JPS6016038A

JPS6016038A - 移動体の光無線通信装置

Info

Publication number: JPS6016038A
Application number: JP58123317A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tomizawa; 富沢　文雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1985-01-26
Also published as: JPH037166B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、情報を伝達する通信路として空間を用いた光
無線通信装置に関する。

〔発明の背景〕

光無線通信装置としては、以下の２つのものがある。第
１の装置としては、移動体とこの移動体から情報を収集
処理しかつ移動体を制御するためのコンソール間との間
の双方向伝送をするために、移動体及び移動体の走行空
間に配置されてコンソールとの通信路として有線で結ば
れているサテライト周上の送受光器を、移動体の走行に
同期して常に相対向するように制御することによって通
信路を確保する対向方式（特願昭５７−１９４５１５号
明細書参照）を利用したものである。第２の装置として
は、ホストコンピュータと、ホストコンピュータとは別
の部屋にある端末機器との間の双方向伝送をするために
、端末機器のある部屋に情報信号を含んだ光を拡散させ
て通信路を確保する拡散方式を利用したものである。し
かし、伝送に必要な信号対雑音（８／Ｎ）比を得るため
、対向方式では、発光素子やレンズ等から構成される送
光器から出力される伝送ビームを絞る必要があり、その
結果受光素子やレンズ等から構成される受光器が送光器
からの伝送光をとらえにくくなり、通信路が確保されに
くい欠点がある。一方、拡散方式では、対向方式よυも
更にきびしく、特に帯域幅が広い映像信号を伝送するこ
とはむずかしい。

たとえ、波数方式で伝送したとしても、１つの発光素子
或いは発光器の守備範囲が狭く、多数の発光素子或いは
発光器が天井、壁等に設置しなければならない欠点があ
る。

〔発明の目的〕

従って本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消
し、少数の発光素子あるいは送光器で伝送に必要な８／
Ｎ比が十分にとれかつ通信路が安定して確保されるよう
な光無線通信装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、送信局において光変調器の前段にスペクトラ
ム拡散変調器を設け、−力受信局において光復調器の後
段にスペクトラム拡散復調器を設けることによって、光
伝送に必要な８／Ｎを改善することを特徴とするもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の基本的な構成の一例を示した図であ
る。第１図に於いて、１が送信局、２が受信局、３がビ
ーム光を示す。送信局１では、情報源４（例えば、ＴＶ
カメラ、計算機などのような信号の発生手段）からの出
力信号は一次変調器５でＦＭ変調などによシー次変調さ
れる。−人文調器５の出力信号は、スペクトラム拡散変
調器６によシスペクトラム拡散変調された後、発光素子
駆動回路７より光強度変調され、送光器８から光信号（
ビーム光３）となって空間に放出される。一方、受信局
２では、ビーム光３を受光器９に入力し、ここでビーム
光３を光復調して電気信号にする。この電気信号は、増
幅器１０を介してスペクトラム拡散復調器１１に伝えら
れ、スペクトラム拡散復調器１１によｐ処理ゲインＧ、
をもって−人文調信号に復調される。その後、−人後調
器１２で源信号に復調され、出力装置１３（例えば、Ｔ
Ｖモニタ、制御回路など）に入力される。ここで、処理
ゲインＧ、は、式（１）によって定義される。

Ｇ　ｐ　”　Ｂ　−／　Ｂ　ａ　・・・・・・・・・・
・・・・・（１）ただし、Ｂｍはスペクトラム拡散信号
の帯域幅、及びＢａは源信号の帯域幅である。

従って、処理利得Ｇｐだけ信号対雑音比（８／Ｎ）が改
善されるから発光ビームの強度を１／Ｇ、に低減できる
。従って、対向方式では、ビーム直径をａ　倍拡大でき
、又は波数方式では１／Ｇ。

に発光素子又は送光器８の設置数を低減させることがで
きる。

第２図は、第１図の実施例を原子力発電所の格納容器内
や給水加熱器室等の部屋１４内を走行する移動体１７と
別部屋１５内にあるコンソールとの間の双方向通信に適
用した時の一実施例を示す。

