JP5394843B2 - Transmitting apparatus, receiving apparatus, visible light communication system, and visible light communication method - Google Patents
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Description
本発明は、送信装置、受信装置、可視光通信システム、及び可視光通信方法に関する。 The present invention relates to a transmission device, a reception device, a visible light communication system, and a visible light communication method.
近年、可視光領域の光を利用した光通信技術に大変注目が集まっている。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を利用した照明装置の普及が急速に進んでいる状況を背景にし、屋内外に設置された照明装置等のインフラを活用して、利便性に富んだ、より高速なデータ通信を実現させるための技術開発が進められている。 In recent years, much attention has been focused on optical communication technology using light in the visible light region. In particular, with the background of the rapid spread of lighting devices using light emitting elements such as light emitting diodes (LEDs), it is convenient to utilize infrastructure such as lighting devices installed indoors and outdoors. Technological development for realizing high-speed, high-speed data communication is in progress.
高速な光データ通信に利用される発光手段としては、人体や医療機器等に対する影響を考慮するとＬＥＤが最も有力な候補になる。一方で、より高速な応答性能を有するレーザーダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ；Ｓｕｐｅｒ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子も候補に挙げられている。光通信におけるデータ伝送速度は、発光素子や駆動回路の応答速度に依存する。そのため、こうした応答速度の速い発光素子にも注目が集まっている。 As a light emitting means used for high-speed optical data communication, an LED is the most promising candidate in consideration of the influence on the human body and medical equipment. On the other hand, semiconductor light emitting devices such as a laser diode (LD) and a super luminescent diode (SLD) having faster response performance are also listed as candidates. The data transmission speed in optical communication depends on the response speed of the light emitting element and the drive circuit. Therefore, attention is also focused on such a light-emitting element with a high response speed.
また、データ伝送速度を更に向上させるため、発光素子が発する１シグナルの間に多くのデータを安定して伝送する技術も求められている。このような光通信技術に関し、例えば、下記の特許文献１には、光の三原色（以下、ＲＧＢ）を発光する複数のＬＥＤの発光電力に応じて信号の多重度を決定し、その多重度に基づいて入力データを割り当てることにより、白色を維持しつつ、効率的に通信する技術が開示されている。
In order to further improve the data transmission speed, a technique for stably transmitting a large amount of data during one signal emitted from a light emitting element is also required. With regard to such optical communication technology, for example, in
また、下記の特許文献２には、照明機器を用いて光通信を行う場合に、照明光にキャリア信号を加えることにより照明としての明るさが変わってしまうことを防止することが可能なＬＥＤ駆動回路の構成が開示されている。さらに、下記の特許文献３には、光通信による高速データ伝送を実現するために波長多重通信を実現するための技術が開示されている。特に、同文献には、カラーセンサを用いて光源と光検出器との間に複数のデータ伝送チャネルを形成するための技術が開示されている。
Further, in
上記の通り、光通信におけるデータ伝送速度は、発光素子や駆動回路の応答速度に依存する。例えば、高速にデータを伝送するためには、発光素子を高い周波数で駆動する必要がある。しかしながら、高い周波数で発光素子を駆動させようとすると、発光素子により射出可能な光の振幅が制限されてしまう。つまり、発光素子の応答速度が遅いと、高強度の光パルス列を短い周期で発光することができない。そのため、高い周波数で発光素子を駆動させ、高速にデータ伝送しようとすると受信ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が大きく低下してしまう。一方で、発光素子を低い周波数で駆動させる場合には、高強度の光パルス列を発光させることができるため、受信ＳＮＲの高いデータ伝送が可能になる。但し、この場合にはデータ伝送速度が低いという問題がある。 As described above, the data transmission speed in optical communication depends on the response speed of the light emitting element and the drive circuit. For example, in order to transmit data at high speed, it is necessary to drive the light emitting element at a high frequency. However, if the light emitting element is driven at a high frequency, the amplitude of light that can be emitted by the light emitting element is limited. That is, when the response speed of the light emitting element is slow, a high-intensity optical pulse train cannot be emitted in a short cycle. Therefore, when a light emitting element is driven at a high frequency and data transmission is attempted at a high speed, a reception SNR (Signal to Noise Ratio) is greatly reduced. On the other hand, when the light emitting element is driven at a low frequency, a high-intensity optical pulse train can be emitted, so that data transmission with a high reception SNR is possible. However, in this case, there is a problem that the data transmission speed is low.
これらの問題に対し、発光素子や駆動回路の応答特性を向上させ、高振幅の光パルス列を短い周期で射出できるようにするための研究開発が各所で進められている。しかし、利用者の立場から考えると、常に大容量かつ高速なデータ伝送が必要なわけではない。例えば、文字情報だけを得られれば十分な場合もある。上記の通り、高速データ伝送を実現しようとすると、受信ＳＮＲが小さくなるため、光源から遠くなるに連れてデータが正しく伝送されなくなる。一方、低速なデータ伝送で間に合う場合には、光源から遠い位置でもデータを正しく伝送することが可能である。こうした特性を生かし、小さいサイズのデータを安定して伝送することが可能な環境と、大きなサイズのデータを高速に伝送することが可能な環境とを共存させ、光源からの距離に応じて適宜必要な情報が得られるようにする技術が求められている。 In response to these problems, research and development are being carried out in various places in order to improve the response characteristics of light-emitting elements and drive circuits so that a high-amplitude optical pulse train can be emitted in a short cycle. However, from the user's perspective, large-capacity and high-speed data transmission is not always necessary. For example, it may be sufficient to obtain only character information. As described above, if high-speed data transmission is to be realized, the received SNR becomes small, so that data cannot be correctly transmitted as the distance from the light source increases. On the other hand, if the data transmission is in time for low-speed data transmission, it is possible to correctly transmit the data even at a position far from the light source. Utilizing these characteristics, an environment that can stably transmit small-size data and an environment that can transmit large-size data at high speed coexist, and it is necessary depending on the distance from the light source. There is a need for technology that can provide useful information.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、可視光通信を利用して、高速なデータ通信環境と、比較的低速ではあるが安定したデータ通信環境とを同時に実現することが可能な、新規かつ改良された送信装置、受信装置、可視光通信システム、及び可視光通信方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use visible light communication to provide a high-speed data communication environment and relatively low-speed but stable data. It is an object of the present invention to provide a new and improved transmitter, receiver, visible light communication system, and visible light communication method capable of simultaneously realizing a communication environment.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに異なる色の光パルスを発光する複数の光源と、第１の送信データを変調して第１の変調信号を生成する第１変調部と、第２の送信データを変調して前記第１の変調信号よりも長いパルス周期及び大きな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調部と、前記第１変調部により生成された第１の変調信号と、前記第２変調部により生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算部と、前記信号加算部により生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御部と、を備える、送信装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, a plurality of light sources that emit light pulses of different colors and a first modulation signal that generates a first modulated signal by modulating first transmission data. Generated by the modulation unit, the second modulation unit that modulates the second transmission data to generate a second modulation signal having a longer pulse period and larger amplitude than the first modulation signal, and the first modulation unit A signal adding unit that adds the first modulated signal thus generated and the second modulated signal generated by the second modulating unit to generate an added modulated signal; and an added modulated signal generated by the signal adding unit And a light emission control unit that causes the plurality of light sources to emit light.
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance.
また、前記第１の送信データは、前記第２の送信データよりもデータサイズが大きい送信データであることが好ましい。 The first transmission data is preferably transmission data having a data size larger than that of the second transmission data.
例えば、前記第２の送信データは、テキストデータであり、前記第１の送信データは、音声データ又は画像データのいずれか一方、或いは、音声データ及び画像データの両方を含むデータであることが好ましい。 For example, it is preferable that the second transmission data is text data, and the first transmission data is either audio data or image data, or data including both audio data and image data. .
また、前記第１変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第１の送信データをマッピングして前記第１の変調信号を生成し、前記第２変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第２の送信データをマッピングして前記第２の変調信号を生成し、前記発光制御部は、前記加算変調信号に基づいて前記各光源から発せられる光パルスの発光強度比、発光タイミング、及び振幅を制御するように構成されていてもよい。 The first modulation unit generates the first modulated signal by mapping the first transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number, A second modulator configured to generate the second modulated signal by mapping the second transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number; May be configured to control a light emission intensity ratio, a light emission timing, and an amplitude of a light pulse emitted from each of the light sources based on the addition modulation signal.
また、上記の送信装置は、第３の送信データを変調して前記第１及び第２の変調信号よりも長いパルス周期及び大きな振幅を有する第３の変調信号を生成する第３変調部をさらに備え、前記信号加算部は、前記第１の変調信号と、前記第２の変調信号と、前記第３変調部により生成された第３の変調信号とを加算して加算変調信号を生成するように構成されていてもよい。 The transmission apparatus further includes a third modulation unit that modulates third transmission data to generate a third modulation signal having a longer pulse period and a larger amplitude than the first and second modulation signals. The signal adding unit adds the first modulation signal, the second modulation signal, and the third modulation signal generated by the third modulation unit to generate an addition modulation signal. It may be configured.
また、前記第３の送信データは、前記第２の送信データよりもデータサイズが小さい送信データであり、前記第２の送信データは、前記第１の送信データよりもデータサイズが小さい送信データであることが好ましい。 Further, the third transmission data is transmission data having a data size smaller than that of the second transmission data, and the second transmission data is transmission data having a data size smaller than that of the first transmission data. Preferably there is.
また、前記第１変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第１の送信データをマッピングして前記第１の変調信号を生成し、前記第２変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第２の送信データをマッピングして前記第２の変調信号を生成し、前記第３変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第３の送信データをマッピングして前記第３の変調信号を生成し、前記発光制御部は、前記加算変調信号に基づいて前記各光源から発せられる光パルスの発光強度比、発光タイミング、及び振幅を制御するように構成されていてもよい。 The first modulation unit generates the first modulated signal by mapping the first transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number, A second modulation unit configured to generate the second modulation signal by mapping the second transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate in accordance with a modulation multi-value number, and to generate the second modulation signal; The unit maps the third transmission data to a predetermined signal point set on the chromaticity coordinate according to the modulation multi-value number, and generates the third modulation signal, and the light emission control unit The light emission intensity ratio, the light emission timing, and the amplitude of the light pulse emitted from each of the light sources may be controlled based on the addition modulation signal.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子と、長いパルス周期及び大きな振幅を有する第２の変調信号と、短いパルス周期及び小さな振幅を有する第１の変調信号とを加算して得られる信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化部と、前記平均化部により生成された平均化信号から前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調部と、前記第２の復調部により復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算部と、前記信号減算部から出力された減算信号に基づいて前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調部と、を備える、受信装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output light reception intensity, and a second having a long pulse period and a large amplitude. When light emitted under light emission control based on a signal obtained by adding the first modulation signal having a short pulse period and a small amplitude is received, the light is output from the plurality of light receiving elements. A chromaticity coordinate conversion unit that converts the received light intensity combination into a reception signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate, and a reception signal obtained by the conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit. An averaging unit that averages every pulse period to generate an averaged signal, and a second that demodulates second transmission data corresponding to the second modulated signal from the averaged signal generated by the averaging unit A demodulator, and the second A replica signal generation unit that generates a replica signal of the second modulated signal based on the second transmission data demodulated by the modulation unit, and a replica signal generated by the replica signal generation unit is subtracted from the received signal A signal subtracting unit that outputs a subtracted signal, and a first demodulating unit that demodulates the first transmission data corresponding to the first modulated signal based on the subtracted signal output from the signal subtracting unit. A receiving device is provided.
