(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークに使用するための、第１のデバイスの通信チャンネル選択方法であって、
各々のサポートされるカラーチャンネルでの周囲干渉を推定するように前記第１のデバイスの複数のサポートされるカラーチャンネルのうち一つずつすべてのチャンネル上で伝送を遂行するステップと、
第２のデバイスから前記サポートされるカラーチャンネルのうち少なくとも一部チャンネル上の伝送を受信するステップと、
前記少なくとも一部チャンネルに対するチャンネル品質インデックス(ＣＱＩ)を計算し、前記計算されたＣＱＩを前記第２のデバイスに伝送するステップと、
前記計算されたＣＱＩに基づいて、前記第２のデバイスにより決定された前記少なくとも一部チャンネルに対するＣＱＩを前記第２のデバイスから報告されるステップと、
前記報告されたＣＱＩに基づいて前記少なくとも一部チャンネルのうち少なくとも一つを通信チャンネルとして使用されるように選択するステップと、
前記少なくとも一つの通信チャンネルを前記第２のデバイスに報告するステップと、を具備し、
前記少なくとも一部チャンネルの数は前記サポートされるカラーチャンネルの数以下であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも一部チャンネルのうち少なくとも一つに対する少なくとも一つの保護色チャンネルを設定するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
任意の伝送を検出するように前記サポートされるカラーチャンネルのバックグラウンドスキャンを遂行するステップと、
望ましくない伝送を検出すると、前記望ましくない伝送の出処と接続しないことを選択するステップと、
前記望ましくない伝送の通信チャンネルを使用不可としてマーキングするステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のデバイスは、前記第１のデバイスの伝送及び受信機能、アプリケーション要件、 保護色チャンネルに対して前記第２のデバイスに報告することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のデバイスから、前記第２のデバイスの伝送及び受信機能、アプリケーション要件、保護色チャンネルに対する情報を受信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの通信チャンネルの選択は、前記報告されたＣＱＩ、前記第１及び第２のデバイスの伝送及び受信機能、前記第１及び第２のデバイスの少なくとも一つの保護色チャンネル、及び前記第１及び第２のデバイスのアプリケーション要件のうち少なくとも一つに基づくことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１及び第２のデバイスは、複数の可視光チャンネルを通じて相互に通信するように構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
可視光スペクトルの少なくとも一部を波長帯域に分割するステップと、
前記可視光スペクトルでの波長帯域のうちいずれか一つに各々関連した複数の通信チャンネルを定義するステップと、
前記第１のデバイスによって前記ＶＬＣにサポートされるそれぞれの波長帯域にコードを割り当てるステップと、
前記少なくとも一つの保護色チャンネルの各々にコードを割り当てるステップと、
前記それぞれのサポートされる波長帯域のコード及び前記少なくとも一つの保護色チャンネルそれぞれのコードを前記第２のデバイスに伝達するステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のデバイスは前記第２のデバイスに対して移動していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークに使用するためのデバイス接続、干渉軽減、及びチャンネル選択が可能な第１のデバイスであって、
各々のサポートされるカラーチャンネルでの周囲干渉を推定するように複数のサポートされるカラーチャンネルのうち一つずつすべてのチャンネル上で伝送を遂行し、
第２のデバイスから前記サポートされるカラーチャンネルのうち少なくとも一部チャンネル上の伝送を受信し、
前記少なくとも一部チャンネルに対するチャンネル品質インデックス(ＣＱＩ)を計算し、前記計算されたＣＱＩを前記第２のデバイスに伝送し、
前記計算されたＣＱＩに基づいて、前記第２のデバイスにより決定された前記少なくとも一部チャンネルに対するＣＱＩを前記第２のデバイスから報告され、
前記報告されたＣＱＩに基づいて前記少なくとも一部チャンネルのうち少なくとも一つを通信チャンネルとして使用されるように選択し、
前記少なくとも一つの通信チャンネルを前記第２のデバイスに報告するように構成され、
前記少なくとも一部チャンネルの数は前記サポートされるカラーチャンネルの数以下であることを特徴とする第１のデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも一部チャンネルのうち少なくとも一つに対する少なくとも一つの保護色チャンネルを設定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１０に記載の第１のデバイス。
【請求項１２】
任意の伝送を検出するように前記サポートされるカラーチャンネルのバックグラウンドスキャンを遂行し、
望ましくない伝送を検出すると、前記望ましくない伝送の出処と接続しないことを選択し、
前記望ましくない伝送の通信チャンネルを使用不可としてマーキングするようにさらに構成されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の第１のデバイス。
【請求項１３】
