JP2018133689A

JP2018133689A - 可視光通信システム及び可視光通信方法

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Publication number: JP2018133689A
Application number: JP2017025917A
Authority: JP
Inventors: 亜希君家; Aki Kimiya; 勝崇今尾; Katsumune Imao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: JP6658598B2

Abstract

【課題】複数の送信装置による光が到達する領域において、送信装置から送信される伝送データの一部を受信可能にする可視光通信システムを提供する。【解決手段】第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成し、第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調したものに拡散符号を用いてスペクトラム拡散を行なって第２の変調信号を生成し、前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成し、前記重畳信号に基づいて光の強さを制御して発光する送信装置と、光を受光し、受光した信号から一定期間ごとの平均を算出し、少なくとも前記送信装置が用いる前記拡散符号を保持して前記平均算出結果から前記拡散符号を用いてスペクトラム逆拡散を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なう受信装置とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、可視光を用いてデータ伝送を行なう可視光通信システム及び可視光通信方法に関する。

無線で情報を伝送する方法として可視光通信がある。可視光通信はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の光にデータを重畳させ、情報を送信する通信方式である。受信装置は、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）などの光の強度を検出するセンサーを用いてＬＥＤ光の強度を検出し、復調を行う。

例えば、天井に設置されたＬＥＤ照明器を可視光通信の送信装置として、ＬＥＤの光にデータを重畳させて発光させ、受光部を備えた受信装置で受光して得られた光の強度に基づいて復調してデータを得る。この可視光通信システムを用いてＬＥＤ照明器のある位置情報を含むデータを送信することによって、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）など地下では位置情報が得られない場所であっても、受信装置はＬＥＤ照明器から伝送された位置情報を取得することができる。

照明光を用いた可視光通信の実現方法として、パルス位置変調（ＰＰＭ：ＰｕｌｓｅＰｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ。以下、ＰＰＭとのみ記載する場合がある）と呼ばれる変調方式を用いて情報を伝送する方法がある。ＰＰＭは、情報を一定時間幅のパルスの位置に対応させて伝送する方式であり、Ｍ−ＰＰＭであれば、１シンボルの時間幅をＭ分割したスロットに分け、伝送する情報に対応するスロットの位置にパルスを立たせる。例えば４−ＰＰＭであれば、４つのスロットのうちいずれか一つのスロットをパルスにすることで４種類のパルスのパターンをもつことができるので、１シンボルで４種類、つまり２ビットの情報が伝送することができる。

この時、ＰＰＭ信号でパルスが立ったとき照明をＯＦＦに、パルスが存在しないとき照明をＯＮにすることで、照明光に情報を重畳できる。

しかしながら、可視光通信は送信装置が一つの場合に受信装置は受光した可視光からデータを取得することができるが、複数の送信装置から発光させた光を受信装置が同時に受光した場合、それぞれの送信装置からの光を分離してそれぞれのデータを取得することは困難である。例えば、複数の送信装置による光が到達する領域で、それぞれの送信装置から伝送されるデータのうち位置情報など一部の情報だけでも伝送したいデータがあっても、それぞれの送信装置でパルス位置変調された光を正しく分離して復調することは難しい。

そこで、それぞれの照明ごとにデータを重畳させて発光する時間を排他的に分けること、つまり時分割に多重することで、受信装置側は他の照明光の影響を受けていない光を受光することができ、それぞれの時間で受光した光からデータを取得するという方法があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２０２８５３号公報（第４−１１頁、第４図）

しかしながら、特許文献１の方法では、照明が増えれば時分割して多重する対象が増えるため、同じ情報量を伝送するためにかかる時間が長くなるという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の送信装置による光が到達する領域において、送信装置から送信される伝送データの一部を受信可能にする可視光通信システムを提供することを目的とする。

この発明に係る可視光通信システムにおいては、可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムであって、前記送信装置は、第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成する第１の変調部と、第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行ない、第２の変調方式を用いた二次変調を行ない第２の変調信号を生成する第２の変調部と、前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、前記重畳信号に基づいて可視光の強さを制御して発光する発光部とを備え、前記受信装置は、前記送信装置から発光された光を受光する受光部と、前記受光部が受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、前記平均算出部の算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第２の情報を取得する第１の復調部とを備えることを特徴とするものである。

