(57)【要約】【課題】一度の標本化で得られる画素数を犠牲にすることなく、位相偏移変調信号を受信できる受信装置を提供する。【解決手段】ディジタル伝送信号を位相偏移変調した変調信号に基づく光信号に、各々異なる露光タイミングで光信号の２分の１周期に渡り露光する複数の受光素子の標本化器に貯まる電荷に基づいて、受光素子のそれぞれに対応する複数の受信信号を生成する受光部と、光信号と露光タイミングの位相差がゼロである場合の受信信号の値を正規化用受信信号値とし、生成された複数の受信信号の値と正規化用受信信号値に基づいて変調信号の位相を推定する復調部を含む。【選択図】図５
2019161484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル伝送信号を位相偏移変調した変調信号に基づく光信号に、各々異なる露光タイミングで前記光信号の２分の１周期に渡り露光する複数の受光素子の標本化器に貯まる電荷に基づいて、前記受光素子のそれぞれに対応する複数の受信信号を生成する受光部と、
前記光信号と前記露光タイミングの位相差がゼロである場合の受信信号の値を正規化用受信信号値とし、生成された複数の前記受信信号の値と前記正規化用受信信号値に基づいて前記変調信号の位相を推定する復調部を含む
受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の受信装置であって、
前記復調部は、
推定された前記位相と、送受信間の位相のずれを表す参照位相情報に基づいて、前記ディジタル伝送信号を推定する
受信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の受信装置であって、
前記位相偏移変調が差動２値位相偏移変調であって、
前記復調部は、
推定された前記位相と、ひとつ前のインデックスにおいて推定された前記位相の情報に基づいて、前記ディジタル伝送信号を推定する
受信装置。
【請求項４】
請求項２に記載の受信装置であって、
前記位相偏移変調が多値位相偏移変調である
受信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の受信装置であって、
前記位相偏移変調が差動多値位相偏移変調であって、
前記復調部は、
推定された前記位相と、ひとつ前のインデックスにおいて推定された前記位相の情報に基づいて、前記ディジタル伝送信号を推定する
受信装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の受信装置であって、
複数の前記受光素子のうち、前記露光タイミングが近接する二つの前記受光素子において、前記露光タイミングが、前記光信号の周期の４分の１ずれている
受信装置。
【請求項７】
受信装置が実行する受信方法であって、
ディジタル伝送信号を位相偏移変調した変調信号に基づく光信号に、各々異なる露光タイミングで前記光信号の２分の１周期に渡り露光する複数の受光素子の標本化器に貯まる電荷に基づいて、前記受光素子のそれぞれに対応する複数の受信信号を生成するステップと、
前記光信号と前記露光タイミングの位相差がゼロである場合の受信信号の値を正規化用受信信号値とし、生成された複数の前記受信信号の値と前記正規化用受信信号値に基づいて前記変調信号の位相を推定するステップを含む
受信方法。
【請求項８】
コンピュータを、請求項１から６の何れかに記載の受信装置として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可視光およびその周辺帯域の電磁波を受信する受信装置、受信方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、可視光源は明かりを得るための照明用途のみならず通信用途にも用いられている。これには可視光源として発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）の普及が進んだことが寄与している。発光ダイオードは素子１つあたりの発光量は白熱電球や蛍光灯などの従来の可視光源には及ばないものの、その寿命や大きさおよび消費電力の面で従来の可視光源に対して優れている。発光ダイオードは上記の特徴に加え、応答速度が非常に速いという特性を持つ。また、発光ダイオードの発光を電気的に制御することは容易である。発光ダイオードには上記のような特性があるため、近年では明かりを得るための照明用途のみならず、可視光の点滅を利用した信号伝送に用いるための研究開発が行われている。
【０００３】
たとえば非特許文献１には発光ダイオードを用いた家庭用照明器具に信号を重畳させて通信を行うことが開示されている。
【０００４】
また、現在のところ可視光は電波法の規制の対象外であることから帯域や電力の制限がなく、これらを大きくとることができる。非特許文献２では、このことを利用して発光ダイオードを通信専用に用いることが開示されている。発光ダイオードなどの可視光源を用いて行う通信を可視光通信と呼ぶ。可視光通信では受信機としてフォトディテクタあるいはそのアレーであるイメージセンサを用いる。フォトディテクタでは通常、信号を連続的に得ることが出来る。一方で、イメージセンサは一度に大量のフォトディテクタからの信号を取得できるが、その性質上通常は周期Tsで標本化された信号のみ取得可能である。以下、主に受光デバイスとしてイメージセンサを用いることを想定する。
【０００５】
