JP5121503B2

JP5121503B2 - 通信方式選択方法，可視光通信方法，その装置

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Publication number: JP5121503B2
Application number: JP2008046958A
Authority: JP
Inventors: 公亮中村; 雅司山田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009206840A

Description

本発明は、可視光を用いて通信を行なう通信方式選択方法，可視光通信方法，その装置に関し、特に、周囲光の影響を低減するための工夫に関する。

近年、電波や赤外線を利用した無線通信に加えて、室内の照明器具，屋外広告照明，信号機，自動車のヘッドライトなどの可視光を利用した通信が注目されている。最近は、白色ＬＥＤの開発が盛んに行われ、照明，車載用ランプ，液晶バックライト等多岐に亘る。この白色ＬＥＤは、例えば蛍光灯などの白色光源と比較して、オン／オフの切り替え応答速度が非常に速いといった特徴を持っている。そこで、データ伝送媒体としてＬＥＤによる白色光を用い、白色ＬＥＤの照明光にデータ伝送機能を持たせる可視光通信システムが提案されている（下記特許文献１参照）。すなわち、白色ＬＥＤの発光強度を送信データに応じて変調し、受信側ではその光の強弱をフォトダイオード（Photo Diode：以下、ＰＤという）などの光電変換器により電気信号に変換することで、データ伝送を実現する。
特許第３４６５０１７号公報

ところで、可視光通信においては、多くの場合、太陽光や、照明用の白熱灯や蛍光灯などの周囲光が存在し、これらが本来の信号光に対して外乱ないしノイズとして作用する。太陽光は、信号光に対して直流成分のノイズとなることが多い。白熱灯や蛍光灯は、通常商用電源を使用して点灯しており、信号光に対して商用周波数〜数１０ＭＨｚの交流成分のノイズとなることが多い。

一方、可視光通信の伝送方式としては、大別して、
(1)ベースバンド方式・・・論理値の「１」，「０」の通信データに、変調をかけることなく光伝送する方式，
(2)サブキャリア方式・・・特定の周波数のキャリア（搬送波）上に通信データを重畳（変調）して光伝送する方式，
がある。

これらのうち、サブキャリア方式を用いると、信号帯域が狭いため周囲光の影響は低減できるが、データ伝送の高速化は望めない。シングルキャリアのサブキャリア方式において、高速伝送を実現するためには、ベースバンド方式の方が優位である。しかし、この方式の場合、周囲光の周波数と信号帯域とが重複している場合が多いため、周囲光の影響を受けやすいという不具合がある。

図４には、その様子が示されており、太陽光は直流，商用周波数は５０ないし６０Ｈｚである。また、照明光は、ＷＳの周波数帯域で分布している。ここで、ベースバンド方式（符号方式を８Ｂ１０Ｂとした場合）の占有帯域がＷＢであるとすると、図中の点線で示す範囲でベースバンドの信号光と照明による周囲光との周波数が重複するようになり、エラー発生などの原因となる。

周囲光の影響を低減する方法として、フィルタの利用が考えられる。しかし、この方法では、周波数帯域が重複している部分では、フィルタによって周囲光を除去しようとすると、信号成分も除去されてしまう。

これに対し、下記特許文献２には、通信のエラー率を改善し、他の赤外線通信に対して影響を及ぼさない赤外線通信システムが開示されており、エラー率が一定値以下となる最高の通信速度を選択する構成となっている。
特開２０００−１１５０７８号公報

前記特許文献２の赤外線通信システムによれば、ホスト側よりテストデータを送信して受信し、受信データから受信エラー率等を算出してホスト側へ送信する。ホストでは、受信エラー率が一定値Ａ１を超えるか否かを判断する。一定値Ａ１は、これ以上の受信エラー率では正常な赤外線通信の信頼性や通信効率が維持できないような値である。受信エラー率が一定値Ａ１を超えるときには、遅い通信速度があればその通信速度に移行する。

しかしながら、上述した特許文献２記載の背景技術では、事前にデータの送受信やエラーチェックを行わなければならず、更には想定する全ての通信方式におけるエラー率を求める必要もあり、通信方式の選定に多くの時間を要する。

本発明は、以上のような点に着目したもので、周囲光の影響を良好に低減して、可能な限り伝送速度の速い通信方式を選択することができる通信方式選択方法，可視光通信方法，その装置を提供することを、その目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、可視光を利用した光通信を行なう際の通信方式を選択する通信方式選択方法であって、所定以上の強度の周囲光を、予め設定した複数の周波数帯域について順次検出するステップ，前記ステップで周囲光が検出されなかった周波数帯域を使用する通信方式を選択するステップ，前記ステップで複数の通信方式が選択可能なときは、通信速度が速い通信方式を選択するステップ，前記ステップで選択した通信方式を相手方に通知するステップ，を含むことを特徴とする。

