JPH0481372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は互いに離れた位置にある装置の間で、
単一の光伝送路（例えば一本の光フアイバや同一
の空間）によつてデイジタル信号の双方向通信を
可能とする光通信装置に関するものである。

〔発明の概要〕

この発明は単一伝送路を用いた双方向光通信装
置において、光送信回路・光出力制御回路・光受
信回路・周波数判定回路・クロツク制御回路・回
線診断回路を設け、光出力制御回路により電源投
入後またはリセツト動作後の一定期間、クロツク
情報を含んだ符号化されたデータを出力する光送
信回路の出力を停止させ、その間光受信回路で伝
送路上の光信号を受信し復号化して得られる再生
クロツクから、クロツク制御回路は通信する相手
側の通信装置の送信クロツク周波数と異なつた送
信クロツク周波数を選択することによつて、単一
伝送路を用いることにより生じるクロストーク
（漏話）の影響を各々の周波数で分離することで
除去し長距離光通信を可能にするとともに、これ
らの動作を自動的に行なうことで運用性・操作性
を高めたものである。更に本発明では回線設定後
も、回線診断回路により再生クロツク周波数と自
分の送信クロツク周波数との比較を常時行なうこ
とにより、相手側の通信装置の故障や伝送路の不
具合などが発生しても直ちに検出することがで
き、運用性を著しく高めることを可能にしたもの
である。

〔従来の技術〕

従来、単一伝送路、例えば１本の光フアイバを
用いた単線双方向通信や同一の空間を用いた光空
間双方向通信では、相手側からの信号に自分が送
出した信号が混入してしまうというクロストーク
（漏話）の問題がある。この原因としては、単線
双方向通信の場合には、波長多重通信では各波長
間の分離が不充分なことによるクロストークが、
光結合器（カプラー）を用いた同一波長通信では
光フアイバ接続点での反射光によるクロストーク
がそれぞれ存在し、一方光空間双方向通信の場合
には、空間の浮遊物（ごみなど）などによる光の
散乱や構造物（室内なら壁・天井・机など）によ
る光の反射などから生じるクロストークが存在す
る。

従来、この対策として波長多重通信では各波長
間隔を充分に広げることで、同一波長通信では光
結合器に偏光ビームスプリツタを用い偏光方向の
異なる近端反射を除去し遠端反射のみが反射光と
なることを利用して反射光を減らしたり、受信器
のしきい値電圧をあらかじめ反射光強度より高く
設定することで、それぞれ対応し、一方光空間双
方向通信では同一波長通信と同様なしきい値電圧
調整で対応していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら以上述べた方法では、波長多重通
信は互いの波長を分離するための精度の良い分波
器と波長の充分離れた光送信器が不可欠であり装
置の価格が非常に高価となる。同一波長通信は偏
光ビームスプリツタを光結合器に用いても遠端反
射は残るため伝送距離が短くなるとその効果は小
さくなる。しきい値電圧調整による方式は装置の
設置のたびにしきい値電圧の調整を行わなければ
ならないという欠点があるだけでなく、信号光が
微弱なときは信号電圧としきい値電圧の差が非常
に小さく、使用している素子のばらつきや温度な
どの環境変化によつて容易にビツトエラーレート
が劣化するため、信号光が微弱となる長距離通信
は不可能であつた。

本発明の目的は、単一伝送路上でクロストーク
の影響を軽減し、長距離通信を可能とするととも
に、運用性・操作性・信頼性を著しく向上させる
単一伝送路双方向光通信装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明は、通信装
置にある、周波数のクロツク信号を用いて伝送デ
ータを符号化し、電気−光変換を施して光伝送路
に出力する光送信回路と光送信回路から光信号を
出力するか否かの制御を行なう光出力制御回路
と、光伝送路から入力される光信号に光−電気変
換を施し、その後復号化処理してクロツク信号と
データを再生・出力する光受信回路と、光受信回
路からの再生クロツク信号の周波数を判定しその
状態を示す信号を出力する周波数判定回路と、光
出力制御回路から光送信回路より光信号が出力さ
れない様に制御された状態での周波数判定回路出
力より、自分の送信クロツク周波数を決定し、か
つその状態（周波数）を記憶するクロツク制御回
路と、光出力制御回路から光送信回路より光信号
が出力される様に制御された状態での周波数判定
回路出力と、自分の送信クロツク周波数を示す信
号を出力するクロツク制御回路からの信号とから
相手の通信装置や伝送路などの通信回線状態を診
断する回線診断回路とを少なくとも用いた構成と
し、クロストークの影響を軽減するとともに運用
性・操作性・信頼性を向上させるようにした。

