JP5451670B2 - Visible light communication device - Google Patents

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Description

本発明は、空間に照射された可視光を使用して通信を行なう可視光通信装置に関し、特にネットワークに接続され灯具を備えたアクセスポイントと携帯情報端末との間で高速の可視光通信を行なう可視光通信装置に関する。   The present invention relates to a visible light communication device that performs communication using visible light irradiated to space, and in particular, performs high-speed visible light communication between an access point connected to a network and provided with a lamp and a portable information terminal. The present invention relates to a visible light communication device.

電波を通信媒体とした無線通信は、携帯電話網、無線LAN、近距離無線通信など多くの分野で使用されている。   Wireless communication using radio waves as a communication medium is used in many fields such as a cellular phone network, a wireless LAN, and short-range wireless communication.

しかしながら、電波を媒体として使用する無線通信は、人の近くで送受信を行なう場合、電磁波の人体への影響を考慮して、送信電力を上げることができない。また、無線通信に使用される電波の周波数帯域は、既に多くの使用分野において割り振られ、使用されていることもあって、広帯域の周波数帯を自由に使用することはできない。さらに、病院などの特殊な環境下においては、電波の使用に制限が加えられるなどの制約がある。   However, in wireless communication using radio waves as a medium, when transmission / reception is performed near a person, the transmission power cannot be increased in consideration of the influence of electromagnetic waves on the human body. In addition, the frequency band of radio waves used for wireless communication has already been allocated and used in many fields of use, and a wide frequency band cannot be freely used. Furthermore, there are restrictions such as restrictions on the use of radio waves in special environments such as hospitals.

そこで、近年、可視光を通信媒体として用いる可視光通信が開発され、下記特許文献1などにおいて、可視光通信システムが提案されている。   Therefore, in recent years, visible light communication using visible light as a communication medium has been developed, and a visible light communication system has been proposed in Patent Document 1 below.

この従来の可視光通信システムは、照明光として可視光を使用しながら可視光通信を行なうために、照明光として違和感のない昼光色などの白色光を使用して情報を送受信する。このため、送信装置側の投光素子には白色光を投光するLED(白色発光ダイオード)が使用され、受信装置側の受光器にも白色光を受光し受光信号を出力する受光素子が使用される。   In this conventional visible light communication system, in order to perform visible light communication while using visible light as illumination light, information is transmitted and received using white light such as daylight color that does not feel uncomfortable as illumination light. For this reason, an LED (white light emitting diode) that emits white light is used as the light projecting element on the transmitting device side, and a light receiving element that receives white light and outputs a received light signal is also used on the light receiving device on the receiving device side. Is done.

特開2007−266794号公報JP 2007-266794 A 特開2009−260953号公報JP 2009-260953 A

しかし、白色光を投光するLEDは、通常、その白色光を合成するために、発光ダイオードの発光色と補色関係にある色の光を蛍光体で発生させるが、その蛍光体の応答性が低いために、白色光に重畳する高周波信号の周波数が低く抑えられ、また、白色光を受光する受光素子においても、高周波信号を重畳した可視光の受光時、高速動作が難しく、通信速度が抑えられていた。   However, an LED that emits white light usually generates light of a color complementary to the emission color of the light emitting diode in order to synthesize the white light, but the phosphor has a responsiveness. Because it is low, the frequency of the high-frequency signal superimposed on the white light can be kept low, and the light receiving element that receives the white light is difficult to operate at high speed when receiving visible light superimposed with the high-frequency signal, and the communication speed is suppressed. It was done.

そこで、本発明者らは、受信器の受光素子として青色光を高感度に受光する青色光用フォトダイオードを使用し、送信器の灯具から投光する可視光として青色光を含む白色光を照射して送信器(灯具)と携帯型受信器間で可視光通信を行う装置を、上記特許文献2で提案したが、さらに、電波を使用できない環境において、天井部などに固定された灯具を、無線LANに接続可能な携帯情報端末のアクセスポイントとして構成し、携帯情報端末に設けた可視光通信装置とアクセスポイント間で、灯具の照明用の白色光を使用して双方向の可視光通信を行う可視光通信装置が要望されていた。   Therefore, the present inventors use a blue light photodiode that receives blue light with high sensitivity as the light receiving element of the receiver, and irradiates white light including blue light as visible light emitted from the lamp of the transmitter. In the above-mentioned Patent Document 2, a device that performs visible light communication between a transmitter (lamp) and a portable receiver has been proposed. Further, in an environment where radio waves cannot be used, a lamp fixed to a ceiling portion or the like is provided. It is configured as an access point for portable information terminals that can be connected to a wireless LAN, and bidirectional visible light communication is performed between the visible light communication device provided in the portable information terminal and the access point using white light for lighting of the lamp. There has been a need for a visible light communication device to perform.

しかし、携帯情報端末とアクセスポイント間で双方向の可視光通信を行う可視光通信装置では、必然的に画像データなど大容量のデータを高速で通信する必要があり、可視光通信では、通常、通信速度が抑制されやすい。また、灯具を有したアクセスポイントとの間で可視光通信を行う携帯情報端末のユーザーは、アクセスポイントに対するアクセス操作を意識して行う場合が多いところ、携帯情報端末の可視光送信器から投光される可視光が、灯具側の可視光送信器から投光される可視光と同じ白色光であると、携帯情報端末側からのアクセス操作がユーザーには認識しにくいという課題があった。   However, a visible light communication device that performs bidirectional visible light communication between a portable information terminal and an access point inevitably requires high-capacity data such as image data to be communicated at high speed. Communication speed is likely to be suppressed. In addition, users of portable information terminals that perform visible light communication with an access point having a lamp often perform the access operation with respect to the access point, so that the light is transmitted from the visible light transmitter of the portable information terminal. When the visible light to be emitted is the same white light as the visible light projected from the visible light transmitter on the lamp side, there is a problem that it is difficult for the user to recognize the access operation from the portable information terminal side.

また、携帯情報端末側からアクセスポイント側へのアップリンクの投光を、灯具の照射光と同じ白色光とした場合、アクセスポイントの灯具は照明用で高輝度の白色光を周囲に照射するため、この白色光がアクセスポイント側の受信装置の外乱光となる虞があり、外乱光によるS/N比の低下、それに伴う通信速度の低下を招きやすい。   Also, if the uplink light from the portable information terminal side to the access point side is set to the same white light as the illumination light of the lamp, the access point lamp will illuminate the surrounding area with high-intensity white light. This white light may become disturbance light of the receiving device on the access point side, and is liable to cause a decrease in S / N ratio due to the disturbance light and a decrease in communication speed associated therewith.

本発明は、上述の課題を解決するものであり、照明用の灯具を備えると共にLANに接続されたアクセスポイント(固定局)と携帯情報端末との間で可視光による高速通信を行うことができる可視光通信装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and can perform high-speed communication using visible light between an access point (fixed station) provided with a lighting fixture and connected to a LAN and a portable information terminal. An object is to provide a visible light communication device.

上記目的を達成するために、本発明の請求項1の可視光通信装置は、
ネットワークに接続され灯具を備えたアクセスポイントに、情報信号を重畳した照明光を該灯具の白色LEDから照明投光するアクセスポイント送信部と、携帯情報端末の端末送信部の投光器から投光された可視光を受光し、該可視光に重畳された情報信号を取り出すアクセスポイント受信部と、が設けられ、
該携帯情報端末に、情報信号を重畳した可視光を投光器から投光する端末送信部と、該アクセスポイント送信部の該灯具から照明投光された照明光を受光し、該照明光に重畳された情報信号を取り出す端末受信部と、が設けられ、該アクセスポイントと該携帯情報端末との間で可視光通信を行う可視光通信装置であって、
アクセスポイント送信部は、
ネットワークから送られパケット化された送信データ信号の各ビットを該各サブキャリアに割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる送信データのデジタル信号の各ビットを、各サブキャリアについてデジタル変調する変調部と、
該変調部で変調されたシリアルのデジタル送信信号を、該サブキャリアの数のデータ列にパラレル変換するS/P変換部と、
該S/P変換部でパラレルに変換されたデジタル送信信号を逆高速フーリエ変換する逆離散フーリエ変換部と、
該逆離散フーリエ変換部で逆高速フーリエ変換したデジタル送信信号をアナログ信号に変換するD/A変換部と、
該D/A変換部でアナログ信号に変換された複素データを、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調し合成する合成部と、
該合成部で合成され、サブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を増幅し白色光に重畳させるように前記灯具の白色LEDを駆動するLED駆動部と、
を備え、
該アクセスポイント受信部は、
該携帯情報端末の端末送信部の青色LEDから投光された、情報信号を重畳した青色光を受光素子により受光する受光器と、
該受光器から出力された高周波信号を低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器と、
該高周波増幅器から出力された高周波受信信号を検波し復調する復調部と、
該復調部から出力された高周波受信信号を、正弦波と余弦波を乗じて同相信号と直交信号に分離するIQ分離部と、
該IQ分離部で分離された該同相信号の実部と該直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部と、
該A/D変換部から出力された、該同相信号の実部と該直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部と、
該離散フーリエ変換部から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部と、
を備え、
該端末送信部は、送信データ信号の各ビットを該各サブキャリアに割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる送信データのデジタル信号の各ビットを、各サブキャリアについてデジタル変調する変調部と、
該変調部で変調されたシリアルのデジタル送信信号を、該サブキャリアの数のデータ列にパラレル変換するS/P変換部と、
該S/P変換部でパラレルに変換されたデジタル送信信号を逆高速フーリエ変換する逆離散フーリエ変換部と、
該逆離散フーリエ変換部で逆高速フーリエ変換したデジタル送信信号をアナログ信号に変換するD/A変換部と、
該D/A変換部でアナログ信号に変換された複素データを、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調し合成する合成部と、
該合成部で合成され、サブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を増幅し青色光に重畳させるように青色LEDを駆動するLED駆動部と、
を備え、
該端末受信部は、該アクセスポイントのアクセスポイント送信部の白色LEDから照明投光され、情報信号を重畳した白色光を受光素子により受光する受光器と、
該受光器から出力された高周波信号を低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器と、
該高周波増幅器から出力された高周波受信信号を検波し復調する復調部と、
該復調部から出力された高周波受信信号を、正弦波と余弦波を乗じて同相信号と直交信号に分離するIQ分離部と、
該IQ分離部で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部と、
該A/D変換部から出力された、該同相信号の実部と該直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部と、
該離散フーリエ変換部から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部と、
を備え、
前記アクセスポイント送信部は情報信号を重畳した白色光を照明光として前記灯具の白色LEDから照明投光する一方、前記携帯情報端末の端末送信部は情報信号を重畳した青色光を青色LEDから前記アクセスポイントに向けて投光することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a visible light communication device according to claim 1 of the present invention provides:
Light is emitted from an access point transmitter connected to a network to an access point equipped with a lamp from an access point transmitter that illuminates and projects illumination light superimposed with an information signal from a white LED of the lamp, and a terminal transmitter of a portable information terminal An access point receiving unit that receives visible light and extracts an information signal superimposed on the visible light; and
A terminal transmitter that projects visible light superimposed with an information signal on the portable information terminal from a projector, and illumination light projected from the lamp of the access point transmitter is received and superimposed on the illumination light. A visible light communication device that performs visible light communication between the access point and the portable information terminal,
The access point transmitter
A transmission data processing unit that rearranges transmission data so that each bit of a transmission data signal sent from the network and packetized is assigned to each subcarrier;
A modulation unit that digitally modulates each bit of the digital signal of transmission data sent from the transmission data processing unit for each subcarrier;
An S / P converter that converts the serial digital transmission signal modulated by the modulator into a data string of the number of subcarriers;
An inverse discrete Fourier transform unit for performing inverse fast Fourier transform on the digital transmission signal converted in parallel by the S / P conversion unit;
A D / A converter that converts the digital transmission signal obtained by inverse fast Fourier transform in the inverse discrete Fourier transform unit into an analog signal;
A synthesis unit that performs quadrature modulation and synthesis of the complex data converted into an analog signal by the D / A conversion unit using a cosine wave and a sine wave of the carrier frequency of the subcarrier;
An LED drive unit that drives the white LED of the lamp so as to amplify an analog high-frequency signal that is synthesized by the synthesis unit and modulated by a subcarrier and superimpose it on white light;
With
The access point receiver
A light receiver that receives blue light superimposed by an information signal emitted from a blue LED of a terminal transmission unit of the portable information terminal by a light receiving element;
A high-frequency amplifier that amplifies and outputs a high-frequency signal output from the light receiver in a low-noise state;
A demodulator that detects and demodulates the high-frequency received signal output from the high-frequency amplifier;
An IQ separation unit for separating the high-frequency reception signal output from the demodulation unit into an in-phase signal and a quadrature signal by multiplying a sine wave and a cosine wave;
An A / D converter that samples and converts the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator and the imaginary part of the quadrature signal into a digital signal;
A complex value on the complex plane of each subcarrier is obtained from a complex value on the time axis that is a combination of the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal output from the A / D converter. A discrete Fourier transform unit for performing a fast Fourier transform on
A P / S conversion unit that converts the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit into serial data to be received data;
With
The terminal transmission unit, a transmission data processing unit that rearranges transmission data so that each bit of a transmission data signal is allocated to each subcarrier; and
A modulation unit that digitally modulates each bit of the digital signal of transmission data sent from the transmission data processing unit for each subcarrier;
An S / P converter that converts the serial digital transmission signal modulated by the modulator into a data string of the number of subcarriers;
An inverse discrete Fourier transform unit for performing inverse fast Fourier transform on the digital transmission signal converted in parallel by the S / P conversion unit;
A D / A converter that converts the digital transmission signal obtained by inverse fast Fourier transform in the inverse discrete Fourier transform unit into an analog signal;
A synthesis unit that performs quadrature modulation and synthesis of the complex data converted into an analog signal by the D / A conversion unit using a cosine wave and a sine wave of the carrier frequency of the subcarrier;
An LED drive unit that drives a blue LED so as to amplify an analog high-frequency signal synthesized by the synthesis unit and modulated by a subcarrier and superimpose it on blue light;
With
The terminal receiver is illuminated by a white LED of the access point transmitter of the access point and receives a white light superimposed with an information signal by a light receiving element;
A high-frequency amplifier that amplifies and outputs a high-frequency signal output from the light receiver in a low-noise state;
A demodulator that detects and demodulates the high-frequency received signal output from the high-frequency amplifier;
An IQ separation unit for separating the high-frequency reception signal output from the demodulation unit into an in-phase signal and a quadrature signal by multiplying a sine wave and a cosine wave;
An A / D converter that samples the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator and the imaginary part of the quadrature signal and converts them into a digital signal;
A complex value on the complex plane of each subcarrier is obtained from a complex value on the time axis that is a combination of the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal output from the A / D converter. A discrete Fourier transform unit for performing a fast Fourier transform on
A P / S conversion unit that converts the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit into serial data to be received data;
With
The access point transmission unit projects white light from the white LED of the lamp as white light on which the information signal is superimposed as illumination light, while the terminal transmission unit of the portable information terminal transmits blue light from the blue LED on which the information signal is superimposed. The light is projected toward the access point.

