(57)【要約】【課題】複数の発光素子から発光された光の干渉による影響を除去することが可能な光通信システム、光通信装置、及び光通信方法を提供すること。【解決手段】複数の発光素子を有する送信装置と、複数の受光素子を有する受信装置とを含む光通信システムであり、送信装置は、データを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換部と、複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調部と、複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴ部とを備え、受信装置は、複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴ部と、複数の第４信号を復調して複数の並列データを検出する復調部と、複数の並列データを並直列変換してデータを復元する並直列変換部とを備える。【選択図】図１
2008252444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を利用してデータを並列伝送する送信装置と、複数の受光素子を利用して前記データを復調する受信装置とを有する光通信システムであって、
前記送信装置は、
前記データを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換部と、
前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調部と、
前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴ部と、
を備え、
前記受信装置は、
前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴ部と、
前記複数の第４信号を復調して前記複数の並列データを検出する復調部と、
前記複数の並列データを並直列変換して前記データを復元する並直列変換部と、
を備えることを特徴とする、光通信システム。
【請求項２】
前記ＩＤＦＴ部は、逆離散フーリエ変換して導出されるｎ番目の前記第２信号をｍ番目に位置する前記発光素子に入力して発光させ、
前記ＤＦＴ部は、ｍ番目に位置する前記受光素子の出力をｎ番目の前記第３信号として離散フーリエ変換することを特徴とする、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記ＩＤＦＴ部は、Ｍ個の前記第１信号を逆離散フーリエ変換して（２＊Ｍ＋１）個以上の前記第２信号を導出し、当該（２＊Ｍ＋１）個以上の第２信号に応じて前記複数の発光素子が発光することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記複数の第４信号の中で、同じ前記第１信号に対応する少なくとも２つの前記第４信号を合成する合成部をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記複数の第２信号の一部又は全部を複製して少なくとも１つのコピー信号を生成し、前記複数の第２信号と共に前記少なくとも１つのコピー信号を各前記発光素子に入力して並列に発光させるＧＩ挿入部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項６】
前記複数の発光素子は、２次元的に配置され、
前記ＩＤＦＴ部は、前記複数の第１信号を２次元逆離散フーリエ変換して前記第２信号を導出し、
前記複数の受光素子は、前記複数の発光素子に対応する位置に２次元的に配置され、
前記ＤＦＴ部は、前記複数の第３信号を２次元離散フーリエ変換して前記第４信号を導出することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項７】
各前記発光素子の出力部分に設置され、前記各発光素子が発する光を当該各発光素子に対応する各前記受光素子に集光させるレンズをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項８】
前記複数の受光素子に入射する光の経路上に設置され、各前記発光素子が発する光を当該各発光素子に対応する各前記受光素子に集光させるレンズをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項９】
前記複数の発光素子は、互いに異なる色で発光する２種類以上の発光素子を含んでいることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記ＤＦＴ部は、一定の光強度を有する前記第３信号を除去した上で離散フーリエ変換することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項１１】
複数の発光素子を有する光通信装置であって、
所定のデータを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換部と、
前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調部と、
前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴ部と、
を備えることを特徴とする、光通信装置。
【請求項１２】
多重化されたデータを受信するための複数の受光素子を有する光通信装置であって、
前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴ部と、
前記複数の第４信号を復調して前記多重化されたデータを検出する復調部と、
前記複数の並列データを並直列変換して元のデータを復元する並直列変換部と、
を備えることを特徴とする、光通信装置。
【請求項１３】
複数の発光素子を利用してデータを並列伝送し、複数の受光素子を利用して前記データを復調することが可能な光通信方法であって、
前記データを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換ステップと、
前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調ステップと、
前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴステップと、
