JP2013183395A - Optical space communication system and device - Google Patents

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一俊 廣橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical wireless LAN system enabling efficient access between devices, without causing an interference problem if optical transmission/reception directivity between a base station device B and a plurality of terminal devices T is widely set, and enabling application to a mobile.SOLUTION: Bidirectional communication between the base station device B and each terminal device T is performed through space communication using light as a medium. Data transmission from the base station device to the terminal device T is performed through baseband transmission, whereas data transmission from the terminal device T to the base station device is performed through broadband transmission including a carrier wave having a higher frequency than a signal occupation band in the baseband transmission. Multi-channel access from the base station device to the plurality of terminal devices T is performed using the TDMA system, whereas multi-channel access from the plurality of terminal devices T to the base station device B is performed using the FDMA system. The base station device includes a visible light transmitter 13 and an infrared receiver. Each terminal device T includes a visible light receiver 34 and an infrared transmitter 42.

Description

本発明は可搬型のパーソナルコンピュータや携帯端末といった機器を、光を媒体とした無線ネットワークで接続する際の光空間通信方式及び装置に関するもので、特に複数の端末装置及び基地局装置が干渉なくLAN接続可能とするための通信方式及び装置に係る。   The present invention relates to an optical space communication system and apparatus for connecting devices such as portable personal computers and portable terminals over a wireless network using light as a medium, and in particular, a plurality of terminal apparatuses and base station apparatuses can be connected to each other without interference. The present invention relates to a communication method and apparatus for enabling connection.

近年、特許文献1に示すような、赤外線を利用した光無線ネットワーク(LAN)が提案されている。また、特許文献2に示すように、ダウンリンクとして可視光通信を使用し、アップリンクとして赤外線通信を使用した光無線LANシステムも提案されている。   In recent years, an optical wireless network (LAN) using infrared rays, as shown in Patent Document 1, has been proposed. Further, as shown in Patent Document 2, an optical wireless LAN system using visible light communication as a downlink and infrared communication as an uplink has been proposed.

これらの光無線ネットワークでは、伝送方式としては、ブロードバンド伝送方式またはベースバンド伝送方式が採用されている。ベースバンド伝送方式は、ブロードバンド伝送方式と比較して全体の回路構成が単純で、伝送速度が高い分野でも使用することが可能であり、ブロードバンド伝送方式は蛍光灯やモニタ等から発生する光ノイズの影響を受けにくく、比較的遠距離伝送に強いというメリットがある。   In these optical wireless networks, a broadband transmission system or a baseband transmission system is adopted as a transmission system. The baseband transmission system has a simpler circuit configuration than the broadband transmission system and can be used even in fields with high transmission speeds. The broadband transmission system is a method for the optical noise generated from fluorescent lamps and monitors. There is a merit that it is not easily affected and is relatively resistant to long-distance transmission.

そのため、従来の光無線ネットワークでは、使用目的に合わせて、前記いずれかの伝送方式が採用されている。また、特許文献3に示すように、1台の装置で、ベースバンド伝送方式とブロードバンド伝送方式を切り換えて使用する光空間通信装置も提案されている。   Therefore, in the conventional optical wireless network, any one of the above transmission methods is adopted according to the purpose of use. Also, as shown in Patent Document 3, an optical space communication device has been proposed in which a single device is used by switching between a baseband transmission method and a broadband transmission method.

特開2003−304205号公報JP 2003-304205 A 特開2009−225196号公報JP 2009-225196 A 特開平11−239103号公報JP-A-11-239103

光無線通信の伝送形態は、送受信器間に見通し内伝搬路を確保する直射方式と壁や天井面での拡散反射光を利用して見通し外でも通信を可能とする拡散反射方式に分類できる。また、それぞれについて、送受信器両方の指向制御を行う指向方式、指向制御を行わない無指向方式、ならびに送受信器のどちらか一方のみが指向制御を行うハイブリッド方式が存在する。   The transmission mode of optical wireless communication can be classified into a direct-light system that secures a line-of-sight propagation path between transmitters and receivers and a diffuse reflection system that enables communication even outside the line-of-sight using diffusely reflected light on walls and ceiling surfaces. In addition, for each, there are a directional system that performs directional control of both transmitters and receivers, a non-directional system that does not perform directional control, and a hybrid system in which only one of the transceivers performs directional control.

以上、様々な形態が存在する中で、直射ハイブリッド方式は省電力にて比較的高速なデータ伝送を実現できることから、端末装置を固定あるいは移動範囲が狭い屋内光LANシステムで採用されている。しかし、この直射ハイブリッド方式は、移動を前提とする携帯情報機器と基地局装置間の伝送には不適当である。   As described above, the direct-hybrid system is used in an indoor optical LAN system in which a terminal device is fixed or a moving range is narrow because a direct hybrid method can realize relatively high-speed data transmission with power saving. However, this direct-light hybrid system is not suitable for transmission between a portable information device and a base station apparatus that are supposed to move.

一方、直射無指向方式は、広指向性を有する基地局装置と複数の端末間で、TDMA方式やFDMA方式を使用したマルチチャンネルアクセスと呼ばれる媒体共有型の1対n通信を行う。そのため、LANを構築する場合は、端末装置間の干渉が発生しないように基地局装置と端末装置間の複雑なアクセス手順が必要である。   On the other hand, the direct non-directional method performs medium-sharing one-to-n communication called multi-channel access using the TDMA method or the FDMA method between a base station apparatus having wide directivity and a plurality of terminals. Therefore, when constructing a LAN, a complicated access procedure between the base station apparatus and the terminal apparatus is necessary so that interference between the terminal apparatuses does not occur.

