JPH11234210A

JPH11234210A - 光配線システム

Info

Publication number: JPH11234210A
Application number: JP10025563A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tsubokawa; 信坪川; Yoshio Kashima; 宣雄加島; Manabu Kubota; 学久保田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】アクティブな光電変換装置を必要としない
簡易な光配線システムを提供する。【解決手段】１つの主装置及びこれと１対ｎで対向す
る複数の端末側装置を具え、これらの間を光ファイバと
赤外光の空間伝搬との組合せを用いて信号伝送を行う光
配線システムである。主装置から各端末側装置に到る下
り信号は、光ファイバ端とレンズ系からなる光アウトレ
ット部まで光ファイバ中を伝搬し、レンズ系を経て空間
伝搬し、端末側装置に具えられるレンズ系で集光されて
光モジュール部に到る。端末からの逆方向の上り信号は
逆手順による。光ファイバは１心でも２心でもよい。ま
た、主装置内に競合制御手段を具え、多重化してもよ
い。また、波長合分波器を用いて光波長多重とすること
もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信による広帯
域サービスを提供するために必要な例えば住宅内又はビ
ル内等で用いられる光配線システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような光配線においては光フ
ァイバ及び赤外光空間伝搬を利用した配線システムが一
般的に用いられているが、いずれのシステムにおいても
赤外光の空間伝搬部分においては光電変換モジュールが
直接対向する構成が採用されており、全ての空間伝搬区
間の両端に例えばＬＥＤ及びフォトダイオードのような
アクティブな光電変換装置を配置する必要があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、光ファイ
バと組合せて赤外光による空間伝搬を用いる場合、従来
は、光ファイバのみの配線に比べて、両側の光ファイバ
と無線区間との境界に光電変換装置が必要となり、装置
の無駄が生じ、且つ光電変換装置がアクティブであるた
めに給電が必要であった。本発明の目的は、このような
問題点に鑑み、アクティブな光電変換装置を必要としな
い簡易な光配線システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の光配線システム
は、上記の目的を達成するため、１つの主装置及びこれ
と１対ｎ（ｎは２以上の整数）で対向する複数の端末側
装置を具え、これらの間を光ファイバと赤外光の空間伝
搬との組合せを用いて信号伝送を行う光配線システムで
あって、主装置はｎ個の光モジュール部を具え、主装置
から各端末側装置に到る下り信号は光モジュール部で電
気光学変換された後、光ファイバに入射し、光ファイバ
中を光ファイバ端とレンズ系からなる光アウトレット部
まで伝搬し、レンズ系を経て空間伝搬し、端末側装置に
具えられるレンズ系で集光され、光モジュール部で光学
電気変換された後、端末まで伝達され、端末からの逆方
向の上り信号は、逆手順により、端末側装置の光モジュ
ール部で電気光学変換された後、レンズ系を経て空間伝
搬し、光アウトレット部のレンズ系で集光された後、光
ファイバ端に入射し、光ファイバを伝搬し、光モジュー
ル部で光学電気変換された後、主装置まで信号伝達され
る構成を有する。

【０００５】本発明の光配線システムにおいては、主装
置と端末側装置間に挿入される光ファイバは１心であっ
ても、２心であってもよい。また、主装置内に競合制御
手段を具え、主装置内の各光モジュール部からの下り信
号は、１対ｍ（ｍは１〜ｎの整数）の光分岐素子で空間
的に分割された後、ｍ本の光ファイバによりスタートポ
ロジーで光アウトレット部まで伝搬するか又は１本の光
ファイバを伝搬しバストポロジーに従って１対２の光分
岐素子で逐次分岐されて光アウトレットまで伝搬し、レ
ンズ系を経て空間伝搬を行い、端末側装置に到り、端末
側装置からの上り光信号は、空間伝搬を経て光アウトレ
ット部に到り、光ファイバを伝搬し、光分岐素子で複数
の光アウトレット部からの光信号と合成された後、主装
置内の１つの光モジュールに信号伝達されるようにして
もよい。

