に割り当てられた周波数をf2とする。バンドパスフィルタ411及び412には、第1の光受信部211から出力される受信電気信号201が入力され、それぞれ周波数f1、f2の成分を透過する。すなわち、ヘッダ期間において、第1の光受信部211において、第1の送信光信号105が受信された場合はバンドパスフィルタ411から信号が出力され、第2の送信光信号106が受信された場合はバンドパスフィルタ412から信号が出力される。
Next, FIG. 30 shows a configuration example of the
よって、バンドパスフィルタ411及び412の出力の有無を信号判定部431で検出することにより、第1の光受信部211でそれぞれの送信光信号が受信されているかを検出することができる。同様に、バンドパスフィルタ421及び422には、第2の光受信部212から出力される受信電気信号202が入力され、それぞれ周波数f1、f2の成分を透過する。これらの出力の有無を信号判定部431で検出することにより、第2の光受信部212でそれぞれの送信光信号が受信されているかを検出することができる。
Therefore, by detecting the presence or absence of the outputs of the
なお、図29の構成例はあくまでも一例であり、光送信部111、112に関しては、正弦波のヘッダの生成と、送信電気信号に基づく情報送信ができればよい。また、図30の構成例はあくまで一例であり、信号検出部221に関しては、それぞれの周波数の有無の判定ができれば、それぞれいかなる構成を用いてもよい。
Note that the configuration example of FIG. 29 is merely an example, and it is only necessary that the
また、本実施形態においても、実施の形態2と同様に、複数の信号が混じって受信されているが演算により分離が可能な条件において、第1の光送信部111と第2の光送信部112とから互いに異なる信号を送信することも可能である。この場合、受信電気信号201、202に含まれる周波数f1及びf2の成分のレベルをそれぞれ検出し、そこから第1の送信光信号105及び第2の送信光信号106がそれぞれ単独で送信された場合における受信レベルを求める。その後の判定手順は、実施の形態2と同様である。
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the first
以上のように、本発明の実施の形態4に係る光ワイヤレス通信装置では、実施の形態1と同様に、複数の光送信部から出力される送信光信号が分離して受信されるのか、混ざって受信されるのかを検出し、速度を優先するパラレル伝送と、伝送距離の確保を優先する同一信号伝送とを切り替える。これにより、光ワイヤレス通信装置は、第1の端末100と、第2の端末200との位置関係に応じて、より適した伝送方法を選択することができる。
As described above, in the optical wireless communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, as in the first embodiment, transmission optical signals output from a plurality of optical transmission units are separately received or mixed. And switching between parallel transmission giving priority to speed and the same signal transmission giving priority to securing the transmission distance. Thereby, the optical wireless communication apparatus can select a more suitable transmission method according to the positional relationship between the
なお、以上に述べた全ての実施形態において言えることであるが、以上の説明では、フィードバック送信部222及びフィードバック受信部122をそれぞれ独立に設ける形で記載したが、これらは必ずしも独立に設ける必要はない。例えば、第2の端末200から第1の端末100へのデータを送受信する送信部及び受信部があれば、これらを用いてフィードバック送信部222及びフィードバック受信部122を兼ねることができる。また、フィードバック送信部222及びフィードバック受信部122は、必ずしも光ワイヤレス伝送を行う必要はなく、有線伝送等、他の伝送媒体を用いて伝送しても構わない。
In addition, although it can be said in all the embodiments described above, in the above description, the
また、以上では、光送信部及び光受信部の数が、それぞれ2個又は3個の場合を例に説明したが、光送信部、光受信部の数は、4個以上であっても良い。 In the above description, the number of optical transmission units and the number of optical reception units is two or three as an example, but the number of optical transmission units and optical reception units may be four or more. .
また、1つの端末の中に以上に述べた第1の端末100と、第2の端末200との双方の機能を持たせることにより、2つの端末間のどちらの方向の伝送においても、以上に述べた効果を持たせることが可能である。
Also, by providing the functions of both the
また、以上の実施形態では、第2の端末200において、各送信光信号の受信状態を検出し、パラレル伝送と、同一信号伝送とを切替えたが、第1の端末100において、第2の端末200との間の距離及び位置関係を測定し、当該測定結果に基づいて、各送信光信号の受信状態を推定することにより、パラレル伝送と、同一信号伝送とを切替える構成とすることも可能である。
In the above embodiment, the
本発明に係る光ワイヤレス通信装置は、高速伝送を実現できる赤外線通信装置として有用である。また、照明光等の可視光源を用いた可視光通信等の用途にも応用できる。 The optical wireless communication apparatus according to the present invention is useful as an infrared communication apparatus capable of realizing high-speed transmission. Moreover, it can be applied to uses such as visible light communication using a visible light source such as illumination light.