〔作用〕

上記の構成の単一伝送路双方向光通信装置で
は、電源投入時またはリセツト動作時に光送信回
路出力を停止させるので、その間に光受信回路に
入力され周波数判定回路で判定された再生クロツ
ク周波数とは異なるクロツク周波数をクロツク制
御回路で選択することにより、相手通信装置と異
なつたクロツク周波数になる。このため、相手通
信装置からの信号とクロストークにより受信する
自分の出力した信号との区別が周波数分離により
容易に行なえる。また、最初に光受信回路に信号
が入力しない場合には、あらかじめ定められた周
波数のクロツクを採用して光送信回路から出力さ
せることにより、相手の通信装置が動作を開始し
た後に前述したように相手が異なる周波数を選択
することで両者間のクロツク周波数が異なつたも
のとなる。更に両通信装置間で通信中に何らかの
障害が発生して通信が不能になつた場合でも、再
生クロツク周波数を監視するだけで検出可能とな
る。つまり回線診断回路で再生クロツク周波数と
自分の送信クロツク周波数の比較を行い、前者が
後者と同じになつた時は相手通信装置が動作して
いないか、光フアイバ断線などの伝送路異常が生
じ、クロストークによる自分の出力光が入力され
ていると判断できる。また再生クロツク周波数が
自分の送信クロツク周波数と異なつており、かつ
決められた範囲外の周波数となつている時は、相
手通信装置が異常な出力をしているか、光伝送路
特性が大幅に落ちていることが判断できる。

以上のことから、クロストークの影響を軽減で
き、長距離伝送が可能となる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の１実施例、第２図は回線決
定時、即ちクロツク周波数決定時のタイミングチ
ヤート、第３図は動作時のタイミングチヤートで
ある。第１図において、外部データ端末（図示せ
ず）とのやりとりを担当するインターフエイス回
路８０から取り込まれたデータDOは光送信回路
１０へ送られる。そこで出力データDOはクロツ
ク制御回路５０から出力される送信クロツク
CKTにより自己クロツクコードに符号化する符
号化回路１２と電気−光変換を施して光信号を出
力するＥ／Ｏ変換回路１１とを通過し出力され
る。ここで符号化方式として、マンチヤスター符
号やCMI符号などが考えられるが本発明の限定
するところではない。光出力は結合器７０を通つ
て１本の光フアイバ１に伝送され、相手通信装置
（図ではＢ局となつている）に送られる。一方、
相手通信装置から光フアイバ１を介して送られて
くる信号光は結合器７０で光の出力光とは分離さ
れ光受信回路３０に送られる。この際、結合器７
０や光フアイバなどから生じるクロストークによ
つて自分の出力光の一部も入力光に混じつて光受
信回路３０に送られてくる。光受信回路３０では
まず光−電気変換を施すＯ／Ｅ変換回路３１によ
り光信号を電気信号に変換し、その後で復号化回
路３２によりデータDIとクロツクCKRとに再
生・分離される。データDIとクロツクCKRの分
離方法を、自己クロツクコードの代表例であるマ
ンチエスタ符号を送受信信号として用いられる場
合を例にとつて説明する。第４図に、あるデータ
とクロツクからマンチエスタ符号が送信信号とし
て形成される場合のタイミングチヤート図を、ま
た第５図にその回路を示す。第５図に示すよう
に、クロツクとデータの排他的論理和をとること
により、第４図に示すようなマンチエスタ符号を
得ることができる。このようなマンチエスタ符号
が受信された時、マンチエスタ符号にはデータに
クロツク情報が含まれているために、受信側では
容易にクロツク信号とデータを分離する、すなわ
ち復号化することができる。この復号化回路の例
を第６図に示す。マンチエスタ符号においては、
各ビツト中央に必ずエツヂが存在するため、デイ
ジタルPLL（Phase Locked Loop； 位相同期
回路）技術を使用して受信信号に同期したクロツ
ク（たとえば各ビツト中央のエツジの立ち上が
り、あるいは立ち下がりに合わせてクロツクをハ
イにし、各ビツトの境目でローにする）を生成
し、このクロツクとマンチエスタ符号を第６図に
あるように、インバータ、AND回路を通し、フ
リツプフロツプに入力し、データDIとして取り
出す。このうちデータDIはインターフエイス回
路８０を通じて外部のデータ端末に送られること
になる。

