JP6658598B2 - Visible light communication system and visible light communication method - Google Patents
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Description
この発明は、可視光を用いてデータ伝送を行なう可視光通信システム及び可視光通信方法に関する。 The present invention relates to a visible light communication system and a visible light communication method for performing data transmission using visible light.
無線で情報を伝送する方法として可視光通信がある。可視光通信はLED(Light Emitting Diode)の光にデータを重畳させ、情報を送信する通信方式である。受信装置は、PD(Photo Diode)などの光の強度を検出するセンサーを用いてLED光の強度を検出し、復調を行う。 There is visible light communication as a method for transmitting information wirelessly. Visible light communication is a communication method in which data is superimposed on light of an LED (Light Emitting Diode) and information is transmitted. The receiving device detects the intensity of the LED light using a sensor that detects the intensity of the light, such as a PD (Photo Diode), and performs demodulation.
例えば、天井に設置されたLED照明器を可視光通信の送信装置として、LEDの光にデータを重畳させて発光させ、受光部を備えた受信装置で受光して得られた光の強度に基づいて復調してデータを得る。この可視光通信システムを用いてLED照明器のある位置情報を含むデータを送信することによって、GPS(Global Positioning System)など地下では位置情報が得られない場所であっても、受信装置はLED照明器から伝送された位置情報を取得することができる。 For example, an LED illuminator installed on the ceiling is used as a transmitting device for visible light communication, data is superimposed on LED light to emit light, and based on the intensity of light obtained by receiving the light with a receiving device having a light receiving unit. Demodulated to obtain data. By transmitting data including certain position information of the LED illuminator using this visible light communication system, even if the position information cannot be obtained underground, such as GPS (Global Positioning System), the receiving device can use the LED lighting device. Position information transmitted from the device can be obtained.
照明光を用いた可視光通信の実現方法として、パルス位置変調(PPM:Pulse Position Modulation。以下、PPMとのみ記載する場合がある)と呼ばれる変調方式を用いて情報を伝送する方法がある。PPMは、情報を一定時間幅のパルスの位置に対応させて伝送する方式であり、M−PPMであれば、1シンボルの時間幅をM分割したスロットに分け、伝送する情報に対応するスロットの位置にパルスを立たせる。例えば4−PPMであれば、4つのスロットのうちいずれか一つのスロットをパルスにすることで4種類のパルスのパターンをもつことができるので、1シンボルで4種類、つまり2ビットの情報が伝送することができる。 As a method for realizing visible light communication using illumination light, there is a method of transmitting information using a modulation method called pulse position modulation (PPM). The PPM is a method of transmitting information in correspondence with the position of a pulse having a fixed time width. In the case of M-PPM, the time width of one symbol is divided into M-divided slots, and the number of slots corresponding to the information to be transmitted is determined. Make a pulse at the position. For example, in the case of 4-PPM, four types of pulse patterns can be provided by setting any one of the four slots as a pulse, so that four types, that is, two bits of information are transmitted in one symbol. can do.
この時、PPM信号でパルスが立ったとき照明をOFFに、パルスが存在しないとき照明をONにすることで、照明光に情報を重畳できる。 At this time, the information can be superimposed on the illumination light by turning off the illumination when the pulse rises in the PPM signal and turning on the illumination when there is no pulse.
しかしながら、可視光通信は送信装置が一つの場合に受信装置は受光した可視光からデータを取得することができるが、複数の送信装置から発光させた光を受信装置が同時に受光した場合、それぞれの送信装置からの光を分離してそれぞれのデータを取得することは困難である。例えば、複数の送信装置による光が到達する領域で、それぞれの送信装置から伝送されるデータのうち位置情報など一部の情報だけでも伝送したいデータがあっても、それぞれの送信装置でパルス位置変調された光を正しく分離して復調することは難しい。 However, in the visible light communication, when the number of transmitting devices is one, the receiving device can acquire data from the received visible light, but when the receiving devices simultaneously receive the light emitted from the plurality of transmitting devices, the respective It is difficult to separate the light from the transmitting device and acquire each data. For example, in a region where light from a plurality of transmitting devices reaches, even if there is data to be transmitted with only some information such as position information among data transmitted from each transmitting device, pulse position modulation is performed by each transmitting device. It is difficult to correctly separate the demodulated light and demodulate it.
そこで、それぞれの照明ごとにデータを重畳させて発光する時間を排他的に分けること、つまり時分割に多重することで、受信装置側は他の照明光の影響を受けていない光を受光することができ、それぞれの時間で受光した光からデータを取得するという方法があった(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, by superimposing data for each illumination and exclusively dividing the emission time, that is, by multiplexing in a time-division manner, the receiving device receives light that is not affected by other illumination light. There has been a method of acquiring data from light received at each time (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の方法では、照明が増えれば時分割して多重する対象が増えるため、同じ情報量を伝送するためにかかる時間が長くなるという問題があった。 However, the method of Patent Document 1 has a problem that the time required to transmit the same amount of information increases because the number of objects to be multiplexed in a time-division manner increases as the number of illuminations increases.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の送信装置による光が到達する領域において、送信装置から送信される伝送データの一部を受信可能にする可視光通信システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and it is a visible light communication that enables a part of transmission data transmitted from a transmission device to be received in an area where light from a plurality of transmission devices reaches. The purpose is to provide a system.
