可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置
【課題】回路構成を極めて簡素化することができ、消費電力が少なく、可視光通信を良好に実施可能な可視光通信送信装置を提供する。
【解決手段】送信データ処理部１は、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように組み替え、ＯＦＤＭ変調器２に送る。ＯＦＤＭ変調器２は、第１サブキャリア用の各データを、第１デジタル変調部２１で第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調し、第２デジタル変調部２２で第２サブキャリア用の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調する。信号合成部２７は、フィルターを通して、第１デジタル変調部２１で変調されたデジタル送信信号と、第２デジタル変調部２２で変調されたデジタル送信信号を入力し、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とが直交するように合成する。
【解決手段】送信データ処理部１は、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように組み替え、ＯＦＤＭ変調器２に送る。ＯＦＤＭ変調器２は、第１サブキャリア用の各データを、第１デジタル変調部２１で第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調し、第２デジタル変調部２２で第２サブキャリア用の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調する。信号合成部２７は、フィルターを通して、第１デジタル変調部２１で変調されたデジタル送信信号と、第２デジタル変調部２２で変調されたデジタル送信信号を入力し、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とが直交するように合成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に照射された可視光を使用して通信を行なう可視光通信用の送信装置及びその受信装置に関し、特にＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を用いて情報信号を可視光に重畳し送受信する可視光通信の送信装置及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を通信媒体とした無線通信は、携帯電話網、無線ＬＡＮ、近距離無線通信など多くの分野で使用されている。
【０００３】
しかしながら、電波を媒体として使用する無線通信は、人の近くで送受信を行なう場合、電磁波の人体への影響を考慮して、送信電力を上げることができない。また、無線通信に使用される電波の周波数帯域は、既に多くの使用分野において割り振られ、使用されていることもあって、広帯域の周波数帯を自由に使用することはできない。さらに、病院などの特殊な環境下においては、電波の使用に制限が加えられるなどの制約がある。
【０００４】
そこで、近年、可視光を通信媒体として通信を行う可視光通信が開発され、下記特許文献１などにおいて、可視光に送信信号を重畳してそれを空間光として放射し、放射された光を受信器側で受光し、受光信号から送信信号を復調して通信を行う可視光通信システムが提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２６６７９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３０６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の可視光通信システムは、照明光として可視光を使用しながら、可視光に高周波信号を重畳させて、照明光による可視光通信を行なうものであり、送信信号を高周波の搬送波に重畳させ、その高周波信号を投光用のＬＥＤ（発光ダイオード）に入力してＬＥＤを発光動作させ、送信信号を重畳した可視光を受信器側に送信するが、この可視光通信システムでは、回路構成が複雑化するわりに、通信速度が遅く、音声信号や画像信号などの大容量の情報を高速で送信することは難しい。
【０００６】
一方、ブロードバンドのインターネット接続、デジタルテレビ放送などの広帯域デジタル通信の分野において、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を使用し、高速で大容量のデジタル信号の伝送を可能とした通信装置が開発されている。このＯＦＤＭ方式のデジタル通信は、デジタル信号を多数の副搬送波（サブキャリア）に分割して変調し送信する一種のマルチキャリア伝送方式の通信システムであり、特に、多数のサブキャリアは、周波数軸上で重なりが生じる程度に密に配置しても、相互に直交関係にあって干渉しないため、サブキャリアつまりサブチャンネルのスペクトルを密に配置可能で、周波数利用効率を高くし、大容量のパラレルデータをシリアル化して高速で伝送することができる。
【０００７】
そこで、上述の可視光を通信媒体とする可視光通信装置において、大容量のデジタル高速通信を実現するために、ＯＦＤＭ方式を用いてデジタル信号の各ビットにより多数のサブキャリアを変調し、それらのサブキャリアを逆離散フーリエ変換のアルゴリズムを用いて合成し、合成したデジタル信号をアナログに変換した高周波信号を、ＬＥＤに入力してＬＥＤを発光動作させ、ＬＥＤから可視光を空間光として放射し、可視光通信を行なう可視光通信装置が、上記特許文献２で提案されている。
【０００８】
このようなＯＦＤＭ方式の可視光通信装置のひとつのアプリケーションとして、小型の携帯端末に搭載し、デジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト、或いは地下街の照明から照射される可視光に重畳された情報信号を、携帯端末で受信し、携帯端末のユーザーに対し、各種の情報を提供するサービスなどへの適用が考えられている。
【０００９】
しかし、ＯＦＤＭ方式の可視光送信装置では、周波数領域のデータを時間領域のデータ（複素データ）に変換するために高速の逆離散フーリエ変換回路を必要とし、またその可視光受信装置では、時間領域のデータを周波数領域のデータに戻すために高速の離散フーリエ変換回路が必要となり、送信装置、受信装置共に回路構成が非常に複雑化し製造コストも高くなる。また、これらの逆離散フーリエ変換回路や離散フーリエ変換回路は、非常に高速で変換動作するため、その消費電力が大きく、通信装置の電源装置を大型化する必要があり、この種の可視光通信装置を小型の携帯端末に搭載することは難しい。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ＯＦＤＭ方式の可視光通信装置において、回路構成を極めて簡素化することができ、消費電力が少なく、可視光通信を良好に実施可能な可視光通信の送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の可視光通信送信装置は、
直交周波数分割多重方式により送信データのデジタル信号を複数のサブキャリアに分割して変調し、変調された高周波信号を、ＬＥＤの発光動作により照射される可視光に重畳させて、送信データ信号を送信する可視光通信送信装置において、
パケット化された送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調して第１デジタル変調信号を生成する第１デジタル変調部と、該送信データ処理部から送られる該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調して第２デジタル変調信号を生成する第２デジタル変調部とを含み、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を直交関係に配置するデジタル変調部と、
該第１デジタル変調部で変調された該第１デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路と、
該第２デジタル変調部で変調された該第２デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路と、
該第１フィルター回路から出力された該第１デジタル変調信号と、該第２フィルター回路から出力された該第２デジタル変調信号とを入力し、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成して出力する信号合成回路と、
該信号合成回路で合成された送信信号を可視光に重畳させるように前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明の可視光通信送信装置によれば、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の２波による直交周波数分割多重方式となるため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信装置に比べ、逆離散フーリエ変換回路などの複雑な回路を必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の装置であっても、容易に搭載することができる。
【００１３】
さらに、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波による直交周波数分割多重になるため、信号の帯域幅を非常に狭帯域とすることができ、これにより、可視光送信信号を受信する受信装置においても、比較的簡単な受信回路にて、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。また、受信装置においては、離散フーリエ変換回路などの複雑な回路を必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができ、受信回路の消費電力も非常に少なく、小型の携帯端末などにも搭載することができる。
【００１４】
ここで、上記請求項１の可視光通信送信装置では、送信信号に対し、前記ＬＥＤが有する周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正する帯域補正増幅器を信号合成部の出力側に接続することができる。この帯域補正増幅器は、ＯＦＤＭ変調され合成された高周波送信信号を、ＬＥＤの周波数特性とは逆の傾きの逆特性を付与して増幅するように構成される。
【００１５】
これにより、ＬＥＤの発光特性が、周波数が低くなるほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性を有する場合でも、ＯＦＤＭ方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、ＬＥＤの可視光に送信信号を重畳させて、送信することができ、これにより、受信装置側でＯＦＤＭ信号を正常に復調することができる。
【００１６】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部には上記信号合成部で合成された高周波信号を増幅する増幅器が設けられ、調光操作に応じて増幅器の直流オフセットレベルを調整してＬＥＤの発光レベルの調整を行なうＤＣオフセット回路及び調光回路を設けることができる。
【００１７】
この発明によれば、調光操作に応じて増幅器の直流オフセットレベルを調整し、照明光としてのＬＥＤの発光レベルを調光することができる。
【００１８】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部の増幅器には、ＬＥＤの温度特性を補償してＬＥＤの温度変化に対し照度を一定にする温度補償回路が接続され、検出されたＬＥＤの電流・電圧及びＬＥＤまたはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、増幅器に信号を出力して直流オフセットレベルを調整するように構成することができる。
【００１９】
この発明によれば、例えばＬＥＤの温度が上昇して、その照度が低下したとき、増幅器の直流オフセットレベルを上げて照度を上げるようにして、ＬＥＤの温度変化に対し温度補償を行い、ＬＥＤの照度を安定化することができる。
【００２０】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部には、調光信号に応じてＬＥＤの非線形の電流電圧特性をリニアに補正し、ＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路が設けられ、ＬＥＤドライバの出力電圧に応じて照度安定化回路から上記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整するように構成することができる。
【００２１】
この発明によれば、ＬＥＤの電流電圧特性の非線形ひずみに対し、調光により特性曲線部分が変化したとき、その非線形ひずみを補償するように、上記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整し、ＬＥＤの電流電圧特性のひずみ、つまり発光特性のひずみをリニアに補正することができる。
【００２２】
このように、上記可視光通信送信装置によれば、ＬＥＤが照射する可視光が照明光として使用され、調光操作により可視光の照度が調整された場合であっても、その照明光としての可視光の照度を安定化させつつ、情報信号を可視光に重畳して送信することができる。
【００２３】
一方、本発明の可視光通信受信装置は、
可視光通信送信装置にて、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調し、該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルター回路を通して得られた該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように直交関係に配置し合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤから照射される可視光に重畳させて、該可視光通信送信装置から送信される送信信号を受信する可視光通信受信装置であって、
該可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
該受光素子から出力された受光信号を増幅する増幅器と、
