JP7433512B2 - 光ワイヤレス通信受信ユニット、システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ワイヤレス通信受信ユニット、システム及び方法に関する。

ライトフィデリティ（Ｌｉ－Ｆｉ：Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）は、可視光通信（ＶＬＣ：Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）も含む、光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）の新しいタイプである。ＬｉＦｉ、ＯＷＣ及びＶＬＣは、ケーブルワイヤ（有線）通信に代わるものであり、光を通信媒体として使用する。

光ベースの通信は、ライオンオブサイト(line of sight)が間にあるデバイスに、例えば最大１４Ｇｂｉｔ／ｓ等、高データレート通信のアビリティ(ability)を提供する。これは、例えば、オフィス環境内の通信デバイスのセットに適用される。

国際特許出願ＷＯ２０２０／１０１１５５ Ａ１は、屋外ＶＬＣネットワークにおいてビークルモビリティをサポートするための方法を開示する。いくつかの技術によれば、ハンドオーバプロセスの発生に先立ち、ハンドオーバ事前通知が、その直後に現在のサービングセルからターゲットセルに移動するビークルのために該ターゲットセルに提供される。事前通知は、ターゲットセルが、ハンドオーバプロセスの発生に先立って、ハンドオーバのためのリソースを予約することを含む、来るべきハンドオーバの準備をすることを可能にする。

欧州特許出願ＥＰ ３５３９２２６ Ａ１は、アプリケーション制御システム内の通信トラフィックを方向付けるための方法であって、アプリケーション制御システムは、光波を使用して通信ユニットにメッセージを送信することができる複数のアプリケーション制御コンポーネントを含む、方法を開示する。アプリケーション制御システム内のアプリケーション制御コンポーネントの及びアプリケーション制御システム内の通信ユニットの位置情報を決定することにより、通信ユニットに対する関心エリアが、少なくとも位置情報に基づいて計算される。通信ユニットの関心エリア内に位置する複数のアプリケーション制御コンポーネントからの１つ以上のアプリケーション制御コンポーネントのサブグループが特定され、アプリケーション制御システムを通るデータパスが、特定されたアプリケーション制御コンポーネントのサブグループを使用して通信ユニットと通信するようにプログラムされる。

既知のＬｉＦｉプロダクトは、天井に取り付けられる光アクセスポイントのグリッドに依拠する。これらのアクセスポイントのビームは、下の机のレベルにおいて近隣のアクセスポイントとオーバーラップを作るように十分に広い（及びこれにより、大きな視野及び／又はカバレッジエリアを有する）。このようなシステムにおける受信デバイスは、典型的には、机に位置する。

設置を簡単にするために、アクセスポイントのグリッドは、例えば、天井の照明器具のグリッドとアラインされる。このような設置における各アクセスポイントは、数平方メートルに到達（可視光の場合、照明）しなければならず、したがって、かなりの円錐エリア(significant conical area)を照らす。このような設置は、（ドングル及び／又はモバイルデバイスに向かう）ダウンリンクに照明光を利用し、モバイルデバイスのユーザを邪魔しないように（アクセスポイントに向かう）アップリンクに赤外光を使用してもよい。代替的に、ダウンリンク及びアップリンクの両方が赤外光を利用し、これにより、照明及び通信インフラストラクチャを少なくとも部分的に解きほぐし(disentangle)てもよい。

アクセスポイントと通信するために、ドングルが、ラップトップ又はタブレット等のユーザデバイスに接続される。これらのドングルも、少なくとも１つのアクセスポイントがドングルからの信号を受信することを確実にするように同様の広いビームを発する。アクセスポイント及びドングルのビームは方向が固定され、ゆえに、ビーム方向の調整は必要とされない。

各アクセスポイントは、１つ又は複数のトランシーバに接続されるモデムを含む。ユーザデバイスは、光リンクを介してアクセスポイントに接続し、ユーザデバイスも、１つ又は複数のトランシーバに接続されるモデムを含む。

モデムの機能は、可視光又は不可視光接続を介してデータを送信及び受信するためのプロトコルを処理することである。モデムトランスミッタは、（例えばＬＥＤを使用して）送信データの電気信号を光信号に変換し、モデムレシーバは、（フォトダイオードを使用して）光信号を電気受信データ信号に変換する。

レシーバがモバイルフォン又はタブレットコンピュータ等のモバイルデバイスとして実装される場合、レシーバは、典型的には、使用中に動かされる、例えば、傾けられる。問題の１つは、まさにユーザがデバイスとインタラクションしたい場合、ネットワーク中断を処理する必要があり、レイテンシの増加につながる可能性があることである。

本発明の目的は、従来技術を改善することにあり、この目的は、請求項１に記載の光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）受信ユニット、請求項７に記載のＯＷＣシステム、請求項９に記載のＯＷＣ方法及び請求項１１に記載のコンピュータプログラムによって達成される。

