JP2001268054A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信の秘匿性、秘話性を備え、光雑音に影響
されない光伝送装置であり、且つ、この光伝送装置を共
存させて使用できるような光伝送装置を提供することで
ある。 【解決手段】 情報信号を符号化する変調手段と、この
符号化された情報信号に必要な帯域幅より広い帯域幅に
拡散符号を用いて拡散する拡散変調手段と、この拡散変
調された情報信号を赤外線光線又はレーザ光線で送出す
る送信手段とを有する光伝送装置と、拡散符号を用いて
拡散変調された情報信号を含んでいる赤外線光線又はレ
ーザ光線を受信することができる受信手段と、この受信
手段で受信された情報信号を同一の拡散符号を用いて元
の変調信号に戻す逆拡散変調手段と、この逆拡散変調手
段により戻された変調信号に存在する符号化された情報
信号を元に戻す復調手段とを有する光伝送装置により送
受信を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送装置に関す
る。詳しくは、スペクトル拡散通信方式により拡散変調
された情報信号を赤外線光線又はレーザ光線で送受信す
る光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光無線通信システムは、法規制が
少ないこと、遠距離への情報の漏洩がなく、セキュリテ
ィ面に優れ、送受信装置が小型、軽量、低消費電力であ
り、安価に実現できる等の理由で、赤外発光ダイオード
による赤外線を用いた光無線通信が行われている。

【０００３】この赤外線を用いた光無線通信システム
は、以前からＡＶ機器のリモートコントローラ等で使用
されていたが、最近では、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格に準拠した
赤外線通信機能をもつノート型パーソナルコンピュータ
や携帯情報端末等が数多く出現している。

【０００４】一方、カーナビゲーションや携帯電話、無
線ＬＡＮ等の分野では、使用する電波にスペクトル拡散
（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）通信方式を適用し
た通信システムが活用されており、急速に普及しつつあ
る。

【０００５】このように使用される無線通信システムに
用いられる方式は、複数の者がある周波数帯において通
信を行う場合に、使用する周波数帯域をある方法により
分割し、この分割された１つの特定周波数帯域を１対の
送受信に割り当てて通信を行っているものが周知であ
る。その代表的な方法として、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄ
ｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時
分割多元接続）方式とＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：
周波数分割多元接続）方式がある。このＦＤＭＡ方式
は、図８（Ａ）に示すように、使用する周波数の帯域幅
Ｂを周波数ｆ［Ｈｚ］によって分割する。例えば、周波
数帯域ｆ１、ｆ２、ｆ３と分割したチャンネルＣＨ１、
ＣＨ２、ＣＨ３に基づいて送受信を行うものである。Ｔ
ＤＭＡ方式は、図８（Ｂ）に示すように、帯域幅Ｂを時
間軸ｔ［ｓ］により分割するものであり、ｔ１〜ｔ３時
間帯のものがチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３となる。

【０００６】このような、ＦＤＭＡ方式やＴＤＭＡ方式
は、限られた周波数帯を有効に使用できるように、１対
の送受信が使用する帯域、即ち、チャンネルの周波数帯
域又は時間帯を可能な限り狭くし、このチャンネルにパ
ワーＰ［Ｗ］を集めて通信するようになっている。

【０００７】又、これらの方式では、１対の送受信毎に
個別のチャンネルが割当てられる為、他チャンネルの通
信によって影響されることはないが、送受信の数が増加
すると１チャンネルに割当てる周波数帯域幅ｆ［Ｈｚ］
や時間帯ｔ［ｓ］が狭くなるので、自ずとその数は限定
されてしまう。

【０００８】更に、常時通信が行われているチャンネル
がある一方、全く通信が行われないチャンネルが存在す
る場合があり、使用帯域全体の使用効率があまり良くな
いというデメリットがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示すように、従来のＩｒＤＡ規格の赤外線無線通信は最
大１１５．２ＫＨｚ又は４ＭＨｚ、リモートコントロー
ラ（リモコン）は４０ｋＨｚ前後の周波数帯を使用して
いる為、蛍光灯やインバータ等が発生する光雑音（〜５
００ＫＨｚ前後）や太陽光等の影響を受けやすいという
問題がある。

