JPH02101830A - 光と電波とを組み合せたデータ送受信方式 - Google Patents

光と電波とを組み合せたデータ送受信方式

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JPH02101830A
JPH02101830A JP63253685A JP25368588A JPH02101830A JP H02101830 A JPH02101830 A JP H02101830A JP 63253685 A JP63253685 A JP 63253685A JP 25368588 A JP25368588 A JP 25368588A JP H02101830 A JPH02101830 A JP H02101830A
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laser
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Kazu Moriyama
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、地理的に比較的狭い範囲で互いに見通し内に
ある複数移動局が互いにディジタル符号(データ)送受
信を行い、その交換情報を中央固定局で収集するための
データ送受信方式に関するものである。
(従来技術) 例えば、光と無線電波の両方の周波数帯を用いて複数移
動局相互およびこれら移動局と中央固定局間のディジタ
ル符号によるオンラインデータ送受信はまだ実現されて
いない、その理由は次のように推察される。
例えば、レーザ光にて移動局相互がデータの送受信を行
い、その結果を内蔵するメモリ回路に一時記憶し、後に
各移動局のデータを収集して解析するという方法では、
常時オンラインにて情報の変化を判定することができな
いため迅速な対応が困難であり、そのため、中央局がレ
ーザ光にてオンラインで複数移動局のデータを収集しよ
うとしても、散在する各移動局の地理的条件により回線
設定が不可能で実現できない。
また、無線回線のみで全通信系を構成する方法は、電波
収得上の制限によりチャネル数が不足するため不可能で
あり、例えそれに近い通信系を構成しても装備が複雑に
なり経済的に実現不可能である。
(発明の目的) 本発明は上記のような困難を排除し、前述のような複数
移動局相互間の交換情報を、中央固定局がオンラインで
迅速かつ確実なデータ収集することのできる光と電波と
を組み合せたデータ送受信方式の提供を目的とするもの
で、以下本発明の詳細な説明する。
(発明の構成と作用) 見通し内距離の範囲内の複数移動局相互間では、電波行
政規則などによって制限されることなく簡易なハードウ
ェアで構成されるレーザ光線によるディジタル符号送受
信を行えば、光領域の周波数であるから、無線周波のよ
うな伝送路途中の雑音。
混信等の障害による干渉妨害を受けにくく、かつアンテ
ナ設備も簡単で、経済的であり高品質な高速データ伝送
が可能である。
さらに、前述の分散した移動局全体に対して地理的に遠
距離にある位置すなわちどの移動局とも無線回線が確保
できる位置に中央局として無線設備を設置すれば、無線
周波の電波を用いてこれら各移動局の時々刻々変化する
ディジタル情報を節単に収集することができる。すなわ
ち、光/無線両方の周波数の利点を活かして効果的なデ
ータ送受信を行うことを特徴とするものである。
以下図面により本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の全体運用システム図で、無線回線(I
P、VHF、UHF)とレーザ光線を使用したデータ送
受信のシステム図である。
この図でAt 、Ax−A、及びB+ 、Bz”’B。
はそれぞれ移動局で、相互にレーザ光線を使用して情報
交換のためのディジタルデータ送受信を行う。各移動局
の移動範囲は、原則として地理的に見通し内にあるもの
とし数す以内である。X+ は中央局で、無線回線を使
って各移動局の情報の推移を示すデータを収集し、情報
の判定、解析を行う。散在する移動局との距離は数10
km〜100 km程度にもなる場合がある。
第2図は、前述の中央局X1および各移動局A。