前記複数の第２信号に応じて前記複数の発光素子が発光するステップと、
前記複数の発光素子が発光した光を前記複数の受光素子が受光するステップと、
前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴステップと、
前記複数の第４信号を復調して前記複数の並列データを検出する復調ステップと、
前記複数の並列データを並直列変換して前記データを復元する並直列変換ステップと、
を含むことを特徴とする、光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム、光通信装置、及び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、より利便性の高い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】
一般に、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が、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）といった他の半導体発光素子の利用も想定されている。これは、光通信を用いる際のデータ伝送速度が発光素子の応答速度により制約を受けるからである。そのため、光通信によるデータ伝送速度を向上させるには、発光素子が発する１シグナルの間により多くのデータを伝送する仕組みが必要になる。
【０００４】
この問題に鑑み、例えば、下記の特許文献１には、データを多重化した上で複数の発光素子を用いてデータ伝送する並列伝送方式が開示されている。この方式は、複数の発光素子と複数の受光素子との間で光通信する方式であるため、１つ発光素子と１つ受光素子とを利用する場合に比べて、より高速なデータ伝送が可能になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５３９００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、上記の並列伝送方式を用いると、複数の発光素子が並列発光する光が相互に干渉するため、各発光素子が光を介して送信したデータを分離することが困難になる。この問題に対し、上記の特許文献１には、レンズを利用して、複数の発光素子が発する光をそれぞれ対応する受光素子に集光する光通信装置の構成が開示されている。しかし、上記のレンズを利用する構成を採用したとしても、複数の発光素子と複数の受光素子との間の距離が変化するにつれて焦点が変化するため、所定の間隔で配列された複数の受光素子の各々に対して適切に光を集光させることが難しいという問題がある。
【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、複数の発光素子が並列に発光した光が干渉して生じるノイズを低減することが可能な、新規かつ改良された光通信システム、光通信装置、及び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、複数の発光素子を利用してデータを並列伝送する送信装置と、複数の受光素子を利用して前記データを復調する受信装置とを有する光通信システムが提供される。
また、前記送信装置は、前記データを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換部と、前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調部と、前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴ部と、を備えることを特徴とする。
また、前記受信装置は、前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴ部と、前記複数の第４信号を復調して前記複数の並列データを検出する復調部と、前記複数の並列データを並直列変換して前記データを復元する並直列変換部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記ＩＤＦＴ部は、逆離散フーリエ変換して導出されるｎ番目の前記第２信号をｍ番目に位置する前記発光素子に入力して発光させ、前記ＤＦＴ部は、ｍ番目に位置する前記受光素子の出力をｎ番目の前記第３信号として離散フーリエ変換するように構成することもできる。
【００１０】
また、前記ＩＤＦＴ部は、Ｍ個の前記第１信号を逆離散フーリエ変換して（２＊Ｍ＋１）個以上の前記第２信号を導出し、当該（２＊Ｍ＋１）個以上の第２信号に応じて前記複数の発光素子が発光するように構成することもできる。
【００１１】
また、前記複数の第４信号の中で、同じ前記第１信号に対応する少なくとも２つの前記第４信号を合成する合成部をさらに備えるように構成することもできる。
【００１２】
また、前記複数の第２信号の一部又は全部を複製して少なくとも１つのコピー信号を生成し、前記複数の第２信号と共に前記少なくとも１つのコピー信号を各前記発光素子に入力して並列に発光させるＧＩ挿入部をさらに備えるように構成することもできる。
【００１３】
また、前記複数の発光素子は、２次元的に配置され、前記ＩＤＦＴ部は、前記複数の第１信号を２次元逆離散フーリエ変換して前記第２信号を導出し、前記複数の受光素子は、前記複数の発光素子に対応する位置に２次元的に配置され、前記ＤＦＴ部は、前記複数の第３信号を２次元離散フーリエ変換して前記第４信号を導出するように構成することもできる。
【００１４】
また、各前記発光素子の出力部分に設置され、前記各発光素子が発する光を当該各発光素子に対応する各前記受光素子に集光させるレンズをさらに備えるように構成することもできる。
【００１５】
また、前記複数の受光素子に入射する光の経路上に設置され、各前記発光素子が発する光を当該各発光素子に対応する各前記受光素子に集光させるレンズをさらに備えるように構成することもできる。
【００１６】
また、前記複数の発光素子は、互いに異なる色で発光する２種類以上の発光素子を含むように構成することもできる。
【００１７】
また、前記ＤＦＴ部は、一定の光強度を有する前記第３信号を除去した上で離散フーリエ変換するように構成することもできる。
