JP2011205508A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】光通信システムにおいて、通信のリアルタイム性を損なうことなく高い通信品質を維持すること。
【解決手段】光通信システムは、２台の通信装置Ａ、Ｂと、通信装置Ａ、Ｂ間を接続する光ファイバとによって構成されている。通信装置Ａは、強度変調された波長λ１の光信号１と、強度変調された波長λ２の光信号２とを、先の時間スロットに光信号２、後の時間スロットに光信号１として時分割多重化して送信する。通信装置Ｂは、光信号１と光信号２とを分離して受信し、先に受信した光信号２の変調強度レベルから、光信号１の弁別のための弁別しきい値を生成する。そして、その後に受信した光信号１を、生成した弁別しきい値により弁別する。これにより、通信のリアルタイム性を損なうことなく高い通信品質を維持することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車載ＬＡＮなどに適用される光通信システムに関するものであり、特にリアルタイム性を損なうことなく、通信品質が管理された光通信システムに関する。

１対多の光通信システムにおいて、光強度を制御して通信品質を改善する方法として、たとえば特許文献１〜３に記載の方法がある。

特許文献１では、１つの親局と多数の子局との通信において、子局が、親局から受信した下り信号の受信レベルと所定の基準レベルとの差を検出し、その差から親局と子局との伝送路長を推定し、これに基づいて子局の送信する上り信号の送信レベルを制御することで、親局での上り信号の受信レベルが揃うようにしている。

また、特許文献２では、局側装置と複数の加入者側装置とをスターカプラ、光伝送路によって接続し、複数の加入者側装置側が時分割多重方式によって上り光信号を出力する光通信システムにおいて、局側装置は各加入者側装置からの上り光信号の受信レベルを検出し、その受信レベルに応じた情報を下り光信号として各加入者側装置に送信し、各加入者側装置は、下り光信号による受信レベルの情報に応じて、送信レベルを低下させることで、局側装置における上り光信号の受信レベルが揃うようにしている。

また、特許文献３では、親局は受信した光信号のエラー発生状態を検出し、エラー情報を含む光信号を送信し、子局は受信した光信号のエラー情報に基づき、送信する光信号の送信レベルを制御する方法が記載されている。

特開平１０−１６３９６０ 特開２００１−６０９２１ 特開平９−２１４４３９

車載ＬＡＮのような多ノード間の光通信システムでは、通信ノード間ごとに距離や中継コネクタ数などが異なり、一般には送信元の送信レベルは一定であるから、各受信ノード側での受信レベルが異なってしまう。これは、送信ノードと受信ノードが随時変更される場合において、信号品質の管理が難しくなる要因になっていると考えられ、また、ＬＡＮの一部ノード間において通信不良を引き起こす原因ともなっている。また、ケーブルの張り替え前後や通信ノードの追加などで光ファイバの損失が変化した場合でも、十分な通信品質が得られることが望ましい。

車載ＬＡＮの通信プロトコルには、ＬＩＮ、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙなど多数存在するが、ＦｌｅｘＲａｙなどのトポロジー自由度の高いＬＡＮでは、上記の問題が顕在化しやすい。また、ＦｌｅｘＲａｙなどの通信プロトコルでは、通信のリアルタイム性に関する通信規約が厳しい。

そこで、ＦｌｅｘＲａｙなどの通信プロトコルの場合でも適用できるように、光信号からデータを復調する場合には、信号遅延などによって通信のリアルタイム性を損なわないようにしつつ、受信レベルに応じて適切な論理レベル判定の弁別しきい値を設定する仕組みが必要と考えられる。加えて、制御系車載ＬＡＮなどのように特に高い信頼性が必要とされる通信に対しては、通信品質を確保することも必要である。

特許文献１〜３の方法は、光信号を受信した後に、その受信した光信号を利用して、送信する光信号の送信レベルを制御するものであり、送信する光信号のレベル補正のために、光信号受信後に処理時間を要することから、伝搬遅延が発生して通信のリアルタイム性を損なう原因となる。そのため、通信のリアルタイム性が要求される光通信システムには、特許文献１〜３の方法を適用することはできない。

そこで本発明の目的は、通信のリアルタイム性を損なうことなく高い通信品質を維持し、通信品質を容易に管理することができる光通信システムを提供することである。

第１の発明は、送信装置と、受信装置と、送信装置と受信装置との間に接続された光伝送路と、を備え、光伝送路を介して送信装置と受信装置との間で光通信を行う光通信システムにおいて、送信装置は、強度変調された第１波長の第１光信号と、強度変調された、第１波長とは異なる波長である第２波長の第２光信号とを、先の時間スロットに第２光信号、後の時間スロットに第１光信号として時分割多重化して送信する送信手段を有し、受信装置は、第１光信号と第２光信号とを分離して受信し、先に受信した第２光信号の光強度レベルから、第１光信号の論理レベルを判定するための弁別しきい値を生成し、その弁別しきい値をもとに、第１光信号の論理レベルを判定する受信手段を有する、ことを特徴とする光通信システムである。

