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WO2024043058A1 - 光通信システム、端末装置、及び基地局装置 - Google Patents

光通信システム、端末装置、及び基地局装置 Download PDF

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Publication number
WO2024043058A1
WO2024043058A1 PCT/JP2023/028753 JP2023028753W WO2024043058A1 WO 2024043058 A1 WO2024043058 A1 WO 2024043058A1 JP 2023028753 W JP2023028753 W JP 2023028753W WO 2024043058 A1 WO2024043058 A1 WO 2024043058A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base station
terminal device
optical
optical communication
light receiving
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/028753
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敦久 稲越
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to JP2024542724A priority Critical patent/JPWO2024043058A1/ja
Publication of WO2024043058A1 publication Critical patent/WO2024043058A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical communication system, a terminal device, and a base station device.
  • optical communication systems that use light (particularly visible light) as a transmission medium are known in underwater communication. Because light is highly directional, in conventional optical communication systems, the transmitting and receiving sides face each other for one-to-one communication, with the premise that each optical communication device on the sending and receiving sides is fixed. (that is, unicast communication) is common.
  • the optical communication system is a system in which a terminal device and a base station device perform optical communication.
  • the terminal device receives the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of light receiving sections arranged with optical axes facing different directions and from a plurality of base station devices, the terminal device receives the same data optical signal.
  • a control unit that performs a specifying process to specify each light receiving unit that receives the light.
  • the control section performs a synthesis process of synthesizing the received signals of the respective light receiving sections specified by the specification process.
  • the terminal device is a device that performs optical communication with a base station device.
  • the terminal device receives the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of light receiving sections arranged with optical axes facing different directions and from a plurality of base station devices, the terminal device receives the same data optical signal.
  • a control unit that performs a specifying process to specify each light receiving unit that receives the light.
  • the control section performs a synthesis process of synthesizing the received signals of the respective light receiving sections specified by the specification process.
  • the base station device is a device that performs optical communication with a terminal device.
  • the base station device includes a plurality of light emitting units arranged with their optical axes facing different directions, and when broadcasting the same data optical signal from the plurality of light emitting units, a reference optical signal for broadcast communication and/or a reference optical signal for broadcast communication.
  • a control section that controls the plurality of light emitting sections so as to transmit a control optical signal indicating a time slot for broadcast communication.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an optical communication system according to a first embodiment.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration example of a base station device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an external configuration of a base station device according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a terminal device according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the external configuration of a terminal device according to a first embodiment;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing DL communication as an example of optical communication according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a communication frame used in the optical communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of unicast communication according to the first embodiment. It is a diagram showing an example of broadcast communication according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of time slots used for broadcast communication according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an operation sequence regarding broadcast communication according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the optical communication system according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a base station device according to a second embodiment. It is a figure showing the 1st example of composition of the terminal device concerning a 2nd embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the optical communication system according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an operation sequence regarding broadcast communication according to a third embodiment. It is a figure for explaining other embodiments. It is a figure for explaining other embodiments. It is a figure for explaining other embodiments. It is a figure for explaining other embodiments. It is a figure for explaining other embodiments. It is a figure for explaining other embodiments.
  • the present disclosure aims to realize broadcast communication using light as a transmission medium.
  • the optical communication system according to the embodiment is a system that performs optical communication using visible light as an example of light.
  • the optical communication system may be a system that performs optical communication using light other than visible light, for example, infrared light.
  • the optical communication system according to the embodiment is a system that performs optical communication underwater.
  • the optical communication system is not limited to a system that performs optical communication underwater, but may be a system that performs optical communication in space, for example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an optical communication system 1 according to the present embodiment.
  • the optical communication system 1 includes a plurality of terminal devices 100 (100a, 100b) and a base station device 200.
  • the number of terminal devices 100 and the number of base station devices 200 are not limited to the example of FIG. 1.
  • the base station device 200 is an example of an optical communication device.
  • the base station device 200 is on the water surface.
  • the base station device 200 is fixed to a buoy.
  • Base station device 200 is connected to network 10 via a backhaul line.
  • the backhaul line may be a wireless line.
  • the backhaul line may be a wired line.
  • the base station device 200 may be installed at a predetermined distance from other adjacent base station devices.
  • the base station device 200 may be temporarily installed, for example, during an underwater survey using the terminal device 100.
  • the terminal device 100 is another example of an optical communication device. Each terminal device 100 is underwater. Each terminal device 100 is configured to be movable underwater. For example, each terminal device 100 may be a self-propelled terminal device 100 such as an underwater robot or an underwater drone. Each terminal device 100 performs optical communication (underwater visible light communication in this embodiment) with the base station device 200. That is, the base station device 200 is a serving base station device for each terminal device 100.
  • Each terminal device 100 may include a sensor such as an image sensor and generate sensor data. For example, each terminal device 100 may transmit uplink (UL) data including sensor data to the base station device 200 by visible light communication. Each terminal device 100 may receive downlink (DL) data including instruction data from the base station device 200 via visible light communication. Each terminal device 100 may move and perform sensing operations (such as photographing) based on the instruction data.
  • UL uplink
  • DL downlink
  • sensing operations such as photographing
  • each of the base station device 200 and the terminal device 100 has a plurality of optical communication units with optical communication directivity (from another perspective, optical axis) directed in different directions. Thereby, each of the base station device 200 and the terminal device 100 can perform optical communication in various directions using a plurality of optical communication units.
  • the base station device 200 can perform optical communication with a plurality of terminal devices 100 in a time division manner using time division multiple access (TDMA).
  • TDMA time division multiple access
  • the base station device 200 allocates a time slot to each terminal device 100 and performs optical communication with the terminal device 100 using the allocated time slot.
  • the optical communication system 1 includes optical communication using unicast communication, which is one-to-one communication between the base station device 200 and the terminal device 100, and optical communication between the base station device 200 and an unspecified number of terminal devices 100.
  • Optical communication using broadcast communication can be performed.
  • the base station device 200 selects its own optical communication section corresponding to the direction of the terminal device 100 for each terminal device 100, and uses the selected optical communication section to communicate with the terminal device 100. Perform optical communication.
  • the base station device 200 transmits and receives an optical signal (data optical signal) including data unique to the terminal device 100 to and from the terminal device 100.
  • the base station device 200 individually allocates time slots used for unicast communication to each terminal device 100.
  • the base station device 200 simultaneously transmits an optical signal (data optical signal) containing data common to all terminal devices 100 using all its own optical communication units.
  • the base station device 200 simultaneously transmits (ie, broadcasts) the same data optical signal in all directions that it can support.
  • the base station device 200 commonly allocates time slots for broadcast communication to all the terminal devices 100. Thereby, resource utilization efficiency can be improved.
  • broadcast communication is not particularly limited, for example, base station device 200 transmits (ie, broadcasts) a data optical signal that includes system information, emergency warning, or map information as data through broadcast communication.
  • the terminal device 100 selects its own optical communication unit corresponding to the direction of the base station device 200, which is its own serving base station, and performs optical communication with the base station device 200 using the selected optical communication unit.
  • the terminal device 100 sends an optical signal (data optical signal) containing data specific to the terminal device 100 to the base station using a time slot allocated for unicast communication by the base station device 200. Transmits and receives data to and from the device 200.
  • the terminal device 100 uses the time slot allocated for broadcast communication from the base station device 200 to send an optical signal (data optical signal) containing data common to all terminal devices 100 to the base station. Received from station device 200.
  • the base station device 200 can individually control optical communication with the terminal device 100, it is easy to perform high-quality optical communication that is adapted to the situation of the terminal device 100 and the state of the propagation path.
  • broadcast communication can improve resource utilization efficiency compared to unicast communication, the base station device 200 cannot individually control optical communication with the terminal device 100, so high-quality optical communication cannot be achieved. difficult to do.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of base station apparatus 200 according to the present embodiment.
  • the base station device 200 includes a plurality of optical communication units 201 (201#0, 201#1, . . . ), a control unit 230, and a backhaul communication unit 240.
  • Base station device 200 may include a battery for supplying power necessary for operation of base station device 200.
  • the plurality of optical communication units 201 are arranged with their optical communication directivity (optical axis) directed in different directions. Each optical communication unit 201 performs optical communication (visible light communication in this embodiment) with the terminal device 100 under the control of the control unit 230. Each optical communication section 201 has a light receiving section 210 and a light emitting section 220. Since each optical communication unit 201 has a similar configuration, the configuration of optical communication unit 201#0 will be described here.
  • the light receiving unit 210#0 of the optical communication unit 201#0 receives an optical signal (in this embodiment, a visible light signal) from the terminal device 100, and outputs the received signal to the control unit 230.
  • the light receiving section 210#0 includes at least one light receiving element 211#0 and a receiver 212#0.
  • the light receiving element 211#0 may include a photodiode (PD) and its peripheral circuit.
  • the light receiving element 211#0 receives an optical signal, converts the received optical signal into an electrical signal (received signal), and outputs the received signal to the receiver 212#0.
  • the optical axis of the light receiving element 211#0 is directed in a predetermined direction different from the optical axes of the other light receiving elements 211 (for example, the light receiving element 211#1).
  • the receiver 212#0 may be configured with an FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or an SoC (System-on-a-chip).
  • the receiver 212 #0 converts the received signal output by the light receiving element 211 #0, performs signal processing on the converted received signal, and outputs the processed signal to the control unit 230.
  • At least a portion of receiver 212#0 may be integrated with another receiver 212 (eg, receiver 212#1).
  • At least a portion of receiver 212#0 may be integrated with transmitter 222.
  • the light emitting unit 220#0 of the optical communication unit 201#0 transmits an optical signal (in this embodiment, a visible light signal) to the terminal device 100 under the control of the control unit 230.
  • the light emitting unit 220#0 includes at least one light emitting element 221#0 and a transmitter 222#0.
  • the light emitting element 221#0 may include a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) and its peripheral circuit.
  • the light emitting element 221#0 converts the electrical signal (transmission signal) output by the transmitter 222#0 for optical communication into an optical signal, and transmits the optical signal.
  • the optical axis of the light emitting element 221#0 is directed in a predetermined direction different from the optical axes of the other light emitting elements 221 (for example, the light emitting element 221#1). However, the optical axis of the light emitting element 221#0 is directed in the same direction as the optical axis of the corresponding light receiving element 211#0.
  • Transmitter 222#0 may be configured by FPGA and/or SoC.
  • the transmitter 222#0 performs signal processing on the transmission signal output by the control unit 230, converts the signal after the signal processing, and outputs the converted signal to the light emitting element 221#0. At least a portion of transmitter 222#0 may be integrated with other transmitters 222 (eg, transmitter 222#1). At least a portion of transmitter 222#0 may be integrated with receiver 212.
  • the control unit 230 controls the overall operation of the base station device 200.
  • the operations of the base station device 200 described above and the operations of the base station device 200 described below may be operations under the control of the control unit 230.
  • the control unit 230 controls the plurality of optical communication units 201.
  • Control unit 230 includes at least one processor 231 and at least one memory 232.
  • the memory 232 stores programs executed by the processor 231 and information used for processing by the processor 231.
  • the processor 231 may include a digital signal processor and a CPU (Central Processing Unit).
  • the digital signal processor modulates, demodulates, encodes, and decodes digital signals.
  • the CPU executes programs stored in memory to perform various processes.
  • At least a portion of the control unit 230 may be integrated with the receiver 212.
  • At least a portion of the control unit 230 may be integrated with the transmitter 222.
  • the backhaul communication unit 240 performs backhaul communication (wired communication and/or wireless communication) via the backhaul line under the control of the control unit 230.
  • the backhaul communication unit 240 includes a network communication unit 241 that communicates with the network 10 (for example, a core network), and an inter-base station communication unit 242 that performs inter-base station communication with adjacent base stations. Good too.
  • the network communication unit 241 receives unicast data to be transmitted to the terminal device 100 by unicast communication and broadcast data to be transmitted to the terminal device 100 by broadcast communication from the network 10, and transmits the received data to the control unit 230. Output.
  • the network communication unit 241 transmits to the network 10 the unicast data that the optical communication unit 201 receives from the terminal device 100 through unicast communication.
  • the plurality of light emitting units 220 (220#0, 220#1, . . . ) are arranged with their optical axes facing different directions.
  • the control unit 130 uses a reference optical signal for broadcast communication (hereinafter referred to as “broadcast communication reference signal”) and/or a time slot for broadcast communication.
  • the plurality of light emitting units 220 are controlled to transmit the control light signal shown in FIG. That is, when the base station device 200 broadcasts the same data optical signal from all the light emitting units 220, the base station device 200 transmits a broadcast communication reference signal and/or a control optical signal from all the light emitting units 220.
  • the broadcast communication reference signal and/or control optical signal can be transmitted in all directions that the base station device 200 can handle. Furthermore, the terminal device 100 that has received the broadcast communication reference signal can appropriately select an optical communication unit to be used for broadcast communication based on the broadcast communication reference signal. Furthermore, the terminal device 100 that has received the control optical signal can appropriately grasp the time slot used for broadcast communication based on the control optical signal.
