JPS6261432A - 光通信方式 - 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】 力技術分野 この発明は、バースト状にデジタルデータ伝送を行う光
通信方式の改良に関する。

蛸　従来技術とその問題点 光信号を用いたデジタル信号による情報伝送では、光信
号の発光状態と消光状態とをデジタル信号の％１“と％
Ｏ“とに対応させて伝送する方式のものが一般的である
。これは輝度変調によって、デジタル信号を伝送してい
るのである。輝度変調方式と呼ぶこともできる。

デジタル信号の伝送を、時間的分布の点から分けると、
連続的に、常時、データ伝送を行うものと、必要な時の
みバースト状にデータ伝送を行うものとがある。

前者を仮に連続伝送と呼び、後者をバースト状伝送と呼
んで区別する。

バースト状伝送は、データ伝送をバースト状にまとめて
行うが、それ以外の時は、データ伝送を行わない。

データ伝送を行っている期間を、ここでは伝送期間と呼
ぶ。これに対し、データの伝送が全く行われていない期
間を休止期間と呼ぶ。

゛ローカリエリアネットワーク　（Ｌ　Ａ　Ｎ）　　と
呼ばれる分散処理型のネットワークであって、複数の端
末が相互に接続されている場合に、バースト状伝送を行
なう事が多い。

バースト状伝送に、先に述べた輝度変調方式を採用する
と、伝送期間の最初に信号歪みを生ずる事がある。

第４図、第５図によって、この点を説明する。

第４図は送信信号のバースト状データ列を示す。

これは、休止期間Ｘが終シ、Ｍ点に於て伝送期間Ｙに入
ったところを示している。消光状態Ｓでは、光ファイバ
を伝わる光がなく、発光状態ｑでは、一定の輝度の光が
光ファイバの中を伝送される。光の輝度はＳとＱの二値
しかない。これは、５０％デユーティの矩形波を図示し
ているが、実際は伝送データによって、デユーティが変
動する。

休止期間Ｘでは、光がないので、消光状態Ｓと′　同じ
レベｐである。

受信回路は、光を電気信号に変換する光電変換素子（Ｐ
Ｄ、ＡＰＤ）と、光電流を増幅する回路と、増幅された
電圧信号を′１“と％Ｏ“とに弁別する二値化回路とを
含んでいる。

これらの回路が直流結合しているのであれば、受信信号
は、送信信号をそのまま復元する事ができる。実際、全
てが奮流結合している光信号回路も存在する。

しかし、光受信回路の、増幅、二値化は交流動作させる
こともある。

その理由を述べる。

光信号のＨレベル、つまシ発光状態の輝度は必ずしも一
様でない。発光素子、光ファイバの長さによって、パラ
つくことがある。

二値化回路の閾値と、増幅された電圧信号とを比較し、
この結果によって、％１“と％０“　とに二値化する。

波形整形し、正しい矩形波にするのである。

もしも、直流結合するなら、閾値は予め定められたある
一定値となる。つまシ固定閾値となる。

増幅信号はデジタル信号ではあるが、角がとれた信号で
あるから、閾値がＨレベルとＬレベルの中間値でない場
合、１１“、′０”に弁別した時のパルスの長さが、も
とのパルス長さと異なってしまう。送信信号のＨレベル
にパラつきがある場合、直流動作する回路構成では、増
幅した信号を正しく二値化できないことがあった。

固定閾値ではなくて、Ｈ％Ｌ信号の中間値に閾値を自動
的に設定する事ができれば、増幅した受信信号を正しく
二値化する事ができる。

可動閾値方式という事ができる。

Ｈ，Ｌ信号の中間値に閾値を一致させる事は、直流結合
回路によっては極めて困難である。

そこで、交流結合回路が用いられる。増幅されたものを
カップリングコンデンサなどを使って交流信号成分のみ
を取シ出したとする。そうすると、Ｏｖが中間値になシ
、これを閾値とすれば、正しく、信号を二値化する事が
できる。

実際には、カップリングコンデンサを使わなくても、交
流信号にすることができる。

このように、受信回路を交流動作させると、信号を二値
化するという点では好ましい結果が得られる。

データ伝送を連続的に行なう連続伝送の場合、このよう
な回路は望ましいものである。

交流動作する回路を、バースト伝送にも用いようとする
と、第５図に示すような受信信号になってしまう。

休止期間ＸがＭ点で終って、伝送期間Ｙになったとする
。発光状態Ｑのパルス列を５Ｌ　５２．５３、・・とす
る。消光状態のパルス列’に６Ｌ６２．６３、・・とす
る。ＱとＳの差は一定であるが、発光状態Ｑ１消光状態
Ｓともに、伝送期間の最初に於て、ゆつくシと下降する
。

