JP2004080595A

JP2004080595A - 信号伝送装置及びその方法

Info

Publication number: JP2004080595A
Application number: JP2002240369A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishioroshi; 石下　洋志; Hiroshi Ishii; 石井　比呂志; Kenichi Nakazono; 中園　賢一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間での信号伝送を、当該障壁を破壊することなく、有線の場合と同等のスループットを確保し、しかもセキュリティの問題を生ずることなく実現する。
【解決手段】ケーブル２Ａ，２Ｂを介して伝送されてきた信号を窓ガラス１を透過可能な光信号に変換する発光素子３２と、窓ガラス１を透過した光信号をケーブル２Ａ，２Ｂを介して伝送可能な信号に変換する受光素子３３とを含む信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂを、一方の発光素子３２と他方の受光素子３３とがそれぞれ窓ガラス１を挟んで互いに対向する如く設けることにより、窓ガラス１を介しての信号伝送を可能とする。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理的な障壁、特に少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間で信号を伝送する装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物や部屋の内外のように、壁などの物理的な障壁によって遮断された２地点間で信号を伝送する方法としては、壁自体の穴を利用して光ケーブルやメタリックケーブルなどの信号伝送ケーブルを通し、有線で信号を伝送する方法と、電波により無線で信号を伝送する方法とがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、有線で信号を伝送する方法は、壁に利用可能な穴がなく、建物が賃借契約に基づくものであるなどの理由により新たに穴を開けることも困難な場合には採用できないという問題があった。また、電波により無線で信号を伝送する方法では、屋外での利用可能な周波数帯の制限、干渉によるスループットの低下、指向性がないことによるセキュリティの問題等があった。
【０００４】
本発明の目的は、物理的な障壁のうち、ガラスのような少なくとも光を透過可能な障壁を利用して、当該障壁を破壊することなく、有線の場合と同等のスループットを確保することができ、しかもセキュリティの問題等がない信号伝送装置及びその方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、光ケーブルやメタリックケーブルを介して伝送されてきた信号を、少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間で相互に伝送する際、ケーブルを介して伝送されてきた信号を前記障壁を透過可能な光信号に変換する第１の部分と、前記障壁を透過した光信号をケーブルを介して伝送可能な信号に変換する第２の部分とからなる一対の信号伝送ユニットを、一方の第１の部分と他方の第２の部分とがそれぞれ前記障壁を挟んで互いに対向する如く設けたことを特徴とする。
【０００６】
前記構成によれば、物理的な障壁によって遮断されたそれぞれの地点まで光ケーブルやメタリックケーブルを介して伝送されてきた光信号または電気信号は、各信号伝送ユニットの第１の部分にて当該障壁を透過可能な光信号に変換され、該光信号が障壁を透過して他方の信号伝送ユニットの第２の部分に到達し、ここでケーブルを介して伝送可能な信号に逆変換されることによって、障壁を破壊することなく、かつセキュリティ上の問題を生ずることなく、有線の場合と同等のスループットを確保したまま、障壁を越えることが可能となる。
【０００７】
また、本発明では、電磁誘導作用により前記障壁を介して一方から他方へ電力を伝送する機能を有する一対の電力供給ユニットをそれぞれ各信号伝送ユニットに対応して設けたことを特徴とする。
【０００８】
前記構成によれば、物理的な障壁によって遮断された２地点のうちの一方が建物の屋外などの電源確保に難がある場合であっても、他方の建物の屋内などの電源確保が容易な地点からの電力を各信号伝送ユニットに供給し、これらを駆動することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は請求項１，２に対応する本発明の信号伝送装置の第１の実施の形態を示すもので、ここでは信号伝送ケーブルを介して伝送されてきた信号を、窓ガラスを通して建物の屋内と屋外との間で伝送する場合の例を示す。
