JP2019022048A - Spatial optical communication system and method for transmitting and receiving data in spatial optical communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を直接空間に放射して通信を行う空間光通信システムおよびそのデータ送受信方法に関する。 The present invention relates to a spatial optical communication system that performs communication by emitting light directly into space and a data transmission / reception method thereof.
従来から用いられてきた空間光通信システムの一例を図9、図10に示す。図9、図10において、110は例えばタブレットPC(パソコン)等の第1の電子機器であり、111は、第1の電子機器110に接続され、データ等の電気信号を光信号に変換する発光素子および受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を有した空間光送受信器である。
An example of a conventional spatial optical communication system is shown in FIGS. 9 and 10,
120は、例えばノートPC等の第2の電子機器であり、121は、第2の電子機器120に接続され、データ等の電気信号を光信号に変換する発光素子および受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を有した空間光送受信器である。
第1の電子機器110および空間光送受信器111により第1の通信装置を構成し、第2の電子機器120および空間光送受信器121により第2の通信装置を構成している。
The first
図9、図10では、一例として空間光送受信器111の発光素子の有効角度である照射角度(光の広がる角度であり、一般的には光度値が最大光度の1/2もしくは1/10となる角度)と、空間光送受信器121の受光素子の有効角度である半値角(相対感度が半分になる角度)を図示している。
9 and 10, as an example, an irradiation angle (an angle at which light is spread, which is an effective angle of the light emitting element of the spatial light transmitter /
光通信の場合、送受信の光が、発光素子、受光素子の有効角度の範囲内に入っていなければ通信ができず、図10に示した様に、第1の電子機器110および空間光送受信器111が例えば移動したことにより光の送受信範囲を逸脱すると通信できない。この理由は、光の直線性が極めて強い為、受光素子の受光範囲(半値角度)を外れれば感度が低下し、通信出来ない為である。
In the case of optical communication, communication is not possible unless the transmitted / received light is within the effective angle range of the light emitting element and the light receiving element. As shown in FIG. 10, the first
この範囲を広くする方法としては、光送信電力(光の強さ)を大きくする方法が考えられる。 As a method of widening this range, a method of increasing optical transmission power (light intensity) can be considered.
しかしながら、光の送信電力を大きくすると言う事は、受信電力が距離の2乗に反比例して低下する物理的制約から、広範囲の遠方まで通信する事は送信光電力を極めて大きくする必要が有り、距離を求める場合、実現困難になる。 However, increasing the optical transmission power means that the received optical power is reduced in inverse proportion to the square of the distance, so that it is necessary to increase the optical transmission power to communicate far away over a wide range. When determining the distance, it becomes difficult to realize.
また逆に、感度を高める方法もあるが、この場合は、高感度で複雑な受信回路を使用する事になり、同じく実現困難になる。 Conversely, there is a method for increasing the sensitivity, but in this case, a highly sensitive and complicated receiving circuit is used, which is also difficult to realize.
以上から、空間光伝送の場合、通常用いられる方法としては、レンズ等で光軸を絞り、相手局に正確に合わせることで通信する方式が一般的である。レンズ等で光軸を絞れば遠くまで光は到達するが、デメリットとして受光範囲(受光可能な角度)は狭くなる。 From the above, in the case of spatial light transmission, as a method that is usually used, a method is generally used in which communication is performed by narrowing the optical axis with a lens or the like and accurately matching the other station. If the optical axis is reduced by a lens or the like, the light reaches far, but as a demerit, the light receiving range (light receiving angle) is narrowed.
この為、従来方式を適用する場合、常に相手局に光軸を向け続ける必要が有り、この結果、可搬型端末での使用等、相手が動く場合、適用が難しかった。 For this reason, when the conventional method is applied, it is necessary to always aim the optical axis toward the other station, and as a result, it is difficult to apply when the other party moves, such as in a portable terminal.
尚、従来例として、特許文献1には、データ処理装置に複数の受発光部を設け、これらを切り替えて送受信する事で、広範囲に通信する方式が記載されている。 As a conventional example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes a method of communicating over a wide range by providing a plurality of light emitting / receiving units in a data processing device and switching between them to transmit and receive.
また、特許文献2には、複数の受光部を設け、各受光部で受信した信号の内、信号の変化が一番早く起こった信号を選択する方式が記載されている。 Patent Document 2 describes a method in which a plurality of light receiving units are provided, and a signal in which a signal change occurs most quickly among signals received by the respective light receiving units is described.
また、特許文献3には、光センサーと受光レンズで構成した光受信部を単位ユニットとし、任意の数の単位ユニットを組合わせて送受信素子の受光範囲を拡大させることが記載されている。 Further, Patent Document 3 describes that a light receiving unit composed of an optical sensor and a light receiving lens is used as a unit unit, and an arbitrary number of unit units are combined to expand a light receiving range of a transmitting / receiving element.
特許文献1に記載の通信システムでは、CPU,ROM,RAM等により、コンピュータを使用し制御するため、装置が非常に複雑となる。また、CPUによるソフトウェア制御を行うため、実効伝送速度も遅くなる問題点が有った。
In the communication system described in
特許文献2に記載の方式は、前提条件として、複数の送受信器の内、一番早く変化した送受信器は、相手局と一番近いと想定され、更に一番近い送受信器の受信信号が一番強いと想定され、この信号を選択することが有効であると判断する方式と推測される。 In the method described in Patent Document 2, as a precondition, the transmitter / receiver that has changed the earliest among a plurality of transmitters / receivers is assumed to be closest to the partner station, and the reception signal of the closest transmitter / receiver is one. It is assumed that it is the strongest, and it is presumed that the method of judging that it is effective to select this signal.
ここで、特許文献2に記載の方式を、本発明の実施形態例による空間光通信システムの構成図(図8の俯瞰図)において適用した場合の不具合を説明する。図8において、211は第1の電子機器である端末側電子機器210に接続された空間光送受信器である。
Here, a problem when the method described in Patent Document 2 is applied to the configuration diagram (overhead view of FIG. 8) of the spatial optical communication system according to the embodiment of the present invention will be described. In FIG. 8, 211 is a spatial light transmitter / receiver connected to the terminal-side
221A〜221Cは、複数の通信ポイントである各ノードA〜Cに分散配置され、信号選択器300を介して第2の電子機器であるホスト側電子機器220に接続された空間光送受信器である。
221A to 221C are spatial light transmitters / receivers that are distributed in each of the nodes A to C, which are a plurality of communication points, and are connected to the host-side
端末側の空間光送受信器211とホスト側の空間光送受信器221A〜221C間で光信号の送信、受信が行われるが、ノードBの空間光送受信器221Bと空間光送受信器211の間の距離LBが一番近い場合、最初に変化するのはノードBからの信号と考えられる。このため特許文献2の方式を適用した場合、ノードBからの受信信号が一番強いと判断することになる。
Optical signals are transmitted and received between the spatial
しかしながら、観葉植物等の妨害物400が空間光送受信器211−221B間の光伝送経路に有る場合、受信レベルが大きく低下する可能性が有る。この様に、最初に到達する信号が必ず最適な信号とは決められない状況が、通常の運用でも十分起こりうる。
However, when the
この例以外にも、ガラスによる反射で、後から来る信号の方が大きい場合は充分有り得る事であり、以上の実運用を想定したケースのように、特許文献2の方式では一度選択した信号が覆る可能性が有り、うまく機能しない可能性が有る。 In addition to this example, if the signal coming later is larger due to reflection by the glass, it is possible that the signal that has been selected is large. There is a possibility of covering, it may not work well.
また、特許文献3に記載の構成では、前記図10で述べたように受光範囲を逸脱した場合や、前記図8で述べたように光の伝送経路に妨害物が有った場合などの対応は明記されていない。 Further, in the configuration described in Patent Document 3, it is possible to deal with a case where the light receiving range deviates as described in FIG. 10 or a case where there is an obstruction in the light transmission path as described in FIG. Is not specified.
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、空間光通信における通信路を広い範囲にわたって確保し、安定した通信が行える空間光通信システムおよびそのデータ送受信方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a spatial optical communication system and a data transmission / reception method thereof that can secure a wide range of communication paths in spatial optical communication and perform stable communication. .
