JP2002290334A - 光伝送装置 - Google Patents

光伝送装置

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JP2002290334A
JP2002290334A JP2001087095A JP2001087095A JP2002290334A JP 2002290334 A JP2002290334 A JP 2002290334A JP 2001087095 A JP2001087095 A JP 2001087095A JP 2001087095 A JP2001087095 A JP 2001087095A JP 2002290334 A JP2002290334 A JP 2002290334A
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optical
spread spectrum
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communication
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JP2001087095A
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Masahiro Soda
昌宏 曽田
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Toyo Electric Co Ltd
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Toyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】現状の応答周波数を有する発光素子デバイスを
用い、変調方式を変えることにより従来より高速通信を
可能とし、多重通信等を確保し、さらに通信品質を上げ
る光通信装置を提供すること。 【解決手段】伝送する送信データと送信データの伝送速
度よりも大幅に高い速度を有する疑似雑音符号を2進演
算により加算して得るスペクトル拡散変調信号を形成す
るスペクトル拡散変調手段と、スペクトル拡散変調手段
から得られるスペクトル拡散信号により駆動され光信号
を空間に放射するLED素子からなる送光素子と、を有
する送信手段と、該送信手段から送られる光信号を受け
る受光手段と、該受光手段から得られるスペクトル拡散
信号に、前記疑似雑音信号を掛け合わせて送信データを
復元する復調手段を有し、該送信手段と空間的に離間さ
れて配置される受信手段と、を具備してなる光伝送装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LED等を使用し
た光通信の高速化、多重化、相互光干渉に強い光通信装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光伝送装置は、クレーン、AGV等の制
御に使用されている。この光伝送装置には、LED等発
光素子を使用した光伝送装置が使用されている。この発
光素子を使用した光伝送装置は一般的にFSK変調方式
を採用している。図4は従来のFSK変調方式による片
方向光通信装置の構成図を示す。図4において、送信側
で通信速度より充分高い周波数を搬送波として「f1」
と「f2」の2周波を発する発信器を用意し、変調器5
1において、I/F回路52で「1」、「0」のデジタ
ル信号に整えられた通信データの「1」のとき一方の搬
送波「f1」を発し、「0」のときに搬送波「f2」を
発するように切り替えを行い、この電気信号を増幅器5
3で増幅して発光素子54を駆動し、光信号に変換して
空中に照射する。受信側では、光信号を受光素子61で
受け電気信号に変換して増幅器62で増幅した後、搬送
波周波数をPLL回路63で基準発信器64からの基準
周波数信号と比較し、周波数検出して、I/F回路64
を介して通信データ「1」、「0」を再現する。
【0003】実際に双方向通信を行う場合は、図5に示
すように、光通信装置(a)側で送信回路55と受信回
路56を一体にして用意し、光通信装置(b)側で送信
回路65と受信回路66を一体にして用意し、相対する
送受信回路の周波数帯域を合わせ、且つ、相反する送受
信回路は周波数帯域を違えて分離する、すなわち帯域を
分けることによりバンドパスフィルター等によって相互
光干渉を防いでいる。図6に双方向通信の搬送周波数帯
域の例を示す。例えば、AGVやクレーン等の移動体で
光通信する場合は、移動体の位置によって、相互の光を
受け、通信データ信号を正常に受信しない。この対策は
FSKでは搬送波周波数帯域を分離して相互干渉を防い
でいるが、発光素子の応答周波数が低いため、多くのチ
ャンネル数を割り当てることが出来ない。
【0004】また、通信データの高速化に比例して、周
波数帯域が広帯域化すると共に、通信データ品質を上げ
るため、S/N比の改善でも広帯域が必要となる。すな
わち、発光素子デバイスの応答周波数の高速化が図られ
なければFSK変調方式では、高速通信、多重通信等を
実現する事は限界である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光を使用して通信する
