JP2015103858A

JP2015103858A - 可視光通信装置及び可視光通信システム

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Publication number: JP2015103858A
Application number: JP2013241057A
Authority: JP
Inventors: 茂章山崎; Shigeaki Yamazaki
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図る。
【解決手段】制御部２２は、プリアンブルを検出した時点でプリアンブルより前に記憶部２４に記憶されている送信データと、プリアンブルを検出した後に記憶部２４に記憶させた送信データとを結合する。さらに、制御部２２は、結合したデータから情報部に含まれる識別情報を復号化する。故に、制御部２２がプリアンブルの検出前に受信した送信データを用いて識別情報(ＩＤ)を復号化しているので、ほぼ１フレーム分の時間Ｔ０で識別情報(ＩＤ)を取得することができる。その結果、従来例と比較して、可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光を通信媒体とする可視光通信装置、及びその可視光通信装置を用いる可視光通信システムに関する。

従来例として、特許文献１記載の位置検出システム(可視光通信システム)及びその発信装置と受信装置(可視光通信装置)を例示する。この従来例は、複数の発信装置と、受信装置と、位置情報取得装置とを備え、受信装置と位置情報取得装置が無線および有線のネットワークを介して互いに接続されて構成されている。

発信装置は、あらかじめ決められた一定の発信周期で所定の方向(例えば、下方)にビーコンＩＤを含むビーコン信号を光信号(可視光を通信媒体とする信号)として発信する。なお、発信装置は、天井や壁などの施設に一定の間隔で複数設置される。ビーコンＩＤとは、複数の発信装置それぞれに事前に付与されているユニークな番号のことであり、複数の発信装置それぞれを一意に識別することが可能な識別情報である。

ビーコン信号は、受信時にビット同期を取るためのプリアンブル信号、ビーコンＩＤの開始位置を示すスタート信号、ビーコンＩＤを示すビーコンＩＤ信号、および、ビーコンＩＤ信号の終了とデータの誤り訂正情報とを示すＣＲＣ信号からなる。

受信装置は、人に携帯されたり、機器に取り付けられることで当該人や機器と一緒に移動する。受信装置は、複数の発信装置が設置されている空間を移動しながら、発信装置から発信されたビーコン信号を受信するとともに、受信したビーコン信号から得られたビーコンＩＤと機器ＩＤとを関連付けた検出情報を位置情報取得装置に送信する。

位置情報取得装置は、検出情報を受信し、当該検出情報、当該検出情報を受信した時刻情報、および、発信装置の設置位置を示す設置情報とビーコンＩＤとを関連付けた発信装置情報から受信装置の現在位置を示す位置情報を取得する。なお、取得された位置情報は、例えば、位置情報取得装置から受信装置へ送信され、受信装置が有するディスプレイに表示される。

特開２００９−２２２４１７号公報

ところで、上記従来例において、受信装置は、光信号を受信するタイミング(光信号が受信可能な範囲に進入するタイミング)が、ビーコン信号のプリアンブル信号よりも後であった場合、当該光信号を復調しないように構成されている。したがって、上記場合における受信装置は、最初に受信した光信号ではなく、次の光信号のプリアンブル信号を受信することでビーコンＩＤを取得することになる。

つまり、上記従来例では、受信装置(可視光通信装置)がビーコンＩＤ(識別情報)を取得するまでに、最長で２フレーム(２ビーコン信号)分の時間を要していた。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図ることを目的とする。

本発明の可視光通信装置は、可視光を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を信号処理して送信データを復調する受信部と、データを記憶する記憶部と、前記受信部で復調される前記送信データを前記記憶部に記憶させ、且つ前記記憶部に記憶させた前記送信データを復号化する制御部とを備え、前記送信データは、ビット同期を取るためのプリアンブルを含み且つフレームの先頭を示すスタート部と、前記送信データの送信元に割り当てられている固有の識別情報を含む情報部と、前記フレームの終端を示す終端部とからなるフレーム構造を有し、前記制御部は、前記受信部で復調される前記送信データの前記プリアンブルを探索しながら前記送信データを前記記憶部に記憶させ、前記プリアンブルを検出した時点で前記プリアンブルより前に前記記憶部に記憶されている前記送信データと、前記プリアンブルを検出した後に前記記憶部に記憶させた前記送信データとを結合したデータから前記情報部に含まれる前記識別情報を復号化するように構成されることを特徴とする。

