JP3504100B2 - 通信ネットワークの送信方法及び送受信方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明はローカルエリアネ
ットワーク（ＬＡＮ）等の通信ネットワークシステムに
かかわり、特に同期やアクセス制御がほぼ不要な光ＬＡ
Ｎに代表される光ネットワーク装置や超低コストのＬＡ
Ｎ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディア杜会の到来ととも
に伝送容量はますます増大し、幹線とともに伝送システ
ムのネットワーク化が進んでいる。特に光を用いたシス
テムは帯域が広く将来性に優れるため研究が盛んであ
る。送信者が多く存在する場合は送信者が送信の権利を
得る仕組みが重要でありこのアクセス制御方式としては
コンテンション方式、ポーリング方式、予約方式などが
ある。

【０００３】コンテンション方式では送信したい要求を
持つ送信者はいつでも送信できる。しかし図７に示すよ
うに、信号パルス幅ｔは周期Ｔの半分程度であるため、
複数の送信者が送信すると信号が干渉して情報が破壊さ
れてしまうことが頻繁に起こり得る。同期をとることに
より信号衝突の確率は減るが大幅な改善は見られない。

【０００４】これに対してポーリング方式では送信権を
管轄するステーションが各送信者に周期的に勧誘する方
式であり時間的には唯一つの送信者のみが送信を許可さ
れる。この方式によれば、信号の衝突は避けられるもの
の、反面、管轄ステーションを信号が経由するためにデ
ータ送信に時間がかかり、また、集中管理が必要となる
という欠点を有していた。

【０００５】また、予約方式は、データ伝送に先立って
リクエストをし、中央ステーションからの指示により送
信するものであるが、この方式の場合、リクエスト信号
そのものが衝突するという問題があった。

【０００６】さらに有線ＬＡＮでは、信号の衝突検出機
能が比較的容易に構成できるが、無線ＬＡＮに於いては
衝突検出機能を付加することが困難であり、根本的に信
号衝突のない方式が要望されてきた。

【０００７】このように、複数の信号を、ぶつからない
ように伝送することは非常に重要な事柄ではあるが一般
には困難であり、送信者が好きなときに信号を発信でき
るわけではなかった。

【０００８】そのためデータ送信に時間がかかるばかり
でなく、システムのコストが非常に高くなり、伝送媒体
等の本来の性能を十分に発揮できないシステムとなって
いた。これらのことから、複数の送信者がいつでも好き
なときに信号を発信でき、しかも情報の破壊がない低コ
ストの光ネットワーク装置が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
ネットワーク装置は、複数の信号をぶつからないように
することが困難であり、送信者が好きなときに信号を発
信できるわけではなかった。そのためデータ送信に時間
がかかるばかりでなくシステムのコストが非常に高くな
り、伝送媒体等の本来の性能を十分に発揮できないシス
テムとなっていた。

【００１０】従って、複数の送信者がいつでも好きなと
きに信号を発信でき、しかも情報の破壊がない低コスト
の通信ネットワークを実現する技術の開発が嘱望されて
いる。

【００１１】 そこで、この発明の目的とするところ
は、低コストで高性能なネットワークシステムを構築で
きる通信ネットワークの送信方法及び送受信方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のようにする。すなわち、信号伝送レー
トから求まる１ビットの時間幅の概略０．００１［％］
以下のパルス幅で信号を伝送する構成とする。また、フ
レーム伝送レートから求まる１フレームの時間幅の概略
０．００１［％］以下の長さの信号フレームで信号を伝
送する構成とする。

【００１３】そして、さらには、信号パルスの周波数成
分の少なくとも一部に周波数欠落を設けてこれをアドレ
ス情報として利用するようにする。送信するパルス信号
を、信号伝送レートから求まる１ビットの時間幅の概略
０．００１［％］以下のパルス幅に処理し、伝送すると
共に、受信側ではこのパルス信号に同期して受信する。
また、送信するパルス信号をフレーム伝送レートから求
まる１フレームの時間幅の概略０．００１［％］以下の
長さの信号フレームで伝送すると共に受信側ではこのフ
レーム信号に同期して受信する。

【００１４】このようにすると、伝送すべき信号は時系
列中の僅かな期間しか占めないから、複数のユーザが任
意にネットワークに送信して、送信信号がぶつかる確率
が少なくなる。

