(57)【要約】【課題】可視光の広大な帯域を有効利用ができ、マルチパスに強く、多重化に向いた方式と、通信性能に影響の大きい可視光受光部の構造と、通信プロトコルの通信要素を限定しない通信方式とを実現する可視光通信専用モデムを提供する。【解決手段】可視光通信専用モデムにＯＦＤＭ変調方式、反射型受信部を採用し、インターネット通信、音声通信、動画通信及び各種プロトコル対応可能な１対１、１対ｎ、ｎ対ｎの可視光通信を行なう。【選択図】図１
2010130603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線又は有線による通信中継機能を有するモデムにおいて、発光部及び受光部が一体化した反射型受発光装置とＯＦＤＭ変調方式による可視光通信制御装置を備えたことを特徴とする可視光通信専用モデム。
【請求項２】
前記反射型受発光装置は、少なくとも１個の発光素子と少なくとも１個の受光素子が、直接反射面で受けるように対向して配置された構造を持つことを特徴とする請求項１に記載の可視光通信専用モデム。
【請求項３】
前記可視光通信制御装置は、無線通信又は有線通信による可視光を利用しないネットワークとの情報送受信において、情報をカプセル化し、定められた可視光通信プロトコルに従い、可視光通信ネットワーク内の拠点と通信を可能にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の可視光通信専用モデム。
【請求項４】
前記可視光通信制御装置は、一定の可視光帯域を定めることにより、少なくとも一つの通信相手を限定できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可視光通信専用モデム。
【請求項５】
前記可視光通信制御装置は、一定の可視光帯域を定めることにより、用途目的別に通信を限定できる特徴を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可視光通信専用モデム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信を含む有線通信及び無線通信を可能にする可視光通信専用モデムに関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光通信は、光の点滅や、光の周波数の変調を利用して、光に情報を乗せる通信方法である。送信装置として身近な照明器具に変調装置を追加するだけで通信機器に使えるという利便性に着目し、関連機器の研究や利用方法が模索されてきた。
【０００３】
変調方式として、サブキャリア反転パルス位相変調を利用すると光の点滅に人は気付かなくなる。また、発光素子及び受光素子として、近年、急速に普及しつつあるＬＥＤ等を使用すると、光対電気間で高速に信号を変換できるようになり可視光通信が可能になった。
【０００４】
可視光域は人間に安全であり、至る所に設置されている照明器具を利用してワイアレス通信環境が実現でき、また、電波法の規制を受けないため、広帯域の周波数を自由に使用できるというメリットが享受できる。
【０００５】
前述のように可視光通信は、照明器具を利用する通信とする提案が多く見受けられるが、可視光通信の広大な帯域利用性は、将来の人類にとって、もっと幅広い利用価値を有するものであり、照明機器の２次的利用に限定されるものではない。
【０００６】
更に、可視光は、第３の通信手段としての将来性が見込まれており、データ通信のみならず、音声、画像、動画の通信にも利用される可能性大である。
【０００７】
一方、可視光通信は光が届く範囲が限られ、距離が離れたり、遮断物の存在があれば中断が発生したり、高速化が困難になる欠点がある。その為、中断の無い通信を行うための中継技術が必須であり、特に可視光通信専用モデムの提供は不可欠である。
【０００８】
また、可視光を利用した通信方法は、当初、ＬＥＤ等の光源の点滅によるパルス変調から始まった（特許文献１）。その後、変調方式は、伝送効率を高めるため、多値の振幅偏移変調を直交位相変調するＱＡＭ等が採用され、主流となっている。
【特許文献１】特開２００８−２８３４４６号公報