図１に可視光通信で使用される信号の性質を示す。まず、ディジタル伝送信号S(i)（送信シンボルともいう）を位相の値に変換することにより表現し変調信号M(i)を得る。このような変調方式を位相シフト変調（位相偏移変調）という。例えばS(i)が２値で表される場合、0→0、1→πのように位相の値に変換する（２値位相偏移変調、BPSK）。ここで、iは時間を示すインデックスである。次に、変調信号M(i)に従い搬送波周波数1/Tcを持つ矩形波の位相を変更し、発光素子を駆動するための電気信号E(t)を得る。ただし、時間的に離散的な信号M(i)に対して信号E(t)は時間的に連続的な信号である。発光素子は信号E(t)に従って点灯・消灯を繰り返し光信号F(t)を出力する。時間インデックスiに相当するE(t)の出力時間はインデックスiで示される時刻からある一定の遅延を加えた時刻iTfを基準として時刻iTf-Tf/2から時刻iTf+Tf/2とする。図１に示すように、インデックスiによって示される時間は時間幅Tfを持つ。
【０００６】
従来の技術（たとえば非特許文献１）では受光素子によって捉えられたF(t)にノイズが重畳した光信号F'(t)を、電気信号E'(t)に変換する。その後、E'(t)から位相信号M'(i)が推定される。理想的にはF(t)=F'(t)であるが、イメージセンサの性能や、伝搬遅延により変化する場合もあるのでここではF(t)とF'(t)を分けて記述する。おおよそF(t+TL)=F'(t)であることが想定される。TLは伝搬遅延を表す。
【０００７】
図２を参照して、可視光通信における信号のやり取りの例について説明する。図２は発光素子の点滅をイメージセンサにより受光する様子を説明する図である。送信機（発光素子）の点滅がイメージセンサ上の領域Ωに結像するものとする。受信機は領域Ωのすべてのフォトディテクタの出力値の合計を送信機からの受信信号としてとらえる。
【０００８】
通信路において情報を伝送する際には元の情報をなんらかのかたちで符号化することが一般的である。符号化された情報を構成する最小単位の信号をシンボルと呼ぶ。ディジタル通信路ではシンボルのクロック（１つのシンボルを伝送する際に使用する時間幅）と位相を検出することが重要である。これを行うことを受信機と送信機の間でのシンボルタイミング同期という。シンボルタイミング同期は通信をしている間常に行われていることが望ましい。これは、一般に受信機と送信機の間で同じ発振器を共有する手段がないため、同期が常にずれてしまう可能性があるからである。
【０００９】
シンボルタイミング同期を行うためには、例えば非特許文献３のようにシンボルタイミング再生回路を用いる必要がある。これは入力された２つの信号の位相差を検出しフィードバック制御をかけることで位相を同期させるものである。２つの信号のうち片方が発振器からの入力であり、もう片方が同期させたい信号である。受信機としてフォトディテクタを用いる場合、信号を連続的に得ることが出来るのでシンボルタイミング再生回路を用いることは容易である。一方でイメージセンサを用いる場合は、受信処理に用いることができる信号は標本化されたものであるため、離散時間信号となる。この場合は、シンボルタイミング再生回路によるシンボルタイミング同期を行うためにはある程度の標本化周波数が必要である。
【００１０】
図３を参照して、従来の技術を用いた位相偏移変調を利用する可視光通信システムの構成を説明する。同図に示すように、従来の可視光通信システム９は、送信装置９１と受信装置９２を含み、送信装置９１は、変調部９１１、発光部９１２を含み、発光部９１２は、発光信号制御部９１２１と発光素子９１２２を含む。受信装置９２は、受光部９２１と、同期部９２２と、復調部９２３を含み、受光部９２１は、受光素子９２１１と、受信信号生成部９２１２を含み、同期部９２２は、クロック素子９２２１と、シンボルタイミング再生回路９２２２を含み、復調部９２３は、位相信号推定部９２３１と、伝送信号推定部９２３２を含む。以下、図４を参照して各部の入出力、動作について説明する。
【００１１】
＜変調部９１１＞
入力：変調部９１１には、ディジタル伝送信号S(i)の系列S(1),S(2),…が入力される。ディジタル伝送信号S(i)は、１ビットの情報であり、iはディジタル伝送信号の番号を表す整数とする。
出力：変調部９１１からは、変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…が出力される。変調信号M(i)は0またはπの値を持つ位相の情報である。また、iは時間を表すインデックスとしても用いる。
動作：変調部９１１は、入力されたディジタル伝送信号S(i)の系列S(1),S(2),…を変調して変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…を生成する（Ｓ９１１）。例えば、変調部９１１は、S(i)＝0であればM(i)＝0、S(i)＝1であればM(i)＝πとして、変調信号を生成する。
具体例：例えば、ディジタル伝送信号S(i)の系列がS(1)=0、S(2)=1、S(3)=1、S(4)=1、…であった場合、変調結果はM(1)=0、M(2)=π、M(3)=π、M(4)=π、…となる。
【００１２】
＜発光部９１２＞
上述したように、発光部９１２は、発光信号制御部９１２１と発光素子９１２２を含む。発光素子９１２２は例えばＬＥＤである。
入力：発光部９１２には、変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…が入力される。
出力：発光部９１２からは光信号F(t)が出力される。