上記のように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。上記の受信装置は、このような加算信号から各信号成分を分離して各データを復調することができる。 As described above, a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude are added and transmitted, so that a general drive circuit and light emission It is possible to simultaneously realize high-speed data transmission at a short distance and low-speed data transmission at a long distance by using an element. The above receiving apparatus can demodulate each data by separating each signal component from such an added signal.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子と、長いパルス周期及び大きな振幅を有する第３の変調信号と、短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号と、前記第２の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第１の変調信号と、を加算して得られる信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して第３平均化信号を生成する第３平均化部と、前記第３平均化信号を前記第３の変調信号のパルス周期毎に平均化して第２平均化信号を生成する第２平均化部と、前記第２平均化部により生成された第２平均化信号から前記第３の変調信号に対応する第３の送信データを復調する第３の復調部と、前記第３の復調部により復調された第３の送信データに基づいて前記第３の変調信号のレプリカ信号を生成する第３レプリカ信号生成部と、前記第３レプリカ信号生成部により生成された前記第３の変調信号のレプリカ信号を前記第３平均化部により生成された第３平均化信号から減算する第３信号減算部と、前記第３レプリカ信号生成部により生成された前記第３の変調信号のレプリカ信号を前記受信信号から減算する第２信号減算部と、前記第３信号減算部による減算処理で得られた信号に基づいて前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調部と、前記第２の復調部により復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成する第２レプリカ信号生成部と、前記第２レプリカ信号生成部により生成された前記第２の変調信号のレプリカ信号を前記第２信号減算部による減算処理で得られた信号から減算する第１信号減算部と、前記第１信号減算部による減算処理で得られた信号に基づいて前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調部と、を備える、受信装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output light reception intensity, and a third having a long pulse period and a large amplitude. A signal obtained by adding the second modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude and the first modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the second modulation signal. A chromaticity coordinate conversion unit that converts a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements into a received signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate when receiving light emitted under light emission control based on A third averaging unit that averages received signals obtained by the conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit for each pulse period of the second modulation signal to generate a third averaged signal, and the third average The third modulation signal A second averaging unit that averages every pulse period of the signal to generate a second averaged signal, and a second averaged signal corresponding to the third modulated signal from the second averaged signal generated by the second averaging unit A third demodulator for demodulating the third transmission data, and a third replica signal generator for generating a replica signal of the third modulated signal based on the third transmission data demodulated by the third demodulator A third signal subtracting unit for subtracting a replica signal of the third modulated signal generated by the third replica signal generating unit from a third averaged signal generated by the third averaging unit; A second signal subtracting unit that subtracts the replica signal of the third modulated signal generated by the three replica signal generating unit from the received signal, and the signal obtained by the subtraction processing by the third signal subtracting unit, Supports second modulation signal A second demodulator that demodulates the second transmission data, and a second replica signal that generates a replica signal of the second modulated signal based on the second transmission data demodulated by the second demodulator A first signal subtracting unit that subtracts a replica signal of the second modulated signal generated by the second replica signal generating unit from a signal obtained by subtraction processing by the second signal subtracting unit; There is provided a receiving apparatus comprising: a first demodulating unit that demodulates first transmission data corresponding to the first modulated signal based on a signal obtained by subtraction processing by a first signal subtracting unit.
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。上記の受信装置は、このような加算信号から各信号成分を分離して各データを復調することができる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance. The above receiving apparatus can demodulate each data by separating each signal component from such an added signal.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光パルスを発光する複数の光源と、第２の送信データを変調して第２の変調信号を生成する第２変調部と、第１の送信データを変調して前記第２の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第１の変調信号を生成する第１変調部と、前記第２変調部により生成された第２の変調信号と、前記第１変調部により生成された第１の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算部と、前記信号加算部により生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御部と、を有する、送信装置と、互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子と、前記送信装置が発光した光を受光した場合に、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化部と、前記平均化部により生成された平均化信号から前記第２の送信データを復調する第２の復調部と、前記第２の復調部により復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算部と、前記信号減算部から出力された減算信号に基づいて前記第１の送信データを復調する第１の復調部と、を有する、受信装置と、を含む、可視光通信システムが提供される。 In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a plurality of light sources that emit light pulses of different colors and a second modulated data are generated by modulating the second transmission data. A second modulation unit that modulates the first transmission data to generate a first modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the second modulation signal, and the second modulation A signal addition unit for adding the second modulation signal generated by the first modulation unit and the first modulation signal generated by the first modulation unit to generate an addition modulation signal; and the signal addition unit A light-emission control unit that emits light from the plurality of light sources based on the addition modulation signal, a plurality of light-receiving elements that receive light of different colors and output received light intensity, and the transmission device emits light When the received light is received, A chromaticity coordinate conversion unit that converts a combination of received light intensity output from the element into a reception signal indicating a chromaticity point on chromaticity coordinates, and a reception signal obtained by conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit. An averaging unit that generates an averaged signal by averaging every pulse period of the modulated signal; a second demodulating unit that demodulates the second transmission data from the averaged signal generated by the averaging unit; A replica signal generation unit that generates a replica signal of the second modulated signal based on second transmission data demodulated by the second demodulation unit, and the reception of the replica signal generated by the replica signal generation unit A receiving device comprising: a signal subtracting unit that subtracts a signal and outputs a subtracted signal; and a first demodulating unit that demodulates the first transmission data based on the subtracted signal output from the signal subtracting unit; , Including , The visible light communication system is provided.
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光パルスを発光する複数の光源を有する送信装置が、第１の送信データを変調して第１の変調信号を生成する第１変調ステップと、第２の送信データを変調して前記第１の変調信号よりも長いパルス周期及び大きな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調ステップと、前記第１変調ステップで生成された第１の変調信号と、前記第２変調ステップで生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算ステップと、前記信号加算ステップで生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御ステップと、を含む、可視光通信方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a transmission apparatus having a plurality of light sources that emit light pulses of different colors modulates first transmission data to obtain a first A first modulation step for generating a modulation signal; a second modulation step for modulating a second transmission data to generate a second modulation signal having a longer pulse period and a larger amplitude than the first modulation signal; A signal addition step of adding the first modulation signal generated in the first modulation step and the second modulation signal generated in the second modulation step to generate an addition modulation signal; and the signal addition step And a light emission control step of causing the plurality of light sources to emit light based on the added modulation signal generated in step (b).
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子を有する受信装置が、長いパルス周期及び大きな振幅を有する第２の変調信号と、短いパルス周期及び小さな振幅を有する第１の変調信号とを加算して得られる信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換ステップと、前記色度座標変換ステップにおける変換処理で得られた受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化ステップと、前記平均化ステップで生成された平均化信号から前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調ステップと、前記第２の復調ステップで復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成ステップと、前記レプリカ信号生成ステップで生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算ステップと、前記信号減算ステップから出力された減算信号に基づいて前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調ステップと、を含む、可視光通信方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a receiving device having a plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output light reception intensity has a long pulse period and a large amplitude. When receiving light emitted under light emission control based on a signal obtained by adding a second modulation signal having a short pulse period and a first modulation signal having a small amplitude, the plurality of light receptions A chromaticity coordinate conversion step for converting a combination of received light intensity output from the element into a reception signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate; and a reception signal obtained by the conversion processing in the chromaticity coordinate conversion step. An averaging step for averaging two modulated signals for each pulse period to generate an averaged signal, and second transmission data corresponding to the second modulated signal from the averaged signal generated in the averaging step. A second demodulating step for demodulating the signal, a replica signal generating step for generating a replica signal of the second modulated signal based on the second transmission data demodulated in the second demodulating step, and the replica signal generating A signal subtraction step for subtracting the replica signal generated in the step from the received signal and outputting a subtraction signal; and a first subtraction signal corresponding to the first modulation signal based on the subtraction signal output from the signal subtraction step A visible light communication method comprising: a first demodulation step of demodulating transmission data;
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。上記の受信装置は、このような加算信号から各信号成分を分離して各データを復調することができる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance. The above receiving apparatus can demodulate each data by separating each signal component from such an added signal.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに異なる色の光パルスを発光する複数の光源を有する送信装置が、第２の送信データを変調して第２の変調信号を生成する第２変調ステップと、第１の送信データを変調して前記第２の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第１の変調信号を生成する第１変調ステップと、前記第２変調ステップで生成された第２の変調信号と、前記第１変調ステップで生成された第１の変調信号と、を加算して加算変調信号を生成する信号加算ステップと、前記信号加算ステップで生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御ステップと、互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子を有する受信装置が、前記送信装置が発光した光を受光した場合に、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換ステップと、前記色度座標変換ステップにおける変換処理で得られる受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化ステップと、前記平均化ステップで生成された平均化信号から前記第２の送信データを復調する第２の復調ステップと、前記第２の復調ステップにより復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成ステップと、前記レプリカ信号生成ステップで生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を生成する信号減算ステップと、前記信号減算ステップで生成された減算信号に基づいて前記第１の送信データを復調する第１の復調ステップと、を含む、可視光通信方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a transmission apparatus having a plurality of light sources that emit light pulses of different colors modulates second transmission data to generate a second A second modulation step for generating a modulation signal; a first modulation step for modulating the first transmission data to generate a first modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the second modulation signal; A signal addition step of adding the second modulation signal generated in the second modulation step and the first modulation signal generated in the first modulation step to generate an addition modulation signal; and the signal addition A transmission device comprising: a light emission control step for emitting light from the plurality of light sources based on the addition modulation signal generated in the step; and a plurality of light receiving elements for receiving light of different colors and outputting light reception intensity. A chromaticity coordinate conversion step for converting a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements into a reception signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate when the emitted light is received; and the chromaticity coordinate conversion An averaging step for averaging the received signal obtained by the conversion process in each step for each pulse period of the second modulated signal to generate an averaged signal, and the second signal from the averaged signal generated in the averaging step. A second demodulating step for demodulating the transmission data of the second, a replica signal generating step for generating a replica signal of the second modulated signal based on the second transmission data demodulated by the second demodulating step, A signal subtraction step for subtracting the replica signal generated in the replica signal generation step from the received signal to generate a subtraction signal, and a signal subtraction step. And including a first demodulating step for demodulating the first transmission data based on the subtraction signal, a visible light communication method is provided.
このように、短いパルス周期及び小さな振幅で送信される高速伝送信号と、長いパルス周期及び大きな振幅で送信される低速伝送信号とを加算して送信することで、一般的な駆動回路や発光素子を利用して近距離の高速データ伝送と長距離の低速データ伝送とを同時に実現することが可能になる。 Thus, a general drive circuit and a light emitting element can be obtained by adding and transmitting a high-speed transmission signal transmitted with a short pulse period and a small amplitude and a low-speed transmission signal transmitted with a long pulse period and a large amplitude. Can be used to simultaneously realize high-speed data transmission over a short distance and low-speed data transmission over a long distance.
なお、上記の各構成要素又はデータを区別するために付された第１、第２、第３の表現は、処理の順番やデータ構造を規定するために設けられたものではない点に注意されたい。また、これらの表現は、後述する実施形態において用いられている第１、第２、第３の表現や、特許請求の範囲に記載された第１、第２、第３の表現との間の対応関係を示すものではない点にも注意されたい。 It should be noted that the first, second, and third expressions attached to distinguish the above components or data are not provided to define the processing order or data structure. I want. In addition, these expressions are between the first, second, and third expressions used in the embodiments described later, and the first, second, and third expressions described in the claims. Note that it does not indicate a correspondence.
以上説明したように本発明によれば、高速なデータ通信環境と、比較的低速ではあるが安定したデータ通信環境とを同時に実現することが可能な可視光通信システムを構築することができる。 As described above, according to the present invention, a visible light communication system capable of simultaneously realizing a high-speed data communication environment and a relatively low-speed but stable data communication environment can be constructed.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
［説明の流れについて］
ここで、以下に記載する本発明の実施形態に関する説明の流れについて簡単に述べる。まず、図１〜図３を参照しながら、色座標多重方式に係る可視光通信方法について説明する。この説明の中で、従前の色座標多重方式に係る可視光通信システム１０が抱える技術的課題について説明する。その後で、図４〜図１３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る可視光通信方法について詳細に説明する。
[About the flow of explanation]
Here, the flow of explanation regarding the embodiment of the present invention described below will be briefly described. First, the visible light communication method according to the color coordinate multiplexing method will be described with reference to FIGS. In this description, a technical problem of the visible
＜はじめに＞
はじめに、本発明に係る実施形態について詳細に説明するに先立ち、同実施形態に係る技術の理解を助けるため、従前の色座標多重方式に係る可視光通信方法について述べる。
<Introduction>
First, prior to describing the embodiment according to the present invention in detail, a visible light communication method according to a conventional color coordinate multiplexing method will be described in order to help understanding of the technology according to the embodiment.