該増幅器から出力され直交変調された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングし、該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号とを分離して取り出すフィルター回路と、
該フィルター回路から分離して出力された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力し、第１デジタル信号に復調する第１復調器と、
該フィルター回路から分離して出力された該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力し、第２デジタル信号に復調する第２復調器と、
該第１復調器から出力された第１デジタル信号と該第２復調器から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、該第１デジタル信号と該第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明の可視光通信受信装置によれば、可視光通信送信装置のＬＥＤから照射された可視光に重畳される送信信号が２波の直交周波数分割多重の信号、つまり第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号からなる信号のため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信受信装置に比べ、離散高速フーリエ変換回路、ＡＤコンバータなどを必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、受信回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の携帯端末などにも、容易に搭載することができる。
【００２５】
さらに、可視光通信受信装置は、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波のＯＦＤＭ変調された送信信号を受信し、受信信号の帯域幅は非常に狭い狭帯域となるので、比較的簡単な受信回路を使用して、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。
【００２６】
ここで、上記増幅器には、上記第１サブキャリアの第１周波数及び第２サブキャリアの第２周波数に共振する同調回路を設けることができ、それにより、非常に狭帯域の増幅器として、簡単な受信回路であっても、さらに良好なＳ／Ｎ比で、高感度に信号を受信することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置によれば、ＯＦＤＭ方式の可視光通信を行う装置であっても、回路構成を極めて簡素化することができ、消費電力が少なく、可視光通信を良好に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示す可視光通信送信装置の構成ブロック図である。
【図２】可視光通信受信装置の構成ブロック図である。
【図３】第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度の関係を示す波形説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は可視光通信送信装置の構成ブロック図を示している。図１に示すように、この可視光通信送信装置は、パケット化された送信データ信号の各データを、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）の第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部１と、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調する一方、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号をフィルタリングした後、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、送信信号を出力するＯＦＤＭ変調器２と、合成された送信信号を可視光に重畳させるようにＬＥＤ（発光ダイオード）３０を駆動するＬＥＤ駆動部３と、を備えて構成される。
【００３０】
図１に示すように、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を有し、第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られる第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。またこのとき、デジタル変調部２０の第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２は、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、図３に示すように、合成信号の電力スペクトル密度（値）が打ち消されて零となるように、第１サブキャリアで変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアで変調した第２デジタル変調信号を、直交関係に配置するようになっている。
【００３１】
さらに、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１で変調されたデジタル送信信号を入力し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路としてのローパスフィルター２３、第２デジタル変調部２２で変調されたデジタル送信信号を入力し、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路としてのハイパスフィルター２４、及びローパスフィルター２３から出力された第１デジタル変調信号と、ハイパスフィルター２４から出力され第１デジタル変調信号とは周波数帯域が重なる第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、ＯＦＤＭの送信信号を出力する信号合成部２７、を備えている。
【００３２】
ＬＥＤ３０は、例えば図示しないデジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト装置、照明用の灯具などに装着され、ＬＡＮなどを通して送られた各種の情報信号を照明用の可視光に重畳させてＬＥＤ３０が照明光を照射し、可視光の到達範囲内に配置される後述の受信装置に対し、情報信号を送信するように構成される。
【００３３】
送信データ処理部１のデータ処理部１３は、ＣＰＵ、メモリ、レジスタなどから構成され、イーサネット(登録商標)インタフェース１１を通して、ＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力する。そして、データバッファ１２にそれらのバケットデータを一時格納し、さらに、データ処理部１３は、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する構成である。なお、ＬＥＤ３０の調光を行なう調光信号が送信データ処理部１を通して送られる場合、入出力部１５を通して調光信号が調光回路３６及びＤＣオフセット回路３７に送られるようになっている。
【００３４】
ＯＦＤＭ変調器２は、上述のように、第１サブキャリアと第２サブキャリア用に時分割して交互に割り当てられた送信データ信号の各データを、各々デジタル変調する第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を備え、第１デジタル変調部２１の出力側にはローパスフィルター２３が接続され、第２デジタル変調部２２の出力側にはハイパスフィルター２４が接続される。
【００３５】
第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られた第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、例えば１６ＱＡＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫなどのデジタル変調方式により、第１サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。また、第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られた第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、同様のデジタル変調方式により、第２サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。
【００３６】
図３は、第１サブキャリアにより変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアにより変調した第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度（値）を示しており、ここで、ＯＦＤＭの搬送波（サブキャリア）の基本周波数をｆｃ、送信データつまりベースバンド信号の周波数をｆｏとすると、第１デジタル変調信号の周波数は（ｆｃ＋ｋｆｏ）となり、第２デジタル変調信号の周波数は｛ｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ｝、（ｋはｋ番目のデジタル変調信号を示す）となるように選択される。第１デジタル変調信号の周波数つまり第１サブキャリアの第１周波数と第２デジタル変調信号の周波数つまり第２サブキャリアの第２周波数は、その周波数帯域が図３のように重なって選定され、非常に狭い狭帯域となっている。
【００３７】
さらに、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とは直交関係、つまり第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成したとき、その電力スペクトル密度が打ち消されて零となる関係に配置される。デジタル変調信号はサブキャリアを送信データのベースバンド信号で変調したものであるので、送信データのシンボルレートで、直交関係となる周波数及び位相が決まることになる。
【００３８】
第１デジタル変調部２１の出力側に接続されるローパスフィルター２３は第１サブキャリアを送信データで変調した第１デジタル変調信号のみを通過させるように設定され、第２デジタル変調部２２の出力側に接続されるハイパスフィルター２４は第２サブキャリアを送信データで変調した第２デジタル変調信号のみを通過させるように設定される。ローパスフィルター２３とハイパスフィルター２４の出力側は第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成する信号合成部２７に接続される。信号合成部２７は、第１デジタル変調部２１からローパスフィルター２３を通して出力された第１デジタル変調信号と、第２デジタル変調部２２からハイパスフィルター２４を通して出力された第２デジタル変調信号とを、時間軸方向に加算する加算器であり、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成し、ＯＦＤＭ信号を出力するように構成される。
【００３９】
なお、ＯＦＤＭ信号は第１サブキャリアによって変調された第１デジタル変調信号と第２サブキャリアによって変調された第２デジタル変調信号の合成波であるので、サブキャリアまたはベースバンド信号の合成によっては、同時に発生する複数の振幅の高い波が合成され、ピーク値の高いピーク波が現れるが、信号合成部２７の出力側に補正回路を接続し、その補正回路に予め閾値を設定し、閾値を超えるピーク波が現れた場合、ピーク波のデータを線形圧縮補正するように構成することができる。
【００４０】
このように、ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当て、その送信データを第１デジタル変調部２１にて第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２では第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調すると共に、デジタル変調した第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零になるように、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が直交関係に配置される。このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、各々フィルター回路のローパスフィルター２３またはハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力され、信号合成部２７でこれらの信号が時間軸方向に加算して合成され、ＯＦＤＭ信号としてＬＥＤ駆動部３に出力される。
【００４１】
ＬＥＤ駆動部３は、ＯＦＤＭ信号を入力して増幅する増幅器３１及び帯域補正増幅器３２を有し、増幅したＯＦＤＭ信号をＬＥＤドライバ３３に入力し、ＬＥＤドライバ３３によりＬＥＤ３０を発光駆動すると共に、発光した可視光にＯＦＤＭ信号を重畳させるように構成される。このために、増幅器３１の出力側が帯域補正増幅器３２に接続され、帯域補正増幅器３２の出力側がＬＥＤドライバ３３に接続される。
【００４２】
ＬＥＤドライバ３３には、ＬＥＤ３０を定電流で駆動する回路が使用されるが、ＬＥＤ３０のＩＶ特性（電流電圧特性）は、ＬＥＤ３０の温度の上昇と共に電圧が低下し、また、調光により電流が低下したとき、電流の高い場合に比べ、そのＩＶ特性曲線の傾きが変化する。このため、ＬＥＤ駆動部３には、ＬＥＤの温度補償を行う温度補償回路３５、及び照度を安定して調光動作させる照度安定化回路３４が設けられている。
【００４３】
温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出しその温度に基づき増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して、ＬＥＤ３０のＩＶ特性によるひずみを補正して温度補償を行なう。照度安定化回路３４は、調光回路３６によりＬＥＤの照度が調光された場合、その調光操作に応じて生じるＩＶ特性のひずみを補正して、照度を安定して調光動作させるようになっている。