【００１０】この光雑音による影響を回避しようとする
場合、光信号送信部のパワーを大きくすればよいが、そ
れに伴い回路規模を複雑な構成にしなければならない
為、装置自体が大きくなり、消費電力が増加してしまう
という問題がある。

【００１１】又、様々の光無線通信が使用する周波数帯
が近接や競合していると、相互に干渉を起こしたり、誤
動作するので複数の光無線通信システムを共存させるこ
とは難しく、また、光が遮られた時には通信エラーが発
生する恐れもある。

【００１２】更に、従来の光無線通信システムでは、基
本的に光の点滅（ＯＮ／ＯＦＦ）の繰り返しによる通信
方式である為、この光の点滅状態から変調の種類が類推
され、通信の秘匿性や秘話性が低いという問題もある。

【００１３】従って、通信の秘匿性、秘話性を備え、光
雑音等に影響されない光無線通信システムであり、且
つ、この光無線通信システム同士を共存させて使用でき
るようにすることに解決しなければならない課題を有す
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係る光伝送装置は、次に示す構成にするこ
とである。

【００１５】（１）情報信号を符号化する変調手段と、
該符号化された情報信号に必要な帯域幅より広い帯域幅
に拡散符号を用いて拡散する拡散変調手段と、該拡散変
調された情報信号を赤外線光線又はレーザ光線で送出す
る送信手段とを有する光伝送装置。 （２）前記拡散変調手段は、スペクトル拡散通信方式に
基づく（１）に記載の光伝送装置。 （３）拡散符号を用いて拡散変調された情報信号を含ん
でいる赤外線光線又はレーザ光線を受信することができ
る受信手段と、該受信手段で受信された情報信号を同一
の拡散符号を用いて元の変調信号に戻す逆拡散変調手段
と、該逆拡散変調手段により戻された変調信号に存在す
る符号化された情報信号を元に戻す復調手段とを有する
光伝送装置。 （４）前記逆拡散変調手段は、スペクトル拡散通信方式
に基づく（３）に記載の光伝送装置。

【００１６】このようにスペクトル拡散通信方式を使
い、且つ、赤外線光線又はレーザ光線を使用した光伝送
においては、光雑音を回避できるばかりでなく、拡散変
調及び逆拡散変調は同じ拡散符号を用いる必要があるた
め通信の秘匿性を維持することが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本願発明に係る光伝送装置
の実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００１８】本発明の光伝送装置に用いるスペクトル拡
散を使用した代表的な通信方式として、ＣＤＭＡ（Ｃｏ
ｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅ
ｓｓ：符号分割多元接続）方式がある。

【００１９】このＣＤＭＡ方式は、図１に示すように、
スペクトル拡散技術を用いることにより、従来技術で説
明したＦＤＭＡ方式（図８（Ａ）参照）やＴＤＭＡ方式
（図８（Ｂ）参照）とは逆に、送信する情報信号を広い
帯域に拡散して通信する方式である。この方式は、帯域
幅Ｂを広くとり、各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３は、拡散
符号Ｃ１〜Ｃ３により識別する方式である。このよう
に、情報信号を拡散する時に用いる拡散符号Ｃの違いを
利用することにより、各チャンネルを識別（分別）して
おり、他の通信と周波数や時間が重なっている場合でも
同時に通信が可能となるという特徴がある。

【００２０】続いて、このスペクトル拡散技術につい
て、代表的な直接拡散（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃ
ｅ：ＤＳ）方式を例に挙げて説明する。

【００２１】まず、図２に示すように、送信側は、情報
信号を変調する一次変調、この変調された信号を拡散変
調する二次変調とから構成される。受信側は、受信した
信号を逆拡散変調する二次復調と、二次復調された信号
を復調して情報信号を得る一次復調とから構成される。
一次変調は、送信する情報信号を一般的なデジタル変調
であるＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅ
ｙｉｎｇ）やＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ
Ｋｅｙｉｎｇ）、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ
Ｋｅｙｉｎｇ）等の方法により変調するものであり、二
次変調は、一次変調した情報信号をＰＮ符号（Ｐｓｅｕ
ｄｏ ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ：擬似雑音）と呼ばれ
る拡散符号により、低パワーで広帯域に拡散する拡散変
調を行うものである。