動作：発光部９１２の発光信号制御部９１２１は、入力された変調信号M(i)が0である場合は、時刻iTf-Tf/2から所定時間Tf経過した時刻iTf+Tf/2までの間、周波数1/Tc、位相0の矩形波（電気信号）を生成して、発光素子９１２２に与え、入力された変調信号M(i)がπである場合は、時刻iTf-Tf/2から所定時間Tf経過した時刻iTf+Tf/2までの間、周波数1/Tc、位相πの矩形波（電気信号）を発光素子９１２２に与える（Ｓ９１２１）。発光素子９１２２は発光信号制御部９１２１から与えられた電気信号により発光する（Ｓ９１２２）。これらにより、発光部９１２から光信号が出力される。ただし、発光信号制御部９１２１が生成する電気信号は発光素子の性能や特性を考慮し、発光素子の光信号F(t)が所望の値になるように制御されているものとする。
【００１３】
＜受光部９２１＞
上述したように受光部９２１は、受光素子９２１１と受信信号生成部９２１２を含む。受光素子９２１１は、たとえばフォトディテクタである。また、受光素子９２１１の前段に光学レンズを設けてもよい。受光素子９２１１はフォトディテクタを格子状に並べたイメージセンサでもよい。
入力：受光部９２１には、発光部９１２から出力された光信号F(t)が入力される。
出力：受光部９２１からは、時間的に連続な受信信号E''(t)が出力される。
動作：受光部９２１の受光素子９２１１は、入力された光信号F(t)に対応する電気信号E'(t)を受信信号生成部９２１２に対して出力する（Ｓ９２１１）。受光部９２１の受信信号生成部９２１２は入力された電気信号E'(t)に基づいて受信信号E''(t)を同期部９２２、復調部９２３に対して出力する（Ｓ９２１２）。
【００１４】
＜同期部９２２＞
上述したように同期部９２２は、クロック素子９２２１とシンボルタイミング再生回路９２２２を含む。
入力：同期部９２２には、受光部９２１から出力された受信信号E''(t)が入力される。
出力：同期部９２２からは、位相の情報、周波数の情報が出力される。
動作：同期部９２２のクロック素子９２２１はクロック情報を出力する（Ｓ９２２１）。同期部９２２のシンボルタイミング再生回路９２２２はクロック素子９２２１から入力されたクロック情報と、入力された受信信号E''(t)に基づいて、２つの信号の位相差を検出してフィードバック制御をかけて、位相を同期し、位相の情報、周波数の情報を出力する（Ｓ９２２２）。
【００１５】
＜復調部９２３＞
上述したように復調部９２３は、位相信号推定部９２３１と、伝送信号推定部９２３２を含む。位相信号推定部９２３１、伝送信号推定部９２３２はメモリ、演算装置などからなる。
入力：復調部９２３には、受光部９２１から出力された受信信号E''(t)と、同期部９２２から出力された位相の情報、周波数の情報が入力される。
出力：復調部９２３からは、推定結果S'(i)が出力される。
動作：復調部９２３の位相信号推定部９２３１は受信信号E''(t)と、位相の情報、周波数の情報を用いて、位相信号M'(i)を生成する（Ｓ９２３１）。復調部９２３の伝送信号推定部９２３２は、位相信号M'(i)に基づいてディジタル伝送信号を推定し推定結果S'(i)を出力する（Ｓ９２３２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】小峯敏彦、田中裕一、中川正雄、「白色ＬＥＤ照明信号伝送と電力線信号伝送の融合システム」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、2002年3月12日、Vol.101,No.726,pp.99-104
【非特許文献２】石田正徳、春山真一郎、中川正雄、「並列可視光無線通信方式における通信速度限界の検討」、電子情報通信学会技術研究報告ＣＳ通信方式、社団法人電子情報通信学会、2007年1月4日、Vol.106,No.450,pp.37-41
【非特許文献３】Bertrand, C.; Sehier, P.; , "A novel approach for full digital modems implementing asynchronous sampling techniques," Global Telecommunications Conference, 1996. GLOBECOM '96. 'Communications: The Key to Global Prosperity , vol.2, no., pp.1320-1324 vol.2, 18-22 Nov 1996
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したシステムでは位相の復調に必要な標本化周波数は搬送波周波数の２倍以上大きな周波数となる。一方で、イメージセンサは一般的に一度の撮像で得られる画素数と時間当たりの撮像回数、すなわち標本化周波数、の積の上限が一定に制約されている。したがって、上記のようなシステムの受光部としてイメージセンサを用いて、復調のために大きな標本化周波数を採用した場合には、一度の標本化で得られる画素数を犠牲にせざるを得なくなる。
【００１８】
そこで本発明は、一度の標本化で得られる画素数を犠牲にすることなく、位相偏移変調信号を受信できる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】
【００１９】