光出力制御回路２０はＥ／Ｏ変換回路１１から
光信号を出力するか否かを制御する回路であり、
制御信号RSTによつて制御する。復号化回路３
２から出力される再生クロツクCKRは周波数判
定回路４０に送られ、そこでクロツク周波数がチ
エツクされる。周波数判定回路４０の出力は、受
信した信号の再生クロツク周波数を示すものであ
り、クロツク制御回路５０と回線診断回路６０と
に送られている。

電源投入後、あるいはリセツト動作後などのよ
うに直ちに回線設定を行わねばならない状態にお
いては、光出力制御回路２０は制御信号RSTを
用いてＥ／Ｏ変換回路１１の出力を一定時間停止
させ、光フアイバに自分の光信号が出力されない
ようにする。このとき光受信回路３０は動作して
いるので、もし相手側の通信装置が動作中（光信
号を出力中）であるならば、データDIとクロツ
クCKRを出力する。一方、相手側がまだ動作し
ていない場合には、光信号が入力しないので何も
出力しないことになる。この様子は第２図のタイ
ミングチヤートに示されている。第２図ａは、相
手より先に自分が起動した場合であり、RSTが
オフの間自分が送信していないので、再生クロツ
クCKRには何も存在していない。第２図ｂは相
手が自分より先に起動した場合であり、RSTが
オフの間相手からの信号のみ受信するので、再生
クロツクCKRには相手通信装置が用いた周波数
のものが存在している。RSTオフの間に、この
ようなクロツクCKRを受信しその周波数判定結
果を出力する周波数判定回路の出力をクロツク制
御回路５０で入力し、相手側が用いている周波数
とは異なつた自分が用いるべきクロツク周波数を
そこで決定しそのクロツクCKTを光送信回路１
０に送つている。第２図のタイミングチヤート
で、RSTオフの間に決定された周波数のクロツ
クCKTはRSTがオンになると光送信回路に送ら
れ、同時に光出力もなされるため、第２図ａでは
クロストークにより自分が用いたクロツクと同じ
周波数のクロツクを再生・出力（CKR）してい
る。その後、相手が起動した後で相手局が送信す
る信号を再生し、正常な回線が設定される。第２
図ｂではRSTオフの間に決定された周波数のク
ロツクCKTをRSTがオンになつてから送出する
ことで、正常な回線が設定される。

以下に、光送信回路において、自局のクロスト
ークと相手局からの信号がどのように区別され、
又、どのようにCKRが得られるのか説明する。
通常の光受信回路において、自局のクロストーク
のみを入力しているときは、その光信号を電気信
号に変換しクロツク抽出・データ再生することに
なる。

一方、相手からの信号を入力している場合に
は、その信号光は自局のクロストークと比べて充
分電力が大きい（光電力比でいうと、自局のクロ
ストークは、相手局信号の例えば約1/10以下であ
る）ため、自局の光信号のクロストーク成分はノ
イズとして働くだけで、結局相手からの光信号だ
けが電気信号に変換され、クロツク抽出・データ
再生がなされることになる。

以上のことから、自局のみが光送信していると
きは、自局のクロストークのみを受信しているこ
とになるため、再生クロツク（CKR）と自局の
送信クロツク（CKT）が等しいものとなる。又、
相手局が送信しているときは、自局のクロストー
クはノイズとして扱われ相手局からの信号だけに
対してクロツク抽出がなされるため、再生クロツ
ク（CKR）と自局の送信クロツク（CKT）は異
なるものとなる。

従つて、第２図ａに示すように、相手局がまだ
送信していない、即ち自局のクロストークのみを
受信しているときには、CKRとCKTが等しくな
り、また自局も相手局も送信している場合には、
相手局からの信号だけに対してクロツク抽出がな
されるため、CKRとCKTが異なる。

また第２図ｂにおいては、相手局が最初から送
信している場合で、この場合は最初から相手局か
らの信号だけに対してクロツク抽出がなされるた
め、最初からCKRとCKTが異なつている。

