JP2010206788A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】光信号を監視区域へ伝送するための少なくとも１つの光送信器と、光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器とを有する光電センサ。
【解決手段】光送信器により伝送された光信号は各々、出力信号に基づいて発生するが、この出力信号は、周波数拡散技術（スペクトラム拡散）により拡散され、オフセットを適用して実現されてユニポーラ信号を発生させる。電気受信信号は光受信器内の高パスフィルタに供給することができる。干渉抑制の手段が設けられて、それぞれの当時最新の干渉が反復的又は継続的に自動的に測定され、時間領域及び／又は周波数領域において前記干渉が解析され、前記干渉解析のそれぞれの結果に応じて干渉が少なくとも実質的に補償される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を監視区域へ伝送するための少なくとも１つの光送信器と、光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器とを有する光電センサであって、受信された光信号が電気受信信号に変換される光電センサに関する。本発明は更に、請求項１５の前文に記載されている干渉抑制方法に関する。

このようなセンサは、例えば、建造物内の特に危険な機器作業区域又は特定の空間を保護すべき場合、アクセス監視用の多重光線の光格子システムとして使用することができる。

名を挙げた種類のセンサのある監視区域内に物体が移動し、これによって光送信器と光受信器との間の光路が遮断される場合、特に、例えば、機器をオフにする、及び／又は、音響的又は視覚的な警告信号をトリガする物体検出信号を相応に設計された制御及び／又は評価装置を介して発生させることができる。

例えば目標捕捉及び短距離通信等の無線光学用途では、光電センサが大いに使用されている。これらの光電センサは、高干渉に晒された環境で使用すると、その働きが大きく損なわれて誤検出が生じることがある。

現在の光バリア、光センサ、及び同等のものでは、パルス信号の系列が伝達波形として使用されている。このような波形は、光パワーとして放射され、その後、光受信器の側にある光検出器により受信される。

レーダ及び通信工学の分野において、干渉に対する信号の信頼性及び堅牢性を改良するために、いわゆるＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）周波数拡散技術が成功裡に使用されている。このような周波数拡散技術は、Marvin K. Simon等の「Spread Spectrum Communications Handbook」、McGraw-Hill、1994、及び、Valerie P. Ipatovの「Spread Spectrum and CDMA: Principles and Applications」、John Wiley and Sons、2005に、より詳細に記載されている。

認知レーダシステムでは、環境情報も付加的に使用されて、現在の検出タスク及び干渉環境との合致が達成されている。このような認知レーダシステムは、例えば、Haykin, S.の「Cognitive radar: a way of the future」、Signal Processing Magazine, IEEE, Volume: 23, Issue: 1 Jan. 2006に、より詳細に記載されている。

例えば、ＤＳＳＳ通信システムにおける干渉抑制については、パルス干渉の質を改良するための「クリッピング」、及び周波数領域解析に基づく干渉抑制の処理等の異なる処理が以下の刊行物に、より詳細に記載されている。Proakis, J. G.の「Interference suppression in spread spectrum systems」、Proc. IEEE 4th International Symposium on Spread Spectrum Technics and Applications、1996、Wang Chuandan及びZang Zhongpei及びLi Shaoqianの「Interference Avoidance Using Fractional Fourier Transform in Transform Domain Communication System」、Advanced Communication Technology、The 9th International Conference on 2007、ならびに、Xiaowen Chen、Wei Guo、Yong Zhengの「Frequency domain interference suppression in a DSSS System」、Communications, Circuits and Systems and West Sino Expositions、IEEE 2002、International Conference on, 2002。

生じる干渉信号の数が少ない場合には、パルスが干渉信号と同期する干渉同期化を伴う、純パルスベースの信号化システムのみが有効である。それでもやはり、環境光及び蛍光灯等の他の源に由来する干渉は、特にパルスが周期的に伝送されると伝送品質を損なう。

確かに、ＤＳＳＳ周波数拡散技術は、白色スペクトルを有する疑似雑音系列を使用することにより狭帯域干渉に対する堅牢性を増し、堅牢性はまた、多数の干渉信号に対して小さい相関係数となって反映される。それでもやはり、拡散系列を固定した静止システム設計により干渉力が増加し、適応性が不足すると、伝送品質は低下する。

光電センサの変調構想として、輝度変調（ＩＭ）が直接検出（ＤＤ）と共に頻繁に使用される。この点に関して、伝送された波形は瞬時光パワーに変調され、この瞬時光パワーが発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードにより放射される。受信器側では、光パワーは、フォトダイオードにより受信され、等価電流に直接変換される。このような無線光電子ＩＭ／ＤＤ接続は、伝送された信号が常に負とは限らないことから、通常はインコヒーレントなやり方でしか作動することができない。

"Spread Spectrum Communications Handbook", Marvin K. Simon et al., McGraw-Hill, 1994 "Spread Spectrum and CDMA: Principles and Applications", Valerie P. Ipatov, John Wiley and Sons, 2005 "Cognitive radar: a way of the future", Haykin, S., Signal Processing Magazine, IEEE, Volume: 23, Issue: 1 Jan. 2006 "Interference suppression in spread spectrum systems", Proakis, J. G. Proc. IEEE 4th International Symposium on Spread Spectrum Technics and Applications, 1996 "Interference Avoidance Using Fractional Fourier Transform in Transform Domain Communication System", Wang Chuandan and Zang Zhongpei and Li Shaoqian, Advanced Communication Technology, The 9th International Conference on 2007 "Frequency domain interference suppression in a DSSS System", Xiaowen Chen, Wei Guo, Yong Zheng, Communications, Circuits and Systems and West Sino Expositions, IEEE 2002, International Conference on, 2002