（可視光通信システム１０の構成）
まず、図１を参照しながら、色座標多重方式に係る可視光通信システム１０の構成について説明する。可視光通信システム１０は、入力データを表色系（ｃｏｌｏｒ ｓｙｓｔｅｍ）の色度座標（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）上に配置された色度点にマッピングし、当該色度点に対応する色光で入力データを多重伝送する構成に特徴を有する。本稿では、このような多重伝送方式のことを色座標多重方式と呼ぶ。
(Configuration of Visible Light Communication System 10)
First, the configuration of the visible
図１に示すように、可視光通信システム１０には、送信装置１００と、受信装置１３０とが含まれる。送信装置１００は、データを所定の色度点にマッピングして受信装置１３０に送信する。受信装置１３０は、送信装置１００から受光した光の色と色度座標上に配置された所定の色度点とを比較して元の入力データを復調する。以下、送信装置１００による変調処理、及び受信装置１３０による復調処理等について、より詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the visible
（送信装置１００による変調処理等について）
まず、送信装置１００による変調処理等について説明する。
(Regarding modulation processing by the transmission apparatus 100)
First, modulation processing and the like by the
図１に示すように、送信装置１００は、色座標変調部１０２と、座標系変換部１０４と、複数の発光部１０６とを有する。なお、発光部１０６は、ＬＥＤ等の光源、及び当該光源を駆動するための駆動回路により構成される。また、座標系変換部１０４は、各発光部１０６の発光量を制御する発光制御手段を含んでいる。
As illustrated in FIG. 1, the
まず、色座標変調部１０２には、送信されるデータが入力される。データが入力されると、色座標変調部１０２は、入力データ（デジタル値）を所定の表色系の色度座標上に配置された所定の色度点にマッピングする。色度点が配置される表色系としては、例えば、国際照明委員会（ＣＩＥ；Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）により規定されたＣＩＥ表色系（ＲＧＢ、ＸＹＺ（Ｙｘｙ）、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊、Ｌ＊ａ＊ｂ＊等）、マンセル表色系、又はオストワルト表色系等が利用される。例えば、入力データは、図２に示すような色座標上の色度点にマッピングされる。但し、図２に示した色度座標は、Ｙｘｙ表色系のものである。
First, data to be transmitted is input to the color coordinate
図２の例においては、表色系に所定の色度点配置Ｓが設定されている。図２に例示した色度点配置Ｓは、デジタル値を４ビット多重する場合（多重度＝１６）に用いられるものである。そのため、図２に例示した色度点配置Ｓには、１６個の色度点Ｓ０〜Ｓ１５が含まれている。色度点配置Ｓに含まれる色度点Ｓ０〜Ｓ１５には、図３に示すようにデジタル値が対応付けられている。そこで、色座標変調部１０２は、入力データ（デジタル値）に対応する色度点Ｓ０〜Ｓ１５を選択する。色座標変調部１０２により色度点が選択されると、その色度点の色度座標値（ｘ，ｙ）が座標系変換部１０４に入力される。なお、表色系及び色度点配置Ｓの情報は受信装置１３０との間で共有される。
In the example of FIG. 2, a predetermined chromaticity point arrangement S is set in the color system. The chromaticity point arrangement S illustrated in FIG. 2 is used when a digital value is multiplexed by 4 bits (multiplicity = 16). Therefore, the chromaticity point arrangement S illustrated in FIG. 2 includes 16 chromaticity points S0 to S15. The chromaticity points S0 to S15 included in the chromaticity point arrangement S are associated with digital values as shown in FIG. Therefore, the color coordinate
再び図１を参照する。上記の通り、座標系変換部１０４には、色座標変調部１０２により、入力データに応じて選択された色度点の色度座標値（ｘ，ｙ）が入力される。座標系変換部１０４は、入力された色度座標値（ｘ、ｙ）に対応する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の混合比率を算出する。つまり、座標系変換部１０４は、表色系をＲＧＢ形式に変換し、色座標変調部１０２により選択された色度点を変換後のＲＧＢ形式で表現する。さらに、座標系変換部１０４は、上記のようにして算出された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の混合比率に基づき、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を発光する個々の発光部１０６に供給すべき駆動電圧を設定する。但し、この駆動電圧は、複数の発光部１０６により発光される総光量が所定値になるように設定される。
Refer to FIG. 1 again. As described above, the chromaticity coordinate value (x, y) of the chromaticity point selected according to the input data by the color coordinate
なお、座標系変換部１０４は、駆動電圧を設定する際、所定時間内に各発光部１０６から発光される積算光量が上記の混合比率となるように駆動電圧を設定するように構成されていてもよい。このような構成にすると、送信装置１００がＰＷＭ制御に対応した照明機器であっても、ＰＷＭ周期に合わせて積算光量と色度座標値（ｘ、ｙ）とを対応付けることにより、ＰＷＭ制御による影響を除去することが可能になる。このようにして座標系変換部１０４により設定された駆動電圧の情報は、制御信号として、それぞれ対応する色の発光部１０６に入力される。
The coordinate
上記の通り、送信装置１００には、赤色光（Ｒ）を発光する発光部１０６、緑色光（Ｇ）を発光する発光部１０６、青色光（Ｂ）を発光する発光部１０６が設けられている。座標系変換部１０４から駆動電圧の制御信号が入力されると、各発光部１０６は、制御信号に応じて駆動され、対応する色光を発光する。例えば、赤色（Ｒ）に対応する発光部１０６は、赤色光（Ｒ）の混合比率に応じて設定された駆動電圧の制御信号に応じて赤色光（Ｒ）を発光する。より具体的には、各発光部１０６に設けられた駆動回路に制御信号が入力され、駆動回路から駆動電圧がＬＥＤ等の光源に供給されて各色の光が発せられる。光源としては、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、ＳＬＤ等の半導体発光素子、又は、蛍光灯、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）装置、有機電界発光（ＥＬ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置等が用いられる。
As described above, the
上記の通り、送信装置１００は、入力データのデジタル値を色度座標にマッピングして送信する。そのため、光源の種類に依存しない。例えば、ＬＥＤの白色光スペクトルでは、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の周波数帯において鋭いピークが観測される。一方、ディスプレイ装置の白色光スペクトルでは、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の周波数帯において小さなピークが観測されるものの、全体的にブロードな分布形状が観測される。波長変調方式や振幅変調方式においては、このようなスペクトル形状の違いが復調データの違いとして現れてしまう。一方、色座標多重方式の場合、色度座標上でデータが変調マッピングされているため、光源の種類が違っていてもデータは同じように復調される。そのため、光源に種々の発光手段を用いることができるのである。
As described above, the
なお、発光部１０６には、複数の光源が搭載されていてもよい。この場合、発光部１０６に設けられた駆動回路は、上記の制御信号に応じて複数の光源に共通して駆動電圧を供給するように構成される。但し、複数の光源が搭載されている場合、発光部１０６に設けられた駆動回路は、発光部１０６の発光量を調整する際に、発光させる光源の数を調整するように構成されていてもよい。このように複数の光源を利用することで、光源の種類に依らず、発光部１０６から発せられる光の強度を大きくすることができるようになる。
The
以上、送信装置１００の機能構成について説明した。上記の構成を適用すると、色度座標を利用してデータ伝送するため、送信装置１００が備える発光部１０６の数を越えた多値数にデータを変調することが可能になる。そのため、１つのパルスで送信可能なデータ量が増大し、より高速なデータ伝送が可能になる。また、色光の混合比率にデータを変調しているため、伝送路で発生する光量減衰の影響が小さく抑えられ、伝送誤り率が低減される。さらに、光源の種類を選ばないという利点もある。また、色度座標は色相と彩度とを同時に表現するものである。そのため、色度座標に入力データをマッピングして変調することで、彩度の分だけ入力データの多重度を高めることができる。
The functional configuration of the
（受信装置１３０による復調処理等について）
次に、受信装置１３０による復調処理等について説明する。
(Regarding demodulation processing by the receiving device 130)
Next, demodulation processing and the like by the receiving
図１に示すように、受信装置１３０は、複数の受光部１３２と、座標系変換部１３４と、色座標復調部１３６とを有する。なお、受光部１３２は、カラーフィルタ、光電変換素子、Ａ／Ｄ変換回路により構成される。
As illustrated in FIG. 1, the
上記の通り、送信装置１００から受信装置１３０に向けて入力データに対応する色光が発せられる。複数の発光部１０６から発せられた複数の色光は、伝送路において混合される。混合された色光は、受信装置１３０が有する複数の受光部１３２により受光される。受光部１３２は、特定の分光感度特性を持つカラーフィルタを有している。受光部１３２により受光された混合光は、カラーフィルタに入射されて所定の色光に分離される。カラーフィルタを通過した色光は、受光部１３２が有する光電変換素子に入射される。光電変換素子は、カラーフィルタを通過した色光の受光量に比例した電流を出力する。
As described above, colored light corresponding to the input data is emitted from the
例えば、赤色（Ｒ）に対応する受光部１３２の光電変換素子は、赤色光（Ｒ）の受光量に比例した電流が出力される。同様に、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に対応する受光部１３２の光電変換素子は、それぞれ緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）の受光量に比例した電流が出力される。なお、上記の光電変換素子としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ、ｐｎ型ＰＤ、ｐｉｎ型ＰＤ、ＡＰＤ；Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）が用いられる。受光部１３２の光電変換素子から出力された電流は、受光部１３２が有するＡ／Ｄ変換回路に入力される。Ａ／Ｄ変換回路では、光電変換素子から入力された電流値が各色光の受光量に対応する輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換される。Ａ／Ｄ変換回路から出力された輝度信号は、座標系変換部１３４に入力される。
For example, the photoelectric conversion element of the
受光部１３２から各色光の輝度信号が入力されると、座標系変換部１３４は、各色光に対応する輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を元の色度座標値（ｘ，ｙ）に変換する。例えば、Ｙｘｙ表色系の場合、座標系変換部１３４は、人間の目に対応する分光感度を示す等色関数を用いて、上記の輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出し、その算出結果から色度座標値（ｘ，ｙ）を算出する。なお、送信装置１００からＰＷＭ周期に合わせて信号が送信される場合、座標系変換部１３４は、１つのＰＷＭ周期の間に各受光部１３２から出力される輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を積算し、その積算値に基づいて色度座標値（ｘ，ｙ）を算出する。このようにして算出された色度座標値（ｘ，ｙ）は、色座標復調部１３６に入力される。
When the luminance signal of each color light is input from the
色度座標値（ｘ，ｙ）が入力されると、色座標復調部１３６は、入力された色度座標値（ｘ，ｙ）に基づいて元の送信データを復調する。まず、色座標復調部１３６は、色度座標上に配置された所定の色度点（図２を参照）と色度座標値（ｘ，ｙ）との間の距離を算出し、距離が最も近い所定の色度点を検出する。例えば、送信データのデジタル値が０ｘ７である場合、伝送路におけるノイズ等の影響が小さければ色度点Ｓ７が検出される。この場合、色座標復調部１３６は、図３の表を参照して色度点Ｓ７に対応するデジタル値０ｘ７を出力する。このようにして送信データが復調される。
When the chromaticity coordinate value (x, y) is input, the color coordinate
以上、受信装置１３０の機能構成について説明した。上記の通り、各色に対応する受光量に基づいて色度座標値が算出される。また、算出された色度座標値に基づいて元のデータが復調される。そのため、伝送路における光量の減衰に起因して発生する伝送誤り率の増加を抑制することができる。
The functional configuration of the receiving
なお、図１には、ある色度点Ｓ２、Ｓ８、Ｓ６に対応する発光タイミング及び発光量（波形）の一例が示されている。この例に示すように、各色度点に対応するデータは、各発光部１０６から発せられる光の光量比率に変調されて伝送される。そのため、発光部１０６の数以上に多重度を高めることができる上、伝送路における光量減少に強い。なお、図２は、ＸＹＺ表色系で表現されている。また、色度座標値（ｘ，ｙ）は、各受光部１３２が受信した光の光量に対応する輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を下記の式（１）により変換した結果（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、下記の式（２）のようにして算出される。
FIG. 1 shows an example of light emission timing and light emission amount (waveform) corresponding to certain chromaticity points S2, S8, and S6. As shown in this example, data corresponding to each chromaticity point is transmitted after being modulated to a light quantity ratio of light emitted from each
上記の式（１）及び式（２）による変換処理は、座標系変換部１３４により実行される。このようにして座標系変換部１３４により得られた色度座標値（ｘ，ｙ）は、色座標復調部１３６に入力される。そして、色座標復調部１３６により、入力された色度座標値に最も近い色度点が選択され、その色度点に対応するデータ（デジタル値）が図３に基づいて復調される。受信装置１３０においては、このようにして送信データが復元される。
The conversion processing by the above equations (1) and (2) is executed by the coordinate
以上、色座標多重方式に係る可視光通信システム１０について説明した。この方式（例えば、特開２００７−８０９１７４４号公報を参照）は、色座標上で自由に情報点（色度点）を設定できるため、発光色や伝送速度の設定に自由度があり、かつ、他の色多重方式に比べて光伝搬路における減衰や外乱の影響に強いという利点がある。また、色座標多重方式で用いられるＲＧＢ発光のＬＥＤは、白色ＬＥＤよりも光変調時の応答速度が速く、数１０ＭＨｚ程度の応答速度を期待できる。そのため、上記の可視光通信システム１０は、白色ＬＥＤを用いるシステムに比べ、格段に高速なデータ伝送を実現できる。
The visible
さて、ＬＥＤの発光強度を制御するためには、ＬＥＤへ供給する電流を任意に制御する必要がある。多くの場合、照明ＬＥＤを駆動するためには数百ｍＡから数Ａ程度の大電流が必要とされる。さらに、駆動電流量の変化に応じて負荷インピーダンスが変化するため、ＬＥＤの発光強度を任意かつ高速に制御することが可能な駆動回路の実現は困難である。しかし、ＬＥＤの発光強度の変化量（ＲＧＢ信号の振幅）を小さくして駆動電流値の変化を小さくすると駆動回路への負担が低減されるため、高速な制御を行うことが可能になる。但し、ＲＧＢ信号の振幅が小さくなることで信号対雑音比（ＳＮＲ）が減少し、伝送品質が劣化してしまう。 Now, in order to control the emission intensity of the LED, it is necessary to arbitrarily control the current supplied to the LED. In many cases, a large current of several hundred mA to several A is required to drive the illumination LED. Furthermore, since the load impedance changes according to the change in the drive current amount, it is difficult to realize a drive circuit capable of controlling the light emission intensity of the LED arbitrarily and at high speed. However, if the change in the light emission intensity of the LED (the amplitude of the RGB signal) is reduced to reduce the change in the drive current value, the burden on the drive circuit is reduced, and thus high-speed control can be performed. However, the signal-to-noise ratio (SNR) decreases as the RGB signal amplitude decreases, and the transmission quality deteriorates.