なお、上記携帯情報端末は、モバイル端末、ノートパソコンなどの移動可能なコンピュータ端末等を含む概念である。   Note that the portable information terminal is a concept including a mobile terminal, a movable computer terminal such as a notebook computer, and the like.

この発明の可視光通信装置によれば、天井部などに固定された灯具を、無線LANに接続可能な携帯情報端末のアクセスポイントとし、携帯情報端末とアクセスポイント間で、可視光を使用して大容量の双方向高速通信を行うことができる。また、このような可視光通信において、携帯情報端末を使用するユーザーは、照明光として灯具から白色光を照明投光するアクセスポイントに対し、そのアップリンクで、携帯情報端末の端末送信部から青色光を投光することとなるので、端末送信部から投光される青色光を容易に視認して、ユーザーは、アクセスポイントに対し携帯情報端末から可視光通信を行ってアップリンクしている状態を容易に認識することができる。   According to the visible light communication device of the present invention, a lamp fixed on a ceiling or the like is used as an access point of a portable information terminal connectable to a wireless LAN, and visible light is used between the portable information terminal and the access point. Large-capacity bidirectional high-speed communication can be performed. Also, in such visible light communication, a user using a portable information terminal can transmit blue light from a terminal transmission unit of the portable information terminal to an access point that illuminates and projects white light from a lamp as illumination light. Since the light is projected, the blue light projected from the terminal transmitter is easily visually recognized, and the user is performing an uplink by performing visible light communication from the portable information terminal to the access point. Can be easily recognized.

また、携帯情報端末側からアクセスポイント側へのアップリンクの投光が、灯具の照明用の白色光とは相違して青色光となるので、受光器の前面に青色光のみを透過する光学フィルタを配置すれば、灯具の白色光などの外乱光を効果的に除去することができ、外乱光によるS/N比の低下、それに伴う通信速度の低下を回避することができる。   Also, since the uplink light projection from the portable information terminal side to the access point side becomes blue light unlike white light for lighting of the lamp, an optical filter that transmits only blue light in front of the light receiver If this is arranged, disturbance light such as white light from the lamp can be effectively removed, and a decrease in S / N ratio due to the disturbance light and a decrease in communication speed associated therewith can be avoided.

また、携帯端末側からアクセスポイント側へのアップリンクの投光を青色光としたとき、アクセスポイント受信部の受光器には青色光の波長領域に高い受光感度を有した青色光用フォトダイオードを使用することができ、このような青色光用フォトダイオードはその受光感度及び高周波信号の応答速度が非常に高く、可視光に重畳された大容量の情報を高速で受信することができる。   Also, when the uplink light projection from the mobile terminal side to the access point side is blue light, a blue light photodiode having a high light receiving sensitivity in the wavelength region of blue light is placed on the receiver of the access point receiver. Such a blue light photodiode has a very high light receiving sensitivity and a high frequency signal response speed, and can receive a large amount of information superimposed on visible light at high speed.

ここで、上記アクセスポイント受信部及び端末受信部の受光器には、受光素子のアノードに抵抗及びコイルをグランドとの間に直列に接続して、光電流を高周波電圧信号に変換する、電流/電圧変換回路を接続するように構成することができる。この発明によれば、受光素子の出力側のインピーダンスを高くして光電流の高周波成分を効率よく取り出すことができる。   Here, in the light receivers of the access point receiver and the terminal receiver, a resistor and a coil are connected in series between the anode of the light receiving element and the ground, and the photocurrent is converted into a high frequency voltage signal. A voltage conversion circuit can be connected. According to the present invention, the impedance on the output side of the light receiving element can be increased to efficiently extract the high frequency component of the photocurrent.

また、上記アクセスポイント受信部及び端末受信部の受光器の出力側に接続した電流/電圧変換回路と上記高周波増幅器との間に、高入力インピーダンスを低出力インピーダンスに変換する緩衝増幅器が接続され、該緩衝増幅器はソースフォロワー回路を有する構成とすることが望ましい。   In addition, a buffer amplifier that converts high input impedance to low output impedance is connected between the current / voltage conversion circuit connected to the output side of the receiver of the access point receiver and the terminal receiver and the high frequency amplifier, It is desirable that the buffer amplifier has a source follower circuit.

この発明によれば、上記緩衝増幅器の入力インピーダンスを高くして高周波電圧信号を効率よく取り出すことができると共に、ソースフォロアー回路を設けた緩衝増幅器の出力側インピーダンスを低くし、これにより、緩衝増幅器から出力される広帯域の高周波信号を良好な周波数特性をもって次段の高周波増幅器に入力し、広帯域の高周波信号を良好に増幅することができる。   According to the present invention, the input impedance of the buffer amplifier can be increased to efficiently extract a high-frequency voltage signal, and the output side impedance of the buffer amplifier provided with the source follower circuit can be decreased, thereby The wide-band high-frequency signal that is output can be input to the next-stage high-frequency amplifier with good frequency characteristics, and the wide-band high-frequency signal can be amplified well.

また、上記アクセスポイント受信部及び端末受信部の受光器には、凹面鏡の前面に受光素子をその反射面に向けて配設した構造の反射集光型受光素子を単独で配置しまたはアレイ状に並設した反射集光型受光器を使用することができる。この発明によれば、アクセスポイント受信部及び端末受信部は、端末送信部またはアクセスポイント送信部から投光された可視光を、高速応答性を持って良好に受光し、アクセスポイントと携帯情報端末間で可視光による大容量の高速通信を行うことができる。   In addition, in the light receivers of the access point receiver and the terminal receiver, a reflective condensing type light receiving element having a structure in which the light receiving element is disposed on the front surface of the concave mirror and facing the reflecting surface thereof is arranged alone or in an array. It is possible to use a reflective condensing type light receiver arranged in parallel. According to the present invention, the access point receiving unit and the terminal receiving unit receive the visible light projected from the terminal transmitting unit or the access point transmitting unit well with high-speed response, and the access point and the portable information terminal. High-capacity high-speed communication using visible light can be performed.

また、上記アクセスポイント送信部及び端末送信部の合成部の出力側に、帯域補正増幅器を接続し、帯域補正増幅器は、LEDの周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正するように構成することが望ましい。この発明によれば、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような、周波数特性にひずみを生じやすいLEDを可視光投光用に使用した場合でも、OFDM方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、送信信号をLEDの可視光に重畳させ、高速で送信することができ、これにより、受信部側でOFDM信号を正常に復調することができる。   In addition, a band correction amplifier is connected to the output side of the combining unit of the access point transmission unit and the terminal transmission unit, and the band correction amplifier uses the inverse distortion characteristic as a transmission signal in advance with respect to the nonlinear distortion of the frequency characteristic of the LED. In addition, it is desirable to configure to correct. According to the present invention, even when an LED, which tends to be distorted in frequency characteristics, is used for visible light projection, such that the emission level decreases as the frequency increases, distortion occurs in the spectrum distribution of the OFDM transmission signal. Therefore, the transmission signal can be superimposed on the visible light of the LED and transmitted at a high speed, whereby the OFDM signal can be normally demodulated on the receiving side.

また、上記アクセスポイント送信部及び端末送信部のLED駆動部に、上記合成部で合成されサブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を帯域補正増幅する帯域補正増幅器、及び帯域補正増幅器の出力側に接続される送信信号増幅器を設け、上記送信信号増幅器とLED駆動部間に、インピーダンスマッチング回路を接続し、送信信号増幅器の出力側を低インピーダンスとしてLED駆動部に接続することができる。この発明によれば、送信信号増幅器を含む増幅器用基板と発熱するLEDを実装したLED基板を分離して配置し、その間を同軸ケーブルで接続することが可能となり、これにより、増幅器に対するLEDの熱影響を最小とすることができ、また、白色LEDの数が異なるタイプの灯具を有するアクセスポイントに対し、アクセスポイント送信部を共通化し簡単に接続することができる。   In addition, a band correction amplifier that performs band correction amplification of an analog high-frequency signal synthesized by the synthesis unit and modulated by subcarriers, and an output side of the band correction amplifier in the LED drive unit of the access point transmission unit and terminal transmission unit A transmission signal amplifier to be connected can be provided, an impedance matching circuit can be connected between the transmission signal amplifier and the LED driving unit, and the output side of the transmission signal amplifier can be connected to the LED driving unit with a low impedance. According to the present invention, the amplifier substrate including the transmission signal amplifier and the LED substrate on which the heat generating LED is mounted can be separately arranged and connected between them by the coaxial cable. The influence can be minimized, and an access point transmission unit can be shared and easily connected to an access point having a type of lamp having a different number of white LEDs.

本発明の可視光通信装置によれば、ネットワークに接続され灯具を備えたアクセスポイントと携帯情報端末との間で、可視光による大容量の高速通信を行うことができ、携帯情報端末のユーザーは、アクセスポイントに対するアップリンクの際、白色の照明光に対し、端末送信部から照射される青色光を容易に視認して、アクセス操作を容易に認識することができる。   According to the visible light communication device of the present invention, a large-capacity high-speed communication by visible light can be performed between an access point connected to a network and provided with a lamp and a portable information terminal. In the uplink to the access point, it is possible to easily recognize the access operation by visually recognizing the blue light emitted from the terminal transmitter with respect to the white illumination light.

本発明の実施形態を示す可視光通信装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the visible light communication apparatus which shows embodiment of this invention. 灯具を備えたアクセスポイントの下面から見た平面図である。It is the top view seen from the lower surface of the access point provided with the lamp. アクセスポイントの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of an access point. 携帯情報端末側の構成ブロック図である。It is a structure block diagram by the side of a portable information terminal. アクセスポイント送信部のLED駆動部の回路図である。It is a circuit diagram of the LED drive part of an access point transmission part. 携帯情報端端末側の端末受信部の回路図である。It is a circuit diagram of the terminal receiving part by the side of a portable information terminal.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。可視光通信装置は、図1に示すように、LANなどのネットワークに接続され灯具3を備えたアクセスポイント(固定局)1と携帯情報端末5との間で、高速の双方向可視光通信を行なうように構成される。
[アクセスポイント]
可視光通信装置の固定局を構成するアクセスポイント1は、例えば地下街、建物の室内などの上方に設置され、灯具3を備えて構成され、灯具3から室内などに照明光を照射する。図2に示すように、灯具3には、可視光(白色光)を照射する多数の白色LED30が円形ベース内に円環状に配置され、白色LED30は、後述のアクセスポイント送信部2のLED駆動部9において、その白色光に、OFDM変調された高周波の情報信号を重畳し、照明用と情報通信兼用の可視光として周囲に照射する。
[アクセスポイント送信部の構成]
図3に示すように、アクセスポイント送信部2は、LANなどのネットワークを通して送られるパケットデータを入力し、OFDM変調用にデータを組み換える入力データ処理部10と、入力データ処理部10から送られた送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調し、デジタル変調したシリアルのデータ列をパラレルに変換した後、パラレルデータを逆高速フーリエ変換して時系列データに変換し、それらの時系列データをアナログ信号に変換した後、合成して送信データ信号をOFDM用に変調するOFDM変調器20と、OFDM変調器20から送られOFDM変調された送信データの高周波信号を入力し、その高周波信号を増幅してLEDドライバ36に出力し、照明用の白色光を照射する白色LED(白色発光ダイオード)30に対し高周波送信信号を重畳させるように印加するLED駆動部9と、を備えて構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the visible light communication device performs high-speed bidirectional visible light communication between an access point (fixed station) 1 connected to a network such as a LAN and provided with a lamp 3 and a portable information terminal 5. Configured to do.
[access point]
An access point 1 that constitutes a fixed station of a visible light communication apparatus is installed above, for example, an underground shopping center or a room interior of a building, is configured to include a lamp 3, and irradiates illumination light from the lamp 3 to the room or the like. As shown in FIG. 2, the lamp 3 includes a large number of white LEDs 30 that radiate visible light (white light) in an annular shape in a circular base, and the white LEDs 30 are driven by an LED of the access point transmitter 2 described later. The unit 9 superimposes an OFDM-modulated high-frequency information signal on the white light, and irradiates the visible light as illumination and information communication.
[Configuration of access point transmitter]
As shown in FIG. 3, the access point transmission unit 2 receives packet data transmitted through a network such as a LAN, and receives an input data processing unit 10 that recombines the data for OFDM modulation, and is transmitted from the input data processing unit 10. Each bit of the transmitted data signal is digitally modulated with respect to each subcarrier, the digitally modulated serial data string is converted into parallel, and then the parallel data is converted into time series data by inverse fast Fourier transform. After the data is converted to an analog signal, an OFDM modulator 20 that synthesizes and modulates the transmission data signal for OFDM, and a high-frequency signal of the transmission data that is sent from the OFDM modulator 20 and is OFDM-modulated are input. A white LED (white) that irradiates white light for illumination and outputs it to the LED driver 36 An LED driving unit 9 for applying to the optical diode) 30 so as to superimpose the high frequency transmission signal, and includes a.