本発明の基礎を成す目的は、最初に指定された種類の改良された光電センサ、特に適応的な光電センサ、ならびに改良された方法を提供することである。この点に関して、特に、干渉に対する堅牢性及び安全性が複数の異なる干渉源に対して改良されるべきである。

この目的は、本発明によれば、前記光電センサに関して、前記光送信器により伝送された前記光信号が、いずれの場合も周波数拡散技術（スペクトラム拡散）に基づいて拡散され、オフセットが適用されてユニポーラ信号を発生させる出力信号によって生成されるという点、及び、それぞれの当時最新の干渉を反復的又は継続的に自動的に測定し、時間領域及び／又は周波数領域において解析し、前記干渉解析のそれぞれの結果に応じて少なくとも実質的に補償する、干渉抑制のための手段が設けられているという点で満たされる。

この設計に基づいて、干渉に対する前記光電センサの堅牢性及び安全性は、複数の異なる干渉源に対してかなり改良される。従って、その光パワーが常に正であるユニポーラ光学媒体に、バイポーラ拡散系列を、つまり値「−１」及び「＋１」を有する拡散系列を伝送することは、今はもはや不可能である。このようなバイポーラ拡散系列では、干渉を抑制するために、及び／又は、例えば異なるセンサの信号を識別（ユーザ分離）できるようにするために、拡散系列の好ましい相関特性を前記光学センサに伝送することができる。適応的な干渉抑制を保証する種類の認知センサも設けられる。

この点に関して、好ましくは、前記光送信器は、それぞれの出力信号をスケーリングするための手段を含むが、前記出力信号は、周波数拡散技術により拡散され、オフセットを適用して実現されているものである。このようなスケーリングにより、特に、前記監視区域へ伝送された前記それぞれの光信号は、前記光送信器のそれぞれの発光ダイオードの平均光学伝送パワーに対応させることができる。

拡散系列は特に、疑似ランダム符号を含むことができる。

本発明による前記光電センサの有利で実際的な実施形態によれば、前記光送信器により伝送された前記光信号は各々、前記ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）周波数拡散技術により、バイポーラ拡散系列を乗算した出力信号に基づいて発生する。

従って、ＩＭ／ＤＤシステムでは、例えば、バイポーラＤＳＳＳ周波数拡散技術等のバイポーラ周波数拡散技術をコヒーレント検出に関して使用することも可能である。従って、バイポーラ拡散系列は、例えば、ＤＣ電流信号を付加することによりユニポーラ系列に変換することができる。パワーのスケーリング後に、結果として生じる波形を光パワーとして伝送することができる（ＩＭ）。前記受信信号は、前記受信器側にある前記光受信器の前記フォトダイオードにより直接検出することができ（ＤＤ）、例えば高周波フィルタリングすることができる（ＡＣカップリング）。ただし、ＡＣカップリングは絶対に必要なものではない。特に、任意で高パスフィルタリングした前記信号は相関器に供給することができ、その後、前記相関器の出力信号を、予設定可能な限界値と比較することができる。その後、前記限界値に応じて、前記それぞれの系列を検出することができる。

このような周波数領域整形（ＦＤＳ）は、スペクトラム拡散信号が、周波数領域において、狭帯域干渉と比較して比較的平坦かつ幅広である、即ち、周波数領域における狭帯域干渉は、閾値により容易に検出することができるという前提に基づいている。特に、前記干渉信号の特性に適合されている堅牢な拡散系列を整形することにより、干渉に対する適応性を得ることができる。即ち、そこでは、信号エネルギーがスペクトルの非干渉領域に位置している。従って、前記伝送された波形では、狭帯域干渉が著しい周波数領域は回避されている。

前記光受信器は便宜的に、前記受信信号を、高パスフィルタリング後に逆拡散する手段を含む。この点に関して、前記逆拡散は特に、前記それぞれの拡散系列を乗算することにより行うことができる。

本発明による前記光電センサの好適で実際的な実施形態によれば、適応的な干渉抑制のための前記手段は、前記監視区域で生じる干渉が、反復的に、好ましくは周期的に測定され、前記測定された干渉のパワースペクトルが求められて周波数領域における干渉が解析され、前記光信号又は拡散系列が発生し、周波数領域における前記発生した光信号の振幅応答が、前記検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを生成するように設計されており、そこでは、前記検出された干渉のパワースペクトルにより網羅されるスペクトル領域が除外されている。

この点に関して、適応的な干渉抑制のための前記手段は、特に、周波数領域における干渉を解析するために、予設定可能な限界値を超える信号振幅のみが考慮されるように設計することができる。

