JP2001292106A - 光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 伝送帯域とは別の周波数帯に一定振幅の基準
信号を周波数多重して伝送し、受信側で受信信号の再現
性の向上を図る。 【解決手段】 合波部２３ｄで周波数多重されたＣＡＴ
Ｖ信号とは異なった帯域の周波数の信号を合成する。こ
れらの信号は光信号に変換され、送光レンズ群２６によ
り空間に送出され受光レンズ群３１により受光素子３３
に集光し電気信号に変換される。変換された信号は可変
利得増幅器３４において定振幅にされ、信号出力端子３
６に出力される。バンドパスフィルタ３５は光送信部２
０で重畳した基準信号を抽出する。更に検波部３７で基
準信号の振幅を検出し、この振幅の変動が伝送路で付加
された変動に相当する。制御電圧発生部３８で先の可変
利得増幅部３４を制御する電圧を発生し、フィードバッ
クを掛け、基準信号の出力振幅を一定に制御し、信号が
伝送路で受けた振幅変動を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔地に対して光
無線でＣＡＴＶ等の情報伝達を行う光空間伝送装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光空間伝送装置は送信側において
送信信号を光信号に変調し、この光信号を受信側に向け
て大気空間中を伝送し、受信側において送信側からの光
信号を復調することにより、情報信号の伝達を大気空間
を介して行っている。

【０００３】光信号に変換された情報信号は、空間を伝
送される際に大気の揺らぎつまりシンチレーションによ
る振幅方向の変動が加えられるために、振幅方向に情報
を持たない方式、例えば周波数変調等の予変調が行われ
た後に、光信号に変換されて伝送されることが多い。

【０００４】また、予変調が振幅変調の場合であっても
搬送波が抑圧されていない場合には、情報信号の変化に
よる電力の変化が比較的少ないために、伝送路による信
号強度の変化に対しては、通常ではＡＧＣ（自動利得制
御）回路等でこの変動を吸収している。例えば、電波を
使用した場合には、問題となる振幅変調波（ＡＭ波）の
フェーディングに対する対応は、このＡＧＣ回路によっ
て行われている。

【０００５】また、光空間通信の特徴として光送出信号
のビームの狭さがあるが、一般に光送出素子として使用
される発光ダイオードやレーザーダイオード等は、電波
の送信素子に比べて出力電力がはるかに小さく制限され
ている。また、光搬送波は波長が非常に短いために、電
波のアンテナに相当する送光レンズ径が小さくとも鋭い
ビームで送出することができ、小さな電力でも遠方に情
報を伝達することが可能である。

【０００６】しかし、鋭いビームにすることにより装置
自体の僅かな揺れによって、受信側に向けられているビ
ームが外れる虞れがあるために、或る程度の揺れがあっ
てもビームが外れることのないようにビームを広げ気味
にするか、光空間通信装置間で互いに送光ビームを相手
に合わせるための自動追尾機能を持たせることが一般的
に行われている。

【０００７】図５は自動追尾機能を持たせた従来の双方
向光空間伝送装置の構成図を示す。送信側において主信
号入力部１から入力した対向装置への伝送主信号に、位
置ずれ情報を検出するために相手側に伝送するパイロッ
ト信号をパイロット信号発生器２で発生し、合波部３に
おいて重畳し、電気−光変換部４において光信号に変換
してレンズ５により平行光とし、ビームスプリッタ６、
送信ビーム角度可変部７を介して、レンズ群８から相手
装置に向けて送信する。

【０００８】受信側の装置も送信側の装置と同様の構成
であり、相手側装置からの光信号がレンズ群８に伝送さ
れ、送信ビーム角度可変部７を介してビームスプリッタ
６で反射され、更にビームスプリッタ９において主信号
とパイロット信号が分離される。主信号はビームスプリ
ッタ９を透過して、受信部１０において電気信号に変換
され、主信号出力部１１から出力される。

【０００９】一方、パイロット信号はビームスプリッタ
９で反射され、送信ビーム角度誤差検出部１２で検波さ
れ、その情報を基にして光軸角度調整駆動制御部１３に
より送信ビーム角度可変部７が駆動されて、運転開始時
や運転中の角度補正が行われる。

【００１０】このように従来例においては、予め自装置
内において送信部と受信部の光軸を一致させておき、自
装置の受信部の光軸と相手側装置から伝送されてくる受
信光の光軸との角度誤差を検出して補正を行う。このよ
うな操作を対向するそれぞれの装置において行うことに
よって、相手側装置から伝送される受信光と同一光軸で
送信光を投光することができ、常に安定した双方向光空
間伝送を行うことができる。

