JP5356277B2

JP5356277B2 - 送信装置、及び送信方法

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Publication number: JP5356277B2
Application number: JP2010032930A
Authority: JP
Inventors: 敦也横井
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011171942A; US20120257898A1; US8842996B2; KR20110095137A

Description

本発明は、送信装置、及び送信方法に関する。

近年、可視光領域の光を利用した光通信技術に注目が集まっている。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ；ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）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、屋内外に設置された照明装置を活用し、利便性に富んだデータ通信環境（可視光通信システム）を実現すべく研究開発が進められている。光通信に利用される発光素子としては、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。

しかし、光通信によるデータ伝送速度は、発光素子や駆動回路の応答速度に依存する。そのため、高速なデータ伝送速度を必要とする用途では、ＬＥＤよりも応答速度が高いＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）やＳＬＤ（ＳｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ）も有力な候補として考えられている。

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。こうした光通信技術に関し、例えば、下記の特許文献１には、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号の時間軸を空間方向へ割り付けることにより、空間干渉を除去する技術が開示されている。

特開２００８−２５２４４４号公報

ＯＦＤＭ方式を用いると、周波数利用効率及びマルチパス耐性が向上する。そのため、無線通信システム（例えば、無線ＬＡＮ）や有線通信システム（例えば、ＡＤＳＬ）において広く利用されている。光通信においても、これらのシステムと同様に、ＯＦＤＭ方式を適用することで通信品質の向上が期待される。ＯＦＤＭ信号は、複数のキャリア信号（変調された複数の正弦波）から構成される。そのため、ＯＦＤＭ信号を歪み無く伝送するためには、大きなダイナミックレンジと高い線形性を有する送信回路が必要になる。

通常、ＬＥＤ及びその駆動回路は、一定光量の発光を目的として設計されている。そのため、このようなＬＥＤ及びその駆動回路は、大きなダイナミックレンジや高い線形性を有していない。従って、光通信にＯＦＤＭ方式を適用するには、大きなダイナミックレンジや高い線形性を有する特別なＬＥＤ及びその駆動回路が必要になる。このような特別なＬＥＤ及びその駆動回路は実現が難しい。仮に実現出来たとしても、通常のＬＥＤや駆動回路に比べて製造コストが格段に高くなる上、既存の照明インフラが利用できなくなる。こうした理由から、光通信にＯＦＤＭ方式を適用するのは現実的ではない。

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、発光手段に対して大きなダイナミックレンジと高い線形性を要求せずに、ＯＦＤＭ方式による通信品質の向上効果を得ることが可能な、新規かつ改良された送信装置、及び送信方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、送信データを直並列変換してＮ個の並列データを生成する直並列変換手段と、前記直並列変換手段により生成されたＮ個の並列データをそれぞれ変調してＮ個の変調信号を生成する変調手段と、第１番目〜第Ｎ番目の送信信号が互いに直交するように、前記変調手段により生成された第ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の変調信号を周波数ｆｎの矩形波にのせて第ｎ番目の送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記送信信号生成手段により生成された第１番目〜第Ｎ番目の送信信号を加算して加算信号を生成する加算手段と、前記加算手段により生成された加算信号に基づいて光源を発光させる発光手段と、を備える送信装置が提供される。

このような構成にすることで、発光手段に対するダイナミックレンジと線形性への要求を低減することができる。

また、前記周波数ｆ_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、ｆ_ｎ＝ｆ_０＊（ｎ＋ｋ）（ｆ_０は所定値、ｋ≧１、Ｎ＝２＊（ｋ＋１））としてもよい。このような構成にすることで、送信信号に含まれる高調波成分の干渉に起因して伝送特性が劣化するのを避けることができる。

