JP5486179B2 - 送信装置、受信装置、信号送信方法、及び信号受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、送信装置、受信装置、信号送信方法、及び信号受信方法に関する。

近年、可視光領域の光を利用した光通信技術に大変注目が集まっている。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を利用した照明装置の普及が急速に進んでいる状況を背景にし、屋内外に設置された照明装置等のインフラを活用して、利便性に富んだ、より高速なデータ通信を実現させるための技術開発が進められている。

高速な光データ通信に利用される発光手段としては、人体や医療機器等に対する影響を考慮するとＬＥＤが最も有力な候補になる。一方で、より高速な応答性能を有するレーザーダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ；Ｓｕｐｅｒ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子も候補に挙げられている。光通信におけるデータ伝送速度は、発光素子の応答速度に依存する。そのため、こうした応答速度の高い発光素子にも注目が集まっているのである。

また、データ伝送速度を更に向上させるため、発光素子が発する１シグナルの間に多くのデータを安定して伝送する技術も求められている。こうした光通信技術に関し、例えば、下記の特許文献１には、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号の時間軸を空間方向へ割り付けることにより、空間干渉を除去する技術が開示されている。

特開２００８−２５２４４４号公報

ＯＦＤＭ方式を用いると、周波数利用効率及びマルチパス耐性を向上させることができる。そのため、無線通信システム（例えば、無線ＬＡＮ）や有線通信システム（例えば、ＡＤＳＬ）で広く用いられている。可視光通信においても、ＯＦＤＭ方式を適用することで通信品質の向上が期待される。しかし、ＯＦＤＭ方式には、ＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が大きくなる問題がある。つまり、送信機及び受信機に大きなダイナミックレンジが要求される。

そのため、ＯＦＤＭ方式を可視光通信に適用する場合、可視光通信の送信手段であるＬＥＤには、非常に大きな電流が流れることになる。例えば、ＬＥＤには、数１００ｍＡ〜数Ａ程度の電流が流れる。そのため、送信側に非常に広いダイナミックレンジの信号を扱うことが可能なドライブ回路を設けることが必要になる。しかし、通常、ＬＥＤは一定光量の発光を目的としているため、ダイナミックレンジの大きな信号を扱うには特別な素子が必要になり、現実的ではない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、発光手段に対して大きなダイナミックレンジへの性能要求を課さずにＯＦＤＭ方式により得られる通信品質の向上を図ることが可能な、新規かつ改良された送信装置、受信装置、信号送信方法、及び信号受信方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の発光素子と、送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換部と、前記直並列変換部で生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調部と、前記変調部で生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算部と、前記キャリア信号乗算部で生成されたＮ個の送信信号に応じて前記複数の発光素子を発光させる発光制御部と、を有する、送信装置と；前記送信装置が有する複数の発光素子で発光され、さらに伝送路で空間多重された光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された受信信号に対し、前記Ｎ個のキャリア信号を用いてＦＦＴ処理を施すことで前記キャリア毎に変調されたＮ個の変調信号を抽出するＦＦＴ部と、前記ＦＦＴ部で抽出された各変調信号を復調する復調部と、を有する、受信装置と；を含む、可視光通信システムが提供される。

上記の構成を適用することで、ＯＦＤＭ方式で得られる通信性能の向上効果を享受することが可能になる。例えば、周波数利用効率やマルチパス耐性を向上させることができる。さらに、各キャリア信号の乗算処理により生成された送信信号は、送信装置の内部で多重されることなしに、そのまま各発光素子により送信される。そのため、Ｎ個の送信信号を多重してから送信する場合に比べ、発光素子、及び発光制御部に要求されるダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。その結果、発光素子や発光制御部に対して比較的安価なＬＥＤやＬＥＤ駆動回路を用いることができるようになり、送信装置の製造コストを低減させることが可能になる。また、一般的な照明装置に用いられるＬＥＤやＬＥＤ駆動回路に大きなダイナミックレンジの性能要求を満たすものは少ない。しかし、上記の可視光通信システムの構成であれば、ダイナミックレンジに関する性能要求が低く抑えられるため、既存のインフラを用いて上記のシステム構成を実現することも可能になる。

また、前記発光素子の数Ｎが前記キャリア信号の数ｎよりも多い場合（Ｎ＞ｎ）、前記発光制御部は、一の前記送信信号に応じて複数の前記発光素子を同時に発光させるように構成されていてもよい。さらに、前記発光素子の数Ｎが前記キャリア信号の数ｎよりも少ない場合（Ｎ＜ｎ）、前記発光制御部は、Ｍ個（２≦Ｍ＜ｎ）の前記送信信号を加算し、当該加算後の送信信号に応じて前記発光素子を発光させるように構成されていてもよい。

