JP2013005327A - Optical receiver - Google Patents

Optical receiver Download PDF

Info

Publication number
JP2013005327A
JP2013005327A JP2011136304A JP2011136304A JP2013005327A JP 2013005327 A JP2013005327 A JP 2013005327A JP 2011136304 A JP2011136304 A JP 2011136304A JP 2011136304 A JP2011136304 A JP 2011136304A JP 2013005327 A JP2013005327 A JP 2013005327A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
preamble
optical
amplification factor
signal
optical receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011136304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Nakagawa
隆夫 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Original Assignee
Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiwa Electric Mfg Co Ltd filed Critical Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority to JP2011136304A priority Critical patent/JP2013005327A/en
Publication of JP2013005327A publication Critical patent/JP2013005327A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the adjustment time of an AGC amplification factor in an optical receiver having a function (AGC) of amplifying the amplitude of an electric signal output from a photodetector (photodiode).SOLUTION: The amplification factor control (AGC amplification factor control) of a variable gain amplifier 33 is performed only when receiving a preamble added to communication data from a transmission side, instead of continuously performing amplification factor control of the variable gain amplifier 33. While the preamble is not being received, the amplification factor of the variable gain amplifier 33 is fixed. With such processing, the AGC amplification factor is not increased during an optical modulation OFF period (period when a signal level is zero), and the AGC amplification factor in the previous preamble period can be retained and continued till the next preamble period. By this, it is possible to reduce the adjustment time (setup time) of the AGC amplification factor at the next preamble reception time.

Description

本発明は、可視光等を利用した光通信システムにおいて、送信側から送信される光信号を受信する光受信器に関する。   The present invention relates to an optical receiver that receives an optical signal transmitted from a transmission side in an optical communication system using visible light or the like.

近年、LED(発光ダイオード)などの光源が出力する可視光を利用してデータ通信を行う可視光通信システムが開発されている。   In recent years, a visible light communication system has been developed that performs data communication using visible light output from a light source such as an LED (light emitting diode).

可視光通信システムの一例として、送信データに応じて照明機器等の光源を点滅制御することにより、照明光(可視光)に光変調信号を重畳して出力する光送信器と、この光送信器から送信される可視光信号(光変調信号)を受信し、その受信した光変調信号を復調して通信データを取得する光受信器とを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。   As an example of a visible light communication system, an optical transmitter that superimposes and outputs a light modulation signal on illumination light (visible light) by controlling blinking of a light source such as an illumination device according to transmission data, and the optical transmitter There is an optical receiver that receives a visible light signal (optical modulation signal) transmitted from the receiver and demodulates the received optical modulation signal to obtain communication data (see, for example, Patent Document 1).

このような可視光通信システム等において、光変調信号を受信する光受信器としては、例えば、光変調信号を電気信号に変換する受光素子(例えば、フォトダイオード)、この受光素子の出力信号を増幅する初段増幅器、この初段増幅器にて増幅された電気信号から光変調信号(通信データ)に対応する周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ、及び、バンドパスフィルタによって抽出された電気信号のゲインを調整して信号の振幅を一定に揃えるAGC(Auto Gain Control;自動利得制御)回路などを備えたものがある(例えば、特許文献2または特許文献3参照)。なお、AGC回路は、例えば、可変ゲイン増幅器と、そのゲイン(増幅率)を制御する制御部とを備えている。   In such a visible light communication system or the like, as an optical receiver that receives an optical modulation signal, for example, a light receiving element (for example, a photodiode) that converts the optical modulation signal into an electric signal, and an output signal of the light receiving element are amplified. The first-stage amplifier, a band-pass filter that extracts a frequency component corresponding to the optical modulation signal (communication data) from the electric signal amplified by the first-stage amplifier, and the gain of the electric signal extracted by the band-pass filter is adjusted. For example, there is an AGC (Auto Gain Control) circuit that keeps the signal amplitude constant (see, for example, Patent Document 2 or Patent Document 3). The AGC circuit includes, for example, a variable gain amplifier and a control unit that controls the gain (amplification factor).

特開2008−252465号公報JP 2008-252465 A 特開2001−168661号公報JP 2001-168661 A 特開平08−018510号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-018510

ところで、同期用のプリアンブルを使用する光通信システムにおいては、例えば図5に示すように、プリアンブルと通信データとがセットされた状態で転送され、その通信データが転送される光変調ONの期間と、通信データ転送間の光変調OFFの期間とが設定されている。ここで、通常のAGC回路では、AGC増幅率制御が常時行われているため、上記光変調OFFの期間(信号レベルがない期間)においてAGC回路増幅率が上がってしまう。そのため、次に、光変調信号が光変調ONとなるとき(プリアンブル時)にAGC回路の増幅率(以下、AGC増幅率ともいう)がオーバーする。こうした状況になると、AGC増幅率が安定するまでに多くの時間が必要となるため、プリアンブルの目的である同期が取れるまでに時間がかかってしまう。また、通常のAGC回路では、光送信器と光受信器との間の通信距離が変化した場合などにおいて、光受信器側で受信した光変調信号の信号レベルが変化した場合には、適切なAGC増幅率を設定できない場合がある。   By the way, in an optical communication system that uses a synchronization preamble, for example, as shown in FIG. 5, the preamble and communication data are transferred in a set state, and the optical modulation ON period during which the communication data is transferred, A period of light modulation OFF between communication data transfers is set. Here, in the normal AGC circuit, since the AGC gain control is always performed, the AGC circuit gain increases during the optical modulation OFF period (period in which there is no signal level). Therefore, next, when the optical modulation signal is turned on (when preamble), the amplification factor of the AGC circuit (hereinafter also referred to as AGC amplification factor) is exceeded. In such a situation, it takes a long time for the AGC gain to become stable, so it takes time to achieve synchronization, which is the purpose of the preamble. Further, in a normal AGC circuit, when the signal level of the optical modulation signal received on the optical receiver side changes when the communication distance between the optical transmitter and the optical receiver changes, an appropriate AGC circuit There are cases where the AGC gain cannot be set.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、受光素子が出力する電気信号の振幅を増幅する機能(AGC)を有する光受信器において、AGC増幅率の調整時間を短くすることが可能な構成を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in an optical receiver having a function (AGC) for amplifying the amplitude of an electric signal output from a light receiving element, the adjustment time of the AGC amplification factor can be shortened. The aim is to realize a possible configuration.