この発明に係る可視光通信システムにおいては、可視光を発光して情報を送信する送信装置と、前記送信装置からの前記可視光を受光して前記情報を受信する受信装置とを備える可視光通信システムであって、前記送信装置は、第1の情報を第1の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第1の変調方式を用いて第1の変調信号を生成する第1の変調部と、第2の情報を前記第1の中心周波数よりも低い第2の中心周波数で一次変調を行ない、第2の変調方式を用いた二次変調を行ない第2の変調信号を生成する第2の変調部と、前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、前記重畳信号に基づいて前記可視光の強さを制御して発光する発光部とを備え、前記受信装置は、前記送信装置から発光された光を受光する受光部と、前記受光部が受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、前記平均算出部の算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第2の情報を取得する第1の復調部とを備えることを特徴とするものである。
In a visible light communication system according to the present invention, a visible light communication includes a transmitting device that emits visible light to transmit information, and a receiving device that receives the visible light from the transmitting device and receives the information. A first modulation unit configured to generate a first modulation signal by using a first modulation scheme in which the first information has a constant average amplitude level at a first center frequency. A second modulation is performed by performing primary modulation on the second information at a second center frequency lower than the first center frequency and performing secondary modulation using a second modulation scheme. a modulation unit, wherein the first modulation signal and the second modulated signal and adder for generating a sum to superimposed signals, the light emitting unit that emits light by controlling the intensity of the visible light based on the superimposition signal Wherein the receiving device emits light from the transmitting device. A light receiving unit that receives the light, and an average calculating unit that calculates an average for each predetermined period from a signal obtained by receiving the light, and the calculation result of the average calculating unit corresponds to the secondary modulation. A first demodulation unit for performing secondary demodulation and performing primary demodulation corresponding to the primary modulation to obtain the second information.
この発明は、第1の情報および第2の情報を含む伝送データを伝送する送信装置において、第2の情報について第1の情報を変調するときに用いる第1の中心周波数よりも低い第2の中心周波数で一次変調を行なったものを用いて第2の変調信号を生成する第2の変調部と、前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号を加算した重畳信号に基づいて可視光通信を行なうことで、受信装置側で受光した信号から一定期間ごとの平均を算出して第2の変調信号成分を抽出することができ、抽出した第2の変調信号成分を復調することで、複数の光が到達する領域においても伝送データの一部である第2の情報を受信することができるという効果を奏する。 According to the present invention, in a transmitting apparatus for transmitting transmission data including first information and second information, a second center lower than a first center frequency used when modulating the first information with respect to the second information. A second modulator for generating a second modulation signal using a signal obtained by performing primary modulation at a center frequency; and a visible light based on a superimposed signal obtained by adding the first modulation signal and the second modulation signal. By performing communication, it is possible to extract the second modulation signal component by calculating the average for each fixed period from the signal received by the receiving device, and demodulate the extracted second modulation signal component. There is an effect that the second information which is a part of the transmission data can be received even in a region where a plurality of lights reach.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態にかかる可視光通信システムの設置状況の例を示す図である。本実施の形態にかかる可視光通信システムでは、天井には複数の送信装置10が設けられる。図1ではN個の送信装置10が設けられていることを示す。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an installation state of the visible light communication system according to the present embodiment. In the visible light communication system according to the present embodiment, a plurality of
図1では、隣接して設けられる送信装置10、例えば第1の送信装置10−1が発光する光の到達する領域と第2の送信装置10−2が発光する光の到達する領域とが重複していることを示している。また、受信装置20がその重複している領域で光を受光している状況を示している。
In FIG. 1, a region where light emitted by the transmitting
次に可視光通信システムについて説明する。図2は、本実施の形態にかかる可視光通信システムの概略を示す図である。 Next, the visible light communication system will be described. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the visible light communication system according to the present embodiment.
送信装置10は、第1の変調部101、第2の変調部102、加算部103、D/A変換部104、そして発光部105を備える。伝送データとして第1の情報(大容量情報ともいう)と第2の情報(高信頼情報ともいう)とを入力して発光部105によって伝送データを重畳した照明光を発光する。
The
受信装置20は、受光部201、A/D変換部202、信号分離部203、大容量情報復調部(第2の復調部)204、高信頼情報復調部(第1の復調部)205を備える。送信装置10から発光された光を受光部201が受光して復調することで伝送データS204及びS205を取得する。
The
次に送信装置10について説明する。送信装置10は、伝送データとして第1の情報と第2の情報とを入力する。第1の情報は通常の情報であり、第2の情報は位置情報など第1の情報よりも受信装置20に取得させたい重要な情報を含む。ここで、第2の情報が位置情報や照明識別ID等である場合、第2の情報は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なるものであることが望ましい。第2の情報は送信装置ごとにユニークなものであることが望ましいが、出力する照明光の照射エリアが重複しない位置に設ける送信装置間では同じ情報であっても構わない。
Next, the transmitting
第1の変調部101は、第1の情報を入力して第1の変調を行う。第1の変調は、例えばPPMなど、平均振幅が一定となる変調方式を用いる。平均振幅が一定となる変調方式を採用することで、後述の発光部から出力される光が目に見えるチラつきを生まなくなり、照明として機能することができる。
図3は、実施の形態1にかかる第1の変調方式の例として4−PPM変調方式の例を示す。この場合、第1の変調部101は、第1の情報を4スロットで2ビットのデータ列にして4−PPM変調を行なう。ここで、1スロットの時間をts1と示す。1スロット時間ts1を4スロット分で1シンボルなので、第1の変調での中心周波数(第1の中心周波数)は1/4ts1[Hz]となる。
FIG. 3 shows an example of a 4-PPM modulation method as an example of a first modulation method according to the first embodiment. In this case,
図3のように、4−PPM変調方式では、入力データが00の場合は4スロットのうち1番目のスロットがLowレベル(0)で2番目から4番目までのスロットがHighレベル(1)と変調される。同様に、入力データが01の場合は4スロットのうち2番目のスロットがLowレベル(0)で1番目と3番目と4番目のスロットがHighレベル(1)と変調される。入力データが10の場合は4スロットのうち3番目のスロットがLowレベル(0)で1番目と2番目と4番目のスロットがHighレベル(1)と変調される。入力データが11の場合は4スロットのうち4番目のスロットがLowレベル(0)で1番目から3番目のスロットがHighレベル(1)と変調される。 As shown in FIG. 3, in the 4-PPM modulation system, when the input data is 00, the first slot out of the four slots is at the low level (0), and the second to fourth slots are at the high level (1). Modulated. Similarly, when the input data is 01, the second slot of the four slots is modulated to the low level (0), and the first, third, and fourth slots are modulated to the high level (1). When the input data is 10, the third slot of the four slots is modulated to the low level (0) and the first, second, and fourth slots are modulated to the high level (1). When the input data is 11, the fourth slot of the four slots is modulated to a low level (0), and the first to third slots are modulated to a high level (1).