【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、複数の発光素子を有する光通信装置が提供される。当該光通信装置は、所定のデータを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換部と、前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調部と、前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴ部と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
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、多重化されたデータを受信するための複数の受光素子を有する光通信装置が提供される。当該光通信装置は、前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴ部と、前記複数の第４信号を復調して前記多重化されたデータを検出する復調部と、前記複数の並列データを並直列変換して元のデータを復元する並直列変換部と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
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、複数の発光素子を利用してデータを並列伝送し、複数の受光素子を利用して前記データを復調することが可能な光通信方法が提供される。当該光通信方法は、前記データを直並列変換して複数の並列データを出力する直並列変換ステップと、前記複数の並列データを変調して複数の第１信号を出力する変調ステップと、前記複数の第１信号を逆離散フーリエ変換し、前記複数の発光素子の発光強度に対応する複数の第２信号を導出するＩＤＦＴステップと、前記複数の第２信号に応じて前記複数の発光素子が発光するステップと、前記複数の発光素子が発光した光を前記複数の受光素子が受光するステップと、前記複数の受光素子の受光量に応じて出力される複数の第３信号を離散フーリエ変換して複数の第４信号を導出するＤＦＴステップと、前記複数の第４信号を復調して前記複数の並列データを検出する復調ステップと、前記複数の並列データを並直列変換して前記データを復元する並直列変換ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、複数の発光素子が並列に発光した光の干渉によるノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［技術的課題］
本発明に係る実施形態について説明するに先立ち、複数の発光素子を用いて並列的にデータ伝送するための光通信システムが抱える技術的課題について、図１１及び図１２を参照しながら簡単に説明する。図１１は、並列伝送型の光通信システム７０における課題を説明するための説明図である。図１２は、レンズを備える並列伝送型の光通信システム９０の構成を示す説明図である。
【００２４】
（光通信システム７０の構成）
まず、図１１を参照しながら、光通信システム７０の構成について簡単に説明する。図１１に示すように、光通信システム７０は、主に、送信装置１０と、受信装置２０とにより構成されている。
【００２５】
（送信装置１０）
送信装置１０は、主に、直列／並列変換部１２と、変調部１４と、複数の発光素子１６とにより構成されている。直列／並列変換部１２は、入力されるデータ（以下、入力データ）を蓄積して直並列変換することにより入力データを多重化する。例えば、直列／並列変換部１２は、時間的に連続して入力される入力データを所定のビット毎に蓄積して複数の並列データを出力する。
【００２６】
変調部１４は、直列／並列変換部１２により多重化された入力データ（以下、並列データ）を所定の変調方式に基づいて変調する。例えば、変調部１４は、各並列データを２値変調又は多値変調することで変調信号を生成する。このとき、変調部１４は、ＡＳＫ、ＰＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等の変調方式に基づいて各並列データを所定のコンステレーション上の信号点にマッピングする。言い換えると、変調部１４は、各並列データを変調信号に変換する。複数の発光素子１６は、それぞれが所定の位置に配置されており、変調部１４から出力される変調信号に対応する強度で発光する。
【００２７】
（受信装置２０）
受信装置２０は、主に、複数の受光素子２４と、復調部２６と、並列／直列変換部２８とにより構成されている。複数の受光素子２４は、それぞれが所定の位置に配置されており、送信装置１０が備える複数の発光素子１６が発する光を受光して変調信号を生成することができる。例えば、各受光素子２４は、各種のフォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ、ｐｎ型ＰＤ、ｐｉｎ型ＰＤ、ＡＰＤ；Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等の光電素子により構成されている。そのため、光が入射すると、各受光素子２４には、その受光量に比例する量の電流が発生するため、その電流量に基づいて変調信号を出力することができる。
【００２８】
復調部２６は、受光素子２４から出力された変調信号から並列データを復調する。このとき、復調部２６は、上記の変調部１４が用いた所定の変調方式に基づいて並列データを復調する。並列／直列変換部２８は、復調部２６により復調された複数の並列データを並直列変換することで上記の入力データを復元することができる。
【００２９】
（効果と課題）
以上説明したように、複数の発光素子１６と複数の受光素子２４とを利用してデータを並列伝送するため、１つ発光素子と１つ受光素子とを利用してデータ伝送する場合の伝送速度に比べて高速なデータ伝送が可能になる。しかし、複数の発光素子１６が発する光の干渉効果により、各受光素子２４を介して受信されるデータを正確に復元することが難しい。そこで、図１２に示すようなレンズ２２を備える光通信システム９０の構成が考案された。
【００３０】
（光通信システム９０の構成）