本発明は、同期用のプリアンブルを使用する光通信システムにおいて、送信側から送信される光信号を受信する光受信器を対象としており、このような光受信器において、前記送信側からの光信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子が出力する電気信号の振幅を増幅する可変ゲイン増幅器と、前記可変ゲイン増幅器の増幅率を制御する制御手段とを備えている。そして、その制御手段は、前記送信側からの通信データに付加されたプリアンブルを受信しているときに前記可変ゲイン増幅器の増幅率制御を行い、前記プリアンブルを受信していないときには前記可変ゲイン増幅器の増幅率を固定することを技術的特徴としている。   The present invention is directed to an optical receiver that receives an optical signal transmitted from a transmission side in an optical communication system that uses a preamble for synchronization. In such an optical receiver, an optical signal from the transmission side is provided. A light receiving element that receives the signal and converts it into an electric signal, a variable gain amplifier that amplifies the amplitude of the electric signal output from the light receiving element, and a control means that controls the amplification factor of the variable gain amplifier. The control means performs amplification factor control of the variable gain amplifier when receiving the preamble added to the communication data from the transmitting side, and controls the variable gain amplifier when not receiving the preamble. The technical feature is to fix the amplification factor.

本発明によれば、可変ゲイン増幅器の増幅率制御(AGC増幅率制御)を常時行うのではなく、送信側からのプリアンブルを受信しているとき(プリアンブル期間)にAGC増幅率制御を行い、プリアンブルを受信していないとき(光変調OFFの期間)にはAGC増幅率制御は行わないようにしている(増幅率固定)ので、光変調OFFの期間(信号レベルがゼロの期間)においてAGC増幅率が上がることがなく、前回のプリアンブル期間のAGC増幅率を次回のプリアンブル期間まで保持・継続することができる。これによって、次回のプリアンブル受信時におけるAGC増幅率の調整時間(セットアップ時間)を短くすることができる。   According to the present invention, the gain control (AGC gain control) of the variable gain amplifier is not always performed, but the AGC gain control is performed when the preamble from the transmission side is received (preamble period). Since the AGC gain control is not performed when the optical signal is not received (period in which the optical modulation is OFF) (amplification ratio is fixed), the AGC gain is in the optical modulation OFF period (period in which the signal level is zero). The AGC gain of the previous preamble period can be held and continued until the next preamble period. As a result, the adjustment time (setup time) of the AGC gain at the next preamble reception can be shortened.

本発明において、プリアンブルを受信していないとき(光変調OFF時)に、受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分を検出し、その直流成分に基づいて、上記プリアンブル受信時における可変ゲイン増幅器の増幅率(AGC増幅率)の初期値を設定するようにしてもよい。このような構成を採用すれば、光通信システムを構成する光送信器と光受信器との間の通信距離の変化等により、受光素子での受信信号(光変調信号)の信号レベルが変化した場合であっても、AGC増幅率を常に適切に設定することができる。   In the present invention, when a preamble is not received (when optical modulation is OFF), a DC component included in an electrical signal output from the light receiving element is detected, and the variable gain amplifier at the time of preamble reception is detected based on the DC component. An initial value of the gain (AGC gain) may be set. If such a configuration is adopted, the signal level of the received signal (light modulation signal) at the light receiving element has changed due to a change in the communication distance between the optical transmitter and the optical receiver constituting the optical communication system. Even in this case, the AGC gain can always be set appropriately.

具体的には、例えば、受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分(受光素子で受光した光信号の光量に相当)と、適切なAGC増幅率との関係を予め計測してテーブル化しておき、プリアンブルを受信していないとき(光変調OFF時)に、受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分を検出し、その直流成分に基づいて上記テーブルを参照してAGC増幅率を求める。そして、その直流成分を検出した後(光変調OFF期間の後)の、次のプリアンブル時において、このプリアンブル時の初期の増幅率(初期値)を上記AGC増幅率(上記直流成分から求めた増幅率)としてAGC増幅率の調整を行う。このような処理により、通信距離の変化等による受信信号の信号レベル変化に対応することができ、適切なAGC増幅率の調整を短時間で終了することができる。   Specifically, for example, the relationship between the direct current component (corresponding to the light amount of the optical signal received by the light receiving element) included in the electrical signal output from the light receiving element and the appropriate AGC gain is measured in advance and tabulated. When the preamble is not received (when the optical modulation is OFF), the DC component included in the electrical signal output from the light receiving element is detected, and the AGC gain is obtained by referring to the above table based on the DC component. . Then, after detecting the DC component (after the optical modulation OFF period), at the next preamble, the initial amplification factor (initial value) at the time of this preamble is the AGC amplification factor (amplification obtained from the DC component) The AGC gain is adjusted as the rate. By such processing, it is possible to cope with a change in the signal level of the received signal due to a change in communication distance or the like, and an appropriate AGC gain adjustment can be completed in a short time.