また、前記送信信号生成手段は、第ｍ番目（ｍ＝１〜Ｌ、Ｌ＜Ｎ）の変調信号を周波数ｆ_ｍ＝ｆ_０＊（ｍ＋ｋ）（ｆ_０は所定値、ｋ≧１、Ｌ＝２＊（ｋ＋１））の矩形波にのせて第ｍ番目の送信信号を生成し、第ｑ番目（ｑ＝（Ｌ＋１）〜Ｎ）の変調信号を、周波数ｆ_ｍ＊ｏ（ｍ＝１〜Ｌ、ｏは１以上の奇数）以外の周波数ｆ_ｑ＝ｆ_０＊ｑ（ｑ＞Ｌ＋ｋ）を有する矩形波にのせて第ｑ番目の送信信号を生成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ことで、ＯＦＤＭキャリアを有効に利用して伝送速度を向上させることができる。

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、送信データを直並列変換してＮ個の並列データを生成する直並列変換ステップと、前記直並列変換ステップで生成されたＮ個の並列データをそれぞれ変調してＮ個の変調信号を生成する変調ステップと、第１番目〜第Ｎ番目の送信信号が互いに直交するように、前記変調ステップで生成された第ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の変調信号を周波数ｆ_ｎの矩形波にのせて第ｎ番目の送信信号を生成する送信信号生成ステップと、前記送信信号生成ステップで生成された第１番目〜第Ｎ番目の送信信号を加算して加算信号を生成する加算ステップと、前記加算ステップで生成された加算信号に基づいて光源を発光させる発光ステップと、を含む送信方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、発光手段に対して大きなダイナミックレンジと高い線形性を要求せずに、ＯＦＤＭ方式による通信品質の向上効果を得ることが可能になる。

光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定される可視光通信装置（送信機）の構成を示す説明図である。光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定されるＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す説明図である。光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定される各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定されるＯＦＤＭ信号のスペクトル（計算例）を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る可視光通信装置の構成を示す説明図である。同実施形態に係るＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す説明図である。同実施形態に係る各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。同実施形態に係るＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す説明図である。同実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の一構成例を示す説明図である。同実施形態の第１変形例に係る各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。同実施形態の第２変形例に係る各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。

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。

［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を参照しながら、光通信にＯＦＤＭ方式を適用する場合に想定される可視光通信装置１０（送信機）の構成について説明する。次いで、図２〜図４を参照しながら、光通信にＯＦＤＭ方式を適用する場合に想定されるＯＦＤＭ信号のスペクトル、各キャリア信号の信号波形、ＯＦＤＭ信号の信号波形について説明する。

次いで、図５を参照しながら、本実施形態に係る可視光通信装置１００（送信機）の構成について説明する。次いで、図６〜図８を参照しながら、本実施形態に係るＯＦＤＭ信号のスペクトル、各キャリア信号の信号波形、ＯＦＤＭ信号の信号波形について説明する。次いで、図９を参照しながら、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１０４の具体的な回路構成について説明する。次いで、図１０、図１１を参照しながら、本実施形態の第１及び第２変形例について説明する。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、光通信にＯＦＤＭ方式を適用する場合に生じる問題に対して現実的な解決策を提供するものである。

［１：可視光通信装置１０の構成］
まず、図１〜図４を参照しながら、光通信にＯＦＤＭ方式を適用する場合に想定される可視光通信装置１０の構成について説明し、当該構成において生じる問題点について整理する。図１は、光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定される可視光通信装置（送信機）の構成を示す説明図である。図２（模式図）、図４（計算例）は、光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定されるＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す説明図である。図３は、光通信でＯＦＤＭを利用する場合に想定される各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。

図１に示すように、可視光通信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換器１１、変調器１２、ＩＦＦＴ部１３、Ｄ／Ａ変換器１４、ＬＥＤ駆動回路１５、ＬＥＤ１６により構成される。

まず、送信データは、Ｓ／Ｐ変換器１１に入力される。そして、Ｓ／Ｐ変換器１１に入力された送信データは、Ｓ／Ｐ変換器１１により並列化されてＮ個（Ｎ≧２；ＯＦＤＭキャリア数）の並列データに変換される。Ｓ／Ｐ変換器１１による変換で得られたＮ個の並列データは、それぞれ変調器１２に入力される。変調器１２に入力された並列データは、所定の変調方式（例えば、ＢＰＳＫや多相ＰＳＫ等）に基づいて変調が施されて変調信号に変換される。個々の変調器１２による変調で得られた変調信号は、ＩＦＦＴ部１３に入力される。