白色LED30は、高輝度の白色LEDが、図2のように、照明用の灯具3の円形ベース内に円環状に多数個配置され、LANを通して送られた画像信号等の情報信号を、灯具3の白色LED30から照射される白色光(照明光)に重畳させ、照明光の到達範囲内に配置される携帯情報端末5の端末受信部7に対し、情報信号を送信するようになっている。なお、白色光とはいわゆる昼間光、白色光を含む概念である。   As shown in FIG. 2, the white LED 30 has a large number of high-intensity white LEDs arranged in an annular shape within the circular base of the lighting lamp 3, and the information signal such as an image signal sent through the LAN is sent to the lamp 3. An information signal is transmitted to the terminal receiving unit 7 of the portable information terminal 5 that is superimposed on the white light (illumination light) emitted from the white LED 30 and arranged within the reach of the illumination light. White light is a concept including so-called daytime light and white light.

入力データ処理部10のデータ処理部13は、CPU、メモリ、レジスタなどから構成され、イーサネットインタフェース11(イーサネットは登録商標)を通して、LANから送られた送信用のパケットデータを入力する。LANからの送信データ信号はLANケーブルを通して入力することができるが、灯具3を備えたアクセスポイント1には商用電源が接続されるため、その商用電源線を使用する電力線通信を通してLANからの送信データ信号を入力することもできる。   The data processing unit 13 of the input data processing unit 10 includes a CPU, a memory, a register, and the like, and inputs packet data for transmission sent from the LAN through the Ethernet interface 11 (Ethernet is a registered trademark). A transmission data signal from the LAN can be input through a LAN cable, but since a commercial power source is connected to the access point 1 provided with the lamp 3, transmission data from the LAN is transmitted through power line communication using the commercial power line. A signal can also be input.

また、入力データ処理部10は、データバッファ12にそれらのバケットデータを一時格納し、さらに、データ処理部13は、データメモリ14を用いて、パケットデータをOFDM用に組み直し、入出力部15からOFDM変調器20に出力するように構成される。   The input data processing unit 10 temporarily stores the bucket data in the data buffer 12, and the data processing unit 13 uses the data memory 14 to reassemble the packet data for OFDM, and from the input / output unit 15. It is configured to output to the OFDM modulator 20.

OFDM変調器20は、送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調するデジタル変調部21を備え、デジタル変調部21の出力側に、デジタル変調したシリアルのデータ列を、つまりデータの各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、パラレルに変換するS/P変換部22が接続される。   The OFDM modulator 20 includes a digital modulation unit 21 that digitally modulates each bit of a transmission data signal for each subcarrier. On the output side of the digital modulation unit 21, a digitally modulated serial data string, that is, each bit of data is provided. Is connected to each subcarrier, and an S / P conversion unit 22 for converting into parallel is connected.

デジタル変調部21は、入力データ処理部10から送られたOFDM用の送信データ信号を、64QAM、16QAM、PSKなどの変調方式により、デジタル変調し、S/P変換部22は、デジタル変調されたデータ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、N本(例えば1024本)のサブキャリアを使用する場合、データ列の各ビットをN個のパラレルデータに変換し、そのパラレルデータを逆離散フーリエ変換部23に出力するように構成される。   The digital modulation unit 21 digitally modulates the transmission data signal for OFDM transmitted from the input data processing unit 10 using a modulation method such as 64QAM, 16QAM, or PSK, and the S / P conversion unit 22 performs digital modulation. When N (for example, 1024) subcarriers are used so that each bit of the data string is allocated to each subcarrier, each bit of the data string is converted into N parallel data, and the parallel data is inversely discrete. It is comprised so that it may output to the Fourier-transform part 23.

逆離散フーリエ変換部23は、離散化されデジタル変調されたN個のシンボルデータ列を高速で逆フーリエ変換し、その計算結果を実数と虚数からなる時間領域の複素データとしてD/A変換部25,26に出力する。   The inverse discrete Fourier transform unit 23 performs inverse Fourier transform on the digitized and digitally modulated N symbol data sequences at high speed, and the calculation result is converted into time domain complex data consisting of real numbers and imaginary numbers as a D / A conversion unit 25. , 26.

アクセスポイント送信部2では、例えば4MHz〜34MHzの高周波の周波数帯域を用いて、その高周波信号を白色LED30の発光する可視光に重畳して情報信号を送信するが、白色LED30の周波数特性は、通常、この周波数領域において非線形ひずみを有しているので、このような白色LED30の周波数特性のひずみを予め補正するように、帯域補正増幅器31がOFDM変調器20の出力側に接続される。   The access point transmitter 2 transmits an information signal by superimposing the high-frequency signal on the visible light emitted from the white LED 30 using, for example, a high-frequency frequency band of 4 MHz to 34 MHz. Since there is nonlinear distortion in this frequency region, the band correction amplifier 31 is connected to the output side of the OFDM modulator 20 so as to correct the distortion of the frequency characteristics of the white LED 30 in advance.

逆離散フーリエ変換部23から出力され、逆フーリエ変換された実数と虚数の複素データは、各々、D/A変換部25,26に送られてアナログ信号に変換され、この後、各D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られる。合成部27で、1対の複素データはサブキャリアの例えば4MHz〜34MHzの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調されて合成され、合成部27からOFDM変調された4MHz〜34MHzの高周波送信信号が出力されるようになっている。   The real and imaginary complex data output from the inverse discrete Fourier transform unit 23 and subjected to the inverse Fourier transform are respectively sent to the D / A conversion units 25 and 26 and converted into analog signals. The complex data converted into analog signals by the conversion units 25 and 26 is sent to the synthesis unit 27. In the synthesizer 27, the pair of complex data is orthogonally modulated using a cosine wave and a sine wave of a carrier frequency of, for example, 4 MHz to 34 MHz of the subcarrier, and OFDM-modulated from the synthesizer 27, and the high frequency of 4 MHz to 34 MHz A transmission signal is output.

このように、OFDM変調器20は、入力データ処理部10から送られた送信データ信号の各ビットをデジタル変調部21で各サブキャリアについてデジタル変調し、デジタル変調したシリアルのデータ列をS/P変換部22でパラレルに変換した後、パラレルデータを逆離散フーリエ変換部23で逆高速フーリエ変換して時系列データに変換する。   As described above, the OFDM modulator 20 digitally modulates each bit of the transmission data signal transmitted from the input data processing unit 10 for each subcarrier by the digital modulation unit 21, and converts the digitally modulated serial data string into S / P. After conversion into parallel by the conversion unit 22, the parallel data is converted into time-series data by inverse fast Fourier transform at the inverse discrete Fourier transform unit 23.

そして、逆離散フーリエ変換部23から出力された複素データの実数と虚数はD/A変換部25,26に送られ、D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られ、1対の複素データは、合成部27にて、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調されて合成され、OFDM変調器20の合成部27からOFDM変調された送信信号が帯域補正増幅器31に出力される。   Then, the real number and imaginary number of the complex data output from the inverse discrete Fourier transform unit 23 are sent to the D / A conversion units 25 and 26 and converted into analog signals by the D / A conversion units 25 and 26. The complex data converted into the analog signal is sent to the synthesizing unit 27, and the pair of complex data is synthesized by the synthesizing unit 27 by orthogonal modulation using the cosine wave and sine wave of the carrier frequency of the subcarrier. The transmission signal subjected to OFDM modulation is output from the combining unit 27 of the OFDM modulator 20 to the band correction amplifier 31.

帯域補正増幅器31は、OFDM変調された高周波送信信号に対し、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、4MHz〜34MHzのように非常に周波数帯域の広い高周波信号を、白色LED30の周波数特性に応じて補正する回路である。白色LED30の周波数特性は、通常、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっている。このために、OFDM変調された送信信号をそのまま増幅して白色LED30に印加すると、送信信号のスペクトル分布にひずみが生じ、大容量の情報を高速で送受信することができない。このため、帯域補正増幅器31は、このような白色LED30の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するように構成される。   The band correction amplifier 31 amplifies the high frequency transmission signal so as to apply band equalization correction to the OFDM modulated high frequency transmission signal, and thereby, a high frequency signal having a very wide frequency band such as 4 MHz to 34 MHz is obtained. This circuit corrects the white LED 30 according to the frequency characteristics. The frequency characteristics of the white LED 30 are usually nonlinear characteristics such that the lower the frequency, the higher the emission level, and the higher the frequency, the lower the emission level. For this reason, when an OFDM-modulated transmission signal is amplified and applied to the white LED 30 as it is, distortion occurs in the spectral distribution of the transmission signal, and large-capacity information cannot be transmitted and received at high speed. For this reason, the band correction amplifier 31 is configured to amplify the high-frequency transmission signal while performing band correction by adding the inverse characteristic of the frequency characteristic of the white LED 30 to the signal.

これにより、例えば4MHz〜34MHzのように、高周波の広帯域を用いて信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性の白色LED30を可視光投光用に使用した場合でも、OFDM方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、LEDの可視光に送信信号を重畳させて、大容量の情報を高速で送信することができるようになっている。   As a result, when transmitting a signal using a high-frequency wide band such as 4 MHz to 34 MHz, the white LED 30 having a frequency characteristic in which the emission level increases as the frequency decreases and decreases as the frequency increases. Even when used for light, the transmission signal is superimposed on the visible light of the LED without distortion in the spectral distribution of the OFDM transmission signal so that a large amount of information can be transmitted at high speed. It has become.

帯域補正増幅器31の出力側には、送信信号を白色LED30に重畳可能なレベルまで増幅するための送信信号増幅器32が接続される。この送信信号増幅器32は、図5に示すように、高周波信号を白色LED30に重畳可能なレベルまで増幅する高周波増幅器38を主要部として構成され、高周波増幅器38の入力側に不平衡/平衡変換回路37が接続される。不平衡/平衡変換回路37は、トランス等を用いて構成され、高周波増幅器38のダイナミックレンジを広くするために、入力した不平衡の送信信号を平衡に変換して高周波増幅器38に出力する。   A transmission signal amplifier 32 for amplifying the transmission signal to a level that can be superimposed on the white LED 30 is connected to the output side of the band correction amplifier 31. As shown in FIG. 5, the transmission signal amplifier 32 includes a high-frequency amplifier 38 that amplifies a high-frequency signal to a level that can be superimposed on the white LED 30 as a main part, and an unbalance / balance conversion circuit on the input side of the high-frequency amplifier 38. 37 is connected. The unbalance / balance conversion circuit 37 is configured using a transformer or the like, and converts the input unbalanced transmission signal into a balance and outputs it to the high frequency amplifier 38 in order to widen the dynamic range of the high frequency amplifier 38.

図5に示すように、高周波増幅器38の出力側にはインピーダンスマッチング回路33が接続され、高インピーダンスの高周波増幅器38の出力側を、インピーダンスマッチング用トランスにより、低インピーダンス(例えば50Ω)に変換する。送信信号増幅器32の出力側には、白色LED30を有するLED駆動部9が接続されるが、白色LED30を有するLED駆動部9は、放熱フィンを設ける必要があり、送信信号増幅器32から分離して配置すること、及びアクセスポイント送信部2として、異なった明るさ、異なった数の白色LED30を有したLED駆動部9を、交換可能に使用するために、低インピーダンスの同軸ケーブル35を使用して接続する構成とする。このため、インピーダンスマッチング用としてトランスTR1を用いたインピーダンスマッチング回路33が送信信号増幅器32の出力側に接続される。   As shown in FIG. 5, an impedance matching circuit 33 is connected to the output side of the high frequency amplifier 38, and the output side of the high impedance high frequency amplifier 38 is converted to a low impedance (for example, 50Ω) by an impedance matching transformer. The LED drive unit 9 having the white LED 30 is connected to the output side of the transmission signal amplifier 32. However, the LED drive unit 9 having the white LED 30 needs to be provided with a radiation fin, and is separated from the transmission signal amplifier 32. In order to replace and use the LED driver 9 having different brightness and different number of white LEDs 30 as an access point transmitter 2, a low impedance coaxial cable 35 is used. It is assumed to be connected. For this reason, the impedance matching circuit 33 using the transformer TR1 for impedance matching is connected to the output side of the transmission signal amplifier 32.

