(57)【要約】【課題】照明に使われる発光素子を用いて高速かつ伝送品質の劣化を抑制した可視光通信を実現することを可能とする技術を提供する。【解決手段】可視光通信に用いる発光素子の周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置において、前記発光素子の周波数特性をデータとして記憶する手段と、前記発光素子から送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、を具備し、前記係数と前記周波数特性の逆特性との乗算結果を用いて、前記発光素子に対する周波数補償を行うようにする。【選択図】図４
2017169069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光通信に用いる発光素子の周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置であって、
前記発光素子の周波数特性をデータとして記憶する手段と、
前記発光素子から送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、
前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、を具備し、
前記係数と前記周波数特性の逆特性との乗算結果を用いて、前記発光素子に対する周波数補償を行う
ことを特徴とする周波数特性補償装置。
【請求項２】
可視光通信に用いる発光素子としてのLEDの周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置であって
前記LEDの周波数特性は、周波数に対する電力の大きさが所定の傾きの線で近似される周波数特性であり、
前記LEDの周波数特性の所定の傾きをデータとして記憶する手段と、
前記LEDから送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、
前記周波数特性の所定の傾きと、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、
前記周波数特性の逆特性として、前記所定の傾きの逆の傾きを算出する手段と、を具備し、
前記係数と、前記逆の傾きとの積を用いて、前記LEDに対する周波数補償を行う
ことを特徴とする周波数特性補償装置。
【請求項３】
信号対雑音比情報と帯域幅情報をパラメータとして、伝送品質を最良とすることを規範として予め計算された前記係数の最適値を保持するテーブルを更に具備しており、
前記決定手段は、前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、前記信号対雑音比情報とに対応する係数を前記テーブルから抽出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数特性補償装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の前記周波数特性補償装置と、前記発光素子とを具備する送信機。
【請求項５】
請求項３に記載のテーブルを作成する係数算出装置であって、
係数と、発光素子の周波数特性の逆特性とを原信号のスペクトラムに乗算することにより送信スペクトラムを算出し、当該送信スペクトラムから、前記発光素子の周波数特性と伝搬損失とに基づき受信スペクトラムを算出し、当該受信スペクトラムから伝送品質を算出する処理を、係数を変えながら繰り返し実行する実行手段と、
前記実行手段において使用した複数の係数のうち、前記伝送品質を最良とする係数を最適値として決定する決定手段と、
信号対雑音比情報と帯域幅情報を変えながら、前記実行手段による処理、及び前記決定手段による処理を繰り返し実行し、得られた係数を前記テーブルに保存する手段と
を具備することを特徴とする係数算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光を媒体として通信を行う可視光通信に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、LED（Light Emitting Diode）を用いた照明機器の普及に伴い、LEDの持つ高速応答性を活かして照明として使用しながら同時に情報伝送に利用しようとする検討が盛んに行われている。これは、可視光を用いて通信を行うことから、可視光通信と呼ばれている。可視光通信は電子機器への影響が無く、目に見える光を用いていることから、通信範囲が一目で分かる等の特徴がある。