上記課題を解決するための請求項1に記載の空間光通信システムは、
移動可能に構成された光送受信器および該光送受信器に接続されてデータの送受信を行う第1の電子機器を有した第1の通信装置と、分散配置された複数の光送受信器、およびデータの送受信を行う第2の電子機器、および該第2の電子機器に接続され前記分散された複数の光送受信器を選択する信号選択手段を有した第2の通信装置との間で通信を行う空間光通信システムであって、
前記第1の電子機器は、送信データの無いときにダミー信号を送信する機能を有し、
前記第1の通信装置の光送受信器は、送信する電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、光受信部で変換された電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプとを備え、
前記第2の通信装置の複数の送受信器は、送信する電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、光受信部で変換された電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプと、光受信部で変換された電気信号のレベルを検出する受信レベル検出部とを、各々備え、
前記信号選択手段は、
前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器への送信データが無いときにダミー信号を送信信号として送り、前記各光送受信器から第2の電子機器への受信信号中のダミー信号を削除する機能を有し、
前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器のいずれかへの送信電気信号経路又はダミー信号の送信を切替える送信切替スイッチと、前記各光送受信器のいずれかから第2の電子機器への受信電気信号経路を切替える受信切替スイッチと、
前記分散配置された複数の光送受信器の各受信レベル検出部で検出された電気信号レベルの最大値を求めて、最大受信レベルの光送受信器を検出する最大受信レベル検出部と、
前記第1の通信装置から第2の通信装置へのリンク時は、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチをダミー信号の送信側に切替え、
前記第2の通信装置から第1の通信装置へのリンク時は、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチを、第2の電子機器からの送信データが無い期間はダミー信号の送信側に切替え、第2の電子機器からの送信データが有る期間は前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の送信信号経路に切替える制御を行うスイッチ制御部と、
を備えたことを特徴とする。
The spatial optical communication system according to
A first communication apparatus having an optical transceiver configured to be movable and a first electronic device connected to the optical transceiver for transmitting and receiving data, a plurality of optical transceivers arranged in a distributed manner, and data Communication with a second electronic device that transmits / receives data and a second communication device that has signal selection means connected to the second electronic device to select the plurality of dispersed optical transceivers A spatial optical communication system,
The first electronic device has a function of transmitting a dummy signal when there is no transmission data,
The optical transmitter / receiver of the first communication device includes an optical transmitter that converts an electrical signal to be transmitted into an optical signal, an optical receiver that receives and converts the optical signal into an electrical signal, and an optical receiver. An AGC amplifier that holds the peak value of the converted electrical signal and performs automatic gain adjustment;
The plurality of transceivers of the second communication device includes: an optical transmission unit that converts an electrical signal to be transmitted into an optical signal and transmits the optical signal; an optical reception unit that receives and converts the optical signal into an electrical signal; and an optical reception unit An AGC amplifier that holds the peak value of the electrical signal converted in step (a) and performs automatic gain adjustment, and a reception level detector that detects the level of the electrical signal converted by the optical receiver,
The signal selection means includes
When there is no transmission data from the second electronic device to the plurality of optically arranged optical transceivers, a dummy signal is transmitted as a transmission signal, and a received signal from the optical transceiver to the second electronic device It has a function to delete dummy signals,
A transmission changeover switch for switching transmission of a transmission electrical signal path or a dummy signal from the second electronic device to any one of the plurality of optically arranged optical transceivers, and a second from each of the optical transceivers. A reception changeover switch for switching a reception electric signal path to the electronic device;
A maximum reception level detection unit for detecting an optical transmitter / receiver having a maximum reception level by obtaining a maximum value of an electric signal level detected by each reception level detection unit of the plurality of optically arranged optical transceivers distributed;
At the time of linking from the first communication device to the second communication device, the reception changeover switch is switched to the reception signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detector, Switch the transmission selector switch to the dummy signal transmission side,
At the time of linking from the second communication device to the first communication device, the reception changeover switch is switched to the reception signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit, The transmission changeover switch is switched to the transmission side of the dummy signal when there is no transmission data from the second electronic device, and the maximum detected by the maximum reception level detection unit during the period when there is transmission data from the second electronic device. A switch control unit that performs control to switch to a transmission signal path on the optical transceiver side of the reception level;
It is provided with.
また、請求項2に記載の空間光通信システムのデータ送受信方法は、
移動可能に構成された光送受信器および該光送受信器に接続されてデータの送受信を行う第1の電子機器を有した第1の通信装置と、分散配置された複数の光送受信器、およびデータの送受信を行う第2の電子機器、および該第2の電子機器に接続され前記分散された複数の光送受信器を選択する信号選択手段を有した第2の通信装置との間で通信を行う空間光通信システムのデータ送受信方法であって、
前記第1の通信装置および第2の通信装置の各光送受信器は、受信した光信号を光−電変換した電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプを各々備え、
前記第2の通信装置の各光送受信器は、受信した光信号を光−電変換した電気信号のレベルを検出する受信レベル検出部を各々備え、
前記信号選択手段は、前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器のいずれかへの送信電気信号経路又はダミー信号の送信を切替える送信切替スイッチと、前記各光送受信器のいずれかから第2の電子機器への受信電気信号経路を切替える受信切替スイッチとを備え、
前記第1の電子機器が、送信データの無いときにダミー信号を送信するステップと、
前記信号選択手段が、前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器への送信データが無いときにダミー信号を送信信号として送るステップと、
前記信号選択手段が、前記各光送受信器から第2の電子機器への受信信号中のダミー信号を削除するステップと、
前記信号選択手段に設けられた最大受信レベル検出部が、前記分散配置された複数の光送受信器の各受信レベル検出部で検出された電気信号レベルの最大値を求めて、最大受信レベルの光送受信器を検出する最大受信レベル検出ステップと、
前記信号選択手段に設けられたスイッチ制御部が、前記第1の通信装置から第2の通信装置へのリンク時に、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチをダミー信号の送信側に切替えるステップと、
前記スイッチ制御部が、前記第2の通信装置から第1の通信装置へのリンク時に、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチを、第2の電子機器からの送信データが無い期間はダミー信号の送信側に切替え、第2の電子機器からの送信データが有る期間は前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の送信信号経路に切替えるステップと、
を備えたことを特徴とする。
The data transmission / reception method of the spatial optical communication system according to claim 2 is:
A first communication apparatus having an optical transceiver configured to be movable and a first electronic device connected to the optical transceiver for transmitting and receiving data, a plurality of optical transceivers arranged in a distributed manner, and data Communication with a second electronic device that transmits / receives data and a second communication device that has signal selection means connected to the second electronic device to select the plurality of dispersed optical transceivers A data transmission / reception method for a spatial light communication system, comprising:
Each of the optical transceivers of the first communication device and the second communication device includes an AGC amplifier that performs automatic gain adjustment by holding a peak value of an electric signal obtained by opto-electric conversion of the received optical signal,
Each optical transceiver of the second communication device includes a reception level detection unit that detects a level of an electrical signal obtained by photoelectrically converting the received optical signal,
The signal selection means includes a transmission changeover switch for switching transmission of a transmission electrical signal path or a dummy signal from the second electronic device to any of the plurality of optically arranged optical transceivers, and each of the optical transceivers. A reception changeover switch that switches a reception electrical signal path from any one to the second electronic device,
The first electronic device transmitting a dummy signal when there is no transmission data;
The signal selection means sending a dummy signal as a transmission signal when there is no transmission data from the second electronic device to the plurality of optically arranged optical transceivers;
The signal selecting means deleting a dummy signal in the received signal from each optical transceiver to the second electronic device;
The maximum reception level detection unit provided in the signal selection means obtains the maximum value of the electric signal level detected by each reception level detection unit of the plurality of optically arranged optical transceivers, and outputs the light of the maximum reception level. A maximum reception level detection step for detecting a transceiver;
When the switch control unit provided in the signal selection unit links from the first communication device to the second communication device, the switch of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit is set to the reception changeover switch. Switching to the reception signal path on the optical transceiver side, switching the transmission switch to the transmission side of the dummy signal;
When the switch control unit is linked from the second communication device to the first communication device, the reception change-over switch is set to the reception signal on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit. Switching to a path, switching the transmission switch to a dummy signal transmission side during a period when there is no transmission data from the second electronic device, and the maximum reception level detecting unit during a period when there is transmission data from the second electronic device. Switching to the transmission signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected in
It is provided with.
