JP5539247B2 - 可視光通信装置 - 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。
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。
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り、また、変電所内などのように、電磁波の影響を強く受ける環境で、電波を使用した無線ＬＡＮを通して情報端末を使用したい場合、電磁波による雑音が非常に大きく、正常な無線情報通信を行うことは難しい。
そこで、近年、可視光を通信媒体として情報を伝送する可視光通信が開発され、下記特許文献１などにおいて、可視光を通信媒体とした可視光通信システムが提案されている。
この従来の可視光通信システムは、天井部に取り付けた可視光通信照明器具に可視光通信用の送信器を取り付け、情報信号をマンチェスター符号化方式などにより符号化して照明光に重畳させ、照明器具を点灯することにより、使用者が携帯する受信器に対し、照明器具から可視光信号を送信し、受信器で受光した可視光から情報信号を復調して取り出す装置である。しかし、この可視光通信システムでは、通信方式としてマンチェスター符号化方式などのベースバンド方式を使用するため、大容量の高速通信ができず、携帯情報端末などに大容量の画像信号などを高速で送信することは不可能であった。
一方、上記特許文献２において、高速通信の可能なＯＦＤＭ方式を用いて可視光通信を行う可視光通信装置が提案されている。このＯＦＤＭ方式を用いた可視光通信装置は、可視光の三原色である赤色光、緑色光、及び青色光に、ＯＦＤＭの３つのサブキャリア信号成分を割り当てて変調し、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの発光動作により照射される可視光に、送信データ信号を重畳させて送信するように構成される。
しかしながら、発光色の異なるＬＥＤは、一般に、三原色である赤色光、緑色光、及び青色光を照射する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤとなるため、ＯＦＤＭのサブキャリア信号は３つに限定される。このため、例えば、近年のブロードバンドインターネット接続などで使用される数百から数千のサブキャリア数を有するＯＦＤＭ方式の広帯域のデジタル通信を、アクセスポイントと携帯情報端末間で無線通信により行う場合、３つのサブキャリア信号を用いるＯＦＤＭ方式の可視光通信装置では、大容量の無線通信を高速で行うことが難しいという課題があった。
本発明は、上述の課題を解決するものであり、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双方向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。
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、
電力線通信システム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通信を行い、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、該携帯情報端末の端末送信部のＬＥＤ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ＬＥＤから投光する端末送信部と、該アクセスポイントのアクセスポイント送信部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、が設けられた可視光通信装置であって、
アクセスポイント送信部は、
該電力線通信システムを介して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照明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ＬＥＤから投光された、情報信号を重畳した可視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受光信号を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可視光に重畳させるように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ＬＥＤから照明投光され、情報信号を重畳した照明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受光信号を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、
前記端末受信部の受光器の受光素子の出力側に、電流／電圧変換器が接続され、該電流／電圧変換器には、該受光素子の光電流を電圧信号として出力するための負荷抵抗が該受光素子の出力側に接続され、該負荷抵抗とグランド間にコイルが接続され、
前記電流／電圧変換器には、複数の負荷抵抗及び該負荷抵抗と直列接続されたコイルが複数個並列に接続し、前記アクセスポイント送信部の灯具の照度に応じて、該電流／電圧変換器の該負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換手段が設けられ、
前記アクセスポイントのアクセスポイント送信部は該電力線通信システムを通して送られた情報信号を灯具のＬＥＤの照明光に重畳して該携帯情報端末に送信し、該携帯情報端末の端末送信部は情報信号をＬＥＤの可視光に重畳して該アクセルポイントに送信し、該アクセスポイントと該携帯情報端末間で双方向可視光通信を行うことを特徴とする。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。
電力線通信システム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通信を行い、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、該携帯情報端末の端末送信部のＬＥＤ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ＬＥＤから投光する端末送信部と、該アクセスポイントのアクセスポイント送信部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、が設けられた可視光通信装置であって、
アクセスポイント送信部は、