〜A、、B、〜Bfiの通信装置の回路構成を示すブロ
ック図である。
図において、2−1はデータ収集のために使用する無線
回線用のアンテナと送/受の切換器である。2−2は無
線の送信機(TX) 、2−3は受信機(RX)で通常
は半二重通信を行う。2−4は、端末装置(DISP)
 2−6 (例えばコンピュータデイスプレィ、プリン
タ等)より出力されるディジタル信号を無線回線で送信
するための変調器(MOD) 、2−5は無線回線にて
受信した復調信号を端末装置2−6へディジタル信号に
変換して出力するための復調器(DEM)である。端末
装置2−6のデイスプレィには文字又は図形にて情報の
推移が表示され、データの判定及び解析に使用される。
後述するが、中央局xlは、各移動局に対して質問→応
答→質問→応答の形式で2400bps程度のデータ伝
送速度で順次移動局のデータを収集する。通信開始の初
期設定は、放送モードの一斉呼出形式で移動局に対し同
時に送信して行われる。
次に、各移動局A1〜A、、B、〜Bfiは、無線部と
レーザ部とから構成され、無線部の2−11はアンテナ
と送/受の切替器で、2−12は送信機(TX) 、2
−13は受信機(RX)、2−14は変調器(MOD)
 、2−15は復調器(DEM)である。これらの機能
は中央局X、のちのとほぼ同じで、2−16は、無線部
とレーザ部とのインタフニー・ス及びタイムベース調整
用のメモリを有する制御/メモリ部(CONT/MEM
O)で、レーザ光線の通信速度と無線部の通信速度が異
なるのでタイムベース調整用のメモリが必要であり、か
つ前者と後者では伝送のフォーマットも異なるので、こ
の制御メモリ部2−16にてインタフェースをあわせる
一般にレーザ光は、可視光、赤外線より波長が短く、そ
の波面及び発光時間の全範囲にわたってコヒーレント(
Coheren t)な性質を持っている。っまりレー
ザ光は位相のそろった平行光線で、簡単に言えば、光波
の波面は伝搬の方向に垂直な平面であり、きわめてよい
単色光(時間的にコヒーレントである)といえる。これ
は電波のもつ性質に似ているが、光領域であるため波長
が短く前述のようにコヒーレントであるで広がりの少な
い平行光線であることを利用して光通信の分野に利用さ
れる。
レーザの種類としては、固体レーザ、気体レーザ、半導
体レーザ等があり、このうち高能率、小型、軽量でかつ
経済性に優れているものとして半導体レーザが光通信の
分野で使用されている。特に本発明ではGaAs半導体
レーザを用いて、そのP−N接合部の順方向に大きな電
流を流すとコヒーレントなレーザ光が発生し、その発振
波長は0.8〜0.9μ(1μ= I XIO−bm)
付近の周波数が得られる。
レーザ光の出力エネルギーの分布はP−N接合部に対し
第4図(1)(2)に示すような分布となる。逆にレー
ザ光線は光→電気変換する半導体の受光素子(フォトダ
イオード)を用いて、光エネルギーを電気エネルギーに
変換することができる。
第5図はその変換回路の簡単な説明図で、フォトダイオ
ード(P D)にレーザ光線を照射させて抵抗R2に電
圧■。を得る。本発明では、ローパスフィルタとバイパ
スフィルタとを組み合わせて構成されるバンドパスフィ
ルタを使った光学フィルタによりレーザ光のみ通過させ
て電気エネルギーに変換する。
レーザ光線による空間伝送では、人体の目に対する 安
全性を確保するためにその放射エネルギーを安全許容値
(9Xl0−’J /c1a) (7)1/10程度ニ
する必要がある。また本実施例では、レーザ光の伝送速
度が1000〜1200bps程度のパルス変調を採用
する。
第3図は、第2図に示したレーザ部の回路ブロック図で
、3−11.・・・3−1mは、受光素子を内蔵した受
光器CDIETI、・・・DETm)で、電気的にはレ
ーザ光線の受光部と、レーザ光線を電気信号に変換する
回路及び増幅回路等により構成される。
具体的には、DETI・・・DETmはすべて同一の回
路構成であり、そのブロック図を第6図に示す。図にお
いて、シリコンフォトダイオードの受光素子(PD)に
レーザ光が照射されると、電流iが矢印のように流れ、
抵抗器R,の両端に起電力V。
が生じAMPIで増幅される。これが光→電気変換及び