後述する実施形態に係る技術は、このような問題に鑑みて考案されたものである。以下、本発明の一実施形態に係る可視光通信方法について説明する。 A technique according to an embodiment to be described later has been devised in view of such a problem. Hereinafter, a visible light communication method according to an embodiment of the present invention will be described.
＜実施形態＞
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、色座標多重方式に係る可視光通信システムにおいて、発光素子及び駆動回路の応答速度に起因して発生する変調信号の劣化を避けるため、低速度で大振幅の変調信号と、高速度で小振幅の変調信号とを加算して伝送する可視光通信方法を提案するものである。また、加算された変調信号を受信側で分離して元のデータを復調する方法についても提案する。本実施形態に係る技術を用いることにより、一般に用いられる照明用ＬＥＤ及び駆動回路を利用して、データ伝送速度の高いデータ伝送環境と、安定性の高いデータ伝送環境とを両立させた可視光通信システムが提供される。以下、この可視光通信システムの構成について詳細に説明する。
<Embodiment>
An embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the visible light communication system according to the color coordinate multiplexing method, in order to avoid the deterioration of the modulation signal caused by the response speed of the light emitting element and the drive circuit, The present invention proposes a visible light communication method in which a small amplitude modulated signal is added at a speed for transmission. Also proposed is a method of demodulating the original data by separating the added modulated signal on the receiving side. By using the technology according to the present embodiment, a visible light communication that achieves both a data transmission environment with a high data transmission speed and a highly stable data transmission environment by using commonly used lighting LEDs and driving circuits. A system is provided. Hereinafter, the configuration of the visible light communication system will be described in detail.
［変調方式について］
まず、本実施形態に係る変調方式について説明する。上記の通り、本実施形態に係るシステムにおいては、大電流振幅でのＬＥＤ駆動が可能な比較的低い伝送速度（例えば、１００ｋｂｐｓ以下）の変調信号と、小電流振幅でのみＬＥＤ駆動が可能な比較的高い伝送速度（例えば、１Ｍｂｐｓ以上）の変調信号とを加算して得られる加算信号によりＬＥＤを発光させる発光制御が行われる。
[Modulation method]
First, the modulation scheme according to this embodiment will be described. As described above, in the system according to the present embodiment, the modulation signal having a relatively low transmission speed (for example, 100 kbps or less) capable of driving the LED with a large current amplitude and the comparison capable of driving the LED only with a small current amplitude. Light emission control for causing the LED to emit light is performed by an addition signal obtained by adding a modulation signal having a high transmission speed (for example, 1 Mbps or more).
先に述べた通り、小電流振幅で変調した高い伝送速度の信号（以下、高速信号）は、大電流振幅で変調した低い伝送速度の信号（以下、低速信号）に比べてＳＮＲが小さい。受信側では、信号を復調するための、ある値以上のＳＮＲが必要であるため、高速信号の通信距離は、低速信号の通信距離に比べて短くなる。しかし、本実施形態に係るシステムにおいては、ＳＮＲが大きいが低い伝送速度の低速信号と、ＳＮＲは小さいが高い伝送速度の高速信号とが加算されて同時に伝送される。そのため、通信距離が大きく、高い伝送速度の信号では復調に必要なＳＮＲが得られない場合でも、低い伝送速度の信号により確実な通信が可能になり、通信距離が小さく、所要のＳＮＲが得られる場合には、高い伝送速度の信号により大量の情報を伝送することが可能になる。 As described above, a high transmission rate signal (hereinafter referred to as a high speed signal) modulated with a small current amplitude has a smaller SNR than a low transmission rate signal (hereinafter referred to as a low speed signal) modulated with a large current amplitude. On the receiving side, an SNR greater than a certain value for demodulating the signal is necessary, so that the communication distance of the high-speed signal is shorter than the communication distance of the low-speed signal. However, in the system according to the present embodiment, a low-speed signal with a high SNR but a low transmission rate and a high-speed signal with a low SNR but a high transmission rate are added and transmitted simultaneously. Therefore, even when the communication distance is large and the SNR necessary for demodulation cannot be obtained with a signal with a high transmission rate, reliable communication is possible with the signal with a low transmission rate, the communication distance is small, and the required SNR can be obtained. In some cases, a large amount of information can be transmitted by a signal having a high transmission rate.
ここで、図４を参照する。図４には、データを変調して低速信号を生成するための色度点配置（Ａ）と、データを変調して高速信号を生成するための色度点配置（Ｂ）とが示されている。但し、図４には、４つの色度点をｘｙ色座標上に配置する例が示されている。先に述べた通り、各色度点は、色座標上に任意に設定することができる。但し、ＲＧＢを頂点とする３角形の中で、可能な限り信号点距離が大きくなるように設定することにより高いＳＮＲを期待することができる。そのため、低速信号の変調に用いる色度点は、図４（Ａ）に示すように、信号点距離が大きくなるように設定されている。 Reference is now made to FIG. FIG. 4 shows a chromaticity point arrangement (A) for modulating data to generate a low-speed signal, and a chromaticity point arrangement (B) for modulating data to generate a high-speed signal. Yes. However, FIG. 4 shows an example in which four chromaticity points are arranged on xy color coordinates. As described above, each chromaticity point can be arbitrarily set on the color coordinates. However, a high SNR can be expected by setting the signal point distance to be as large as possible in the triangle with RGB as the apex. Therefore, the chromaticity point used for the modulation of the low-speed signal is set so that the signal point distance is increased as shown in FIG.
また、信号点距離は、ＬＥＤに供給される電流振幅に対応する。そして、ＬＥＤに供給される電流振幅が小さいほど、高速にＬＥＤを駆動させることができる。そのため、高速信号の変調に用いる各色度点は、図４（Ｂ）に示すように、信号点距離が小さくなるように配置される。但し、各信号点は、システムが要求する最低ＳＮＲを下回らない範囲に配置される。本実施形態に係る変調方式においては、送信データが図４（Ａ）（Ｂ）に示す色度点配置に基づいて変調され、変調信号として低速信号及び高速信号が生成される。そして、低速信号（Ａ）と高速信号（Ｂ）とが加算され、発光素子を駆動するための加算信号（Ｃ）が生成される。加算信号（Ｃ）の色度点配置は、図５のように表現される。 The signal point distance corresponds to the current amplitude supplied to the LED. The LED can be driven at higher speed as the current amplitude supplied to the LED is smaller. Therefore, each chromaticity point used for modulation of the high-speed signal is arranged so that the signal point distance becomes small as shown in FIG. However, each signal point is arranged in a range that does not fall below the minimum SNR required by the system. In the modulation method according to the present embodiment, transmission data is modulated based on the chromaticity point arrangement shown in FIGS. 4A and 4B, and a low-speed signal and a high-speed signal are generated as modulation signals. Then, the low speed signal (A) and the high speed signal (B) are added to generate an addition signal (C) for driving the light emitting element. The chromaticity point arrangement of the addition signal (C) is expressed as shown in FIG.
また、加算信号（Ｃ）のＬＥＤ駆動波形は、例えば、図６（Ｃ）のように表現される。図６（Ａ）は、低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形である。一方、図６（Ｂ）は、高速信号（Ｂ）のＬＥＤ駆動波形である。但し、低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形と高速信号（Ｂ）のＬＥＤ駆動波形との間の振幅比は、図４及び図５に示した色度点配置における信号間距離の比と同じに設定されている。また、図６は、１つの色に対応するＬＥＤ駆動波形を示したものである。 Further, the LED drive waveform of the addition signal (C) is expressed as shown in FIG. 6C, for example. FIG. 6A shows an LED drive waveform of the low speed signal (A). On the other hand, FIG. 6B shows the LED drive waveform of the high-speed signal (B). However, the amplitude ratio between the LED driving waveform of the low-speed signal (A) and the LED driving waveform of the high-speed signal (B) is the same as the ratio of the distance between signals in the chromaticity point arrangement shown in FIGS. Is set. FIG. 6 shows an LED drive waveform corresponding to one color.
図６から分かるように、低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形は、振幅が大きく、パルスの周期が長い。そのため、低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形に基づいてＬＥＤを駆動すると、低周波数かつ大振幅の光パルス列がＬＥＤから射出される。また、高速信号（Ｂ）のＬＥＤ駆動波形は、振幅が小さく、パルスの周期が短い。そのため、高速信号（Ｂ）のＬＥＤ駆動波形に基づいてＬＥＤを駆動すると、高周波数かつ小振幅の光パルス列がＬＥＤから射出される。一方、加算信号（Ｃ）のＬＥＤ駆動波形は、大きな振幅を持つ低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形の１パルス周期の中に、小さな振幅を持つ高速信号（Ｂ）のＬＥＤ駆動波形に対応するパルス列が乗った波形となる。 As can be seen from FIG. 6, the LED drive waveform of the low-speed signal (A) has a large amplitude and a long pulse period. Therefore, when the LED is driven based on the LED drive waveform of the low-speed signal (A), a light pulse train having a low frequency and a large amplitude is emitted from the LED. Further, the LED drive waveform of the high-speed signal (B) has a small amplitude and a short pulse cycle. Therefore, when the LED is driven based on the LED drive waveform of the high-speed signal (B), a high-frequency and small-amplitude light pulse train is emitted from the LED. On the other hand, the LED drive waveform of the addition signal (C) corresponds to the LED drive waveform of the high-speed signal (B) having a small amplitude in one pulse period of the LED drive waveform of the low-speed signal (A) having a large amplitude. It has a waveform with a pulse train.
従って、低速信号（Ａ）の１パルス周期に相当する区間に注目すると、周期の短い高速信号（Ｂ）に対応するパルス列が存在するものの、その区間内における振幅の変化量は小さいため、発光素子や駆動回路に過剰な負荷がかからない。一方、加算信号（Ｃ）において大きな振幅変化が発生する周期は、低速信号（Ａ）のＬＥＤ駆動波形が持つパルス周期と同じであるため、発光素子や駆動回路に過剰な負荷がかからない。そのため、加算信号（Ｃ）を利用して、一般の発光素子や駆動回路を用いて低速信号（Ａ）と高速信号（Ｂ）とを同時に伝送することができる。 Accordingly, when attention is paid to a section corresponding to one pulse period of the low-speed signal (A), although there is a pulse train corresponding to the high-speed signal (B) having a short period, the amount of change in amplitude in the section is small. And the drive circuit is not overloaded. On the other hand, since the period in which a large amplitude change occurs in the addition signal (C) is the same as the pulse period of the LED drive waveform of the low-speed signal (A), no excessive load is applied to the light emitting element or the drive circuit. Therefore, the low-speed signal (A) and the high-speed signal (B) can be transmitted at the same time using a general light emitting element or a drive circuit using the addition signal (C).
なお、ここでは低速信号（Ａ）と高速信号（Ｂ）とを加算して加算信号（Ｃ）を生成する方法を示したが、例えば、図５（Ｃ）に示した色度点配置を利用し、同時に送信する２つのデータを図５（Ｃ）の各色度点にマッピングして加算信号（Ｃ）を生成する方法も考えられる。このような変形例についても、本実施形態の技術的範囲に含まれる。 Here, the method of adding the low-speed signal (A) and the high-speed signal (B) to generate the addition signal (C) has been described. For example, the chromaticity point arrangement shown in FIG. 5C is used. A method of generating the addition signal (C) by mapping two data to be transmitted simultaneously to each chromaticity point in FIG. Such modifications are also included in the technical scope of the present embodiment.