【０００６】他の本発明の光配線システムは、１つの主
装置及びこれと１対ｎ（ｎは２以上の整数）のスタート
ポロジーで対向する複数の端末側装置を具え、これらの
間を光ファイバと赤外光の空間伝搬との組合せを用いて
信号伝送を行う光配線システムであって、主装置は複数
の入出力ポートを有する１個の親ノードを具え、親ノー
ドの各入出力ポートから各端末側装置に到る下り信号は
各端末側装置毎に互いに異なる光波長により電気光学変
換され、各光信号は波長合分波器により合波された後、
光ファイバに入射し、光ファイバ中を光ファイバ端とレ
ンズ系からなる光アウトレット部まで伝搬し、レンズ系
を経て空間伝搬し、各端末側装置に具えられるレンズ系
で集光され、各端末側装置毎に割り振られる光波長を選
択透過する波長フィルタを通過した後、光学電気変換さ
れ、各端末まで伝達され、端末からの逆方向の上り信号
は、逆手順により、端末側装置で電気光学変換された後
空間伝搬し、光アウトレット部のレンズ系で集光された
後、光ファイバ端に入射し、光ファイバを伝搬し、前記
波長合分波器により分波された後、波長毎に光学電気変
換され、親ノードまで信号伝達される構成を有する。

【０００７】このような本発明によれば、光配線システ
ムは、主装置に内蔵される光電変換装置からの光信号が
光ファイバ端とパッシブなレンズ系を経て直接端末側装
置の光送受信部に伝達される構成をとることができるた
め、光ファイバと無線区間との間にアクティブな光電変
換装置を必要とせず、従って給電を必要としない簡易な
構成とすることができる。更に、光ファイバの途中にパ
ッシブな光分岐素子を挿入して分岐された光ファイバを
各端末に配線する形態をとる場合は、１つの主装置側の
光電変換モジュールで複数の端末側装置に対向するた
め、光電変換装置の大幅な節約を実現することができ
る。

【０００８】また、波長合分波器及び波長フィルタを組
合せて使用する光波長多重を用いる光配線システムにお
いては、バストポロジーが禁止的な伝送プロトコルに対
しても主装置と端末装置との間の配線構成として、見か
け上物理的なバス型配線が可能になり、柔軟な機器配置
を実現することができる。また、空間伝搬区間の機器構
成も簡易になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の光配線システムが屋内各
部屋に適用された実施例における全体構成を説明する図
である。先ず主装置１から端末側への下り信号について
説明する。符号化された電気信号は、ｎ枚のネットワー
クインタフェースカード（ＮＩＣ）２に内蔵されている
光モジュール３で光電変換されて光信号となる。光モジ
ュール３にはＬＤ又はＬＥＤ等の光源及びＰＩＮ又はＡ
ＰＤ等の受光素子が搭載されている。光信号はＮＩＣ２
に接続された光ファイバ４の１心に入射し、この光ファ
イバ４の中を伝搬し、各部屋の天井等に位置する光ファ
イバ出射端に到り、パッシブなレンズ系で構成される光
アウトレット５を経て、数cm程度の径を有する平行ビー
ムに変換され、空間伝搬により同室内で通常数m 〜１０
m 程度離れた端末側装置６に到る。端末側装置６は、空
間伝搬光を集光するためのレンズ系と光電変換素子から
なる端末側光モジュール７及び端末装置９にインタフェ
ースを提供する端末側ＮＩＣ８を具え、その出力信号が
端末装置９に送られる。

