JP2015154426A - 照明光通信装置及び照明光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せずに周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能な照明光通信装置を提供する。【解決手段】この照明光通信装置１は、照明灯２の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行うものであって、照明灯２は、照明光を放射するオン状態と、照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、データ信号は、それを構成するシンボルＳｙが1個又は複数個の区切り用スロットＳＰ１と複数個のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４に分割されたものであり、区切り用スロットＳＰ１は、シンボルＳｙの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が１個入っており、複数個のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４は、データの内容に応じていずれか１個にオフ状態となる期間が１個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっている。【選択図】図１

Description

本発明は、照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置、及び照明光通信システムに関する。

近年、照明灯の照明光を本来の照明の目的とともにデータ信号の伝送に用いる照明光通信装置或いは照明光通信システムが提案されている。これらは、照明光が届く範囲にデータ信号の伝送が限定されることを利用して、様々な特徴的な応用が可能である。例えば、商品や芸術品などの展示スポットエリアにおいて照明とともに音声データを伝送してイヤホーンなどで解説を聞けるようにしたり、公衆無線ＬＡＮエリアにおいて照明とともにパスワードなどのセキュリティデータを伝送してネットワークへの不正侵入を防止したりすることができる。

このような照明光通信装置或いは照明光通信システムは、データ信号の伝送のために照明灯をオンオフするのであるが、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率が変化しなければ、人間の目にはちらつきのない照明とすることができる。このため、望ましいのは、それらの比率がデータの内容に応じては変化しないよう変調の処理をしてから、データ信号の伝送を行うことである。ここで、オン状態とは、オフ状態よりも光量が多い状態とし、オフ状態とは、照明灯が消灯している状態か或いは光量がオン状態よりも少ない状態とする。

そのための変調として、特許文献１〜３などには、反転パルス位置変調（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ＰＰＭ）の記載がある。例えば、４値の反転パルス位置変調では、図６に示すように、伝送するデータ信号を構成するシンボル（図６においてはＳｙで示す。）の時間（例えば、０．１ミリ秒〜０．４ミリ秒程度）を４個のスロット（図６においてはＳ１〜Ｓ４で示す。）に分割し、これらのスロットＳ１〜Ｓ４のうちの１個のスロットにオフ状態となる期間を入れ、その他のスロットをオン状態にするようにして、２ビットのデータ、すなわち「００」、「０１」、「１０」、「１１」の４種類のデータを４種類のデータ信号に変換する。

その他、シンボルを２個のスロットに分割して１ビットのデータ、すなわち「０」、「１」の２種類のデータを２種類のデータ信号に変換する２値の反転パルス位置変調が可能である。また、シンボルを８個のスロットに分割して３ビットのデータ、すなわち「０００」〜「１１１」の８種類のデータを８種類のデータ信号に変換する８値の反転パルス位置変調が可能である。同様にして、１６値以上の反転パルス位置変調も可能である。なお、１個のスロットに入れるオフ状態となる期間は、特許文献３に記載されているように、パルス列（副搬送波）という形で複数の場合も有る。

このような照明光通信装置或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置からの照明光を受けた受信装置は、その照明光をフォトダイオード又はフォトトランジスタなどから構成される受光器で電気信号に変換し、それから、照明光通信装置での変調に対応する復調の処理をすることでデータを復元する。

特開２００４−０７２３６５号公報 特開２００７−２７４５６６号公報 特開２００８−２８３４４６号公報

ところで、このような照明光通信装置或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置の照明光以外の光（例えば、蛍光灯の光）が混入したり、照明光が所望外の周波数成分を含んでいたりすることがあり、それらはノイズとなる。そのノイズは多くの場合、低周波ノイズ（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの倍数などの周波数のノイズ）である。低周波ノイズによる影響を取り除くためには、受信装置において復調の処理をする前に、ハイパスフィルタを用いることになる。

しかし、特許文献１〜３などに示す反転パルス位置変調した照明光は、周波数帯域が広く、低周波数の方向に広がっている。例えば、４値の反転パルス位置変調で、図７に示すように、１番目のスロットＳ１にオフ状態となる期間を有するシンボルＳｙの次に、４番目のスロットＳ４にオフ状態となる期間を有するシンボルＳｙが来ることも有り、そうするとシンボルＳｙの時間のほぼ２倍の周期の低周波数成分が発生する。この照明光は、周波数帯域が低周波数の方向に広がっている。照明光の周波数帯域が低周波数の方向に広がっていると、上述した低周波ノイズとの周波数の差が小さく余裕がないために、ハイパスフィルタで適切に低周波ノイズの影響を取り除くのが容易でない場合も生じ得る。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せず、かつ、周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能な照明光通信装置及び照明光通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の照明光通信装置は、照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置であって、前記照明灯は、前記照明光を放射するオン状態と、前記照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、前記データ信号は、それを構成するシンボルが1個又は複数個の区切り用スロットと複数個のデータ用スロットに分割されたものであり、前記区切り用スロットは、前記シンボルの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が１個入っており、前記複数個のデータ用スロットは、データの内容に応じていずれか１個にオフ状態となる期間が１個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっていることを特徴とする。