【００１５】このように本発明は、信号伝送レートから
求まる１ビット相当の時間幅の概略０．００１［％］以
下のパルス幅で信号を伝送するか、フレーム伝送レート
から求まる時間の概略０．００１［％］以下の長さの信
号フレームで信号を伝送することにより、信号同士の衝
突を回避することにある。信号が光であったり、信号を
無線で伝送する際には特に有効である。さらに信号パル
ス光の周波数成分の少なくとも一部に切り欠きを設けて
これをアドレス情報として利用することにより、低コス
トで高性能なネットワークシステムが提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明によれば、信号伝送レート
から決まる時間の概略０．００１［％］以下のパルス幅
で信号を伝送するがするが、このことは重要な意味を持
つ。これを以下に説明する。

【００１７】 前述のように、従来のネットワークシス
テムでは信号同士がぶつかりやすかったり、信号の衝突
を避けるために全体のシステムを管理する必要がある。
そこで本発明のように伝送レートから決まる時間Ｔより
非常に短いパルス幅ｔで信号を伝送するようにする。

【００１８】図６に、４チャンネルと８チャンネルの場
合に対してそれそれパルス幅に対する信号の衝突確率を
計算した例を示す。図から明らかなように、Ｔ／ｔが１
０００００以上、すなわち、ｔ／Ｔが０．００１［％］
以下のパルス幅になると衝突確率は急激に減少すること
がわかる。

【００１９】 この構成では複数の送信者が好きなとき
に自分の信号を発信しても時間軸上でパルスが存在する
のは極わずかであるため実質上、信号がぶつかることが
ないのである。そのため個々の送信者が全くランダムに
送信することが出来る。このように簡易なシステム構成
であるばかりかデータ伝送速度の劣化もない。

【００２０】またフレーム伝送レートから求まる時間の
概略０．００１［％］以下の長さの信号フレームで信号
を伝送する場合も同様にしてフレーム同士が衝突するこ
とがほとんどない。

【００２１】信号が光である場合は短パルスの発生が容
易でありビットレートも高くできるため更に効果的であ
る。特に最近の技術の進展によりフェムト（１０のマイ
ナス１５乗）秒台のパルスが容易に発生でき、一部実用
化もされているためこれを信号パルス光として用いるこ
とが出来る。また信号を無線で伝送する場合には衝突検
知機能が不要となる利点がさらに生かされる。

【００２２】また本発明によれば信号パルス光の周波数
成分の少なくとも一部に切り欠きを設けてこれをアドレ
ス情報として利用するが、このことも重要な意味を持
つ。簡便なシステム構成では一人の受信者は全ての送信
者が出した信号を受け取ることになるが、アドレス情報
により、自己宛の信号を容易に識別できるからである。

【００２３】このように、信号伝送レートから決まる時
間の概略０．００１［％］以下のパルス幅で信号を伝送
すること、フレーム伝送レートの概略０．００１［％］
以下の長さの信号フレームで信号を伝送すること、信号
パルス光の周波数成分の少なくとも一部に切り欠きを設
けてこれをアドレス情報として利用することが非常に重
要である。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の詳細について、図示の実施例
によって説明する。 （第１の実施例）図１（ａ）は本発明の第１の実施例に
係わるネットワーク装置の概略的な構成を示す図であ
り、図１（ｂ），乃至（ｄ）は図１（ａ）の装置による
信号伝送状態を示す図である。

【００２５】図１（ａ）の構成と作用を説明する。図中
１１は光短パルスを発生する光パルス発生装置である。
具体的にはモードロック半導体レーザ素子により発生し
たパルス光を、ファイバ圧縮して光短パルスを得るよう
にしたものである。この場合、光パルス発生装置１１か
らは、１００［ｆｓ］程度の幅を有する光パルスが得ら
れた。

【００２６】このような短パルス光発生技術の詳細は、
例えば、文献“「Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏ
ｌｉｔｉｏｎ−ｅｆｆｅｃｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」、ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌ．Ｔｏ
ｐ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．、Ｖｏｌ．
１，No．２、Ｐ．５９２−６００、１９９５”に述ぺら
れている。

【００２７】光短パルスの発生には、他にもファイバレ
ーザやＴｉ：サフアイヤレーザを用いたものが知られて
おり、この場合は１０［ｆｓ］の短パルス光も容易に得
られる。

【００２８】図１の例の場合、送信者は“Ａ”，
“Ｂ”，“Ｃ”があるが、これら送信者“Ａ”，
“Ｂ”，“Ｃ”それぞれに光パルス発生装置１１が設け
られている。図中１２は入カデータ信号に応じてパルス
光をオンあるいはオフする光変調器である。この光変調
器１２としては、例えば、半導体の電界吸収効果を用い
た変調器を用いることができる。光変調器１２は各送信
者“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”の光パルス発生装置１１にそ
れぞれ設けられ、光パルス発生装置１１から出力される
光短パルスを変調する。

