光無線通信

光無線通信 （ひかりむせんつうしん）とは、赤外線から可視光線までの間の波長の電磁波（光線）を用いた通信であり、無線通信の一種である。

以前は天候などの妨害により?率が?いとされていたが、技術の進?によりメガビット?秒からギガビット?秒程度の通信速度が得られるようになったこと、また、近年の電波による無線通信の需要?による電波資源の逼迫などの事情から、今後の有力な近距離通信手段として注目されている。また、基本的に無線 ?送路は電波法に言う電波（3 THz 以下の電磁波、波長0.1mm以上）でないため、無線局免許が不要である事も利点である。 2010年代に入って、1500℃に達する高?レ?ザ?により、雲に穴を空けて地上と宇宙空間の間で通信する方式まで提唱されている。

なお、 PC 、携?電話やリモコンなどに使われている、赤外線通信や IrDA も、光無線通信の一種である。

FTTx の足回りとしての使用も?討されている。また、 LED による照明光源や信?機から、特殊な ?調により、人の視? に認知されないように?光して光無線通信を行う機器もコンセプトモデルとして開?されている ^{[
要出典
]}。

民生用製品では音?の?送手段として、屋?用視??システム（コ?ドレスヘッドホン）などに?用されている。業務、民生用のカラオケマイクは電波ではなく光無線通信が使われることが多い（屋?で部屋が?切られていれば、他の利用者との混線が無い。また、前述の通り無線局の申請が不要である。）。

また?日本軍で昭和初期に光電管による「野?用携?光電話器」「?兵連絡用携?光電話器」が?用化されていたという（通信距離は2～6km）。 ^[1]

分類 [ 編集 ]

光源
- レ?ザ?
- LED照明
光線
- 赤外線
- 可視光線
用途例
- en:Free-space optical communication (FSO)
- 衛星間通信
- 高層ビル間の通信（屋外光無線通信）
- 光無線LAN
- ITS

?史 [ 編集 ]

「光による通信」も?照

光?通信には多?な形態があり1000年に渡って使用される。古代ギリシャではCleoxenus、Democleitus とポリュビオスによって開?された松明によるアルファベットの符?が使用された ^[2]。現代では腕木通信や回光通信と呼ばれる太陽光無線電信が開?され符?化された信?をやり取りする。

1880年にアレクサンダ??グラハム?ベルと彼の助手のチャ?ルズ?サムナ??テインタ? によってフォトフォンがベルがワシントンに新しく設立したボルタ?究所で開?された。ベルは彼のもっとも重要な?明だと考えた。音を光束に?せて?送する。1880年6月3日にベルは世界で初めての無線電話を700フィ?ト（約200メ?トル）あまり離れた2棟の集合住宅の間で通信する??を行った ^[3]^[4]。

最初の?用的な用途は軍用通信システムで長年使用され、最初は光?電信だった。ドイツの植民地兵は回光通信を 1904 / 05年にドイツ領南西アフリカ（現在のナミビア）のヘレロ?ナマクア虐殺でイギリス、フランス、アメリカやオスマンの信?として利用した。第一次世界大? の塹壕? で有線通信はしばしば切?されドイツの信?は3種類の Blinkgerat と呼ばれる光?送信機が日中は4キロメ?トル（2.5マイル）までで夜は8キロメ?トル（5マイル）までの距離で赤いフィルタ?を使用して通信が?知されないようにして使用された。光?電話通信は大?終結時に試?されたが兵隊たちには配備されなかった。さらに?用のblinkgeratsが航空機、?球、?車との通信で使用され、勝利につながった。

主要な技術的な段階は?話を送信する光波を?調してモ?ルス信?を置き換える事が目的だった。カ?ル?ツァイスは Lichtsprechgerat 80/80 (直?: 光??話?置)を開?してドイツ軍は第二次世界大?時に?航空機防衛隊や大西洋岸での防空壕で使用した ^[5]。

1960年代にレ?ザ?が?明され、空間光通信に革命をもたらした。軍事機構は部分的に統合してそれらの開?を加速した。しかしながら、技術は光ファイバ? 網の普及により失われた。