【００１１】このような送光部の光ビーム角度を補正す
る機能を備えた双方向光空間伝送装置では、送信側で主
信号にパイロット信号を重畳して送信するのが一般的で
ある。

【００１２】光通信においては、情報の伝送媒体として
光信号を使用するために、その光信号が有する広帯域性
を活かし、数１０チャンネルにも及ぶＣＡＴＶ信号の伝
送に使用することが可能である。ＣＡＴＶの信号は９０
〜４５０ＭＨｚの間に５８チャンネルの映像信号が多重
されて同軸ケーブルによって伝送されている。この信号
形式は放送波と同じＶＳＢ−ＡＭで変調されており、１
波当りの帯域はベースバンドのそれとほぼ同じとなって
いる。

【００１３】このような広帯域の信号に対しても、光信
号に変換し伝送することは十分可能であり、光ファイバ
ケーブルによる伝送も実用化されている。光信号に変換
して伝送する利点は伝送路の周波数特性が同軸ケーブル
に比べて全く問題にならず、周波数特性の補正をする等
化を行う必要がない。また、光ファイバケーブルを伝送
路とした場合には、損失が非常に少なく長距離の伝送に
適しており、更に伝送路の状態も安定しているという利
点がある。

【００１４】このように、光信号に変換されたＣＡＴＶ
信号をファイバケーブルを使用せず、自由空間を伝送路
とすることも可能であり、先に述べた周波数特性の補正
を必要としないという利点が生かされる。また、空間を
伝送路とするためにケーブル等の設置が必要なく、比較
的自由に回線を設置することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、空間を伝送路として光信号を伝送する
場合に、光ファイバケーブルの場合と比較して安定した
伝送路とは云えず、天候に依存して伝送路損失が変化し
たり、シンチレーションによる信号の変動を避けること
はできない。しかも、伝送距離が長くなるに従ってこの
様子は顕著に現れ、通信装置の振動によっても受信信号
の変動が生ずる。

【００１６】このような外的要因によって起こる信号の
変化を吸収するために、従来では受信側で出力信号振幅
を一定にするＡＧＣ回路が設けられているが、周波数変
調のように変調する信号の振幅に被変調波の振幅が依存
しない変調方式の場合は、単に振幅を一定にする回路で
この変動分を除去できるが、ＣＡＴＶで使用されている
ＶＳＢ−ＡＭのような振幅変調の場合には、被変調波の
振幅も信号の振幅の変化に応じて変動するためＡＧＣ回
路の応答速度には制限がある。

【００１７】例えば、映像信号の場合には信号周波数の
下限値が６０Ｈｚとなっており、それ以上の周波数の情
報が含まれているために、ＡＧＣ回路の応答特性はそれ
以下にする必要がある。即ち、伝送路及び設置場所の振
動等の外的要因によってもたらされる信号振幅の変動の
除去は、伝送される信号が有する周波数以下に対しての
み行われる。

【００１８】ＡＧＣ回路がこの映像信号成分に応答しな
いようにするためには、回路の応答特性をその半分くら
いの３０Ｈｚ程度にする必要があるが、伝送路で発生す
るシンチレーションによる信号振幅の変動はそれ以上の
周波数成分を含むために、完全な振幅変動を吸収できな
いという問題点がある。

【００１９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
伝送すべき信号の存在している帯域とは別の周波数帯に
一定振幅の基準信号を周波数分割多重して伝送し、受信
側ではその基準信号周波数の帯域フィルタ回路により基
準信号のみを抽出し、検波することで振幅変動情報を得
て、受信信号の振幅を制御して受信信号の再現性の向上
を図る光空間伝送装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光空間伝送装置は、所定の距離を隔てて
対向配置して光無線で情報伝送を行う光空間伝送装置に
おいて、伝送する主信号とは別に対向装置での受信状態
を確認するための補助信号を発生する補助信号発生手段
及び前記主信号に前記補助信号を合波する合波手段を有
する送信部と、前記対向装置から送信された光信号の内
の前記補助信号の受信レベルを検出する検出手段を有す
る受信部と、該受信部における前記受信補助信号により
前記受信主信号の出力振幅を制御する制御手段とを備え
たことを特徴とする。