【００２９】こうして送信者“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”で
それぞれ信号伝送レートが１００［Mbps］となるように
変調をかけた。このときの送信者“Ａ”，“Ｂ”，
“Ｃ”の伝送信号は、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）の如
くであり、信号パルスと信号パルスの間が十分あいてい
た。伝送レートより周期Ｔは１０［ｎｓ] 、信号パルス
幅ｔは１００ [ｆｓ] なので、ｔ／Ｔは０．００１
［％］である。

【００３０】これらの信号を一括して光伝送路であるフ
ァイバ１３ａにより、受信者“Ｄ”，“Ｅ”，“Ｆ”の
各受信器１４に送信した。各受信者“Ｄ”，“Ｅ”，
“Ｆ”の受信器１４内では、受信したい送信者の信号に
同期してフォトダイオードにより光電変換を行い、信号
識別回路によりデータ信号列に戻した。

【００３１】その結果、送信者間での送信タイミング調
整を全く行ってないにもかかわらず、信号間の衝突がな
く、良好な伝送ができることがわかった。このように第
１の実施例は、周期Ｔより十分に短いパルス幅ｔの光短
パルスを用いると共に、この光短パルスを入力信号（送
信データ入力）で変調し、共用の伝送路に送出して受信
側に送ると共に、受信側では目的の送信者の送信信号に
同期して信号を受信し、復調することで、複数の送信者
がある場合において、送信者間で送信タイミング調整を
全く行っていないにもかかわらず、信号間の衝突がな
く、良好な伝送を行うことができる通信ネットワーク装
置を実現できる。

【００３２】（第２の実施例）図２は本発明の第２の実
施例に係わる光ネットワーク装置の信号伝送状態を示す
図である。本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１
の実施例のように、“単発の信号を間隔をあけて送信す
る”のではなく、“連続した信号群からなる信号フレー
ムをその間隔を十分あけて送信する”ようにした点であ
る。

【００３３】第２の実施例では、例えば、５０［ｆｓ］
の光パルスを発生した後、このパルスを遅延して足し合
わせることにより光パルス列を作り、１［ｐｓ］の信号
フレーム内に最大８個の光パルス列が入るようにした。

【００３４】このパルス列には変調をかけてあるので、
いくつかのパルス位置にはパルスが存在しない。この信
号フレームをフレーム伝送レート１０［Mbps］で伝送し
たところ、フレーム間の衝突がなく、良好な伝送が確認
できた。

【００３５】（第３の実施例）図３は本発明の第３の実
施例に係わる光ネツトワーク装置を示す図である。この
例の場合は、第１の実施例とほぼ同様の設定であるが、
複数の送受信器３１が光ファイバによる伝送路１３ｂを
介してリング状に設置されている点が先の例と異なる。

【００３６】この場合も、１００［Mbps］での良好な伝
送が可能であつた。 （第４の実施例）図４は本発明の第４の実施例に係わる
無線ネットワーク装置を示す図である。この場合は、送
受信器３１からの光信号は光ファイバによる伝送路では
なく、空中を伝播して天井４０に備え付けた中継局４１
に入る。中継局４１間は、光ファイバであってもまた、
メタル回線であっても、あるいは無線回線であっても良
い。送信の方式は、第１の実施例の方式、あるいは第２
の実施例の方式のいずれでも良い。

【００３７】この場合も信号伝送レート１０［Mbps］
で、送信者がそれそれ好きな時間に送信しても、信号間
の衝突無しに良好な伝送ができることがわかった。 （第５の実施例）図５は本発明の第５の実施例に係わる
光ネツトワーク装置を示す図である。ここでは、信号パ
ルスの周波数成分の少なくとも一部に切り欠きを設けて
これをアドレス情報として利用することを特徴としてい
る。

【００３８】図５において、５１はパルス信号光発生源
であり、このパルス信号光発生源５１は、幅１００［ｆ
ｓ］の短パルス発生装置と、これに入力データ信号に応
じて変調をかける変調器から構成されている。５２はフ
ィルタであり、パルス信号発生源５２から発生されたパ
ルスの周波数を一部欠落させる作用を有する。具体的に
は誘電体膜フィルタの他、ブラッグ反射鏡を作り付けた
ファイバ型フィルタを用いることができる。