本発明の受信装置は、受光部と、復調部を含む。受光部は、ディジタル伝送信号を位相偏移変調した変調信号に基づく光信号に、各々異なる露光タイミングで光信号の２分の１周期に渡り露光する複数の受光素子の標本化器に貯まる電荷に基づいて、受光素子のそれぞれに対応する複数の受信信号を生成する。復調部は、光信号と露光タイミングの位相差がゼロである場合の受信信号の値を正規化用受信信号値とし、生成された複数の受信信号の値と正規化用受信信号値に基づいて変調信号の位相を推定する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の受信装置によれば、一度の標本化で得られる画素数を犠牲にすることなく、位相偏移変調信号を受信できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ディジタル伝送信号を、変調信号、電気信号、光信号に順次変換した例を示す図。
【図２】発光素子の点滅をイメージセンサにより受光する様子を説明する図。
【図３】従来の可視光通信システム９の構成を示すブロック図。
【図４】従来の可視光通信システム９の動作を示すシーケンス図。
【図５】実施例１の可視光通信システム１の構成を示すブロック図。
【図６】実施例１の可視光通信システム１の動作を示すシーケンス図。
【図７】実施例２の可視光通信システム２の構成を示すブロック図。
【図８】実施例２の可視光通信システム２の動作を示すシーケンス図。
【図９】実施例３の可視光通信システム３の構成を示すブロック図。
【図１０】実施例３の可視光通信システム３の動作を示すシーケンス図。
【図１１】実施例４の可視光通信システム４の構成を示すブロック図。
【図１２】実施例４の可視光通信システム４の動作を示すシーケンス図。
【図１３】第１受光素子と第２受光素子の露光タイミングの違いを示す図。
【図１４】相対位相の変化に伴う第１受光素子により観測される画素値の変化の例を示す図。
【図１５】第１の受光素子による画素値を横軸、第２の受光素子による画素値を縦軸とした理論軌跡を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００２３】
以下、図５を参照して実施例１の可視光通信システムの構成を説明する。なお本実施例では、変調方式は２値位相偏移変調、露光時間τはTc/2であるものとする。また、本実施例では、Tfはシンボルレートと一致している。例えば、1000bit/sの通信が必要であれば、Tf=1/1000である。また、Tsも1/1000に設定することで、送受信間で時間のインデックスiを共通にすることができる。搬送波の周期Tcは通常Tfの整数倍に設定する。また、本実施例では露光時間τはTcの半分とする。
【００２４】
同図に示すように、本実施例の可視光通信システム１は、送信装置９１と受信装置１２を含み、送信装置９１は、従来の可視光通信システム９における送信装置９１と同じである。受信装置１２は、受光部１２１と、復調部１２３を含み、受光部１２１は、第１受光素子１２１１と、第２受光素子１２１２と、第１受信信号生成部１２１３と、第２受信信号生成部１２１４を含み、復調部１２３は、位相信号推定部１２３１と、伝送信号推定部１２３２を含む。
【００２５】
以下、図６を参照して従来と異なる各部の入出力、動作について説明する。
＜受光部１２１＞
上述したように本実施例では、受光部１２１は、受光素子と受信信号生成部の組を２組含む構成であるが、受光素子と受信信号生成部の組は２組に限定されない。受光部１２１の動作を一般的に表現すると以下のように表現できる。受光部１２１は、ディジタル伝送信号S(i)を位相偏移変調した変調信号M(i)に基づく光信号F1(t),F2(t),...に、各々異なる露光タイミングで光信号F1(t),F2(t),...の２分の１周期に渡り露光する複数の受光素子の標本化器に貯まる電荷に基づいて、受光素子のそれぞれに対応する複数の受信信号B1'(t),B2'(t),...を生成する（Ｓ１２１）。
【００２６】
以下、図６を参照し、受光素子と受信信号生成部の組を２組含む前提として、受光部１２１の動作を詳細に説明する。従来技術と同様に、第１、第２受光素子１２１１、１２１２は、たとえばフォトディテクタである。また、第１、第２受光素子１２１１、１２１２の前段に光学レンズを設けてもよい。さらに、第１、第２受光素子１２１１、１２１２はフォトディテクタを格子状に並べたイメージセンサでもよい。第１、第２受信信号生成部１２１３、１２１４は標本化素子及びメモリ、演算装置などからなる。
入力：受光部１２１には、発光部９１２から出力された第１光信号F1'(t)、第２光信号F2'(t)が入力される。
出力：受光部１２１からは、第１受信信号B1'(i)の系列B1'(1),B1'(2),…および第２受信信号B2'(i)の系列B2'(1),B2'(2),…が出力される。
動作：受光部１２１の第１受光素子１２１１は、入力された第１光信号F1'(t)に対応する第１電気信号E1'(t)を第１受信信号生成部１２１３に対して出力する（Ｓ１２１１）。第１受光素子１２１１がイメージセンサの場合、具体的には図１３のように、各フォトディテクタは時刻TI+iTs-Ts/2からTI+iTs-Ts/2+τまでに標本化器にたまった電荷を測定する。ただし、TIは相対位相（オフセット）、iTsは、i番目のシンボルの中心にあたる時刻、iTs-Ts/2はi番目のシンボルの先頭にあたる時刻、τは露光時間である。
【００２７】
同様に、受光部１２１の第２受光素子１２１２は、入力された第２光信号F2'(t)に対応する第２電気信号E2'(t)を第２受信信号生成部１２１４に対して出力する（Ｓ１２１２）。第２受光素子１２１２がイメージセンサの場合、具体的には図１３のように、各フォトディテクタは時刻TI+iTs-Ts/2+Tc/4からTI+iTs-Ts/2+τ+Tc/4までに標本化器にたまった電荷を測定する。Tc/4は、第１受光素子１２１１と、第２受光素子１２１２の露光タイミングのずれを表し、搬送波の周期Tcの４分の１である。
【００２８】