好ましくは、前記光信号の位相応答が、拡散系列で規定される周波数領域において生成されるように光信号が発生する。

この点に関して有利なことに、前記光信号は、一方で、前記検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを有する振幅応答と、他方で、拡散系列で規定される前記位相応答とを含む周波数領域において、前記光信号の疑似ランダム位相応答が生成されるように生成される。

干渉の型を見出すために、例えば、本発明による前記認知光電センサは、例えば前もって行われる測定により取得することのできる、本事例の環境についての事前情報を利用することができる。この目的で、例えば、干渉環境が測定され解析される反復的又は周期的なチャネルサンプリングのための手段を設けることができる。

まず、環境の測定データは、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムにより周波数領域に変換して、干渉のパワースペクトルを算定することができる。その後、例えば閾値と比較することにより、前記狭帯域干渉信号の最も有意な周波数ピークを検出することができる。この解析に基づいて、パワースペクトルが相補的である振幅応答、即ち、信号エネルギーがスペクトルの非干渉領域のみに位置している振幅応答を発生させることができる。その際、パワースペクトルが重ならないことから、この振幅応答は、干渉の振幅応答に直交しており、又は前記振幅応答の影響を受けない。その際、特定の位相応答を、ただし前記位相応答は特に疑似ランダム系列で規定されているものであるが、前記相補的な振幅応答に関連付けることができる。特に、前記信号に複素位相方程式

を乗算することができる。ここで、

は、最も単純な場合、例えばｍ系列又はゴールド符号等の二元疑似ランダム系列を表すことがある。しかし一般的には、より高次の系列を使用して、位相を分割又は符号化することもできる。その際、結果として生じる周波数応答は、例えば逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）により時間領域に逆変換することができ、これによって、実際の干渉と相関しない雑音状系列が発生する。

このようなＦＤＳ（周波数領域整形）を用いた適応的な波形形成にとっては前記送信器用のチャネルの知識が決定的であることから、例えば前記送信器及び前記受信器が共にハウジング内に収容されている場合、前記送信器及び前記受信器が分離しておらず、前記受信器と前記送信器との間にバックチャネルが存在するこのような光電センサにとって、このような実施形態は特に適している。

本発明による前記光電センサの更なる有利な実施形態によれば、適応的な干渉抑制のための前記手段は、拡散系列のチップレートで生じる前記受信信号をサンプリングするためのサンプリング手段と、前記サンプリングされた信号を周波数領域に変換するための手段と、周波数領域における干渉を解析し、予設定可能な限界値を超える信号振幅を検出するように働く包絡線検波器と、周波数領域において前記限界値を超える前記振幅を少なくとも減衰するフィルタ手段とを含む。

この点に関して、便宜的に、前記フィルタ手段によりフィルタリングされた前記信号を時間領域に逆変換する手段が設けられる。便宜的に、時間領域への逆変換後に、前記受信信号の逆拡散が行われる。

従って、狭帯域干渉の干渉抑制のために、前記受信器側に周波数領域等化（ＦＤＥ）をも特に実現することができる。この点に関して、干渉抑制するように働くこのような受信器側の周波数領域等化（ＦＤＥ）は、便宜的に、逆拡散の前に行われる。

前記受信信号は、チップレートでサンプリングすることができ、続いて例えばＦＦＴアルゴリズムにより周波数領域に変換することができる。次に、周波数領域における狭帯域干渉と周波数拡散信号とは容易に識別することができるという前提から出発して、周波数領域において狭帯域であり高振幅を有する狭帯域干渉と比較して特にＤＳＳＳ信号は広帯域であり平坦であるので、例えば特定の限界値を超える値が検出される包絡線検波器の手段により、例えば、前記干渉信号が検出される。前記受信信号は、周波数領域における前記干渉振幅が特定の限界値を超える部位にて干渉抑制フィルタにより緩衝することができる。この点に関して、前記抑制フィルタは例えば、前記信号が特定の値に限定される増白剤の種類として作動することができ、又は、信号エネルギーが前記それぞれの周波数部位にて排除されるノッチフィルタとして作動することができる。後に、前記信号は例えばＩＦＦＴアルゴリズムにより時間領域に逆変換することができ、その結果、相関及び検出を行うことができる。前記信号はやはり僅かな干渉を受けることがあるが、干渉の影響が減衰することからビット誤り率は明らかに低減される。

周波数領域整形（ＦＤＳ）とは対照的に、前記受信器の領域では周波数領域等化（ＦＤＥ）のみが行われるが、この場合、干渉特性についての事前情報は不要である。対応する干渉抑制は前記受信信号の解析のみに基づいているので、特に、前記光送信器が前記光受信器と分離している場合に有利に使用することができる。

周波数拡散技術の使用に関連して、パルス干渉は既知の問題の一例である。パルス干渉は特に、パワー制御せずに小さいマークスペース比で作業する別のユーザにより引き起こされることがある。

前記干渉信号の当時最新の帯域幅によっては、伝送中、互いに後から続く多数のチップが損なわれることがある。それ故に、前記受信器での損なわれたこのようなチップは、損傷された相関出力信号を生じることがある。前記相関出力信号は、誤検出という結果を招くことがある。

このような問題を回避するために、前記光電センサの更なる好適な実施形態による前記適応的な干渉抑制のための前記手段は特に、いわゆるクリッピングフィルタを含むことができる。

