JP4781758B2 - 受信システム、通信システム及び受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信における受信システム、通信システム及び受信方法に関する。

近年、照明光にデータ変調を施した光信号によってデータ通信を行うことが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。このようなデータ通信において、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられている。特に、光源として複数のＬＥＤが用いられることにより、利用者は所望の明るさを得ることができる。受信システムは、これら複数のＬＥＤからの光信号を受光することでデータ受信を行う。

複数の光源を用いてデータ通信が行われる場合、データレートが高くなると、各光源からの光信号の光路差が問題となる。例えば、３０ｃｍの光路差は時間差では１ｎｓに相当する。このため、０．５Ｇｂｐｓ以上のデータレートでデータ通信が行われる場合や０．５ＧＨｚ以上のサブキャリアを使用してデータ通信が行われる場合、光路差による光の干渉が生じて受信システムにおける受信が困難となる。このような光路差を解消する方法として、それぞれの光源に位相差を設ける回路を備えて光路差を吸収する方法がある。
特開２００３−６９５０７号公報

しかしながら、上述した光路差を吸収する方法では、光源と受信システム内の受光部との位置関係が予め定められていないと制御ができない。また、それぞれの光源に対して位相差を設ける回路、位相差を制御する回路が必要になり回路が複雑化する。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡易に光路差に応じた適切な通信を行うことが可能な受信システム及び受信方法を提供することにある。

本発明は、送信システムを構成する光源からの光信号を受光する複数の受光手段と、前記光信号の到来方向毎に、前記光信号の増幅度である重み付け係数の複数の組み合わせを記憶する記憶手段と、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせを用いて光信号の強度を評価し、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせから、最適な重み付け係数の組み合わせを選択する解析手段と、前記解析手段による選択に基づいて、前記重み付け係数を掛け合わせて前記各光信号を合成する合成手段と、を有することを特徴とする受信システムである。

この構成により、簡易に各受光手段において受光される光源からの光信号について解析がなされ、その光路差の補正が可能となる。

また、本発明は、前記解析手段が、前記記憶手段に保存された前記組み合わせのうち、前記最適な重み付け係数の組み合わせの到来方向と隣接する到来方向の組み合わせの重み付け係数の範囲内で、前記最適な重み付け係数を変化させ、更に最適な重み付け係数の組み合わせを選択する。

また、本発明は、前記解析手段が、前記送信システムを構成する光源以外の他の光源からの光が前記受光手段により受光される場合に、前記他の光源からの光の強度変化の周期を参酌して、前記複数の受光手段により受光された光信号を解析する。

また、本発明は、送信システムを構成する光源からの光信号を複数の受光手段により受光する受光ステップと、前記光信号の到来方向毎に、前記光信号の増幅度である重み付け係数の複数の組み合わせを記憶した記憶手段に記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせを用いて、前記光信号の強度を評価し、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせから、最適な重み付け係数の組み合わせを選択する解析ステップと、前記解析ステップにおける選択に基づいて、前記重み付け係数を掛け合わせて前記各光信号を合成する合成ステップと、を有することを特徴とする受信方法である。

また、本発明は、前記解析ステップは、前記記憶手段に保存された前記組み合わせのうち、前記最適な重み付け係数の組み合わせの到来方向と隣接する到来方向の組み合わせの重み付け係数の範囲内で、前記最適な重み付け係数を変化させ、更に最適な重み付け係数の組み合わせを選択する。

また、本発明は、前記解析ステップが、前記送信システムを構成する光源以外の他の光源からの光が前記受光ステップにおいて受光される場合に、前記他の光源からの光の強度変化の周期を参酌して、前記受光ステップにおいて受光された各光信号を解析する。

本発明によれば、簡易に各受光手段において受光される光信号の光路差に応じた適切な通信が可能となる。

まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る受信システムを適用した通信システムの第１の実施形態を説明する構成図である。

通信システム１は、例えば、送信システムを構成する送信装置１０、光変調器（ＭＯＤ）２０−１、２０−２、照明装置３０−１及び３０−２（以下、これら照明装置３０−１及び３０−２をまとめて適宜「照明装置３０」と称する）と、受信システムを構成する受光部４０−１、４０−２（以下、これら受光部４０−１及び４０−２をまとめて適宜「受光部４０」と称する）、光通信モデム５０及びラップトップコンピュータ６０と、インターネット７０とにより構成される。

