(57)【要約】【課題】伝送速度が非対称である双方向全二重通信を行う光伝送システムを安価に提供する。【解決手段】単心の光ケーブル１２０で相互接続された光送信器と光受信器を含む単心双方向光伝送システムを提供する。光送信器のＥ／Ｏ変換部１０６は、送信データに基づいて変調した送信光を出射する発光部２０１と、光ケーブル１２０を介して受信した受信光を光電変換して出力する受光部２０２と、発光部２０１から出射された送信光を光ケーブル１２０の端面へ入射させると共に、光ケーブル１２０の端面から出射される受信光を受光部２０２へ入射させる合分波器２０３とを含む。合分波器２０３における送信光と受信光の分光比は、送受信信号の伝送速度の違いに応じて決められる。【選択図】図２
2010068353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データに基づいて変調した送信光を出射する発光部と、
単心の光ファイバケーブルを介して外部より受信した受信光を光電変換して出力する受光部と、
前記発光部から出射された送信光を前記光ファイバケーブルの端面へ入射させると共に、前記端面から出射される受信光を前記受光部へ入射させる光合波器とを含み、
前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに応じて決めるようにしたことを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度によって定まる要求ＳＮ比の違いに応じて決めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光送受信装置。
【請求項３】
送信光と受信光の波長を異ならせるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光送受信装置。
【請求項４】
単心の光ファイバケーブルで相互接続された一対の光送受信装置を有し、
各光送受信装置は、
送信データに基づいて変調した送信光を出射する発光部と、
前記光ファイバケーブルを介して相手側の光送受信装置より受信した受信光を光電変換して出力する受光部と、
前記発光部から出射された送信光を前記光ファイバケーブルの端面へ入射させると共に、前記端面から出射される受信光を前記受光部へ入射させる光合波器とを含み、
前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに応じて決めるようにしたことを特徴とする単心双方向光伝送システム。
【請求項５】
前記光合波器における発光信号と受光信号の分光比を、送受信信号の伝送速度によって定まる要求ＳＮ比の違いに応じて決めるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の単心双方向光伝送システム。
【請求項６】
前記光合波器における発光信号と受光信号の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに加えて、前記各光送受信装置の発光部の発光パワーの違いも考慮して決めるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の単心双方向光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブルで双方向のデータ伝送を行うための光送受信装置および単心双方向光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速・長距離伝送が可能な光ファイバ伝送において双方向通信を実現する方法として、
（ａ）二本の光ファイバを送信用と受信用に割り当てる方法、
（ｂ）一本の光ファイバにて送信と受信を時分割にて利用する方法、および
（ｃ）一本の光ファイバにて送信と受信の波長を変える方法
が存在する。
【０００３】
映像・音声信号をディスプレイにデータ伝送する場合、最近では映像のハイビジョン化、デジタル化が急速に進展し、高速、大容量のデータ伝送が必要となっている。このようなデータ伝送に要求される性能を満たす伝送方式として、ＤＶＩ（Digital Visual Interface）やＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）が利用されるようになってきた。また、天つり型のプロジェクタに対してパーソナルコンピュータ、チューナ、ＤＶＤプレーヤ等から映像信号を伝送する場合には、高速、大容量のデータを長距離で伝送する必要があり、表示装置の十分な性能を発揮できないこともある。
【０００４】