ＩＦＦＴ部１３は、Ｎ個の乗算器及び１個の加算器により構成される。個々の変調器１２から入力された変調信号は、それぞれ対応する乗算器に入力される。また、Ｎ個の乗算器には、互いに直交するＮ種類の搬送波（ｃｏｓ（２πｆ_＃１ｔ）〜ｃｏｓ（２πｆ_＃Ｎｔ））がそれぞれ入力される。乗算器に入力された変調信号と搬送波は乗算器により乗算され、それぞれ周波数ｆ_＃１〜ｆ_＃Ｎのキャリア信号が生成される。そして、Ｎ個の乗算器により生成された周波数ｆ_＃１〜ｆ_＃Ｎのキャリア信号は加算器に入力され、ＯＦＤＭ信号が生成される。

加算器により生成されたＯＦＤＭ信号は、ＩＦＦＴ部１３から出力され、Ｄ／Ａ変換器１４に入力される。例えば、このＯＦＤＭ信号のスペクトルは、図２のような形状になる。図２の例は、Ｎ＝４の場合（但し、ｆ_＃ｋ＝ｆ_ｋ（ｋ＝１〜４、ｆ_ｋ＝ｋ×ｆ_１））におけるＯＦＤＭ信号のスペクトル形状を模式的に示したものである。また、このＯＦＤＭ信号を構成する周波数ｆ_１〜ｆ_４のキャリア信号は、図３に示すような信号波形（但し、図３の横軸は時間軸、縦軸は信号強度）を有する。さらに、図３には、これら４本のキャリア信号を加算して得られるＯＦＤＭ信号の信号波形も示した。また、ｆ_１＝１ＭＨｚ、ｆ_２＝２ＭＨｚ、ｆ_３＝３ＭＨｚ、ｆ_４＝４ＭＨｚの条件で計算したＯＦＤＭ信号のスペクトルを図４に示した。

このようなスペクトル及び信号波形を有するＯＦＤＭ信号は、Ｄ／Ａ変換器１４でアナログ信号に変換されてＬＥＤ駆動回路１５に入力される。ＬＥＤ駆動回路１５は、そのアナログ信号の信号電位に応じた発光強度でＬＥＤ１６を発光させる。図３に例示したＯＦＤＭ信号の信号波形からも推察される通り、ＯＦＤＭ信号を歪み無く伝送するためには、ＬＥＤ駆動回路１５とＬＥＤ１６に大きなダイナミックレンジと高い線形性が要求される。また、ＯＦＤＭ信号が歪みを持つと、個々のキャリア信号成分が高調波を持つようになり、その高調波が他のキャリア信号成分に干渉を与えて伝送特性の劣化をもたらす。

上記の通り、ＯＦＤＭ信号は、周波数の異なる複数のキャリア信号を重ね合わせて生成される。そのため、位相が揃った部分ではキャリア信号の振幅が加算され、ＯＦＤＭ信号の振幅絶対値はキャリア信号の本数倍程度まで増大してしまう。さらに、異なる複数のキャリア信号が重ね合わされているため、ＯＦＤＭ信号の信号波形は、図３に例示したような細かな構造を持つ複雑な信号波形となる。ＬＥＤ駆動回路１５及びＬＥＤ１６において非線形歪みが生じると、このような細かな構造をＬＥＤ１６の発光強度に精度良く反映させることはできない。そのため、ＯＦＤＭ信号に歪みを与えないようにするには、ＬＥＤ駆動回路１５及びＬＥＤ１６には高い線形性が求められるのである。

こうした理由から、図１に例示した可視光通信装置１０を利用してＯＦＤＭ方式の光通信を実現するには、大きなダイナミックレンジと高い線形性を有するＬＥＤ駆動回路１５及びＬＥＤ１６を用意する必要がある。しかしながら、このような特別なＬＥＤ駆動回路１５やＬＥＤ１６は、製造可能であったとしても非常に高い製造コストがかかる。また、照明等に利用されている既存のＬＥＤ駆動回路やＬＥＤでは上記のような大きなダイナミックレンジと高い線形性を実現できないため、既存のインフラを利用してＯＦＤＭ方式の光通信を実現することはできない。その結果、ＯＦＤＭ方式の光通信を実現するには高コストなインフラの整備が新たに必要になり現実的ではない、という問題がある。後述する技術は、こうした問題を解決するものである。