【０００３】
可視光通信の技術検討は、これまで可視光通信コンソーシアム[非特許文献１]やIEEE802.15.7 Task Group[非特許文献２]等を中心に行われている。低速伝送（数kbps程度）で固有ＩＤやビーコン信号を伝送するものが既に規格化されており、さらに数Mbps〜数Gbpsまでの高速化が検討されている。
【０００４】
可視光通信に用いる変調方式に関しては、さまざまな検討が行われており、光のオンオフを用いて2値のビットを表すオンオフキーイング（OOK: On-Off Keying )やパルス位置変調（PPM: Pulse Position Modulation）等のパルス変調方式や、CSK(Color Shift Keying)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等が検討されている。特にOFDMは多くの無線システムで採用されている実績のある技術であり、周波数利用効率が高く高速信号伝送に適しているため、今後の可視光通信の高速化に向けて期待されている技術の一つである。
【０００５】
LEDは直流のバイアス電流を流すことで発光するが、例えばこの電流をオンオフすることによって光のオンオフキーイングを実現することができる。オンオフを人間の目が追従できない程度の高速で行うと人の目には通常の照明光として映るが、人の目で知覚できない情報を同時に送ることができる。この光をフォトダイオード等の受光素子で受光すれば、受光強度の変化に応じて信号を再生できる。
【０００６】
一方、OFDM等の高度な線形変調信号を伝送する際には、LEDの通過帯域を考慮した周波数の搬送波にOFDM等によって変調を行った変調信号を生成し、これをLEDの直流バイアス電流に加えることによって変調された光信号を生成する。受光側では受光強度に応じて再生された信号から、変調に用いた周波数成分のみをフィルタによって抽出することで元の変調信号を再生することができる。
【０００７】
OFDMは、周波数利用効率が高い一方で、使用するアンプの線形性や周波数特性の平坦さが要求される変調方式である。しかし、一般的にLEDの周波数特性は平坦ではなく、周波数が高いほど伝送される電力が低下してしまうという傾向がある。これを図１を参照して説明する。図１は市販LEDに周波数特性が平坦なOFDM信号を通した場合の周波数特性の例である。図１（ａ）は元の送信信号のスペクトラム、図１（ｂ）はLEDを通して伝送した後の受信信号のスペクトラムである。この例では周波数1MHz当たり約-0.2dBの傾きで受信電力低下がみられる。伝送帯域幅は80MHzでその上端と下端のサブキャリアでは約17dBの電力差がある。
【０００８】
特に照明に用いるような高輝度・高出力のLEDでは浮遊容量が大きくなるため、高速応答ができなくなり、高い周波数帯を使用することが難しいという課題がある。LEDの浮遊容量は、半導体のPN接合が等価的にコンデンサとして作用するために発生するものである。高出力のLEDを作ろうとするとどうしても半導体PN接合の面積が大きくなり、そのため浮遊容量が大きくなることに起因して高速応答が難しくなるという傾向にある。
【０００９】
このため照明に用いる高出力LEDでは可視光通信を高速化するのは難しかった。高速の信号伝送を行うためには、LEDの周波数特性を補償する技術が重要となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】可視光通信コンソーシアム：http://www.vlcc.net/、平成２８年２月２９日検索
【非特許文献２】IEEE 802.15.7：http://www.ieee802.org/15/pub/TG7.html、平成２８年２月２９日検索
【非特許文献３】D. Tsonev他、"A 3-Gb/s Single-LED OFDM-Based Wireless VLC Link Using a Gallium Nitride μLED", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.26, No.7, April, 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したとおり、照明に用いる高出力のLEDを可視光通信に用いる場合には、LEDの周波数特性の補償技術が重要となる。
【００１２】
従来の技術では、受信後の周波数特性が平坦となるように、予め送信側でLEDの周波数特性の逆特性を掛けた信号を生成することにより、伝送特性の改善を図っていた[非特許文献３]。この技術は送信側で事前に(Pre-)等化(Equalization)を行うという意味でPre-equalizationと呼ばれている。