【特許文献２】特願２００８−１８５４４９号
【特許文献３】特開２００６−２５３５２８号公報
【特許文献４】特開２００６−１３５１２３号公報
【特許文献５】特開２００３−３０３９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＱＡＭ変調方式はベースバンド方式に限定されており、実装する仕組みが単純であるが、同時に複数の通信を行うことができず、遠距離通信に不向きであり、また、雑音に弱いという欠点がある。
【００１０】
このため、他の通信方式やメディアを相互乗り入れできる変調方式を採用する必要がある。この変調方式は、可視光の広大な帯域を有効利用ができ、発生するマルチパスに強く、多重化に向いた方式が望まれる。
【００１１】
可視光通信専用モデムの送信発光部には電気的に制御ができる高輝度ＬＥＤの使用が公知となっている。しかし、当モデムの性能を決める受信受光部については、フォトディテクタが使用されているが、特に感度が要求されるため、効率のよい受光構造が要求される。
また、可視光は生活に密着するものであるから、ユビキタスプラットフォームを構成するキャリアとなりえるものであり、可視光通信専用モデムを介して、周辺機器をワイアレスに接続する方式が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１３】
発明者等は、先に可視光通信において中断の無い中継方式及び中継通信装置（特許文献２）を提案した。本発明である可視光通信専用モデムは、その中継方式とデータカプセル化による送受信方式に基づき通信する。
【００１４】
また、送信発光部は、効率の良い反射型発光ダイオードユニットで形成されており（特許文献３，４）、受信受光部は、同じユニット内に受光ダイオードを発光ダイオードと併設する。従って、反射型受発光ユニットとして一体化する。反射型受光ダイオードの併設については、複数ダイオードを併設する構造が特許文献５に説明されており、その発展形となる。発光と受光の分離は、変調方式により解決可能である。
【００１５】
また、この受発光ダイオードは発光素子の発光面側とその素子が発する光を直接反射面で受けるように対向した構造で配置され、受光素子は発光素子と並列に配置し、同様に光を直接反射面から受けることができるものである。発光素子も受光素子も複数個を直並列に接続できる構造であることが、特許文献３，４に記載されている。
【００１６】
変調方式は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）を採用する。ＯＦＤＭは位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせた多重化方式である。多数の搬送波であるサブキャリアは他のサブキャリアを干渉しないので、マルチパスに強く、かつ、帯域を非常に有効に利用できる利点がある。これらのサブキャリアを利用して、両方向送受信、ｎ対ｎの通信、多用なメディアやデータの送受信が一度に行える。
【００１７】
従って、本発明である可視光通信専用モデムは、無線又は有線による通信中継機能を有するモデムにおいて、発光部及び受光部が一体化した反射型受発光装置とＯＦＤＭ変調方式による可視光通信制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明である可視光通信専用モデムの反射型受発光装置は、少なくとも１個の発光素子と少なくとも１個の受光素子が、直接反射面で受けるように対向して配置された構造を持つことを特徴とする。
【００１９】
可視光通信専用モデム、現在存在するネットワークから受信したデータ等を可視光通信プロトコルに準拠したカプセル化を施し、可視光通信可能な装置類に中継する。同様に可視光通信可能な装置類から送信されたデータ類を受取り、
カプセルを除去して、可視光通信ではない外部のネットワークに送信する。
【００２０】
可視光通信可能な装置類の間で、可視光が到達できる環境においては、可視光通信のみで通信が可能である。また、障害物や遠距離のために、可視光が到達できない場合には、中継を繰り返して通信が可能になる。このように、中継機能が、ｎ対ｎ、１対ｎの通信を実現する。
