JP3911958B2 - 無線伝送方法および無線伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線により信号を伝送する無線伝送方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を媒体とした無線により信号を伝送する方法としては、送信装置から送信された送信光を直接的に受信装置で受信する直接伝送と、送信装置からの送信光を天井や側壁等により形成される反射面に一旦照射し、様々な方向に反射もしくは散乱することによって拡散した拡散光を間接的に受信装置で受信する間接伝送とに大別される。
【０００３】
このような光無線による信号の伝送においては、障害物によって送信光が遮光されると信号が正常に伝送されなくなるという問題があるが、後者の間接伝送によればこの遮光を回避しやすいという利点がある。
【０００４】
図９は、従来の間接伝送による光無線伝送方法を使用するときの構成のを示す図である。発光指向性の比較的広い発光器５を有する送信装置１が固定台８上に配置され、受光指向性の広い受光器６を有する受信装置２が固定台９上に配置される。
【０００５】
送信装置１は、発光器５から扇状の送信光を天井や側壁等により形成される反射面４に向けて照射する。受信装置２は、反射面４で反射もしくは散乱した光を受光器６で受信する。
【０００６】
このように比較的広い指向性をもって送信光を照射した場合には、送信光が照射された反射面４における位置によって、受光器６での受信レベルが大きく変動するため安定した信号の伝送が難しい。
【０００７】
また、受光器６に複数の経路から送信光が到達するため、各経路ごとに到達までの時間が異なることとなり、受信した送信光から信号を再生するときにエラーが生じやすくなる。この傾向は、高速で信号を伝送する場合に特に顕著となる。
【０００８】
そこで、通常は、発光指向性を狭くして送信光を照射することが多く、その一例について図１０および図１１を用いて説明する。
【０００９】
図１０は、狭指向性をもって直接伝送をするときの構成を示す図である。送信装置１は、発光指向性の狭い発光器７からビーム状の送信光３を受信装置２の受光器６に対して直接的に送信する。
【００１０】
このように送信光３を直接的に送信した場合、受信装置２では、複数の経路から送信光を受信することがなくかつ効率的であり、従って正確な信号再生が可能である。しかしながら、送信装置１としては、受光器６に対して正確に送信光３を照射する必要があり、高精度な位置合わせの機構が必要となる。また、障害物によって容易に遮光されるおそれもある。
【００１１】
図１１は、狭指向性をもって間接伝送をするときの構成を示す図である。送信装置１は、発光器７からビーム状の送信光３を反射面４に照射する。送信光３は、反射面４で様々な方向へ反射して拡散される。受信装置２は、このときの拡散光１１０を受光器６で受信する。
【００１２】
ビーム状の送信光３が反射面４に照射された場合、扇状の送信光に比較して反射面４に形成されるビームスポットが小さいので、拡散光の受光器６への各経路ごとの到達時間のずれが少ないというメリットがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ビーム状の送信光３を反射面４に照射した場合であっても、送信光３が照射される反射面４上の位置によって、受光器６での受信レベルが大きく変動するため、安定した信号の伝送が難しいという問題は依然として残っていた。
【００１４】
また、上記においては、光を媒体としたときの無線を例に説明したが、ミリ波等の光と同程度な伝搬特性を持つ媒体を用いたときも同様のことがいえる。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光などの送信信号の受信レベルを安定的かつ最大限に確保し得る無線伝送方法および装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の本発明は、無線により送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線伝送方法であって、前記送信装置において、前記受信装置の受信軸が反射面に略直交するときの当該反射面上の位置に対してビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させて拡散信号とする段階と、前記受信装置において、受信軸を前記反射面に略直交させた状態で前記拡散信号を受信する段階と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、天井や側壁等により形成された反射面に対してビーム状の送信信号を照射した場合には、送信信号が反射面で様々な方向に反射することによって拡散したときの拡散特性は、送信信号の反射面への入射角度に関わらず、反射面に略垂直な方向に最も強くなることに着目してなされたものである。
【００１８】