該電力線通信システムを介して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照明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ＬＥＤから投光された、情報信号を重畳した可視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受光信号を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可視光に重畳させるように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ＬＥＤから照明投光され、情報信号を重畳した照明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受光信号を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、
前記端末受信部の受光器の受光素子の出力側に、電流／電圧変換器が接続され、該電流／電圧変換器には、該受光素子の光電流を電圧信号として出力するための負荷抵抗が該受光素子の出力側に接続され、該負荷抵抗とグランド間にコイルが接続され、
前記電流／電圧変換器には、複数の負荷抵抗及び該負荷抵抗と直列接続されたコイルが複数個並列に接続し、前記アクセスポイント送信部の灯具の照度に応じて、該電流／電圧変換器の該負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換手段が設けられ、
前記アクセスポイントのアクセスポイント送信部は該電力線通信システムを通して送られた情報信号を灯具のＬＥＤの照明光に重畳して該携帯情報端末に送信し、該携帯情報端末の端末送信部は情報信号をＬＥＤの可視光に重畳して該アクセルポイントに送信し、該アクセスポイントと該携帯情報端末間で双方向可視光通信を行うことを特徴とする。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。
この発明によれば、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、ＯＦＤＭ方式により可視光を通信媒体とした大容量で高速の双方向無線通信を行うことができ、電界の影響を受けやすい変電所内などでも、ネットワーク接続されたアクセスポイントと携帯情報端末間で、可視光により画像データなどの大容量高速通信を安定して行うことができる。また、アクセスポイントは電力線通信システムに接続され、灯具の電源線を使用する電力線通信システムを通してネットワークに接続されるので、ＬＡＮケーブルを配線する必要がなく、ＬＡＮケーブルの配線が難しい室内においても、簡便にアクセスポイントを設置することができる。
また、上記端末受信部の受光器の受光素子の出力側に接続された電流／電圧変換器には、受光素子の光電流を電圧信号として出力するための負荷抵抗が受光素子の出力側に接続され、負荷抵抗とグランド間にコイルが接続されるので、受光器の受光素子の出力インピーダンスを高インピーダンスとして、光電流内の高周波電圧信号を効率よく取り出すことができる。
また、上記電流／電圧変換器には、複数の負荷抵抗及び該負荷抵抗と直列接続されたコイルが、複数個並列に接続され、上記アクセスポイント送信部の灯具の照度に応じて、該電流／電圧変換器の該負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換手段が設けられる。
この発明によれば、アクセスポイント送信部の灯具の照度が低くまたは高く変化した場合でも、微弱な高周波受信信号を増幅する増幅器が飽和することなく、広いダイナミックレンジで高周波信号を増幅し、端末受信部はアクセスポイント送信部からの情報信号を正確に受信することができる。
ここで、抵抗切換手段は、上記電流／電圧変換器から出力される信号に基づき照度信号を出力する照度検出回路と、該照度検出回路から出力される照度信号に基づき上記電流／電圧変換器の負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換回路を備えて構成することができる。
この発明によれば、簡単な回路により、照度に応じて電流／電圧変換器の負荷抵抗の抵抗値を切り換えることができる。
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／電圧変換器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。
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、ソースフォロワ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。
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。
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。
また、上記帯域補正増幅器の出力側に高周波送信信号を増幅する送信信号増幅器を接続し、送信信号増幅器の出力側に、送信信号増幅器の出力側を低インピーダンスとするインピーダンスマッチング回路を接続することが望ましい。
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、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て簡単に接続することができる。
本発明の可視光通信装置によれば、灯具の内部にアクセスポイントを簡単に設置することができ、ＬＡＮケーブルの配線が難しい室内などにアクセスポイントを簡便に設置して、アクセスポイントと携帯情報端末との間で、可視光を通信媒体とした、ＯＦＤＭ方式による大容量で高速の双方向無線通信を行うことができる。
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、電力線通信システムＳ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、電力線通信システムＳ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。
[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、電力線通信システムＳ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。
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。