特に、端末装置をタブレットPCなどの携帯情報機器に装着した場合は、端末装置が移動しながら基地局装置とデータの送受信を行うことから、基地局装置及び端末装置それぞれの光送受信の指向性を広くすることが望まれている。しかし、直射無指向方式において、光送受信の指向性を広くすると、装置間の干渉が発生する可能性が高くなる。   In particular, when the terminal device is mounted on a portable information device such as a tablet PC, the terminal device transmits and receives data to and from the base station device while moving. Widening is desired. However, if the directivity of optical transmission / reception is widened in the direct-light omnidirectional method, the possibility of interference between devices increases.

例えば、ダウンリンク、アップリンク共にマルチチャンネルアクセスをTDMA方式とした場合には、次のような問題点が存在する。まず、TDMA方式において、ダウンリンクをベースバンド伝送で、アップリンクをブロードバンド伝送で行い、ダウンリンクとアップリンクの使用する周波数帯域を分け、ダウンリンクとアップリンクのアクセス手順を共にTDMA方式とした場合、アップリンクをFDMA方式とした場合よりも伝送速度が高くなる反面、アップリンクの伝送速度が高くなるため伝送距離が低下する。また、TDMA方式ではパケット間ギャップを設けたり、パケットオーバーヘッドが必要で、伝送効率が悪化する。更に、子機の送信光が自己受信されることから、基地局装置が受信した子機からの信号を折り返して子機が受信し、子機が自己送信と同時に基地局装置からの折り返し信号を比較し、一致している場合は送信を継続し、不一致の場合は送信を停止し、時間をおいて再度送信するといったキャリアセンスマルチチャンネルアクセス/コリジョンディテクト(CAMA/CD)方式に基づくアクセス制御を行えなくなるので、伝送効率が悪化するという問題がある。   For example, when the downlink and uplink multichannel access is a TDMA system, there are the following problems. First, in the TDMA system, the downlink is performed by baseband transmission, the uplink is performed by broadband transmission, the frequency band used by the downlink and the uplink is divided, and both the downlink and uplink access procedures are the TDMA system. Although the transmission rate is higher than when the uplink is an FDMA system, the transmission rate is reduced because the uplink transmission rate is high. In addition, the TDMA system requires an inter-packet gap and requires packet overhead, which deteriorates transmission efficiency. Further, since the transmission light of the slave unit is received by itself, the base station device returns the signal from the slave unit and is received by the slave unit. The slave unit receives the return signal from the base station device simultaneously with the self-transmission. Comparison is made, and if it matches, the transmission is continued, if it does not match, the transmission is stopped, and transmission is performed again after a time, and access control based on the carrier sense multi-channel access / collision detect (CAMA / CD) method is performed. Since it cannot be performed, there is a problem that transmission efficiency deteriorates.

一方、ダウンリンクとアップリンクを同じ帯域のベースバンド伝送で行い、アクセス制御を共にTDMA方式で行う場合、例えばアップリンク送信を行う端末装置が電池駆動による携帯装置で送信電力を抑える必要があり、伝送距離を確保するためトレードオフ関係にある伝送速度を下げて伝送を行うよう設定すると、アップリンクの時間率が増大することによりダウンリンクが割り込む余地が激減し、ダウンのスピードがきわめて低下する問題がある。   On the other hand, when the downlink and uplink are performed by baseband transmission of the same band and both access control is performed by the TDMA method, for example, a terminal device that performs uplink transmission needs to suppress transmission power with a battery-driven portable device, If the transmission rate is set to be reduced at a trade-off relationship in order to secure the transmission distance, the time rate of the uplink will increase and the room for the downlink to be interrupted will be drastically reduced, and the speed of the down will be greatly reduced. There is.

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、直射無指向方式を採用することで基地局装置と移動体に設けた端末装置間の無線LAN接続を可能とし、しかも、複数の端末装置の光送受信の指向性を広く設定したとしても端末装置間の干渉がなく、効率的なアクセスが可能な光空間通信方式及び装置を提供することにある。   The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to adopt a direct-light non-directional method between a base station device and a terminal device provided on a mobile unit. Provided is an optical space communication method and apparatus that enables efficient access without causing interference between terminal apparatuses even when the directivity of optical transmission / reception of a plurality of terminal apparatuses is set widely. There is.

前記の目的を達成するために、本発明の光空間通信方式及び装置は、基地局装置から端末装置へのデータ伝送をベースバンド伝送により行い、端末装置から基地局装置へのデータ伝送を、前記ベースバンド伝送信号の占有帯域より周波数の高い周波数の搬送波を有するブロードバンド伝送により行うことを特徴とする。この場合、基地局装置から複数の端末装置へのマルチチャンネルアクセスにTDMAを用い、複数の端末から基地局装置へのマルチチャンネルアクセスにFDMAを用いる。   In order to achieve the above object, an optical space communication system and apparatus of the present invention performs data transmission from a base station apparatus to a terminal apparatus by baseband transmission, and performs data transmission from the terminal apparatus to the base station apparatus. The transmission is performed by broadband transmission having a carrier having a frequency higher than the occupied band of the baseband transmission signal. In this case, TDMA is used for multichannel access from a base station apparatus to a plurality of terminal apparatuses, and FDMA is used for multichannel access from a plurality of terminals to a base station apparatus.

