JP4637263B2 - 少なくとも２つの光放射源によるデータ伝送方法および少なくとも２つの光放射源によるデータ伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は少なくとも２つの放射源によるデータ伝送方法および少なくとも２つの放射源によるデータ伝送装置に関する。

強度を迅速にすなわち高い周波数で変更できる放射源はデータ伝送に用いられる。データ伝送のための放射源は例えば電磁障害に対して不感であるという利点を有する。また、ＷＬＡＮによる伝送の際に信号をブロックすることが容易である。信号のブロックは所定の空間において所定の信号を保持するために用いられる。

迅速に変調可能な放射源の例として、発光ダイオードＬＥＤおよびレーザーダイオードが挙げられる。

データ伝送のためにオンオフキーイングが行われ、放射源のオン状態とオフ状態とが連続的に切り換えられる。また、伝送の際に直交周波数分割多重プロセスＯＦＤＭによってＬＥＤを駆動することも知られている。

本発明の基礎とする課題は、少なくとも２つの放射源によるデータ伝送方法および少なくとも２つの放射源によるデータ伝送装置を提供し、高い伝送速度を達成できるようにすることである。

この課題は、本発明の請求項１記載の特徴を有する方法および本発明の請求項１１記載の特徴を有する装置により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明の少なくとも２つの放射源によるデータ伝送方法では、少なくとも２つの放射源により、それぞれ時間平均してほぼ一定に設定される強度の放射が放出され、少なくとも２つの強度がそれぞれ搬送周波数により変更され、少なくとも２つの放射源の搬送周波数の相互の位相関係に基づいて少なくとも一部のデータが伝送される。

放射源は例えばＬＥＤなどの再結合による光源，レーザーダイオード，白熱球などの熱光源あるいは蛍光管である。ここでは、全ての放射源が同じタイプの放射源であってもよいし、異なるタイプの放射源が混じっていてもよい。つまり、１０個のＬＥＤ群を１個の放射源として用いてもよいし、１個の蛍光管および２個のＬＥＤを１個の放射源として用いてもよい。

少なくとも２つの放射源は、それぞれ時間平均してほぼ一定に設定される強度の放射が放出され、当該の強度がそれぞれ搬送周波数により変更されるように駆動される。時間平均は搬送周波数の少なくとも１つの周期の持続時間に基づいて行われる。

データの少なくとも一部を伝送するために、少なくとも２つの放射源の相互の搬送周波数の位相関係が用いられる。例えば１Ｂｉｔ符号化では、２つの放射源に対して、同相が０で表され、相互に１８０°ずれた位相が１で表される。もちろん他の位相も可能である。別の手段として、３つ以上の放射源が用いられる場合、１クロックで複数Ｂｉｔを符号化することができる。また、公知の周波数変調法および／または位相変調法により、付加的に２つの放射源の位相関係を用いて、符号化を行ってもよい。公知の変調法の例として、
・位相シフトキーイングＰＳＫ
・差動位相シフトキーイングＤＰＳＫ
・周波数分割多重ＦＤＭ
・直交振幅変調ＱＡＭ
・最小シフトキーイングＭＳＫ
・直交位相変調ＱＰＳＫ
などが挙げられる。これらの方法の一部を用いて１クロックで複数Ｂｉｔを伝送することもできる。

この方法によれば、データレートの増大および／または伝送品質の向上が達成される。

本発明の方法によれば、少なくとも１つの放射源は可視光の放出に用いられる。これにより、付加的な光源なしに、データが伝送されるか否かを表示することができる。この表示は、例えば、伝送すべきデータがない場合、放射源をつねに遮断しておくことにより達成される。

有利には、少なくとも一部の放射源の強度が照明光の発光に適するように設定される。これにより、放射源を用いてデータ伝送と同時に空間照明を行うことができるという利点が得られる。