送信システム内の送信装置１０は、インターネット７０からデータを取得し、ＭＯＤ２０−１及び２０−２へ出力する。ＭＯＤ２０−１は、光信号を送信装置１０からのデータによって変調し、照明装置３０−１へ出力する。同様に、ＭＯＤ２０-２は、光信号を送信装置１０からのデータによって変調した変調光信号を、照明装置３０-２へ出力する。照明装置３０−１は、ＬＥＤにより構成され、ＭＯＤ２０−１からの変調光信号を発する。同様に、照明装置３０−２は、ＬＥＤにより構成され、ＭＯＤ２０−２からの変調光信号を発する。

受信システム内の受光部４０−１は、照明装置３０が発した変調光信号を受光し、光通信モデム５０へ出力する。同様に、受光部４０−２は、照明装置３０が発した変調光信号を受光し、光通信モデム５０へ出力する。ラップトップコンピュータ６０は、これら受光部４０−１及び４０−２により受光された変調光信号を解析する。光通信モデム５０は、ラップトップコンピュータ６０の解析結果に基づいて、受光部４０−１及び４０−２からの変調光信号のそれぞれに対して、所定の重み付けをした上で合成する。

ラップトップコンピュータ６０は、以下のようにして、受光部４０−１及び４０−２により受光された変調光信号を解析する。図２は、変調光信号の解析の一例を示す図である。

ラップトップコンピュータ６０は、照明装置３０−１及び３０−２の双方から変調光信号が受光部４０−１及び４０−２に到来して、光路差による干渉が生じる場合には、照明装置３０−１及び３０−２の一方に対して、受光部４０−１及び４０−２の指向性の谷を合わせるヌルステアリング動作を行う。一方、ラップトップコンピュータ６０は、照明装置３０−１及び３０−２の一方から変調光信号が受光部４０−１及び４０−２に到来して、光路差による干渉が生じる場合には、その変調光信号の発信元の照明装置３０に対して、受光部４０−１及び４０−２の指向性のピークを合わせるビームステアリング動作を行う。

図２において、受光部４０−１及び４０−２における変調光信号の到来方向をθ、受光部４０−１と受光部４０−２との距離をｄ、受光部４０−１に到来する変調光信号の強度をＳ１、受光部４０−２に到来する変調光信号の強度をＳ２、受光部４０−１に到来する変調光信号及び受光部４０−２に到来する変調光信号の波長をλとする。

受光部４０−１に到来する変調光信号と受光部４０−２に到来する変調光信号との光路差をＬ、位相差φは、

となる。

そして、受光部４０−１に到来する変調光信号の強度Ｓ１と受光部４０−２に到来する変調光信号の強度Ｓ２は、

で表され、これらの変調光信号の合成光信号の強度Ｓは、受光部４０−１に到来する変調光信号に対する重み付け係数をＷ１、受光部４０−１に到来する変調光信号に対する重み付け係数をＷ２とすると、

となる。

また、受光部４０−１に到来する変調光信号の強度Ｓ１と受光部４０−２に到来する変調光信号の強度Ｓ２は、複素数表示では、

で表される。従って、これらの変調光信号の合成光信号の強度Ｓは、複素数表示では、

となり、重み付け係数Ｗ１、Ｗ２と１受光部４０への変調光信号の到来方向θの関数となる。

なお、受光部４０の数がｎ個である場合には、合成光信号の強度Ｓは、各受光部４０に到来する変調光信号に対する重み付け係数をＷ１、Ｗ２、・・・、Ｗｎとすると、複素数表示では、

となり、重み付け係数Ｗ１、Ｗ２、・・・、Ｗｎと１受光部４０への変調光信号の到来方向θの関数となる。

ラップトップコンピュータ６０は、ヌルステアリング動作では、所定の到来方向θにおいて合成光信号の強度Ｓが最小となるように、重み付け係数Ｗ１、Ｗ２を決定する。一方、ラップトップコンピュータ６０は、ビームステアリング動作では、所定の到来方向θにおいて合成光信号の強度Ｓが最大となるように、最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２を決定する。

以下、フローチャートを参照しつつ、重み付け係数の決定動作について説明する。図３は、重み付け係数の第１の決定動作を示すフローチャートである。

ラップトップコンピュータ６０は、予め内蔵する記憶部（図示せず）に、上述した数９における到来方向θを−９０度から９０度まで所定間隔で変化させた場合における、各到来方向に対応する合成光信号の強度Ｓを最大とする、受光部４０−１に到来する変調光信号に対する重み付け係数をＷ１と、受光部４０−２に到来する変調光信号に対する重み付け係数Ｗ２との組み合わせ（ベクタ）を記憶している。図４は、記憶部に記憶される重み付け係数Ｗ１及びＷ２の組の一例を示す図である。図４では、重み付け係数Ｗ１及びＷ２の組が、対応する到来方向の角度順に番号が付されて記憶されている。