第2の変調部102は、第2の情報を入力して第2の変調を行う。図4は、第2の変調部102の概略を示す図である。第2の変調部102は、第2の情報を入力して一次変調部1021で一次変調を行う。この一次変調は、例えばPPM変調を用いる。この場合、第1の変調方式で用いる中心周波数よりも低い第2の中心周波数となるシンボル時間で変調を行う。つまり、第2の変調部102で行なう一次変調を4−PPM変調とする場合は、第1の変調でのスロット時間ts1よりも長い時間をもつスロット時間ts2を用いる。
The
二次変調部1022は、一次変調部1021で一次変調された信号S1021について第2の変調方式を用いた二次変調を行い、第2の変調信号S102を生成する。二次変調(第2の変調方式)の一例として、固有符号を用いたスペクトラム拡散があり、この場合、信号S1021について固有符号を拡散符号としてスペクトラム拡散を行う。固有符号は、疑似ランダム雑音(PN:pseudo random noise)パターン系列が使われた拡散符号を用いる。また、固有符号は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なるパターン系列を用いる。固有符号は送信装置ごとにユニークなものであることが望ましいが、出力する照明光の照射エリアが重複しない位置に設ける送信装置間では同じ固有符号であっても構わない。
The
図5は、二次変調部1022の変調例を示す図である。ここでは第2の情報の2ビット列”01”を4−PPM変調で一次変調された一次変調部1021の出力S1021”1011”についてスペクトラム拡散を行なった場合を示す。固有符号は、一次変調部1021のスロット時間以下のチップ長tcを用いて、一次変調部1021のスロット単位で繰り返される。図5では、固有符号は”10110”で表わされる5チップのパターン系列を用いていることを示す。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modulation example of the
二次変調部1022が生成した第2の変調信号S102の中心周波数は、第1の変調部101からの第1の変調信号S101の中心周波数より低く、かつ、人の目で知覚できる周波数より高いものとする。同時に、第2の変調信号S102の平均振幅が一定となる変調方式を用いる。つまり、二次変調部1022で用いるチップ長tcは第1の変調部101で用いるPPM変調の1スロット時間ts1よりも長く設定する。
The center frequency of second modulation signal S102 generated by
このように、第1の変調信号S101の中心周波数および第2の変調信号S102の中心周波数を人に知覚できる周波数より高くすると同時に、一定の平均信号振幅となる変調方式を用いることで、送信装置10から出力される光は目に見えるチラつきを生まなくなる。結果、送信装置10は、照明として機能することができる。
As described above, by using a modulation method that makes the center frequency of the first modulation signal S101 and the center frequency of the second modulation signal S102 higher than the frequency that can be perceived by a human, and at the same time, uses a modulation method that has a constant average signal amplitude. The light output from 10 will not produce visible flicker. As a result, the
加算部103は、第1の変調部101からの第1の変調信号S101と第2の変調部102からの第2の変調信号S102とを加算して合成する。図6は、第1の変調信号S101と第2の変調信号S102とを加算して合成して得られた加算結果のデジタル信号S103を示す例図である。図6のように、二次変調部1022で用いるチップ長tcは第1の変調部で用いるPPM変調の1スロット時間ts1よりも長く設定されている。
The
D/A変換部104は、加算部103からの加算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換する。
The D /
発光部105は、D/A変換部104が生成したアナログ信号に基づいた光度の可視光を発光する。例えば、D/A変換部104から受信したアナログ波形に比例した光度の可視光を生成する。また、一例として、D/A変換部104から受信したアナログ波形に反比例した光度の可視光を生成してもよい。
The
また、発光部105は、1つの送信装置に1つの光源に限るものではない。例えば、蛍光灯型のLED照明のように複数のLEDを設けたもので、共通のD/A変換部104が生成したアナログ信号に基づいて発光させるものであっても構わないことはいうまでもない。複数の照明機器の光源をまとめて1つの送信装置の発光部105としても構わない。
Further, the
さらに、図1ではN個の送信装置10がそれぞれの照明機器として設けられている状況を示していたが、同じ照明機器の中で複数の送信装置が設けられていても構わない。例えば、複数のLEDからなる照明機器であれば、複数のLEDのうち一部のLEDを送信装置10−1が備える発光部105が用い、他のLEDを送信装置10−2が備える発光部105が用いるものとしても構わない。
Further, FIG. 1 shows a situation in which
次に受信装置20の各構成要素について説明する。受光部201は、可視光を受光する。可視光の強度を受信するセンサーとしては、例えば、PDがある。
Next, each component of the receiving
A/D変換部202は、受光部201が受光した可視光の強度を示すアナログ波形をデジタル信号波形に変換する。
The A /
信号分離部203は、A/D変換部202で変換されたデジタル信号波形を第1の受信信号成分と第2の受信信号成分とに分離する。
The
図7は、信号分離部203の概略を示す図である。信号分離部203は、A/D変換部202で変換されたデジタル信号波形を入力とした平均算出部2031と、平均算出部2031の結果を入力としたオフセット除去部2032と、A/D変換部202で変換されたデジタル信号波形およびオフセット除去部2032の結果を入力とした減算部2033とを有する。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the
平均算出部2031は、A/D変換部202で変換されたデジタル信号波形S202を一定時間毎のブロックに分割し、各々のブロックの平均値を算出する。ブロックを区切る間隔は、第1の変調信号S101の中心周波数より高く、第2の変調信号S102の中心周波数より低くする。例えば、二次変調部1022で用いるチップ長tcでブロックを区切る。
The
オフセット除去部2032は、平均算出部2031の結果のオフセット成分を除去する。例えば、平均結果S2031の最小値をDC成分とみなし、平均結果S2031から平均結果S2031の最小値を引くことで、オフセット除去結果S2032を算出する。