(1)請求項1、2に記載の発明によれば、第2の通信装置の複数の光送受信器を分散配置しているので、移動可能である第1の通信装置との通信路を広い範囲にわたって確保することができる。 (1) According to the first and second aspects of the present invention, since the plurality of optical transceivers of the second communication device are distributed, the communication path with the movable first communication device is wide. Can be secured over a range.
また、第1の通信装置の光送受信器と第2の通信装置の複数の光送受信器のいずれかとの間の経路に光信号の減衰を引き起こす障害物が存在しても、複数の光送受信器のうち通信可能ないずれかの経路が有れば、その経路を利用して通信することができる。 Even if an obstacle causing attenuation of an optical signal is present in the path between the optical transceiver of the first communication device and any of the plurality of optical transceivers of the second communication device, the plurality of optical transceivers If there is any one of the routes that can be communicated, communication can be performed using the route.
また、送信データの無いときでも常時ダミー信号を送信しているので、利得確保のために空間光通信において必要なAGCアンプを安定動作させることができ、常に最適な利得で受信を行うことができる。 In addition, since a dummy signal is always transmitted even when there is no transmission data, an AGC amplifier necessary for spatial optical communication can be stably operated to ensure gain, and reception can always be performed with an optimum gain. .
また、最大受信レベル検出部によって第2の通信装置側の最大受信レベルの光送受信器を検出しているので、常に最大受信レベルの光送受信器を介して送受信が行える。 In addition, since the maximum reception level detecting unit detects the optical transmitter / receiver having the maximum reception level on the second communication apparatus side, transmission / reception can always be performed via the optical transmitter / receiver having the maximum reception level.
また、CPU等によるソフトウェア処理を必要とせず、比較的簡単な構成によって、複数の通信ポイント、すなわち分散配置された複数の光送受信器を制御することができる。 In addition, it is possible to control a plurality of communication points, that is, a plurality of optical transceivers arranged in a distributed manner, with a relatively simple configuration without requiring software processing by a CPU or the like.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1は、本実施形態例による空間光通信システムの構成を示し、210は、例えばタブレットPC(パソコン)等の端末側電子機器(第1の電子機器)であり、211は、端末側電子機器210に接続され、データ等の電気信号を光信号に変換する発光素子および受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を有した空間光送受信器である。この端末側電子機器210および空間光送受信器211は可搬型であり、移動可能となっており、これらによって第1の通信装置を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 1 shows a configuration of a spatial light communication system according to the present embodiment, 210 is a terminal-side electronic device (first electronic device) such as a tablet PC (personal computer), and 211 is a terminal-side electronic device. A spatial light transceiver that is connected to 210 and has a light emitting element that converts an electrical signal such as data into an optical signal and a light receiving element that converts a received optical signal into an electrical signal. The terminal-side
220は、例えばノートPC等のホスト側電子機器(第2の電子機器)であり、221A〜221Cはホスト側電子機器220側の複数の通信ポイントであるノードA〜Cに各々分散配置され、データ等の電気信号を光信号に変換する発光素子および受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を有した空間光送受信器である。
尚、分散配置する空間光送受信器(221)は3個に限らず複数の他の個数であっても良い。 Note that the number of spatial light transmitters / receivers (221) to be distributed is not limited to three, but may be a plurality of other numbers.
300は、ホスト側電子機器220に接続され、送信データが無いときに後述するダミー信号を送信信号として送り、受信信号中のダミー信号を削除する機能、前記ホスト側電子機器220から前記複数の空間光送受信器221A〜221Cの何れかへの送信電気信号経路又はダミー信号の送信を切替える送信切替スイッチ、空間光送受信器221A〜221Cのいずれかからホスト側電子機器220への受信電気信号経路を切替える受信切替スイッチ、空間光送受信器221A〜221Cのうち最大受信レベルの空間光送受信器を検出し、前記送信切替スイッチおよび受信切替スイッチを前記検出した最大受信レベルの空間光送受信器側に切替える制御機能等を有した信号選択器である。
A
前記ホスト側電子機器220、空間光送受信器221A〜221Cおよび信号選択器300は固定配置され、これらによって第2の通信装置を構成している。
The host-side
図1の空間光送受信器211、221A〜221Cおよび信号選択器300は図2のように構成されている。
The spatial
端末側(例えばタブレットPC側)の空間光送受信器211の構成を示す図2(a)において、10は、受光した光信号を電気信号(電流)に変換するフォトダイオード(受光素子)である。フォトダイオード10の出力信号は受信アンプ11によって電圧に変換され増幅される。
In FIG. 2A showing the configuration of the spatial
12は、受信アンプ11の出力電圧を入力とし、該電圧のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプである。AGCアンプ12の出力電圧(受信信号)は、制御部13において所定の閾値と比較され、閾値以上の信号が復調結果として受信アンプ14およびコネクター20を介して図示省略の端末側電子機器210に導出される。
An
端末側電子機器210からデータ信号がコネクター20および送信アンプ15を介して制御部13に入力されると、制御部13はLEDドライバー16を介して発光ダイオード(発光素子)17を駆動し、これによって前記データ信号は発光ダイオード17によって光信号に変換され、空間へ送信される。
When a data signal is input from the terminal-side
尚、端末側電子機器210は、送信データが無いときに、該送信データに代えてダミー信号であるIDLE信号(アイドル状態の信号)を送信する機能を有している。
The terminal-side
図2(b)は、ホスト側に分散配置され、コネクター20が信号選択器300に接続される3つの空間光送受信器221A〜221Cのうちの1個を表しており、図2(a)と同一部分は同一符号をもって示している。
FIG. 2B shows one of three spatial
図2(b)において図2(a)と異なる点は、制御部13の代わりに、同様の機能を有する制御部23を用い、受信アンプ11の出力から光の受信レベルを検出する受信レベル検出部22を設け、該検出した受信レベル検出信号を制御部23、バッファ24およびコネクター20を介して信号選択器300側へ送るようにした点にあり、その他の部分は図2(a)と同様に構成されている。
2 (b) is different from FIG. 2 (a) in that reception level detection for detecting the light reception level from the output of the
信号選択器300を示す図2(c)において、20A〜20Cは、前記空間光送受信器221A〜221Cの各コネクター20と各々接続されるコネクターであり、20は、ホスト側電子機器220と接続されるコネクターである。
In FIG. 2C showing the
信号制御部30から各コネクター20A〜20Cへの送信信号を増幅する送信アンプ15a〜15cと、各コネクター20A〜20Cから信号制御部30への、受信信号を増幅する受信アンプ14a〜14cおよび受信レベル検出信号をバッファするバッファ34a〜34cとが設けられている。
また、コネクター20と信号制御部30の間には、受信アンプ14および送信アンプ15が設けられている。
A
信号制御部30は図3のように構成されている。図3において、図2と同一部分は同一符号をもって示している。
The
図3において、信号選択器300の信号制御部30は、ホスト側電子機器220から、端末側電子機器210への送信データが無いときに、該送信データの代わりにダミー信号であるIDLE信号(アイドル状態の信号)を送信する機能を有しており、そのIDLE信号はIDLE生成部31で生成される。
In FIG. 3, when there is no transmission data from the host-side
本実施形態例では、ホスト−端末間(220−210間)の通信において、データは連続で通信する事は無く、データが送られない時間も有ることを前提としている。そしてこのデータが送られない時間はこのままでは無信号状態になるので、IDLE信号なる、情報で無い信号を送るものである。 In the present embodiment example, it is assumed that in communication between the host and the terminal (between 220 and 210), data is not continuously communicated and there is a time during which data is not sent. Since the time during which this data is not sent remains as it is, there is no signal, so a signal which is an IDLE signal, which is not information, is sent.