本発明の可視光通信方法は、前記通信方式選択方法によって選択された通信方式によって光通信を行なう際に、受信側で選択された通信方式に基づいて、送信側が光信号を送信することを特徴とする。主要な形態の一つは、こちら側が相手方に通知する通信方式と、相手方がこちら側に通知する通信方式とが異なることを特徴とする。

他の発明は、可視光を利用した光通信を行なう際の通信方式を選択する通信方式選択装置であって、光を電気信号に変換する光電変換手段，前記光電変換手段から出力された変換信号を利用して、予め設定した複数の周波数帯域毎に順次基準レベル以上の周囲光の検出を行う周囲光検出手段，前記周囲光検出手段によって周囲光が検出されなかった周波数帯域を使用する通信方式を選択するとともに、複数の通信方式が選択されたときは、通信速度が速い通信方式を選択し、更に、選択した通信方式を相手方に通知する通信制御手段，を含むことを特徴とする。

本発明の可視光通信装置は、前記通信方式選択装置によって選択された通信方式によって光通信を行なう可視光通信装置であって、前記通信制御手段は、受信側で選択された通信方式に基づいて、送信側の通信方式を設定することを特徴とする。主要な形態の一つは、こちら側が相手方に通知する通信方式と、相手方がこちら側に通知する通信方式とが異なることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、基準レベル以上の強度の周囲光の有無を検出し、その検出結果に応じて周囲光のない周波数帯域を使用する通信方式を選択することとしたので、相手方とデータの送受信を行なうことなく、短期間で周囲光の影響を受けない高速の通信方式を決定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の実施例の装置構成が示されており、送信部１０，通信制御部２０，受信部３０を備えている。これらのうち、送信部１０は、通信制御部２０の送信データ出力に基づいて駆動部１２により発光部１４が発光駆動される構成となっている。発光部１４としては、例えば白色ＬＥＤが使用される。ベースバンド方式の場合は、発光部１４が送信データに基づいてパルス駆動される。サブキャリア方式の場合は、送信データが重畳されたキャリア信号に基づいて発光部１４が駆動される。通信制御部２０は、図１の装置全体の送受信の制御を行う機能を備えており、一般的にＰＨＹ（物理層）やＭＡＣ（Media Access Control）と呼ばれている。

次に、受信部３０について説明すると、他の通信装置（図示せず）から入射した光信号を光電変換する光電変換部３２の変換出力側は、電流−電圧変換部３４を介して、２値化部３６及びＲＦ−ＤＣ変換部４０の入力側にそれぞれ接続されている。２値化部３６の出力側は、上述した通信制御部２０に接続されている。一方、ＲＦ−ＤＣ変換部４０は、フィルタ部４２，対数増幅部４４，検波部４６が直列に接続された構成となっており、その出力側は、制御部／記憶部（以下単に「制御記憶部」という）５０の入力側に接続されている。この制御記憶部５０の出力側は、一方ではフィルタ設定部５２を介して前記フィルタ部４２に接続されており、他方では前記通信制御部２０に接続されている。

以上の各部のうち、光電変換部３２は、受光した光信号を電流信号に変換するためのものである。電流-電圧変換部３４は、光電変換部３２から出力された電流信号を電圧信号に変換するためのものであり、変換後のアナログ電圧信号が２値化部３６によってデジタル信号に変換されるようになっている。変換されたデジタル信号は、受信信号として通信制御部２０に供給される。

次に、ＲＦ−ＤＣ変換部４０は、上述した電流−電圧変換部３４から入力された高周波の電圧信号を、その振幅の大きさに対応した直流電圧に変換するための回路で、入力信号からフィルタ部４２によって該当する帯域の成分を取り出すとともに、対数増幅部４４で増幅し、検波部４６で検波する構成となっている。制御記憶部５０は、ＲＦ−ＤＣ変換部４０の出力に基づいて、受信する周波数帯域を設定するとともに、いずれの周波数帯域にどの程度の周囲光が存在するかを記憶する機能を備えている。フィルタ設定部５２は、制御記憶部５０からの指示に基づいてフィルタ部４２における検出周波数帯域を設定するためのものである。