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、電力線通信システムＳから送られた送信用のパケットデータを入力する。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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緩衝増幅器２８を通して帯域補正増幅器３１に出力される。緩衝増幅器２８は高入力インピーダンス、低出力インピーダンスを有し、インピーダンス変換のために接続される。
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。このために、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。
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。
帯域補正増幅器３１の出力側には、緩衝増幅器２９を介して、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。緩衝増幅器２８は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回路である。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。
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ため、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、図５に示すように、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。
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。
[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。
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。
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、光電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換器５３が接続される。電流／電圧変換器５３は、切り換え可能な２系統の抵抗回路から構成され、抵抗Ｒ１、コイルＬ１、Ｌ２及び抵抗Ｒ２、コイルＬ３、Ｌ４をグランドとの間に直列に接続した２系統の抵抗回路が、上記抵抗切換手段５０(図３)となる切換器５２に接続され、受光器４１が受光する可視光の照度に応じて、切換器５２の操作により、受光素子の負荷抵抗つまり抵抗Ｒ１、Ｒ２の回路を切り換えるように構成される。
電流／電圧変換器５３の抵抗Ｒ１、Ｒ２の値は、受光器４１が受光する可視光の照度が低い場合、電圧信号を大きく取り出すために、抵抗値を高く設定し、受光器４１が受光する可視光の照度が高い場合、電圧信号を低くして取り出すように、抵抗値を小さくして設定され、可視光の照度に応じて受光器４１の負荷抵抗を切り換える。これにより、後段の高周波増幅器４３が、可視光の照度が高い場合でも、飽和せずに高周波電圧信号を増幅し、また低照度時でも信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅するようになっている。また、抵抗Ｒ１、Ｒ２には各々２個のコイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３，Ｌ４が直列接続され、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。
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／電圧変換器５３と高周波増幅器４３との間に、ソースフォロワー回路５４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、ソースフォロワー回路５４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に出力する。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Ｒ３、及びコネクタＣＮ２を通して、図３に示す復調部４４に接続される。
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。
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。
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を通して電力線通信システムＳ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(図５)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。なお、携帯情報端末５の端末送信部６及び端末受信部７について、上記アクセスポイント１のアクセスポイント送信部２及びアクセスポイント受信部４と同様な構成部分には、図３，４に示すように、同一の符号を付して説明している。
[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(図５)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。なお、携帯情報端末５の端末送信部６及び端末受信部７について、上記アクセスポイント１のアクセスポイント送信部２及びアクセスポイント受信部４と同様な構成部分には、図３，４に示すように、同一の符号を付して説明している。
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。
図４に示すように、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。
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。
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。
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が緩衝増幅器２８を介してＯＦＤＭ変調器２０の出力側に接続される。
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。
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。