また、前記受信装置は、前記受光素子として、前記複数の発光素子が発光した光の強度を個々に検出して前記各発光素子に対応する受信信号を出力するイメージセンサを有していてもよい。このように、個々の発光素子から発せられた光の強度を検出することができるように構成することで、受光手段に課されるダイナミックレンジの性能要求を緩和することが可能になる。

また、前記送信装置は、互いに色の異なる光を発光する前記複数の発光素子を有していてもよい。この場合、前記受信装置は、互いに色の異なる光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する複数の前記受光素子を有する。このように、個々の発光素子から発せられた光の強度を検出することができるように構成することで、受光手段に課されるダイナミックレンジの性能要求を緩和することが可能になる。さらに、上記の構成を適用すると、キャリア周波数毎の信号に直交性があるため、発光素子及び受光素子の光周波数特性に起因して発生する色間干渉の影響を除去することが可能になる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の発光素子と、送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換部と、前記直並列変換部で生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調部と、前記変調部で生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算部と、前記キャリア信号乗算部で生成されたＮ個の送信信号に応じて前記複数の発光素子を発光させる発光制御部と、を備える、送信装置が提供される。

上記の構成を適用することで、ＯＦＤＭ方式で得られる通信性能の向上効果を享受することが可能になる。例えば、周波数利用効率やマルチパス耐性を向上させることができる。さらに、各キャリア信号の乗算処理により生成された送信信号は、送信装置の内部で多重されることなしに、そのまま各発光素子により送信される。そのため、Ｎ個の送信信号を多重してから送信する場合に比べ、発光素子、及び発光制御部に要求されるダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。その結果、発光素子や発光制御部に対して比較的安価なＬＥＤやＬＥＤ駆動回路を用いることができるようになり、送信装置の製造コストを低減させることが可能になる。また、一般的な照明装置に用いられるＬＥＤやＬＥＤ駆動回路に大きなダイナミックレンジの性能要求を満たすものは少ない。しかし、上記の送信装置の構成であれば、ダイナミックレンジに関する性能要求が低く抑えられるため、既存のインフラを用いることも可能になる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の発光素子を有する送信装置が、送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換ステップと、前記直並列変換ステップで生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調ステップと、前記変調ステップで生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算ステップと、前記キャリア信号乗算ステップで生成されたＮ個の送信信号に応じて前記複数の発光素子を発光させる発光制御ステップと、前記送信装置が有する複数の発光素子で発光され、さらに伝送路で空間多重された光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する受光素子を有する受信装置が、前記受光素子から出力された受信信号に対し、前記Ｎ個のキャリア信号を用いてＦＦＴ処理を施すことで前記キャリア毎に変調されたＮ個の変調信号を抽出するＦＦＴステップと、前記ＦＦＴステップで抽出された各変調信号を復調する復調ステップと、を含む、信号伝送方法が提供される。

上記の方法を適用することで、ＯＦＤＭ方式で得られる通信性能の向上効果を享受することが可能になる。例えば、周波数利用効率やマルチパス耐性を向上させることができる。さらに、各キャリア信号の乗算処理により生成された送信信号は、送信装置の内部で多重されることなしに、そのまま各発光素子により送信される。そのため、Ｎ個の送信信号を多重してから送信する場合に比べ、発光素子、及び発光制御部に要求されるダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。その結果、発光素子や発光制御部に対して比較的安価なＬＥＤやＬＥＤ駆動回路を用いることができるようになり、送信装置の製造コストを低減させることが可能になる。また、一般的な照明装置に用いられるＬＥＤやＬＥＤ駆動回路に大きなダイナミックレンジの性能要求を満たすものは少ない。しかし、上記の可視光通信システムの構成であれば、ダイナミックレンジに関する性能要求が低く抑えられるため、既存のインフラを用いて上記のシステム構成を実現することも可能になる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の発光素子を有する送信装置による信号送信方法であって、送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換ステップと、前記直並列変換ステップで生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調ステップと、前記変調ステップで生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算ステップと、前記キャリア信号乗算ステップで生成されたＮ個の送信信号に応じて前記複数の発光素子を発光させる発光制御ステップと、を含む、信号伝送方法が提供される。

上記の方法を適用することで、ＯＦＤＭ方式で得られる通信性能の向上効果を享受することが可能になる。例えば、周波数利用効率やマルチパス耐性を向上させることができる。さらに、各キャリア信号の乗算処理により生成された送信信号は、送信装置の内部で多重されることなしに、そのまま各発光素子により送信される。そのため、Ｎ個の送信信号を多重してから送信する場合に比べ、発光素子、及び発光制御部に要求されるダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。その結果、発光素子や発光制御部に対して比較的安価なＬＥＤやＬＥＤ駆動回路を用いることができるようになり、送信装置の製造コストを低減させることが可能になる。また、一般的な照明装置に用いられるＬＥＤやＬＥＤ駆動回路に大きなダイナミックレンジの性能要求を満たすものは少ない。しかし、上記の送信装置の構成であれば、ダイナミックレンジに関する性能要求が低く抑えられるため、既存のインフラを用いることも可能になる。

