JPH10285112A

JPH10285112A - 光通信システム

Info

Publication number: JPH10285112A
Application number: JP9093601A
Authority: JP
Inventors: Kenji Asanuma; 謙治浅沼; Takashi Yoshida; 吉田　　隆
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】高速なサンプリングを不要とし低消費電力化
を図る。【解決手段】光分岐−結合手段を介して複数の端末装
置相互間で光信号による通信を行なう場合に、パルス幅
が互いに異なる２種類の光信号Ｐ１（幅Ｗ１），Ｐ２
（幅Ｗ２：Ｗ２＜Ｗ１）をそれぞれ「１」，「０」の情
報に対応させて送信し、パルス幅の違いを弁別すること
により、１ビット毎に同期をとって受信し得るようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを利
用した光通信システム、特に光計装システムなどに適用
して好適な光通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２はこの種の従来例を示す概要図で
ある。図示のように、この光通信システムは複数の端末
装置２Ａ〜２Ｎと、端末装置間を相互に接続するための
光ファイバ３と、この光ファイバ３を介して各端末装置
２Ａ〜２Ｎと接続される光スターカプラ１より構成され
る。このような構成において、例えば端末装置２Ａは、
光スターカプラ１および光ファイバ３を介して他の端末
装置２Ｂ〜２Ｎと、光信号のオン，オフによって通信を
行なうことができる。

【０００３】各端末装置２Ａ〜２Ｎは光ファイバ３を双
方向に使用して光信号の送信と受信とを行なう。ここ
で、光スターカプラ１は任意の光ファイバ３から入射す
る光を他の光ファイバ３にほぼ均等に分岐して出力する
もので、システムに接続される端末装置が３台以上の場
合に必要となる。このような光スターカプラ１を用い、
或る端末装置が他の端末装置のアドレスを光信号で指定
することにより、任意の端末装置との通信が可能とな
る。

【０００４】図１３は、図１２で用いられる光信号の例
を示す波形図である。ここでは、伝達すべき情報の各ビ
ットに応じて光を一定時間ｔだけオン，オフさせること
により、情報を伝達するようにしており、光がオンのと
きを「１」、オフのときを「０」としている。

【０００５】図１４に図１２で用いられる端末装置の具
体例を示す。すなわち、端末装置２ｉは、受信時には光
信号を電気信号に、送信時には電気信号を光信号に変換
する変換部２１と、電気信号を送受信するとともに端末
装置の動作を制御し、マイクロコンピュータ（マイコン
とも略記する）などからなる制御部２３から構成され
る。制御部２３が電気信号を送受信する方法としては、
例えば調歩同期式のシリアルインタフェース（Ｉ／Ｆ）
を用いてパラレルデータとして送受信するもの、または
マイコンのポートを介して直接シリアルデータとして送
受信するものなどがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような光通信シ
ステムを構成する端末装置は、通信ラインが光ファイバ
であるため、電源供給が受けられずに電池を電源とする
ものが多い。このような端末装置の場合、消費電力が大
きいとそれだけ電池の寿命が短くなるという問題があ
り、低消費電力化が望まれている。

【０００７】しかるに、送信時には、ＬＥＤなどの発光
素子に比較的大きな電流を流す必要があり、さらにそれ
を情報「１」のビット当たり一定時間ｔだけ継続させる
必要があるので、発光のために消費する電流が大きいと
いう問題がある。また、受信時には先頭ビットの立ち上
がりを検出し、そこから所定のタイミングを生成して、
各ビットの中央で「１」，「０」の判定を行なう。調歩
同期式のシリアルＩ／Ｆの場合、伝送速度（ビット・レ
ート）の８倍〜１６倍で入力信号をサンプリングして、
先頭ビットの立ち上がりを検出するのが一般的で、この
ために高速のクロックが必要になり、高速クロックの発
振および高速動作により、消費電流が大きくなるという
問題がある。