この発明は、第１の情報および第２の情報を含む伝送データを伝送する送信装置において、第２の情報について第１の情報を変調するときに用いる第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行なったものを用いて第２の変調信号を生成する第２の変調部と、前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算した重畳信号に基づいて可視光通信を行なうことで、受信装置側で受光した信号から一定期間ごとの平均を算出して第２の変調信号成分を抽出することができ、抽出した第２の変調信号成分を復調することで、複数の光が到達する領域においても伝送データの一部である第２の情報を受信することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる可視光通信システムの設置状況の例を示す図である。実施の形態１にかかる可視光通信システムの概略を示す図である。実施の形態１にかかる第１の変調方式の例を示す図である。実施の形態１にかかる第２の変調部の概略を示す図である。実施の形態１にかかる二次変調部１０２２の変調例を示す図である。実施の形態１にかかる加算部１０３の合成例を示す図である。実施の形態１にかかる信号分離部２０３の概略を示す図である。実施の形態１にかかる信号分離部２０３の分離例を示す図である。実施の形態１にかかる第１の復調部２０５の概略を示す図である。実施の形態２にかかる送信装置１１の概略を示す図である。実施の形態２にかかる第２の変調部１１２の概略を示す図である。実施の形態２にかかる選択部１１２５の出力例を示す図である。実施の形態３にかかる受信装置２１の概略を示す図である。実施の形態３にかかる第１の復調部２１５の概略を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかる可視光通信システムの設置状況の例を示す図である。本実施の形態にかかる可視光通信システムでは、天井には複数の送信装置１０が設けられる。図１ではＮ個の送信装置１０が設けられていることを示す。

図１では、隣接して設けられる送信装置１０、例えば第１の送信装置１０−１が発光する光の到達する領域と第２の送信装置１０−２が発光する光の到達する領域とが重複していることを示している。また、受信装置２０がその重複している領域で光を受光している状況を示している。

次に可視光通信システムについて説明する。図２は、本実施の形態にかかる可視光通信システムの概略を示す図である。

送信装置１０は、第１の変調部１０１、第２の変調部１０２、加算部１０３、Ｄ／Ａ変換部１０４、そして発光部１０５を備える。伝送データとして第１の情報（大容量情報ともいう）と第２の情報（高信頼情報ともいう）とを入力して発光部１０５によって伝送データを重畳した照明光を発光する。

受信装置２０は、受光部２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、信号分離部２０３、大容量情報復調部（第２の復調部）２０４、高信頼情報復調部（第１の復調部）２０５を備える。送信装置１０から発光された光を受光部２０１が受光して復調することで伝送データＳ２０４及びＳ２０５を取得する。

次に送信装置１０について説明する。送信装置１０は、伝送データとして第１の情報と第２の情報とを入力する。第１の情報は通常の情報であり、第２の情報は位置情報など第１の情報よりも受信装置２０に取得させたい重要な情報を含む。ここで、第２の情報が位置情報や照明識別ＩＤ等である場合、第２の情報は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なるものであることが望ましい。第２の情報は送信装置ごとにユニークなものであることが望ましいが、出力する照明光の照射エリアが重複しない位置に設ける送信装置間では同じ情報であっても構わない。

第１の変調部１０１は、第１の情報を入力して第１の変調を行う。第１の変調は、例えばＰＰＭなど、平均振幅が一定となる変調方式を用いる。平均振幅が一定となる変調方式を採用することで、後述の発光部から出力される光が目に見えるチラつきを生まなくなり、照明として機能することができる。

図３は、実施の形態１にかかる第１の変調方式の例として４−ＰＰＭ変調方式の例を示す。この場合、第１の変調部１０１は、第１の情報を４スロットで２ビットのデータ列にして４−ＰＰＭ変調を行なう。ここで、１スロットの時間をｔｓ１と示す。１スロット時間ｔｓ１を４スロット分で１シンボルなので、第１の変調での中心周波数（第１の中心周波数）は１／４ｔｓ１［Ｈｚ］となる。

