Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED Lights

2019年度春期の研究室輪講での発表資料です。
This is a presentation material at the seminar on our laboratory in the spring term of 2020.

Transcript

1. 愛知県⽴⼤学 情報科学部情報科学科 神⾕幸宏研究室 ⼩久保 律樹 Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED Lights LEDライトを⽤いた可視光通信の ための基礎的解析 2019/7/24 愛知県⽴⼤学 情報科学部情報科学科 神⾕幸宏研究室 ⼩久保 律樹 Rev.1 [DRD-PR-19002]
2.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ໨࣍  1. 可視光通信とは ･･･ 2 2. 論⽂の紹介 ･･･ 10 2.1. 論⽂に書かれていることの概要 ･･･ 11 2.2. 光の単位 ･･･ 13 2.3. 数値実験環境の設定 ･･･ 18 2.4. 符号間⼲渉 ･･･ 28 2.5. 数値実験結果 ･･･ 31 2.6. 送受信視野⾓ (FOV) による影響 ･･･ 35 3. まとめ ･･･ 39 A. 疑問点 ･･･ 43 [Q01] ランバート放射の次数？ ･･･ 44 [Q02] チャンネルDC取得の式･･･ 45 [Q03] 電⼒が⼤きい事で⾼速通信が可能？ ･･･ 46 [Q04] 反射波を考慮したチャンネルDC取得の式･･･ 46 [Q05] 第⼆反射波を考慮した結果が気になる･･･ 47 [Q06] 符号間⼲渉までAWGNと⾒なして良いのか？ ･･･ 48 [Q07] Fig.10の縦軸について･･･ 48 [Q08] 速度が上がるとなぜFig.10の値が⼤きくなるのか･･･ 49 [Q09] Fig.10で符号間⼲渉が変化しなくなるのはなぜか･･･ 49 [Q10] “tracking”の詳細が分かりかねる･･･ 50 B. 補⾜ ･･･ 51 可視光通信の⼆つの⽅式 ･･･ 52 フォトダイオード ･･･ 53 変調⽅式：OOK ･･･ 54 マルチパスフェージングは無視 ･･･ 55 ショットノイズと熱雑⾳ ･･･ 56 本編 A ppendix
3.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
   Մࢹޫ௨৴ͱ͸
4.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ Մࢹޫ  紫外線 ⾚外線 線 線 紫外線 ⾚外線 マイクロ波 電波 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-09 10-08 10-07 10-06 10-05 10-04 10-03 10-02 10-01 10+00 10+01 10+02 10+03 10+04 10+05 [m] UHF VHF HF MF LF 10+23 10+22 10+21 10+20 10+19 10+18 10+17 10+16 10+15 10+14 10+13 10+12 10+11 10+10 10+09 10+08 10+07 10+06 10+05 10+04 10+03 [Hz] 可視光と⾔っても特定の周波数の電磁波に別名が付いているだけ ⼈間の⽬にはこの特定の周波数の波が光として認識される 当然、可視光を使っても通信は可能なはず
5.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ Մࢹޫ௨৴ͱ͸  送信端末 受信端末 電磁波 送信端末 可視光 受信端末 (=電磁波) 電磁波のうち、特に可視光を⽤いた通信
6.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ Մࢹޫ௨৴Λ࢖͏ϝϦοτ  既存の照明装置を通信装置に出来る 通信範囲のコントロールがしやすい 利⽤しやすく、安⼼である
7.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ϝϦοτ  
   طଘͷর໌૷ஔΛ௨৴૷ஔʹग़དྷΔ  ネット接続 リンゴ ••円 商品情報 信号の状態, 歩⾏者検知情報など 信号の状態, 周辺の道路状況など ⽇常⽣活 ⼩売り 交通 天井の照明•を⽤い てPCでネット閲覧 ※双⽅向での通信⽅法を 検討する必要あり 商品を照らす スポット照明•を⽤ いてスマホに商品 の宣伝を配信 ブレーキランプ•を⽤いた⾞間通信による 迅速な交通情報の伝達、信号機•からの信 号の状態等の取得による⾃動運転の実現 ITS（⾼度交通システム）の実現
8.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ϝϦοτ  
   ௨৴ൣғͷίϯτϩʔϧ͕͠΍͍͢  ？ ！ 指向性が⾼い 壁を通過しない ⽬に⾒える 通信できる範囲はかなり限られる（デメリット） 可視光の特徴 これは逆にメリットでもある･･･ 通信範囲をコントロールしやすく、盗聴のリスクを減らせる
9.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ϝϦοτ  
   ར༻͠΍͘͢ɺ҆৺  ？ ！ 怖い… 安⼼！ 既存の電波との競合を気にしなくて良い 従来の機器で⽤いられている電磁波とは全く異なる周波数 なので⼲渉する⼼配は無く、⾃由に使える。 可視光は⽬に⾒える慣れ親しんだ存在なので安⼼させやすい ⽬に⾒えない電波は「得体が知れない」「体に悪影響があ るんじゃ無いか」と⾔うようなネガティブなイメージを持 たれることもあるが、可視光なら⼤丈夫かも。 可視光は電波のように法律による制限が無い 電波の発信は電波法により厳しく制限されている上に、免 許や許可の取得と⾔った⼿続きが必要だが、可視光ではそ の限りでは無く縛り無く利⽤できる。