以上説明したように本発明によれば、発光手段に対して大きなダイナミックレンジへの性能要求を課さずにＯＦＤＭ方式により得られる通信品質の向上を図ることが可能になる。その結果、ＯＦＤＭ方式で得られる優れた通信特性を有しつつ、簡易で安価な送信装置、受信装置、信号送信方法、及び信号受信方法を実現することが可能になる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［説明の流れについて］
ここで、以下に記載する本発明の実施形態に関する説明の流れについて簡単に述べる。まず、図１を参照しながら、ＯＦＤＭ方式を採用した可視光通信システムＬＳ１の構成について説明する。この中で、ＯＦＤＭ方式を可視光通信に適用する場合に発生する課題について述べる。次いで、図２を参照しながら、同実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の構成について説明する。次いで、図３、図４を参照しながら、同実施形態の変形例に係る可視光通信システムＬＳ３、ＬＳ４について説明する。

［課題の整理］
まず、本発明の一実施形態に係る技術について詳細な説明をするに先立ち、同実施形態が解決しようとする課題について簡単に纏める。

（可視光通信システムＬＳ１の構成）
まず、図１を参照しながら、可視光通信システムＬＳ１の構成について簡単に説明し、当該構成を適用する際に発生する課題について纏める。図１は、ＯＦＤＭ方式を採用した可視光通信システムＬＳ１の構成例を示す説明図である。

図１に示すように、可視光通信システムＬＳ１は、送信装置１０と、受信装置３０とにより構成される。送信装置１０は、Ｓ／Ｐ変換部１２と、変調部１４と、ＩＦＦＴ部と、ドライバ回路２２と、発光素子２４とを有する。但し、ＩＦＦＴ部は、乗算器１６、及び加算器２０により構成される。一方、受信装置３０は、受光素子３２と、ＦＦＴ部と、復調部３８と、Ｐ／Ｓ変換部４０とを有する。但し、ＦＦＴ部は、乗算器３４、及び積分回路３６により構成される。なお、上記のＦＦＴは、Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略である。また、上記のＩＦＦＴは、Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴの略である。

まず、送信データｄは、Ｓ／Ｐ変換部１２により直並列変換される。そして、Ｓ／Ｐ変換部１２からキャリア数分のデータ列が出力される。なお、以下の説明においては、キャリア数がｎであるとする。Ｓ／Ｐ変換部１２から出力される各キャリアに対応するデータ列は、変調部１４により所定の多値数（例えば、２値）で変調される。そして、変調部１４から変調信号が出力される。変調部１４から出力されるキャリア毎の変調信号は、ＩＦＦＴ部に入力される。従って、ＩＦＦＴ部には、キャリア数分だけ変調信号が入力される。ＩＦＦＴ部は、入力されたキャリア数分の変調信号にＩＦＦＴ処理を施す手段である。まず、ＩＦＦＴ部に入力された変調信号には、乗算器１６でキャリア正弦波信号が乗算される。但し、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するｎ個のキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆｎｔ）は、互いに直交関係を有するものである。キャリア正弦波信号が乗算された後の各変調信号（以下、キャリア信号）は、加算器２０に入力される。加算器２０においては、各キャリア信号が加算されてＯＦＤＭ信号が生成される。

加算器２０で生成されたＯＦＤＭ信号は、ドライバ回路２２に入力される。ドライバ回路２２は、発光素子２４（ＬＥＤ（Ｗ））を駆動するためのドライブ回路である。ＯＦＤＭ信号が入力されると、ドライバ回路２２は、入力されたＯＦＤＭ信号に基づいて発光素子２４に供給される電流量を制御し、ＯＦＤＭ信号の信号振幅に応じた発光強度で発光素子２４を発光させる。発光素子２４から発せられた光は、受信装置３０が有する受光素子３２で受光される。受光素子３２は、光電変換素子である。そのため、受光素子３２で光が受光されると、受光した光の強度に応じた電気信号（以下、受信信号）が出力される。受光素子３２から出力された受信信号は、ＦＦＴ部に入力される。ＦＦＴ部は、受信信号にＦＦＴ処理を施して各キャリア周波数成分を抽出する手段である。