尚、前述したように端末側電子機器210からも、送信データが無いときはIDLE信号を送信するので、情報(データ)を送る時以外は光伝送路には常時IDLE信号が流れている。
As described above, since the IDLE signal is also transmitted from the terminal-side
32は、通信を制御するホストインターフェース(HOST I/F)であり、コネクター20および送信アンプ15を介してホスト側電子機器220から導入された送信信号HOSTTXを、送信信号TXとして後述の送信切替スイッチTXSW1〜TXSW3に送る機能と、後述の受信切替スイッチRXSWから導入された受信信号RXをから前記IDLE信号を削除して、受信信号HOSTRXとして受信アンプ14およびコネクター20を介してホスト側電子機器220に送る機能と、ホスト側電子機器220からの送信データの有無を調べ、有りのときに送信データ有り信号TXENBを発する機能とを備えている。
ホストインターフェース32と、受信アンプ14a〜14c、送信アンプ15a〜15c、バッファ34a〜34cとの間には、送信切替スイッチTXSW1〜TXSW3および受信切替スイッチRXSWが設けられている。
Transmission changeover switches TXSW1 to TXSW3 and a reception changeover switch RXSW are provided between the
TXSW1はノードA用の送信切替スイッチであり、IDLE生成部31からのIDLE信号、又はホストインターフェース32からの送信信号TX、又は送信停止の3つを切替え(いずれかを選択し)、送信信号TXAとして送信アンプ15aに入力する。
TXSW1 is a transmission switch for node A, and switches (selects one) an IDLE signal from the
TXSW2はノードB用の送信切替スイッチであり、IDLE生成部31からのIDLE信号、又はホストインターフェース32からの送信信号TX、又は送信停止の3つを切替え(いずれかを選択し)、送信信号TXBとして送信アンプ15bに入力する。
TXSW2 is a transmission switch for Node B, and switches (selects one) an IDLE signal from the
TXSW3はノードC用の送信切替スイッチであり、IDLE生成部31からのIDLE信号、又はホストインターフェース32からの送信信号TX、又は送信停止の3つを切替え(いずれかを選択し)、送信信号TXCとして送信アンプ15cに入力する。
TXSW3 is a transmission switch for node C, and switches (selects one) an IDLE signal from the
受信切替スイッチRXSWは、受信アンプ14a〜14cにより増幅された受信信号RXA〜RXCを切替え(いずれかを選択し)、受信信号RXとしてホストインターフェース32に入力する。
The reception changeover switch RXSW switches (selects one of) the reception signals RXA to RXC amplified by the
35は、バッファ34a〜34cを介して入力される各空間光送受信器221A〜221Cの受信レベル検出部22で各々検出された受信信号レベルLEVELA〜LEVELCの最大値(最大受信信号強度)を求めて、最大受信レベルの空間光送受信器を検出し、最大受信レベル検出信号MAXSELを出力する最大受信レベル検出部である。
35 calculates the maximum value (maximum received signal strength) of the received signal levels LEVELA to LEVELC detected by the received
36は、最大受信レベル検出部35からの最大受信レベル検出信号MAXSELと、ホストインターフェース32から発せられる送信データ有り信号TXENBとを入力とし、送信切替スイッチ制御信号TXSW1CONT,TXSW2CONT,TXSW3CONTおよび受信切替スイッチ制御信号RXSWCONTを作成して出力するスイッチ制御部である。
36 receives the maximum reception level detection signal MAXSEL from the maximum reception
スイッチ制御部36は、前記端末側電子機器210からホスト側電子機器220へのリンク(UPLINK)時に、前記受信切替スイッチRXSWを、最大受信レベル検出部35で検出された最大受信レベルの空間光送受信器側の受信信号(RXA〜RXCのいずれかの)経路に切替え(受信切替スイッチ制御信号RXSWCONTによる)、前記送信切替スイッチTXSW1〜スイッチTXSW3をIDLE生成部31からのIDLE信号側に切替える(送信切替スイッチ制御信号TXSW1CONT,TXSW2CONT,TXSW3CONTによる)。
The
また、スイッチ制御部36は、前記ホスト側電子機器220から端末側電子機器210へのリンク(DOWNLINK)時に、前記受信切替スイッチRXSWを、前記最大受信レベル検出部35で検出された最大受信レベルの空間光送受信器側の受信信号(RXA〜RXCのいずれかの)経路に切替え(前記制御信号RXSWCONTによる)、前記送信切替スイッチTXSWT1〜XSW3を、ホスト側電子機器220からの送信データが無い期間はIDLE生成部31からのIDLE信号側に切替える(前記制御信号TXSW1CONT,TXSW2CONT,TXSW3CONTによる)。
Further, the
また、ホスト側電子機器220からの送信データが有る期間は最大受信レベル検出部35で検出された最大受信レベルの空間光送受信器側の送信信号経路に切替える制御を行う。
Further, during a period in which there is transmission data from the host-side
すなわち、ノードA〜ノードC用の送信切替スイッチのうち、最大受信レベルであるノードの送信切替スイッチ(TXSW1〜TXSW3のいずれか)において、ホストインターフェース32からの送信信号TXを選択し、その他の送信切替スイッチでは停止を選択する(前記制御信号TXSW1CONT,TXSW2CONT,TXSW3CONTによる)。
That is, among the transmission switch for node A to node C, the transmission signal switch from the
次に、上記のように構成された装置の動作を図4〜図7のタイムチャートとともに説明する。図4は、端末側電子機器210からホスト側電子機器220へデータを送る場合(UPLINK時)の、ホスト側の受信タイミングを示すタイムチャートである。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described with reference to the time charts of FIGS. FIG. 4 is a time chart showing reception timing on the host side when data is sent from the terminal side
図4において、(a)はノードAの各部の信号を示し、(b)はノードBの各部の信号を示し、(c)はノードCの各部の信号を示し、(d)は信号選択器300の信号制御部30の各部の信号を示し、(e)は空間光送受信器211と空間光送受信器221A〜221C間の光伝送路に流れるIDLE信号を示している。
In FIG. 4, (a) shows the signal of each part of the node A, (b) shows the signal of each part of the node B, (c) shows the signal of each part of the node C, and (d) shows the signal selector. The signal of each part of the
この図4はホスト側の受信タイミングを示しており、送信切替スイッチTXSW1〜TXSW3は図4(d)の送信切替スイッチ制御信号TXSW1CONT,TXSW2CONT,TXSW3CONTによって常時IDLE信号が選択されている。 FIG. 4 shows the reception timing on the host side, and the transmission changeover switches TXSW1 to TXSW3 always select the IDLE signal by the transmission changeover switch control signals TXSW1CONT, TXSW2CONT, and TXSW3CONT in FIG.
このため送信信号TXA,TXB,TXCは図4(a)〜(c)のようにIDLEとなっている。 Therefore, the transmission signals TXA, TXB, TXC are IDLE as shown in FIGS.
また、各空間光送受信器221A〜221Cの各受信レベル検出部22の受信レベル検出信号LEVELA〜LEVELCは、図4(a)〜(c)のように各ノードA〜Cの受信強度を示す信号となっている。
Also, the reception level detection signals LEVELA to LEVELC of the reception
尚、各受信強度の大きさは、この例ではLEVELA>LEVELB>LEVELCであるとする。 In this example, the magnitudes of the received strengths are assumed to be LEVELA> LEVELVE> LEVELC.