なお、上記受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分を検出する直流成分検出手段の一例として、抵抗器とコンデンサとからなり、初段増幅器が出力する電気信号に含まれる直流成分のみを抽出するローパスフィルタを挙げることができる。このようなローパスフィルタを用いると、簡単な回路構成で直流成分を検出することができる。   As an example of DC component detection means for detecting a DC component included in the electrical signal output from the light receiving element, only a DC component included in the electrical signal output from the first-stage amplifier is extracted. A low-pass filter can be mentioned. When such a low-pass filter is used, a direct current component can be detected with a simple circuit configuration.

本発明によれば、受光素子が出力する電気信号の振幅を増幅する機能を有する光受信器において、通信データに付加されたプリアンブルを受信しているときにのみ可変ゲイン増幅器の増幅率制御を行うようにしているので、AGC増幅率の調整時間を短くすることできる。   According to the present invention, in an optical receiver having a function of amplifying the amplitude of an electric signal output from a light receiving element, amplification factor control of a variable gain amplifier is performed only when a preamble added to communication data is received. As a result, the AGC gain adjustment time can be shortened.

本発明を適用する光受信器の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the optical receiver to which this invention is applied. ローパスフィルタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a low-pass filter. 光通信システムを構成する光送信器の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the optical transmitter which comprises an optical communication system. フォトダイオードの出力信号を増幅する初段増幅器の出力信号(直流成分を含む信号)の波形図である。It is a wave form diagram of the output signal (signal containing a direct-current component) of the first stage amplifier which amplifies the output signal of a photodiode. 光通信システムにおけるデータ転送の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the data transfer in an optical communication system.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

この実施形態では、可視光通信にてデータ通信を行う光送信器と光受信器とを備えた光通信システムにおいて、上記光受信器に本発明を適用した場合の例について説明する。   In this embodiment, an example in which the present invention is applied to the optical receiver in an optical communication system including an optical transmitter and an optical receiver that perform data communication by visible light communication will be described.

−光送信器−
まず、光通信システムを構成する光送信器100の一例について、図3を参照して説明する。この例の光送信器100は、変調回路101、LED駆動回路102、及び、照明機器の光源であるLED(発光ダイオード)103などを備えている。
-Optical transmitter-
First, an example of the optical transmitter 100 constituting the optical communication system will be described with reference to FIG. The optical transmitter 100 of this example includes a modulation circuit 101, an LED drive circuit 102, an LED (light emitting diode) 103 that is a light source of a lighting device, and the like.

変調回路101は、通信データ(照明光に重畳するデータ)を変調してLED駆動回路102に出力する。変調回路101の信号変調方式は、光通信などで一般に用いられている変調方式であればよく、例えば、ASK方式(Amplitude Shift Keying;振幅偏移変調)方式やPPM(Pulse Position Modulation;パルス位置変調)方式を挙げることができる。また、QPSK(quadrature phase shift keying)方式などの直交変復調方式などを用いてもよい。   The modulation circuit 101 modulates communication data (data superimposed on the illumination light) and outputs the modulated communication data to the LED drive circuit 102. The signal modulation method of the modulation circuit 101 may be a modulation method generally used in optical communication or the like. For example, an ASK method (Amplitude Shift Keying) method or a PPM (Pulse Position Modulation) method is used. ) Method. In addition, an orthogonal modulation / demodulation method such as a QPSK (quadture phase shift keying) method may be used.

LED駆動回路102は、変調回路101にて変調された変調データに基づいてLED103を高速点滅する。これによって照明光に重畳して光変調信号(通信データ)が出力される。その出力された光変調信号は光受信器1にて受信される。   The LED drive circuit 102 blinks the LED 103 at high speed based on the modulation data modulated by the modulation circuit 101. As a result, a light modulation signal (communication data) is output superimposed on the illumination light. The output optical modulation signal is received by the optical receiver 1.

ここで、この例の光送信器100においては、プリアンブルと通信データとをセットした状態で送信(転送)する。その通信データ送信の際には、プリアンブルは通信データの先頭に付加される(図5参照)。   Here, in the optical transmitter 100 of this example, the preamble and communication data are set (transmitted) in a set state. When transmitting the communication data, the preamble is added to the head of the communication data (see FIG. 5).

−光受信器−
次に、光受信器1について図1を参照して説明する。
-Optical receiver-
Next, the optical receiver 1 will be described with reference to FIG.

光受信器1は、上記光送信器100が出力する光変調信号(通信データ)を受光して、その光変調信号を電気信号(電流信号)に変換するフォトダイオード(受光素子)2、このフォトダイオード2で光電変換された電気信号を増幅する増幅回路3、及び、増幅回路3を通過した電気信号(光変調信号)を復調する復調回路4などを備えている。   The optical receiver 1 receives a light modulation signal (communication data) output from the optical transmitter 100 and converts the light modulation signal into an electric signal (current signal) 2. An amplification circuit 3 that amplifies the electrical signal photoelectrically converted by the diode 2 and a demodulation circuit 4 that demodulates the electrical signal (light modulation signal) that has passed through the amplification circuit 3 are provided.

増幅回路3は、初段増幅器(フォトダイオード受光回路)31、バンドパスフィルタ32、可変ゲイン増幅器33、ローパスフィルタ34、ADコンバータ35、処理制御部36、及び、バイアス回路37などを備えている。   The amplifier circuit 3 includes a first stage amplifier (photodiode light receiving circuit) 31, a band pass filter 32, a variable gain amplifier 33, a low pass filter 34, an AD converter 35, a processing control unit 36, a bias circuit 37, and the like.