【００１３】
従来のPre-equalizationは、例えば[非特許文献３]ではμLEDと呼ばれる径の小さなLED等に適用されていた。μLEDは小型のため浮遊容量が小さく、周波数特性の傾きは比較的緩やか（非特許文献３の例では1MHz当たり約-0.03dBの傾き）で周波数特性に優れている反面、出力は4.5mWと小さく、照明として用いられる出力を得るには数百個のμLEDを同時に用いる必要があるものであった。
【００１４】
一方、実際に照明に用いられる高出力のLEDは浮遊容量が大きく、図１（ｂ）に示す例のように周波数特性の傾きが急である（この例では1MHz当たり約-0.2dBの傾き）。このように傾きが急な周波数特性（図２（ａ））に対して従来技術のPre-equalizationを行うと、図２（ｂ）に示すように受信信号の周波数特性は平坦になるが、伝送帯域全体の受信電力が低下してしまうという課題がある。これは、Pre-equalizationによって送信側で高い周波数成分に電力を多く配分する必要があるが、その分失われる電力が多くなり、結果として帯域全体としての受信電力が低下してしまうということが原因である。
【００１５】
以上、説明したように、実際に照明として使われる高出力のLEDでは周波数特性の傾きが大きいため従来技術のPre-equalizationによって帯域全体の受信電力が低下し、伝送品質が劣化するという課題がある。
【００１６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、照明に使われる発光素子を用いて高速かつ伝送品質の劣化を抑制した可視光通信を実現することを可能とする技術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】
【００１７】
開示の技術によれば、可視光通信に用いる発光素子の周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置であって、
前記発光素子の周波数特性をデータとして記憶する手段と、
前記発光素子から送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、
前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、を具備し、
前記係数と前記周波数特性の逆特性との乗算結果を用いて、前記発光素子に対する周波数補償を行う
ことを特徴とする周波数特性補償装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
開示の技術によれば、照明に使われる発光素子を用いて高速かつ伝送品質の劣化を抑制した可視光通信を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実際のLEDの周波数特性の例を示す図である。
【図２】従来技術の課題を説明するための図である。
【図３】可視光通信の伝送系の構成図である。
【図４】第１の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成図である。
【図５】第２の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成図である。
【図６】係数αに対するビット誤り率の例を示す図である。
【図７】本実施の形態における動作原理を説明するための図である。
【図８】係数算出装置５００の機能構成図である。
【図９】係数αの算出手順を示すフローチャートである。
【図１０】テーブルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。例えば、本実施の形態では、発光素子としてLEDを使用するが、本発明の周波数補償偽技術は、LED以外の発光素子にも適用し得るものである。
【００２１】
（全体の装置構成）
図３に、本実施の形態において可視光通信の伝送系を構成する送信機１０８と受信機１０９の構成図を示す。なお、図３に示す構成は、後述する第１、第２の実施の形態に共通する構成である。
【００２２】
図３に示すように、送信機１０８は、変調信号発生器１０１、周波数特性補償装置１０２、LEDドライバ回路１０３、及び、発光素子の例であるLED１０４を有する。また、受信機１０９は、受光素子の例であるフォトダイオード(PD : Photo Diode)１０５、PDドライバ回路１０６、及び信号復調器１０７を有する。