第１受信信号生成部１２１３は、入力された第１電気信号E1'(t)の強度を時間間隔Ts毎に計測し、第１受信信号B1'(i)として出力する（Ｓ１２１３）。第１受光素子１２１１がイメージセンサの場合、第１受信信号生成部１２１３は、予め定められた範囲Ωにわたって電荷の測定結果の和をとり、測定結果の和を第１受信信号B1'(i)として出力する（Ｓ１２１３）。同様に、第２受信信号生成部１２１４は、入力された第２電気信号E2'(t)の強度を時間間隔Ts毎に計測し、第２受信信号B2'(i)として出力する（Ｓ１２１４）。第２受光素子１２１２がイメージセンサの場合、第２受信信号生成部１２１４は予め定められた範囲Ωにわたって電荷の測定結果の和をとり、測定結果の和を第２受信信号B2'(i)として出力する（Ｓ１２１４）。
【００２９】
＜復調部１２３＞
上述したように復調部１２３は、位相信号推定部１２３１と、伝送信号推定部１２３２を含む。位相信号推定部１２３１はメモリ、演算装置などからなる。また、復調部１２３のメモリには、内部状態として参照位相情報MI'が記憶される（後述）。
【００３０】
復調部１２３の動作を一般的に表現すると以下のように表現できる。復調部１２３は、光信号F1(t),F2(t),...と露光タイミングの位相差がゼロである場合の受信信号の値を正規化用受信信号値R1,R2,...とし、生成された複数の受信信号の値と正規化用受信信号値R1,R2,...に基づいて変調信号の位相を推定する（Ｓ１２３）。以下、図６を参照し、受光素子と受信信号生成部の組を２組含む前提として、復調部１２３の動作を詳細に説明する。
入力：復調部１２３には、受光部１２１から第１受信信号B1'(i)の系列、および第２受信信号B2'(i)の系列が入力される。
出力：復調部１２３からは、推定結果S'(i)が出力される。
動作：復調部１２３の位相信号推定部１２３１は、第１受信信号B1'(i)の系列、および第２受信信号B2'(i)の系列に基づいて、相対的な位相の推定結果M'(i)を生成し、出力する（Ｓ１２３１）。
【００３１】
具体的には、位相信号推定部１２３１は、第１受信信号B1'(i)および第２受信信号B2'(i)のそれぞれについて、露光タイミングと搬送波の位相差が0であるときの受信信号の値を正規化用受信信号値R1、R2として予め保持している（図１４参照、同図におけるTI=0のときの輝度値（画素値）をR1とする）。これらの正規化用受信信号値は何らかのかたちで外部から与えるか、予め推定しておくものとする。位相信号推定部１２３１は第１受信信号B1'(i)および第２受信信号B2'(i)に基づいて、図１３のように受信信号の相対的な位相を推定し、相対的な位相の推定結果M'(i)として出力する。
【００３２】
通常、位相信号推定部１２３１は、ある程度の数（=LLとする）のB1'(i)とB2'(i)の組を使って位相の推定を行う。この時出力される相対的な位相の推定結果M'(i)の数はやはりLLである。上記の相対的な位相の推定は具体的には下記の数式（式１）によって実行することができる。
【００３３】
【数１】
2019161484.tif 000003
【００３４】
ただし、B1''(i)は、B1'(i)をR1で、B2''(i)は、B2'(i)をR2で割ることによって正規化した値である。
【００３５】
復調部１２３の伝送信号推定部１２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列から下記のように最小二乗法などを用いて0または1のシンボルの系列S'(i)を推定する（Ｓ１２３２）。具体的には以下の数式（式2）に基づく操作を行う。
【００３６】
【数２】
2019161484.tif 000004
【００３７】
ただし、演算子gmod(θ,π)は
【００３８】
【数３】
2019161484.tif 000005
【００３９】
を意味する。上記のようにM'(i)は相対的な位相の情報のみを持つため、伝送信号推定部１２３２は別途参照位相情報MI'（送受信間の位相のずれを表す情報）を内部的に保持する必要がある。MI'は符号S(i)が0である場合に観測される位相を保持する。たとえば、MI'が0である場合、M'(1)=0、M'(2)=π、M'(3)=π、M'(4)=π…であれば、伝送信号推定部１２３２は系列S'(1)=0、S'(2)=1、S'(3)=1、S'(4)=1…を出力する。MI'がπである場合、M'(1)=0、M'(2)=π、M'(3)=π、M'(4)=π…であれば、伝送信号推定部１２３２は系列S'(1)=1、S'(2)=0、S'(3)=0、S'(4)=0…を出力する。
【実施例２】
【００４０】
以下、図７を参照して実施例２の可視光通信システムの構成を説明する。なお本実施例では、変調方式は差動２値位相偏移変調（DBPSK）、露光時間τ=Tc/2であるものとする。同図に示すように、本実施例の可視光通信システム２は、送信装置２１と受信装置２２を含み、送信装置２１は、変調部２１１と、発光部９１２を含み、発光部９１２は従来の送信装置９１における発光部９１２と同じである。受信装置２２は、受光部１２１と、復調部２２３を含み、受光部１２１は、実施例１の受信装置１２における受光部１２１と同じである。復調部２２３は、位相信号推定部１２３１と、伝送信号推定部２２３２を含み、位相信号推定部１２３１は、実施例１の受信装置１２における位相信号推定部１２３１と同じである。以下、図８を参照して従来および実施例１と異なる各部の入出力、動作について説明する。
【００４１】
＜変調部２１１＞
変調部２１１はメモリ、演算装置などからなる。変調部２１１のメモリには、内部状態MI(i)が記憶される。MI(i)は0度またはπ度の位相の情報である。