［送信装置２００の機能構成］
次に、図７を参照しながら、本実施形態の可視光通信システムを構成する送信装置２００の機能構成について説明する。図７は、本実施形態に係る送信装置２００の機能構成例を示す説明図である。
[Functional configuration of transmitting apparatus 200]
Next, the functional configuration of the
図７に示すように、送信装置２００は、主に、第１色座標変調部２０２と、第２色座標変調部２０４と、加算器２０６、２０８と、座標系変換部２１０と、Ｄ／Ａ変換部２１２、２１４、２１６と、駆動回路２１８、２２０、２２２と、発光素子２２４（ＬＥＤ）とにより構成される。なお、ここでは発光素子２２４としてＬＥＤを例示するが、例えば、各種の発光ダイオードやディスプレイデバイス等を発光素子２２４として用いてもよい。また、以下の説明では低速信号により送信されるデータと、高速信号により送信されるデータとが異なるものとして説明するが、同じデータを送信するように構成してもよい。
As shown in FIG. 7, the transmitting
まず、第１色座標変調部２０２に高速伝送用のデータ（Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。また、第２色座標変調部２０４に低速伝送用のデータ（Ｌｏｗ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。第１色座標変調部２０２に入力された高速伝送用のデータは、図４（Ｂ）に示す高速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、高速信号（Ｂ）が生成される。高速信号（Ｂ）は、色度座標上の色度点（ｘＨ，ｙＨ）で表現される。第１色座標変調部２０２により生成された高速信号（Ｂ）は、加算器２０６、２０８に入力される。
First, data for high-speed transmission (High Rate Data) is input to the first color coordinate
同様に、第２色座標変調部２０４に入力された低速伝送用のデータは、図４（Ａ）に示す低速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、低速信号（Ａ）が生成される。低速信号（Ａ）は、色度座標上の色度点（ｘＬ，ｙＬ）で表現される。第２色座標変調部２０４により生成された低速信号（Ａ）は、加算器２０６、２０８に入力される。
Similarly, the low-speed transmission data input to the second color coordinate
図７に示すように、高速信号（Ｂ）のｘ成分（ｘＨ）、及び低速信号（Ａ）のｘ成分（ｘＬ）は、加算器２０６に入力される。そして、加算器２０６において、高速信号（Ｂ）のｘ成分（ｘＨ）及び低速信号（Ａ）のｘ成分（ｘＬ）が加算され、加算信号（Ｃ）のｘ成分（ｘ）として座標系変換部２１０に入力される。同様に、高速信号（Ｂ）のｙ成分（ｙＨ）、及び低速信号（Ａ）のｙ成分（ｙＬ）は、加算器２０８に入力される。そして、加算器２０８において、高速信号（Ｂ）のｙ成分（ｙＨ）及び低速信号（Ａ）のｙ成分（ｙＬ）が加算され、加算信号（Ｃ）のｙ成分（ｙ）として座標系変換部２１０に入力される。
As shown in FIG. 7, the x component (x H ) of the high speed signal (B) and the x component (x L ) of the low speed signal (A) are input to the
上記の通り、座標系変換部２１０には、図５（Ｃ）に示す色度座標上の色度点（ｘ，ｙ）で表現される加算信号（Ｃ）が入力される。座標系変換部２１０に入力された加算信号（Ｃ）は、上記の式（１）及び式（２）から導かれる変換式（ｘｙ ｔｏ ＲＧＢ）を用いて輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換される。座標系変換部２１０の変換処理により得られた輝度信号は、色毎にＤ／Ａ変換部２１２、２１４、２１６に入力される。Ｄ／Ａ変換部２１２、２１４、２１６に入力された輝度信号は、図６に示すようなＬＥＤ駆動波形を有するアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換部２１２、２１４、２１６から出力されたアナログ信号は、それぞれ駆動回路２１８、２２０、２２２に入力される。
As described above, the addition signal (C) represented by the chromaticity point (x, y) on the chromaticity coordinates shown in FIG. The addition signal (C) input to the coordinate
駆動回路２１８は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子２２４（赤色ＬＥＤ；Ｒ）の発光強度を制御する。また、駆動回路２２０は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子２２４（緑色ＬＥＤ；Ｇ）の発光強度を制御する。そして、駆動回路２２２は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子２２４（青色ＬＥＤ；Ｂ）の発光強度を制御する。そして、発光素子３２９から加算信号（ｘ，ｙ）に対応する光が発せられる。
The
以上、本実施形態に係る送信装置２００の機能構成について説明した。上記の通り、本実施形態においては、高速／低振幅の変調信号（高速信号）と、低速／高振幅の変調信号（低速信号）とを加算して得られる加算信号に基づいて発光制御が行われる。そのため、駆動回路２１８、２２０、２２２、及び発光素子２２４に過度の負荷をかけることなく、伝送品質は低いが高速なデータ伝送と、低速ではあるが伝送品質の高いデータ伝送とが同時に実現される。
Heretofore, the functional configuration of the
［受信装置２３０の機能構成］
次に、図８を参照しながら、本実施形態の可視光通信システムを構成する受信装置２３０の機能構成について説明する。図８は、本実施形態に係る受信装置２３０の機能構成例を示す説明図である。なお、受信装置２３０は、上記の送信装置２００の発光素子２２４から発せられた光を受光するものとする。
[Functional configuration of receiving apparatus 230]
Next, the functional configuration of the receiving device 230 that configures the visible light communication system of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the reception device 230 according to the present embodiment. Note that the receiving device 230 receives light emitted from the
図８に示すように、受信装置２３０は、主に、受光素子２３２（ＰＤ）と、Ａ／Ｄ変換部２３４、２３６、２３８と、座標系変換部２４０と、平均化部２４２と、第２色座標復調部２４４と、低速信号生成部２４６と、低速信号除去部２４８と、第１色座標復調部２５０とにより構成される。なお、ここでは受光素子２３２としてＰＤ（フォトダイオード）を例示するが、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等を受光素子２３２として用いてもよい。
As shown in FIG. 8, the receiving device 230 mainly includes a light receiving element 232 (PD), A /
まず、送信装置２００から発せられた光は、受光素子２３２により受光される。受光素子２３２により受光された光は、ＲＧＢ信号に変換され、色毎にＡ／Ｄ変換部２３４、２３６、２３８に入力される。Ａ／Ｄ変換部２３４、２３６、２３８では、受光素子２３２から入力されたアナログのＲＧＢ信号がデジタルのＲＧＢ信号に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換部２３４、２３６、２３８でデジタル化されたＲＧＢ信号は、座標系変換部２４０に入力される。
First, the light emitted from the
ＲＧＢ信号が入力されると、座標系変換部２４０は、上記の式（１）及び式（２）に基づいて、入力されたＲＧＢ信号をｘｙ色度座標上の色度点（ｘ，ｙ）で表現される信号に変換する。座標系変換部２４０の変換処理により得られた色度点（ｘ，ｙ）の信号は、平均化部２４２、及び低速信号除去部２４８に入力される。色度点（ｘ，ｙ）の信号が入力されると、平均化部２４２は、上記の低速信号（Ａ）の１パルス周期を単位とする変調周期毎に入力信号（ｘ，ｙ）の値を平均化して平均化信号を生成する。
When the RGB signal is input, the coordinate
このようにして低速信号（Ａ）のパルス周期毎に入力信号の値が平均化されることにより、高速信号（Ｂ）の成分が取り除かれた平均化信号が得られる。平均化部２４２により生成された平均化信号は、第２色座標復調部２４４に入力される。平均化信号が入力されると、第２色座標復調部２４４は、入力された平均化信号から、図４（Ａ）に示す色度点配置に基づいて低速信号（Ａ）に対応する低速伝送用のデータを復調する。第２色座標復調部２４４により復調された低速伝送用のデータは、低速信号生成部２４６に入力されると共に、図示しない他の構成要素に向けて出力される。
In this way, the value of the input signal is averaged for each pulse period of the low-speed signal (A), thereby obtaining an averaged signal from which the components of the high-speed signal (B) are removed. The averaged signal generated by the averaging
第２色座標復調部２４４により復調された低速伝送用のデータが入力されると、低速信号生成部２４６は、入力された低速伝送用のデータを図４（Ａ）に示す低速伝送用の色度点配置に変調マッピングし、低速信号（Ａ）のレプリカ信号を生成する。そして、低速信号生成部２４６により生成された低速信号（Ａ）のレプリカ信号（ｘＬ，ｙＬ）は、低速信号除去部２４８に入力される。低速信号（Ａ）のレプリカ信号が入力されると、低速信号除去部２４８は、座標系変換部２４０から入力された色度点（ｘ，ｙ）の信号から、入力されたレプリカ信号（ｘＬ，ｙＬ）を減算する。
When the data for low-speed transmission demodulated by the second color coordinate
このようにして加算信号（Ｃ）に対応する色度点（ｘ，ｙ）の信号から、低速信号（Ａ）のレプリカ信号を除去することにより、高速信号（Ｂ）の成分（ｘＨ，ｙＨ）が得られる。低速信号除去部２４８の減算処理により得られた高速信号（Ｂ）の成分（ｘＨ，ｙＨ）は、第１色座標復調部２５０に入力される。高速信号（Ｂ）の成分（ｘＨ，ｙＨ）が入力されると、第１色座標復調部２５０は、図４（Ｂ）に示す色度点配置に基づいて高速信号（Ｂ）の成分（ｘＨ，ｙＨ）から高速伝送用のデータを復調する。第１色座標復調部２５０により復調された高速伝送用のデータは、図示しない他の構成要素に向けて出力される。
Thus, by removing the replica signal of the low speed signal (A) from the signal of the chromaticity point (x, y) corresponding to the addition signal (C), the component (x H , y of the high speed signal (B) is removed. H ). The components (x H , y H ) of the high-speed signal (B) obtained by the subtraction process of the low-speed
以上、本実施形態に係る受信装置２３０の機能構成について説明した。上記の通り、本実施形態においては、低速信号（Ａ）と高速信号（Ｂ）とを加算した加算信号（Ｃ）に基づく発光制御により発せられる光を用いてデータが伝送される。受信装置２３０は、加算信号（Ｃ）に対応する受信信号から、低速信号（Ａ）の成分と高速信号（Ｂ）の成分とを分離し、それぞれ復調して低速伝送用のデータと高速伝送用のデータとを復元する。このとき、本実施形態においては、低速信号（Ａ）の変調周期毎に受信信号を平均化することで高速信号（Ｂ）の成分を除去し、低速信号（Ａ）のレプリカ信号を受信信号から減算することで高速信号（Ｂ）の成分を得る方法が用いられている。 Heretofore, the functional configuration of the receiving device 230 according to the present embodiment has been described. As described above, in this embodiment, data is transmitted using light emitted by light emission control based on the addition signal (C) obtained by adding the low speed signal (A) and the high speed signal (B). The receiving device 230 separates the component of the low-speed signal (A) and the component of the high-speed signal (B) from the received signal corresponding to the addition signal (C), and demodulates them respectively for data for low-speed transmission and for high-speed transmission. To restore data. At this time, in this embodiment, the component of the high-speed signal (B) is removed by averaging the received signal for each modulation period of the low-speed signal (A), and the replica signal of the low-speed signal (A) is removed from the received signal. A method of obtaining the component of the high-speed signal (B) by subtraction is used.
このような構成にすることで、受信信号に含まれる低速信号（Ａ）の成分と高速信号（Ｂ）の成分とを分離することが可能になり、低速伝送用のデータと高速伝送用のデータとを同時に得ることができるようになる。但し、送信装置２００と受信装置２３０との間の距離が離れていたりすると、高速伝送用のデータが正しく復調されていない場合がある。なお、高速伝送用のデータに対する誤り検出等の処理は、第１色座標復調部２５０の後段において実施される。
With this configuration, it is possible to separate the component of the low-speed signal (A) and the component of the high-speed signal (B) included in the received signal, and data for low-speed transmission and data for high-speed transmission Can be obtained at the same time. However, if the distance between the
＜変形例１：低速／中速／高速伝送用データの多重伝送方法＞
上記の例では、低速伝送用のデータ及び高速伝送用のデータを同時に送信する方法が示された。しかし、本実施形態に係る可視光通信方法は、３つ以上のデータを互いに異なる伝送速度で変調して同時に伝送する可視光通信方法に拡張することができる。ここでは、３つのデータを低速、中速、高速の３通りの伝送速度で変調して同時に伝送する可視光通信システム（変形例１）について説明する。
<Modification 1: Multiplex transmission method of data for low speed / medium speed / high speed transmission>
In the above example, a method of simultaneously transmitting data for low speed transmission and data for high speed transmission has been shown. However, the visible light communication method according to the present embodiment can be extended to a visible light communication method in which three or more data are modulated at different transmission rates and transmitted simultaneously. Here, a visible light communication system (Modification 1) in which three data are modulated at three transmission speeds of low speed, medium speed, and high speed and transmitted simultaneously will be described.