【００２１】
ＰＣとプリンタのようなケーブル接続されているシステムや、本来別々に存在する家庭電化製品を遠隔操作による管理する場合には、ワイアレスの可視光通信の採用が有利である。
【００２２】
更に、本来一体化している装置の部分を分離し、本体と部品の間で可視光通信を行えば、利便性が高まる。可視光は、非常に狭い距離間のワイアレス接続が可能であり、ユビキタス性に富んだ通信方式である。極端な場合にはナノの領域での通信も、テラヘルツ級の周波数により可能である。このように中継機能が、１対１又は１対ｎの通信を実現する。
【００２３】
従って、本発明である可視光通信専用モデムの可視光通信制御装置は、無線通信又は有線通信による可視光を利用しないネットワークとの情報送受信において、情報をカプセル化し、定められた可視光通信プロトコルに従い、可視光通信ネットワーク内の拠点と通信を可能にすることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明である可視光通信専用モデムは、一定の可視光帯域を定めることにより、少なくとも一つの通信相手を限定できる特徴を有する。
【００２５】
また、本発明である可視光通信専用モデムの可視光通信制御装置は、一定の可視光帯域を定めることにより、用途目的別に通信を限定できる特徴を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、可視光通信にＯＦＤＭ変調方式を採用することにより、可視光の広大な帯域を有効利用ができる効果を奏する。更に、他の通信方式やメディアを相互乗り入れでき、双方向に１対ｎ、ｎ対ｎの多重化通信を可能にする効果を奏する。更に、マルチパスに強く、雑音環境にも最適制御ができる効果を奏する。
【００２７】
また、可視光の送受信には、受光と発光のダイオードを一体化した反射型受発光器により、効率よく、コンパクトな装置にできる効果を奏する。
【００２８】
また、可視光の周波数を利用して、極端に狭い距離間での通信を可能にする効果を奏する。更に、交信周波数帯域を定め、交信相手を限定できる効果を奏する。更に、交信周波数帯域を定め、用途目的を限定できる効果を奏する。
【００２９】
この効果は、生活に密着した可視光を利用して、ユビキタスプラットフォームを構成するキャリアとなる効果を加え、例えば、接続装置類をワイアレスに接続できる効果に繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明である可視光通信専用モデムの構成を示す図である。可視光通信専用モデムは可視光通信機能のみの構成や、無線通信機能又は有線通信機能が付加された構成など、その構成は自由である。また、可視光通信専用モデムが本体機器に付属する場合や、独立した中継装置となる場合もある。このため、本図は、中核となる可視光通信機能部分を示し、その他の部分は図示していない。
【００３１】
可視光通信制御装置１００は、ＯＦＤＭ変調方式に基づき、通信を実行し、可視光プロトコルを制御する機能を受け持つ。送信は、電気信号の情報を可視光搬送波に乗せて反射型受発光装置１０１に受け渡す。受信は可視光搬送波を反射型受発光装置１０１から受け取り、電気信号に変換する。
【００３２】
反射型受発光装置１０１は、発光素子１０５として高輝度ＬＥＤを、受光素子１０２としてフォトディテクタを採用し、両者を同一ユニット内に共存させ、反射鏡を介して効率よく受発光する構造を持たせた。本来は、マルチパスを避けるため、発光部と受光部は分離されて構成されるが、ＯＦＤＭ変調方式がマルチパスに強い特長があること、及び本発明が可視光通信に採用した情報カプセル内の情報パケットの宛先識別機能や周波数指定機能により、送信／受信を識別できることから、受発光一体化の構造が可能になった。
【００３３】
この結果、受発光ユニットの小型化を視野に入れた設計が自由になり、移動端末、携帯電話、公共通信機材、放送通信機器、音声通信機器、情報通信機器の小型化にもつながる。有線ケーブル網や無線ネットワーク網への普及も促進され、且つ、将来のユビキタスネットワークの足かけとして期待がもてる。
