(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光通信送信装置であって、
互いに異なる色の光を発光する複数の発光部と、
送信データを前記発光部の各々が発する色の組み合わせに変調し、当該色の組み合わせに対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量を算出する発光量算出部と、
チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号を生成するプリアンブル信号生成部と、
前記プリアンブル信号生成部により生成されたプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々の発光量を制御すると共に、前記発光量算出部により算出された発光量で前記発光部の各々を発光させる発光制御部と、
を有し、
前記プリアンブル信号生成部は、前記発光部の各々に対応するプリアンブル信号を生成し、一の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信送信装置。
【請求項２】
送信データを色度座標上に配置された所定の色度点に対応付ける色座標変調部をさらに有し、
前記発光量算出部は、前記色座標変調部により前記送信データが対応付けられた色度点に対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量を算出する、請求項１に記載の可視光通信送信装置。
【請求項３】
前記プリアンブル信号には、自己相関が強くタイミング同期に用いられる同期符号成分が含まれ、
前記発光制御部は、前記対応するプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々を制御し、
一の前記発光部に対応するプリアンブル信号の同期符号成分と、他の前記発光部に対応するプリアンブル信号の同期符号成分とは同一形状である、請求項１又は２に記載の可視光通信送信装置。
【請求項４】
可視光通信受信装置であって、
互いに異なる色の光信号を受信する複数の受光部と、
プリアンブル信号に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に当該光信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル推定部と、
前記色の組み合わせに対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定部により推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償を施す伝搬路補償部と、
前記伝搬路補償部から出力された信号に基づき、前記色の組み合わせを検出して送信データを復調するデータ復調部と、
を有し、
一の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信受信装置。
【請求項５】
前記伝搬路補償部は、色度点に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定部により推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償を施し、
前記データ復調部は、前記伝搬路補償部から出力された信号に基づき、色度座標上の前記色度点を検出して前記送信データを復調する、請求項４に記載の可視光通信受信装置。
【請求項６】
前記プリアンブル信号の同期符号成分と同じ波形のサンプル信号を生成し、前記受光部の各々で受信した光信号のタイミングとサンプル信号のタイミングとを互いにスライドさせながら相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部により算出された相関値が所定の閾値を越えるタイミングを検出する同期タイミング検出部と、
をさらに有する、請求項５に記載の可視光通信受信装置。
【請求項７】
前記伝搬路補償部は、前記チャネル行列Ｈに基づいて算出されるウェイト行列Ｗを前記光信号に作用させて当該光信号に伝搬路補償を施す、請求項４〜６のいずれか１項に記載の可視光通信受信装置。
【請求項８】
前記ウェイト行列Ｗは、Ｗ＝（Ｈ＊ＨＨ）−１＊ＨＨである、請求項７の記載の可視光通信受信装置。
【請求項９】
互いに異なる色の光を発光する複数の発光部を有する送信装置で実行される可視光通信における可視光通信方法であって、
送信データが前記発光部の各々の発する色の組み合わせに変調され、当該色の組み合わせに対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量が算出される発光量算出ステップと、
チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号が生成されるプリアンブル信号生成ステップと、
前記プリアンブル信号生成ステップで生成されたプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々の発光量が制御されると共に、前記発光量算出ステップで算出された発光量に応じて前記発光部の各々が発光制御させる発光制御ステップと、
を含み、
前記プリアンブル信号生成ステップでは、前記発光部の各々に対応するプリアンブル信号を生成し、一の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信方法。
【請求項１０】
互いに異なる色の光信号を受信する複数の受光部を有する受信装置で実行される可視光通信における可視光通信方法であって、
プリアンブル信号に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に当該光信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル推定ステップと、