【０００８】マイコンのポートで受信する場合でも、先
頭ビットの立ち上がりを検出するためにマイコンが高速
動作をする必要があり、上記と同様に消費電流が大きく
なるという問題がある。また、マイコンのポートで送受
信する場合、各ビットの送信または受信のタイミングを
マイコンの命令で作り出す必要があるが、適当な長さの
命令がない場合や、伝送速度とマイコンの動作クロック
周波数とに関係がない場合には、マイコンを変更したり
動作クロック周波数を上げたりすることが必要となり、
低消費電力化を追求する上での阻害になるという問題が
ある。したがって、この発明の課題は、端末装置での消
費電力が小さく、しかも信頼性の高い通信が可能な光通
信システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、光ファイバを媒体として相
互に接続された複数の端末装置からなる光通信システム
において、伝送すべき情報の各ビットに光信号パルスを
対応させ、そのパルス幅の大小の違いによって各ビット
が「１」か「０」かを区別して情報を伝達するようにし
ている。この請求項１の発明では、前記光信号パルスの
パルス幅を、伝送速度から決まるビットタイムよりも短
くするようにしている（請求項２の発明）。

【００１０】上記請求項１または２の発明では、前記光
信号パルス列の間隔を、一定の範囲内で不定とすること
ができる（請求項３の発明）。これら請求項１ないし３
の発明では、前記端末装置の各々には、伝達されて来る
光信号を電気信号に変換する変換手段と、その出力であ
る電気信号のパルス幅の大小の違いを弁別してデジタル
情報を獲得する復調手段とを備えることができ（請求項
４の発明）、または、前記端末装置の各々には、電気信
号を光信号に変換する変換手段と、送信すべきデジタル
情報に従ってパルス幅の異なる電気信号を生成する変調
手段とを備えることができる（請求項５の発明）。

【００１１】上記請求項４の発明では、或るパルスを受
信した後の一定時間内に入力されるパルスを無効にする
無効化手段を設けることができ（請求項６の発明）、ま
たは、通信フレームの途中および通信フレーム終了後の
一定時間は受信を開始しないように抑制する抑制手段を
設けることができる（請求項７の発明）。

【００１２】すなわち、伝送速度から決まるビットタイ
ムに比べて極端に短いパルス幅を持つ２種類の光信号を
用いて通信を行なえば、まず、送信時の発光時間を短く
なるので、端末装置が発光のために消費する電流を低減
できる。また、受信時には各パルス毎にパルス幅で
「１」，「０」を弁別することにより、高速なサンプリ
ングが不要となり、消費電流を低減できる。また、パル
ス列の間隔も一定にしなくても良いので、この点からも
消費電流を低減できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を説
明するための波形図である。これは、この発明の概念を
説明するもので、伝送速度から定まるビットタイムｔ毎
に、これよりも短いパルス幅の光信号で通信を行なうこ
とを示している。図２は図１の破線部を拡大したもの
で、例えばビットタイムｔ＝４０μｓに対し、パルスＰ
１を４μｓ幅として情報「１」を、パルスＰ２を２μｓ
幅として情報「０」をそれぞれ表わすようにしている。
１ビット当たりの平均発光時間が、図１３の従来方法で
は２０μｓであったが、この発明では３μｓにすること
ができる。ここに、平均とは情報「１」と「０」の発生
頻度を５０％ずつとすることを言う。

【００１４】図１では光パルスはビットタイムｔ毎に存
在していた、つまりパルス列の間隔は一定であったが、
図３のように一定でなく不定にすることができる。実際
は、通信フレーム内のパルス間隔の上限，下限を予め決
めておく必要があるが、これにより端末装置内のマイコ
ンやクロック周波数の選択の自由度を増やすことが可能
となる。