この点に関して、好ましくは、時間領域における前記受信信号が予設定可能な参照値を超えるか又は下回ると前記受信信号を予設定可能な正又は負の値に設定するように、又は、前記受信信号がそれぞれの予設定可能な正又は負の限界値を超えるか又は下回ると前記受信信号をこの値に限定するように、又は、前記受信された値がそれぞれの予設定可能な正又は負の限界値を超えるか又は下回ると前記値をいずれの場合もゼロに設定するように、このようなチッピングフィルタが設計される。

この実施形態、ただしパルス干渉を抑制することに特に適しているものは、時間領域におけるパルス干渉が、時間を拡張した周波数拡散信号と比較して比較的短いという前提に基づいている。時間領域への着信信号は、特定の限界値又は予設定可能な限界値を超える場合、前記クリッピングフィルタによりクリッピングしてから相関及び検出を行うことができる。この点に関して、特に、ハード、ソフト、及びパンチの３種類の応答曲線が考えられる。ハードな応答曲線のクリッピングフィルタは、単に厳然たる判定をもたらし、前記着信信号は例えば正の値又は負の値に設定される。ソフトな応答曲線のクリッピングフィルタは、特定のダイナミックレンジにおいて線形であり、従って前記信号に関して任意の厳然たる判定を与えない。ただし前記信号は、それぞれの予設定可能な正又は負の限界値を超えるか又は下回ると、この限界値に限定される。パンチの応答曲線は、前記信号が予設定可能な限界値を超えない程度までは前記ソフトな応答曲線に類似している。しかし、前記限界値を超えると前記信号はゼロの値に設定される。損傷された、又は損なわれた前記信号の部分がゼロの値に設定されるという点で、これらの部分は相関処理においてニュートラルであるので、正しい信号部分のみが考慮され、これによって誤検出の可能性が最小限に低減される。

従って、特に前記ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）周波数拡散技術等の周波数拡散技術が使用されている認知光電センサが設けられ、適応的なインテリジェント周波数拡散波形形成、及び／又は、特にここでも適応的である干渉抑制フィルタにより、時間干渉及び／又は周波数干渉を解析することによって、適応的な干渉抑制が達成される。この点に関して、使用される周波数拡散技術、特に前記ＤＳＳＳ技術はまた、適応的な干渉抑制のために、前記光トランジスタ及び／又は前記光受信器において実施することのできる特別なやり方で同時に使用される。対応する適応的な送信器又は受信器システムにより、前記センサのパワー能力はかなり増加する。

それぞれの拡散系列は特に、二元疑似ランダム系列を含む。

前記光送信器と前記光受信器とは、前記監視区域の、互いに対向する側に配置することができる。この点に関して、適切な同期処理が実現する。適切な処理は、Valery P. Ipatovの「Spread Spectrum and CDMA: principles and applications」、Wiley Interscience 2005, ISBN 978-0-470-09180-7に見ることができる。一般的に、前記監視区域の片側に前記光送信器及び前記光受信器を配置し、前記監視区域の対向する側に逆行反射器を配置することも可能である。前記第２の変形は、オートコリメーション配置に対応している。

前記光送信器及び前記光受信器は、例えば光格子配置にして設けることもできる。この点に関して、いずれの場合も、複数の光送信器に共通の光受信器を関連付けることもでき、これに応じて光受信器の数を前記光送信器の数よりも少なくすることができる。

従って特に、前記認知光電センサは、干渉の影響を適応的に抑制するように構成することができる。この点に関して、時間領域及び／又は周波数領域における解析により取得することのできる、前記当時最新の干渉の型の知識をも含めることができる。時間領域又は周波数領域において干渉のみが生じることは比較的稀であるため、周波数拡散信号が高い時間帯域幅積を有することから、特定の種類の干渉と周波数拡散（ＦＳ）信号とを容易に識別することができる。

それ故に、本発明による前記方法は、この場合、前記光送信器から伝送された前記光信号が、出力信号に基づいて発生するが、該出力信号が、オフセットを適用して実現されて周波数拡散技術により拡散され、ユニポーラ信号を発生させるものであること、及び、前記電気受信信号を高パスフィルタリングすることができること、及び、それぞれの当時最新の干渉が、反復的又は継続的に測定され、時間領域及び／又は周波数領域において解析され、前記干渉解析のそれぞれの結果に応じて少なくとも実質的に補償されることを特徴としている。

本発明は、以下で実施形態及び図面を参照して、より詳細に説明されるであろう。

例示的な信号変調の略線図。 ＤＳＳＳ信号及び干渉信号の例示的な周波数スペクトルの図。 例示的なＦＤＳ（周波数領域整形）アルゴリズムの略ブロック線図。 例示的なＦＤＥ（周波数領域等化）アルゴリズムの略ブロック線図。 上に干渉信号を重ねた周波数拡散信号の例示的な図。 例示的なクリッピングフィルタの略図。

図１は、例示的な信号変調の略線図を示す。

光電センサの変調構想として、特に輝度変調（ＩＭ）を、直接検出（ＤＤ）と共に使用することができる。この点に関して、伝送された波形は光送信器の発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードにより放射される瞬時光パワーに変調される。受信器側では、光パワーは特に、フォトダイオード（受信器）により受信され、等価電流に直接変換される。