【００２３】
変調信号発生器１０１は、入力された情報ビットからOFDM等の変調信号を生成する。周波数特性補償装置１０２は、LED１０４の周波数特性を補償する。LEDドライバ回路１０３は、LED１０４を駆動するバイアス電流をLED１０４に供給するとともに、バイアス電流に周波数特性補償装置１０２からの変調信号を加える。
【００２４】
受信機１０９のPDドライバ回路１０６は、フォトダイオード１０５への電流供給を行うとともに、受光強度を電気信号に変換する。信号復調器１０７は、PDドライバ回路１０６で変換された受信信号を復調し、情報ビットとして出力する。なお、受信機１０９は、送信機１０８から受信する可視光信号の受信SNRを測定し、当該受信SNRを無線回線等を介して送信機１０８に通知する機能を含む。当該受信SNRは、周波数特性補償装置１０２に与えられる。
【００２５】
本実施の形態では、周波数特性補償装置１０２が従来にない特徴を有している。以下、周波数特性補償装置１０２の２つの構成例について、第１の実施の形態、及び第２の実施の形態として説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成、動作）
図４は、第１の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成を示す図である。図４に示すように、第１の実施の形態における周波数特性補償装置１０２は、記憶部２０１、演算部２０２、２０４、２０５、記憶部２０３、FFT計算部２０６、乗算部２０７、逆FFT計算部２０８を有する。各部の概要は以下のとおりである。
【００２７】
記憶部２０１は、LED１０４の周波数特性のデータを記憶する。演算部２０２は、記憶部２０１に記憶された周波数特性の逆特性を計算する。記憶部２０３は、変調に用いる帯域幅の情報を記憶する。演算部２０４は、記憶部２０１に記憶されたデータと記憶部２０３に記憶された情報とから、可視光通信に使用する帯域幅における上端と下端の周波数の電力差ΔPを計算する。
【００２８】
演算部２０５は、演算部２０４の演算結果（電力差ΔP）と、受信機１０９から通知された受信SNR情報とに基づいて係数αを決定する。FFT計算部２０６は、変調信号発生器１０１からの入力信号を周波数領域に変換する。
【００２９】
乗算部２０７は、演算部２０２で計算された逆特性と演算部２０５で計算された係数αとを乗算し、当該乗算により得られた信号をFFT計算部２０６の出力信号に乗算する。逆FFT計算部２０８は、乗算部２０７から出力される信号を逆FFT演算により時間領域の信号に変換する。
【００３０】
第１の実施の形態の周波数特性補償装置１０２は、例えば、各部をハードウェア回路をにより実現してもよいし、CPUとメモリ等を備えるコンピュータに、各演算部、計算部の処理に対応するプログラムを実行させることで実現してもよい。当該プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００３１】
次に、第１の実施の形態の周波数特性補償装置１０２における動作について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３２】
図３において、まず、伝送したい情報ビット列が変調信号発生器１０１に入力される。変調信号発生器１０１では情報ビットに基づいて変調信号を生成する。本実施の形態の変調信号はOFDM信号であるが、他の変調方式の信号を使用してもよい。変調信号発生器１０１で生成された変調信号は周波数特性補償装置１０２に入力される。
【００３３】
周波数特性補償装置１０２の内部では、図４に示すように、まず、記憶部２０１に記憶されているLED１０４の周波数特性データに基づいて、演算部２０２が、LED１０４の周波数特性の逆特性を計算する。
【００３４】
また、演算部２０４が、記憶部２０３に記憶されている伝送に用いる帯域幅の情報と、記憶部２０１に格納されているLED１０４の周波数特性の情報とに基づいて、伝送帯域における上端の周波数と下端の周波数の電力差ΔPを計算する。
【００３５】
次に、演算部２０５が、演算部２０４で計算された電力差ΔPと、受信機１０９から通知された受信SNR情報とに基づいて係数αを決定する。ここで、係数αは０以上、１以下の実数である。一方、入力された変調信号はFFT計算部２０６において周波数領域に変換される。また、乗算部２０７は、演算部２０２で計算された周波数特性の逆特性と演算部２０５で決定された係数αの値とを乗算し、更に、当該乗算結果をFFT計算部２０６からの出力信号に乗算する。当該乗算された信号は逆FFT計算部２０８において時間領域の信号に戻されて出力される。