多くの?純で廉?なリモコンで低速の赤外線を使用した通信が利用される。これはコンシュ?マ?IR （英語版）技術として知られる。

1987年に開示された?防?省の報告では自由空間レ?ザ?がイスラエルのF-15??機に偵察、ミサイル追跡と照準を目的として備えられる事が判明した。 ^[6]^{[
要ペ?ジ番?
]}

光無線LAN [ 編集 ]

光無線LANとは主に赤外線を使用した無線LANである。通信できる範?が光の到達する範??で限られている?、秘匿性に優れる。

宇宙空間光通信 [ 編集 ]

主に人工衛星や宇宙船との間でレ?ザ?等の光を媒?として通信を行う。光の特性上見通せる範??であれば高速で通信が可能であるが、送受信機の光軸が一致していなければならず、追尾に高精度を要する。

現在の市場の要求 [ 編集 ]

高速(10 GBps+) ?かつ長距離(3 ? 5 km) FSO システムに市場で需要がある事が明らかである。

2008年、MRV コミュニケ?ションズは自由空間光? (FSO)-を基にしたシステムで?送速度が10GB/sで?初は距離2 km で高性能を?揮すると主張した。 ^[7] この?置は間もなく入手可能である。; ?命が近づくと利用できる距離は350mに下がる。 ^[8]
2013年、MOSTCOMは新しい無線通信?置を販?し始めた。 ^[9] 同?に?送速度は10GB/sで距離は2.5 kmまでだが大?の?らぎで速度が下がる時(通常は10MB/sまで下がる)にRFハイブリッドとの?用で99.99%向上する。
LightPointe は MOSTCOMのように多?な製品を提案する。 ^[10]

?光ダイオ?ド [ 編集 ]

2004年に可視光通信コンソ?シアムが日本で設立された。 ^[11] これは白色?光ダイオ?ドの照明を屋?の Local Area Network (LAN)通信のために使用する?究者達の成果を基にする。これらのシステムは現在使用される??の極超短波高周波を使用するシステムよりもシステム間の隔離、大きさ、送受信機の費用、無線の免許や同じ通信システムを照明組み合わせる事において優位である。 ^[12] 2009年1月に可視光通信の?門部?が IEEE 802.15.7 として知られる Personal Area Network の規格策定のために IEEE で編成された。 ^[13] 2010年にミネソタ州セントクラウドで試用が?表された。. ^[14]

アマチュア無線の愛好家達はコヒ?レントではない光源である高輝度 ?光ダイオ?ドを使用して?かに長距離まで到達した。2007年に173マイル (278 km)に到達したと報告された。 ^[15] しかしながら使用する機材の物理的限界により ?域幅はおよそ4 kHz に制限される。?出器には高感度のフォトダイオ?ドと高インピ?ダンスの?幅器が必要でそのため必然的に、ロ?パスフィルタ?で4 kHzになる。他方で光源にレ?ザ?を使用する事によって光ファイバ?通信に比肩しうる高速の?送速度に達している。

予定された?送速度は多?である。照明に用いられる低?格の白色 ?光ダイオ?ドでは通常20 MHzまで?調可能である。 ^[16] ?率的な ?調方法を使用すれば容易に100 Mbit/s以上の?送レ?トに到達可能で2010年にシ?メンスは500 Mbit/s以上に達したと主張する。 ^[17] 2009年に?表された?究ではLED交通ライトを備えた自動運?車の交通整理を目的とした類似のシステムがある。 ^[18]

2013年9月にpureLiFiがエジンバラで Li-Fi の作業が開始され、同?に市販のLED電球を使用した高速接?の??が?施された。これまでの成果では??域の?用のLEDが高速デ?タ?送に使用された。新しいシステムである Li-1st はどのLED素子の利用可能な光?波長を最大化する事で、費用を削減し屋?の自由空間光?システムの性能を高める ^[19]

光束は非常に絞り?まれているのでFSOでは追尾が困難で安全性が?える。いくつかの事例において暗?化が容易にできる。FSOはマイクロ波よりも電波障害 (EMI)に?して改善されている。

技術的な利点 [ 編集 ]

配備が容易
電力素子に使用可能
電磁波ではないので無線局免許が不要
高?送速度
低符?誤り率
電波障害への耐性
完全複信運用
通信プロトコルの透明性
安全性が高い
Fresnel zone （英語版）（フレネル?。無線通信で必須な見通し範?）が不要