移動体１７上の移動局２０は、部屋１４の天井に複数個
取９つけられているサテライト局４０１〜４ＯＮのうち
いずれか一つと双方向通信を行う。

サテライト局は、少なくとも１つが移動体１７の移動局
２０と通信できるように配置される。各サテライト局４
０＋〜４ＯＮは、コンソール上の中央局３０と有線１８
で結ばれている。計算機１６は、中央局３０に接続され
、それよシ入力される移動局２０からの移動体１７の位
置情報によし、移動体１７の位置を判定し、しかも移動
局２０を交信すべきサテライト局４０＋　（ｉ＝１．２
・・・Ｎ）を選局する。以下、移動局２０、サテライト
局４０、および中央局３０の詳細構造を図を用いて説明
する。第３図に、移動局２０の一実施例を示す。第３図
における番号の添字ｔは移動局を示し、第１図と同じ番
号は、第１図と同番号の構成と同一の機能を有している
。情報源４ｔ　は、本実施例ではＩＴＶカメラ４ｔｔ　
、（映像信号の帯域幅をＢｔ、１トスる）、マイクロフ
ォン（同じ（Ｂｔｕ　）および移動体１７の状態信号４
ｔ３（同じ＜　Ｂｔｓ　）とする。スペクトラム拡散変
調器（ダイレクトシーケンス方式）６ｔは、搬送波発生
器（周波数ｆ。

の正弦波出力）６Ｌ１の出力信号を擬似雑音符号発生器
ａｔ＋の３つの異なったＭ系列信号に基づいて平衡変調
器６Ｌ３〜６ｔ、においてスペクトラム拡散変調を行い
、各々符号変調された搬送波信号を得る。そして、この
搬送波信号は、１Ｍ変調器５ｔｓ〜５Ｌｓにより情報源
４１．〜４ＺＳの出力信号を各々対応する符号変調され
た搬送波信号でＦＭ変調され、合成器１９ｚを介して発
光素子駆動回路７１ｚ送光器８ｔによシ空間に光信号と
して放出される。

この時の送信信号の帯域幅Ｂ、とすると、■ＴＶカメラ
の映像信号、マイクロフォンの音響信号、および移動体
の状態信号の処理利得Ｇｐｌ　、　Ｇｐ、　。

Ｇｐ３は、各々Ｂａ　／Ｂｚ＋　＋　Ｂｓ　／Ｂｔｔ　
ｔ　Ｂｓ　／Ｂｚｓとなる。一方、サテライト局４０で
の受信信号は増幅器１０を介し、スペクトラム拡散変調
器６ｔで同様に、スペクトラム拡散復調器ｌｉｔで得ら
れる平衡変調器Ｉ　Ｉｔ、の符号変調された搬送波信号
によりＦＭ復調器１２ｔでＦＭ復調され、移動体の出力
装置（移動体の制御回路等）１３ｔに出力される。第４
図にサテライト局４０の実施例を示す。各サテライト局
４０＋　（１＝１．２・・・Ｍ）は、送光器８ｍ＋　（
’　＝Ｉ　＋　２・・・Ｍ）、受光器９１（ｉ＝１．２
・・・Ｍ）、サテライト局４０．の電源を０Ｎ−ＯＦＦ
’するリレー接点４２　＋　（’　＝　１　＋２・・・
Ｍ）、および同リレ−１駆動回路とサテライト局４０＋
の選局機能を持つサテライト局選局回路４１＋　（ｆ＝
１．２・・・Ｍ）から構成される。仮シに、コンソール
上の計算機１６によシサテライト局４０．が選局された
とする。選局方法については、後述の中央局３０の実施
例の中で説明する。

移動体１７への送信信号に重畳された選定信号を検知す
るとサテライト局選局回路４１１はリレー接点４２！を
接触させ、送光器８．１、受光器９．１に電源を供給す
る。１８３はその電源供給線である。そのため送光器８
．１では、移動体１７への下り信号１８２を光信号とし
て空間に放出し、また受光器９．１では移動体１７から
中央局３０への上り信号を検出して中央局３０へ伝送す
ることが可能となる。このように、常に１つのサテライ
ト局のみで受信することによＦ）８／Ｎ比の向上を計る
ことができる。常にすべての受光器９．が受光状態とす
ると、実際に送受信しているサテライト局以外のサテラ
イト局の受信信号はノイズとなる。