入力：変調部２１１には、ディジタル伝送信号S(i)の系列S(1),S(2),…が入力される。ディジタル伝送信号S(i)は、1ビットの情報であり、iはディジタル伝送信号の番号を表す整数とする。
出力：変調部２１１からは、変調信号M(i)の系列M(1),M(2),...が出力される。変調信号M(i)は0度またはπ度の値を持つ位相の情報である。また、iは時間を表すインデックスとしても用いる。
動作：変調部２１１は、ディジタル伝送信号S(i)が0であり内部状態MI(i-1)が0であればM(i)を0として変調信号を生成し、内部状態MI(i)を0とする。また、変調部２１１は、ディジタル伝送信号S(i)が1であり内部状態MI(i-1)が0であればM(i)をπとして変調信号を生成し、内部状態MI(i)をπとする。また、変調部２１１は、ディジタル伝送信号S(i)が0であり、内部状態MI(i-1)がπであればM(i)をπとして変調信号を生成し、内部状態MI(i)をπとする。また、変調部２１１は、ディジタル伝送信号S(i)が1であり内部状態MI(i-1)がπであればM(i)を0として変調信号を生成し、内部状態MI(i)を0とする（Ｓ２１１）。
【００４２】
例えば変調部２１１は、ディジタル伝送信号の系列がS(1)=0、S(2)=1、S(3)=1、S(4)=1、…であり、初期の内部状態MI(0)が0であった場合、M(1)=0、M(2)=π、M(3)=0、M(4)=π、…として変調信号を生成し、各インデックスの内部状態をMI(1)=0、MI(2)=π、MI(3)=0、M(4)=π、…とする。
【００４３】
＜復調部２２３＞
復調部２２３はメモリ、演算装置などからなる。復調部２２３のメモリには、内部状態MI'(i)が記憶される。MI'(i)は、ひとつ前のインデックス(i-1)において推定された位相の情報を表す（後述）。
入力：復調部２２３には、第１受信信号B1'(i)の系列、第２受信信号B2'(i)の系列が入力される。
出力：復調部２２３からは、シンボルの系列S'(i)（推定結果）が出力される。
動作：復調部２２３の伝送信号推定部２２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列を受け取り、シンボルの系列S'(i)を出力する（Ｓ２２３２）。また、伝送信号推定部２２３２は内部状態MI'(i)を持つ。具体的には、伝送信号推定部２２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列から下記のように最小二乗法などを用いて0または1のシンボルの系列S'(i)を推定する。具体的には以下の数式（式3）に基づく操作を行う。
【００４４】
【数４】
2019161484.tif 000006
【００４５】
MI'(i)はひとつ前のインデックス(i-1)において推定された位相の情報M'(i-1)の位相情報を記録する。M'(i)とMI'(i)との差の絶対値がπ未満であれば0、π以上であれば1を出力とする。たとえば、MI'(0)が0である場合、M'(1)=0、M'(2)=π、M'(3)=π、M'(4)=π、…であれば、伝送信号推定部２２３２は系列S'(1)=0、S'(2)=1、S'(3)=0、S'(4)=1、…を出力する。MI'(0)がπである場合、M'(1)=0、M'(2)=π、M'(3)=π、M'(4)=π、…であれば、伝送信号推定部２２３２は系列S'(1)=1、S'(2)=1、S'(3)=0、S'(4)=0、…を出力する。
【実施例３】
【００４６】
以下、図９を参照して実施例３の可視光通信システムの構成を説明する。なお本実施例では、変調方式は多値位相偏移変調（M-PSK）、露光時間τ=Tc/2であるものとする。同図に示すように、本実施例の可視光通信システム３は、送信装置３１と受信装置３２を含み、送信装置３１は、変調部３１１と、発光部９１２を含み、発光部９１２は従来の送信装置９１における発光部９１２と同じである。受信装置３２は、受光部１２１と、復調部３２３を含み、受光部１２１は、実施例１の受信装置１２における受光部１２１と同じである。復調部３２３は、位相信号推定部１２３１と、伝送信号推定部３２３２を含み、位相信号推定部１２３１は、実施例１の受信装置１２における位相信号推定部１２３１と同じである。以下、図１０を参照して従来および実施例１と異なる各部の入出力、動作について説明する。
【００４７】
＜変調部３１１＞
変調部３１１はメモリ、演算装置などからなる。変調部３１１のメモリには、階調情報Gが記憶される。
入力：変調部３１１には、ディジタル伝送信号S(i)の系列S(1),S(2),…が入力される。ディジタル伝送信号S(i)は、log2(G)ビットの情報であり、iはディジタル伝送信号の番号を表す整数とする。
出力：変調部３１１からは、変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…が出力される。変調信号M(i)は0度、2*π/G*1、2*π/G*2、…2*π/G*(G-1)の値を持つ位相の情報である。また、iは時間を表すインデックスとしても用いる。
動作：変調部３１１は、入力されたディジタル伝送信号S(i)の系列の変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…の変調信号の系列を生成する。S(i)がLであれば変調部３１１は、M(i)を2*π/G*Lとして変調信号を生成する（Ｓ３１１）。
【００４８】