さらに、図4,5に示すごとく、インピーダンスマッチング回路33の出力側に、同軸ケーブル35を介してLED駆動部9が接続される。LED駆動部9は、同軸ケーブル35を通して入力した高周波送信信号(OFDM信号のサブキャリア搬送周波数を持つ送信信号)を、白色LED30の入力インピーダンスにマッチングさせるようにインピーダンスマッチング回路34を通して、インピーダンス変換を行い、白色LED30のカソードに高周波送信信号を印加する。一方、白色LED30は、灯具3の照明用と可視光通信用に兼用され、必要な照度が得られるように、多数の高輝度白色LEDを直列接続し、円環状に配置して構成され、図5に示す如く、白色LED30のアノード側に直流電源回路が接続される。
[アクセスポイント受信部の構成]
図3に示すように、アクセスポイント受信部4は、後述の携帯情報端末5の端末送信部6の青色LED39から投光され情報信号を重畳した青色光を、反射集光型の受光素子により受光する受光器41と、受光器41から出力された光電流を入力し、その直流成分を除去しその交流電圧信号を緩衝増幅して次段の高周波増幅器43に出力する緩衝増幅器42と、緩衝増幅器42から出力された高周波電圧信号を入力し低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器43と、高周波増幅器43から出力された高周波受信信号を検波し復調する復調部44と、復調部44から出力された高周波受信信号を、余弦波と正弦波を用いて直交変調し、同相信号と直交信号に分離するIQ分離部45と、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部46,47と、A/D変換部46,47から出力された、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部48と、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部49と、を備えて構成される。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the LED drive unit 9 is connected to the output side of the impedance matching circuit 33 via the coaxial cable 35. The LED drive unit 9 performs impedance conversion through the impedance matching circuit 34 so as to match the high-frequency transmission signal (transmission signal having the subcarrier carrier frequency of the OFDM signal) input through the coaxial cable 35 with the input impedance of the white LED 30. A high frequency transmission signal is applied to the cathode of the white LED 30. On the other hand, the white LED 30 is used both for illumination of the lamp 3 and for visible light communication, and is configured by connecting a number of high-intensity white LEDs in series and arranging them in an annular shape so as to obtain the required illuminance. As shown in FIG. 5, a DC power supply circuit is connected to the anode side of the white LED 30.
[Configuration of access point receiver]
As shown in FIG. 3, the access point receiving unit 4 receives blue light, which is projected from a blue LED 39 of a terminal transmission unit 6 of the portable information terminal 5 described later, on which an information signal is superimposed, by a reflection / condensing type light receiving element. A photoreceiver 41 that receives the photocurrent output from the photoreceiver 41, a buffer amplifier 42 that removes the DC component, buffers and amplifies the AC voltage signal, and outputs it to the next-stage high-frequency amplifier 43, and a buffer amplifier A high frequency amplifier 43 that receives the high frequency voltage signal output from 42, amplifies and outputs the signal in a low noise state, a demodulation unit 44 that detects and demodulates the high frequency reception signal output from the high frequency amplifier 43, and outputs from the demodulation unit 44 The high-frequency received signal is quadrature-modulated using a cosine wave and a sine wave, and separated into an in-phase signal and a quadrature signal, and the real part of the in-phase signal separated by the IQ separation unit 45 is quadrature Trust The A / D converters 46 and 47 that sample and convert the imaginary part of the signal into digital signals, and the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal output from the A / D converters 46 and 47 are combined. The discrete Fourier transform unit 48 that performs fast Fourier transform so as to obtain the complex value on the complex plane of each subcarrier from the complex value on the time axis, and the parallel of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit 48 And a P / S conversion unit 49 that converts the data into serial data to be received data.

アクセスポイント受信部4の受光器41は、携帯情報端末5の端末送信部6の青色LED39から投光され情報信号を重畳した可視光を受光する受光素子を有して構成され、受光素子には、青色光の波長領域に高い受光感度を有した青色光用フォトダイオードが使用される。さらに、受光器41には、凹面鏡の略焦点位置にフォトダイオードを凹面に向けて配置してなる複数の受光素子部材を、アレイ状に並設した構造の反射集光型受光器が使用される。これにより、受光器41は、その受光感度及び高周波信号の応答速度が非常に高く、可視光に重畳された大容量の情報を高速で受信することができるようになっている。   The light receiver 41 of the access point receiving unit 4 includes a light receiving element that receives visible light that is projected from the blue LED 39 of the terminal transmission unit 6 of the portable information terminal 5 and that superimposes an information signal. A blue light photodiode having high light receiving sensitivity in the wavelength region of blue light is used. Further, the light receiving device 41 is a reflective condensing type light receiving device having a structure in which a plurality of light receiving element members, each having a photodiode disposed at the substantially focal position of the concave mirror, are arranged in an array. . Thereby, the light receiver 41 has a very high light receiving sensitivity and a high-frequency signal response speed, and can receive a large amount of information superimposed on visible light at high speed.

図6に示すように、アクセスポイント受信部4の受光器41には、受光素子のアノードに抵抗R及びコイルL1、L2をグランドとの間に直列に接続して、光電流を高周波電圧信号に変換する、電流/電圧変換回路42aが接続される。この電流/電圧変換回路42aの抵抗Rの抵抗値は、受光器41が受光する可視光が高照度であっても増幅器が飽和せず、低照度時でも信号を増幅器が有効に増幅可能な値に設定される。また、抵抗Rには2個のコイルL1、L2が直列接続によりグランド接続され、これにより、受光器41の出力インピーダンスを高くして光電流の高周波成分を効率よく取り出すことができるようになっている。   As shown in FIG. 6, in the light receiver 41 of the access point receiver 4, a resistor R and coils L1 and L2 are connected in series between the anode of the light receiving element and the ground so that the photocurrent is converted into a high-frequency voltage signal. A current / voltage conversion circuit 42a for conversion is connected. The resistance value of the resistor R of the current / voltage conversion circuit 42a is such that the amplifier does not saturate even when the visible light received by the light receiver 41 has high illuminance, and the amplifier can effectively amplify the signal even at low illuminance. Set to In addition, two coils L1 and L2 are connected to the resistor R through a series connection, so that the output impedance of the light receiver 41 can be increased and the high-frequency component of the photocurrent can be efficiently extracted. Yes.

さらに、アクセスポイント受信部4では、図6に示す如く、電流/電圧変換回路42aと高周波増幅器43との間に、ソースフォロアー回路を設けた緩衝増幅器42が接続される。緩衝増幅器42には、図6のように、FETが使用され、そのゲート入力側に、2個のコンデンサC1,C2が並列接続され、これにより、受光器41から出力される光電流から高周波電圧成分のみを効率よく取り出すようにしている。さらに、緩衝増幅器42は、高入力インピーダンスで高周波電圧信号を入力し、ソースフォロアー回路を通して低インピーダンスの出力を広帯域の周波数特性をもって次段の高周波増幅器43に出力し、これにより、高周波増幅器43が広帯域の高周波信号を良好な周波数特性をもって増幅することができるようにしている。図6に示すように、高周波増幅器43の出力側は、コンデンサC3,C4、抵抗R2、及びコネクタCN1を通して、図3に示す復調部44に接続される。   Further, in the access point receiver 4, a buffer amplifier 42 provided with a source follower circuit is connected between the current / voltage conversion circuit 42a and the high frequency amplifier 43 as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the buffer amplifier 42 uses an FET, and two capacitors C1 and C2 are connected in parallel on the gate input side thereof, so that a high-frequency voltage is generated from the photocurrent output from the light receiver 41. Only the components are taken out efficiently. Further, the buffer amplifier 42 receives a high-frequency voltage signal with a high input impedance, and outputs a low-impedance output to the next-stage high-frequency amplifier 43 with a wide-band frequency characteristic through the source follower circuit. The high frequency signal can be amplified with good frequency characteristics. As shown in FIG. 6, the output side of the high frequency amplifier 43 is connected to the demodulator 44 shown in FIG. 3 through capacitors C3 and C4, a resistor R2, and a connector CN1.

復調部44は、高周波増幅器43から増幅され出力された高周波受信信号(デジタル変調された信号)を検波して復調し、復調した高周波信号をIQ分離部45に出力する。復調部44の出力側に接続されるIQ分離部45は、復調部44から出力された高周波受信信号を入力し、余弦波と正弦波を用いて直交変調してベースバンド信号とすると共に、同相信号と直交信号に分離し、A/D変換部46,47に各々出力するように構成される。   The demodulator 44 detects and demodulates the high-frequency received signal (digitally modulated signal) amplified and output from the high-frequency amplifier 43, and outputs the demodulated high-frequency signal to the IQ separator 45. The IQ separation unit 45 connected to the output side of the demodulation unit 44 inputs the high-frequency reception signal output from the demodulation unit 44, and performs quadrature modulation using a cosine wave and a sine wave to obtain a baseband signal. The phase signal and the quadrature signal are separated and output to the A / D converters 46 and 47, respectively.

A/D変換部46,47は、各々、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部を入力し、サンプリングしてデジタル信号に変換し、離散フーリエ変換部48に出力する。離散フーリエ変換部48は、A/D変換部46,47から出力された、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値のデジタル信号を入力し、これらのデジタル信号から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行い、デジタル信号を各サブキャリアのデータに戻すように構成される。   The A / D converters 46 and 47 each input the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator 45 and the imaginary part of the quadrature signal, sample and convert them into a digital signal, and the discrete Fourier transform part 48. Output to. The discrete Fourier transform unit 48 inputs the complex-value digital signals on the time axis, which are output from the A / D conversion units 46 and 47, and combines the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal. A fast Fourier transform is performed so as to obtain a complex value on the complex plane of each subcarrier from the digital signal, and the digital signal is returned to the data of each subcarrier.

離散フーリエ変換部48の出力側に接続されるP/S変換部49は、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータを入力し、これらのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとし、入力データ処理部10の入出力部15に出力するように構成される。これにより、アクセスポイント受信部4で受信された情報信号は復調され、データ処理部13の動作により、イーサネットインタフェース11を通してLANに出力される構成である。
[携帯情報端末]
図1に示すように、携帯情報端末5には、上記アクセスポイント1との間で、双方向の可視光通信を行う端末送信部6と端末受信部7が設けられる。携帯情報端末5は、基本的には、モバイル端末、移動可能なノートパソコン等のコンピュータ端末などから構成され、コンピュータとして機能するためのCPU,固定メモリのROM,CPUのワークエリアなどを構成するRAM、OSなどの基本ソフト及び各種アプリケーションソフトを記憶する記憶装置、ユーザーが操作入力するための入力手段、画像等を表示するディスプレイなどを備える。
[端末送信部の構成]
携帯情報端末5の端末送信部6は、基本的には、上記アクセスポイント送信部2の構成と同様に構成され、図4に示すように、送信用データを入力してOFDM変調用にデータを組み換え、端末受信部7から入力した受信データを処理する送受信データ処理部16と、送受信データ処理部16から送られた送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調し、デジタル変調したシリアルのデータ列をパラレルに変換した後、パラレルデータを逆高速フーリエ変換して時系列データに変換し、それらの時系列データをアナログ信号に変換した後、合成して送信データ信号をOFDM用に変調するOFDM変調器20と、OFDM変調器20から送られOFDM変調された送信データの高周波信号を入力し、その高周波信号を増幅してLEDドライバ36に出力し、青色光を照射する青色LED(青色発光ダイオード)39に対し高周波送信信号を重畳させるように印加するLED駆動部9と、を備えて構成される。
The P / S conversion unit 49 connected to the output side of the discrete Fourier transform unit 48 inputs the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit 48, converts these parallel data into serial data, and The received data is output to the input / output unit 15 of the input data processing unit 10. As a result, the information signal received by the access point receiver 4 is demodulated and output to the LAN through the Ethernet interface 11 by the operation of the data processor 13.
[Personal digital assistant]
As shown in FIG. 1, the portable information terminal 5 is provided with a terminal transmission unit 6 and a terminal reception unit 7 that perform bidirectional visible light communication with the access point 1. The portable information terminal 5 is basically composed of a mobile terminal, a computer terminal such as a movable notebook personal computer, etc., and a CPU that functions as a computer, a ROM of a fixed memory, a RAM that constitutes a work area of the CPU , A storage device for storing basic software such as an OS and various application software, an input means for a user to input an operation, a display for displaying an image, and the like.
[Configuration of terminal transmitter]
The terminal transmission unit 6 of the portable information terminal 5 is basically configured in the same manner as the configuration of the access point transmission unit 2, and as shown in FIG. 4, the transmission data is input and the data for OFDM modulation is input. Recombination, the transmission / reception data processing unit 16 that processes the reception data input from the terminal reception unit 7, and each bit of the transmission data signal sent from the transmission / reception data processing unit 16 is digitally modulated for each subcarrier, After converting the data string to parallel, the parallel data is converted into time series data by inverse fast Fourier transform, and the time series data is converted into an analog signal and then synthesized to modulate the transmission data signal for OFDM. An OFDM modulator 20 and a high frequency signal of transmission data sent from the OFDM modulator 20 and modulated by OFDM are input, and the high frequency signal is increased. And output to the LED driver 36, and includes an LED driving unit 9 to the blue LED (blue light emitting diode) 39 is applied so as to superimpose the high frequency transmission signal for irradiating blue light.

青色LED39は、図1のように、携帯情報端末5のケースの一部に取り付けられ、青色光をアクセスポイント1に向けて照射するようになっている。青色LED39から照射される青色光は、約460nmの波長で非常に高いピークを有するスペクトルの可視光であるが、例えば約405nmの波長にピークを有する青紫色から、約500nmの波長にピークを有する青緑色のスペクトル範囲の可視光を含む概念である。   As shown in FIG. 1, the blue LED 39 is attached to a part of the case of the portable information terminal 5 and emits blue light toward the access point 1. The blue light emitted from the blue LED 39 is a visible light having a spectrum having a very high peak at a wavelength of about 460 nm, but has a peak at a wavelength of about 500 nm, for example, from blue-violet having a peak at a wavelength of about 405 nm. It is a concept that includes visible light in the blue-green spectral range.

送受信データ処理部16のデータ処理部13は、CPU、メモリ、レジスタなどから構成され、携帯情報端末5のコンピュータ端末のCPUと兼用して構成することができる。データ処理部13は、送信しようとする送信データをデータメモリ14を用いてOFDM用に組み直し、入出力部15からOFDM変調器20に出力するように動作する。   The data processing unit 13 of the transmission / reception data processing unit 16 includes a CPU, a memory, a register, and the like, and can also be configured to serve as a CPU of the computer terminal of the portable information terminal 5. The data processing unit 13 operates so that transmission data to be transmitted is reassembled for OFDM using the data memory 14 and output from the input / output unit 15 to the OFDM modulator 20.