【００３６】
（第２の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成、動作）
図５は、第２の実施の形態における周波数特性補償装置１０２の構成を示す図である。図である。図５に示すように、第２の実施の形態における周波数特性補償装置１０２は、記憶部３０１、演算部３０２、３０４、３０５、記憶部３０３、FFT計算部３０６、乗算部３０７、逆FFT計算部３０８を有する。第１の実施の形態の周波数特性補償装置１０２と、第２の実施の形態の周波数特性補償装置１０２とは基本的に同様の構成であるが、第２の実施の形態の周波数特性補償装置１０２では、より具体的な例を示している。各部の概要は以下のとおりである。
【００３７】
記憶部３０１は、LED１０４の周波数特性の傾きのデータ（-x[dB/MHz]）を記憶する。演算部３０２は、記憶部３０１に記憶された周波数特性の逆特性を計算する。記憶部３０３は、変調に用いる帯域幅の値Bwを記憶する。演算部３０４は、記憶部３０１に記憶されたデータ（-x[dB/MHz]）と記憶部３０３に記憶された値Bwとから、可視光通信に使用する帯域幅における上端と下端の周波数の電力差ΔPを、ΔP=x・Bwとして計算する。
【００３８】
演算部３０５は、演算部３０４の演算結果（電力差ΔP）と、受信機１０９から通知された受信SNR情報とに基づいて係数αを決定する。FFT計算部３０６は、変調信号発生器１０１からの入力信号を周波数領域に変換する。
【００３９】
乗算部３０７は、演算部３０２で計算された逆特性と演算部３０５で計算された係数αとを、FFT計算部３０６の出力信号に乗算する。逆FFT計算部３０８は、乗算部３０７から出力される信号を逆FFT演算により時間領域の信号に変換する。
【００４０】
第２の実施の形態の周波数特性補償装置１０２は、例えば、各部をハードウェア回路により実現してもよいし、CPUとメモリ等を備えるコンピュータに、各演算部、計算部の処理に対応するプログラムを実行させることにより実現してもよい。また、当該プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００４１】
次に、第２の実施の形態の周波数特性補償装置１０２における動作について、図３及び図５を参照して説明する。
【００４２】
図３において、まず、伝送したい情報ビット列が変調信号発生器１０１に入力される。変調信号発生器１０１では情報ビットに基づいて変調信号を生成する。本実施の形態の変調信号はOFDM信号であるが、他の変調方式の信号を使用してもよい。変調信号発生器１０１で生成された変調信号は周波数特性補償装置１０２に入力される。
【００４３】
周波数特性補償装置１０２の内部では、図５に示すように、まず、演算部３０２が、記憶部３０１に記憶されているLED１０４の周波数特性の傾き-x[dB/MHz]に基づいて、LED１０４の周波数特性の逆特性の傾き+x[dB/MHz]を計算する。また、演算部３０４は、記憶部３０３に記憶されている伝送に用いる帯域幅Bwと、記憶部３０１に格納されているLED１０４の周波数特性の傾きとに基づいて、積ΔP=x・Bwを計算する。次に、演算部３０５は、演算部３０４で計算されたΔPと受信機のSNR情報とに基づいて係数αを決定する。係数αは０以上、１以下の実数である。
【００４４】
一方、変調信号発生器１０１から入力された変調信号は、FFT計算部３０６において周波数領域の信号に変換され、乗算部３０７において、演算部３０２で計算された周波数特性の逆特性と演算部３０５で決定された係数αの値の積と乗算される。乗算部３０７で乗算された信号は、逆FFT計算部３０８において時間領域の信号に戻されて出力される。
【００４５】
（係数αを用いる効果について）
次に、上述した第１、第２の実施の形態における係数αの効果について説明する。図６は、係数αの値を横軸に、ビット誤り率(BER: Bit Error Rate)を縦軸として計算結果と実測結果を表したグラフである。計算及び測定条件は中心周波数50MHz、帯域幅80MHz、変調方式は各サブキャリア64QAM変調のOFDM、LEDの周波数特性の傾きは-0.21dB/MHzである。計算値の算出は後述する図９の手順に従って行った。また、実際に使用する受信機はBER特性の理論値からずれがあるため、理論値からの劣化分を約2dB見込んだ。
【００４６】