  • FIG. 3 is a diagram showing an external configuration example of the base station device 200 according to the present embodiment.
  • the base station device 200 includes a hemispherical light receiving/emitting section 250 and a main body section 260 connected to the light receiving/emitting section 250. However, the entire base station device 200 may be configured in a spherical shape.
  • the light receiving and emitting section 250 includes a plurality of optical communication sections 201 that are distributed and arranged. Each optical communication unit 201 is provided with a set of at least one light receiving element 211 and at least one light emitting element 221. With such a configuration, the base station device 200 can perform optical communication with the terminal device 100 in various directions.
  • the hemispherical receiving and emitting section 250 has a total of 19 optical communication sections 201, from optical communication section 201#0 to optical communication section 201#18. In this case, the base station device 200 has a total of 19 light receiving elements from light receiving element 211#0 to 211#18, and a total of 19 light emitting elements from light emitting element 221#0 to 211#18. You can leave it there.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the terminal device 100 according to the present embodiment.
  • the terminal device 100 includes a plurality of optical communication units 101 (101#0, 101#1, . . . ), a control unit 130, and a movement mechanism 140.
  • Terminal device 100 may include a battery for supplying power necessary for operation of terminal device 100.
  • the terminal device 100 may include a sensor such as an image sensor and generate sensor data.
  • the plurality of optical communication units 101 are arranged with the directivity (optical axis) of optical communication directed in different directions.
  • Each optical communication unit 101 performs optical communication (visible light communication in this embodiment) with the base station device 200 under the control of the control unit 130.
  • Each optical communication section 101 has a light receiving section 110 and a light emitting section 120. Since each optical communication unit 101 has a similar configuration, the configuration of optical communication unit 101#0 will be described here.
  • the light receiving unit 110#0 of the optical communication unit 101#0 receives an optical signal (in this embodiment, a visible light signal) from the base station device 200, and outputs the received signal to the control unit 130.
  • the light receiving section 110#0 includes at least one light receiving element 111#0 and a receiver 112#0.
  • the light receiving element 111#0 may include a photodiode (PD) and its peripheral circuit.
  • the light receiving element 111#0 receives an optical signal, converts the received optical signal into an electrical signal (received signal), and outputs the received signal to the receiver 112#0.
  • the optical axis of the light receiving element 111#0 is directed in a predetermined direction different from the optical axes of the other light receiving elements 111 (for example, the light receiving element 111#1).
  • Receiver 112#0 may be configured with FPGA and/or SoC.
  • the receiver 112 #0 converts the received signal output by the light receiving element 111 #0, performs signal processing on the converted received signal, and outputs the processed signal to the control unit 130.
  • At least a portion of receiver 112#0 may be integrated with another receiver 112 (eg, receiver 112#1).
  • At least a portion of receiver 112#0 may be integrated with transmitter 122.
  • the light emitting unit 120#0 of the optical communication unit 101#0 transmits an optical signal (in this embodiment, a visible light signal) to the base station device 200 under the control of the control unit 130.
  • the light emitting unit 120#0 includes at least one light emitting element 121#0 and a transmitter 122#0.
  • the light emitting element 121#0 may include a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) and its peripheral circuit.
  • the light emitting element 121#0 converts the electrical signal (transmission signal) outputted by the transmitter 122#0 for optical communication into an optical signal, and transmits the optical signal.
  • the optical axis of the light emitting element 121#0 is directed in a predetermined direction different from the optical axes of the other light emitting elements 121 (for example, the light emitting element 121#1). However, the optical axis of the light emitting element 121#0 is directed in the same direction as the optical axis of the corresponding light receiving element 111#0.
  • Transmitter 122#0 may be configured by FPGA and/or SoC.
  • the transmitter 122#0 performs signal processing on the transmission signal output by the control unit 130, converts the signal after the signal processing, and outputs the converted signal to the light emitting element 121#0. At least a portion of transmitter 122#0 may be integrated with other transmitters 122 (eg, transmitter 122#1). At least a portion of transmitter 122#0 may be integrated with receiver 112.
  • the control unit 130 controls the overall operation of the terminal device 100.
  • the operation of the terminal device 100 described above and the operation of the terminal device 100 described later may be operations under the control of the control unit 130.
  • the control unit 130 controls the plurality of optical communication units 101.
  • Control unit 130 includes at least one processor 131 and at least one memory 132.
  • the memory 132 stores programs executed by the processor 131 and information used for processing by the processor 131.
  • Processor 131 may include a digital signal processor and a CPU.
  • the digital signal processor modulates, demodulates, encodes, and decodes digital signals.
  • the CPU executes programs stored in memory to perform various processes.
  • At least a portion of the control unit 130 may be integrated with the receiver 112.
  • At least a portion of the control unit 130 may be integrated with the transmitter 122.
  • the moving mechanism 140 moves the terminal device 100 under the control of the control unit 130.
  • the moving mechanism 140 includes, for example, a motor and a screw connected to a rotating shaft of the motor.
  • the plurality of light receiving units 110 are arranged with their optical axes facing different directions.
  • the control unit 130 controls each light receiving unit that receives the same data optical signal.
  • a specifying process for specifying the unit 110 is performed.
  • the control unit 130 performs a synthesis process to synthesize the received signals of the respective light receiving units 110 specified by the specification process.
  • the combining process may be a process using maximum ratio combining.
  • the control unit 130 adjusts the amplitude and phase of the received signals of each light receiving unit 110 specified by the specific processing and obtains a combined output so that the maximum SNR (Signal-to-Noise Ratio) is obtained when combining the received signals.
  • the terminal device 100 can receive broadcast data optical signals from a plurality of base station devices 200 located in mutually different directions. For example, the terminal device 100 can perform broadcast reception from an adjacent base station as well as broadcast reception from a serving base station. Then, the terminal device 100 can improve the reception quality of broadcast reception by combining the received signals from each base station device 200. Therefore, high quality broadcast communication becomes possible.
  • FIG. 5 is a diagram showing an external configuration example of the terminal device 100 according to the present embodiment.
  • the terminal device 100 has a hemispherical receiving/emitting section 150 and a main body section 160 connected to the receiving/emitting section 150.
  • the entire terminal device 100 may be configured in a spherical shape.
  • the light receiving/emitting unit 150 includes a plurality of optical communication units 101 arranged in a distributed manner. Each optical communication unit 101 is provided with a set of at least one light receiving element 111 and at least one light emitting element 121. With such a configuration, the terminal device 100 can perform optical communication with the base station device 200 in various directions.
  • the hemispherical receiving and emitting section 150 has a total of seven optical communication sections 101, including optical communication sections 101#0 to 101#6.
  • the terminal device 100 has a total of seven light receiving elements, ie, light receiving elements 111#0 to 111#6, and a total of 7 light emitting elements, including light emitting elements 121#0 to 121#6. You may do so.
  • FIG. 6 is a diagram showing DL communication as an example of optical communication according to this embodiment.
  • a cross section of the base station device 200 and a cross section of the terminal device 100 are simply shown with respect to DL communication.
  • the angle formed by the optical axis of the one light emitting section 220 and the optical axis of the another light emitting section 220 increases.
  • a plurality of light emitting units 220 are arranged so as to increase in size. For example, the angle between the optical axis of the light emitting section 220#0 and the optical axis of the light emitting section 220#2 that is not adjacent to the light emitting section 220#0 is It is larger than the angle formed by the optical axis of the adjacent light emitting section 220#1.
  • the base station device 200 associates the light emitting unit 220 #4 (optical communication unit #4) corresponding to the direction in which the terminal device 100 is located with the terminal device 100, and uses the light emitting unit 220 #4 (optical communication unit #4) to perform unicast communication with the terminal device 100.
  • the terminal device 100 associates the light receiving section 110#0 (optical communication section #0) corresponding to the direction in which the base station device 200 is located with the base station device 200, and associates the light receiving section 110#0 (optical communication section #0) with the base station device 200. to perform unicast communication with the base station device 200.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a communication frame used in the optical communication system 1 according to the present embodiment.
  • one communication frame is made up of ten time slots, but the number of time slots making up one communication frame is not limited to ten. Note that each time slot is composed of a predetermined number of symbol periods.
  • the communication frame includes one synchronization slot (Sync.), one control slot (Ctrl.), and four DL slots (DL slots) #0 to #3. It consists of four UL slots (UL slots) #0 to #3.
  • the synchronization slot is a time slot in which the base station device 200 transmits a synchronization optical signal (and a reference signal specific to the base station device).
  • the terminal device 100 identifies the base station device 200 by the synchronization optical signal received from the base station device 200, and establishes or maintains synchronization with the base station device 200 using the synchronization optical signal.
  • the base station device-specific reference signal may be transmitted in all slots other than the UL slot.
  • the control slot is a time slot in which the base station device 200 transmits a control optical signal.
  • the control optical signal includes, for example, scheduling information indicating DL and UL resource allocation (time slot allocation).
  • the terminal device 100 learns its own time slot allocation from, for example, a synchronized optical signal received from the base station device 200.
  • DL slots #0 to #3 constitute a DL communication period.
  • Base station device 200 allocates each of DL slots #0 to #3 to one or more terminal devices 100.
  • the base station device 200 transmits a DL data optical signal in each DL slot.
  • a reference signal (Ref.TxElement) specific to the light emitting element and a data optical signal may be arranged in each DL slot in a time-sharing manner.
  • UL slots #0 to #3 constitute a UL communication period.
  • Base station device 200 allocates each of UL slots #0 to #3 to one or more terminal devices 100.
  • the terminal device 100 transmits a UL data optical signal in the assigned UL slot.
  • the base station device 200 can perform simultaneous communication with a plurality of terminal devices 100 located in mutually different directions. Specifically, the base station device 200 can spatially multiplex a plurality of terminal devices 100 located in different directions. Therefore, the base station device 200 may allocate one DL slot or one UL slot to a plurality of terminal devices 100.
  • optical communication system 1 (1.5) Operation of optical communication system
  • the operation of the optical communication system 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 12.
  • the optical communication system 1 according to this embodiment can perform unicast communication and broadcast communication in a time-sharing manner.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of unicast communication according to this embodiment.
  • the base station device 200 forms a communicable range with each of its optical communication units 201#0 to 201#4.
  • the terminal device 100 is located within the communicable range of the optical communication unit 201 #1 of the base station device 200.
  • the terminal device 100 uses its own optical communication unit 101 #1 for optical communication (unicast communication) with the base station device 200. In this case, optical signals are transmitted and received between the optical communication unit 201 #1 of the base station device 200 and the optical communication unit 101 #1 of the terminal device 100.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of unicast communication according to this embodiment.
  • the terminal device 100 selects the base station device 200a as the serving base station.
  • the terminal device 100 is located in an area where the communicable range of the base station device 200a and the communicable range of the base station device 200b, which is an adjacent base station, overlap.
  • the terminal device 100 is located within the communicable range of the optical communication unit 201#4 of the base station device 200a.
  • the terminal device 100 uses its own optical communication unit 101#1 and optical communication unit 101#3 for optical communication (unicast communication) with the base station device 200a.
  • an optical signal (desired signal) is transmitted and received between the optical communication section 201#4 of the base station device 200a and the optical communication section 101#1 and the optical communication section 101#3 of the terminal device 100.
  • the terminal device 100 receives the data optical signal from the optical communication section 201#4 of the base station device 200a, the terminal device 100 transmits the optical communication section 101#1 and the optical communication section 101#3 of its own optical communication section 101#1 and the optical communication section 101#3.
  • a combining process is performed to combine the respective received signals of the communication unit 101#3.
  • the optical communication unit 101#1 of the terminal device 100 receives sunlight as an interference signal. In this case, the terminal device 100 does not use the received signal of the optical communication unit 101#1 for the combining process. Further, the optical communication unit 101#2 and the optical communication unit 101#4 of the terminal device 100 receive an optical signal from the optical communication unit 201#0 of the base station device 200b, which is an adjacent base station, as an interference signal. In this case, the terminal device 100 does not use the received signal of the optical communication section 101#2 and the received signal of the optical communication section 101#4 for the combining process. In this way, in unicast communication, the terminal device 100 uses only the received signals of each optical communication section 101 that receives a desired signal from the serving base station (base station device 200a) for the combining process.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of broadcast communication according to this embodiment.
  • each of the base station apparatus 200a and the base station apparatus 200b transmits (broadcasts) the same data optical signal using all its own optical communication units 201.
  • the base station device 200a and the base station device 200b transmit the same data in all directions at the same timing (same time slot).
  • the terminal device 100 selects the base station device 200a as the serving base station.
  • the terminal device 100 is located in an area where the communicable range of the base station device 200a and the communicable range of the base station device 200b, which is an adjacent base station, overlap.
  • the terminal device 100 is located within the communicable range of the optical communication unit 201#4 of the base station device 200a and within the communicable range of the optical communication unit 201#0 of the base station device 200b.
  • the terminal device 100 receives the data optical signal from the optical communication unit 201#4 of the base station device 200a and the data optical signal from the optical communication unit 201#0 of the base station device 200b as desired signals.