この可視光通信装置において、前記制御部は、前記情報部とともに復号化した前記終端部に含まれる情報から伝送誤りの有無を判定し、伝送誤りが有ると判定した場合、前記プリアンブルより前に前記記憶部に記憶されている前記送信データの一部を、前記結合後に前記記憶部に記憶させた前記送信データに置き換えたデータから前記識別情報を復号化するように構成されることが好ましい。

本発明の可視光通信システムは、前記可視光通信装置と、可視光を通信媒体として前記送信データを送信する送信装置とを有することを特徴とする。

本発明の可視光通信装置及び可視光通信システムは、制御部がプリアンブルの検出前に受信した送信データを用いて識別情報を復号化しているので、ほぼ１フレーム分の時間で識別情報を取得することができ、従来例と比較して、可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図ることができるという効果がある。

本発明に係る可視光通信装置及び可視光通信システムを示すブロック図及びシステム構成図である。同上における伝送信号のフレーム構造の説明図である。同上の動作説明用のタイムチャートである。同上の別の動作説明用のタイムチャートである。

本発明に係る可視光通信装置及び可視光通信システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の可視光通信システムは、例えば、商業施設や病院などの建物内で使用される。

本実施形態の可視光通信システムは、図１に示すように送信装置(照明装置)１、受信装置(可視光通信装置)２、サーバ３で構成される。ただし、図１では照明装置１を１台しか図示していないが、実際は複数台の照明装置１が建物内に設置されている。

照明装置１は、光源１０、点灯回路部１１、可視光通信制御部１２などを備え、例えば、建物内の通路の天井や壁などに配設される。

光源１０は、発光ダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子などの発光素子、若しくは白熱ランプや蛍光ランプなどで構成される。なお、本実施形態では光源１０が発光ダイオードで構成されているものとする。

点灯回路部１１は、商用電源から供給される交流電圧・交流電流を直流電圧・直流電流に変換して光源１０に給電する。

可視光通信制御部１２は、点灯回路部１１から光源１０に給電される直流電圧又は直流電流を変調することで識別情報(ＩＤ)を可視光(照明光)に重畳させて送信する。ＩＤは、照明装置１に割り当てられる固有の識別情報である。ただし、このような可視光通信制御部１２は、従来周知であるから詳細な構成の図示並びに説明は省略する。

可視光通信装置２は、受光素子２０、受信部２１、制御部２２、無線通信部２３、記憶部２４、表示入力部２５などを備える。

受光素子２０は、可視光を受光して電気信号に変換する光電変換素子(フォトダイオードやフォトトランジスタなど)で構成される。

受信部２１は、受光素子２０から出力される電気信号から送信データを復調し、復調した送信データを制御部２２に渡す。

無線通信部２３は、電波を媒体とする無線通信により、サーバ３との間でデータ通信を行う。なお、無線通信の通信方式は、無線ＬＡＮや携帯電話事業者が提供するデータ通信の通信方式(W-CDMAやCDMA2000など)が好ましい。