請求項２に記載の照明光通信装置は、請求項１に記載の照明光通信装置において、前記複数個のデータ用スロットは、４個以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の照明光通信装置は、請求項１又は２に記載の照明光通信装置において、前記区切り用スロットは、１個であることを特徴とする。

請求項４に記載の照明光通信装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明光通信装置において、前記データ信号は、変調回路によってデータが変換されたものであることを特徴とする。

請求項５に記載の照明光通信システムは、請求項４に記載の照明光通信装置と、前記照明光通信装置からの前記照明光を電気信号に変換する受光器、低周波ノイズを取り除くハイパスフィルタ、前記変調回路に対応する復調の処理をする復調回路、を有する受信装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の照明光通信装置及び照明光通信システムによれば、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せず、かつ、周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能になる。

本発明の実施形態に係る照明光通信装置及び照明光通信システムを示す模式図である。 同上の照明光通信装置のデータ信号の構成を示す信号図である。 同上の照明光通信装置のデータ信号の例を示す信号図である。 同上の照明光通信システムの実験の構成を示す模式図である。 同上の照明光通信システムの実験結果を示す波形図である。 従来の照明光通信装置のデータ信号の構成を示す信号図である。 図６の照明光通信装置のデータ信号の例を示す信号図である。

以下、本発明に係る照明光通信装置及び照明光通信システムを実施するための形態について説明する。本発明の実施形態に係る照明光通信装置１は、図１に示すように、照明灯２の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行うものである。

照明灯２は、照明光を放射するオン状態と、照明光を放射しないオフ状態と、を高速で（例えば、０．０１ミリ秒〜０．１ミリ秒以上で）切り換え可能である。オフ状態は、光量がオン状態よりも少なく放射する状態としてもよい。照明灯２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子２ａ（図４参照）を複数個用いた照明灯が好適である。

照明光通信装置１は、照明光によって伝送すべく送られて来たデータをデータ信号に変換する変調回路３を有している。変調回路３からのデータ信号は、照明灯２に入力され、光信号として放射される。変調回路３は、照明光通信装置１の外に設けられることも可能である。

このデータ信号を構成するシンボルＳｙは、図２に示すような、１個の区切り用スロットＳＰ１と複数個（具体的には、４個）のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４に分割されている。区切り用スロットＳＰ１の時間と各々のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４の時間は、互いに等しい。

区切り用スロットＳＰ１は、シンボルＳｙの最初に設けられている。区切り用スロットＳＰ１には、オフ状態となる期間が１個だけ入っている。オフ状態は、具体的には、図２に示すように区切り用スロットＳＰ１に割り当てられた時間の全期間継続しているようにすればよい。区切り用スロットＳＰ１の中では、パルス列（副搬送波）という形で複数のオフ状態となる期間は作られない。これは、パルス列（副搬送波）という形を用いると、後述する受光素子５ａの応答速度の限界から区切り用スロットＳＰ１の時間（ひいては、シンボル時間）が長くなって、データ信号の伝送速度が遅くなり易いからである。

区切り用スロットＳＰ１は、シンボルＳｙの最後に設けてもよい。

また、区切り用スロットＳＰ１は、単位時間に伝送するデータの量を多くするには、最初又は最後の１個とするのが好ましいが、最初又は最後に複数個設けてもよい。この場合、オフ状態となる期間は、１個の区切り用スロットＳＰ１につき１個入ることになる。

４個のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４は、背景技術の欄で述べた４値の反転パルス位置変調によるものと同様の構成である。すなわち、４値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の１個のシンボルＳｙにおいて２ビットのデータ、すなわち「００」、「０１」、「１０」、「１１」の４種類のデータが４種類のデータ信号に変換される。４個のデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４は、データの内容に応じていずれか１個にオフ状態となる期間が１個だけ入り、その他のデータ用スロットがオン状態になる。オフ状態は、具体的には、図２に示すように、データ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４のうちの１個に割り当てられた時間の全期間継続しているようにすればよい。このデータ用スロットＳＤ１〜ＳＤ４のうちの１個の中では、パルス列（副搬送波）という形で複数のオフ状態となる期間が作られないのは、区切り用スロットＳＰ１と同様である。

このような区切り用スロットＳＰ１を有するデータ信号は、図３に示すように、１番目のデータ用スロットＳＤ１にオフ状態となる期間を有するシンボルＳｙの次に、４番目のデータ用スロットＳＤ４にオフ状態となる期間を有するシンボルＳｙが来たとしても、２個のシンボルＳｙ、Ｓｙ同士の間には、オフ状態となる期間が１個入っている区切り用スロットＳＰ１が必ず有るので、周波数帯域がシンボルＳｙ１個を１周期とする周波数以上の帯域となる。