前記第１のデバイスの伝送及び受信機能、アプリケーション要件、保護色チャンネルに対して前記第２のデバイスに報告し、
前記第２のデバイスから、前記第２のデバイスの伝送及び受信機能、アプリケーション要件、保護色チャンネルに対する情報を受信することを特徴とする請求項１２に記載の第１のデバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの通信チャンネルの選択は、前記報告されたＣＱＩ、前記第１及び第２のデバイスの伝送及び受信機能、前記第１及び第２のデバイスの少なくとも一つの保護色チャンネル、及び前記第１及び第２のデバイスのアプリケーション要件のうち少なくとも一つに基づくことを特徴とする請求項１３に記載の第１のデバイス。
【請求項１５】
複数の可視光チャンネルを通じて前記第２のデバイスと通信するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の第１のデバイス。
【請求項１６】
少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルを減少させるために第２のデバイスからの要求を受信するステップと、
前記少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルを減少させるステップと、
を具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルは、少なくとも一つのカラーチャンネルで伝送をする光源への電流を減少させることによって低下されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数の光源が前記少なくとも一つのカラーチャンネルで伝送していると、前記少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルは、前記少なくとも一つのカラーチャンネルで伝送する少なくとも一つの光源をターンオフして低下されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルは、前記少なくとも一つのカラーチャンネルで伝送する光源の物理階層でのデューティサイクルを減少させることによって低下されることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つのカラーチャンネルに対する少なくとも一つの保護色チャンネルを設定するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記受信デバイスからの要求はＶＬＣチャンネルを介して伝送されることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に可視光通信に関するものであって、より具体的には可視光通信における干渉軽減及びチャンネル選択のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光通信(Visible  Light  Communication：ＶＬＣ)は、光学的に透明な媒体において可視光を用いる近距離光無線通信のための新たな技術である。この技術は、数百テラヘルツ(ＴＨｚ)の未認可スペクトル(unlicensed  spectrum)を利用する方法を提供する。ＶＬＣは、無線周波数(ＲＦ)システムと関連した電磁波干渉及び非干渉問題の影響を受けない。ＶＬＣは、通信チャンネルを横切るデータの伝送を見るようにして付加レベルのセキュリティを提供する。ＶＬＣの他の利点は、既存の可視光インフラ施設から(照明、ディスプレイ、指示、及び装飾のような)既存のサービスを増大及び補完するということである。ＶＬＣネットワークは、ＶＬＣにかかわる２個以上のデバイスの任意のネットワークである。
【０００３】
図１は、電磁波周波数スペクトル全体及び可視光によって占められる波長の分類を示す。可視光スペクトルは、おおよそ波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍまで伸び、これは約４００〜７９０ＴＨｚの周波数範囲に該当する。このようなスペクトルは広くて複数の色を有する光源をサポートするため、この技術は、多くの通信用チャンネルを提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークにおいて使用するための干渉軽減及びチャンネル選択の装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークに使用するためのデバイス接続、干渉軽減、及びチャンネル選択方法を提供する。上記方法は、各々のサポートされるカラーチャンネルでの周囲干渉を推定するように第１のデバイスの複数のサポートされるカラーチャンネルのうち一つずつすべてのチャンネルで伝送を遂行するステップを有する。また、上記方法は、サポートされるカラーチャンネルのうち少なくとも一部チャンネルで伝送を受信するステップを有し、ここで受信カラーチャンネルの数はサポートされるカラーチャンネルの数以下である。さらに、各々の受信カラーチャンネルに対するチャンネル品質インデックス(ＣＱＩ)を計算するステップを有する。なお、第１のデバイスの受信カラーチャンネルのうち少なくとも一つを通信チャンネルとして使用されるように選択するステップを有する。そして、少なくとも一つの通信チャンネルをＶＬＣネットワークの第２のデバイスに報告するステップを有する。特定の実施形態において、上記方法は、干渉軽減を助ける保護色チャンネルの設計を含む。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークに使用するためのデバイス接続、干渉軽減、及びチャンネル選択が可能な装置を提供する。上記装置は、各々のサポートされるカラーチャンネルでの周囲干渉を推定するように複数のサポートされるカラーチャンネルのうち一つずつすべてのチャンネルで伝送を遂行するように構成される。