10.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ Մࢹޫ௨৴ͷ࣮ݱ  ന৭-&%ͷొ৔  光による通信は古くから使われており コンピュータで⽤いる可視光通信も1970年代から議論されていた 原始的な可視光通信 ･･･ 船における光でのモールス信号通信 発想は古くからあるのになぜ近年急に注⽬されているのか？ 実⽤的な実現⽅法が無かったから ⾼速点滅可能なLEDで⽩⾊が実⽤化され、⼈間の⽬に知覚 できないような点滅による可視光通信が可能となった
11.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ࿦จͷ঺հ
12.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ࿦จʹॻ͔Ε͍ͯΔ͜ͱͷ֓ཁ
13.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  ࿦จʹॻ͔Ε͍ͯΔ͜ͱͷ֓ཁ 天井に設置したLED照明を⽤いた 部屋の中での可視光通信(※)について 通信速度を評価 影響の⼤きい要素を調べる 2 これがメイン 具体的な環境(各種パラメータ) を与えSNRを計算 1 本論⽂の貢献 1. ※について通信速度の⽬安を与えた 2. 通信速度に影響する要素をはっきりさせた
14.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ޫͷ୯Ґ
15.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ޫͷ୯Ґ  点光源 : 光束 [lm] : 放射束 [W] : 光度 [cd] : 放射強度 [W/sr] 照度 [lx] : 放射照度 [W/m2] 輝度 [cd/m2] : 放射輝度 [W/sr/m2] 単位時間あたりの光の量 単位⽴体⾓あたりの光の量 単位⾯積あたりに⼊射する光の量 点光源からある⽅向への光度をその⽅向 への⾒かけ上の⾯積で割った値
16.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ޫଋ΁ͷม׵ ŋŋŋ ਓؒͷ໨Λߟྀͨ͠৺ཧ෺ཧྔ  放射束 (物理量) 分光視感効率 （⼈間の⽬のフィルター） 光束 (⼼理物理量) = ' ( )*+ ,*+ - 683 光束 [lm] 特定の周波数の持つ⼒ ⼈の⽬への感じやすさ
17.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ๏ଇ  1 = 2 cos() 均等拡散⾯（光源）における特定 ⾓度の光度は⾓度と法線ベクトル ⽅向の光度で与えられる = /< 照度は光源の光度と光源 からの距離で求められる 1 = 2 cos() ⾯に対して斜めに⼊射している光によ る照度は光が⾯に対する法線ベクトル ⽅向から⼊射した際の光度と元の⾯と の⾓度で求められる ランベルトの余弦則 逆2乗の法則 ⼊射⾓余弦の法則
18.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ਫฏ໘র౓  =>? = 0 cos /B < C cos() =>? = 0 cosE /B < C cos() ただし論⽂中では 均等拡散⾯（LED） (0) B 光度 照度 =>? 光度 照射点⽅向の光度 光源⽅向に対する照度 照射⾯の法線ベクトル⽅向に対する照度 ↑ ⼊射⾓余弦の法則 ←ランベルトの余弦則 ←逆⼆乗の法則 ⽔平⾯照度 ( , , ) 光源の照射⾯に対する光度から 照射⾯の任意の点の照度を計算
19.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ਺஋࣮ݧ؀ڥͷઃఆ
20.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ෦԰ 
    ૹ৴୺຤ͷηοςΟϯά  5m 5m 3m 2.5m 0.85m 受信端末 LED（送信端末） 60個 60個 1cm 送信光電⼒ 20[mW] 半電⼒⾓度 70[deg] 中⼼光度 0.73[cd]
21.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ਫฏর౓ͷ෼෍  最低照度 313.5[lx] 最⾼照度 1211.5[lx] ISO（国際標準化機構）による標準では オフィスでの仕事に300〜1500 [lx] の 照度が必要とされている これに合うような照度分布になるように LEDのパラメータを決定した
22.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ड৴୺຤ͷηοςΟϯά  () 光学フィルタ 集光器 ΨQ ⾯積 T () 受信端末 LED（送信端末） V ? ? = 0 V 受信電⼒ 送信電⼒ 0 = X + 1 2 B < cos' T cos 0 0 ≤ ≤ ΨQ ΨQ < ランベルト の余弦則？ ⼊射⾓余弦 の法則？ LED 受信端末 SIフォトダイオード (検出器)
23.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ड৴ిྗͷ෼෍  送信電⼒は 20[mW] : およそ1/8〜1/38に減衰 最⼤電⼒ 4.0[dBm] 約2.5 [mW] 最⼩電⼒ -2.8[dBm] 約0.52 [mW] ⾚外線通信に⽐べてかなり⼤きい電⼒ が得られる。 ⾼速通信 (Broadband communication) が可能 平均電⼒ 2.0[dBm] 約1.58 [mW]
