JP6791645B2 - 光通信装置、光通信システム、および光通信方法 - Google Patents
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Description
また、上述した(3)の構成によれば、受信可能になった階層に応じて反射波の区別ができる。
また、上述した(5)の構成によれば、光源群の伝搬距離に基づいて、反射波を除去することができるので、マルチパスの影響を低減することができる。
また、上述した(7 )の構成によれば、光源群の輝度に基づいて、反射波を除去することができるので、マルチパスの影響を低減することができる。
図1は、本実施形態に係る光通信システム1の構成を表すシステム構成図である。図1に示すように、光通信システム1は、光通信装置10および第1の送信装置20−1、第2の送信装置20−2、第3の送信装置20−3、・・・を備えている。以下の例では、車両が光通信装置10を搭載しているとして説明する。また、以下の説明では、第1の送信装置20−1、第2の送信装置20−2、第3の送信装置20−3、・・・のうちの1つを特定しない場合、単に送信装置20という。
レンズ201は、光通信装置10が発光した送信信号である位相変調光および環境光を含む光束を通過し、通過した光束を受光部202に結像する。なお、送信装置20は、レンズ201と受光部202との間や、投光器の前に、光学的なフィルタを備えるようにしてもよい。フィルタを、円偏光を含む偏光フィルタとすることで奇数回の反射が抑圧できる。また、バンドパスフィルタとすることで、外乱光の影響を低減したり、赤く見える現象を低減できる。
受光部202は、複数の画素が二次元に配列された構造を有する。受光部202は、画素によって受光した光に応じた電荷を発生させて蓄積し、制御部207の制御に応じて所定のタイミングで蓄積した電荷を受信信号として復調器205へ出力する。
発振器204は、GNSS203から入力された基準信号に応じて、生成した同期信号を補正し、補正した同期信号を復調器205と制御部207と変調器209に出力する。または、発振器204は、GNSS203が出力した基準信号を用いて同期信号を生成し、生成した同期信号を復調器205と制御部207と変調器209に出力する。
復号器206は、復調器205が復調した受信信号を、符号器208が用いる符号化に応じて復号し、復号した受信信号を制御部207に出力する。
制御部207は、受光部202が有する画素を制御する。また、制御部207は、投光器210を制御する。制御部207は、記憶部211が記憶する情報を用いて送信情報を生成し、生成した送信情報を符号器208に出力する。制御部207は、復号器206が出力する光通信装置10からの送信情報を受信し、受信した送信情報から、ID、および搬送波の位相情報を抽出する。制御部207は、復号器206が出力する光通信装置10のIDと遅れ時間を取得する。制御部207は、光通信装置10のIDとタイムコードと同期クラスと遅れ時間を符号器208へ出力する。
変調器209は、符号器208が出力するビット列を、例えばDBPSK方式に従って、発振器204が出力する同期信号を用いて変調して搬送波を生成する。変調器209は、生成した搬送波を投光器210に出力する。なお、変調器209で行う変調方式は、例えば、2π/3−DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)等の方式である。なお、変調器209が行う変調方式は、2π/3−DBPSK変調方式に限られない。
レンズ101は、送信装置20が発光した送信信号である位相変調光および環境光を含む光束を通過し、通過した光束を受光部102に結像する。なお、光通信装置10は、レンズ101と受光部102との間に、光学的なフィルタを備えるようにしてもよい。フィルタを、円偏光を含む偏光フィルタとすることで奇数回の反射が抑圧できる。また、バンドパスフィルタとすることで、外乱光の影響を低減したり、赤く見える現象を低減できる。
発振器104は、GNSS103から入力された基準信号に応じて、生成した同期信号を補正し、補正した同期信号を復調器105と制御部107と符号器108に出力する。または、発振器104は、GNSS103が出力した基準信号を用いて同期信号を生成し、生成した同期信号を復調器105と制御部107と符号器108に出力する。
復号器106は、復調器105が復調した受信信号を送信装置20の符号器208が用いる符号化に応じて復号する。復号器106は、受信信号の振幅、位相を求める。復号器106は、復調器105が出力する画像と、求めた振幅、位相と、復号後の受信信号をマルチパス除去部112に出力する。