【００１５】図４に端末装置の復調手段の具体例を示
す。ここでは、同期式シリアルＩ／Ｆを利用した復調，
変調の場合について説明する。光ファイバ３を通って入
来した光信号ａは、まず変換部２１で電気信号ｂに変換
され、マイコン２３の同期式シリアルＩ／Ｆのシリアル
データ入力Ｓ_INに入力される。また、電気信号ｂはモノ
ステーブルマルチバイブレータ（以下、モノマルチとも
言う）２２Ａにも入力されている。コンデンサＣ１およ
び抵抗Ｒ１はモノマルチ２２Ａの出力パルス幅を決める
もので、ここでは３μｓとしている。モノマルチ２２Ａ
の出力ｃは、同期式シリアルＩ／Ｆの同期クロック入力
Ｓ_CLKに入力される。

【００１６】図５は図４の動作を説明するための波形図
である。パルス幅４μｓまたは２μｓの光パルス信号ａ
は、変換部２１で電気パルス信号ｂに変換される。モノ
マルチ２２Ａは、電気パルス信号ｂの立ち上がりでトリ
ガされ、３μｓ幅の負のパルスｃを出力する。これによ
り、電気パルス信号ｂが立ち上がってから３μｓ後に、
Ｓ_CLKに入力の立ち上がりが与えられる。同期式シリア
ルＩ／Ｆは、Ｓ_CLK入力の立ち上がりのタイミングでＳ
_IN入力をデータとして取り込むので、入力信号ｂのパル
ス幅が４μｓのときは「１」、２μｓのときは「０」と
判断されることになる。このように、入力の立ち上がり
を簡単な非同期回路によってとらえ、そこからデータの
サンプリングタイミングを生成するようにしているの
で、高速なクロックやマイコンの高速動作が不要とな
る。また、サンプリングタイミングを１ビット毎に生成
しているので、通信フレームが長くても特に問題はな
く、パルス信号の間隔が一定である必要もない。

【００１７】図６に端末装置の変調手段の具体例を示
す。マイコン２３の同期式シリアルＩ／Ｆの同期クロッ
ク出力Ｓ_CLKから出る転送クロックｄは、２つのモノマ
ルチ２２Ｂ，２２Ｃに入力される。そして、その出力
ｆ，ｇはアンドゲートＡ１，オアゲートＯＲを通って変
換部２１の入力ｉとなり、変換部２１で光信号ｊに変換
されて光ファイバ３へ送出される。同期式シリアルＩ／
Ｆのシリアルデータ出力Ｓ_OUTの出力ｅはアンドゲート
Ａ１に入力され、モノマルチ２２Ｂの出力ｆの有効／無
効を制御する。コンデンサＣ２，Ｃ３および抵抗Ｒ２，
Ｒ３はそれぞれ、モノマルチ２２Ｂ，２２Ｃの出力パル
ス幅を決めるもので、ここではモノマルチ２２Ｂの出力
パルス幅を４μｓ、モノマルチ２２Ｃの出力パルス幅を
２μｓとしている。なお、同期クロックＳ_CLKは受信の
ときには入力となり、送信のときには出力となるものと
している。

【００１８】図７は図６の動作説明図である。Ｓ_OUTか
らシリアルデータｅを出力するタイミングは、Ｓ_CLKか
ら出力される転送クロックｄの立ち下がりに同期してい
る。モノマルチ２２Ｂおよび２２Ｃは転送クロックｄが
立ち上がるたびにトリガされ、それぞれ４μｓ幅のパル
スｆと２μｓ幅のパルスｇを出力する。そして、４μｓ
幅のパルスｆは送信すべきデータｅが「１」のときはア
ンドゲートＡ１を通過してオアゲートＯＲの入力ｈに現
れるが、送信すべきデータｅが「０」のときはアンドゲ
ートＡ１に阻まれ、オアゲートＯＲの入力には現れな
い。したがって、データｅが「１」のときは、４μｓ幅
のパルスと２μｓ幅のパルスがオアゲートＯＲに与えら
れるので、変換部２１の入力ｉには４μｓ幅のパルスが
得られ、データｅが「０」のときは、２μｓ幅のパルス
のみがオアゲートＯＲに与えられるので、変換部２１の
入力ｉには２μｓ幅のパルスが得られることになる。