以上のように、両方の通信装置間の回線が設定
された後は、自分の送信クロツク周波数と受信し
たクロツク周波数を比較することで常時回線状態
をチエツクできる。第１図において、クロツク制
御回路５０からの自分のクロツク周波数を示す信
号と、周波数判定回路４０からの受信したクロツ
クの周波数を示す信号とを入力している回線診断
回路６０で、両信号の比較を行つている。たとえ
ば、使用する周波数が２種類の場合は、これらの
信号の比較においては、排他的論理和を用いれば
よい。すなわち、これらの信号が異なる場合（正
常動作している場合）のみに、ステータス信号と
してハイを出力するようにしておく。ここで両者
が異なつているか又は受信クロツク周波数がある
所定の範囲内にある場合は回線が正常であると判
断され、一方両者が同じか又は受信クロツク周波
数が所定の範囲外にある場合は回線が異常であ
り、自分の信号がクロストークで受信されており
相手からの信号がないなどの現象が行つていると
判断される。第３図のタイミングチヤートは以上
のことを示しており、第３図ａは正常状態で送信
クロツクCKTと受信クロツクCKRが異なつてい
て、状態を示す回線ステータス信号STはハイと
なつている。第３図ｂは異常状態でステータス信
号STはローとなつている。そこでイの区間は正
常な状態、ロの区間は異常状態でありCKTと
CKRが等しくなつていて自分の出力信号がクロ
ストークにより受信されている状態と判断でき
る。主に相手側装置の電源断、故障、又はフアイ
バ断線がおこつているものと推定される。ハの区
間も異常状態でありCKRが不規則となつており、
光受信回路のＯ／Ｅ変換回路のしきい値電圧ぎり
ぎりの信号が入つてきている場合にこのような現
象がおきる。ところで、回線診断回路ではCKT
とCKRの比較においては、使用する周波数が二
種類の場合には、CKTとCKRが同じかで異なつ
ているかで判断し、周波数が二種類以上の場合に
は、CKRがある所定の範囲に入つているか否か
で判断することにより対応できる。

第１図においてクロツク制御回路５０は、発振
回路５１と可変分周回路５２と制御論理回路５３
とから構成されている。発振回路５１は送信クロ
ツク周波数の数倍程度以上の周波数で発振し可変
分周回路５２で所定の分周比により送信クロツク
周波数まで分周される。この分周比は制御論理回
路５３により制御される。これは制御論理回路５
３には、光出力制御回路２０が光送信回路１０の
出力を停止させている間に光出力制御回路２０か
ら制御信号が送られる。この間に制御論理回路５
３は周波数判定回路４０から受信信号のクロツク
周波数を示す出力を取り込むと同時に記憶し、
又、この記憶した情報を可変分周回路に出力す
る。この時、相手側が送信している場合には、可
変分周回路５２は、周波数判定回路４０からの情
報に基づき、相手側信号のクロツク周波数とは異
なつた周波数を持つクロツク信号を出力するよう
に分周比を選択するべく構成されている。分周比
としては1/9，1/10，1/11などの簡単な値が望ま
しく、回路もカウンターといくつかのゲート回路
のみで実現できよう。

LED表示回路８１は、回線診断回路のステー
タス情報STを入力し、STが真ならばLEDをオン
させ、偽ならばオフさせる機能を持つことによつ
て使用者に回線状態を指示している。またステー
タス情報STはインターフエイス回路にも入力さ
れていて、STが真の時のみ外部のデータ端末と
のやりとりを行なうなどの用途に使われる。つま
り回線が異常の場合、又は回線設定中の場合は外
とのやりとりは強制的に中止させ誤つたデータの
交換が行なわれないようにすることができる。

以上説明してきたように、起動後（電源投入後
又はリセツト動作後）自動的に光出力制御回路が
働き、その期間に回線が自動設定されるため非常
に運用性が良くなつている。またクロツク制御回
路は簡単に構成できるので、回路自体の信頼性が
あがるだけでなく、装置のクロツク周波数変更が
生じても容易に対応できるというフレキシビリテ
イに富んだものとなつている。さらに回線診断回
路は自身の送信クロツクと受信クロツクの周波数
を比較するだけで回線の診断が可能とするため非
常に有効となつている。

本発明による通信装置においては、使用する周
波数として二つの値を用いることが、回路の簡易
化を図るうえで適している。つまり第１図におい
て、クロツク制御回路５０の可変分周回路５２と
制御論理回路５３と、周波数判定回路４０とが二
者選択の回路構成となるため、非常にすつきりと
したものになるのである。この場合、二つの周波
数値の決定方法としては、第（１）式を満足して
いれば、通信装置として満足のできる特性が得ら
れる事が確認できた。