OFDM変調器20は、送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調するデジタル変調部21を備え、デジタル変調部21の出力側に、デジタル変調したシリアルのデータ列を、つまりデータの各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、パラレルに変換するS/P変換部22が接続される。   The OFDM modulator 20 includes a digital modulation unit 21 that digitally modulates each bit of a transmission data signal for each subcarrier. On the output side of the digital modulation unit 21, a digitally modulated serial data string, that is, each bit of data is provided. Is connected to each subcarrier, and an S / P conversion unit 22 for converting into parallel is connected.

デジタル変調部21は、送受信データ処理部16から送られたOFDM用の送信データ信号を、64QAM、16QAM、PSKなどの変調方式により、デジタル変調し、S/P変換部22は、デジタル変調されたデータ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、N本(例えば1024本)のサブキャリアを使用する場合、データ列の各ビットをN個のパラレルデータに変換し、そのパラレルデータを逆離散フーリエ変換部23に出力するように構成される。   The digital modulation unit 21 digitally modulates the transmission data signal for OFDM sent from the transmission / reception data processing unit 16 by a modulation scheme such as 64QAM, 16QAM, PSK, and the S / P conversion unit 22 is digitally modulated. When N (for example, 1024) subcarriers are used so that each bit of the data string is allocated to each subcarrier, each bit of the data string is converted into N parallel data, and the parallel data is inversely discrete. It is comprised so that it may output to the Fourier-transform part 23.

逆離散フーリエ変換部23は、離散化されデジタル変調されたN個のシンボルデータ列を高速で逆フーリエ変換し、その計算結果を実数と虚数からなる時間領域の複素データとしてD/A変換部25,26に出力する。   The inverse discrete Fourier transform unit 23 performs inverse Fourier transform on the digitized and digitally modulated N symbol data sequences at high speed, and the calculation result is converted into time domain complex data consisting of real numbers and imaginary numbers as a D / A conversion unit 25. , 26.

端末送信部6では、例えば4MHz〜34MHzの高周波の周波数帯域を用いて、その高周波信号を青色LED39の発光する可視光に重畳して情報信号を送信するが、青色LED39の周波数特性は、通常、この周波数領域において非線形ひずみを有しているので、このような青色LED39の周波数特性のひずみを予め補正するように、帯域補正増幅器31がOFDM変調器20の出力側に接続される。   In the terminal transmission unit 6, for example, using a high frequency band of 4 MHz to 34 MHz, the high frequency signal is superimposed on the visible light emitted from the blue LED 39 and the information signal is transmitted. Since there is nonlinear distortion in this frequency region, the band correction amplifier 31 is connected to the output side of the OFDM modulator 20 so as to correct the distortion of the frequency characteristic of the blue LED 39 in advance.

逆離散フーリエ変換部23から出力され、逆フーリエ変換された実数と虚数の複素データは、各々、D/A変換部25,26に送られてアナログ信号に変換され、この後、各D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られる。合成部27で、1対の複素データはサブキャリアの例えば4MHz〜34MHzの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調されて合成され、合成部27からOFDM変調された4MHz〜34MHzの高周波送信信号が出力されるようになっている。   The real and imaginary complex data output from the inverse discrete Fourier transform unit 23 and subjected to the inverse Fourier transform are respectively sent to the D / A conversion units 25 and 26 and converted into analog signals. The complex data converted into analog signals by the conversion units 25 and 26 is sent to the synthesis unit 27. In the synthesizer 27, the pair of complex data is orthogonally modulated using a cosine wave and a sine wave of a carrier frequency of, for example, 4 MHz to 34 MHz of the subcarrier, and OFDM-modulated from the synthesizer 27, and the high frequency of 4 MHz to 34 MHz A transmission signal is output.

このように、OFDM変調器20は、送受信データ処理部16から送られた送信データ信号の各ビットをデジタル変調部21で各サブキャリアについてデジタル変調し、デジタル変調したシリアルのデータ列をS/P変換部22でパラレルに変換した後、パラレルデータを逆離散フーリエ変換部23で逆高速フーリエ変換して時系列データに変換する。   As described above, the OFDM modulator 20 digitally modulates each bit of the transmission data signal transmitted from the transmission / reception data processing unit 16 for each subcarrier by the digital modulation unit 21, and converts the digitally modulated serial data string into S / P. After conversion into parallel by the conversion unit 22, the parallel data is converted into time-series data by inverse fast Fourier transform at the inverse discrete Fourier transform unit 23.

そして、逆離散フーリエ変換部23から出力された複素データの実数と虚数はD/A変換部25,26に送られ、D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られ、1対の複素データは、合成部27にて、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調されて合成され、OFDM変調器20の合成部27からOFDM変調された送信信号が帯域補正増幅器31に出力される。   Then, the real number and imaginary number of the complex data output from the inverse discrete Fourier transform unit 23 are sent to the D / A conversion units 25 and 26 and converted into analog signals by the D / A conversion units 25 and 26. The complex data converted into the analog signal is sent to the synthesizing unit 27, and the pair of complex data is synthesized by the synthesizing unit 27 by orthogonal modulation using the cosine wave and sine wave of the carrier frequency of the subcarrier. The transmission signal subjected to OFDM modulation is output from the combining unit 27 of the OFDM modulator 20 to the band correction amplifier 31.

帯域補正増幅器31は、OFDM変調された高周波送信信号に対し、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、4MHz〜34MHzのように非常に周波数帯域の広い高周波信号を、青色LED39の周波数特性に応じて補正する回路である。青色LED39の周波数特性は、通常、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっている。このために、OFDM変調された送信信号をそのまま増幅して青色LED39に印加すると、送信信号のスペクトル分布にひずみが生じ、大容量の情報を高速で送受信することができない。このため、帯域補正増幅器31は、このような青色LED39の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するように構成される。   The band correction amplifier 31 amplifies the high frequency transmission signal so as to apply band equalization correction to the OFDM modulated high frequency transmission signal, and thereby, a high frequency signal having a very wide frequency band such as 4 MHz to 34 MHz is obtained. This is a circuit for correcting according to the frequency characteristics of the blue LED 39. The frequency characteristics of the blue LED 39 are usually nonlinear characteristics such that the lower the frequency, the higher the emission level, and the higher the frequency, the lower the emission level. For this reason, if an OFDM-modulated transmission signal is amplified as it is and applied to the blue LED 39, the spectral distribution of the transmission signal is distorted, and large-capacity information cannot be transmitted and received at high speed. For this reason, the band correction amplifier 31 is configured to amplify the high-frequency transmission signal while performing band correction by adding the inverse characteristic of the frequency characteristic of the blue LED 39 to the signal.

これにより、例えば4MHz〜34MHzのように、高周波の広帯域を用いて信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性の青色LED39を可視光投光用に使用した場合でも、OFDM方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、LEDの可視光に送信信号を重畳させて、大容量の情報を高速で送信することができるようになっている。   Thus, for example, when transmitting a signal using a high-frequency wide band, such as 4 MHz to 34 MHz, the blue LED 39 having a frequency characteristic in which the light emission level is higher as the frequency is lower and the light emission level is lower as the frequency is higher is projected. Even when used for light, the transmission signal is superimposed on the visible light of the LED without distortion in the spectral distribution of the OFDM transmission signal so that a large amount of information can be transmitted at high speed. It has become.

帯域補正増幅器31の出力側には、送信信号を青色LED39に重畳可能なレベルまで増幅するための送信信号増幅器32が接続される。この送信信号増幅器32は、図5に示すように、高周波信号を青色LED39に重畳可能なレベルまで増幅する高周波増幅器38を主要部として構成され、高周波増幅器38の入力側に不平衡/平衡変換回路37が接続される。不平衡/平衡変換回路37は、トランス等を用いて構成され、高周波増幅器38のダイナミックレンジを広くするために、入力した不平衡の送信信号を平衡に変換して高周波増幅器38に出力する。   A transmission signal amplifier 32 for amplifying the transmission signal to a level that can be superimposed on the blue LED 39 is connected to the output side of the band correction amplifier 31. As shown in FIG. 5, the transmission signal amplifier 32 includes a high frequency amplifier 38 that amplifies a high frequency signal to a level that can be superimposed on the blue LED 39 as a main part. 37 is connected. The unbalance / balance conversion circuit 37 is configured using a transformer or the like, and converts the input unbalanced transmission signal into a balance and outputs it to the high frequency amplifier 38 in order to widen the dynamic range of the high frequency amplifier 38.

図5に示すように、高周波増幅器38の出力側にはインピーダンスマッチング回路33が接続され、高インピーダンスの高周波増幅器38の出力側を、インピーダンスマッチング用トランスにより、低インピーダンス(例えば50Ω)に変換し、同軸ケーブル35を介して送信信号増幅器32の出力を、青色LED39のLED駆動部9に接続する構成となっている。   As shown in FIG. 5, an impedance matching circuit 33 is connected to the output side of the high-frequency amplifier 38, and the output side of the high-impedance high-frequency amplifier 38 is converted to a low impedance (for example, 50Ω) by an impedance matching transformer. The output of the transmission signal amplifier 32 is connected to the LED driver 9 of the blue LED 39 via the coaxial cable 35.

さらに、図4,5に示すごとく、インピーダンスマッチング回路33の出力側に、同軸ケーブル35を介してLED駆動部9が接続される。LED駆動部9は、同軸ケーブル35を通して入力した高周波送信信号(OFDM信号のサブキャリア搬送周波数を持つ送信信号)を、青色LED39の入力インピーダンスにマッチングさせるようにインピーダンスマッチング回路34を通して、インピーダンス変換を行い、青色LED39のカソードに高周波送信信号を印加する。なお、高周波増幅器38の出力側にLED駆動部9を直接接続する場合、インピーダンスマッチング回路33,34、及び同軸ケーブル35は省略することができる。
[端末受信部の構成]
端末受信部7は、基本的には、上記アクセスポイント受信部4と同様に構成され、図4に示すように、アクセスポイント送信部2の白色LED30から照射され情報信号を重畳した可視光を、反射集光型の受光素子により受光する受光器41と、受光器41から出力された光電流を入力し、その直流成分を除去しその交流電圧信号を緩衝増幅して次段の高周波増幅器43に出力する緩衝増幅器42と、緩衝増幅器42から出力された高周波電圧信号を入力し低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器43と、高周波増幅器43から出力された高周波受信信号を検波し復調する復調部44と、復調部44から出力された高周波受信信号を、余弦波と正弦波を用いて直交変調し、同相信号と直交信号に分離するIQ分離部45と、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部46,47と、A/D変換部46,47から出力された、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部48と、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部49と、を備えて構成される。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the LED drive unit 9 is connected to the output side of the impedance matching circuit 33 via the coaxial cable 35. The LED drive unit 9 performs impedance conversion through the impedance matching circuit 34 so as to match the high-frequency transmission signal (transmission signal having the subcarrier carrier frequency of the OFDM signal) input through the coaxial cable 35 with the input impedance of the blue LED 39. A high frequency transmission signal is applied to the cathode of the blue LED 39. When the LED drive unit 9 is directly connected to the output side of the high frequency amplifier 38, the impedance matching circuits 33 and 34 and the coaxial cable 35 can be omitted.
[Configuration of terminal receiver]
The terminal receiving unit 7 is basically configured in the same manner as the access point receiving unit 4, and as shown in FIG. 4, visible light emitted from the white LED 30 of the access point transmitting unit 2 and superimposed with an information signal is A photoreceiver 41 that receives light by a reflection-condensing light-receiving element and a photocurrent output from the photoreceiver 41 are input, the DC component is removed, and the AC voltage signal is buffered and amplified to the next-stage high-frequency amplifier 43. A buffer amplifier 42 to be output, a high frequency amplifier 43 to which the high frequency voltage signal output from the buffer amplifier 42 is input, amplified and output in a low noise state, and a demodulation to detect and demodulate the high frequency received signal output from the high frequency amplifier 43 44, an IQ separation unit 45 that performs quadrature modulation on the high-frequency reception signal output from the demodulation unit 44 using a cosine wave and a sine wave, and separates the in-phase signal and the quadrature signal, and an IQ separation unit 4 The A / D converters 46 and 47 that sample the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal that are separated in step S4 and convert them into digital signals, and the A / D converters 46 and 47 output the same part. A discrete Fourier transform unit 48 that performs fast Fourier transform so as to obtain a complex value on a complex plane of each subcarrier from a complex value on a time axis obtained by combining a real part of a phase signal and an imaginary part of an orthogonal signal; And a P / S converter 49 that converts the parallel data of each subcarrier output from the Fourier transform unit 48 into serial data to be received data.

端末受信部7の受光器41は、アクセスポイント1の灯具3の白色LED30から照射され情報信号を重畳した可視光を受光する受光素子を有して構成される。受光器41には、凹面鏡の略焦点位置にフォトダイオードを凹面に向けて配置してなる複数の受光素子部材を、アレイ状に並設した構造の反射集光型受光器が使用される。これにより、受光器41は、その受光感度及び高周波信号の応答速度が非常に高く、可視光に重畳された大容量の情報を高速で受信することができるようになっている。   The light receiver 41 of the terminal receiving unit 7 is configured to include a light receiving element that receives visible light emitted from the white LED 30 of the lamp 3 of the access point 1 and superimposed with an information signal. The light receiving device 41 is a reflective condensing type light receiving device having a structure in which a plurality of light receiving element members formed by arranging photodiodes facing the concave surface at a substantially focal position of the concave mirror are arranged in an array. Thereby, the light receiver 41 has a very high light receiving sensitivity and a high-frequency signal response speed, and can receive a large amount of information superimposed on visible light at high speed.