10〜12 光ワイヤレス通信装置
100 第1の端末
101 送信データ(入力データ)
102、103、104 送信電気信号
105 第1の送信光信号
106 第2の送信光信号
107 第3の送信光信号
108 データ制御信号
111 第1の光送信部
112 第2の光送信部
113 第3の光送信部
121 送信信号制御部
122 フィードバック受信部
200 第2の端末
201、202、203、205、206 受信電気信号
204 フィードバック信号
207 加算された受信電気信号
208、209、210 信号分離後の受信電気信号
210 信号レベル情報
211 第1の光受信部
212 第2の光受信部
213 第3の光受信部
214 データ制御信号
221 信号検出部
222 フィードバック送信部
223 受信信号切替部
224 信号分離部
311 正弦波発生部
312 切替部
313 電気光変換部
401、402 受信光信号
411、412、421、422 バンドパスフィルタ
431 信号判定部
901、902 発光ユニット
903、904 情報端末
905、906 受光部
10 to 12 Optical
102, 103, 104 Transmission
Claims (12)
前記第1の端末は、
入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御部と、
前記複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、前記第2の端末に向けて送信する複数の光送信部と、
前記第2の端末からフィードバック信号を受信し、当該受信したフィードバック信号を前記送信信号制御部に出力するフィードバッグ受信部とを備え、
前記第2の端末は、
前記第1の端末から前記複数の送信光信号を受信し、複数の受信電気信号に変換する複数の光受信部と、
前記複数の受信電気信号に基づいて、前記複数の送信光信号の受信状態を判定し、当該判定結果を前記フィードバック信号として出力する信号検出部と、
前記フィードバック信号を前記第1の端末に送信するフィードバック送信部とを備え、
前記送信信号制御部は、前記フィードバック信号に基づいて、前記複数の光送信部が、前記複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える、光ワイヤレス通信装置。 An optical wireless communication apparatus composed of a first terminal and a second terminal,
The first terminal is
A transmission signal control unit that converts input data into a plurality of transmission electrical signals;
A plurality of optical transmitters for converting the plurality of transmission electrical signals into a plurality of transmission optical signals and transmitting the signals to the second terminal;
A feedback receiver that receives a feedback signal from the second terminal and outputs the received feedback signal to the transmission signal controller;
The second terminal is
A plurality of optical receivers for receiving the plurality of transmitted optical signals from the first terminal and converting the received signals into a plurality of received electrical signals;
Based on the plurality of received electrical signals, a signal detection unit that determines a reception state of the plurality of transmission optical signals and outputs the determination result as the feedback signal;
A feedback transmitter for transmitting the feedback signal to the first terminal,
The transmission signal control unit switches whether the plurality of optical transmission units output different signals or the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal. Optical wireless communication device.
前記送信信号制御部は、前記複数の光受信部の全てにおいて、受信される前記複数の送信光信号の数が1である場合、前記複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力し、前記複数の光受信部のいずれかにおいて、受信される前記複数の送信光信号の数が2以上である場合、前記複数の送信電気信号として、互いに同一の信号を出力する、請求項1に記載の光ワイヤレス通信装置。 The signal detection unit detects the number of the plurality of transmission optical signals received in each of the plurality of optical reception units, and outputs the detection result as the feedback signal,
The transmission signal control unit outputs signals different from each other as the plurality of transmission electrical signals when the number of the plurality of transmission optical signals received in all of the plurality of optical reception units is 1. 2. The signal according to claim 1, wherein, in any one of the plurality of optical reception units, when the number of the plurality of transmission optical signals received is two or more, the same signals are output as the plurality of transmission electrical signals. Optical wireless communication device.
前記送信信号制御部は、前記複数の光受信部の全てにおいて、受信される前記複数の送信光信号の受信レベルが所定の条件を満足する場合、前記複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力し、前記複数の光受信部のいずれかにおいて、受信される前記複数の送信光信号の受信レベルが前記所定の条件を満足しない場合、前記複数の送信電気信号として、互いに同一の信号を出力する、請求項1に記載の光ワイヤレス通信装置。 The signal detection unit detects a reception level of the plurality of transmission optical signals received in each of the plurality of optical reception units, and outputs the detection result as the feedback signal,
When the reception levels of the plurality of transmission optical signals received by all of the plurality of optical reception units satisfy a predetermined condition, the transmission signal control unit outputs different signals as the plurality of transmission electric signals. When the reception level of the plurality of transmission optical signals received does not satisfy the predetermined condition in any of the plurality of optical reception units, the same signal is output as the plurality of transmission electrical signals The optical wireless communication apparatus according to claim 1.
前記複数の送信光信号の受信レベルのうち、最大の受信レベルが第1の所定値以上であり、かつ前記最大の受信レベルと2番目に大きな受信レベルとの比が第2の所定値以上であり、
前記第1の所定値及び前記第2の所定値は、要求される誤り率を確保するために必要な信号対雑音比を満足するように決定される、請求項3に記載の光ワイヤレス通信装置。 The predetermined condition is:
Of the reception levels of the plurality of transmission optical signals, the maximum reception level is equal to or greater than a first predetermined value, and the ratio of the maximum reception level to the second largest reception level is equal to or greater than a second predetermined value. Yes,
The optical wireless communication apparatus according to claim 3, wherein the first predetermined value and the second predetermined value are determined so as to satisfy a signal-to-noise ratio necessary for ensuring a required error rate. .