下降の時定数は、カップリングコンデンサの容量と、入
力抵抗の値の積によって与えられるが、パルスの周期よ
シ長い。

二値化回路の閾値は破線で示すレベルＣである。

閾値Ｃは、休止期間Ｘに於ける消光状態のレベルに等し
い。

閾値Ｃは、パルス列の最初に於ては、中間値ではない。

しかも、パルス列５Ｌ　６Ｌ　５２、６２、・・・・は
、図示したようなきれいな矩形波でなく、有限の立上シ
時間、立下シ時間を有する波形である。

また、ここでは、デユーティ５０％の波形ヲ示している
が、これは信号波形なのであるから、デユーティはさま
ざまに変動する。

従って、伝送期間Ｙの初期に於て、パル１列５１．５２
、・・、６１．６２、・・などのパルス幅が、もとのパ
ルス幅と異なってくる。つまシ、パルス幅歪みが発生す
る。

さらに、伝送期間Ｙの初期に於て、閾値Ｃが下方へ偏っ
ているため、ビット欠落を生ずる事もある。

このような欠点は、交流動作をする光受信回路で、バー
スト状伝送信号を受信する場合に必ず起シうる事である
。

このような欠点を解決するため、ふたつの改良案が提案
されている。

ひとつは、光電変換回路にピーク検波回路を用いて、二
値化回路の閾値設定を高速化する方法である。

しかし、この方法に於ても、伝送期間のはじめに直ちに
完全にピークを検出できず、いくらかの時間遅れがある
ため、データ列の最初の部分について、パルス幅歪みを
生じる。

いまひとつは、交流動作ではなく、直流から高い周波数
まで動作する光電変換回路を用いる、という方法である
。

しかしながら、直流から、高い周波数まで良好に動作す
る回路を製作する事は難しい。たとえ製作できたとして
も、直流動作であるから、出力変動（ドリフト）が深刻
な問題となるであろう。

汐）　　　目　　　　　的 交流動作する光受信回路によって、バースト状伝送信号
を受信する場合、伝送期間の初期に於けるパルス幅歪み
や、ビット欠落のない光通信方式を与える事が本発明の
目的である。

に）構　成 本発明は、送信側を改良する事によって、このような欠
点を解決する。

第４図、第５図を比較すると、従来の光通信方式の欠点
は、休止期間Ｘに於ける電圧信号の平均値と、伝送期間
Ｙに於ける電圧信号の平均値とが異なるところに起因す
る、という事が分る。

交流動作する増幅回路は、直流分を保存しないから、平
均値の異なる２つの信号が相ついで入力された場合、直
流分が変化する短い遷移期間が必ず存在する。

従って、休止期間と伝送期間の電圧信号の平均値を等し
くすれば、このような遷移期間をなくすことができる。

本発明は、発光素子の発光強度（輝度）のレベルで、休
止期間Ｘと伝送期間Ｙの平均値を等しくする。

つまり、発光素子の伝送期間Ｙに於ける発光状態Ｑに於
ける、発光強度をＱ１消光状態に於ける発光強度を５（
＝０）とし、休止期間Ｘに於ける発光強度をＷとする。

従来は、Ｗ＝０であったが、本発明ではとする。つまυ
、ｑとＳの中間値に設定するのである。

第２図に、本発明の光通信方式に於ける光送信信号の波
形を示す。これは、休止期間Ｘから伝送期間Ｙに変化す
る短い部分のみを示している。バースト状の送信信号は
、もつと長く続いている。

伝送期間Ｙに於て、信号のレベルは、発光状態Ｑと消光
状態Ｓのいずれかの値をとる。ここでは、デユーティ５
０％のパルスを示しているが、これは信号波形であるか
ら、デユーティは任意に変動する。変調の方式は自由で
あって、ＮＲＺ　（／ンリターンゼロ）、であってもよ
いし、ＲＺ（リターンゼロ）であってもよい。パルス幅
変調で、デジタμ信号を伝送することとしてもよい。

どのような変調方式を用いたとしても、光の強度は、伝
送期間Ｙに於て、ｑとＳのいずれか一方の値をとるもの
とする。

そして、休止状態に於ける光強度Ｗを、Ｏとするのでは
なく、ＱとＳの中間値（Ｑ＋Ｓ）／２とするのである。

第３図は受信回路に於て受信された信号の波形を示して
いる。この受信回路は、光ファイバの中を伝搬した光を
電気信号に逆変換する光電変換素子、増幅回路、二値化
回路を含み、交流動作をするものである、とする。