［２：可視光通信装置１００の構成］
ここまでは、光通信にＯＦＤＭ方式を適用する場合に生じる問題点について整理してきた。次に、図５〜図８を参照しながら、ここで整理した問題点を解決することが可能な本実施形態に係る可視光通信装置１００の構成について説明する。図５は、本実施形態に係る可視光通信装置１００の構成を示す説明図である。図６（模式図）、図８（計算例）は、本実施形態に係るＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す説明図である。図７は、本実施形態に係る各キャリア信号及びＯＦＤＭ信号の信号波形を示す説明図である。

図５に示すように、可視光通信装置１００は、Ｓ／Ｐ変換器１０１、変調器１０２、ＩＦＦＴ部１０３、ＬＥＤ駆動回路１０４、ＬＥＤ１０５により構成される。なお、上記の可視光通信装置１０との主な違いは、Ｄ／Ａ変換器１４が省略されたことと、ＩＦＦＴ部１０３、ＬＥＤ駆動回路１０４の構成にある。

まず、送信データは、Ｓ／Ｐ変換器１０１に入力される。そして、Ｓ／Ｐ変換器１０１に入力された送信データは、Ｓ／Ｐ変換器１０１により並列化されてＮ個（Ｎ≧２；ＯＦＤＭキャリア数）の並列データに変換される。Ｓ／Ｐ変換器１０１による変換で得られたＮ個の並列データは、それぞれ変調器１０２に入力される。変調器１０２に入力された並列データは、所定の変調方式（例えば、ＢＰＳＫや多相ＰＳＫ等）に基づいて変調が施されて変調信号に変換される。個々の変調器１０２による変調で得られた変調信号は、ＩＦＦＴ部１０３に入力される。なお、キャリア毎に変調方式を変更してもよい。

ＩＦＦＴ部１０３は、Ｎ個の乗算器及び１個の加算器により構成される。個々の変調器１０２から入力された変調信号は、それぞれ対応する乗算器に入力される。また、Ｎ個の乗算器には、互いに直交するＮ種類の矩形波（ｓｉｇｎ（ｃｏｓ（２πｆ_＃１ｔ））〜ｓｉｇｎ（ｃｏｓ（２πｆ_＃Ｎｔ）））がそれぞれ入力される。但し、ｓｉｇｎ（…）は、…の符号が正の場合に＋１、符号が負の場合に−１となる関数である。乗算器に入力された変調信号と矩形波は乗算器により乗算され、それぞれ周波数ｆ_＃１〜ｆ_＃Ｎのキャリア信号が生成される。そして、Ｎ個の乗算器により生成された周波数ｆ_＃１〜ｆ_＃Ｎのキャリア信号は加算器に入力され、ＯＦＤＭ信号が生成される。

なお、上記の乗算器で生成されたキャリア信号は奇数次の高調波を含む。例えば、矩形波ｓｉｇｎ（ｃｏｓ（２πｆ_＃１ｔ））が乗算されたキャリア信号は、周波数ｆ_＃１の搬送波ｃｏｓ（２πｆ_＃１ｔ）に対応する主成分に加え、周波数ｆ_＃１×３、ｆ_＃１×５、ｆ_＃１×７、…に対応する奇数次の高調波成分を含む。この高調波成分は、他のキャリア信号に干渉して伝送特性の劣化を招いてしまう。例えば、周波数ｆ_＃ｋ＝ｆ_ｋ（ｋ＝１〜４、ｆ_ｋ＝ｋ×ｆ_１）とすると、周波数ｆ_＃１×３に対応する高調波成分は、周波数ｆ_＃３に対応するキャリア信号の主成分（搬送波ｃｏｓ（２πｆ_＃３ｔ）に対応する成分）と干渉してしまう。