各ノードA〜Cにおける受信信号RXA〜RXCは、図4(a)〜(c)のように、データ送信期間(時刻t1〜t2)以外は端末側電子機器210からのIDLE信号を受信しているが、データ送信期間(時刻t1〜t2)では各々対応するデータA〜Cとなっている。
As shown in FIGS. 4A to 4C, the reception signals RXA to RXC at the nodes A to C receive the IDLE signal from the terminal-side
尚、図4(a)〜(c)中の伝搬遅延差は、1つの空間光送受信器211と複数の空間光送受信器221A〜221Cの通信時間の差を表している。この伝搬遅延差が生じるのは、各ノードの空間光送受信器間で遅延時間が等しくない事による。
Note that the propagation delay difference in FIGS. 4A to 4C represents a difference in communication time between one spatial
ホストインターフェース32に入力される送信データ(図4(d)のHOSTTX)が無い(HOSTTXがローレベル)ので、ホストインターフェース32から発せられる送信データ有り信号TXENB(図4(d))は、ローレベルとなっている。
Since there is no transmission data (HOSTTX in FIG. 4D) input to the host interface 32 (HOSTTX is low level), the transmission data present signal TXENB (FIG. 4D) issued from the
図4(d)において、最大受信レベル検出部35から出力される最大受信レベル検出信号MAXSELは、最大受信レベルとなっているノードAのLEVELAを示す信号が出力されている。
In FIG. 4D, the maximum reception level detection signal MAXSEL output from the maximum reception
このため、スイッチ制御部36から出力される受信切替スイッチ信号RXSWCONTによって、受信切替スイッチRXSWは受信信号RXAを選択する。したがって、ホストインターフェース32から受信アンプ14に出力される受信信号HOSTRXは、端末側電子機器210からのデータ送信期間(時刻t1〜t2)において、受信信号RXA(ノードAの空間光送受信器221Aを経由したデータA)がホスト側電子機器220に送信される。
Therefore, the reception changeover switch RXSW selects the reception signal RXA based on the reception changeover switch signal RXSWCONT output from the
このようにしてUPLINK時に、最大受信レベルであるノードAの受信信号RXAがホスト側電子機器220に中継される。
In this way, the reception signal RXA of the node A that is the maximum reception level is relayed to the host-side
尚、前記データ送信期間(時刻t1〜t2)以外の期間では、受信切替スイッチRXSWにより選択された受信信号RXAには図4(a)のRXAに示すようにIDLE信号を含むが、ホストインターフェース32のIDLE削除機能によって削除されるためHOSTRXは「無信号」となっている。 In a period other than the data transmission period (time t1 to time t2), the reception signal RXA selected by the reception changeover switch RXSW includes an IDLE signal as indicated by RXA in FIG. Since it is deleted by the IDLE deletion function, HOSTRX is “no signal”.
次に図5は、ホスト側電子機器220から端末側電子機器210へデータを送る場合(DOWNLINK時)のホスト側の送信タイミングを示すタイムチャートである。
Next, FIG. 5 is a time chart showing the transmission timing on the host side when data is sent from the host side
図5において、(a)はノードAの各部の信号を示し、(b)はノードBの各部の信号を示し、(c)はノードCの各部の信号を示し、(d)は信号選択器300の信号制御部30の各部の信号を示し、(e)は空間光送受信器211と空間光送受信器221A〜221C間の光伝送路に流れるIDLE信号を示している。
In FIG. 5, (a) shows the signal of each part of the node A, (b) shows the signal of each part of the node B, (c) shows the signal of each part of the node C, and (d) shows the signal selector. The signal of each part of the
この図5はホスト側の送信タイミングを示しており、図5(a)〜(c)において、受信信号RXA〜RXCはともに端末側電子機器211からのIDLE信号となっており、各空間光送受信器221A〜221Cの各受信レベル検出部22の受信レベル検出信号LEVELA〜LEVELCは、各ノードA〜Cの受信強度となっている。
FIG. 5 shows the transmission timing on the host side. In FIGS. 5A to 5C, the reception signals RXA to RXC are all IDLE signals from the terminal-side
また、図5(d)において、ホストインターフェース32から出力される受信信号HOSTRXは、送信タイミングであるため無信号であり、最大受信レベル検出信号MAXSELは、最大受信レベルとなっているノードAのLEVELAを示す信号が出力されている。
In FIG. 5D, the reception signal HOSTRX output from the
このため受信切替スイッチRXSWは、受信切替スイッチ制御信号RXSWCONTによってノードAの受信信号RXAが選択される。 Therefore, the reception changeover switch RXSW selects the reception signal RXA of the node A by the reception changeover switch control signal RXSWCONT.
送信アンプ15からホストインターフェース32に出力される送信信号HOSTTXは、時刻t1〜t2のデータ送信期間以外の期間は無信号であり、時刻t1〜t2においてホスト側電子機器220から送信データを受信する。
ホストインターフェース32から出力される送信データ有り信号TXENBは時刻t1〜t2のデータ送信期間においてハイレベルとなる。
The transmission signal HOSTTX output from the
The transmission data present signal TXENB output from the
このため、スイッチ制御部36から出力される送信切替スイッチ制御信号TXSW1CONTはホストインターフェース32からの送信信号TXを選択する信号となる。
Therefore, the transmission changeover switch control signal TXSW1CONT output from the
これによって、時刻t1〜t2のデータ送信期間において、送信切替スイッチTXSW1がTX側を選択し(図5(a)のTXAの「データ送信」)、送信データが送信信号TXAとして出力される。 As a result, in the data transmission period from time t1 to t2, the transmission switch TXSW1 selects the TX side ("data transmission" of TXA in FIG. 5A), and the transmission data is output as the transmission signal TXA.
また送信切替スイッチ制御信号TXSW2CONT,TXSW3CONTはともに送信停止を選択する信号となる。これによって時刻t1〜t2のデータ送信期間において送信切替スイッチTXSW2、TXSW3が送信停止側を選択し(図5(b)、(c)のTXB,TXCの「送信停止」)、ノードB、ノードC側は送信を行わない。 The transmission changeover switch control signals TXSW2CONT and TXSW3CONT are both signals for selecting transmission stop. As a result, in the data transmission period from time t1 to t2, the transmission change-over switches TXSW2 and TXSW3 select the transmission stop side ("transmission stop" of TXB and TXC in FIGS. 5B and 5C), and the nodes B and C The side does not transmit.
尚、前記データ送信期間以外の期間では、送信切替スイッチ制御信号TXSW1CONT〜TXSW3CONTによってIDLEが選択されるので、送信信号TXA〜TXCはIDLE信号となっている。 In the period other than the data transmission period, since IDLE is selected by the transmission switch control signals TXSW1CONT to TXSW3CONT, the transmission signals TXA to TXC are IDLE signals.
このように複数のノードA〜Cのうち最大受信レベル側のノードのみから送信を行う理由は、IDLE信号は、後述する図6のIDLE信号に示すように、IDLE周期をノード間伝搬遅延の差以上十分な間隔を確保しており、同時に送信可能なパターンとしているが、データ送信の場合は、ビット間隔を狭くする必要が有り、同時送信は不可能であるからである。ビット間隔は伝送速度を意味し、ビット間隔を広げれば、伝送速度は低下する。IDLE信号は情報でなないので、通信速度が遅くても問題ない。これに対しデータ送信は、通信速度を高める必要が有り、ビット間隔を広げる事はできない。 As described above, the reason why transmission is performed only from the node on the maximum reception level side among the plurality of nodes A to C is that, as shown in an IDLE signal in FIG. This is because a sufficient interval is secured and the pattern can be transmitted simultaneously. However, in the case of data transmission, it is necessary to narrow the bit interval and simultaneous transmission is impossible. The bit interval means the transmission rate. If the bit interval is increased, the transmission rate is lowered. Since the IDLE signal is not information, there is no problem even if the communication speed is low. On the other hand, in data transmission, it is necessary to increase the communication speed, and the bit interval cannot be increased.
次に、複数ノードからの送信処理における、IDLEの送受信タイミング、データの送受信タイミングを図6とともに説明する。図6(a)〜(e)はIDLEの送受信タイミングであり、(a)はホスト側の空間光送受信器221A〜22Cの各送信信号を示し、(b)は端末側の空間光送受信器211で受信した信号を示し、(c)はAGCアンプ12の出力信号を示し、(d)はAGC電圧を示し、(e)は復調結果を示している。
Next, IDLE transmission / reception timing and data transmission / reception timing in transmission processing from a plurality of nodes will be described with reference to FIG. 6A to 6E show IDLE transmission / reception timings, FIG. 6A shows each transmission signal of the spatial
図6(f)〜(i)はデータの送受信タイミングであり、(f)はホスト側の空間光送受信器221A〜22Cの各送信信号を示し、(g)はAGCアンプ12の出力信号を示し、(h)はAGC電圧を示し、(i)は復調結果を示している。
6 (f) to 6 (i) are data transmission / reception timings, (f) shows each transmission signal of the spatial
図6において、IDLE信号は全ノードから同時に送信する(図6(a)のTXA〜TXC)。この目的は、通信相手となる端末側電子機器210、例えばタブレットPC側が可搬型であり、位置を特定できない為、全てのノードから光を送信し、タブレットPC側に受光させる必要が有るからである。
In FIG. 6, the IDLE signal is simultaneously transmitted from all nodes (TXA to TXC in FIG. 6A). This is because the terminal-side
空間光通信のようなシステムでは、光信号の受信電力が距離の2乗に反比例して低下する為、AGCアンプの使用が絶対条件である。また、空間光通信において、バースト伝送(通信)は極めて困難であり、AGCアンプを安定に動作させるためには、送信データが無い時もIDLE信号のようなダミーのデータを送り続ける必要が有る
バースト伝送とは、送信データが有る時だけ送信し、データが無い時には送信しない伝送方式である。受信信号のレベル変動が激しい場合(ダイナミックレンジが広い)、AGCの応答時間が極めて長くなり、バースト通信を行った場合毎回AGCアンプが追従するまで時間を要す事になる。
In a system such as space optical communication, the reception power of an optical signal decreases in inverse proportion to the square of the distance, so the use of an AGC amplifier is an absolute condition. Also, in space optical communication, burst transmission (communication) is extremely difficult, and in order to operate the AGC amplifier stably, it is necessary to continue sending dummy data such as an IDLE signal even when there is no transmission data. Transmission is a transmission method in which transmission is performed only when there is transmission data, and transmission is not performed when there is no data. When the level fluctuation of the received signal is severe (the dynamic range is wide), the AGC response time becomes very long, and it takes time until the AGC amplifier follows each time burst communication is performed.