［送信装置３００の機能構成］
次に、図９を参照しながら、変形例１に係る可視光通信システムを構成する送信装置３００の機能構成について説明する。図９は、変形例１に係る送信装置３００の機能構成例を示す説明図である。
[Functional configuration of transmitting apparatus 300]
Next, the functional configuration of the
図９に示すように、送信装置３００は、主に、第１色座標変調部３０２と、第２色座標変調部３０４と、第３色座標変調部３０６と、加算器３０８、３１０、３１２、３１４と、座標系変換部３１６と、Ｄ／Ａ変換部３１８、３２０、３２２と、駆動回路３２４、３２６、３２８と、発光素子３２９（ＬＥＤ）とにより構成される。なお、ここでは発光素子３２９としてＬＥＤを例示するが、例えば、各種の発光ダイオードやディスプレイデバイス等を発光素子３２９として用いてもよい。また、以下の説明では低速信号により送信されるデータと、中速信号により送信されるデータと、高速信号により送信されるデータとが異なるものとして説明するが、同じデータを送信するように構成してもよい。
As illustrated in FIG. 9, the
まず、第１色座標変調部３０２に高速伝送用のデータ（Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。また、第２色座標変調部３０４に中速伝送用のデータ（Ｍｉｄｄｌｅ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。さらに、第３色座標変調部３０６に低速伝送用のデータ（Ｌｏｗ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。第１色座標変調部３０２に入力された高速伝送用のデータは、高速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、高速信号が生成される。高速信号は、色度座標上の色度点（ｘＨ，ｙＨ）で表現される。第１色座標変調部３０２により生成された高速信号は、加算器３０８、３１０に入力される。
First, high-speed transmission data (High Rate Data) is input to the first color coordinate
同様に、第２色座標変調部３０４に入力された中速伝送用のデータは、中速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、中速信号が生成される。中速信号は、色度座標上の色度点（ｘＭ，ｙＭ）で表現される。第２色座標変調部３０４により生成された中速信号は、加算器３１２、３１４に入力される。また、第３色座標変調部３０６に入力された低速伝送用のデータは、低速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、低速信号が生成される。低速信号は、色度座標上の色度点（ｘＬ，ｙＬ）で表現される。第３色座標変調部３０６により生成された低速信号は、加算器３１２、３１４に入力される。
Similarly, the medium-speed transmission data input to the second color coordinate
図９に示すように、中速信号のｘ成分（ｘＭ）、及び低速信号のｘ成分（ｘＬ）は、加算器３１２に入力される。そして、加算器３１２において、中速信号のｘ成分（ｘＭ）及び低速信号のｘ成分（ｘＬ）が加算され、加算信号のｘ成分（ｘＭ＋Ｌ）が出力される。そして、加算器３１２から出力された加算信号のｘ成分（ｘＭ＋Ｌ）は、加算器３０８に入力される。同様に、中速信号のｙ成分（ｙＭ）、及び低速信号のｙ成分（ｙＬ）は、加算器３１４に入力される。そして、加算器３１４において、中速信号のｙ成分（ｙＭ）及び低速信号のｙ成分（ｙＬ）が加算され、加算信号のｙ成分（ｙＭ＋Ｌ）が出力される。そして、加算器３１４から出力された加算信号のｙ成分（ｙＭ＋Ｌ）は、加算器３１０に入力される。
As shown in FIG. 9, the x component (x M ) of the medium speed signal and the x component (x L ) of the low speed signal are input to the
上記の通り、加算器３０８には、高速信号のｘ成分（ｘＨ）、及び加算信号のｘ成分（ｘＭ＋Ｌ）が入力される。そして、加算器３０８において、高速信号のｘ成分（ｘＨ）及び加算信号のｘ成分（ｘＭ＋Ｌ）が加算され、新たに加算信号のｘ成分（ｘ）が出力される。そして、加算器３０８から出力された加算信号のｘ成分（ｘ）は、座標系変換部３１６に入力される。同様に、加算器３１０には、高速信号のｙ成分（ｙＨ）、及び加算信号のｙ成分（ｙＭ＋Ｌ）が入力される。そして、加算器３１０において、高速信号のｙ成分（ｙＨ）及び加算信号のｙ成分（ｙＭ＋Ｌ）が加算され、新たに加算信号のｙ成分（ｙ）が出力される。そして、加算器３１０から出力された加算信号のｙ成分（ｙ）は、座標系変換部３１６に入力される。
As described above, the
上記の通り、座標系変換部３１６には、図１０（Ｃ）に示す色度座標上の色度点（ｘ，ｙ）で表現される加算信号（Ｃ）が入力される。座標系変換部３１６に入力された加算信号（Ｃ）は、上記の式（１）及び式（２）から導かれる変換式（ｘｙ ｔｏ ＲＧＢ）を用いて輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換される。座標系変換部３１６の変換処理により得られた輝度信号は、色毎にＤ／Ａ変換部３１８、３２０、３２２に入力される。Ｄ／Ａ変換部３１８、３２０、３２２に入力された輝度信号はアナログ信号に変換される。そして、Ｄ／Ａ変換部３１８、３２０、３２２から出力されたアナログ信号は、それぞれ駆動回路３２４、３２６、３２８に入力される。
As described above, the addition signal (C) expressed by the chromaticity point (x, y) on the chromaticity coordinates shown in FIG. The addition signal (C) input to the coordinate
駆動回路３２４は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子３２９（赤色ＬＥＤ；Ｒ）の発光強度を制御する。また、駆動回路３２６は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子３２９（緑色ＬＥＤ；Ｇ）の発光強度を制御する。そして、駆動回路３２８は、入力されたアナログ信号に基づいて発光素子３２９（青色ＬＥＤ；Ｂ）の発光強度を制御する。そして、発光素子３２９から加算信号（ｘ，ｙ）に対応する光が発せられる。
The
以上、変形例１に係る送信装置３００の機能構成について説明した。上記の通り、変形例１においては、高速／低振幅の変調信号（高速信号）と、中速／中振幅の変調信号（中速信号）と、低速／高振幅の変調信号（低速信号）とを加算して得られる加算信号に基づいて発光制御が行われる。そのため、駆動回路３２４、３２６、３２８、及び発光素子３２９に過度の負荷をかけることなく、伝送品質は低いが高速なデータ伝送と、低速ではあるが伝送品質の高いデータ伝送と、これらの中間的な伝送品質及び伝送速度を持つデータ伝送とが同時に実現される。
Heretofore, the functional configuration of the
［受信装置３３０の機能構成］
次に、図１１を参照しながら、変形例１に係る可視光通信システムを構成する受信装置３３０の機能構成について説明する。図１１は、変形例１に係る受信装置３３０の機能構成例を示す説明図である。なお、受信装置３３０は、上記の送信装置３００の発光素子３２９から発せられた光を受光するものとする。
[Functional Configuration of Receiving Device 330]
Next, a functional configuration of the receiving device 330 configuring the visible light communication system according to the first modification will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the receiving device 330 according to the first modification. The receiving device 330 receives light emitted from the
図１１に示すように、受信装置３３０は、主に、受光素子３３２（ＰＤ）と、Ａ／Ｄ変換部３３４、３３６、３３８と、座標系変換部３４０と、第１平均化部３４２と、第２平均化部３４４と、第３色座標復調部３４６と、低速信号生成部３４８と、第１低速信号除去部３５０と、第２低速信号除去部３５２と、第２色座標復調部３５４と、中速信号生成部３５６と、中速信号除去部３５８と、第１色座標復調部３６０とにより構成される。なお、ここでは受光素子２３２としてＰＤ（フォトダイオード）を例示するが、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等を受光素子２３２として用いてもよい。
As illustrated in FIG. 11, the reception device 330 mainly includes a light receiving element 332 (PD), A /
まず、送信装置３００から発せられた光は、受光素子３３２により受光される。受光素子３３２により受光された光は、ＲＧＢ信号に変換され、色毎にＡ／Ｄ変換部３３４、３３６、３３８に入力される。Ａ／Ｄ変換部３３４、３３６、３３８では、受光素子３３２から入力されたアナログのＲＧＢ信号がデジタルのＲＧＢ信号に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換部３３４、３３６、３３８でデジタル化されたＲＧＢ信号は、座標系変換部３４０に入力される。
First, the light emitted from the
ＲＧＢ信号が入力されると、座標系変換部３４０は、上記の式（１）及び式（２）に基づいて、入力されたＲＧＢ信号をｘｙ色度座標上の色度点（ｘ，ｙ）で表現される信号に変換する。座標系変換部３４０の変換処理により得られた色度点（ｘ，ｙ）の信号は、第１平均化部３４２、及び第２低速信号除去部３５２に入力される。色度点（ｘ，ｙ）の信号が入力されると、第１平均化部３４２は、上記の中速信号の１パルス周期を単位とする変調周期毎に入力信号（ｘ，ｙ）の値を平均化して第１平均化信号を生成する。このようにして中速信号のパルス周期毎に入力信号の値が平均化されることにより、高速信号の成分が取り除かれた第１平均化信号が得られる。
When the RGB signal is input, the coordinate
第１平均化部３４２により生成された第１平均化信号は、第２平均化部３４４、及び第１低速信号除去部３５０に入力される。第１平均化信号が入力されると、第２平均化部３４４は、上記の低速信号の１パルス周期を単位とする変調周期毎に入力信号（ｘ，ｙ）の値を平均化して第２平均化信号を生成する。このようにして低速信号のパルス周期毎に入力信号の値が平均化されることにより、中速信号の成分が取り除かれた第２平均化信号が得られる。なお、上記の第１平均化部３４２により高速信号の成分が既に取り除かれているため、第２平均化信号は、低速信号の成分のみが含まれた信号になる。
The first averaged signal generated by the
第２平均化部３４４により生成された第２平均化信号は、第３色座標復調部３４６に入力される。第２平均化信号が入力されると、第３色座標復調部３４６は、入力された第２平均化信号から、低速伝送用の色度点配置に基づいて低速信号に対応する低速伝送用のデータを復調する。第３色座標復調部３４６により復調された低速伝送用のデータは、低速信号生成部３４８に入力されると共に、図示しない他の構成要素に向けて出力される。
The second averaged signal generated by the
第３色座標復調部３４６により復調された低速伝送用のデータが入力されると、低速信号生成部３４８は、入力された低速伝送用のデータを低速伝送用の色度点配置に変調マッピングし、低速信号のレプリカ信号を生成する。そして、低速信号生成部３４８により生成された低速信号のレプリカ信号（ｘＬ，ｙＬ）は、第１低速信号除去部３５０に入力される。低速信号のレプリカ信号が入力されると、第１低速信号除去部３５０は、第１平均化部３４２から入力された第１平均化信号から低速信号のレプリカ信号を減算する。
When the low-speed transmission data demodulated by the third color coordinate
上記の通り、第１平均化信号は、高速信号の成分のみが除去された信号である。そのため、第１平均化信号から低速信号のレプリカ信号が減算されると、中速信号の成分が得られる。このようにして得られた中速信号の成分は、第２色座標復調部３５４に入力される。また、第１平均化部３４２は、低速信号のレプリカ信号を第２低速信号除去部３５２に入力する。低速信号のレプリカ信号が入力されると、第２低速信号除去部３５２は、座標系変換部３４０から入力された色度点（ｘ，ｙ）の信号から、低速信号のレプリカ信号（ｘＬ，ｙＬ）を減算する。減算後の信号は、中速信号除去部３５８に入力される。
As described above, the first average signal is a signal from which only the component of the high-speed signal is removed. Therefore, when the replica signal of the low speed signal is subtracted from the first averaged signal, the medium speed signal component is obtained. The medium speed signal component obtained in this way is input to the second color coordinate
また、第１低速信号除去部３５０から中速信号の成分（ｘＭ，ｙＭ）が入力された第２色座標復調部３５４は、中速伝送用の色度点配置に基づいて、入力された中速信号の成分（ｘＭ，ｙＭ）から中速伝送用のデータを復調する。第２色座標復調部３５４により復調された中速伝送用のデータは、中速信号生成部３５６に入力されると共に、図示しない他の構成要素に向けて出力される。
The second color coordinate
第２色座標復調部３５４により復調された中速伝送用のデータが入力されると、中速信号生成部３５６は、入力された中速伝送用のデータを中速伝送用の色度点配置に変調マッピングし、中速信号のレプリカ信号を生成する。そして、中速信号生成部３５６により生成された中速信号のレプリカ信号（ｘＭ，ｙＭ）は、中速信号除去部３５８に入力される。中速信号のレプリカ信号が入力されると、中速信号除去部３５８は、第２低速信号除去部３５２から入力された信号から中速信号のレプリカ信号を減算する。
When the medium-speed transmission data demodulated by the second color coordinate
このようにして加算信号に対応する色度点（ｘ，ｙ）の信号から、低速信号及び中速信号のレプリカ信号を除去することにより、高速信号の成分（ｘＨ，ｙＨ）が得られる。中速信号除去部３５８の減算処理により得られた高速信号の成分（ｘＨ，ｙＨ）は、第１色座標復調部３６０に入力される。高速信号の成分（ｘＨ，ｙＨ）が入力されると、第１色座標復調部３６０は、高速伝送用の色度点配置に基づいて高速信号の成分（ｘＨ，ｙＨ）から高速伝送用のデータを復調する。第１色座標復調部３６０により復調された高速伝送用のデータは、図示しない他の構成要素に向けて出力される。
In this way, by removing the replica signal of the low speed signal and the medium speed signal from the signal of the chromaticity point (x, y) corresponding to the addition signal, the component (x H , y H ) of the high speed signal is obtained. . The high-speed signal component (x H , y H ) obtained by the subtraction process of the medium speed
以上、変形例１に係る受信装置３３０の機能構成について説明した。上記の通り、変形例１においては、低速信号、中速信号、及び高速信号を加算した加算信号に基づく発光制御により発せられる光を用いてデータが伝送される。受信装置３３０は、加算信号に対応する受信信号から、低速信号の成分、中速信号の成分、及び高速信号の成分を分離し、それぞれ復調して低速伝送用のデータ、中速伝送用のデータ、及び高速伝送用のデータを復元する。このような構成にすることで、低速伝送用のデータ、中速伝送用のデータ、及び高速伝送用のデータを同時に得ることができるようになる。
Heretofore, the functional configuration of the reception device 330 according to Modification Example 1 has been described. As described above, in
［変形例２：信号の空間多重を利用したシステム構成］
上記の例では、送信側で低速信号と高速信号（及び中速信号）とを加算して送信する構成としていた。しかし、低速／高振幅の光パルス列を発光する送信機と、高速／低振幅の光パルス列を発光する送信機とが同期して発光することにより、空間で両パルス列が多重されて受信機に到達する。このようなシステム構成にした場合においても、上記の受信装置２３０（受信装置３３０）で正しく受信信号を分離することができる。そこで、図１２に、高速伝送用データを送信する第１送信系統と、低速伝送用データを送信する第２送信系統とを設けた送信装置４００を用いて可視光通信システムを構築する例を示す。
[Modification 2: System configuration using spatial multiplexing of signals]
In the above example, the transmission side adds and transmits the low-speed signal and the high-speed signal (and medium-speed signal). However, when a transmitter that emits a low-speed / high-amplitude optical pulse train and a transmitter that emits a high-speed / low-amplitude optical pulse train emit light in synchronization, both pulse trains are multiplexed in space and reach the receiver. To do. Even in such a system configuration, the reception signal can be correctly separated by the reception device 230 (reception device 330). Therefore, FIG. 12 shows an example of constructing a visible light communication system using a
第１送信系統は、図１２に示すように、第１色座標変調部４０２と、座標系変換部４０４と、Ｄ／Ａ変換部４０６、４０８、４１０と、駆動回路４１２、４１４、４１６と、発光素子４１８（ＬＥＤ）とにより構成される。また、第２送信系統は、第２色座標変調部４３２と、座標系変換部４３４と、Ｄ／Ａ変換部４３６、４３８、４４０と、駆動回路４４２、４４４、４４６と、発光素子４４８（ＬＥＤ）とにより構成される。なお、第１及び第２送信系統は、個別の送信機により構成されていてもよいし、１台の送信機により構成されていてもよい。ここでは１台の送信機により構成されるものとする。
As shown in FIG. 12, the first transmission system includes a first color coordinate