【００３９】１００［ｆｓ］の光パルスはその逆数であ
る１０［ＴHz］程度の周波数広がりを有している。光の
波長が１．５ミクロンの場合、この周波数広がりは１０
０［ｎｍ］の波長広がりに相当する。フィルタ５２によ
りこの波長広がりの例えば１０分の１である１０ｎｍ分
の波長をカットすることができる。カットする周波数の
位置は、フィルタ５２の特性に委ねられる。

【００４０】そして、カットする周波数位置（図５のＩ
におけるＰｐのＰｆ部分）は送信先すなわち受信者
“Ｄ”，“Ｅ”，“Ｆ”別に予め決めておき、受信者側
では自己に固有の周波数位置がカットされた信号の場合
に、自己宛の信号として取り込む構成とすることで、カ
ットされる固有の周波数位置が受信者のアドレスとして
機能させることができる。従って、図には示していない
が送信側では任意の受信者に対して送信できるようにす
るために、フィルタ５２もそれ各受信者別のものを備え
ており、フィルタ５２の選択によって、送信先を特定で
きる構成としてある。

【００４１】従って、送信側では、送信先に合わせて通
過するフィルタ５２を選択するようにしてある。５３は
光ファイバであり、各送信側から発信されたランダムな
パルス信号Ｐｐを伝送する媒体である。この光ファイバ
５３による伝送路にて送信された光信号は、分配されて
各受信者全員に配信される。受信装置の構成は回折格子
５４、フォトディテクタ５５および５６、識別回路５７
からなる。受信側において、構成要素の符号にそれぞれ
ａ，ｂ，ｃの添え字を付してあるが、これはそれぞれ異
なる受信者の受信器の構成要素であることを示してい
る。すなわち、５４ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａで構成
される受信器、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ、５７ｂで構成
される受信器、５４ｃ、５５ｃ、５６ｃ、５７ｃで構成
される受信器という具合に、それぞれ異なる受信器であ
る。

【００４２】回折格子（グレーティング）５４は受信し
た光信号を波長別に分けて取り出すものであり、実際に
は波長別に異なる角度方向に受信信号を反射する。フォ
トディテクタ５５は欠落周波数成分の検出用であり、フ
ォトディテクタ５６はデータ信号検出用である。

【００４３】例えば、フォトディテクタ５５は受信側の
アドレス対応の欠落周波数成分反射方向位置に配され、
フォトディテクタ５６は全ての欠落周波数成分以外の周
波数成分の反射位置のうちの最適な位置に配される。

【００４４】このようにフォトディテクタ５５，５６は
分光位置に合わせて配置してあり、光信号を検出したと
きに、検出信号を出力する。識別回路は５７は対応する
フォトディテクタ５５，５６の出力を識別するものであ
り、フォトディテクタ５５からの信号がなく（“０”）
のとき、フォトディテクタ５６の出力を受信出力して出
すものである。

【００４５】この構成においては、伝送路を伝播されて
届いた光パルスは回折格子５４により分波され、それぞ
れの周波数成分は複数のディテクタにより検出される。
ここで各受信者は特定の組み合わせの周波数成分の信号
を受けたときに自分宛の信号パルスがきたものと判断す
る設定としてある。

【００４６】すなわち、フォトディテクタ５６に何らか
の信号が入ったときにフォトディテクタ５５の出力が無
ければ、自己当ての信号であると識別回路５７が判断す
る。この場合、送信される光パルスはその一部の周波数
成分を欠落するように、送信側で処理したため、パルス
の裾が乱れるが、この乱れは測定の結果、１［ps］以内
におさまっていた。そのため、実用上、全く問題はな
い。

【００４７】このような構成で、１０［Mbps］の信号伝
送レートで伝送を行ったところ、全くランダムに送信者
が信号を送っても信号同士が衝突することがほとんどな
く、しかも、自己宛ての信号のみを各受信者が取り出す
ことが可能であった。

【００４８】本実施例では周波数の切り欠きを１つだけ
設けるようにしたが、これを複数設け、その組み合わせ
をアドレス情報として用いるようにしても、もちろん良
い。以上、本発明は、信号伝送レートから求まる１ビッ
トの時間幅の概略０．００１［％］以下のパルス幅で信
号を伝送する構成としたものである。また、フレーム伝
送レートから求まる１フレームの時間幅の概略０．００
１［％］以下の長さの信号フレームで信号を伝送する構
成としたものである。