初段増幅器31は、オペアンプ31aと帰還抵抗器31bとからなる増幅器(I−V変換器)であって、フォトダイオード2で光電変換された電気信号を増幅する。初段増幅器31で増幅された電気信号はバンドパスフィルタ32に入力される。   The first stage amplifier 31 is an amplifier (IV converter) composed of an operational amplifier 31a and a feedback resistor 31b, and amplifies the electrical signal photoelectrically converted by the photodiode 2. The electric signal amplified by the first stage amplifier 31 is input to the band pass filter 32.

なお、初段増幅器(I−V変換回路)31は、オペアンプ31aを用いた反転増幅回路であるので、オペアンプ31aの出力電圧Vは[V=−Ipd×R Ipd:フォトダイオード2の出力電流 R:帰還抵抗器31bの抵抗値]となり、後述する直流成分(図4参照)は負の値となる。   Since the first stage amplifier (IV conversion circuit) 31 is an inverting amplifier circuit using the operational amplifier 31a, the output voltage V of the operational amplifier 31a is [V = −Ipd × R Ipd: the output current R of the photodiode 2 R: Resistance value of the feedback resistor 31b], and a direct current component (see FIG. 4) described later has a negative value.

バンドパスフィルタ32は、例えば、減衰特性が3段バターワース特性(振幅平坦特性)のフィルタであって、初段増幅器31が出力する電気信号に含まれるノイズ成分を除去して光変調信号(通信データ)のみを抽出する。このバンドパスフィルタ32にて抽出された光変調信号は可変ゲイン増幅器33によって振幅が調整される(詳細は後述する)。可変ゲイン増幅器33はADコンバータ35にてA/D変換された後に、処理制御部36に入力される。   The bandpass filter 32 is, for example, a filter having a three-stage Butterworth characteristic (amplitude flatness characteristic), and removes a noise component included in the electric signal output from the first-stage amplifier 31 to provide an optical modulation signal (communication data). Extract only. The amplitude of the optical modulation signal extracted by the bandpass filter 32 is adjusted by the variable gain amplifier 33 (details will be described later). The variable gain amplifier 33 is A / D converted by the AD converter 35 and then input to the processing control unit 36.

処理制御部36は、バンドパスフィルタ32にて抽出され、可変ゲイン増幅器33及びADコンバータ35を通過した光変調信号(通信データ)に所定の信号処理を行って復調回路4に出力する。具体的には、光変調信号をADコンバータ35により、光変調信号の2倍より高い周波数でサンプリングし、光変調信号をデジタル信号に変換する(サンプリング定理)。次に、その変換後のデータを移動平均フィルタに通してノイズ除去し復調回路4に出力する。復調回路4は処理制御部36からの光変調信号を復調して通信データを取得する。   The processing control unit 36 performs predetermined signal processing on the optical modulation signal (communication data) extracted by the bandpass filter 32 and passed through the variable gain amplifier 33 and the AD converter 35 and outputs the result to the demodulation circuit 4. Specifically, the optical modulation signal is sampled by the AD converter 35 at a frequency higher than twice that of the optical modulation signal, and the optical modulation signal is converted into a digital signal (sampling theorem). Next, the converted data is passed through a moving average filter to remove noise and output to the demodulation circuit 4. The demodulating circuit 4 demodulates the optical modulation signal from the processing control unit 36 to obtain communication data.

次に、本実施形態の光受信器1の特徴部分である「直流成分除去処理」及び「AGC増幅率制御」について説明する。   Next, “DC component removal processing” and “AGC gain control”, which are characteristic parts of the optical receiver 1 of the present embodiment, will be described.

−直流成分除去処理−
まず、図1に示す増幅回路3において、「直流成分除去」を行わない場合の初段増幅器31の出力信号は図4に示すような波形となる。この図4から判るように、初段増幅器31の出力信号には、光変調信号(通信データ)と、照明光等の2つの信号成分が含まれている。このため、初段増幅器31の増幅率を大きくすることができない。つまり、初段増幅器31の増幅率を大きくすると、照明光等の信号成分(ほぼ直流成分)も大きく増幅され初段増幅器31の出力が飽和してしまう。
てしまう。
-DC component removal treatment-
First, in the amplifier circuit 3 shown in FIG. 1, the output signal of the first stage amplifier 31 when “DC component removal” is not performed has a waveform as shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, the output signal of the first-stage amplifier 31 includes an optical modulation signal (communication data) and two signal components such as illumination light. For this reason, the amplification factor of the first stage amplifier 31 cannot be increased. That is, when the amplification factor of the first stage amplifier 31 is increased, the signal component (substantially a direct current component) such as illumination light is also greatly amplified, and the output of the first stage amplifier 31 is saturated.
End up.

このような点を考慮して、本実施形態では、初段増幅器31の出力信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分を打ち消すように初段増幅器31の入力側にバイアス電流を帰還することで、初段増幅器31に入力される電気信号の直流成分を除去する。その具体的な構成について以下に説明する。   In consideration of such points, in this embodiment, a DC component included in the output signal of the first-stage amplifier 31 is extracted, and a bias current is fed back to the input side of the first-stage amplifier 31 so as to cancel this DC component. The direct current component of the electric signal input to the first stage amplifier 31 is removed. The specific configuration will be described below.