光伝送路は、光ファイバや光導波路などであり、光カプラ、光コネクタ等が挿入されていてもよい。各通信装置間を接続する光伝送路のネットワーク構成は、スター型、ダブルスター型、バス型、リング型、およびそれらの組み合わせなど、種々の構成を採用することができる。

第１光信号、および第２光信号は、２値に限らず、３値以上に強度変調されていてもよい。その場合には、弁別しきい値を２つ以上生成して判定すればよい。

また、弁別しきい値の生成は、受信した第２光信号の光強度レベルから、その後に受信する第１光信号の光強度レベルを推定し、その推定された第１光信号の光強度レベル基づいて弁別しきい値を生成する方法であれば、任意の方法でよい。たとえば、送信装置において、第１光信号の変調強度レベルと第２光信号の変調強度レベルの比が一定となるよう制御し、受信装置において、受信した第２光信号の変調強度レベルを測定すれば、その後に受信する第１光信号の変調強度レベルを推定することができる。変調強度レベルは、３値以上に強度変調されている場合には、任意の２値間の光強度差でよい。また、送信装置において、第１光信号のハイレベルと第２光信号のハイレベルの比が一定となるよう制御し、受信装置において、受信した第２光信号のハイレベルから、その後に受信する第１光信号のハイレベルを推定するようにしてもよい。

第１光信号と第２光信号は、それぞれ通信フォーマットが異なっていてもよい。たとえば、通信プロトコルや通信速度が異なっていてもよい。

本発明の光通信システムは、任意の通信方式に対応可能であり、送信装置と受信装置間での１対１の一方向の通信であってもよいし、１台または複数台の送信装置と、複数台の受信装置間での１対多または多対多の一方向の通信であってもよい。また、送信装置と受信装置との双方を備えた通信装置間での１対１または１対多の双方向通信であってもよい。

第２の発明は、第１の発明において、送信装置は、第１光信号の変調強度レベルと、第２光信号の変調強度レベルの比αを一定とし、受信装置は、比αと受信した第２光信号の変調強度から、その後に受信する第１光信号の変調強度を推定し、その推定された第１光信号の変調強度から、弁別しきい値を生成する、ことを特徴とする光通信システムである。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、光伝送路には、第１光信号は透過し、第２光信号の減衰量を調整する光減衰器が挿入されている、ことを特徴とする光通信システムである。

１対多あるいは多対多の通信では、すべての光伝送路間に光減衰器が挿入されている必要はなく、特定の光伝送路間にのみ光減衰器が挿入されていてもよい。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、光通信システムは、前記送信装置と前記受信装置との双方を有した複数の通信装置間で光通信を行うシステムであって、受信装置は、受信した第２光信号の光強度レベルが、所定のアラームしきい値よりも低いか否かを判定する手段と、第２光信号の光強度レベルがアラームしきい値よりも低いと判定された場合に、通信不良である旨の情報を含むアラーム信号である第２波長の第３光信号を生成するアラーム信号生成手段と、を有し、送信装置は、第１光信号を受信する時間スロット内において、第３光信号を送信する、ことを特徴とする光通信システムである。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、１つの送信ノードと、複数の受信ノードで構成されるＬＡＮシステムであることを特徴とする光通信システムである。

第６の発明は、第５の発明において、ＬＡＮシステムは、車載ＬＡＮシステムであることを特徴とする光通信システムである。

第７の発明は、第６の発明において、車載ＬＡＮシステムは、アイドル信号として第２光信号を割り当て、データ信号として第１光信号を割り当てたＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる通信であることを特徴とする光通信システムである。

第８の発明は、第１の発明から第４の発明において、光通信システムは、送信装置と受信装置との双方を有した２つの通信装置間で光通信を行うシステムであって、一方の通信装置が第１光信号を送信している間に、他方の通信装置が第２光信号を送信し、一方の通信装置が第２光信号を送信している間に、他方の通信装置が第１光信号を送信するように、第１光信号と第２光信号の時間スロットを相互に入れ替えることで、２つの通信装置間で全二重通信を行う、ことを特徴とする光通信システムである。

第１の発明では、第１光信号と第２光信号とを波長多重と時分割多重によって送信しているので、第１光信号と第２光信号とをそれぞれ分離して受信することができ、また、第２光信号を第１光信号よりも先に受信することができる。そのため、第１光信号を受信する前に、第２光信号の光強度レベルから、第１光信号の論理レベルを判定するための弁別しきい値を生成することができ、通信のリアルタイム性を損なうことなく第１光信号からデータの復調を行うことができる。また、第２光信号を受信するたびに弁別しきい値を更新することになるため、送信ノードが変更、追加されるなどして、送信装置と受信装置間の損失に変化が生じ、第１、２光信号の光強度レベルが大きく変化したとしても、それに対応した最適な弁別しきい値が生成されて、第１光信号の通信品質を維持することができる。また、弁別しきい値は自動的に生成、設定されるため、通信品質の管理が容易である。したがって、本発明により信頼性、保守性、拡張性に優れた光通信システムを提供することができる。