【００２２】このＤＳ方式による情報伝送形態は、二次
変調前はＦＤＭＡ方式やＴＤＭＡ方式（図２参照）と同
じパワーを持つ信号であっても、二次変調（拡散変調）
後は、ノイズレベル程度の低パワーで広帯域に分散され
るので、パワーの総量は同じであっても、非常に発見さ
れにくい状態で送信される。又、受信側では、情報伝送
信号を受信したら、まず、二次復調（逆拡散）を行う
が、この時に送信側の二次変調（拡散変調）で用いた拡
散符号と同一の拡散符号を使用しなければ復調できない
構成になっている。

【００２３】このようにして、同一の拡散符号を用いて
二次復調（逆拡散）された信号は、一次変調した時と同
じ状態の信号として復号化され、この信号を通常の復調
（一次復調）することで元の情報信号に復元する。

【００２４】このように、受信側で二次復調する時、送
信側と同じ拡散符号（ＰＮ符号）を使用しなければ復元
することができないという性質を利用して、各送受信毎
に異なった拡散符号を使用することで、他の通信との分
別を行う。

【００２５】又、図３（Ａ）に示すように、ノイズが送
信信号のある一部分に重畳した場合でも、拡散変調され
た情報信号は広帯域にして送信されているので、信号全
体の一部分が影響を受けるだけで、この影響を受けた以
外の部分から元の信号に復調することが可能である。

【００２６】一方、受信側で二次復調（逆拡散）する
際、送信側と同じ拡散符号を使用しなければ復元されな
いという性質の為、図３（Ａ）のノイズが重畳した信号
を復調すると、図３（Ｂ）に示すように、送信側と同じ
拡散符号により逆拡散された情報信号のみが復調され、
ノイズは反対に拡散されてしまう為、復調された信号に
対して影響ない程度の小さなレベルとなる。

【００２７】従って、スペクトル拡散方式による通信
は、送信信号は低パワーで広帯域に拡散される信号であ
るため、発見されにくく、雑音に強い。又、受信側では
送信側と同じ拡散符号を使用しないと復元されないた
め、秘匿性及び秘話性に優れる。

【００２８】又、異なった拡散符号を用いることで各チ
ャンネルを識別（分別）しているので、他の通信と周波
数や時間が重なっている場合でも同時に通信が可能であ
る。

【００２９】次に、このようなスペクトル拡散方式を使
用した本発明に係る光伝送装置の実施の形態を図面を参
照して説明する。

【００３０】本発明に係る光伝送装置は、スペクトル拡
散方式のうち、周波数ホッピング方式を用いた光無線通
信システムの送受信装置である。

【００３１】周波数ホッピング方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ Ｈｏｐｐｉｎｇ：ＦＨ方式）は、二次変調の際、信
号をＰＮ符号により広帯域に拡散させる代わりに、変調
する周波数を非常に短い周期で様々な周波数帯に切替え
ることにより、見かけ上の信号を広帯域に拡散させる方
式である。

【００３２】この非常に短い周期で切替わる変調周波数
のパターンをホッピングパターンといい、二次復調時
は、送信側と同パターン、同周期のホッピングパターン
で復調して信号を復元する。ホッピングパターンは、例
えば図４に示すように、時間軸に対して、周波数を切替
えて生成されるものであり、時間ｔ１〜ｔ７に対して、
周波数ｆ１〜ｆ７が割当てられ、例えば周波数ｆ１は８
０ＫＨｚ、周波数ｆ２は２０ＫＨｚ、周波数ｆ３は４０
ＫＨｚ、周波数ｆ４は１０ＫＨｚ、周波数ｆ５は３０Ｋ
Ｈｚのように切替える。

【００３３】又、このＦＨ方式は、図５に示すように、
各時間ｔ１〜ｔ５［ｓ］では、狭い帯域ｆ１〜ｆ５［Ｈ
ｚ］における一定のパワーＰ[Ｗ]をもつ信号であるが、
一定の時間を平均すると広帯域（帯域幅Ｂ）に拡散され
た信号と見なすことができる。また、ノイズや他の通信
により影響を受けた場合でも、非常に短い周期で変調周
波数が切り替わっている為、影響を受ける部分はＤＳ方
式同様に信号全体のごく一部であり、非常に少ない損失
で済む。