増幅の動作である。A)IF5. AMP3は差動増幅
器で、可変抵抗器VR,,VR2によって各々異なる入
力電圧が設定され、受光入力レベルの大きさにより、出
力0[ITl、 0UT2のいずれか一方又は両方の端
子と0■端子との間に(すなわち0UTI−OV、又は
0UT2−〇v間に)直流電圧を生ずる。R2,R3は
各々フィードバック用の抵抗で差動増幅特性を決定する
すなわち、送信側より照射されたレーザ光線を、2段階
に設定された受光感度をもつ受光器で、光−電気変換す
ることができ、受光強度又は回線のS/Hにより、いず
れか一方の出力からディジタル信号をとり出す。
なお、受光器の構造は、第7図、第8図に示すように、
電磁シールドケース7−1.7−4.8=1の受光面7
−2.7−5.8−2はその有効入射面積を大きくして
受光検出感度を高めるため、エポキシ樹脂又はアクリル
樹脂などの透明な板8−6に銅箔などの導電物質を印刷
した印刷版から縦横の格子状シールド導体8−7をエツ
チングによって形成させた構造である。なお、第7図、
第8図において、7−3.7−6.8−3は、内部回路
を構成する受光素子8−4からの微弱信号を増幅する高
感度増幅器8−5の出力引き出し線である。この受光器
の感度は、受光面積が一定であれば、入射する受信光の
受光量にほぼ比例する。
しかしレーザ光を直接受光素子8−4で受けると、外部
からの雑音や電波等の外乱によってS/N(信号対雑音
比)が低下するため電磁シールドケースを設けて感度を
上げ、外乱のなかで特に妨害となるマイクロ波レーダの
影響を防いでいる。
再び第3図に戻って、受光器DETI〜DETmからの
電気信号は、レーザ信号処理器3−24で処理されて、
後述するフォーマットでこの中の記憶ユニットにメモリ
され、このメモリデータは、後述するように無線回線で
自局の呼出しがかかると第2図の無線部のC0NT/M
EMO2−16を通して規定のフォーマットで中央局へ
送信される。3−25は操作用の制御器で切替スイッチ
及び表示燈よりなる。
プロジェクタ3−22は、レーザ信号処理器3−24か
らのディジタル信号(1200bpsのパルス変調波形
)を受けて前述のように半導体レーザを使って電気→光
変換してレーザを送出するもので、レーザ光の希望通達
距離によって半導体レーザのピークパワーを例えばIO
W、5W、IWというように選択する。7〜8Wで第1
1図に示すように通達距離L o =3000〜400
0mで3mX4mの範囲を確保できる。
第9図にレーザ光の発射器(プロジェクタ)322の具
体的な回路構成と入力波形(a)と出力波形(b)を示
す。第3図の制御器3−25からレーザ信号処理器3−
24ヘレーザ信号送出用の制御信号が入力されると、自
局のディジタル情報を繰り返し周波数1200bpsの
ディジタル信号に変換してライン■より出力され、プロ
ジェクタ3−22に入力される。これが波形(a)の2
進ディジタル信号である。
この2進ディジタル符号により後述するサイリスタ(S
CR)のゲートG1をトリガー可能ならしめるために波
形整形回路を通しCI 、 R+ 、 Qt 、 CR
+ 、CRz 、T+からなるパルス印加回路にてSC
RのゲートGIに半導体レーザCR3の導通を制御する
トリガーパルスを与える。SCRは、カソードとゲート
G、との間に正のパルスが印加された時のみ、アノード
とカソード間が導通状態になる。CR,、CR,はトラ
ンジェント波形を防止するためのダイオードで、C,、
R,はクロック立上りのスピードアップ用の回路である
。一方C2には常時Rz、Rs、Qiを通して対アース
に対し正の電圧が充電状態になっており、前述の駆動パ
ルスによりSCRが導通状態になると02に充電した起
電圧によりCR,、SCR及び半導体レーザCR,を通
して瞬時に大電流(40A程度)が流れ、この半導体レ
ーザCR,よりレーザ光を発射(送出)する。半導体レ
ーザCR’sのピークパワーは印加電圧■2により決定
される。(b)は半導体レーザCR3によって電気→光
変換されたパルス変調波形で、伝送速度1200bps
のレーザ光線となる (ピークパワーは1〜10W)。
L+ はPFN(Pufse Forming Net
work)とよばれるインダクタンス用コイルで、L、