SNR=30dB及びSNR=31dBのぞれぞれの場合について、実線が計算値を示し、マーカーが実測値を示す。図６に示すとおり、BERの計算値と実測値が良く一致していることが分かる。このため、BERを最小とするαの値は計算で求めることが可能である。この例ではα＝1よりもα＝0.8の場合の方がBERを小さくすることができることが分かる。α＝０の時のBERは周波数補償を行わない時のBERであり、α＝1の時のBERは従来技術のPre-equalizationを行った場合のBERに相当する。このことから、本発明の技術は従来技術よりさらにBER特性を改善する効果があることが分かる。
【００４７】
また、本発明の技術は、可視光通信に用いるLEDの周波数特性の傾きが大きい場合、すなわち伝送するスペクトラムの上端の周波数と下端の周波数の受信電力差が大きい場合に適用すると特に効果を発揮する。
【００４８】
（動作原理について）
図７は、本実施の形態（第１、第２の実施の形態に共通）の動作原理の説明を行うための図である。
【００４９】
図７（ａ）の４０１及び４０２は周波数補償を何も行わない場合の送信及び受信スペクトラムを模式的に表している。図７（ｂ）の４０３及び４０４は従来技術のPre-equalizationによって周波数補償を行った場合の送信及び受信スペクトラムを模式的に表している。また、４０５及び４０６は本実施の形態の周波数補償を行った場合の送受信スペクトラムを模式的に表している。
【００５０】
４０１に示すように、送信側で周波数補償を行わない場合の送信スペクトラムは平坦である。この信号をLED伝送系に通すことによって４０２のように高い周波数帯の電力が下がり、-x[dB/MHz]の周波数特性の傾きが生じる。
【００５１】
これに対し、従来技術のPre-equalizationでは、４０３のように送信スペクトラムを逆特性+x[dB/MHz]の傾きを持つように加工する。この場合の受信スペクトラムは４０４のように平坦な周波数特性となる。このように受信スペクトラムを受信側で平坦になるようにすることによってOFDM信号の伝送品質を改善することができる。一方、周波数特性の傾きx[dB/MHz]が大きい場合には、失われる高周波帯に電力を多く配分することになるため、トータルの受信電力は低下してしまう。特に可視光通信では一般的な無線通信に比べて受信電力を確保することが難しいことが多いため、受信電力の低下は影響が大きい。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、周波数特性が傾いていることによる影響とトータルの受信電力が低下する影響の両方を考慮するために係数α（0≦α≦1）を導入する。送信側では４０５に示す通り+αx[dB/MHz]の傾きを持つように送信スペクトラムを加工する。この加工は、第１の実施の形態においては、FFT計算部２０６から出力された信号に、乗算部２０７で「+αx[dB/MHz]」に相当する周波数特性を乗算することに対応する。また、第２の実施の形態においては、FFT計算部３０６から出力された信号に、乗算部３０７で「+αx[dB/MHz]」に相当する周波数特性を乗算することに対応する。
【００５３】
このように送信スペクトラムを加工することで、受信側では４０６のように（α-1）x[dB/MHz]の傾きを持つスペクトラムが受信される。受信側では、１タップ程度の簡単な周波数領域等化を行うことにより残ったスペクトラムの傾きを平坦に補正することができる。しかし、高い周波数ほどSNRが減少する影響は受信側の等化では取り除くことができない。係数αを変えた場合、例えば図６に示すようにビット誤り率を最小にするαが存在し、この係数αを送信側で送信スペクトラムの加工に用いることによりビット誤り率を最小にできる。
【００５４】
（係数αの決定方法について）
本実施の形態（第１、第２の実施の形態で共通）では、周波数特定補償装置１０２における演算部２０５、３０５が、受信SNRとΔPの様々な組に対応する最適な係数αを格納したテーブルを保持しており、演算部２０５、３０５は、当該テーブルを参照することで、可視光通信時の受信SNRとΔPに対応するαを取得し、補償に用いている。なお、当該テーブルは、他の機能部、例えば、記憶部２０３、３０３等が保持してもよい。以下、このテーブルの作成方法について説明する。
【００５５】
係数αの最適値は、LED１０４の周波数特性、伝送帯域幅、受信SNR、変調方式、受信機の固定劣化、をもとに近似計算により求めることができる。上記のように、予め計算された係数αの最適値をテーブルとして保存しておき、伝送時のパラメータに合わせてテーブルから最適値を取り出す。
【００５６】