一態様による例によれば、自由空間(free space)を介して伝播される光信号として送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）システムであって、
システムは、光源と光出力にデータを変調するための変調システムとを各々が含む、送信ユニットのセットを含み、
受信ユニットは、
受信ユニットのモーション(motion)及び向き(orientation)をセンシングする(sense)ためのモーションセンサと、
受光(received light)を検出するように配置される光ディテクタ(light detector)と、
変調データを復調するための復調システムと、
を含み、
システムは、セットのうちの送信ユニットからデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出する、並びに
予測から、セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、及び／又は
予測から、異なる通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、
ように構成されるコントローラを含む、システムが提供される。

このシステムは、将来の位置及び向きの予測を提供することで、ハンドオーバの準備ができるだけ早く、好ましくは通信リンクがまだある場合に準備され、これにより、ハンドオーバ時の通信を最小限の時間で中断させることを可能にする。

予測は、位置の範囲及び向きの範囲を生成してもよい。予測は、既存のチャネルが損なわれる前に新しいチャネルが開始されることを可能にするために使用されてもよく、したがって、ハンドオーバにかなりの時間を必要とするプロトコルであっても、時間が節約される。

送信ユニットは、現在の送信ユニットとのアクティブな接続に関与することなく受信ユニット信号をサーチしてもよい。受信ユニット信号が読み取られることができる場合、受信ユニットと送信ユニットとの間のすべてのチャネル推定が、古い接続をあきらめることなく行われてもよく、受信ユニットによるアクションは必要とされない。

軌道推定(trajectory estimation)の使用は、すべての送信ユニットがその視野内の受信ユニットからのすべての変調光を常時監視する必要を回避する。斯くして、これは、送信ユニットのリソースを低減させる。代わりに、監視は、（動き(movement)又は傾き(tilting)の）予測された軌道に沿うものに制限されてもよい。

送信ユニットは、受信ユニットから受信される信号に大きな信号対雑音比（ＳＮＲ：signal to noise ratio）を見出す場合、このＳＮＲを（調整ノード(coordinating node)として機能する）コントローラにシグナリングする(signal)ことができる。これは、コントローラが、シームレスなダウンストリームハンドオーバを実施することを可能にする。

また、アップストリームハンドオーバは、前の送信ユニットと新しい送信ユニットが通信を確立しており、データストリームのオーバーラップ(data stream overlap)が「メイクビフォアブレーク(make before break)」を可能にするため、シームレスであることができる。

コントローラは、受信ユニットの一部であってもよい。この場合、受信ユニットは、様々なＳＮＲ数値を収集し、ハンドオーバが必要であるかどうかを判断してもよい。受信ユニットは、動きセンシング(movement sensing)及び信号対雑音比のトレンド分析を並行して使用し、実質的な動き(substantial movement)に起因して変更(change)が必要であるか、又はスプリアスな動き(spurious movement)に過ぎなかった場合に切り替え(switchover)を起こさないようにするかを判断することができる。

代わりに、コントローラは、送信ユニットの一部であってもよく、又は送信ユニット間に分散されてもよい。

好ましくは、システムはさらに、送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶するメモリを含み、コントローラは、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために空間レイアウトを考慮するように構成される。

例えば、コントローラは、システムの空間レイアウトを考慮して、予測された位置及び向き（の範囲）に適した送信ユニットがあるか否かを決定する。受信ユニットのためのタイムスロットを割り当てる準備があらかじめ開始される、送信ユニットのセットがあってもよい。適切な送信ユニットがない場合、異なる通信システムに切り替える準備が行われてもよく、これにより、動きにもかかわらず通信が継続することが可能である。

メモリは、システムコントローラと通信する別個のストレージとして実装されてもよく、又は、システムコントローラのコンポーネントとして実装されてもよく、これは、予測がシステムコントローラで実施される場合にとりわけ有用である。代替的に、予測が受信ユニットのコントローラで実施される場合、メモリは依然としてシステムに実装されてもよく、関連情報が、コンフィギュレーション(configuration)時、又はネットワークへの参加時（固定の場合）若しくは断続的に（可変の場合）、又は受信ユニットに位置するさらなるメモリへの記憶の要求時に受信ユニットに転送されてもよい。

モーションセンサは、リニア加速度センサ(linear acceleration sensor)及びターンレートセンサ(turn rate sensor)を含んでもよい。例えば、リニア加速度センサは、３軸加速度計(3-axis accelerometer)を含み、ターンレートセンサは、３軸ジャイロスコープ(3-axis gyroscope)を含む。

コントローラは、受信ユニットのマイクロフォンによって収集される音にさらに基づいて予測を導出するように構成されてもよい。これらの音は、手に取られる受信ユニットに関連する情報を提供することができる。

コントローラは、
セットのうちの当該異なる送信ユニットが通信の準備をするための指示(instruction)を提供する、及び／又は
当該異なる通信システムが通信の準備をするための指示を提供する、
ように構成されてもよい。

この指示は、例えば、送信ユニットのうちの１つとの通信がまだ継続している際に行われる。

異なる通信システムには、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）システム又は他のＲＦ通信プロトコルが含まれる。