【００１９】図８に、図４に示す復調手段にノイズ除去
機能を付加した例を示す。すなわち、図４に示すモノマ
ルチ２２Ａに対し、その入力にアンドゲートＡ２と、モ
ノマルチ２２Ａの出力ｃで動作するモノマルチ２２Ｄを
付加して構成される。コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４
は、モノマルチ２２Ｄの出力パルス幅を決めるもので、
ここでは或る一定時間Ｔ１とする。図９は図８の動作を
説明するためのタイムチャートである。なお、入力パル
スｂの立ち上がりをとらえて負のパルスｃを作り、その
立ち上がりのタイミングで「１」，「０」を判断すると
いう点は図４，図５と同じなので、以下にその相違点に
つき説明する。

【００２０】モノマルチ２２Ｄは負のパルスｃの立ち上
がりでトリガされ、時間幅Ｔ１の負のパルスｋを作成す
る。したがって、１ビットのデータ受信後、時間Ｔ１だ
けアンドゲートＡ２の入力ｋが「ロー」となり、この間
にノイズ等のパルスがｂに発生したとしてもアンドゲー
トＡ２の出力ｍには現れないので、ノイズによる影響を
受けないことになる。そして、時間Ｔ１が経過するとｋ
が「ハイ」に戻り、その後のｂのパルスはアンドゲート
Ａ２を通過し、モノマルチ２２Ｄをトリガするので、受
信が可能となる。以上のことから、時間Ｔ１はビットと
ビットの最小間隔よりも短く設定することが必要とな
る。

【００２１】図１０に、図４に示す復調手段に通信フレ
ームの途中からの受信を禁止する機能を付加した例を示
す。すなわち、図４に示すモノマルチ２２Ａに対し、そ
の入力をコントロールするアンドゲートＡ２と、入力ｂ
で動作するモノマルチ２２Ｅと、アンドゲートＡ２をコ
ントロールするフリップフロップ（ＦＦ）２４と、ＦＦ
２４の入力をコントロールするアンドゲートＡ３とを付
加して構成される。また、マイコン２３は、データを受
信するときはポート（Ｐｏｒｔ）出力ｎを「ハイ」と
し、受信しないときは「ロー」にする。なお、コンデン
サＣ５および抵抗Ｒ５は、モノマルチ２２Ｅの出力パル
ス幅を決めるもので、ここでは或る一定時間Ｔ２とす
る。

【００２２】図１１は図１０の動作を説明するためのタ
イムチャートである。なお、説明を分かりやすくするた
め、通信フレーム内の各ビットのタイミングは省略し
た。また、入力パルスｂの立ち上がりをとらえて負のパ
ルスｃを作り、その立ち上がりのタイミングで「１」，
「０」を判断するという点は図４，図５と同じである。
マイコン２３は、受信を開始するまでＰｏｒｔ出力ｎを
「ロー」にしてＦＦ２４をクリアしているので、その出
力ｑは「ロー」に保持され、ｂにパルスが入力されても
アンドゲートＡ２の働きにより、モノマルチ２２Ａがト
リガされることはない。モノマルチ２２Ｅはモノマルチ
２２Ａと同様、入力パルスｂの立ち上がりでトリガさ
れ、時間Ｔ２の負のパルスを発生する。そして、１つの
通信フレームが終わるまで再トリガされ続けるので、モ
ノマルチ２２Ｅの出力ｏは通信フレーム＋Ｔ２の時間だ
け「ロー」にされる。