24.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ൓ࣹޫΛߟ͑Δඞཁੑ  部屋に設置されているLEDは あくまでも 部屋を照らすこと が主⽬的 数値実験環境にもそれを反映させるため LED（送信端末）の照射⾓は⼗分広く設定 部屋の端にも光が届くので その反射光も考慮しなければならない
25. 受信端末 V ? LED（送信端末）  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ൓ࣹޫͷ਺ࣜ  () 光学フィルタ 集光器 ΨQ ⾯積 T () ? = ` abcT ? B 0 + ( deffT V ?-g (0) 受信電⼒ 送信電⼒ (直接) 送信電⼒ (反射) ?-g 0 = h + 1 2 cos' ()T cos 0 0 ≤ ≤ ΨQ ΨQ < LED 受信端末 y < SIフォトダイオード
26.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ൓ࣹޫΛߟྀͨ͠৔߹ͷड৴ిྗͷ෼෍  最⼤電⼒ 4.2[dBm] 約2.63 [mW] 最⼩電⼒ -2.8[dBm] 約0.52 [mW] 平均電⼒ 2.5[dBm] 約1.78 [mW] 直接光のみ 2.0 [dBm] 約1.58 [mW] 反射光を考慮すると 各地点で受ける光の量は増加 今回の環境では平均 0.5[dBm] 増加
27. 特に反射光（2回反射）は計算の簡便性の 為に無視できるものとする  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ൓ࣹޫͷد༩  正 規 化 済 応 答 伝搬遅延時間 [ns] 直接光 反射光（1回反射） 反射光（2回反射） 直接光 反射光（1回反射） 95.16 % 反射光（2回反射） 1.27 % 3.57 % 受け取る光のうち反射光が 占める割合は少ない 直接光に⽐べて反射光は⼤きくない (0.01, 0.01, 0.85) 左下の地点での インパルス応答
28.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ௨৴࿏ʹ͍ͭͯ  = + = T=>V < + V=-?'ef < + <?~•~ < = <?•€•2ef < Tx Rx + AWGNと⾒なす T=>V < : ショットノイズ V=-?'ef < : 熱ノイズ <?~•~ < : 符号間⼲渉 ?•€•2ef = ( ` €ƒy abcT ℎ€ () ⊗ () ?~•~ = ( ‡ ` €ƒy abcT ℎ€ () ⊗ () T=>V < = 2 ?•€•2ef < + ?~•~ < + 2Š• < V=-?'ef < = 8• < < + 16<• Γ ' <<) ) Tx Rx 送信パルス ⨂ℎ インパルス応答 による表現 検出器 応答特性
29.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ූ߸ؒׯব
30.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ූ߸ؒׯব  符号のインパルス応答同⼠が重なり インパルス応答の波形が歪むために 正しく復号できない現象 反射波やLEDの設置場所の違いに よる光の経路差により⽣じる
31.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ූ߸ؒׯব WT
    ͦͷଞϊΠζ  符号間⼲渉 ショットノイズ (背景) ショットノイズ (LED) 熱雑⾳ (feedback resistance) 熱雑⾳ (FET) 分 散 [<] 速度 [/] 20Gb/s よほどの⾼速通信 (>20Gb/s) でない限り 符号間⼲渉の影響は他のノイズよりも強い
32.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ਺஋࣮ݧ݁Ռ
33.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ 4/3ͷ෼෍ʢ.CTʣ  直接光のみ 直接光+反射光(1回反射) 最⼤ 最⼩ 平均 24.8 [dB] 12.7 [dB] 18.9 [dB] 最⼤ 最⼩ 平均 20.1 [dB] 11.6 [dB] 15.4 [dB]
34.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ 4/3ͷ෼෍ʢ.CTʣ  直接光のみ 直接光+反射光(1回反射) 最⼤ 最⼩ 平均 24.8 [dB] 12.7 [dB] 18.9 [dB] 最⼤ 最⼩ 平均 20.1 [dB] 11.6 [dB] 15.4 [dB] BERを10–— 以下にするには13.6 [dB] 必要 概ね満たしている 100Mb/s で⼗分に通信可能
35.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ 4/3ͷ෼෍ʢ.CTʣ  直接光のみ 直接光+反射光(1回反射) 最⼤ 最⼩ 平均 24.8 [dB] 12.7 [dB] 18.9 [dB] 最⼤ 最⼩ 平均 20.1 [dB] 11.6 [dB] 15.4 [dB] 受信電⼒: +0.5 [dBm] だったが･･･ -3.5 [dB] 反射光による符号間⼲渉の影響がかなり効いている
36.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ૹड৴ࢹ໺֯ '07 ʹΑΔӨڹ
37.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ൓ࣹޫΛߟ͑Δඞཁੑʢ࠶ܝʣ  部屋に設置されているLEDは あくまでも 部屋を照らすこと が主⽬的 数値実験環境にもそれを反映させるため LED（送信端末）の照射⾓は⼗分広く設定 部屋の端にも光が届くので その反射光も考慮しなければならない 照射⾓がどれくらいSNRに影響するのか？