受光素子３２から出力された受信信号は、乗算器３４に入力され、各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア正弦波信号が乗算される。乗算器３４で各キャリア正弦波信号が乗算された受信信号は、積分回路３６に入力される。積分回路３６においては、乗算器３４の出力信号に対し、時間軸上でＯＦＤＭシンボル長（Ｔ）までの積分区間において積分演算が施され、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎの各々に対応する信号成分が抽出される。積分回路３６で抽出された各キャリア周波数成分は、復調部３８に入力される。これらのキャリア周波数成分は、各キャリア信号に相当する。そのため、復調部３８により各キャリア周波数成分に対して復調処理が施されると、各キャリア信号に対応するデータ列が復元される。復調部３８で復元された各データ列は、Ｐ／Ｓ変換部４０に入力され、送信データｄが復元される。

このような構成にすることで、周波数利用効率及びマルチパス耐性を向上させることが可能になり、通信品質を大きく向上させることができる。しかしながら、送信装置１０が有するドライバ回路２２の前段で各キャリア周波数成分が加算され、加算後に生成されるＯＦＤＭ信号に基づいて発光素子２４が駆動されるため、ＯＦＭＤ方式特有のＰＡＰＲの増大が発生してしまうことになる。そのため、ドライバ回路２２、及び発光素子２４に対して大きなダイナミックレンジへの性能要求が課される。このような理由から、ＯＦＤＭ方式の可視光通信を一般的な照明設備で実現することは現実問題として非常に困難である。また、このような性能要求を満たすドライバ回路２２や発光素子２４は高価であり、送信機の製造コストを引き上げることに繋がる。上記のように、既存のインフラを利用することが難しくなるため、設置コストも増大してしまう。こうした問題点に鑑み、後述する実施形態においては、ＯＦＤＭ方式を用いることで問題となる高いＰＡＰＲの影響を除去し、ドライバ回路２２及び発光素子２４のダイナミックレンジへの要求性能を緩和することが可能な送信機の構成を提案する。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、送信側でＩＦＦＴ処理を実行せず、キャリア毎に発光素子を直接駆動することで、ドライバ回路及び発光素子に課せられる性能要求を緩和するものである。

［可視光通信システムＬＳ２の構成］
まず、図２を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の一構成例を示す説明図である。

図２に示すように、可視光通信システムＬＳ２は、送信装置１００と、受信装置２００とにより構成される。送信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換部１０２と、変調部１０４と、乗算器１０６と、ドライバ回路１１０と、発光素子１１２とを有する。一方、受信装置２００は、受光素子２０２と、ＦＦＴ部と、復調部２０８と、Ｐ／Ｓ変換部２１０とを有する。但し、ＦＦＴ部は、乗算器２０４、及び積分回路２０６により構成される。

まず、送信データｄは、Ｓ／Ｐ変換部１０２により直並列変換される。そして、Ｓ／Ｐ変換部１０２からキャリア数分のデータ列が出力される。なお、以下の説明においては、キャリア数がｎであるとする。Ｓ／Ｐ変換部１０２から出力される各キャリアに対応するデータ列は、変調部１０４により所定の多値数（例えば、２値）で変調される。そして、変調部１０４から変調信号が出力される。変調部１０４から出力されるキャリア毎の変調信号は、乗算器１０６に入力される。乗算器１０６では、変調信号に各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆｎｔ）が乗算される。但し、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するｎ個のキャリア正弦波信号は、互いに直交関係を有するものである。

乗算器１０６でキャリア正弦波信号が乗算された変調信号（以下、キャリア信号）は、ドライバ回路１１０に入力される。ドライバ回路１１０は、発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（Ｗｎ））毎に設けられ、各発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（Ｗｎ））を駆動するために用いられる。キャリア信号が入力されると、ドライバ回路１１０は、入力されたキャリア信号に基づいて発光素子１１２に供給される電流量を制御し、キャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる。各発光素子１１２から発せられた光は、伝送路において空間多重され、受信装置２００が有する受光素子２０２で受光される。受光素子２０２は、例えば、１つのＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）で構成される。光が受光されると、受光した光の強度に応じた電気信号（以下、受信信号）が受光素子２０２から出力される。受光素子２０２から出力された受信信号は、ＦＦＴ部に入力される。ＦＦＴ部は、受信信号にＦＦＴ処理を施して各キャリア周波数成分を抽出する手段である。