これに代えてまたはこれに加えて、少なくとも１つの放射源から不可視光、特に赤外光または紫外光を放出することもできる。これにより、有利には、不可視光を放出する放射源と少なくとも１つの他の放射源との位相関係を少なくとも一部のデータの伝送に利用することができる。紫外光はガラス窓を透過しないので、確実性が改善される。データの受信に際しては紫外光の受信が必要となるため、ガラス窓後方ではデータは受信されない。

また、少なくとも２つの放射源の強度を相互に異ならせることができる。これにより設定された形式の照明が達成される。例えばそれぞれ異なる色の複数のＬＥＤが用いられて設定された混合色光が形成される。

本発明の有利な実施形態によれば、各放射源のスペクトルはほとんど重ならない。これは、例えば異なる色の複数のＬＥＤを用いるケースのように、或る放射源の放射のスペクトル領域について他の放射源の放射が僅かな強度しか有さないことを意味する。有利には、１つの波長のみの放射を放出する少なくとも１つの放射源、特にＬＥＤが利用される。これにより、個々の放射源の信号のクロストークが回避され、伝送の障害に対する敏感性が低減される。ここから高い伝送速度が得られる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの強度に対する変更強度は１０％よりも小さく、特に有利には１％より小さい。これにより、ヒトの目に感知される搬送周波数においても強度は一貫して一定の印象を与える。また、当該の放射源の最大可能強度に近い強度を選定することができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの搬送周波数は１００Ｈｚより大きく、特に有利には１００ｋＨｚである。こうして、前述した場合と同様に、ヒトの目に感知される搬送周波数においても強度が一貫して一定の印象を与える。また、高い搬送周波数を用いて高い伝送速度を達成することができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、各搬送周波数は等しい。これにより、つねに同じ周波数を走査すれば良いので、データ受信が簡単化される。また、同じ周波数および同じ位相の複数の搬送周波数をデータ伝送に用いることもできる。

本発明の少なくとも２つの放射源によるデータ伝送装置では、それぞれ時間平均してほぼ一定に設定される強度の放射を放出する少なくとも２つの放射源が設けられており、少なくとも２つの強度がそれぞれ搬送周波数により変更され、少なくとも２つの放射源の搬送周波数の相互の位相関係に基づいて少なくとも一部のデータが伝送される。

本発明の特徴および利点を図示の実施例に則して詳細に説明する。図１には照明源およびデータ源としての３つのＬＥＤから成る装置を配置した空間が示されている。図２には受信ユニットの構造が概略的に示されている。図３には３つの色成分の位相特性が概略的に示されている。

図１に示されている空間（Ｒ）はランプＡによって照明される。ランプＡは３０個のＬＥＤ（Ｌ）を含んでいる。このうち第１の１０個は赤色ＬＥＤであり、第２の１０個は緑色ＬＥＤであり、第３の１０個は青色ＬＥＤである。当該の空間にはコンピュータＣの載ったテーブルが配置されている。空間の壁には空間加熱を制御するヒータ制御回路Ｈも配置されている。

コンピュータＣおよびヒータ制御回路ＨはランプＡから伝送されるデータを受信する受信ユニットを有している。当該の受信ユニットの構造の例が図２に示されている。受信ユニットは狭帯域の光フィルタＦを備えた３個のフォトダイオードを有する。フィルタＦはそれぞれのフォトダイオードＰがランプＡのそれぞれのＬＥＤ群の信号のみを受信するように構成されている。フォトダイオードＰのうち、第１のものは赤色成分を、第２のものは緑色成分を、第３のものは青色成分を受信する。フォトダイオードＰの出力側は電子評価回路Ｗに接続されている。電子評価回路Ｗはクロックのフィードバックを制御し、位相比較器を介してＬＥＤ信号の相互の位相からデータを求める。