ラップトップコンピュータ６０は、記憶部に記憶しているこれら重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組を順次読み出して数９に設定し（Ｓ１０１）、合成光信号の強度Ｓを算出する（Ｓ１０２）。

次に、ラップトップコンピュータ６０は、重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の各組に対応する各合成光信号の強度Ｓを評価し（Ｓ１０３）、その評価結果に基づいて、最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組を選択する（Ｓ１０４）。

例えば、ラップトップコンピュータ６０は、合成光信号の強度Ｓのピークが１つのみである場合には、照明装置３０−１及び３０−２のいずれか一方からの変調光信号が受光部４０−１及び４０−２に到来したとみなす。そして、ラップトップコンピュータ６０は、そのピークとなる合成光信号の強度Ｓの算出に用いた重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組を、最適な重み付け係数として選択する。

なお、ラップトップコンピュータ６０は、品質（受信品質）が最良となる合成光信号の強度Ｓの算出に用いた重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組を選択してもよい。ここで、受信品質とは、合成光信号のアイパターンの開口度でもよいし、信号対ノイズの比でもよい。

図５は、重み付け係数の第２の決定動作を示すフローチャートである。図５におけるＳ２０１乃至Ｓ２０４の動作は、上述した図３におけるＳ１０１乃至Ｓ１０４の動作と同一であるので、その説明は省略する。

記憶部に記憶されている重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組は、所定間隔の到来方向毎に設けられたものであるため、Ｓ２０４で選択される重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組は、記憶部に記憶されている各重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組の中では最適であるが、微調整によってより最適なものとすることが可能である。

このため、ラップトップコンピュータ６０は、Ｓ２０４において選択した最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組について、その重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組に対応する到来方向の前後の到来方向に対応する重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組の範囲内で微調整を行う（Ｓ２０５）。

例えば、Ｓ２０４において図４におけるｎ番目の重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組を最適な重み付け係数の組として選択した場合、ラップトップコンピュータ６０は、この最適な重み付け係数の組を、ｎ−１番目の重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組からｎ＋１番目の重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組までの範囲内で変化させて、より最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の組となるように微調整を行う。

このように、受光部４０−１、４０−２、光通信モデム５０及びラップトップコンピュータ６０によって構成される受信システムでは、ラップトップコンピュータ６０は、受光部４０−１及び４０−２により受光された変調光信号を解析し、これらを合成した合成光信号の強度が、ヌルステアリング動作では、所定の到来方向θにおいて最小となるように、一方、ビームステアリング動作では、所定の到来方向θにおいて最大となるように、変調光信号に対する最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２を決定しており、照明装置３０から受光部４０−１までと照明装置３０から受光部４０−２までとの光路差を吸収した適切な通信を行うことができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図６は、本発明に係る受信システムを適用した通信システムの第２の実施形態を説明する構成図である。

通信システム２は、図１に示す通信システム１と比較すると、新たに照明装置３０−３を有する。なお、図６では単一の照明装置３０−３のみが表されているが、複数存在していてもよい。

照明装置３０−３から受光部４０−１及び４０−２に到来する光は、照明装置３０−１及び３０−２と受光部４０−１及び４０−２との間の光通信におけるノイズ光として作用する。このノイズ光は、照明装置３０−１及び３０−２と受光部４０−１及び４０−２との間の光通信以外の光通信におけるデータ変調が施されたものであってもよい。また、照明装置３０−３の駆動周波数は、一般に電灯線の周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）であるが、インバーター等によって電灯線の周波数と異なる周波数で駆動されてもよい。ラップトップコンピュータ６０は、このノイズ光の影響を排除する。

図７は、ノイズ光の排除動作を示すフローチャートである。ラップトップコンピュータ６０は、受光部４０−１及び４０−２に到来するノイズ光の強度を所定期間測定する（Ｓ３０１）。更に、ラップトップコンピュータ６０は、所定期間測定したノイズ光の強度に基づいて、当該ノイズ光の強度の変動周期を測定する（Ｓ３０２）。ここで、測定される変動周期は、照明装置３０−３の駆動周波数に対応するものであり、光通信に用いられるサブキャリアの周波数よりも非常に低い周波数に対応する周期である。例えば、照明装置３０−３の駆動周波数が６０Ｈｚである場合には、ノイズ光の強度の変動周期は、１／６０秒となる。