【００３４】又、ＤＳ方式と同様に変調時と復調時は同
じホッピングパターンでなければ原信号は復元できない
ので、秘匿性や秘話性に優れる。

【００３５】光伝送装置のうち送信装置は、図６に示す
ように、情報信号を符号化して変調する一次変調部１０
と、情報信号用ホッピングパターンを生成するＨＰ生成
部２０と、ホッピングパターンに基づいて拡散変調を行
う二次変調部３０と、拡散変調された信号に基づいて赤
外線光線を発生させる光信号送信部４０とから構成され
る。

【００３６】ＨＰ生成部２０は、変調する周波数を様々
に変化させる為のパターンを発生させるホッピングパタ
ーン発生器２１と、周波数を高速に切替えるホッピング
シンセサイザ２２から構成されている。

【００３７】光信号送信部４０は、駆動電流を発生させ
るＬＥＤドライバ４１と、光信号５０を送出する発光素
子４２から構成されている。

【００３８】光伝送装置のうち受信装置は、図７に示す
ように、光信号５０を受光して増幅する光信号受信部６
０と、ホッピングパターンを生成するＨＰ生成部７０
と、増幅変換された受信信号を逆拡散する二次復調部８
０と、逆拡散された受信信号から情報信号を復調する一
次復調部９０とから構成される。

【００３９】光信号受信部６０は、光信号５０を受信す
る受光素子６１と、光信号５０を電気信号に変換するＩ
／Ｖ変換器６２と、変換された電気信号を増幅するアン
プ６３とから構成される。

【００４０】ＨＰ生成部７０は、ホッピングパターンを
発生するホッピング発生器７１と、周波数を高速に切替
えるホッピングシンセサイザ７２とから構成される。

【００４１】一次復調部９０は、逆拡散した信号から必
要な部分を取り出すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）９１
と、ＢＰＦ９１で取り出した信号から元の情報信号に復
調する検波回路９２とから構成される。

【００４２】次に、このような送受信装置により情報信
号を送受信する時の各装置の動作を説明する。

【００４３】まず、送信装置では、送信する情報信号が
一次変調部１０に入力されると、この情報信号をＡＳＫ
で符号化し、変調して二次変調部３０へ送る。

【００４４】また、一方において、ＨＰ生成部２０は、
ホッピングパターン発生器２１で、一次変調した信号を
広帯域に拡散する為、変調する周波数を様々に変化させ
たホッピングパターンと呼ばれる擬似ランダム性、周期
性、直交性をもつ符号系列に基づいた周波数のパターン
を生成し、ホッピングシンセサイザ２２へ送る。

【００４５】ホッピングシンセサイザ２２は、送られて
きたホッピングパターンに従い、変調周波数を高速に切
替えることにより拡散符号を生成し、二次変調部３０へ
送る。

【００４６】二次変調部３０は、一次変調部１０で変調
された情報信号を、ＨＰ生成部２０で生成された拡散符
号を用いて広帯域に拡散変調して光信号送信部４０へ送
る。

【００４７】この時、一次変調部１０で変調された信号
は、図４に示すようなホッピングパターンに従い、高速
に切り替わる様々な周波数（ｆ１〜ｆ７）で変調される
ことにより、見かけ上広帯域に拡散された信号となる。

【００４８】光信号送信部４０では、ＬＥＤドライバ４
１により、二次変調部３０で拡散変調された信号に従っ
た駆動電流が作られ、この駆動電流によって発光素子４
２を点滅させることで、光信号５０を送信する。

【００４９】次に、受信装置では、光信号受信部６０の
受光素子６１が送信装置からの光信号５０を受信し、受
信した光信号５０をＩ／Ｖ変換器６２により電気信号
（電流／電圧の変化）に変換し、この電気信号をアンプ
６２によって所定の増幅を行い、二次復調部８０へ送
る。

【００５０】一方、ＨＰ生成部７０では、ホッピングパ
ターン発生器７１によって送信装置と同一のホッピング
パターンを発生させ、ホッピングシンセサイザ７２へ送
る。

【００５１】ホッピングシンセサイザ７２は、ホッピン
グパターン発生器７１から送られてきたホッピングパタ
ーンに従い、周波数を高速に切替えて、送信装置側で使
用したものと同じ拡散符号を生成し、二次復調部８０へ
送る。