本発明において、基地局装置を照明装置に内蔵し、データ送信を照明装置の発光素子により行っても良い。また、前記のような光空間通信方式に使用する基地局装置または端末装置単体も、本発明の一態様である。   In the present invention, the base station device may be built in the lighting device, and data transmission may be performed by a light emitting element of the lighting device. Further, a base station device or a single terminal device used in the optical space communication system as described above is also an aspect of the present invention.

本発明によれば、タブレットPCなどの携帯情報機器に広指向性の送受光手段を設けた端末装置を取付けることで、移動しながらの光を媒体としたワイヤレスLANアクセスが可能となり、携帯情報機器が複数となったとしても各携帯情報機器に設けた情報端末が同時に無線LANアクセスを行うことができる。   According to the present invention, by attaching a terminal device provided with a wide-directional light transmitting / receiving unit to a portable information device such as a tablet PC, wireless LAN access using a moving light as a medium becomes possible. Even if there are a plurality of information terminals, information terminals provided in each portable information device can simultaneously perform wireless LAN access.

本発明の光空間通信方式の全体構成を示すネットワーク図。The network figure which shows the whole structure of the optical space communication system of this invention. 本発明の実施形態における端末装置と携帯情報機器の外形を示す平面図。The top view which shows the external shape of the terminal device and portable information device in embodiment of this invention. 本発明における基地局装置の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows embodiment of the base station apparatus in this invention. 本発明における端末装置の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows embodiment of the terminal device in this invention. 本発明の実施形態におけるアップリンクとダウンリンクが使用する周波数帯域を示すグラフ。The graph which shows the frequency band which an uplink and a downlink in embodiment of this invention use.

以下、本発明の実施形態を図面に従って具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[1.全体の構成…図1〜図3]
図1に示す通り、本実施形態のシステムは、光通信機能を有する照明器具に設けられた基地局装置Bと、タブレットパソコンなどの携帯情報機器Mのそれぞれに設けられた端末装置Tとを備えている。
[1. Overall configuration: FIGS. 1 to 3]
As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes a base station device B provided in a lighting fixture having an optical communication function, and a terminal device T provided in each portable information device M such as a tablet personal computer. ing.

基地局装置Bはネットワークケーブルによりサーバ機器やインターネットNなどに接続され、端末装置TはUSB接続などの手段で携帯情報機器Mに装着されている。これにより、照明器具に設けられた基地局装置Bを経由して、携帯情報機器MをインターネットNやサーバに接続して成る1対nのLANシステムが構成されている。   The base station device B is connected to a server device or the Internet N by a network cable, and the terminal device T is attached to the portable information device M by means such as USB connection. As a result, a one-to-n LAN system configured by connecting the portable information device M to the Internet N or a server via the base station device B provided in the lighting fixture is configured.

図2は、携帯情報機器Mと、これに装着する端末装置Tの一例を示す斜視図である。端末装置Tは、そのケース1の上面に送信用のLED2と受光用のフォトダイオード(以下、PDと言う)3を設け、ケース1の側面にUSB端子4を設けたものである。このUSB端子4を携帯情報機器Mに設けたUSBコネクタ5に挿入することにより、端末装置Tは携帯情報機器Mと一体に接続され、両者間でのデータの授受及び電源の供給が行われる。   FIG. 2 is a perspective view showing an example of the portable information device M and a terminal device T attached to the portable information device M. The terminal device T is provided with a transmitting LED 2 and a light receiving photodiode (hereinafter referred to as PD) 3 on the upper surface of the case 1, and a USB terminal 4 on the side surface of the case 1. By inserting the USB terminal 4 into the USB connector 5 provided in the portable information device M, the terminal device T is connected integrally with the portable information device M, and exchanges data and supplies power between the two.

本実施形態においては、基地局装置Bから端末装置Tにデータを伝送するダウンリンクをベースバンド伝送方式による可視光通信で行い、端末装置Tから基地局装置Bにデータを伝送するアップリンクをブロードバンド伝送方式による赤外線通信で行う。   In this embodiment, the downlink for transmitting data from the base station apparatus B to the terminal apparatus T is performed by visible light communication using the baseband transmission method, and the uplink for transmitting data from the terminal apparatus T to the base station apparatus B is broadband. This is done by infrared communication using the transmission method.

この場合、アップリンクのブロードバンド伝送の信号の占有帯域を、ダウンリンクのベースバンド伝送の信号の占有帯域より周波数の高い周波数の搬送波により行うと共に、ダウンリンクのマルチチャンネルアクセス(多重化方式)にTDMA方式を用い、アップリンクのマルチチャンネルアクセスにFDMA方式を用いる。変調方式としては、ダウンリンクは4値PPM変調(pulse-position modulation:パルス位置変調)を、アップリンクは4チャンネルのASK変調(amplitude shift keying:振幅偏移変調)により行う。   In this case, the occupied bandwidth of the uplink broadband transmission signal is performed by a carrier having a frequency higher than the occupied bandwidth of the downlink baseband transmission signal, and TDMA is used for downlink multi-channel access (multiplexing method). The FDMA method is used for uplink multi-channel access. As the modulation method, the downlink performs 4-level PPM modulation (pulse-position modulation), and the uplink performs 4-channel ASK modulation (amplitude shift keying).