図３のように、４−ＰＰＭ変調方式では、入力データが００の場合は４スロットのうち１番目のスロットがＬｏｗレベル（０）で２番目から４番目までのスロットがＨｉｇｈレベル（１）と変調される。同様に、入力データが０１の場合は４スロットのうち２番目のスロットがＬｏｗレベル（０）で１番目と３番目と４番目のスロットがＨｉｇｈレベル（１）と変調される。入力データが１０の場合は４スロットのうち３番目のスロットがＬｏｗレベル（０）で１番目と２番目と４番目のスロットがＨｉｇｈレベル（１）と変調される。入力データが１１の場合は４スロットのうち４番目のスロットがＬｏｗレベル（０）で１番目から３番目のスロットがＨｉｇｈレベル（１）と変調される。

第２の変調部１０２は、第２の情報を入力して第２の変調を行う。図４は、第２の変調部１０２の概略を示す図である。第２の変調部１０２は、第２の情報を入力して一次変調部１０２１で一次変調を行う。この一次変調は、例えばＰＰＭ変調を用いる。この場合、第１の変調方式で用いる中心周波数よりも低い第２の中心周波数となるシンボル時間で変調を行う。つまり、第２の変調部１０２で行なう一次変調を４−ＰＰＭ変調とする場合は、第１の変調でのスロット時間ｔｓ１よりも長い時間をもつスロット時間ｔｓ２を用いる。

二次変調部１０２２は、一次変調部１０２１で一次変調された信号Ｓ１０２１について第２の変調方式を用いた二次変調を行い、第２の変調信号Ｓ１０２を生成する。二次変調（第２の変調方式）の一例として、固有符号を用いたスペクトラム拡散があり、この場合、信号Ｓ１０２１について固有符号を拡散符号としてスペクトラム拡散を行う。固有符号は、疑似ランダム雑音（ＰＮ：ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍｎｏｉｓｅ）パターン系列が使われた拡散符号を用いる。また、固有符号は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なるパターン系列を用いる。固有符号は送信装置ごとにユニークなものであることが望ましいが、出力する照明光の照射エリアが重複しない位置に設ける送信装置間では同じ固有符号であっても構わない。

図５は、二次変調部１０２２の変調例を示す図である。ここでは第２の情報の２ビット列”０１”を４−ＰＰＭ変調で一次変調された一次変調部１０２１の出力Ｓ１０２１”１０１１”についてスペクトラム拡散を行なった場合を示す。固有符号は、一次変調部１０２１のスロット時間以下のチップ長ｔｃを用いて、一次変調部１０２１のスロット単位で繰り返される。図５では、固有符号は”１０１１０”で表わされる５チップのパターン系列を用いていることを示す。

二次変調部１０２２が生成した第２の変調信号Ｓ１０２の中心周波数は、第１の変調部１０１からの第１の変調信号Ｓ１０１の中心周波数より低く、かつ、人の目で知覚できる周波数より高いものとする。同時に、第２の変調信号Ｓ１０２の平均振幅が一定となる変調方式を用いる。つまり、二次変調部１０２２で用いるチップ長ｔｃは第１の変調部１０１で用いるＰＰＭ変調の１スロット時間ｔｓ１よりも長く設定する。

このように、第１の変調信号Ｓ１０１の中心周波数および第２の変調信号Ｓ１０２の中心周波数を人に知覚できる周波数より高くすると同時に、一定の平均信号振幅となる変調方式を用いることで、送信装置１０から出力される光は目に見えるチラつきを生まなくなる。結果、送信装置１０は、照明として機能することができる。

加算部１０３は、第１の変調部１０１からの第１の変調信号Ｓ１０１と第２の変調部１０２からの第２の変調信号Ｓ１０２とを加算して合成する。図６は、第１の変調信号Ｓ１０１と第２の変調信号Ｓ１０２とを加算して合成して得られた加算結果のデジタル信号Ｓ１０３を示す例図である。図６のように、二次変調部１０２２で用いるチップ長ｔｃは第１の変調部で用いるＰＰＭ変調の１スロット時間ｔｓ１よりも長く設定されている。

Ｄ／Ａ変換部１０４は、加算部１０３からの加算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換する。

発光部１０５は、Ｄ／Ａ変換部１０４が生成したアナログ信号に基づいた光度の可視光を発光する。例えば、Ｄ／Ａ変換部１０４から受信したアナログ波形に比例した光度の可視光を生成する。また、一例として、Ｄ／Ａ変換部１０４から受信したアナログ波形に反比例した光度の可視光を生成してもよい。