The offset removing
減算部2033は、A/D変換部202で変換されたデジタル信号波形S202からオフセット除去結果S2032を減算する。
The
図8は、信号分離部203の分離例を示す図である。ここで図8に示すデジタル信号波形S202は1つの送信装置10が発光した可視光を受光して得られたものを示す。図8のように、デジタル信号波形S202の平均を取って得られた信号S2031についてオフセット除去した信号S2032は、送信装置10における第2の変調信号S102の信号成分になる。一方、減算部2033が生成する結果S2033は、送信装置10における第1の変調信号S101の信号成分になる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a separation example of the
図9は、第1の復調部205(高信頼情報復調部)の概略を示す図である。第1の復調部205は、オフセット除去結果S2032を入力する。第1の復調部205は、それぞれの固有符号ごとに二次復調部2051及び一次復調部2052を有する。図9では、1からNまでN種類の固有符号ごとに二次復調部2051及び一次復調部2052を有するものとして示している。例えば送信装置で用いる固有符号が3種類であれば、少なくともその送信装置で用いる3種類の固有符号を含むN種類の二次復調部2051及び一次復調部2052を有する。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the first demodulation unit 205 (high-reliability information demodulation unit). The
二次復調部2051は、オフセット除去結果S2032に対して、入力される固有符号を用いた二次復調を行う。二次復調は、送信装置10の二次変調部1022で適用された二次変調方式に対応した復調方式であって、例えば、送信装置の二次変調が固有符号を拡散符号としたスペクトラム拡散であれば、固有符号を拡散符号としたスペクトラム逆拡散を行うことになる。このとき、送信装置10で用いた固有符号と同じ固有符号を用いてスペクトル逆拡散を行ったときには固有符号単位(図5のts2単位)で一つの値をもつ信号を取得できる。
The
一方、送信装置10で用いた固有符号と異なる固有符号を用いてスペクトル逆拡散を行ったときには固有符号単位(図5のts2単位)で信号値に変動があるため、スペクトル逆拡散に用いた固有符号が送信装置でスペクトル拡散に用いられた固有符号と異なることが判別できる。
On the other hand, when spectrum despreading is performed using a unique code different from the unique code used in transmitting
一次復調部2052は、二次復調部2051からの結果に対して送信装置10の一次変調部1021で用いた一次変調方式に対応した一次復調を行う。一次変調部1021で用いた一次変調が1スロット時間ts2の4−PPMであれば、1スロット時間ts2の4−PPMでの復調を行なう。
また、一次復調部2052は、入力された二次復調部2051からの結果が固有符号単位で一つの値をもつと判断できた場合は一次復調の結果を出力し、入力された二次復調部2051からの結果が固有符号単位で一つの値をもつと判断できなかった場合は一次復調の結果を出力しない又はスペクトラム逆拡散エラーがあったことを示す情報を出力する。
If the
第1の復調部205は、それぞれの一次復調部2052から、スペクトラム逆拡散が正しくできた一次復調の結果S205を出力する。
The
第1の復調部205から得られた結果S205は、送信装置10側で用いられた固有符号から得た一次復調の結果となり、送信装置10側の第2の情報(高信頼情報)を取得することができる。
The result S205 obtained from the
例えば、図1の送信装置10−1と送信装置10−2の照射エリアが重複している位置で受信装置20が受光した場合は、送信装置10−1に用いられた固有符号を用いた二次復調部2051−1からの結果と送信装置10−2に用いられた固有符号を用いた二次復調部2051−2からの結果とがスペクトラム逆拡散が正しくできてそれぞれの第2の情報を取得することができる。
For example, when the receiving
一方、第2の復調部204は、減算部2033が生成する結果S2033を入力して送信装置10が用いる第1の変調方式に基づいた復調方式を用いて復調する。第1の変調部101で用いた一次変調が1スロット時間ts1の4−PPMであれば、1スロット時間ts1の4−PPMでの復調を行なう。これにより、送信装置10からの照射エリアが重複していない位置で受信装置20が受光した場合は、送信装置10側の第1の情報(大容量情報)を取得することができる。送信装置10からの照射エリアが重複している位置で受信装置20が受光した場合は、一方の送信装置10側からの光量と他方の送信装置10側からの光量とに大きく差があるときは、光量が大きい側の送信装置10側からの第1の情報(大容量情報)を取得することが可能な場合がある。
On the other hand, the
以上のように構成された可視光通信システムにおいては、照射エリアが重複している位置で受信装置20が受光した場合においても伝送データの一部である第2の情報(高信頼情報)を受信することができるという効果を奏する。また、特許文献1のような重複する送信装置の数だけ時分割して伝送することがないので、同じ情報量を伝送するためにかかる時間が重複する送信装置の数によって長くなるという問題がない。
In the visible light communication system configured as described above, the second information (highly reliable information), which is a part of the transmission data, is received even when the receiving
さらに、第1の情報と第2の情報とをそれぞれ変調して多重化するので、第1の情報と第2の情報とを時分割多重したデータ列を変調するよりも第1の情報を伝送するのにかかる時間が短く済むという効果を奏する。 Furthermore, since the first information and the second information are respectively modulated and multiplexed, the first information is transmitted more than the data sequence obtained by time-division multiplexing the first information and the second information. This has the effect of reducing the time required to perform the operation.