【００１０】端末装置９から主装置１への上り信号の伝
達は、上記の手順の逆方向の信号伝達であり、端末装置
９からの電気信号は端末側装置６の端末側光モジュール
７で光電変換されて光信号となり、レンズ系を経て、下
りと同様の数cm程度の径を有する平行ビームに変換さ
れ、空間伝搬により光アウトレット５に到達する。光信
号は、光アウトレット５のレンズ系で集光され、光ファ
イバ４の他の１心に入射し、この光ファイバ４中を伝搬
した後、光モジュール３で光電変換されＮＩＣ２を経て
主装置１に伝達される。

【００１１】この実施例においては、帯域と伝送距離と
の要求に従い、光ファイバ４として通常の単一モード又
は多モードの石英光ファイバの外、プラスチック光ファ
イバ等が選択される。同様に、上記実施例において適用
される上り及び下り信号の複信方式についても、図２に
示すような一般的な方式が選択される。複信方式は図２
のとおり大きく分けて、時分割複信（ＴＤＤ）、周波数
分割複信（ＦＤＤ）及び波長分割複信（ＷＤＤ）があ
る。

【００１２】ＴＤＤを適用する場合は、前記光モジュー
ル３と７との間で上り及び下りの信号を運ぶ伝送フレー
ムのタイミングが交互に設定されるように、フレーム割
付けのための制御及び信号圧縮の回路が主装置１及び端
末側装置６に内蔵されて複信が実現される。ＦＤＤの場
合は、上り及び下りの信号に互いに異なる搬送波周波数
で変復調を加えるための変復調回路が主装置１及び端末
側装置６に挿入され、搬送波周波数での弁別による複信
が実現される。ＷＤＤを適用する場合は、前記光モジュ
ール３及び７に内蔵される光源として互いに異なる波長
のＬＥＤ又はＬＤを用いて上りと下りとの光信号波長を
異なる波長とし、受信側光モジュール内の受光素子の手
前に波長フィルタを挿入し必要な波長成分のフィルタリ
ングを行うことにより複信が実現される。本発明におい
ては、主装置１及び端末側装置６に機能を追加すること
により、いずれかの複信方式が選択される。

【００１３】次に、光アウトレット５の構成例について
図３を用いて説明する。赤外光の空間伝搬を利用するシ
ステムでは、図３(a) のビーム伝搬型、図３(b) のビー
ム拡散型の２種類のシステムがある。

【００１４】ビーム伝搬型においては、一対の光ファイ
バ４のうち一方の光ファイバ端から出射する下り信号光
は、レンズ系10により径が数cm程度の平行ビームに変換
され、端末側の同様のレンズ系10で集光されて受光素子
に到る。逆に端末側光モジュール７の発光素子からの信
号光は、レンズ系10を経て同じく径が数cm程度の平行ビ
ームに変換され、光アウトレット５のレンズ系10で集光
された後、光ファイバ４のうち他方の光ファイバ端に入
射する。これらのレンズ系10は、図中の例のように凸レ
ンズの組合せ等で構成され、微小な光ファイバ４のコア
及び発光素子の発光面からの光の口径を拡大し、空間伝
搬させると共に、受信の際には口径を縮小し、光ファイ
バ４及び受光素子に光を結合させる役目を果たす。

【００１５】ビーム拡散型においては、下り方向の光伝
搬のみが前述のビーム伝搬型と異なり、無指向性を意図
した構成になる。即ち、光ファイバ４から出射した光は
レンズ系11で集光され拡散板12に照射され、ほぼ無指向
性の散乱光となり、部屋内に広角で空間伝搬する。その
散乱光の一部が端末側光モジュール７のレンズ系10で捕
らえられ受光素子に到る。上りについてはビーム伝搬型
と同様である。