受光素子２０２から出力された受信信号は、乗算器２０４に入力される。そして、受信信号には、各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆｎｔ）が乗算される。乗算器２０４で各キャリア正弦波信号が乗算された受信信号は、積分回路２０６に入力される。積分回路２０６においては、乗算器２０４の出力信号に対し、時間軸上でＯＦＤＭシンボル長（Ｔ）までの積分区間について積分演算が施され、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎの各々に対応する信号成分が抽出される。積分回路２０６で抽出された各キャリア周波数成分は、復調部２０８に入力される。これらのキャリア周波数成分は、各キャリア信号に相当する。そのため、復調部２０８により各キャリア周波数成分に対して復調処理が施されると、各キャリア信号に対応するデータ列が復元される。復調部２０８で復元された各データ列は、Ｐ／Ｓ変換部２１０に入力され、送信データｄが復元される。

以上、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の構成について説明した。上記の通り、本実施形態においては、各キャリア周波数に対応するキャリア信号をドライバ回路１１０の前段で加算せず、各キャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる構成に特徴がある。このように、ドライバ回路１１０の前段で各キャリア信号を加算しないため、ＯＦＤＭ方式におけるＰＡＰＲ増加の問題が発生せず、各キャリア周波数に対応するドライバ回路１１０及び発光素子１１２に対して要求されるダイナミックレンジが低く抑えられる。その結果、小型で安価なＬＥＤ駆動回路及びＬＥＤを用いて、ＯＦＤＭ方式による通信性能の向上効果を得ることが可能になる。例えば、既存のインフラを有効に活用しつつ、周波数利用効率の向上効果やマルチパス耐性の向上効果を享受することが可能な可視光通信システムが実現される。

［可視光通信システムＬＳ３の構成］
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の一変形例である可視光通信システムＬＳ３の構成について説明する。図３は、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ３の一構成例を示す説明図である。

図３に示すように、可視光通信システムＬＳ３は、送信装置１００と、受信装置２００とにより構成される。送信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換部１０２と、変調部１０４と、乗算器１０６と、ドライバ回路１１０と、発光素子１１２とを有する。つまり、送信装置１００の構成は、上記の可視光通信システムＬＳ２のものと同じである。一方、受信装置２００は、イメージセンサ２３２と、ＤＦＴ部と、復調部２０８と、Ｐ／Ｓ変換部２１０とを有する。但し、ＤＦＴ部は、乗算器２０４、及び積分回路２０６により構成される。なお、ＤＦＴとは、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略である。上記のように、可視光通信システムＬＳ２、ＬＳ３の間の主な相違点は、受信装置２００が有する受光手段の違いにある。そこで、この受光手段の違いを中心に説明する。

イメージセンサ２３２は、送信装置１００が有する複数の発光素子１１２から発せされた光を受信信号に変換する手段である。但し、イメージセンサ２３２は、受光位置に応じて各発光素子１１２を特定することができる。例えば、イメージセンサ２３２は、位置（Ｘ１，Ｙ１）の画素で受光された光を送信装置１００の発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１））が発光した光であると特定することができる。このように、イメージセンサ２３２の各画素に入力される光は、各発光素子１１２が発光した光となる。そのため、イメージセンサ２３２は、各発光素子１１２で発せられた光の受光強度に応じた受信信号をＤＦＴ部に入力する。ここで、キャリア周波数毎の変調信号を取り出すためにＦＦＴ処理ではなくＤＦＴ処理を用いる理由は、イメージセンサ２３２の出力において既に信号がキャリア周波数毎に分離されているからである。イメージセンサ２３２の出力にＤＦＴ処理が施され、その処理結果に対して復調部２０８で復調処理が施され、さらに、Ｐ／Ｓ変換部２１０で並直列変換が施されることで、送信データｄが復元される。

以上、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ３の構成について説明した。上記のような構成を用いることで、受信装置２００が有する受光手段のダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。

［可視光通信システムＬＳ４の構成］
次に、図４を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の一変形例である可視光通信システムＬＳ４の構成について説明する。図４は、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ４の一構成例を示す説明図である。

図４に示すように、可視光通信システムＬＳ４は、送信装置１００と、受信装置２００とにより構成される。送信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換部１０２と、変調部１０４と、乗算器１０６と、ドライバ回路１１０と、発光素子１５２とを有する。但し、本変形例の送信装置１００に設けられた複数の発光素子１５２は、互いに異なる色（光周波数Ｃ１〜Ｃｎ）で発光するものである。一方、受信装置２００は、受光素子２５２と、ＤＦＴ部と、復調部２０８と、Ｐ／Ｓ変換部２１０とを有する。但し、ＤＦＴ部は、乗算器２０４、及び積分回路２０６により構成される。上記のように、可視光通信システムＬＳ２、ＬＳ４の間の主な相違点は、送信装置１００が有する発光手段、及び受信装置２００が有する受光手段の違いにある。そこで、これら手段の違いを中心に説明する。