【００４９】そして、さらには、信号パルスの周波数成
分の少なくとも一部に周波数欠落を設けてこれをアドレ
ス情報として利用するようにしたものである。そして、
本発明は、送信するパルス信号を、信号伝送レートから
求まる１ビットの時間幅の概略０．００１［％］以下の
パルス幅に処理し、伝送すると共に、受信側ではこのパ
ルス信号に同期して受信する。また、送信するパルス信
号をフレーム伝送レートから求まる１フレームの時間幅
の概略０．００１［％］以下の長さの信号フレームで伝
送すると共に受信側ではこのフレーム信号に同期して受
信する。このようにすることで、伝送すべき信号は時系
列中の僅かな期間しか占めないから、複数のユーザが任
意にネットワークに送信して、送信信号がぶつかる確率
が少なくなることを利用した。

【００５０】このように本発明は、信号伝送レートから
求まる１ビット相当の時間幅の概略０．００１［％］以
下のパルス幅で信号を伝送するか、フレーム伝送レート
から求まる時間の概略０．００１［％］以下の長さの信
号フレームで信号を伝送することにより、信号同士の衝
突を回避することにある。信号が光であったり、信号を
無線で伝送する際には特に有効である。さらに信号パル
ス光の周波数成分の少なくとも一部に切り欠きを設けて
これをアドレス情報として利用することにより、低コス
トで高性能なネットワークシステムが提供できる。

【００５１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上述の実施例では伝送レート
を毎秒１００［Mbps］あるいは１０［Mbps］としたが、
ｔ／Ｔが０．００１［％］以下を満たす範囲内で、他の
レートを用いても良い。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。゜

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来得られなかった光ネットワーク装置を簡便な方法で実
現できる。その結果、高性能な光ネットワークを低コス
トで得られるのみならず、その信頼性は高く、本発明の
有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる光ネットワーク装置
と信号伝送状態を示す図。

【図２】本発明の第２の実施例に係わる光ネットワーク
装置の信号伝送状態を示す図。

【図３】本発明の第３の実施例に係わる光ネットワーク
装置を示す図。

【図４】本発明の第４の実施例に係わる無線ネットワー
ク装置を示す図。

【図５】本発明の第５の実施例に係わる光ネットワーク
装置を示す図。

【図６】信号パルスの時間幅に対して信号同士が衝突す
る確率を示す図。

【図７】従来の信号伝送状態の例を示す図。

【符号の説明】

１１…パルス光発生装置 １２…変調器 １３…光フアイバ １４…受信器 ３１…送受信器 ５１…パルス信号光発生源 ５２…フィルタ ５３…光ファイバ ５４…回折格子 ５５…フォトディテクタ ５６…フォトディテクタ ５７…識別回路。 ４０…天井 ４１…中継局。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/00 - 12/66 H04B 9/00 H04L 25/00 - 25/66 H04L 5/22 - 5/26 H04J 3/00 - 3/26

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号伝送レートから求まる１ビットの時間
   幅の概略０．００１［％］以下のパルス幅で信号を送信
   することを特徴とする通信ネットワークの送信方法。
2. 【請求項２】フレーム伝送レートから求まる１フレーム
   の時間幅の概略０．００１［％］以下の長さの信号フレ
   ームで信号を送信することを特徴とする通信ネットワー
   クの送信方法。
3. 【請求項３】信号パルスの周波数成分の少なくとも一部
   に周波数欠落を設けてこれをアドレス情報として利用す
   ることを特徴とする請求項１または２いずれか記載の通
   信ネットワークの送信方法。
4. 【請求項４】送信するパルス信号を、信号伝送レートか
   ら求まる１ビットの時間幅の概略０．００１［％］以下
   のパルス幅に処理して送信すると共に、受信側ではこの
   パルス信号に同期して受信することを特徴とする通信ネ
   ットワークの送受信方法。
5. 【請求項５】送信するパルス信号をフレーム伝送レート
   から求まる１フレームの時間幅の概略０．００１［％］
   以下の長さの信号フレームで送信すると共に、受信側で
   はこのフレーム信号に同期して受信することを特徴とす
   る通信ネットワークの送受信方法。
6. 【請求項６】信号パルスの周波数成分の少なくとも一部
   に受信側固有の周波数欠落を形成して送信し、受信側は
   受信した信号パルスの周波数成分を弁別して自己に固有
   の周波数欠落の存在を以て自己に対する信号と認識する
   ことを特徴とする請求項４または５いずれか記載の通信
   ネットワークの送受信方法。