JPH024036A - 光ビーム通信方式 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、通信すべき情報に応じた電気信号により強度
変調された光ビームを自由空間中に伝播させて通信を行
なう光ビーム通信方式に関し、特に光ビームにより２元
デジタルデータの通信を行なう光ビーム通信方式に関す
るものである。

［従来の技術］ 光ビーム通信では通信すべき情報に応じた電気信号によ
り光源の発光を強度変調して光信号に変換し、光信号を
レンズなどの光学系により光ビームの形に収束して空中
を伝播させて通信を行なっている。光ビーム通信では通
信ケーブルを付設する必要がなく、簡単、安価な構成で
光の高速性を利用した大容量の通信路が設営できるとい
う利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが光ビーム通信では大気を伝送路として光信号を
伝播させるため、気象条件などの影響を受は易く、降雨
や降雪、露などにより信号は大きな減衰を受ける。また
大気の揺らぎによる受信光の強度の変動や信号光以外の
外乱光の混入、鳥などの障害物による光ビームの遮断な
どの外的要因により通信が妨害されてしまう。こような
ことから光ビーム通信では特に長距離の通信において偏
傾性に問題があった。

そして従来の光ビーム通信では通信の信頼性向上のため
に伝送誤りの検出、訂正を行なう場合に、シリアルデー
タ伝送のため一連のデータ列を受信するごとに行なうの
で効率が悪いという問題があった。

さらに従来の光ビーム通信方式では通信の多重化を行な
う場合に大規模で複雑なシステムを必要とし、高い費用
がかかるという問題があった。

本発明の課題はこれらの問題を解決することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため本発明によれば、光ビームに
より２元デジタルデータの通信を行なう光ビーム通信方
式であフて、複数の光ビームの伝送チャンネルを用いて
通信を行ない、送信側では送信する２元デジタルデータ
の各１ビットを順次前記チャンネル数に対応したビット
数の２元符号データに符号化して該符号化データを送信
し、受信側では順次受信した符号化データを復号化して
元の通信データの各１ビットを識別する構成を採用した
。

［作　用］ このような構成によれば通信データの各１ビットの符号
化、復号化を行なうことにより、受信側における通信デ
ータの各１ビットの識別能力を格段に高めることができ
る。

［実施例］ 以下、添付した図を参照して本発明の実施例の詳細を説
明する。

第１図は本発明の実施例による光ビーム通信方式により
「１」、「０」の２元デジタルデータの通信を行なう通
信システムの構成の概略を示している。図中左側が送信
装置の送信部１０であり、右側が受信装置の受信部２０
である。送信部１０と受信部２０はここでは符号００〜
Ｃ４で示す５つの光ビームの伝送チャンネルを用いて通
信を行ない、送信部１０　（ｉｌｌ）では送信する２元
デジタルデータの各１ビットを順次５ビットの２元符号
データに符号化して５ビットの符号化データをチャンネ
ル００〜Ｃ４により順次並列に送信し、受信部２０側で
は順次受信した５ビットの符号化データを復号化して元
の通信データの各１ビットを順次識別し再生するものと
する。以下に送信部１０と受信部２０の構成を説明する
。

まず送信部１０は上記の符号化を行なう送信制御回路１
と５つの光ビーム送信機２から構成される。

送信制御回路１の構成は第２図に示すようになっている
。第２図において符号５は送信する２元デジタルデータ
の各１ビットの「１」と「０」のそれぞれに対応した５
ビットの符号パターンＡと符号パターンＢを発生する符
号パターン発生回路である。

符号パターン発生回路５は例えば１０ビットの各出力端
子のそれぞれを接地して入力電圧を論理レベルのローレ
ベルにするかまたはハイレベルの電源電圧にプルアップ
したものとして構成される。あるはデイツプスイッチな
どにより各出力端子の信号レベルを可変に設定できるも
のとしても良い。またレジスタとして構成し、外部の不
図示のマイクロプロセッサなどによりパターンＡ、　　
Ｂの５ビットずつのデータを可変に設定できるものとし
ても良い。なおここでは符号パターン発生回路５は「１
」に対応する５ビットの符号パターンＡとしてｒｌｏｏ
ｌｌ」を発生し、「Ｏ」に対応する符号パターンＢとし
て符号パターンＡの各ビットを反転したｒｏｌｌｏｏＪ
を発生する例を示している。