上記装置は、サポートされるカラーチャンネルのうち少なくとも一部チャンネルで伝送を受信するように構成され、ここで、受信カラーチャンネルの数はサポートされるカラーチャンネルの数以下である。また、上記装置は、各々の受信カラーチャンネルに対するチャンネル品質インデックス(ＣＱＩ)を計算するように構成される。さらに、上記装置は、第１のデバイスの受信カラーチャンネルのうち少なくとも一つを通信チャンネルとして使用されるように選択される。なお、上記装置は、少なくとも一つの通信チャンネルをＶＬＣネットワークの第２のデバイスに報告するように構成される。特定の実施形態において、上記装置は、通信中に特定チャンネルを保護色チャンネルとして表示するように構成される。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークに使用するためのＶＬＣ間の光干渉軽減方法が提供される。上記方法は、少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルを減少させるために受信デバイスからの要求を受信するステップを有する。また、上記方法は、少なくとも一つのカラーチャンネルでの伝送電力レベルを減少させるステップを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、可視光通信(ＶＬＣ)ネットワークで使用するための干渉軽減及びチャンネル選択装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電磁波周波数スペクトル全体で可視光によって占められる波長の分割を示す図である。
【図２】各種光源からの放射の周波数分布を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態により、ＶＬＣを用いて通信する２個のデバイスを備えるシステムを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態により、可視光スペクトルをＶＬＣに使用するための複数のチャンネル又はブロックに分割することを示す図である。
【図５】国際照明委員会(International Commission on Illumination:ＣＩＥ)色度ダイアグラムを示す図である。
【図６】可視光に対する人間の目の反応を示すグラフである。
【図７】異なる色のＬＥＤに対するスペクトル幅及び波長の変動の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態によるＶＬＣチャンネルに対するサポーティングデータの表を示す図である。
【図９】白色ＬＥＤのスペクトル分布を示すグラフである。
【図１０】２個の一般的なピコネット構成を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるデバイス別基準のデバイス接続及びチャンネル選択方法を示す図である。
【図１２】デバイス間の通信にかかわるステップを強調した本発明の一実施形態によるデバイス間のデバイス接続及びチャンネル選択方法を示す図である。
【図１３】２個のピコネット間の干渉が本発明の一実施形態により解決されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明の詳細な説明に先立って、本明細書全般にわたって使用される所定の単語及び慣用句の定義を説明したほうが有利である。用語“含む(include)”及び“からなる(comprise)”と共にその派生語は、制限のない包含を意味する。用語“又は”は、“及び/又は”を意味する包括的用語である。慣用句“と関連する(associated  with)”と“それと関連する(associated  therrewith)”だけでなくその派生語は、含む、〜に含まれる、相互接続する、包含する、〜に包含される、連結する、伝達できる、協力する、インタリーブする、並列する、隣接した、結合する、有する、特性を有するなどを意味する。用語“制御器”は、少なくとも一つの動作を制御する任意の装置、システム、又はその一部を意味し、このような装置は、ハードウェア、ファームウェア又はソフトウェア、又は少なくとも２個の組み合わせで実現されることができる。任意の特定制御器と関連した機能性は集中されるか、あるいは局部的に又は遠隔的に分散されることができる。所定単語及び慣用句に対する定義は、本明細書を通じて提供され、大部分ではないが、多くの場合において、このように定義された単語及び慣用句の以前及び以後の使用にも適用されることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。
【００１１】
以下に説明する図１乃至図１３及び本明細書で本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、但し例示に過ぎず、本発明の範囲を限定することと解析されてはいけない。本発明の原理が適切に用意した任意の可視光通信ネットワークで実現されることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には理解できることである。
【００１２】
次の文献は、その全部が本明細書に示すように本明細書に組み込まれている。“R. Ramirez-Iniguez，S.M.Idrus，Z，Sun，Optical Wireless Communications：IR for Wireless Connectivity，s.l.：CRC Press，2008．”
【００１３】