図3は、このようなダウンリンクとアップリンクの周波数の帯域を示すグラフである。本実施形態では、ダウンリンクは10MHz以下の周波数帯域においてTDMA方式を使用し、アップリンクは10MHzから20MHzの周波数帯域内に4チャンネルの送信周波数帯域を有するFDMA方式を使用する。   FIG. 3 is a graph showing the frequency bands of the downlink and the uplink. In this embodiment, the downlink uses a TDMA scheme in a frequency band of 10 MHz or less, and the uplink uses an FDMA scheme having four transmission frequency bands in a frequency band from 10 MHz to 20 MHz.

更に、直射無指向方式を採る本実施形態は、送信光を広範囲に拡散させることから受信端に達する光量が低下するため、伝送距離を確保するため伝送距離とトレードオフ関係のある伝送速度を低下させる必要から直射ハイブリッド方式に比較して伝送効率を低く設定しなければならないので、ダウンリンクの伝送レートを4Mbps、アップリンクの伝送レートを156.25kbpsに設定している。   Furthermore, this embodiment, which employs the direct-light non-directional method, reduces the transmission speed that has a trade-off relationship with the transmission distance in order to secure the transmission distance because the amount of light reaching the receiving end decreases because the transmission light is diffused over a wide range. Therefore, the transmission efficiency must be set lower than that of the direct hybrid system, so the downlink transmission rate is set to 4 Mbps and the uplink transmission rate is set to 156.25 kbps.

この場合、ダウンリンクの4Mbpsは、従来提案されている直射ハイブリッド方式に比較するとスピードが遅いが、直射無指向方式による広指向性化に対応するものである。また、基地局装置Bの送信用として特殊なLEDを使用することなく、照明で一般的に用いられる応答スピードの比較的遅い蛍光体使用タイプのLEDを使用する場合に適している。   In this case, the downlink 4 Mbps is slower in speed than the conventionally proposed direct-light hybrid system, but corresponds to wide directivity by the direct-light omni-directional system. Moreover, it is suitable when not using a special LED for transmission of the base station apparatus B but using a phosphor use type LED with a relatively slow response speed generally used in illumination.

一方、アップリンクの156.25kbpsは、携帯情報機器Mから電源供給される端末装置Tでは光送信の電力を制限せざるを得ず、伝送距離を確保するために、トレードオフ関係にある伝送速度を制限した結果である。従って、本実施形態は、ダウンリンクに比較しアップリンクがかなり低速な不平衡システムであるが、最近のクラウドコンピューティング、リモートPCとしての利用状況の様にアップリンクの伝送量が少ない場合を想定すると、利用価値の高いワイヤレスソリューションである。   On the other hand, the uplink 156.25 kbps has a trade-off relationship in order to secure transmission distance in the terminal device T supplied with power from the portable information device M, and has a trade-off relationship. This is a result of limiting. Therefore, this embodiment is an unbalanced system in which the uplink is considerably slower than the downlink, but it is assumed that the amount of uplink transmission is small, such as recent cloud computing and usage as a remote PC. This is a highly usable wireless solution.

[2.基地局装置Bの構成…図4]
前記の様な2つの伝送方式を採用するために、基地局装置Bと端末装置Tには、可視光通信部と赤外線通信部がそれぞれ設けられている。図4は、基地局装置Bの構成を示すブロック図である。
[2. Configuration of base station apparatus B ... FIG. 4]
In order to employ the two transmission methods as described above, the base station apparatus B and the terminal apparatus T are each provided with a visible light communication unit and an infrared communication unit. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of base station apparatus B.

図4において、10は、基地局装置BをネットワークNに接続するためのネットワークインターフェイス部で、RJ-45規格の接続端子11を備え、10/100BASE-TXのEthernet(登録商標、以下同じ)インターフェイスをMII(Media Independent Interface)に変換する機能を持つ。   In FIG. 4, reference numeral 10 denotes a network interface unit for connecting the base station apparatus B to the network N, which includes a RJ-45 standard connection terminal 11 and a 10 / 100BASE-TX Ethernet (registered trademark, the same applies hereinafter) interface. Has a function to convert to MII (Media Independent Interface).

ネットワークインターフェイス部10には、CPLD (Complex Programmable Logic Device)によって構成される信号処理部12が接続されている。信号処理部12は、デジタル系の処理を行うブロックで、MIIから受信したEthernetフレームに対し、フレーム長などの情報を付与した上で、4値PPM変調を行い、シリアル情報として送出する。信号処理部12は、4チャンネルの赤外線受信部より受信したフレームから、フレーム長情報などを削除し、Ethernetフレームとした後、4チャンネルを多重化してネットワークインターフェイス部10側に送出する。   The network interface unit 10 is connected to a signal processing unit 12 constituted by a CPLD (Complex Programmable Logic Device). The signal processing unit 12 is a block that performs digital processing, adds information such as a frame length to the Ethernet frame received from the MII, performs four-value PPM modulation, and transmits the serial information. The signal processing unit 12 deletes the frame length information and the like from the frame received from the 4-channel infrared receiving unit to form an Ethernet frame, and then multiplexes the 4 channels and sends them to the network interface unit 10 side.