次に、図２及び図３を参照しながら、本実施例の動作を説明する。光信号の受信を行なう際には、図２の動作を行なって周囲光の影響がない通信方式を決定する。まず、制御記憶部５０により、フィルタ設定部５２に対して指示が行なわれ、フィルタ部４２が最初の周波数帯域に設定される（ステップＳＡ）。そして、この状態で光電変換部３２から出力される電流信号に対して、電流−電圧変換部３４による変換，フィルタ部４２による設定周波数帯域のフィルタ処理，対数増幅部４４による対数増幅，検波部４６による検波処理が順次行なわれる（ステップＳＢ）。

ここで、フィルタ部４２で設定した周波数帯域に周囲光が存在すると、その周囲光が光電変換部３２に入射し、基準レベル以上の強度の周囲光の場合はＲＦ−ＤＣ変換部４０の検波部４６から検出電圧が出力されるようになる。しかし、周囲光がないとき，もしくは強度が低いときは検出電圧は出力されない。これにより、フィルタ部４２で設定した周波数帯域に基準レベル以上の強度の周囲光があるかどうかが検出され、結果が制御記憶部５０に記憶される（ステップＳＣ）。なお、検出する周囲光の基準レベルは、通信に影響を与える程度の強さかどうかによって設定する。

次に、制御記憶部５０では、フィルタ部４２の周波数帯域が次の帯域に設定され、同様の周囲光の検出動作が行なわれる（ステップＳＤのYes，ステップＳＥ）。この動作は、全ての周波数帯域について順次行なわれる（ステップＳＤのNo）。

以上の処理により、制御記憶部５０には、基準レベル以上の強度の周囲光が存在する周波数帯域と存在しない周波数帯域の情報が蓄積される。一方、予め用意されている通信方式の周波数帯域は事前に判明しているので、両者を比較することで、基準レベル以上の強度の周囲光のない周波数帯域を使用する通信方式が選択される（ステップＳＦ）。なお、複数の通信方式が選択可能なときは、最も通信速度の速い通信方式が選択される。制御記憶部５０は、選択した通信方式を通信制御部２０に通知する。すると、通信制御部２０は、選択した通信方式を送信部１０によって相手方に通知する（ステップＳＧ）。相手方が受信した通信方式で光信号を送信すると、これが光電変換部３２で受光され、電流−電圧変換部３４による電圧信号への変換，２値化部３６によるデジタル信号への変換を経て、受信信号が通信制御部２０に供給される(ステップＳＨ）。

図３には、以上のような周囲光の検出と通信方式決定の様子が示されている。同図(A)は、低域から高域までの全体について周囲光を検出する例で、例えば周波数帯域ＦＡから順に、ＦＢ→ＦＣ→ＦＤ→・・・→ＦＲ→ＦＳという具合にフィルタ部４２の周波数帯域を設定して周囲光の検出を行う。そして、周波数帯域ＦＰ，ＦＱで周囲光が検出されなければ、通信方式ＣＡが選択され、周波数帯域ＦＱ，ＦＲで周囲光が検出されなければ、通信方式ＣＢが選択されるという具合である。周波数帯域ＦＰ〜ＦＲで周囲光が検出されないときは、通信方式ＣＡ，ＣＢのいずれも選択可能であるが、この場合は、両者のうちの通信速度が速い方式が選択される。

図３(A)では、低域から高域まで幅広く周囲光を検出したが、図３(B)のように、周囲光が存在する周波数帯域のみを検出するようにしてもよい。同図の例では、太陽光が存在する周波数帯域Ｆａ，商用周波数が該当する周波数帯域Ｆｂ，照明光が存在する周波数帯域Ｆｃ〜Ｆｅについてのみ、フィルタ部４２の周波数帯域を設定して周囲光を検出している。図１に示した光通信機が設置される環境条件によっては、周囲光の周波数帯域が限定される場合がある。そのようなときは、限定された周波数帯域のみ周囲光の有無を検出すれば十分であり、通信方式設定のための時間を短縮することができる。

図３(C)は、通信方式が限定されている場合の例で、通信方式ＣＲは周波数帯域Ｆ10〜Ｆ12を占め、通信方式ＣＳは周波数帯域Ｆ12〜Ｆ14を占め、通信方式ＣＴは周波数帯域Ｆ15〜Ｆ16を占める。このような場合は、周波数帯域Ｆ10〜Ｆ16において順次周囲光の有無を検出すれば十分である。このとき、周波数帯域Ｆ10→Ｆ11→Ｆ12→・・・という具合に、順次周波数帯域を設定してもよいが、最も通信速度が速い通信方式が該当する周波数帯域から周囲光の有無を検出することで、周波数帯域Ｆ10〜Ｆ16のすべてについて周囲光の検出動作を行なうことなく、最速の通信方式を見出すことができる。例えば、通信方式ＣＲ〜ＣＴのうち、通信方式ＣＳが最も高速の方式であるときは、周波数帯域Ｆ12〜Ｆ14についてまず周囲光の有無を検出する。そして、周囲光が検出されなければ、通信方式ＣＳを選択する。周囲光が検出されたときは、次に速い方式，例えば通信方式ＣＴが該当する場合は、周波数帯域Ｆ15，Ｆ16について周囲光の有無を検出する。そして、周囲光が検出されなければ、通信方式ＣＴを選択するという具合である。