また、平均値算出という少ない演算で、受光して得られた受信信号から第2の情報に関連する第2の受信信号成分を抽出でき、得られた受信信号から抽出した第2の受信信号成分を減算するだけで第1の受信信号成分を抽出することができるという効果を奏する。 In addition, the second received signal component related to the second information can be extracted from the received signal obtained by receiving the light by a small operation of calculating the average value, and the second received signal component extracted from the obtained received signal can be extracted. , The first received signal component can be extracted simply by subtracting
それぞれの送信装置10で用いる固有符号について、それぞれの固有符号について異なるだけではなく、さらに直交関係を持たせた固有符号を採用することによって受信装置20側で送信装置10側の固有符号と同じものを用いたスペクトラム逆拡散結果が識別しやすい信号で得られる。なぜなら、他の固有符号を用いてスペクトラム変換して生成された第2の変調信号の成分が受光した光に混在していても、その第2の変調信号の成分はスペクトラム逆拡散を行ったときに信号レベルの低い(ほとんど”0”)値を取ることになるため、同じ固有符号を用いてスペクトラム変換して生成された第2の変調信号の成分によるスペクトラム逆拡散結果の値が明確に表れやすいからである。
The unique code used in each transmitting
また、複数の送信装置10の照射エリアが重複している位置であっても、その複数の送信装置10から同じ第2の情報を送信する場合は、同じ固有符号を用いても受信装置20は第2の情報を復調することが可能である。
In addition, even when the irradiation areas of the plurality of
なお、可視光通信システムとして、送信装置10の第2の変調部102において、二次変調をしたものを第2の変調信号S102としていたが、二次変調をすることなく一次変調部1021を第2の変調信号S102の出力結果とし、受信装置20において二次復調をすることなく一次復調をして第2の情報を取得しても良い。このような可視光通信システムの構成は、チップ長tcが第2の中心周波数と等しくなるよう設計することで実現される。この場合は、照射エリアが重複している位置に設けられた送信装置10から出力される光のうち、受信装置20の受光部201が受光した光強度が高い送信装置10の第2の情報を受信することが可能である。受信装置20におけるオフセット除去部2032によって除去された信号S2032は、受信装置20の受光部201が受光した光強度が高い送信装置10からの第2の変調信号S102の信号レベルに大きく影響されたものとなるからである。
As the visible light communication system, the
実施の形態2.
実施の形態2にかかる可視光通信システムは、さらに送信装置側で光度情報に基づいて発光部からの光量を制御する。光度情報は、送信装置11が送出する可視光の強さである光度を制御するための情報である。
Embodiment 2 FIG.
The visible light communication system according to the second embodiment further controls the amount of light from the light emitting unit on the transmitting device side based on the luminous intensity information. The luminous intensity information is information for controlling the luminous intensity, which is the intensity of the visible light transmitted by the transmitting
図10は、本実施の形態にかかる送信装置11の概略を示す図である。送信装置11は、第1の変調部101、第2の変調部112、加算部103、D/A変換部104、そして発光部105を備え、第1の情報及び第2の情報に加えて光度情報を入力する。本実施の形態にかかる可視光通信システムにおける送信装置11は、実施の形態1にかかる送信装置10と第2の変調部112が異なり、その他符号が同一の構成要素については上述と構成及び作用が同じであるため説明を省略する。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the
図11は、実施の形態2にかかる第2の変調部112の概略を示す図である。第2の変調部112は、一次変調部1021と二次変調部1022に加えて光度調整信号生成部1123、第2の二次変調部1124、及び選択部1125を有する。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the
一次変調部1021及び二次変調部1022については実施の形態1と同じであるため説明を省略する。
The
光度調整信号生成部1123は、光度情報に比例した振幅レベルの信号を出力する。例えば16段階の光度情報であれば4ビットで表わす。発光部105は、Lowレベルのときに発光しないので、光度情報が表わす可視光の設定が弱ければ弱いほど光度調整信号の値を小さい値に設定する。
The light intensity adjustment
第2の二次変調部1124は、光度調整信号生成部1123からの光度調整信号S1123について固有符号Mを用いてスペクトラム拡散を行なう。このときの固有符号Mは、二次変調部1022で用いる固有符号と異なり、かつ直交関係を持つ固有符号を用いる。
The second
選択部1125は、二次変調部1022からの出力S1022と第2の二次変調部1124からの出力S1124とを入力し、交互に選択して出力する。選択部1125は、人の目で認識できるよりも高速に出力の切り替えを行う。選択部1125の出力を後段のD/A変換部104でアナログ信号に変換され、発光部105で発光する。
The
以上により、第2の情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるS1022と光度情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるS1124とを交互に切り替えた信号で発光させることで、光度情報が表わす可視光の設定が弱ければ発光させた光の強度は弱くなり、設定が強ければ光の強度は強くなる。 As described above, S1022, which is a result of spectrum spreading based on the second information, and S1124, which is a result of spectrum spreading based on luminous intensity information, are caused to emit light by alternately switching signals. If the setting is low, the intensity of the emitted light is low, and if the setting is high, the intensity of the light is high.