記憶部２４は、フラッシュメモリなどの電気的に書換可能な不揮発性の半導体メモリで構成される。

表示入力部２５は、タッチパネル付きの液晶ディスプレイ、液晶ディスプレイを駆動する駆動回路、タッチパネル上のタッチ位置を検出する検出回路などで構成される。

上述した受信部２１、無線通信部２３、表示入力部２５は何れも従来周知であるから詳細な構成の図示並びに説明は省略する。

制御部２２は、マイクロコンピュータを主構成要素とし、メモリに格納されているプログラムをマイクロコンピュータで実行することにより、後述する様々な処理を行っている。

サーバ３は、汎用のコンピュータシステムとサーバ用のソフトフェアで構成されるものであって、通信部３０、管理部３１、データベース３２などを有している。

通信部３０は、有線ＬＡＮあるいは無線ＬＡＮによってデータ通信を行うように構成される。例えば、通信部３０が無線ＬＡＮによるデータ通信を行う場合、可視光通信装置２と直接データ通信することも可能である。あるいは、通信部３０が有線ＬＡＮによるデータ通信を行う場合、無線ＬＡＮの基地局を介して可視光通信装置２とデータ通信することができる。

データベース３２は、例えば、ハードディスクドライブなどの外部記憶装置で構成され、各照明装置１のＩＤと、各ＩＤに対応した位置情報(照明装置１の設置場所の位置情報)とを記憶している。

管理部３１は、データベース３２を管理し、後述するように可視光通信装置２に対して位置情報を提供する提供処理などを行う。

ここで、照明装置１から送信される伝送信号(送信データ)のフレーム構造を図２に示す。伝送信号は、ビット同期を取るためのプリアンブルを含み且つフレームの先頭を示すスタート部と、送信元の照明装置１のＩＤを含む情報部と、フレームの終端を示す終端部とからなるフレーム構造を有している。なお、可視光通信の仕様(プロトコル)は、例えば、電子情報技術産業協会規格JEITA CP-1222(可視光IDシステム)に規定されている。この規格では、２ビットごとを単位として送信データをパルス位置に変換している。このような変換(符号化)方式は４ＰＰＭ(Pulse Position Modulation：パルス位置変調)と呼ばれる。また、上記規格においては、プリアンブルとして３スロット連続の１、９スロット連続の０のパターン(「111000000000」)が用いられている。

次に、本実施形態の基本的な動作を説明する。

まず、可視光通信装置２の制御部２２は、可視光受信部２１で復調された送信データから情報部及び終端部を復号化する。そして、制御部２２は、終端部に含まれるＣＲＣ(サイクリック・リダンダシー・チェック)の巡回符号から伝送誤りの有無を判定し、伝送誤りが無ければ、復号化した情報部に含まれるＩＤを取得し、伝送誤りが有れば、復号化した情報部のＩＤを破棄する。さらに、制御部２２は、取得したＩＤを含み、サーバ３に対して位置情報の提供を要請する送信フレームを生成して無線通信部２３に出力する。無線通信部２３は、制御部２２から受け取った送信フレームを変調した無線信号をサーバ３へ送信する。

サーバ３の管理部３１は、通信部３０が受信したＩＤを受け取ると、受け取ったＩＤに対応する位置情報をデータベース３２から読み出して通信部３０より可視光通信装置２へ返信させる。

可視光通信装置２の制御部２２は、サーバ３からの返信を受信した無線通信部２３から位置情報を受け取り、受け取った位置情報に対応した地図情報(ＩＤの送信元である照明装置１の設置場所を含む地図情報。以下、同じ。)を記憶部２４から読み出す。さらに制御部２２は、記憶部２４から読み出した地図情報と、サーバ３から受け取った位置情報とを表示入力部２５の液晶ディスプレイに重ねて表示させる。その結果、可視光通信装置２を携帯する利用者は、可視光通信装置２の液晶ディスプレイに表示される地図上で自己の現在位置(照明装置１の設置場所)を知ることができる。

次に、本発明の要旨である可視光通信装置２における伝送信号の受信処理について、図３のタイムチャートを参照して詳細に説明する。なお、図３の(ａ)は照明装置１から送信される伝送信号を示し、(ｂ)は可視光通信装置２の受光素子２０から出力される電気信号(以下、受信信号と呼ぶ。)を示している。また、図３の(ｃ)は従来例における復号化の処理を示し、(ｄ)は制御部２２における復号化の処理を示している。