38.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ τϥοΩϯάͳ͠Ͱͷ4/3
    WT
    '07  BER – 以下 トラッキング無しでは40[deg] - 300Mb/sが限界
39.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ τϥοΩϯά͋ΓͰͷ4/3
    WT
    '07  BER – 以下 BER – 以下 トラッキングを付けてFOVを5[deg]にすれば10Gb/sで通信可能 500Mb/s
40.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  
    ·ͱΊ
41.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  ·ͱΊ 可視光通信 本論⽂の貢献 数値実験結果 光も電磁波 : 通信⼿段に 「可視光通信」 メリット 1 既存の照明を活⽤できる 交通・⼩売り･･･ランプを⽤いた様々な応⽤へ 2 利⽤しやすく、安⼼ ⽬に⾒える事によるコントロールのしやすさ および安⼼感、免許不要で⼲渉も⼼配なし ！ ⾼速変調可能な⽩⾊LEDの登場で実⽤的に 近年、注⽬を集める 部屋の天井LED照明を⽤いた可視光通信で 実現可能な通信速度に⽬安を与えた 数値実験環境 送信端末×4, 受信端末×1 照度をISOの基準に合わせた 1回反射まで考慮 : 符号間⼲渉 熱ノイズ・ショットノイズを考慮 符号間⼲渉 送受信視野⾓ (FOV) 特に反射波によるもの が通信速度に特に影響 40°-300Mb/s (トラッキング無し) 5°-10Gb/s (トラッキング有り) 通信速度の例
42. END  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ 
43.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  "QQFOEJY
44.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  "
    ٙ໰఺
45.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  [PR-19002-Q01] ランバート放射の次数？ ⽔平照度の計算で「ランバート放射の次数」なる数を使っているが、詳細がよく分からない。ランバート放射の式に次数は 出てこず説明が⾒つからない。可視光通信を扱う他の論⽂でも全く同様に「次数」が使われているが詳細な説明はなくこの 論⽂を引⽤している。 =>? = 0 cosE B < C cos() = − log- 2 log- cos y/< y/< 半分の照度 基準の照度 where I(0) is the center luminous intensity of an LED, ･･･ . m is the order of Lambertian emission, and is given by the semi-angle at half illuminance of an LED Φ1/2 as m = ln 2 / ln (cos Φ1/2 ). For example, Φ1/2 = 60.0 deg. corresponds to m = 1. -p.101 §Ⅱ.B 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 照射⾓ ⼊ 射 ⾓ ⼊射⾓ =>? (B = 4)
46.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  In the paper, we assume an optical wireless channel, and this condition is applied to later analyses. In an optical link, the channel DC gain is given [15][16] as: [式 (6)] - p102§Ⅲ.A [PR-19002-Q02] チャンネルDC利得（受信電⼒の減衰具合）の式 ⽔平照度と同じような式と⾒ることもできるが、まずランベルトの余弦則や⼊射⾓余弦の法則は照度に対して使える法則ではないのでおかしい気もする。 また、ランバート放射の次数なるが式の最初で使われていたりするが、この数の意味が分からずここでこの数を⽤いる理由もよく分からない。 0 = X + 1 2 B < cos' T cos 0 0 ≤ ≤ ΨQ ΨQ < () ΨQ ⾯積 T () LED 受信端末
47.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  Figure 4 shows the distribution of received power of directed light from LED lights listed in Table II. From this figure, the received power is -2.8 to 4.0 dBm in all the places of the room. The received power, which is very big energy compared with infrared communication, will make broadband communication possible. -p102 §Ⅲ.A [PR-19002-Q03] 電⼒が⼤きい事で⾼速通信が可能？ 