可視光通信における主要挑戦課題のうち一つは、室内及び室外環境で周辺照明からの干渉である。例えば、蛍光灯及び白熱灯のような光源からの室内照明は、ＶＬＣと干渉する。室外環境では、太陽光が深刻な干渉源となり得る。図２は、各種光源からの放射の周波数分布を示すグラフである。このグラフに示すように、太陽光及びタングステンランプからの光は、両方とも広い波長スペクトルを有する。これらスペクトルのどこかにあるチャンネル(波長の帯域）で伝送を遂行するＶＬＣは、その光源のうちいずれか一つ又はすべてからの干渉を受けることができる。その反面、蛍光灯からの光は、太陽光又はタングステンランプ光よりはるかに狭い波長のスペクトルを有する。したがって、周囲光から最小干渉を有するＶＬＣチャンネルを選択することが好ましい。光源と受信センサの指向性、及び周波数スペクトルの差異部分に対するその感度も、通信性能に影響を及ぼす。
【００１４】
可視光スペクトルが多くの通信チャンネルを許容する程度に十分に広いと、光源と受信センサに対する最適の感度及び周辺光源からの最小の干渉を見せる通信チャンネル又はチャンネルを選択することが望ましい。
【００１５】
赤外線通信のような他の光通信の形態も考慮されているが、これらは、典型的に通信のために複数の並列チャンネルがサポートされていない。例えば、特定チャンネルにわたった干渉は、所望する周波数のみを受信センサに移動するように許可する光フィルタ(レンズ）を付加することによって軽減される。しかしながら、このような接近法は、マルチチャンネル通信を困難にするか、あるいは不可能にする。その上、隣接送信器と受信器との間の光干渉は、全二重(full-duplex)方式の赤外線送受信器の開発を妨害した。それによって、赤外線データ通信協会(Infrared Data Association：ＩｒＤＡ)は、共通送信器と受信器との間の自己干渉により半二重(half-duplex)モードのみをサポートする。しかしながら、通信を半二重モードで制約することは、可能な通信データレートを制限することである。
【００１６】
範囲(range)及び干渉のような複数の基準を用いるチャンネル選択は、無線周波数(ＲＦ)ベースのシステムを対象にして研究されている。ブルートゥースのようなシステムにおいて、周波数ホッピングは、任意の特定周波数からの干渉をさけるために使用される。この方法は、多くの場合にＶＬＣに容易に適用されることができない。例えば、交通信号灯のような特定の光源は、特定カラーを伝送することが要求される。他の光源は、１個又は２個のカラーのみを伝送できる。他のすべてのカラー(チャンネル)は、これらデバイスでサポートされない。また、光源と受信センサにおいてはカラーを迅速に変更すること(すなわち、周波数ホップ）を難しくする物理的限界があり得る。
【００１７】
したがって、ＶＬＣは、干渉(周辺照明)の存在時に複数のチャンネル(カラー)の下に通信のための新たな挑戦課題を提供する。本発明は、干渉を軽減して通信に使用されるチャンネルの選択を決定するように助ける複数の方法を提供する。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態により、ＶＬＣを用いて通信しようとする２個のデバイスを有するシステムを示す。このシステムは、送信器３０２と受信器３０４とを含む。送信器３０２と受信器３０４は、両方とも複数の光源(例えば、ＬＥＤ、レーザダイオードなど）とセンサ(例えば、フォトダイオード、イメージセンサなど）をサポートする。送信器３０２と受信器３０４は、複数のカラーチャンネル(周波数)で相互に通信できる。このとき、本明細書で説明される実施形態のうち多数がＬＥＤを使用しているが、本発明は、他のタイプの光(例えば、白熱、蛍光、タングステンランプ、プラズマ、ハロゲンなど)及び他の光源(例えば、レーザダイオード、ディスプレイモニタ、照明看板、交通信号灯など)も包含することはわかるべきである。
【００１９】
光源(例えば、ＬＥＤ）の実際のピーク波長とスペクトル幅が製造業者ごとに異なることができるため、特定色を暗示する広範囲な帯域幅を有することが重要である。隣接チャンネルの帯域幅が光源の帯域幅より狭いと、隣接チャンネルに関連したカラーは、相互に干渉して受信器での区別を難しくすることができる。したがって、３８０〜７８０ｎｍのスペクトルは、異なる色選択のための複数のブロックに分けられ、各ブロックは、受信器が隣接色を区別できるように十分な幅の帯域を含むべきである。
【００２０】
例えば、図４は、本発明の一実施形態により、送信器３０２と受信器３０４との間の通信のようにＶＬＣに使用するＭ個のチャンネル又はブロックに可視光スペクトルを分けることを示す。便宜上、チャンネルは、ｃ１〜ｃＭのラベルを付けておく。特定の実施形態において、送信器３０２と受信器３０４の機能に基づき、可視光スペクトルを３個〜１２個の色帯域又はチャンネルに分割することが適切である。他の実施形態において、より多い帯域、又はより少ない帯域が可能である。図４に示す実施形態では、Ｍは７である。
【００２１】
可視光を通信に用いる多くの利点のうち一つは、周辺光を提供するランプ、交通信号灯及び他の信号、及びＬＥＤ看板のような既存光源の長所を活用可能であることである。ＬＥＤのような多くの既存光源が人間の色知覚を考慮して製作されるため、その光源は、人間の目に最適化した波長帯域の光を生成できる。したがって、光源によっては、通信での実際受信器が人間でなくデバイスであっても、人間目が受信器のようにカラーチャンネルを決定することがＶＬＣで適切であり、あるいは必要であり得る。
【００２２】
チャンネルの数とそれぞれのチャンネルの帯域幅は、図５に示すような国際照明委員会(Ｃ.Ｉ.Ｅ.)の色度ダイアグラム又は図６に示すような人間目の反応グラフを用いるように様々な方法で決定されることができる。図６に釣鐘曲線を示すように、人間の目は、可視光スペクトルの両端のカラーよりは可視光スペクトルの中央のカラー(すなわち、緑色及び緑がかった色に関連した波長)に一層敏感である。したがって、人間の目は、スペクトルの両端よりスペクトル中央の狭い波長帯域にわたった色の差を検出できる。したがって、スペクトルの中央に位置した色を伝達するＬＥＤは、両端の色を伝送するＬＥＤより狭い波長帯域をしばしば使用する。
【００２３】