光電子無線ＩＭ／ＤＤ接続は、伝送された信号が常に負とは限らないことから、通常はインコヒーレントなやり方でしか作動することができない。それでもやはり、バイポーラ周波数拡散技術、特にバイポーラＤＳＳＳ技術を使用できるようにするために、送信器及び受信器の、より複雑な実施形態が必要になる。この目的で、図１は例示的な信号変調を示す。

その際、まず出力信号６０に、特にバイポーラ拡散系列ｃ（ｔ）が乗算される。その結果、バイポーラ拡散系列ｃ（ｔ）は、ＤＣ電流信号（ＤＣ）又はオフセットを付加することによってユニポーラ系列に変換される。便宜的に実現されるパワースケーリング後、結果として生じる波形ｓ（ｔ）は光パワーとして伝送される（ＩＭ）。

受信器では、フォトダイオードにより、受信された光信号ｒ（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｉ（ｔ）＋ｎ（ｔ）が検出され（ＤＤ）、その後、任意で高パスフィルタリングされる（ＡＣカップリング）。ここに、ｉ（ｔ）は当時最新の干渉信号であり、ｎ（ｔ）（ＡＷＧＮ信号）は、加法性白色ガウス雑音に対応する信号を表す。その後、高周波フィルタリングされた信号ｒ’（ｔ）は相関器１０に供給され、相関器１０の出力信号と予設定可能な限界値とが比較される。その後、限界値に応じて、検出器１２内でそれぞれの系列が検出される。

従って、それぞれの光電センサ１４は、光信号ｓ（ｔ）を監視区域１８へ伝送するための少なくとも１つの光送信器１６と、伝送された光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器２０とを含む。受信された光信号は、当時最新の干渉信号ｉ（ｔ）を含み、加法性白色ガウス雑音に対応する信号ｎ（ｔ）は特に、光受信器２０のフォトダイオードにより電気受信信号に変換される。

この点に関して、光送信器１６により伝送された光信号ｓ（ｔ）は、いずれの場合も出力信号６０に基づいて発生するが、この出力信号は、周波数拡散技術により拡散され、オフセット２２を適用して実現されてユニポーラ信号を発生させるものである。電気受信信号は、高パスフィルタ２４によってフィルタリングすることができる。これに続いて、相関器１２及び検出器１２によって相関及び検出が行われる。

既に言及したように、光送信器１６は、それぞれの出力信号６０をスケーリングするための手段を含むことができるが、この出力信号は周波数拡散技術により拡散され、オフセット２２を適用したものである。

この点に関して、光送信器１６により伝送された光信号ｓ（ｔ）は特に、ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）周波数拡散技術により、バイポーラ拡散系列ｃ（ｔ）を乗算した出力信号６０に基づいて発生させることができる。

光受信器２０は特に、受信信号を、高パスフィルタリング後に逆拡散する手段を含むことができる。この点に関して、逆拡散は特に、それぞれの拡散系列ｃ（ｔ）を乗算することにより行うことができる。

光電センサ１４は付加的に、それぞれの当時最新の干渉を、反復的又は継続的に自動的に測定し、時間領域及び／又は周波数領域において解析し、干渉解析のそれぞれの結果に応じて少なくとも実質的に補償する適応的な干渉抑制のための手段を含む。この点に関して、既に初めに言及したように、適応的な干渉抑制は特に、以下のアルゴリズムに基づくことができる。
- 周波数領域整形（ＦＤＳ、図２及び図３参照）、
- 周波数領域等化（ＦＤＥ、図４参照）、
- クリッピングフィルタ（ＣＦ、図５及び図６参照）。

図２及び図３からの結果として、適応的な干渉抑制のための手段は特に、監視区域１８で生じる干渉が、反復的に、好ましくは周期的に測定され、測定された干渉のパワースペクトルが求められて周波数領域における干渉が解析され、光信号ｓ（ｔ）又は拡散系列ｃ（ｔ）が発生し、周波数領域における発生した光信号ｓ（ｔ）の振幅応答が、検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを生成するように設計することができ、そこでは、検出された干渉のパワースペクトルにより網羅されるスペクトル領域は除外されている。この点に関して、適応的な干渉抑制のための手段は、特に、周波数領域における干渉を解析するために、予設定可能な限界値を超える信号振幅のみが考慮されるように設計することができる。光信号は特に、拡散系列ｃ（ｔ）で規定される周波数領域において光信号の位相応答が生成されるように生成される。この点に関して、光信号ｓ（ｔ）は特に、一方で、検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを有する振幅応答と、他方で、拡散系列で規定される位相応答とを含む周波数領域において、光信号の疑似ランダム位相応答が生成されるように発生する。

ここで検討しているＦＤＳ（周波数領域整形）は、ＤＳＳＳ信号２６及び干渉信号２８の例示的な周波数スペクトルを示している図２からわかるように、周波数領域における周波数拡散信号が、狭帯域干渉と比較して、より平坦かつより広帯域である、即ち、周波数領域における狭帯域干渉を、限界値との比較を介して容易に検出することができるという前提に基づいている。