  • the optical communication unit 101#0 and the optical communication unit 101#3 of the terminal device 100 receive the data optical signal from the optical communication unit 201#4 of the base station device 200a, which is the serving base station, as a desired signal. do. Further, the optical communication unit 101#2 and the optical communication unit 101#4 of the terminal device 100 receive the data optical signal from the optical communication unit 201#0 of the base station device 200b, which is an adjacent base station, as a desired signal.
  • the terminal device 100 performs a combining process to combine the received signals of its own optical communication section 101#0, optical communication section 101#2, optical communication section 101#3, and optical communication section 101#4.
  • the terminal device 100 receives not only the received signal of each optical communication unit 101 that receives a desired signal from the serving base station (base station device 200a), but also the received signal from the adjacent base station (base station device 200b).
  • the received signals of each optical communication unit 101 that receives the desired signal are also used for the combining process. That is, when the control unit 130 of the terminal device 100 receives the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of base station devices 200, the control unit 130 performs a specifying process to identify each light receiving unit 110 that receives the same data optical signal. Then, a synthesis process is performed to synthesize the received signals of the respective light receiving sections 110 specified by the specification process. As a result, more received signals can be used for combining processing, and reception quality can be further improved.
  • the optical communication unit 101#1 of the terminal device 100 receives sunlight as an interference signal.
  • the terminal device 100 does not use the received signal of the optical communication section 101#1 for the combining process.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 specifies the light receiving unit 110 that receives an interference optical signal different from the broadcast data optical signal, and performs synthesis processing on the interference optical signals received by the identified light receiving unit 110. control so that it is not used for
  • the terminal device 100 can identify its own optical communication unit 101 (specifically, the light receiving unit 110) to be used for combining processing during broadcast communication based on the broadcast communication reference signal from each base station device 200.
  • the terminal device 100 receives the broadcast communication reference signal transmitted from each base station device 200, grasps the direction of each base station device 200 based on it, and transmits the optical communication section 101 (light receiving section 110) used during broadcast communication. ).
  • the control unit 130 of the terminal device 100 identifies each light receiving unit 110 that receives broadcast communication reference signals from the plurality of base station devices 200.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of time slots used for broadcast communication according to this embodiment.
  • DL slot #0 in the communication frame is allocated for broadcast communication.
  • a time slot different from DL slot #0 may be allocated for broadcast communication.
  • the time slot for broadcast communication may be determined by each base station device 200 based on configuration information from the network 10.
  • the time slot may be determined by each base station device 200 through negotiation in inter-base station communication.
  • the time slot for broadcast communication may be defined in advance in the specifications of the optical communication system 1.
  • the number of time slots for broadcast communication is not limited to one within a communication frame, but may be multiple within a communication frame.
  • Each base station device 200 may transmit a control optical signal including information indicating a time slot for broadcast communication (for example, a slot number) in a control slot (Ctrl.).
  • each base station device 200 notifies the terminal device 100 that DL slot #0 is a time slot for broadcast communication.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 causes the control unit 130 to receive the broadcast data optical signal in the time slot specified by the received control optical signal. Control.
  • Each base station device 200 may transmit a broadcast communication reference signal in a time slot for broadcast communication.
  • Each base station device 200 may transmit the broadcast communication reference signal in a time slot (for example, a synchronization slot or a control slot) that is different from the time slot for broadcast communication.
  • the broadcast communication reference signal may be an optical signal including a known signal sequence indicating that broadcast communication is applied.
  • the broadcast communication reference signal may be used for measurement (channel estimation and/or reception strength measurement) on the terminal device 100 side.
  • the control unit 230 of the base station device 200 controls the broadcast communication reference signal and the time slot for broadcast communication.
  • the plurality of light emitting units 220 are controlled to transmit optical signals.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an operation sequence regarding broadcast communication according to the present embodiment.
  • step S101 the control unit 230 of the base station device 200a controls each light emitting unit 220 to transmit a broadcast communication reference signal.
  • step S102 the control unit 230 of the base station device 200b controls each light emitting unit 220 to transmit a broadcast communication reference signal.
  • Terminal device 100 receives broadcast communication reference signals from each base station device 200.
  • step S103 the control unit 130 of the terminal device 100 specifies the light receiving unit 110 to be used for the combining process (from another perspective, broadcast reception) according to the reception status of the broadcast communication reference signal. That is, when receiving the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of base station devices 200 (200a, 200b), the control unit 130 of the terminal device 100 controls each light receiving unit 110 that receives the same data optical signal. Identify. In this embodiment, the control unit 130 of the terminal device 100 identifies each light receiving unit 110 that receives the broadcast communication reference signal to use for the combining process.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 determines to use the light receiving unit 110#0 and the light receiving unit 110#1 for the combining process.
  • step S104 the control unit 230 of the base station device 200a controls each light emitting unit 220 to transmit a control optical signal including information indicating a time slot for broadcast communication.
  • step S105 the control unit 230 of the base station device 200b controls each light emitting unit 220 to transmit a control optical signal including information indicating a time slot for broadcast communication.
  • the terminal device 100 receives control optical signals from each base station device 200.
  • the light receiving section 110#0 of the terminal device 100 receives the control optical signal from the base station device 200a
  • the light receiving section 110#1 of the terminal device 100 receives the control optical signal from the base station device 200b. Proceed with the explanation.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 may combine the received signals of the light receiving unit 110#0 and the light receiving unit 110#1, and then decode the combined signals.
  • the transmission and reception of the control optical signal is performed after the transmission and reception of the broadcast communication reference signal, but the transmission and reception of the control optical signal may be performed before the transmission and reception of the broadcast communication reference signal.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 specifies a time slot for broadcast communication based on the control optical signal, and then controls the light receiving unit 110 used for combining processing (broadcast reception) based on the broadcast communication reference signal. may be specified.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 may further specify the light receiving unit 110 to be used for the combining process (broadcast reception) based on the control optical signal.
  • transmission and reception of broadcast communication reference signals may be unnecessary.
  • each base station device 200 may implicitly notify the terminal device 100 of the time slot for broadcast communication by transmitting a broadcast communication reference signal in the time slot for broadcast communication. In this case, transmission and reception of the control optical signal may be unnecessary.
  • step S106 the control unit 130 of the terminal device 100 identifies a time slot for broadcast communication based on the control optical signal received by the light receiving unit 110#1.
  • step S107 the control unit 230 of the base station device 200a controls each light emitting unit 220 to transmit a data optical signal including broadcast data in a time slot for broadcast communication.
  • step S108 the control unit 230 of the base station device 200b controls each light emitting unit 220 to transmit a data optical signal including broadcast data in a time slot for broadcast communication.
  • the terminal device 100 receives the same data optical signal from each base station device 200.
  • the light receiving section 110#0 of the terminal device 100 receives the data optical signal from the base station device 200a
  • the light receiving section 110#1 of the terminal device 100 receives the data optical signal from the base station device 200b. Proceed with the explanation.
  • step S109 the control unit 130 of the terminal device 100 combines the received signals of the light receiving unit 110#0 and the light receiving unit 110#1, and decodes the combined received signal.
  • optical communication system 1 according to the second embodiment will be mainly described with respect to the differences from the optical communication system 1 according to the first embodiment. Note that this embodiment can be implemented in combination with the first embodiment.
  • propagation characteristics differ depending on the color (i.e. wavelength) of the visible light used for visible light communication. For example, assuming four colors, blue, green, red, and yellow, blue and green generally propagate farther than red and yellow, even if the transmission power is the same. However, depending on the turbidity and/or plankton concentration in the water, red and yellow may have better propagation characteristics than blue and green. Therefore, monochromatic broadcast communication may not provide sufficient reception quality. In this embodiment, by performing broadcast communication using multiple colors, it is possible to provide a line with higher reception quality.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the optical communication system 1 according to this embodiment.
  • each of the plurality of light emitting units 220 of the base station device 200 transmits a broadcast data signal (the same data optical signal) in a plurality of colors with different wavelengths.
  • a broadcast data signal (the same data optical signal) in a plurality of colors with different wavelengths.
  • four colors, blue light, green light, red light, and yellow light are used, but for example, only two colors, blue light and yellow light, may be used.
  • the light receiving unit 110 of the terminal device 100 receives the broadcast data signal in at least one of the plurality of colors.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the base station device 200 according to the present embodiment.
  • each of the plurality of light emitting units 220 of the base station device 200 includes a plurality of light emitting elements 221 provided corresponding to a plurality of colors.
  • the light emitting unit 220#0 includes a blue light emitting element 221#0B, a green light emitting element 221#0G, a red light emitting element 221#0R, and a yellow light emitting element 221#0Y. and, including.
  • Each light emitting element 221#0 is connected to a transmitter 222#0.
  • the control unit 130 of the base station device 200 controls the plurality of light emitting elements 221#0 to transmit broadcast data signals (the same data optical signal) in a plurality of colors (blue, green, red, and yellow).
  • the blue light emitting element 221#0B and the green light emitting element 221#0G may be used for broadcast communication over a long distance.
  • the red light emitting element 221#0R and the yellow light emitting element 221#0Y may be used for broadcast communication over short distances.
  • the base station device 200 may include a sensor that measures underwater communication environment parameters (turbidity and/or plankton concentration, etc.).
  • the control unit 130 of the base station device 200 selects the light emitting element 221#0 to be used for broadcast communication from among the plurality of light emitting elements 221#0 based on the measured value obtained by the sensor, and selects the selected light emitting element 221#0. It may be controlled to transmit a broadcast data signal (the same data optical signal) from 0 to 0. For example, if the turbidity and/or plankton concentration in water is higher than the threshold value, select the red light-emitting element 221#0R and/or the yellow light-emitting element 221#0Y; otherwise, select the blue light-emitting element. 221#0B and/or green light emitting element 221#0G may be selected.
  • FIG. 15 is a diagram showing a first configuration example of the terminal device 100 according to the present embodiment.
  • each of the plurality of light receiving sections 110 of the terminal device 100 includes a plurality of light receiving elements 111 provided with color filters of each color.
  • the light receiving section 110#0 includes a blue light receiving element 111#0B, a green light receiving element 111#0G, a red light receiving element 111#0R, and a yellow light receiving element 111#0Y. and, including.
  • Each light receiving element 111#0 is connected to a transmitter 122#0.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 performs a combining process to combine the received signals of each light receiving element 111#0.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 may control the receiver 112#0 to perform the combining process.
  • FIG. 16 is a diagram showing a second configuration example of the terminal device 100 according to the present embodiment.
  • each of the plurality of light receiving units 110 of the terminal device 100 includes a light receiving element 111 and a bandpass filter (BPF) 1121 that separates the received signal of the light receiving element 111 by color.
  • the receiver 112#0 of the light receiving unit 110#0 includes a bandpass filter 1121B for blue, a bandpass filter 1121G for green, a bandpass filter 1121R for red, and a bandpass filter 1121R for yellow.
  • a filter 1121Y is included.
  • Each bandpass filter 1121 extracts a received signal of a corresponding color component from the received signal of the light receiving element 111, and outputs the extracted received signal.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 performs a synthesis process to synthesize the received signals output from each bandpass filter 1121.
  • the control unit 130 of the terminal device 100 may control the receiver 112#0 to perform the combining process.
  • optical communication system 1 according to the third embodiment will be mainly described with respect to the differences from the optical communication system 1 according to the first embodiment and the second embodiment. Note that this embodiment can be implemented in combination with the first embodiment and/or the second embodiment.
  • the broadcast data signal (same data optical signal) from the base station device 200 is transmitted to the other terminal device 100. This will be blocked by the terminal device 100. As a result, there is a problem that the one terminal device 100 cannot receive the broadcast data signal from the base station device 200. Therefore, in this embodiment, such a problem can be solved by the terminal device 100 relaying (repeat transmission) the broadcast communication.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the optical communication system 1 according to this embodiment.
  • each terminal device 100 is formed into a spherical shape as a whole, and optical communication in all directions is possible.
  • the control section 130 of the terminal device 100a controls at least one of the plurality of light emitting sections 120 to relay and transmit the received broadcast data signal. .
  • the communicable range of the base station device 200 can be expanded in a pseudo manner, and it becomes easy for more terminal devices 100 to perform broadcast reception.
  • the terminal device 100a may not only relay and transmit a broadcast data signal, but also relay and transmit a broadcast communication reference signal and/or a control optical signal.
  • the control section 130 of the terminal device 100a when one of the plurality of light receiving sections 110 receives a broadcast data signal, the control section 130 of the terminal device 100a directs the optical axis in a direction different from the arrival direction of the received broadcast data signal.
  • the relay transmission is controlled using the light emitting unit 120.
  • the control unit 130 of the terminal device 100a controls the light emitting unit 120 located on the opposite side of the arrival direction of the received broadcast data signal to perform relay transmission.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an operation sequence regarding broadcast communication according to the present embodiment.
  • step S201 the base station device 200 controls each light emitting unit 220 to transmit a data optical signal (broadcast data signal) including broadcast data in a time slot for broadcast communication.
  • a data optical signal broadcast data signal
  • One of the light receiving units 110 of the terminal device 100a receives a broadcast data signal from the base station device 200.