前記信号分離部は、前記複数の送信光信号の受信レベルに基づいて、前記複数の受信電気信号から、前記互いに異なる信号を演算により分離して出力する、請求項3に記載の光ワイヤレス通信装置。 The second terminal further includes a signal separation unit,
The optical wireless communication apparatus according to claim 3, wherein the signal separation unit separates and outputs the different signals from the plurality of received electrical signals based on reception levels of the plurality of transmission optical signals. .
前記受信信号切替部は、前記複数の受信電気信号と、前記フィードバック信号とが入力され、前記フィードバック信号に基づいて、前記複数の受信電気信号をそのまま出力するのか、あるいは加算して出力するのかを切り替える、請求項1または5に記載の光ワイヤレス通信装置。 The second terminal further includes a reception signal switching unit,
The received signal switching unit receives the plurality of received electrical signals and the feedback signal, and whether to output the received electrical signals as they are or to add and output based on the feedback signals. The optical wireless communication apparatus according to claim 1, wherein the optical wireless communication apparatus is switched.
前記ヘッダ部は、前記複数の光送信部ごとに送信タイミングが割り当てられ、
前記複数の光送信部は、前記ヘッダ部において、自らに割り当てられた送信タイミングで信号を送信する、請求項1に記載の光ワイヤレス通信装置。 An information format used for the plurality of transmission optical signals includes a header part and an information part,
The header part is assigned a transmission timing for each of the plurality of optical transmission parts,
The optical wireless communication device according to claim 1, wherein the plurality of optical transmission units transmit signals at a transmission timing assigned to the plurality of optical transmission units in the header unit.
前記ヘッダ部は、前記複数の光送信部ごとに固有の電気信号周波数が割り当てられ、
前記複数の光送信部は、前記ヘッダ部において、自らに割り当てられた固有の電気信号周波数を有する正弦波で変調された光信号を送信する、請求項1に記載の光ワイヤレス通信装置。 An information format used for the plurality of transmission optical signals includes a header part and an information part,
The header portion is assigned a unique electric signal frequency for each of the plurality of optical transmission portions,
2. The optical wireless communication apparatus according to claim 1, wherein the plurality of optical transmission units transmit optical signals modulated by a sine wave having a specific electric signal frequency assigned to the plurality of optical transmission units in the header unit.
入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御部と、
前記複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、前記受信端末に向けて送信する複数の光送信部と、
前記受信端末から前記複数の送信光信号の受信状態を示すフィードバック信号を受信し、当該受信したフィードバック信号を前記送信信号制御部に出力するフィードバッグ受信部とを備え、
前記送信信号制御部は、前記フィードバック信号に基づいて、前記複数の光送信部が、前記複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える、送信端末。 A transmission terminal that transmits a plurality of transmission optical signals to a reception terminal;
A transmission signal control unit that converts input data into a plurality of transmission electrical signals;
A plurality of optical transmission units that convert the plurality of transmission electrical signals into a plurality of transmission optical signals and transmit the signals to the receiving terminal;
A feedback signal reception unit that receives a feedback signal indicating a reception state of the plurality of transmission optical signals from the reception terminal, and a feedback reception unit that outputs the received feedback signal to the transmission signal control unit;
The transmission signal control unit switches whether the plurality of optical transmission units output different signals or the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal. Sending terminal.
入力データを複数の送信電気信号に変換する送信信号制御ステップと、
前記複数の送信電気信号を複数の送信光信号に変換し、前記受信端末に向けて送信する光送信ステップと、
前記受信端末から前記複数の送信光信号の受信状態を示すフィードバック信号を受信するフィードバッグ受信ステップとを備え、
前記送信信号制御ステップは、前記フィードバック信号に基づいて、前記複数の送信電気信号として、互いに異なる信号を出力するか、あるいは互いに同一の信号を出力するかを切り替える、方法。 A method performed by a transmitting terminal that transmits a plurality of transmission optical signals to a receiving terminal,
A transmission signal control step for converting input data into a plurality of transmission electrical signals;
An optical transmission step of converting the plurality of transmission electrical signals into a plurality of transmission optical signals and transmitting the signals to the receiving terminal;
A feedback reception step of receiving a feedback signal indicating a reception state of the plurality of transmission optical signals from the reception terminal;
The transmission signal control step switches between outputting different signals or outputting the same signals as the plurality of transmission electric signals based on the feedback signal.
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Cited By (1)
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CN108988943A (en) * | 2018-08-31 | 2018-12-11 | 鲁班嫡系机器人(深圳)有限公司 | A kind of automatic factory based on optic communication |
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2009
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