第１の実施例では、伝送すべきデータの符号化が送信側で次のようにして行われる。３つの色成分すべて、すなわち、赤色光、緑色光および青色光のすべてが同相である場合、ビットシーケンスは連続する２つのゼロ"００"となる。赤色光および青色光が同相であって緑色光が１８０°ずれた逆相である場合、ビットシーケンスは"０１"となる。赤色光および緑色光が同相であって青色光が１８０°ずれた逆相である場合、ビットシーケンスは"１０"となる。緑色光および青色光が同相であって赤色光が１８０°ずれた逆相である場合、ビットシーケンスは"１１"となる。

第２の実施例では、付加的に、１つの色成分に対して複数の位相が用いられる。例えば、各色成分の搬送周波数は相互に４５°ずれた２つの成分を有する。当該のオフセット成分は相互に独立に利用可能である。これにより第１の実施例で用いられた符号化法が同時に２重に利用される。こうして２倍の伝送速度を達成することができる。

図３にはランプＡの各ＬＥＤの色成分ごとの強度特性Ｒ，Ｇ，Ｂの例が示されている。ここではそれぞれ１０個ずつのＬＥＤが信号強度最大となる相応の強度特性を有することが基礎となっている。一部のＬＥＤのみを駆動し、残りのＬＥＤが一定の強度を有するようにすることもできる。後者のケースは、或る色の複数のＬＥＤが大きな距離にわたって分散して配置され、信号の走行区間の差により位相の暈けが生じて障害が目につくようになる場合に特に有利である。

図３には、赤色の強度特性Ｒ，緑色の強度特性Ｇおよび青色の強度特性Ｂが示されている。ここで使用されている搬送周波数は１００ｋＨｚであり、図３の１０μｓの周期時間に相応する。光の振幅は一方では光強度の尺度となるが、他方ではランプＡのＬＥＤの駆動電圧ともなる。

図３のＬＥＤの一定の平均強度からランプＡにオレンジの色調が生じる。搬送周波数がきわめて高いため、強度Ｒ，Ｇ，Ｂはヒトの目には見えず、ＬＥＤひいてはランプＡは見かけ上一定の輝度を有する。ここで用いられている１００ｋＨｚの搬送周波数のほか、例えば２０ＭＨｚまたは１０ｋＨｚの他の搬送周波数を用いることもできる。

色成分に対する３つの搬送周波数は位相の跳躍的変化部分を有する。色成分の位相は第１の実施例と同様に複数Ｂｉｔの符号化に用いられる。第１の１０μｓでは３つの色成分はそれぞれ同相である。第２の１０μｓでは赤色成分が逆相であり、第３の１０μｓではふたたび３つの色成分すべてが同相となり、第４の１０μｓでは緑色成分が逆相となっている。

位相によって伝送される複数Ｂｉｔは図３の下方に数字で表されている。図３に示されている強度特性によってビットシーケンス"００１１０００１"が伝送される。

このようにしてＬＥＤひいてはランプＡによりデータが伝送され、このデータがコンピュータＣによって受信される。ここでは例えばコンピュータＣで要求されるデータはインタネットのデータである。また、ヒータ制御回路ＨもランプＡのデータを受信することができる。ヒータ制御回路Ｈにとっては例えば空間の加熱の制御に用いられるデータが重要である。このデータは例えば外部から移動電話機を介してまたは中央制御装置からヒータ制御回路Ｈへ伝送される。

放射源が相互に機械的に分離されていると、つまり、隣のＬＥＤが離れていると、受信機までの信号の走行区間の差の影響が生じることがある。例えば１ＭＨｚの搬送周波数が用いられる場合、１波長の走行区間は約３００ｍとなる。２つの放射源が相互に遠く離れており、例えば競技場などで相互に１００ｍの間隔を有する場合、予測不能かついちじるしい位相ずれが生じる。

送信側での色成分間の１８０°の位相ずれによって、受信機には予測不能な位相ずれが生じ、場合によってはまるまる１周期ずれて同相となってしまうことがある。このために有利には、受信機が同期され、送信機によって設定された適切なプリアンブルにより、ジオメトリによって生じた色成分間の位相ずれが求められるようにする。その後本来のデータ受信が開始される。