コントローラは、受信ユニットに少なくとも部分的に実装されてもよい。代替的に、コントローラは、受信ユニットからリモートにあり、送信ユニットのセットに結合されるシステムのためのマスタコントローラを含んでもよく、受信ユニットは、
低電力ＲＦリンク、又は
光通信、
を介してコントローラにモーションセンシング情報(motion sensing information)を提供するように構成されてもよい。

また、自由空間を介して伝播される光信号として送信ユニットのセットのうちの１つの送信ユニットである送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）システムのための受信ユニットであって、
受信ユニットのモーション及び向きをセンシングするためのモーションセンサと、
受光を検出するように配置される光ディテクタと、
変調データを復調するための復調システムと、
セットのうちの送信ユニットからデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出する、並びに
予測から、セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、及び／又は
予測から、異なる通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、
ように構成されるコントローラと、
を含む、受信ユニットが提供される。

受信ユニットのこの実施は、予測を生成するためのコントローラと、任意選択的に、メモリとを組み込む。

また、自由空間を介して伝播される光信号として送信ユニットのセットのうちの１つの送信ユニットである送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方法であって、
送信ユニットから受信ユニットにデータを送信することと、
受信ユニットのモーション及び向きをセンシングすることと、
送信ユニットからデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出することと、
予測から、セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定すること、及び／又は
予測から、異なる通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定することと、
を含む、方法が提供される。

方法は、送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶することを含み、方法は、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために空間レイアウトを考慮することを含んでもよい。

方法はソフトウェアで実施されてもよく、また、方法を実施するためのコンピュータプログラムが提供されてもよい。

上記では、（複数の）送信ユニット及び（複数の）受信ユニットの機能性は、少なくとも送信ユニット及び受信ユニットであるものとして述べられたが、送信ユニットはトランシーバユニットを使用して実装されてもよく、受信ユニットはさらなるトランシーバユニットを使用して実装されてもよく、これにより、本発明を損なうことなくトランシーバ間の双方向通信を可能にしてもよいことは明らかであろう。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。

本発明のより良好な理解のために、及び、どのようにして本発明が実施され得るかをより明らかに示すために、例としてのみ、添付の図面が参照される。
図１は、ＬｉＦｉシステムの典型的な構成を示す。 図２は、本発明によるＬｉＦｉシステムを示す。 図３は、アップリンクとダウンリングの違いを説明するために使用される。 図４は、光ワイヤレス通信（ＯＷＣ）方法を示す。

本発明が、図を参照して述べられる。

詳細な説明及び特定の例示は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示すものであるが、説明のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び有利な点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されることになるであろう。図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。

図１は、天井に取り付けられたインフラストラクチャを形成する送信ユニット１０のセットと、ＬｉＦｉ受信ユニット１２とを含む典型的なＬｉＦｉシステムを示している。送信ユニットは、アクセスポイント（ＡＰ）として知られ、好ましくは、例えば、ＵＴＰを使用するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）リンク又は光ファイバネットワーク等の有線リンクによって、バックボーンにリンクされ、ＡＰ及び／又はグローバルシステムコントローラが、例えば、ハンドオーバ時に、アラインする(align)ことを可能にする。受信ユニットは、エンドデバイス（ＥＤ）として知られる。

各ＡＰは、１つ又は複数のＬｉＦｉトランシーバに接続されるモデムを含む。エンドデバイスは、光リンク(optical link)を介してＡＰに接続することができる。各ＥＤも、１つ又は複数のＬｉＦｉトランシーバに接続されるモデムを含む。ＬｉＦｉモデムの機能は、可視光又は不可視光接続を介してデータを送信及び受信するための物理層（ＰＨＹ）及びメディアアクセス制御層（ＭＡＣ）プロトコルを処理することである。

ＬｉＦｉトランシーバは、モデムの送信データの電気信号を（例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ又はレーザダイオードを介して）光信号に変換するトランスミッタと、光信号を（例えば、フォトダイオードを介して）モデムの受信データの電気信号に変換するレシーバを含む。エンドデバイスは、例えば、ラップトップ等のモバイルデバイスに取り付けられるドングル１４によって実装される。後付けする代わりに、レシーバ機能は、理想的には、モバイルデバイス自体に統合されることが想定され、このようにして、ラップトップ、タブレット、モバイルフォン及び／又は他のデバイスが、ドングルを必要とせずに光通信を使用してもよい。モバイルデバイスは、オフィス又は会議室のテーブルの上に置かれることが多い。

ＬｉＦｉエンドポイントが統合された又は取り付けられたモバイルデバイス、すなわち、エンドデバイスが扱われるう場合、これは、典型的には、傾けられることになる。問題の１つは、まさにユーザがデバイスとインタラクションしたい場合、ネットワーク中断を処理する必要があり、レイテンシの増加につながる可能性があることである。

会議及びディスカッション中、ユーザは、典型的には、モバイルデバイスをテーブルの上に置き、これは、ＬｉＦｉを介した安定的な接続を可能にする。ユーザがモバイルデバイスを手に取る場合、モバイルデバイスは、典型的には、傾けられ、これは、アップリンクビームがすぐに天井の異なるスポットに方向付けられることを意味する。ダウンリンクビームは、モバイルデバイスにおけるディテクタに依然到達し得る。ダウンリンクが依然機能するかどうかは、ディテクタの指向性、例えば、モバイルデバイスにおけるディテクタの視野角及び／又はコーン(cone)に依存する。