【００２１】また、本発明に係る光空間伝送装置は、所
定の距離を隔てて対向配置して光無線で双方向の情報伝
送を行う光空間伝送装置において、伝送する主信号とは
別に対向装置での受信状態を確認するための補助信号を
発生する補助信号発生手段及び前記主信号に前記補助信
号を合波する合波手段を有する送信部と、対向装置から
送信された光信号の内の前記補助信号の受信レベルを検
出する検出手段を有する受信部と、前記補助信号により
前記対向装置間での光信号送出角度の調整及び前記受信
主信号の出力振幅の制御を行う制御手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００２２】本発明に係る光空間伝送装置は、所定の距
離を隔てて対向配置して光無線で情報伝送を行う光空間
伝送装置において、伝送する主信号とは別に相対する伝
送装置側に対して定振幅変調方式により副情報を変調す
る変調手段及び前記主信号に前記副情報信号を合波する
合波手段を有する送信部と、前記対向装置から送信され
た光信号の内の前記副情報信号の受信レベルを検出する
検出手段を有する受信部と、該受信部における前記受信
副情報信号の振幅により前記受信主信号の出力振幅を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図４に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例の構
成図を示し、光送信部２０において伝送するＣＡＴＶ信
号の入力端子２１の出力は基準信号発生部２２の出力と
共に合波部２３に接続されている。合波部２３の出力は
Ｅ／Ｏ（電気−光）変換部２４に接続され、Ｅ／Ｏ変換
部２４に設けられたレーザーダイオード等の発生素子２
５が発する光信号の光路上に送光レンズ群２６が配置さ
れている。

【００２４】また、光受信部３０においては、光信号が
入射する光路上に受光レンズ群３１、Ｏ／Ｅ（光−電
気）変換部３２のアバランシェフォトダイオードやＰＩ
Ｎフォトダイオードなどの受光素子３３が配列されてい
る。Ｏ／Ｅ変換部３２の出力は可変利得増幅器３４に接
続され、可変利得増幅器３４の出力はバンドパスフィル
タ３５及びＣＡＴＶ信号出力端子３６に接続されてい
る。バンドパスフィルタ３５の出力は検波部３７、制御
電圧発生部３８を介して可変利得増幅器３４にフィード
バックされている。

【００２５】本実施例では伝送するＣＡＴＶ信号の存在
する帯域外に、基準信号である単一正弦波を周波数多重
し伝送する。光送信部２０において、入力端子２１から
は伝送するＣＡＴＶ信号である周波数多重された信号が
入力される。基準信号発生部２２から伝送すべきＣＡＴ
Ｖ信号とは異なった帯域の周波数の信号を発生させ、発
生された基準信号は合波部２３ｄで入力端子２１から入
力されたＣＡＴＶ信号と合成される。図２はこのときの
実際のＣＡＴＶ信号の配列を示し、５８チャンネルシス
テムでは９０ＭＨｚ以下及び４５０ＭＨｚ以上の帯域に
基準信号を挿入する。なお、図２の例はＣＡＴＶ帯域の
下方に基準信号を配置したが、ＣＡＴＶ帯域の上方に配
置しても支障はない。

【００２６】このように、周波数多重されたＣＡＴＶ信
号と基準信号はＥ／Ｏ変換部２４において光信号に変換
され、発光素子２５から送出される。発光素子２５から
の光信号は送光レンズ群２６によりビームの状態で空間
に送出される。

【００２７】送光レンズ群２６から送出された光信号は
自由空間を伝播し光受信部３０に到達するが、この間で
シンチレーションの影響を受けて信号振幅の変動が発生
する。光受信部３０に到達した光信号は、受光レンズ群
３１により受光素子３３に集光する。受光素子３３に集
光した光信号はＯ／Ｅ変換部３２において電気信号に変
換される。電気信号に変換された信号は可変利得増幅器
３４において定振幅にされ、ＣＡＴＶ信号出力端子３６
に出力される。ただし、定振幅にするために参照する信
号は、送信側で多重された基準信号である。

【００２８】バンドパスフィルタ３５は可変利得増幅器
３４の出力から、光送信部２０において重畳した基準信
号を抽出し、目的外の信号除去及び雑音の軽減を図る。
フィルタリングされた基準信号は検波部３７で基準信号
の振幅が検出され、この振幅の変動が伝送路で付加され
た変動に相当する。従って、制御電圧発生部３８におい
て先の可変利得増幅部３４を制御する電圧を発生し、フ
ィードバックを掛けることによって基準信号の出力振幅
を一定にするように動作させる。

【００２９】空間の伝送路では周波数特性の変動が起こ
らないので、基準信号の振幅をこのように制御すること
によって、ＣＡＴＶ信号が伝送路で受けた振幅変動も結
果的に除去される。このようにして、振幅方向に情報を
持つＣＡＴＶ信号のような振幅変調信号に対しても空間
伝送路で受けた速い変動を除去することができる。