とCz+ C31CatClによりパルス波形(b)の
パルス幅T w (= 120ns)が決定される。
Cs 、C4,Csはパルス幅微調整用のコンデンサで
ある。この場合、第10図に示した拡大したパルス波形
のパルス幅Twは次式で表される。
T讐=2NT「で 但し、L=L。
C=Cz + C3+ C4+ Cs 本発明の実施例では、C=10000pF、  L=1
0ntl。
NはPFNのコイル段数でN=6を採用したので、Tw
=2Nf「酊=2X6f■匝マM面前丁=120nse
c となる。このようにしてレーザ信号処理器3−24から
のディジタル信号(a)によりパルス幅Twが約120
ns 、ピーク電流40A程度のパルス変調されたレー
ザ光(b)を発射することができる。
なお、送信側のプロジェクタ3−22から受信側の受光
器に対する照射の範囲(縦×横、例えば4.11x3m
)は、特に前述のレーザ光のピークパワーと第11図に
示すように、光を収束するための凸レンズXにより決定
される。すなわちレーザ光のコヒーレントな性質を利用
して光源である半導体レーザを凸レンズXのほぼ焦点位
置Fにおいて光を発射する。
再び第3図について説明する。レーザ信号処理器3−2
4は、受光器(ディテクタ)3−11〜3−1 m。
プロジェクタ3−22をコントロールするためのコンピ
ュータを内蔵しており、レーザ光の送/受の2進ディジ
タル信号処理及びビット同期、フレーム同期処理等を行
う。
次に、パルス変調されたレーザ光の2進ディジタル信号
(伝送速度1200bps)の受信側の処理について説
明する。
第12図は、1回の送信で送出されるレーザ光のディジ
タル信号の構成を示すタイムチャートで、STはスター
ト信号、C1,C2,C3は異種の情報、Eは終了信号
である。本システムの場合、移動局が比較的早い速度で
移動しかつ照射範囲が狭いので、通常のデータ伝送と異
なり短い時間にビット同期、フレーム同期を受信側で設
定し、誤りのないデータを確保する必要がある。ビット
同期用のプリアンプル符号としてビット同期符号(SY
NC)につづいて同じ情報符号を3回送出し、受信側で
はビット同期、フレーム同期(スタート検出)判定後、
3値多数決の判定を行う。送信側の情報内容はできるだ
け圧縮して少ないビット数で構成する。
第13図はレーザ光線によるパルス変調波の送信及び受
信信号のタイムチャート、第14図は、第3図に示した
レーザ信号処理器3−24の主要回路のブロック図であ
り、ビット同期、フレーム同期(スタート検出)設定と
データ検出を行う。第13図において、送信側でトリガ
ーをONにするとレーザ送信信号がプロジェクタからパ
ルス幅Δtz=120ns 、周#A333μsの12
00bpsの信号として出力される。情報符号に先立っ
てパルス幅120nsのプリアンプル信号が8ビツト分
送信される。この8ビツト分の“°1”の2進符号によ
り高速のビット同期が設定されるのであり、次に、その
方法を説明する。
第14図において、14−1はタイムベース用の原振ク
ロック発振器、14−2.14−3はこの原振クロック
を分周してタイミングクロックを作り出すための分周器
で、分周器14−3の出力にデコーダ14−4を接続し
デコーダ出力1〜8を得る。これが第13図の受信側の
デコーダ出力1〜8のタイミングクロックで、1ビツト
分のパルス幅Tdはとなる。
このデコーダ出力1〜8のタイミングクロックのどのス
ロットが受信到来信号と一致するかを判定するのがビッ
ト同期設定である。前述のディテクタ回路のデータ検出
部14−5から得られる受信信号は光→電気変換した2
進のディジタル符号である。分周器14−2.14−3
及びデコーダ14−4でつくられたシフトクロックと、
到来受信データとのANDを8個のAND回路14−6
〜14−13でそれぞれとり、8個のシフトレジスタ1
4−14〜14−21のそれぞれへ、このANDデータ
をデータ到来速度の8倍のクロックスピード(又は到来
データ周期の178の周期)にて並列に同時に入力する
つづいてこの8個のシフトレジスタ1〜8の各出力をA
ND回路14−22〜14−29でANDをとり8ビツ
トの全゛1”の信号が到来した時点(第13図ピント同
期スリット判定のA点)で、どのシフトレジスタの出力