ノイズ源として考えられるのは、太陽光、室内照明灯な
どの背景光が考えられる。ノイズＮは式（２）で表現さ
れる。

ただし、ｊは選局サテライト局の番号Ｍはサテライト局の数Ｎ＋はｉサテライト局における背景光によるノイズ及びＮｏは背景光以外の固定ノイズである。

従って、実際に送受信しているサテライト局以外のサテ
ライト局は受信状態から解除しておけば、式（２）の第
２項のノイズがなくなり８／Ｎ比を向上させることがで
きる。第５図は、コンソール上の中央局３０と計算機１
６の実施例を示した図である。第５図において、番号の
添字Ｃは中央局を示し、第１図と同一番号は、第１図の
ものと同一機能を果す。それ故、第２図と同じような動
作のところの説明は省略する。中央局３０の搬送波発生
器１１．１の搬送波正弦波周波数は移動局の搬送波発生
器６１１の搬送波正弦波周波数と同じとする。

また、中央局３０の擬似雑音性力発生器１１．２は、移
動局２０の擬似雑音性力発生器６１２と全く同じＭ系列
信号部を出力する。そして、スペクトラム拡散復調器１
１ｅの平衡変調器１１゜３〜１１・５へ（９）の入力である擬似雑音付力Ｍ系列信号は、移動局２０の
平衡変調器６ｔ３〜６ｔ１１への入力である擬似雑音付
力Ｍ系列信号と各々同一性質のものとする。

同様に、平衡変調器１１ｔ１と６．１への入力である擬
似雑音付力Ｍ系列信号も同一の性質のものである。この
ように、変調側、復調側の擬似雑音付力Ｍ系列信号を則
−性質のものとすることによって、伝送信号を判別して
多重化するととが可能である。

１１．６は、移動局２０と中央局３０の擬似雑音性力発
生器６１２と１１．２の同期をとる同期検出回路である
。１９．１は、分配器である。次に、サテライト局の選
局方法について説明する。計算機１６は、移動体１７の
位置情報により移動体１７の位置を検出し、移動局２０
と通信すべきサテライト局４０ｔ（ｉ＝１．２・・・Ｍ
）を選定する。サテライト局選定周波数発振回路５０で
は、サテライト局に対応した周波数ｆｔ（１＝１．２・
・・Ｍ）を出力し、合成器５１を介して移動体への送信
信号１８２に重畳され各サテライト局に伝送される。

各サテライト局のサテライト選局回路４１＋　（１（１
０）＝１，２・・・Ｍ）では、自局を選定する周波数の存在
の有無を判定することによシ自局が選択されたことを検
知することが可能である。最後に、スペクトラム拡散を
用いた時の効果について述べる。

移動局２０から中央局３０への上り信号のように多重伝
送の場合の各々の伝送信号の処理利得と、対向方式や拡
散方式における圧送範囲の拡大との関係を考える。伝送
信号の帯域幅−Ｂ　、は、擬似雑音性力発生器のＭ系列
信号によって決定される。

また、スペクトラム拡散通信を用いない時の３情報源信
号に必要な伝送強度を８１　ｇ　８２　Ｈ８３とすると
、スペクトジム拡散通信を用いた時の必要な伝送強贋は
、各々の処理利得を用いてＳｌ／Ｇｐｔ＋Ｓｔ　／Ｇｐ
２．　Ｓｓ　／Ｇｐｓとなる。ここで、映像信号の帯域
幅ＢｚＩは、音響信号および移動体状態信号の帯域幅Ｂ
ｔ＊＊Ｂｔａと比べてと、Ｂｔ＋　＞Ｂｔｚ　＊Ｂｚｔ
＞Ｂａ　という関係があるからＧｐｌ　＜Ｇｐｚ　＋　Ｇｐｔ　＜Ｇｐａ　・・・・・
・・・・・・・（３）となる。一方、８１　＋　８２　
＋　８８についても８１　＞８２　．８＋　＞Ｓｓ　・
・・・・・・・・・・・（４）（１１）という関係があるから、式（５）という関係を得る。

Ｓ！／Ｇｐ＋　＞　８２　／ＧＰ２　、　Ｓｔ　／Ｇｐ
ｔ　＞Ｓｓ　／Ｇｐｓ・・・・・・・・・・・・（５）従って、スペクトラム拡散通信方式を用いた時も映像信
号の必要な伝送強度が全体の必要な伝送強度を支配する
。この結果、上り信号における伝送範囲はその伝送範囲
径Ｒで考えると映像信号の処理利得Ｇ、ｌによって決′
＝！シ式（６）となる。