これらの解決手段として、高速、大容量のデータ伝送が可能な光ファイバを伝送媒体として利用する機器が登場し始めている。それらの多くはＤＶＩやＨＤＭＩの電線上を伝送する電気信号をそのまま光変調信号に変換して伝送する多心型のものであり、直径が８ミリメートル以上であるためかなり太いケーブルとなり、家庭内でのケーブルの引き回しには不向きである。さらには、電気−光変換部のコストがチャンネル数分必要となってしまうため、安価に構成することが難しい状況にもある。光伝送においては、電気信号を光に変換する発光素子、光を電気信号に変換する受光素子、及びそれぞれの電気回路が必要なため、信号数の削減がコストダウンにつながる。
【０００５】
そのため、１本の光ファイバケーブルで双方向全二重通信が行える双方向光伝送システムを構築し、ケーブルの軽量・柔軟化とコストダウンが図られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００７−９６７３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２８３４３８号公報
【特許文献３】特開２００３−２３４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような映像信号の伝送システムでは、ＨＤＤレコーダなどからディスプレイへはハイビジョン映像信号のように高速、大容量のデータ信号を送るために高速な伝送が必要とされるが、逆方向であるディスプレイからＨＤＤレコーダなどへはディスプレイの表示可能解像度情報や、リモコン制御信号の折り返し等のように低速、小容量のデータ信号でしかなく、高速伝送を行う必要はない。
【０００７】
そのため、低速データのために光ファイバを割り当てる（上記の光伝送方式（ａ））ことは、システムのコストアップとなってしまう。さらに、映像信号は常時伝送する必要があるため、時分割により上りと下りを切り替えて利用する（光伝送方式（ｂ））ことは望ましくない。
【０００８】
このように、非対称型光通信を行う単心双方向光伝送システムにおいて、一般的には送信のための発光素子の波長と、受信のための受光素子の感度波長を異なる値に設定し、波長選択フィルタなどを用いて送信信号と受信信号の光学的な混信を低減している（たとえば、特許文献２参照）。しかし、波長選択フィルタは高価なデバイスであり、さらには、送信と受信の光軸を高精度に合わせる必要があることから、高精度な位置決め部品、高精度な調整作業などにより、高価な部品となってしまっていた。さらに、環境温度により発光波長が変化してしまうため、素子の温度コントロールが必要となっていた。
【０００９】
また、高価なデバイスである波長選択フィルタを用いずに、送信と受信を結合するカプラの分光比を変化させることにより、一本の光ファイバで双方向通信を実現する方法も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。しかし、発光側の分岐比を下げることにより受光側の光量ロスを減らすことは可能であるが、発光パワーの大小によっても受信性能は変わってしまい、送受信性能の最適化を図ることができない。
【００１０】
さらに、非対称な伝送速度のデータを一本の光ファイバで双方向通信を実現する方法も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。低速伝送部を低精度のローコスト部品を使うことによるコストメリットはあるが、低速変調用の外部デバイス、及びコントローラが必要となる。
【００１１】
一般に光ファイバ伝送では、高精度な接続を確保するために高価な高精度の部品を利用しており、１チャンネルあたりの単価が高い。そこで、光ファイバ伝送の高速性を活かしつつ、いかに少ない信号線やコネクタにて安価なシステム構成ができるかが実装上、考慮すべきポイントとなる。
【００１２】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、双方向全二重通信を行うための光送受信装置および単心双方向光伝送システムにおいて、各伝送方向で伝送速度が非対称であってもよい場合に、少ない信号配線で高速、大容量のデータ伝送を可能とする、安価な光送受信装置および単心双方向光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の光送受信装置は、送信データに基づいて変調した送信光を出射する発光部と、単心の光ファイバケーブルを介して外部より受信した受信光を光電変換して出力する受光部と、前記発光部から出射された送信光を前記光ファイバケーブルの端面へ入射させると共に、前記端面から出射される受信光を前記受光部へ入射させる光合波器とを含む。前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに応じて決めるようにした。
【００１４】
第２の態様によれば、前記光送受信装置において、前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度によって定まる要求ＳＮ比の違いに応じて決めるようにした。