データ用スロットは、２値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の１個のシンボルＳｙにおいて１ビットのデータ、すなわち「０」、「１」の２種類のデータを２種類のデータ信号に変換するようにすることも可能である。また、８値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の１個のシンボルＳｙにおいて３ビットのデータ、すなわち「０００」〜「１１１」の８種類のデータを８種類のデータ信号に変換するようにすることも可能である。同様にして、１６値以上の反転パルス位置変調と同様にすることも可能である。

ここで、シンボルＳｙは、データ用スロットとともに区切り用スロットＳＰ１を有しているので、単位時間に伝送可能なデータの量の点においては、区切り用スロットＳＰ１の時間の比率が比較的少なくなっているのが好ましい。よって、複数個のデータ用スロットは４個以上である（４値以上の反転パルス位置変調に対応する変調である）ことが好ましい。ただし、データ用スロットの個数が多すぎることで、シンボルＳｙの時間が長くなって周波数帯域が低周波数の方向に広がり、低周波ノイズに対する周波数の余裕が小さくならないようにする。１シンボルＳｙ内のデータ用スロットの個数が多い場合、その途中で、規則的に区切り用スロットを追加することも可能である。

照明光通信システムを構成するものとして、照明灯２からの照明光を受けた受信装置４は、図１に示すように、その照明光をフォトダイオード等の受光素子５ａ（図４参照）などから構成される受光器５で電気信号に変換し、それから、ハイパスフィルタ６で低周波ノイズによる影響を取り除き、変調回路３に対応する復調の処理をする復調回路７を通してデータを復元する。ハイパスフィルタ６は、設定される遮断周波数以上の周波数帯域を通過させる機能を有するものであって、バンドパスフィルタなども含まれる。

このような照明光通信装置１或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置１の照明光は、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率が変化しないので、人間の目にはちらつきのない照明とすることができる。また、この照明光は、周波数帯域がシンボル１個を１周期とする周波数以上の帯域となるので、混入した照明光以外の光（例えば、蛍光灯の光）などの低周波ノイズに対して周波数の余裕が出来、受信装置４においてハイパスフィルタ６で適切に低周波ノイズの影響を取り除くのが容易になる。

本願発明者が行った実験について述べる。この実験の照明光通信システムでは、図４に示すように、照明灯２は、複数個の白色発光ダイオードの発光素子２ａとそれを制御する照明灯制御回路２ｂを有するものとした。照明灯２には、上述の図３に示したデータ信号を入力した。１シンボル時間を０．２ミリ秒（１スロット時間を０．０４ミリ秒）とした。受信装置４は以下のように簡易な構成とした。すなわち、受光器５は、フォトダイオードの受光素子５ａに抵抗５ｂを接続したものとし、ハイパスフィルタ６は、コンデンサ６ａと抵抗６ｂとそれらの接続点の電圧を増幅する増幅器６ｃから構成した。受光器５における受光素子５ａと抵抗５ｂの接続点は、ハイパスフィルタ６のコンデンサ６ａの一端に接続されている。ハイパスフィルタ６は、遮断周波数を４ｋＨｚとし、また、その出力信号は増幅器６ｃの出力端子から出力される。

図５は、照明灯２に入力されたデータ信号の波形を上段に、ハイパスフィルタ６の出力信号の波形を下段に示したオシロスコープの画面の写真である。左端にそれぞれグランドレベルが示されている。図５より、ハイパスフィルタ６の出力信号の波形は、グランドレベルを基準に正負に、照明灯２に入力されたデータ信号に良く追従していることが分かる。このように、受信装置４において遮断周波数を高く設定してもデータ信号の伝達が可能であるので、適切に低周波ノイズの影響を取り除くことが容易になる。

以上、本発明の実施形態である照明光通信装置及び照明光通信システムについて説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。

１ 照明光通信装置
２ 照明灯
３ 変調回路
４ 受信装置
５ 受光器
５ａ 受光素子
６ ハイパスフィルタ
７ 復調回路
Ｓｙ シンボル
ＳＰ１ 区切り用スロット
ＳＤ１〜ＳＤ４ データ用スロット

Claims (5)

1. 照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置であって、
   前記照明灯は、前記照明光を放射するオン状態と、前記照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、
   前記データ信号は、それを構成するシンボルが1個又は複数個の区切り用スロットと複数個のデータ用スロットに分割されたものであり、
   前記区切り用スロットは、前記シンボルの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が１個入っており、
   前記複数個のデータ用スロットは、データの内容に応じていずれか１個にオフ状態となる期間が１個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっていることを特徴とする照明光通信装置。
2. 請求項１に記載の照明光通信装置において、
   前記複数個のデータ用スロットは、４個以上であることを特徴とする照明光通信装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明光通信装置において、
   前記区切り用スロットは、１個であることを特徴とする照明光通信装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明光通信装置において、
   前記データ信号は、変調回路によってデータが変換されたものであることを特徴とする照明光通信装置。
5. 請求項４に記載の照明光通信装置と、
   前記照明光通信装置からの前記照明光を電気信号に変換する受光器、低周波ノイズを取り除くハイパスフィルタ、前記変調回路に対応する復調の処理をする復調回路、を有する受信装置と、
   を備えることを特徴とする照明光通信システム。