図１２に示すように、光通信システム９０の構成は、上記の光通信システム７０の構成に加えて、受信装置２０がレンズ２２を備える点に特徴を有している。レンズ２２は、複数の発光素子１６と複数の受光素子２４との間に設置され、各発光素子１６が発する光をそれぞれ対応する各受光素子２４に集光させる。その結果、各発光素子１６と各受信素子２４との間の伝送経路が明確に区別され、複数の発光素子１６が並列発光して出力される光が互いに干渉してデータが分離できなくなるという問題を低減させることが可能になる。しかし、レンズ２２を利用したとしても、複数の発光素子１６と複数の受光素子２４との間の距離が変化するにつれて焦点が変化するため、所定の間隔で配列された複数の受光素子２４の各々に対して適切に光を集光させることが難しいという問題が依然として残存している。
【００３１】
以上説明した問題点を解決することが可能な本発明の好適な実施形態について、以下で詳細に説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光通信システム１０００の構成を説明する説明図である。図２は、光通信システム１０００によるシミュレーション結果を示す説明図である。
【００３３】
［本実施形態の特徴］
まず、本実施形態の特徴について、その概要を説明する。以下に示す他の実施形態においても、ここで説明する基本的なコンセプトは共通である。
【００３４】
本実施形態に係る光通信システム１０００は、光による高速伝送を実現するために並列伝送方式を採用する。まず、送信側では、直列の送信データを複数の並列データに変換する。次いで、所定の変調方式に基づいて各並列データを変調信号の周波数成分にマッピングする。並列データ毎にマッピングして得られた複数の変調信号を逆離散フーリエ変換して時間領域の変調信号に変換する。次いで、時間領域の変調信号に平均電力（直流成分）を付加する。次いで、時間領域の変調信号に対応する光強度で複数の発光素子を並列して発光させる。このとき、時間領域の変調信号をそれぞれ発光素子の位置に対応付けている点に一つの特徴がある。
【００３５】
電波領域のデータ伝送に利用されるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式の変調器でも上記の一部ステップと同様のステップを含んでいるが、時間（例えば、所定数に分割されたシンボル長）毎に、時間領域の変調信号を空間的に配列された複数の発光素子の位置に対応付けて送信する構成は、光通信を用いる本実施形態に固有の特徴である。なお、上記の変調信号の周波数成分とは、所謂、複素シンボルに対応する。また、上記の時間領域の変調信号とは、複数の複素シンボルを要素として逆離散フーリエ変換して得られる変調信号に対応する。もちろん、送信される変調信号は、複素形式で表現される変調信号の実数成分である。
【００３６】
一方、受信側では、複数の受光素子を用いて複数の発光素子が発する光を受光し、各受光素子が受光した光の強度に応じて変調信号を出力する。この変調信号は、上記の時間領域の変調信号に対応するものであり、受光素子の位置に対応する時間を指標として検出される。次いで、各受光素子から出力される変調信号から平均電力（直流成分）を除去する。次いで、複数の変調信号を要素として離散フーリエ変換することにより変調信号の周波数成分を生成する。次いで、各変調信号の周波数成分を所定の変調方式に基づいて復調し、復調された複数の並列データから送信元のデータを復元することができる。
【００３７】
以上簡単に説明した通り、本実施形態は、送信側において、逆離散フーリエ変換を利用して時間領域の変調信号に変換した上で、その時間を各発光素子の位置に対応付けてデータ伝送する構成に特徴と有する。また、受信側において、各受光素子の位置を時間に対応付けて変調信号を検出する点に特徴を有する。その結果、送信側で２値又は多値変調された複数の並列データを並列して受信側に伝送する際に、光の干渉によるノイズを低減させることができるため、より高速なデータ伝送を実現することが可能になる。以下、本実施形態に係る光通信システム１０００の具体的な構成について説明する。
【００３８】
［光通信システム１０００の構成］
ここで、図１を参照しながら、本実施形態に係る光通信システム１０００の構成について説明する。図１に示すように、光通信システム１０００は、主に、送信装置１００と、受信装置１１０とにより構成される。
【００３９】
［送信装置１００］
まず、送信装置１００の構成について説明する。送信装置１００は、主に、直列／並列変換部１０２と、変調部１０４と、ＩＤＦＴ部１０６と、複数の発光素子１０８とにより構成される。
【００４０】
（直列／並列変換部１０２）
直列／並列変換部１０２は、直列に入力される入力データを蓄積して直並列変換することにより、入力データを複数の並列データに変換することができる。例えば、直列／並列変換部１０２は、入力データをＭ個の並列データに多重化して変調部１０４に入力する。
【００４１】
（変調部１０４）
変調部１０４は、所定の変調方式に基づいて、直列／並列変換部１０２から入力される複数の並列データをそれぞれ２値又は多値に変調する。例えば、変調部１０４は、各並列データをＡＳＫ、ＰＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、又はＱＡＭ等のコンステレーション上にマッピングして、その複素シンボルを表す変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を生成する。なお、図１には、並列データ毎に変調部１０４が描画されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、複数の並列データを変調することが可能な１つの変調部１０４により構成することも可能である。また、変調信号の周波数成分ｄｉは、上記の第１信号の一例である。
【００４２】
（ＩＤＦＴ部１０６）
ＩＤＦＴ部１０６には、変調部１０４から出力された変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に加え、後述する発光素子１０８から出力される光の平均強度（直流成分）に対応する固定値ｄ０が入力される。これ以降、説明の都合上、変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）と固定値ｄ０とを纏めて変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ）と表記する場合がある。ＩＤＦＴ部１０６は、変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ）を入力として、下式（１）に示す逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行し、Ｎ個の時間領域の変調信号Ｄｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）を出力する。但し、ｊは虚数単位であり、Ｎ＞２＊Ｍである。このＮとＭとの関係については後述する。また、係数Ｃ１は任意又は設計上の理由により決定されるパラメータであるが、後述する離散フーリエ変換における係数Ｃ２との間でおよそＣ１＊Ｃ２＝１／Ｎの関係を有する。なお、時間領域の変調信号Ｄｋは、上記の第２信号の一例である。