【００１５】
第３の態様によれば、前記光送受信装置において、送信光と受信光の波長を異ならせるようにした。
【００１６】
本発明の第４の態様は、単心双方向光伝送システムである。この単心双方向光伝送システムは、単心の光ファイバケーブルで相互接続された一対の光送受信装置を有する。各光送受信装置は、送信データに基づいて変調した送信光を出射する発光部と、前記光ファイバケーブルを介して相手側の光送受信装置より受信した受信光を光電変換して出力する受光部と、前記発光部から出射された送信光を前記光ファイバケーブルの端面へ入射させると共に、前記端面から出射される受信光を前記受光部へ入射させる光合波器とを含む。前記光合波器における送信光と受信光の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに応じて決めるようにした。
【００１７】
第５の態様によれば、前記単心双方向光伝送システムにおいて、前記光合波器における発光信号と受光信号の分光比を、送受信信号の伝送速度によって定まる要求ＳＮ比の違いに応じて決めるようにした。
【００１８】
第６の態様によれば、前記単心双方向光伝送システムにおいて、前記光合波器における発光信号と受光信号の分光比を、送受信信号の伝送速度の違いに加えて、前記各光送受信装置の発光部の発光パワーの違いも考慮して決めるようにした。
【００１９】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、伝送速度が非対称である双方向全二重通信を行う光送受信装置および単心双方向光伝送システムを安価に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜実施の形態１＞
地上デジタル放送の普及などにより、映像コンテンツのＨＤ（High Definition）化が進むと共に映像表示装置の大型化、高精細化が進み、大画面テレビを中心とした機器接続が必要となってきている。このような映像信号の伝送システムでは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）レコーダなどのコンテンツ送信元からディスプレイへハイビジョン映像信号のように高速、大容量のデータ信号を送るために非常に高速な伝送が必要とされる。そのため、メタルケーブルでの配線も困難になってきており、長距離の配線には太く、高品質で高価なケーブルを使う必要がある。
【００２２】
コンテンツ送信元からディスプレイ部への映像信号伝送方式としては、ＤＶＩやＨＤＭＩが広く普及している。いずれの方式もハイビジョン映像を伝送するためには、１Ｇｂｐｓを越える伝送レートの信号が複数本必要となっている。さらには、機器コントロールや解像度情報の交換用に低速なデータ伝送も複数必要となっている。
【００２３】
本発明の実施の形態は光伝送の高速性と上記のように片方向のみのデータ伝送が高速であることを利用した、映像伝送システムに関するものであり、図１、図２に基づいて以下にその詳細を述べる。
【００２４】
図１は、実施の形態１に係る単心双方向光伝送システムの構成図である。光送信器１００と光受信器１１０が光ケーブル１２０を介して相互接続される。
【００２５】
映像信号入力部１０１は、ＨＤＤレコーダなどのコンテンツ送信元から映像信号を受け取る。ＤＶＩやＨＤＭＩなどのインターフェースの場合、映像信号の伝送にはＴＭＤＳ（Transition Minimized Differential Signaling）と呼ばれる方式が採用されている。ＴＭＤＳでは、１リンク単位に４本のチャネルが使用されており、映像信号のＲＧＢにそれぞれ１チャネル、クロック周波数の同期信号に１チャネルが割り当てられる。
【００２６】
ＴＭＤＳにより伝送された映像信号はそのままでは一般的なＬＳＩのロジックレベルとは異なるため、専用ＬＳＩ以外では直接入力することができない。そのため、信号レベル変換部１０２は、映像信号入力部１０１に入力された映像信号をＰＥＣＬ（Positive Emitter Coupled Logic）やＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）などの信号レベルに変換する。また、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）対策の部品等が実装されてもよい。
【００２７】