なお、相手方でも、上述した動作が行なわれて通信方式が選択され、選択された通信方式が通知される。通信制御部２０は、通知を受けた通信方式で送信部１０における送信駆動を行なう。従って、通信方式が両者で一致するとは限らない。例えば、こちら側はベースバンド方式で光送信を行なうことを相手方に通知し、相手方はサブキャリア方式で光送信を行なうことをこちら側に通知するという具合である。しかし、いずれにしても、互いの機器が動作可能な通信方式を選択することはいうまでもない。

以上のように、本実施例によれば、基準レベル以上の強度の周囲光の有無を検出し、その検出結果に応じて周囲光のない周波数帯域を使用する通信方式を選択することとしたので、相手方とデータの送受信を行なうことなく、短期間で周囲光の影響を受けない高速の通信方式を決定することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では通信方式を選択することとしたが、同一の通信方式であっても、帯域が異なる複数のチャンネルを有するときは、チャンネルを選択するようにしてもよい。
(2)前記実施例で示した回路構成は一例であり、同様の作用を奏するように公知の回路技術を適用してよい。
(3)本発明が適用される可視光通信としては、白色ダイオードを用いたものが好適な例であるが、各種の光源を用いてよい。

周囲光の影響を受けないように通信方式が選択されるので、白色光を利用した各種の通信システムに好適である。

本発明の一実施例の装置構成を示す回路ブロック図である。前記実施例における通信方式選択の動作手順を示すフローチャートである。通信方式選択動作における周波数帯域の設定と通信方式との関係を示す説明図である。周囲光の周波数帯域と通信方式の周波数帯域の関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０：送信部
１２：駆動部
１４：発光部
２０：通信制御部
３０：受信部
３２：光電変換部
３４：電流−電圧変換部
３６：２値化部
４０：ＲＦ−ＤＣ変換部
４２：フィルタ部
４４：対数増幅部
４６：検波部
５０：制御記憶部
５２：フィルタ設定部
ＣＡ，ＣＢ，ＣＲ〜ＣＴ：通信方式
Ｆ10〜Ｆ16，ＦＡ〜ＦＳ，Ｆａ〜Ｆｅ：周波数帯域

Claims

可視光を利用した光通信を行なう際の通信方式を選択する通信方式選択方法であって、
所定以上の強度の周囲光を、予め設定した複数の周波数帯域について順次検出するステップ，
前記ステップで周囲光が検出されなかった周波数帯域を使用する通信方式を選択するステップ，
前記ステップで複数の通信方式が選択可能なときは、通信速度が速い通信方式を選択するステップ，
前記ステップで選択した通信方式を相手方に通知するステップ，
を含むことを特徴とする通信方式選択方法。
請求項１記載の通信方式選択方法によって選択された通信方式によって光通信を行なう際に、受信側で選択された通信方式に基づいて、送信側が光信号を送信することを特徴とする可視光通信方法。
こちら側が相手方に通知する通信方式と、相手方がこちら側に通知する通信方式とが異なることを特徴とする請求項２記載の可視光通信方法。
可視光を利用した光通信を行なう際の通信方式を選択する通信方式選択装置であって、
光を電気信号に変換する光電変換手段，
前記光電変換手段から出力された変換信号を利用して、予め設定した複数の周波数帯域毎に順次基準レベル以上の周囲光の検出を行う周囲光検出手段，
前記周囲光検出手段によって周囲光が検出されなかった周波数帯域を使用する通信方式を選択するとともに、複数の通信方式が選択されたときは、通信速度が速い通信方式を選択し、更に、選択した通信方式を相手方に通知する通信制御手段，
を含むことを特徴とする通信方式選択装置。
請求項４記載の通信方式選択装置によって選択された通信方式によって光通信を行なう可視光通信装置であって、
前記通信制御手段は、受信側で選択された通信方式に基づいて、送信側の通信方式を設定することを特徴とする可視光通信装置。
こちら側が相手方に通知する通信方式と、相手方がこちら側に通知する通信方式とが異なることを特徴とする請求項５記載の可視光通信装置。