電⼒が⼤きい事との関係はないような気がする。ノイズ耐性が強くなる、通信可能範囲が⼤きくなる、なら分かるが･･･。 [PR-19002-Q04] 反射波を考慮したチャンネルDC利得（受信電⼒の減衰具合）の式 反射地点の反射しやすさ？（Reflectance factor）やごく⼩さい範囲での⾯積？（Reflective area of small region）を使っているようだが、どうやってそ んなものが分かるのか？LEDのパラメータから導かれるものなのか？またごく⼩さい範囲？（Small region）の意味が分かりかねる。普通の⾯積ではだめ なのか？ where D1 is the distance between an LED chip and a reflective point, D2 is the distance between a reflective point and a receiver, ρ is the reflectance factor, dAwall is a reflective area of small region, φ is the angle of irradiance to a reflective point, α is the angle of irradiance to a reflective point, β is the angle of irradiance to the receiver, ψ is the angle of incidence (Fig. 5). -p103 §Ⅲ.B
48.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  From this figure, the rate of the reflected light is small enough compared with directed light. So, in visible-light communication, the influence of the directed light is large and it depends on performance of the system greatly. In this paper, we consider until the first reflection for convenience of computer analysis. -p104 §Ⅳ.B [PR-19002-Q05] 第⼆反射波以降も影響が⼤きいはずなので、第⼆反 射波以降も考慮した結果が気になる 反射波を1回までの反射波までに限る理由として、計算の簡便性のために省略する としているが結果を⾒ると、直接波に⽐べてかなり⼩さいにもかかわらず、反射 波の影響もかなり⼤きく⾒えるので第⼆反射波以降の影響も⼤きいのではないか と考えられる。もしかして反射を考慮していくと論⽂で述べられていたような通 信速度は到底達成できず、劇的に遅くなるんじゃないか。 反射光なし 反射光あり 平均 18.9 [dB] 平均 15.4 [dB]
49.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  The equalizer output contains a Gaussian noise having a total variance N that is the sum of contributions from shot noise, thermal noise and intersymbol interference by an optical path difference [式 (18)] -p104 §Ⅳ.C [PR-19002-Q06] ショットノイズ、熱雑⾳をAWGNと⾒なすのは分かるが、符号間⼲渉までもAWGNと⾒なして良いのか？ ノイズはランダムなのでだいたい正規分布に近似できるためにAWGNと⾒なすのは問題ないと思うが、符号間⼲渉はデータを送信したタイミングなどに よるもので全くランダムに発⽣するのではない。少なくとも、ショットノイズや熱雑⾳よりはランダム性が低いはずである。符号間⼲渉もノイズと同様 にしてAWGNとして取り扱ってしまって良いのか？ The influence of noise variance on data rate is shown in Fig. 10. -p105 §Ⅳ.C Input Referred Noise Variance [A2] -p105 Fig. 10 (縦軸ラベル) [PR-19002-Q07a] ノイズの分散というのは電⼒波形の振幅の分散値で良いのだろうか？ [PR-19002-Q07b] Inputというのはノイズを与えたというニュアンスで良いのか？ Input Reffered Noise Varriance を訳すと「⼊⼒換算ノイズ分散」となる。これくらいの分散相当のノイズが⼊⼒された状態である、というニュアンス か？分散を⽤いているのは値の差を⼤きく⾒せたかったから、もしくは線形になるようにか？
50.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  [PR-19002-Q09] 符号間⼲渉が変化しなくなるのはなぜか？ 符号間⼲渉の分散値が20Gb/sで他の雑⾳に抜かれるために、そこまでは 符号間⼲渉の影響が最も⼤きいというのはよく分かったが、そもそも符号 間⼲渉の分散の値が1Gb/sを境にして上がらなくなる理由が分からない。 他のノイズは線形に際限なく増加しているのに対して符号間⼲渉のみが途 中で変化しなくなる形になっている。この差はなんなんだろうか。 符号間⼲渉 分 散 [<] Input Reffered Noise Variance 速度 [/] ショットノイズ (背景) ショットノイズ (LED) 熱雑⾳ (feedback resistance) 1Gb/s 熱雑⾳ (FET) [PR-19002-Q08] 速度が上がるとなぜこのグラフの値が⼤きく なるのか？ ⾃分のイメージでは雑⾳は通信装置の外部から来るものなので、通信速度 をいくら速くしようが外部には関係ないのでノイズの強さは変わらないは ず。すると今回のノイズは通信装置 (LED等) が⽣じさせているノイズなの だろうか？