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緩衝増幅器２８を通して、帯域補正増幅器３１に出力される。緩衝増幅器２８は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回路である。
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。
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。
帯域補正増幅器３１の出力側には、緩衝増幅器２９を介して、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。
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。
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]
図４に示すように、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、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取り出して電圧信号に変換する電流／電圧変換器５３と、電流／電圧変換器５３から出力された高周波電圧信号を入力し、その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。
[端末受信部の構成]
図４に示すように、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、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取り出して電圧信号に変換する電流／電圧変換器５３と、電流／電圧変換器５３から出力された高周波電圧信号を入力し、その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。
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。
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、光電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換器５３が接続される。電流／電圧変換器５３は、切り換え可能な２系統の抵抗回路から構成され、抵抗Ｒ１、コイルＬ１、Ｌ２及び抵抗Ｒ２、コイルＬ３、Ｌ４をグランドとの間に直列に接続した２系統の抵抗回路が、上記抵抗切換手段５０となる切換器５２に接続され、受光器４１が受光する可視光の照度に応じて、切換器５２の操作により、抵抗回路つまり抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の回路を切り換えるように構成される。電流／電圧変換器４２ａの抵抗Ｒ１、Ｒ２の値は、受光器４１が受光する可視光の照度が低い場合、電圧信号を大きく取り出すために、抵抗値を高く設定し、受光器４１が受光する可視光の照度が高い場合、電圧信号を低くして取り出すように、抵抗値を小さく設定され、可視光の照度に応じて抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の回路を切り換える。
これにより、端末受信部７がアクセスポイント送信部２に非常に接近し、或いは太陽光などの影響により、端末受信部７の受光器４１に入射する可視光の照度が高い場合でも、後段の高周波増幅器４３が飽和せずに高周波電圧信号を増幅し、また低照度時でも受信信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅できるようにしている。また、抵抗Ｒ１、Ｒ２には各々２個のコイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３，Ｌ４が直列接続され、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。
さらに、端末受信部７では、図６に示す如く、電流／電圧変換器５３と高周波増幅器４３との間に、ソースフォロワー回路５４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、ソースフォロワー回路５４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Ｒ３、及びコネクタＣＮ２を通して、図４に示す復調部４４に接続される。
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。
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。
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。
[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。
アクセスポイント送信部２が起動し、電力線通信システムＳ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。
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。
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。
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。
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、緩衝増幅器２８を通して帯域補正増幅器３１に出力される。
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、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。
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。帯域補正増幅器３１から帯域補正をしつつ増幅された高周波送信信号は緩衝増幅器２９を通して送信信号増幅器３２に入力される。
送信信号増幅器３２では、図５に示す如く、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。
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、光電流は電流／電圧変換器５３により電圧信号に変換され、直流成分を除去された電圧信号（高周波受信信号）が緩衝増幅器４２に入力される。