本実施形態では、図1に示すように、初段増幅器31の出力信号に含まれる光変調信号(通信データ)を除去して直流成分(照明光等の信号成分)を抽出するローパスフィルタ34と、DAコンバータ37a及び抵抗器37bによって構成されるバイアス回路37とを設け、このバイアス回路37の出力端子(抵抗器37b)を初段増幅器31の入力側(フォトダイオード2と初段増幅器31との間)に接続している。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a low-pass filter 34 that removes a light modulation signal (communication data) included in the output signal of the first-stage amplifier 31 and extracts a DC component (signal component such as illumination light); A bias circuit 37 including a DA converter 37a and a resistor 37b is provided, and an output terminal (resistor 37b) of the bias circuit 37 is provided on the input side of the first stage amplifier 31 (between the photodiode 2 and the first stage amplifier 31). Connected.

上記ローパスフィルタ34にて抽出された直流成分はADコンバータ35にてA/D変換された後に処理制御部36に入力される。処理制御部36は、ローパスフィルタ34で抽出された直流成分(A/D変換後のデジタル信号)を一時記憶するとともに、その直流成分を打ち消す(直流成分がゼロになる)ようなバイアス信号(デジタル信号)をバイアス回路37に出力する。バイアス回路37では、処理制御部36からのバイアス信号(デジタル信号)をDAコンバータ37aでアナログ信号(バイアス電流)に変換し、抵抗器37bを通じて初段増幅器31の上流側に帰還する。   The DC component extracted by the low-pass filter 34 is A / D converted by the AD converter 35 and then input to the processing control unit 36. The processing control unit 36 temporarily stores the DC component (digital signal after A / D conversion) extracted by the low-pass filter 34, and cancels the DC component (DC component becomes zero). Signal) to the bias circuit 37. In the bias circuit 37, the bias signal (digital signal) from the processing control unit 36 is converted into an analog signal (bias current) by the DA converter 37a, and is fed back to the upstream side of the first stage amplifier 31 through the resistor 37b.

このようにして、初段増幅器31の入力側に、直流成分を打ち消すバイアス電流を流すことによって、初段増幅器31に入力される電気信号の直流成分(照明光等の信号成分)を除去することができ、初段増幅器31の増幅率を大きくすることが可能になる。これによって、例えば、微弱な光変調信号を受信することが可能になり、光変調信号の受信のダイナミックレンジを広げることができる。   In this way, by supplying a bias current that cancels the DC component to the input side of the first-stage amplifier 31, the DC component (signal component such as illumination light) of the electrical signal input to the first-stage amplifier 31 can be removed. The amplification factor of the first stage amplifier 31 can be increased. Thereby, for example, a weak light modulation signal can be received, and the dynamic range of reception of the light modulation signal can be expanded.

次に、本実施形態に用いるローパスフィルタ34の一例について図2を参照して説明する。図2に示すローパスフィルタ34は、1個の抵抗器34aと、1個のコンデンサ34bとからなる簡単な回路構成のフィルタである。   Next, an example of the low-pass filter 34 used in the present embodiment will be described with reference to FIG. The low-pass filter 34 shown in FIG. 2 is a filter having a simple circuit configuration including one resistor 34a and one capacitor 34b.

本実施形態に用いるローパスフィルタ34では、上記したように初段増幅器3が出力する電気信号の直流成分のみを抽出することを目的としているので、カットオフ周波数fcを小さい値に設定している。例えば、この例では、図2に示す抵抗器34aの抵抗値Rを10kΩ、コンデンサ34bの容量Cを1μFとして、カットオフ周波数fcを約16Hz[fc=1/(2π・R・C)≒16Hz]に設定している。   The low-pass filter 34 used in the present embodiment is intended to extract only the DC component of the electrical signal output from the first stage amplifier 3 as described above, and therefore the cut-off frequency fc is set to a small value. For example, in this example, the resistance value R of the resistor 34a shown in FIG. ] Is set.

そして、このようなローパスフィルタ34を用いると、簡単な回路構成で、初段増幅器31の出力信号に含まれる光変調信号(通信データ)を除去して直流成分(蛍光灯光等の外乱光信号成分)のみ抽出(検出)することが可能になる。   If such a low-pass filter 34 is used, the light modulation signal (communication data) included in the output signal of the first-stage amplifier 31 is removed with a simple circuit configuration, and a direct current component (disturbance light signal component such as fluorescent light) is removed. It becomes possible to extract (detect) only.

−AGC増幅率制御−
まず、本実施形態を適用する光通信システムにおいては、図5に示すように、プリアンブルと通信データとがセットされた状態で転送され、その通信データが転送される光変調ONの期間と、通信データ転送間の光変調OFFの期間とが設定されている。
-AGC gain control-
First, in the optical communication system to which this embodiment is applied, as shown in FIG. 5, the preamble and communication data are transferred in a set state, the optical modulation ON period during which the communication data is transferred, and the communication An optical modulation OFF period between data transfers is set.