この結果、ダイナミックレンジが広いAGCアンプを仮に作っても、受信の度にAGCアンプの追従に時間を要し、伝送効率が上らない事になる。 As a result, even if an AGC amplifier having a wide dynamic range is made, it takes time for the AGC amplifier to follow each reception, and transmission efficiency does not increase.
以上の理由から、ダイナミックレンジが広く実用的なバースト通信対応のAGCアンプを作る事は困難である。ゆえに本実施形態例では、バースト伝送ではなく、送信データ無しのときにIDLE信号を送る方式を採用している。 For these reasons, it is difficult to make a practical AGC amplifier with a wide dynamic range and compatible with burst communication. Therefore, the present embodiment employs a method of sending an IDLE signal when there is no transmission data, not burst transmission.
図6(b)に示すように、端末側電子機器210で受信された各ノードA〜Cからの送信信号TXA〜TXC(IDLE信号)にはノード間伝搬遅延の差があるが、図6の例は最短到着信号(TXA)が最大受信レベルである場合を表しており、AGCアンプ12の出力は図6(c)のような階段状の波形となる。
As shown in FIG. 6B, the transmission signals TXA to TXC (IDLE signals) from the nodes A to C received by the terminal-side
尚、図6(b)における信号の受信レベルはTXA>TXB>TXCであり、各ノードA〜Cから端末側電子機器210(タブレットPCなど)までの距離の遠さもTXC>TXB>TXAと仮定する。 Note that the signal reception level in FIG. 6B is TXA> TXB> TXC, and the distance from each node A to C to the terminal-side electronic device 210 (tablet PC, etc.) is also assumed to be TXC> TXB> TXA. To do.
本実施形態例ではIDLE信号のパルス間隔を十分長く取っているので、図6(d)に示すように、AGCアンプ12はピークホールドにより最大受信レベルの信号(この例ではTXA)に対応してAGC制御がかかるので、AGCアンプ12は常に最適な利得(最大信号レベルの信号に、利得が調整された状態)で受信可能状態になる。
In this embodiment, since the pulse interval of the IDLE signal is sufficiently long, the
また、この事は、常に最大受信信号レベルの信号にAGCが追従する事を表し、どのタイミングでも、AGCアンプが飽和していない事を表す。これは言い換えると、常に最大受信信号レベルの信号が受信されている事を示す。 This also means that the AGC always follows the signal of the maximum received signal level, and that the AGC amplifier is not saturated at any timing. In other words, this indicates that a signal having the maximum received signal level is always received.
IDLE信号は、この例ではIDLE周期をあけて、単発パルスが送信されている。このIDLE信号は一例であり、複数ノード同時に送信しても問題ないパターンであれば、他のビットパターンも取りえる。 In this example, the IDLE signal is transmitted as a single pulse with an IDLE cycle. This IDLE signal is an example, and other bit patterns can be used as long as it is a pattern that does not cause a problem even when a plurality of nodes are transmitted simultaneously.
図6(d)のAGC電圧は制御部13において所定の閾値(この例では1.0)と比較判定され、その判定結果が図6(e)に示す復調結果となる。
The AGC voltage shown in FIG. 6D is compared with a predetermined threshold (1.0 in this example) by the
この復調結果は、IDLE信号の復調結果であり、タブレット端末(端末側電子機器)側ではデータとして受信しない信号である。よって、波形の幅が増える等が生じても問題ない。 This demodulation result is a demodulation result of the IDLE signal and is a signal that is not received as data on the tablet terminal (terminal-side electronic device) side. Therefore, there is no problem even if the waveform width increases.
図6(f)〜(i)の時刻tDATA以降のデータ送受信期間では、図6(f)のようにTXAのみ選択され、TXB,TXCは送信停止する。これは、データ送受信はIDLEパターンと異なり、伝送速度が上がる為ビット間隔が狭くなり、結果的に、各ノードが同時に送信すると端末側電子機器側では混信を引き起こすからである。 In the data transmission / reception period after time t DATA in FIGS. 6F to 6I, only TXA is selected as shown in FIG. 6F, and transmission of TXB and TXC is stopped. This is because, unlike the IDLE pattern, data transmission / reception increases the transmission rate, so that the bit interval is narrowed. As a result, if each node transmits simultaneously, interference occurs on the terminal-side electronic device side.
このようにデータ送信時に図6(f)のようにTXAのみの送信に切り替わるので、端末側電子機器210では図6(g),(h),(i)のように、問題なくデータ(DATA)受信が行われる。
As described above, when data is transmitted, transmission is switched to TXA-only transmission as shown in FIG. 6 (f). Therefore, the terminal-side
また、IDLE信号は情報を持たないので、図3の信号選択器300の信号制御部30に搭載されるホストインターフェース32にて削除され、ビット幅の増減等は影響しない。
Since the IDLE signal has no information, it is deleted by the
この時、図6(h)のAGC電圧に示すように、AGCアンプ12がピークホールドタイプのAGC動作をする為、常に最大レベルの受信信号に追従し、この場合は、TXAが最大受信信号であり、AGCアンプ12はTXAに追従する。この事は、TXAのデータ信号を先頭から問題なく受信出来る事を意味する。
At this time, as shown by the AGC voltage in FIG. 6 (h), since the
以上の動作により、端末側電子機器210、例えばタブレットPC側では、複数のノードの送信信号から、安定にデータ(DATA)信号を受信できる。
With the above operation, the terminal-side
本実施形態例では1つの空間光送受信器211に対する最適なノードの空間光送受信器(221A〜221C)を選択する方法として、ノードA〜Cからの受信レベル情報(LEVELA〜LEVELC)を使用している。
In the present embodiment example, reception level information (LEVELA to LEVELC) from the nodes A to C is used as a method of selecting the optimum spatial light transceivers (221A to 221C) of the node for one spatial
図9、図10のように、空間光送受信器の送信と受信の感度範囲は同一の方向とする場合、受信レベル情報LEVELA〜LEVELCの大小が、逆に端末側電子機器210側へ送信した時の受信強度の大小と比例すると考えられる。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, when the sensitivity ranges of the spatial light transmitter / receiver are set in the same direction, the magnitudes of the reception level information LEVELA to LEVELLC are transmitted to the terminal-side
これは、光信号は双方向の関係にあり、片側から送信して強度が最大であるならば、反対側から送信しても強度が最大であると見込めるからである。 This is because the optical signal has a bidirectional relationship, and if the intensity is maximum when transmitted from one side, it can be expected that the intensity is maximum even when transmitted from the opposite side.
以上の理由から、受信レベル情報を用いることにより、最適なノードA〜Cと端末側電子機器210(タブレット端末等)側の組み合わせを決定できる。 For the above reasons, the optimum combination of the nodes A to C and the terminal-side electronic device 210 (tablet terminal or the like) can be determined by using the reception level information.