【００１６】図４は前記の光ファイバ４が１心で構成さ
れる例を示す図である。光ファイバ４を１心とするため
には、主装置１に内蔵される光モジュール３に新たに２
分岐の光分岐素子13が挿入され、光源からの下り光信号
は光分岐素子13を通過してその一部が光ファイバ４に入
射する。受信側では光ファイバからの信号光が光分岐素
子13により空間的に２分割され、一部が受光素子に結合
される。上り信号はこの逆方向に伝搬する。空間伝搬部
分については、光ファイバ４が１心であるためレンズ系
は１組で構成され、例えば前記図３の上り信号伝搬部分
と同様の構成をとる。また、複信方式でＷＤＤ方式を適
用する場合は、前記光分岐素子13として波長選択型の素
子を用いることにより、分岐素子部分での波長ルーチン
グによる分岐損失を低減した構成を実現することができ
る。

【００１７】図５は、主装置内の１つの光モジュール部
が複数の端末側装置に対向する形態をとる競合制御型配
線形態を具え、光モジュール部からの下り信号が複数の
光アウトレットに伝搬する多重型の光配線システムの構
成例を示す図である。

【００１８】図５(a) は、主装置１内の１つの光モジュ
ール３に１×ｍ（ｍ＝１〜ｎ）の光分岐素子14が接続さ
れ、各々の分岐されたポートに光ファイバ４が接続さ
れ、スタートポロジーで光アウトレット５と対向する構
成例を示す。主装置１の光モジュール３からの光信号
は、光分岐素子14において空間的にｍ分岐され、各々が
別の部屋の天井等に設置される光アウトレット５まで光
ファイバ４中を伝搬する。この構成においては、１つの
光モジュール３と複数台の端末側装置６との間で、信号
衝突を回避した双方向通信を行うために、主装置１及び
端末側装置６にはＣＳＭＡ又はＣＤ等の競合制御のため
の制御回路15が付加される。

【００１９】図５(b) は、１×２の光分岐素子16がバス
トポロジーで分散して設置された構成例を示す。この例
では、図５(a) の例と同様に１つの光モジュール３に光
ファイバ４が接続され、途中の各部屋の天井近傍等で１
×２の光分岐素子16により、逐次光アウトレット５が接
続される分散設置型の構成であり、集中設置型と同様に
競合制御により主装置１と端末側装置６との間で通信が
行われる。

【００２０】図５(a) 及び図５(b) に示した構成におい
ては光ファイバ４が１心の場合を図示したが、光ファイ
バ４が２心の場合は、各１心に１つの光分岐素子14又は
光分岐素子16が接続される構成になる。

【００２１】図６、７及び８は本発明の光波長多重配線
システムの実施例を説明する図である。図６は全体の構
成を示す図であり、双方向で通信を行う主装置20の親ノ
ード21と複数ｎ個の端末装置29が対向している。親ノー
ド21は各端末装置に対向するｎ個の入出力ポート24を有
し、各ポートからの信号はそれぞれ信号変換部22におい
て符号変換及びＥ／Ｏ変換される。信号変換部22は互い
に異なる波長（λ1...λn ）で発振するｎ個の光源（Ｌ
ＥＤ、ＬＤ等）を具え、各入出力ポート24に一つの波長
を割付ける。信号変換部22は、光信号送受信のため上り
下り合わせて２×ｎ個の入出力のためのポート25を具え
る。

【００２２】続いて信号変換部22からのｎ個の出力光
は、それぞれ光合分波器23に入射して合波される。波長
多重された光合分波器23の出力光は２心光ケーブルのう
ちの１心の光ファイバ26を伝搬し、光ケーブル端に至
り、レンズ系27を経て空間伝搬する。レンズ系27では光
ファイバ26からの出射光のビーム径が拡大され端末装置
側に向けられる。光信号は、空間伝搬を経て端末装置側
の集光レンズ系30及び各端末装置に予め設定された波長
（λ1...λn のうちの一つ）だけを透過する波長フィル
タ31を通過し、信号変換部32の受光部に入射した後、Ｏ
／Ｅ変換及び復号化が行われ、端末装置29の入出力ポー
ト33に至る。