図７は、異なる色のＬＥＤに対するスペクトル幅及び波長の変動の一例を示すグラフである。このグラフに示すように、黄色及びオレンジ色のような色は、群青色(ultra  blue)及び淡紅色(bright  red）のようなカラーより狭いスペクトル帯域幅を占める。また、スペクトル幅は、ＬＥＤ製造工程で使用される材料の特性に基づく。
【００２４】
ＬＥＤ間のスペクトル幅の差によって、帯域幅が他のＶＬＣチャンネルを定義するのに適切であり、あるいは必要である。例えば、図６では、点線が本発明の一実施形態によるＶＬＣチャンネルに対する境界を示す。図８に示す表は、それぞれのチャンネルに対するサポーティングデータを提供する。この表の第１行を見ると、チャンネルｃ１は、３８０ｎｍと４５０ｎｍとの間の帯域として定義されることがわかる。したがって、ｃ１は、７０ｎｍのスペクトル幅を有する。この帯域は、図５のＣＩＥ色度ダイアグラムの紫がかった青色に該当する。また、この表は、中央チャンネルであるｃ３〜ｃ５が他のチャンネルより狭いスペクトル幅を占めることを示す。これは、人間の目が中央カラーに一層敏感である事実を反映し、そのため、多くのＬＥＤがその事実と関連して製造されている。
【００２５】
送信器３０２及び受信器３０４のような通信デバイスが近くの他の光源及び受信器の通信機能だけでなく、各デバイスの通信機能を知るためには、それぞれのサポートされる通信チャンネルあるいは番号又はコードによるカラーを表すことが好ましい。図８の表で、最後列は、本発明の一実施形態により、それぞれの通信チャンネルを表すコードを提供する。この実施形態において、提案されたコードは、チャンネル番号から１を引いた数の２進表現である。このコードの使用は、以下に詳細に説明する。
【００２６】
図７を参照すると、異なるタイプのＬＥＤ間に存在する相当なスペクトル幅及び波長の変動がわかる。これら変動は、ＬＥＤ製造工程で使用される材料の特性に基づく。ＬＥＤの選択に基づき、２個のＬＥＤの出力は、スペクトル幅で重なるので、実際に相互に干渉する可能性がある。この場合に、所定の時間でこれらＬＥＤのうち一つのみが伝送に使用されることができる。例えば、図７で、群緑色と純粋な青色(pure  blue）は同時に通信することが制限されることができる。
【００２７】
同様に、多くのＬＥＤは、飽和色(saturated  colors)をサポートせず、複数の帯域に伝送を遂行する。例えば、図９(ａ)のグラフは、白色ＬＥＤのスベクトル分布を示す。白色光は、実際に同一のＬＥＤから青色、緑色、及び赤色光を同時に伝送することによって生成される。青色、緑色、及び赤色光のそれぞれは、上記グラフに示すように、特定帯域にわたって伝送される。緑色光帯域の右側は赤色帯域に漏れ、赤色帯域の左側は緑色帯域に漏れる。青色と緑色帯域との間の漏れも存在するが、より少ない程度である。
【００２８】
ＬＥＤスペクトル幅及びピーク波長の相当な変動は、異なる製造業者からのＬＥＤの間に、又は同一の製造業者からのＬＥＤの間に発生することができる。さらに、単一ＬＥＤ内のピーク波長は、ＬＥＤに電力を供給する電流の変動によって変わることができる。このような変動は、帯域にわたった漏れをより多く顕著にしたり、より少なく顕著にしたりすることができる。
【００２９】
ＬＥＤデバイスからの出力漏れは、他のデバイスの受信器に影響を及ぼすだけでなく、伝送と受信を同時に使用する周波数分割複信(Frequency  Division  Duplexing：ＦＤＤ)モードで送受信デバイスの受信側にも影響を及ぼす。例えば、赤外線伝送に対するＩｒＤＡプロトコルでは、送受信器のエミッタが活性化され、データが伝送されている場合に、同一の送受信器の検出器は非活性化される。エミッタがデータ伝送を完了すると、検出器が活性化される。検出器は、高い感度のその正常状態に安定化するまで若干の時間を必要とする。
【００３０】
エミッタと検出器は、同一のデバイス内で干渉を避けるために同時に活性化される。ＩｒＤＡ送受信器のエミッタと検出器の両者が同時に動作するようにすると、エミッタにより放出されるエネルギーは、これらが同一のパッケージ内に含まれており、相互に最も短い距離を置いている事実によって、潜在的に自身の検出器によって検出されることができる。これは、もう一つが活性化される場合に非活性化する他の一つを必要とする。伝送と受信が同時に発生しないこの動作モードは、半二重方式として知られている。一方、送信器と受信器が同時に活性化されて同時に動作するようになると、その動作は、全二重方式として分類される。ＩｒＤＡプロトコルは、但し半二重方式の動作のみを定義する。しかしながら、全二重方式の動作より大きな容量の潜在力は、ＶＬＣに対して望ましい。
【００３１】
全二重通信に関連したデバイス内での干渉問題は、デバイスで受信器と光源を注意深く位置させることによってある程度軽減させることができる。しかしながら、スペクトルの漏れによるチャンネル干渉は、２個のデバイスが同時に伝送をしている場合に、両者のデバイスの性能に相変らず影響を及ぼす。したがって、２個以上のデバイスが通信を所望する場合には、それぞれのデバイスによってサポートされるチャンネルに関する詳細情報を提供してチャンネル選択を助けることが有利であり得る。
【００３２】
ＦＤＤ動作のように全二重通信をサポートするために、本発明の一実施形態は、伝送に使用されるそれぞれのチャンネルに対する“保護色(guard  color)”チャンネルを定義する。保護色チャンネル(又は簡単に“保護色”）はＶＬＣが他のチャンネルでのＶＬＣと同時に発生できない波長のチャンネル又は帯域である。伝送に使用されるそれぞれの色(又はチャンネル)“ｃ”に対して、保護色(又はチャンネル)“ｇ”のリストが定義される。保護色“ｇ”はチャンネル“ｃ”が伝送に使用中である場合にデータ伝送又はデータ受信のいずれか一つに同時に使用されることができない。
【００３３】
保護色を定義するのに使用される基準は、実施形態ごとに変わることができる。特定の実施形態において、該当チャンネルでの受信器感度の相当な損失を引き起こすインチャンネル値(in-channel  value）以上の特定値(例えば、１０〜２０ｄＢ）を超える帯域外漏れに基づいて保護色を定義することができる。