また、発光部１０５は、１つの送信装置に１つの光源に限るものではない。例えば、蛍光灯型のＬＥＤ照明のように複数のＬＥＤを設けたもので、共通のＤ／Ａ変換部１０４が生成したアナログ信号に基づいて発光させるものであっても構わないことはいうまでもない。複数の照明機器の光源をまとめて１つの送信装置の発光部１０５としても構わない。

さらに、図１ではＮ個の送信装置１０がそれぞれの照明機器として設けられている状況を示していたが、同じ照明機器の中で複数の送信装置が設けられていても構わない。例えば、複数のＬＥＤからなる照明機器であれば、複数のＬＥＤのうち一部のＬＥＤを送信装置１０−１が備える発光部１０５が用い、他のＬＥＤを送信装置１０−２が備える発光部１０５が用いるものとしても構わない。

次に受信装置２０の各構成要素について説明する。受光部２０１は、可視光を受光する。可視光の強度を受信するセンサーとしては、例えば、ＰＤがある。

Ａ／Ｄ変換部２０２は、受光部２０１が受光した可視光の強度を示すアナログ波形をデジタル信号波形に変換する。

信号分離部２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２で変換されたデジタル信号波形を第１の受信信号成分と第２の受信信号成分とに分離する。

図７は、信号分離部２０３の概略を示す図である。信号分離部２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２で変換されたデジタル信号波形を入力とした平均算出部２０３１と、平均算出部２０３１の結果を入力としたオフセット除去部２０３２と、Ａ／Ｄ変換部２０２で変換されたデジタル信号波形およびオフセット除去部２０３２の結果を入力とした減算部２０３３とを有する。

平均算出部２０３１は、Ａ／Ｄ変換部２０２で変換されたデジタル信号波形Ｓ２０２を一定時間毎のブロックに分割し、各々のブロックの平均値を算出する。ブロックを区切る間隔は、第１の変調信号Ｓ１０１の中心周波数より高く、第２の変調信号Ｓ１０２の中心周波数より低くする。例えば、二次変調部１０２２で用いるチップ長ｔｃでブロックを区切る。

オフセット除去部２０３２は、平均算出部２０３１の結果のオフセット成分を除去する。例えば、平均結果Ｓ２０３１の最小値をＤＣ成分とみなし、平均結果Ｓ２０３１から平均結果Ｓ２０３１の最小値を引くことで、オフセット除去結果Ｓ２０３２を算出する。

減算部２０３３は、Ａ／Ｄ変換部２０２で変換されたデジタル信号波形Ｓ２０２からオフセット除去結果Ｓ２０３２を減算する。

図８は、信号分離部２０３の分離例を示す図である。ここで図８に示すデジタル信号波形Ｓ２０２は１つの送信装置１０が発光した可視光を受光して得られたものを示す。図８のように、デジタル信号波形Ｓ２０２の平均を取って得られた信号Ｓ２０３１についてオフセット除去した信号Ｓ２０３２は、送信装置１０における第２の変調信号Ｓ１０２の信号成分になる。一方、減算部２０３３が生成する結果Ｓ２０３３は、送信装置１０における第１の変調信号Ｓ１０１の信号成分になる。

図９は、第１の復調部２０５（高信頼情報復調部）の概略を示す図である。第１の復調部２０５は、オフセット除去結果Ｓ２０３２を入力する。第１の復調部２０５は、それぞれの固有符号ごとに二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有する。図９では、１からＮまでＮ種類の固有符号ごとに二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有するものとして示している。例えば送信装置で用いる固有符号が３種類であれば、少なくともその送信装置で用いる３種類の固有符号を含むＮ種類の二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有する。

二次復調部２０５１は、オフセット除去結果Ｓ２０３２に対して、入力される固有符号を用いた二次復調を行う。二次復調は、送信装置１０の二次変調部１０２２で適用された二次変調方式に対応した復調方式であって、例えば、送信装置の二次変調が固有符号を拡散符号としたスペクトラム拡散であれば、固有符号を拡散符号としたスペクトラム逆拡散を行うことになる。このとき、送信装置１０で用いた固有符号と同じ固有符号を用いてスペクトル逆拡散を行ったときには固有符号単位（図５のｔｓ２単位）で一つの値をもつ信号を取得できる。