また、第２の発明によれば、第１光信号の受信の前に、第１光信号の変調強度を推定し、これによって弁別しきい値を生成することができるので、通信品質を高めることができる。

また、第３の発明によれば、通信状態の確認や、通信品質の調整などを行うことができるので、より信頼性の高い光通信システムを実現することができる。また、送信装置や受信装置の設定値を変更しなくとも、光減衰器により第２光信号の減衰量を調整することで、弁別しきい値を変更することが可能であり、たとえば弁別しきい値を低く設定して光損失に対する余裕を大きくすることで、長距離伝送などに適応した光通信システムを実現させることが可能である。

また、第４の発明によれば、他の通信装置に通信異常が生じていることを通知することができ、通信ネットワーク全体およびシステム機能の誤動作を防止することができる。

また、第５の発明のように、本発明の光通信システムは、１つの送信ノードと、複数の受信ノードで構成されるＬＡＮシステムに適用可能であり、特に第６の発明のように、本発明の光通信システムは、通信のリアルタイム性や高い信頼性を要求される車載ＬＡＮシステムに好適である。

また、第７の発明のように、本発明の光通信システムは、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる車載ＬＡＮシステムに容易に導入することができる。

また、第８の発明のように、第１光信号の時間スロットと第２光信号の時間スロットを互いに入れ替えることで、２つの通信装置間で全二重通信を実現することができる。

実施例１の光通信システムの構成を示した図。 通信装置の構成を示した図。 電気／光変換器２１と光／電気変換器２３の構成を示した図。 光信号１、２の時間波形を示した図。 光信号１、２の時間波形を示した図。 実施例２の光通信システムの構成を示した図。 光信号１、２の時間波形を示した図。 実施例３の光通信システムの構成を示した図。 送信信号１、２、光信号１、２の時間波形と、時間スロットとを示した図。 ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号と光信号のフォーマットを示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の光通信システムの構成を示した図である。実施例１の光通信システムは、２つの通信装置Ａ、Ｂと、通信装置Ａ、Ｂ間を接続する光ファイバ１０と、によって構成されている。光ファイバ１０の他に光導波路を用いてもよく、光ファイバと光導波路を組み合わせて用いてもよい。

通信装置Ａは、図２に示すように、通信器２０と、電気／光変換器２１と、光合分波器２２と、光／電気変換器２３と、によって構成されている。通信装置Ｂについても、通信装置Ａと同様の構成である。

通信器２０は、電気信号である２つの送信信号１、２を電気／光変換器２１に出力する手段を有している。送信信号１、２は、電圧レベルによって２値化された信号である。送信信号１、２は時分割多重化されており、送信信号２が先の時間スロットに割り当てられ、送信信号１がその後の時間スロットに割り当てられ、送信信号２と送信信号１とが交互に出力される。また通信器２０は、光／電気変換器２３からの電気信号である２つの受信信号１、２を受信する手段とを有している。

電気／光変換器２１は、通信器２０からの２つの送信信号１、２を、それぞれ波長λ１の光信号１、波長λ２の光信号２に変換して出力する手段である。波長λ１と波長λ２は異なる波長である。また、光信号１、２は、それぞれ送信信号１、２で２値に光強度変調された信号である。光信号１、２も時分割多重化されており、波長λ２の光信号２が先の時間スロットであり、波長λ１の光信号１がその後の時間スロットである。

光合分波器２２は、電気／光変換器２１からの光信号１、２を合波して光ファイバ１０に出力し、光ファイバ１０からの光信号を、波長λ１の光信号１と、波長λ２の光信号２とにそれぞれ分波して、光／電気変換器２３に出力する。

光／電気変換器２３は、光合分波器２２からの光信号１、２を、それぞれ電気信号である受信信号１、２に変換する手段である。

図３は、電気／光変換器２１と、光／電気変換器２３のより詳細な構成を示した図である。

電気／光変換器２１は、図３のように、波長λ１の光を放射する発光素子３０ａと、波長λ２の光を放射する発光素子３０ｂと、駆動回路３１ａ、ｂと、アラーム信号生成回路３２と、によって構成されている。発光素子３０ａ、３０ｂは、半導体レーザーやＬＥＤなどである。

駆動回路３１ａは、通信器２０からの送信信号１に基づいて発光素子３０ａの発光強度を制御し、送信信号１によって強度変調された波長λ１の光信号１を生成する。

駆動回路３１ｂは、ＯＲ回路３３を介して入力される通信器２０からの送信信号２またはアラーム信号生成回路３２からのアラーム信号Ｓ２に基づいて、発光素子３０ｂの発光強度を制御し、送信信号２によって強度変調された波長λ２の光信号２、またはアラーム信号Ｓ２によって強度変調された波長λ２の光信号３を生成する。

アラーム信号生成回路３２は、後述する光／電気変換器２３の信号比較回路４３ｂからの制御信号に基づいて、通信不良であるという情報を含むアラーム信号Ｓ２を生成し、ＯＲ回路３３を介して駆動回路３１ｂに出力する。