  • step S202 the control unit 130 of the terminal device 100a performs relay control so that the broadcast data signal received by the light receiving unit 110 in step S201 is transmitted from the light emitting unit 120 located on the opposite side of the light receiving unit 110.
  • the control unit 130 of the terminal device 100a causes the light emitting unit 220 to transmit the broadcast data signal in the time slot for broadcast communication in the communication frame following the communication frame in which the light receiving unit 110 received the broadcast data signal in step S201. may be controlled.
  • One of the light receiving units 110 of the terminal device 100b receives the broadcast data signal from the terminal device 100a.
  • the terminal device 100b may perform relay transmission similar to the terminal device 100a. However, since relay transmissions can be chained infinitely, an upper limit may be set on the number of relays.
  • the terminal device 100a may notify the terminal device 100b that the broadcast data signal has been relayed, using, for example, a control optical signal. The terminal device 100b may decide not to relay the broadcast data signal from the terminal device 100a based on the notification.
  • each terminal device 100 that performs relaying may add a count value indicating the number of times of relaying and transmit the broadcast data signal.
  • the terminal device 100 that has received the broadcast data signal determines the number of relays from the count value, and if the number of relays reaches a predetermined upper limit, it may decide not to relay the broadcast data signal. good.
  • the base station device 200 may be installed at the bottom of the water, as shown in FIG. 19.
  • a terminal device 100 moving underwater performs visible light communication with a base station device 200 located below (diagonally below) itself.
  • the base station device 200 may be installed on an underwater wall, as shown in FIG. 20.
  • the terminal device 100 performs visible light communication with the base station device 200 while moving vertically underwater.
  • the terminal device 100 and/or the base station device 200 may be configured to have an overall spherical shape (from another point of view, a mirror ball shape), as shown in FIG.
  • the terminal device 100 and/or the base station device 200 may form a polyhedron, each surface of the polyhedron may form an optical communication section, and a set of a light emitting element and a light receiving element may be arranged on each surface.
  • the terminal device 100 and/or the base station device 200 may have a rod-like configuration as a whole, as shown in FIG. 22.
  • the terminal device 100 and/or the base station device 200 may constitute a prism, the side surfaces of the prism constitute an optical communication section, and a set of a light emitting element and a light receiving element may be arranged on each side surface.
  • a program that causes a computer to execute each process performed by the terminal device 100 or the base station device 200 may be provided.
  • the program may be recorded on a computer readable medium.
  • Computer-readable media allow programs to be installed on a computer.
  • the computer-readable medium on which the program is recorded may be a non-transitory recording medium.
  • the non-transitory recording medium is not particularly limited, but may be a recording medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM.
  • circuits that execute each process performed by the terminal device 100 or the base station device 200 are integrated, and at least a part of the terminal device 100 or the base station device 200 is configured as a semiconductor integrated circuit (chip set, SoC: System on a chip). may be configured.
  • the terms “based on” and “depending on/in response to” refer to “based solely on” and “depending on,” unless expressly stated otherwise. does not mean “only according to”. Reference to “based on” means both “based solely on” and “based at least in part on.” Similarly, the phrase “in accordance with” means both “in accordance with” and “in accordance with, at least in part.”
  • the terms “include”, “comprise”, and variations thereof do not mean to include only the listed items, but may include only the listed items or in addition to the listed items. This means that it may contain further items. Also, as used in this disclosure, the term “or” is not intended to be exclusive OR. Furthermore, any reference to elements using the designations "first,” “second,” etc.
  • An optical communication system in which a terminal device and a base station device perform optical communication,
  • the terminal device is A plurality of light receiving sections are arranged with their optical axes facing different directions,
  • a control unit that performs a specifying process to specify each light receiving unit that receives the same data optical signal,
  • the control unit performs a synthesis process of synthesizing the received signals of the respective light receiving units specified by the specification process.
  • the control unit of the terminal device specifies a light receiving unit that receives an interference optical signal different from the same data optical signal, and controls the interference optical signal received by the identified light receiving unit not to be used in the combining process.
  • the base station device includes: A plurality of light emitting parts each arranged with their optical axes facing different directions, When broadcasting the same data optical signal from the plurality of light emitting units, the plurality of light emitting units are configured to transmit a reference optical signal for broadcast communication and/or a control optical signal indicating a time slot for broadcast communication.
  • the optical communication system according to Supplementary Note 1 or 2, comprising: a control unit for controlling the optical communication system.
  • Each of the plurality of light emitting units of the base station device transmits the same data optical signal in a plurality of colors having different wavelengths,
  • the optical communication system according to any one of appendices 3 to 5, wherein each of the plurality of light receiving sections of the terminal device receives the same data optical signal in at least one of the plurality of colors.
  • Each of the plurality of light emitting units of the base station device includes a plurality of light emitting elements provided corresponding to the plurality of colors, The optical communication system according to appendix 6, wherein the control unit of the base station device controls the plurality of light emitting elements to transmit the same data optical signal in the plurality of colors.
  • each of the plurality of light receiving sections of the terminal device includes a plurality of light receiving elements provided with color filters of respective colors.
  • each of the plurality of light receiving units of the terminal device includes a light receiving element and a bandpass filter that separates the received signal of the light receiving element by color.
  • the terminal device further includes a plurality of light emitting units arranged with their optical axes facing different directions, The control unit of the terminal device controls at least one of the plurality of light emitting units to perform relay transmission of the received data optical signal when any of the plurality of light receiving units receives the same data optical signal.
  • the optical communication system according to any one of Supplementary Notes 1 to 9.
  • the control section of the terminal device is configured to emit light whose optical axis is directed in a direction different from the arrival direction of the received data optical signal.