上記の可視光通信システムＬＳ２と同様に、各発光素子１５２（ＬＥＤ（Ｃ１）〜ＬＥＤ（Ｃｎ））は、それぞれ各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で発光する。但し、各発光素子１５２は、互いに異なる色（Ｃ１〜Ｃｎ）の光を発する。各色Ｃ１〜Ｃｎに信号を割り当てて伝送路多重することから、本変形例は、所謂ＷＤＭ（Ｗａｖｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の技術を本実施形態の可視光通信システムＬＳ２に組み合わせたものと捉えることができる。各色Ｃ１〜Ｃｎの発光素子１５２から発せられた光は、受信装置２００が有する各色Ｃ１〜Ｃｎの受光素子２５２で受光される。受光素子２５２には、対応する色のフィルタを有するＰＤ（所謂カラーセンサ）が用いられる。各色の受光素子２５２から出力される信号に対し、ＤＦＴ部でＤＦＴ処理が施され、復調部２０８で復調処理が施され、Ｐ／Ｓ変換部２１０で並直列変換が施されることで、送信データｄが復元される。

以上、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ４の構成について説明した。上記のような構成を用いることで、受信装置２００が有する受光手段のダイナミックレンジを低く抑えることが可能になる。なお、ＷＤＭの場合には、発光素子１５２、及び受光素子２５２の光周波数特性に起因する色間干渉が問題となるが、本変形例の場合、ＯＦＤＭキャリアの直交性により各色の信号が分離できるため、色間干渉が改善される。従って、本変形例によると、色間干渉の影響を考慮せずとも、ＯＦＤＭ方式の優れた通信特性を継承しつつ、発光手段及び受光手段に求められるダイナミックレンジを低く抑えることができる。その結果、既存のインフラを有効に利用しつつ、通信性能の高い小型で安価な可視光通信システムを構築することが可能になる。

［可視光通信システムＬＳ５の構成］
次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の一変形例である可視光通信システムＬＳ５の構成について説明する。図５は、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ５の一構成例を示す説明図である。

図５に示すように、可視光通信システムＬＳ５は、送信装置１００と、受信装置２００とにより構成される。送信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換部１０２と、変調部１０４と、乗算器１０６と、ドライバ回路１１０と、発光素子１１２とを有する。但し、上記の可視光通信システムＬＳ２とは、ドライバ回路１１０、及び発光素子１１２の数が異なる。特に、本変形例においては、キャリア信号の数ｎよりもドライバ回路１１０、及び発光素子１１２の数Ｎが大きく（ｎ＜Ｎ）なるように構成されている。一方で、受信装置２００の構成は、可視光通信システムＬＳ２のものと実質的に同一である。上記のように、可視光通信システムＬＳ２、ＬＳ５の間の主な相違点は、送信装置１００が有する発光手段の違いにある。

まず、送信データｄは、Ｓ／Ｐ変換部１０２により直並列変換される。そして、Ｓ／Ｐ変換部１０２からキャリア数分のデータ列が出力される。但し、キャリア数はｎである。Ｓ／Ｐ変換部１０２から出力される各キャリアに対応するデータ列は、変調部１０４により所定の多値数（例えば、２値）で変調される。そして、変調部１０４から変調信号が出力される。変調部１０４から出力されるキャリア毎の変調信号は、乗算器１０６に入力される。乗算器１０６では、変調信号に各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆｎｔ）が乗算される。但し、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するｎ個のキャリア正弦波信号は、互いに直交関係を有するものである。

ここまでの処理は上記の可視光通信システムＬＳ２のものと同じである。しかし、乗算器１０６から出力されたキャリア信号は、複数のドライバ回路１１０に入力される。例えば、乗算器１０６でキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）が乗算されたキャリア信号は、分岐されて２つのドライバ回路１１０（Ｄ１、Ｄ２）に入力される。ドライバ回路１１０は、発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（ＷＮ））毎に設けられており、各発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（ＷＮ））を駆動するために用いられる。キャリア信号が入力されると、ドライバ回路１１０は、入力されたキャリア信号に基づいて発光素子１１２に供給される電流量を制御し、キャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる。この点は、可視光通信システムＬＳ２のものと同じであるが、同じキャリア信号に基づいて複数の発光素子１１２が発光制御される点が異なる。このような構成にすることで、キャリア信号の数ｎよりも発光素子１１２の数Ｎが大きい場合（ｎ＜Ｎ）にも本実施形態に係る技術を好適に用いることができる。