また、光／電気変換器２３は、図３のように、波長λ１の光を受光する受光素子４０ａと、波長λ２の光を受光する受光素子４０ｂと、前置増幅器４１ａ、４１ｂと、弁別しきい値生成回路４２と、信号比較回路４３ａ、４３ｂと、波形整形回路４４ａ、４４ｂと、によって構成されている。

受光素子４０ａは、波長λ１の光信号１を受光して電流信号に変換し、受光素子４０ｂは、波長λ２の光信号２を受光して電流信号に変換する。受光素子４０ａ、４０ｂは、フォトダイオードやフォトトランジスタなどである。

前置増幅器４１ａ、４１ｂは、受光素子４０ａ、４０ｂによって変換された電流信号をそれぞれ電圧信号に変換して出力する。

信号比較回路４３ａは、前置増幅器４１ａからの電圧信号の強度レベルを検出し、弁別しきい値生成回路４２によって生成された弁別しきい値と、前置増幅器４１ａからの電圧信号の強度レベルを比較し、強度レベルが弁別しきい値以上の高さであるか、弁別しきい値よりも低いかで２値化し、その２値化された信号をＡＮＤ回路４５を介して波形整形回路４４ａに出力する。

信号比較回路４３ｂは、前置増幅器４１ｂからの電圧信号の強度レベルを検出し、その電圧信号の強度レベルを、所定のアラームしきい値と比較し、光信号２を受信する時間スロットにおける電圧信号の強度レベルがアラームしきい値以上の高さである場合には、ＡＮＤ回路４５にハイレベルの出力信号Ｓ１を出力するとともに、そのまま電圧信号を波形整形回路４４ｂへ出力する。そして、ＡＮＤ回路４５への出力信号Ｓ１がハイレベルの場合には、信号比較回路４３ａの出力信号がＡＮＤ回路４５を通過して波形整形回路４４ａに入力される。一方、光信号２を受信する時間スロットにおける電圧信号の強度レベルがアラームしきい値より低い場合には、ＡＮＤ回路４５にローレベルの出力信号Ｓ１を出力する。これにより、信号比較回路４３ａから波形整形回路４４ａへの信号の入力は、ＡＮＤ回路４５によって遮断される。また、信号比較回路４３ｂは、電気／光変換器２１のアラーム信号生成回路３２にアラーム信号Ｓ２を生成させるためのローレベルの出力信号Ｓ１をアラーム信号生成回路３２に出力する。なお、波形整形回路４４ａへの信号の入力を遮断する替わりに、アラーム信号生成回路３２が生成するアラーム信号Ｓ２を波形整形回路４４ｂに出力してもよいし、両方の動作を行ってもよい。また、アラーム信号生成回路３２は、光／電気変換器２３内に設けるようにしてもよい。

弁別しきい値生成回路４２は、前置増幅器４１ｂからの電圧信号の強度レベルを検出し、その電圧信号の強度レベルから、弁別閾値を生成する。

波形整形回路４４ａは、信号比較回路４３ａからの信号の波形整形を行い、受信信号１を出力する。また、波形整形回路４４ｂは、信号比較回路４３ｂからの電圧信号の波形整形を行い、受信信号２を出力する。

次に、実施例１の光通信システムにおいて、通信装置Ａが送信、通信装置Ｂが受信する場合について説明する。

通信装置Ａは、通信器２０で生成した送信信号１、２を、それぞれ波長λ１の光信号１、波長λ２の光信号２に変換し、光ファイバ１０に出力する。図４は、通信装置Ａから出力された光信号１、２の時間波形を示した図である。光信号１、２は時分割多重化されており、先の時間スロット２に光信号２が割り当てられ、次の時間スロット１に光信号１が割り当てられ、光信号２と光信号１が交互に送信される。時間スロット１、２のスロット長は固定でもよいが、通信状態などに応じて可変とするようにしてもよい。光信号１、２は、送信信号１、２によって強度変調されたハイレベルとローレベルの２値信号である。また、光信号２は、割り当てられた時間スロット２においては、常にハイレベルでデータのない信号であり、時間スロット１においては常時ローレベルである。このように、時間スロット１においても光信号２を常時出力することで、通信装置Ａ、Ｂ間の伝送状態の把握等を行う。なお、光信号２にはデータを乗せていないが、データを乗せてもよい。また、光信号１は、割り当てられた時間スロット１においては、送信信号１によって強度変調されたハイレベルとローレベルの２値を取るデータ信号であり、時間スロット２においては、常時ローレベルである。

また、送信時の光信号１の変調強度レベル（ハイレベルとローレベルとの強度差）ΔＰ１と、送信時の光信号２の変調強度レベルΔＰ２の比α（＝ΔＰ１／ΔＰ２）は、一定の値となるように設定する。