が全て゛1パであるかを判定する。
第13図の例のようにA点でデコーダ出力3のスロット
であると判定した場合には第14図のビット同期スリッ
ト判定/タイムベース発生回路14−30にてデコーダ
出力3のタイムスロットを基準にして以後のデータにつ
いてデータサンプリングを行う。
これがデータサンプリングクロックである。
本発明では、受信データのスタートを誤りな(判定する
ためにスリット判定に続いてこの符号と逆になるコード
を用いて必ず“0″となるスタート信号(ST)が到来
したことをST検出回路14−31で確認し、合致した
時のみ3個の16ビツトシフトレジスタ14−32.1
4−33.14−34に前述のデータサンプリングクロ
ック(セットパルス1)にてスタート信号より順次到来
データを1ビ・ントずつシフトする。このようにすれば
混信等による不要波のプリアンプル信号(例えば全“ビ
のプリアンプル符号)によりデータをとりこむ確率が少
ない。16X 3 =48ビット分のデータを前述の3
個のシフトレジスタ14−32〜34へ入力すると第1
3図のセットパルス1(3回目のE符号が到来してから
Δt、sec後)にて情報符号の1回目、2回目。
3回目ごとの相対する3種の情報C1,C2,C3のデ
ィジタル符号をメモリ(ΣC1) 14−35゜(ΣC
2) 14−36.  (ΣC3)14−37にそれぞ
れ一時入力し、ここで多数決判定を行う。第13図のタ
イムチャートBの時点で1フレ一ム分のデータを前述の
メモリ14−35〜37に一時入力したことになる。前
述のように、CI、C2,C3は相異なる情報である。
メモリΣC1,ΣC2,ΣC3では第12図(b)に示
す多数決判定を行って次の14ビットメモリ14−38
へ入力する。第13図のタイミングではBの時点よりΔ
t、だけ遅れてセットパルス2でメモリ14−38へ入
力する。
以上のように、受信側の分周器による分周のタイミング
回路とデコーダ回路とから複数のタイミングスロットを
作り、到来受信信号がどのタイミングスロットと一致す
るかを判定する方法は、従来のようなビット同期設定の
方式のように到来信号を微分して0→1,1→0の変換
点を作り受信側のタイミングクロックの位相を到来ビッ
ト信号ごとに進ませたり遅らせたりして到来信号の位相
に一致させる方法に比べると、少ないビット数で瞬時に
ビット同期の判定ができ、かつ以後の受信データを多数
決判定によって受信データを決定するので、途中にデー
タ誤りがあっても正しいデータを出力することができる
このようにして各移動局は、判定出力したデータに、デ
ータ受信時間等を追加してレーザ信号処E133−24
の記憶ユニットにメモリしておき、後に中央局が無線回
線によって、これらのデータを収集して時々刻々の変化
する移動局間の情報を評価、解析できる。
次に、無線回線による情報収集の方法について説明する
。第15図、第16図は、第2図の各移動局の無線部と
中央局とが無線回線によって行う無線データ送受信信号
のタイムチャートである。第15図は中央局から放送モ
ードの一斉呼出形式で移動局に対して初期設定を行いデ
ータ収集する場合であり、第16図はポーリング方式で
移動局のデータを収集する場合である。
まず、第15図の一斉呼出しの場合、中央局より移動局
A、〜A7に対して初期設定データ(例えばスタート時
間)を送信し、移動局より確認のデータを受信する場合
である。中央局より送信機のON AIR後、初期設定
データとして、プリアンプル信号(ビット同期設定)に
つづいて−斉呼出しの符号コードとタイマ情報とを送信
すると、予めとり決めたフォーマットに従って各移動局
はスタンバイの状態となると同時にスタート時の絶対時
刻を設定する。
各移動局は、この呼出し符号を受信してから、予めとり
決められた順序に従って準@Oにの信号を中央局へ返答
する。なお、このフォーマットは、各移動局のレーザ信
号処理器3−24のメモリ(記憶ユニット)より順次質
問データを引き出す方法として使用してもよい。
次に、第16図のポーリング方式のデータ収集の方法は
、中央局が各々の移動局を順次個別に呼出し、レーザ信
号処理器3−24の記憶ユニットより時々刻々変化する
情報を受信する方法で、中央局が移動局を呼出しても返
答が戻らない場合は、再度呼出すこともできる。