入力された信号データは１Ｇｂｐｓを越える高速なデータレートであるため、ＬＳＩ内部での多重化等の信号処理すべてを行うことが困難であり、実現できてもＬＳＩが高価なものとなってしまう。そこで、シリアル／パラレル変換部１０３は、シリアルの入力信号を一旦パラレルの信号に変換することで、信号のデータレートを下げる。その際、シリアル／パラレル変換部１０３は、ＤＶＩやＨＤＭＩにおいてコンテンツ保護のために暗号化されたデータを解読することなく、単なるデータ列として信号変換を行う。これにより、光伝送部において新たな暗号化等が不要となり、システムの低価格化を図るとともにシステムの安定性を保つことができる。別途、暗号解読の回路を設けることも可能である。
【００２８】
シリアル／パラレル変換部１０３によりパラレル化されたデータ信号はＲ、Ｇ、Ｂ等の画像データ３系統とクロック信号である。多重化部１０４は、映像・音声信号のデータの多重化、ＤＤＣ（Display Data Channel）やＣＥＣ（Consumer Electronics Control）などの低速な双方向通信用のデータ信号の多重化等の信号処理を行い、１系統の高速データ信号として扱えるように束ねる。
【００２９】
Ｉ／Ｏ処理部１０９は、ＤＤＣ、ＣＥＣ等のデータレート低減のためのパラレル処理が必要のない低速信号の入出力信号を処理し、Ｅ／Ｏ変換部１０６が受信した入力信号は信号レベル変換部１０２へ、出力信号は多重化部１０４へそれぞれ出力する。
【００３０】
多重化部１０４により束ねられたデータ信号は、パラレル／シリアル変換部１０５において、１系統の高速シリアルデータに変換される。変換されたデータ信号のデータレートは必ずしもＤＶＩやＨＤＭＩの入力信号クロックと同期している必要はなく、多重化部１０４にてＤＶＩやＨＤＭＩの信号クロック情報も埋め込むことで、パラレル／シリアル変換部１０５のクロックに自由度が生じる。これにより、既存のパラレル／シリアル変換ＬＳＩの利用も可能であり、一般に高価な高速パラレル／シリアル変換ＬＳＩを新規開発することなく、汎用品を利用することによりシステムの低価格化を実現することも可能である。
【００３１】
１系統の高速シリアルデータに変換された信号はＥ／Ｏ変換部１０６に入力される。Ｅ／Ｏ変換部１０６は、入力された電気信号を光信号に変換する。光信号は光ケーブル１２０を経由して光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６に送信される。
【００３２】
Ｏ／Ｅ変換部１１６は、受信された高速シリアルデータ光信号を一系統の電気信号に変換する。一系統の高速シリアルデータ信号は、シリアル／パラレル変換部１１５において、多重化されたパラレル信号に変換され、クロック再生が行われる。
【００３３】
分離部１１４は、多重化されたパラレル信号を受け取り、映像・音声信号のデータ分離、ＤＤＣやＣＥＣなどの低速な双方向通信用のデータ信号の分離等の信号処理をおこない、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の画像データ３系統とクロック信号等を復元する。
【００３４】
さらに、パラレル／シリアル変換部１１３は、パラレル信号をシリアル信号に変換し、ＤＶＩやＨＤＭＩに準じた高速なシリアルデータを出力する。信号レベル変換部１１２は、シリアルデータをＤＶＩやＨＤＭＩに準じたＴＭＤＳ方式の信号レベルに変換し、出力する。映像信号出力部１１１は映像・音声信号をディスプレイなどに出力する。
【００３５】
Ｉ／Ｏ処理部１１９は、低速な入出力信号を処理し、分離部１１４から受け取った入力信号は信号レベル変換部１１２へ、出力信号はＯ／Ｅ変換部１１６へそれぞれ出力する。
【００３６】
クロック変更部２００は、映像の伝送レートに応じて光送信器１００および光受信器１１０のクロックを変更するものであり、たとえば、伝送される映像信号がＨＤ映像であるか、ＳＤ（Standard Definition）映像であるかによって、クロックを調整する。クロックを調整する機能として、光送信器１００および光受信器１１０それぞれに有しており、低速情報の一つとしてＩ／Ｏ処理部１０９、１１９経由にて情報の授受を行う。
【００３７】
図２は、光送信器１００のＥ／Ｏ変換部１０６および光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６の構成図である。
【００３８】
Ｅ／Ｏ変換部１０６は、発光部２０１、受光部２０２、合分波器２０３、および光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４を含む。
【００３９】
発光部２０１は、送信すべき高速のシリアルデータを光信号に変換し、送信光を出射する。受光部２０２は、光ケーブル１２０を介して受信光を受光して低速のデータ信号に光電変換する。
【００４０】
合分波器２０３は、送信光と受信光の２本の光信号を１本に束ねる。具体的には、合分波器２０３は、発光部２０１から出射された送信光を光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４に接続された光ケーブル１２０の端面へ入射させると共に、光ケーブル１２０の端面から出射される受信光を受光部２０２へ入射させる。