ここで、通常のAGC回路では、バンドパスフィルタ32を通過した信号を常に一定振幅まで増幅している。このような常時AGC増幅率制御では、上記通信データ転送間の光変調OFF時においてもAGC増幅率の調整が行われるため、その次のプリアンブル受信時に可変ゲイン増幅器33の振幅が振り切ってしまい、ADコンバータ35のAD値がオーバーフローした状態となってしまう。こうした状況になると、プリアンブル受信時に、可変ゲイン増幅器33の出力値(ADコンバータ35のAD値)を規定値内に収める(AGC増幅率が安定する)のに多くの時間が必要になる。このため、プリアンブル期間を長くする必要があって、プリアンブルの目的である同期が取れるまでに時間がかかってしまう。   Here, in a normal AGC circuit, the signal that has passed through the bandpass filter 32 is always amplified to a constant amplitude. In such constant AGC gain control, since the AGC gain is adjusted even when the optical modulation between the communication data transfers is OFF, the amplitude of the variable gain amplifier 33 is shaken off at the next preamble reception, and AD The AD value of the converter 35 overflows. In such a situation, it takes a lot of time to keep the output value of the variable gain amplifier 33 (the AD value of the AD converter 35) within the specified value (the AGC gain is stabilized) at the time of preamble reception. For this reason, it is necessary to lengthen the preamble period, and it takes time until synchronization, which is the purpose of the preamble, can be achieved.

また、通常のAGC回路では、光送信器100と光受信器1との間の通信距離が変化した場合などにおいて、光受信器1側で受信した光変調信号の信号レベルが変化した場合には、適切なAGC増幅率を設定できない場合がある。   In a normal AGC circuit, when the signal level of the optical modulation signal received on the optical receiver 1 side changes, such as when the communication distance between the optical transmitter 100 and the optical receiver 1 changes. In some cases, an appropriate AGC gain cannot be set.

このような点を考慮して、本実施形態では、可変ゲイン増幅器33の増幅率の調整制御(AGC増幅率制御ともいう)を、常時行うのではなく、プリアンブル受信時のみ行うようにすることで、AGC増幅率の調整時間を短くすることを技術的特徴としている。その具体的なAGC増幅率制御(処理制御部36が実行する制御)の一例について説明する。   In consideration of such points, in the present embodiment, adjustment control (also referred to as AGC gain control) of the gain of the variable gain amplifier 33 is not always performed, but is performed only at the time of preamble reception. The technical feature is to shorten the adjustment time of the AGC gain. An example of the specific AGC gain control (control executed by the processing control unit 36) will be described.

まず、処理制御部36は、フォトダイオード2で受信され、バンドパスフィルタ32を通過した信号(A/D変換後)に基づいて、プリアンブルを受信している期間(以下、プリアンブル期間ともいう)であるか否かを判定する。プリアンブル期間である場合はAGC増幅率制御を行う。具体的には、処理制御部36は、プリアンブル期間中に、ADコンバータ35の出力値(AD値)が予め設定した規定範囲内(例えば、8ビットのADコンバータ35を使用した場合、AD値が235〜245の範囲内)に収まるように、可変ゲイン増幅器33の増幅率を調整する。このようなAGC増幅率制御により、バンドパスフィルタ32を通過した信号の振幅を一定に揃えることができる。   First, the processing control unit 36 receives a preamble based on a signal (after A / D conversion) received by the photodiode 2 and passed through the band pass filter 32 (hereinafter also referred to as a preamble period). It is determined whether or not there is. When it is a preamble period, AGC gain control is performed. Specifically, the processing control unit 36 determines that the output value (AD value) of the AD converter 35 is within a predetermined range (for example, when the 8-bit AD converter 35 is used) during the preamble period. The gain of the variable gain amplifier 33 is adjusted so that it falls within the range of 235 to 245. By such AGC gain control, the amplitude of the signal that has passed through the bandpass filter 32 can be made uniform.

そして、そのAGC増幅率制御が完了した時点(ADコンバータ35のAD値が規定範囲内に入った時点)で、可変ゲイン増幅器33の増幅率を固定し、このAGC増幅率を次回のプリアンブル期間まで保持・継続する。このような処理により、図5に示す光変調OFFの期間(信号レベルがゼロの期間)ではAGC増幅率制御が実行されず、AGC増幅率が上がることがないので、次回のプリアンブル期間でのAGC増幅率の調整時間を短くすることができる。   Then, when the AGC gain control is completed (when the AD value of the AD converter 35 falls within the specified range), the gain of the variable gain amplifier 33 is fixed, and this AGC gain is used until the next preamble period. Hold and continue. By such processing, the AGC gain control is not performed in the optical modulation OFF period (period in which the signal level is zero) shown in FIG. 5, and the AGC gain is not increased. Therefore, the AGC in the next preamble period is not performed. The adjustment time of the amplification factor can be shortened.

ここで、上述の如く、光送信器100と光受信器1との間の通信距離の変化等により、フォトダイオード2が受信する光変調信号の信号レベルが変化(低下)する場合がある。これを解消するために、本実施形態では、上記したローパスフィルタ34が抽出する直流成分(フォトダイオード2で受光した光信号の光量に相当)を用いて、プリアンブル時の初期のAGC増幅率を設定することによりAGC増幅率を適正に設定する。その具体的な例について説明する。   Here, as described above, the signal level of the optical modulation signal received by the photodiode 2 may change (decrease) due to a change in the communication distance between the optical transmitter 100 and the optical receiver 1. In order to solve this problem, in the present embodiment, the initial AGC amplification factor at the time of preamble is set using the DC component (corresponding to the light amount of the optical signal received by the photodiode 2) extracted by the low-pass filter 34 described above. By doing so, the AGC gain is set appropriately. A specific example will be described.