【００４３】
【数１】
2008252444.tif 000003
【００４４】
（発光素子１０８）
送信装置１００には、複数の発光素子１０８が設けられている。各発光素子１０８は、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ、又はＬＤ等の半導体発光素子により構成される。もちろん、各発光素子１０８は、これに限定されず、蛍光灯や他の発光手段を用いて構成することも可能である。複数の発光素子１０８は、各々が所定の位置ｘｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）に配置されており、各位置ｘｋに対応する時間領域の変調信号Ｄｋに応じた光強度で発光する。なお、送信装置１００は、発光素子１０８の位置ｘｋとＩＤＦＴ部１０６の出力する時間領域の変調信号Ｄｋとを対応付ける出力制御部（図示せず）を別途備えるか、又はＩＤＦＴ部１０６によってその機能を実現するように構成することも可能である。なお、送信装置１００が備える複数の発光素子１０８は、例えば、図６の（Ａ−１）に示すように一次元的に配列されている。
【００４５】
［受信装置１１０］
次に、受信装置１１０の構成について説明する。受信装置１１０は、主に、複数の受光素子１１２と、ＤＦＴ部１１４と、復調部１１６と、並列／直列変換部１１８とにより構成される。
【００４６】
（受光素子１１２）
受信装置１１０には、複数の受光素子１１２が設けられている。各受光素子１１２は、例えば、各種ＰＤ等の光電素子により構成されている。そのため、各受光素子１１２は、光の受光量に応じて発生する電流量に基づいて信号を出力することができる。もちろん、各受光素子１１２は、これに限定されず、他の光／信号変換手段を用いて構成することも可能である。また、複数の受光素子１１２は、各々が所定の位置Ｘｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）に配置されており、発光素子１０８の位置関係に対応するように配列されている。さらに、位置Ｘｋに位置する受光素子１１２は、時間領域の変調信号Ｄｋに対応する変調信号ＤＤｋを出力する。なお、時間領域の変調信号Ｄｋとの対応関係を考慮して、受光素子１１２の出力信号を変調信号ＤＤｋと表記している。なお、受信装置１１０が備える複数の受光素子１１２は、例えば、図６の（Ａ−２）に示すように一次元的に配列されている。また、変調信号ＤＤｋは、上記の第３信号の一例である。
【００４７】
（ＤＦＴ部１１４）
ＤＦＴ部１１４は、複数の受光素子１１２により出力された変調信号ＤＤｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）を入力として、下式（２）に示す離散フーリエ変換（ＤＦＴ；Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行する。このとき、ＤＦＴ部１１４は、受光素子１１２の位置Ｘｋを時間に対応付けた変調信号ＤＤｋを入力として用いる。その結果、ＤＦＴ部１１４は、変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ）に対応する信号ｄｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ）を出力することができる。さらに、ＤＦＴ部１１４は、直流成分に対応する信号ｄｄ０を除外する。以降、変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ）との対応関係を考慮して、直流成分ｄｄ０を除外した出力信号ｄｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を変調信号の周波数成分ｄｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）と表記する場合がある。なお、変調信号の周波数成分ｄｄｉは、上記の第４信号の一例である。
【００４８】
【数２】
2008252444.tif 000004
【００４９】
（復調部１１６）
復調部１１６は、ＤＦＴ部１１４から出力される変調信号の周波数成分ｄｄｉ（ｉ＝１〜Ｍ）をそれぞれ復調してＭ個の並列データを出力する。このとき、復調部１１６は、送信装置１００の変調部１０４がマッピングに用いた所定の変調方式に基づいて変調信号の周波数成分ｄｄｉを並列データに対応付ける。なお、図１には、変調信号の周波数成分毎に復調部１１６が描画されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、複数の変調信号の周波数成分から複数の並列データを復調することが可能な１つの復調部１１６により構成することも可能である。
【００５０】
（並列／直列変換部１１８）
並列／直列変換部１１８は、復調部１１６から出力されたＭ個の並列データを並直列変換して直列のデータを出力する。その結果、送信装置１００の直列／並列変換部１０２に入力されたデータを復元することができる。
【００５１】
以上説明した構成により、光通信システム１０００は、複数の発光素子を利用したデータの並列伝送を実現する上で問題となる光の干渉効果を十分に除去することが可能になる。また、直流成分を除去することにより、一定振幅の光源や太陽光のように外部から入射される固定強度の干渉光を十分に除去することも可能になる。
【００５２】
［シミュレーション結果］
ここで、図２に示すシミュレーション結果を参照しながら、より伝送効率を向上させる手段について考察する。なお、図２に示すシミュレーション結果は、Ｃ１＝１、Ｃ２＝１／１６の条件において得られたものである。
【００５３】