上記の干渉を避けるには、周波数ｆ_＃３に対応するキャリア信号を利用せず、周波数ｆ_＃１、ｆ_＃２に対応する２本のキャリア信号だけを利用すればよい。しかし、当然のことながらＯＦＤＭ方式の利点である伝送速度の向上効果が制限されてしまうため、あまり現実的ではない。そこで、本件発明者は、図６に示すように、周波数ｆ_１を利用せず、周波数ｆ_２を利用する方法を考案した。この方法を適用すると、周波数ｆ_＃１＝ｆ_２の高調波成分は、ｆ_＃１×３＝ｆ_２×３＝ｆ_１×６に対応するものとなり、周波数ｆ_３（＝ｆ_＃２）、ｆ_４（＝ｆ_＃３）、ｆ_５（＝ｆ_＃４）に対応するキャリア信号には干渉しない。従って、周波数ｆ_＃１〜ｆ_＃４に対応する４本のキャリア信号について、干渉による伝送特性の劣化は生じない。

さて、周波数ｆ_２〜ｆ_５のキャリア信号は、図７に示すような信号波形（但し、図７の横軸は時間軸、縦軸は信号強度）を有する。なお、図７には、これら４本のキャリア信号を加算して得られるＯＦＤＭ信号の信号波形も示した。また、ｆ_２＝２ＭＨｚ、ｆ_３＝３ＭＨｚ、ｆ_４＝４ＭＨｚ、ｆ_５＝５ＭＨｚの条件で計算したＯＦＤＭ信号のスペクトルを図８に示した。図７に示すように、各キャリア信号の主成分は、他のキャリア信号の高調波成分に干渉しない。また、図８に示すように、各キャリア信号に高調波成分が生じるため、ＯＦＤＭ帯域より高周波の帯域にも比較的大きな強度のスペクトルが現れている。

このように、本実施形態においては、ＯＦＤＭ信号を構成する各キャリア信号を矩形波により生成し、さらに、各キャリア信号の高調波成分が他のキャリア信号と干渉しないように配置する方法が適用される。図７に示すように、このようなＮ本のキャリア信号を加算したＯＦＤＭ信号は、キャリア本数（Ｎ）＋１個の振幅レベルを有する階段状の波形となる（但し、４値ＡＳＫ等の多値変調方式を利用すると、ＯＦＤＭ信号の振幅レベル数が（Ｎ＋１）よりも多くなる）。そのため、ＬＥＤ駆動回路１０４やＬＥＤ１０５に対して大きなダイナミックレンジや高い線形性を要求することなく、高い伝送品質を実現することが可能になる。

例えば、Ｎ＝４の場合（但し、変調方式はＢＰＳＫとする。）、図７に示すように、ＩＦＦＴ部１０３から出力されるＯＦＤＭ信号は、５値の振幅レベルを有する信号波形となる。このＯＦＤＭ信号は、ＬＥＤ駆動回路１０４に入力される。そして、ＬＥＤ駆動回路１０４は、入力されたＯＦＤＭ信号に応じた信号強度でＬＥＤ１０５を発光させる。ＯＦＤＭ信号の振幅レベルが５値の場合、ＬＥＤ１０５の発光強度は５段階となる。この場合、ＬＥＤ駆動回路１０４は、５段階の発光強度でＬＥＤ１０５を発光させる。なお、ＬＥＤ１０５の駆動方法については、ＬＥＤ駆動回路１０４の具体的な回路構成を例示しつつ、後段において説明する。

ここで、図８に示したＯＦＤＭ信号のスペクトル（計算例）を参照する。上記の通り、図８のスペクトルは、ｆ_２＝２ＭＨｚ、ｆ_３＝３ＭＨｚ、ｆ_４＝４ＭＨｚ、ｆ_５＝５ＭＨｚの条件で計算したＯＦＤＭ信号のスペクトルである。図４、図８の計算例を比較すると、ＯＦＤＭ帯域（２〜５ＭＨｚ）におけるスペクトルの形状は、図４、図８の計算例でほぼ等しい。そのため、矩形波を利用したＯＦＤＭ信号は、通常の搬送波を利用したＯＦＤＭ信号と同様に伝送することができる。