すなわち、本発明にあっては、送信装置においては、受信装置の受信軸が反射面に略直交するときの反射面上の位置に対してビーム状の送信信号を照射して反射面で拡散させ、受信装置においては、受信軸を反射面に略直交させた状態でこの拡散信号を受信するようにしたことで、強いレベルの拡散信号を確実に受信することができ、受信レベルを安定的かつ最大限に確保することができる。
【００１９】
ここで、反射面を天井により形成し、受信装置の受信軸を略上方へ向けた状態で拡散信号を受信するようにすることが好ましい。このような構成とした場合には、障害物による送信信号の遮光を回避し易くすることができる。
【００２０】
また、受信装置としては、拡散信号を受信する方向が分かっていることから、受信指向性を広く設定する必要はないので、受信指向性を拡散信号の中心部分を受信できる程度に狭く設定することが好ましい。この場合には、受信感度が高くなるので、より確実に拡散信号を受信することができる。
【００２１】
第２の本発明は、無線により信号を送受信する無線伝送装置を用いて双方向に伝送する無線伝送方法であって、送信元の無線伝送装置において、送信先の無線伝送装置の受信軸が反射面に略直交するときの当該反射面上の位置に対してビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させて拡散信号とする段階と、送信先の無線伝送装置において、受信軸を前記反射面に略直交させた状態で前記拡散信号を受信する段階と、を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明にあっては、送信元の無線伝送装置においては、送信先の無線伝送装置の受信軸が反射面に略直交するときの反射面上の位置に対してビーム状の送信信号を照射して反射面で拡散させ、送信先の無線伝送装置においては、受信軸を反射面に略直交させた状態でこの拡散信号を受信するようにしたことで、無線伝送装置を用いた双方向伝送においても送信先の無線伝送装置で強いレベルの拡散信号を確実に受信することができる。
【００２３】
第３の本発明は、無線により信号を送受信する無線伝送装置を用いて双方向に伝送する無線伝送方法であって、送信先の無線伝送装置において、発信軸を反射面に略直交させた状態で送信信号を照射し、前記反射面で拡散させる段階と、送信元の無線伝送装置において、この拡散された送信信号を受信したときの受信レベルに基づいて前記拡散のあった方向を認識する段階と、この認識した方向に発信軸を向けてビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させて拡散信号とする段階と、前記送信先の無線伝送装置において、受信軸を前記反射面に略直交させた状態で前記拡散信号を受信する段階と、を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明にあっては、送信先の無線伝送装置から発信軸を反射面に略直交させた状態で送信信号を照射して反射面で拡散させ、送信元の無線伝送装置では、この拡散された送信信号を受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識し、この認識した方向にビーム状の送信信号を照射するようにしたことで、送信先の無線伝送装置の受信軸が反射面に略直交するときの反射面上の位置に対して正確に送信信号を照射することができ、送信先の無線伝送装置で強いレベルの拡散信号をより確実に受信することができる。
【００２５】
第４の本発明は、無線により信号を送受信する無線伝送装置であって、拡散信号を受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識する認識手段と、前記認識手段により認識した方向に発信軸の向きを設定する設定手段と、前記設定手段により発信軸を向けた方向にビーム状の送信信号を照射する照射手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明にあっては、送信先の無線伝送装置で発信軸を反射面に略直交させた状態で送信信号を照射して反射面で拡散させておいた場合に、送信元の無線伝送装置において、この拡散信号を受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識し、この認識した方向へ発信軸を向けて送信信号を照射するようにしたことで、送信先の無線伝送装置の受信軸が反射面に略直交するときの反射面上の位置に対して正確に送信信号を照射することができ、送信先の無線伝送装置で強いレベルの拡散信号を確実に受信することができる。
【００２７】
また、認識手段としては、受信器の受信軸の向きを拡散信号を受信した方向へ変更可能とすることが好ましい。このような構成により、拡散のあった方向をより正確に認識することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線伝送方法を使用するときの構成を示す図である。同図において、図１１と同一物には同一の符号を付す。
【００３０】