通信装置Ａから送信された光信号１、２は、光ファイバ１０を伝送し、通信装置Ｂにおいて受信される。図５は、通信装置Ｂが受信する光信号１、２の時間波形を示した図である。光信号１、２は、共通の光ファイバ１０によって伝送されるので、それぞれの光損失はほぼ等しくなる。したがって、受信時の光信号１の変調強度レベルΔＰ１’と、受信時の光信号２の変調強度レベルΔＰ２’の比ΔＰ１’／ΔＰ２’は、α（＝ΔＰ１／ΔＰ２）と等しいとみなせる。なお、波長λ１および波長λ２に対する光ファイバ１０の光損失が異なる場合には、その損失比（光信号２の光損失に対する光信号１の光損失）をβとして、βをαに乗じて補正すればよい。

通信装置Ｂでは、光信号１と光信号２がそれぞれ分離されて受信される。受信された光信号１、２は、次のようにして受信信号１、２に変換される。光信号１、２は、光信号２を先、光信号１を後として時分割多重化されているので、通信装置Ｂは、先に光信号２を受信する。光信号２は、光／電気変換器２３における受光素子４０ｂ、前置増幅器４１ｂによって電圧信号に変換された後、信号比較回路４３ｂと弁別しきい値生成回路４２に入力される。

信号比較回路４３ｂでは、光信号２から変換された電圧信号の受信レベルが検出され、その受信レベルと、アラームしきい値が比較される。受信レベルがアラームしきい値以上の高さであれば、ハイレベルの出力信号Ｓ１をＡＮＤ回路４５に出力するとともに、電圧信号はそのまま波形整形回路４４ｂに出力され、波形整形回路４４ｂによって波形整形された後、受信信号２として出力され、通信器２０に入力される。受信レベルがアラームしきい値より低い場合には、通信不良と判断され、信号比較回路４３ｂはローレベルの出力信号Ｓ１をＡＮＤ回路４５に出力し、信号比較回路４３ａから波形成形回路４４ａへの電圧信号の入力をＡＮＤ回路４５において遮断し、受信信号１が通信器２０に入力されないようにする。これにより、データ誤りの多い受信信号１が通信器２０に入力されてしまうのを防止することができる。さらに、信号比較回路４３ｂから電気／光変換器２１のアラーム信号生成回路３２にローレベルの出力信号Ｓ１が出力され、その出力信号Ｓ１に基づいて、アラーム信号生成回路３２において通信不良であるという情報を含むアラーム信号Ｓ２が生成される。アラーム信号Ｓ２はＯＲ回路３３を介して駆動回路３１ｂに入力され、アラーム信号Ｓ２で光強度変調された波長λ２の光信号３が生成され、その光信号３は、通信装置Ｂにおいて波長λ１の光信号１を受信している時間スロット１内において、通信装置Ａに送信される。これにより、通信異常が生じていることを通信装置Ａに通知することができ、通信ネットワークおよびシステム機能の誤動作防止に有用である。

信号比較回路４３ａから波形成形回路４４ａへの電圧信号の入力を遮断するのに替えて、アラーム信号生成回路３２で生成されたアラーム信号Ｓ２を波形整形回路４４ｂに出力してもよいし、ローレベルの出力信号Ｓ１をアラーム信号替わりに波形整形回路４４ｂに出力するようにしてもよい。

なお、波長λ２を緑や赤などの可視光波長域とし、アラーム信号で光強度変調された波長λ２の光信号を目視によって確認できるようにすることで、光通信システムの保守、管理等を容易にすることも可能である。

一方、弁別しきい値生成回路４２においては、その光信号２から変換された電圧信号の受信レベルを検出し、その受信レベルから、変調強度レベルΔＰ２’を検出する。また、α（＝ΔＰ１／ΔＰ２）が既知であることを利用し、ΔＰ１’＝α＊Ｐ２’＝ΔＰ１＊ΔＰ２’／ΔＰ２によって、受信時の光信号１の変調強度レベルΔＰ１’を推定する。この推定されたΔＰ１’に応じて、弁別しきい値生成回路４２は弁別しきい値を生成する。たとえば、推定されたΔＰ１’に比例する値を弁別しきい値とする。このように、光信号１の受信前に、受信時の光信号１の変調強度レベルΔＰ１’を推定することができ、その推定されたΔＰ１’に応じて、高い通信品質を維持するのに適した弁別しきい値を逐次生成することができる。

通信装置Ｂは、光信号２の受信の後、光信号１を受信する。光信号１は、光／電気変換器２３における受光素子４０ａ、前置増幅器４１ａによって電圧信号に変換された後、信号比較回路４３ａに入力される。信号比較回路４３ａでは、前置増幅器４１ａからの電圧信号の受信レベルが検出され、その受信レベルと弁別しきい値が比較される。そして、受信レベルが弁別しきい値以上の高さであるか否かで２値化され、その２値化された信号が波形整形回路４４ａに出力され、波形整形回路４４ａによって波形整形された後、受信信号２として通信器２０に出力される。ただし、前述のように、信号比較回路４３ｂにおいて通信不良であると判断されている場合には、信号比較回路４３ａから波形整形回路４４ａへの信号の入力はＡＮＤ回路４５において遮断され、通信器２０には受信信号１が入力されず、誤データの受信が防止される。