まず、本実施形態では、フォトダイオード2が出力する電気信号に含まれる直流成分(ローパスフィルタ34にて抽出する直流成分)と、適切なAGC増幅率との関係を、予め計測・計算等によって取得してテーブル化しておき、そのテーブルを処理制御部36に記憶しておく。また、本実施形態の処理制御部36は、上述したように、ローパスフィルタ34によって抽出され、ADコンバータ35を通過した直流成分を認識・記憶している。   First, in the present embodiment, the relationship between the DC component (DC component extracted by the low-pass filter 34) included in the electrical signal output from the photodiode 2 and the appropriate AGC gain is acquired in advance by measurement and calculation. Then, it is made into a table and the table is stored in the processing control unit 36. Further, as described above, the processing control unit 36 of the present embodiment recognizes and stores the DC component extracted by the low-pass filter 34 and passed through the AD converter 35.

そして、処理制御部36は、図5に示す光変調OFF期間において、上記ローパスフィルタ34によって抽出される直流成分(A/D変換後)を用いて上記テーブルを参照してAGC増幅率を求め、この光変調OFF時に求めたAGC増幅率を、次回のプリアンブル時の初期のAGC増幅率とする。このような処理により、通信距離の変化等による受信信号(光変調信号)の信号レベル変化に対応することができ、適切なAGC増幅率の調整を短時間で終了することができる。   Then, the processing control unit 36 obtains the AGC gain by referring to the table using the DC component (after A / D conversion) extracted by the low-pass filter 34 in the light modulation OFF period shown in FIG. The AGC gain obtained when the light modulation is OFF is set as the initial AGC gain at the next preamble. By such processing, it is possible to cope with a change in the signal level of the received signal (optical modulation signal) due to a change in communication distance or the like, and an appropriate AGC gain adjustment can be completed in a short time.

なお、通信距離の変化等がない場合(前回の光変調OFF時の直流成分と、今回の光変調OFF時の直流成分とに差がない場合)には、前回のプリアンブル時で設定したAGC増幅率を、そのまま今回のプリアンブル時の初期のAGC増幅率とする。   When there is no change in the communication distance (when there is no difference between the direct current component when the previous optical modulation is OFF and the direct current component when the current optical modulation is OFF), the AGC amplification set at the previous preamble is used. The rate is directly used as the initial AGC gain at the time of this preamble.

−他の実施形態−
以上の実施形態では、初段増幅器31の出力信号に含まれる直流成分を検出する手段として、ローパスフィルタ34を用いているが、本発明はこれに限られることなく、初段増幅器31の出力信号に含まれる直流成分を検出できるものであれば、他の回路構成の検出手段を用いてもよい。
-Other embodiments-
In the above embodiment, the low-pass filter 34 is used as means for detecting the DC component included in the output signal of the first-stage amplifier 31, but the present invention is not limited to this and is included in the output signal of the first-stage amplifier 31. Any other circuit configuration detection means may be used as long as it can detect the direct current component.

以上の実施形態では、変調回路101及びLED103等を有する光送信器100と、フォトダイオード2、増幅回路3及び復調回路4等を有する光受信器1とを備えた片方向通信の光通信システムを例にとって説明したが、本発明はこれに限られることなく、送信側及び受信側の両方に、LED駆動回路系(変調回路等)及び受光回路系(復調回路等)を備えさせた双方向通信の光通信システムに用いられる増幅回路にも適用可能である。   In the above embodiment, an optical communication system for one-way communication including the optical transmitter 100 having the modulation circuit 101, the LED 103, and the like, and the optical receiver 1 having the photodiode 2, the amplification circuit 3, the demodulation circuit 4, and the like. Although described as an example, the present invention is not limited to this, and bidirectional communication is provided with an LED drive circuit system (modulation circuit, etc.) and a light receiving circuit system (demodulation circuit, etc.) on both the transmission side and the reception side. The present invention can also be applied to an amplifier circuit used in an optical communication system.

以上の実施形態では、LEDが出力する可視光を利用してデータ通信を行う可視光通信システムを例にとって説明したが、本発明にこれに限られることなく、例えば、蛍光灯などの放電灯、有機EL、無機ELなどの光源が出力する可視光を利用してデータ通信を行う可視光通信システムに用いられる増幅回路にも適用可能である。   In the above embodiment, the visible light communication system that performs data communication using the visible light output from the LED has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, for example, a discharge lamp such as a fluorescent lamp, The present invention is also applicable to an amplifier circuit used in a visible light communication system that performs data communication using visible light output from a light source such as an organic EL or an inorganic EL.

本発明は、可視光通信などにおいて光変調信号を受信する光受信器に利用可能であり、さらに詳しくは、受光素子が出力する電気信号の振幅を増幅する機能を有する光受信器において、AGC増幅率の調整時間を短くする技術に有効に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optical receiver that receives an optical modulation signal in visible light communication or the like, and more specifically, in an optical receiver having a function of amplifying the amplitude of an electric signal output from a light receiving element. It can be effectively used for a technique for shortening the rate adjustment time.

1 光受信器
2 フォトダイオード(受光素子)
3 増幅回路
31 初段増幅器
31a オペアンプ
31b 帰還抵抗器
32 バンドパスフィルタ
33 可変ゲイン増幅器
34 ローパスフィルタ(直流成分検出手段)
35 ADコンバータ
36 処理制御部(制御手段)
37 バイアス回路
37a DAコンバータ
37b 抵抗器
4 復調回路
100 光送信器
101 変調回路
102 LED駆動回路
103 LED
1 Optical receiver 2 Photodiode (light receiving element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Amplifier circuit 31 First stage amplifier 31a Operational amplifier 31b Feedback resistor 32 Band pass filter 33 Variable gain amplifier 34 Low pass filter (DC component detection means)
35 AD converter 36 Processing control unit (control means)
37 Bias circuit 37a DA converter 37b Resistor 4 Demodulation circuit 100 Optical transmitter 101 Modulation circuit 102 LED drive circuit 103 LED