【００４４】
一方、照明光としても使用されるＬＥＤ３０の照度を調整し調光するために、調光回路３６、ＤＣオフセット回路３７が設けられている。調光回路３６及びＤＣオフセット回路３７は、ＬＡＮから送られる調光信号或いは図示しないリモートコントローラなどから送られる調光信号に基づき調光動作し、ＤＣオフセット回路３７は、調光信号に応じて、増幅器３１の直流オフセットレベルを調整し、送信信号のレベルを調整してＬＥＤ３０の照度を変える。また、増幅器３１の直流オフセットレベルは、温度補償回路３５及び照度安定化回路３４からの信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度によるＩＶ特性のひずみや調光に伴うＩＶ特性のひずみを補正するようになっている。
【００４５】
通常、ＬＥＤの温度係数は約−２ｍＶ／℃であり、高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化する。このため、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正するようになっている。
【００４６】
つまり、ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線はＬＥＤ３０の照度の高さに応じても変化する。このため、送信信号を増幅する増幅器３１の直流オフセットレベルを、調光信号と共に温度信号によっても調整するようにし、ＬＥＤ３０の動作の温度補償及び照度の安定化を行なっている。
【００４７】
温度補償回路３５は、増幅器３１に接続され、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、また、調光回路３６から送られる調光信号に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを調整する。
【００４８】
調光信号によりＬＥＤ３０の動作ＩＶ領域が変わり照度が高く或いは低く変化した場合、例えば、照度の高い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が比較的良好であるのに対し、照度の低い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が悪くひずみが大きい。このため、ＬＥＤ３０が照度の低い領域で動作中、調光が行われると、照度の高い領域のときに比べ、調光操作に応じた調光を行なうことができず、また調光幅も小さくなる。
【００４９】
このため、ＬＥＤ駆動部３には、ＬＥＤ３０の非線形の電流電圧特性をリニアに補正してＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路３４が設けられる。この照度安定化回路３４は、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して調光する際、例えば照度の高い領域では、そのＩＶ特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正し、例えば照度の低い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正するようにしている。
【００５０】
上述のように、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅するようにしている。帯域補正増幅器３２の出力側には、ＬＥＤ３０を発光駆動するＬＥＤドライバ３３が接続される。
【００５１】
ＬＥＤ３０の周波数特性は、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっている。このために、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するようになっている。
【００５２】
図２は、上記可視光通信送信装置から送信された可視光信号を受信する可視光通信受信装置の構成ブロック図を示している。この可視光通信受信装置は、上述のように、可視光通信送信装置において、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調し、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルターを通して得られた第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤ３０から照射される可視光に重畳させて送信される送信信号を、受光素子５０により受光（受信）し、復調するように構成される。
【００５３】
この可視光通信受信装置は、図２に示すように、可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子５０と、受光素子５０から出力された受光信号を増幅する増幅器５１と、増幅器５１から出力され直交変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングして第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を分離して取り出すフィルター回路とを備えている。増幅器５１には、受信信号に同調する同調回路が設けられ、２波のＯＦＤＭ信号である狭帯域の受信信号を、高いＳ／Ｎ比で高感度に増幅するようになっている。
【００５４】
フィルター回路は、高周波受信信号から第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみを取り出すローパスフィルター５２と、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみを取り出すハイパスフィルター５３とから構成され、ローパスフィルター５２の出力側に、分離された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力して、第１デジタル信号に復調する第１復調器５４が接続され、ハイパスフィルター５３の出力側に、分離された第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力して、第２デジタル信号に復調する第２復調器５５が接続される。
【００５５】
ローパスフィルター５２とハイパスフィルター５３は、可視光通信送信装置の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号の周波数が例えばｆｃ＋ｋｆｏ（図３）で、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の周波数がｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ（図３）の場合、より低い周波数の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を、ローパスフィルター５２を通して出力し、より高い周波数の第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、ハイパスフィルター５３を通して出力するように構成される。
【００５６】
さらに、第１復調器５４から出力された第１デジタル信号と第２復調器５５から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、第１デジタル信号と第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部５６が、第１復調器５４と第２復調器５５の出力側に接続される。
【００５７】
第１復調器５４と第２復調器５５は、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を復調（ダウンコンバージョン）してデータ信号を出力する回路であり、第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を得るようにし、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を得るように構成される。
【００５８】
データ合成部５６は、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力するように構成される。つまり、可視光通信送信装置の送信データ処理部１で送信データを時分割して交互に出力したときの処理と逆の処理を行なうように、第１データ信号と第２データ信号を交互に繋ぎ合わせ、元のデータ信号として、データ処理部５７に出力するものである。データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、可視光通信送信装置から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声を音声出力部５９に出力するように構成される。音声出力部５９は、その音声データに基づき図示しないスピーカーから音声を発生させるようになっている。
【００５９】
このように、可視光通信受信装置は、可視光に重畳して送信されたＯＦＤＭ信号を受信することになるが、そのＯＦＤＭ信号は、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の２波の信号のみを用いてデータを変調しているため、通常のＯＦＤＭ信号を復調する際に使用する高速離散フーリエ変換回路などのＬＳＩが不要となり、受信回路を非常に簡素化し小型化することができる。さらに、受信回路の簡素化に伴い、その消費電力も極めて少なくなるので、可視光通信受信装置は、小型電源の携帯端末などであっても、十分に搭載することが可能となる。
【００６０】
次に、上記構成の可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置の動作を説明する。可視光通信送信装置のＬＥＤ３０は、ＴＶ、デジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト装置、ショーウインドウや地下街などの照明用に使用されると共に、可視光通信用の投光器として使用される。
【００６１】
一方、可視光通信受信装置は、携帯電話機などの携帯端末、或いは送信装置がＴＶのディスプレイの場合はＴＶ用リモコンなどに搭載され、可視光通信送信装置から送信された可視光信号を受信するように使用される。例えばデジタルサイネージで表示する表示情報に関連する情報を、その前を通過する人の携帯端末などに対し可視光を照射して送信する場合、可視光通信送信装置はデジタルサイネージのディスプレイのバックライト装置に装着され、その可視光を携帯端末に内蔵した可視光通信受信措置で受光し受信するように使用される。また、ＴＶ用のリモコンに可視光通信受信装置を搭載する場合、ＴＶのディスプレイのバックライト装置に可視光通信送信装置を搭載し、その送信装置から送信された情報を、ＴＶ用リモコンで受信し、それを表示し或いは音声を出力するように使用される。
【００６２】
可視光通信送信装置が起動すると、送信データ処理部１のデータ処理部１３は、イーサネットインタフェース１１を通してＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力し、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、データの各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する。
【００６３】
ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを時分割して、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当てるように入力する。このとき、第１デジタル変調部２１はその送信データを第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２は、第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調する。デジタル変調は、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，ＱＡＭなどの方式により行なわれ、第１デジタル変調部２１からはデジタル変調された第１デジタル変調信号が出力され、第２デジタル変調部２２からはデジタル変調された第２デジタル変調信号が出力される。
【００６４】
第１デジタル変調部２１から出力された第１デジタル変調信号はローパスフィルター２３を通して信号合成部２７に入力され、第２デジタル変調部２２から出力された第２デジタル変調信号はハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力される。信号合成部２７では第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成するが、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度を打ち消して零となるように直交関係に配置された信号であり、このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成され、これによって、ＯＦＤＭ変調器２において直交変調が行なわれ、信号合成部２７からはＯＦＤＭ信号がＬＥＤ駆動部３の増幅器３１に出力される。
【００６５】
増幅器３１は、ＯＦＤＭ信号の第１サブキャリアと第２サブキャリアの送信信号を増幅し、増幅された送信信号が帯域補正増幅器３２により帯域補正された後、ＬＥＤドライバ３３に入力され、ＬＥＤドライバ３３はＬＥＤ３０を発光駆動する。これにより、ＬＥＤ３０が発光し、ＯＦＤＭ変調された高周波の送信信号を重畳した可視光が、ＬＥＤ３０から可視光通信用及び照明用として、ディスプレイのバックライト装置或いは照明用ライトなどから照射される。
【００６６】
このとき、可視光通信送信装置は、ＬＥＤ３０を発光させて可視光を照射し、その可視光にＯＦＤＭ信号を重畳させて送信するが、高周波領域で周波数特性にひずみの生じるＬＥＤを使用しても、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に接続された帯域補正増幅器３２により、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅する。
【００６７】