ここで、光信号１を弁別するための弁別しきい値として、光信号２の受信レベルに応じた適切な値を用いており、また、その弁別しきい値は、光信号１を受信する前に設定されるため、通信のリアルタイム性を損なうことなく光信号１の通信品質を高めることができる。

また、光信号２を受信するたびに、光信号１を弁別するための弁別しきい値が更新されるため、通信装置Ａ、Ｂ間の損失に変化が生じ、光信号１、２の光強度レベルが大きく変化したとしても、それに対応した最適な弁別しきい値が生成されて、光信号１の通信品質を維持することができる。したがって、信頼性、保守性、拡張性に優れた光通信システムを提供することができる。

以上のように、実施例１の光通信システムでは、波長λ２の光信号２を先の時間スロットに割り当て、波長λ１の光信号１を後の時間スロットに割り当てて時分割多重化することで、光信号１を受信する前に光信号２を受信できるようにし、光信号１を受信する前に光信号２の受信レベルに応じて光信号１を弁別するための弁別しきい値を設定することができるので、通信のリアルタイム性を損なうことなく光信号１の通信品質を向上させることができ、通信品質の管理を容易にすることができる。

この実施例１の光通信システムは、光信号２に比べて光信号１の方が通信品質の優先度が高い場合に特に有効である。たとえば、光信号２と比べて光信号１の方が高い信号品質を求められる場合（符号誤り率が高い場合）や、光信号２と比べて光信号１の方が外来ノイズなどに弱い場合（伝送速度が高い場合）、光信号１を発生させる発光素子３０ａとして半導体レーザ、光信号２を発生させる発光素子３０ｂとしてＬＥＤを用いる場合、などである。また、光信号１よりも優先度の低い光信号２とは、たとえば、低速の制御信号や、動作状態の確認や診断のための信号、などである。実施例１の光通信システムでは、光信号２の光強度を参照に、光信号１の弁別しきい値を最適化することができ、光信号１の通信品質を優先的に高めることができる。

なお、通信装置Ａが波長λ１の光信号１を送信している間に通信装置Ｂが波長λ２の光信号２を送信し、ついでこれを入れ換えて、通信装置Ａが波長λ２の光信号２を送信している間に通信装置Ｂが波長λ１の光信号１を送信するように、光信号１の時間スロットと光信号２の時間スロットを相互に入れ替えることで、実施例１の光通信システムにおいて、通信装置Ａ、Ｂ間で全二重通信を実現することも可能である。

また、実施例１の光通信システムでは、波長λ２の光信号２の受信レベルから、光信号１を弁別するための弁別しきい値を生成しているが、波長λ２の光信号２を弁別するための弁別しきい値を、同様の手法により生成してもよい。つまり、波長λ１の光信号１の受信レベルから弁別しきい値を生成して波長λ２の光信号２の弁別を行うようにしてもよい。

図６は、実施例２の光通信システムの構成を示した図である。実施例１の光通信システムとの違いは、通信装置Ａ、Ｂ間を接続する光伝送路の構成にある。実施例２の光通信システムでは、中継コネクタ１０１ａ、１０１ｂによって接続された光ファイバ１００で通信装置Ａ、Ｂ間が接続されており、中継コネクタ１０１ａと中継コネクタ１０１ｂとの間の区間の光ファイバ１００に光減衰器２００が挿入されている。光減衰器２００は、波長λ１の光信号１は透過し、波長λ２の光信号２は減衰させるものであり、波長λ２の光の減衰量は任意の量に調整することができる。

この実施例２の光通信システムでは、光減衰器２００によって波長λ２の光信号２を定量的に減衰させていくことでアラーム信号を発生させ、アラーム信号発生時の光減衰器２００による光信号２の減衰量から、通信装置Ａ、Ｂ間の光伝送損失を推定することができる。これにより、光通信リンクの動作確認や、通信品質を確保するための光損失余裕値などの検査を行うことができる。

また、この実施例２の光通信システムでは、図７に示す光信号１、２の時間波形のように、光減衰器２００による光信号２の減衰によって光信号２の変調強度レベルΔＰ２を減少させ、受信時の光信号２の変調強度レベルＰ２’を減少させることで、通信装置Ａ、Ｂの設定値を変更することなく、光信号１を弁別するための弁別しきい値を低く変更することができる。これにより、外来ノイズなどを受けない場合等では、通信品質が許容される範囲で弁別しきい値を低く設定して、光損失に対する余裕を大きくし、長距離伝送などに適応させることができる。

図８は、実施例３の光通信システムの構成を示した図である。実施例３の光通信システムは、通信装置Ａ〜Ｈと、光ファイバ３００と、２つのスターカプラ３０１ａ、３０１ｂと、によって構成されている。２つのスターカプラ３０１ａ、３０１ｂ間は、光ファイバ３００によって中継コネクタ３０２を介して接続されており、スターカプラ３０１ａを中心に通信装置Ａ、Ｂ、Ｇ、Ｈが光ファイバ３００によって中継コネクタ３０２を介して放射状に接続されていて、スターカプラ３０１ｂを中心に通信装置Ｃ〜Ｆが光ファイバ３００によって中継コネクタ３０２を介して放射状に接続されている。各通信装置Ａ〜Ｈの構成は、実施例１の通信装置Ａ、Ｂと同様である。