場合、上述のように、通信データの「1」、「0」信号
で搬送周波数を変調し、発光素子を駆動、電気を光の強
弱に変えて送信する。受信は受光素子で光の強弱信号を
電気信号に変換・復調することで元の通信データ再現す
るFSK変調方式を一般的に使用している。FSK変調
方式での光伝送装置の解決課題は、 一方向の送信に2周波を必要とするため全2重通信
には4周波必要となる。 光通信装置を例えば2台使用する場合、相互の光干
渉を避けるため、搬送波周波数(チャンネル)を変えて
送信する必要があり、通信回線×4のチャンネルが必要
となる。 通信データ伝送の高速化に伴い、周波数帯域幅が広
帯域となり、チャンネル数の増加が出来ない。 以上は、搬送波周波数を上げることにより解消すること
が出来るが、発光素子(レーザを除く)デバイスの応答
周波数(カットオフ周波数)により限界がある。そこ
で、本発明は、現状の応答周波数を有する発光素子デバ
イスを用い、変調方式を変えることにより従来より高速
通信を可能とし、多重通信等を確保し、さらに通信品質
を上げる光通信装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1に係る発
明によれば、遠隔点間で光媒体によりデータの伝送を行
う光伝送装置において、伝送する送信データと送信デー
タの伝送速度よりも大幅に高い速度を有する疑似雑音符
号を2進演算により加算して得るスペクトル拡散変調信
号を形成するスペクトル拡散変調手段と、スペクトル拡
散変調手段から得られるスペクトル拡散信号により駆動
され光信号を空間に放射するLED素子からなる発光素
子と、を有する送信手段と、該送信手段から送られる光
信号を受ける受光手段と、該受光手段から得られるスペ
クトル拡散信号に、前記疑似雑音信号を掛け合わせて送
信データを復元する復調手段を有し、該送信手段と空間
的に離間されて配置される受信手段と、を具備してなる
光伝送装置が提供される。本願の請求項2に係る発明
は、請求項1に係る発明において、前記送信手段と受信
手段の組みを複数組み設け、各送受信手段毎に異なった
疑似雑音符号を使用することを特徴とする光伝送装置が
提供される。本願の請求項3に係る発明は、請求項又は
請求項2において、前記送信手段から得られるスペクト
ル拡散信号は、LED素子からなる送光素子の応答周波
数であるカットオフ周波数にまで拡散していることを特
徴とする光伝送装置が提供される。
【0007】
【発明の実施の形態】次に本発明の一実施の形態を、図
を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の双方向光通
信装置の実施形態例ブロック構成図である。本発明の一
実施の形態では、双方向光通信装置は、コンピュータ、
シーケンサ等の通信手段の一端末として相互通信を行っ
ており、送信データはコンピュータやシーケンサ等から
送られて来るし、受信データはこれらに送られる。本発
明では、変調方式としてスペクトル拡散変調方式(Spre
ad-Spectrum system, 以下、SS変調という)を採用し
ている。このSS変調のメリットについては後述する。
【0008】図1において、1はインターフェース回路
である。インターフェース回路1では、外部との電気的
/物理的条件を管理する。例えばEIA−232E規格
に準拠し、外部送信データを受け取り、又、光通信装置
で再生された受信データを外部に伝送する。インターフ
ェース回路1については変調方式には左右されない。2
はデータ同期回路である。データ同期回路2は、内部動
作と同期をとり入力信号とのズレが生じた場合、ビット
調整動作を行う。そして、変調器3で疑似雑音符号を発
生する拡散符号発生回路6の信号を信号混成を行う変調
器3をもってSS変調を行う。
【0009】FSK変調とSS変調の違い例を図2に示
した。図2からわかるようにSS変調は疑似雑音符号発
生により変調され、周波数帯域の広い状態がわかる。周
波数スペクトラムを図3に示す。図1において、7は送
信符号設定回路である。送信符号設定回路7は個別に設
定された疑似雑音符号で相対する光伝送装置の受信符号
設定と同符号に設定される。これにより他チャンネルと
区別する。変調器3で変調された信号は投光回路4で増
幅され、発光素子5を駆動して、空中に光信号が照射さ
れる。
【0010】空中に照射された光信号は受光素子8で受
光し、光/電気信号に変換した後、受光アンプ9で増幅
され、符号比較器10で送信データの再生を行う。符号
比較器10は、受光された信号と、拡散符号発生器12
で発生したPN信号とを比較し、同じならば1,異なる
場合はー1として、拡散符号の1周期毎に合計を求め
る。例えば31周期の拡散符号の時、ノイズの無い状態
で、位相が合っていればデータに対して+31か−31
が出力される。位相が合っていなければ−1が出力され
る。データ同期回路11は、赤外光部分とインターフェ
ース回路1で、データ通信速度が異なる場合に、データ
の送り出しのタイミングをとる。該データ同期回路11
では、赤外光のタイミングでデータを取り込み、インタ
ーフェース回路1のタイミングでデータを送り出す。送
信側のデータ同期回路2も同様に、インターフェース回
路1のタイミングから赤外光のタイミングへ変換する。
12は拡散符号発生器であり、受信符号設定回路15か
らの設定値により疑似雑音符号(PN信号)を発生す