次に符号パターン発生回路５の符号パターンＡの各ビッ
トの出力端子はそれぞれ２人力のアンド回路Ａ　１ｏ−
Ａ　１４のそれぞれの一方の人力に接続されており、パ
ターンＢの各ビットの出力端子のそれぞれは同じく２人
力のアンド回路Ａ。。〜Ａｏ４のそれぞれの一方の入力
に接続されている。アンド回路Ａ、ｏ＃Ａ、４のそれぞ
れの他方の人力には送信するデータ信号がそのまま入力
され、アンド回路ＡＯＯ〜ＡＯ４のそれぞれの他方の人
力には送信するデータ信号がインバータＩ０を介して反
転されて入力されるようになっている。

ざらにアンド回路Ａ、。〜Ａ＋４のそれぞれの出力は２
人力のオア回路０ｏＮｏ４のそれぞれの一方の入力端子
に人力され、アント回路Ａ０゜〜ＡＯ４のそれぞれの出
力はオア回路０゜−０４のそれぞれの他方の入力端子に
人力されるようになっている。モしてオア回路００〜０
４のそれぞれの出力端子は５つの光ビームのチャンネル
００〜ｃ４の光ビーム送信機２のそれぞれの入力端子に
接続されている。

このような構成でデータ信号の「１」が入力されると、
アンド回路Ａ１゜〜Ａ、４が開かれ、アンド回路Ａ。Ｏ
””ＡＯ４が閉じられる。これによりパターンＡの符号
化データｒ　１００１１　、ｌがオア回路００〜０４を
介してチャンネルＣ８−０４の光ビーム送信機２に並列
に出力される。またデータ信号が「０」の場合には上記
と逆にアンド回路Ａ１゜〜Ａ＋４が閉じられ、アンド回
路Ａ０゜〜Ａ０４が開かれる。これによりパターンＢの
符号化データｒｏ１１００Ｊがチャンネル００〜Ｃ４の
光ビーム送信機２のそれぞれに並列に出力される。

次に光ビーム送信機２の構成は人力される符号化データ
の各ビットの信号をＦＳＸ　（周波数シフトキーインク
）やＰＳＫ　（移相シフトキーイング）方式などの所定
の変調方式で変調する変調回路と、レーザ発振器と、前
記変調回路の出力信号に応じてレーザ発振器を強度変調
方式で駆動する駆動回路と、レーザ発振器の出力する光
信号をビームに収束する光学系などからなる。

このような構成で光ビーム送信機２に入力される符号化
データの各ビットのデータ信号は上記のように所定方式
で変調され、強度変調により光信号に変換され、光ビー
ムとしてチャンネルＣＯ〜Ｃ４のそれぞれに出力される
。

次に受信部２０はチャンネルＣ８〜Ｃ４のそれぞれに対
応した５つの光ビーム受信機３と光ビーム受信機３のそ
れぞれから入力される符号化データを復号化する受信制
御回路４から構成される。

受信制御回路４は後述のように伝送誤りの訂正も行なう
ようにも構成される。

光ビーム受信機３の構成は、光学系とフォトダイオード
などからなる光電変換素子と、同素子の出力信号を増幅
する増幅回路、同回路の出力信号を光ビーム送信機２の
電気信号の変調方式に対応した復調方式で復調する復調
回路、および同回路の出力信号の波形を２元デジタルデ
ータ信号に整形する波形整形回路などからなる。

このような構成で各チャンネル００〜Ｃ４の光ビームの
信号は光ビーム受信機３に受信され、光信号は光電変換
された後、増幅、復調および波形整形され、受信ｌ′ｉ
１３のそれぞれから符号化データの谷ビットの信号が受
信制御回路４に入力されるようになっている。

つぎに受信制御回路４の構成は第３図に示すようになっ
ており、送信制御回路１の符号パターン発生回路５に対
応して同様に符号パターンＡのｒｌｏｏｌｌＪと符号パ
ター：／Ｂ（７）　ｒｏ　１１００」を発生する符号パ
ターン発生回路５′と、排他的論理和回路とインバータ
からなる１０個の比較回路Ｘ＋　ｏ　””　Ｘ　１４お
よびＸｏ。〜ＸＯ４と、アンド回路Ａ２〜Ａ、およびイ
ンバータＩＩ、１２などからなる。