まず、第１色座標変調部４０２に高速伝送用のデータ（Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。第１色座標変調部４０２に入力された高速伝送用のデータは、高速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、高速信号が生成される。このとき、高速信号は、色度座標上の色度点（ｘＨ，ｙＨ）で表現される。第１色座標変調部４０２により生成された高速信号は、座標系変換部４０４に入力される。
First, data for high-speed transmission (High Rate Data) is input to the first color coordinate
座標系変換部４０４に入力された高速信号は、上記の式（１）及び式（２）から導かれる変換式（ｘｙ ｔｏ ＲＧＢ）を用いて輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換される。そして、座標系変換部４０４の変換処理により得られた輝度信号は、色毎にＤ／Ａ変換部４０６、４０８、４１０に入力される。Ｄ／Ａ変換部４０６、４０８、４１０に入力された輝度信号はアナログ信号に変換され、それぞれ駆動回路４１２、４１４、４１６に入力される。駆動回路４１２、４１４、４１６は、それぞれ入力されたアナログ信号に基づいて発光素子４１８の発光強度を制御する。そして、発光素子４１８から高速信号（ｘＨ，ｙＨ）に対応する光が発せられる。
The high-speed signal input to the coordinate
また、第２色座標変調部４３２に低速伝送用のデータ（Ｌｏｗ Ｒａｔｅ Ｄａｔａ）が入力される。第２色座標変調部４３２に入力された低速伝送用のデータは、低速伝送用の色度点配置に変調マッピングされ、低速信号が生成される。このとき、低速信号は、色度座標上の色度点（ｘＬ，ｙＬ）で表現される。第２色座標変調部４３２により生成された低速信号は、座標系変換部４３４に入力される。
Further, low-speed transmission data (Low Rate Data) is input to the second color coordinate
座標系変換部４３４に入力された低速信号は、上記の式（１）及び式（２）から導かれる変換式（ｘｙ ｔｏ ＲＧＢ）を用いて輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換される。そして、座標系変換部４３４の変換処理により得られた輝度信号は、色毎にＤ／Ａ変換部４３６、４３８、４４０に入力される。Ｄ／Ａ変換部４３６、４３８、４４０に入力された輝度信号はアナログ信号に変換され、それぞれ駆動回路４４２、４４４、４４６に入力される。駆動回路４４２、４４４、４４６は、それぞれ入力されたアナログ信号に基づいて発光素子４４８の発光強度を制御する。そして、発光素子４４８から低速信号（ｘＬ，ｙＬ）に対応する光が発せられる。
The low speed signal input to the coordinate
発光素子４１８から発せられた高速信号に対応する光と、発光素子４４８から発せられた低速信号に対応する光とは、空間内で多重されて受信装置２３０に入射する。受信装置２３０は、上記の加算信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合と同様にして、受信信号から低速信号と高速信号とを分離し、各信号を復調して低速伝送用データ及び高速伝送用データを復元する。ここでは上記の受信装置２３０に対応するシステム構成を例示したが、上記の受信装置３３０に対応するシステム構成に拡張することも可能である。この場合、送信装置４００には、中速信号に基づいて発光制御する第２送信系統が設けられる。このように、送信側の構成を変形することができる。
Light corresponding to the high-speed signal emitted from the light-emitting
［応用例について］
ここで、図１３を参照しながら、本実施形態及び上記各変形例に係る可視光通信システムの応用例について説明する。この中で、本実施形態及び上記各変形例に係る技術を適用することで得られる効果についても説明する。図１３は、本実施形態及び上記各変形例に係る可視光通信システムの応用例を示す説明図である。
[Application examples]
Here, application examples of the visible light communication system according to the present embodiment and the above-described modifications will be described with reference to FIG. Among these, the effect obtained by applying the technique according to the present embodiment and each of the modifications will be described. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an application example of the visible light communication system according to the present embodiment and each of the modifications.
可視光通信は、ＬＥＤ照明やＬＥＤ広告表示板等を送信機として用い、１対多の情報伝送に利用されることが想定される。このような状況では、距離によらず、多数の受信者に対して所定の情報を確実に提供しながら、送信機（ＬＥＤ照明等）に近づいた受信者に対して更に多くの情報を提供するといったシステム構成が好ましい。本実施形態の技術を適用することにより、このようなシステム構成を実現することが可能になる。 Visible light communication is assumed to be used for one-to-many information transmission using LED lighting, LED advertisement display boards, and the like as transmitters. In such a situation, more information is provided to a receiver approaching a transmitter (such as LED lighting) while reliably providing predetermined information to a large number of recipients regardless of distance. Such a system configuration is preferable. By applying the technique of the present embodiment, such a system configuration can be realized.
例えば、図１３に示すように、（１）低速（遠距離伝送）情報として見出しなどの簡易テキストを送信し、高速（近距離伝送）情報として詳細情報を含む大量テキストを送信する構成、（２）低速（遠距離伝送）情報としてテキストを送信し、高速（近距離伝送）情報として静止画を送信する構成、（３）低速（遠距離伝送）情報としてテキストを送信し、高速（近距離伝送）情報として音声案内を送信する構成、（４）低速（遠距離伝送）情報として現在地情報を送信し、高速（近距離伝送）情報として周辺地図データを送信する構成等が実現される。 For example, as shown in FIG. 13, (1) a simple text such as a headline is transmitted as low-speed (long-distance transmission) information, and a large amount of text including detailed information is transmitted as high-speed (short-distance transmission) information. ) Send text as low-speed (long-distance transmission) information and send still image as high-speed (short-distance transmission) information. (3) Send text as low-speed (long-distance transmission) information and high-speed (short-distance transmission). (4) A configuration for transmitting voice guidance as information, (4) a configuration for transmitting current location information as low-speed (long-distance transmission) information, and transmitting peripheral map data as high-speed (short-distance transmission) information, and the like.
また、本実施形態の技術を適用すると、一般のＬＥＤ及び駆動回路を用いながらも、近距離（高ＳＮＲ）における高い伝送速度の通信と、遠距離（低ＳＮＲ）における低い伝送速度での通信とを同時に実現することができるようになる。仮に、本実施形態の技術を適用せずに、近距離（高ＳＮＲ）における高い伝送速度の通信と、遠距離（低ＳＮＲ）における低い伝送速度での通信とを同時に実現しようとすると、波長の異なるＬＥＤ及びＰＤのセット、Ｄ／Ａ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路、駆動回路等を複数用意する必要があり、回路規模が非常に増大してしまう。従って、本実施形態の技術を適用することで回路規模の削減効果も得られる。 In addition, when the technology of the present embodiment is applied, communication with a high transmission rate at a short distance (high SNR) and communication at a low transmission rate at a long distance (low SNR) while using a general LED and a drive circuit. Can be realized simultaneously. Temporarily, without applying the technique of the present embodiment, when trying to simultaneously realize communication at a high transmission rate at a short distance (high SNR) and communication at a low transmission rate at a long distance (low SNR), the wavelength It is necessary to prepare a plurality of sets of different LEDs and PDs, D / A conversion circuits, A / D conversion circuits, drive circuits, and the like, which greatly increases the circuit scale. Therefore, the effect of reducing the circuit scale can be obtained by applying the technique of the present embodiment.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
１０ 可視光通信システム
１００ 送信装置
１０２ 色座標変調部
１０４ 座標系変換部
１０６ 発光部
１３０ 受信装置
１３２ 受光部
１３４ 座標系変換部
１３６ 色座標復調部
２００ 送信装置
２０２ 第１色座標変調部
２０４ 第２色座標変調部
２０６、２０８ 加算器
２１０ 座標系変換部
２１２、２１４、２１６ Ｄ／Ａ変換部
２１８、２２０、２２２ 駆動回路
２２４ 発光素子（ＬＥＤ）
２３０ 受信装置
２３２ 受光素子（ＰＤ）
２３４、２３６、２３８ Ａ／Ｄ変換部
２４０ 座標系変換部
２４２ 平均化部
２４４ 第２色座標復調部
２４６ 低速信号生成部
２４８ 低速信号除去部
２５０ 第１色座標復調部
３００ 送信装置
３０２ 第１色座標変調部
３０４ 第２色座標変調部
３０６ 第３色座標変調部
３０８、３１０、３１２、３１４ 加算器
３１６ 座標系変換部
３１８、３２０、３２２ Ｄ／Ａ変換部
３２４、３２６、３２８ 駆動回路
３２９ 発光素子（ＬＥＤ）
３３０ 受信装置
３３２ 受光素子（ＰＤ）
３３４、３３６、３３８ Ａ／Ｄ変換部
３４０ 座標系変換部
３４２ 第１平均化部
３４４ 第２平均化部
３４６ 第３色座標復調部
３４８ 低速信号生成部
３５０ 第１低速信号除去部
３５２ 第２低速信号除去部
３５４ 第２色座標復調部
３５６ 中速信号生成部
３５８ 中速信号除去部
３６０ 第１色座標復調部
４００ 送信装置
４０２ 第１色座標変調部
４３２ 第２色座標変調部
４０４、４３４ 座標系変換部
４０６、４０８、４１０、４３６、４３８、４４０ Ｄ／Ａ変換部
４１２、４１４、４１６、４４２、４４４、４４６ 駆動回路
４１８、４４８ 発光素子（ＬＥＤ）
DESCRIPTION OF
230
234, 236, 238 A /
330
334, 336, 338 A /
Claims (12)
第１の送信データを色度座標上に設定された色度点に基づいて変調して第１の変調信号を生成する第１変調部と、
第２の送信データを色度座標上に設定された色度点に基づいて変調して前記第１の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調部と、
前記第１変調部により生成された第１の変調信号と、前記第２変調部により生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算部と、
前記信号加算部により生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御部と、
を備えることを特徴とする、送信装置。 A plurality of light sources that emit light pulses of different colors;
A first modulation unit that modulates first transmission data based on chromaticity points set on chromaticity coordinates to generate a first modulated signal;
Second modulation for modulating second transmission data based on chromaticity points set on chromaticity coordinates to generate a second modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the first modulation signal And
A signal adder for adding the first modulated signal generated by the first modulator and the second modulated signal generated by the second modulator to generate an added modulated signal;
A light emission control unit that emits the plurality of light sources based on the addition modulation signal generated by the signal addition unit;
A transmission device comprising:
前記第２変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第２の送信データをマッピングして前記第２の変調信号を生成し、
前記発光制御部は、前記加算変調信号に基づいて前記各光源から発せられる光パルスの発光強度比、発光タイミング、及び振幅を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信装置。 The first modulation unit generates the first modulated signal by mapping the first transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number,
The second modulation unit generates the second modulated signal by mapping the second transmission data to a predetermined signal point set on the chromaticity coordinate according to the modulation multi-value number,
The transmission device according to claim 1, wherein the light emission control unit controls a light emission intensity ratio, a light emission timing, and an amplitude of a light pulse emitted from each of the light sources based on the addition modulation signal. .
前記信号加算部は、前記第１の変調信号と、前記第２の変調信号と、前記第３変調部により生成された第３の変調信号とを加算して加算変調信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。 The third transmission data is modulated based on chromaticity points set on the chromaticity coordinates to generate a third modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the first and second modulation signals. A third modulation unit;
The signal addition unit adds the first modulation signal, the second modulation signal, and the third modulation signal generated by the third modulation unit to generate an addition modulation signal. The transmission device according to claim 1.
前記第２の送信データは、前記第３の送信データよりもデータサイズが小さい送信データであることを特徴とする、請求項４に記載の送信装置。 The first transmission data is transmission data having a data size smaller than that of the second transmission data,
The transmission apparatus according to claim 4, wherein the second transmission data is transmission data having a data size smaller than that of the third transmission data.