【００４１】
発光部２０１から出射する光と受光部２０２へ入射する光の波長は同じでもシステムを構成することができるが、送信光と受信光は異なる波長であってもよい。
【００４２】
図３は、合分波器２０３の具体的な構成を示す図である。光の合分波器２０３は、図３（ａ）に示すように、２本の光ファイバを１本に束ねるための光カプラであってもよく、図３（ｂ）に示すように、プリズム等の光学部品を利用した形態であってもよい。光カプラはＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の普及などにより大量に利用されており、低価格化が進んでおり、さらには機器内の配線材としても使えるため、光送信器１００内のＥ／Ｏ変換部１０６の配置に自由度が生じる。これにより、機器の小型化や、ＥＭＣ対策等に寄与することができる。
【００４３】
合分波器２０３における分光比は、高速の送信データ伝送レートと低速の受信データ伝送レートの比によって決めることができる。これは、データ伝送に必要なＳ／Ｎ比は伝送信号の周波数帯域により決まるパラメータを有しているために、データ伝送速度が高速になるほど高いＳ／Ｎ比が要求されるためである。合分波器２０３における分光比の設定の仕方については後述する。
【００４４】
図２に戻り、光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６は、受光部２１１、発光部２１２、合分波器２１３、および光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４を含む。光送信器１００側のＥ／Ｏ変換部１０６の光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４と、光受信器１１０側のＯ／Ｅ変換部１１６の光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４とは、１本の光ケーブル１２０を介して光学的に接続されている。
【００４５】
光受信器１１０では、光送信器１００の逆のデータ処理により、ＤＶＩやＨＤＭＩの信号が復元される。受光部２１１は、光ケーブル１２０を介して受信光を受光して高速のシリアルデータに光電変換する。発光部２１２は、送信すべき低速のデータ信号を光信号に変換し、送信光を出射する。
【００４６】
合分波器２１３は、送信光と受信光の２本の光信号を１本に束ねる。発光部２１２から出射する光と受光部２１１へ入射する光の波長は同じでもシステムを構成することができるが、これらの光は異なる波長であってもよい。
【００４７】
ここで、光受信器１１０側の発光部２１２は低速信号を発光するため、低速用の発光デバイスとして赤外ＬＥＤを用い、光送信器１００側の発光部２０１は高速信号を発光するため、高速用の発光デバイスとして長波長ＬＤを用いることが可能である。その場合、光送信器１００側では低速信号を受光し、光受信器１１０側では高速信号を受光することになり、光送信器１００の受光部２０２と光受信器１１０の受光部２１１のそれぞれの受光素子の波長感度が異なる。そのため、高価な波長選択フィルタを用いなくても、ある程度の波長分離が可能であり、合分波器２０３、２１３の合分波比の設定と組み合わせることにより、システムの最適化が可能となる。
【００４８】
次に、合分波器２０３、２１３における分光比の設定の仕方について詳しく説明する。
背景光雑音を考慮しない場合の受光器のＳ／Ｎ比は次式で定義される。受信信号電流と雑音電力成分について表１に示す。
【００４９】
【数１】
2010068353.tif 000003
【数２】
2010068353.tif 000004
【００５０】
【表１】
2010068353.tif 000005
【００５１】
表２に係数値と各種パラメータの値の一例を示す。
【００５２】
【表２】
2010068353.tif 000006
【００５３】
フォトダイオード（ＰＤ）の場合、回路熱雑音がＳ／Ｎ比を支配するが、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）の場合、増倍率の効果により回路熱雑音の影響が低減し、ショット雑音が支配的になっていることがわかる。いずれの場合でも雑音の自乗項σＤ２の支配的な成分は、受信帯域Ｂに比例し、受信信号電流ＳＤは受信帯域Ｂに依存しない。このことから、受信帯域ＢがＮ倍になると、受信信号は変化ないが雑音は√Ｎ倍になることがわかる。
【００５４】
一般的に言えば、光強度変調によるデータ伝送の場合において、受光部でのＳ／Ｎ比は受信信号電力、ショット雑音、暗電流、回路熱雑音、背景光雑音等により決定され、また受光素子の種類によってＳ／Ｎ比を決定する要因が異なるが、受信信号電力はデータ伝送の周波数帯域に影響されない。よって、一般的に周波数帯域がＮ倍になると雑音が√Ｎ倍になるといえる。