【００３４】
受信では、増幅部１０３は、可視光のＯＦＤＭ信号を受け取り、信号の強度を高めることや、タイミング調整、キャリアの周波数同期等を行い、ＯＦＤＭ復調部１０４に受け渡す。ＯＦＤＭ復調部１０４は直列並列変換した信号をフーリエ変換しサブキャリアを取り出し、サブキャリア毎に信号を復調し、並列直列変換して受信データを統合して可視光通信インターフェイス１０８へ渡す。
【００３５】
送信では、可視光通信インターフェイス１０８から送信データがＯＦＤＭ変調部１０７へ送られる。ＯＦＤＭ変調部１０７は、直列並列変換を行い、送信データをサブキャリアに分割する。次いで、逆フーリエ変換を行い、サブキャリアをマルチキャリア信号に変える。これを並列直列変換し、ＯＦＤＭ信号をＬＥＤ駆動部１０６に渡す。ＬＥＤ駆動部１０６は、電気信号を可視光搬送波に変換し、反射型受発光装置１０１に送る。
【００３６】
通信制御部１０９は、可視光通信プロトコルの実行や周波数選択等を行う。また、カプセル化されて受信したデータのカプセルを外し、通信上の解析を行ったり、本体機器から送られた又は中継した送信データをカプセル化して送出するなど、可視光通信全般の制御を行う。
【００３７】
図２は、本発明の可視光通信専用モデムの構成部品である反射型受発光装置１０１の構造を示す図である。
【００３８】
リード線フレームａ、ｂは発光素子１０５ａ、ｂや、受光素子１０２ａ、ｂを凹面反射板２０１の反射効果のある位置に据え付ける。受光素子接続金線２０２及び発光素子接続金線２０３は素子間又は対向リード線フレームまで導電するものである。素子は通常では、１個であるが、複数個を並列又は直列性に繋ぎ、反射型に構造化したため、非常に強力な集光効果を現出している。このダイオードを透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂２０７で固めた構造が反射型受発光装置１０１である。
【００３９】
図３は、本発明の可視光通信専用モデムを装着した、画面分離型携帯電話の利用形態を示す図である。画面分離型携帯電話により、可視光通信専用モデムの最良の形態を説明できるが、同時に、本発明の効果的な利用形態も本図に記載しており、以下、様々な機能を説明する。
【００４０】
通常の携帯電話は、携帯本体に画面は折りたたまれ、コンパクトになっている。画面を見る場合には、携帯本体が画面と接続されているので、画面を広げたり、裏表画面を回転させて見ることになる。光を使った通信は光を自由に使えるので、可視光通信モデム機能があるならば、簡単に通信ができる。この自由さを利用し、携帯本体と画面をワイアレスで分離して利用する形態を想定してみた。
【００４１】
携帯電話本体３０１は、通常、分離型携帯画面３０２と接合部３０３で繋がっている。画面を見ながら電話したり、携帯を移動端末として利用する場合には、画面と本体は分離していた方が都合がよい。分離型携帯画面３０２は左右両開きになり画面も拡大する。携帯電話本体３０１と分離型携帯画面３０２との間の信号授受、情報授受は、携帯本体受発光装置３０４と画面受発光装置３０５を介して、可視光通信で行う。この携帯本体／画面間１対１可視光通信３４０は通信相手が１つに固定される。同様のケースがサーバ３１０とプリンタ３１１の間のサーバ／プリンタ間１対１可視光通信３４１である。サーバ受発光装置３１２とプリンタ受発光装置３１３を介して、可視光通信で行う。
【００４２】
携帯電話網は無線通信である。携帯電話本体３０１も当然、携帯電話網を介して、無線で相手と会話できる。携帯間ｎ対ｎ無線通信３６３である。また、インターネット３３２にも接続できなくてはならない。これが携帯／インターネット間１対ｎ無線通信３５１である。
【００４３】