【００３４】
図９(ｂ）のグラフは、図９(ａ)に示すような白色ＬＥＤのスペクトル分布を示す。図８の表に定義されているチャンネルの境界を示す点線は、グラフ上に重ね合わせて示される。図９(ｂ)でそれぞれの定義されたチャンネルの上端には、図８の最右側列に示したように、チャンネルに対する３桁の２進コードが記載されている。
【００３５】
青色光のスペクトル分布の大部分がチャンネル指定された００１に属することを図９(ｂ)のグラフからわかる。青色光のほんの少しは、隣接チャンネル０００及び０１０に伝送される。青色光のほとんどすべてが一つのチャンネル(チャンネル００１）で伝送されるため、チャンネル００１に対しては保護色チャンネルを定義するのに利得がないが、それは、干渉が発生する見込みがほとんどない。
【００３６】
その反面、図９(ｂ)で緑色光と赤色光を考慮してみる。緑色光のスペクトル分布の大部分がチャンネル０１１に属するが、チャンネル０１０及び１００への相当量の漏出又は漏れがある。したがって、干渉回避のためにチャンネル０１０及び１００を緑色光に対する保護色チャンネルとして定義することが有益であり得る。このような保護色チャンネルを定義することによって、チャンネル０１１でＶＬＣが起きる場合にチャンネル０１０及び１００でＶＬＣが発生しないことが保証される。同様に、赤色光はチャンネル１００で主に伝送される。しかしながら、チャンネル１０１へ相当量の漏れがある。したがって、チャンネル１０１をチャンネル１００に対する保護色チャンネルとして定義することができる。
【００３７】
保護色チャンネルはチャンネル別基準として定義される。したがって、チャンネル０１１は、自身の保護色を有し、チャンネル１００も自身の保護色を有する。特定の実施形態において、ＶＬＣチャンネルを設定するプロセスの一部として保護色に対するコードが送信器から受信器に伝送される。一部の実施形態において、上述したように、それぞれの保護色を３桁コードとして伝達し得る。他の実施形態においては、それぞれの保護色に対応するビット位置に“１”を有するＮビット数の一部としてそれぞれの保護色を表示することができる。例えば、図８の表には８個のチャンネルが定義されている。図９(ｂ）の緑色光において、保護色は、第３のチャンネル及び第５のチャンネルである０１０及び１００である。したがって、緑色光に対する保護色を第３及び第５のビットに“１”を有する８ビット数（００１０１０００）として伝達できる。
【００３８】
個人領域ネットワークにおいて、デバイスは、アドホック(ad  hoc)方式で接続できる。ピコネットは、ラップトップ及び携帯電話のように少なくとも２個のデバイスが接続する場合に形成される。ピコネットが形成される場合、接続の持続時間の間にデバイスのうちの一つがマスタとして動作でき、他の一つがスレーブとして動作できる。図１０は、２個の典型的なピコネット構成を示す。デバイス１００１及びデバイス１００２のような２個のデバイスのみが接続される場合、これは、ピアツーピア(peer-to-peer)トポロジ又はポイントツーポイント(point-to-point)トポロジと称する。デバイス１００４〜１００６とのような複数のデバイスがマスタ１００３のような単一マスタに接続された場合、これは、スター(star)トポロジ又はポイントツーマルチポイント(point-to-multipoint)トポロジと称する。本発明の特定実施形態をピコネットを参照して説明したが、このような参照は、但し例示のためのことに過ぎず、本発明をこのネットワークに限定すると解析されてはならないことを理解すべきである。
【００３９】
ＶＬＣでのチャンネル選択及び干渉軽減をより詳細に説明するために、一定変数を定義することが有利である。光源の数をＳとし、デバイス内の受信センサの数をＲとする。利用可能な色の総数をＮとする。デバイスがサポートするカラー(又はチャンネル）の数はＭとする。
【００４０】
一般性の喪失なしに、各光源及びセンサが１個の色のみをサポートできると仮定する。同一の色の複数の光源を使用してデバイスから伝送される光の強さを増加させることができる。光源及びセンサの数がデバイスによりサポートされる色の数以上であると仮定する。したがって、Ｓ≧Ｍ及びＲ≧Ｍである。また、強度変調(intensity  modulation)が光源に使用される変調の典型的形態であるので、同一の色のすべての光源は、同一の情報を伝送すると仮定する。表記の目的で、それぞれのデバイスに下付き文字(添え字)を付けることにする。したがって、図１０のポイントツーポイントピコネットを参照すると、デバイス１００１は、Ｓ１個の光源、Ｒ１個の受信センサ、及びＭ１個の色を有する。同様に、デバイス１００２は、Ｓ２個の光源、Ｒ２個の受信センサ、及びＭ２個の色を有する。この２個のデバイス間の通信に利用可能なチャンネルの数はＫとする。したがって、Ｋ＝Ｍ１∩Ｍ２である。
【００４１】
また、チャンネル品質の推定値を提供する色(チャンネル)品質インデックス(ＣＱＩ)を定義する。ＣＱＩは、チャンネル選択を助けるために使用され、典型的にチャンネル信号対雑音比の推定値を獲得することによって、例えば物理階層での既知のチャンネル推定シーケンスを伝送することによって決定される。また、ＲＸ  ＣＱＩ及びＴＸ  ＣＱＩも定義する。ＲＸ  ＣＱＩは、受信器に対して定義されるものであり、送信器(すなわち、デバイス１００１)から受信器(すなわち、デバイス１００２)への伝送に対するＣＱＩを提供する。２個のデバイス間のチャンネルが非常に指向的であり、必ず対称ではないので、受信器(デバイス１００２)から元の送信器(デバイス１００１）に戻るフィードバックに基づいて得られるＴＸ  ＣＱＩ(例えば、デバイス１００２からデバイス１００１への)も定義する。
【００４２】