本発明は、受信ユニットのモーション及び向きをセンシングするためのモーションセンサを有する受信ユニット（すなわち、ＥＤ）を使用する光ワイヤレス通信（ＯＷＣ）システムを提供する。（受信ユニット若しくは送信ユニットの一部であってもよい又は両方の外部にあってもよい）システムのコントローラは、送信ユニット（すなわち、ＡＰ）からデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出するように構成される。予測から、セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送のために選択されてもよく、及び／又は、異なる通信システムが将来のデータ転送のために選択されてもよい。どのオプションが使用されることになるかは、コンテキスト(context)に依存してもよい。例えば、天井に取り付けられたＬｉＦｉ ＡＰの規則的なアレイが設けられ、ユーザが部屋の中央に位置するオフィスを考える。この場合、動き(movement)が発生すると、この結果、一般的には、別のＬｉＦｉ ＡＰがラインオブサイトに入ることになる。しかしながら、ユーザがアレイの端に位置する場合、動きの結果、ラインオブサイト内にＬｉＦｉ ＡＰが存在しない状況が生じる可能性がある。このようなシナリオでは、ＲＦベースのシステム等、異なる通信システムへのバーチカルハンドオーバ(vertical handover)が整えられ(in order)てもよい。

図２は、本発明によるシステムの実施の一例を示している。システムは、自由空間を介して伝播される（例えば、３００ＧＨｚ～４３０ＴＨｚの赤外線の範囲における）光信号として送信ユニット１０と受信ユニット１２との間でデータを転送するためのものである。

システムは、ダウンリンク、すなわち、送信ユニットから受信ユニットへのデータ転送を参照して述べられる。しかしながら、典型的には、双方向のデータ転送があり、システムは相応に理解されるべきである。アップリンクは、光学的（例えば、赤外線）であってもよく、又はＲＦ接続であってもよい。

システムは、光源２２と光出力にデータを変調するための変調システム２０とを各々が含む、送信ユニット１０のセットを含む。各送信ユニットは、ローカルコントローラ２３を有する。

受信ユニット１２は、受信ユニットのモーション及び向きをセンシングするための、モーションセンサ２４を含む。光ディテクタ２６が、受光を検出するために配置され、復調システム２８が、変調データを復調するために設けられる。

受信ユニットも、ローカルコントローラ３０を有する。

上記の説明から明らかなように、送信ユニットも、光ディテクタ及びデモジュレータを含んでもよく、受信ユニットも、光源及びモジュレータを含んでもよい。しかしながら、アップリンクは、代わりに、ＷｉＦｉ等の別の通信システムによって実施されてもよい。受信ユニットは、ＷｉＦｉトランシーバ３２を備えて示されている。これは、ＬｉＦｉ ＡＰが視界にない場合にダウンリンク通信に使用されてもよい。また、他の代替的な通信システムが採用されてもよい。

システム全体は、システムコントローラ３４を有する。受信ユニット及び送信ユニットは別個のものとして示されているが、それらのうちの一方又は他方に組み込まれてもよい。コントローラ３４は、セットのうちの送信ユニットからデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出するように構成される。

メモリ４０は、送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶し、システムコントローラ３４は、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために空間レイアウトを考慮する。

メモリは、各ＡＰと共有されてもよく、又は（図示のように）システムコントローラ３４が通信する中央ユニットの一部であってもよい。ＥＤが、将来の位置及び向きの予測、並びに視界に入ることになるＡＰのアセスメント(assessment)を行う場合、ＥＤは、レイアウト情報をメモリから取得し、ローカルに記憶してもよい。ＬｉＦｉインフラストラクチャは一般に（とりわけ、天井に取り付けられたＬｉＦｉ ＡＰの場合）固定されるので、斯かる情報は、ＥＤがネットワークに参加すると記憶されてもよい。

予測から、システムコントローラは、セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、及び／又は、予測から、異なる通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定することが可能である。

これにより、このシステムは、位置及び向きの予測を提供することで、ハンドオーバの準備ができるだけ早く準備され、これにより、ハンドオーバ時の通信を最小限の時間で中断させることを可能にする。

予測は、例えば、位置の範囲及び向きの範囲を生成する。予測は、既存のチャネルが損なわれる前に新しいチャネルが開始されることを可能にするために使用され、したがって、ハンドオーバにかなりの時間を必要とするプロトコルであっても、時間が節約される。

軌道推定の使用は、すべての送信ユニットがその視野内の受信ユニットからのすべての変調光を常時監視する必要を回避する。斯くして、予測は、ＥＤからの信号を「スニッフィングする(sniff)」ようにＡＰのサブセットをトリガするために使用されてもよい。これは、送信ユニットのリソースを低減させる。例えば、電力消費が節約されるだけでなく、別の差し迫った又は現在の接続に必要とされ得るデモジュレータが縛り付けられ(tied up)ない。