このとき、抵抗切換手段５０の切換器５２は、受光器４１が受光する可視光の照度が低い場合、電圧信号を高く取り出すために、電流／電圧変換器５３の抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値の大きい側に切り換え、受光器４１が受光する可視光の照度が高い場合、電圧信号を低くして取り出すために、抵抗値の小さい側に切り換える。
これにより、例えば、端末受信部７がアクセスポイント送信部２に非常に接近し、或いは太陽光などの影響により、端末受信部７の受光器４１に入射する可視光の照度が高い場合でも、後段の高周波増幅器４３が飽和せずに高周波電圧信号を増幅することができる。また、端末受信部７の受光器４１が受光するアクセスポイント送信部２の可視光の照度が低照度時でも、端末受信部７は受信信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅することができる。また、電流／電圧変換器５３の抵抗Ｒ１、Ｒ２には、各々２個のコイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３，Ｌ４が直列接続されるので、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。
電流／電圧変換器５３から出力された高周波電圧信号は、緩衝増幅器４２を通して高周波増幅器４３に入力されるが、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。
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。
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。
一方、アクセスポイント１にアップリンクして携帯情報端末５から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。
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。
図４に示すように、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。
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。
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、緩衝増幅器２８を通して帯域補正増幅器３１に出力される。
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。帯域補正増幅器３１で帯域補正された高周波送信信号は緩衝増幅器２９を通して送信信号増幅器３２に入力される。
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。
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、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。
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は光電流を電流／電圧変換器５３に出力し、電流／電圧変換器５３は光電流を電圧信号に変換し、直流成分を除去されて交流電圧信号（高周波受信信号）が発生する。
このアクセスポイント受信部４の受信動作においても、上記と同様、図６に示す切換器５２は、受光器４１が受光する可視光の照度が低い場合、電圧信号を高く取り出すために、電流／電圧変換器５３の抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値の大きい側に切り換え、受光器４１が受光する可視光の照度が高い場合、電圧信号を低くして取り出すために、抵抗値の小さい側に切り換える。
これにより、例えば、端末送信部６がアクセスポイント受信部４に非常に接近し、或いは太陽光などの影響により、アクセスポイント受信部４の受光器４１に入射する可視光の照度が高い場合でも、後段の高周波増幅器４３が飽和せずに高周波電圧信号を増幅することができる。また、受光器４１が受光する端末送信部６からの可視光の照度が低照度時でも、アクセスポイント受信部４は受信信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅することができる。また、電流／電圧変換器５３の抵抗Ｒ１、Ｒ２には、各々２個のコイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３，Ｌ４が直列接続されるので、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。
電流／電圧変換器５３から抽出された高周波受信信号は、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。
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。
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、電力線通信システムＳに出力する。
このように、電力線通信システムＳ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、ＯＦＤＭ方式により可視光を通信媒体とした大容量で高速の双方向無線通信を行うことができ、電界の影響を受けやすい変電所内などでも、ネットワーク接続されたアクセスポイント１と携帯情報端末５間で、可視光により画像データなどの大容量高速通信を安定して行うことができる。また、アクセスポイント１は電力線通信システムＳに接続され、灯具３の電源線を使用する電力線通信システムＳを通してネットワークに接続されるので、ＬＡＮケーブルを配線する必要がなく、ＬＡＮケーブルの配線が難しい室内においても、簡便にアクセスポイント１を設置することができる。
図７は他の実施形態のアクセスポイント受信部４及び端末受信部７の受信回路を示している。図７の受信回路は、受光器４１が受光した可視光の照度を検出し、その照度に応じて自動的に電流／電圧変換器５６の抵抗Ｒ１，Ｒ２を、抵抗切換回路５９により切り換えるように構成される。この受信回路では、抵抗Ｒ１の抵抗値は高く、抵抗Ｒ２の抵抗値は低く設定される。つまり、電流／電圧変換器５６の抵抗Ｒ１の抵抗値は、照度の低いときに合わせて、微弱な光電流から比較的高い電圧信号を取り出し得るように、抵抗Ｒ２の抵抗値と比較して高く設定され、一方、抵抗Ｒ２の抵抗値は、照度の高いときに、中間レベルの電圧信号を取り出し、高周波増幅器４３が飽和せずに高周波信号を増幅できるように、抵抗Ｒ１より低く設定される。