グループローカル可視光通信網３３０は、可視光通信による限定交信者間の通信網である。勿論、外部ネットワークを介して、当ネットワークに入ることも可能である。可視光通信専用モデム付き携帯電話３２２は、直接可視光が届かない場所から交信している。この場合は、可視光通信中継装置３２１が中継して、グループローカル可視光通信網３３０に入る。同じように、他のグループローカル可視光通信網や無線による外部ネットワークからの交信も可視光通信中継装置により可能である。可視光通信中継装置はキャリア変換等を実行して交信を可能にする。従って、メディア、通信プロトコル、通信方式の相違に関わらず、通信ができるのである。可視光通信専用モデム付き携帯電話３２２は中継装置経由携帯間ｎ対ｎ可視光通信３６２で携帯本体３０１と交信し、可視光通信中継装置３２１と携帯本体３０１は、携帯／中継装置間ｎ対ｎ可視光通信３６１を行っている。また、可視光通信専用モデム付き携帯電話３２０は、携帯本体３０１とは、携帯間ｎ対ｎ可視光通信３６０、サーバ３１０とは、サーバ／携帯間１対ｎ可視光通信を行っている。
【００４４】
携帯本体／画面１対１可視光通信３４０やサーバ／プリンタ間１対１可視光通信３４１は、周波数帯域を特定して、固定の相手のみの交信をするケースである。なお、可視光通信プロトコルは、カプセル化されたパケットフレームの構成があり、ヘッダーのグループ情報により、相手固定も可能な機能を有する。どちらを選択してもよい。また、グループローカル可視光通信網３３０も同様に周波数帯域固定やヘッダー情報の利用でも通信相手の限定が可能である。
【００４５】
可視光通信の広域性やＯＦＤＭの多重性を活用し、周波数帯域を用途目的に合わせて利用する方法を本発明では採用している。例えば、通信用帯域近傍に検波帯域を割り当て、検波帯域では、一定のサンプリング用搬送波等を送出させ、その歪みによる、利用している周波数を回避・変更したり、歪みを週搬送波の歪みを予め是正することに利用する方法がある。アプリケーションでは、ノードに対する一斉要求や、不適切利用ノードの監視に使用することが上げられる。
【００４６】
また、約４００〜８００テラヘルツという可視光周波数から、波長が約８００〜４００ナノメートルが換算でき、１シンボルの通信距離以上であれば、理論上通信可能になるので、将来のマイクロマシンとの交信にも適用できる。
本発明における装置類のマイクロ化は、未将来の技術を待たねばならないが、発想として、最適であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明である可視光通信専用モデムの構成を示す図である。
【図２】本発明の可視光通信専用モデムの構成部品である反射型受発光装置の構造を示す図である。
【図３】本発明の可視光通信専用モデムを装着した、画面分離型携帯電話の利用形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    可視光通信制御装置
１０１    反射型受発光装置
１０２    受光素子
１０３    増幅部
１０４    ＯＦＤＭ復調部
１０５    発光素子
１０６    ＬＥＤ駆動部
１０７    ＯＦＤＭ変調部
１０８    可視光通信インターフェイス
１０９    通信制御部
２０１    凹面反射板
２０２    受光素子接続金線
２０３    発光素子接続金線
２０６ａ  リード線フレームａ
２０６ｂ  リード線フレームｂ
２０７    透明エポキシ樹脂
３０１    携帯電話本体
３０２    分離型携帯画面
３０３    接合部
３０４    携帯本体受発光装置
３０５    画面受発光装置
３１０    サーバ
３１１    プリンタ
３１２    サーバ受発光装置
３１３    プリンタ受発光装置
３２０、３２２  可視光通信専用モデム付き携帯電話
３２１    可視光通信中継装置
３３０    グループローカル可視光通信網
３３１    携帯電話網
３３２    インターネット
３４０    携帯本体／画面間１対１可視光通信
３４１    サーバ／プリンタ間１対１可視光通信
３５０、３５２  サーバ／携帯間１対ｎ可視光通信
３５１    携帯／インターネット間１対ｎ無線通信
３６０    携帯間ｎ対ｎ可視光通信
３６１    携帯／中継装置間ｎ対ｎ可視光通信
３６２    中継装置経由携帯間ｎ対ｎ可視光通信
３６３    携帯間ｎ対ｎ無線通信
【図１】
2010130603.tif 000003
【図２】
2010130603.tif 000004
【図３】
2010130603.tif 000005