（現在使用中のものではない）送信ユニットは、受信ユニットから受信される信号に大きな信号対雑音比（ＳＮＲ）を見出す場合、このＳＮＲを、調整ノードとして機能する、コントローラにシグナリングすることができる。この場合、コントローラは、候補の受信ユニットの複数のＳＮＲを比較し、最良の新しい送信ユニットに接続ハンドオーバを命令してもよい。この場合、送信ユニットは、直接引き継ぎを開始することができるようにすでにチャネルを推定していてもよい。これは、シームレスなダウンストリームハンドオーバのオプションを提供する。

また、アップストリームハンドオーバは、前の送信ユニットと新しい送信ユニットが通信を確立しており、データストリームのオーバーラップが「メイクビフォアブレーク」を可能にするため、シームレスであることができる。前の送信ユニットは、新しい送信ユニットが成功裏のパケットの受信をシグナリングする場合、通信を停止することができる。受信ユニットは、自身を新しい送信ユニットに同調する(tune)。

コントローラは、受信ユニットの一部であってもよい。この場合、受信ユニットは、様々なＳＮＲ数値を収集し、ハンドオーバが必要であるかどうかを判断してもよい。受信ユニットは、動きセンシング及びＳＮＲのトレンド分析を並行して使用し、実質的な動きに起因して変更が必要であるか、又はスプリアスな動きに過ぎなかった場合に切り替えを起こさないようにするかを判断することができる。これは、受信ユニットが、空間のマップがなくても、軌道推定を高めるために送信ユニットの方向及びロケーションを適応的に学習することを可能にする。しかしながら、光ストリームの観察が、実際のマップを用いて推定された位置及び方向を調整することを可能にし得るように、部屋マップ(room map)が、第１の接続された送信ユニットから受信ユニットに（上記のように）配信されてもよい。

送信ユニットは、現在の送信ユニットとのアクティブな接続に関与することなく受信ユニット信号をサーチしてもよい。受信ユニット信号が読み取られることができる場合、受信ユニットと送信ユニットとの間のすべてのチャネル推定が、古い接続をあきらめることなく行われてもよく、受信ユニットによるアクションは必要とされない。

例えば、コントローラは、システムの空間レイアウトを考慮して、予測された位置及び向き（の範囲）に適した送信ユニットがあるか否かを決定する。受信ユニットのためのタイムスロットを割り当てる準備が開始される、送信ユニットのセットがあってもよい。適切な送信ユニットがない場合、異なる通信システムに切り替える準備が行われてもよい。モーションセンサ２４は、例えば、動き検出(movement detection)のためのリニア加速度センサ及びターンレートセンサを含む。例えば、リニア加速度センサは、３軸加速度計を含み、ターンレートセンサは、３軸ジャイロスコープを含む。また、モーションセンサは、向きを検出するためのものであり、斯くして、コンパス及び／又はチルトセンサ(tilt sensor)等の向きセンサを含んでもよい。「モーションセンサ(motion sensor)」という用語は、動き及び向きの検出のためのセンサの任意の組み合わせを包含するために使用される。

動き及び向きの推定は、モーションセンサ情報を洗練させるために追加の仮定を使用してもよい。例えば、人は後ろ向きに、モバイルを前向きに手に持って歩くことはないと仮定されることができる。ＥＤがヘッドセットにある場合、これは、さらなる追加の情報を与える。

また、受信ユニットは、一例においてマイクロフォン３６を有し、音が、予測の導出を支援するために使用される。デバイスを扱うノイズがマイクロフォンによって拾われるので、音は、ＥＤが扱われているという明らかなインディケーションを与えるために使用されることができる。ＥＤの取り扱いは、傾きの検出に先立ち警告を発することができ、早期に確立された代替のデータ接続又はＡＰにリダイレクトしてもよい。また、音の検出は、モーションセンシング及び軌道推定を優先又はアクティブにするために使用されてもよい。これは、所定の時間中にモーション／向きの変化が検出されない（及びノイズが検出されない）場合にモーション／軌道推定がパワーダウンされ得るので、電力消費を減らすために使用されてもよい。この場合、モーション／軌道推定は、マイクロフォンからの音声入力における音の検出時に再開されてもよい。

また、所定の閾値を超える音に基づいてモーション／軌道推定をトリガすることは、不必要な電力消費をもたらす可能性があるため、機械学習が導入され、デバイスが方向／向きを変える前の音声信号の共通性／相関が音声トリガプロファイルを定義するために使用される学習フェーズによって、処理されるために典型的な音を特徴付けてもよい。この場合、通常動作中、音声トリガプロファイルに対応する音声入力が、モーション／軌道推定をウェイクアップするために使用されてもよい。

追加の任意選択的なモードは、新しいＡＰが利用可能ではない軌道に沿った動きではなく、何らかの動き（すなわち、検出されたターンレート＞０）が起こる場合にＲＦベースの通信に切り替えることを提供することである。ＬｉＦｉリンクは、デバイスが再び作業面上に又は安定した操作角度に置かれるので、ターンレートがゼロに近い場合にのみ再確立されてもよい。モバイルデバイスの回転又は取り扱いが検出され次第、接続システムは、異なるネットワーク、例えば、ＷｉＦｉ、ＬＴＥ又は５Ｇ等に接続することを試みてもよい。これは、引継ぎ(take over)アクションが準備され得る前に通信が割り込まれることになるので信号対ノイズ比を測定するだけよりも効率的である。