そのため、信号処理部12は、一例として、次のような構成並びに機能を有する。
(a) 情報フレームを格納している受信バッファ。
(b) 該当する受信バッファに格納された情報フレームに、プリアンブルならびにSFDを付与した上でデータの送出を行う転送アービタ。
(c) 情報フレームの送出中に、ネットワークインターフェイス部10の受信部を監視し、送出中の情報フレームに衝突が発生していないことを監視する。
(d) 送出を行っている情報フレームについて、全ての内容の送出が完了した後に受信バッファ内の情報フレームの消去を実施する。
(e)送出中に衝突が確認された場合においては、直ちに送出を停止し、情報フレームを確保した上で、バックオフタイマー満了後、再度送出を試みる。
Therefore, the signal processing unit 12 has the following configuration and functions as an example.
(a) A receive buffer that stores information frames.
(b) A transfer arbiter that transmits data after adding a preamble and SFD to the information frame stored in the corresponding reception buffer.
(c) During transmission of the information frame, the receiving unit of the network interface unit 10 is monitored to check that no collision has occurred in the information frame being transmitted.
(d) The information frame in the reception buffer is erased after transmission of all contents of the information frame being transmitted is completed.
(e) When a collision is confirmed during transmission, transmission is immediately stopped, an information frame is secured, and transmission is attempted again after the back-off timer expires.

信号処理部12には、ダウンリンク用の可視光送信部13と、アップリンク用の赤外線受信部16が接続されている。可視光送信部13は、信号処理部12から受信した4値PPM信号に基づいて、送信用のLED15をデータ伝送に対応した周期で発光させるLED駆動回路14が設けられている。このLED15は、本実施形態では、照明装置としても使用可能な白色、昼間色などの発光色を有するものである。   The signal processor 12 is connected with a visible light transmitter 13 for downlink and an infrared receiver 16 for uplink. The visible light transmitter 13 is provided with an LED drive circuit 14 that causes the LED 15 for transmission to emit light at a period corresponding to data transmission based on the four-value PPM signal received from the signal processor 12. In the present embodiment, the LED 15 has a luminescent color such as white or daytime that can also be used as a lighting device.

赤外線受信部16は、アップリンクに使用される赤外線を受光する受光素子(以下、PDと呼ぶ)17が設けられている。PD17としては、本実施形態が直接無指向方式であることから、指向性として半値全幅120度の視野角を確保することのできる大口径のものが好ましい。PD17の出力側には、光−電気信号(O/E)変換回路18が接続され、この光−電気信号変換回路18の出力側に4チャンネル分のバンドパスフィルタ19が接続されている。   The infrared receiving unit 16 is provided with a light receiving element (hereinafter referred to as PD) 17 that receives infrared rays used for the uplink. Since PD17 is a direct omnidirectional system as PD17, the thing of the large diameter which can ensure the viewing angle of full width at half maximum of 120 degree | times is preferable as directivity. An optical-electrical signal (O / E) conversion circuit 18 is connected to the output side of the PD 17, and a band-pass filter 19 for four channels is connected to the output side of the optical-electrical signal conversion circuit 18.

各チャンネルのバンドパスフィルタ19の出力側には増幅器20が接続され、増幅器20の出力側に、受信した伝送データを復調するASK復調回路21と、各チャンネル間の衝突を検出するキャリアセンス回路22が接続されている。これらASK復調回路21とキャリアセンス回路22の出力側は、信号処理部12に接続されている。   An amplifier 20 is connected to the output side of the band-pass filter 19 for each channel, and an ASK demodulator circuit 21 for demodulating received transmission data and a carrier sense circuit 22 for detecting a collision between the channels on the output side of the amplifier 20. Is connected. The output sides of the ASK demodulation circuit 21 and the carrier sense circuit 22 are connected to the signal processing unit 12.

[3.端末装置Tの構成…図4]
端末装置Tは、携帯情報機器Mに接続するための機器側インターフェイス部30を備えている。この機器側インターフェイス部30には、一例として、USB接続端子31が設けられている。機器側インターフェイス部30には、信号処理部32を介して、可視光受信部33と赤外線送信部38が接続されている。
[3. Configuration of Terminal Device T ... FIG. 4]
The terminal device T includes a device-side interface unit 30 for connecting to the portable information device M. As an example, the device-side interface unit 30 is provided with a USB connection terminal 31. A visible light receiving unit 33 and an infrared transmitting unit 38 are connected to the device side interface unit 30 via a signal processing unit 32.

可視光受信部33には、ダウンリンクの可視光を受光するPD34が設けられ、このPD34の出力側に、光−電気信号変換回路35及び増幅回路36を介して、2値化回路37が接続されている。この2値化回路37の出力が信号処理部32に入力される。   The visible light receiving unit 33 is provided with a PD 34 that receives downlink visible light, and a binarization circuit 37 is connected to the output side of the PD 34 via an optical-electrical signal conversion circuit 35 and an amplification circuit 36. Has been. The output of the binarization circuit 37 is input to the signal processing unit 32.

赤外線送信部38には、キャリア周波数切替スイッチ40を備えたASK変調回路39が設けられている。切換スイッチ40は、端末装置Tがどの周波数の赤外線を使用してデータをアップリンクするかを選択するものである。選択の手法としては、他の端末装置Tが使用している赤外線の周波数を、基地局装置B経由で検出し、それ以外の周波数のチャンネルを使用する方法や、端末装置Tに手動の切替スイッチを設けて、ユーザがその都度手作業で切り換える方法などが使用できる。   The infrared transmitter 38 is provided with an ASK modulation circuit 39 including a carrier frequency changeover switch 40. The changeover switch 40 is used to select which frequency of the infrared rays the terminal device T uses to uplink data. As a selection method, an infrared frequency used by another terminal device T is detected via the base station device B, and a channel having a frequency other than that is used. And a method in which the user manually switches each time can be used.