また、選択部1125での切り替えを人の目で認識できるよりも高速に行なうことで、それぞれのスペクトル拡散部からの出力の平均振幅レベルの差によって人の目に光のチラつきが現れることを抑えることができる。
In addition, by performing the switching in the
また、第2の情報に基づいてスペクトラム拡散した結果であるS1022については光度を下げることなく一定の光の強度で発光させることができるので、受信装置112側で光の受信強度が下がることがなく、光度調整の影響を受けない。
Also, S1022, which is the result of spectrum spreading based on the second information, can be emitted at a constant light intensity without decreasing the luminous intensity, so that the receiving intensity of the light does not decrease on the receiving
さらに、第2の二次変調部1124は、二次変調部1022で用いる固有符号と異なり、かつ直交関係を持つ固有符号を用いるので受信装置112側で第2の情報を復調するにあたって第2の二次変調部1124の影響を受けることがなくなる。
Further, the second
実施の形態3.
実施の形態3にかかる可視光通信システムの受信装置は、第2の情報を復調する第1の復調部から得られたSN情報に基づいて第1の情報を復調する。
Embodiment 3 FIG.
The receiving device of the visible light communication system according to the third embodiment demodulates the first information based on the SN information obtained from the first demodulation unit that demodulates the second information.
ここで、本実施の形態にかかる可視光通信システムの送信装置で用いる固有符号は、出力する照明光の照射エリアが重複する位置に設けられる送信装置間で異なりかつ直交関係にある固有符号を用いる。 Here, the unique code used in the transmission device of the visible light communication system according to the present embodiment uses a unique code that is different between the transmission devices provided at positions where the irradiation areas of the output illumination light overlap and that are orthogonal to each other. .
図13は、本実施の形態にかかる受信装置21の概略を示す図である。受信装置21は、受光部201、A/D変換部202、信号分離部203、大容量情報復調部(第2の復調部)214、高信頼情報復調部(第1の復調部)215を備える。本実施の形態にかかる可視光通信システムにおける受信装置21は、実施の形態1にかかる受信装置20と第2の復調部214及び第1の復調部215が異なり、その他符号が同一の構成要素については上述と構成及び作用が同じであるため説明を省略する。
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating the receiving
図14は、第1の復調部215の概略を示す図である。第1の復調部215は、オフセット除去結果S2032を入力する。第1の復調部215は、それぞれの固有符号ごとに二次復調部2051及び一次復調部2052を有する。図14では、1〜N種類の固有符号ごとに二次復調部2051及び一次復調部2052を有するものとして示している。例えば送信装置で用いる固有符号が3種類であれば、少なくともその送信装置で用いる3種類の固有符号を含むN種類の二次復調部2051及び一次復調部2052を有する。第1の復調部215は、SN比算出部2154をさらに有する。
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating the
二次復調部2051は、実施の形態1における二次復調部2051と同じであるため説明を省略する。
SN比算出部2154は、それぞれの二次復調部2051からの出力信号のうち、最大振幅レベルが一番大きい二次復調部2051からの出力信号について最大振幅レベルを信号(S)とし、その他の二次復調部2051からの信号における最大振幅レベルの和を雑音(N)として信号対雑音の比率(SN比)を算出する。そして得られたSN比が予め設定した閾値以上であれば復調の実施を示すイネーブル信号S2153を出力し、閾値よりも低ければ復調の不実施を示すイネーブル信号S2153を出力する。
The SN ratio calculation unit 2154 sets the maximum amplitude level to the signal (S) for the output signal from the
第2の復調部214は、減算部2033が生成する結果S2033及びSN比算出部2154からのイネーブル信号S2153を入力して、イネーブル信号S2153が復調の実施を示す場合は、送信装置10が用いる第1の変調方式に基づいた復調方式を用いて復調する。一方、イネーブル信号S2153が復調の不実施を示す場合は、復調を実施しない。
The
以上のように、最大振幅レベルが一番大きい二次復調部2051からの出力信号のSN比が高い場合は、第1の情報(大容量情報)についても復調可能であるとみなして復調結果を得ることが可能となる。ここで、閾値は第1の変調を復調するにあたって正常受信可能なSN比を予め求めておいたものに基づいて設定するのが望ましい。
As described above, when the SN ratio of the output signal from the
従って、受信装置21は、誤りを含む可能性の高い第1の情報を出力しないため、受信装置から出力される第1の情報の信頼性が上がるという効果がある。
Therefore, since the receiving
また、不要な復調処理をなくすことが出来るため、計算量が削減できるという効果がある。 In addition, since unnecessary demodulation processing can be eliminated, there is an effect that the amount of calculation can be reduced.