【００５５】
例えば、高速のデータ伝送速度が１ＧＨzであり、逆方向の低速のデータ伝送速度が１０ＭＨzであった場合には、高速伝送の受信帯域は低速伝送の受信帯域の１００倍であるから、高速伝送は低速伝送に対して１０倍高いＳ／Ｎ比を要求されることになる。
【００５６】
従って、合分波器２０３、２１３において、光送信器１００から送信される高速データ伝送用の送信光と、光受信器１１０にて受信される低速データ伝送用の受信光との分光比を、伝送するデータ速度の比によって決めることができる。映像伝送のように、順方向が高速の映像データ伝送で、逆方向が低速の制御データ伝送であるといった非対称の双方向データ伝送においては、合分波器２０３、２１３の分光比を最適に設定することで、双方向のデータ伝送の品質を同レベルにすることができる。これにより、単心光ケーブルを用いた非対称双方向データ伝送システムにおいて、波長分離のための高価な構成を用いなくてもシステムを構成することができるようになり、高速、大容量のデータ伝送を高品質で安価に提供することができる。
【００５７】
前述のように、高速のデータ伝送速度が１ＧＨzであり、逆方向の低速のデータ伝送速度が１０ＭＨzであった場合には、高速伝送のＳ／Ｎ比を１０倍高くする必要がある。この場合、合分波器２０３、２１３の分光比を７６対２４とすることにより、以下に述べるように、高速伝送と低速伝送の受信光量比を概ね１０対１とすることができる。
【００５８】
高速のデータ伝送については、光送信器１００のＥ／Ｏ変換部１０６の発光部２０１から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２０３で７６％に減少し、受信の際、光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６の合分波器２１３においてさらに７６％に減少して、受光部２１１に受光される。０．７６×０．７６＝０．５７７６であるから、高速データ伝送について、受光部２１１への入射光量は出射光量の約５８％になる。
【００５９】
一方、低速のデータ伝送については、光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６の発光部２１２から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２１３で２４％に減少し、受信の際、光送信器１００のＥ／Ｏ変換部１０６の合分波器２０３においてさらに２４％に減少して、受光部２０２に受光される。０．２４×０．２４＝０．０５７６であるから、低速データ伝送について、受光部２０２への入射光量は出射光量の約５．８％になる。
【００６０】
したがって、高速送信側の発光部２０１と低速送信側の発光部２１２が同一の光量で発光している場合は、高速受信側の受光部２１１と低速受信側の受光部２０２への入射光量の比は、５８：５．８＝１０：１となる。このようにして、高速データ伝送に要求されるＳ／Ｎ比を低速データ伝送に要求されるＳ／Ｎ比よりも１０倍にすることによって、双方向のデータ伝送の品質を同じレベルにすることができる。
【００６１】
上記では、高速送信側の発光部２０１と低速送信側の発光部２１２が同一の光量で発光している場合を示したが、それぞれの発光光量が異なっていてもよい。例えば、低速側の発光部２１２の発光デバイスとして、変調速度は低いが発光パワーを大きく出せるＬＥＤを使うことも想定される。その場合、低速送信側の発光部２１２の発光パワーが高速送信側の発光部２０１の発光パワーに比べて大きい分、高速データ伝送の方の分光割合を下げることにより、伝送路全体での受光部２１１、受光部２０２への入射光量の比を一定にすることができる。
【００６２】
たとえば、低速送信側の発光部２１２の発光パワーが高速送信側の発光部２０１の発光パワーの２倍である場合、合分波器２０３、２１３の分光比を８２対１８とすることにより、以下に述べるように、合分波器による光量比が概ね２０倍となり、低速側の発光パワーが高速側の発光パワーの２倍であることと合わせれば、それぞれの受信光量比を概ね１０対１とすることができる。
【００６３】
高速のデータ伝送については、発光部２０１から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２０３で８２％に減少し、受信の際、合分波器２１３においてさらに８２％に減少して、受光部２１１に受光される。０．８２×０．８２＝０．６７２４であるから、高速データ伝送について、受光部２１１への入射光量は出射光量の約６７％になる。
【００６４】