比較回路Ｘ、、ｘＸ、４およびｘ　ｏｏ−ｘ　ｏ４のそ
れぞれの一方の人力にはチャンネルＣ８−０４のそれぞ
れの光ビーム受信機３から受信した符号化データの各ビ
ットの信号が入力されるようになっている。また比較回
路ＸＩＯ〜ＸＩ４のそれぞれの他方の入力には符号パタ
ーン発生回路５′の符号パターンＡの各ビットが入力さ
れ、比較回路ｘ０゜〜Ｘ０４のそれぞれの他方の入力に
は符号パターンＢの各ビットが入力されるようになって
いる。比較回路Ｘ１゜〜ＸＩ４およびｘｏ。〜Ｘｏ４は
それぞれの入力が一致すると「１」を出力するようにな
っている。

このような構成の下にチャンネルＣｏ−６４の各光ビー
ム受信機３から並列に入力される受信符号化データの信
号が「１」に対応するｒｌｏｏｌｌ」の場合には、比較
回路ＸＩＯ〜Ｘ１４のそれぞれの入力が一致し、それぞ
れの出力がすべて「１」となり、これらが入力されるア
ンド回路Ａ２の出力が「１」となる。また比較回路ＸＯ
Ｏ〜ＸＯ４のそれぞれの入力はすべて不一致となるので
、これらの出力はすべて「Ｏ」となり、これらが入力さ
れるアンド回路Ａ、の出力は「０」となる。従ってアン
ド回路Ａ２の出力とインバータＩ２を介して反転された
アンド回路Ａ、の出力とが入力されるアンド回路Ａ４の
出力は「１」となり、これが受信データの１ビットとし
て出力される。

一方、各光ビーム受信機３から入力される受信符号化デ
ータが「０」に対応するｒｏｌｌｏｏＪの場合は、上記
と逆にアンド回路Ａ２の出力が「０」となり、アンド回
路Ａ３の出力が「１」となる。そしてアンド回路Ａ４の
出力がｒｏｌとなり、これが受信データの１ビットとし
て出力される。

一方、各光ビーム受信機３から人力される符号化データ
が伝送誤りのためｒｌｏｏｌｌＪでもｒｏｌｌｏｏＪで
もない場合には比較回路Ｘ、。〜Ｘ１４およびＸ。０−
ＸＯ４のそれぞれにおいて少なくともひとつの出力が「
Ｏ」となるため、アンド回路Ａ２とＡ３の出力はともに
「０」となる。そしてアンド回路Ａ２．Ａ３のそれぞれ
の出力をインバータＩＩ、Ｉ２を介して反転して入力さ
れるアンド回路Ａ５の出力は「１」となり、これが伝送
誤りを検出したエラー出力信号として出力される。なお
伝送誤りがない場合はアンド回路Ａｓの２人力のいずれ
か一方が「０」となるため、アンド回路Ａｌｌの出力は
ｒ□」となる。

次に以上の構成からなる本実施例の通信システムの動作
を説明する。

通信時にはまず送信部１０に通信データの２元デジタル
データの「１」または「０」の各１ビットが直列に順次
人力される。各１ビットのデータの信号は先述した第２
図の符号パターン発生回路５とアンド回路Ａ＋ｏ−ＡＨ
４およびＡ　６６”　Ａ　０４を介してｒｌｏｏｌｌＪ
かまたはｒｏｌｌｏｏＪに符号化され、チャンネル００
〜Ｃ４の各光ビーム送信機２に人力される。各ビットの
データの信号は光ビーム送信機２において前述のように
所定方式で変調され、その電気信号が強度変調により光
信号に変換され、光ビームとして出力される。光ビーム
により送信された光信号は光ビーム受信機３のそれぞれ
に受信され、光電変換され、増幅、復調および波形整形
されて並列の符号化データが再生される。並列の符号化
データは受信制御回路４に入力され、前述のように符号
パターン発生回路５′と比較回路Ｘ＋ａ−ＸＩ４および
Ｘｏ。〜Ｘｏ４を介してパターンＡのｒｌｏｏｌｌＪお
よびパターンＢのｒｏｌｌｏｏＪと比較され、いずれか
に−致した場合は「１」または「Ｏ」のデータとして識
別されデータ信号として再生出力される。また入力され
た符号化データが伝送誤りのため「１００１１」とｒｏ
ｌｌｏｏＪに一致しない場合には前述のようにエラー出
力信号が出力される。

以上のように本実施例によれば、送信側では直列に入力
される送信データの各１ビットを順次５ビットの符号化
データに符号化し、受信側では復号化を行なってデータ
の各１ビットの「１」と「０」の識別を行なってデータ
の各１ビットの「１」と「０」の識別を行なうため、デ
ータの各１ビットの識別が確実に行なわれ、また伝送誤
りの発生も確実に認識できるので、従来の光ビーム通信
方式の弱点であった信頼性を大幅に改善することができ
る。