【００２３】端末装置29からの上り信号は、上記の手順
の逆になり、端末側装置28の信号変換部32において符号
化された後、下りと同一波長の光信号にＥ／Ｏ変換さ
れ、レンズ系30で光ファイバ端にむけて空間伝搬する。
光信号は、レンズ系27で集光され光ファイバ26の残りの
一方の１心に入射し、伝搬して光合分波器23に至る。光
合分波器23では、各端末装置からのそれぞれ異なるｎ個
の光波長の光信号が各波長に分離された後、信号変換部
22のｎ個の光入力ポートに導かれ、信号変換部22では、
Ｏ／Ｅ変換及び復号化が行われ、親ノード21の入出力ポ
ート24に至る。

【００２４】図７は、図６の光ファイバ26が１心で構成
される場合の構成を説明するための図であり、図６の光
合分波器23、光ファイバ26及びレンズ系27の部分のみが
図示されている。他の部分は図６と同一である。光ファ
イバ26を１心で構成するために、光合分波器23と光ファ
イバ26との間及び光ファイバ26とレンズ系27との間に２
×１の光合分波器34及び35が挿入され、上り及び下りの
２系統の光信号が合波される。光合分波器34の機能は光
合分波器23の中に組込むことも可能である。これらの光
合分波器34及び35は、使用する光波長範囲（λ1...λn
）にわたり合波率及び分配率に波長特性を有しない。

【００２５】図８は、本発明の配線構成の応用例を示す
図であり、光ファイバ26の途中部分に光合分波器36を挿
入し、光ファイバによる空間的な分岐を行う例である。
このような構成にすれば、各端末装置に対応する光波長
を選択的に分離する波長選択機能を光合分波器36に持た
せることができるので、光波長多重配線システムであっ
ても端末側に波長フィルタを設ける必要がなくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光配線シ
ステムが住宅に適用される場合、住宅内配線の有線部分
が主装置と各部屋の天井部分との間の配線となり、配線
の長さを短くすることができ、これに伴って施工性が改
善され、また、無線区間を設けることにより部屋内での
端末装置の設置場所に対する制限が緩やかになり、設置
場所変更の柔軟性が改善される。本発明の光配線システ
ムには、更に、無線区間の一端を受動的な光ファイバ端
とレンズ系のみで構成することにより、光電変換装置の
冗長を除去し経済性を高める利点がある。本発明の光配
線システムがオフィスに適用される場合は、この点にお
いて赤外ＬＡＮをより経済的に構築できる利点がある。

【００２７】更に、光波長多重配線システムによれば、
バス又はツリーのような配線トポロジーが有効なビル又
は住宅内に、ピアツーピア又はディジーチェーン型の接
続が必要とされる伝送プロトコルを容易に適用すること
ができる。また、端末の数の追加に対しても、波長の割
付け設定に基づいて拡張性を有する設計を行うことが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光配線システムが屋内各部屋に適用さ
れた実施例における全体構成を説明する図である。