本実施の形態では、係数αの最適値は、伝送品質を最良とすることを規範として計算される。例えば、図６の例では係数αに対するビット誤り率特性を計算し、当該ビット誤り率が最小となる係数αを最適値とする。この例では「伝送品質を最良とする」規範として「ビット誤り率の最小化」を用いているが、「フレーム誤り率の最小化」、「スループットの最大化」等であっても良い。
【００５７】
図８は、係数αの最適値を算出する係数算出装置５００の構成図である。図８に示すように、係数算出装置５００は、入力部５０１、係数算出部５０２、データ記憶部５０３、出力部５０４を有する。入力部５０１は、計算に使用する周波数特性、伝送帯域幅、受信SNR、変調方式、受信機の固定劣化等の各種パラメータを入力する。入力されたパラメータはデータ記憶部５０３に記憶され、係数算出部５０２により係数最適値算出のために使用される。係数算出部５０２は、後述する手順に従って、係数αの最適値の近似計算を行う。出力部５０４は、係数αの最適値のテーブルを出力する。
【００５８】
本実施の形態に係る係数算出装置５００は、コンピュータに、以下で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現することが可能である。すなわち、当該係数算出装置５００の機能は、当該コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ、ハードディスクなどのハードウェア資源を用いて、処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。また、上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００５９】
＜係数αの最適値の計算手順＞
図９に、係数算出部５０２により実行される係数αの最適値の近似計算の手順を示す。図９では、OFDM信号のビット誤り率を最小化することを規範とする例について説明する。
【００６０】
図９に示す手順において、ます、αの初期値を０とする。ステップＳ１０１において、送信する原信号の作成を行う。ここでは、信号の送信電力を決定し各サブキャリアに等しく電力を配分する。
【００６１】
ステップＳ１０２では、送信スペクトラムの加工を行う。具体的には、係数αとLEDの周波数特性の逆特性とを原信号のスペクトラムに乗算し、各サブキャリアの電力を計算する。また、ステップＳ１０３において、受信スペクトラムの計算を行う。ここでは、送信スペクトラムに対しLEDの周波数特性を乗算し、各サブキャリアの電力から伝搬損失分を差し引く。
【００６２】
ステップＳ１０４において、Eb/N0の算出を行う。具体的には、受信スペクトラムの各サブキャリアの電力から１ビット当たりの信号対雑音電力比(Eb/N0)を計算する。また、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４で算出したEb/N0を用いて各サブキャリアのビット誤り率（BER）の理論値を計算する。ここでは、使用する受信機の理想からのズレとして固定劣化を見込むこととしている。ステップＳ１０６において、サブキャリア毎に算出したビット誤り率を平均化することで、BERの平均値を算出する。
【００６３】
そして、ステップＳ１０７に示されているとおり、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の計算処理を、係数αを0から１までの範囲で変化させて繰り返し実行する。ここまでで、ある受信SNR及びある伝送帯域幅について、図６の例に相当するビット誤り率特性を算出できる。
【００６４】
ステップＳ１０８において、各αについてのビット誤り率の計算結果から、ビット誤り率を最小とする係数αを最適値として決定する。
【００６５】
そして、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８の計算処理を、パラメータ（受信SNRと伝送帯域幅）を変えて繰り返し網羅的に実行し、テーブルを作成する。そして、ステップＳ１１０において、テーブルをデータ記憶部５０３に格納する。なお、LEDの周波数特性も、変化させるパラメータに加えて、網羅的計算を行うこととしてもよい。
【００６６】
当該テーブルは、出力部５０４から出力され、周波数特性補償装置１０２に記憶され、演算部２０５、３０５において、係数αの決定の際に用いられる。図１０に、上記の処理手順で作成されるテーブルの一例を示す。図１０の例では、電力差ΔＰ（周波数特性×伝送帯域幅）と受信SNRの各組に対応する係数αの最適値がテーブルに格納されている。