【００５２】二次復調部８０は、受信部６０から送られ
てきた電気信号を、ＨＰ生成部７０で生成された送信装
置側と同じ拡散符号により逆拡散（二次復調）して、一
次復調部９０へ送る。

【００５３】一次復調部９０は、ＢＰＦ９１により二次
復調された信号から必要な信号成分のみを通過させて検
波回路９２へ送り、検波回路９２によって検波が行わ
れ、元の情報信号が復元される。

【００５４】このような送受信装置により光無線通信を
行ことで、スペクトル拡散された情報信号を光信号とし
て送受信する。尚、一次変調／復調はＡＳＫ方式に限定
されるものではなく、発光／受光素子についても特定の
発光素子に限定されるものではないことは勿論である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、情報信号をスペク
トル拡散し、光信号として送受信する光無線通信を行う
ことによって、従来の光無線通信システムの遠距離への
情報の漏洩がなく、セキュリティ面に優れ、送受信装置
が小型、軽量、低消費電力であるという利点に加えて、
スペクトル拡散技術の特徴である秘匿性、秘話性を備
え、雑音等の障害にも優れた通信が実現される。

【００５６】又、二次変調及び二次復調の時に、同一の
拡散符号を用いることで、各チャンネルが分別できるの
で、他の通信と周波数や時間が重なっている場合でも同
時に通信可能となり、複数の光無線通信を共存させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＤＭＡ方式の概念図である。

【図２】直接拡散方式のスペクトル拡散通信システムの
ブロック図及び一次変調、二次変調した時の波形の概念
図である。

【図３】スペクトル拡散により拡散変調した信号にノイ
ズが重畳した時、及びこの信号を逆拡散した時の概念図
である。

【図４】本発明に係る光伝送装置の送信装置側で情報信
号を二次変調するときのホッピングパターンと、これに
従って拡散変調した時の二次変調波形図を示した説明図
である。

【図５】周波数ホッピング方式の概念図である。

【図６】本発明に係る光伝送装置の周波数ホッピング
（ＦＨ）方式を用いた送信装置のブロック図である。

【図７】本発明に係る光伝送装置の周波数ホッピング
（ＦＨ）方式を用いた受信装置のブロック図である。

【図８】ＦＤＭＡ方式とＴＤＭＡ方式の概念図である。

【図９】従来の光無線通信の使用周波数帯と光雑音が発
生する周波数帯を表すグラフである。

【符号の説明】

１０；一次変調部、２０；ＨＰ生成部、２１；ホッピン
グパターン発生器、２２；ホッピングシンセサイザ３
０；二次変調部、４０；光信号送信部、４１；ＬＥＤド
ライバ、４２；発光素子、５０；光信号、６０；光信号
受信部６１；受光素子、６２；Ｉ／Ｖ変換器、６３；ア
ンプ６１、７０；ＨＰ生成部、７１；ホッピングパター
ン発生器、７２；ホッピングシンセサイザ、８０；二次
復調部、９０；一次復調部、９１；ＢＰＦ、９２；検波
回路９２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/22 10/02 10/18 1/707 1/713

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報信号を符号化する変調手段と、該符
   号化された情報信号に必要な帯域幅より広い帯域幅に拡
   散符号を用いて拡散する拡散変調手段と、該拡散変調さ
   れた情報信号を赤外線光線又はレーザ光線で送出する送
   信手段とを有することを特徴とする光伝送装置。
2. 【請求項２】 前記拡散変調手段は、スペクトル拡散通
   信方式に基づくことを特徴とする請求項１に記載の光伝
   送装置。
3. 【請求項３】 拡散符号を用いて拡散変調された情報信
   号を含んでいる赤外線光線又はレーザ光線を受信するこ
   とができる受信手段と、該受信手段で受信された情報信
   号を同一の拡散符号を用いて元の変調信号に戻す逆拡散
   変調手段と、該逆拡散変調手段により戻された変調信号
   に存在する符号化された情報信号を元に戻す復調手段と
   を有することを特徴とする光伝送装置。
4. 【請求項４】 前記逆拡散変調手段は、スペクトル拡散
   通信方式に基づくことを特徴とする請求項３に記載の光
   伝送装置。