次に、ラップトップコンピュータ６０は、ノイズ光の強度の変動周期の測定結果に基づいて、ノイズ光の強度に周期的な変化があるか否かを判定する（Ｓ３０３）。ノイズ光の強度に周期的な変化がある場合、ラップトップコンピュータ６０は、そのノイズ光の強度を監視し（Ｓ３０４）、極小になったか否かを判定する（Ｓ３０５）。ノイズ光の強度が極小になった場合には、ラップトップコンピュータ６０は、上述した図３又は図５による重み付け係数の決定修理を行う（Ｓ３０６）。また、ノイズ光の強度に周期的な変化がない場合も、ラップトップコンピュータ６０は、上述した図３又は図５による重み付け係数の決定修理を行う（Ｓ３０６）。

なお、ノイズ光の強度の変動周期は、予め設定されていてもよく、更には、予め設定された値のうちいずれかが選択されるようにしてもよい。

このように、受光部４０−１、４０−２、光通信モデム５０及びラップトップコンピュータ６０によって構成される受信システムでは、ラップトップコンピュータ６０は、ノイズ光の強度が極小となるタイミングで最適な重み付け係数Ｗ１、Ｗ２を決定しており、ノイズ光の影響を排除した適切な通信が可能となる。

以上、説明したように、本発明に係る受信システム及び受信方法は、簡易に光路差に応じた適切な通信を行うことが可能であり、受信システム及び受信方法として有用である。

本発明に係る通信システムの第１の実施形態を説明する構成図である。 変調光信号の解析の一例を示す図である。 重み付け係数の第１の決定動作を示すフローチャートである。 重み付け係数の組の一例を示す図である。 重み付け係数の第２の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る通信システムの第２の実施形態を説明する構成図である。 ノイズ光の排除動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ 通信システム、１０ 送信装置、２０−１，２０−２ 光変調器（ＭＯＤ）、３０−１，３０−２，３０−３ 照明装置、４０−１，４０−２ 受光部、５０ 光通信モデム、６０ ラップトップコンピュータ、７０ インターネット。

Claims (7)

1. 送信システムを構成する光源からの光信号を受光する複数の受光手段と、
   前記光信号の到来方向毎に、前記光信号の増幅度である重み付け係数の複数の組み合わせを記憶する記憶手段と、
   前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせを用いて光信号の強度を評価し、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせから、最適な重み付け係数の組み合わせを選択する解析手段と、
   前記解析手段による選択に基づいて、前記重み付け係数を掛け合わせて前記各光信号を合成する合成手段と、
   を有することを特徴とする受信システム。
2. 前記解析手段は、前記記憶手段に保存された前記組み合わせのうち、前記最適な重み付け係数の組み合わせの到来方向と隣接する到来方向の組み合わせの重み付け係数の範囲内で、前記最適な重み付け係数を変化させ、更に最適な重み付け係数の組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の受信システム。
3. 前記解析手段は、前記送信システムを構成する光源以外の他の光源からの光が前記受光手段により受光される場合に、前記他の光源からの光の強度変化の周期を参酌して、前記複数の受光手段により受光された光信号を解析することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信システム。
4. 送信システムを構成する光源からの光信号を複数の受光手段により受光する受光ステップと、
   前記光信号の到来方向毎に、前記光信号の増幅度である重み付け係数の複数の組み合わせを記憶した記憶手段に記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせを用いて、前記光信号の強度を評価し、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせから、最適な重み付け係数の組み合わせを選択する解析ステップと、
   前記解析ステップにおける選択に基づいて、前記重み付け係数を掛け合わせて前記各光信号を合成する合成ステップと、
   を有することを特徴とする受信方法。
5. 前記解析ステップは、前記記憶手段に保存された前記組み合わせのうち、前記最適な重み付け係数の組み合わせの到来方向と隣接する到来方向の組み合わせの重み付け係数の範囲内で、前記最適な重み付け係数を変化させ、更に最適な重み付け係数の組み合わせを選択することを特徴とする請求項４に記載の受信方法。
6. 前記解析ステップは、前記送信システムを構成する光源以外の他の光源からの光が前記受光ステップにおいて受光される場合に、前記他の光源からの光の強度変化の周期を参酌して、前記受光ステップにおいて受光された各光信号を解析することを特徴とする請求項４又は５に記載の受信方法。
7. 複数の照明装置から光信号を送信する送信システムと、
   前記光信号を受光する複数の受光手段と、
   前記光信号の到来方向毎に、前記光信号の増幅度である重み付け係数の複数の組み合わせを記憶する記憶手段と、
   前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせを用いて光信号の強度を評価し、前記記憶された前記重み付け係数の複数の組み合わせから、最適な重み付け係数の組み合わせを選択する解析手段と、
   前記解析手段による選択に基づいて、前記重み付け係数を掛け合わせて前記各光信号を合成する合成手段と、
   を有する受信システムを含むことを特徴とする通信システム。

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