10、11 送信装置
101 第1の変調部
102 第2の変調部
1021 一次変調部
1022 二次変調部
103 加算部
104 D/A変換部
105 発光部
1123 光度調整信号生成部
1124 第2の二次変調部
1125 選択部
20、21 受信装置
201 受光部
202 A/D変換部
203 信号分離部
2031 平均算出部
2032 オフセット除去部
2033 減算部
203 加算部
204 第2の復調部
205 第1の復調部
2051 二次復調部
2052 一次復調部
2153 SN比算出部
10, 11
Claims (12)
前記送信装置は、
第1の情報を第1の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第1の変調方式を用いて第1の変調信号を生成する第1の変調部と、
第2の情報を前記第1の中心周波数よりも低い第2の中心周波数で一次変調を行ない、第2の変調方式を用いた二次変調を行ない第2の変調信号を生成する第2の変調部と、
前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、
前記重畳信号に基づいて前記可視光の強さを制御して発光する発光部と
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から発光された光を受光する受光部と、
前記受光部が受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、
前記平均算出部の算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第2の情報を取得する第1の復調部と
を備える
ことを特徴とする可視光通信システム。 A transmitting device that emits visible light to transmit information, and a visible light communication system including a receiving device that receives the visible light from the transmitting device and receives the information,
The transmission device,
A first modulation unit configured to generate a first modulation signal by using a first modulation scheme in which the first information has a constant average amplitude level at a first center frequency;
A second modulation for performing a first modulation on the second information at a second center frequency lower than the first center frequency and performing a second modulation using a second modulation method to generate a second modulation signal; Department and
An adder that adds the first modulation signal and the second modulation signal to generate a superimposed signal;
A light-emitting unit that emits light by controlling the intensity of the visible light based on the superimposed signal,
The receiving device,
A light receiving unit that receives light emitted from the transmitting device,
An average calculation unit that calculates an average for each fixed period from a signal obtained by the light receiving unit receiving light,
A first demodulation unit that performs secondary demodulation corresponding to the secondary modulation and performs primary demodulation corresponding to the primary modulation to obtain the second information with respect to the calculation result of the average calculation unit. Characteristic visible light communication system.
前記平均算出部の算出結果についてDC成分を除去するオフセット除去部と、
前記受光して得られた信号から前記オフセット除去部の結果を減算する減算部と、
前記減算部の結果について前記第1の変調方式に対応した第1の復調方式を用いて前記第1の情報を取得する第2の復調部とをさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の可視光通信システム。 The receiving device,
An offset removing unit that removes a DC component from a calculation result of the average calculating unit;
A subtraction unit that subtracts the result of the offset removal unit from the signal obtained by receiving the light,
2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a second demodulation unit configured to acquire the first information by using a first demodulation method corresponding to the first modulation method with respect to a result of the subtraction unit. Visible light communication system.
前記第1の復調部は、
少なくとも前記送信装置が用いる前記固有符号を保持し、前記平均算出部の算出結果から前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散を行ない、前記一次復調を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の可視光通信システム。 The second modulation scheme is spread spectrum using a unique code,
The first demodulation unit includes:
2. The visible demodulation according to claim 1, wherein the primary demodulation is performed by holding at least the eigencode used by the transmission device, performing spectrum despreading using the eigencode based on a calculation result of the average calculation unit, and performing the primary demodulation. Optical communication system.
前記受信装置において、
前記第1の復調部は、設けられた前記送信装置で用いられる前記固有符号を保持し、前記平均算出部の算出結果からそれぞれの前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散をして得られたそれぞれのスペクトラム逆拡散結果について前記一次復調を行なう
ことを特徴とする請求項3に記載の可視光通信システム。 A plurality of the unique codes are provided in the different transmission devices,
In the receiving device,
The first demodulation unit holds the unique code used by the provided transmission device, and obtains the spectrum despread using the unique code from the calculation result of the average calculation unit. 4. The visible light communication system according to claim 3, wherein the primary demodulation is performed on a result of the spectrum despreading.
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の可視光通信システム。 5. The visible light communication system according to claim 3, wherein a chip length of the unique code is longer than a cycle of the first center frequency and equal to or shorter than a cycle of the second center frequency. 6. .
前記第2の変調部は、
前記第2の情報を前記第2の中心周波数で一次変調を行なう一次変調部と、
前記一次変調部の出力について前記固有符号を用いてスペクトラム拡散を行なう第1のスペクトラム拡散部と、
前記光度情報に基づいて光度調整信号を生成する光度調整信号生成部と、
前記光度調整信号について前記固有符号と直行関係を有する第2の固有符号を用いてスペクトラム拡散を行なう第2のスペクトラム拡散部と、
前記第1のスペクトラム拡散部の結果と前記第2のスペクトラム拡散部の結果とを時間的に交互に選択したものを前記第2の変調信号とする
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の可視光通信システム。 The transmitting device further inputs light intensity information,
The second modulation unit includes:
A primary modulation unit that performs primary modulation on the second information at the second center frequency;
A first spread spectrum unit for performing spread spectrum on the output of the primary modulation unit using the unique code;
A light intensity adjustment signal generation unit that generates a light intensity adjustment signal based on the light intensity information,
A second spread spectrum unit for performing spread spectrum on the light intensity adjustment signal using a second unique code having a orthogonal relationship with the unique code;
6. A signal obtained by alternately selecting a result of the first spread spectrum unit and a result of the second spread spectrum unit in time, as the second modulated signal. The visible light communication system according to any one of the above items.