図２を参照すると、送信側の変調出力ｄＩ，ｄＱ、及びＩＤＦＴ出力ＤＩ，ＤＱと、受信側の受光素子出力ＤＤＩ，ＤＤＱ、ＤＦＴ出力ｄｄＩ，ｄｄＱとが示されている。各出力信号に付された添字Ｉ及びＱは、出力信号のＩ成分（実数部）とＱ成分（虚数部）とを表している。また、上記の説明における表記との対応関係は、ｄｉ＝ｄＩ（ｉ）＋ｊ＊ｄＱ（ｉ）、Ｄｋ＝ＤＩ（ｋ）＋ｊ＊ＤＱ（ｋ）、ｄｄｉ＝ｄｄＩ（ｉ）＋ｊ＊ｄｄＱ（ｉ）、ＤＤｋ＝ＤＤＩ（ｋ）＋ｊ＊ＤＤＱ（ｋ）である。但し、ｉ＝０〜Ｍ、ｋ＝０〜Ｎ−１であり、ｊは虚数単位を示し、表記（ｉ）又は（ｋ）は最左欄のＮｏ．に対応する。
【００５４】
図２には、Ｍ＝７、Ｎ＝１６の場合（Ｎ＞２＊Ｍであることに注意されたい）についてシミュレーションした結果が示されている。図２を参照すると、時間領域の変調信号ｄｉとして、符号ａで示した範囲にサンプル値が入力されている。このサンプル値を入力値として上式（１）により逆離散フーリエ変換するとＩＤＦＴ出力ＤＩ，ＤＱが得られる。そして、時間領域の変調信号Ｄｋの実数部分に対応するＩＤＦＴ出力ＤＩだけが受信側に送信される。そのため、受信側でＭ個の変調信号ｄｄｉを正しく復調する際に必要なＮ（Ｎ＞２＊Ｍ）個の変調信号Ｄｋが送信されるのである。
【００５５】
受信側では、変調信号ＤＤｋの実数部分である受光素子出力ＤＤＩだけが得られるため、複素数成分ＤＤＱに０を入力する。こうして得られる受光素子出力ＤＤＩ，ＤＤＱを入力として離散フーリエ変換することにより、ＤＦＴ出力ｄｄＩ，ｄｄＱが得られる。図２を参照すると、ＤＦＴ出力ｄｄＩには、符号ｂで示した範囲に送信側の変調出力ｄＩの復元結果が示されていると同時に、符号ｃで示した範囲に符号ｂで示した復元結果を反転コピーした結果（以下、反転成分）が示されている。このように、上記の構成を適用すると、送信側の変調出力ｄＩの復元出力が冗長に検出される。そこで、この特性を利用して伝送効率を高めることが可能な構成について次に説明する。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、図３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る光通信システム２０００の構成について説明する。但し、上記の第１実施形態に係る光通信システム１０００と実質的に同一の機能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詳細な説明を省略する。図３は、本実施形態に係る光通信システム２０００の構成を示す説明図である。
【００５７】
本実施形態は、上記の第１実施形態のシミュレーション結果を受けて考案されたものであり、その基本コンセプトは、冗長に出力されるＤＦＴ出力ｄｄＩを合成して信号強度を向上させ、高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比；Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を実現させることにある。Ｓ／Ｎ比を高めることにより、さらに変調多値数を高める構成が可能になるため、より高速なデータ伝送を実現させることができる。
【００５８】
［光通信システム２０００の構成］
図３に示すように、本実施形態に係る光通信システム２０００は、主に、送信装置１００と、受信装置２１０とにより構成される。送信装置１００は、上記の第１実施形態に係る送信装置１００と実質的に同一の構成であるため詳細な説明を省略する。そこで、受信装置２１０の構成について詳細に説明する。
【００５９】
［受信装置２１０］
受信装置２１０は、主に、複数の受光素子１１２と、ＤＦＴ部１１４と、復調部１１６と、合成部２１２と、並列／直列変換部１１８とにより構成される。特に、受信装置２１０は、合成部２１２の機能構成に特徴を有する。そこで、合成部２１２の機能構成について詳細に説明する。
【００６０】
（合成部２１２）
合成部２１２は、復調部１１６から出力される複数の並列データｓｋのうち、相互に対応する並列データを合成する。例えば、合成部２１２は、ＤＦＴ部１１４から出力される２つの変調信号ｄｄＭとｄｄＮ−Ｍ−１とを合成する。図２を参照して、さらに具体的な例を示すと、合成部２１２は、対応関係を有するＤＦＴ出力ｄｄＩ（ｉ）とｄｄＩ（１５−ｉ−１）とを合成する（ｉ＝１〜７）。その結果、得られた変調信号の信号強度が増大できるため、復調部１１６において変調デマッピングする際の誤り率が低下し、並列／直列変換部１１８から出力される信号のＳ／Ｎ比は、合成部２１２を有しない構成に比べて大きく向上される。
【００６１】
以上説明した通り、本実施形態に係る光通信システム２０００は、ＤＦＴ部１１４から出力される変調信号ＤＤｋについて、その対応関係を考慮して冗長出力される変調信号の反転成分を合成することによって、より高い伝送性能を実現することが可能になる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
次に、図４を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る光通信システム３０００の構成について説明する。但し、上記の第１実施形態に係る光通信システム１０００と実質的に同一の機能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詳細な説明を省略する。図４は、本実施形態に係る光通信システム３０００の構成を示す説明図である。
【００６３】
［光通信システム３０００の構成］
図４に示すように、本実施形態に係る光通信システム３０００は、主に、送信装置３００と、受信装置１１０とにより構成される。受信装置１１０は、上記の第１実施形態に係る受信装置１１０と実質的に同一の構成であるため詳細な説明を省略する。そこで、送信装置３００の構成について詳細に説明する。
【００６４】
［送信装置３００］
送信装置３００は、主に、直列／並列変換部１０２と、変調部１０４と、ＩＤＦＴ部１０６と、ＧＩ挿入部３０２と、複数の発光素子１０８とにより構成される。特に、送信装置３００は、ＧＩ挿入部３０２の機能構成に特徴を有する。また、送信装置３００は、後述するガードインターバルを付加するため、上記の第１実施形態よりも多くの発光素子１０８を備えることも一つの特徴である。
【００６５】