また、照明光として使用されるＬＥＤ３０の光が調光回路３６、ＤＣオフセット回路３７により調光された場合、調光信号によりＬＥＤ３０の動作ＩＶ領域が変わり、照度の高い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が比較的良好であるのに対し、照度の低い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が悪くひずみが大きくなる。このため、ＬＥＤ３０が照度の低い領域で動作中、調光が行われると、照度の高い領域のときに比べ、調光操作に応じた高速伝送を行なうことができず、また調光幅も小さくなる。
【００６８】
しかし、ＬＥＤ駆動部３の照度安定化回路３４は、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して調光する際、例えば照度の高い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正し、例えば照度の低い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正する。これにより、調光信号に応じてＬＥＤ３０の調光を安定して行うと共に重畳信号の補正をダイナミックに行なうことができる。
【００６９】
さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正する。
【００７０】
ＬＥＤの温度係数は例えば約−２ｍＶ／℃程度であり、定電流駆動される高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化するが、温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正し、ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下するので、増幅器３１の直流オフセットレベルを、温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作する。これにより、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消し、ＬＥＤとその駆動部の温度補償を行なうことができる。
【００７１】
また、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、周波数帯域の広い高周波信号であっても、良好な直線性をもって増幅する。
【００７２】
また、ＬＥＤ３０の周波数特性は、上記の如く、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性であるが、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するので、高周波の周波数帯域を用いて信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性のＬＥＤ３０を可視光投光用に使用した場合でも、ひずみを生じさせずに、ＬＥＤの可視光に送信信号を重畳させて、情報を高速で送信することができる。
【００７３】
さらに、照明光として使用されるＬＥＤ３０の光が調光された場合には、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルが調整されて調光されるが、このとき、ＬＥＤ３０の動作点の電流と電圧が変化し、リニアに調光することが難しくなる。しかし、照度安定化回路３４は、ＬＥＤ３０の照度の高い領域または低い領域つまり調光信号に応じて、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正することにより、ＬＥＤ３０の調光を安定して行うことができる。
【００７４】
さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、増幅器３１の直流オフセットレベルを温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正するので、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消することができる。
【００７５】
可視光通信送信装置から送信され照射された可視光は、可視光通信受信装置の受光素子５０により受光され、受光素子５０から出力された受信信号は増幅器５１で増幅される。受信信号は、２波のＯＦＤＭ信号からなる非常に狭帯域の高周波信号であり、その狭帯域の高周波信号に同調する同調回路を設けた増幅器５１により、受信信号は高いＳ／Ｎ比で高感度に受信され増幅される。
【００７６】
増幅器５１から出力された受信信号は、ローパスフィルター５２を通すことにより、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみが分離して第１復調器５４に入力され、ハイパスフィルター５３を通すことにより、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみが分離して第２復調器５５に入力される。
【００７７】
第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を抽出し、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を抽出するように動作し、これにより、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号に含まれる送信データ、及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号に含まれる送信データが復調（ダウンコンバージョン）され、第１復調器５４、第２復調器５５から復調された各々のデータ信号が出力される。
【００７８】
次に、復調されたデータ信号は、データ合成部５６に入力され、データ合成部５６では、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力する。出力されたデータ信号は、データ処理部５７に入力され、データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、可視光通信送信装置から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声信号を音声出力部５９に出力し、スピーカーなどから音声を発生させる。
【００７９】
このように、可視光通信送信装置のＬＥＤ３０から照射された可視光に重畳される送信信号が２波の直交周波数分割多重の信号、つまり第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみからなる信号のため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信受信装置に比べ、離散高速フーリエ変換回路、ＡＤコンバータなどを必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、受信回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の携帯端末などにも、容易に搭載することができる。
【００８０】
さらに、可視光通信受信装置は、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波のＯＦＤＭ変調された送信信号を受信し、受信信号の帯域幅は非常に狭い狭帯域となるので、可視光通信受信装置は、比較的簡単な受信回路を使用して、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。
【００８１】
なお、可視光通信送信装置における上記ＯＦＤＭ変調器２は、ハードウエア構成であったが、ＣＰＵを基本構成とするデータ処理部のソフトウエアにより、ＯＦＤＭ変調、つまり、送信データ処理部１から送られたデータを時分割し、時分割された各データを交互に、第１サブキャリアの第１周波数と第２サブキャリアの第２周波数で変調し、それらを時間軸方向に加算して合成し、ＯＦＤＭ信号を生成する処理を行なうこともできる。
【００８２】
また、同様に、可視光通信受信装置の上記第１復調器５４、第２復調器５５は、ハードウエア構成であったが、ＣＰＵを基本構成とするデータ処理部のソフトウエアにより、ＯＦＤＭ復調、つまり、受信信号からフィルターを通して分離された第１デジタル変調信号を、第１サブキャリアの第１周波数と同じ周波数の信号を乗算して、そこに含まれるデータを抽出し、分離された第２デジタル変調信号を、第２サブキャリアの第２周波数と同じ周波数の信号を乗算して、そこに含まれるデータを抽出し、それらのデータを時間的に交互に繋ぎ合わせ、ＯＦＤＭ信号の復調を行なうこともできる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 送信データ処理部
２ ＯＦＤＭ変調器
３ ＬＥＤ駆動部
１１ イーサネットインタフェース
１２ データバッファ
１３ データ処理部
１４ データメモリ
１５ 入出力部
２０ デジタル変調部
２１ 第１デジタル変調部
２２ 第２デジタル変調部
２３ ローパスフィルター
２４ ハイパスフィルター
２４ ハイフィルター
２７ 信号合成部
３０ ＬＥＤ
３１ 増幅器
３２ 帯域補正増幅器
３３ ＬＥＤドライバ
３４ 照度安定化回路
３５ 温度補償回路
３６ 調光回路
３７ ＤＣオフセット回路
５０ 受光素子
５１ 増幅器
５２ ローパスフィルター
５３ ハイパスフィルター
５４ 第１復調器
５５ 第２復調器
５６ データ合成部
５７ データ処理部
５８ 表示器
５９ 音声出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に照射された可視光を使用して通信を行なう可視光通信用の送信装置及びその受信装置に関し、特にＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を用いて情報信号を可視光に重畳し送受信する可視光通信の送信装置及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を通信媒体とした無線通信は、携帯電話網、無線ＬＡＮ、近距離無線通信など多くの分野で使用されている。
【０００３】
しかしながら、電波を媒体として使用する無線通信は、人の近くで送受信を行なう場合、電磁波の人体への影響を考慮して、送信電力を上げることができない。また、無線通信に使用される電波の周波数帯域は、既に多くの使用分野において割り振られ、使用されていることもあって、広帯域の周波数帯を自由に使用することはできない。さらに、病院などの特殊な環境下においては、電波の使用に制限が加えられるなどの制約がある。
【０００４】
そこで、近年、可視光を通信媒体として通信を行う可視光通信が開発され、下記特許文献１などにおいて、可視光に送信信号を重畳してそれを空間光として放射し、放射された光を受信器側で受光し、受光信号から送信信号を復調して通信を行う可視光通信システムが提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２６６７９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３０６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の可視光通信システムは、照明光として可視光を使用しながら、可視光に高周波信号を重畳させて、照明光による可視光通信を行なうものであり、送信信号を高周波の搬送波に重畳させ、その高周波信号を投光用のＬＥＤ（発光ダイオード）に入力してＬＥＤを発光動作させ、送信信号を重畳した可視光を受信器側に送信するが、この可視光通信システムでは、回路構成が複雑化するわりに、通信速度が遅く、音声信号や画像信号などの大容量の情報を高速で送信することは難しい。
【０００６】
一方、ブロードバンドのインターネット接続、デジタルテレビ放送などの広帯域デジタル通信の分野において、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を使用し、高速で大容量のデジタル信号の伝送を可能とした通信装置が開発されている。このＯＦＤＭ方式のデジタル通信は、デジタル信号を多数の副搬送波（サブキャリア）に分割して変調し送信する一種のマルチキャリア伝送方式の通信システムであり、特に、多数のサブキャリアは、周波数軸上で重なりが生じる程度に密に配置しても、相互に直交関係にあって干渉しないため、サブキャリアつまりサブチャンネルのスペクトルを密に配置可能で、周波数利用効率を高くし、大容量のパラレルデータをシリアル化して高速で伝送することができる。
【０００７】
そこで、上述の可視光を通信媒体とする可視光通信装置において、大容量のデジタル高速通信を実現するために、ＯＦＤＭ方式を用いてデジタル信号の各ビットにより多数のサブキャリアを変調し、それらのサブキャリアを逆離散フーリエ変換のアルゴリズムを用いて合成し、合成したデジタル信号をアナログに変換した高周波信号を、ＬＥＤに入力してＬＥＤを発光動作させ、ＬＥＤから可視光を空間光として放射し、可視光通信を行なう可視光通信装置が、上記特許文献２で提案されている。
【０００８】
このようなＯＦＤＭ方式の可視光通信装置のひとつのアプリケーションとして、小型の携帯端末に搭載し、デジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト、或いは地下街の照明から照射される可視光に重畳された情報信号を、携帯端末で受信し、携帯端末のユーザーに対し、各種の情報を提供するサービスなどへの適用が考えられている。
【０００９】
しかし、ＯＦＤＭ方式の可視光送信装置では、周波数領域のデータを時間領域のデータ（複素データ）に変換するために高速の逆離散フーリエ変換回路を必要とし、またその可視光受信装置では、時間領域のデータを周波数領域のデータに戻すために高速の離散フーリエ変換回路が必要となり、送信装置、受信装置共に回路構成が非常に複雑化し製造コストも高くなる。また、これらの逆離散フーリエ変換回路や離散フーリエ変換回路は、非常に高速で変換動作するため、その消費電力が大きく、通信装置の電源装置を大型化する必要があり、この種の可視光通信装置を小型の携帯端末に搭載することは難しい。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ＯＦＤＭ方式の可視光通信装置において、回路構成を極めて簡素化することができ、消費電力が少なく、可視光通信を良好に実施可能な可視光通信の送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の可視光通信送信装置は、