ASK変調回路39には、機器側インターフェイス部30を経由して供給された携帯情報機器Tからの伝送信号が入力される。ASK変調回路39の出力側は、LED駆動回路41を経由して、赤外線発光用のLED42に接続されている。   A transmission signal from the portable information device T supplied via the device-side interface unit 30 is input to the ASK modulation circuit 39. The output side of the ASK modulation circuit 39 is connected to an LED 42 for infrared light emission via an LED drive circuit 41.

[4.ダウンリンクの処理]
ダウンリンクの処理は、次のような手順で行われる。
(1)ネットワークNやサーバ装置から送信用の信号が基地局装置Bに入力されると、信号処理部12は、ネットワークインターフェイス部10において、入力された信号中から有意情報フレームが検出された場合、これを4値PPMに変調して可視光送信部13に送出する。4値PPM変調の処理はデータフレーム内のビット情報について、2ビット単位として4つ用意するビットフラグの位置で識別する。
[4. Downlink processing]
The downlink processing is performed in the following procedure.
(1) When a signal for transmission is input from the network N or the server device to the base station device B, the signal processing unit 12 causes the network interface unit 10 to detect a significant information frame from the input signal. This is modulated into a 4-value PPM and sent to the visible light transmitter 13. In the 4-value PPM modulation processing, bit information in a data frame is identified by the positions of four bit flags prepared as 2-bit units.

(2)可視光送信部13では、4値PMMの信号に基づいてLED駆動回路14によりLED15を点滅することで、LED15から複数の端末装置Tに向かって可視光による信号を伝送する。この場合、LED15から送信される伝送データは、10MHz以下の周波数帯域においてTDMA方式を使用して行われる。 (2) The visible light transmission unit 13 transmits a signal by visible light from the LED 15 toward the plurality of terminal devices T by blinking the LED 15 by the LED driving circuit 14 based on the 4-value PMM signal. In this case, transmission data transmitted from the LED 15 is performed using the TDMA method in a frequency band of 10 MHz or less.

(3)端末装置Tは、その可視光受信部33のPD34によって、基地局装置Bからの可視光信号を受信すると、その信号を光−電気信号変換回路35により電気信号に変換し、次いで増幅回路36で増幅した後、2値化回路27によってデジタル信号に変換して、信号処理部32に送出する。 (3) When the terminal device T receives the visible light signal from the base station device B by the PD 34 of the visible light receiving unit 33, the terminal device T converts the signal into an electrical signal by the optical-electrical signal conversion circuit 35, and then amplifies it. After being amplified by the circuit 36, it is converted into a digital signal by the binarization circuit 27 and sent to the signal processing unit 32.

(4)信号処理部32は、この入力信号を携帯情報機器Mが利用できるフォーマットの信号に変換して、機器側インターフェイス部30のUSB端子31を経由して、携帯情報機器Mに送出する。 (4) The signal processing unit 32 converts this input signal into a signal in a format that can be used by the portable information device M, and sends it to the portable information device M via the USB terminal 31 of the device-side interface unit 30.

このように、本実施形態では、LED15からのダウンリンクは、ダウンリンクは10MHz以下の周波数帯域においてTDMA方式によるベースバンド伝送を使用しているので、周波数帯域の全域を使用して高速なデータの伝送が可能である。また、可視光を発光するLEDは、高い周波数での応答性が劣る特性があるが、本実施形態では、可視光部分は低い周波数帯域を使用するのでそのような問題が生じない。更に、本実施形態では、アップリンクとダウンリンクの周波数帯域を区分しているので、TDMA方式を採用しても、アップリンクとダウンリンクの干渉がなく、高速でダウンリンクを実施できる。   As described above, in the present embodiment, the downlink from the LED 15 uses the baseband transmission based on the TDMA method in the frequency band of 10 MHz or less, and therefore, the high-speed data is transmitted using the entire frequency band. Transmission is possible. Moreover, although LED which emits visible light has the characteristic that the responsiveness in a high frequency is inferior, in this embodiment, since the visible light part uses a low frequency band, such a problem does not arise. Furthermore, in the present embodiment, the frequency bands of the uplink and the downlink are divided, so even if the TDMA scheme is adopted, there is no interference between the uplink and the downlink, and the downlink can be performed at a high speed.

[5.アップリンクの処理]
アップリンクの処理は、次のような手順で行われる。
[5. Uplink processing]
Uplink processing is performed in the following procedure.

(1)携帯情報機器MからUSB端子31を経由して機器側インターフェイス部30に入力されたデータは、信号処理部32においてASK変調可能な信号に変換される。 (1) Data input from the portable information device M to the device-side interface unit 30 via the USB terminal 31 is converted into a signal capable of ASK modulation by the signal processing unit 32.

(2)ASK変調回路39は、キャリア周波数切替スイッチ40によって選択された図2の4チャンネルのいずれかの周波数を使用して、機器側インターフェイス部30から供給された信号を変調し、LED駆動回路40に出力する。 (2) The ASK modulation circuit 39 modulates a signal supplied from the device-side interface unit 30 using any of the frequencies of the four channels in FIG. Output to 40.