通信距離を制限する要素 [ 編集 ]

屋外で使用する場合原理的に制限する要素:

霧 (10..~100 dB/km 減衰)
光束の分散
大?による減衰
雨
雪
大?によるゆらぎ
背後の光源との干? (太陽を含む)
影に?れる
風による照射の安定性
大?汚染 / スモッグ

これらの要素は受信信?の減衰や高い符?誤り率 (BER)をもたらす。これらの?策として製造?社は複?の?策を用意する。

?連項目 [ 編集 ]

可視光通信
宇宙空間でのレ?ザ?通信（英語版）
アトミックラインフィルタ? （英語版）
ミリ波
IrDA
RONJA (Reasonable Optical Near Joint Access)
レ?ザ?の安全性（英語版）
レ?ザ?の記事の一? （英語版）
ミ?散?
レトロリフレクタ?による?調（英語版）
Nスリット干?計（英語版）
腕木通信
フォトフォン
可視光の窓
電波の窓
レイリ?散?
狼煙
Li-Fi

出典 [ 編集 ]

[ 脚注の使い方 ]

^ “ 携?光電話: ニコンカメラの小(古)ネタ ”. ニコンカメラの小(古)ネタ. 2021年4月14日 ??。
^ “Book X” . The Histories of Polybius . (1889). pp. 43?46 2014年11月17日 ??。
^ Mary Kay Carson (2007). Alexander Graham Bell: Giving Voice To The World . Sterling Biographies. New York: Sterling Publishing. pp. 76?78. ISBN 978-1-4027-3230-0
^ アレクサンダ??グラハム?ベル (October 1880). “On the Production and Reproduction of Sound by Light”. American Journal of Science （英語版） , Third Series XX (118): 305?324. は同?に "セレンとフォトフォン" を1880年9月に ネイチャ? に寄稿した。
^ “ German, WWII, WW2, Lichtsprechgerat 80/80 ”. LAUD Electronic Design AS. 2011年6月28日 ??。
^ [1]
^ “ TereScope TS-10GE MRV Terescope Product Offering ”. 2014年10月27日 ??。
^ A end-of-life notice was posted suddenly and briefly on the MRV Terescope product page in 2011. All references to the Terescope have been completely removed from MRV's official page as of October 27, 2014.
^ “ Artolink M1-10G Arto Link Product Page ”. 2014年10月27日 ??。
^ “ LightPointe main page ”. 2014年10月27日 ??。
^ “ Visible Light Communication Consortium ”. web site . 2004年4月6日時点のオリジナルよりア?カイブ。 2011年6月28日 ??。 (Japanese)
^ Tanaka, Y.; Haruyama, S.; Nakagawa, M.; , "Wireless optical transmissions with white colored LED for wireless home links," Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2000. PIMRC 2000. The 11th IEEE International Symposium on , vol.2, no., pp.1325-1329 vol.2, 2000
^ “ IEEE 802.15 WPAN Task Group 7 (TG7) Visible Light Communication ”. IEEE 802 local and metro area network standards committee (2009年). 2011年6月28日 ??。
^ Kari Petrie (2010年11月19日). “City first to sign on to new technology” . St. Cloud Times : p. 1
^ Clint Turner (2007年10月3日). “ A 173-mile 2-way all-electronic optical contact ”. Modulated light web site . 2011年6月28日 ??。
^ J. Grubor; S. Randel; K.-D. Langer; J. W. Walewski (December 15, 2008). “Broadband Information Broadcasting Using LED-Based Interior Lighting”. Journal of Lightwave Technology 26 (24): 3883?3892. doi : 10.1109/JLT.2008.928525 .
^ “500 Megabits/Second with White LED Light” . news release (Siemens). (2010年1月18日) 2013年2月2日 ??。
^ Lee, I.E.; Sim, M.L.; Kung, F.W.L.; , "Performance enhancement of outdoor visible-light communication system using selective combining receiver," Optoelectronics, IET , vol.3, no.1, pp.30-39, February 2009
^ “ Pure LiFi transmits data using light ”. web site . 2014年9月22日 ??。 (English)

資料 [ 編集 ]