受信信号に於て、休止期間Ｘは、交流成分が全くないの
で、信号Ｗは０である。

発光側、受光側に於て、同じ符号Ｗ、Ｑ、Ｓを用いる。

直流分、振幅に於て異なるが、混同の慣れがないので、
簡単の為、このようにする。

信号ＷはＯであるが、光入射量がＯであるわけではない
。交流結合しているから、直流分が消え、信号強度の変
動がないのでＯなわけである。

伝送期間Ｙが、Ｍ点から開始するとする。発光状態に於
ける信号はＱ、消光状態に於ける信号はＳである。直流
分は（Ｑ＋Ｓ”）／２である。これは休止期間に於ける
直流成分の値に等しい。

従って、交流動作しているにもかかわらず、第５図のよ
うな遷移は起らず、第３図のように、送信波形をそのま
ま再現したような受信信号が得られる。

閾値ＣはもちろんＯであるが、これと休止期間の値Ｗと
が等しい。パルス列のうち、発光状態のものを３１．３
２．３３、・・、消光状態のものを４１．４２．４３、
・・とする。パルス４１．４２、・・が、光量Ｏのレベ
ルである。休止期間Ｘの値ＷはＯであるが、これは光量
０のレベルではなく、ＱとＳの中間値である。

つまシ、平均値Ｗ、（Ｑ＋Ｓ）／２が合致しているので
、バースト状にデータ伝送を行っても、直流分を変動さ
せるための遷移がないのである。

送信信号をそのまま受信信号として復元する事ができる
。

第１図は本発明の光通信方式を実行するための発光ダイ
オード駆動回路の一例を示す。

このような方法を採用するためには、データの送信側で
、データを伝送している伝送期間と、伝送していない休
止期間を区別するための信号を必要とする。

バースト状伝送を行う場合、伝送期間の最初に、プリア
ンプルと呼ばれる無駄パルスを挿入するのが一般的に行
なわれる。

プリアンプルパルスを工夫することによって、伝送、休
止を区別するパルスを、容易に作る事ができる。

これを送信制御信号と呼ぶ。

第１図に於て、発光素子であるＬＥＤ３は、電源トラン
ジスタＴＲ２のコレクタの間に接続されている。ＴＲ２
のエミッタは、発光素子駆動電流設定抵抗Ｒ２を経て接
地される。

モウひとつのトランジスタＴＲ３は、コレクタが電源に
接続され、エミッタは抵抗Ｒ２に接続されている。ベー
スはバイアス回路へ接続される。

）＜４アス回路は、ここへ、一定のバイアス電圧ｖｂを
与える。

ナントゲート１の入力には、データ信号ＳＤと、送信制
御信号ＯＲが接続される。

データ信号ＳＤは、％０“又は１１“の値を取るデータ
列である。例えば第４図に示すような波形である。

送信制御信号ＣＲは、伝送期間にＨレベル、休止期間に
Ｌレベルとなる制御信号である。

ナントゲート１の出力ａは、ＴＲ２のペースに接続しで
ある。

送信制御信号ＣＲは、インバータ２にも入力される。イ
ンバータ２の出力ｅは、中間値設定用トランジスタＴＲ
１のベースｅに接続される。

ＴＲ１のエミッタｆは、中間値設定用抵抗Ｒ１を経て接
地されている。コレクタＣは、ＴＲ２のコレクタ、ＬＥ
Ｄ３のカソードに接続されている。

この回路の作用を説明する。

休止期間Ｘにあると仮定する。ＣＲｄＺ％Ｌ”　レベル
である。ナントゲート１、インバータ２の出力＆、６が
ともにＨとなる。

ＴＲＩがオンになるから、ＬＥＤ３は、抵抗Ｒ１と直列
に接続されることになる。ＬＥＤ３のカソードＣの電圧
ＶＣは、抵抗Ｒ１とＬＥＤの電流・電圧特性によって決
定される値になＪ、ＬＥＤの電流１ｘは によって与えられる。

ただし、こうなるためには、ＴＲ２がこのときオフであ
る必要がある。このためには、バイアス電圧ＶｂがＶｃ
よシ大きく設定すればよい。すなわでちる。ΔｂｅはＴ
Ｒ３のベース・エミッタ電圧降下分である。この時、Ｔ
Ｒ３がオン、ＴＲ２がオフであって、Ｒ２の電圧（ｂ点
）は（Ｖｂ−Δｂｅ　）になっている。