図6に示すように、端末受信部7の受光器41には、受光素子のアノードに抵抗R及びコイルL1、L2をグランドとの間に直列に接続して、光電流を高周波電圧信号に変換する、電流/電圧変換回路42aが接続される。この電流/電圧変換回路42aの抵抗Rの抵抗値は、受光器41が受光する可視光が高照度であっても増幅器が飽和せず、低照度時でも信号を増幅器が有効に増幅可能な値に設定される。また、抵抗Rには2個のコイルL1、L2が直列接続によりグランド接続され、これにより、受光器41の出力インピーダンスを高くして光電流の高周波成分を効率よく取り出すことができるようになっている。   As shown in FIG. 6, in the light receiver 41 of the terminal receiving unit 7, a resistor R and coils L1 and L2 are connected in series with the anode of the light receiving element between the ground and the photocurrent is converted into a high frequency voltage signal. The current / voltage conversion circuit 42a is connected. The resistance value of the resistor R of the current / voltage conversion circuit 42a is such that the amplifier does not saturate even when the visible light received by the light receiver 41 has high illuminance, and the amplifier can effectively amplify the signal even at low illuminance. Set to In addition, two coils L1 and L2 are connected to the resistor R through a series connection, so that the output impedance of the light receiver 41 can be increased and the high-frequency component of the photocurrent can be efficiently extracted. Yes.

さらに、端末受信部7では、図6に示す如く、電流/電圧変換回路42aと高周波増幅器43との間に、ソースフォロアー回路を設けた緩衝増幅器42が接続される。緩衝増幅器42には、図6のように、FETが使用され、そのゲート入力側に、2個のコンデンサC1,C2が並列接続され、これにより、受光器41から出力される光電流から高周波電圧成分のみを効率よく取り出すようにしている。さらに、緩衝増幅器42は、高入力インピーダンスで高周波電圧信号を入力し、ソースフォロアー回路を通して低インピーダンスの出力を広帯域の周波数特性をもって次段の高周波増幅器43に出力し、これにより、高周波増幅器43が広帯域の高周波信号を良好な周波数特性をもって増幅することができるようにしている。図6に示すように、高周波増幅器43の出力側は、コンデンサC3,C4、抵抗R2、及びコネクタCN1を通して、図4に示す復調部44に接続される。   Furthermore, in the terminal receiver 7, a buffer amplifier 42 provided with a source follower circuit is connected between the current / voltage conversion circuit 42a and the high frequency amplifier 43 as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the buffer amplifier 42 uses an FET, and two capacitors C1 and C2 are connected in parallel on the gate input side thereof, so that a high-frequency voltage is generated from the photocurrent output from the light receiver 41. Only the components are taken out efficiently. Further, the buffer amplifier 42 receives a high-frequency voltage signal with a high input impedance, and outputs a low-impedance output to the next-stage high-frequency amplifier 43 with a wide-band frequency characteristic through the source follower circuit. The high frequency signal can be amplified with good frequency characteristics. As shown in FIG. 6, the output side of the high frequency amplifier 43 is connected to the demodulator 44 shown in FIG. 4 through capacitors C3 and C4, a resistor R2, and a connector CN1.

復調部44は、高周波増幅器43から増幅され出力された高周波受信信号(デジタル変調された信号)を検波して復調し、復調した高周波信号をIQ分離部45に出力する。復調部44の出力側に接続されるIQ分離部45は、復調部44から出力された高周波受信信号を入力し、余弦波と正弦波を用いて直交変調してベースバンド信号とすると共に、同相信号と直交信号に分離し、A/D変換部46,47に各々出力するように構成される。   The demodulator 44 detects and demodulates the high-frequency received signal (digitally modulated signal) amplified and output from the high-frequency amplifier 43, and outputs the demodulated high-frequency signal to the IQ separator 45. The IQ separation unit 45 connected to the output side of the demodulation unit 44 inputs the high-frequency reception signal output from the demodulation unit 44, and performs quadrature modulation using a cosine wave and a sine wave to obtain a baseband signal. The phase signal and the quadrature signal are separated and output to the A / D converters 46 and 47, respectively.

A/D変換部46,47は、各々、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部を入力し、サンプリングしてデジタル信号に変換し、離散フーリエ変換部48に出力する。離散フーリエ変換部48は、A/D変換部46,47から出力された、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値のデジタル信号を入力し、これらのデジタル信号から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行い、デジタル信号を各サブキャリアのデータに戻すように構成される。   The A / D converters 46 and 47 each input the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator 45 and the imaginary part of the quadrature signal, sample and convert them into a digital signal, and the discrete Fourier transform part 48. Output to. The discrete Fourier transform unit 48 inputs the complex-value digital signals on the time axis, which are output from the A / D conversion units 46 and 47, and combines the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal. A fast Fourier transform is performed so as to obtain a complex value on the complex plane of each subcarrier from the digital signal, and the digital signal is returned to the data of each subcarrier.

離散フーリエ変換部48の出力側に接続されるP/S変換部49は、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータを入力し、これらのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとし、送受信データ処理部16の入出力部15に出力するように構成される。これにより、端末受信部7で受信された情報信号は復調され、データ処理部13の動作により取り込まれ、データメモリ14に記憶され、その後、携帯情報端末5の操作に応じて、文字、画像の情報などがディスプレイに表示され、音声情報の場合、図示しないスピーカーなどから音声が出力される構成である。
[可視光通信装置の動作]
次に、上記構成の可視光通信装置の動作を説明する。アクセスポイント1の灯具3は、室内などの照明を行う場合、電源オンによりLEDドライバ36が動作し、白色LED30が白色光を照明光として照射し、室内などの照明を行う。
The P / S conversion unit 49 connected to the output side of the discrete Fourier transform unit 48 inputs the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit 48, converts these parallel data into serial data, and The received data is output to the input / output unit 15 of the transmission / reception data processing unit 16. As a result, the information signal received by the terminal receiving unit 7 is demodulated, captured by the operation of the data processing unit 13, stored in the data memory 14, and then, according to the operation of the portable information terminal 5, Information is displayed on the display, and in the case of audio information, audio is output from a speaker (not shown).
[Operation of visible light communication device]
Next, the operation of the visible light communication apparatus having the above configuration will be described. When the lamp 3 of the access point 1 illuminates the room or the like, the LED driver 36 operates when the power is turned on, and the white LED 30 emits white light as illumination light to illuminate the room or the like.

アクセスポイント送信部2が起動し、LANを通して、画像信号、音声信号などの送信信号が入力データ処理部10に送られると、図3のデータ処理部13は、イーサネットインタフェース11を通してLANからの送信用パケットデータを入力し、データメモリ14を用いて、パケットデータをOFDM用に組み直し、それらのデータを入出力部15からOFDM変調器20に出力する。   When the access point transmission unit 2 is activated and a transmission signal such as an image signal or an audio signal is sent to the input data processing unit 10 through the LAN, the data processing unit 13 in FIG. The packet data is input, and the data memory 14 is used to reassemble the packet data for OFDM, and the data is output from the input / output unit 15 to the OFDM modulator 20.

OFDM変調器20のデジタル変調部21は、入力データ処理部10から送られたOFDM用の送信データ信号を入力すると、例えば64QAMなどの変調方式により、送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調し、変調したシリアルのデータ信号は、S/P変換部22に送られる。   When the digital modulation unit 21 of the OFDM modulator 20 receives the transmission data signal for OFDM sent from the input data processing unit 10, the digital modulation unit 21 digitally converts each bit of the transmission data signal for each subcarrier by a modulation scheme such as 64QAM. The modulated serial data signal is sent to the S / P converter 22.

S/P変換部22は、デジタル変調されたシリアルデータを入力すると、データ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、N本(例えば1024本)のサブキャリアを使用する場合、データ列の各ビットをN個のパラレルデータに変換し、そのパラレルデータを逆離散フーリエ変換部23に出力する。   When the digitally modulated serial data is input, the S / P converter 22 uses N (for example, 1024) subcarriers so that each bit of the data sequence is assigned to each subcarrier. Each bit is converted into N pieces of parallel data, and the parallel data is output to the inverse discrete Fourier transform unit 23.

次に、逆離散フーリエ変換部23は、デジタル変調されデータ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように構成されたパラレルのシンボルデータ列を、高速で逆離散フーリエ変換し、その演算結果を、実数と虚数からなる時間領域の複素データとして、D/A変換部25,26に出力する。   Next, the inverse discrete Fourier transform unit 23 performs inverse discrete Fourier transform at high speed on the parallel symbol data sequence that is digitally modulated and configured to assign each bit of the data sequence to each subcarrier, and the calculation result is The data is output to the D / A converters 25 and 26 as time domain complex data consisting of real and imaginary numbers.

逆離散フーリエ変換された実数と虚数の複素データは、各々、D/A変換部25,26に送られてアナログ信号に変換され、この後、各D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られる。合成部27において、1対の複素データは、サブキャリアの例えば4MHz〜34MHzの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて、直交変調されて合成され、合成部27からOFDM変調された4MHz〜34MHzの高周波送信信号は、帯域補正増幅器31に出力される。   The real and imaginary complex data subjected to the inverse discrete Fourier transform are respectively sent to the D / A converters 25 and 26 and converted into analog signals, and then converted into analog signals by the D / A converters 25 and 26, respectively. The converted complex data is sent to the synthesis unit 27. In the synthesizer 27, the pair of complex data is orthogonally modulated and synthesized using a cosine wave and a sine wave of a carrier frequency of, for example, 4 MHz to 34 MHz of the subcarrier, and OFDM modulated from the synthesizer 27 by 4 MHz to 34 MHz. The high-frequency transmission signal is output to the band correction amplifier 31.

帯域補正増幅器31は、OFDM変調された高周波送信信号に対し、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、4MHz〜34MHzのように非常に周波数帯域の広い高周波信号を、図3の白色LED30の周波数特性に応じて補正する。つまり、白色LED30の周波数特性は、通常、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっているので、そのような白色LED30の非線形特性を補正するために、帯域補正増幅器31は、白色LED30の周波数特性の逆特性を信号に加え、帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅する。   The band correction amplifier 31 amplifies the high frequency transmission signal so as to apply band equalization correction to the OFDM modulated high frequency transmission signal, and thereby, a high frequency signal having a very wide frequency band such as 4 MHz to 34 MHz is obtained. Correction is made according to the frequency characteristics of the white LED 30 of FIG. That is, the frequency characteristics of the white LED 30 are usually nonlinear characteristics such that the lower the frequency, the higher the emission level, and the higher the frequency, the lower the emission level. Therefore, the nonlinear characteristics of the white LED 30 are corrected. Therefore, the band correction amplifier 31 amplifies the high-frequency transmission signal while performing band correction by adding the inverse characteristic of the frequency characteristic of the white LED 30 to the signal.

これにより、例えば4MHz〜34MHzのように、高周波の広帯域で信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性の白色LED30を可視光投光用に使用した場合でも、OFDM方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、LEDの可視光に送信信号を重畳させて、大容量の情報を高速で送信することができる。   As a result, when transmitting a signal in a high-frequency wide band such as 4 MHz to 34 MHz, the white LED 30 having a frequency characteristic in which the emission level is higher as the frequency is lower and the emission level is lower as the frequency is higher is for visible light projection. Even if it is used, the transmission signal can be superimposed on the visible light of the LED without causing distortion in the spectrum distribution of the transmission signal of the OFDM system, and a large amount of information can be transmitted at high speed.

次の送信信号増幅器32では、帯域補正された高周波送信信号を、不平衡/平衡変換回路37により、不平衡状態の送信信号を平衡に変換し、次段の高周波増幅器38のダイナミックレンジを広くする。そして、次の高周波増幅器38では、高周波送信信号を、白色LED30の白色光に重畳可能なレベルまで増幅する。増幅された送信信号はインピーダンスマッチング回路33,34を通してLEDドライバ36に入力され、LEDドライバ36は白色LED30を発光駆動する状態で、OFDM変調された高周波送信信号を重畳し、高周波送信信号を重畳した可視光は、図3の白色LED30から可視光通信用及び照明用として照射される。   In the next transmission signal amplifier 32, the band-corrected high-frequency transmission signal is converted into a balanced transmission signal by the unbalance / balance conversion circuit 37 to widen the dynamic range of the next-stage high-frequency amplifier 38. . The next high frequency amplifier 38 amplifies the high frequency transmission signal to a level that can be superimposed on the white light of the white LED 30. The amplified transmission signal is input to the LED driver 36 through the impedance matching circuits 33 and 34. The LED driver 36 superimposes the OFDM-modulated high-frequency transmission signal and superimposes the high-frequency transmission signal in a state where the white LED 30 is driven to emit light. Visible light is emitted from the white LED 30 in FIG. 3 for visible light communication and illumination.

携帯情報端末5のユーザーは、アクセスポイント1にアクセスしてデータを取り込みたい場合、灯具3の白色LED30の白色光の照射範囲内に携帯情報端末5を位置させて、端末受信部7を起動する。端末受信部7が動作すると、図4の端末受信部7の受光器41が白色光を受光して光電流を出力し、光電流は直流成分を除去されて交流電圧信号(高周波受信信号)が緩衝増幅器42に入力され、緩衝増幅器42では高入力インピーダンスで入力した受信信号を低出力インピーダンスとして次段の高周波増幅器43に出力する。高周波増幅器43は、低入力インピーダンスで入力した微細な高周波電圧信号を、低雑音状態で効率よく広帯域増幅し、復調部44に出力する。   When the user of the portable information terminal 5 wants to access the access point 1 and capture data, the user places the portable information terminal 5 within the white light irradiation range of the white LED 30 of the lamp 3 and activates the terminal receiving unit 7. . When the terminal receiving unit 7 operates, the light receiver 41 of the terminal receiving unit 7 in FIG. 4 receives white light and outputs a photocurrent, and the photocurrent is removed from the DC component, and an AC voltage signal (high frequency received signal) is generated. Input to the buffer amplifier 42, and the buffer amplifier 42 outputs the received signal input at a high input impedance to the high frequency amplifier 43 at the next stage as a low output impedance. The high-frequency amplifier 43 efficiently amplifies a fine high-frequency voltage signal input with a low input impedance in a low noise state and outputs it to the demodulator 44.