直交周波数分割多重方式により送信データのデジタル信号を複数のサブキャリアに分割して変調し、変調された高周波信号を、ＬＥＤの発光動作により照射される可視光に重畳させて、送信データ信号を送信する可視光通信送信装置において、
パケット化された送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調して第１デジタル変調信号を生成する第１デジタル変調部と、該送信データ処理部から送られる該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調して第２デジタル変調信号を生成する第２デジタル変調部とを含み、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を直交関係に配置するデジタル変調部と、
該第１デジタル変調部で変調された該第１デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路と、
該第２デジタル変調部で変調された該第２デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路と、
該第１フィルター回路から出力された該第１デジタル変調信号と、該第２フィルター回路から出力された該第２デジタル変調信号とを入力し、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成して出力する信号合成回路と、
該信号合成回路で合成された送信信号を可視光に重畳させるように前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明の可視光通信送信装置によれば、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の２波による直交周波数分割多重方式となるため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信装置に比べ、逆離散フーリエ変換回路などの複雑な回路を必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の装置であっても、容易に搭載することができる。
【００１３】
さらに、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波による直交周波数分割多重になるため、信号の帯域幅を非常に狭帯域とすることができ、これにより、可視光送信信号を受信する受信装置においても、比較的簡単な受信回路にて、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。また、受信装置においては、離散フーリエ変換回路などの複雑な回路を必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができ、受信回路の消費電力も非常に少なく、小型の携帯端末などにも搭載することができる。
【００１４】
ここで、上記請求項１の可視光通信送信装置では、送信信号に対し、前記ＬＥＤが有する周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正する帯域補正増幅器を信号合成部の出力側に接続することができる。この帯域補正増幅器は、ＯＦＤＭ変調され合成された高周波送信信号を、ＬＥＤの周波数特性とは逆の傾きの逆特性を付与して増幅するように構成される。
【００１５】
これにより、ＬＥＤの発光特性が、周波数が低くなるほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性を有する場合でも、ＯＦＤＭ方式の送信信号のスペクトル分布にひずみを生じさせずに、ＬＥＤの可視光に送信信号を重畳させて、送信することができ、これにより、受信装置側でＯＦＤＭ信号を正常に復調することができる。
【００１６】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部には上記信号合成部で合成された高周波信号を増幅する増幅器が設けられ、調光操作に応じて増幅器の直流オフセットレベルを調整してＬＥＤの発光レベルの調整を行なうＤＣオフセット回路及び調光回路を設けることができる。
【００１７】
この発明によれば、調光操作に応じて増幅器の直流オフセットレベルを調整し、照明光としてのＬＥＤの発光レベルを調光することができる。
【００１８】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部の増幅器には、ＬＥＤの温度特性を補償してＬＥＤの温度変化に対し照度を一定にする温度補償回路が接続され、検出されたＬＥＤの電流・電圧及びＬＥＤまたはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、増幅器に信号を出力して直流オフセットレベルを調整するように構成することができる。
【００１９】
この発明によれば、例えばＬＥＤの温度が上昇して、その照度が低下したとき、増幅器の直流オフセットレベルを上げて照度を上げるようにして、ＬＥＤの温度変化に対し温度補償を行い、ＬＥＤの照度を安定化することができる。
【００２０】
さらに、上記ＬＥＤ駆動部には、調光信号に応じてＬＥＤの非線形の電流電圧特性をリニアに補正し、ＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路が設けられ、ＬＥＤドライバの出力電圧に応じて照度安定化回路から上記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整するように構成することができる。
【００２１】
この発明によれば、ＬＥＤの電流電圧特性の非線形ひずみに対し、調光により特性曲線部分が変化したとき、その非線形ひずみを補償するように、上記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整し、ＬＥＤの電流電圧特性のひずみ、つまり発光特性のひずみをリニアに補正することができる。
【００２２】
このように、上記可視光通信送信装置によれば、ＬＥＤが照射する可視光が照明光として使用され、調光操作により可視光の照度が調整された場合であっても、その照明光としての可視光の照度を安定化させつつ、情報信号を可視光に重畳して送信することができる。
【００２３】
一方、本発明の可視光通信受信装置は、
可視光通信送信装置にて、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調し、該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルター回路を通して得られた該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように直交関係に配置し合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤから照射される可視光に重畳させて、該可視光通信送信装置から送信される送信信号を受信する可視光通信受信装置であって、
該可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
該受光素子から出力された受光信号を増幅する増幅器と、
該増幅器から出力され直交変調された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングし、該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号とを分離して取り出すフィルター回路と、
該フィルター回路から分離して出力された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力し、第１デジタル信号に復調する第１復調器と、
該フィルター回路から分離して出力された該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力し、第２デジタル信号に復調する第２復調器と、
該第１復調器から出力された第１デジタル信号と該第２復調器から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、該第１デジタル信号と該第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明の可視光通信受信装置によれば、可視光通信送信装置のＬＥＤから照射された可視光に重畳される送信信号が２波の直交周波数分割多重の信号、つまり第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号からなる信号のため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信受信装置に比べ、離散高速フーリエ変換回路、ＡＤコンバータなどを必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、受信回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の携帯端末などにも、容易に搭載することができる。
【００２５】
さらに、可視光通信受信装置は、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波のＯＦＤＭ変調された送信信号を受信し、受信信号の帯域幅は非常に狭い狭帯域となるので、比較的簡単な受信回路を使用して、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。
【００２６】
ここで、上記増幅器には、上記第１サブキャリアの第１周波数及び第２サブキャリアの第２周波数に共振する同調回路を設けることができ、それにより、非常に狭帯域の増幅器として、簡単な受信回路であっても、さらに良好なＳ／Ｎ比で、高感度に信号を受信することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置によれば、ＯＦＤＭ方式の可視光通信を行う装置であっても、回路構成を極めて簡素化することができ、消費電力が少なく、可視光通信を良好に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示す可視光通信送信装置の構成ブロック図である。
【図２】可視光通信受信装置の構成ブロック図である。
【図３】第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度の関係を示す波形説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は可視光通信送信装置の構成ブロック図を示している。図１に示すように、この可視光通信送信装置は、パケット化された送信データ信号の各データを、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）の第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部１と、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調する一方、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号をフィルタリングした後、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、送信信号を出力するＯＦＤＭ変調器２と、合成された送信信号を可視光に重畳させるようにＬＥＤ（発光ダイオード）３０を駆動するＬＥＤ駆動部３と、を備えて構成される。
【００３０】
図１に示すように、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を有し、第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られる第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。またこのとき、デジタル変調部２０の第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２は、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、図３に示すように、合成信号の電力スペクトル密度（値）が打ち消されて零となるように、第１サブキャリアで変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアで変調した第２デジタル変調信号を、直交関係に配置するようになっている。
【００３１】
さらに、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１で変調されたデジタル送信信号を入力し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路としてのローパスフィルター２３、第２デジタル変調部２２で変調されたデジタル送信信号を入力し、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路としてのハイパスフィルター２４、及びローパスフィルター２３から出力された第１デジタル変調信号と、ハイパスフィルター２４から出力され第１デジタル変調信号とは周波数帯域が重なる第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、ＯＦＤＭの送信信号を出力する信号合成部２７、を備えている。
【００３２】
ＬＥＤ３０は、例えば図示しないデジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト装置、照明用の灯具などに装着され、ＬＡＮなどを通して送られた各種の情報信号を照明用の可視光に重畳させてＬＥＤ３０が照明光を照射し、可視光の到達範囲内に配置される後述の受信装置に対し、情報信号を送信するように構成される。
【００３３】
送信データ処理部１のデータ処理部１３は、ＣＰＵ、メモリ、レジスタなどから構成され、イーサネット(登録商標)インタフェース１１を通して、ＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力する。そして、データバッファ１２にそれらのバケットデータを一時格納し、さらに、データ処理部１３は、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する構成である。なお、ＬＥＤ３０の調光を行なう調光信号が送信データ処理部１を通して送られる場合、入出力部１５を通して調光信号が調光回路３６及びＤＣオフセット回路３７に送られるようになっている。