前記色の組み合わせに対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定ステップで推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償が施される伝搬路補償ステップと、
前記伝搬路補償ステップで伝搬路補償が施された光信号に基づき、前記色の組み合わせが検出される色検出ステップと、
前記色検出ステップで検出された色の組み合わせに基づいて送信データが復調されるデータ復調ステップと、
を含み、
一の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光通信送信装置、可視光通信受信装置及び可視光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、発光素子の応答速度に依存する。そのため、こうした応答速度の高い発光素子にも注目が集まっているのである。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。
【０００４】
上記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数を決定し、その多重数に基づいて入力データを割り当てることで、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。また、下記の特許文献２には、２次元の送受信セルにおいて補正フレームを挿入することで、背景光やノイズの影響を低減させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８８３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の各文献に記載された技術を用いても、光源数より多い多重度を実現することができず、データ伝送速度の高速化に限界がある。また、上記の各文献に記載された技術を用いても、伝搬路内での光量低下、外光の混入、光源の発光特性、及び受光素子の色分解感度等の影響により伝送品質が大きく劣化してしまう。
【０００７】
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、光伝搬路における伝搬特性の影響を低減させ、伝送品質を向上させることが可能な、新規かつ改良された可視光通信送信装置、可視光通信受信装置及び可視光通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、可視光通信送信装置であって、互いに異なる色の光を発光する複数の発光部と、送信データを前記発光部の各々が発する色の組み合わせに変調し、当該色の組み合わせに対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量を算出する発光量算出部と、チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号を生成するプリアンブル信号生成部と、前記プリアンブル信号生成部により生成されたプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々の発光量を制御すると共に、前記発光量算出部により算出された発光量で前記発光部の各々を発光させる発光制御部と、を有し、前記プリアンブル信号生成部は、前記発光部の各々に対応するプリアンブル信号を生成し、一の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信送信装置が提供される。
【０００９】
また、送信データを色度座標上に配置された所定の色度点に対応付ける色座標変調部をさらに有し、前記発光量算出部は、前記色座標変調部により前記送信データが対応付けられた色度点に対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量を算出してもよい。このように、当該可視光通信送信装置においては、色座標変調部により送信データが色度座標上の色度点に対応付けて変調される。つまり、送信データは、各色の比率に変調される。そのため、伝搬路で光量が減衰しても光信号に含まれる情報は失われないため、光量減衰に伴う伝送品質の劣化が生じにくくなる。
【００１０】
また、前記プリアンブル信号には、自己相関が強くタイミング同期に用いられる同期符号成分が含まれ、前記発光制御部は、前記対応するプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々を制御し、一の前記発光部に対応するプリアンブル信号の同期符号成分と、他の前記発光部に対応するプリアンブル信号の同期符号成分とは同一形状であってもよい。このようなプリアンブル信号を用いることで、同期符号成分から同期タイミングが検出され、同期符号に続いて含まれる信号の位置及び存在が検出できるようになる。
【００１１】
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、可視光通信受信装置であって、互いに異なる色の光信号を受信する複数の受光部と、プリアンブル信号に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に当該光信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル推定部と、前記色の組み合わせに対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定部により推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償を施す伝搬路補償部と、前記伝搬路補償部から出力された信号に基づき、前記色の組み合わせを検出して送信データを復調するデータ復調部と、を有し、一の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信受信装置が提供される。