また一般のシリアルデータ伝送での誤り検出は一連のデ
ータ列を受信した後でなければ行なえないが、本方式で
は受信と同時にリアルタイムで誤りを検出できる。従っ
て双方向で通信を行なう場合はただちに誤り発生の情報
を送信側に戻して再送要求をすることができ、伝送の効
率を高めることができる。

ところで通信システムによっては、上記のように５チヤ
ンネルの内１チャンネルでも伝送誤りが生じた場合にデ
ータの再送を行なうことは効率的でない場合があり、ま
た片方向通信ではデータの再送要求ができない。このよ
うな場合は伝送誤りの訂正を行なう必要がある。

本実施例では伝送誤りの訂正を行なう場合に第３図に示
した受信制御回路に破線で示す信号線で接続した誤り訂
正回路６、インバータ１３％　アンド回路ＡＭ　、Ａ？
およびオア回路ｏ５を設けるものとする。

誤り訂正回路６は受信符号データの内この場合ｒｌｏｏ
１１ＪとｒｏｌｌｏｏＪに一致しないデータが元の通信
データの「１」と「０」のいずれに対応するものか判定
し、判定結果を出力するもので、論理回路あるいはマイ
クロプロセッサから構成される。この誤り訂正回路６の
方式は種々あるが、ここでは最も簡単な例を説明してお
く。

誤り訂正回路６はまず比較回路ＸＩＯ〜Ｘｔ４およびＸ
ｏ。〜Ｘｏ４の出力により、受信符号化データの符号パ
ターンＡ、Ｂに対する不一致のビット数を調べる。そし
て不一致のビット数の少ない方を誤りビット数（誤りチ
ャンネル数）として判定する。パターンＡ、Ｂは互いの
「１」、「０」を反転したパターンであるので、ある受
信符号化データのパターンＡ、Ｂに対する不一致ビット
数は０と５．１と４あるいは２と３になる。この場合誤
りビット数をそれぞれ０，１あるいは２と判定する。

誤りビット数が０の場合は誤り無しで問題にしないとし
て、誤りビット数が１または２に確定されれば、この誤
りビット数と受信符号化データのパリティから元のデー
タが「１」か「０」かを確実に識別できる。

すなわちここでは「１」の符号パターンを「１００１１
Ｊとし「０」の符号パターンを「０１１００」としてい
るので、伝送誤りが１ビットの場合「１」に対応する受
信符号データは偶数パリティとなり「０」に対応する受
信符号データは奇数パリティとなる。従ってこの場合、
受信符号化データが偶数パリティなら「１」、奇数パリ
ティなら「Ｏ」と識別できる。

また伝送誤りが２ビットの場合は「１」に対応する受信
符号化データは奇数パリティとなり「Ｏ」に対応する受
信符号化データは偶数パリティとなる。従ってこの場合
、受信符号化データが奇数パリティなら「１」、偶数パ
リティなら「０」と識別できる。

誤り訂正回路６はこのような論理に基づいて上記の受信
符号化データの符号パターンＡ、Ｂに対する不一致のビ
ット数とパリティから受信符号化データが「１′」と「
０」のいずれに対応するかを判定し、判定結果の「１」
、「０」を出力する。

但し上記の誤りビット数の判定は多数決によるもので、
絶対のものではなく、実際の誤りビット数が３以上の場
合は上記の判定は誤りとなる。すなわち上記の構成は実
際の誤りビット数が２以下の場合にのみ有効であり、こ
の場合に限り確実に判定を行なえる。

次に誤り訂正回路６からオア回路ｏｓの動作を説明する
。

伝送誤りがない場合はアンド回路Ａ、の出力が「０」と
なることによりアンド回路Ａ、が閉じられ、誤り訂正回
路６の出力は遮断される。そしてアンド回路Ａ５の「０
」の出力をインバータＩ３を介し反転した「１」の人力
によりアンド回路Ａ６が開かれ、アンド回路Ａ４からの
データ信号がオア回路ｏ５から出力される。

一方エラーが検出された場合はアンド回路Ａ。

の「１」の出力の反転入力によりアンド回路Ａ６が閉じ
られ、アンド回路Ａ４の出力信号は遮断される。そして
アンド回路Ａ、の「１」の出力によリアンド回路Ａ７が
開かれ、前述のように受信符号化データが「１」と「０
」のいずれに対応するか判定し、誤り訂正を行なった誤
り訂正回路６の出力信号がデータ信号としてオア回路Ｏ
Ｓから出力される。