干渉信号の特性に適合されている、堅牢な拡散系列ｃ（ｔ）を整形することにより、干渉に対する適応性が得られる。即ち、信号エネルギーがスペクトルの非干渉領域に位置している。強力な狭帯域干渉をもつ周波数領域は、対応する波形を伝送することにより適応的に回避される。

図２に、ＤＳＳＳ信号２６及び干渉信号２８のスペクトルが再現されている。

干渉の型の知識を得るために、本事例における認知光電センサ１４（やはり図１を参照）は、監視区域１８等の環境についての事前情報を要求する。ただし、この事前情報は、事前測定により得ることができる。このため、ＦＤＳ（周波数領域整形）センサは例えば、チャネル特性を周期的に算定するための手段を含み、それぞれの周期中、干渉に晒されている環境が測定され解析される。

図３は、例示的なＦＤＳ（周波数領域整形）アルゴリズムの略ブロック線図を示す。図３からの結果として、まず、監視区域１８の例えばここでの環境の測定データは、例えばＦＦＴアルゴリズム３２によって周波数領域に変換され、干渉のパワースペクトルが算定される。その後、限界値又は閾値と比較することにより、狭帯域干渉信号の有意な周波数ピークが検出される。この解析に基づいて、相補的なパワースペクトルをもつ振幅応答が発生する。即ち、そこでは、信号エネルギーがスペクトルの非干渉領域に位置している。その際、パワースペクトルが重ならないことから、この振幅応答は、干渉の振幅応答に直交しており、又は該振幅応答の影響を受けない。その際、例えば疑似ランダム系列により求めることのできる特定の位相応答を、相補的な振幅応答に関連付けることができる。この目的で、好ましくは、信号に複素疑似ランダム位相方程式

を乗算することができる。ここで、

は、最も単純な場合、例えばｎ系列、ゴールド符号等の二元疑似ランダム系列を含むことができる。一般的には、位相の分割又は符号化には、より高次の系列を使用することもできる。その際、結果として生じる周波数応答は、例えばＩＦＦＴアルゴリズム３８によって時間領域に逆変換することができ、これによって、当時最新の干渉と相関しない雑音状系列が発生する。

本事例において、光送信器１６内にはチャネルについての知識が存在することから（やはり図１を再度参照）、このような実施形態は、光送信器１６及び光受信器２０が監視区域１８の同じ側に配置されるか、又は互いに近接して配置されているとき特に適している。この知識は、適応的なＦＤＳ波形形成にとって重要である。受信器から送信器へのバックチャネルが要求される。このバックチャネルは例えば、特に送信器及び受信器が、反射光バリア等の同一のハウジング内の回路基板で作動する場合にのみ存在する。

適応的な干渉抑制のための手段は特に、拡散系列ｃ（ｔ）のチップレートで生じる受信信号をサンプリングするためのサンプリング手段と、サンプリングされた信号を周波数領域にスペクトル算定する、例えば変換するための手段３２と、周波数領域における干渉を解析し、予設定可能な限界値を超える信号振幅を検出して限界値を超える振幅を少なくとも減衰するように働く包絡線検波器３４とを含むこともできる（図４参照）。

更に、例えば、フィルタリング手段３６によりフィルタリングされた信号を時間領域に逆変換するための、ＩＦＦＴアルゴリズムを含む手段３８を設けることができる。

時間領域への逆変換後に、受信信号の逆拡散を行うことができる。

図４は、対応する例示的なＦＤＥ（周波数領域等化）アルゴリズムの略ブロック線図を示す。

既に言及したように、受信信号は、その後、チップレートでサンプリングされ、変換手段３２又はＦＦＴアルゴリズムにより周波数領域に変換される。ここでも、周波数領域における狭帯域干渉と周波数拡散（ＳＳ）信号とを容易に識別することができるという前提に基づいて、包絡線検波器３４によって干渉信号が検出され、特定の限界値又は予設定可能な限界値を超える値が検出される。受信信号は、干渉信号の振幅が特定の限界値又は予設定可能な限界値を超える周波数部位にて干渉抑制フィルタ３６により少なくとも緩衝される。この点に関して、干渉抑制用に設けられたフィルタ３６は、信号が特定の値に限定される増白剤という意味で作動することができるか、又は、それぞれの周波数部位にて信号エネルギーを排除するノッチフィルタとして設けることができるかのいずれかである。

その後、信号は、逆変換手段３８、例えばＩＦＦＴアルゴリズムにより時間領域に逆変換され、その結果、相関及び検出処理が行われる。

信号は僅かな歪みを受けることがあるが、干渉の影響が少なくとも減衰されることから、ビット誤り率はかなり低減される。

周波数領域整形（ＦＤＳ）とは異なり、周波数領域等化（ＦＤＥ）は光受信器２０で生じるだけであり、本事例では干渉特性についての事前情報が不要となる。干渉抑制は、ここでは受信信号の解析にのみ基づいているので、特に有利なことに、光受信器２０が光送信器１６と分離しているこのような光電センサにおいて使用することができる。