【００３４】
ＯＦＤＭ変調器２は、上述のように、第１サブキャリアと第２サブキャリア用に時分割して交互に割り当てられた送信データ信号の各データを、各々デジタル変調する第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を備え、第１デジタル変調部２１の出力側にはローパスフィルター２３が接続され、第２デジタル変調部２２の出力側にはハイパスフィルター２４が接続される。
【００３５】
第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られた第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、例えば１６ＱＡＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫなどのデジタル変調方式により、第１サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。また、第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られた第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、同様のデジタル変調方式により、第２サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。
【００３６】
図３は、第１サブキャリアにより変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアにより変調した第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度（値）を示しており、ここで、ＯＦＤＭの搬送波（サブキャリア）の基本周波数をｆｃ、送信データつまりベースバンド信号の周波数をｆｏとすると、第１デジタル変調信号の周波数は（ｆｃ＋ｋｆｏ）となり、第２デジタル変調信号の周波数は｛ｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ｝、（ｋはｋ番目のデジタル変調信号を示す）となるように選択される。第１デジタル変調信号の周波数つまり第１サブキャリアの第１周波数と第２デジタル変調信号の周波数つまり第２サブキャリアの第２周波数は、その周波数帯域が図３のように重なって選定され、非常に狭い狭帯域となっている。
【００３７】
さらに、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とは直交関係、つまり第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成したとき、その電力スペクトル密度が打ち消されて零となる関係に配置される。デジタル変調信号はサブキャリアを送信データのベースバンド信号で変調したものであるので、送信データのシンボルレートで、直交関係となる周波数及び位相が決まることになる。
【００３８】
第１デジタル変調部２１の出力側に接続されるローパスフィルター２３は第１サブキャリアを送信データで変調した第１デジタル変調信号のみを通過させるように設定され、第２デジタル変調部２２の出力側に接続されるハイパスフィルター２４は第２サブキャリアを送信データで変調した第２デジタル変調信号のみを通過させるように設定される。ローパスフィルター２３とハイパスフィルター２４の出力側は第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成する信号合成部２７に接続される。信号合成部２７は、第１デジタル変調部２１からローパスフィルター２３を通して出力された第１デジタル変調信号と、第２デジタル変調部２２からハイパスフィルター２４を通して出力された第２デジタル変調信号とを、時間軸方向に加算する加算器であり、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成し、ＯＦＤＭ信号を出力するように構成される。
【００３９】
なお、ＯＦＤＭ信号は第１サブキャリアによって変調された第１デジタル変調信号と第２サブキャリアによって変調された第２デジタル変調信号の合成波であるので、サブキャリアまたはベースバンド信号の合成によっては、同時に発生する複数の振幅の高い波が合成され、ピーク値の高いピーク波が現れるが、信号合成部２７の出力側に補正回路を接続し、その補正回路に予め閾値を設定し、閾値を超えるピーク波が現れた場合、ピーク波のデータを線形圧縮補正するように構成することができる。
【００４０】
このように、ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当て、その送信データを第１デジタル変調部２１にて第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２では第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調すると共に、デジタル変調した第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零になるように、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が直交関係に配置される。このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、各々フィルター回路のローパスフィルター２３またはハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力され、信号合成部２７でこれらの信号が時間軸方向に加算して合成され、ＯＦＤＭ信号としてＬＥＤ駆動部３に出力される。
【００４１】
ＬＥＤ駆動部３は、ＯＦＤＭ信号を入力して増幅する増幅器３１及び帯域補正増幅器３２を有し、増幅したＯＦＤＭ信号をＬＥＤドライバ３３に入力し、ＬＥＤドライバ３３によりＬＥＤ３０を発光駆動すると共に、発光した可視光にＯＦＤＭ信号を重畳させるように構成される。このために、増幅器３１の出力側が帯域補正増幅器３２に接続され、帯域補正増幅器３２の出力側がＬＥＤドライバ３３に接続される。
【００４２】
ＬＥＤドライバ３３には、ＬＥＤ３０を定電流で駆動する回路が使用されるが、ＬＥＤ３０のＩＶ特性（電流電圧特性）は、ＬＥＤ３０の温度の上昇と共に電圧が低下し、また、調光により電流が低下したとき、電流の高い場合に比べ、そのＩＶ特性曲線の傾きが変化する。このため、ＬＥＤ駆動部３には、ＬＥＤの温度補償を行う温度補償回路３５、及び照度を安定して調光動作させる照度安定化回路３４が設けられている。
【００４３】
温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出しその温度に基づき増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して、ＬＥＤ３０のＩＶ特性によるひずみを補正して温度補償を行なう。照度安定化回路３４は、調光回路３６によりＬＥＤの照度が調光された場合、その調光操作に応じて生じるＩＶ特性のひずみを補正して、照度を安定して調光動作させるようになっている。
【００４４】
一方、照明光としても使用されるＬＥＤ３０の照度を調整し調光するために、調光回路３６、ＤＣオフセット回路３７が設けられている。調光回路３６及びＤＣオフセット回路３７は、ＬＡＮから送られる調光信号或いは図示しないリモートコントローラなどから送られる調光信号に基づき調光動作し、ＤＣオフセット回路３７は、調光信号に応じて、増幅器３１の直流オフセットレベルを調整し、送信信号のレベルを調整してＬＥＤ３０の照度を変える。また、増幅器３１の直流オフセットレベルは、温度補償回路３５及び照度安定化回路３４からの信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度によるＩＶ特性のひずみや調光に伴うＩＶ特性のひずみを補正するようになっている。
【００４５】
通常、ＬＥＤの温度係数は約−２ｍＶ／℃であり、高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化する。このため、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正するようになっている。
【００４６】
つまり、ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線はＬＥＤ３０の照度の高さに応じても変化する。このため、送信信号を増幅する増幅器３１の直流オフセットレベルを、調光信号と共に温度信号によっても調整するようにし、ＬＥＤ３０の動作の温度補償及び照度の安定化を行なっている。
【００４７】
温度補償回路３５は、増幅器３１に接続され、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、また、調光回路３６から送られる調光信号に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを調整する。
【００４８】
調光信号によりＬＥＤ３０の動作ＩＶ領域が変わり照度が高く或いは低く変化した場合、例えば、照度の高い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が比較的良好であるのに対し、照度の低い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が悪くひずみが大きい。このため、ＬＥＤ３０が照度の低い領域で動作中、調光が行われると、照度の高い領域のときに比べ、調光操作に応じた調光を行なうことができず、また調光幅も小さくなる。
【００４９】
このため、ＬＥＤ駆動部３には、ＬＥＤ３０の非線形の電流電圧特性をリニアに補正してＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路３４が設けられる。この照度安定化回路３４は、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して調光する際、例えば照度の高い領域では、そのＩＶ特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正し、例えば照度の低い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正するようにしている。
【００５０】
上述のように、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅するようにしている。帯域補正増幅器３２の出力側には、ＬＥＤ３０を発光駆動するＬＥＤドライバ３３が接続される。
【００５１】
ＬＥＤ３０の周波数特性は、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっている。このために、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するようになっている。
【００５２】
図２は、上記可視光通信送信装置から送信された可視光信号を受信する可視光通信受信装置の構成ブロック図を示している。この可視光通信受信装置は、上述のように、可視光通信送信装置において、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調し、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルターを通して得られた第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤ３０から照射される可視光に重畳させて送信される送信信号を、受光素子５０により受光（受信）し、復調するように構成される。
【００５３】
この可視光通信受信装置は、図２に示すように、可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子５０と、受光素子５０から出力された受光信号を増幅する増幅器５１と、増幅器５１から出力され直交変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングして第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を分離して取り出すフィルター回路とを備えている。増幅器５１には、受信信号に同調する同調回路が設けられ、２波のＯＦＤＭ信号である狭帯域の受信信号を、高いＳ／Ｎ比で高感度に増幅するようになっている。
【００５４】
フィルター回路は、高周波受信信号から第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみを取り出すローパスフィルター５２と、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみを取り出すハイパスフィルター５３とから構成され、ローパスフィルター５２の出力側に、分離された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力して、第１デジタル信号に復調する第１復調器５４が接続され、ハイパスフィルター５３の出力側に、分離された第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力して、第２デジタル信号に復調する第２復調器５５が接続される。
【００５５】
ローパスフィルター５２とハイパスフィルター５３は、可視光通信送信装置の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号の周波数が例えばｆｃ＋ｋｆｏ（図３）で、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の周波数がｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ（図３）の場合、より低い周波数の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を、ローパスフィルター５２を通して出力し、より高い周波数の第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、ハイパスフィルター５３を通して出力するように構成される。
【００５６】