次に、最短で到着する信号が最強の信号でない場合の動作を、図7のタイムチャートと、図8の構成図とによって説明する。図8において、図1〜図3と同一部分は同一符号をもっと示している。図8では、空間光送受信器211と221B間の光伝送経路に観葉植物等の妨害物400が存在している。
Next, the operation when the signal that arrives in the shortest time is not the strongest signal will be described with reference to the time chart of FIG. 7 and the configuration diagram of FIG. In FIG. 8, the same parts as those in FIGS. In FIG. 8,
また、ノードA−空間光送受信器211間の距離LA、ノードB−空間光送受信器211間の距離LB、ノードC−空間光送受信器211間の距離LCは、LC>LA>LBとして、LCが一番遠距離とする。また、送信信号TXA〜TXCの受信レベルは、TXA>TXC>TXBとする。
Further, the distance LA between the node A and the spatial
尚、図7(a)〜(i)は図6(a)〜(i)と同様の各信号波形を示しているが、図7(b),(c),(d),(g),(h)の波形が相違する。 7A to 7I show signal waveforms similar to those in FIGS. 6A to 6I, but FIGS. 7B, 7C, 7D, and 7G are used. , (H) have different waveforms.
まず図7(a)のように、IDLE送受信タイミングでは、TXA〜TXCは同一のタイミングで送信される。次に端末側電子機器210の空間光送受信器211では、図7(b)のように、最短のTXBよりも遅れて到着するTXAの信号が大きい。このため図7(c)のようにAGCアンプ12の出力電圧は図6(c)とは異なる波形となるが、この場合でも、AGC電圧は図7(d)のように一番信号強度が強いTXAにより制御され、AGCアンプ12の出力も、TXAのレベルに合う。
First, as shown in FIG. 7A, TXA to TXC are transmitted at the same timing at the IDLE transmission / reception timing. Next, in the spatial
図7(d)では、空間光送受信器211の制御部13における閾値1.0による比較判定の様子も示しており、この場合、閾値がTXBとTXCの間に有り、TXBは復調されず、TXAとTXCのみ復調される。この場合でも、AGCアンプ12は図7(d)のようにTXA〜TXCの信号中、一番信号レベルの強いTXAに利得調整されている。
FIG. 7 (d) also shows a state of comparison determination based on the threshold value 1.0 in the
この結果、図7(f)〜(i)の時刻tDATA以降に示すデータ送受信タイミングではTXAより送られてくるデータ(DATA)信号を問題なく受信できる。このように、本実施形態例では、必ずしも信号の到着順序に依存せず、常に最大信号強度の信号を選択する事が出来る。この動作により下りの送信、すなわちDOWNLINK時においても、受信する端末側電子機器210側では、常に最大の信号強度の信号を継続して受信することが出来る。
As a result, the data (DATA) signal sent from TXA can be received without any problems at the data transmission / reception timings shown after time t DATA in FIGS. As described above, in this embodiment, the signal having the maximum signal strength can always be selected without necessarily depending on the arrival order of the signals. With this operation, even in downstream transmission, that is, DOWNLINK, the terminal-side
以上のように本実施形態例によれば、次のような効果が得られる。
(1)空間光通信範囲の拡大
空間光通信では、通信距離を伸ばすためには、発光素子、受光素子にレンズを挿入するなどして光を絞る必要が有る。この為、距離を稼ごうとすると受光角度が極端に狭くなり、人間が可搬するような端末への適用では通信角度が狭い為、ホスト側に合わせるのが非常に困難になり、極めて使いにくいシステムになりかねなかった。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Expansion of the spatial light communication range In the spatial light communication, in order to extend the communication distance, it is necessary to narrow the light by inserting a lens into the light emitting element and the light receiving element. For this reason, when trying to earn a distance, the light reception angle becomes extremely narrow, and when applied to a terminal that is portable by humans, the communication angle is narrow, making it very difficult to adjust to the host side and extremely difficult to use It could have become.
本実施形態例を用いる事で、端末側はホスト側のいずれかのノードに接続できれば通信できる為、レンズなどで通信距離を稼ぎ、更に通信範囲(角度)も広角度にすることが可能になる。
(2)障害物に対する耐量の向上
空間光通信では、当然の事であるが、空間光送受信器間に障害物が有る場合通信出来ない。本実施形態例を用いると、障害物に邪魔されないルートが有れば通信可能であり、障害物に対する耐量の向上が見込まれる。例えば図8に示したように、途中に、光信号の減衰を引き起こす観葉植物などの妨害物400が有る場合でも、通信可能なルートが有れば、そちらを利用することで通信できる。
(3)構成が簡単である
本実施形態例は、CPU等によるソフトウェア処理を必要とせず、図3に示すような比較的簡単な制御回路で、複数の通信ポイント(例えばノードA〜C)を制御可能である。特に、可搬性が要求されるタブレットPCなどに搭載する場合小型化が要求されるが、図2(a)に示すように、タブレット側では特に経路切替え等の特別な処理は必要としない。これは、装置が小型化できることを意味し、有効である。
(4)IDLEパターンによるAGCアンプの安定動作
複数のノードからの信号を、端末側で安定に受信させるため、直接通信データとは関係の無いIDLEパターンを追加し、更に、このIDLEパターンを複数のノードから同時に送信させているので、端末側のAGCアンプを安定に動作させ、端末側での受信ノード選択を不要にすることができる。
(5)送信選択による安定受信
端末側からの信号強度により送信ノードを選択するが、IDLE信号は、受信強度に関係なく全ノードより送信し、データ送受信時のみ、他のノードからの送信は停止させ、受信強度の一番強いノードから送信するように構成している。
By using this embodiment, the terminal side can communicate if it can connect to any node on the host side, so it is possible to increase the communication distance with a lens or the like and further widen the communication range (angle). .
(2) Improvement of tolerance against obstacles Obviously, in spatial light communication, communication is not possible when there are obstacles between spatial light transceivers. When this embodiment is used, communication is possible if there is a route that is not obstructed by the obstacle, and an improvement in the tolerance of the obstacle is expected. For example, as shown in FIG. 8, even when there is an
(3) Simple configuration In this embodiment, software processing by a CPU or the like is not required, and a plurality of communication points (for example, nodes A to C) are configured with a relatively simple control circuit as shown in FIG. It can be controlled. In particular, when mounted on a tablet PC or the like that requires portability, miniaturization is required, but as shown in FIG. 2A, special processing such as path switching is not particularly required on the tablet side. This means that the apparatus can be miniaturized and is effective.
(4) Stable operation of AGC amplifier by IDLE pattern In order to stably receive signals from a plurality of nodes at the terminal side, an IDLE pattern that is not related to direct communication data is added. Since transmission is simultaneously performed from the node, the AGC amplifier on the terminal side can be stably operated, and selection of the reception node on the terminal side can be made unnecessary.
(5) Stable reception by transmission selection The transmission node is selected according to the signal strength from the terminal side, but the IDLE signal is transmitted from all nodes regardless of the reception strength, and transmission from other nodes is stopped only at the time of data transmission / reception. And transmit from the node having the strongest reception strength.
これにより、データを複数ノードから同時に送信しなくても、通信ルートを確保できる。 As a result, a communication route can be secured without simultaneously transmitting data from a plurality of nodes.
受信端末では、データ受信時には、ただ一つのノードからの送信信号を受信するので、複数信号を同時に受信して処理する必要が無く、装置が簡便に構成できる。 Since the receiving terminal receives a transmission signal from only one node at the time of data reception, there is no need to simultaneously receive and process a plurality of signals, and the apparatus can be configured simply.