【００１１】
図１において、１は窓ガラス、２Ａ，２Ｂは信号伝送ケーブル、３Ａ，３Ｂは一対の信号伝送ユニット、４Ａ，４Ｂは一対の電力供給ユニットである。
【００１２】
信号伝送ケーブル２Ａ及び２Ｂは、上り下り双方向の信号、ここでは２進符号の電気信号を独立して伝送するためのメタリック線２１Ａ，２２Ａ及び２１Ｂ，２２Ｂからなる４線のメタリックケーブルであり、それぞれ建物（図示せず）の屋内及び屋外に配置される。
【００１３】
信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂは、それぞれケーブル２Ａ，２Ｂを介して伝送されてきた２進符号の電気信号を窓ガラス１を透過可能な光信号（例えば、赤外線の波長領域の光信号）に変換（Ｅ／Ｏ変換）するための増幅・波形整形器３１及び発光素子（ＬＥＤ）３２（第１の部分）と、窓ガラス１を透過した前記光信号をケーブル２Ａ，２Ｂを介して伝送可能な２進符号の電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）するための受光素子（ＰＤ）３３及び増幅・波形整形器３４（第２の部分）とからなり、ユニット３Ａが屋内側に、また、ユニット３Ｂが屋外側に、一方の発光素子３２と他方の受光素子３３とがそれぞれ窓ガラス１を挟んで互いに対向する如く配置される。
【００１４】
なお、ケーブル２Ａ，２Ｂが光ケーブルの場合は、増幅・波形整形器３１及び発光素子３２の前段に受光素子を設けて光ケーブルからの光信号を一旦、電気信号に変換する（Ｏ／Ｅ／Ｏ変換）、もしくは光ケーブルからの光信号を光のまま、窓ガラス１を透過可能な波長領域の光信号に変換する素子を用い（Ｏ／Ｏ変換）、また、受光素子３３及び増幅・波形整形器３４の後段に発光素子を設けて電気信号を光ケーブルに適した波長領域の光信号に変換する（Ｏ／Ｅ／Ｏ変換）か、もしくは窓ガラス１を透過可能な波長領域の光信号を光のまま、光ケーブルに適した波長領域の光信号に変換する素子を用いる（Ｏ／Ｏ変換）。
【００１５】
電力供給ユニット４Ａ，４Ｂは、電力供給線４１Ａ，４１Ｂを介して信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの駆動電力を供給するもので、それぞれ各信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂに対応して屋内側及び屋外側に設置される。
【００１６】
ここで、電力供給ユニット４Ａは、屋内の電源から供給される電力をそのまま信号伝送ユニット３Ａに供給するが、電力供給ユニット４Ｂは電力供給ユニット４Ａから電磁誘導作用により窓ガラス１を介して伝送される電力を信号伝送ユニット３Ｂに供給する。
【００１７】
図２は電力供給ユニット間での電力伝送の仕組みを示すもので、ユニット４Ａ側に設けられた発振器４２を屋内の商用電源（交流）から一旦、ＡＣアダプタ（図示せず）などを介して交直変換されて供給される直流電力で駆動して交流電流を発生し、これをユニット４Ａ側に設けられたコイル４３に流して交流磁界を発生させ、この際、窓ガラス１を挟んで該コイル４３に対向してユニット４Ｂ側に設けられたコイル４４に電磁誘導作用により生じる交流電圧を、ユニット４Ｂ側に設けられた整流器４５で整流し（必要に応じて平滑し）て直流電力を取り出す如くなっている。
【００１８】
ここで、窓ガラス１による空間ギャップが１２ｍｍである時、コイル４３，４４として直径４０ｍｍのコアを有するものを用いた場合は、３．３Ｖで３５０ｍＡ以上の電力を伝送可能であり、また、コイル４３，４４として直径９０ｍｍのコアを有するものを用いた場合は、３．３Ｖで３５０ｍＡ以上、並びに５．２Ｖで最大１７００ｍＡの電力を伝送可能であった。
【００１９】
なお、これら信号伝送ユニット３Ａ及び電力供給ユニット４Ａにより屋内用モジュール５Ａが構成され、信号伝送ユニット３Ｂ及び電力供給ユニット４Ｂにより屋外用モジュール５Ｂが構成される。
【００２０】