以上、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ５の構成について説明した。上記の通り、本実施形態においては、各キャリア周波数に対応するキャリア信号をドライバ回路１１０の前段で加算せず、各キャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる構成に特徴がある。この特徴は、キャリア信号の数ｎよりも発光素子１１２の数Ｎが大きい場合（ｎ＜Ｎ）においても同様である。従って、ドライバ回路１１０の前段で各キャリア信号を加算しないために、ＯＦＤＭ方式におけるＰＡＰＲ増加の問題が発生せず、各キャリア周波数に対応するドライバ回路１１０及び発光素子１１２に対して要求されるダイナミックレンジが低く抑えられる。その結果、小型で安価なＬＥＤ駆動回路及びＬＥＤを用いて、ＯＦＤＭ方式による通信性能の向上効果を得ることが可能になるという格別の効果が得られる。

［可視光通信システムＬＳ６の構成］
次に、図６を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ２の一変形例である可視光通信システムＬＳ６の構成について説明する。図６は、本実施形態の一変形例に係る可視光通信システムＬＳ６の一構成例を示す説明図である。

図６に示すように、可視光通信システムＬＳ５は、送信装置１００と、受信装置２００とにより構成される。送信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換部１０２と、変調部１０４と、乗算器１０６と、ドライバ回路１１０と、発光素子１１２とを有する。但し、上記の可視光通信システムＬＳ２とは、ドライバ回路１１０、及び発光素子１１２の数が異なる。特に、本変形例においては、キャリア信号の数ｎよりもドライバ回路１１０、及び発光素子１１２の数Ｎが小さく（ｎ＞Ｎ）なるように構成されている。また、乗算器１０６の後段に加算器が設けられている点も異なる。一方で、受信装置２００の構成は、可視光通信システムＬＳ２のものと実質的に同一である。上記のように、可視光通信システムＬＳ２、ＬＳ６の間の主な相違点は、送信装置１００が有する発光手段の違いにある。

まず、送信データｄは、Ｓ／Ｐ変換部１０２により直並列変換される。そして、Ｓ／Ｐ変換部１０２からキャリア数分のデータ列が出力される。但し、キャリア数はｎである。Ｓ／Ｐ変換部１０２から出力される各キャリアに対応するデータ列は、変調部１０４により所定の多値数（例えば、２値）で変調される。そして、変調部１０４から変調信号が出力される。変調部１０４から出力されるキャリア毎の変調信号は、乗算器１０６に入力される。乗算器１０６では、変調信号に各キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆｎｔ）が乗算される。但し、キャリア周波数ｆ１〜ｆｎに対応するｎ個のキャリア正弦波信号は、互いに直交関係を有するものである。

ここまでの処理は上記の可視光通信システムＬＳ２のものと同じである。しかし、複数の乗算器１０６から出力されたキャリア信号は、加算器に入力されて加算され、ドライバ回路１１０に入力される。例えば、乗算器１０６でキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）が乗算されたキャリア信号、及び乗算器１０６でキャリア正弦波信号ｃｏｓ（２πｆ２ｔ）が乗算されたキャリア信号は、加算器に入力されて加算され、ドライバ回路１１０（Ｄ１）に入力される。ドライバ回路１１０は、発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（ＷＮ））毎に設けられており、各発光素子１１２（ＬＥＤ（Ｗ１）〜ＬＥＤ（ＷＮ））を駆動するために用いられる。キャリア信号が入力されると、ドライバ回路１１０は、入力されたキャリア信号に基づいて発光素子１１２に供給される電流量を制御し、キャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる。この点は、可視光通信システムＬＳ２のものと同じであるが、加算後のキャリア信号に基づいて各発光素子１１２が発光制御される点が異なる。このような構成にすることで、キャリア信号の数ｎよりも発光素子１１２の数Ｎが小さい場合（ｎ＞Ｎ）にも本実施形態に係る技術を好適に用いることができるようになる。

以上、本実施形態に係る可視光通信システムＬＳ６の構成について説明した。上記の通り、本変形例においては、全てのキャリア周波数に対応する全てのキャリア信号をドライバ回路１１０の前段で加算せず、一部のキャリア信号を加算した加算後のキャリア信号の信号振幅に応じた発光強度で各発光素子１１２を発光させる構成に特徴がある。従って、ドライバ回路１１０の前段で全てのキャリア信号を加算しない分だけ、ＯＦＤＭ方式におけるＰＡＰＲ増加の問題が抑制され、各ドライバ回路１１０及び発光素子１１２に対して要求されるダイナミックレンジが低く抑えられる。その結果、小型で安価なＬＥＤ駆動回路及びＬＥＤを用いて、ＯＦＤＭ方式による通信性能の向上効果を得ることが可能になるという格別の効果が得られる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の説明においては、発光手段としてＬＥＤを例に挙げて説明した。しかしながら、発光手段としては、ＬＥＤの他にも、例えば、ＬＤ、ＳＬＤ等の半導体発光素子、蛍光灯、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）装置、有機電界発光（ＥＬ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置等が用いられる。