【００６７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、高出力LEDのように周波数特性の傾きが大きく高速伝送に適さないと考えられていたLEDに関しても、従来技術に比べてビット誤り率特性を改善させることができるようになる。このため実際に照明に用いられる高出力LEDを用いて、従来よりも高速の可視光通信を提供することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態のまとめ、効果）
以上、説明したように、本実施の形態により、可視光通信に用いる発光素子の周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置であって、前記発光素子の周波数特性をデータとして記憶する手段と、前記発光素子から送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、を具備し、前記係数と前記周波数特性の逆特性との乗算結果を用いて、前記発光素子に対する周波数補償を行う周波数特性補償装置が提供される。
【００６９】
また、本実施の形態により、可視光通信に用いる発光素子としてのLEDの周波数特性を送信側で補償する周波数特性補償装置であって前記LEDの周波数特性は、周波数に対する電力の大きさが所定の傾きの線で近似される周波数特性であり、前記LEDの周波数特性の所定の傾きをデータとして記憶する手段と、前記LEDから送信しようとする信号の帯域幅情報を取得する手段と、前記周波数特性の所定の傾きと、前記帯域幅情報と、受信側から取得した信号対雑音比情報とに基づいて周波数補償のための係数を決定する決定手段と、前記周波数特性の逆特性として、前記所定の傾きの逆の傾きを算出する手段と、を具備し、前記係数と、前記逆の傾きとの積を用いて、前記LEDに対する周波数補償を行う周波数特性補償装置が提供される。
【００７０】
上記の各周波数特性補償装置により、照明に使われる発光素子を用いて高速かつ伝送品質の劣化を抑制した可視光通信を実現することが可能となる。
【００７１】
上記の各周波数特性補償装置は、例えば、信号対雑音比情報と帯域幅情報をパラメータとして、伝送品質を最良とすることを規範として予め計算された前記係数の最適値を保持するテーブルを更に具備しており、前記決定手段は、前記周波数特性と、前記帯域幅情報と、前記信号対雑音比情報とに対応する係数を前記テーブルから抽出する。この構成によより、周波数特性補償装置は高速に係数αを決定できる。
【００７２】
また、本実施の形態では、上記周波数特性補償装置と、発光素子とを含む送信機が提供される。更に、本実施の形態では、上記のテーブルを作成する係数算出装置であって、係数と、発光素子の周波数特性の逆特性とを原信号のスペクトラムに乗算することにより送信スペクトラムを算出し、当該送信スペクトラムから、前記発光素子の周波数特性と伝搬損失とに基づき受信スペクトラムを算出し、当該受信スペクトラムから伝送品質を算出する処理を、係数を変えながら繰り返し実行する実行手段と、前記実行手段において使用した複数の係数のうち、前記伝送品質を最良とする係数を最適値として決定する決定手段と、信号対雑音比情報と帯域幅情報を変えながら、前記実行手段による処理、及び前記決定手段による処理を繰り返し実行し、得られた係数を前記テーブルに保存する手段とを具備する係数算出装置が提供される。
【００７３】
上記の係数算出装置により、周波数特性補償装置での利用に適した係数の最適値を有するテーブルを作成することが可能となる。
【００７４】
以上、本実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１  変調信号発生器
１０２  周波数特性補償装置
１０３  LEDドライバ回路
１０４  LED
１０５  フォトダイオード(PD : Photo Diode)
１０６  PDドライバ回路
１０７  信号復調器
１０８  送信機
１０９  受信機
２０１、２０３、３０１、３０３  記憶部
２０２、２０４、２０５、３０２、３０４、３０５  演算部
２０６、３０６  FFT計算部
２０７、３０７  乗算部
２０８、３０８  逆FFT計算部
５００  係数算出装置
５０１  入力部
５０２  係数算出部
５０３  テーブル格納部
５０４  出力部
【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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