一方、送信装置１０で用いた固有符号と異なる固有符号を用いてスペクトル逆拡散を行ったときには固有符号単位（図５のｔｓ２単位）で信号値に変動があるため、スペクトル逆拡散に用いた固有符号が送信装置でスペクトル拡散に用いられた固有符号と異なることが判別できる。

一次復調部２０５２は、二次復調部２０５１からの結果に対して送信装置１０の一次変調部１０２１で用いた一次変調方式に対応した一次復調を行う。一次変調部１０２１で用いた一次変調が１スロット時間ｔｓ２の４−ＰＰＭであれば、１スロット時間ｔｓ２の４−ＰＰＭでの復調を行なう。

また、一次復調部２０５２は、入力された二次復調部２０５１からの結果が固有符号単位で一つの値をもつと判断できた場合は一次復調の結果を出力し、入力された二次復調部２０５１からの結果が固有符号単位で一つの値をもつと判断できなかった場合は一次復調の結果を出力しない又はスペクトラム逆拡散エラーがあったことを示す情報を出力する。

第１の復調部２０５は、それぞれの一次復調部２０５２から、スペクトラム逆拡散が正しくできた一次復調の結果Ｓ２０５を出力する。

第１の復調部２０５から得られた結果Ｓ２０５は、送信装置１０側で用いられた固有符号から得た一次復調の結果となり、送信装置１０側の第２の情報（高信頼情報）を取得することができる。

例えば、図１の送信装置１０−１と送信装置１０−２の照射エリアが重複している位置で受信装置２０が受光した場合は、送信装置１０−１に用いられた固有符号を用いた二次復調部２０５１−１からの結果と送信装置１０−２に用いられた固有符号を用いた二次復調部２０５１−２からの結果とがスペクトラム逆拡散が正しくできてそれぞれの第２の情報を取得することができる。

一方、第２の復調部２０４は、減算部２０３３が生成する結果Ｓ２０３３を入力して送信装置１０が用いる第１の変調方式に基づいた復調方式を用いて復調する。第１の変調部１０１で用いた一次変調が１スロット時間ｔｓ１の４−ＰＰＭであれば、１スロット時間ｔｓ１の４−ＰＰＭでの復調を行なう。これにより、送信装置１０からの照射エリアが重複していない位置で受信装置２０が受光した場合は、送信装置１０側の第１の情報（大容量情報）を取得することができる。送信装置１０からの照射エリアが重複している位置で受信装置２０が受光した場合は、一方の送信装置１０側からの光量と他方の送信装置１０側からの光量とに大きく差があるときは、光量が大きい側の送信装置１０側からの第１の情報（大容量情報）を取得することが可能な場合がある。

以上のように構成された可視光通信システムにおいては、照射エリアが重複している位置で受信装置２０が受光した場合においても伝送データの一部である第２の情報（高信頼情報）を受信することができるという効果を奏する。また、特許文献１のような重複する送信装置の数だけ時分割して伝送することがないので、同じ情報量を伝送するためにかかる時間が重複する送信装置の数によって長くなるという問題がない。

さらに、第１の情報と第２の情報とをそれぞれ変調して多重化するので、第１の情報と第２の情報とを時分割多重したデータ列を変調するよりも第１の情報を伝送するのにかかる時間が短く済むという効果を奏する。

また、平均値算出という少ない演算で、受光して得られた受信信号から第２の情報に関連する第２の受信信号成分を抽出でき、得られた受信信号から抽出した第２の受信信号成分を減算するだけで第１の受信信号成分を抽出することができるという効果を奏する。

それぞれの送信装置１０で用いる固有符号について、それぞれの固有符号について異なるだけではなく、さらに直交関係を持たせた固有符号を採用することによって受信装置２０側で送信装置１０側の固有符号と同じものを用いたスペクトラム逆拡散結果が識別しやすい信号で得られる。なぜなら、他の固有符号を用いてスペクトラム変換して生成された第２の変調信号の成分が受光した光に混在していても、その第２の変調信号の成分はスペクトラム逆拡散を行ったときに信号レベルの低い（ほとんど”０”）値を取ることになるため、同じ固有符号を用いてスペクトラム変換して生成された第２の変調信号の成分によるスペクトラム逆拡散結果の値が明確に表れやすいからである。