また、ＯＦＤＭ信号のスペクトルに現れる帯域外の高調波成分（スプリアス）は、図４に比べて図８の方が大きい。無線ＬＡＮ機器や携帯電話等の無線伝送において、このようなスプリアスが生じると電波法に違反することとなる。しかし、可視光通信の場合、電波法による制限がないため、図８のようなスプリアスの発生は問題とならない。

また、帯域外のスプリアス放射による電力損失についても、上記のような無線伝送では問題となるが、可視光通信の場合には光源が照明として使われるため、ほとんど問題とはならない。また、ＬＥＤ１０５の周波数応答特性は、多くの場合、高周波になるにつれて緩やかに減衰する。そのため、帯域外にスプリアスが生じていても、その電力は、ある一定値以下に抑えられる。また、本実施形態に係るＯＦＤＭ信号は、図１に示した可視光通信装置１０が送信するＯＦＤＭ信号を受信可能な受信機において復調することができる。

以上説明したように、可視光通信装置１００を利用すると、大きなダイナミックレンジと高い線形性を有する発光手段を用いずに、ＯＦＤＭ方式による伝送特性の良い光通信を実現することが可能になる。また、特別な発光手段を利用しないため、回路設計が比較的容易であり、製造コストも低く抑えることができる。さらに、特別な受信機を利用せずに済むため、システム構成の変更を小さく抑えることが可能になる。

（ＬＥＤ駆動回路１０４の具体例）
ここで、図９を参照しながら、ＬＥＤ駆動回路１０４の具体的な回路構成について説明する。上記の通り、本実施形態の場合、ＬＥＤ駆動回路１０４は、キャリア本数（Ｎ）＋１段階の発光強度でＬＥＤ１０５を発光させる。このような発光制御は、例えば、図９に示すような回路構成を用いて実現される。図９は、ＬＥＤ駆動回路１０４の具体的な回路構成を示す説明図である。なお、図９の例は、キャリア本数が４本（Ｎ＝４）の場合におけるＬＥＤ駆動回路１０４の回路構成を示している。

図９に示すように、ＬＥＤ駆動回路１０４は、レベル検出器１１１、回路切替器１１２、電流発生回路１１３により構成される。また、電流発生回路１１３は、ＯＦＤＭ信号がとり得る５段階の振幅レベルに対応する５つの電源により構成される。

まず、ＬＥＤ駆動回路１０４に入力されたＯＦＤＭ信号は、レベル検出器１１１に入力される。レベル検出器１１１は、入力されたＯＦＤＭ信号の振幅レベルを検出する。例えば、レベル検出器１１１は、所定の閾値に基づいて閾値判定を実施し、その判定結果に基づいて５つの振幅レベルを検出する。このようにしてＬＥＤ駆動回路１０４により検出されたＯＦＤＭ信号の振幅レベルは、回路切替器１１２に入力される。

ＯＦＤＭ信号の振幅レベルが入力されると、回路切替器１１２は、入力された振幅レベルに対応する発光強度でＬＥＤ１０５が発光するように、電流発生回路１１３の電源を切り替える。ＬＥＤ１０５の発光強度は、ＬＥＤ１０５に印加される電流値に応じて決まる。そのため、ＯＦＤＭ信号の各振幅レベルに応じた電流値（Ａ_１〜Ａ_５）を出力する５つの電源が電流発生回路１１３に設けられている。そこで、回路切替器１１２は、入力された振幅レベルに応じて、ＬＥＤ１０５に出力される電流の発生源（電源）を切り替え、電流値（Ａ_１〜Ａ_５）のいずれかがＬＥＤ１０５に印加されるようにする。

このような回路構成を適用することにより、実用的なＬＥＤ駆動回路１０４を実現することができる。例えば、レベル検出器１１１は、デジタル回路で構成できる。また、電流発生回路１１３は、定電圧源と複数の抵抗を用いて構成できる。そのため、ＬＥＤ駆動回路１０４は、比較的小さな回路規模で実現できる。なお、照明用ＬＥＤは、通常、大電流駆動であるため、高速で連続的に電流値を変化させることは難しい。こうした理由からも、ＯＦＤＭ信号の振幅レベル数が比較的少ない場合、図９に示した回路構成は非常に実用的であると言える。