【００２３】マイコン２３は、受信を開始するときＰｏ
ｒｔ出力ｎを「ハイ」にするが、通信フレームの途中で
ある場合、ｏが「ロー」であるため、アンドゲートＡ３
の出力ｐは「ロー」を保持する。そして、通信フレーム
の終了後に時間Ｔ２が経過するとｏが「ハイ」になるの
で、アンドゲートＡ３の出力ｐが「ハイ」に転じ、ＦＦ
２４をトリガする。ＦＦ２４はトリガされると、Ｐｏｒ
ｔ出力ｎが「ロー」になってクリアされるまで、出力ｑ
を「ハイ」に保持する。出力ｑが「ハイ」になると、入
力ｂに現れたパルスはアンドゲートＡ２を通過してｍに
現れ、モノマルチ２２Ａをトリガしてｃに負のパルスを
発生するので、同期式シリアルＩ／Ｆの受信が開始され
ることになる。当然ながら、時間Ｔ２は通信フレームと
通信フレームの間隔の最小時間よりも小さく、かつ通信
フレーム内のビットとビットの間隔の最大時間よりも大
きく設定することが必要である。こうすることで、通信
フレームの途中からの受信を禁止することが可能とな
る。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、光パルス信号の幅を
利用して情報を表現し、その変調，復調に工夫を凝らす
ことで、端末装置の消費電流を小さくし、しかも信頼性
の高い光通信が可能になるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を説明するための波形図
である。

【図２】図１に示す点線部の拡大図である。

【図３】この発明の他の実施の形態を説明するための波
形図である。

【図４】復調手段の具体例を示す構成図である。

【図５】図４の動作を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図６】復調手段の具体例を示す構成図である。

【図７】図６の動作を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図８】ノイズ除去機能を持つ復調手段の具体例を示す
構成図である。

【図９】図８の動作を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図１０】通信フレームの途中からの受信を禁止する機
能を持つ復調手段の具体例を示す構成図である。

【図１１】図１０の動作を説明するためのタイムチャー
トである。

【図１２】光通信システムの一般的な例を示す概要図で
ある。

【図１３】図１２で用いられる光信号の１例を示す波形
図である。

【図１４】図１２の端末装置の具体例を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１…光スターカプラ、２Ａ〜２Ｎ…端末装置、２１…変
換部、２２Ａ〜２２Ｅ…単安定マルチバイブレータ（モ
ノマルチ）、２３…制御部（マンコン）、２４…フリッ
プフロップ（ＦＦ）、３…光ファイバ、Ａ１〜Ａ３…ア
ンドゲート、ＯＲ…オアゲート、Ｃ１〜Ｃ５…コンデン
サ、Ｒ１〜Ｒ５…抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 Ｈ０４Ｌ 12/44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを媒体として相互に接続され
た複数の端末装置からなる光通信システムにおいて、伝送すべき情報の各ビットに光信号パルスを対応させ、
そのパルス幅の大小の違いによって各ビットが「１」か
「０」かを区別して情報を伝達することを特徴とする光
通信システム。
【請求項２】前記光信号パルスのパルス幅を、伝送速
度から決まるビットタイムよりも短くすることを特徴と
する請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】前記光信号パルス列の間隔は、一定の範
囲内で不定とすることを特徴とする請求項１または２の
いずれかに記載の光通信システム。
【請求項４】前記端末装置の各々には、伝達されて来
る光信号を電気信号に変換する変換手段と、その出力で
ある電気信号のパルス幅の大小の違いを弁別してデジタ
ル情報を獲得する復調手段とを備えてなることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の光通信システ
ム。
【請求項５】前記端末装置の各々には、電気信号を光
信号に変換する変換手段と、送信すべきデジタル情報に
従ってパルス幅の異なる電気信号を生成する変調手段と
を備えてなることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の光通信システム。
【請求項６】或るパルスを受信した後の一定時間内に
入力されるパルスを無効にする無効化手段を設けたこと
を特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項７】通信フレームの途中および通信フレーム
終了後の一定時間は受信を開始しないように抑制する抑
制手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の光通
信システム。