好ましくは、ＬｉＦｉからＲＦに切り替える代わりに、ＲＦベースの通信リンクは、ＥＤでのモーションの検出時に並行してアクティブにされてもよい。このようにして、ＥＤによるモーション及び／又は評価に関する情報は、ＬｉＦｉ ＡＰへのラインオブサイトリンクがない場合でも、予測されるＡＰへのハンドオーバを支援するために、ＬｉＦｉ ＡＰ及び／又はシステムコントローラに伝えられてもよい。このようにして、ＬｉＦｉリンクはできるだけ長くアクティブに維持されるが、（別のＬｉＦｉ ＡＰへの）ホリゾンタルハンドオーバ(horizontal handover)及び／又は（ＷｉＦｉ ＡＰへの）バーチカルハンドオーバ(vertical handover)のいずれかの準備がなされることができる。ＷｉＦｉリンクは、ニードトゥハブベースで(on a need-to-have basis)アクティブに保たれることができる。

追加の入力が、予測を支援するために使用されてもよい。例えば、ＥＤの取り扱いは、音に基づくだけでなく、タッチ検出エレクトロニクスによる又はカメラ等の光学的センシング手段によるユーザの手の接近に基づいて検出されてもよい。

最良の結果を得るために、アップリンク及びダウンリンクが、一緒に次のＡＰロケーションに切り替えられてもよい。接続は、例えば、ＥＤのターンレートが閾値（０．１度／秒等）を下回ると確立されてもよい。これにより、すぐに更新されることを必要とするハンドオーバが行われないようにすることができる。

ＡＰコンフィギュレーションを記憶するためのメモリが前述されている。しかしながら、室内のＡＰの位置と向きを関連付けるために、代替的に、又は追加的に、自己学習アプローチが使用されてもよい。また、磁気コンパスが用いられてもよい。回転速度プロファイルを観察することによって決定されることができる、推定最終角度が使用されてもよく、これは、動きが停止する可能性のある場所を決定するために処理されてもよい。

ハンドオーバは、上述したように現在のＬｉＦｉリンクが中断される前に開始されることが好ましい。加速度計は、実際の角度ターン(angular turn)がなされる前でも動きの傾向(tendency of movement)をセンシングすることができる。これにより、予測された軌道におけるＡＰは、すでにモバイルデバイスのビームをサーチすることができる。これは、再接続を大幅にスピードアップすることができる。

ダウンリンクは、角度変化がアップリンクビームに対するものと同様のドラスティックな影響を有さないので、サーチ中に維持されることができ、アップリンク接続が既になされている場合にのみジャンプしてもよい。

図３は、どのようにアップリンクとダウンリンクのこの非対称性が、ダウンリンクの受信は最大限のＬｉＦｉレシーバに対し広い角度範囲で可能であるのに対し、アップリンク送信はできる限り１つのアクセスポイントに送信エネルギを集中させるためにより狭いビームを使用するという事実に由来するかを示している。

図３は、ＥＤ光学系５０が、フォトディテクタ５２及びＩＲエミッタ５４があるアクセスポイント１０の方に向けられていることを示している。ＥＤ光学系は、右の画像において角度θだけ傾けられていることが示されている。これは、発せられたビーム５６をもはやフォトディテクタ５２に届かなくする。傾けられたＥＤは、ＡＰから来るビーム５８を依然として受けることができる。

ハンドオーバシーケンスは、例えば、プログラムされる。現在のＡＰから、ＡＰのシーケンスが、現在の回転方向に沿って評価されてもよい。回転速度は、どのＡＰがどの瞬間にサイト(sight)に入りそうであるというインディケーションを与える得る。評価は、経路(path)がＬｉＦｉ ＡＰによってシームレスにサポートされることができず、ＷｉＦｉ等の代替の通信リンクが確立される必要があることを知るために実行されてもよい。

速度及び回転方向の変化は、空間におけるＬｉＦｉビームの軌道を繰り返し洗練させるために使用されることができる。

システムは、代替の通信システムが使用された場合にＬｉＦｉに戻る(switch back)必要もある。この場合、スターティングポイントは、モバイルＥＤのＲＦベースの接続（例えば、ＷｉＦｉ、ＬＴＥ又は５Ｇ）である。その後、モバイルデバイスは、上述したように傾けられる。情報が、モーション及び向きセンサから獲得される。ＥＤが机の上に置かれると、モーション情報は安定する。安定したレベルに達した後、接続はＬｉＦｉに戻される。

ここで、完全性のために、典型的な接続プロセスが、ＩＴＵ－ＴホームネットワーキングＧ．ｖｌｃプロトコル（Ｇ．９９９１）に基づいて述べられる。受信ユニット（ＥＤ）が送信ユニット（ＡＰ）のカバレッジエリアに入る場合、以下のステップが取られる。