【００３０】図３は第２の実施例の構成図を示し、双方
向光伝送装置において互いの送出ビームを相手に合わせ
るような自動追尾機能を有するシステムである。主信号
入力部４０の出力は位置ずれ情報を検出するために相手
側に伝送するパイロット信号を発するパイロット信号発
生器４１の出力と共に合波部４２に接続されている。合
波部４２の出力はＥ／Ｏ変換部４３に接続され、Ｅ／Ｏ
変換部４３の発光素子の光路上にレンズ４４、ビームス
プリッタ４５、送信ビーム角度可変部４６、レンズ群４
７が順次に配列されている。ビームスプリッタ４５の反
射方向の光路上には、ビームスプリッタ４８、受光素子
を有するＯ／Ｅ変換部４９が配列され、Ｏ／Ｅ変換部４
９の出力は可変利得増幅器５０を介して主信号出力部５
１に接続されている。また、ビームスプリッタ４８の反
射方向の光路上には、送信ビーム角度誤差検出部５２が
配置され、送信ビーム角度誤差検出部５２の出力は光軸
角度調整駆動制御部５３を介して送信ビーム角度可変部
４６に接続され、また制御電圧発生部５４を介して可変
利得増幅器５０に接続されている。

【００３１】送信側において、主信号入力部４０から入
力した伝送主信号に、パイロット信号発生器４１からの
位置ずれ情報検出のためのパイロット信号を、合波部４
２において重畳し、Ｅ／Ｏ変換部４３において光信号に
変換してレンズ４４により平行光とし、ビームスプリッ
タ４５、送信ビーム角度可変部４６を通してレンズ群４
７から相手装置に向けて送信する。

【００３２】受信側においては、相手側装置からの光信
号がレンズ群４７に入射し、送信ビーム角度可変部４６
を介してビームスプリッタ４５で反射され、更にビーム
スプリッタ４８において主信号とパイロット信号が分離
される。主信号はビームスプリッタ４８を透過してＯ／
Ｅ変換部４９において受信後に電気信号に変換され、可
変利得増幅器５０を介して主信号出力部５１に出力され
る。

【００３３】一方、パイロット信号はビームスプリッタ
４８で反射され、送信ビーム角度誤差検出部５２におい
て検出され、その情報を基に光軸角度調整駆動制御部５
３により送信ビーム角度可変部４６が駆動されて角度補
正が行われる。

【００３４】このパイロット信号は定振幅にて送出され
るために、受信側においてこの振幅の変化を検出する
と、伝送路で付加された変動を知ることができる。自動
追尾機能を有した双方向光伝送装置においては、このパ
イロット信号の振幅を送信ビーム角度誤差検出部５２に
おいて検出しているので、制御電圧発生部５４により可
変利得増幅部５０を制御する電圧を発生し、伝送路で受
けた変動を可変利得増幅部５０で除去するように制御す
る。伝送路での変動が除去された主信号は、主信号出力
部５１から出力される。

【００３５】図４に第３の実施例の構成図を示し、光空
間伝送装置が相対する伝送装置側に対して定振幅変調方
式、例えばＦＭやＰＳＫ等の予備変調を行った情報を多
重して伝送している場合に、この信号振幅を検出して第
１及び第２の実施例と同様に、受信出力信号の振幅を制
御する方式である。この定振幅で変調する情報として
は、装置の識別信号、音声のＦＭ変調波、自己装置の運
用情報等の種々の相手側に対して伝送する必要のある情
報である。なお、伝送路で受けた振幅変動を検出するた
めには、基準信号は単一正弦波である必要はなく、この
ような定振幅変調波であっても支障はない。

【００３６】送信装置６０においては、主信号入力端子
６１の出力は相手側装置に伝送する情報の変調した信号
を発する情報変調部６２の出力と共に合波部６３に接続
され、合波部６３の出力はＥ／Ｏ変換部６４に接続され
ている。Ｅ／Ｏ変換部６４の発光素子６５の光路上に
は、レンズ群６６が配置されている。

【００３７】受信装置７０においては、相手側装置が発
した光信号の光路上にレンズ群７１、受光素子７２を有
するＯ／Ｅ変換部７３が配列されており、Ｏ／Ｅ変換部
７３の出力は可変利得増幅部７４に接続されている。可
変利得増幅部７４の出力はバンドパスフィルタ７５及び
主信号出力端子７６に接続され、バンドパスフィルタ７
５の出力は検波部７７、制御電圧発生部７８を介して可
変利得増幅部７４に接続されており、またバンドパスフ
ィルタ７５の出力は情報検波部７９を介して情報出力端
子８０に接続されている。