抵抗切換回路５９は、図７に示すように、抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２に対し、各々２個のスイッチングＦＥＴ３，４及びスイッチングＦＥＴ５，６を接続し、それらのスイッチングＦＥＴ３〜６の動作により、抵抗Ｒ１または抵抗Ｒ２を選択的に、コイルＬ１またはコイルＬ２を通してグランドに接続して、抵抗Ｒ１または抵抗Ｒ２の何れか一方に光電流を流し電圧信号を発生させるように構成される。このために、各々２対のスイッチングＦＥＴ３〜６はそのソース・ドレイン間が相互に接続され、さらにスイッチングＦＥＴ３のドレインが抵抗Ｒ１に接続され、スイッチングＦＥＴ５のドレインが抵抗Ｒ２に接続され、スイッチングＦＥＴ４のソースにコイルＬ１が接続され、スイッチングＦＥＴ６のソースにコイルＬ２が接続される。また、２対のスイッチングＦＥＴ３〜６のゲートには、ＦＥＴのスイッチング用に、切換制御回路５８から出力される高レベル切換信号を印加する第１回路５８ａ及び第２回路５８ｂが接続され、第１回路５８ａには低照度時に高レベル信号が出力され、第２回路５８ｂには低照度時、高レベル信号が出力される。
切換制御回路５８は、受光器４１の受光レベルつまりアクセスポイント送信部２または端末送信部６から照射される可視光の照度に応じて、照度検出回路５７から出力される照度信号を入力し、その照度信号のレベルが所定の基準値より高い高照度のとき、第２回路５８ｂを高レベルとし、照度信号のレベルが所定の基準値より低い低照度のとき、第１回路５８ａを高レベルとするように構成される。
また、照度検出回路５７は、受光器４１の出力側に発生する電圧信号をオペアンプＯＰ１に入力し、オペアンプＯＰ１から照度信号を切換制御回路５８に出力するように構成される。なお、オペアンプＯＰ１の出力側には、別のオペアンプＯＰ２を通して、抵抗Ｒ１，Ｒ２の切換状態を示す切換状態信号を、切換制御回路５８に出力する回路が接続される。
一方、受光器４１から出力された光電流を電圧信号に変換して得られる高周波受信信号を増幅する回路には、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２を使用した緩衝増幅器４２が接続され、特に、高周波増幅器４３側のＦＥＴ２は、ソースフォロワー回路５４を有して構成され、高周波増幅器４３の入力側を低インピーダンスとして、次段の高周波増幅器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。
つまり、高周波電圧信号を増幅する高周波増幅器４３の入力側には、緩衝増幅器４２のＦＥＴ２に設けたソースフォロワー回路５４が接続され、緩衝増幅器４２の１段目のＦＥＴ１には、図７のように、ＦＥＴ１のゲート入力側に、２個のコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続し、２段目のＦＥＴ２のソースにソースフォロワー回路５４を接続するようにし、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抽出するようにしている。図７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を通して、図３に示す復調部４４に接続される。
上記構成の受信回路は、上記アクセスポイント受信部４及び端末受信部７の受信回路として使用される。アクセスポイント受信部４または端末受信部７が起動して、受光器４１が可視光を受光すると、図７の受光器４１が受光した可視光に応じて光電流を出力し、光電流は電流／電圧変換器５６により電圧信号に変換され、直流成分を除去された高周波電圧信号（高周波受信信号）が緩衝増幅器４２を通して高周波増幅器に出力される。
このとき、照度検出回路５７は、高周波受信信号の電圧信号をオペアンプＯＰ１に入力し、増幅して、受光した可視光の照度を示す照度信号を発生し、切換制御回路５８に出力する。切換制御回路５８は、照度検出回路５７から照度信号を入力すると共に、オペアンプＯＰ２から切換状態信号を入力し、照度信号の電圧レベルを基準値と比較し、受光した可視光の照度が低く、照度信号の電圧レベルが基準値より低い場合、第１回路５８ａに高レベル信号を出力する。これにより、抵抗切換回路５９のＦＥＴ３，４がオンし、電流／電圧変換器５６の抵抗を、抵抗値の高い抵抗Ｒ１に切り換え、抵抗Ｒ１，コイルＬ１を通して受光器の光電流をグランドに流す。これにより、受光器４１が受光する可視光の照度が低い場合でも、光電流から高周波電圧信号が十分なレベルで取り出され、受信信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅できるようにする。
一方、受光器４１が受光する可視光の照度が高く、照度信号の電圧レベルが基準値より高い場合、切換制御回路５８は、第２回路５８ｂに高レベル信号を出力する。これにより、抵抗切換回路５９のＦＥＴ５，６がオンし、電流／電圧変換器５６の抵抗が、抵抗値の低い抵抗Ｒ２に切り換えられ、受光器の光電流が抵抗Ｒ２，コイルＬ２を通してグランドに流れる。これにより、受光器４１が受光する可視光の照度が高い場合、光電流から抽出させる高周波電圧信号は低く抑えられ、後段の高周波増幅器４３は飽和することなく、高周波受信信号を有効に増幅することができる。
これにより、携帯情報端末５の端末受信部７がアクセスポイント送信部２に非常に接近し、或いは太陽光などの影響により、端末受信部７の受光器４１に入射する可視光の照度が高い場合でも、高周波増幅器４３が飽和せずに高周波電圧信号を増幅し、また低照度時でも、受信信号を高周波増幅器４３が有効なレベルまで増幅できるようになる。
また、抵抗切換回路５９の切換時には、電流／電圧変換器５６の抵抗Ｒ１または抵抗Ｒ２に、コイルＬ１またはコイルＬ２が直列接続されるので、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。
そして、電流／電圧変換器５６から出力された高周波電圧信号は、コンデンサＣ１，Ｃ２を通してＦＥＴ１，２からなる緩衝増幅器４２に入力され、緩衝増幅器４２のソースフォロワー回路５４を通して、高周波増幅器４３に入力されるので、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に出力するように動作する。