特に図５及び図６からの結果として、適応的な干渉抑制のための手段は特に、クリッピングフィルタ４０を含むこともできる。

この点に関して、特に、受信信号が予設定可能な参照値を超えるか又は下回ると受信信号を時間領域における予設定可能な正又は負の値に設定するように（ハードな応答曲線）、又は、受信信号がそれぞれの予設定可能な正又は負の限界値を超えるか又は下回ると受信信号をこの限界値に限定するように（ソフトな応答曲線）、又は、受信信号がそれぞれの予設定可能な正又は負の限界値を超えるか又は下回ると受信信号をいずれの場合もゼロに設定するように（パンチの応答曲線）、このようなクリッピングフィルタを設計することができる。受信信号の逆拡散は、このようなクリッピングフィルタリング後に行うことができる。

図５は、上に干渉信号４４が重ねられた周波数拡散（ＳＳ）信号４２の例示的な図を示す。

パルス干渉は、ＳＳ技術の分野における既知の問題の一例である。このようなパルス干渉は、パワー制御せずに小さいマークスペース比で作業する別のユーザにより引き起こされることがある。

干渉信号の当時最新の帯域幅によっては、伝送中、互いに後から続く特定の数のチップが損なわれることがある。このため、損なわれたこれらのチップは、受信器にて、又は受信器内で、損傷された相関出力信号を生じることがある。この相関出力信号は、誤検出という結果を招くことがある。

図６の例によって示すように、このようなパルス干渉は、例えばクリッピングフィルタ４０により受信器側で抑制することができる。適応的なフィルタ抑制のためのそれぞれの手段、即ち特にこのようなクリッピングフィルタ４０を含む手段は、例えば時間領域におけるパルス干渉が、例えば図５に示すように周波数拡散信号と比較して比較的短いという前提に基づく、狭帯域干渉を排除するアルゴリズムとは相違している。

図６は、例示的なクリッピングフィルタ４０を略図で示しており、例えば３つの異なる変形が示されている。

時間領域における着信信号は例えば、特定の限界値又は予設定可能な限界値を超える場合、このようなクリッピングフィルタ４０によってクリッピングしてから相関及び検出を行うことができる。この点に関して、例えば、ハード、ソフト、及びパンチの３種類の応答曲線が可能である。

この点に関して、ハードな応答曲線のクリッピングフィルタは、単に厳然たる判定をもたらす。受信信号は、これが予設定可能な参照値を超えるか又は下回ると、予設定可能な正の値４８又は負の値５０に設定される。

対照的に、ソフトな応答曲線のクリッピングフィルタは、特定のダイナミックレンジにおいて線形であるので、信号に関する厳然たる判定がなされない。ただし受信信号は、それぞれの予設定可能な正の値５２又は負の限界値５４を超えるか又は下回ると、それぞれこの限界値５２又は５４に限定される。

パンチの応答曲線のクリッピングフィルタでは、受信信号はいずれの場合も、それぞれの予設定可能な正の値５６又は負の限界値５８を超えるか又は下回るとゼロに設定される。これらの限界値を超えず、又は下回らない場合、受信信号のそれぞれの元の値は、好ましくはソフトな応答曲線と同じように維持されている。損傷された、又は損なわれた信号部分がゼロに設定されるという点で、相関を実行する際、これらの部分にはニュートラルな特徴が関連している。それ故に、正しい信号部分のみが考慮され、これによって誤検出の可能性が最小限に低減される。

適応的な干渉抑制のための手段、及び異なるアルゴリズム、フィルタ等は、特に、対応する、好ましくは電子的な制御及び／又は評価装置において実現することができ、相応に設計されたこの制御及び／又は評価装置は、部分的に又は少なくともほぼ完全に、光送信器及び／又は光送信器に関連付けることができ、又は、この光送信器及び／又は光送信器に一体化することができる。

１０ 相関器
１２ 検出器
１４ 光電センサ
１６ 光送信器
１８ 監視区域
２０ 光受信器
２２ オフセット
２４ 高パスフィルタ
２６ ＤＳＳＳ信号
２８ 干渉信号
３２ 変換アルゴリズム
３４ 包絡線検波器
３６ 干渉抑制フィルタ
３８ 変換アルゴリズム
４０ クリッピングフィルタ
４２ ＳＳ信号
４４ 干渉信号
４６ 参照値
４８ 正の値
５０ 負の値
５２ 正の値
５４ 負の値
５６ 正の値
５８ 負の値
６０ 出力信号
ｃ（ｔ） 拡散系列
ｒ（ｔ） 受信された光信号
ｓ（ｔ） 光信号

Claims (15)