(3)LED駆動回路40は、ASK変調回路39からの信号に基づいて、赤外線発光用のLED41を点滅させ、基地局装置Bに向かってデータの送信を行う。 (3) The LED driving circuit 40 blinks the infrared light emitting LED 41 based on the signal from the ASK modulation circuit 39 and transmits data to the base station apparatus B.

(4)基地局装置Bの赤外線受信部16のPD17において検出された端末装置Tからの信号は、合計4つある搬送波に基づいてバンドパスフィルタ19で分離され、各々のチャンネルに振り分けられた後、ASK復調回路21及びキャリアセンス回路22を経由して、信号処理部12に送られる。 (4) After the signal from the terminal device T detected by the PD 17 of the infrared receiver 16 of the base station device B is separated by the band-pass filter 19 based on a total of four carriers and distributed to each channel The signal is sent to the signal processing unit 12 via the ASK demodulation circuit 21 and the carrier sense circuit 22.

(5)信号処理部12では、各々のチャンネルについて、情報フレームの先頭であるSFDを検出した場合、SFDに続いて格納されているフレーム長情報を抽出し、その内容に従った大きさの情報フレームを、各々のチャンネルに個別に用意された受信バッファ(図示せず)に格納を行う。 (5) When the signal processing unit 12 detects the SFD that is the head of the information frame for each channel, the signal processing unit 12 extracts the frame length information stored following the SFD, and the information has a size according to the content. The frame is stored in a reception buffer (not shown) prepared individually for each channel.

(6)信号処理部12に設けられた転送アービタは、周期監視によって中継すべき情報フレームを格納している受信バッファの存在を確認すると、ネットワークインターフェイス部10の状況を確認し、情報フレームの送出が可能であると判定された場合、該当する受信バッファに格納された情報フレームに、プリアンブルならびにSFDを付与した上でネットワークインターフェイス部10より、ネットワークNにデータの送出を行う。 (6) When the transfer arbiter provided in the signal processing unit 12 confirms the presence of the reception buffer storing the information frame to be relayed by period monitoring, the transfer arbiter confirms the status of the network interface unit 10 and transmits the information frame. When it is determined that the data frame can be transmitted, the network interface unit 10 transmits data to the network N after adding a preamble and SFD to the information frame stored in the corresponding reception buffer.

(7)転送アービタは、情報フレームの送出中に、ネットワークインターフェイス部10の受信部を監視し、送出中の情報フレームに衝突が発生していないことを監視する。 (7) The transfer arbiter monitors the receiving unit of the network interface unit 10 during transmission of the information frame, and monitors whether a collision has occurred in the information frame being transmitted.

(8)信号処理部12は、送出を行っている情報フレームについて、全ての内容の送出が完了した後に受信バッファ内の情報フレームの消去を実施する。その場合、送出中に衝突が確認された場合においては、直ちに送出を停止し、情報フレームを確保した上で、バックオフタイマー満了後、再度送出を試みる。 (8) The signal processing unit 12 deletes the information frame in the reception buffer after the transmission of all the contents of the information frame being transmitted is completed. In this case, if a collision is confirmed during transmission, transmission is immediately stopped, an information frame is secured, and transmission is attempted again after the back-off timer expires.

[6.実施形態の効果]
本実施形態によれば、ダウンロード帯域の上の帯域を使うことにより全二重通信が可能になり、複数の端末装置Tから基地局装置Bへのアクセスが同時に発生しても、ダウンリンクのスピードに影響を与えることがない。
[6. Effects of the embodiment]
According to the present embodiment, full-duplex communication is possible by using a band above the download band, and even if access from a plurality of terminal apparatuses T to the base station apparatus B occurs simultaneously, the downlink speed Will not be affected.

また、本実施形態では、高域限界のある可視光通信でのダウンロードを周波数利用効率の高いベースバンド変調により行うことにより、伝送スピードを高めることができる。一方、アップリンクはブロードバンド変調により行うため、端末の電力供給能力に応じて伝送速度を落として、伝送距離を確保することができる。   Further, in the present embodiment, the transmission speed can be increased by performing download in visible light communication with a high frequency limit by baseband modulation with high frequency utilization efficiency. On the other hand, since the uplink is performed by broadband modulation, the transmission distance can be secured by reducing the transmission speed according to the power supply capability of the terminal.

[7.他の実施形態]
本発明は前記の実施形態に限定されものではなく、次のような他の実施形態も包含する。
[7. Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes other embodiments as follows.

(1)図示の実施形態では、1台の基地局装置1のみが示されているが、所定の間隔を保って配置した複数台の基地局装置1をカスケード接続することによって、サーバ機器やインターネットNに接続することも可能である。 (1) Although only one base station apparatus 1 is shown in the illustrated embodiment, server devices and the Internet can be connected by cascading a plurality of base station apparatuses 1 arranged at predetermined intervals. It is also possible to connect to N.

(2)図示の実施形態では、端末装置Tを携帯情報機器Mに対してUSB接続により着脱自在としたが、他のインターフェイスでの接続でもよく、端末装置Tを携帯情報機器M内に一体に組み込むことも可能である。 (2) In the illustrated embodiment, the terminal device T is detachable from the portable information device M by USB connection, but may be connected by another interface, and the terminal device T is integrated in the portable information device M. It can also be incorporated.