上記の第１実施形態と本実施形態との相違点は、ＩＤＦＴ部１０６により逆離散フーリエ変換して得られる時間領域の変調信号Ｄｉ（ｉ＝０〜Ｎ−１）にガードインターバル（ＧＩ；Ｇｕａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を挿入する構成にある。ここで言うガードインターバルは、電波領域のＯＦＤＭ変調器において、マルチパスの影響を除去するために時間領域信号に付加されるガードインターバルと実質的に同一のものである。しかし、既に説明した通り、本発明の各実施形態に係る時間領域の変調信号Ｄｋは、その時間を示すパラメータ値に応じて各発光素子１０８の位置に対応付けられている。そのため、ＯＦＤＭ変調器等に用いられるガードインターバルのように、時間領域信号の先端又は後端に当該時間領域信号の後端又は先端の一部をサイクリックに付加する構成とはやや異なる。
【００６６】
（ＧＩ挿入部３０２）
ＧＩ挿入部３０２は、ＩＤＦＴ部１０６から入力された時間領域の変調信号Ｄｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）の一部をコピーして対応する発光素子１０８に入力する。このとき、各変調信号Ｄｋは、上記のＯＦＤＭ変調器におけるガードインターバルと同様、変調信号Ｄｋの時間的関係がサイクリックになるように各発光素子１０８に対して入力される。
【００６７】
例えば、Ｍ個のガードインターバルを挿入する場合、送信装置３００は、上記の第１実施形態に係る送信装置１００に比べてＭ個の発光素子１０８を余分に備える必要がある。その上で、ＧＩ挿入部３０２は、Ｎ−Ｍ−１番目からＮ−１番目の発光素子１０８に入力される時間領域の変調信号Ｄｋ（ｋ＝Ｎ−Ｍ−１〜Ｎ−１）を複製して、余分に配置されたＭ個の発光素子１０８に対して複製された変調信号Ｄｋを入力する。このとき、ＧＩ挿入部３０２は、時間領域の変調信号Ｄｋ（ｋ＝Ｎ−Ｍ−１〜Ｎ−１）を位置ｘｍ（ｍ＝−１〜−Ｍ−１）にある発光素子１０８に入力する。但し、位置ｘｍは、例えば、位置ｘ０の下位にパラメータｍが大きい順番で配列された位置を表している。なお、送信装置３００が備えるＮ＋Ｍ個の発光素子１０８は、例えば、図７の（Ｂ−１）に示すように一次元的に配列されている。一方、受信装置１１０が備える受光素子１１２の数は、例えば、図７の（Ｂ−２）に示すようにＮ個のままである。
【００６８】
上記のように、ＧＩ挿入部３０２を備えると、複数の発光素子１０８が発する光が到達する範囲に複数の受光素子１１２が位置している限り、ＯＦＤＭ復調器と同様の方法を用いて変調信号を正しく復調することができる。その結果、受信装置１１０の位置を図４に示すｘ方向に移動したとしても、正しくデータを復元することが可能になる。
【００６９】
＜第４実施形態＞
次に、図５を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る光通信システム４０００の構成について説明する。但し、上記の第１実施形態に係る光通信システム１０００と実質的に同一の機能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詳細な説明を省略する。図５は、本実施形態に係る光通信システム４０００の構成を示す説明図である。
【００７０】
［光通信システム４０００の構成］
図５に示すように、本実施形態に係る光通信システム４０００は、主に、送信装置４００と、受信装置４１０とにより構成される。本実施形態は、複数の発光素子１０８と複数の受光素子１１２とが２次元的に配置され、２次元的な発光を利用してデータを伝送する構成に特徴を有する。
【００７１】
［送信装置４００］
まず、送信装置４００の構成について説明する。送信装置４００は、主に、直列／並列変換部１０２と、変調部１０４と、２次元ＩＤＦＴ部４０２と、複数の発光素子１０８とにより構成される。上記の通り、送信装置４００は、複数の発光素子１０８が２次元的に配列されている点に特徴を有する。そのため、送信装置４００は、複数の変調信号を２次元的に処理するための２次元ＩＤＦＴ部４０２を備えている。
【００７２】
（２次元ＩＤＦＴ部４０２）
２次元ＩＤＦＴ部４０２は、変調部１０４から入力された変調信号の周波数成分ｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ２）を入力として２次元逆離散フーリエ変換を実行する。そして、２次元ＩＤＦＴ部４０２は、時間領域の変調信号Ｄｋ（ｋ＝０〜Ｎ２−１）を２次元配列されたＮ２個の発光素子１０８に入力する。但し、Ｎ＞２＊Ｍ２である。なお、送信装置４００が備えるＮ２個の発光素子１０８は、例えば、図８の（Ｃ−１）に示すように２次元的に配列されている。
【００７３】
［受信装置４１０］
次に、受信装置４１０の構成について説明する。受信装置４１０は、主に、複数の受光素子１１２と、２次元ＤＦＴ部４１２と、復調部１１６と、並列／直列変換部１１８とにより構成される。上記の通り、受信装置４１０は、複数の受光素子１１２が２次元的に配列されている点に特徴を有する。そのため、受信装置４１０は、複数の変調信号を２次元的に処理するための２次元ＤＦＴ部４１２を備えている。
【００７４】
（２次元ＤＦＴ部４１２）
２次元ＤＦＴ部４１２は、２次元的に配列されたＮ２個の受光素子１１２から出力された時間領域の変調信号ＤＤｋ（ｋ＝０〜Ｎ２−１）を入力として２次元離散フーリエ変換を実行する。但し、Ｎ＞２＊Ｍ２である。そして、２次元ＤＦＴ部４１２は、変調信号の周波数成分ｄｄｉ（ｉ＝０〜Ｍ２）を復調部１１６に入力する。なお、受信装置４１０が備えるＮ２個の受光素子１１２は、例えば、図８の（Ｃ−２）に示すように２次元的に配列されている。
【００７５】
上記の構成を適用すると、２次元的に配列された複数の発光素子１０８により並列伝送することが可能になるため、より高速なデータ伝送を実現することができる。
【００７６】
＜第５実施形態＞
次に、図９を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る光通信システム５０００の構成について説明する。但し、上記の第１実施形態に係る光通信システム１０００と実質的に同一の機能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詳細な説明を省略する。図９は、本実施形態に係る光通信システム５０００の構成を示す説明図である。
【００７７】
［光通信システム５０００の構成］
図９に示すように、本実施形態に係る光通信システム５０００は、主に、送信装置５００と、受信装置１１０とにより構成される。受信装置１１０は、上記の第１実施形態に係る受信装置１１０と実質的に同一の構成であるため詳細な説明を省略する。そこで、送信装置５００の構成について詳細に説明する。
【００７８】
［送信装置５００］