【００１２】
また、前記伝搬路補償部は、色度点に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定部により推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償を施し、前記データ復調部は、前記伝搬路補償部から出力された信号に基づき、色度座標上の前記色度点を検出して前記送信データを復調してもよい。
【００１３】
また、前記プリアンブル信号の同期符号成分と同じ波形のサンプル信号を生成し、前記受光部の各々で受信した光信号のタイミングとサンプル信号のタイミングとを互いにスライドさせながら相関値を算出する相関値算出部と、前記相関値算出部により算出された相関値が所定の閾値を越えるタイミングを検出する同期タイミング検出部と、をさらに有してもよい。このように、各信号成分の相関特性を考慮すると、上記のように同期符号成分に基づいて同期タイミングを検出することができる。
【００１４】
また、前記伝搬路補償部は、前記チャネル行列Ｈに基づいて算出されるウェイト行列Ｗを前記光信号に作用させて当該光信号に伝搬路補償を施してもよい。
【００１５】
また、前記ウェイト行列Ｗは、Ｗ＝（Ｈ＊ＨＨ）−１＊ＨＨであってもよい。この方法は、比較的演算負荷が低いため、高速に伝搬路補償処理を実行することができる。また、可視光通信においてはチャネル行列Ｈの各成分が実数であるため、より負荷が小さく、かつ高速な処理が実現される。
【００１６】
上記の可視光通信送信装置及び可視光通信受信装置においては、チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号が光信号に乗せて送信される。さらに、このプリアンブル信号を用いて推定されたチャネル行列に基づき、光信号に伝搬路補償が施される。チャネル行列は、光伝搬路の伝搬特性を示すものである。そのため、チャネル行列を用いて光信号から伝搬路特性を除去することができる。例えば、ＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）法等を用いて光信号から伝搬路特性を除去することができる。その結果、伝送品質の劣化を効果的に低減させることが可能になる。
【００１７】
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発光する複数の発光部を有する送信装置で実行される可視光通信における可視光通信方法であって、送信データが前記発光部の各々の発する色の組み合わせに変調され、当該色の組み合わせに対応する色が放射されるように前記発光部の各々の発光量が算出される発光量算出ステップと、チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号が生成されるプリアンブル信号生成ステップと、前記プリアンブル信号生成ステップで生成されたプリアンブル信号に基づいて前記発光部の各々の発光量が制御されると共に、前記発光量算出ステップで算出された発光量に応じて前記発光部の各々が発光制御させる発光制御ステップと、を含み、前記プリアンブル信号生成ステップでは、前記発光部の各々に対応するプリアンブル信号を生成し、一の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記発光部に対応するプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信方法が提供される。
【００１８】
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信号を受信する複数の受光部を有する受信装置で実行される可視光通信における可視光通信方法であって、プリアンブル信号に対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に当該光信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル推定ステップと、前記色の組み合わせに対応する光信号が前記受光部の各々で受信された場合に前記チャネル推定ステップで推定されたチャネル行列に基づいて当該光信号に伝搬路補償が施される伝搬路補償ステップと、前記伝搬路補償ステップで伝搬路補償が施された光信号に基づき、前記色の組み合わせが検出される色検出ステップと、前記色検出ステップで検出された色の組み合わせに基づいて送信データが復調されるデータ復調ステップと、を含み、一の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分、及び他の前記受光部で受信されるプリアンブル信号のチャネル推定符号成分は、互いに直交関係を有する、可視光通信方法が提供される。
【００１９】
上記の方法では、チャネル行列の推定に用いるプリアンブル信号が光信号に乗せて送信される。さらに、このプリアンブル信号を用いて推定されたチャネル行列に基づき、光信号に伝搬路補償が施される。チャネル行列は、光伝搬路の伝搬特性を示すものである。そのため、チャネル行列を用いて光信号から伝搬路特性を除去することができる。例えば、ＺＦ法等を用いて光信号から伝搬路特性を除去することができる。その結果、光量減衰以外の要因により発生する伝送品質の劣化を効果的に低減させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、光伝搬路における伝搬特性の影響を低減させ、伝送品質を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［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４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５〜図１０を参照しながら、本発明の一実施形態に係る可視光通信システム２０の構成、及び効果について詳細に説明する。