(3)基地局装置Bを照明器具に組み込む代わりに、光通信専用のLEDのみを有する器具によって基地局装置を使用することができる。 (3) Instead of incorporating the base station apparatus B into the lighting apparatus, the base station apparatus can be used by an apparatus having only LEDs dedicated for optical communication.

(4)本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 (4) The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

B…基地局装置
T…端末装置
M…携帯情報機器
N…ネットワーク
10…ネットワークインターフェイス部
12,32…信号処理部
13…可視光送信部
15,41…LED
16…赤外線受信部
17,34…PD
30…機器側インターフェイス部
33…可視光受信部
34…赤外線送信部
B ... Base station device T ... Terminal device M ... Portable information device N ... Network 10 ... Network interface unit 12, 32 ... Signal processing unit 13 ... Visible light transmission unit 15, 41 ... LED
16 ... Infrared receiver 17, 34 ... PD
30 ... Device side interface unit 33 ... Visible light receiving unit 34 ... Infrared transmitting unit

Claims (5)

基地局装置から端末装置へのデータ送信をベースバンド伝送により行い、端末装置から基地局装置へのデータ伝送を前記ベースバンド伝送の信号の占有帯域より周波数の高い周波数の搬送波を有するブロードバンド伝送により行う光空間通信方式において、
前記基地局装置から複数の端末装置へのマルチチャンネルアクセスにTDMAを用い、複数の端末から基地局装置へのマルチチャンネルアクセスにFDMAを用いることを特徴とする光空間通信方式。
Data transmission from the base station apparatus to the terminal apparatus is performed by baseband transmission, and data transmission from the terminal apparatus to the base station apparatus is performed by broadband transmission having a carrier having a frequency higher than the occupied band of the baseband transmission signal. In optical space communication system,
An optical space communication system using TDMA for multichannel access from the base station apparatus to a plurality of terminal apparatuses and FDMA for multichannel access from a plurality of terminals to the base station apparatus.
前記基地局装置を照明装置に内蔵し、データ送信を照明装置の発光素子により行うことを特徴とする請求項1に記載の光空間通信方式。   The optical space communication system according to claim 1, wherein the base station device is built in a lighting device, and data transmission is performed by a light emitting element of the lighting device. 前記基地局装置から端末装置へのデータ送信を可視光通信により行い、端末装置から基地局装置へのデータ伝送を赤外線通信により行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光空間通信方式。   The optical space according to claim 1 or 2, wherein data transmission from the base station device to the terminal device is performed by visible light communication, and data transmission from the terminal device to the base station device is performed by infrared communication. Communication method. 端末装置へのデータ送信をベースバンド伝送により行い、端末装置からのデータ伝送を前記ベースバンド伝送の信号の占有帯域より周波数の高い周波数の搬送波を有するブロードバンド伝送により行う送信部と受信部を有する光空間通信用の基地局装置において、
複数の端末装置へのマルチチャンネルアクセスにTDMAを用い、複数の端末からのマルチチャンネルアクセスにFDMAを用いることを特徴とする光空間通信用の基地局装置。
Light having a transmitter and a receiver that perform data transmission to the terminal device by baseband transmission, and perform data transmission from the terminal device by broadband transmission having a carrier having a frequency higher than the occupied band of the baseband transmission signal In a base station device for spatial communication,
A base station apparatus for optical space communication, wherein TDMA is used for multichannel access to a plurality of terminal apparatuses, and FDMA is used for multichannel access from a plurality of terminals.
基地局装置からのデータ送信をベースバンド伝送により行い、基地局装置へのデータ伝送を前記ベースバンド伝送の信号の占有帯域より周波数の高い周波数の搬送波を有するブロードバンド伝送により行う送信部と受信部を有する光空間通信用の端末装置において、
基地局装置からのマルチチャンネルアクセスにTDMAを用い、基地局装置へのマルチチャンネルアクセスにFDMAを用いることを特徴とする光空間通信用の端末装置。
A transmission unit and a reception unit that perform data transmission from the base station device by baseband transmission, and perform data transmission to the base station device by broadband transmission having a carrier having a frequency higher than the occupied band of the baseband transmission signal. In a terminal device for optical space communication,
A terminal apparatus for optical space communication, wherein TDMA is used for multichannel access from a base station apparatus, and FDMA is used for multichannel access to the base station apparatus.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0879219A (en) * 1994-09-02 1996-03-22 Toshiba Corp Optical communication system
JP2001211124A (en) * 1997-09-30 2001-08-03 Nec Corp Optical transmitting and receiving circuit for spatial transmission, and spatial transmission device
JP2004221747A (en) * 2003-01-10 2004-08-05 Global Com:Kk Illuminating light communication system
JP2009206840A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Taiyo Yuden Co Ltd Communication system selection method, visible light communication method, device therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0879219A (en) * 1994-09-02 1996-03-22 Toshiba Corp Optical communication system
JP2001211124A (en) * 1997-09-30 2001-08-03 Nec Corp Optical transmitting and receiving circuit for spatial transmission, and spatial transmission device
JP2004221747A (en) * 2003-01-10 2004-08-05 Global Com:Kk Illuminating light communication system
JP2009206840A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Taiyo Yuden Co Ltd Communication system selection method, visible light communication method, device therefor

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