まず、時刻ｔ＝ｔ０において、可視光通信装置２が照明装置１の通信範囲(照明装置１の伝送信号が受信可能な範囲。以下、同じ。)に進入したと仮定する。照明装置１は、一定の周期で伝送信号を繰り返し送信している(図３(ａ)参照)。したがって、可視光通信装置２では、時刻ｔ＝ｔ０から受光素子２０が可視光を受光(伝送信号を受信)して電気信号(受信信号)に変換する(図３(ｂ)参照)。受信部２１は、受信信号から０及び１の２値のデータ(送信データ)を復調して制御部２２に渡す(図３(ｄ)参照)。

制御部２２は、受信部２１から受け取る送信データのプリアンブル(「111000000000」のパターン)を探索しながら、前記送信データを記憶部２４に記憶させる。そして、制御部２２は、プリアンブルを検出した時点(時刻ｔ＝ｔ２)で、当該プリアンブルより前に記憶部２４に記憶されている送信データ(時刻ｔ＝t０〜ｔ１の期間の送信データ)のビット数をカウントし、情報部の総ビット数と前記ビット数の差(以下、不足数と呼ぶ。)を演算する。なお、制御部２２は、プリアンブルの検出後も引き続き受信部２１から受け取る送信データを記憶部２４に記憶させている。

制御部２２は、プリアンブル検出後の送信データのビット数が前記不足数に達すれば、プリアンブル検出前の送信データ(時刻ｔ＝t０〜ｔ１の期間の送信データ)と、プリアンブル検出後の送信データ(時刻ｔ＝t２〜ｔ３の期間の送信データ)とを結合する。さらに、制御部２２は、結合した送信データを復号化して情報部及び終端部を復元し、且つ終端部に含まれる巡回符号(ＣＲＣ符号)を用いて伝送誤りの有無を判定する。そして、制御部２２は、伝送誤りが無ければ、情報部に含まれているＩＤを取得してサーバ３に位置情報の提供を要請する処理を実行する。

一方、伝送誤りが有った場合、制御部２２は、プリアンブルより前に記憶部２４に記憶されている送信データの一部(先頭から数ビット分のデータ)を、前記結合後に記憶部２４に記憶させた送信データ(時刻ｔ＝ｔ３以降の数ビット分のデータ)に置き換える。さらに、制御部２２は、置き換えた後の送信データを再度復号化して情報部及び終端部を復元し、且つ終端部に含まれる巡回符号を用いて伝送誤りの有無を判定する。そして、制御部２２は、伝送誤りが無ければ、情報部に含まれているＩＤを取得してサーバ３に位置情報の提供を要請する処理を実行する。一方、伝送誤りが有った場合、制御部２２は、再度、上述した送信データの置き換えを実行する。以下、制御部２２は、伝送誤りが生じなくなるまで、上述した送信データの置き換えを繰り返す。

上述のように本実施形態の可視光通信装置２は、可視光を受光して電気信号に変換する受光素子２０と、電気信号を信号処理して送信データを復調する受信部２１と、データを記憶する記憶部２４とを備える。さらに、可視光通信装置２は、受信部２１で復調される送信データを記憶部２４に記憶させ、且つ記憶部２４に記憶させた送信データを復号化する制御部２２を備える。送信データは、ビット同期を取るためのプリアンブルを含み且つフレームの先頭を示すスタート部と、送信データの送信元(照明装置１)に割り当てられている固有の識別情報(ＩＤ)を含む情報部と、フレームの終端を示す終端部とからなるフレーム構造を有する。制御部２２は、受信部２１で復調される送信データのプリアンブルを探索しながら送信データを記憶部２４に記憶させる。また、制御部２２は、プリアンブルを検出した時点でプリアンブルより前に記憶部２４に記憶されている送信データと、プリアンブルを検出した後に記憶部２４に記憶させた送信データとを結合する。さらに、制御部２２は、結合したデータから情報部に含まれる識別情報を復号化するように構成される。