さらに、第１復調器５４から出力された第１デジタル信号と第２復調器５５から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、第１デジタル信号と第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部５６が、第１復調器５４と第２復調器５５の出力側に接続される。
【００５７】
第１復調器５４と第２復調器５５は、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を復調（ダウンコンバージョン）してデータ信号を出力する回路であり、第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を得るようにし、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を得るように構成される。
【００５８】
データ合成部５６は、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力するように構成される。つまり、可視光通信送信装置の送信データ処理部１で送信データを時分割して交互に出力したときの処理と逆の処理を行なうように、第１データ信号と第２データ信号を交互に繋ぎ合わせ、元のデータ信号として、データ処理部５７に出力するものである。データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、可視光通信送信装置から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声を音声出力部５９に出力するように構成される。音声出力部５９は、その音声データに基づき図示しないスピーカーから音声を発生させるようになっている。
【００５９】
このように、可視光通信受信装置は、可視光に重畳して送信されたＯＦＤＭ信号を受信することになるが、そのＯＦＤＭ信号は、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の２波の信号のみを用いてデータを変調しているため、通常のＯＦＤＭ信号を復調する際に使用する高速離散フーリエ変換回路などのＬＳＩが不要となり、受信回路を非常に簡素化し小型化することができる。さらに、受信回路の簡素化に伴い、その消費電力も極めて少なくなるので、可視光通信受信装置は、小型電源の携帯端末などであっても、十分に搭載することが可能となる。
【００６０】
次に、上記構成の可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置の動作を説明する。可視光通信送信装置のＬＥＤ３０は、ＴＶ、デジタルサイネージなどのディスプレイのバックライト装置、ショーウインドウや地下街などの照明用に使用されると共に、可視光通信用の投光器として使用される。
【００６１】
一方、可視光通信受信装置は、携帯電話機などの携帯端末、或いは送信装置がＴＶのディスプレイの場合はＴＶ用リモコンなどに搭載され、可視光通信送信装置から送信された可視光信号を受信するように使用される。例えばデジタルサイネージで表示する表示情報に関連する情報を、その前を通過する人の携帯端末などに対し可視光を照射して送信する場合、可視光通信送信装置はデジタルサイネージのディスプレイのバックライト装置に装着され、その可視光を携帯端末に内蔵した可視光通信受信措置で受光し受信するように使用される。また、ＴＶ用のリモコンに可視光通信受信装置を搭載する場合、ＴＶのディスプレイのバックライト装置に可視光通信送信装置を搭載し、その送信装置から送信された情報を、ＴＶ用リモコンで受信し、それを表示し或いは音声を出力するように使用される。
【００６２】
可視光通信送信装置が起動すると、送信データ処理部１のデータ処理部１３は、イーサネットインタフェース１１を通してＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力し、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、データの各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する。
【００６３】
ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを時分割して、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当てるように入力する。このとき、第１デジタル変調部２１はその送信データを第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２は、第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調する。デジタル変調は、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，ＱＡＭなどの方式により行なわれ、第１デジタル変調部２１からはデジタル変調された第１デジタル変調信号が出力され、第２デジタル変調部２２からはデジタル変調された第２デジタル変調信号が出力される。
【００６４】
第１デジタル変調部２１から出力された第１デジタル変調信号はローパスフィルター２３を通して信号合成部２７に入力され、第２デジタル変調部２２から出力された第２デジタル変調信号はハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力される。信号合成部２７では第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成するが、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度を打ち消して零となるように直交関係に配置された信号であり、このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成され、これによって、ＯＦＤＭ変調器２において直交変調が行なわれ、信号合成部２７からはＯＦＤＭ信号がＬＥＤ駆動部３の増幅器３１に出力される。
【００６５】
増幅器３１は、ＯＦＤＭ信号の第１サブキャリアと第２サブキャリアの送信信号を増幅し、増幅された送信信号が帯域補正増幅器３２により帯域補正された後、ＬＥＤドライバ３３に入力され、ＬＥＤドライバ３３はＬＥＤ３０を発光駆動する。これにより、ＬＥＤ３０が発光し、ＯＦＤＭ変調された高周波の送信信号を重畳した可視光が、ＬＥＤ３０から可視光通信用及び照明用として、ディスプレイのバックライト装置或いは照明用ライトなどから照射される。
【００６６】
このとき、可視光通信送信装置は、ＬＥＤ３０を発光させて可視光を照射し、その可視光にＯＦＤＭ信号を重畳させて送信するが、高周波領域で周波数特性にひずみの生じるＬＥＤを使用しても、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に接続された帯域補正増幅器３２により、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅する。
【００６７】
また、照明光として使用されるＬＥＤ３０の光が調光回路３６、ＤＣオフセット回路３７により調光された場合、調光信号によりＬＥＤ３０の動作ＩＶ領域が変わり、照度の高い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が比較的良好であるのに対し、照度の低い領域では、電圧Ｖの変化に対し電流Ｉの変化の直線性が悪くひずみが大きくなる。このため、ＬＥＤ３０が照度の低い領域で動作中、調光が行われると、照度の高い領域のときに比べ、調光操作に応じた高速伝送を行なうことができず、また調光幅も小さくなる。
【００６８】
しかし、ＬＥＤ駆動部３の照度安定化回路３４は、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して調光する際、例えば照度の高い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正し、例えば照度の低い領域では、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正する。これにより、調光信号に応じてＬＥＤ３０の調光を安定して行うと共に重畳信号の補正をダイナミックに行なうことができる。
【００６９】
さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正する。
【００７０】
ＬＥＤの温度係数は例えば約−２ｍＶ／℃程度であり、定電流駆動される高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化するが、温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正し、ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下するので、増幅器３１の直流オフセットレベルを、温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作する。これにより、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消し、ＬＥＤとその駆動部の温度補償を行なうことができる。
【００７１】
また、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、周波数帯域の広い高周波信号であっても、良好な直線性をもって増幅する。
【００７２】
また、ＬＥＤ３０の周波数特性は、上記の如く、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性であるが、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するので、高周波の周波数帯域を用いて信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性のＬＥＤ３０を可視光投光用に使用した場合でも、ひずみを生じさせずに、ＬＥＤの可視光に送信信号を重畳させて、情報を高速で送信することができる。
【００７３】
さらに、照明光として使用されるＬＥＤ３０の光が調光された場合には、調光回路３６からの調光信号により増幅器３１の直流オフセットレベルが調整されて調光されるが、このとき、ＬＥＤ３０の動作点の電流と電圧が変化し、リニアに調光することが難しくなる。しかし、照度安定化回路３４は、ＬＥＤ３０の照度の高い領域または低い領域つまり調光信号に応じて、その特性曲線とは逆特性の補正曲線をもった補正回路により増幅器３１の直流オフセットレベルを補正することにより、ＬＥＤ３０の調光を安定して行うことができる。
【００７４】
さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、増幅器３１の直流オフセットレベルを温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正するので、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消することができる。
【００７５】
可視光通信送信装置から送信され照射された可視光は、可視光通信受信装置の受光素子５０により受光され、受光素子５０から出力された受信信号は増幅器５１で増幅される。受信信号は、２波のＯＦＤＭ信号からなる非常に狭帯域の高周波信号であり、その狭帯域の高周波信号に同調する同調回路を設けた増幅器５１により、受信信号は高いＳ／Ｎ比で高感度に受信され増幅される。
【００７６】
増幅器５１から出力された受信信号は、ローパスフィルター５２を通すことにより、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみが分離して第１復調器５４に入力され、ハイパスフィルター５３を通すことにより、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみが分離して第２復調器５５に入力される。
【００７７】
第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を抽出し、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を抽出するように動作し、これにより、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号に含まれる送信データ、及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号に含まれる送信データが復調（ダウンコンバージョン）され、第１復調器５４、第２復調器５５から復調された各々のデータ信号が出力される。
【００７８】
次に、復調されたデータ信号は、データ合成部５６に入力され、データ合成部５６では、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力する。出力されたデータ信号は、データ処理部５７に入力され、データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、可視光通信送信装置から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声信号を音声出力部５９に出力し、スピーカーなどから音声を発生させる。
【００７９】
このように、可視光通信送信装置のＬＥＤ３０から照射された可視光に重畳される送信信号が２波の直交周波数分割多重の信号、つまり第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみからなる信号のため、従来のＯＦＤＭ方式の可視光通信受信装置に比べ、離散高速フーリエ変換回路、ＡＤコンバータなどを必要とせず、回路構成を非常に簡素化することができる。また、受信回路の消費電力も非常に少なくなるので、例えば電源を電池とする小型の携帯端末などにも、容易に搭載することができる。
【００８０】
さらに、可視光通信受信装置は、第１サブキャリアと第２サブキャリアの２波のＯＦＤＭ変調された送信信号を受信し、受信信号の帯域幅は非常に狭い狭帯域となるので、可視光通信受信装置は、比較的簡単な受信回路を使用して、良好なＳ／Ｎ比で、且つ高感度に信号を受信することができる。
【００８１】
なお、可視光通信送信装置における上記ＯＦＤＭ変調器２は、ハードウエア構成であったが、ＣＰＵを基本構成とするデータ処理部のソフトウエアにより、ＯＦＤＭ変調、つまり、送信データ処理部１から送られたデータを時分割し、時分割された各データを交互に、第１サブキャリアの第１周波数と第２サブキャリアの第２周波数で変調し、それらを時間軸方向に加算して合成し、ＯＦＤＭ信号を生成する処理を行なうこともできる。