受光部102は、複数の画素121、垂直走査回路122、水平走査回路123、読み出し回路124を備える。画素121は、二次元マトリックス状に配置され、レンズ101を通過した光を受光して電荷を生成し蓄積する。読み出し回路124は、各画素121が蓄積した電荷に応じた電圧レベルを、垂直走査回路122および水平走査回路123による制御に応じて読み出す。読み出された電圧レベルは、読み出し回路124から復調器105(図1)へ出力する。なお、画素121の総数は、例えば1024×768画素である。
なお、本実施形態では、信号の受信時、露光を行った後に信号の読み出しを制御部107の制御に応じて行う。
図3は、本実施形態に係る送信信号の構成例を示す図である。図3において、横軸は時刻、縦軸は各信号のHレベルとLレベルとを表している。
図3に示すように、送信信号g1の1つのシーケンスは、2個のリーダ信号ブロックと、80個(n=0〜79)の信号ブロックと、2個の無信号ブロックとで構成されている。また、送信信号g200の1つのシーケンスの1周期Tsは、48.384[msec](=576[μsec]×(2+80+2))である。なお、1秒当たりのシーケンス数を整数とするためや信号周期を区切りよくするためにシーケンスの前後に無信号期間を2μsecの整数倍で設けてもよい。
信号ブロックSBは、送信情報が符号化及び変調された信号のブロックである。
無信号ブロックは、信号ブロックの終了を示すブロックであり、無信号状態である。
図4は、本実施形態に係る送信信号に含まれる信号の種類の一例を示す図である。
図4に示すように、送信信号は、例えば、データ、データECC(Error Correcting Code;誤り訂正符号)、光源群位置、光源群位置ECC、光源要素位置、および光源要素位置ECCを備える。データ、データECC、光源群位置、光源群位置ECC、光源要素位置、および光源要素位置ECCのビット数の合計は、図3に示した例では80ビットである。
図5は、本実施形態に係る光源群と光源要素の例を示す図である。図5に示す例において、光通信装置10を搭載する車両の前方を、送信装置20を搭載する他の車両が走行している。また、投光器210は、他の車両の左右のテールランプの近傍それぞれに取り付けられている。また、図5に示す例は、光通信装置10を搭載する車両が、送信装置20が送信した光信号を受光部102によって撮像した画像g100である。
画像g102は、光通信装置10を搭載する車両から見て、他の車両の右側のテールランプ近傍に取り付けられている投光器210が送信した送信信号を撮像した画像である。
図4を用いて説明したように、このような光源群(例えばID=1,2等)と光源要素(例えばIDが1−1〜1−4)を示す情報が送信信号に含まれている。
図6は、本実施形態に係る受光部102が撮像する画像の例と検出可能な信号の階層を示す図である。なお、図6に示す例は、図2に示した受光部102の全画素のうちの一部の6×6画素を抜き出した図である。また、図6において、各画素の座標を(x、y)で表す。なお、車両11は、左右のテールランプ近傍と、ブレーキランプの近傍それぞれから複数の送信信号を送信しているとする。また、車両11の左側のテールランプの光源群のIDを1、右側のテールランプの光源群のIDを2、ブレーキランプの光源群のIDを3とする。
図7は、本実施形態に係る路面に反射した光源群を撮像した場合に撮像される画像の一例を示す図である。図8は、本実施形態に係る壁面に反射した光源群を撮像した場合に撮像される画像の一例を示す図である。
なお、図7および図8の符号g300が示す領域の画像は、車両11の光源を示す。また、車両11の左側のテールランプの光源群のIDを1、右側のテールランプの光源群のIDを2、ブレーキランプの光源群のIDを3とする。また、符号g301が示す領域のようにIDが1の光源群は、1〜7の光源要素を備え、符号g302が示す領域のようにIDが2の光源群は、1〜7の光源要素を備え、符号g303が示す領域のようにIDが3の光源群は、1〜4の光源要素を備えている。
路面等によって反射した光源群を受光部102によって撮像した場合、符号g311が示すようにIDが1の光源群が左側に位置し、符号g312が示すようにIDが2の光源がID1の光源群に対して右側に位置し、符号g313が示すようにIDが3の光源群がID1および2の光源群に対して下側に位置している。すなわち、ID=1またはID=2の光源群と、ID=3の光源群との上下の位置関係が逆転している。また、符号g300とg310の領域に示す画像のように、例えばIDが1−1と1−3の光源群の上下の位置関係は、反射していない画像においてID=1−1の方がID=1−3より上に位置し、反射している画像においてID=1−3の方がID=1−1より上に位置している。なお、このような光源群の位置関係は、光源群位置に記述されている。