る。13は同期追跡器である。同期追跡器13は、同期
捕捉(サーチ)と同期保持(ホールド)、同期保護(プ
ロテクト)の三動作をし、拡散符号発生器12を制御す
る。
【0011】送信されたSS信号は非同期のため、受信
側で同期捕捉する必要があり、受信側の拡散符号発生器
12と比較し同期点をサーチする動作をする。(同期捕
捉)同期しても、送信側、受信側、それぞれの発信周波
数の違いにより、時間の経過とともに同期ズレが生じ
る。これを防ぐ為、クロック信号を制御して同期が合う
よう制御する。(同期保持) 同期保持中にノイズを受けると同期ズレと同じ状態にな
り、同期保持状態から同期捕捉状態に遷る。このとき再
び同期するまでデータを受けられず伝送効率を下げる。
これらのスパイクノイズによる同期ズレを防ぐ為にスパ
イクノイズの時間を予測し、その期間同期ズレを生じて
も同期を保持する保護回路を形成し同期保護動作をす
る。(同期保護)
【0012】SS変調の特徴を述べる。一般に、通信デ
ータの伝送速度と搬送波周波数帯域の関係式は、シャノ
ンの伝送速度式は次の通り、 C=Wlog2(1+S/N) 但し、C;伝送速度[bps] W;搬送周波数帯
域幅[Hz] S;信号電力[W] N;雑音電力 S/N≪1の場合は、上記を変形して C/W=1.44loge(1+S/N)
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光伝送装
置によれば次のような優れた作用効果を発揮することが
出来る。すなわち、周波数応答に限界のあるLED等の
発光素子を使用した光伝送装置に於いて、SS変調方式
にすることにより、より高速通信、多重チャンネル化が
可能となり、データ通信の向上を図ると共にデジタル化
による低価格化光伝送装置を提供することが出来る。ま
た、多チャンネル化のため、周波数帯域で分離するので
はなく、疑似雑音符号で分離するためデジタル処理を容
易にし、デジタル化による低コストでFSK変調の伝送
装置よりも伝送品質のよい光伝送装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の双方向光通信装置の実施形態
例ブロック構成図である。
【図2】図2は、SS変調の波形を、FSK変調波形と
対比して示す波形図である。
【図3】図3は、SS変調の周波数スペクトラム図であ
る。
【図4】図4は、従来のFSK変調方式による片方向光
通信装置の構成図を示す。
【図5】図5は、従来の双方向通信装置のブロック図で
ある。
【図6】図6は、従来の双方向通信の搬送周波数帯域の
例を示す周波数スペクトラム図である。
【符号の説明】
1・・・・・・インターフェース回路 2・・・・・・データ同期回路 3・・・・・・変調器 4・・・・・・投光回路 5・・・・・・発光素子 6・・・・・・拡散符号発生回路 7・・・・・・送信符号設定回路 8・・・・・・受光素子 9・・・・・・受光アンプ 10・・・・・・符号比較器 11・・・・・・データ同期回路 12・・・・・・拡散符号発生器 13・・・・・・同期追跡器 14・・・・・・表示制御回路 15・・・・・・受信符号設定回路 51・・・・・・変調器 52・・・・・・I/F回路 53・・・・・・増幅器 54・・・・・・発光素子 55・・・・・・送信回路 56・・・・・・受信回路 61・・・・・・受光素子 62・・・・・・増幅器 63・・・・・・PLL回路 64・・・・・・I/F回路 65・・・・・・送信回路 66・・・・・・受信回路 (a)・・・・・・光通信装置 (b)・・・・・・光通信装置
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) H04J 14/06 H04B 1/707

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遠隔点間で光媒体によりデータの伝送を行
    う光伝送装置において、伝送する送信データと送信デー
    タの伝送速度よりも大幅に高い速度を有する疑似雑音符
    号を2進演算により加算して得るスペクトル拡散変調信
    号を形成するスペクトル拡散変調手段と、スペクトル拡
    散変調手段から得られるスペクトル拡散信号により駆動
    され光信号を空間に放射するLED素子からなる発光素
    子と、を有する送信手段と、該送信手段から送られる光
    信号を受ける受光手段と、該受光手段から得られるスペ
    クトル拡散信号に、前記疑似雑音信号を掛け合わせて送
    信データを復元する復調手段を有し、該送信手段と空間
    的に離間されて配置される受信手段と、を具備してなる
    光伝送装置。
  2. 【請求項2】前記送信手段と受信手段の組みを複数組み
    設け、各送受信手段毎に異なった疑似雑音符号を使用す
    る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】前記送信手段から得られるスペクトル拡散
    信号は、LED素子からなる送光素子の応答周波数であ
    るカットオフ周波数にまで拡散していることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載の光伝送装置。
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