前記構成において、ケーブル２Ａのメタリック線２１Ａを通じて伝送されてきた２値符号の電気信号は、信号伝送ユニット３Ａの増幅・波形整形器３１及び発光素子３２により、窓ガラス１を透過可能な赤外線の波長領域の光（の点滅）に変換され、窓ガラス１に入射する。窓ガラス１を透過した前記赤外線の波長領域の光は信号伝送ユニット３Ｂの受光素子３３及び増幅・波形整形器３４により、再び２値符号の電気信号に変換され、ケーブル２Ｂのメタリック線２１Ｂに送り出される。逆方向の信号についても同様にして伝送され、双方向通信が行われる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３は請求項１，２，３に対応する本発明の信号伝送装置の第２の実施の形態を示すもので、ここでは第１の実施の形態において信号伝送ケーブルとして、ＩＳＤＮ（ＡＭＩ符号方式）に代表される２線で上り下り双方向の信号を伝搬するメタリックケーブル６Ａ，６Ｂを適用可能とするための上り下り信号分離多重機能を信号伝送ユニットに持たせた例を示す。
【００２２】
即ち、図中、３５は信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂにそれぞれ設けられた信号分離多重装置であり、２線のメタリックケーブル６Ａ，６Ｂで伝送される上り下り双方向の信号を、上り方向及び下り方向それぞれが２線で伝送される４線の信号に分離し、また、その逆に上り方向及び下り方向それぞれが２線で伝送される４線の信号を、２線のメタリックケーブル６Ａ，６Ｂで伝送可能に多重する。
【００２３】
本実施の形態によれば、信号伝送ケーブルが２線のメタリックケーブルであっても同様に適用することができる。なお、その他の構成・動作は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００２４】
また、前述した信号分離多重装置３５にＯ／Ｅ変換機能を持たせるか、光信号のまま上り下り双方向の信号を分離・多重する機能を備えた装置を用いることにより、信号伝送ケーブルとして、１心の光ファイバで上り下り双方向の信号を伝搬する光ケーブルも同様に適用可能である。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図４は請求項１，２，４に対応する本発明の信号伝送装置の第３の実施の形態を示すもので、ここでは第１の実施の形態において信号伝送ケーブルとして、ＬＡＮの伝送方式として広く普及しているＥｔｈｅｒ方式の１００ＢＡＳＥ−ＴＸのＵＴＰケーブルを適用可能とするための符号変換機能を信号伝送ユニットに持たせた例を示す。
【００２６】
即ち、図中、３６は信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの増幅・波形整形器３１の前段にそれぞれ設けられた符号変換回路であり、１００ＢＡＳＥ−ＴＸにおける３つのレベルで表されるＭＬＴ−３符号を、光信号の点滅で表すことが可能な２つのレベルからなる１００ＢＡＳＥ−ＦＸのようなＮＲＺＩ符号に変換する。
【００２７】
また、３７は信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの増幅・波形整形器３４の後段にそれぞれ設けられた符号変換回路であり、前述したＮＲＺＩ符号をＭＬＴ−３符号に逆変換する。
【００２８】
本実施の形態によれば、光信号に赤外線を用いた場合において、１００Ｍｂ／ｓの双方向通信が可能であった。なお、その他の構成・動作は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図５は請求項１，２，４，５に対応する本発明の信号伝送装置の第４の実施の形態を示すもので、ここでは第３の実施の形態において光信号が窓ガラスを透過することによる影響を少なくするようになした例を示す。
【００３０】
即ち、図中、３８は信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの増幅・波形整形器３４と符号変換回路３７との間にそれぞれ設けられた符号修正回路であり、光信号が窓ガラス１を透過する際、ガラスの非結晶質の影響などによって生じる符号誤りを修正する。
【００３１】
本実施の形態によれば、窓ガラスが前述した発光素子による光信号を通し難いような厚さや材質、表面処理状態を備えていたり、伝送速度が高速であっても、スループットに影響を及ぼさずに信号を伝送することが可能である。なお、その他の構成・動作は第３の実施の形態の場合と同様である。
【００３２】
（第５の実施の形態）
図６は請求項１，４，５，６に対応する本発明の信号伝送装置の第５の実施の形態を示すもので、ここでは第４の実施の形態において電力供給ユニットとしてケーブル上の信号の一部から電力を抽出する機能を有するものを用いた例を示す。
【００３３】
即ち、図中、７Ａ，７Ｂは電力供給線７１Ａ，７１Ｂを介して信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの駆動電力を供給する電力供給ユニットであり、それぞれ各信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂに対応して屋内側及び屋外側に設置される。