図１１は、本発明の一実施形態によるデバイス別基準のデバイス接続及びチャンネル選択方法を示す。この方法は、図１０のポイントツーポイントピコネットを参照して説明するが、１個のノードを同時に接続することによって他のＶＬＣネットワーク(例えば、スタートポロジを有するネットワーク）と共に使用することができる。特定実施形態において、この方法は、図１０のデバイス１００１〜１００６の任意のもの又は全部によって遂行することができる。
【００４３】
最初に、デバイス１００１は、すべてのサポートされるカラーチャンネルに対するバックグラウンドスキャンを遂行してサポートされるカラーチャンネルのうちいずれか一つでどの伝送が現在起きているかを確認する(ステップ１１０５)。デバイス１００１が任意のチャンネルでの伝送を検出できないと(ステップ１１１０)、デバイス１００１は、デバイス検索段階を開始するように決定できる(ステップ１１１５)。これは、Ｍ個のサポートされるすべてのカラーチャンネルで伝送することによって遂行され(ステップ１１２０)、その後、デバイス１００１はバックグラウンドスキャンモードに戻って応答を待機する(ステップ１１０５)。
【００４４】
もしくは、デバイス１００１が同期情報で少なくとも一つの伝送を聴取できると(ステップ１１１０)、その伝送の出処(例えば、デバイス１００２)との接続を試みる(ステップ１１２５)。デバイス１００１がデバイス１００２との接続を所望せず、あるいはチャンネルが現在他のピコネットと結合している場合に、デバイスは、そのチャンネルを干渉によって受信に使用できないこととしてマーキングする(ステップ１１３０)。これは、ＲＸ  ＣＱＩを０に設定することでなされる(ステップ１１３５)。
【００４５】
上記の例でステップ１１２５に戻ると、デバイス１００１がデバイス１００２からの伝送を聴取して接続を所望する場合に、デバイス１００１は、ビーコン(beacon)情報又は受信同期情報のうち転送できる接続要求でデバイス１００２の機能、保護色情報、及びアプリケーション要件を受信する(ステップ１１４０)。デバイス１００２からのサポートされるチャンネル各々に対して、ＲＸ  ＣＱＩが計算される(ステップ１１３５)。任意の干渉チャンネルに対してＲＸ  ＣＱＩを０に設定すること(ステップ１１３０）がこの要件に優先することに留意すべきである。次に、ＲＸ  ＣＱＩは、デバイス１００１とデバイス１００２との間のＫ個の共通のサポートされるチャンネルでデバイス１００１の機能及びアプリケーション要件(ステップ１１４０から）と共に伝送される。
【００４６】
この伝送後に、デバイス１００１は、スキャンモードに戻り(ステップ１１５０)、以前ステップの伝送に基づいてデバイス１００２からＴＸ  ＣＱＩを獲得する(ステップ１１５５)。すると、マスタ/ホストデバイス(伝送を開始し、それによって点線で示すデバイスに基づいてデバイス１００１又はデバイス１００２)にＴＸ  ＣＱＩ及びＲＸ  ＣＱＩ情報を収集する(ステップ１１６０)。ＴＸ  ＣＱＩ及びＲＸ  ＣＱＩ情報は、高いデータレートに必要な任意のアプリケーション要件と結合し(ステップ１１４０)、通信のためのチャンネル及びＦＤＤ又は時分割二重化(ＴＤＤ)のようなアクセスメカニズムに対する最終決定をする(ステップ１１６５)。
【００４７】
図１２は、本発明の一実施形態により、デバイス間の通信に関与するステップを強調したデバイス間のデバイス接続及びチャンネル選択方法を示す。この方法は、図１０のポイントツーポイントピコネットを参照して説明するが、他のＶＬＣネットワーク(例えば、スタートポロジを有するネットワーク）と共に使用することができる。特定の実施形態において、上記方法は、図１０のデバイス１００１〜１００６のうち任意の一つ又は全部によって遂行され得る。
【００４８】
まず、ホスト又はマスタとして動作して通信を開始するデバイス１００１は、すべてのサポートされるＭ１個のチャンネルで伝送を遂行する(ステップ１２０５)。送信器及び受信器にはそれぞれの色に対する独立されたハードウェアがあるため、保護色チャンネルがどの特定色の選択に使用されない限り並列伝送が可能である。
【００４９】
特定の実施形態において、各デバイスの媒体アクセス制御器(ＭＡＣ)は、それぞれのデバイスの機能とアプリケーション要件を伝達できる。この情報は、情報要素又はヘッダーのような多様な方式で提供されている。また、ＭＡＣは、デバイス検索の間に、サポートされるチャンネルの数及びデバイスに対するそれぞれのチャンネルにおける関連保護色もそれぞれの伝送されたカラーチャンネルで報告できる(ステップ１２１０)。
【００５０】
次に、デバイス１００２は、デバイスの間に共有されるＫ個のすべてのチャンネルで受信及び同期化を試みる。しかしながら、デバイス１００２は、他の光源との干渉により但し“ｘ”個のチャンネルのみで受信でき、ここで１≦ｘ≦Ｋである。デバイス１００２は、通信するために少なくとも一つのチャンネルで受信しなければならない。Ｋ個のチャンネル及びデバイス機能は“ｘ”個のチャンネルを用いて通信する中に獲得された情報要素又はヘッダーに言及されている情報から得られる。周辺光からの干渉エネルギー及び伝送中に受信されたエネルギーに基づき、Ｋ個のすべてのチャンネルに対してＣＱＩを計算する。次に、デバイス１００２は、Ｋ個のすべての共通チャンネルでデバイス１００１に伝送を遂行する(ステップ１２１５)。また、デバイス１００２は、その機能情報交換の一部としてそのサポートされるチャンネル、保護チャンネル、及びアプリケーション要件も提供する(ステップ１２２０)。
【００５１】
次に、デバイス１００１は、Ｋ個のすべてのチャンネルで受信及び同期化を試みる。デバイス１００１は、干渉によって、但し“ｙ”個のチャンネルのみで受信でき、ここで１≦ｙ≦Ｋである。ＶＬＣは、非常に高い指向性を有するので、“ｘ”と“ｙ”が異なることが可能である。例えば、デバイス１００１が窓により近い場合に、そのデバイス１００１は、デバイス１００２より多くの周辺光干渉を受ける可能性がある。デバイス１００１は、Ｋ個のすべてのチャンネルに対する自身のＲＸ  ＣＱＩを計算するだけでなく、デバイス１００２にＣＱＩ報告を折返し伝送する(ステップ１２２５)。