送信装置１は、発光器７が上下左右方向に転回可能に取り付けられ、受信装置２は、受光器６が上下左右方向に転回可能に取り付けられている。
【００３１】
送信装置１は、受信装置２の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に対して発光器７の発光軸を向けてビーム状の送信光３を照射する。この送信光３は、反射面４で様々な方向へ反射することによって拡散して拡散光１０となる。受信装置２は、受光器６の受光軸を反射面４に略直交させた状態で拡散光１０を受信する。
【００３２】
次に、拡散光１０の拡散特性について図２および図３を用いて説明する。
【００３３】
図２は、全強度が３［ｍＷ］の光源から送信した送信光を反射面に垂直な方向から入射させたときの拡散分布を示す図である。図２（ａ）は、反射面を所定のビニール樹脂（素材Ａ）で形成したときの拡散分布と、シミュレーションによる拡散分布との比較を示す図である。半円状の軸は反射面に対する反射角度［ｄｅｇ］、放射状の軸は反射した光の強度［μＷ／ｃｍ²］である。実線は素材Ａによる拡散分布、破線はシミュレーションによる拡散分布をそれぞれ示す。シミュレーションによる拡散分布は、反射率を０．３４として一次ランバーチャンモデルを用いて得たものである。同図は、反射した光の強度は、反射面に対して９０［ｄｅｇ］の方向、すなわち垂直な方向に最も強くなること示している。
【００３４】
図２（ｂ）は、反射面を他のビニール樹脂（素材Ｂ）で形成したときの拡散分布と、反射率を０．２２としたときのシミュレーションによる拡散分布との比較を示す図である。同図においても、反射した光の強度は、反射面に垂直な方向に最も強くなること示している。
【００３５】
図３は、送信光の入射角度を様々に変更したときの拡散分布を示す図であり、図３（ａ）は入射角度が１５［ｄｅｇ］、図３（ｂ）は入射角度が３０［ｄｅｇ］、図３（ｃ）は入射角度が４５［ｄｅｇ］のときのものである。反射面は他のビニール樹脂（素材Ｃ）で形成し、シミュレーションでは反射率を０．２２とした。入射角度は、反射面に垂直な方向を０［ｄｅｇ］としている。
【００３６】
図３（ａ）乃至（ｃ）は、いずれの図においても、反射した光の強度は、反射面に対して略直交する方向に最も強くなることを示している。このことから、入射角度の違いは拡散光の指向性にほとんど影響しないことが分かる。すなわち、反射面は、一定の指向性を持つ２次光源として考えることができる。
【００３７】
なお、ここで用いたビニール樹脂は、いわゆる非完全反射部材であって、通常の天井や側壁によく用いられるものである。仮に、鏡面などの完全反射部材を用いた場合には、送信光は拡散することなくビーム状のまま反射することとなる。
【００３８】
したがって、本実施の形態によれば、送信装置１では、受信装置２の受光軸を反射面４に略直交させたときの反射面４上の位置に対してビーム状の送信光３を照射して反射面４で拡散させて拡散光１０とし、受信装置２では、受光器６の受光軸を反射面４に対して略直交させた状態で拡散光１０を受信するようにしたことで、強いレベルの拡散光を確実に受信することができ、受信レベルを安定的かつ最大限に確保することができる。
【００３９】
ここで、反射面４を天井により形成し、受光器６の受光軸を略上方へ向けて拡散光１０を受信するようにした場合には、障害物による送信光３の遮光を回避し易くすることができる。
【００４０】
また、拡散光１０を受信する方向が分かっていることから、図４に示すように、受信装置２の受光器として、拡散光１０の中心部分を受光できる程度に受光指向性を狭く設定した受光器１１を用いるようにしてもよい。かかる場合には、受光感度が高くなるので、より確実に拡散光１０を受信することができる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の一実施の形態に係る双方向の無線伝送方法を使用するときの構成を示す図である。
【００４２】
固定台８の上に設置された光無線伝送装置５１は、上下左右方向に転回可能に取り付けられた発光器５３と、同じく上下左右方向に転回可能に取り付けられた受光器５４とを有する構成である。
【００４３】
固定台９の上に設置された光無線伝送装置５２も、同様に、上下左右方向に転回可能に取り付けられた発光器５５と、上下左右方向に転回可能に取り付けられた受光器５６とを有する構成である。
【００４４】
光無線伝送装置５１は、光無線伝送装置５２の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に発光器５３の発光軸を向けた状態で、ビーム状の送信光５７を照射して反射面４で拡散させる。このときの拡散光６０の強度は、第１の実施の形態で説明したように、反射面４に対して略直交する方向に最も強い。そこで、光無線伝送装置５２では、受光器５６の受光軸を反射面４に対して略直交させた状態で拡散光６０を受信するようにする。
【００４５】