このように、図７に示す受信回路をアクセスポイント受信部４及び端末受信部７に設けることにより、例えばアクセスポイント送信部の灯具の照度が低くまたは高く変化した場合或いは太陽光が受光器４１に入射した場合でも、微弱な高周波受信信号を増幅する高周波増幅器が飽和することなく、広いダイナミックレンジで高周波信号を増幅し、端末受信部はアクセスポイント送信部からの情報信号を正確に受信することができる。また、電流／電圧変換器５６から出力される信号に基づき照度信号を出力する照度検出回路５７、電流／電圧変換器５６の負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換回路５９、及び照度検出回路５７から出力される照度信号に基づき、抵抗切換回路５９の切換動作を制御する切換制御回路５８は、図７に示すように、簡単な回路から構成することができ、アクセスポイント受信部４及び端末受信部７が受光する可視光の照度に応じて、電流／電圧変換器５６の負荷抵抗の抵抗値を自動的に切り換えることができる。
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
２８ 緩衝増幅器
２９ 緩衝増幅器
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
４１ 受光器
４２ 緩衝増幅器
４２ａ 電流／電圧変換器
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
５０ 抵抗切換手段
５２ 切換器
５３ 電流／電圧変換器
５４ ソースフォロワー回路
５６ 電流／電圧変換器
５７ 照度検出回路
５８ 切換制御回路
５８ａ 第１回路
５８ｂ 第２回路
５９ 抵抗切換回路
Ｓ 電力線通信システム
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
２８ 緩衝増幅器
２９ 緩衝増幅器
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
４１ 受光器
４２ 緩衝増幅器
４２ａ 電流／電圧変換器
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
５０ 抵抗切換手段
５２ 切換器
５３ 電流／電圧変換器
５４ ソースフォロワー回路
５６ 電流／電圧変換器
５７ 照度検出回路
５８ 切換制御回路
５８ａ 第１回路
５８ｂ 第２回路
５９ 抵抗切換回路
Ｓ 電力線通信システム
Claims (6)
- 電力線通信システム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通信を行い、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、該携帯情報端末の端末送信部のＬＥＤ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ＬＥＤから投光する端末送信部と、該アクセスポイントのアクセスポイント送信部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、が設けられた可視光通信装置であって、
アクセスポイント送信部は、
該電力線通信システムを介して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照明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ＬＥＤから投光された、情報信号を重畳した可視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受光信号を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可視光に重畳させるように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ＬＥＤから照明投光され、情報信号を重畳した照明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受光信号を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、
前記端末受信部の受光器の受光素子の出力側に、電流／電圧変換器が接続され、該電流／電圧変換器には、該受光素子の光電流を電圧信号として出力するための負荷抵抗が該受光素子の出力側に接続され、該負荷抵抗とグランド間にコイルが接続され、
前記電流／電圧変換器には、複数の負荷抵抗及び該負荷抵抗と直列接続されたコイルが複数個並列に接続し、前記アクセスポイント送信部の灯具の照度に応じて、該電流／電圧変換器の該負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換手段が設けられ、
前記アクセスポイントのアクセスポイント送信部は該電力線通信システムを通して送られた情報信号を灯具のＬＥＤの照明光に重畳して該携帯情報端末に送信し、該携帯情報端末の端末送信部は情報信号をＬＥＤの可視光に重畳して該アクセルポイントに送信し、該アクセスポイントと該携帯情報端末間で双方向可視光通信を行うことを特徴とする可視光通信装置。 - 前記抵抗切換手段は、前記電流／電圧変換器から出力される信号に基づき照度信号を出力する照度検出回路と、該照度検出回路から出力される照度信号に基づき該電流／電圧変換器の負荷抵抗の抵抗値を切り換える抵抗切換回路とを備えることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
- 前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／電圧変換器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１記載の可視光通信装置。
- 前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が使用されることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
- 前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、帯域補正増幅器が接続され、該帯域補正増幅器は、前記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。
- 前記帯域補正増幅器の出力側に高周波送信信号を増幅する送信信号増幅器が接続され、該送信信号増幅器の出力側に、該送信信号増幅器の出力側を低インピーダンスとする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５記載の可視光通信装置。
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