前記第２変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第２の送信データをマッピングして前記第２の変調信号を生成し、
前記第３変調部は、変調多値数に応じて色度座標上に設定された所定の信号点に前記第３の送信データをマッピングして前記第３の変調信号を生成し、
前記発光制御部は、前記加算変調信号に基づいて前記各光源から発せられる光パルスの発光強度比、発光タイミング、及び振幅を制御することを特徴とする、請求項４又は５に記載の送信装置。 The first modulation unit generates the first modulated signal by mapping the first transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number,
The second modulation unit generates the second modulated signal by mapping the second transmission data to a predetermined signal point set on the chromaticity coordinate according to the modulation multi-value number,
The third modulation unit generates the third modulated signal by mapping the third transmission data to a predetermined signal point set on a chromaticity coordinate according to a modulation multi-value number,
The transmission device according to claim 4 or 5, wherein the light emission control unit controls a light emission intensity ratio, a light emission timing, and an amplitude of a light pulse emitted from each of the light sources based on the addition modulation signal. .
長いパルス周期及び大きな振幅を有する第１の変調信号と、短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号とを加算して得られる信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、
前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第１の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化部と、
前記平均化部により生成された平均化信号から前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調部と、
前記第１の復調部により復調された第１の送信データに基づいて前記第１の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算部と、
前記信号減算部から出力された減算信号に基づいて前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調部と、
を備えることを特徴とする、受信装置。 A plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output the received light intensity;
Received light emitted under light emission control based on a signal obtained by adding a first modulation signal having a long pulse period and a large amplitude and a second modulation signal having a short pulse period and a small amplitude. A chromaticity coordinate conversion unit that converts a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements into a reception signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate;
An averaging unit that averages reception signals obtained by the conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit for each pulse period of the first modulation signal, and generates an averaged signal;
A first demodulation unit that demodulates first transmission data corresponding to the first modulated signal from the averaged signal generated by the averaging unit;
A replica signal generating unit that generates a replica signal of the first modulated signal based on the first transmission data demodulated by the first demodulating unit;
A signal subtraction unit that subtracts the replica signal generated by the replica signal generation unit from the reception signal and outputs a subtraction signal;
A second demodulation unit that demodulates second transmission data corresponding to the second modulation signal based on the subtraction signal output from the signal subtraction unit;
A receiving apparatus comprising:
長いパルス周期及び大きな振幅を有する第１の変調信号と、短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号と、前記第２の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第３の変調信号と、を加算して得られる信号に基づく発光制御を受けて発せられた光を受光した場合、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、
前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第２の変調信号のパルス周期毎に平均化して第１平均化信号を生成する第１平均化部と、
前記第１平均化信号を前記第１の変調信号のパルス周期毎に平均化して第２平均化信号を生成する第２平均化部と、
前記第２平均化部により生成された第２平均化信号から前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調部と、
前記第１の復調部により復調された第１の送信データに基づいて前記第１の変調信号のレプリカ信号を生成する第１レプリカ信号生成部と、
前記第１レプリカ信号生成部により生成された前記第１の変調信号のレプリカ信号を前記第１平均化部により生成された第１平均化信号から減算する第１信号減算部と、
前記第１レプリカ信号生成部により生成された前記第１の変調信号のレプリカ信号を前記受信信号から減算する第２信号減算部と、
前記第１信号減算部による減算処理で得られた信号に基づいて前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調部と、
前記第２の復調部により復調された第２の送信データに基づいて前記第２の変調信号のレプリカ信号を生成する第２レプリカ信号生成部と、
前記第２レプリカ信号生成部により生成された前記第２の変調信号のレプリカ信号を前記第２信号減算部による減算処理で得られた信号から減算する第３信号減算部と、
前記第３信号減算部による減算処理で得られた信号に基づいて前記第３の変調信号に対応する第３の送信データを復調する第３の復調部と、
を備えることを特徴とする、受信装置。 A plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output the received light intensity;
A first modulation signal having a long pulse period and a large amplitude, a second modulation signal having a short pulse period and a small amplitude, and a third modulation having a shorter pulse period and a small amplitude than the second modulation signal When light emitted under light emission control based on a signal obtained by adding the signal and light is received, a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements indicates a chromaticity point on a chromaticity coordinate A chromaticity coordinate converter for converting the received signal;
A first averaging unit that averages a reception signal obtained by the conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit for each pulse period of the second modulation signal to generate a first averaged signal;
A second averaging unit that averages the first averaged signal for each pulse period of the first modulated signal to generate a second averaged signal;
A first demodulation unit that demodulates first transmission data corresponding to the first modulated signal from the second averaged signal generated by the second averaging unit;
A first replica signal generator that generates a replica signal of the first modulated signal based on the first transmission data demodulated by the first demodulator;
A first signal subtracting unit that subtracts a replica signal of the first modulated signal generated by the first replica signal generating unit from a first averaged signal generated by the first averaging unit;
A second signal subtracting unit that subtracts a replica signal of the first modulated signal generated by the first replica signal generating unit from the received signal;
A second demodulator that demodulates second transmission data corresponding to the second modulated signal based on the signal obtained by the subtraction processing by the first signal subtractor;
A second replica signal generator that generates a replica signal of the second modulated signal based on the second transmission data demodulated by the second demodulator;
A third signal subtracting unit for subtracting a replica signal of the second modulated signal generated by the second replica signal generating unit from a signal obtained by subtraction processing by the second signal subtracting unit;
A third demodulator that demodulates third transmission data corresponding to the third modulated signal based on the signal obtained by the subtraction processing by the third signal subtractor;
A receiving apparatus comprising:
第１の送信データを変調して第１の変調信号を生成する第１変調部と、
第２の送信データを変調して前記第１の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調部と、
前記第１変調部により生成された第１の変調信号と、前記第２変調部により生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算部と、
前記信号加算部により生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御部と、
を有する、送信装置と、
互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子と、
前記送信装置が発光した光を受光した場合に、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換部と、
前記色度座標変換部による変換処理で得られる受信信号を前記第１の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化部と、
前記平均化部により生成された平均化信号から前記第１の送信データを復調する第１の復調部と、
前記第１の復調部により復調された第１の送信データに基づいて前記第１の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算部と、
前記信号減算部から出力された減算信号に基づいて前記第２の送信データを復調する第２の復調部と、
を有する、受信装置と、
を含むことを特徴とする、可視光通信システム。 A plurality of light sources that emit light pulses of different colors;
A first modulator that modulates first transmission data to generate a first modulated signal;
A second modulator that modulates second transmission data to generate a second modulated signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the first modulated signal;
A signal adder for adding the first modulated signal generated by the first modulator and the second modulated signal generated by the second modulator to generate an added modulated signal;
A light emission control unit that emits the plurality of light sources based on the addition modulation signal generated by the signal addition unit;
A transmitting device having:
A plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output the received light intensity;
A chromaticity coordinate conversion unit that converts a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements into a reception signal indicating a chromaticity point on a chromaticity coordinate when receiving light emitted by the transmission device;
An averaging unit that averages reception signals obtained by the conversion processing by the chromaticity coordinate conversion unit for each pulse period of the first modulation signal, and generates an averaged signal;
A first demodulating unit that demodulates the first transmission data from the averaged signal generated by the averaging unit;
A replica signal generating unit that generates a replica signal of the first modulated signal based on the first transmission data demodulated by the first demodulating unit;
A signal subtraction unit that subtracts the replica signal generated by the replica signal generation unit from the reception signal and outputs a subtraction signal;
A second demodulation unit that demodulates the second transmission data based on the subtraction signal output from the signal subtraction unit;
A receiving device,
A visible light communication system comprising:
第１の送信データを色度座標上に設定された色度点に基づいて変調して第１の変調信号を生成する第１変調ステップと、
第２の送信データを色度座標上に設定された色度点に基づいて変調して前記第１の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調ステップと、
前記第１変調ステップで生成された第１の変調信号と、前記第２変調ステップで生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算ステップと、
前記信号加算ステップで生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御ステップと、
を含むことを特徴とする、可視光通信方法。 A transmitter having a plurality of light sources that emit light pulses of different colors from each other,
A first modulation step of modulating the first transmission data based on chromaticity points set on chromaticity coordinates to generate a first modulated signal;
Second modulation for modulating second transmission data based on chromaticity points set on chromaticity coordinates to generate a second modulation signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the first modulation signal Steps,
A signal addition step of adding the first modulation signal generated in the first modulation step and the second modulation signal generated in the second modulation step to generate an addition modulation signal;
A light emission control step of causing the plurality of light sources to emit light based on the addition modulation signal generated in the signal addition step;
The visible light communication method characterized by including.
前記色度座標変換ステップにおける変換処理で得られた受信信号を前記第１の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化ステップと、
前記平均化ステップで生成された平均化信号から前記第１の変調信号に対応する第１の送信データを復調する第１の復調ステップと、
前記第１の復調ステップで復調された第１の送信データに基づいて前記第１の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成ステップと、
前記レプリカ信号生成ステップで生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を出力する信号減算ステップと、
前記信号減算ステップから出力された減算信号に基づいて前記第２の変調信号に対応する第２の送信データを復調する第２の復調ステップと、
を含むことを特徴とする、可視光通信方法。 A receiving device having a plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output light receiving intensity includes a first modulation signal having a long pulse period and a large amplitude, and a second modulation signal having a short pulse period and a small amplitude. When light emitted under light emission control based on a signal obtained by adding a modulation signal is received, a combination of received light intensity output from the plurality of light receiving elements indicates a chromaticity point on a chromaticity coordinate A chromaticity coordinate conversion step to convert the received signal;
An averaging step of averaging the received signal obtained by the conversion process in the chromaticity coordinate conversion step for each pulse period of the first modulation signal to generate an average signal;
A first demodulation step of demodulating first transmission data corresponding to the first modulated signal from the averaged signal generated in the averaging step;
A replica signal generation step of generating a replica signal of the first modulated signal based on the first transmission data demodulated in the first demodulation step;
A signal subtraction step of subtracting the replica signal generated in the replica signal generation step from the received signal and outputting a subtraction signal;
A second demodulation step for demodulating second transmission data corresponding to the second modulation signal based on the subtraction signal output from the signal subtraction step;
The visible light communication method characterized by including.
第１の送信データを変調して第１の変調信号を生成する第１変調ステップと、
第２の送信データを変調して前記第１の変調信号よりも短いパルス周期及び小さな振幅を有する第２の変調信号を生成する第２変調ステップと、
前記第１変調ステップで生成された第１の変調信号と、前記第２変調ステップで生成された第２の変調信号とを加算して加算変調信号を生成する信号加算ステップと、
前記信号加算ステップで生成された加算変調信号に基づいて前記複数の光源を発光させる発光制御ステップと、
互いに異なる色の光を受光して受光強度を出力する複数の受光素子を有する受信装置が、前記送信装置が発光した光を受光した場合に、前記複数の受光素子から出力された受光強度の組み合わせを色度座標上の色度点を示す受信信号に変換する色度座標変換ステップと、
前記色度座標変換ステップにおける変換処理で得られる受信信号を前記第１の変調信号のパルス周期毎に平均化して平均化信号を生成する平均化ステップと、
前記平均化ステップで生成された平均化信号から前記第１の送信データを復調する第１の復調ステップと、
前記第１の復調ステップにより復調された第１の送信データに基づいて前記第１の変調信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成ステップと、
前記レプリカ信号生成ステップで生成されたレプリカ信号を前記受信信号から減算して減算信号を生成する信号減算ステップと、
前記信号減算ステップで生成された減算信号に基づいて前記第２の送信データを復調する第２の復調ステップと、
を含むことを特徴とする、可視光通信方法。
A transmitter having a plurality of light sources that emit light pulses of different colors from each other,
A first modulation step of modulating the first transmission data to generate a first modulated signal;
A second modulation step of modulating second transmission data to generate a second modulated signal having a shorter pulse period and smaller amplitude than the first modulated signal;
A signal addition step of adding the first modulation signal generated in the first modulation step and the second modulation signal generated in the second modulation step to generate an addition modulation signal;
A light emission control step of causing the plurality of light sources to emit light based on the addition modulation signal generated in the signal addition step;
When a receiving device having a plurality of light receiving elements that receive light of different colors and output light receiving intensity receives light emitted by the transmitting device, a combination of light receiving intensities output from the plurality of light receiving elements A chromaticity coordinate conversion step for converting a received signal indicating a chromaticity point on the chromaticity coordinate;
An averaging step of averaging the reception signal obtained by the conversion process in the chromaticity coordinate conversion step for each pulse period of the first modulation signal to generate an average signal;
A first demodulation step of demodulating the first transmission data from the averaged signal generated in the averaging step;
A replica signal generation step of generating a replica signal of the first modulated signal based on the first transmission data demodulated in the first demodulation step;
A signal subtraction step for generating a subtraction signal by subtracting the replica signal generated in the replica signal generation step from the reception signal;
A second demodulation step of demodulating the second transmission data based on the subtraction signal generated in the signal subtraction step;
The visible light communication method characterized by including.
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