Ｒ１＝Ｖ′ｄＬ−・Ｒｏ　川・・自・・・・・（６）た
だし、Ｒ１はスペクトラム拡散通信を用いた時の伝送範
囲、及びＲｏはスペクトジム拡散通信を用いない時の伝
送範囲である。

映像信号の処理利得Ｇ、１は、映像信号の帯域幅４ＭＨ
２，発光素子、受光素子の帯域幅から考えて４０〜１０
０程度の値をとることが可能となる。

従って、伝送範囲径を６〜１０倍とることが可能となシ
、移動体１７との通信方式として、拡散方式を取ること
も可能である。一方対向方式においても、発光ビーム径
を大きくとれるので受信光を＃ｌ従じやすく安定した通
信を確保できる。

（１２）以上、部屋内に適用した実施例について説明した。第６
図、第７図は、屋外の光無線通信に本発明を適用した時
の実施例を示す。第６図はビルディングと移動体との間
の通信を、第７図は船舶間の通信する場合である。第６
図では、例えばマラソン中継などで中継車８５からの映
像信号をビルディング８０の屋上にあるサテライト局８
４に伝送する場合の実施例を示している。第８図は船舶
間８２の情報伝送する場合の実施例である。屋外の場合
は、伝送距離が長くなるので光強度がとれる対向方式が
適している。

また、移動体と中央局間の光通信システムにスペクトラ
ム拡散を用いると、次の点からもＳ／Ｎ比を改善できる
。移動体１７上では、移動体の制御用マイクロコンピュ
ータ等の制御装置を積載することがある。また、対向方
式においても、その相対向する送受光器が常に正対する
ように制御するために制御装置が必要である。その制御
装置の中の発振器の高周波成分が、光を入射させるため
に必ず開口部を持つ受光器から廻シ込み、受信信（１３
）号のノイズＮｔとなる。しかし、スペクトラム拡散通信
を用いると、このノイズＮ１は、擬似雑音付号で変調さ
れていないため、スペクトラム拡散復調器１１で逆に、
その擬似雑音付号で変調された状態になり、式（７）の
関係に低減される。

Ｎ　ｔ　’　＝　Ｎ　ｔ　／　Ｇ　ｐ　・・・・ｌ１・
団・（７）ただし、Ｎｔはスペクトラム拡散通信を用い
た時のノイズＮｔ′はスペクトラム拡散通信を用いた時のノイズ及びＧｐは処理利得である。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、送信局において、
光変調器の前段にスペクトラム拡散変調器を設け、−力
受信局において光復調器の後段にスペクトラム拡散復調
器を設けることによって、光伝送に必要な８／Ｎ比を改
善することによって、光無線通信における拡散方式を可
能とし、かつ対向方式においても、伝送ビーム径を拡大
さ′せることによｐ１受信光を捕捉しゃすくすることに
より（１４）安定した通信を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のスペクトラム拡散光無線通信の一実
施例を示す図、第２図は、本発明を部屋内を走行する移
動体１７と別部屋にあるコンソールとの双方向通信に適
用した時の一実施例を示す図、第３図は、第２図に示す
移動局の詳細系統図、第４図は、第２図におけるサテラ
イト局の詳細系統図、第５図は、第２図における中央局
の詳細系統図、第６図は、移動体とビルディング間の光
通信に本発明を用いた時の説明図、第７図は、船舶間の
光無線通信に本発明を用いた時の説明図である。１・・・送信局、２・・・受信局、４・・・情報源、５
・・・−人文調器、６・・・スペクトラム拡散変調器、
７・・・発光素子駆動回路、８・・・送光器、９・・・
発光器、１１・・・スペクトラム拡散復調器、１２・・
・−人後調器、１７・・・移動体、２０・・・移動局、
３０・・・中央局、４０・・・サテライト局。代理人　弁理士　高橋明夫（１５）

Claims

【特許請求の範囲】

１、信号発生手段、前記信号発生手段の出力信号を入力
する変調器及び前記変調器の出力信号を光信号として出
力する送光器を有する送信局と、前記光信号を人力する
受光器及び前記受光器の出力信号を入力する復調器を有
する受信局とからなる光無線通信装置において、前記送
信局の前記変調調器と前記送光器とを、スペクトラム拡
散変調器を介して接続し、前記受信局の前記受光器と前
記復調器とを、スペクトラム拡散復調器を介して接続し
たことを特徴とする光無線通信装置。