同様にして、光無線伝送装置５２は、光無線伝送装置５１の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に発光器５５の発光軸を向けた状態で、ビーム状の送信光５８を照射し、反射面４で拡散させて拡散光５９とする。光無線伝送装置５１では、受光器５４の受光軸を反射面４に対して略直交させた状態で拡散光５９を受信する。
【００４６】
したがって、本実施の形態によれば、光無線伝送装置５１による送信では、光無線伝送装置５２の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に対して送信光５７を照射して拡散光６０とし、光無線伝送装置５２による受信では、受光器５６の受光軸を反射面４に対して略直交させた状態で拡散光６０を受信するとともに、光無線伝送装置５２による送信および光無線伝送装置５１による受信においても同様としたことで、光無線伝送装置５１，５２を用いた双方向伝送においても強いレベルの拡散光を確実に受信することができ、受信レベルを安定的かつ最大限に確保することができる。
【００４７】
また、送信光は、自己の受光器にほとんど入射しないので、安定した双方向伝送が可能となる。
【００４８】
［第３の実施の形態］
図６乃至図８は、本発明の一実施の形態に係る光無線伝送装置の構成および使用態様を示す図である。
【００４９】
図６において、固定台８の上に設置された光無線伝送装置６１は、上下左右方向に転回可能に取り付けられた発光器６３と、同じく上下左右方向に転回可能に取り付けられた受光器６４と、受光器６４が拡散光を受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識する認識部（図示せず）と、この認識部により認識された方向へ発光器６３の発光軸の向きを設定する設定部（図示せず）とを有する構成である。
【００５０】
固定台９の上に設置された光無線伝送装置６２も、同様に、上下左右方向に転回可能に取り付けられた発光器６５と、上下左右方向に転回可能に取り付けられた受光器６６と、受光器６６が拡散光を受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識する認識部（図示せず）と、認識部により認識された方向へ発光器６５の発光軸の向きを設定する設定部（図示せず）とを有する構成である。
【００５１】
まず、光無線伝送装置６１は、発光器６３の発光軸を反射面４に略直交させた状態で送信光６７を照射し、反射面４で拡散させて拡散光６９とする。光無線伝送装置６２は、受光器６６で拡散光６９を受信し、認識部でこのときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識する。
【００５２】
続いて、光無線伝送装置６２は、発光器６５の発光軸を反射面４に略直交させた状態で送信光６８を照射し、反射面４で拡散させて拡散光７０とする。光無線伝送装置６１は、受光器６４で拡散光７０を受信し、認識部でこのときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識する。
【００５３】
ここで、拡散のあった方向を認識する際には、光無線伝送装置６１にあっては、認識部に受光器６４の転回を制御する機能を設けることとして、図７に示すように、受光器６４の受光軸の方向を拡散光７０を受信した方向に変更しつつ強度が最も強い方向を認識するようにしてもよい。光無線伝送装置６２にあっても同様である。
【００５４】
次に、図８に示すように、光無線伝送装置６１では、設定部で、認識部により認識した方向に発光器６３の発光軸の向きを設定してビーム状の送信光６７を照射する。送信光６７は、反射面４で拡散して拡散光７２となる。光無線伝送装置６２は、受光器６６の受光軸を反射面４に略直交させた状態でこの拡散光７２を受信する。
【００５５】
同様に、光無線伝送装置６２では、設定部で、認識部により認識した方向に発光器６５の発光軸の向きを設定してビーム状の送信光６８を照射する。送信光６８は、反射面４で拡散して拡散光７１となる。光無線伝送装置６１は、受光器６４の受光軸を反射面４に略直交させた状態で拡散光７１を受信する。
【００５６】
したがって、本実施の形態によれば、光無線伝送装置６１にあっては、光無線伝送装置６２が反射面４に対して略直交する方向に送信光６８を照射して拡散させた拡散光７０を、受光器６４で受信したときの受信レベルに基づいて拡散のあった方向を認識し、この認識した方向へ発光器６３の発光軸を向けて送信光６７を照射するようにしたことで、光無線伝送装置６２の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に対して正確に送信光を照射することができる。
【００５７】
また、光無線伝送装置６２でも、同様にして光無線伝送装置６１の受光軸が反射面４に略直交するときの反射面４上の位置に対して正確に送信光６８を照射することができ、双方向伝送においても各光無線伝送装置６１，６２で強いレベルの拡散光をそれぞれ確実に受信することができ、もって受信レベルを安定的かつ最大限に確保することができる。