【００２３】
［課題の整理］
まず、本発明の一実施形態に係る技術について詳細な説明をするに先立ち、同実施形態が解決しようとする課題について簡単に纏める。
【００２４】
（可視光通信システム１０の構成）
はじめに、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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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で、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、光源の種類に寄らず、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。
【００３５】
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の数を越える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と、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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。しかしながら、外乱光の影響は無視することができない。また、個々の発光部１０６から発せられる光のスペクトルには有限の幅があるため、複数の発光部１０６から発せられた色光の干渉（以下、ＲＧＢ干渉）による影響も無視することができない。さらに、複数の発光部１０６の間で発光強度のばらつき（以下、ＲＧＢばらつき）があると、その影響により伝送品質の劣化が発生してしまう。
【００４４】
上記のＲＧＢ干渉は、送信装置１００が有する発光部１０６の帯域特性、及び受信装置１３０が有する受光部１３２の帯域特性に起因して発生する。また、上記のＲＧＢばらつきは、送信装置１００が有する発光部１０６の発光強度特性、及び受信装置１３０が有する受光部１３２の受光感度特性に起因して発生する。このような影響に関し、例えば、図４に示すような試験結果が得られている。
【００４５】
図４は、色度座標上に配置された４つの色度点に２ビット毎のデータを割り当てて送信した場合（ＱＰＳＫ変調に相当）に受信装置１３０において検出される色度点の位置を示したものである。特に、図４には、（Ａ）外乱光（ＤＣ  ｎｏｉｓｅ）を加えた場合、（Ｂ）ＲＧＢ干渉（ＲＧＢ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を加えた場合、（Ｃ）ＲＧＢばらつき（ＲＧＢ  ｕｎｂａｒａｎｃｅ）を加えた場合について検出結果が示されている。但し、図中のＲｅｆｅｒｅｎｃｅは参照点の位置を示す。なお、図４はＸＹＺ表色系で表現されている。また、図４の色度座標値（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）を下式（２）により変換した結果（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて算出されたものである。
【００４６】
【数２】
0005459691.tif 000002
【００４７】
図４の（Ｂ：Ｃｏｌｏｒ  Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）を参照すると、（Ａ）ＤＣノイズを加えた場合の結果、及び（Ｂ）ＲＧＢ干渉を加えた場合の結果は、参照点から非常に大きく離れてしまっていることが分かる。また、（Ｃ）ＲＧＢばらつきを加えた場合の結果についても、参照点からの距離が離れてしまっていることが分かる。一方で、図中には明示していないが、伝送路における光量減衰の影響を加えても参照点とほぼ重なる位置で受光量に対応する色度座標値（ｘ，ｙ）が観測される。また、上記（Ａ）（Ｂ）の場合、４つの色度点間の間隔が小さくなっている。一方、上記（Ｃ）の場合、各色度点間の間隔は大きく変わらないものの、４つの色度点で形成される矩形の形状が回転したものとなっている。このように、可視光通信システム１０の構成を用いても、上記（Ａ）〜（Ｃ）に示すような影響により、伝送品質が劣化してしまう。このような事情に鑑み、後述する本発明の実施形態においては、上記のような影響に起因して生じる伝送品質の劣化を低減させる方法が提案される。
【００４８】
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、光伝送路の伝送特性を示すチャネル行列を推定し、そのチャネル行列を用いて光伝送路の伝送特性を補償することにより伝送品質の劣化を低減させる技術に特徴がある。以下、本実施形態に係る可視光通信システム２０の構成、及び伝送特性の補償方法について詳細に説明する。
【００４９】
［可視光通信システム２０の構成］
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信システム２０の構成について説明する。但し、図１に示した可視光通信システム１０と実質的に同一の構成要素については詳細な説明を省略する。
【００５０】