ＯＦＤＭ方式を採用した可視光通信システムの構成の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る可視光通信システムの一構成例を示す説明図である。 同実施形態の一変形例に係る可視光通信システムの一構成例を示す説明図である。 同実施形態の一変形例に係る可視光通信システムの一構成例を示す説明図である。 同実施形態の一変形例に係る可視光通信システムの一構成例を示す説明図である。 同実施形態の一変形例に係る可視光通信システムの一構成例を示す説明図である。

符号の説明

ＬＳ２ 可視光通信システム
ＬＳ３ 可視光通信システム
ＬＳ４ 可視光通信システム
ＬＳ５ 可視光通信システム
ＬＳ６ 可視光通信システム
１００ 送信装置
１０２ Ｓ／Ｐ変換部
１０４ 変調部
１０６ 乗算器
１１０ ドライバ回路
１１２ 発光素子
１５２ 発光素子
２００ 受信装置
２０２ 受光素子
２５２ 受光素子
２０４ 乗算器
２０６ 積分回路
２０８ 復調部
２１０ Ｐ／Ｓ変換部
２３２ イメージセンサ

Claims (12)

1. 可視光通信のための送信装置であって、
   Ｎ個の発光素子と、
   送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換部と、
   前記直並列変換部で生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調部と、
   前記変調部で生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算部と、
   前記キャリア信号乗算部で生成されたＮ個の送信信号に応じて前記Ｎ個の発光素子を発光させる発光制御部と、
   を有する、送信装置。
2. 前記Ｎ個の発光素子は、互いに色の異なる光を発光する、
   請求項１に記載の送信装置。
3. Ｎ個の発光素子を有する送信装置による信号送信方法であって、
   送信データを直並列変換してＮ個のデータ列を生成する直並列変換段階と、
   前記直並列変換段階で生成されたＮ個のデータ列を所定の多値数でキャリア毎に変調してＮ個の変調信号を生成する変調段階と、
   前記変調段階で生成されたＮ個の変調信号に対して互いに直交するＮ個のキャリア信号を各々乗算してＮ個の送信信号を生成するキャリア信号乗算段階と、
   前記キャリア信号乗算段階で生成されたＮ個の送信信号に応じて前記Ｎ個の発光素子を発光させる発光制御段階と、
   を有する、信号送信方法。
4. 前記Ｎ個の発光素子は、互いに色の異なる光を発光する、
   請求項３に記載の信号送信方法。
5. 可視光通信のための受信装置であって、
   送信装置が有するＮ個の発光素子で発光され、伝送路で空間多重された光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力するＮ個の受光素子と、
   前記Ｎ個の受光素子から出力された受信信号に対し、前記Ｎ個のキャリア信号を用いてＦＦＴ処理を施すことで前記キャリア毎に変調されたＮ個の変調信号を抽出するＦＦＴ部と、
   前記ＦＦＴ部で抽出された各変調信号を復調する復調部と、
   を有する、受信装置。
6. 前記Ｎ個の受光素子は、
   前記Ｎ個の発光素子が発光した光の強度を個々に検出して前記各発光素子に対応する受信信号を出力するイメージセンサを含む、
   請求項５に記載の受信装置。
7. 前記Ｎ個の受光素子は、
   互いに色の異なる光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する、
   請求項５に記載の受信装置。
8. 前記受光素子は、
   前記Ｎ個の発光素子から発光された、互いに色の異なる光に対応する色のフィルタを有するカラーセンサを含む、
   請求項５に記載の受信装置。
9. 送信装置が有するＮ個の発光素子で発光された光を受光する受信装置による信号受信方法であって、
   前記Ｎ個の受光素子から出力された受信信号に対し、前記Ｎ個のキャリア信号を用いてＦＦＴ処理を施すことで前記キャリア毎に変調されたＮ個の変調信号を抽出するＦＦＴ段階と、
   前記ＦＦＴ段階で抽出された各変調信号を復調する復調段階と、
   を有し、
   前記Ｎ個の受光素子は、伝送路で空間多重された光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する、
   信号受信方法。
10. 前記Ｎ個の受光素子は、
    前記Ｎ個の発光素子が発光した光の強度を個々に検出して前記各発光素子に対応する受信信号を出力するイメージセンサを含む、
    請求項９に記載の信号受信方法。
11. 前記Ｎ個の受光素子は、
    互いに色の異なる光を受光して当該受光強度に応じた受信信号を出力する、
    請求項９に記載の信号受信方法。
12. 前記Ｎ個の受光素子は、
    前記Ｎ個の発光素子から発光された、互いに色の異なる光に対応する色のフィルタを有するカラーセンサを含む、
    請求項９に記載の信号受信方法。

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