Claims (4)

同期用のプリアンブルを使用する光通信システムにおいて、送信側から送信される光信号を受信する光受信器であって、
前記送信側からの光信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子が出力する電気信号の振幅を増幅する可変ゲイン増幅器と、前記可変ゲイン増幅器の増幅率を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記送信側からの通信データに付加されたプリアンブルを受信しているときに前記可変ゲイン増幅器の増幅率制御を行い、前記プリアンブルを受信していないときには前記可変ゲイン増幅器の増幅率を固定することを特徴とする光受信器。
In an optical communication system that uses a preamble for synchronization, an optical receiver that receives an optical signal transmitted from a transmission side,
A light receiving element that receives an optical signal from the transmission side and converts it into an electric signal, a variable gain amplifier that amplifies the amplitude of the electric signal output from the light receiving element, and a control means that controls the amplification factor of the variable gain amplifier And
The control means performs gain control of the variable gain amplifier when receiving a preamble added to communication data from the transmitting side, and performs gain control of the variable gain amplifier when not receiving the preamble. An optical receiver characterized by fixing.
請求項1記載の光受信器において、
前記プリアンブルを受信していないときに、前記受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分を直流成分検出手段にて検出し、その直流成分に基づいて、前記プリアンブル受信時における前記可変ゲイン増幅器の増幅率の初期値を設定することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 1.
When the preamble is not received, the DC component included in the electrical signal output by the light receiving element is detected by the DC component detecting means, and based on the DC component, the variable gain amplifier at the time of receiving the preamble is detected. An optical receiver characterized by setting an initial value of an amplification factor.
請求項2記載の光受信器において、
前記直流成分と前記可変ゲイン増幅器の増幅率との関係が予め設定されたテーブルを用いて、プリアンブルを受信していないときの直流成分に基づいて前記プリアンブル受信時における前記可変ゲイン増幅器の増幅率の初期値を設定することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 2.
Using a table in which the relationship between the DC component and the gain of the variable gain amplifier is set in advance, the gain of the variable gain amplifier at the time of receiving the preamble is based on the DC component when the preamble is not received. An optical receiver characterized by setting an initial value.
請求項2または3記載の光受信器において、
前記直流成分検出手段は、抵抗器とコンデンサとからなり、前記受光素子が出力する電気信号に含まれる直流成分のみを抽出するローパスフィルタであることを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 2 or 3,
2. The optical receiver according to claim 1, wherein the direct current component detecting means is a low-pass filter that includes a resistor and a capacitor and extracts only a direct current component included in an electric signal output from the light receiving element.
JP2011136304A 2011-06-20 2011-06-20 Optical receiver Withdrawn JP2013005327A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011136304A JP2013005327A (en) 2011-06-20 2011-06-20 Optical receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011136304A JP2013005327A (en) 2011-06-20 2011-06-20 Optical receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013005327A true JP2013005327A (en) 2013-01-07

Family

ID=47673384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011136304A Withdrawn JP2013005327A (en) 2011-06-20 2011-06-20 Optical receiver

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013005327A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281834A (en) * 2014-06-19 2016-01-27 瑞萨电子株式会社 Optical receiver
WO2021109453A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 大连理工大学 New high-robustness underwater optical communication system
CN113271146A (en) * 2021-05-14 2021-08-17 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 Visible light communication method, device and system and computer readable storage medium

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281834A (en) * 2014-06-19 2016-01-27 瑞萨电子株式会社 Optical receiver
US9531471B2 (en) 2014-06-19 2016-12-27 Renesas Electronics Corporation Optical receiver
WO2021109453A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 大连理工大学 New high-robustness underwater optical communication system
US11245476B2 (en) 2019-12-02 2022-02-08 Dalian University Of Technology Highly robust underwater optical communication system
CN113271146A (en) * 2021-05-14 2021-08-17 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 Visible light communication method, device and system and computer readable storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6063474B2 (en) Closed loop optical modulation amplitude control
US9867261B2 (en) Light emitting device with dimming visible light communication function and interaction device applying for visible light
US9077456B2 (en) Visible light receiving device and visible light receiving method
US9735887B2 (en) Optical reception device and optical reception method
JP4017602B2 (en) EDGE power detector / controller
JP2007110231A (en) Light receiving circuit
US7787781B2 (en) Optical receiver reliably detectable loss-of-signal state
US9647772B2 (en) Signal decision circuit, optical receiver, and signal decision method
JP2013005327A (en) Optical receiver
WO2007148753A1 (en) Transmission circuit and communication device
CN201690436U (en) Working point control device applied in phase modulator
JP5635474B2 (en) Transimpedance amplifier
JP2004506375A (en) Method and apparatus for suppressing interference in a receiver circuit
US8447192B2 (en) Infrared receiver circuit
JP6317795B2 (en) Optical receiver, level detection circuit, and receiver
US20080219680A1 (en) Optical receiving apparatus and balance adjustment method
JP2013005326A (en) Amplifier circuit
JP2009033558A (en) Optical space receiver and electronic device equipped with the receiver
JP2007274396A (en) Optical transmission system
US20080159755A1 (en) Optical signal receiving apparatus
JP5025771B2 (en) Gain control device for variable gain amplifier and gain control method thereof
KR20100036510A (en) Infrared signal receiver of having band rejection filter
JP5073848B1 (en) Optical phase control circuit
JP2004274173A (en) Preamplifier circuit
KR101984855B1 (en) Apparatus and Method for Communicating Robust Visible Light with Ambient Light Noise

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140902