復調部44は、高周波増幅器43から出力された高周波受信信号を検波して復調し、次のIQ分離部45に復調した高周波受信信号を出力する。IQ分離部45は、入力した高周波受信信号を、余弦波と正弦波を用いて直交変調し、同相信号と直交信号に分離する。次に、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部は、各々、A/D変換部46,47に出力され、A/D変換部46,47にて、サンプリングしてデジタル信号に変換された後、離散フーリエ変換部48に入力される。   The demodulator 44 detects and demodulates the high frequency received signal output from the high frequency amplifier 43, and outputs the demodulated high frequency received signal to the next IQ separator 45. The IQ separation unit 45 performs quadrature modulation on the input high-frequency reception signal using a cosine wave and a sine wave, and separates the signal into an in-phase signal and a quadrature signal. Next, the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal separated by the IQ separation unit 45 are output to the A / D conversion units 46 and 47, respectively. After being sampled and converted into a digital signal, it is input to the discrete Fourier transform unit 48.

離散フーリエ変換部48では、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータは、P/S変換部49によりシリアルデータに変換され、受信データとして送受信データ処理部16の入出力部15に入力される。図4の送受信データ処理部16のデータ処理部13は、入力した受信データを、データメモリ14に記憶し、ユーザーによる携帯情報端末5の操作に応じて、受信データに基づく文字、画像の情報などがディスプレイに表示される。   The discrete Fourier transform unit 48 performs fast Fourier transform so as to obtain the complex value on the complex plane of each subcarrier from the complex value on the time axis that combines the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal. The parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit 48 is converted into serial data by the P / S conversion unit 49 and input to the input / output unit 15 of the transmission / reception data processing unit 16 as reception data. The data processing unit 13 of the transmission / reception data processing unit 16 shown in FIG. 4 stores the input received data in the data memory 14, and information on characters and images based on the received data according to the operation of the portable information terminal 5 by the user. Appears on the display.

一方、アクセスポイント1に対し携帯情報端末5をアップリンクしてデータを送信する場合、携帯情報端末5の端末送信部6が起動すると、図4の端末送信部6の送受信データ処理部16は、送信用データをOFDM用に組み直し、それらのデータを入出力部15からOFDM変調器20に出力する。   On the other hand, when transmitting data by uplinking the portable information terminal 5 to the access point 1, when the terminal transmission unit 6 of the portable information terminal 5 is activated, the transmission / reception data processing unit 16 of the terminal transmission unit 6 of FIG. The transmission data is recombined for OFDM, and the data is output from the input / output unit 15 to the OFDM modulator 20.

OFDM変調器20のデジタル変調部21は、入力データ処理部10から送られたOFDM用の送信データ信号を入力すると、例えば64QAMなどの変調方式により、送信データ信号の各ビットを各サブキャリアについてデジタル変調し、変調したシリアルのデータ信号は、S/P変換部22に送られる。   When the digital modulation unit 21 of the OFDM modulator 20 receives the transmission data signal for OFDM sent from the input data processing unit 10, the digital modulation unit 21 digitally converts each bit of the transmission data signal for each subcarrier by a modulation scheme such as 64QAM. The modulated serial data signal is sent to the S / P converter 22.

S/P変換部22は、デジタル変調されたシリアルデータを入力すると、データ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように、N本(例えば1024本)のサブキャリアを使用する場合、データ列の各ビットをN個のパラレルデータに変換し、そのパラレルデータを逆離散フーリエ変換部23に出力する。   When the digitally modulated serial data is input, the S / P converter 22 uses N (for example, 1024) subcarriers so that each bit of the data sequence is assigned to each subcarrier. Each bit is converted into N pieces of parallel data, and the parallel data is output to the inverse discrete Fourier transform unit 23.

次に、逆離散フーリエ変換部23は、デジタル変調されデータ列の各ビットを各サブキャリアに割り当てるように構成されたパラレルのシンボルデータ列を、高速で逆離散フーリエ変換し、その演算結果を、実数と虚数からなる時間領域の複素データとして、D/A変換部25,26に出力する。   Next, the inverse discrete Fourier transform unit 23 performs inverse discrete Fourier transform at high speed on the parallel symbol data sequence that is digitally modulated and configured to assign each bit of the data sequence to each subcarrier, and the calculation result is The data is output to the D / A converters 25 and 26 as time domain complex data consisting of real and imaginary numbers.

逆離散フーリエ変換された実数と虚数の複素データは、各々、D/A変換部25,26に送られてアナログ信号に変換され、この後、各D/A変換部25,26によりアナログ信号に変換された複素データは、合成部27に送られる。合成部27において、1対の複素データは、サブキャリアの例えば4MHz〜34MHzの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて、直交変調されて合成され、合成部27からOFDM変調された4MHz〜34MHzの高周波送信信号は、帯域補正増幅器31に出力される。   The real and imaginary complex data subjected to the inverse discrete Fourier transform are respectively sent to the D / A converters 25 and 26 and converted into analog signals, and then converted into analog signals by the D / A converters 25 and 26, respectively. The converted complex data is sent to the synthesis unit 27. In the synthesizer 27, the pair of complex data is orthogonally modulated and synthesized using a cosine wave and a sine wave of a carrier frequency of, for example, 4 MHz to 34 MHz of the subcarrier, and OFDM modulated from the synthesizer 27 by 4 MHz to 34 MHz. The high-frequency transmission signal is output to the band correction amplifier 31.

帯域補正増幅器31は、OFDM変調された高周波送信信号に対し、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、4MHz〜34MHzのように非常に周波数帯域の広い高周波信号を、青色LED39の周波数特性に応じて補正する。つまり、青色LED39の周波数特性は、通常、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっているので、そのような青色LED39の非線形特性を補正するために、帯域補正増幅器31は、青色LED39の周波数特性の逆特性を信号に加え、帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅する。   The band correction amplifier 31 amplifies the high frequency transmission signal so as to apply band equalization correction to the OFDM modulated high frequency transmission signal, and thereby, a high frequency signal having a very wide frequency band such as 4 MHz to 34 MHz is obtained. Correction is made according to the frequency characteristics of the blue LED 39. That is, the frequency characteristics of the blue LED 39 are usually nonlinear characteristics such that the lower the frequency, the higher the emission level, and the higher the frequency, the lower the emission level. Therefore, the nonlinear characteristic of the blue LED 39 is corrected. Therefore, the band correction amplifier 31 adds the inverse characteristic of the frequency characteristic of the blue LED 39 to the signal, and amplifies the high-frequency transmission signal while performing band correction.

次の送信信号増幅器32では、帯域補正された高周波送信信号を、不平衡/平衡変換回路37により、不平衡状態の送信信号を平衡に変換し、次段の高周波増幅器38のダイナミックレンジを広くする。そして、次の高周波増幅器38では、高周波送信信号を、青色LED39の青色光に重畳可能なレベルまで増幅する。増幅された送信信号はインピーダンスマッチング回路33,34を通してLEDドライバ36に入力され、図4のLEDドライバ36は青色LED39を発光駆動すると共に、OFDM変調された高周波送信信号を青色光に重畳し、青色LED39から青色光が高周波送信信号を重畳し、アクセスポイント1に向けて照射される。つまり、携帯情報端末5からアクセスポイント1へのアップリンク時には、灯具3の白色光とは異なる青色光を投光し、可視光通信を行うこととなる。   In the next transmission signal amplifier 32, the band-corrected high-frequency transmission signal is converted into a balanced transmission signal by the unbalance / balance conversion circuit 37 to widen the dynamic range of the next-stage high-frequency amplifier 38. . The next high frequency amplifier 38 amplifies the high frequency transmission signal to a level that can be superimposed on the blue light of the blue LED 39. The amplified transmission signal is input to the LED driver 36 through the impedance matching circuits 33 and 34. The LED driver 36 in FIG. 4 drives the blue LED 39 to emit light, and superimposes the OFDM-modulated high-frequency transmission signal on the blue light. Blue light is superimposed on the high-frequency transmission signal from the LED 39 and irradiated toward the access point 1. That is, at the time of uplink from the portable information terminal 5 to the access point 1, blue light different from the white light of the lamp 3 is projected and visible light communication is performed.

したがって、携帯情報端末5を使用するユーザーは、照明光として灯具3から白色光を照明投光するアクセスポイント1に対し、そのアップリングで、端末送信部6から青色光を投光することとなるので、端末送信部6から投光される青色光を容易に視認することができる。これにより、ユーザーは、アクセスポイント1に対し携帯情報端末5から可視光通信を行ってアップリンクしている状態を容易に認識することができる。   Therefore, the user who uses the portable information terminal 5 projects blue light from the terminal transmission unit 6 to the access point 1 that illuminates and projects white light from the lamp 3 as illumination light. Therefore, the blue light projected from the terminal transmitter 6 can be easily visually recognized. As a result, the user can easily recognize the uplink state by performing visible light communication from the portable information terminal 5 to the access point 1.

また、携帯情報端末5側からアクセスポイント1側へのアップリンクの投光が、灯具3の照明用の白色光とは相違して青色光となるので、受光器41の前面に青色光のみを透過する光学フィルタを配置すれば、灯具3の白色光などの外乱光を効果的に除去することができ、外乱光によるS/N比の低下、それに伴う通信速度の低下を回避することができる。   Also, since the uplink light projection from the portable information terminal 5 side to the access point 1 side becomes blue light unlike the white light for illumination of the lamp 3, only the blue light is applied to the front surface of the light receiver 41. By disposing an optical filter that transmits light, disturbance light such as white light from the lamp 3 can be effectively removed, and a decrease in S / N ratio due to the disturbance light and a decrease in communication speed associated therewith can be avoided. .

一方、アクセスポイント1のアクセスポイント受信部4の受光器41が、端末送信部6の青色LED39から照射された青色光を受光すると、図3の受光器41は光電流を出力し、光電流は直流成分を除去されて交流電圧信号(高周波受信信号)が緩衝増幅器42に入力され、緩衝増幅器42では高入力インピーダンスで入力した受信信号を低出力インピーダンスとして次段の高周波増幅器43に出力する。高周波増幅器43は、低入力インピーダンスで入力した微細な高周波電圧信号を、低雑音状態で効率よく広帯域増幅し、復調部44に出力する。   On the other hand, when the light receiver 41 of the access point receiver 4 of the access point 1 receives the blue light emitted from the blue LED 39 of the terminal transmitter 6, the light receiver 41 of FIG. 3 outputs a photocurrent, and the photocurrent is The DC component is removed and an AC voltage signal (high frequency received signal) is input to the buffer amplifier 42. The buffer amplifier 42 outputs the received signal input with a high input impedance to the next stage high frequency amplifier 43 as a low output impedance. The high-frequency amplifier 43 efficiently amplifies a fine high-frequency voltage signal input with a low input impedance in a low noise state and outputs it to the demodulator 44.

復調部44は、高周波増幅器43から出力された高周波受信信号を検波して復調し、次のIQ分離部45に復調した高周波受信信号を出力する。IQ分離部45は、入力した高周波受信信号を、余弦波と正弦波を用いて直交変調し、同相信号と直交信号に分離する。次に、IQ分離部45で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部は、各々、A/D変換部46,47に出力され、A/D変換部46,47にて、サンプリングしてデジタル信号に変換された後、離散フーリエ変換部48に入力される。   The demodulator 44 detects and demodulates the high frequency received signal output from the high frequency amplifier 43, and outputs the demodulated high frequency received signal to the next IQ separator 45. The IQ separation unit 45 performs quadrature modulation on the input high-frequency reception signal using a cosine wave and a sine wave, and separates the signal into an in-phase signal and a quadrature signal. Next, the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal separated by the IQ separation unit 45 are output to the A / D conversion units 46 and 47, respectively. After being sampled and converted into a digital signal, it is input to the discrete Fourier transform unit 48.

離散フーリエ変換部48では、同相信号の実部と直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換部48から出力された各サブキャリアのパラレルデータは、P/S変換部49によりシリアルデータに変換され、受信データとして入力データ処理部10の入出力部15に入力される。入力データ処理部10のデータ処理部13は、入力した受信データを、データバッファ12を使用して、パケットデータに組み替え、イーサネットインタフェース11を通して、LANに出力するように動作する。   The discrete Fourier transform unit 48 performs fast Fourier transform so as to obtain the complex value on the complex plane of each subcarrier from the complex value on the time axis that combines the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal. The parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit 48 is converted into serial data by the P / S conversion unit 49 and input to the input / output unit 15 of the input data processing unit 10 as reception data. The data processing unit 13 of the input data processing unit 10 operates so that the input received data is recombined into packet data using the data buffer 12 and is output to the LAN through the Ethernet interface 11.

このように、ネットワークに接続され灯具3を備えたアクセスポイント1と携帯情報端末5との間で、可視光によるOFDM方式の大容量の高速通信を行うことができ、携帯情報端末5のユーザーは、アクセスポイント1に対するアップリンクの際、白色の照明光に対し、端末送信部6から照射される青色光を容易に視認して、アクセス操作を容易に認識することができる。

In this way, a large-capacity high-speed communication of the OFDM system using visible light can be performed between the access point 1 connected to the network and provided with the lamp 3 and the portable information terminal 5. In the uplink to the access point 1, it is possible to easily recognize the blue light emitted from the terminal transmission unit 6 with respect to the white illumination light and easily recognize the access operation.