図５は、本実施形態に係る可視光通信システム２０の構成例を示す説明図である。図５に示すように、可視光通信システム２０には、送信装置２００、及び受信装置２３０が含まれる。送信装置２００から送信された信号は、光伝送路において光量の減衰、外光の混入、ＲＧＢ干渉、ＲＧＢばらつき等の影響を受ける。そこで、可視光通信システム２０では、受信装置２３０において伝送路特性を補償し、補償後の輝度信号に基づいて送信データを検出する構成が採用されている。以下、当該伝送路特性の補償方法に関する送信装置２００、及び受信装置２３０の機能構成について詳細に説明する。
【００５１】
（送信装置２００の機能構成について）
まず、送信装置２００の機能構成について説明する。図５に示すように、送信装置２００は、主に、色座標変調部２０２と、座標系変換部２０４と、プリアンブル信号生成部２０８と、複数の発光部２０６とを有する。但し、色座標変調部２０２は、上記の送信装置１００が備える色座標変調部１０２と実質的に同じ機能構成を有する。また、座標系変換部２０４は、上記の送信装置１００が備える座標系変換部１０４と実質的に同じ機能構成を有する。さらに、発光部２０６は、上記の送信装置１００が備える発光部１０６と実質的に同じ機能構成を有する。従って、プリアンブル信号生成部２０８の機能構成を中心に説明する。
【００５２】
図５に示すように、プリアンブル信号生成部２０８には、同期符号（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｄｅ）、及びチャネル推定符号（Ｃｈａｎｎｅｌ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｃｏｄｅ）が入力される。同期符号は、受信装置２３０においてプリアンブル信号のタイミング同期に用いられる信号成分に相当する。また、チャネル推定符号は、受信装置２３０においてチャネル推定に用いられる信号成分に相当する。プリアンブル信号生成部２０８は、入力された同期符号、及びチャネル推定符号に基づいてプリアンブル信号を生成する。プリアンブル信号生成部２０８により生成されるプリアンブル信号の一例を図６に示した。
【００５３】
図６に示すように、プリアンブル信号生成部２０８により生成されるプリアンブル信号には、同期符号の成分とチャネル推定符号の成分とが含まれる。また、プリアンブル信号Ｒは、赤色光（Ｒ）の発光部２０６に入力される制御信号である。同様に、プリアンブル信号Ｇ、Ｂは、それぞれ緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の発光部２０６に入力される制御信号である。同期符号の成分においては、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に対応するプリアンブル信号の信号波形が全て同じである。また、本実施形態において、好ましくは、自己相関特性が良好なＭ系列（Ｍ（Ｍａｘｉｍａｌ−ｌｅｎｇｔｈ）  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の信号が同期符号の信号成分として用いられる。逆に、チャネル推定符号の成分には、相互に相関の小さい信号波形が用いられる。好ましくは、Ｈａｄａｍａｒｄ符号が用いられる。
【００５４】
再び図５を参照する。上記の通り、プリアンブル信号生成部２０８は、自己相関特性が良好な同期符号の成と、及び異なる色光間で相互相関特性が良好なチャネル推定符号の成分を含むプリアンブル信号を生成する。各色に対応するプリアンブル信号は、各色に対応する発光部２０６に入力される。そして、各発光部２０６は、プリアンブル信号生成部２０８から入力されたプリアンブル信号に基づいて発光する。なお、プリアンブル信号の送信処理は、色座標変調部２０２に入力された送信データが送信される前に実行される。つまり、プリアンブル信号が送信され、受信装置２３０においてチャネル行列が推定された後で、上記の送信データが送信される。送信データは、上記の可視光通信システム１０の場合と同様に、色座標変調部２０２で色度点にマッピングされ、座標系変換部２０４でＲＧＢ信号に変換されて複数の発光部２０６により送信される。
【００５５】
（受信装置２３０の機能構成について）
次に、受信装置２３０の機能構成について説明する。図５に示すように、受信装置２３０は、主に、複数の受光部２３２と、信号検出／同期部２３４と、チャネル推定部２３６と、色補償部２３８と、座標系変換部２４０と、色座標復調部２４２とを有する。上記の受信装置１３０との主な相違点は、信号検出／同期部２３４、チャネル推定部２３６、及び色補償部２３８の機能構成にある。一方で、受光部２３２、座標系変換部２４０、色座標復調部２４２は、上記の受信装置１３０が有する受光部１３２、座標系変換部１３４、色座標復調部１３６と実質的に同じである。従って、信号検出／同期部２３４、チャネル推定部２３６、及び色補償部２３８の機能構成を中心に説明する。
【００５６】
まず、送信装置２００からプリアンブル信号が送信されると、受信装置２３０においては、複数の受光部２３２を用いてプリアンブル信号を受信する。但し、伝送路において光量の減衰、外光の混入、ＲＧＢ干渉、ＲＧＢばらつき等が発生するため、各受光部２３２で受信される信号は元のプリアンブル信号に伝送路特性が加味されたものとなる。各受光部２３２が受けた光の輝度信号は、信号検出／同期部２３４、及びチャネル推定部２３６に入力される。但し、信号検出／同期部２３４においては、プリアンブル信号の同期符号成分に対応する信号成分だけが用いられる。同様に、チャネル推定部２３６においては、プリアンブル信号のチャネル推定符号成分に対応する信号成分だけが用いられる。
【００５７】
まず、信号検出／同期部２３４の機能構成について説明する。信号検出／同期部２３４は、入力された輝度信号のうち、プリアンブル信号の同期符号成分に対応する信号成分（以下、単に同期符号成分と呼ぶ。）に基づいてタイミング同期を確立する。上記の通り、同期符号は、自己相関特性が良好な信号波形を有する。そのため、信号検出／同期部２３４は、送信装置２００のプリアンブル信号生成部２０８が用いた同期符号と同じ符号を利用し、スライディング相関処理を実行して自己相関ピークを検出することができる。また、検出された自己相関ピークに基づいて信号の存在及び位置が検出される。信号検出／同期部２３４により検出された信号の位置はチャネル推定部２３６に通知される。