  • the optical communication system according to supplementary note 10, wherein the optical communication system is controlled to perform the relay transmission using a unit.
  • a terminal device that performs optical communication with a base station device, A plurality of light receiving sections are arranged with their optical axes facing different directions, When receiving the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of base station devices, a control unit that performs a specifying process to specify each light receiving unit that receives the same data optical signal, The said control part performs the synthesis process which synthesizes the received signal of each light receiving part specified by the said identification process.
  • the terminal device When receiving the same data optical signal broadcast simultaneously from a plurality of base station devices, a control unit that performs a specifying process to specify each light receiving unit that receives the same data optical signal, The said control part performs the synthesis process which synthesizes the received signal of each light receiving part specified by the said identification process.
  • a base station device that performs optical communication with a terminal device, A plurality of light emitting parts each arranged with their optical axes facing different directions, When broadcasting the same data optical signal from the plurality of light emitting units, the plurality of light emitting units are controlled to transmit a reference optical signal for broadcast communication and/or a control optical signal indicating a time slot for broadcast communication.
  • a base station device comprising: a control unit for controlling the base station;
  • Optical communication system 10 Network 100: Terminal device 101: Optical communication unit 110: Light receiving unit 111: Light receiving element 112: Receiver 120: Light emitting unit 121: Light emitting element 122: Transmitter 130: Control unit 131: Processor 132: Memory 140: Moving mechanism 150: Receiving/emitting unit 160: Main unit 200: Base station device 201: Optical communication unit 210: Light receiving unit 211: Light receiving element 212: Receiver 220: Light emitting unit 221: Light emitting element 222: Transmitter 230: Control unit 231: Processor 232: Memory 240: Backhaul communication unit 241: Network communication unit 242: Inter-base station communication unit 250: Receiving/emitting unit 260: Main unit 1121: Bandpass filter

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Abstract

基地局装置との光通信を行う端末装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う。

Description

光通信システム、端末装置、及び基地局装置
　本開示は、光通信システム、端末装置、及び基地局装置に関する。
　例えば水中での通信において、伝送媒体として光（特に、可視光）を用いる光通信システムが知られている。光は高い指向性を持つため、従来の光通信システムでは、送信側及び受信側のそれぞれの光通信装置が固定されている前提下で、送信側及び受信側を対向させて１対１の通信（すなわち、ユニキャスト通信）を行うことが一般的である。
特開平４－１０３２３２号公報
　第１の態様に係る光通信システムは、端末装置及び基地局装置が光通信を行うシステムである。前記端末装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う。
　第２の態様に係る端末装置は、基地局装置との光通信を行う装置である。前記端末装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う。
　第３の態様に係る基地局装置は、端末装置との光通信を行う装置である。前記基地局装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部と、前記複数の発光部から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、前記複数の発光部を制御する制御部と、を備える。
第１実施形態に係る光通信システムの構成例を示す図である。 第１実施形態に係る基地局装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る基地局装置の外観構成例を示す図である。 第１実施形態に係る端末装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る端末装置の外観構成例を示す図である。 第１実施形態に係る光通信の一例としてのＤＬ通信を示す図である。 第１実施形態に係る光通信システムで用いる通信フレームの構成例を示す図である。 第１実施形態に係るユニキャスト通信の一例を示す図である。 第１実施形態に係るユニキャスト通信の他の例を示す図である。 第１実施形態に係るブロードキャスト通信の一例を示す図である。 第１実施形態に係るブロードキャスト通信に用いる時間スロットの一例を示す図である。 第１実施形態に係るブロードキャスト通信に関する動作シーケンスの一例を示す図である。 第２実施形態に係る光通信システムの動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る基地局装置の構成例を示す図である。 第２実施形態に係る端末装置の第１構成例を示す図である。 第２実施形態に係る端末装置の第２構成例を示す図である。 第３実施形態に係る光通信システムの動作を説明するための図である。 第３実施形態に係るブロードキャスト通信に関する動作シーケンスの一例を示す図である。 他の実施形態を説明するための図である。 他の実施形態を説明するための図である。 他の実施形態を説明するための図である。 他の実施形態を説明するための図である。
　今後、光通信システムにおいて、複数の端末装置と基地局装置との光通信が実現されると想定される。このような想定下において、複数の端末装置に共通のデータを基地局装置が送信する場合、基地局が不特定多数の端末装置との通信（すなわち、ブロードキャスト通信）を実現することが望まれる。しかしながら、光は高い指向性を持つため、ブロードキャスト通信を実現することが難しい。
　そこで、本開示は、伝送媒体として光を用いてブロードキャスト通信を実現することを目的とする。
　図面を参照しながら、実施形態に係る光通信システムについて説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
　実施形態に係る光通信システムは、光の一例として可視光を用いて光通信を行うシステムである。但し、光通信システムは、可視光以外の光、例えば赤外光を用いて光通信を行うシステムであってもよい。また、実施形態に係る光通信システムは、水中において光通信を行うシステムである。但し、光通信システムは、水中において光通信を行うシステムに限定されず、例えば宇宙において光通信を行うシステムであってもよい。
　（１）第１実施形態
　まず、第１実施形態に係る光通信システムについて説明する。
　（１．１）光通信システムの構成例
　図１は、本実施形態に係る光通信システム１の構成例を示す図である。光通信システム１は、複数の端末装置１００（１００ａ，１００ｂ）と、基地局装置２００とを有する。但し、端末装置１００の数及び基地局装置２００の数は、図１の例に限定されない。
　基地局装置２００は、光通信装置の一例である。図１の例では、基地局装置２００は水面にある。例えば、基地局装置２００は、ブイに固定されている。基地局装置２００は、バックホール回線を介してネットワーク１０と接続される。バックホール回線は、無線回線であってもよい。当該バックホール回線は、有線回線であってもよい。水中において効率よく通信エリアを確保するために、基地局装置２００は、隣接する他の基地局装置から所定の距離だけ離間して設置されてもよい。基地局装置２００は、例えば端末装置１００を用いた水中での調査を行う期間について一時的に設置されてもよい。
　端末装置１００は、光通信装置の他の例である。各端末装置１００は、水中にある。各端末装置１００は、水中を移動可能に構成されている。例えば、各端末装置１００は、水中ロボット又は水中ドローンなどの自走可能な端末装置１００であってもよい。各端末装置１００は、基地局装置２００との光通信（本実施形態では、水中可視光通信）を行っている。すなわち、基地局装置２００は、各端末装置１００のサービング基地局装置である。
　各端末装置１００は、イメージセンサ等のセンサを備え、センサデータを生成してもよい。例えば、各端末装置１００は、センサデータを含む上りリンク（ＵＬ）データを可視光通信により基地局装置２００に送信してもよい。各端末装置１００は、指示データを含む下りリンク（ＤＬ）データを可視光通信により基地局装置２００から受信してもよい。各端末装置１００は、当該指示データに基づいて移動及びセンシング動作（撮影等）を行ってもよい。
　詳細については後述するが、基地局装置２００及び端末装置１００のそれぞれは、異なる方向に光通信の指向性（別の観点では、光軸）が向けられた複数の光通信部を有する。これにより、基地局装置２００及び端末装置１００のそれぞれは、複数の光通信部を用いて様々な方向に対する光通信を行うことができる。
　基地局装置２００は、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）により複数の端末装置１００との光通信を時分割で行うことができる。基地局装置２００は、端末装置１００ごとに時間スロットを割り当て、割り当てた時間スロットを用いて端末装置１００との光通信を行う。
　本実施形態では、光通信システム１は、基地局装置２００と端末装置１００との１対１の通信であるユニキャスト通信による光通信と、基地局装置２００と不特定多数の端末装置１００とのブロードキャスト通信による光通信と、を行うことができる。
　ユニキャスト通信の場合、基地局装置２００は、端末装置１００ごとに、当該端末装置１００の方向に対応する自身の光通信部を選択し、選択した光通信部を用いて当該端末装置１００との光通信を行う。ここで、基地局装置２００は、端末装置１００に固有のデータを含む光信号（データ光信号）を当該端末装置１００と送受信する。また、基地局装置２００は、ユニキャスト通信に用いる時間スロットを端末装置１００ごとに個別に割り当てる。
　一方、ブロードキャスト通信の場合、基地局装置２００は、自身のすべての光通信部により、すべての端末装置１００に共通のデータを含む光信号（データ光信号）を一斉に送信する。このように、ブロードキャスト通信では、基地局装置２００は、自身が対応可能なすべての方向に、同一のデータ光信号を一斉に送信（すなわち、ブロードキャスト）する。ここで、基地局装置２００は、ブロードキャスト通信用の時間スロットをすべての端末装置１００に共通に割り当てる。これにより、リソース利用効率を向上させることができる。ブロードキャスト通信の用途は特に限定されないが、例えば、基地局装置２００は、システム情報、緊急警報、又は地図情報をデータとして含むデータ光信号をブロードキャスト通信により送信（すなわち、ブロードキャスト）する。
　端末装置１００は、自身のサービング基地局である基地局装置２００の方向に対応する自身の光通信部を選択し、選択した光通信部を用いて基地局装置２００との光通信を行う。ユニキャスト通信の場合、端末装置１００は、基地局装置２００からユニキャスト通信用に割り当てられた時間スロットを用いて、当該端末装置１００に固有のデータを含む光信号（データ光信号）を基地局装置２００と送受信する。一方、ブロードキャスト通信の場合、端末装置１００は、基地局装置２００からブロードキャスト通信用に割り当てられた時間スロットを用いて、すべての端末装置１００に共通のデータを含む光信号（データ光信号）を基地局装置２００から受信する。
　ユニキャスト通信は、基地局装置２００が端末装置１００との光通信を個別に制御できるため、端末装置１００の状況及び伝搬路の状態に適応した高品質な光通信を行うことが容易である。これに対し、ブロードキャスト通信は、ユニキャスト通信に比べてリソース利用効率を向上させることができるものの、基地局装置２００が端末装置１００との光通信を個別に制御できないため、高品質な光通信を行うことが難しい。
　（１．２）基地局装置の構成例
　第１実施形態に係る基地局装置２００の構成例について説明する。
　（１．２．１）基地局装置のブロック構成例
　図２は、本実施形態に係る基地局装置２００の構成例を示す図である。基地局装置２００は、複数の光通信部２０１（２０１＃０，２０１＃１，・・・）と、制御部２３０と、バックホール通信部２４０とを有する。基地局装置２００は、基地局装置２００の動作に必要な電力を供給するためのバッテリを有していてもよい。
　複数の光通信部２０１は、それぞれ異なる方向に光通信の指向性（光軸）を向けて配置される。各光通信部２０１は、制御部２３０の制御下で、端末装置１００との光通信（本実施形態では、可視光通信）を行う。各光通信部２０１は、受光部２１０と、発光部２２０とを有する。各光通信部２０１は同様に構成されるため、ここでは光通信部２０１＃０の構成について説明する。
　光通信部２０１＃０の受光部２１０＃０は、端末装置１００から光信号（本実施形態では、可視光信号）を受信し、受信信号を制御部２３０に出力する。受光部２１０＃０は、少なくとも１つの受光素子２１１＃０と、受信機２１２＃０とを有する。受光素子２１１＃０は、フォトダイオード（ＰＤ）とその周辺回路とを含んでもよい。受光素子２１１＃０は、光信号を受信し、受信した光信号を電気信号（受信信号）に変換し、受信信号を受信機２１２＃０に出力する。受光素子２１１＃０の光軸は、他の受光素子２１１（例えば、受光素子２１１＃１）の光軸とは異なる所定方向に向けられている。受信機２１２＃０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）及び／又はＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－ｃｈｉｐ）により構成されてもよい。受信機２１２＃０は、受光素子２１１＃０が出力する受信信号を変換し、変換後の受信信号に対する信号処理を行って制御部２３０に出力する。受信機２１２＃０の少なくとも一部は、他の受信機２１２（例えば、受信機２１２＃１）と一体化されていてもよい。受信機２１２＃０の少なくとも一部は、送信機２２２と一体化されていてもよい。