Christos Kontogeorgakis (May 1997). Millimeter Through Visible Frequency Waves Through Aerosols-Particle Modeling, Reflectivity and Attenuation . Virginia Polytechnic Institute and State University Master's Thesis
Heinz Willebrand & Baksheesh Ghuman (December 2001). Free Space Optics: Enabling Optical Connectivity in Today's Networks . SAMS
Moll, Florian (2013年12月). “Free-space laser system for secure air-to-ground quantum communications” . SPIE Newsroom
David G. Aviv (2006). Laser Space Communications . ARTECH HOUSE. ISBN 1-59693-028-4

外部リンク [ 編集 ]

Free Space Optics on COST297 for HAPs
Explanation of Fresnel zones in microwave and optical links
video showing Lichtsprechgerat 80 in use - YouTube
International Space Station to Beam Video Via Laser Back to Earth , March 2014 NASA's Optical Payload for Lasercomm Science （英語版） demonstration mission to the ISS.

この項目は、工? ? 技術に?連した 書きかけの項目 です。この項目を加筆?訂正などしてくださる協力者を求めています（ Portal:技術と産業）。

[1] “ 携?光電話: ニコンカメラの小(古)ネタ ”. ニコンカメラの小(古)ネタ. 2021年4月14日 ??。

[2] “Book X” . The Histories of Polybius . (1889). pp. 43?46 2014年11月17日 ??。

[3] Mary Kay Carson (2007). Alexander Graham Bell: Giving Voice To The World . Sterling Biographies. New York: Sterling Publishing. pp. 76?78. ISBN 978-1-4027-3230-0

[4] アレクサンダ??グラハム?ベル (October 1880). “On the Production and Reproduction of Sound by Light”. American Journal of Science （英語版） , Third Series XX (118): 305?324. は同?に "セレンとフォトフォン" を1880年9月に ネイチャ? に寄稿した。

[5] “ German, WWII, WW2, Lichtsprechgerat 80/80 ”. LAUD Electronic Design AS. 2011年6月28日 ??。

[6] [1]

[7] “ TereScope TS-10GE MRV Terescope Product Offering ”. 2014年10月27日 ??。

[MRVTerescope-8] A end-of-life notice was posted suddenly and briefly on the MRV Terescope product page in 2011. All references to the Terescope have been completely removed from MRV's official page as of October 27, 2014.

[9] “ Artolink M1-10G Arto Link Product Page ”. 2014年10月27日 ??。

[10] “ LightPointe main page ”. 2014年10月27日 ??。

[11] “ Visible Light Communication Consortium ”. web site . 2004年4月6日時点のオリジナルよりア?カイブ。 2011年6月28日 ??。 (Japanese)

[12] Tanaka, Y.; Haruyama, S.; Nakagawa, M.; , "Wireless optical transmissions with white colored LED for wireless home links," Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2000. PIMRC 2000. The 11th IEEE International Symposium on , vol.2, no., pp.1325-1329 vol.2, 2000

[13] “ IEEE 802.15 WPAN Task Group 7 (TG7) Visible Light Communication ”. IEEE 802 local and metro area network standards committee (2009年). 2011年6月28日 ??。

[14] Kari Petrie (2010年11月19日). “City first to sign on to new technology” . St. Cloud Times : p. 1

[15] Clint Turner (2007年10月3日). “ A 173-mile 2-way all-electronic optical contact ”. Modulated light web site . 2011年6月28日 ??。

[16] J. Grubor; S. Randel; K.-D. Langer; J. W. Walewski (December 15, 2008). “Broadband Information Broadcasting Using LED-Based Interior Lighting”. Journal of Lightwave Technology 26 (24): 3883?3892. doi : 10.1109/JLT.2008.928525 .

[17] “500 Megabits/Second with White LED Light” . news release (Siemens). (2010年1月18日) 2013年2月2日 ??。

[18] Lee, I.E.; Sim, M.L.; Kung, F.W.L.; , "Performance enhancement of outdoor visible-light communication system using selective combining receiver," Optoelectronics, IET , vol.3, no.1, pp.30-39, February 2009

[19] “ Pure LiFi transmits data using light ”. web site . 2014年9月22日 ??。 (English)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]