【００５８】
ここで、図７を参照しながら、信号検出／同期部２３４の構成について、より詳細に説明する。図７は、信号検出／同期部２３４のより詳細な構成を示す説明図である。図７に示すように、信号検出／同期部２３４は、例えば、クロック発生器２５２と、符号発生器２５４と、相関器２５６と、比較器２５８とにより構成される。
【００５９】
まず、符号発生器２５４は、クロック発生器２５２により発生されたクロックを用いて送信装置２００のプリアンブル信号生成部２０８に入力された同期符号と同じ符号を発生させる。例えば、符号発生器２５４は、Ｍ系列の同期符号を発生させる。符号発生器２５４により発生された同期符号は、相関器２５６に入力される。さらに、相関器２５６には、入力信号（輝度信号）が入力される。相関器２５６は、符号発生器２５４により発生された同期符号のタイミングと入力信号のタイミングとをスライディングさせながら、各タイミングにおける相関値を出力する。相関器２５６により出力された相関値は、比較器２５８に入力される。比較器２５８は、相関器２５６から入力された相関値が所定の閾値を上回っているか否かを判定し、上回っている場合に同期補足が完了したと判定して同期補足信号を出力する。同期補足信号は、チャネル推定部２３６に信号の存在及び位置を通知するためのものである。このようにして信号のタイミング同期が実現される。
【００６０】
再び図５を参照する。次に、チャネル推定部２３６の機能構成について説明する。チャネル推定部２３６は、プリアンブル信号のチャネル推定符号成分に対応する信号成分（以下、単にチャネル推定符号成分と呼ぶ。）に基づいてチャネル行列Ｈを推定する。上記の通り、チャネル推定部２３６には、信号検出／同期部２３４から信号の位置（タイミング）が通知されている。そこで、チャネル推定部２３６は、信号検出／同期部２３４により検出されたタイミングに合わせてチャネル推定符号成分の相関値を計算する。例えば、Ｈａｄａｍａｒｄ符号が用いられている場合、自己相関は１となり、相互相関は０となる。そのため、図８に示すような構成を用いることで、チャネル行列Ｈの各成分を算出することができる。
【００６１】
ここで、図８を参照する。図８には、送信装置２００が有する各発光部２０６から送信された光信号が伝送路で混合され、受光部２３２に入射される様子が示されている。また、各受光部２３２が受けた光に対応する輝度信号からチャネル行列Ｈの各成分が検出される様子が示されている。但し、複数の発光部２０６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から送信される信号はそれぞれＣＲ、ＣＧ、ＣＢと表現されている。また、各発光部２０６から各受光部２３２への伝送路に対応するチャネル行列Ｈの成分は、それぞれｈＩＪの形で表現されている。但し、Ｉ及びＪはＲ，Ｇ，Ｂのいずれかである。そして、Ｉは発光部２０６の色に対応し、Ｊは受光部２３２の色に対応する。例えば、発光部２０６（Ｒ）から受光部２３２（Ｂ）への伝送路に対応するチャネル行列Ｈの成分はｈＲＢと表現されている。
【００６２】
まず、受光部２３２（Ｒ）から出力される輝度信号に基づいてチャネル行列Ｈの成分ｈＲＲ、ｈＲＧ、ｈＲＢを検出する方法について具体的に説明する。図８に示されている通り、受光部２３２（Ｒ）には、発光部２０６（Ｒ）から発せられた赤色光（Ｒ）の他にも、発光部２０６（Ｇ）及び発光部２０６（Ｂ）から発せられた光（緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ））が入射される。
【００６３】
しかし、受光部２３２（Ｒ）には、赤色光（Ｒ）を透過するカラーフィルタが設けられており、本来ならば、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）はカラーフィルタでカットされるはずである。ところが、発光部２０６（Ｇ）及び発光部２０６（Ｂ）から発せられる光のスペクトルは有限の幅を持っているため、発光部２０６（Ｇ）及び発光部２０６（Ｂ）から発せられる光にも赤色光（Ｒ）の成分が含まれている。また、受光部２３２（Ｒ）に設けられたカラーフィルタは緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を完全にカットできるわけではない。そのため、受光部２３２（Ｒ）で検出される光の強度には、発光部２０６（Ｒ）により発せられた赤色光（Ｒ）以外の成分が含まれてしまうのである。これらの影響は、チャネル行列Ｈの成分ｈＲＲ、ｈＧＲ、ｈＢＲにより表現されている。
【００６４】
そこで、受光部２３２（Ｒ）から出力される輝度信号をＣ’Ｒと表現すると、輝度信号Ｃ’Ｒは、下式（３）のように表現される。同様に、受光部２３２（Ｇ）から出力される輝度信号Ｃ’Ｇは、下式（４）のように表現される。さらに、受光部２３２（Ｂ）から出力される輝度信号Ｃ’Ｂは、下式（５）のように表現される。つまり、チャネル行列Ｈは、下式（６）のように表現される。
【００６５】
【数３】
0005459691.tif 000003
【００６６】
【数４】
0005459691.tif 000004
【００６７】
そこで、上式（３）からチャネル行列Ｈの成分ｈＲＲ、ｈＧＲ、ｈＢＲを検出する方法について考える。既に述べた通り、チャネル推定部２３６は、受信した輝度信号のうち、チャネル推定符号成分に基づいてチャネル行列Ｈの各成分を推定する。そこで、チャネル推定符号成分に注目して説明を進めるため、信号ＣＲ、ＣＧ、ＣＢはプリアンブル信号のチャネル推定符号成分を示しているものと仮定する。