従来例では、図３(ｃ)に示すように、プリアンブルの検出後に受信した送信データ(時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ４の期間に受信した送信データ)のみから識別情報(ＩＤ)を復号化している。そのため、従来例は、伝送信号が受信可能になった時点(時刻ｔ＝ｔ０)から識別情報を取得するまでに、１フレームよりも十分に長い時間Ｔ１を要していた(図３(ｃ)参照)。

一方、本実施形態の可視光通信装置２では、上述したように、制御部２２がプリアンブルの検出前に受信した送信データを用いて識別情報(ＩＤ)を復号化しているので、ほぼ１フレーム分の時間Ｔ０で識別情報(ＩＤ)を取得することができる。故に、本実施形態の可視光通信装置２及び可視光通信システムは、従来例と比較して、可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図ることができる。

さらに、本実施形態における制御部２２は、情報部とともに復号化した終端部に含まれる情報(巡回符号)から伝送誤りの有無を判定する。そして、制御部２２は、伝送誤りが有ると判定した場合、プリアンブルより前に記憶部２４に記憶されている送信データの一部を、前記結合後に記憶部２４に記憶させた送信データに置き換えたデータから識別情報を復号化するように構成される。

本実施形態の可視光通信装置２は上述のように構成されるので、伝送誤りが発生した場合においても、可視光通信によって識別情報を取得するまでの時間の短縮を図ることができる。

なお、可視光通信装置２が照明装置１の通信範囲に進入した直後に受信する送信データは、それ以降に受信する送信データと比較して、伝送誤りの発生する確率が高いと推定される。したがって、制御部２２は、受信開始直後から数ビット分の送信データを除いて、復号化の処理を実行することが好ましい。

ところで、本実施形態の可視光通信装置２は、照明装置１から送信される伝送信号に休止期間Ｔ２が設けられている場合でも正常に受信することができる(図４(ａ)，(ｄ)参照)。つまり、従来例であれば、プリアンブルを検出した後に受信する送信データのみから情報部及び終端部を復号化しているので(図４(ｃ)参照)、伝送信号に休止期間Ｔ２が設けられていると情報部及び終端部を正常に復号化できない。

これに対して本実施形態の可視光通信装置２では、上述のようにプリアンブルの検出前に受信した送信データを利用しているので、伝送信号に休止期間Ｔ２が設けられている場合でも、情報部及び終端部を正常に復号化できる。

なお、本実施形態の可視光通信システムはサーバ３を有しているが、必ずしもサーバ３を有している必要は無い。

２可視光通信装置
２０受光素子
２１受信部
２２制御部
２４記憶部

Claims

可視光を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を信号処理して送信データを復調する受信部と、データを記憶する記憶部と、前記受信部で復調される前記送信データを前記記憶部に記憶させ、且つ前記記憶部に記憶させた前記送信データを復号化する制御部とを備え、
前記送信データは、ビット同期を取るためのプリアンブルを含み且つフレームの先頭を示すスタート部と、前記送信データの送信元に割り当てられている固有の識別情報を含む情報部と、前記フレームの終端を示す終端部とからなるフレーム構造を有し、
前記制御部は、前記受信部で復調される前記送信データの前記プリアンブルを探索しながら前記送信データを前記記憶部に記憶させ、前記プリアンブルを検出した時点で前記プリアンブルより前に前記記憶部に記憶されている前記送信データと、前記プリアンブルを検出した後に前記記憶部に記憶させた前記送信データとを結合したデータから前記情報部に含まれる前記識別情報を復号化するように構成されることを特徴とする可視光通信装置。
前記制御部は、前記情報部とともに復号化した前記終端部に含まれる情報から伝送誤りの有無を判定し、伝送誤りが有ると判定した場合、前記プリアンブルより前に前記記憶部に記憶されている前記送信データの一部を、前記結合後に前記記憶部に記憶させた前記送信データに置き換えたデータから前記識別情報を復号化するように構成されることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
請求項１又は２の可視光通信装置と、可視光を通信媒体として前記送信データを送信する送信装置とを有することを特徴とする可視光通信システム。