壁面等によって反射した光源群を受光部102によって撮像した場合、符号g321が示すようにIDが1の光源群が右側に位置し、符号g322が示すようにIDが2の光源がID1の光源群に対して左側に位置し、符号g323が示すようにIDが3の光源群がID1および2の光源群に対して上側に位置している。すなわち、ID=1とID=2の光源群の左右の位置関係が逆転している。また、符号g300(図7)とg320の領域に示す画像のように、例えばIDが1−1と1−4の光源群の左右の位置関係は、反射していない画像においてID=1−1の方がID=1−4より左に位置し、反射している画像においてID=1−1の方がID=1−4より右に位置している。また、ID=3の光源要素の左右方向の並びも逆になっている。
図9は、本実施形態に係る車両間の相互通信と距離の計測方法を示す図である。図9において、縦軸は信号がH(ハイ)レベルであるかL(ロー)レベルであるかを表し、横軸は時刻を表す。また、図9に示す例は、車両12の進行方向に対して車両12の前方を、車両11が走行しているとする。
波形g401は、車両11が発光した送信信号を表す。波形g402は、車両11が発光した送信信号を、車両12が受信した受信信号を表す。波形g403は、車両12が発光した送信信号を表す。波形g404は、車両12が発光した送信信号を、車両11が受信した受信信号を表す。
また、tは、真の遅れ時間を表す。bは、車両12の基準時刻を用いて測定した遅れ時間を表す。dは、同期誤差を表す。なお、本実施形態では、同期誤差を位相誤差ともいう。aは、車両11の基準時刻を用いて測定した遅れ時間を表す。なお、本実施形態では、aとbを見かけの遅れ時間ともいう。
図9に示すように、真の遅れ時間tは、次式(2)、次式(3)のように表される。
図10および図11は、本実施形態に係る車両間の反射波と距離と遅れ時間の関係を示す図である。また、図10および図11に示す例は、図9と同様に、車両12の進行方向に対して車両12の前方を、車両11が走行しているとする。
図11の符号g501が示す領域の図は、(d+L2/c)が2μ秒未満の場合を示す図である。図11の符号g502が示す領域の図は、(d+L2/c)が2μ秒以上の場合を示す図である。なお、図11において、横軸は時刻である。また、dは車両11に対する車両12の同期誤差、b1は反射が内場合の遅れ時間、b2は反射がある場合の遅延時間、cは光速である。なお、2μ秒とは、図3を用いて説明したTOFブロックの期間であり、車間距離が例えば600mに相当する。
(d+L2/c)が2μ秒以上の場合は、符号g502が示す領域の図のように、遅れ時間の関係は、b2が2μ秒を越える、すなわち折り返すためb2<b1の関係になる。
また、|b1−b2|が1μ秒以上の場合は、遅れ時間b1とb2のうち、値が小さい方が遠い、すなわち反射波である。
マルチパス除去部112は、このような関係に基づいて、反射波であるか否かを判別することもできる。
図12は、本実施形態に係る送信信号に基づく画像の大きさと輝度の例を示す図である。図12において、画像g601は、受光部102が撮像した画像である。画像g611は、送信信号を撮像した第1の画像である。画像g612は、送信信号を撮像した第2の画像である。画像g613は、送信信号を撮像した第3の画像である。なお、図12において、画像g611、g612、g613は、全て同じIDの送信信号である。また、図12に示す例では、画像g611の輝度が最も高く、画像g612の輝度が画像g611より低くかつ画像g613の輝度より高く、画像g613の輝度が最も低い。
なお、マルチパス除去部112は、面積と輝度のうち少なくとも1つに基づいて反射波による画像であると判別するようにしてもよい。
図13は、本実施形態に係る光通信装置10が行う処理のフローチャートである。なお、以下の処理は、光通信装置10が、送信装置20からの送信信号を受信しているとする。
(ステップS2)復号器106は、露光された送信信号に対して解読を行う。
また、本実施形態によれば、受光部102が受信可能になった階層に応じて反射画像の区別ができる。
また、本実施形態によれば、光源群の伝搬距離に基づいて、反射波を除去することができるので、マルチパスの影響を低減することができる。
また、本実施形態によれば、光源群の輝度に基づいて、反射波を除去することができるので、マルチパスの影響を低減することができる。