ΔM＞ΔF＞Δm ……（１） ここでΔFは二つの周波数の差、Δmは周波数
判定回路で判別できる最小の周波数の差、ΔMは
光送信回路の復号化回路で復号できる最大の周波
数の差を示している。第（１）式において、周波
数差の上限は、復号化回路ではどちらの周波数の
クロツクを持つデータも共通に扱うことになるの
で、周波数差が大きくなるほどタイミングのズレ
による復号ミスが発生しやすくなるという点で存
在し、一方下限は、周波数判定回路で二者間の区
別をつける際に周波数差が小さければ小さいほど
判別誤差が生じるという点で存在している。本発
明の通信装置を具体的に作成する場合、復号化回
路や周波数判定回路の実現方式はいくつか考えら
れるが、どのような回路を採用しても第（１）式
を満足しさえすれば通信装置としての機能は充分
果たすことができるので設計の自由度が増すこと
になる。

第１図において、データやクロツクの流れは実
線で、制御信号の流れは破線でそれぞれ示されて
いるが、実際に回路を作成する時はより複雑にな
り、必要な信号、特に制御信号用のラインや付加
回路が増えることは電子回路設計技術者としては
当然予想されることであるが、そのような状況に
なつても本発明の主旨に従つている限りは本発明
の範囲内にあることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、クロストークの影響によ
る単一伝送路での双方向通信の問題を軽減するこ
とによつて、容易に長距離伝送を可能にするだけ
でなく、回線の設定・維持を自動的に行なう機能
も備わつているため、運用性・操作性・信頼性を
安価に著しく向上させることも可能になつてお
り、その価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の通信装置の全体構成図、第２
図ａ，ｂは、起動時におけるタイミングチヤー
ト、第３図ａ，ｂは動作時におけるタイミングチ
ヤートを示す図、第４図はマンチエスタ符号化の
タイミングチヤートを、第５図はマンチエスタ符
号化回路の一例を、第６図は復号化回路の一例を
示す図である。 １……光フアイバ、１０……光送信回路、１１
……Ｅ／Ｏ変換回路、１２……符号化回路、２０
……光出力制御回路、３０……光受信回路、３１
……Ｏ／Ｅ変換回路、３２……復号化回路、４０
……周波数判定回路、５０……クロツク制御回
路、５１……発振回路、５２……可変分周回路、
５３……制御論理回路、６０……回線診断回路、
７０……光結合器、８０……インターフエイス回
路、８１……LED表示回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ある周波数の値を持つ送信クロツク信号から
   送信用データを符号化し、その後光信号に変換し
   てから外部の光伝送路に出力する光送信回路と、 前記光送信回路から光信号を出力させるか否か
   を制御する光出力制御回路と、 光伝送路からの光入力信号を電気信号に変換し
   た後に復号化し、再生クロツク信号とデータを再
   生・出力する光受信回路と、 前記再生クロツク信号の周波数を判定し受信ク
   ロツク周波数を示す信号を出力する周波数判定回
   路と、 所定の周波数の分周用クロツク信号を出力する
   発振回路と、前記光出力制御回路の制御によつて
   電源投入後あるいはリセツト動作後一定時間前記
   光送信回路から光信号が出力されていない状態
   で、前記光出力制御回路の制御信号により前記周
   波数判定回路の出力を取り込み、かつ、記憶し、
   前記記憶した情報を出力する制御論理回路と、前
   記制御論理回路の出力に従つて、前記光伝送路か
   らの光入力信号がある場合においては前記再生ク
   ロツク信号の周波数とは異なる周波数の送信クロ
   ツク信号を出力するように分周比を選択し、前記
   光伝送路からの光入力信号がない場合においては
   あらかじめ定められた周波数の送信クロツク信号
   を出力するように分周比を選択し、前記選択した
   分周比で前記発振回路の分周用クロツク信号を分
   周して前記送信クロツク信号として前記光送信回
   路に出力する可変分周回路とを含むクロツク制御
   回路と、 前記光出力制御回路の制御によつて前記光送信
   回路から光信号が出力されている状態での前記周
   波数判定回路からの信号と、前記クロツク制御回
   路で記憶されている自分の送信クロツク周波数を
   示す信号とが同じか異なつているかを比較し、前
   記比較結果を外部データ端末と接続されるインタ
   ーフエース回路に出力する回線診断回路とからな
   る単一伝送路双方向光通信装置。 ２ 送信クロツク周波数として二つの値を有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の単一伝送路双方向光通信装置。 ３ 送信クロツク周波数として二つの値を有して
   おり、周波数差をΔF、周波数判定回路で判別で
   きる最小の周波数差をΔm、光受信回路で復号化
   できる最大の周波数差をΔMとすると、 ΔM＞ΔF＞Δm となつていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の単一伝送路双方向光通信装置。