例えば変調部３１１は、G=4であるとき、ディジタル伝送信号の系列がS(1)=0、S(2)=3、S(3)=2、S(4)=1、…であった場合、M(1)=0、M(2)=3*π/2、M(3)=π、M(4)=π/2、…として変調信号を生成する。
【００４９】
＜復調部３２３＞
復調部３２３はメモリ、演算装置などからなる。復調部３２３のメモリには、内部状態として参照位相情報MI'が記憶される。
入力：復調部３２３には、第１受信信号B1'(i)の系列、第２受信信号B2'(i)の系列が入力される。
出力：復調部３２３からは、シンボルの系列S'(i)（推定結果）が出力される。
動作：復調部３２３の伝送信号推定部３２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列を受け取り、シンボルの系列S'(i)を出力する（Ｓ３２３２）。また、伝送信号推定部３２３２は内部状態として参照位相情報MI'を持つ。具体的には、伝送信号推定部３２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列から下記のように最小二乗法などを用いて0〜G-1のシンボルの系列S'(i)を推定する。具体的には以下の数式（式4）に基づく操作を行う。
【００５０】
【数５】
2019161484.tif 000007
【００５１】
ただし、演算子gmod(θ,2π/G)は
【００５２】
【数６】
2019161484.tif 000008
【００５３】
を意味する。上記のようにM'(i)は相対的な位相の情報のみを持つため、伝送信号推定部３２３２は別途参照位相情報MI'を内部的に保持する必要がある。MI'は符号S(i)が0である場合に観測される位相を保持する。たとえば、MI'が0である場合、M'(1)=0、M'(2)=3*π/2、M'(3)=π、M'(4)=π/2、…であれば、伝送信号推定部３２３２は系列S'(1)=0、S'(2)=3、S'(3)=2、S'(4)=1、…を出力する。MI'がπである場合、M'(1)=0、M'(2)=3*π/2、M'(3)=π、M'(4)=π/2、…であれば、伝送信号推定部３２３２は系列S'(1)=2、S'(2)=1、S'(3)=0、S'(4)=3、…を出力する。
【実施例４】
【００５４】
以下、図１１を参照して実施例４の可視光通信システムの構成を説明する。なお本実施例では、変調方式は差動多値位相偏移変調（DM-PSK）、露光時間τ=Tc/2であるものとする。同図に示すように、本実施例の可視光通信システム４は、送信装置４１と受信装置４２を含み、送信装置４１は、変調部４１１と、発光部９１２を含み、発光部９１２は従来の送信装置９１における発光部９１２と同じである。受信装置４２は、受光部１２１と、復調部４２３を含み、受光部１２１は、実施例１の受信装置１２における受光部１２１と同じである。復調部４２３は、位相信号推定部１２３１と、伝送信号推定部４２３２を含み、位相信号推定部１２３１は、実施例１の受信装置１２における位相信号推定部１２３１と同じである。以下、図１２を参照して従来および実施例１と異なる各部の入出力、動作について説明する。
【００５５】
＜変調部４１１＞
変調部４１１はメモリ、演算装置などからなる。変調部４１１のメモリには、階調情報Gが記憶される。また、変調部４１１のメモリには、内部状態MI(i)が記憶される。MI(i)は0度、2*π/G*1、2*π/G*2、…2*π/G*(G-1)のいずれかの位相の情報である。
入力：変調部４１１には、ディジタル伝送信号S(i)の系列S(1),S(2),…が入力される。ディジタル伝送信号S(i)は、log2(G)ビットの情報であり、iはディジタル伝送信号の番号を表す整数とする。
出力：変調部４１１からは、変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…が出力される。変調信号M(i)は0度、2*π/G*1、2*π/G*2、…2*π/G*(G-1)の値を持つ位相の情報である。また、iは時間を表すインデックスとしても用いる。
動作：変調部４１１は、入力されたディジタル伝送信号S(i)の系列の変調信号M(i)の系列M(1),M(2),…の変調信号の系列を生成する。S(i)がLで、MI(i)がL'であれば、2*π/G*L'+2*π/G*Lとして変調信号M(i)を生成する。ただし、2*π/G*L'+2*π/G*Lが2*πより大きい場合は2*π/G*L'+2*π/G*L-2*πとして変調信号M(i)を生成する（Ｓ４１１）。
【００５６】
例えば変調部４１１は、G=4かつMI(0)=π/2であるとき、ディジタル伝送信号の系列がS(1)=0、S(2)=3、S(3)=2、S(4)=1、…であった場合、M(1)=π/2、M(2)=0、M(3)=π、M(4)=3*π/2、…として変調信号を生成する。
【００５７】
＜復調部４２３＞
復調部４２３はメモリ、演算装置などからなる。復調部４２３のメモリには、内部状態として位相情報MI'(i)が記憶される。
入力：復調部４２３には、第１受信信号B1'(i)の系列、第２受信信号B2'(i)の系列が入力される。
出力：復調部４２３からは、シンボルの系列S'(i)（推定結果）が出力される。
動作：復調部４２３の伝送信号推定部４２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列を受け取り、シンボルの系列S'(i)を出力する（Ｓ４２３２）。また、伝送信号推定部４２３２は内部状態として位相情報MI'(i)を持つ。具体的には、伝送信号推定部４２３２は相対的な位相の推定結果M'(i)の系列から下記のように最小二乗法などを用いて0〜G-1のシンボルの系列S'(i)を推定する。具体的には以下の数式（式5）に基づく操作を行う。