また、ホスト側電子機器220からのデータが無い場合は、IDLE信号が同時に送信されるので、端末側では、複数のIDLE信号を同時に受信するが、IDLE信号の目的はAGC回路の安定動作の為のみであり、IDLE信号から、IDLE自体を復調する必要はない。この為、IDLE信号の複数受信は、端末側装置の複雑化にはつながらない。
Further, when there is no data from the host-side
10…フォトダイオード
11,14,14a〜14c…受信アンプ
12…AGCアンプ
13,23…制御部
15,15a〜15c…送信アンプ
16…LEDドライバー
17…発光ダイオード
20,20A〜20C…コネクター
22…受信レベル検出部
24,34a〜34c…バッファ
30…信号制御部
31…IDLE生成部
32…ホストインターフェース
35…最大受信レベル検出部
36…スイッチ制御部
210…端末側電子機器
211,221A〜221C…空間光送受信器
220…ホスト側電子機器
300…信号選択器
400…妨害物
TXSW1〜TXSW3…送信切替スイッチ
RXSW…受信切替スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1の電子機器は、送信データの無いときにダミー信号を送信する機能を有し、
前記第1の通信装置の光送受信器は、送信する電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、光受信部で変換された電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプとを備え、
前記第2の通信装置の複数の送受信器は、送信する電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、光受信部で変換された電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプと、光受信部で変換された電気信号のレベルを検出する受信レベル検出部とを、各々備え、
前記信号選択手段は、
前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器への送信データが無いときにダミー信号を送信信号として送り、前記各光送受信器から第2の電子機器への受信信号中のダミー信号を削除する機能を有し、
前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器のいずれかへの送信電気信号経路又はダミー信号の送信を切替える送信切替スイッチと、前記各光送受信器のいずれかから第2の電子機器への受信電気信号経路を切替える受信切替スイッチと、
前記分散配置された複数の光送受信器の各受信レベル検出部で検出された電気信号レベルの最大値を求めて、最大受信レベルの光送受信器を検出する最大受信レベル検出部と、
前記第1の通信装置から第2の通信装置へのリンク時は、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチをダミー信号の送信側に切替え、
前記第2の通信装置から第1の通信装置へのリンク時は、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチを、第2の電子機器からの送信データが無い期間はダミー信号の送信側に切替え、第2の電子機器からの送信データが有る期間は前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の送信信号経路に切替える制御を行うスイッチ制御部と、
を備えたことを特徴とする空間光通信システム。 A first communication apparatus having an optical transceiver configured to be movable and a first electronic device connected to the optical transceiver for transmitting and receiving data, a plurality of optical transceivers arranged in a distributed manner, and data Communication with a second electronic device that transmits / receives data and a second communication device that has signal selection means connected to the second electronic device to select the plurality of dispersed optical transceivers A spatial optical communication system,
The first electronic device has a function of transmitting a dummy signal when there is no transmission data,
The optical transmitter / receiver of the first communication device includes an optical transmitter that converts an electrical signal to be transmitted into an optical signal, an optical receiver that receives and converts the optical signal into an electrical signal, and an optical receiver. An AGC amplifier that holds the peak value of the converted electrical signal and performs automatic gain adjustment;
The plurality of transceivers of the second communication device includes: an optical transmission unit that converts an electrical signal to be transmitted into an optical signal and transmits the optical signal; an optical reception unit that receives and converts the optical signal into an electrical signal; and an optical reception unit An AGC amplifier that holds the peak value of the electrical signal converted in step (a) and performs automatic gain adjustment, and a reception level detector that detects the level of the electrical signal converted by the optical receiver,
The signal selection means includes
When there is no transmission data from the second electronic device to the plurality of optically arranged optical transceivers, a dummy signal is transmitted as a transmission signal, and a received signal from the optical transceiver to the second electronic device It has a function to delete dummy signals,
A transmission changeover switch for switching transmission of a transmission electrical signal path or a dummy signal from the second electronic device to any one of the plurality of optically arranged optical transceivers, and a second from each of the optical transceivers. A reception changeover switch for switching a reception electric signal path to the electronic device;
A maximum reception level detection unit for detecting an optical transmitter / receiver having a maximum reception level by obtaining a maximum value of an electric signal level detected by each reception level detection unit of the plurality of optically arranged optical transceivers distributed;
At the time of linking from the first communication device to the second communication device, the reception changeover switch is switched to the reception signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detector, Switch the transmission selector switch to the dummy signal transmission side,
At the time of linking from the second communication device to the first communication device, the reception changeover switch is switched to the reception signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit, The transmission changeover switch is switched to the transmission side of the dummy signal when there is no transmission data from the second electronic device, and the maximum detected by the maximum reception level detection unit during the period when there is transmission data from the second electronic device. A switch control unit that performs control to switch to a transmission signal path on the optical transceiver side of the reception level;
A spatial optical communication system comprising:
前記第1の通信装置および第2の通信装置の各光送受信器は、受信した光信号を光−電変換した電気信号のピーク値をホールドして自動利得調整を行うAGCアンプを各々備え、
前記第2の通信装置の各光送受信器は、受信した光信号を光−電変換した電気信号のレベルを検出する受信レベル検出部を各々備え、
前記信号選択手段は、前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器のいずれかへの送信電気信号経路又はダミー信号の送信を切替える送信切替スイッチと、前記各光送受信器のいずれかから第2の電子機器への受信電気信号経路を切替える受信切替スイッチとを備え、
前記第1の電子機器が、送信データの無いときにダミー信号を送信するステップと、
前記信号選択手段が、前記第2の電子機器から前記分散配置された複数の光送受信器への送信データが無いときにダミー信号を送信信号として送るステップと、
前記信号選択手段が、前記各光送受信器から第2の電子機器への受信信号中のダミー信号を削除するステップと、
前記信号選択手段に設けられた最大受信レベル検出部が、前記分散配置された複数の光送受信器の各受信レベル検出部で検出された電気信号レベルの最大値を求めて、最大受信レベルの光送受信器を検出する最大受信レベル検出ステップと、
前記信号選択手段に設けられたスイッチ制御部が、前記第1の通信装置から第2の通信装置へのリンク時に、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチをダミー信号の送信側に切替えるステップと、
前記スイッチ制御部が、前記第2の通信装置から第1の通信装置へのリンク時に、前記受信切替スイッチを、前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の受信信号経路に切替え、前記送信切替スイッチを、第2の電子機器からの送信データが無い期間はダミー信号の送信側に切替え、第2の電子機器からの送信データが有る期間は前記最大受信レベル検出部で検出された最大受信レベルの光送受信器側の送信信号経路に切替えるステップと、
を備えたことを特徴とする空間光通信システムのデータ送受信方法。 A first communication apparatus having an optical transceiver configured to be movable and a first electronic device connected to the optical transceiver for transmitting and receiving data, a plurality of optical transceivers arranged in a distributed manner, and data Communication with a second electronic device that transmits / receives data and a second communication device that has signal selection means connected to the second electronic device to select the plurality of dispersed optical transceivers A data transmission / reception method for a spatial light communication system, comprising:
Each of the optical transceivers of the first communication device and the second communication device includes an AGC amplifier that performs automatic gain adjustment by holding a peak value of an electric signal obtained by opto-electric conversion of the received optical signal,
Each optical transceiver of the second communication device includes a reception level detection unit that detects a level of an electrical signal obtained by photoelectrically converting the received optical signal,
The signal selection means includes a transmission changeover switch for switching transmission of a transmission electrical signal path or a dummy signal from the second electronic device to any of the plurality of optically arranged optical transceivers, and each of the optical transceivers. A reception changeover switch that switches a reception electrical signal path from any one to the second electronic device,
The first electronic device transmitting a dummy signal when there is no transmission data;
The signal selection means sending a dummy signal as a transmission signal when there is no transmission data from the second electronic device to the plurality of optically arranged optical transceivers;
The signal selecting means deleting a dummy signal in the received signal from each optical transceiver to the second electronic device;
The maximum reception level detection unit provided in the signal selection means obtains the maximum value of the electric signal level detected by each reception level detection unit of the plurality of optically arranged optical transceivers, and outputs the light of the maximum reception level. A maximum reception level detection step for detecting a transceiver;
When the switch control unit provided in the signal selection unit links from the first communication device to the second communication device, the switch of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit is set to the reception changeover switch. Switching to the reception signal path on the optical transceiver side, switching the transmission switch to the transmission side of the dummy signal;
When the switch control unit is linked from the second communication device to the first communication device, the reception change-over switch is set to the reception signal on the optical transceiver side of the maximum reception level detected by the maximum reception level detection unit. Switching to a path, switching the transmission switch to a dummy signal transmission side during a period when there is no transmission data from the second electronic device, and the maximum reception level detecting unit during a period when there is transmission data from the second electronic device. Switching to the transmission signal path on the optical transceiver side of the maximum reception level detected in
A data transmission / reception method for a spatial optical communication system.
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WO2023127412A1 (en) * | 2021-12-28 | 2023-07-06 | 京セラ株式会社 | Underwater communication device, underwater communication method, and program |
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