同期に代えて、色成分ごとの絶対位相でなく、位相の変化分を複数Ｂｉｔの符号化に用いることができる。これにより、色成分の絶対位相は受信では大きな問題とはならない。ただし位相の変化分は受信機では不変のままとしなければならない。

ランプＡがスイッチオフされると、データ伝送は不可能となる。にもかかわらず伝送を行うには、ランプＡの完全な遮断に代えて、ランプＡの強度を昼間光のもとでヒトの目に放射が感知されない程度まで低減するとよい。このようにすれば、データ伝送を続行できるのに対して、ランプはスイッチオフされたかのような印象を与えることができる。ただし強度の低減により信号雑音比が小さくなり、データ伝送速度は幾分小さくなる。

本発明の方法の第３の実施例では、これまでの実施例で用いられていた３つの色成分から成るランプＡに加えて、紫外光を放出する第４のＬＥＤが用いられる。紫外光は空間の壁および空間の窓を透過できないので、ドアまたは他の開口部が開放されないかぎり、空間の外で受信されることはない。

第３の実施例では、４つの色成分の相対的な位相が用いられ、１ステップで３Ｂｉｔのビットシーケンスを符号化することができる。紫外成分は空間外では受信されないので、たとえ他の３つの色成分の信号が受信されたとしても、空間外での伝送の復号化は不可能である。これにより聴取の確実性が向上し、ランプＡによる空間照明とデータ伝送とを同時に行うことができる。

３つのＬＥＤから成る装置を配置した空間の概略図である。 受信ユニットの構造の概略図である。 ３つの色成分の位相特性のグラフである。

Claims (14)

1. 少なくとも２つの異なる光スペクトルを放出する光放射源により、それぞれ時間平均して一定に設定される光強度の光放射を放出する際に、
   少なくとも２つの光放射源から放出される光放射の少なくとも２つの光強度をそれぞれ搬送信号により変更し、
   少なくとも２つの搬送信号の位相関係に基づいて、すなわち、少なくとも２つの光放射源のそれぞれの光スペクトルの光強度の時間特性の関係に基づいて、ビットを符号化し、該符号化されたビットをデータとして伝送する
   ことを特徴とする少なくとも２つの光放射源によるデータ伝送方法。
2. 少なくとも１つの光放射源から可視光を放出する、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つの光放射源から不可視光を放出する、請求項１または２記載の方法。
4. 少なくとも一部の光放射源の光強度を照明光の発光に適する大きさに選定する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 少なくとも２つの光放射源の光強度は種々の色の光を形成できるように相互に異なって選定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 各光放射源のスペクトルは重ならない、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. １つの波長のみを含む光放射を放出する光放射源を少なくとも１つ設ける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 少なくとも１つの光放射源はＬＥＤである、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
9. それぞれの光強度は前記搬送信号によって１０％よりも小さい変化分だけ変更される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
10. 少なくとも１つの前記搬送信号の周波数は人の目に対して光強度の減衰が可視とならない高さに選定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 各搬送周波数は等しいかまたは相互に異なっている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 所定のプリアンブルビットがデータ伝送の際に先行して伝送され、受信機は該プリアンブルビットを用いた同期によって光放射源の空間的分離から生じる搬送信号の位相ずれを求める、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
13. 少なくとも２つの光放射源の搬送信号間の絶対位相または少なくとも２つの光放射源の搬送信号間の変化分を用いて符号化を行う、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. それぞれ時間平均して一定に設定される光強度の光放射を放出する少なくとも２つの光放射源が設けられており、
    少なくとも２つの光強度がそれぞれ周波数の異なる搬送信号により変更され、少なくとも２つの搬送信号の位相関係に基づいて、すなわち、少なくとも２つの光放射源のそれぞれの光スペクトルの光強度の時間特性の関係に基づいて、ビットが符号化され、該符号化されたビットがデータとして伝送される
    ことを特徴とする少なくとも２つの光放射源によるデータ伝送装置。

Images