１．登録(Registration)
ＥＤは、ＡＰによって送信される専用フレームを検出する：ＭＡＰ－Ｄ（Ｄｅｆａｕｌｔ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｌａｎ）。ＭＡＰ－Ｄフレームを検出するための時間は、ＡＰがＭＡＰ－Ｄフレームを送信する頻度に依存する。現在提案されているＬｉＦｉ実装において、ＡＰは、ＭＡＣサイクル（４０ｍｓ）ごとにフレームを送信する。

フレームＭＡＰ－Ｄから取得される情報により、ＥＤは、別の非デフォルトフレームを復号できるはずである：ＭＡＰ－Ａ。ＡＰは、ＭＡＣサイクルごとにＭＡＰ－Ａフレームを送信しなければならない。ＭＡＰ－Ａフレームは、ＭＡＣサイクル内で他のフレームがどこで見つかるかを伝える。

フレームＭＡＰ－Ａから取得される情報により、ＥＰは、ＭＡＣサイクル内でＲＣＢＴＳ（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔ）を介してＡＰに登録することができる。ＲＣＢＴＳは、フレームＭＡＰ－Ａにおいて示される。ＡＰは、２００ｍｓ以内に応答しなければならない。

登録のための総時間は、典型的には、３５０ｍｓ以内である。

２．チャネル推定(Channel estimation)
一般に、レシーバはほぼ制御できている(mostly in control)。レシーバは、テスト信号を測定し、ＢＡＴ（Ｂｉｔ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ）を決定する。ＭＡＣサイクルの一部／領域に各々適用される、複数のＢＡＴが決定されることができる。レシーバは、（ＭＡＣサイクルの専用部分で発生する）プローブフレームの発生をトランスミッタに要求し得る。トランスミッタは、これらのプローブフレームを送信するためにリソース（タイムスロット）を割り当てる必要がある。

また、レシーバは、フレームのヘッダとペイロードの間にＡＣＥシンボル（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を追加するようトランスミッタに要求し得る。レシーバはＢＡＴを決定すると、ＢＡＴをトランスミッタに提供する。（ＭＡＣサイクル内の異なる領域に対する）複数のＢＡＴがある場合、トランスミッタは、相応に適切なＢＡＴを選択する。トランスミッタは、各フレームのヘッダにおいてＢＡＴ－ＩＤでＢＡＴを示す。

チャネル推定は、例えば、約１秒の継続時間(duration)を有する。

チャネル通信のポイントまでの、新しいＬｉＦｉチャンネルの確立は、１０～２０秒かかり得る。チャネルが接続を失った後の再接続である場合、既知のソフトウェアリファインメントが存在し、時間が１０秒以下、例えば、２～３秒に短縮されることを可能にする。このアプローチは、あるＡＰから別のＡＰへのハンドオーバにも適用され得る。

本発明の予測は、既存の通信リンクがまだアクティブである際に、ハンドオーバ（すなわち、上記の登録及び推定）を事前に準備することによって、この典型的な２～３秒の中断を低減又は排除するために使用される。

このようなハンドオーバ中に古いＡＰから候補の新しいＡＰに渡されるべき情報には、例えば、当該ＥＤのＭＡＣアドレスが含まれる。さらに、割り当てられたＩＰアドレス、暗号化システムのための鍵等のセキュリティ情報、割り当てられたバンド及びビットローディング等の使用された物理層パラメータを提供してもよい。

また、ＡＰは、ＷｉＦｉ（登録商標）又は任意のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を介した並列チャネルのためのＭＡＣ／ＩＰアドレス等、利用可能なＲＦ接続に関する情報を同じＥＤに転送することができる。また、受信ユニットは、（軌道予測とは無関係に）他のＡＰ信号を時折(occasionally)サーチしてもよい。

図４は、送信ユニットのセットのうちの１つの送信ユニットである送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方法を示している。

ステップ６０において、送信ユニットから受信ユニットにデータが送信される。

ステップ６２において、受信ユニットのモーション及び向きがセンシングされる。

ステップ６４において、送信ユニットからデータを受信する一方、受信ユニットの将来の向き及び動きの予測が導出される。予測に依存して、ステップ６６において、セットのうちの異なる送信ユニットが特定されてもよく、あるいは、ステップ６８において、異なる通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定されてもよい。

上述したように、ある実施形態は、複数のコントローラを利用する。各コントローラは、必要とされる様々な機能を実行するために、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて、種々のやり方で実装されることができる。「プロセッサ」は、所要の機能を実行するように、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされてもよい、１つ以上のマイクロプロセッサを採用する、コントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて、又はプロセッサを用いずに実装されてもよく、また、一部の機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ、及び関連回路）との組み合わせとして実装されてもよい。

本開示の様々な実施形態で採用されてもよいコントローラ構成要素の例としては、限定するものではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field-programmable gate array）が挙げられる。

様々な実装形態では、プロセッサ又はコントローラは、１つ以上の記憶媒体、例えば、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭ等の、揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリに関連付けられてもよい。記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行されると、所要の機能を実行する、１つ以上のプログラムでエンコードされてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定されてもよく、あるいは、それらの記憶媒体上に記憶されている１つ以上のプログラムが、プロセッサ又はコントローラ内にロードされることができるように、可搬性であってもよい。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む」は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。