この実施例３の光通信システムは、時分割多元接続方式によって、通信装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・の順に送信ノードを変更して１対多の通信を行うＬＡＮシステムである。以下、通信装置Ｂ〜Ｅからの光信号を通信装置Ａが順に受信する場合を説明する。

図９（ａ）は、各通信装置Ｂ〜Ｅにおいて生成される送信信号１、２、およびそれを変換した光信号１、２の時間波形を示している。また、図９（ｂ）は、通信装置Ａが受信する各通信装置Ｂ〜Ｅからの光信号１、２、およびそれを変換した受信信号１、２の時間波形を示している。また、図９（ｃ）は、時間スロットを示している。図９（ｃ）のように、通信装置Ｂの送信スロット、通信装置Ｃの送信スロット、・・・、の順に時分割されており、通信装置Ｂの送信スロットは、さらにＢ１、Ｂ２の２つに分割されている。通信装置Ｂの送信信号は、先の送信スロットＢ１に送信信号２が割り当てられ、後の送信スロットＢ２に送信信号１が割り当てられて、時分割多重化されている。送信信号１、２は、実施例１と同様に、それぞれ光信号１、２に変換され、先の送信スロットＢ１に光信号２、後の送信スロットＢ２に光信号１を割り当てた時分割多重、波長多重で通信装置Ｂから送信される。他の通信装置Ｃ〜Ｅの送信スロットも同様に２分割されており、送信信号、光信号も同様に時分割多重化されている。また、各通信装置Ｂ〜Ｅからの光信号１、２の送信レベルは、図９（ａ）のようにそれぞれ異なっている。

通信装置Ａでは、各通信装置Ｂ〜Ｅからの光信号をこの順に受信する。前述のように光信号１、２が時分割多重化されているので、各通信装置Ｂ〜Ｅからの光信号の受信において、先に光信号２を受信する。各各通信装置Ｂ〜Ｅにおいて、光信号２の受信レベルとアラームしきい値が比較される。光信号２の受信レベルがアラームしきい値よりも高い通信装置Ｂ、Ｃ、Ｅにおいては、受信した光信号２の変調強度レベルから、光信号１の変調強度レベルが推定され、その推定された光信号１の変調強度レベルに応じて、高い通信品質を維持するのに適した光信号１の論理レベルを判定する弁別しきい値が生成される。そして、その弁別しきい値によって光信号１の論理レベルが判定されて、光信号１が受信信号１に変換される。ここで、弁別しきい値は、通信装置Ｂ、Ｃ、Ｅからの光信号２の受信のたびに、最適な値に自動的に更新設定される。そのため、送信ノードが順次入れ替わっても高い通信品質を維持、管理することができる。

一方、光信号２の受信レベルがアラームしきい値よりも低い通信装置Ｄについては、受信信号１の出力を停止し、誤ったデータを受信してしまうことを防止する。さらに、光信号１を受信する時間スロットＤ２において、通信不良である旨の情報を含むアラーム信号である波長λ２の光信号３を、通信装置Ｄ以外の通信装置に送信し、通信異常が生じていることを通知する。この光信号３を受信する通信装置Ｄ以外の通信装置は、光信号３を復調してアラーム信号を検出することができる。そして通信装置Ｄ以外の通信装置は、通信装置Ｄに対してデータを送信しない、データの再送信を行う、などの対応を取る。これによって、通信ネットワーク全体、およびシステム機能の誤動作を防止することができる。

実施例３の光通信システムでは、中継コネクタ３０２、スターカプラ３０１ａ、３０１ｂ、光ファイバ３００の長さ、光ファイバ３００の曲げなどによって、通信装置Ａと各通信装置Ｂ〜Ｈとの間の伝送損失がそれぞれ異なっており、通信装置Ａにおける各通信装置Ｂ〜Ｈからの光信号の受信レベルはそれぞれ異なっている。しかし、そのような場合であっても、実施例３の光通信システムでは、各通信装置からの光信号の受信ごとに、各受信レベルに応じた最適な弁別しきい値が設定されるため、高い通信品質が維持され、安定した通信を行うことができる。また、実施例１と同様に、通信のリアルタイム性を損なうことはない。

以上のように、本発明は多ノード間のＬＡＮシステムのような通信システムにも有効であり、特に通信のリアルタイム性が要求される車載ＬＡＮシステムに好適である。

この実施例３の光通信システムは、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる車載ＬＡＮシステムに、以下のようにして容易に適用することができる。