また、複数の送信装置１０の照射エリアが重複している位置であっても、その複数の送信装置１０から同じ第２の情報を送信する場合は、同じ固有符号を用いても受信装置２０は第２の情報を復調することが可能である。

なお、可視光通信システムとして、送信装置１０の第２の変調部１０２において、二次変調をしたものを第２の変調信号Ｓ１０２としていたが、二次変調をすることなく一次変調部１０２１を第２の変調信号Ｓ１０２の出力結果とし、受信装置２０において二次復調をすることなく一次復調をして第２の情報を取得しても良い。このような可視光通信システムの構成は、チップ長ｔｃが第２の中心周波数と等しくなるよう設計することで実現される。この場合は、照射エリアが重複している位置に設けられた送信装置１０から出力される光のうち、受信装置２０の受光部２０１が受光した光強度が高い送信装置１０の第２の情報を受信することが可能である。受信装置２０におけるオフセット除去部２０３２によって除去された信号Ｓ２０３２は、受信装置２０の受光部２０１が受光した光強度が高い送信装置１０からの第２の変調信号Ｓ１０２の信号レベルに大きく影響されたものとなるからである。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる可視光通信システムは、さらに送信装置側で光度情報に基づいて発光部からの光量を制御する。光度情報は、送信装置１１が送出する可視光の強さである光度を制御するための情報である。

図１０は、本実施の形態にかかる送信装置１１の概略を示す図である。送信装置１１は、第１の変調部１０１、第２の変調部１１２、加算部１０３、Ｄ／Ａ変換部１０４、そして発光部１０５を備え、第１の情報及び第２の情報に加えて光度情報を入力する。本実施の形態にかかる可視光通信システムにおける送信装置１１は、実施の形態１にかかる送信装置１０と第２の変調部１１２が異なり、その他符号が同一の構成要素については上述と構成及び作用が同じであるため説明を省略する。

図１１は、実施の形態２にかかる第２の変調部１１２の概略を示す図である。第２の変調部１１２は、一次変調部１０２１と二次変調部１０２２に加えて光度調整信号生成部１１２３、第２の二次変調部１１２４、及び選択部１１２５を有する。

一次変調部１０２１及び二次変調部１０２２については実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

光度調整信号生成部１１２３は、光度情報に比例した振幅レベルの信号を出力する。例えば１６段階の光度情報であれば４ビットで表わす。発光部１０５は、Ｌｏｗレベルのときに発光しないので、光度情報が表わす可視光の設定が弱ければ弱いほど光度調整信号の値を小さい値に設定する。

第２の二次変調部１１２４は、光度調整信号生成部１１２３からの光度調整信号Ｓ１１２３について固有符号Ｍを用いてスペクトラム拡散を行なう。このときの固有符号Ｍは、二次変調部１０２２で用いる固有符号と異なり、かつ直交関係を持つ固有符号を用いる。

選択部１１２５は、二次変調部１０２２からの出力Ｓ１０２２と第２の二次変調部１１２４からの出力Ｓ１１２４とを入力し、交互に選択して出力する。選択部１１２５は、人の目で認識できるよりも高速に出力の切り替えを行う。選択部１１２５の出力を後段のＤ／Ａ変換部１０４でアナログ信号に変換され、発光部１０５で発光する。

以上により、第２の情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるＳ１０２２と光度情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるＳ１１２４とを交互に切り替えた信号で発光させることで、光度情報が表わす可視光の設定が弱ければ発光させた光の強度は弱くなり、設定が強ければ光の強度は強くなる。

また、選択部１１２５での切り替えを人の目で認識できるよりも高速に行なうことで、それぞれのスペクトル拡散部からの出力の平均振幅レベルの差によって人の目に光のチラつきが現れることを抑えることができる。

また、第２の情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるＳ１０２２については光度を下げることなく一定の光の強度で発光させることができるので、受信装置１１２側で光の受信強度が下がることがなく、光度調整の影響を受けない。