送信装置５００は、主に、直列／並列変換部１０２と、変調部１０４と、ＩＤＦＴ部１０６と、複数の発光素子１０８と、レンズ５０２とにより構成される。特に、送信装置５００は、各発光素子１０８の出力部分にレンズ５０２を備える構成に特徴を有する。
【００７９】
（レンズ５０２）
レンズ５０２は、各発光素子１０８が発する光を受信装置１１０の各受光素子１１２に集光させるためのレンズである。既に述べた通り、本発明の技術的特徴は、光の干渉による影響を低減させるための構成にあるが、光の干渉を予め抑制することによって、より高い効果が得られる。また、レンズ５０２を備えることによって、送信装置５００と受信装置１１０との間の通信距離を伸ばすことが可能になる。
【００８０】
＜第６実施形態＞
次に、図１０を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る光通信システム６０００の構成について説明する。但し、上記の第１実施形態に係る光通信システム１０００と実質的に同一の機能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詳細な説明を省略する。図１０は、本実施形態に係る光通信システム６０００の構成を示す説明図である。
【００８１】
［光通信システム６０００の構成］
図１０に示すように、本実施形態に係る光通信システム６０００は、主に、送信装置１００と、受信装置６１０とにより構成される。送信装置１００は、上記の第１実施形態に係る送信装置１００と実質的に同一の構成であるため詳細な説明を省略する。そこで、受信装置６１０の構成について詳細に説明する。
【００８２】
［受信装置６１０］
受信装置６１０は、主に、レンズ６１２と、複数の受光素子１１２と、ＤＦＴ部１１４と、復調部１１６と、並列／直列変換部１１８とにより構成される。特に、受信装置６１０は、複数の受光素子１１２の前段にレンズ６１２を備える構成が特徴的である。
【００８３】
（レンズ６１２）
レンズ６１２は、複数の受光素子１１２の前段に設けられ、送信装置１００が備える各発光素子１０８が発する光の伝送経路を所定の受光素子１１２に導く役割を有する。つまり、レンズ６１２を備えることによって、より効果的に光の干渉による影響を除去することができる。
【００８４】
＜変形例＞
上記の各実施形態に係る光通信システムの構成を適用することにより複数の発光素子１０８が発する光の干渉による影響を十分に除去することが可能になるため、より高速な光データ伝送を実現することができる。さらに、上記の各実施形態の構成において、互いに異なる色の複数の発光素子１０８を組み合わせることにより、より高速なデータ伝送を実現することができる。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を発色可能な３種類の発光素子１０８を組み合わせて３色独立でデータを並列伝送することにより、さらに高速なデータ伝送速度を実現可能である。もちろん、２色の発光素子１０８の組合せや４色以上の発光素子１０８の組合せを適用することも可能である。
【００８５】
以上、本発明の好適な実施形態に係る光通信システムの構成について説明した。上記の各実施形態に共通する特徴は、複数の発光素子が発する光の干渉による影響を十分に抑制するために、逆離散フーリエ変換して得られる時間領域の変調信号の時間情報を各発光素子の位置情報に対応付けて送信する構成と、複数の受光素子から出力される変調信号と各受光素子の位置情報とに基づいて当該変調信号を離散フーリエ変換する構成とにある。かかる構成により、光の干渉による影響を低減させ、より高速なデータ伝送を実現することが可能になる。なお、上記の各実施形態は、可視光領域の光を利用する可視光通信において好適であるが、赤外領域や紫外領域の光にも応用が可能である。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図２】同実施形態に係るシミュレーション結果を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図６】本発明の第１及び第２実施形態に係る発光素子、及び受光素子の配置を示す説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る発光素子、及び受光素子の配置を示す説明図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る発光素子、及び受光素子の配置を示す説明図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る光通信システムの構成を示す説明図である。
【図１１】並列伝送する光通信システムの構成を示す説明図である。
【図１２】並列伝送する光通信システムの問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０００    光通信システム
１００    送信装置
１０２    直列／並列変換部
１０４    変調部
１０６    ＩＤＦＴ部
１０８    発光素子
１１０    受信装置
１１２    受光素子
１１４    ＤＦＴ部
１１６    復調部
１１８    並列／直列変換部
２０００    光通信システム
２１０    受信装置
２１２    合成部
３０００    光通信システム
３００    送信装置
３０２    ＧＩ挿入部
４０００    光通信システム
４００    送信装置
４０２    ２次元ＩＤＦＴ部
４１０    受信装置
４１２    ２次元ＤＦＴ部
５０００    光通信システム
５００    送信装置
５０２    レンズ
６０００    光通信システム
６１０    受信装置
６１２    レンズ
【図１】
2008252444.tif 000005
【図２】
2008252444.tif 000006
【図３】
2008252444.tif 000007
【図４】
2008252444.tif 000008
【図５】
2008252444.tif 000009
【図６】
2008252444.tif 000010
【図７】
2008252444.tif 000011
【図８】
2008252444.tif 000012
【図９】
2008252444.tif 000013
【図１０】
2008252444.tif 000014
【図１１】
2008252444.tif 000015
【図１２】
2008252444.tif 000016