【００３４】
ここで、電力供給ユニット７Ａ，７Ｂは、ケーブル２Ａ，２Ｂを構成するメタリック線のうち信号伝送の上流側、即ちメタリック線２１Ａ，２２Ｂから、一般に電圧変化で伝えられる信号を取り出し、図７に示すように整流回路７２で整流し、平滑回路７３で平滑して直流電力を取り出す如くなっている。
【００３５】
本実施の形態によれば、外部の電源が不要となり、より取扱が容易になる。なお、その他の構成・動作は第４の実施の形態の場合と同様であるが、本実施の形態は信号伝送ケーブルがメタリックケーブルであり、電気信号による信号伝送が行われている場合のみ適用でき（第２の実施の形態の場合のように信号伝送ケーブルが２線の場合は、４線に変換した後の部分において適用可能）、光ケーブルの場合には適用できない。
【００３６】
（第６の実施の形態）
図８は請求項１，４，５，６，７，８に対応する本発明の信号伝送装置の第６の実施の形態を示すもので、ここでは第５の実施の形態において電力供給ユニットに電力蓄積機能及び発電機能を設けた例を示す。
【００３７】
即ち、図中、７４は電力供給ユニット７Ａ，７Ｂにそれぞれ設けられたコンデンサもしくはバッテリ（二次電池）であり、また、７５は電力供給ユニットのうち、特に屋外に設置される電力供給ユニット７Ｂに設けられた太陽電池である。これらのコンデンサもしくはバッテリ７４は、ケーブル２Ａ，２Ｂ上の信号から取り出された電力の余剰分または太陽電池７５によって得られた電力を蓄積し、必要に応じてこれを放出する。
【００３８】
本実施の形態によれば、伝送される信号量の大小に拘わらず安定した電力を信号伝送ユニットに供給することが可能となる。なお、その他の構成・動作は第５の実施の形態の場合と同様である。
【００３９】
（第７の実施の形態）
図９は請求項１，４，５，６，７，８，９に対応する本発明の信号伝送装置の第７の実施の形態を示すもので、ここでは第６の実施の形態において信号伝送ユニットにケーブルへ出力する信号のレベルを調整する機能を設けた例を示す。
【００４０】
即ち、図中、３９は信号伝送ユニット３Ａ，３Ｂの増幅・波形整形器３４と符号修正回路３８との間にそれぞれ設けられた振幅調整回路であり、電力供給ユニット７Ａ，７Ｂが供給できる電力に応じてケーブル２Ａ，２Ｂへ出力する信号の振幅（レベル）を調整する。
【００４１】
本実施の形態によれば、伝送される信号量の大小に起因する生成電力のむらを光信号が窓ガラスを透過した後の部分で吸収することにより、窓ガラスへ入射する光信号を発生する部分への安定した電力供給を可能とし、確実な信号伝送が可能となる。なお、その他の構成・動作は第６の実施の形態の場合と同様である。
【００４２】
（第８の実施の形態）
図１０は請求項１に対応する本発明の信号伝送装置の第８の実施の形態を示すもので、ここでは第４の実施の形態において電力供給ユニットを取り除き、各信号伝送ユニットにそれぞれ直接、電源を供給するようになした２つの屋内用モジュール５Ｃを用いた例を示す。
【００４３】
即ち、窓ガラス１によって隔てられた２地点が、建物内のクリーンルームとそれ以外の部屋などであって、いずれも電源の確保が容易である場合を想定している。
【００４４】
本実施の形態によれば、クリーンルームなど、密閉性が求められる部屋へ適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果が期待できる。
（１）物理的な障壁によって隔てられた２地点間であっても、穴を開けるなど、障壁を破壊することなく、配線も非常にシンプルになる。
（２）既存の有線（メタリック線）と同等の高速データ通信をすることができる。
（３）電波による無線通信と異なり、セキュアな通信が可能である。
（４）一方が屋外などの電源確保が困難な場所であっても、障壁越しに給電することができるため、屋内と屋外を結ぶツールとして積極的に利用することができる。
（５）ＵＴＰケーブルなどの安価で取り扱いが容易な通信媒体で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号伝送装置の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】電力供給ユニット間での電力伝送の仕組みを示す構成図
【図３】本発明の信号伝送装置の第２の実施の形態を示す構成図
【図４】本発明の信号伝送装置の第３の実施の形態を示す構成図
【図５】本発明の信号伝送装置の第４の実施の形態を示す構成図