さらに、第２の二次変調部１１２４は、二次変調部１０２２で用いる固有符号と異なり、かつ直交関係を持つ固有符号を用いるので受信装置１１２側で第２の情報を復調するにあたって第２の二次変調部１１２４の影響を受けることがなくなる。

実施の形態３．
実施の形態３にかかる可視光通信システムの受信装置は、第２の情報を復調する第１の復調部から得られたＳＮ情報に基づいて第１の情報を復調する。

ここで、本実施の形態にかかる可視光通信システムの送信装置で用いる固有符号は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なりかつ直交関係にある固有符号を用いる。

図１３は、本実施の形態にかかる受信装置２１の概略を示す図である。受信装置２１は、受光部２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、信号分離部２０３、大容量情報復調部（第２の復調部）２１４、高信頼情報復調部（第１の復調部）２１５を備える。本実施の形態にかかる可視光通信システムにおける受信装置２１は、実施の形態１にかかる受信装置２０と第２の復調部２１４及び第１の復調部２１５が異なり、その他符号が同一の構成要素については上述と構成及び作用が同じであるため説明を省略する。

図１４は、第１の復調部２１５の概略を示す図である。第１の復調部２１５は、オフセット除去結果Ｓ２０３２を入力する。第１の復調部２１５は、それぞれの固有符号ごとに二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有する。図１４では、１〜Ｎ種類の固有符号ごとに二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有するものとして示している。例えば送信装置で用いる固有符号が３種類であれば、少なくともその送信装置で用いる３種類の固有符号を含むＮ種類の二次復調部２０５１及び一次復調部２０５２を有する。第１の復調部２１５は、ＳＮ比算出部２１５４をさらに有する。

二次復調部２０５１は、実施の形態１における二次復調部２０５１と同じであるため説明を省略する。

ＳＮ比算出部２１５４は、それぞれの二次復調部２０５１からの出力信号のうち、最大振幅レベルが一番大きい二次復調部２０５１からの出力信号について最大振幅レベルを信号（Ｓ）とし、その他の二次復調部２０５１からの信号における最大振幅レベルの和を雑音（Ｎ）として信号対雑音の比率（ＳＮ比）を算出する。そして得られたＳＮ比が予め設定した閾値以上であれば復調の実施を示すイネーブル信号Ｓ２１５３を出力し、閾値よりも低ければ復調の不実施を示すイネーブル信号Ｓ２１５３を出力する。

第２の復調部２１４は、減算部２０３３が生成する結果Ｓ２０３３及びＳＮ比算出部２１５４からのイネーブル信号Ｓ２１５３を入力して、イネーブル信号Ｓ２１５３が復調の実施を示す場合は、送信装置１０が用いる第１の変調方式に基づいた復調方式を用いて復調する。一方、イネーブル信号Ｓ２１５３が復調の不実施を示す場合は、復調を実施しない。

以上のように、最大振幅レベルが一番大きい二次復調部２０５１からの出力信号のＳＮ比が高い場合は、第１の情報（大容量情報）についても復調可能であるとみなして復調結果を得ることが可能となる。ここで、閾値は第１の変調を復調するにあたって正常受信可能なＳＮ比を予め求めておいたものに基づいて設定するのが望ましい。

従って、受信装置２１は、誤りを含む可能性の高い第１の情報を出力しないため、受信装置から出力される第１の情報の信頼性が上がるという効果がある。

また、不要な復調処理をなくすことが出来るため、計算量が削減できるという効果がある。

１０、１１送信装置
１０１第１の変調部
１０２第２の変調部
１０２１一次変調部
１０２２二次変調部
１０３加算部
１０４Ｄ／Ａ変換部
１０５発光部
１１２３光度調整信号生成部
１１２４第２の二次変調部
１１２５選択部
２０、２１受信装置
２０１受光部
２０２Ａ／Ｄ変換部
２０３信号分離部
２０３１平均算出部
２０３２オフセット除去部
２０３３減算部
２０３加算部
２０４第２の復調部
２０５第１の復調部
２０５１二次復調部
２０５２一次復調部
２１５３ＳＮ比算出部