このようにして伝送誤りの訂正をリアルタイムで行なえ
、伝送効率を向上できる。なお上述のように誤り訂正方
式は上記のものに限るものではなく、チャンネル数や符
号パターンＡ、Ｂの相違により他の誤り検出、訂正方式
を適用しても良いのは勿論である。例えば１つの伝送チ
ャンネルに対して複数のタイムスロットに渡るパターン
符号によるパラレルとシリアルの混合方式を用いても良
い。

以上のような本実施例によれば上述のようにして受信側
で受信データの各１ビットの「１」、「０」を確実に識
別し再生でき、通信の信頼性を格段に向上できるととも
に、リアルタイムで伝送誤りの検出、訂正を行なえ伝送
効率を向上できる。

また本実施例の通信システムによれば、これに対して盗
聴を行なおうとする場合に、異る位置を走る光ビームを
同時に受信しなければならないとともに、どの光ビーム
がどのチャンネルかを知らねばならず、しかも「１」、
「０」に対応する符号パターンは一種の暗号であるので
、盗聴、解読は極めて困難である。「１」、「Ｏ」に対
応する符号パターンを経時的に変更することにより解読
をさらに困難にすることができる。従って本実施例によ
れば秘話性において極めて優れたシステムを構築できる
。

また本実施例によれば光ビームのチャンネル数をｎとす
ると「１」、「０」に対応する符号パターンは２ｎ−１
個作成でき、これらの異る符号パターンを異る受信装置
に割り当てること、いわゆる符号分割により、極めて簡
単に通信の多重化が可能である・。なお通信の多重化を
行なう場合送信側で光ビームを分散させて複数の受信装
置が受信できるようにするのは勿論である。従来の光ビ
ーム通信方式では高速デジタル信号の多重化には極めて
複雑で大規模なシステムが必要であったが、本実施例の
方式によれば簡単な構成の装置で多重化が実現可能であ
り、伝送ビームのチャンネル数が増してもシステム全体
としては簡単安価に構成できる。

さらに本実施例の方式では多重化を行なう場合の多重化
と多重化信号からの信号の分離はそれぞれ符号パターン
の生成と符号パターンとの一致検出だけでなされるので
、従来のような複雑なタイミングの制御処理を必要とせ
ず、多重化される信号のそれぞれの速度について高い自
由度が得られる。

さらに本実施例の方式によれば、上記のように多重化し
た場合の多重信号の分離を極めて容易に行なえるため、
交換の機能を有する伝送システムにも適用できる。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光ビ
ームにより２元デジタルデータの通信を行なう光ビーム
通信方式であって、複数の光ビームの伝送チャンネルを
用いて通信を行ない、送信側では送信する２元デジタル
データの各１ビットを順次前記チャンネル数に対応した
ビット数の２元符号データに符号化して該符号化データ
を送信し、受信側では順次受信した符号化データを復号
化して元の通信データの各１ビットを識別する構成を採
用したので、受信側で受信データの各１ビットを確実に
識別し再生でき通信の信頼性を格段に向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の通信方式を採用した通信システム全体
の概略構成を示すブロック図、第２図は第１図中の送信
制御回路の構成の詳細を示すブロック図、第３図は第１
図中の受信制御回路の構成の詳細を示すブロック図であ
る。 １・・・送信制御回路　　　２・・・光ビーム送信機３
・・・光ビーム受信機　　４・・・受信制御回路５．５
′・・・符号パターン発生回路 ６・・・誤り訂正回路　　　１０・・・送信部２０・・
・受信部 Ａ　２−′−＾　？　　ｓ　　Ａ　　ＯＯ′−Ａ　　０
４・　Ａ　　ｔｏ−Ａ　　Ｉ４・・・アンド回路 Ｉｏ〜■３・・・インバータ ０゜〜０．・・・オア回路 ＸＯＯ〜ＸＯ４、Ｘ　１０〜Ｘ　１４”’比較回路」４
名シ又デへのフ゛ロブ７回 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光ビームにより２元デジタルデータの通信を行なう
   光ビーム通信方式であって、複数の光ビームの伝送チャ
   ンネルを用いて通信を行ない、送信側では送信する２元
   デジタルデータの各１ビットを順次前記チャンネル数に
   対応したビット数の２元符号データに符号化して該符号
   化データを送信し、受信側では順次受信した符号化デー
   タを復号化して元の通信データの各１ビットを識別する
   ことを特徴とする光ビーム通信方式。