前記平均算出部の算出結果についてDC成分を除去するオフセット除去部と、
前記受光して得られた信号から前記オフセット除去部の結果を減算する減算部と、
前記減算部の結果について前記第1の変調方式に対応した第1の復調方式を用いて前記第1の情報を取得する第2の復調部とをさらに備える
ことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の可視光通信システム。 The receiving device,
An offset removing unit that removes a DC component from a calculation result of the average calculating unit;
A subtraction unit that subtracts the result of the offset removal unit from the signal obtained by receiving the light,
4. The apparatus according to claim 3, further comprising: a second demodulation unit configured to acquire the first information using a first demodulation method corresponding to the first modulation method with respect to a result of the subtraction unit. 5. Item 7. The visible light communication system according to any one of items 6.
前記平均算出部の算出結果からそれぞれの前記固有符号を用いてスペクトラム逆拡散をして得られたそれぞれのスペクトラム逆拡散結果に基づいてSN比を算出するSN比算出部をさらに備える
ことを特徴とする請求項7に記載の可視光通信システム。 The second demodulation unit includes:
It further comprises an SN ratio calculating unit that calculates an SN ratio based on each spectrum despread result obtained by performing spectrum despreading using the respective unique code from the calculation result of the average calculating unit. The visible light communication system according to claim 7, wherein
前記SN比が所定の閾値よりも高い場合に前記第1の復調部の実行を制御する
ことを特徴とする請求項8に記載の可視光通信システム。 The second demodulation unit includes:
9. The visible light communication system according to claim 8, wherein when the SN ratio is higher than a predetermined threshold, execution of the first demodulation unit is controlled.
第2の情報を前記第1の中心周波数よりも低い第2の中心周波数で一次変調を行ない、第2の変調方式を用いた二次変調を行ない第2の変調信号を生成する第2の変調部と、
前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算部と、
前記重畳信号に基づいて可視光の強さを制御して発光する発光部とを備える
ことを特徴とする送信装置。 A first modulation unit configured to generate a first modulation signal by using a first modulation scheme in which the first information has a constant average amplitude level at a first center frequency;
A second modulation for performing a first modulation on the second information at a second center frequency lower than the first center frequency and performing a second modulation using a second modulation method to generate a second modulation signal; Department and
An adder that adds the first modulation signal and the second modulation signal to generate a superimposed signal;
A light-emitting unit that emits light by controlling the intensity of visible light based on the superimposed signal.
前記受光部が受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出部と、
前記平均算出部の算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第2の情報を取得する第1の復調部と
を備える
ことを特徴とする受信装置。 A first modulation signal is generated by using a first modulation scheme in which the first information has a constant average amplitude level at a first center frequency, and the second information is converted to a second information lower than the first center frequency. A primary modulation is performed at a center frequency of 2 and a secondary modulation is performed using a second modulation method to generate a second modulation signal. The first modulation signal and the second modulation signal are added and superimposed. A light receiving unit that generates a signal and receives the emitted light by controlling the intensity of visible light based on the superimposed signal,
An average calculation unit that calculates an average for each fixed period from a signal obtained by the light receiving unit receiving light,
A first demodulation unit that performs secondary demodulation corresponding to the secondary modulation and performs primary demodulation corresponding to the primary modulation to obtain the second information with respect to the calculation result of the average calculation unit. Characteristic receiving device.
前記送信装置は、
第1の情報を第1の中心周波数で平均振幅レベルが一定となる第1の変調方式を用いて第1の変調信号を生成する第1の変調ステップと、
第2の情報を前記第1の中心周波数よりも低い第2の中心周波数で一次変調を行ない、第2の変調方式を用いた二次変調を行ない第2の変調信号を生成する第2の変調ステップと、
前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号を加算して重畳信号を生成する加算ステップと、
前記重畳信号に基づいて前記可視光の強さを制御して発光する発光ステップと
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から発光された光を受光する受光ステップと、
前記受光して得られた信号から一定期間ごとの平均を算出する平均算出ステップと、
前記平均算出ステップの算出結果について、前記二次変調に対応した二次復調を行ない前記一次変調に対応した一次復調を行なって前記第2の情報を取得する第1の復調ステップと
を備える
ことを特徴とする可視光通信方法。 A transmitting device that emits visible light to transmit information, and a visible light communication method of a visible light communication system including a receiving device that receives the visible light from the transmitting device and receives the information,
The transmission device,
A first modulation step of generating a first modulation signal using a first modulation scheme in which the first information has a constant average amplitude level at a first center frequency;
A second modulation for performing a first modulation on the second information at a second center frequency lower than the first center frequency and performing a second modulation using a second modulation method to generate a second modulation signal; Steps and
An adding step of adding the first modulation signal and the second modulation signal to generate a superimposed signal;
A light emission step of emitting light by controlling the intensity of the visible light based on the superimposed signal,
The receiving device,
A light receiving step of receiving light emitted from the transmitting device,
An average calculation step of calculating an average for each fixed period from the signal obtained by receiving the light,
A first demodulation step of performing a secondary demodulation corresponding to the secondary modulation and performing a primary demodulation corresponding to the primary modulation to obtain the second information with respect to the calculation result of the average calculation step. Characteristic visible light communication method.
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