図１０（ａ）は、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号（バス信号）のフォーマットを示している。図１０（ａ）のように、データフレームの前後にアイドル時間が設けられた構成となっている。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のフォーマットに対応させて示したＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号の時間波形である。図１０（ｂ）のように、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号は、ハイレベルのデータ信号であるＤａｔａ＿１、ローレベルのデータ信号であるＤａｔａ＿０、アイドル信号であるＩｄｌｅの３値を取る電気信号である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号の時間波形に対応した、光信号の時間波形である。図１０（ｃ）のように、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号におけるＤａｔａ＿０、Ｄａｔａ＿１に対して、実施例３の光通信システムにおける波長λ１の光信号１を対応させ、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルでの電気信号におけるＩｄｌｅとして、実施例３の光通信システムにおける波長λ２の光信号２を対応させることで、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる光通信システムを容易に実現することができる。

なお、実施例１〜３では、光信号１を２値に光強度変調された信号とし、光信号２の光強度変化から弁別しきい値を１つ生成して、受信した電気信号を２値に判定しているが、光信号１を３以上の多値に光強度変調された信号としてもよい。その場合は、光信号２の光強度変化から複数の弁別しきい値を生成し、複数の弁別しきい値によって多値の判定を行うようにすればよい。

また、実施例３では複数の通信装置を光ファイバによって接続するネットワーク構成をスター型としているが、本発明の光通信システムは、スター型以外にもバス型やリング型、それらを組み合わせた構成など任意のトポロジーに適用可能である。

また、実施例３では、時分割多元接続方式によって１対多の通信を実現しているが、符号分割多元接続方式などによって１対多の通信を実現してもよい。

本発明の光通信システムは、高い信頼性と通信のリアルタイム性を要求される車載ＬＡＮに好適であり、特にＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる車載ＬＡＮに好適である。

Ａ〜Ｈ：通信装置
１０、１００：光ファイバ
２０：通信器
２１：電気／光変換器
２２：光合分波器
２３：光／電気変換器
３０ａ、３０ｂ：発光素子
３１ａ、３１ｂ：駆動回路
３２：アラーム信号生成回路
４０ａ、４０ｂ：受光素子
４１ａ、４１ｂ：前置増幅器
４２：弁別しきい値生成回路
４３ａ、４３ｂ：信号比較回路
４４ａ、４４ｂ：波形整形回路
２００：光減衰器

Claims (8)

1. 送信装置と、受信装置と、前記送信装置と前記受信装置との間に接続された光伝送路と、を備え、前記光伝送路を介して前記送信装置と前記受信装置との間で光通信を行う光通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   強度変調された第１波長の第１光信号と、強度変調された、前記第１波長とは異なる波長である第２波長の第２光信号とを、先の時間スロットに前記第２光信号、後の時間スロットに前記第１光信号として時分割多重化して送信する送信手段を有し、
   前記受信装置は、
   前記第１光信号と前記第２光信号とを分離して受信し、先に受信した前記第２光信号の光強度レベルから、前記第１光信号の論理レベルを判定するための弁別しきい値を生成し、その弁別しきい値をもとに、前記第１光信号の論理レベルを判定する受信手段を有する、
   ことを特徴とする光通信システム。
2. 前記送信装置は、前記第１光信号の変調強度レベルと、前記第２光信号の変調強度レベルの比αを一定とし、
   前記受信装置は、前記比αと受信した前記第２光信号の変調強度から、その後に受信する前記第１光信号の変調強度を推定し、その推定された前記第１光信号の変調強度から、前記弁別しきい値を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記光伝送路には、前記第１光信号は透過し、前記第２光信号の減衰量を調整する光減衰器が挿入されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記光通信システムは、前記送信装置と前記受信装置との双方を有した複数の通信装置間で光通信を行うシステムであって、
   前記受信装置は、
   受信した前記第２光信号の光強度レベルが、所定のアラームしきい値よりも低いか否かを判定する手段と、
   前記第２光信号の光強度レベルが前記アラームしきい値よりも低いと判定された場合に、通信不良である旨の情報を含む前記アラーム信号である第２波長の第３光信号を生成するアラーム信号生成手段と、を有し、
   前記送信装置は、前記第１光信号を受信する時間スロット内において、前記第３光信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光通信システム。
5. １つの送信ノードと、複数の受信ノードで構成されるＬＡＮシステムであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光通信システム。
6. 前記ＬＡＮシステムは、車載ＬＡＮシステムであることを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
7. 前記車載ＬＡＮシステムは、アイドル信号として前記第２光信号を割り当て、データ信号として前記第１光信号を割り当てたＦｌｅｘＲａｙプロトコルによる通信であることを特徴とする請求項６に記載の光通信システム。
8. 前記光通信システムは、前記送信装置と前記受信装置との双方を有した２つの前記通信装置間で光通信を行うシステムであって、
   一方の前記通信装置が前記第１光信号を送信している間に、他方の前記通信装置が前記第２光信号を送信し、一方の前記通信装置が前記第２光信号を送信している間に、他方の前記通信装置が前記第１光信号を送信するように、前記第１光信号と前記第２光信号の時間スロットを相互に入れ替えることで、２つの前記通信装置間で全二重通信を行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光通信システム。

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