【００８２】
また、同様に、可視光通信受信装置の上記第１復調器５４、第２復調器５５は、ハードウエア構成であったが、ＣＰＵを基本構成とするデータ処理部のソフトウエアにより、ＯＦＤＭ復調、つまり、受信信号からフィルターを通して分離された第１デジタル変調信号を、第１サブキャリアの第１周波数と同じ周波数の信号を乗算して、そこに含まれるデータを抽出し、分離された第２デジタル変調信号を、第２サブキャリアの第２周波数と同じ周波数の信号を乗算して、そこに含まれるデータを抽出し、それらのデータを時間的に交互に繋ぎ合わせ、ＯＦＤＭ信号の復調を行なうこともできる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 送信データ処理部
２ ＯＦＤＭ変調器
３ ＬＥＤ駆動部
１１ イーサネットインタフェース
１２ データバッファ
１３ データ処理部
１４ データメモリ
１５ 入出力部
２０ デジタル変調部
２１ 第１デジタル変調部
２２ 第２デジタル変調部
２３ ローパスフィルター
２４ ハイパスフィルター
２４ ハイフィルター
２７ 信号合成部
３０ ＬＥＤ
３１ 増幅器
３２ 帯域補正増幅器
３３ ＬＥＤドライバ
３４ 照度安定化回路
３５ 温度補償回路
３６ 調光回路
３７ ＤＣオフセット回路
５０ 受光素子
５１ 増幅器
５２ ローパスフィルター
５３ ハイパスフィルター
５４ 第１復調器
５５ 第２復調器
５６ データ合成部
５７ データ処理部
５８ 表示器
５９ 音声出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重方式により送信データのデジタル信号を複数のサブキャリアに分割して変調し、変調された高周波信号を、ＬＥＤの発光動作により照射される可視光に重畳させて、送信データ信号を送信する可視光通信送信装置において、
パケット化された送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調して第１デジタル変調信号を生成する第１デジタル変調部と、該送信データ処理部から送られる該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調して第２デジタル変調信号を生成する第２デジタル変調部とを含み、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を直交関係に配置するデジタル変調部と、
該第１デジタル変調部で変調された該第１デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路と、
該第２デジタル変調部で変調された該第２デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路と、
該第１フィルター回路から出力された該第１デジタル変調信号と、該第２フィルター回路から出力された該第２デジタル変調信号とを入力し、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成して出力する信号合成回路と、
該信号合成回路で合成された送信信号を可視光に重畳させるように前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動部と、
を備えたことを特徴とする可視光通信送信装置。
【請求項２】
前記信号合成部の出力側に帯域補正増幅器が接続され、該帯域補正増幅器は、前記ＬＥＤの周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ駆動部には前上記信号合成部で合成された高周波信号を増幅する増幅器が設けられ、調光操作に応じて該増幅器の直流オフセットレベルを調整してＬＥＤの発光レベルの調整を行なうＤＣオフセット回路及び調光回路が設けられたことを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ駆動部の前記増幅器には、前記ＬＥＤの温度特性を補償してＬＥＤの温度変化に対し照度を一定にする温度補償回路が接続され、検出されたＬＥＤの電流・電圧及びＬＥＤまたはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、該増幅器に信号を出力して直流オフセットレベルを調整することを特徴とする請求項３記載の可視光通信送信装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤ駆動部には、前記調光回路の調光信号に応じて前記ＬＥＤの非線形の電流電圧特性をリニアに補正し、該ＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路が設けられ、ＬＥＤドライバの出力電圧に応じて該照度安定化回路から前記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整することを特徴とする請求項３記載の可視光通信送信装置。
【請求項６】
可視光通信送信装置にて、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調し、該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルター回路を通して得られた該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、その電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように直交関係に配置し合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤから照射される可視光に重畳させて、該可視光通信送信装置から送信される送信信号を受信する可視光通信受信装置であって、
該可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
該受光素子から出力された受光信号を増幅する増幅器と、
該増幅器から出力され直交変調された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングし、該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号とを分離して取り出すフィルター回路と、
該フィルター回路から分離して出力された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力し、第１デジタル信号に復調する第１復調器と、
該フィルター回路から分離して出力された該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力し、第２デジタル信号に復調する第２復調器と、
該第１復調器から出力された第１デジタル信号と該第２復調器から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、該第１デジタル信号と該第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部と、
を備えたことを特徴とする可視光通信受信装置。
【請求項７】
前記増幅器に、前記第１サブキャリアの第１周波数及び第２サブキャリアの第２周波数に共振する同調回路が設けられたことを特徴とする請求項６記載の可視光通信受信装置。
【請求項１】
直交周波数分割多重方式により送信データのデジタル信号を複数のサブキャリアに分割して変調し、変調された高周波信号を、ＬＥＤの発光動作により照射される可視光に重畳させて、送信データ信号を送信する可視光通信送信装置において、
パケット化された送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部と、
該送信データ処理部から送られる該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調して第１デジタル変調信号を生成する第１デジタル変調部と、該送信データ処理部から送られる該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調して第２デジタル変調信号を生成する第２デジタル変調部とを含み、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を直交関係に配置するデジタル変調部と、
該第１デジタル変調部で変調された該第１デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路と、
該第２デジタル変調部で変調された該第２デジタル変調信号を含む信号を入力し、該第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路と、
該第１フィルター回路から出力された該第１デジタル変調信号と、該第２フィルター回路から出力された該第２デジタル変調信号とを入力し、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように、該第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成して出力する信号合成回路と、
該信号合成回路で合成された送信信号を可視光に重畳させるように前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動部と、
を備えたことを特徴とする可視光通信送信装置。
【請求項２】
前記信号合成部の出力側に帯域補正増幅器が接続され、該帯域補正増幅器は、前記ＬＥＤの周波数特性の非線形ひずみに対し、予めひずみの逆特性を送信信号に加えて補正するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ駆動部には前上記信号合成部で合成された高周波信号を増幅する増幅器が設けられ、調光操作に応じて該増幅器の直流オフセットレベルを調整してＬＥＤの発光レベルの調整を行なうＤＣオフセット回路及び調光回路が設けられたことを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ駆動部の前記増幅器には、前記ＬＥＤの温度特性を補償してＬＥＤの温度変化に対し照度を一定にする温度補償回路が接続され、検出されたＬＥＤの電流・電圧及びＬＥＤまたはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、該増幅器に信号を出力して直流オフセットレベルを調整することを特徴とする請求項３記載の可視光通信送信装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤ駆動部には、前記調光回路の調光信号に応じて前記ＬＥＤの非線形の電流電圧特性をリニアに補正し、該ＬＥＤの照度を安定させる照度安定化回路が設けられ、ＬＥＤドライバの出力電圧に応じて該照度安定化回路から前記増幅器に信号を出力してその直流オフセットレベルを調整することを特徴とする請求項３記載の可視光通信送信装置。
【請求項６】
可視光通信送信装置にて、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、該第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の該第１サブキャリアによりデジタル変調し、該第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、該第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルター回路を通して得られた該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、その電力スペクトル密度が打ち消されて零となるように直交関係に配置し合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤから照射される可視光に重畳させて、該可視光通信送信装置から送信される送信信号を受信する可視光通信受信装置であって、
該可視光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
該受光素子から出力された受光信号を増幅する増幅器と、
該増幅器から出力され直交変調された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングし、該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号とを分離して取り出すフィルター回路と、
該フィルター回路から分離して出力された該第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力し、第１デジタル信号に復調する第１復調器と、
該フィルター回路から分離して出力された該第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力し、第２デジタル信号に復調する第２復調器と、
該第１復調器から出力された第１デジタル信号と該第２復調器から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、該第１デジタル信号と該第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部と、
を備えたことを特徴とする可視光通信受信装置。
【請求項７】
前記増幅器に、前記第１サブキャリアの第１周波数及び第２サブキャリアの第２周波数に共振する同調回路が設けられたことを特徴とする請求項６記載の可視光通信受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４９９０１（Ｐ２０１２−４９９０１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１１６１（Ｐ２０１０−１９１１６１）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（５０７２９９７５８）株式会社アウトスタンディングテクノロジー (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（５０７２９９７５８）株式会社アウトスタンディングテクノロジー (16)
【Ｆターム（参考）】
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