1 アクセスポイント
2 アクセスポイント送信部
3 灯具
4 アクセスポイント受信部
5 携帯情報端末
6 端末送信部
7 端末受信部
9 LED駆動部
10 入力データ処理部
11 イーサネットインタフェース
12 データバッファ
13 データ処理部
14 データメモリ
15 入出力部
16 送受信データ処理部
20 OFDM変調器
21 デジタル変調部
22 S/P変換部
23 逆離散フーリエ変換部
25 D/A変換部
27 合成部
30 白色LED
31 帯域補正増幅器
32 送信信号増幅器
33 インピーダンスマッチング回路
34 インピーダンスマッチング回路
35 同軸ケーブル
36 LEDドライバ
37 不平衡/平衡変換回路
38 高周波増幅器
39 青色LED
41 受光器
42 緩衝増幅器
42a 電流/電圧変換回路
43 高周波増幅器
44 復調部
45 IQ分離部
46 A/D変換部
48 離散フーリエ変換部
49 P/S変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Access point 2 Access point transmission part 3 Lamp 4 Access point reception part 5 Portable information terminal 6 Terminal transmission part 7 Terminal reception part 9 LED drive part 10 Input data processing part 11 Ethernet interface 12 Data buffer 13 Data processing part 14 Data memory 15 Input / output unit 16 Transmission / reception data processing unit 20 OFDM modulator 21 Digital modulation unit 22 S / P conversion unit 23 Inverse discrete Fourier transform unit 25 D / A conversion unit 27 Synthesis unit 30 White LED
31 Band Correction Amplifier 32 Transmission Signal Amplifier 33 Impedance Matching Circuit 34 Impedance Matching Circuit 35 Coaxial Cable 36 LED Driver 37 Unbalance / Balance Conversion Circuit 38 High Frequency Amplifier 39 Blue LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 Photoreceiver 42 Buffer amplifier 42a Current / voltage conversion circuit 43 High frequency amplifier 44 Demodulation part 45 IQ separation part 46 A / D conversion part 48 Discrete Fourier transform part 49 P / S conversion part

Claims (6)

ネットワークに接続され灯具を備えたアクセスポイントに、情報信号を重畳した照明光を該灯具のLEDから照明投光するアクセスポイント送信部と、携帯情報端末の端末送信部の投光器から投光された可視光を受光し、該可視光に重畳された情報信号を取り出すアクセスポイント受信部と、が設けられ、
該携帯情報端末に、情報信号を重畳した可視光を投光器から投光する端末送信部と、該アクセスポイント送信部の該灯具から照明投光された照明光を受光し、該照明光に重畳された情報信号を取り出す端末受信部と、が設けられ、該アクセスポイントと該携帯情報端末との間で可視光通信を行う可視光通信装置であって、
該アクセスポイント送信部は、
ネットワークから送られパケット化された送信データ信号の各ビットを該各サブキャリアに割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる送信データのデジタル信号の各ビットを、各サブキャリアについてデジタル変調する変調部と、
該変調部で変調されたシリアルのデジタル送信信号を、該サブキャリアの数のデータ列にパラレル変換するS/P変換部と、
該S/P変換部でパラレルに変換されたデジタル送信信号を逆高速フーリエ変換する逆離散フーリエ変換部と、
該逆離散フーリエ変換部で逆高速フーリエ変換したデジタル送信信号をアナログ信号に変換するD/A変換部と、
該D/A変換部でアナログ信号に変換された複素データを、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調し合成する合成部と、
該合成部で合成され、サブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を増幅し白色光に重畳させるように前記灯具のLEDを駆動するLED駆動部と、
を備え、
該アクセスポイント受信部は、
該携帯情報端末の端末送信部の青色LEDから投光された、情報信号を重畳した青色光を受光素子により受光する受光器と、
該受光器から出力された高周波信号を低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器と、
該高周波増幅器から出力された高周波受信信号を検波して復調する復調部と、
該復調部から出力された高周波受信信号を、正弦波と余弦波を乗じて同相信号と直交信号に分離するIQ分離部と、
該IQ分離部で分離された該同相信号の実部と該直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部と、
該A/D変換部から出力された、該同相信号の実部と該直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部と、
該離散フーリエ変換部から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部と、
を備え、
該端末送信部は、送信データ信号の各ビットを該各サブキャリアに割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる送信データのデジタル信号の各ビットを、各サブキャリアについてデジタル変調する変調部と、
該変調部で変調されたシリアルのデジタル送信信号を、該サブキャリアの数のデータ列にパラレル変換するS/P変換部と、
該S/P変換部でパラレルに変換されたデジタル送信信号を逆高速フーリエ変換する逆離散フーリエ変換部と、
該逆離散フーリエ変換部で逆高速フーリエ変換したデジタル送信信号をアナログ信号に変換するD/A変換部と、
該D/A変換部でアナログ信号に変換された複素データを、サブキャリアの搬送周波数の余弦波と正弦波を用いて直交変調し合成する合成部と、
該合成部で合成され、サブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を増幅し青色光に重畳させるように青色LEDを駆動するLED駆動部と、
を備え、
該端末受信部は、該アクセスポイントのアクセスポイント送信部の白色LEDから照明投光され、情報信号を重畳した白色光を受光素子により受光する受光器と、
該受光器から出力された高周波信号を低雑音状態で増幅して出力する高周波増幅器と、
該高周波増幅器から出力された高周波受信信号を検波し復調する復調部と、
該復調部から出力された高周波受信信号を、正弦波と余弦波を乗じて同相信号と直交信号に分離するIQ分離部と、
該IQ分離部で分離された同相信号の実部と直交信号の虚部とをサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換部と、
該A/D変換部から出力された、該同相信号の実部と該直交信号の虚部を合わせた時間軸上の複素値から、各サブキャリアの複素平面上での複素値を求めるように高速フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部と、
該離散フーリエ変換部から出力された各サブキャリアのパラレルデータをシリアルデータに変換して受信データとするP/S変換部と、
を備え、
前記アクセスポイント送信部は情報信号を重畳した白色光を照明光として前記灯具の白色LEDから照明投光する一方、前記携帯情報端末の端末送信部は情報信号を重畳した青色光を青色LEDから前記アクセスポイントに向けて投光することを特徴とする可視光通信装置。
An access point transmitting unit that illuminates and projects illumination light superimposed on an information signal from an LED of the lamp to an access point that is connected to a network and has a lamp, and a visible light projected from a projector of the terminal transmitter of the portable information terminal An access point receiving unit that receives light and extracts an information signal superimposed on the visible light; and
A terminal transmitter that projects visible light superimposed with an information signal on the portable information terminal from a projector, and illumination light projected from the lamp of the access point transmitter is received and superimposed on the illumination light. A visible light communication device that performs visible light communication between the access point and the portable information terminal,
The access point transmission unit
A transmission data processing unit that rearranges transmission data so that each bit of a transmission data signal sent from the network and packetized is assigned to each subcarrier;
A modulation unit that digitally modulates each bit of the digital signal of transmission data sent from the transmission data processing unit for each subcarrier;
An S / P converter that converts the serial digital transmission signal modulated by the modulator into a data string of the number of subcarriers;
An inverse discrete Fourier transform unit for performing inverse fast Fourier transform on the digital transmission signal converted in parallel by the S / P conversion unit;
A D / A converter that converts the digital transmission signal obtained by inverse fast Fourier transform in the inverse discrete Fourier transform unit into an analog signal;
A synthesis unit that performs quadrature modulation and synthesis of the complex data converted into an analog signal by the D / A conversion unit using a cosine wave and a sine wave of the carrier frequency of the subcarrier;
An LED drive unit that drives the LED of the lamp so as to amplify an analog high-frequency signal synthesized by the synthesis unit and modulated by a subcarrier and superimpose it on white light;
With
The access point receiver
A light receiver that receives blue light superimposed by an information signal emitted from a blue LED of a terminal transmission unit of the portable information terminal by a light receiving element;
A high-frequency amplifier that amplifies and outputs a high-frequency signal output from the light receiver in a low-noise state;
A demodulator that detects and demodulates the high-frequency received signal output from the high-frequency amplifier;
An IQ separation unit for separating the high-frequency reception signal output from the demodulation unit into an in-phase signal and a quadrature signal by multiplying a sine wave and a cosine wave;
An A / D converter that samples and converts the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator and the imaginary part of the quadrature signal into a digital signal;
A complex value on the complex plane of each subcarrier is obtained from a complex value on the time axis that is a combination of the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal output from the A / D converter. A discrete Fourier transform unit for performing a fast Fourier transform on
A P / S conversion unit that converts the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit into serial data to be received data;
With
The terminal transmission unit, a transmission data processing unit that rearranges transmission data so that each bit of a transmission data signal is allocated to each subcarrier; and
A modulation unit that digitally modulates each bit of the digital signal of transmission data sent from the transmission data processing unit for each subcarrier;
An S / P converter that converts the serial digital transmission signal modulated by the modulator into a data string of the number of subcarriers;
An inverse discrete Fourier transform unit for performing inverse fast Fourier transform on the digital transmission signal converted in parallel by the S / P conversion unit;
A D / A converter that converts the digital transmission signal obtained by inverse fast Fourier transform in the inverse discrete Fourier transform unit into an analog signal;
A synthesis unit that performs quadrature modulation and synthesis of the complex data converted into an analog signal by the D / A conversion unit using a cosine wave and a sine wave of the carrier frequency of the subcarrier;
An LED drive unit that drives a blue LED so as to amplify an analog high-frequency signal synthesized by the synthesis unit and modulated by a subcarrier and superimpose it on blue light;
With
The terminal receiver is illuminated by a white LED of the access point transmitter of the access point and receives a white light superimposed with an information signal by a light receiving element;
A high-frequency amplifier that amplifies and outputs a high-frequency signal output from the light receiver in a low-noise state;
A demodulator that detects and demodulates the high-frequency received signal output from the high-frequency amplifier;
An IQ separation unit for separating the high-frequency reception signal output from the demodulation unit into an in-phase signal and a quadrature signal by multiplying a sine wave and a cosine wave;
An A / D converter that samples the real part of the in-phase signal separated by the IQ separator and the imaginary part of the quadrature signal and converts them into a digital signal;
A complex value on the complex plane of each subcarrier is obtained from a complex value on the time axis that is a combination of the real part of the in-phase signal and the imaginary part of the quadrature signal output from the A / D converter. A discrete Fourier transform unit for performing a fast Fourier transform on
A P / S conversion unit that converts the parallel data of each subcarrier output from the discrete Fourier transform unit into serial data to be received data;
With
The access point transmission unit projects white light from the white LED of the lamp as white light on which the information signal is superimposed as illumination light, while the terminal transmission unit of the portable information terminal transmits blue light from the blue LED on which the information signal is superimposed. A visible light communication device that projects light toward an access point.
前記アクセスポイント受信部及び端末受信部の前記受光器には、受光素子のアノードに抵抗及びコイルをグランドとの間に直列に接続して、光電流を高周波電圧信号に変換する、電流/電圧変換回路が接続されたことを特徴とする請求項1記載の可視光通信装置。   A current / voltage converter that converts a photocurrent into a high-frequency voltage signal by connecting a resistor and a coil in series with the anode of the light receiving element to the light receiver of the access point receiver and the terminal receiver. The visible light communication apparatus according to claim 1, wherein a circuit is connected. 前記電流/電圧変換回路と前記高周波増幅器との間に、高入力インピーダンスを低出力インピーダンスに変換する緩衝増幅器が接続され、該緩衝増幅器はソースフォロワー回路を有していることを特徴とする請求項2記載の可視光通信装置。   The buffer amplifier which converts a high input impedance into a low output impedance is connected between the current / voltage conversion circuit and the high frequency amplifier, and the buffer amplifier has a source follower circuit. 2. The visible light communication device according to 2. 前記アクセスポイント受信部の受光器及び前記端末受信部の受光器として、凹面鏡の前面に受光素子をその反射面に向けて配設した構造の反射集光型受光素子を単独で配置したまたはアレイ状に並設した反射集光型受光器が使用されることを特徴とする請求項1乃至3記載の可視光通信装置。   As the light receiver of the access point receiver and the light receiver of the terminal receiver, a reflective condensing type light receiving element having a structure in which a light receiving element is disposed on the front surface of a concave mirror and facing the reflecting surface thereof is arranged alone or in an array form 4. The visible light communication device according to claim 1, wherein a reflection condensing type light receiver arranged in parallel is used. 前記アクセスポイント送信部及び端末送信部の前記合成部の出力側に、帯域補正増幅器が接続され、該帯域補正増幅器は、該アクセスポイント送信部及び端末送信部のLEDが有する周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4記載の可視光通信装置。   A band correction amplifier is connected to the output side of the combining unit of the access point transmission unit and the terminal transmission unit, and the band correction amplifier is used for nonlinear distortion of frequency characteristics of the LEDs of the access point transmission unit and the terminal transmission unit. On the other hand, the visible light communication apparatus according to claim 1, wherein the visible light communication apparatus is configured to correct an inverse characteristic of distortion in advance by adding to a transmission signal. 前記アクセスポイント送信部及び端末送信部の前記LED駆動部には、前記合成部で合成されサブキャリアで変調されたアナログの高周波信号を帯域補正増幅する帯域補正増幅器、及び該帯域補正増幅器の出力側に接続される送信信号増幅器が設けられ、前記LED駆動部のLEDと該送信信号増幅器間に、インピーダンスマッチング回路が接続されたことを特徴とする請求項1乃至4記載の可視光通信装置。   The LED driving unit of the access point transmission unit and the terminal transmission unit includes a band correction amplifier that performs band correction amplification of an analog high-frequency signal synthesized by the synthesis unit and modulated by a subcarrier, and an output side of the band correction amplifier 5. The visible light communication device according to claim 1, further comprising a transmission signal amplifier connected to the LED driver, wherein an impedance matching circuit is connected between the LED of the LED driving unit and the transmission signal amplifier.
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