特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

「に適合される」という用語が特許請求の範囲又は明細書において使用される場合、「に適合される」という用語は、「に構成される」という用語と同等であることが意図されていることに留意されたい。

請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

1. 自由空間を介して伝播される光信号として天井に取り付けられた送信ユニットのセットのうちの１つの送信ユニットである送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ）システムのためのＯＷＣ受信ユニットであって、
   当該受信ユニットは、
   当該受信ユニットのモーション及び当該受信ユニットの回転に起因する向きをセンシングするためのモーションセンサと、
   受光を検出するために配置される光ディテクタと、
   前記受光から変調データを復調するための復調システムと、
   ローカルＲＦトランシーバと、
   前記セットのうちの送信ユニットからデータを受信する一方、当該受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出する、及び、前記予測から、
   当該受信ユニットが前記セットのうちの異なる送信ユニットのラインオブサイト内にある場合、前記セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定し、前記送信ユニットとの通信リンクがまだアクティブである際に、前記セットのうちの当該異なる送信ユニットが通信の準備をするための第１の指示を提供する、及び
   当該受信ユニットが前記セットのうちのいずれの送信ユニットのラインオブサイト内にない場合、ローカルＲＦトランシーバが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定し、前記送信ユニットとの通信リンクがまだアクティブである際に、リモートＲＦシステムがＲＦ通信の準備をするための第２の指示を提供する、
   ように構成されるコントローラと、
   を含む、ＯＷＣ受信ユニット。
2. 前記モーションセンサは、リニア加速度センサ及びターンレートセンサを含む、請求項１に記載のＯＷＣ受信ユニット。
3. 前記モーションセンサは、３軸加速度計及び３軸ジャイロスコープを含む、請求項２に記載のＯＷＣ受信ユニット。
4. 当該受信ユニットは、前記送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶するメモリを含み、前記コントローラは、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために前記空間レイアウトを考慮するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＯＷＣ受信ユニット。
5. 回転速度が、ラインオブサイト内に来ることになる送信ユニットに関するインディケーションとして使用される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＯＷＣ受信ユニット。
6. 前記ＲＦトランシーバを使用して通信している場合、前記コントローラは、センシングされた向きが変化した後、当該受信ユニットのセンシングされた向き及び動きが所定期間静止していることに対応する場合、複数のＯＷＣ送信ユニットを使用する動作に戻す、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＯＷＣ受信ユニット。
7. 自由空間を介して伝播される光信号として送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ）システムであって、
   当該システムは、
   請求項１に記載のＯＷＣ受信ユニットと、
   光源と光出力にデータを変調するための変調システムとを各々が含む、天井に取り付けられた送信ユニットのセットと、
   前記送信ユニットのセットと通信するシステムコントローラと、
   を含む、システム。
8. 当該システムは、前記送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶するメモリを含み、コントローラが、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために前記空間レイアウトを考慮するように構成される、請求項７に記載のシステム。
9. 自由空間を介して伝播される光信号として天井に取り付けられた送信ユニットのセットのうちの１つの送信ユニットである送信ユニットと受信ユニットとの間でデータを転送するための光ワイヤレス通信（ＯＷＣ）システムのための受信ユニットのためのＯＷＣ方法であって、前記ＯＷＣシステムは、通信のための無線周波数（ＲＦ）リンクを提供し、当該方法は、
   前記送信ユニットから前記受信ユニットにデータを送信することと、
   前記受信ユニットのモーション及び前記受信ユニットの回転に起因する向きをセンシングすることと、
   前記送信ユニットからデータを受信する一方、前記受信ユニットの将来の向き及び位置の予測を導出することと、
   前記予測から、前記受信ユニットが前記セットのうちの異なる送信ユニットのラインオブサイト内にある場合、前記セットのうちの異なる送信ユニットが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、及び、前記送信ユニットとの通信リンクがまだアクティブである際に、前記セットのうちの当該異なる送信ユニットが通信の準備をするための第１の指示を提供することと、
   前記予測から、前記受信ユニットが前記セットのうちのいずれの送信ユニットのラインオブサイト内にない場合、ＲＦ通信システムが将来のデータ転送に使用されるべきであると決定する、及び、前記送信ユニットとの通信リンクがまだアクティブである際に、リモートＲＦシステムがＲＦ通信の準備をするための第２の指示を提供することと、
   を含む、方法。
10. 当該方法は、前記送信ユニットのセットの空間レイアウトを記憶することを含み、当該方法は、どの異なる送信ユニットが使用されるべきかを決定するために及び／又は異なる通信システムが使用されるべきであると決定するために前記空間レイアウトを考慮することを含む、請求項９に記載の方法。
11. コンピュータプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムコード手段は、当該コンピュータプログラムが請求項１に記載のＯＷＣ受信ユニットに含まれるコンピュータで実行された場合、請求項９又は１０に記載の方法を実施するように構成される、コンピュータプログラム。

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