Claims (9)
- 所定の情報を含む光信号を送信する送信装置から送信された光信号を受信する受信部と、
受信した前記光信号の中に同一の光情報を有する複数の画像を検出した場合、前記光信号の輝度、前記受信部で受信したときの前記光信号に対応する画像の大きさ、および前記光信号の伝搬距離の少なくとも一つに基づいて反射波による前記光信号を認識し、前記反射波による前記光信号を除去するマルチパス除去部と、
前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去した前記光信号に基づいて情報の取得を行う制御部と、
を備える光通信装置。 - 前記光信号は、
同じ識別子を有する複数の光源による光源群の前記光源それぞれから送信され、
前記同じ識別子を有する複数の光源による光源群の前記光源それぞれから送信される前記光信号は、
複数の光源要素から構成され、光源群位置情報と複数の光源要素位置を備える、請求項1に記載の光通信装置。 - 前記送信装置が光源によって前記光信号を送信し、
前記所定の情報は、
複数の前記光源による光源群を識別する光源群ID、前記光源群の位置を示す光源群位置および前記光源群を構成する光源要素位置であり且つ階層化されており、
前記マルチパス除去部は、
前記受信部が受信可能になった階層毎に、前記反射波による前記光信号の検出を行う、請求項1または請求項2に記載の光通信装置。 - 前記マルチパス除去部は、
前記光源群IDが異なる複数の前記光源群の位置関係に基づいて、前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去する、請求項3に記載の光通信装置。 - 前記マルチパス除去部は、
複数の前記光源群の伝搬距離に基づいて、前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去する、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の光通信装置。 - 前記マルチパス除去部は、
複数の前記光源群を撮像した画像の面積に基づいて、前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去する、請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の光通信装置。 - 前記マルチパス除去部は、
複数の前記光源群の輝度に基づいて、前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去する、請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の光通信装置。 - 送信装置と光通信装置を有する光通信システムであって、
前記送信装置は、
複数の光源による光源群を識別する光源群ID、前記光源群の位置を示す光源群位置および前記光源群を構成する光源要素位置であり且つ階層化された、所定の情報を含む光信号を前記光源によって送信し、
前記光通信装置は、
前記所定の情報を含む光信号を送信する送信装置から送信された光信号を受信する受信部と、
受信した前記光信号の中に同一の光情報を有する複数の画像を検出した場合、前記光信号の輝度、前記受信部で受信したときの前記光信号に対応する画像の大きさ、および前記光信号の伝搬距離の少なくとも一つに基づいて反射波による前記光信号を認識し、前記反射波による前記光信号を除去するマルチパス除去部と、
前記受信部が受信した前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去した前記光信号に基づいて情報の取得を行う制御部と、を備える、
光通信システム。 - 受信部が、所定の情報を含む光信号を送信する送信装置から送信された光信号を受信する受信手順と、
マルチパス除去部が、受信手順によって受信された前記光信号の中に同一の光情報を有する複数の画像を検出した場合、前記光信号の輝度、前記受信部で受信したときの前記光信号に対応する画像の大きさ、および前記光信号の伝搬距離の少なくとも一つに基づいて反射波による前記光信号を認識し、前記反射波による前記光信号を除去するマルチパス除去手順と、
制御部が、前記受信手順によって受信された前記光信号から、前記マルチパス除去部が前記反射波による前記光信号を除去した前記光信号に基づいて情報の取得を行う制御手順と、
を含む光通信方法。
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