1. 光信号（ｓ（ｔ））を監視区域（１８）へ伝送するための少なくとも１つの光送信器（１６）と、光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器（２０）とを有する光電センサ（１４）であって、
   前記受信された光信号（ｒ（ｔ））が前記光受信器において電気受信信号に変換される、光電センサにおいて、
   前記光送信器（１６）により伝送された前記光信号（ｓ（ｔ））が各々、周波数拡散技術（スペクトラム拡散）により拡散され且つオフセット（２２）を適用して実現されてユニポーラ信号を発生させる出力信号（６０）に基づいて発生すること、及び
   それぞれの当時最新の干渉を、反復的又は継続的に自動的に測定し、時間領域及び／又は周波数領域において解析し、前記干渉解析のそれぞれの結果に応じて少なくとも実質的に補償する手段が設けられること
   を特徴とする光電センサ。
2. 請求項１に記載の光電センサであって、前記光送信器（１６）がそれぞれの出力信号（６０）をスケーリングするための手段を含み、前記出力信号（６０）が、周波数拡散技術により拡散され且つオフセットを適用して実現されることを特徴とする光電センサ。
3. 請求項１又は２に記載の光電センサであって、
   拡散系列が疑似ランダム系列を含むこと、及び／又は
   前記光送信器（１６）により伝送された前記光信号（ｓ（ｔ））が各々、ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）周波数拡散技術によりバイポーラ拡散系列（ｃ（ｔ））を乗算した出力信号（６０）に基づいて発生すること
   を特徴とする光電センサ。
4. 先行する請求項のいずれか１項に記載の光電センサであって、前記光受信器（２０）が、前記受信信号を逆拡散する手段を含み、好ましくは、前記逆拡散が、それぞれの拡散系列（ｃ（ｔ））を乗算することにより行われることを特徴とする光電センサ。
5. 先行する請求項のいずれか１項に記載の光電センサであって、適応的な干渉抑制のための前記手段は、前記監視区域（１８）で生じる干渉が、反復的に、好ましくは周期的に測定され、前記測定された干渉のパワースペクトルが求められて周波数領域における干渉が解析され、前記光信号（ｓ（ｔ））又は拡散系列が発生し、周波数領域における前記発生した光信号（ｓ（ｔ））の振幅応答が、前記検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを生成するように設計されており、そこでは、前記検出された干渉のパワースペクトルにより網羅されるスペクトル領域が除外されていることを特徴とする光電センサ。
6. 請求項５に記載の光電センサであって、適応的な干渉抑制のための前記手段が、周波数領域における干渉を解析するために、予設定可能な限界値を超える信号振幅のみが考慮されるように設計されることを特徴とする光電センサ。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載の光電センサであって、前記光信号（ｓ（ｔ））の位相応答が、拡散系列で規定される周波数領域において生成されるように前記光信号（ｓ（ｔ））が発生することを特徴とする光電センサ。
8. 請求項７に記載の光電センサであって、前記光信号（ｓ（ｔ））が、一方で、前記検出された干渉のパワースペクトルにとって相補的なパワースペクトルを有する振幅応答と、他方で、拡散系列で規定される前記位相応答とを含む周波数領域において、前記光信号（ｓ（ｔ））の疑似ランダム位相応答が生成されるように生成されることを特徴とする光電センサ。
9. 先行する請求項のいずれか１項に記載の光電センサであって、適応的な干渉抑制のための前記手段が、拡散系列のチップレートで生じる前記受信信号をサンプリングするためのサンプリング手段と、前記サンプリングされた信号を周波数領域に変換するための手段（３２）と、周波数領域における干渉を解析し、予設定可能な限界値を超える信号振幅を検出するように働く包絡線検波器（３４）と、周波数領域において前記限界値を超える前記振幅を少なくとも減衰するフィルタ手段（３６）とを含むことを特徴とする光電センサ。
10. 請求項９に記載の光電センサであって、前記フィルタ手段（３６）によりフィルタリングされた前記信号を時間領域に逆変換する手段（３８）が設けられることを特徴とする光電センサ。
11. 請求項１０に記載の光電センサであって、時間領域への逆変換後に、前記受信信号の逆拡散が行われることを特徴とする光電センサ。
12. 先行する請求項のいずれか１項に記載の光電センサであって、適応的な干渉抑制のための前記手段が、クリッピングフィルタ（４０）を含むことを特徴とする光電センサ。
13. 請求項１２に記載の光電センサであって、時間領域における前記受信信号が予設定可能な参照値（４６）を超えるか又は下回ると前記受信信号を予設定可能な正の値（４８）又は負の値（５０）に設定するように、又は、前記受信信号がそれぞれの予設定可能な正の限界値（５２）又は負の限界値（５４）を超えるか又は下回ると前記受信信号をこの限界値（それぞれ５２又は５４）に限定するように、又は、前記受信信号がそれぞれの予設定可能な正の限界値（５６）又は負の限界値（５８）を超えるか又は下回ると前記受信信号をいずれの場合もゼロに設定するように、前記クリッピングフィルタ（４０）が設計されることを特徴とする光電センサ。
14. 請求項１２又は１３に記載の光電センサであって、前記受信信号の逆拡散が、クリッピングフィルタリング後に行われることを特徴とする光電センサ。
15. 光信号（ｓ（ｔ））を監視区域（１８）へ伝送するための少なくとも１つの光送信器（１６）と、光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器（２０）とを有する光電センサ（１４）により干渉抑制するための方法であって、
    前記受信された光信号（ｒ（ｔ））が前記光受信器において電気受信信号に変換される方法において、
    前記光送信器（１６）により伝送された前記光信号（ｓ（ｔ））が各々、周波数拡散技術（スペクトラム拡散）により拡散され且つオフセット（２２）を適用して実現されてユニポーラ信号を発生させる出力信号（６０）に基づいて発生すること、及び
    それぞれの当時最新の干渉が、反復的又は継続的に測定され、時間領域及び／又は周波数領域において解析され、前記干渉解析のそれぞれの結果に応じて少なくとも実質的に補償されること
    を特徴とする方法。

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