　光通信部２０１＃０の発光部２２０＃０は、制御部２３０の制御下で光信号（本実施形態では、可視光信号）を端末装置１００に送信する。発光部２２０＃０は、少なくとも１つの発光素子２２１＃０と、送信機２２２＃０とを有する。発光素子２２１＃０は、レーザダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）とその周辺回路とを含んでもよい。発光素子２２１＃０は、送信機２２２＃０が光通信用に出力する電気信号（送信信号）を光信号に変換し、光信号を送信する。発光素子２２１＃０の光軸は、他の発光素子２２１（例えば、発光素子２２１＃１）の光軸とは異なる所定方向に向けられている。但し、発光素子２２１＃０の光軸は、対応する受光素子２１１＃０の光軸と同じ方向に向けられている。送信機２２２＃０は、ＦＰＧＡ及び／又はＳｏＣにより構成されてもよい。送信機２２２＃０は、制御部２３０が出力する送信信号に対する信号処理を行い、信号処理後の信号を変換して発光素子２２１＃０に出力する。送信機２２２＃０の少なくとも一部は、他の送信機２２２（例えば、送信機２２２＃１）と一体化されていてもよい。送信機２２２＃０の少なくとも一部は、受信機２１２と一体化されていてもよい。
　制御部２３０は、基地局装置２００の全体的な動作を制御する。上述の基地局装置２００の動作及び後述の基地局装置２００の動作は、制御部２３０の制御による動作であってもよい。例えば、制御部２３０は、複数の光通信部２０１を制御する。制御部２３０は、少なくとも１つのプロセッサ２３１及び少なくとも１つのメモリ２３２を含む。メモリ２３２は、プロセッサ２３１により実行されるプログラム、及びプロセッサ２３１による処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサ２３１は、デジタル信号プロセッサと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とを含んでもよい。デジタル信号プロセッサは、デジタル信号の変調・復調及び符号化・復号等を行う。ＣＰＵは、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行う。制御部２３０の少なくとも一部は、受信機２１２と一体化されていてもよい。制御部２３０の少なくとも一部は、送信機２２２と一体化されていてもよい。
　バックホール通信部２４０は、制御部２３０の制御下で、バックホール回線を介したバックホール通信（有線通信及び／又は無線通信）を行う。バックホール通信部２４０は、ネットワーク１０（例えば、コアネットワーク）との通信を行うネットワーク通信部２４１と、隣接基地局との基地局間通信を行う基地局間通信部２４２と、を有していてもよい。例えば、ネットワーク通信部２４１は、ユニキャスト通信により端末装置１００に送信するユニキャストデータと、ブロードキャスト通信により端末装置１００に送信するブロードキャストデータとをネットワーク１０から受信し、受信したデータを制御部２３０に出力する。また、ネットワーク通信部２４１は、光通信部２０１がユニキャスト通信により端末装置１００から受信したユニキャストデータをネットワーク１０に送信する。基地局間通信部２４２は、例えば、隣接基地局とのブロードキャスト通信の協調制御を行うための制御データを隣接基地局と送受信する。
　このように構成された基地局装置２００において、複数の発光部２２０（２２０＃０，２２０＃１，・・・）は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置されている。制御部１３０は、複数の発光部２２０から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号（以下、「ブロードキャスト通信参照信号」と称する）及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、当該複数の発光部２２０を制御する。すなわち、基地局装置２００は、すべての発光部２２０から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信参照信号及び／又は制御光信号をすべての発光部２２０から送信する。
　これにより、基地局装置２００が対応可能なすべての方向にブロードキャスト通信参照信号及び／又は制御光信号を送信できる。また、ブロードキャスト通信参照信号を受信した端末装置１００は、当該ブロードキャスト通信参照信号に基づいて、ブロードキャスト通信に用いる光通信部を適切に選択できる。さらに、制御光信号を受信した端末装置１００は、当該制御光信号に基づいて、ブロードキャスト通信に用いる時間スロットを適切に把握できる。
　（１．２．２）基地局装置の外観構成例
　図３は、本実施形態に係る基地局装置２００の外観構成例を示す図である。
　基地局装置２００は、半球状の受発光部２５０と、受発光部２５０と連結された本体部２６０とを有する。但し、基地局装置２００は、その全体が球状に構成されていてもよい。受発光部２５０は、分散して配置された複数の光通信部２０１を有する。各光通信部２０１には、少なくとも１つの受光素子２１１と少なくとも１つの発光素子２２１とのセットが設けられる。このような構成により、基地局装置２００が様々な方向の端末装置１００との光通信を行うことが可能である。図示の例では、半球状の受発光部２５０は、光通信部２０１＃０乃至光通信部２０１＃１８の合計１９個の光通信部２０１を有する。この場合、基地局装置２００は、受光素子２１１＃０乃至受光素子２１１＃１８の合計１９個の受光素子と、発光素子２２１＃０乃至２１１＃１８の合計１９個の発光素子と、を有していてもよい。
　（１．３）端末装置の構成例
　第１実施形態に係る端末装置１００の構成例について説明する。
　（１．３．１）端末装置のブロック構成例
　図４は、本実施形態に係る端末装置１００の構成例を示す図である。端末装置１００は、複数の光通信部１０１（１０１＃０，１０１＃１，・・・）と、制御部１３０と、移動機構１４０とを有する。端末装置１００は、端末装置１００の動作に必要な電力を供給するためのバッテリを有していてもよい。端末装置１００は、イメージセンサ等のセンサを備え、センサデータを生成してもよい。
　複数の光通信部１０１は、それぞれ異なる方向に光通信の指向性（光軸）を向けて配置される。各光通信部１０１は、制御部１３０の制御下で、基地局装置２００との光通信（本実施形態では、可視光通信）を行う。各光通信部１０１は、受光部１１０と、発光部１２０とを有する。各光通信部１０１は同様に構成されるため、ここでは光通信部１０１＃０の構成について説明する。
　光通信部１０１＃０の受光部１１０＃０は、基地局装置２００から光信号（本実施形態では、可視光信号）を受信し、受信信号を制御部１３０に出力する。受光部１１０＃０は、少なくとも１つの受光素子１１１＃０と、受信機１１２＃０とを有する。受光素子１１１＃０は、フォトダイオード（ＰＤ）とその周辺回路とを含んでもよい。受光素子１１１＃０は、光信号を受信し、受信した光信号を電気信号（受信信号）に変換し、受信信号を受信機１１２＃０に出力する。受光素子１１１＃０の光軸は、他の受光素子１１１（例えば、受光素子１１１＃１）の光軸とは異なる所定方向に向けられている。受信機１１２＃０は、ＦＰＧＡ及び／又はＳｏＣにより構成されてもよい。受信機１１２＃０は、受光素子１１１＃０が出力する受信信号を変換し、変換後の受信信号に対する信号処理を行って制御部１３０に出力する。受信機１１２＃０の少なくとも一部は、他の受信機１１２（例えば、受信機１１２＃１）と一体化されていてもよい。受信機１１２＃０の少なくとも一部は、送信機１２２と一体化されていてもよい。
　光通信部１０１＃０の発光部１２０＃０は、制御部１３０の制御下で光信号（本実施形態では、可視光信号）を基地局装置２００に送信する。発光部１２０＃０は、少なくとも１つの発光素子１２１＃０と、送信機１２２＃０とを有する。発光素子１２１＃０は、レーザダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）とその周辺回路とを含んでもよい。発光素子１２１＃０は、送信機１２２＃０が光通信用に出力する電気信号（送信信号）を光信号に変換し、光信号を送信する。発光素子１２１＃０の光軸は、他の発光素子１２１（例えば、発光素子１２１＃１）の光軸とは異なる所定方向に向けられている。但し、発光素子１２１＃０の光軸は、対応する受光素子１１１＃０の光軸と同じ方向に向けられている。送信機１２２＃０は、ＦＰＧＡ及び／又はＳｏＣにより構成されてもよい。送信機１２２＃０は、制御部１３０が出力する送信信号に対する信号処理を行い、信号処理後の信号を変換して発光素子１２１＃０に出力する。送信機１２２＃０の少なくとも一部は、他の送信機１２２（例えば、送信機１２２＃１）と一体化されていてもよい。送信機１２２＃０の少なくとも一部は、受信機１１２と一体化されていてもよい。
　制御部１３０は、端末装置１００の全体的な動作を制御する。上述の端末装置１００の動作及び後述の端末装置１００の動作は、制御部１３０の制御による動作であってもよい。例えば、制御部１３０は、複数の光通信部１０１を制御する。制御部１３０は、少なくとも１つのプロセッサ１３１及び少なくとも１つのメモリ１３２を含む。メモリ１３２は、プロセッサ１３１により実行されるプログラム、及びプロセッサ１３１による処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサ１３１は、デジタル信号プロセッサと、ＣＰＵとを含んでもよい。デジタル信号プロセッサは、デジタル信号の変調・復調及び符号化・復号等を行う。ＣＰＵは、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行う。制御部１３０の少なくとも一部は、受信機１１２と一体化されていてもよい。制御部１３０の少なくとも一部は、送信機１２２と一体化されていてもよい。
　移動機構１４０は、制御部１３０の制御下で端末装置１００を移動させる。移動機構１４０は、例えば、モータと、モータの回転軸と連結されたスクリューとを含む。
　このように構成された端末装置１００において、複数の受光部１１０（１１０＃０，１１０＃１，・・・）は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置されている。本実施形態において、制御部１３０は、複数の基地局装置２００から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号（すなわち、ブロードキャストデータ光信号）を受信する場合、当該同一のデータ光信号を受信する各受光部１１０を特定する特定処理を行う。制御部１３０は、特定処理により特定された各受光部１１０の受信信号を合成する合成処理を行う。合成処理は、最大比合成（Ｍａｘｉｍａｌ　Ｒａｔｉｏ　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）を用いた処理であってもよい。制御部１３０は、特定処理により特定された各受光部１１０の受信信号の振幅及び位相を調整して合成するときに最大のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）となるように合成出力を得る。
　これにより、端末装置１００は、互いに異なる方向にある複数の基地局装置２００からのブロードキャストデータ光信号を受信できる。例えば、端末装置１００は、サービング基地局からのブロードキャスト受信と共に、隣接基地局からのブロードキャスト受信を行うことができる。そして、端末装置１００は、各基地局装置２００からの受信信号を合成することにより、ブロードキャスト受信の受信品質を向上させることができる。よって、高品質なブロードキャスト通信が可能になる。
　（１．３．２）端末装置の外観構成例
　図５は、本実施形態に係る端末装置１００の外観構成例を示す図である。
　端末装置１００は、半球状の受発光部１５０と、受発光部１５０と連結された本体部１６０とを有する。但し、端末装置１００は、その全体が球状に構成されていてもよい。受発光部１５０は、分散して配置された複数の光通信部１０１を有する。各光通信部１０１には、少なくとも１つの受光素子１１１と少なくとも１つの発光素子１２１とのセットが設けられる。このような構成により、端末装置１００が様々な方向の基地局装置２００との光通信を行うことが可能である。図示の例では、半球状の受発光部１５０は、光通信部１０１＃０乃至光通信部１０１＃６の合計７個の光通信部１０１を有する。この場合、端末装置１００は、受光素子１１１＃０乃至受光素子１１１＃６の合計７個の受光素子と、発光素子１２１＃０乃至発光素子１２１＃６の合計７個の発光素子と、を有していてもよい。
　（１．４）光通信の一例
　本実施形態に係る光通信の一例について説明する。図６は、本実施形態に係る光通信の一例としてのＤＬ通信を示す図である。図示の例では、ＤＬ通信に関して、基地局装置２００の断面及び端末装置１００の断面を簡略的に示している。
　基地局装置２００では、１つの発光部２２０と別の発光部２２０との間の距離が長くなるに従って、当該１つの発光部２２０の光軸及び当該別の発光部２２０の光軸のなす角が大きくなるように、複数の発光部２２０が配置されている。例えば、発光部２２０＃０の光軸と、発光部２２０＃０に隣接しない発光部２２０＃２の光軸とがなす角は、発光部２２０＃０の光軸と、発光部２２０＃０に隣接する発光部２２０＃１の光軸とがなす角よりも大きい。
　基地局装置２００は、端末装置１００が位置する方向に対応する発光部２２０＃４（光通信部＃４）を端末装置１００と対応付け、発光部２２０＃４（光通信部＃４）を用いて端末装置１００とのユニキャスト通信を行う。端末装置１００は、基地局装置２００が位置する方向に対応する受光部１１０＃０（光通信部＃０）を基地局装置２００と対応付け、受光部１１０＃０（光通信部＃０）を用いて基地局装置２００とのユニキャスト通信を行う。
　図７は、本実施形態に係る光通信システム１で用いる通信フレームの構成例を示す図である。図示の例では、１個の通信フレームが１０個の時間スロット（slot）で構成されているが、１個の通信フレームを構成する時間スロットの数は１０に限定されない。なお、各時間スロットは、所定数のシンボル区間で構成される。
　本フレーム構成例では、通信フレームは、１個の同期用スロット（Ｓｙｎｃ．）と、１個の制御用スロット（Ｃｔｒｌ．）と、４個のＤＬスロット（ＤＬ　ｓｌｏｔ）＃０乃至＃３と、４個のＵＬスロット（ＵＬ　ｓｌｏｔ）＃０乃至＃３と、からなる。
　同期用スロット（Ｓｙｎｃ．）は、基地局装置２００が同期光信号（及び基地局装置固有の参照信号）を送信する時間スロットである。端末装置１００は、基地局装置２００から受信する同期光信号により基地局装置２００を識別し、当該同期光信号を用いて基地局装置２００との同期を確立又は維持する。なお、基地局装置固有の参照信号は、ＵＬスロット以外の全てのスロットで送信されてもよい。
　制御用スロット（Ｃｔｒｌ．）は、基地局装置２００が制御光信号を送信する時間スロットである。制御光信号は、例えば、ＤＬ及びＵＬのリソース割当（時間スロット割当）を示すスケジューリング情報を含む。端末装置１００は、例えば、基地局装置２００から受信する同期光信号により自身の時間スロット割当を把握する。
　ＤＬスロット＃０乃至＃３は、ＤＬ通信期間を構成する。基地局装置２００は、ＤＬスロット＃０乃至＃３のそれぞれを１つ以上の端末装置１００に割り当てる。基地局装置２００は、各ＤＬスロットにおいてＤＬのデータ光信号を送信する。各ＤＬスロットには、発光素子固有の参照信号（Ｒｅｆ．ＴｘＥｌｅｍｅｎｔ）とデータ光信号とが時分割で配置されてもよい。
　ＵＬスロット＃０乃至＃３は、ＵＬ通信期間を構成する。基地局装置２００は、ＵＬスロット＃０乃至＃３のそれぞれを１つ以上の端末装置１００に割り当てる。端末装置１００は、割り当てられたＵＬスロットにおいてＵＬのデータ光信号を送信する。
　基地局装置２００は、互いに異なる方向に位置する複数の端末装置１００との同時通信を行うことができる。具体的には、基地局装置２００は、互いに異なる方向に位置する複数の端末装置１００を空間的に多重することが可能である。そのため、基地局装置２００は、１個のＤＬスロット又は１個のＵＬスロットを複数の端末装置１００に割り当ててもよい。
　（１．５）光通信システムの動作
　図８乃至図１２を参照して、本実施形態に係る光通信システム１の動作について説明する。本実施形態に係る光通信システム１は、ユニキャスト通信とブロードキャスト通信とを時分割で行うことができる。
　図８は、本実施形態に係るユニキャスト通信の一例を示す図である。基地局装置２００は、自身の光通信部２０１＃０乃至光通信部２０１＃４のそれぞれで通信可能範囲を形成する。端末装置１００は、基地局装置２００の光通信部２０１＃１の通信可能範囲内に位置する。端末装置１００は、自身の光通信部１０１＃１を、基地局装置２００との光通信（ユニキャスト通信）に用いている。この場合、基地局装置２００の光通信部２０１＃１と端末装置１００の光通信部１０１＃１との間で光信号が送受信される。
　図９は、本実施形態に係るユニキャスト通信の他の例を示す図である。図示の例では、端末装置１００は、基地局装置２００ａをサービング基地局として選択している。端末装置１００は、基地局装置２００ａの通信可能範囲と、隣接基地局である基地局装置２００ｂの通信可能範囲との重複部分に位置している。ここで、端末装置１００は、基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４の通信可能範囲内に位置する。
　端末装置１００は、自身の光通信部１０１＃１及び光通信部１０１＃３を、基地局装置２００ａとの光通信（ユニキャスト通信）に用いている。この場合、基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４と端末装置１００の光通信部１０１＃１及び光通信部１０１＃３との間で光信号（所望信号）が送受信される。端末装置１００は、自身の光通信部１０１＃１及び光通信部１０１＃３が基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４からデータ光信号を受信すると、自身の光通信部１０１＃１及び光通信部１０１＃３のそれぞれの受信信号を合成する合成処理を行う。