休止期間に於ては、結局、ＬＥＤの駆動電流が（２）式
によって与えられることになる。Ｖｃは、Ｒ１と、ＬＥ
Ｄの特性によって決まる定数である。

伝送期間の動作は以下のようになる。

ＣＲが１Ｈ“レベルになる。インバータ２の出力ｅはＬ
になり、ＴＲＩはオフになる。

ナントゲート１は、データ信号ＳＤに対して、単なるイ
ンバータとして機能する。

データ信号ＳＤがＨレベルであるとする。ナントゲート
出力ａはＬレベルになる。ＴＲ２は逆バイアスされるか
らオフである。従ってＬＥＤ３には電流が流れない。こ
れが消光状態Ｓに対応している。

データ信号ＳＤがＬレベルであるとする。ナントゲート
出力ａはＨレベルになる。ＴＲ２はオンになる。

バイアス電圧ｖｂの与え方によって、ＴＲ２の状態は異
なる。

もしも、ＴＲ３がなくて、抵抗Ｒ２とＬＥＤ３の直列体
に電源がつながれたとし、この時の０点の電圧１ｃＵｃ
とする。

もしも、 Ｕａ　　）　Ｖｂ−Δｂｅ　　　　　　　　　（４１と
なるように選べば、ａがＨレベルの時、ＴＲ２がオン、
ＴＲ３はオフになる。

この時ＬＥＤに流れる電流Ｉｑは によって与えられる。

ＬＥＤの電流・輝度特性をＬ　（Ｉ）によって表わす。

本発明に於てはＬ（Ｉｘ）＝Ｏとするのではなく とするものである。Ｌ（Ｉｓ）は消光状態の輝度である
から、０である。結局、（２）、（５）、（６）から、
となるように、Ｒ１、Ｒ２を選択すれば、第２図のよう
な送信信号が得られることになる。

この回路では、データ信号のＨレベルに対して消光状態
Ｓ、Ｌレベμに対して発光状態Ｑが対応し、信号が反転
する。

これが不都合であれば、データ信号ＳＤを、いちどイン
バータに通してからナントゲート１に入力するようにす
ればよい。

（３）効　果 （１）　　受信回路の増幅回路が交流動作をするもので
あっても、休止期間から伝送期間に変わる時に、直流レ
ベルを合わせるための遷移が起らない。

（２）伝送期間の最初に於て、パルス幅歪みやビット欠
落を生じない。

（３）増幅回路が交流動作するので、ドリフトの問題が
起らない。光信号の大小によって、バμス幅の歪みを生
じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の通信方式を実行するために用いること
のできる送信回路のＬＥＤ駆動回路図。 第２図は本発明の通信方式に於ける送信信号の波形図。 第３図は受信信号の波形図。 第４図は従来のバースト状伝送通信方式に於ける送信信
号の波形図。 第５図は受信信号の波形図。 １　・・・・　ナントゲート ２　・・・・インパータ ３　・・・・　ＬＥＤ ＴＲＩ　　・・・・　中間値設定用トランジスタＴＲ２
・・・・　発光素子駆動用トランジスタＴＲ３・・・・
　バイアス設定用トランジスタＲ１・・・・・・　中間
値設定用抵抗 Ｒ２・・・・・・　発光素子駆動電流設定抵抗発　　明
　　者　　　　　　　　　福　　１）　　　　　晃特許
出願人　　　　住友電気工業株式会社第４図 従来例 送信借上のバースト状データ列 第５図 第　２　因 本　　発　　明 送信信号のバースト状データ列 伝送期間Ｙ 第３図 本　　発　　明 受信信号のバースト状データ列

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光素子を含み電気的なデジタル信号を光信号に輝度変
   調して伝送する光送信回路と、光信号を伝搬する光ファ
   イバと、光信号を受光し光電変換し交流動作によつて増
   幅し二値化する光受信回路とを含む光通信方式であつて
   、一連のデジタル信号を伝送する伝送期間と信号伝送が
   なされない休止期間とが交代するバースト状伝送を行う
   こととし、光送信回路の発光素子は伝送期間に於て一定
   輝度の光信号を発する発光状態Ｑと光信号の存在しない
   消光状態Ｓとがあり、休止期間に於て発光状態Ｑと消光
   状態Ｓの中間値に等しい光を該発光素子が発するように
   した事を特徴とする光通信方式。