なお、ＬＥＤ駆動回路１０４は、Ｄ／Ａ変換器と線形駆動回路を組み合わせて実現することもできる。この場合であっても、本実施形態の方法を適用すれば、Ｄ／Ａ変換器の分解能（ビット数）を大幅に低減することが可能になる。さらに、ＬＥＤ駆動回路１０４のダイナミックレンジと線形性への要求を緩和することができる。結果として、回路規模の縮小や製造コストの低減を実現することが可能になる。もちろん、上記いずれの回路構成にしても、ＬＥＤ１０５のダイナミックレンジと線形性への要求は低減される。

［３：第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。

ここで、図１０を参照しながら、本実施形態の第１変形例に係るキャリア配置方法について説明する。図１０は、本実施形態の第１変形例に係るキャリア配置方法を説明するための説明図である。上記の通り、矩形波を利用して生成したキャリア信号は、奇数次の高調波成分を含んでいる。そのため、上記説明においては、ＯＦＤＭ帯域において利用可能な第１番目（最小）の周波数ｆ_１を利用しない方法を提案した。さらに、この方法を適用すると、干渉による伝送特性の劣化を受けずに周波数ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４、ｆ_５のキャリア信号を利用できることを説明した。

本変形例では、この方法を拡張し、第ｋ番目（ｋ≧２）の周波数ｆ_ｋまで利用しない方法を提案する。例えば、周波数ｆ_１、ｆ_２を利用しない場合、ＯＦＤＭ信号は、周波数ｆ_３以上の周波数に対応するキャリア信号により構成される。周波数ｆ_３の高調波成分は、周波数がｆ_３×３＝ｆ_１×９未満のキャリア信号には干渉しない。そのため、周波数ｆ_３〜ｆ_８に対応する６本のキャリア信号を利用することができる。より一般的に、周波数ｆｋまでキャリア信号を配置しない場合、周波数がｆ_ｋ＋１×３＝ｆ_１×（ｋ＋１）×３未満のキャリア信号には高調波成分の干渉が生じない。そのため、周波数ｆ_ｋ＋１〜ｆ_３ｋ＋２に対応する２（ｋ＋１）本のキャリア信号を利用することが可能になる。

このように、低域側のキャリアを利用しないことにより、より多くのキャリア数を利用できるようになり、伝送速度を向上させることが可能になる。この方法は、周波数応答特性が良好なＬＥＤ１０５を利用する場合に、より有効である。

［４：第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。

ここで、図１１を参照しながら、本実施形態の第２変形例に係るキャリア配置方法について説明する。図１１は、本実施形態の第２変形例に係るキャリア配置方法を説明するための説明図である。上記の通り、矩形波を利用して生成したキャリア信号は、奇数次の高調波成分を含んでいる。そのため、上記説明においては、ＯＦＤＭ帯域において利用可能な第１番目（最小）の周波数ｆ_１を利用しない方法を提案した。さらに、上記の第１変形例においては、周波数ｆ_ｋ（ｋ≧２）のキャリアまで利用しない方法を提案した。

しかし、これまで説明した方法においては、高調波成分が存在しない周波数の一部にキャリア信号が配置されていなかった。そこで、本変形例では、高周波成分が存在せず、上記の方法においてキャリア信号が配置されていないキャリアを有効に利用する方法を提案する。

例えば、周波数ｆ_１のキャリアを利用しない場合、周波数ｆ_２〜ｆ_５にキャリア信号が配置される。周波数ｆ_２〜ｆ_５に配置されたキャリア信号の高調波成分は、周波数ｆ_６（＝ｆ_２×３＝ｆ_１×６）、ｆ_９（＝ｆ_３×３＝ｆ_１×９）、ｆ_１０（＝ｆ_２×５＝ｆ_１×１０）、ｆ_１２（＝ｆ_４×３＝ｆ_１×１２）、ｆ_１４（＝ｆ_２×７＝ｆ_１×１４）、ｆ_１５（＝ｆ_３×５＝ｆ_１×１５＝ｆ_５×３＝ｆ_１×１５）、…に発生する。この場合、周波数ｆ_７、ｆ_８、ｆ_１１、ｆ_１３、ｆ_１４、…には高調波成分が存在しない。そこで、本変形例では、周波数ｆ_７、ｆ_８、ｆ_１１、ｆ_１３、ｆ_１４、…にキャリア信号を配置する。