【００６８】
まず、輝度信号Ｃ’Ｒは、図８に示すように３種類の相関計算部２６０にそれぞれ入力される。また、３種類の相関計算部２６０には、それぞれ信号ＣＲ、ＣＧ、ＣＢが入力される。信号ＣＲが入力される相関計算部２６０においては、輝度信号Ｃ’Ｒと信号ＣＲとの間の相関計算が実行される。チャネル推定符号としてＨａｒａｍａｒｄ符号が用いられている場合、上記の通り、自己相関が１になり、相互相関が０になる。そのため、信号ＣＲが入力される相関計算部２６０において、輝度信号Ｃ’Ｒから相関１の成分（ｈＲＲ）のみが抽出される。同様に、信号ＣＧが入力される相関計算部２６０からチャネル行列Ｈの成分ｈＲＧが抽出され、信号ＣＢが入力される相関計算部２６０からチャネル行列Ｈの成分ｈＲＢが抽出される。
【００６９】
ここでは、受光部２３２（Ｒ）の輝度信号Ｃ’Ｒからチャネル行列Ｈの各成分を算出する方法について説明した。同様に、受光部２３２（Ｇ）及び受光部２３２（Ｂ）の輝度信号Ｃ’Ｇ、Ｃ’Ｂからチャネル行列Ｈの各成分を算出することができる。つまり、チャネル推定部２３６は、上記の方法によりチャネル行列Ｈを推定することができるのである。なお、ここで算出されたチャネル行列Ｈには、発光部２０６の発光特性、伝送路における光量減衰、ＲＧＢ干渉、ＲＧＢばらつきの効果が含まれる点に注意されたい。
【００７０】
再び図５を参照する。また、以下の説明においては、信号（ＣＲ，ＣＧ，ＣＢ）がプリアンブル信号に限定されないものとする。チャネル推定部２３６により推定されたチャネル行列Ｈは、色補償部２３８に入力される。また、色補償部２３８には、各受光部２３２から輝度信号が入力される。輝度信号が入力されると、色補償部２３８は、チャネル推定部２３６から入力されたチャネル行列Ｈを用いて輝度信号に伝搬路の補償処理を施す。例えば、色補償部２３８は、伝搬路の補償処理にＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）法を用いる。ＺＦ法には、他の方法に比べて演算量が少なくて済むという利点がある。但し、本実施形態に係る技術の適用範囲はＺＦ法に限定されない。
【００７１】
ここで、簡単にＺＦ法について説明する。ＺＦ法は、チャネル行列Ｈで表現される伝搬路特性を受信信号からキャンセルするために用いられる方法である。特に、ＺＦ法においては、下記の式（７）で表現されるウェイト行列Ｗが用いられる。まず、色補償部２３８は、チャネル推定部２３６により推定されたチャネル行列Ｈを用いて、下記の式（７）で示されるウェイト行列Ｗを算出する。次いで、色補償部２３８は、下記の式（８）に示すように、算出したウェイト行列Ｗを輝度信号ベクトルＣ’＝（Ｃ’Ｒ，Ｃ’Ｇ，Ｃ’Ｂ）Ｔに乗算し、元の信号ベクトルＣ＝（ＣＲ，ＣＧ，ＣＢ）Ｔを検出する。
【００７２】
【数５】
0005459691.tif 000005
【００７３】
但し、上記の上付きＨは、エルミート共役を表す。但し、本実施形態においては、チャネル推定部２３６により推定されたチャネル行列Ｈの各成分が実数であるため、そのエルミート行列は対称行列となる。従って、上記の式（８）に含まれる第４番目の等号が成り立つのである。なお、実数演算であるため、複素数を用いた演算に比べて処理負荷が小さく、高速に演算処理が実行される。上記の式（８）に含まれる第２番目の等号は、上記の式（３）〜式（５）による。また、上記の式（７）及び式（８）においては、行列間の乗算処理に対し、見やすさの観点から敢えて乗算記号「＊」を用いている。
【００７４】
上記のようにしてＺＦ法に基づく補償処理が実行されると、補償処理が施された後の輝度信号が色補償部２３８から座標系変換部２４０に入力される。座標系変換部２４０は、上記の受信装置１３０が有する座標系変換部１３４と同様にしてＲＧＢ信号を色度座標値（ｘ，ｙ）に変換する。座標系変換部１３４による変換後の色度座標値（ｘ，ｙ）は、色座標復調部２４２に入力される。色座標復調部２４２は、上記の受信装置１３０が有する色座標復調部１３６と同様に、入力された色座標値（ｘ，ｙ）に最も近い色度点を検出し、その検出された色度点に対応するデータを出力する。
【００７５】
以上、本実施形態に係る可視光通信システム２０の構成について説明した。上記の通り、可視光通信システム２０は、プリアンブル信号を用いてチャネル行列を推定し、そのチャネル行列を用いて伝送路を補償する構成に特徴を有する。特に、自己相関性が高い同期符号の成分、及び相互相関性が高い（自己相関性が低い）チャネル推定符号の成分を含むプリアンブル信号を用いてタイミング同期、及びチャネル推定が実行される構成に特徴がある。また、可視光通信システム２０においては、外光の混入、ＲＧＢ干渉、ＲＧＢばらつきを除去することが目的であるため、伝送路の補償処理に演算負荷の少ないＺＦ法が用いられている点も特徴に１つである。もちろん、色度座標にデータをマッピングして伝送する方式を用いて、伝送路における光量減衰の影響が無視できる程度にまで低減されている点も特徴の１つである。こうした特徴が組合わさることにより、図９及び図１０に示すような格別の効果が得られる。
【００７６】
［効果について］
まず、図９を参照する。図９は、参照点として色度座標上に４つの色度点を設定し、これらの色度点に対応する信号を送信した場合に得られる受信結果を示すものである。図９の左図は、上記の可視光通信システム１０のように光伝搬路の補償をしない場合に得られる受信結果である。同図から明らかなように、伝搬路特性の影響により、４つの色度点間の間隔が狭まると共に、４つの色度点で形成される矩形が歪みつつ回転しているのが分かる。その結果、受信信号から検出された色度点の多くは参照点から大きく離れてしまっている。なお、このケースにおけるＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を算出すると、ＥＶＭ＝１３．６［ｄＢ］という値が得られた。