【図２】複信方式の例を示す図である。

【図３】光アウトレットの構成例を示す図である。

【図４】光ファイバが１心で構成される場合における光
アウトレットの構成例を示す図である。

【図５】本発明の多重型の光配線システムの構成例を示
す図である。

【図６】本発明の光波長多重型の光配線システムの構成
例を示す図である。

【図７】本発明の光波長多重型の光配線システムの他の
構成例を示す図である。

【図８】本発明の光波長多重型の光配線システムの更に
他の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１主装置２ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）３光モジュール４光ファイバ５光アウトレット６端末側装置７端末側光モジュール８端末側ＮＩＣ９端末装置１０、１１レンズ系１２拡散板１３、１４、１６光分岐素子１５競合制御回路２０主装置２１親ノード２２信号変換部２３光合分波器２４、２５入出力ポート２６光ファイバ２７レンズ系２８端末側装置２９端末装置３０集光レンズ系３１波長フィルタ３２信号変換部３３入出力ポート３４、３５、３６光合分波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｊ 14/02 Ｈ０４Ｂ 10/105 10/10 10/22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの主装置及びこれと１対ｎ（ｎは２
以上の整数）のスタートポロジーで対向する複数の端末
側装置を具え、これらの間を光ファイバと赤外光の空間
伝搬との組合せを用いて信号伝送を行う光配線システム
であって、主装置はｎ個の光モジュール部を具え、主装
置から各端末側装置に到る下り信号は光モジュール部で
電気光学変換された後、光ファイバに入射し、光ファイ
バ中を光ファイバ端とレンズ系からなる光アウトレット
部まで伝搬し、レンズ系を経て空間伝搬し、端末側装置
に具えられるレンズ系で集光され、光モジュール部で光
学電気変換された後、端末まで伝達され、端末からの逆
方向の上り信号は、逆手順により、端末側装置の光モジ
ュール部で電気光学変換された後、レンズ系を経て空間
伝搬し、光アウトレット部のレンズ系で集光された後、
光ファイバ端に入射し、光ファイバを伝搬し、光モジュ
ール部で光学電気変換された後、主装置まで信号伝達さ
れることを特徴とする光配線システム。
【請求項２】主装置と端末側装置間に挿入される光フ
ァイバが１心の光ファイバであることを特徴とする請求
項１に記載の光配線システム。
【請求項３】主装置と端末側装置間に挿入される光フ
ァイバが２心の光ファイバであることを特徴とする請求
項１に記載の光配線システム。
【請求項４】主装置内に競合制御手段を具え、主装置
内の各光モジュール部からの下り信号は、１対ｍ（ｍは
１〜ｎの整数）の光分岐素子で空間的に分割された後、
ｍ本の光ファイバによりスタートポロジーで光アウトレ
ット部まで伝搬するか又は１本の光ファイバを伝搬しバ
ストポロジーに従って１対２の光分岐素子で逐次分岐さ
れて光アウトレットまで伝搬し、レンズ系を経て空間伝
搬を行い、端末側装置に到り、端末側装置からの上り光
信号は、空間伝搬を経て光アウトレット部に到り、光フ
ァイバを伝搬し、光分岐素子で複数の光アウトレット部
からの光信号と合成された後、主装置内の１つの光モジ
ュールに信号伝達されることを特徴とする請求項１に記
載の光配線システム。
【請求項５】１つの主装置及びこれと１対ｎ（ｎは２
以上の整数）で対向する複数の端末側装置を具え、これ
らの間を光ファイバと赤外光の空間伝搬との組合せを用
いて信号伝送を行う光配線システムであって、主装置は
複数の入出力ポートを有する１個の親ノードを具え、親
ノードの各入出力ポートから各端末側装置に到る下り信
号は各端末側装置毎に互いに異なる光波長により電気光
学変換され、各光信号は波長合分波器により合波された
後、光ファイバに入射し、光ファイバ中を光ファイバ端
とレンズ系からなる光アウトレット部まで伝搬し、レン
ズ系を経て空間伝搬し、各端末側装置に具えられるレン
ズ系で集光され、各端末側装置毎に割り振られる光波長
を選択透過する波長フィルタを通過した後、光学電気変
換され、各端末まで伝達され、端末からの逆方向の上り
信号は、逆手順により、端末側装置で電気光学変換され
た後空間伝搬し、光アウトレット部のレンズ系で集光さ
れた後、光ファイバ端に入射し、光ファイバを伝搬し、
前記波長合分波器により分波された後、波長毎に光学電
気変換され、親ノードまで信号伝達されることを特徴と
する光配線システム。
【請求項６】主装置と端末側装置間に挿入される光フ
ァイバが１心の光ファイバであることを特徴とする請求
項５に記載の光配線システム。
【請求項７】光ファイバの途中部分に波長合分波器が
挿入されて波長毎に分岐され、各光ファイバ端に光アウ
トレット部が設けられ、各光アウトレット部が各端末装
置と対向することを特徴とする請求項５に記載の光配線
システム。