【００５８】
【数７】
2019161484.tif 000009
【００５９】
MI'(i)はM'(i-1)の位相情報を記録する。たとえば、MI'(0)がπ/2である場合、M'(1)=0、M'(2)=π、M'(3)=3*π/2、M'(4)=π/2、…であれば、伝送信号推定部４２３２は系列S'(1)=3、S'(2)=2、S'(3)=1、S'(4)=2、…を出力する。
【００６０】
［変形例１］
実施例１〜４では受光素子と受信信号生成部の数はそれぞれ２つであったが、これを３つ以上にしてもよい。この場合も露光タイミングが近接する２つの受光素子において露光タイミングを搬送波周期Tcの４分の１ずらすことで、実施例１〜４と同様に位相の推定を第１受光素子および第２受光素子の間、第２受光素子および第３受光素子の間、第３受光素子および第４受光素子の間…でそれぞれ行うことにより、ノイズ耐性を増すことができる。
【００６１】
［変形例２］
実施例１〜４において位相信号推定部１２３１は位相を式1を用いて推定したが、この前段の処理として、図１５に示すように、予め期待される受信信号の値に最小二乗法等によって写像したのちにこれを行ってもよい。
【００６２】
［変形例３］
送信装置が複数（H個）ある場合でも、実施例１〜４に記載したシステムを適用することが出来る。この場合は、実施例１〜４の受信信号生成部、復調部を複数用意すればよい。この場合は復調信号の推定はそれぞれの送信装置に対応して実行される。
【００６３】
＜補記＞
本発明の装置は、例えば単一のハードウェアエンティティとして、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部、ハードウェアエンティティの外部に通信可能な通信装置（例えば通信ケーブル）が接続可能な通信部、ＣＰＵ（Central Processing Unit、キャッシュメモリやレジスタなどを備えていてもよい）、メモリであるＲＡＭやＲＯＭ、ハードディスクである外部記憶装置並びにこれらの入力部、出力部、通信部、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置の間のデータのやり取りが可能なように接続するバスを有している。また必要に応じて、ハードウェアエンティティに、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を読み書きできる装置（ドライブ）などを設けることとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。
【００６４】
ハードウェアエンティティの外部記憶装置には、上述の機能を実現するために必要となるプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている（外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるＲＯＭに記憶させておくこととしてもよい）。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭや外部記憶装置などに適宜に記憶される。
【００６５】
ハードウェアエンティティでは、外部記憶装置（あるいはＲＯＭなど）に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてメモリに読み込まれて、適宜にＣＰＵで解釈実行・処理される。その結果、ＣＰＵが所定の機能（上記、…部、…手段などと表した各構成要件）を実現する。
【００６６】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
【００６７】
既述のように、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ（本発明の装置）における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。
【００６８】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【００６９】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００７０】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【００７１】
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、ハードウェアエンティティを構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
2019161484.tif 000010
【図２】
2019161484.tif 000011
【図３】
2019161484.tif 000012
【図４】
2019161484.tif 000013
【図５】
2019161484.tif 000014
【図６】
2019161484.tif 000015
【図７】
2019161484.tif 000016
【図８】
2019161484.tif 000017
【図９】
2019161484.tif 000018
【図１０】
2019161484.tif 000019
【図１１】
2019161484.tif 000020
【図１２】
2019161484.tif 000021
【図１３】
2019161484.tif 000022
【図１４】
2019161484.tif 000023
【図１５】
2019161484.tif 000024