このように、高調波成分と干渉しないキャリアを利用することにより、より多くのキャリアを利用することが可能になり、より伝送速度を向上させることができる。この方法は、周波数応答特性が良好なＬＥＤ１０５を利用する場合に、より有効である。

［５：最後に］
以上、本実施形態に係る可視光通信装置１００の構成、矩形波を利用したキャリア信号の生成方法、キャリア信号の配置方法、第１及び第２変形例について説明した。上記の方法を適用することにより、ＬＥＤ駆動回路１０４、ＬＥＤ１０５へのダイナミックレンジと線形性に対する要求を緩和することができる。さらに、高調波成分の干渉を効果的に回避し、伝送特性を劣化させずにＯＦＤＭキャリアを有効に利用することが可能になる。なお、上記説明においては、第１及び第２変形例を含めて３通りのキャリア配置方法を示したが、これらの方法を組み合わせて様々なキャリア配置を実現してもよい。

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。

１０、１００可視光通信装置
１１、１０１Ｓ／Ｐ変換器
１２、１０２変調器
１３、１０３ＩＦＦＴ部
１４Ｄ／Ａ変換器
１５、１０４ＬＥＤ駆動回路
１６、１０５ＬＥＤ
１１１レベル検出器
１１２回路切替器
１１３電流発生回路

Claims

送信データを直並列変換してＮ個の並列データを生成する直並列変換手段と、
前記直並列変換手段により生成されたＮ個の並列データをそれぞれ変調してＮ個の変調信号を生成する変調手段と、
第１番目〜第Ｎ番目の送信信号が互いに直交するように、前記変調手段により生成された第ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の変調信号を周波数ｆ_ｎの矩形波にのせて第ｎ番目の送信信号を生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号生成手段により生成された第１番目〜第Ｎ番目の送信信号を加算して加算信号を生成する加算手段と、
前記加算手段により生成された加算信号に基づいて光源を発光させる発光手段と、
を備える
ことを特徴とする、送信装置。
前記周波数ｆ_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、ｆ_ｎ＝ｆ_０＊（ｎ＋ｋ）（ｆ_０は所定値、ｋ≧１、Ｎ＝２＊（ｋ＋１））である
ことを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
前記送信信号生成手段は、第ｍ番目（ｍ＝１〜Ｌ、Ｌ＜Ｎ）の変調信号を周波数ｆ_ｍ＝ｆ_０＊（ｍ＋ｋ）（ｆ_０は所定値、ｋ≧１、Ｌ＝２＊（ｋ＋１））の矩形波にのせて第ｍ番目の送信信号を生成し、
第ｑ番目（ｑ＝（Ｌ＋１）〜Ｎ）の変調信号を、周波数ｆ_ｍ＊ｏ（ｍ＝１〜Ｌ、ｏは１以上の奇数）以外の周波数ｆ_ｑ＝ｆ_０＊ｑ（ｑ＞Ｌ＋ｋ）を有する矩形波にのせて第ｑ番目の送信信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
送信データを直並列変換してＮ個の並列データを生成する直並列変換ステップと、
前記直並列変換ステップで生成されたＮ個の並列データをそれぞれ変調してＮ個の変調信号を生成する変調ステップと、
第１番目〜第Ｎ番目の送信信号が互いに直交するように、前記変調ステップで生成された第ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の変調信号を周波数ｆ_ｎの矩形波にのせて第ｎ番目の送信信号を生成する送信信号生成ステップと、
前記送信信号生成ステップで生成された第１番目〜第Ｎ番目の送信信号を加算して加算信号を生成する加算ステップと、
前記加算ステップで生成された加算信号に基づいて光源を発光させる発光ステップと、
を含む
ことを特徴とする、送信方法。