【００５８】
また、認識部で、受光器の受光軸の向きを拡散光を受信した方向に変更するようにしたことで、拡散のあった方向をより正確に認識することができる。
【００５９】
［他の実施の形態への適用］
上記各実施の形態においては、光を媒体とする無線に本発明を適用した場合について説明したが、媒体は光に限られるものではなく、例えばマイクロ波やミリ波等の光と同程度な伝搬特性を持つ媒体を用いることとしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る無線伝送方法、無線伝送装置によれば、受信装置若しくは送信先の無線伝送装置において、強いレベルの拡散信号を確実に受信することができ、受信レベルを安定的かつ最大限に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光無線伝送方法を使用するときの構成を示す図である。
【図２】送信光を反射面に垂直な方向から入射させたときの拡散分布を示す図である。
【図３】送信光の入射角度を変更したときの拡散分布を示す図である。
【図４】受光指向性を狭く設定した受光器１１を用いたときの構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る双方向の光無線伝送方法を使用するときの構成を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係る光無線伝送装置の構成および使用態様を示す図である。
【図７】認識部が受光器の受光軸の向きを変更可能としたときの構成を示す図である。
【図８】認識した方向へ送信光を照射するときの構成を示す図である。
【図９】従来の間接伝送による光無線伝送方法を使用するときの構成を示す図である。
【図１０】狭指向性をもって直接伝送をするときの構成を示す図である。
【図１１】狭指向性をもって間接伝送をするときの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 送信装置
２ 受信装置
３，５７，５８，６７，６８ 送信光
４ 反射面
５，７，５３，５５，６３，６５ 発光器
６，１１，５４，５６，６４，６６ 受光器
８，９ 固定台
１０，５９，６０，６９，７０，７１，７２，１１０ 拡散光
５１，５２，６１，６２ 光無線伝送装置

Claims (2)

1. 送信信号を照射する送信部と、
   前記送信信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信した前記送信信号の方向を認識する認識部と、
   前記送信部の送信軸を設定する設定部と、
   を有する無線伝送装置を２つ用いて、互いに非完全反射部材で構成される反射面を介して、無線により双方向で信号を送受信する無線伝送方法であって、
   それぞれの前記無線伝送装置において、
   前記送信部が、送信軸を前記反射面に略直交させた状態でビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させる段階と、
   前記受信部が、前記反射面で拡散された相手方の前記送信信号を受信する段階と、
   前記認識部が、前記受信した受信レベルに基づいて、相手方の無線伝送装置の送信軸が前記反射面に略直交する当該反射面上の反射位置を認識する段階と、
   前記設定部が、前記認識部において認識した位置に前記送信部の送信軸を向ける段階と、 前記送信部が、ビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させて拡散信号とする段階と、
   前記受信部が、受信軸を前記反射面に略直交させた状態で相手方の前記拡散信号を受信する段階と、
   を有することを特徴とする無線伝送方法。
2. 互いに非完全反射部材で構成される反射面を介して、無線により双方向で信号を送受信する無線伝送装置を２つ備えた無線伝送システムであって、
   それぞれの前記無線伝送装置は、
   送信軸を前記反射面に略直交させた状態でビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させる照射手段と、
   前記反射面で拡散された相手方の前記送信信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した受信レベルに基づいて、相手方の無線伝送装置の送信軸が前記反射面に略直交する当該反射面上の反射位置を認識する認識手段と、
   前記認識手段において認識した位置に前記照射手段の送信軸を向ける設定手段とを有し、
   前記照射手段は、前記設定手段が向けた位置にビーム状の送信信号を照射し、前記反射面で拡散させて拡散信号とし、
   前記受信手段は、受信軸を前記反射面に略直交させた状態で、相手方の前記拡散信号を受信する
   ことを特徴とする無線伝送システム。

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