【００３８】入力端子６１からの主信号は、変調部６２
において定振幅変調がなされた相手装置に伝送すべき情
報と合波部６３において合波され、Ｅ／Ｏ変換部６４で
光信号に変換されてレンズ群６６から相手側装置に伝送
される。受信部７０において受光素子７２で受光した光
信号はＯ／Ｅ変換部７３で電気信号に変換され、主信号
は出力端子７６へ出力される。このとき、送信側で付加
された情報変調波はバンドパスフィルタ７５で濾波さ
れ、情報検波部７９において情報の復調が行われる。一
方、バンドパスフィルタ７５で濾波された信号は検波部
７７にも渡され、振幅の検出が行われる。このとき検出
した振幅の変動が伝送路で受けた変動であるので、制御
電圧発生部７８において可変利得増幅部７４の制御電圧
を発生し、主信号出力部７６への出力信号から伝送路で
受けた変動を除去するようにフィードバック制御が行わ
れる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
伝送装置は、伝送すべき信号が振幅方向に情報を持つ場
合でも、その情報の持つ情報周波数の下限値よりも高い
周波数成分を持つ伝送路等の外的要因によって受ける振
幅変動に対して変動分を除去することができ、伝送信号
の再現性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】周波数配列の波形図である。

【図３】第２の実施例の構成図である。

【図４】第３の実施例の構成図である。

【図５】従来例の構成図である。

【符号の説明】

２１、６１ 入力端子 ２２、４３ 基準信号発生部 ２３、４２、６３ 合波部 ２４、６４ Ｅ／Ｏ変換部 ２５、６５ 発光素子 ３２、７３ Ｏ／Ｅ変換部 ３３、７２ 受光素子 ３４、５０、７４ 可変利得増幅器 ３５、７５ バンドパスフィルタ ３６ 出力端子 ３７、７７ 検波部 ３８、７８ 制御電圧発生部 ４０ 主信号入力部 ４１ パイロット信号発生器 ４５、４８ ビームスプリッタ ４６ 送信ビーム角度可変部 ４９ 受信部 ５１ 主信号出力部 ５２ 送信ビーム角度誤差検出部 ５３ 光軸角度調整駆動制御部 ５４ 制御電圧発生部 ６２ 情報変調部 ７９ 情報検波部 ８０ 情報出力端子

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/08 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｋ 10/14 Ｓ 10/06 10/04 Ｈ０４Ｎ 7/173 ６２０ 7/22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の距離を隔てて対向配置して光無線
   で情報伝送を行う光空間伝送装置において、伝送する主
   信号とは別に対向装置での受信状態を確認するための補
   助信号を発生する補助信号発生手段及び前記主信号に前
   記補助信号を合波する合波手段を有する送信部と、前記
   対向装置から送信された光信号の内の前記補助信号の受
   信レベルを検出する検出手段を有する受信部と、該受信
   部における前記受信補助信号により前記受信主信号の出
   力振幅を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
   光空間伝送装置。
2. 【請求項２】 前記主信号はＣＡＴＶ映像信号とした請
   求項１に記載の光空間伝送装置。
3. 【請求項３】 所定の距離を隔てて対向配置して光無線
   で双方向の情報伝送を行う光空間伝送装置において、伝
   送する主信号とは別に対向装置での受信状態を確認する
   ための補助信号を発生する補助信号発生手段及び前記主
   信号に前記補助信号を合波する合波手段を有する送信部
   と、対向装置から送信された光信号の内の前記補助信号
   の受信レベルを検出する検出手段を有する受信部と、前
   記補助信号により前記対向装置間での光信号送出角度の
   調整及び前記受信主信号の出力振幅の制御を行う制御手
   段とを備えたことを特徴とする光空間伝送装置
4. 【請求項４】 前記主信号はＣＡＴＶ映像信号とした請
   求項３に記載の光空間伝送装置。
5. 【請求項５】 所定の距離を隔てて対向配置して光無線
   で情報伝送を行う光空間伝送装置において、伝送する主
   信号とは別に相対する伝送装置側に対して定振幅変調方
   式により副情報を変調する変調手段及び前記主信号に前
   記副情報信号を合波する合波手段を有する送信部と、前
   記対向装置から送信された光信号の内の前記副情報信号
   の受信レベルを検出する検出手段を有する受信部と、該
   受信部における前記受信副情報信号の振幅により前記受
   信主信号の出力振幅を制御する制御手段とを備えたこと
   を特徴とする光空間伝送装置。
6. 【請求項６】 前記主信号はＣＡＴＶ映像信号とした請
   求項５に記載の光空間伝送装置。