　図９の例では、端末装置１００の光通信部１０１＃１は、太陽光を干渉信号として受信している。この場合、端末装置１００は、光通信部１０１＃１の受信信号を合成処理に用いない。また、端末装置１００の光通信部１０１＃２及び光通信部１０１＃４は、隣接基地局である基地局装置２００ｂの光通信部２０１＃０からの光信号を干渉信号として受信している。この場合、端末装置１００は、光通信部１０１＃２の受信信号及び光通信部１０１＃４の受信信号を合成処理に用いない。このように、ユニキャスト通信では、端末装置１００は、サービング基地局（基地局装置２００ａ）から所望信号を受信する各光通信部１０１の受信信号のみを合成処理に用いる。
　図１０は、本実施形態に係るブロードキャスト通信の一例を示す図である。図示の例では、基地局装置２００ａ及び基地局装置２００ｂのそれぞれは、自身のすべての光通信部２０１を用いて同一のデータ光信号を一斉に送信（ブロードキャスト）する。具体的には、基地局装置２００ａ及び基地局装置２００ｂは、同一のデータを全方向に同一のタイミング（同一の時間スロット）で送信する。
　端末装置１００は、基地局装置２００ａをサービング基地局として選択している。端末装置１００は、基地局装置２００ａの通信可能範囲と、隣接基地局である基地局装置２００ｂの通信可能範囲との重複部分に位置している。ここで、端末装置１００は、基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４の通信可能範囲内に位置するとともに、基地局装置２００ｂの光通信部２０１＃０の通信可能範囲内に位置する。この場合、端末装置１００は、基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４からのデータ光信号及び基地局装置２００ｂの光通信部２０１＃０からのデータ光信号を所望信号として受信する。
　具体的には、端末装置１００の光通信部１０１＃０及び光通信部１０１＃３は、サービング基地局である基地局装置２００ａの光通信部２０１＃４からのデータ光信号を所望信号として受信する。また、端末装置１００の光通信部１０１＃２及び光通信部１０１＃４は、隣接基地局である基地局装置２００ｂの光通信部２０１＃０からのデータ光信号を所望信号として受信する。端末装置１００は、自身の光通信部１０１＃０、光通信部１０１＃２、光通信部１０１＃３、及び光通信部１０１＃４のそれぞれの受信信号を合成する合成処理を行う。
　このように、ブロードキャスト通信では、端末装置１００は、サービング基地局（基地局装置２００ａ）から所望信号を受信する各光通信部１０１の受信信号だけではなく、隣接基地局（基地局装置２００ｂ）から所望信号を受信する各光通信部１０１の受信信号も合成処理に用いる。すなわち、端末装置１００の制御部１３０は、複数の基地局装置２００から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、当該同一のデータ光信号を受信する各受光部１１０を特定する特定処理を行い、特定処理により特定された各受光部１１０の受信信号を合成する合成処理を行う。これにより、より多くの受信信号を合成処理に利用可能になり、受信品質をより一層向上させることができる。
　但し、端末装置１００の光通信部１０１＃１は、太陽光を干渉信号として受信している。この場合、端末装置１００は、光通信部１０１＃１の受信信号を合成処理に用いない。具体的には、端末装置１００の制御部１３０は、ブロードキャストされるデータ光信号と異なる干渉光信号を受信する受光部１１０を特定し、当該特定した受光部１１０が受信する干渉光信号を合成処理に用いないよう制御する。
　例えば、端末装置１００は、ブロードキャスト通信時に合成処理に利用する自身の光通信部１０１（具体的には、受光部１１０）を、各基地局装置２００からのブロードキャスト通信参照信号に基づいて特定できる。端末装置１００は、各基地局装置２００から送信されるブロードキャスト通信参照信号を受信し、それを基に各基地局装置２００の方向を把握し、ブロードキャスト通信時に使用する光通信部１０１（受光部１１０）を選択する。具体的には、端末装置１００の制御部１３０は、複数の基地局装置２００からブロードキャスト通信参照信号を受信する各受光部１１０を特定する。
　図１１は、本実施形態に係るブロードキャスト通信に用いる時間スロットの一例を示す図である。
　図示の例では、通信フレーム内のＤＬスロット（ＤＬ　ｓｌｏｔ）＃０をブロードキャスト通信用に割り当てている。但し、ＤＬスロット（ＤＬ　ｓｌｏｔ）＃０とは異なる時間スロットをブロードキャスト通信用に割り当ててもよい。なお、ブロードキャスト通信用の時間スロットは、各基地局装置２００が、ネットワーク１０からの設定情報に基づいて決定してもよい。当該時間スロットは、各基地局装置２００が、基地局間通信でのネゴシエーションにより決定してもよい。ブロードキャスト通信用の時間スロットは、光通信システム１の仕様で予め規定されていてもよい。ブロードキャスト通信用の時間スロットは、通信フレーム内で１つに限らず、通信フレーム内で複数であってもよい。
　各基地局装置２００は、ブロードキャスト通信用の時間スロットを示す情報（例えば、スロット番号）を含む制御光信号を、制御用スロット（Ｃｔｒｌ．）において送信してもよい。図示の例では、ＤＬスロット（ＤＬ　ｓｌｏｔ）＃０がブロードキャスト通信用の時間スロットである旨を各基地局装置２００から端末装置１００に通知することになる。端末装置１００の制御部１３０は、複数の受光部１１０のいずれかが制御光信号を受信した場合、当該受信した制御光信号により特定される時間スロットにおいて、ブロードキャストされるデータ光信号を受信するよう制御する。
　各基地局装置２００は、ブロードキャスト通信参照信号を、ブロードキャスト通信用の時間スロットで送信してもよい。各基地局装置２００は、当該ブロードキャスト通信参照信号を、ブロードキャスト通信用の時間スロットとは異なる時間スロット（例えば、同期用スロット、制御用スロット）で送信してもよい。ブロードキャスト通信参照信号は、ブロードキャスト通信を適用することを示す既知の信号系列を含む光信号であってもよい。ブロードキャスト通信参照信号は、端末装置１００側での測定（チャネル推定及び／又は受信強度測定）に用いられてもよい。
　このように、本実施形態では、基地局装置２００の制御部２３０は、複数の発光部２２０から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信参照信号、及びブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、複数の発光部２２０を制御する。
　図１２は、本実施形態に係るブロードキャスト通信に関する動作シーケンスの一例を示す図である。
　ステップＳ１０１において、基地局装置２００ａの制御部２３０は、ブロードキャスト通信参照信号を送信するよう各発光部２２０を制御する。ステップＳ１０２において、基地局装置２００ｂの制御部２３０は、ブロードキャスト通信参照信号を送信するよう各発光部２２０を制御する。端末装置１００は、各基地局装置２００からブロードキャスト通信参照信号を受信する。
　ステップＳ１０３において、端末装置１００の制御部１３０は、ブロードキャスト通信参照信号の受信状況に応じて、合成処理（別の観点では、ブロードキャスト受信）に利用する受光部１１０を特定する。すなわち、端末装置１００の制御部１３０は、複数の基地局装置２００（２００ａ，２００ｂ）から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、当該同一のデータ光信号を受信する各受光部１１０を特定する。本実施形態では、端末装置１００の制御部１３０は、ブロードキャスト通信参照信号を受信した各受光部１１０を、合成処理に利用する受光部１１０を特定する。ここでは、端末装置１００の受光部１１０＃０が基地局装置２００ａからブロードキャスト通信参照信号を受信し、端末装置１００の受光部１１０＃１が基地局装置２００ｂからブロードキャスト通信参照信号を受信したと仮定して説明を進める。この場合、端末装置１００の制御部１３０は、受光部１１０＃０及び受光部１１０＃１を合成処理に利用すると決定する。
　ステップＳ１０４において、基地局装置２００ａの制御部２３０は、ブロードキャスト通信用の時間スロットを示す情報を含む制御光信号を送信するよう各発光部２２０を制御する。ステップＳ１０５において、基地局装置２００ｂの制御部２３０は、ブロードキャスト通信用の時間スロットを示す情報を含む制御光信号を送信するよう各発光部２２０を制御する。端末装置１００は、各基地局装置２００から制御光信号を受信する。ここでは、端末装置１００の受光部１１０＃０が基地局装置２００ａから制御光信号を受信し、端末装置１００の受光部１１０＃１が基地局装置２００ｂから制御光信号を受信したと仮定して説明を進める。この場合、端末装置１００の制御部１３０は、受光部１１０＃０及び受光部１１０＃１のそれぞれの受信信号を合成したうえで復号してもよい。
　なお、図示の例では、制御光信号の送受信がブロードキャスト通信参照信号の送受信よりも後に行われているが、制御光信号の送受信は、ブロードキャスト通信参照信号の送受信よりも前であってもよい。この場合、端末装置１００の制御部１３０は、制御光信号に基づいてブロードキャスト通信用の時間スロットを特定したうえで、ブロードキャスト通信参照信号に基づいて、合成処理（ブロードキャスト受信）に利用する受光部１１０を特定してもよい。或いは、端末装置１００の制御部１３０は、制御光信号に基づいて、合成処理（ブロードキャスト受信）に利用する受光部１１０をさらに特定してもよい。この場合、ブロードキャスト通信参照信号の送受信を不要としてもよい。或いは、各基地局装置２００は、ブロードキャスト通信用の時間スロットにおいてブロードキャスト通信参照信号を送信することにより、ブロードキャスト通信用の時間スロットを暗示的に端末装置１００に通知してもよい。この場合、制御光信号の送受信を不要としてもよい。
　ステップＳ１０６において、端末装置１００の制御部１３０は、受光部１１０＃１が受信した制御光信号に基づいて、ブロードキャスト通信用の時間スロットを特定する。
　ステップＳ１０７において、基地局装置２００ａの制御部２３０は、ブロードキャストデータを含むデータ光信号をブロードキャスト通信用の時間スロットにおいて送信するよう各発光部２２０を制御する。ステップＳ１０８において、基地局装置２００ｂの制御部２３０は、ブロードキャストデータを含むデータ光信号をブロードキャスト通信用の時間スロットにおいて送信するよう各発光部２２０を制御する。端末装置１００は、各基地局装置２００から同一のデータ光信号を受信する。ここでは、端末装置１００の受光部１１０＃０が基地局装置２００ａからデータ光信号を受信し、端末装置１００の受光部１１０＃１が基地局装置２００ｂからデータ光信号を受信したと仮定して説明を進める。
　ステップＳ１０９において、端末装置１００の制御部１３０は、受光部１１０＃０及び受光部１１０＃１のそれぞれの受信信号を合成し、合成後の受信信号を復号する。
　（２）第２実施形態
　次に、第２実施形態に係る光通信システム１について、第１実施形態に係る光通信システム１との相違点を主として説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態と組み合わせて実施可能である。
　水中で可視光通信を行う場合、可視光通信に用いる可視光の色（すなわち、波長）に応じて伝搬特性が異なる。例えば、青色、緑色、赤色、及び黄色の４色を想定すると、同じ送信出力であっても、青色及び緑色は赤色及び黄色よりも遠くまで伝搬することが一般的である。しかしながら、水中の濁度及び／又はプランクトン濃度等によっては、赤色及び黄色が青色及び緑色よりも伝搬特性が良好になり得る。そのため、単色によるブロードキャスト通信では、十分な受信品質が得られない場合がある。本実施形態では、複数色によるブロードキャスト通信を行うことにより、受信品質の更なる回線を可能とする。
　図１３は、本実施形態に係る光通信システム１の動作を説明するための図である。
　本実施形態では、基地局装置２００の複数の発光部２２０のそれぞれは、波長が異なる複数の色でブロードキャストデータ信号（同一のデータ光信号）を送信する。図示の例では、青色光、緑色光、赤色光、及び黄色光の４色を用いているが、例えば、青色光及び黄色光の２色のみとしてもよい。端末装置１００の受光部１１０は、当該複数の色の少なくとも１つでブロードキャストデータ信号を受信する。これにより、ある色について良好な伝搬特性が得られない場合であっても、他の色でブロードキャストデータ信号を端末装置１００が受信できる可能性を高めることができ、受信品質を改善可能になる。
　図１４は、本実施形態に係る基地局装置２００の構成例を示す図である。
　本実施形態では、基地局装置２００の複数の発光部２２０のそれぞれは、複数の色に対応して設けられた複数の発光素子２２１を含む。図示の例では、発光部２２０＃０は、青色用の発光素子２２１＃０Ｂと、緑色用の発光素子２２１＃０Ｇと、赤色用の発光素子２２１＃０Ｒと、黄色用の発光素子２２１＃０Ｙと、を含む。各発光素子２２１＃０は、送信機２２２＃０と接続されている。基地局装置２００の制御部１３０は、複数の色（青色、緑色、赤色、及び黄色）でブロードキャストデータ信号（同一のデータ光信号）を送信するよう複数の発光素子２２１＃０を制御する。
　ここで、青色用の発光素子２２１＃０Ｂ及び緑色用の発光素子２２１＃０Ｇは、遠距離へのブロードキャスト通信の用途で用いられてもよい。赤色用の発光素子２２１＃０Ｒ及び黄色用の発光素子２２１＃０Ｙは、短距離へのブロードキャスト通信の用途で用いられてもよい。
　基地局装置２００は、水中の通信環境パラメータ（濁度及び／又はプランクトン濃度等）を測定するセンサを有していてもよい。基地局装置２００の制御部１３０は、当該センサにより得られた測定値に基づいて、複数の発光素子２２１＃０のうちブロードキャスト通信に用いる発光素子２２１＃０を選択し、選択した発光素子２２１＃０からブロードキャストデータ信号（同一のデータ光信号）を送信するよう制御してもよい。例えば、水中の濁度及び／又はプランクトン濃度が閾値よりも高い場合は赤色用の発光素子２２１＃０Ｒ及び／又は黄色用の発光素子２２１＃０Ｙを選択し、そうでない場合は青色用の発光素子２２１＃０Ｂ及び／又は緑色用の発光素子２２１＃０Ｇを選択してもよい。
　図１５は、本実施形態に係る端末装置１００の第１構成例を示す図である。
　本構成例では、端末装置１００の複数の受光部１１０のそれぞれは、各色のカラーフィルタが設けられた複数の受光素子１１１を含む。図示の例では、受光部１１０＃０は、青色用の受光素子１１１＃０Ｂと、緑色用の受光素子１１１＃０Ｇと、赤色用の受光素子１１１＃０Ｒと、黄色用の受光素子１１１＃０Ｙと、を含む。各受光素子１１１＃０は、送信機１２２＃０と接続されている。端末装置１００の制御部１３０は、各受光素子１１１＃０の受信信号を合成する合成処理を行う。端末装置１００の制御部１３０は、当該合成処理を行うよう受信機１1２＃０を制御してもよい。
　図１６は、本実施形態に係る端末装置１００の第２構成例を示す図である。
　本構成例では、端末装置１００の複数の受光部１１０のそれぞれは、受光素子１１１と、受光素子１１１の受信信号を色別に分離するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１1２１と、を含む。図示の例では、受光部１１０＃０の受信機１1２＃０は、青色用のバンドパスフィルタ１1２１Ｂと、緑色用のバンドパスフィルタ１1２１Ｇと、赤色用のバンドパスフィルタ１1２１Ｒと、黄色用のバンドパスフィルタ１1２１Ｙと、を含む。各バンドパスフィルタ１1２１は、対応する色成分の受信信号を受光素子１１１の受信信号から抽出し、抽出した受信信号を出力する。端末装置１００の制御部１３０は、各バンドパスフィルタ１1２１が出力する受信信号を合成する合成処理を行う。受信機１1２＃０が合成手段を有する場合、端末装置１００の制御部１３０は、当該合成処理を行うよう受信機１1２＃０を制御してもよい。
　（３）第３実施形態
　次に、第３実施形態に係る光通信システム１について、第１実施形態及び第２実施形態に係る光通信システム１との相違点を主として説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態及び／又は第２実施形態と組み合わせて実施可能である。
　上述の実施形態において、１つの端末装置１００と基地局装置２００との間に別の端末装置１００が存在する場合、基地局装置２００からのブロードキャストデータ信号（同一のデータ光信号）が当該別の端末装置１００により遮られてしまう。その結果、当該１つの端末装置１００が基地局装置２００からのブロードキャストデータ信号を受信できなくなるといった問題がある。そこで、本実施形態では、端末装置１００がブロードキャスト通信の中継（リピート送信）を行うことにより、このような問題を解決可能とする。
　図１７は、本実施形態に係る光通信システム１の動作を説明するための図である。図示の例では、各端末装置１００が全体として球状に形成されており、全方向の光通信が可能である。
　端末装置１００ａの制御部１３０は、複数の受光部１１０のいずれかがブロードキャストデータ信号を受信した場合、当該受信したブロードキャストデータ信号の中継送信を行うよう複数の発光部１２０の少なくとも１つを制御する。このような中継送信を行うことにより、基地局装置２００の通信可能範囲を擬似的に拡張可能になり、より多くの端末装置１００がブロードキャスト受信を行うことが容易になる。なお、端末装置１００ａは、ブロードキャストデータ信号の中継送信を行うだけではなく、ブロードキャスト通信参照信号及び／又は制御光信号の中継送信も行ってもよい。