【００５２】
およそ同時に、デバイス１００２は、デバイス１００１から受信された情報に基づいてＣＱＩメトリクスを計算する。受信が不可能であり、あるいはデバイス１００２が異なるピコネットが動作していると知っているチャンネルは、０の受信ＣＱＩで使用不可のタグが付ける。デバイス１００２は、Ｋ個のすべてのチャンネルに対するＲＸ  ＣＱＩをデバイス１００１に折り返し報告する(ステップ１２３０)。
【００５３】
デバイスのうち一つ、しばしばマスタデバイス１００１は、２個のデバイスの伝送及び受信機能、ＣＱＩ報告、それぞれのチャンネルに対して選択された保護色チャンネル、及びアプリケーションの要件のように伝送のための情報を収集する。この情報に基づき、デバイス１００１は、通信のための単一チャンネル又は複数のチャンネルを決定する。デバイス１００１は、通信チャンネルをデバイス１００２に報告する(ステップ１２３５)。したがって、この交換の終了詩に、両者のデバイスは他端での受信に最も適合した、これらの伝送に対するＣＱＩの推定値を有するようになる。その時点から、デバイス１００１，１１０２は、協定されたチャンネル又はチャンネルらで通信することができる(ステップ１２４０)。
【００５４】
通信のために選択したアクセスメカニズムは、交換から獲得された情報によって変わることができる。例えば、単一のチャンネルのみが利用可能であり、あるいはすべてのチャンネルが高いデータレートのために使用される必要があると、ＴＤＤが要求される。一方で、チャンネル干渉が非対称であり、異なるチャンネルが伝送と受信に必要である場合には、ＦＤＤが好ましい。最終選択は、実現処理によって異なることができる。
【００５５】
上述した方法は本質的に静的デバイスを含むピコネットを参照して説明したが、ＶＬＣは、デバイスが相互に対して移動しているネットワークで有利になり得るということが考慮されている。例えば、移動中である自動車は、交通信号灯とのＶＬＣに関与できる。あるいは、相互に隣接している２台の車両がその前照灯を通じてＶＬＣに関与することができる。自動車に関連したＶＬＣは、交通状況、道路工事、天気に関する情報、又は任意の他の交通関連情報や交通非関連情報を含む。移動中である自動車が他の自動車又は交通信号と視覚的に接触する短い時間のため、デバイスが迅速に接続して通信のためのチャンネルを選択可能にすることが重要である。迅速な接続を達成する一つの方法は、利用可能なすべてのチャンネルでデバイスの間に並列に伝送することである。
【００５６】
上記した接続及びチャンネル選択方法は、２個のデバイスを参照して説明した。２個以上のデバイスを有するＶＬＣシステムにおいて、追加的なメカニズムは、複数のデバイス間の干渉を軽減するためのシステムに使用されることができる。以下、これらメカニズムについて説明する。
【００５７】
図１３は、２個のピコネット間の干渉が本発明の一実施形態により解決されることを示す。デバイス１３０１，１３０２は、一つのピコネットを形成する。デバイス１３０３，１３０４は、第２のピコネットを形成する。デバイス１３０２は、デバイス１３０２から伝送されたデータを受信するが、デバイス１３０３からの干渉も受信する。この干渉を訂正する一つのオプションは、デバイス１３０２がそのチャンネルに対する０のＣＱＩをデバイス１３０１に報告することである。すると、デバイス１３０１，１３０２は、通信するために異なるチャンネルを選択できる。しかしながら、これが望ましくない状況となり得る。例えば、デバイス１３０１は、通信のための複数のカラーチャンネルを有していない場合がある。あるいは、デバイス１３０１は、複数のカラーチャンネルを有しているが、デバイス１３０２との高いデータレートリンクのためにすべてのチャンネルを必要とすることがある。
【００５８】
このような場合、干渉を軽減するいくつかの代案が可能である。デバイス１３０２がデバイス１３０３と同期化できると、デバイス１３０２は、代替色(チャンネル）を選択することをデバイス１３０３に要求する。これは、チャンネル又は色変更要請メカニズムを通じてなされることができる。デバイス１３０２は、その伝送光電力を減少させることをデバイス１３０３に要求することができる。したがって、伝送光制御は、干渉を低減するために所定の場合に使用されることができる。
【００５９】
伝送光制御は、多様な方法で達成可能である。一実施形態では、デバイス１３０３への電流を減少させることができる。他の実施形態では、デバイス１３０３が同一の色の複数の光源を伝送に使用する場合、光源の一部は、ターンオフされ得る。もう一つの実施形態では、デバイス１３０３のそれぞれのＬＥＤでの電力デューティサイクルは、より低いデューティサイクルを有する異なるパルス幅変調又はチャンネル符号化方式技法を使用して物理階層で変更できる。デバイス１３０１とデバイス１３０３が相互に通信する場合(ＶＬＣ、有線または無線バックプレーン(backplane)、又は他の方法を通じて)、デバイス１３０１は、これらメカニズムを使用して色(チャンネル）を変更したり、伝送光制御を適用したり、あるいはこれらすべてを遂行することをデバイス１３０３に要求することができる。
【００６０】
以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められる本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、形式や細部の様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【符号の説明】
【００６１】
３０２：送信器
３０４：受信器
１００１，１００２，１００３，１００４，１０５，１００６,１３０１,１３０２，１３０３，１３０４：デバイス
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図１０】
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