以上のような無線回線のデータ伝送には2400bps
程度の伝送速度が可能で、FSX(Frequeucy
 ShiftKeying)又はPSK (Phase
 5hift Keying)変調方式%式% 第17図は、FSK変調方式の場合の周波数配置と周波
数スペクトラムである。図において(a)は中心周波数
fO+ マーク周波数flB、スペース周波数f、の配
置を示し、(b)はその周波数スペクトラムを示すもの
である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、レーザ光
線と無線周波数を利用して各々の周波数帯の利点を生か
すとともに、互いに影響を及ぼすことなくオンラインで
独立に情報交換ができるという大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の全体運用システム図、第2図は本発明
の実施例の部分を示す中央局と移動局のハードウェア回
路図、第3図は第2図のレーザ部の詳細ブロック図、第
4図はレーザのPN接合部のレーザ光出力エネルギー分
布図、第5図は光−+電気変換回路図、第6図は受光器
の電気回路図、第7図は受光器の斜視図、第8図は受光
器の受光面図と縦断面図、第9図はプロジェクタの電気
回路図と波形図、第10図はレーザ光のパルス波形拡大
図、第11図はプロジェクタの通達距離の説明図、第1
2図はレーザ光のディジタル信号のタイムチャート、第
13図は送信及び受信信号のタイムチャート、第14図
はレーザ信号処理器の受信部回路のブロック図、第15
図は無線データ伝送(−斉呼出)のタイムチャート、第
16図は無線データ伝送(個別呼出)のタイムチャート
、第17図はFSK変調波の説明図である。 A、−A、、B、〜B7・・・移動局、 X、・・・中
央局、 2−1.2−11・・・アンテナと切替器、2
−2 、 2−12−・・無線送信m(TX)、2−3
.2−13・・・無線受信機(RX)、2−4.2−1
4・・・変調器(MOD)、 2−5゜2−15・・・
復調器(DEM)、 2−6・・・端末装置、 2−1
6・・・制御/メモリ部、 3−11〜3−1m・・・
受光器、  3−22・・・プロジェクタ、3−24・
・・レーザ信号処理器、 3−25・・・制御器、?−
1.7−4.8−1・・・電磁シールドケース、7−2
.7−5.8−2・・・受光面、 7−37−6.8−
3・・・引出線、 8−4・・・受光素子、8−5・・
・増幅器、 8−6・・・透明樹脂板部、8−7・・・
格子状シールド導体、 14−1・・・発振器、 14
−2.14−3・・・分周器、 14−4・・・デコー
ダ、 14−5・・・データ検出部、 14−6〜14
−13.14−22〜14−29・・・AND回路、 
1414〜14−21・・・シフトレジスタ、14−3
0・・・ビット同期スリット判定/タイムベース発生回
路、14−31・・・ST検出回路、 14−32〜1
4−34・・・16ビツトシフトレジスタ、 14−3
5〜14−37・・・メモリ、 14−38・・・14
ビツトメモリ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 互いに見通し内距離にある複数の移動局は、情報がコー
    ド化されたパルス変調方式のレーザ光を用いて互いに情
    報交換を行うとともにその交換情報を記憶しておき、こ
    れを前記複数の移動局に対して見通し外距離に位置する
    中央局からの要求に応じて電波を用いて該中央局に送信
    することを特徴とする光と電波とを組み合せたデータ送
    受信方式。
JP63253685A 1988-10-11 1988-10-11 光と電波とを組み合せたデータ送受信方式 Expired - Lifetime JPH07105758B2 (ja)

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JP63253685A JPH07105758B2 (ja) 1988-10-11 1988-10-11 光と電波とを組み合せたデータ送受信方式

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