　本実施形態では、端末装置１００ａの制御部１３０は、複数の受光部１１０のいずれかがブロードキャストデータ信号を受信した場合、当該受信したブロードキャストデータ信号の到来方向とは異なる方向に光軸が向けられた発光部１２０を用いて中継送信を行うよう制御する。例えば、端末装置１００ａの制御部１３０は、当該受信したブロードキャストデータ信号の到来方向の反対側に位置する発光部１２０を用いて中継送信を行うよう制御する。これにより、端末装置１００ｂと基地局装置２００との間に端末装置１００ａが存在する場合であっても、端末装置１００ｂは、端末装置１００ａにより中継されたブロードキャストデータ信号を受信できる。
　図１８は、本実施形態に係るブロードキャスト通信に関する動作シーケンスの一例を示す図である。
　ステップＳ２０１において、基地局装置２００は、ブロードキャストデータを含むデータ光信号（ブロードキャストデータ信号）をブロードキャスト通信用の時間スロットにおいて送信するよう各発光部２２０を制御する。端末装置１００ａのいずれかの受光部１１０は、基地局装置２００からブロードキャストデータ信号を受信する。
　ステップＳ２０２において、端末装置１００ａの制御部１３０は、ステップＳ２０１で受光部１１０が受信したブロードキャストデータ信号を、当該受光部１１０の反対側に位置する発光部１２０から送信するように中継制御を行う。端末装置１００ａの制御部１３０は、ステップＳ２０１で受光部１１０がブロードキャストデータ信号を受信した通信フレームの次の通信フレーム内のブロードキャスト通信用の時間スロットにおいて、当該ブロードキャストデータ信号を送信するよう発光部２２０を制御してもよい。端末装置１００ｂのいずれかの受光部１１０は、端末装置１００ａからブロードキャストデータ信号を受信する。
　なお、端末装置１００ｂは、端末装置１００ａと同様な中継送信を行ってもよい。但し、中継送信が無限に連鎖し得るため、中継回数に上限を設けてもよい。例えば、ステップＳ２０２において、端末装置１００ａは、当該ブロードキャストデータ信号が中継されたものであることを端末装置１００ｂに例えば制御光信号で通知してもよい。端末装置１００ｂは、当該通知に基づいて、端末装置１００ａからのブロードキャストデータ信号を中継しないと決定してもよい。
　或いは、中継を行う各端末装置１００は、中継回数を示すカウント値を付加してブロードキャストデータ信号を送信してもよい。ブロードキャストデータ信号を受信した端末装置１００は、当該カウント値から中継回数を把握し、当該中継回数が予め定められた上限値に達している場合に、当該ブロードキャストデータ信号を中継しないと決定してもよい。
　（４）他の実施形態
　上述の実施形態において、基地局装置２００が水面に設置される一例について説明した。しかしながら、基地局装置２００は、図１９に示すように、水底に設置されていてもよい。水中を移動する端末装置１００は、自身の下方（斜め下方）に位置する基地局装置２００との可視光通信を行う。或いは、基地局装置２００は、図２０に示すように、水中の壁面に設置されていてもよい。端末装置１００は、水中を垂直方向に移動しつつ基地局装置２００との可視光通信を行う。
　上述の実施形態において、端末装置１００の受発光部１５０及び基地局装置２００の受発光部２５０が半球状に構成されている一例について説明した。しかしながら、端末装置１００及び／又は基地局装置２００は、図２１に示すように、全体的に球状（別の観点では、ミラーボール形状）に構成されていてもよい。例えば、端末装置１００及び／又は基地局装置２００が多面体を構成し、当該多面体の各面が光通信部を構成し、当該各面に発光素子及び受光素子のセットが配置されてもよい。或いは、端末装置１００及び／又は基地局装置２００は、図２２に示すように、その全体が棒状に構成されていてもよい。例えば、端末装置１００及び／又は基地局装置２００が角柱を構成し、当該角柱の側面が光通信部を構成し、当該各側面に発光素子及び受光素子のセットが配置されてもよい。
　端末装置１００又は基地局装置２００が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はＤＶＤ－ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。また、端末装置１００又は基地局装置２００が行う各処理を実行する回路を集積化し、端末装置１００又は基地局装置２００の少なくとも一部を半導体集積回路（チップセット、ＳｏＣ：Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ａ　ｃｈｉｐ）として構成してもよい。
　本開示で使用されている「に基づいて（ｂａｓｅｄ　ｏｎ）」、「に応じて（ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　ｏｎ／ｉｎ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ）」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」、「のみに応じて」を意味しない。「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」及び「に少なくとも部分的に基づいて」の両方を意味する。同様に、「に応じて」という記載は、「のみに応じて」及び「に少なくとも部分的に応じて」の両方を意味する。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、及びそれらの変形の用語は、列挙する項目のみを含むことを意味せず、列挙する項目のみを含んでもよいし、列挙する項目に加えてさらなる項目を含んでもよいことを意味する。また、本開示において使用されている用語「又は（ｏｒ）」は、排他的論理和ではないことが意図される。さらに、本開示で使用した「第１」、「第２」などの呼称を使用した要素へのいかなる参照も、それらの要素の量又は順序を全般的に限定するものではない。これらの呼称は、２つ以上の要素間を区別する便利な方法として本開示で使用され得る。したがって、第１及び第２の要素への参照は、２つの要素のみがそこで採用され得ること、又は何らかの形で第１の要素が第２の要素に先行しなければならないことを意味しない。本開示において、例えば、英語でのａ，ａｎ，及びｔｈｅのように、翻訳により冠詞が追加された場合、これらの冠詞は、文脈から明らかにそうではないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。
　以上、図面を参照して実施形態について詳しく説明したが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　本願は、日本国特許出願第２０２２－１３３７２２号（２０２２年８月２５日出願）の優先権を主張し、その内容の全てが本願明細書に組み込まれている。
　（５）付記
　上述の実施形態に係る特徴に関して付記する。
　（付記１）
　端末装置及び基地局装置が光通信を行う光通信システムであって、
　前記端末装置は、
　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、
　複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う
　光通信システム。
　（付記２）
　前記端末装置の前記制御部は、前記同一のデータ光信号と異なる干渉光信号を受信する受光部を特定し、当該特定した受光部が受信する前記干渉光信号を前記合成処理に用いないよう制御する
　付記１に記載の光通信システム。
　（付記３）
　前記基地局装置は、
　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部と、
　前記複数の発光部から前記同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、前記複数の発光部を制御する制御部と、を備える
　付記１又は２に記載の光通信システム。
　（付記４）
　前記端末装置の前記制御部は、前記特定処理において、前記複数の基地局装置から前記参照光信号を受信する各受光部を特定する
　付記３に記載の光通信システム。
　（付記５）
　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記制御光信号を受信した場合、当該受信した制御光信号により特定される前記時間スロットにおいて前記同一のデータ光信号を受信するよう制御する
　付記３又は４に記載の光通信システム。
　（付記６）
　前記基地局装置の前記複数の発光部のそれぞれは、波長が異なる複数の色で前記同一のデータ光信号を送信し、
　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、前記複数の色の少なくとも１つで前記同一のデータ光信号を受信する
　付記３乃至５のいずれかに記載の光通信システム。
　（付記７）
　前記基地局装置の前記複数の発光部のそれぞれは、前記複数の色に対応して設けられた複数の発光素子を含み、
　前記基地局装置の前記制御部は、前記複数の色で前記同一のデータ光信号を送信するよう前記複数の発光素子を制御する
　付記６に記載の光通信システム。
　（付記８）
　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、各色のカラーフィルタが設けられた複数の受光素子を含む
　付記７に記載の光通信システム。
　（付記９）
　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、受光素子と、前記受光素子の受信信号を色別に分離するバンドパスフィルタと、を含む
　付記７に記載の光通信システム。
　（付記１０）
　前記端末装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部をさらに備え、
　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記同一のデータ光信号を受信した場合、当該受信したデータ光信号の中継送信を行うよう前記複数の発光部の少なくとも１つを制御する
　付記１乃至９のいずれかに記載の光通信システム。
　（付記１１）
　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記同一のデータ光信号を受信した場合、当該受信したデータ光信号の到来方向とは異なる方向に光軸が向けられた発光部を用いて前記中継送信を行うよう制御する
　付記１０に記載の光通信システム。
　（付記１２）
　前記端末装置及び前記基地局装置は、水中において前記光通信を行う
　付記１乃至１１のいずれかに記載の光通信システム。
　（付記１３）
　前記端末装置及び前記基地局装置は、可視光による前記光通信を行う
　付記１乃至１２のいずれかに記載の光通信システム。
　（付記１４）
　基地局装置との光通信を行う端末装置であって、
　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、
　複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う
　端末装置。
　（付記１５）
　端末装置との光通信を行う基地局装置であって、
　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部と、
　前記複数の発光部から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、前記複数の発光部を制御する制御部と、を備える
　基地局装置。
　１　　　　　：光通信システム
　１０　　　　：ネットワーク
　１００　　　：端末装置
　１０１　　　：光通信部
　１１０　　　：受光部
　１１１　　　：受光素子
　１1２　　　：受信機
　１２０　　　：発光部
　１２１　　　：発光素子
　１２２　　　：送信機
　１３０　　　：制御部
　１３１　　　：プロセッサ
　１３２　　　：メモリ
　１４０　　　：移動機構
　１５０　　　：受発光部
　１６０　　　：本体部
　２００　　　：基地局装置
　２０１　　　：光通信部
　２１０　　　：受光部
　２１１　　　：受光素子
　２１２　　　：受信機
　２２０　　　：発光部
　２２１　　　：発光素子
　２２２　　　：送信機
　２３０　　　：制御部
　２３１　　　：プロセッサ
　２３２　　　：メモリ
　２４０　　　：バックホール通信部
　２４１　　　：ネットワーク通信部
　２４２　　　：基地局間通信部
　２５０　　　：受発光部
　２６０　　　：本体部
　１1２１　　：バンドパスフィルタ

Claims (15)

  1. 　端末装置及び基地局装置が光通信を行う光通信システムであって、
    　前記端末装置は、
    　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、
    　複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う
    　光通信システム。
  2. 　前記端末装置の前記制御部は、前記同一のデータ光信号と異なる干渉光信号を受信する受光部を特定し、当該特定した受光部が受信する前記干渉光信号を前記合成処理に用いないよう制御する
    　請求項１に記載の光通信システム。
  3. 　前記基地局装置は、
    　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部と、
    　前記複数の発光部から前記同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、前記複数の発光部を制御する制御部と、を備える
    　請求項１に記載の光通信システム。
  4. 　前記端末装置の前記制御部は、前記特定処理において、前記複数の基地局装置から前記参照光信号を受信する各受光部を特定する
    　請求項３に記載の光通信システム。
  5. 　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記制御光信号を受信した場合、当該受信した制御光信号により特定される前記時間スロットにおいて前記同一のデータ光信号を受信するよう制御する
    　請求項３に記載の光通信システム。
  6. 　前記基地局装置の前記複数の発光部のそれぞれは、波長が異なる複数の色で前記同一のデータ光信号を送信し、
    　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、前記複数の色の少なくとも１つで前記同一のデータ光信号を受信する
    　請求項３に記載の光通信システム。
  7. 　前記基地局装置の前記複数の発光部のそれぞれは、前記複数の色に対応して設けられた複数の発光素子を含み、
    　前記基地局装置の前記制御部は、前記複数の色で前記同一のデータ光信号を送信するよう前記複数の発光素子を制御する
    　請求項６に記載の光通信システム。
  8. 　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、各色のカラーフィルタが設けられた複数の受光素子を含む
    　請求項７に記載の光通信システム。
  9. 　前記端末装置の前記複数の受光部のそれぞれは、受光素子と、前記受光素子の受信信号を色別に分離するバンドパスフィルタと、を含む
    　請求項７に記載の光通信システム。
  10. 　前記端末装置は、それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部をさらに備え、
    　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記同一のデータ光信号を受信した場合、当該受信したデータ光信号の中継送信を行うよう前記複数の発光部の少なくとも１つを制御する
    　請求項１に記載の光通信システム。
  11. 　前記端末装置の前記制御部は、前記複数の受光部のいずれかが前記同一のデータ光信号を受信した場合、当該受信したデータ光信号の到来方向とは異なる方向に光軸が向けられた発光部を用いて前記中継送信を行うよう制御する
    　請求項１０に記載の光通信システム。
  12. 　前記端末装置及び前記基地局装置は、水中において前記光通信を行う
    　請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光通信システム。
  13. 　前記端末装置及び前記基地局装置は、可視光による前記光通信を行う
    　請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光通信システム。
  14. 　基地局装置との光通信を行う端末装置であって、
    　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の受光部と、
    　複数の基地局装置から同時にブロードキャストされる同一のデータ光信号を受信する場合、前記同一のデータ光信号を受信する各受光部を特定する特定処理を行う制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記特定処理により特定された各受光部の受信信号を合成する合成処理を行う
    　端末装置。
  15. 　端末装置との光通信を行う基地局装置であって、
    　それぞれ異なる方向に光軸を向けて配置された複数の発光部と、
    　前記複数の発光部から同一のデータ光信号をブロードキャストする場合、ブロードキャスト通信用の参照光信号及び／又はブロードキャスト通信用の時間スロットを示す制御光信号を送信するように、前記複数の発光部を制御する制御部と、を備える
    　基地局装置。
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