【００７７】
一方、図９の右図は、上記の可視光通信システム２０のように光伝搬路の補償をした場合に得られる受信結果である。同図から明らかなように、上記の補償処理により伝搬路特性の影響が大きく低減され、受信信号から検出された色度点の位置は参照点の位置とほぼ一致している。また、このケースにおけるＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を算出すると、ＥＶＭ＝２３．４［ｄＢ］という値が得られた。つまり、受信信号に光伝搬路の補償処理が施されることで、ＥＶＭが１０ｄＢ程度も向上するのである。同様に、参照点として色度座標上に１６個の色度点を設定した場合について、受信信号に光伝搬路の補償処理を施した場合と施していない場合とで得られる受信結果を比較したものが図１０である。同図から明らかなように、図９の場合と同様に、光伝搬路の補償処理による効果は大きく、ＥＶＭが１０ｄＢ以上も向上している。
【００７８】
上記の通り、本実施形態に係る技術を用いることで、可視光通信における伝送品質を大きく向上させることができる。なお、本実施形態に係る技術は、プリアンブル信号を予め付加して送信し、プリアンブル信号に基づいて算出されたチャネル行列を用いて光伝搬路の補償処理を実行する方法である。そのため、プリアンブル信号の付加に起因する伝送速度の低下が若干懸念される。そこで、プリアンブル信号の付加に起因する伝送速度低下の影響について考察する。
【００７９】
一例として、無線ＬＡＮ型のアプリケーションを想定する。この場合、送信信号はフレーム構造を有する。また、１フレームが伝送される度に本実施形態に係る光伝搬路の補償処理が実行されるものとする。例えば、１フレーム内のデータ長を５１２シンボルと仮定する。この数字は、ＶＬＣＣ−ＳＴＤ−００３（可視光ＩＤシステム規格）に準拠するものである。
【００８０】
また、同期符号には、周期７のＭ系列が用いられるものと仮定する。雑音の多い伝搬路を想定した場合には周期の長いＭ系列を用いる方が有利であるが、可視光通信の場合にはＳＮ比が比較的高い見通し内通信であることが多いため、Ｍ系列の周期は７で十分である。但し、信号検出の確度を高めるために同じ符号を３回繰り返すことにする。この場合、同期符号成分の信号長は、７＊３＝２１シンボルとなる。さらに、チャネル推定符号には、周期４のＨａｄａｍａｒｄ符号が用いられるものと仮定する。通常、色多重数に応じて直交性を確保するための符号長は異なるが、ここではＲＧＢの３多重を想定しているため、周期４のＨａｄａｍａｒｄ符号により直交性が確保される。従って、チャネル推定符号成分の信号長は４シンボルとなる。
【００８１】
上記の仮定に基づくと、プリアンブル信号の長さは、２１＋４＝２５シンボルとなる。各フレームの先頭部分にプリアンブル信号が付加される場合、伝送速度の低下率は、２５／５１２＊１００＝４．９％程度と見積もることができる。つまり、本実施形態を適用する場合に発生する伝送速度の劣化は５％以下と小さく、本実施形態を適用することにより得られる性能向上効果が伝送速度の劣化による影響を補って余りあることが分かる。このように、本実施形態に係る可視光通信システム２０によると、伝搬路内の光量減衰、外光の影響、ＲＧＢ干渉、及びＲＧＢばらつきの影響が効果的に除去されるため、実際の実施状況に近い環境において非常に高い伝送品質を得ることができるのである。
【００８２】
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。
【００８３】
（備考）
上記の座標系変換部２０４は、発光量算出部、発光制御部の一例である。上記の色補償部２３８は、伝搬路補償部の一例である。上記の色座標復調部２４２は、データ復調部の一例である。上記の符号発生器２５４、相関器２５６は、相関値算出部の一例である。上記の比較器２５８は、同期タイミング検出部の一例である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】色座標多重方式に係る可視光システムのシステム構成を示す説明図である。
【図２】色座標多重方式の変調方法を示す説明図である。
【図３】色座標多重方式の変調方法を示す説明図である。
【図４】色座標多重方式により得られる効果及びその課題を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る可視光通信システムのシステム構成、及び、同システムに含まれる送信装置及び受信装置の機能構成を示す説明図である。
【図６】同実施形態に係るプリアンブル信号の符号形態を示す説明図である。
【図７】同実施形態に係る信号検出／同期部の構成例を示す説明図である。
【図８】同実施形態に係るチャネル推定部の構成例を示す説明図である。
【図９】同実施形態に係る色補償処理により得られる効果を示す説明図である。
【図１０】同実施形態に係る色補償処理により得られる効果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、２０    可視光通信システム
１００、２００    送信装置
１０２、２０２    色座標変調部
１０４、２０４    座標系変換部
１０６、２０６    発光部
１３０、２３０    受信装置
１３２、２３２    受光部
１３４、２４０    座標系変換部
１３６、２４２    色座標復調部
２３４    信号検出／同期部
２３６    チャネル推定部
２３８    色補償部
２５２    クロック発生器
２５４    符号発生器
２５６    相関器
２５８    比較器
２６０    相関計算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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