【図６】本発明の信号伝送装置の第５の実施の形態を示す構成図
【図７】図６の電力供給ユニットの詳細を示す構成図
【図８】本発明の信号伝送装置の第６の実施の形態を示す構成図
【図９】本発明の信号伝送装置の第７の実施の形態を示す構成図
【図１０】本発明の信号伝送装置の第８の実施の形態を示す構成図
【符号の説明】
１：窓ガラス、２Ａ，２Ｂ，６Ａ，６Ｂ：信号伝送ケーブル、３Ａ，３Ｂ：信号伝送ユニット、４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ：電力供給ユニット、５Ａ，５Ｃ：屋内用モジュール、５Ｂ：屋外用モジュール、３１，３４：増幅・波形整形器、３２：発光素子、３３：受光素子、３５：信号分離多重装置、３６，３７：符号変換回路、３８：符号修正回路、３９：振幅調整回路。

Claims

光ケーブルやメタリックケーブルなどの信号伝送ケーブルを介して伝送されてきた信号を、少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間で相互に伝送する装置であって、
信号伝送ケーブルを介して伝送されてきた信号を前記障壁を透過可能な光信号に変換する第１の部分と、前記障壁を透過した光信号を信号伝送ケーブルを介して伝送可能な信号に変換する第２の部分とからなる一対の信号伝送ユニットを含み、
各信号伝送ユニットは、一方の第１の部分と他方の第２の部分とがそれぞれ前記障壁を挟んで互いに対向する如く配置される
ことを特徴とする信号伝送装置。
請求項１に記載の信号伝送装置において、
信号伝送ユニットの駆動電力を供給する電力供給ユニットであって、電磁誘導作用により前記障壁を介して一方から他方へ電力を伝送する機能を有する一対の電力供給ユニットをそれぞれ各信号伝送ユニットに対応して設けた
ことを特徴とする信号伝送装置。
請求項１または２に記載の信号伝送装置において、
各信号伝送ユニットは、同一の信号伝送ケーブルを伝搬する上り下り双方向の信号を分離多重する上り下り分離多重機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
請求項１乃至３いずれかに記載の信号伝送装置において、
各信号伝送ユニットの第１及び第２の部分は、符号変換機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
請求項１乃至４いずれかに記載の信号伝送装置において、
各信号伝送ユニットの第２の部分は、光信号が障壁を透過する際に生じる符号誤りを修正する符号修正機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
メタリックケーブルを介して伝送されてきた信号を、少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間で相互に伝送する装置であって、
メタリックケーブルを介して伝送されてきた信号を前記障壁を透過可能な光信号に変換する第１の部分と、前記障壁を透過した光信号をメタリックケーブルを介して伝送可能な信号に変換する第２の部分とからなる一対の信号伝送ユニットと、
各信号伝送ユニットにそれぞれ対応して設けられ、その駆動電力を供給する一対の電力供給ユニットとを含み、
各信号伝送ユニットは、一方の第１の部分と他方の第２の部分とがそれぞれ前記障壁を挟んで互いに対向する如く配置され、
各電力供給ユニットは、メタリックケーブル上の信号の一部から電力を抽出する機能を有する
ことを特徴とする信号伝送装置。
請求項６に記載の信号伝送装置において、
各電力供給ユニットは、電力蓄積機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
請求項６または７に記載の信号伝送装置において、
電力供給ユニットの少なくとも一方は、発電機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
請求項６乃至８いずれかに記載の信号伝送装置において、
各信号伝送ユニットの第２の部分は、電力供給ユニットが供給できる電力に応じてメタリックケーブルへ出力する信号のレベルを調整する機能を有することを特徴とする信号伝送装置。
光ケーブルやメタリックケーブルなどの信号伝送ケーブルを介して伝送されてきた信号を、少なくとも光を透過可能な物理的な障壁によって隔てられた２地点間で伝送する方法であって、
信号伝送ケーブルを介して伝送されてきた信号を前記障壁を透過可能な光信号に変換して障壁に入射し、
前記障壁を透過した光信号を信号伝送ケーブルを介して伝送可能な信号に変換して信号伝送ケーブルへ送出する
ことを特徴とする信号伝送方法。