Claims

可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムであって、
前記送信装置は、
第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成する第１の変調部と、
第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行ない、第２の変調方式を用いた二次変調を行ない第２の変調信号を生成する第２の変調部と、
前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、
前記重畳信号に基づいて可視光の強さを制御して発光する発光部と
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から発光された光を受光する受光部と、
前記受光部が受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、
前記平均算出部の算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第２の情報を取得する第１の復調部と
を備える
ことを特徴とする可視光通信システム。
前記受信装置は、
前記平均算出部の算出結果についてＤＣ成分を除去するオフセット除去部と、
前記受光して得られた信号から前記オフセット除去部の結果を減算する減算部と、
前記減算部の結果について前記第１の変調方式に対応した第１の復調方式を用いて前記第１の情報を取得する第２の復調部とをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の可視光通信システム。
前記第２の変調方式は、固有符号を用いたスペクトラム拡散であって、
前記第１の復調部は、
少なくとも前記送信装置が用いる前記固有符号を保持し、前記平均算出部の算出結果から前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散を行ない、前記一次復調を行なう
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可視光通信システム。
前記固有符号がそれぞれ異なる前記送信装置を複数設け、
前記受信装置において、
前記第１の復調部は、設けられた前記送信装置で用いられる前記固有符号を保持し、前記平均算出部の算出結果からそれぞれの前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散をして得られたそれぞれのスペクトラム逆拡散結果について前記一次復調を行なう
ことを特徴とする請求項３に記載の可視光通信システム。
前記固有符号のチップ長は、前記第１の中心周波数の周期よりも長く、前記第２の中心周波数の周期以下である
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の可視光通信システム。
前記送信装置は光度情報をさらに入力し、
前記第２の変調部は、
前記第２の情報を前記第２の中心周波数で一次変調を行なう一次変調部と、
前記一次変調部の出力について前記固有符号を用いてスペクトラム拡散を行なう第１のスペクトラム拡散部と、
前記光度情報に基づいて光度調整信号を生成する光度調整信号生成部と、
前記光度調整信号について前記固有符号と直行関係を有する第２の固有符号を用いてスペクトラム拡散を行なう第２のスペクトラム拡散部と、
前記第１のスペクトラム拡散部の結果と前記第２のスペクトラム拡散部の結果とを時間的に交互に選択したものを前記第２の変調信号とする
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の可視光通信システム。
前記第２の復調部は、
前記平均算出部の算出結果からそれぞれの前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散をして得られたそれぞれのスペクトラム逆拡散結果に基づいてＳＮ比を算出するＳＮ比算出部をさらに備える
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の可視光通信システム。
前記第２の復調部は、
前記ＳＮ比が所定の閾値よりも高い場合に前記第１の復調部の実行を制御する
ことを特徴とする請求項７に記載の可視光通信システム。
可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムであって、
前記送信装置は、
第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成する第１の変調部と、
第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行なって第２の変調信号を生成する第２の変調部と、
前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、
前記重畳信号に基づいて可視光の強さを制御して発光する発光部と
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から発光された光を受光する受光部と、
前記受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、
前記平均算出部の算出結果から前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第２の情報を取得する第１の復調部と
を備える
ことを特徴とする可視光通信システム。
可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムの可視光通信方法であって、
前記送信装置は、
第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成する第１の変調ステップと、
第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行ない、第２の変調方式を用いた二次変調を行ない第２の変調信号を生成する第２の変調ステップと、
前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算ステップと、
前記重畳信号に基づいて可視光の強さを制御して発光する発光ステップと
を備え、
前記受信装置は、
前記可視光送信ステップから発光された光を受光する受光ステップと、
前記受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出ステップと、
前記平均算出ステップの算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第２の情報を取得する第１の復調ステップと
を備える
ことを特徴とする可視光通信方法。
可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムの可視光通信方法であって、
前記送信装置は、
第１の情報を第１の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第１の変調方式を用いて第１の変調信号を生成する第１の変調ステップと、
第２の情報を前記第１の中心周波数よりも低い第２の中心周波数で一次変調を行ない第２の変調信号を生成する第２の変調ステップと、
前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算ステップと、
前記重畳信号に基づいて光の強さを制御して発光する発光ステップと
を備え、
前記受信装置は、
前記可視光送信ステップから発光された光を受光する受光ステップと、
前記受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出ステップと、
前記平均算出ステップの算出結果について、前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第２の情報を取得する第１の復調ステップと
を備える
ことを特徴とする可視光通信方法。