51.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ٙ໰఺ʢʣ  In this model, we do not assume a tracking. So, when FOV is smaller than 40 deg., the blind area exists. ･･･ Figure 13 is shown the relation between FOV and received average SNR with tracking. When we expect the data rate of 300Mb/s, we must design that the FOV is smaller than 30 deg. Figure 13 is shown the relation between data rate and received SNR with tracking. When the FOV is 5 deg., the data rate is about 10 Gb/s. A tracking makes high speed communication possible. -p105-106 §Ⅴ [PR-19002-Q10] “tracking”の詳細が分かりかねる FOVを絞りすぎると送信機からの光が届かないため、通信する際に送信機の⽅向を追うという感じの事を予想したが、よく分からない。
52.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ  #
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53.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ Մࢹޫ௨৴ͷೋͭͷํࣜ  リンゴ ••円 商品情報 受信端末にフォトダイオードな どの光検出器を搭載し、光の変 化により通信を実現する。 光検出器が光源の⽅を向くよう に受信端末の向きを調節しなけ ればいけない。 光検出器を利⽤ 写真撮影などに使われるイメー ジセンサを⽤いて、光源や光源 に照らされたモノ（例：左図に おけるリンゴ）の照度の変化に より通信を実現する。 イメージセンサを利⽤
54.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ޫݕग़ૉࢠɿϑΥτμΠΦʔυ  光検出器として働く半導体。光を受けると電流を通すゲート のような働きをする。MOSトランジスタのゲートが電流では なく光になったようなイメージ。 + - (⼩久保の理解) 電⼦が光からバンドギャップエネルギー より⼤きい値を受け取ると、伝導体に 引っ張られ、価電⼦帯には正孔が残る。 電界により電⼦は右側、正孔は左側に集 まるため、これに回路を接続すれば光に より電流を流すか否かが制御できる。 スイッチ https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/02_handbook.pdf
55.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ มௐํࣜɿ00,ʢ0O0GG
    ,FZJOHʣ  ものすごく単純な変調⽅式･･･搬送波の有無により1bitを表す 1 ライトON 0 ライトOFF が何なのかの説明がなかった : = ( ) = 1 2 ( £ ‡ –¥¦/<
56.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ ϚϧνύεϑΣʔδϯά͸ແࢹͰ͖Δ  Further, multipath fading can be neglected in optical wireless channel. In our channel model, the information carrier is a light wave whose frequency is about 1014 Hz. Moreover, detector dimensions are in the order of thousands of wavelengths, leading to efficient spatial diversity, which prevents multipath fading. For the above reasons, multipath fading can be neglected. -p104 §Ⅳ.C 通信で⽤いる可視光の波⻑に対して光検出 器の⾯積が⾮常に⼤きいためマルチパス フェージングが起きる⼼配は無い。
57.  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ γϣοτϊΠζͱ೤ࡶԻ  ショットノイズ 熱雑⾳ 回路ノイズの⼀種。電気回路において電⼦の数が極端に少 ない場合に電⼦の変動（ランダムな揺らぎ）によって発⽣ する。粒⼦の数が少ない時、ポアソン分布であるが粒⼦の 数が多くなっていくと正規分布に近づく。 - 抵抗体内の⾃由電⼦の熱運動（ブラウン運動）いよって発 ⽣する。極めて⼩さい信号を扱う場合に問題になる。コン ピュータの乱数発⽣器として使⽤されることがある。 -
58. END  -&%ϥΠτΛ༻͍ͨՄࢹޫ௨৴ͷͨΊͷجૅతղੳ