一方、低速のデータ伝送については、発光部２１２から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２１３で１８％に減少し、受信の際、合分波器２０３においてさらに１８％に減少して、受光部２０２に受光される。０．１８×０．１８＝０．０３２４であるから、低速データ伝送について、受光部２０２への入射光量は出射光量の約３．２４％になる。
【００６５】
ここで、低速送信側の発光部２１２の発光パワーは高速送信側の発光部２０１の発光パワーの２倍であるから、高速受信側の受光部２１１と低速受信側の受光部２０２への入射光量の比は、６７：３．２４×２＝６７：６．４８≒１０：１となる。
【００６６】
上記では、低速伝送側と高速伝送側の伝送速度比が１００倍（１０Ｍｂｐｓと１Ｇｂｐｓ）の例を示したが、その他の場合でも速度比に応じた倍率にて最適な分光比を設定できる。表３はさまざまな伝送速度、発光光量比の場合の分光比を表にまとめたものである。
【００６７】
【表３】
2010068353.tif 000007
【００６８】
上記の説明では、光送信器１００の合分波器２０３の分光比と光受信器１１０の合分波器２１３の分光比を同じ値に設定したが、それぞれ異なる分光比を用いて、伝送路全体の受光光量比を設定してもよい。たとえば、高速データ伝送と低速データ伝送の速度比が１００対１である場合、光送信器１００の合分波器２０３の分光比を９１対９、光受信器１１０の合分波器２１３の分光比を５０対５０とすれば、以下に述べるように、システム全体では受光光量比を１０対１にすることができる。
【００６９】
高速のデータ伝送については、発光部２０１から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２０３で９１％に減少し、受信の際、合分波器２１３においてさらに５０％に減少して、受光部２１１に受光される。０．９１×０．５＝０．４５５であるから、高速データ伝送について、受光部２１１への入射光量は出射光量の約４６％になる。
【００７０】
一方、低速のデータ伝送については、発光部２１２から出射される送信光の光量は、送信の際、合分波器２１３で５０％に減少し、受信の際、合分波器２０３においてさらに９％に減少して、受光部２０２に受光される。０．５×０．０９＝０．０４５であるから、低速データ伝送について、受光部２０２への入射光量は出射光量の約４．５％になる。
【００７１】
したがって、高速送信側の発光部２０１と低速送信側の発光部２１２が同一の光量で発光している場合は、高速受信側の受光部２１１と低速受信側の受光部２０２への入射光量の比は、４６：４．５≒１０：１となる。
【００７２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１の光送信器１００のパラレル／シリアル変換部１０５およびＥ／Ｏ変換部１０６、光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６およびシリアル／パラレル変換部１１５のデータ伝送レートはそれぞれ５Ｇｂｐｓ以上になるため、ＬＳＩのコスト、消費電力等の観点から実装上の困難が生じる場合がある。実施の形態２においてはこれらの構成を２系統に分離することによって動作周波数を下げ、実装を容易にする。それ以外の構成は実施の形態１と同じであるから、共通する構成については実施の形態１と同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態２に特有の構成と動作を説明する。
【００７３】
実施の形態２の光送信器１００の多重化部１０４は、映像・音声信号の多重化、ＤＤＣなどの低速の双方向通信用のデータ信号の多重化などの信号処理を行い、２系統の高速データ信号として扱えるように入力信号を束ねる。パラレル／シリアル変換部１０５は、多重化部１０４により束ねられたデータ信号を２系統の高速シリアルデータに変換する。
【００７４】
図４は、実施の形態２のＥ／Ｏ変換部１０６およびＯ／Ｅ変換部１１６の構成図である。実施の形態２のＥ／Ｏ変換部１０６は、２系統の高速シリアルデータに対応して２つの発光部２０１ａ、２０１ｂを有する。波長分離の必要性から、第１の発光部２０１ａが出射する送信光の波長λ１と第２の発光部２０１ｂが出射する送信光の波長λ２は異なる。受光部２０２に入射する受信光の波長λ３は、第１の発光部２０１ａが出射する送信光の波長λ１または第２の発光部２０１ｂが出射する送信光の波長λ２のいずれか一方と等しくてもよい。
【００７５】
合分波器２０３は、２つの発光部２０１ａ、２０１ｂから出射される互いに波長の異なる２つの送信光と、受光部２０２に入射される受信光の３本の光信号を１本に束ねる。Ｅ／Ｏ変換部１０６の光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４とＯ／Ｅ変換部１１６の光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４は１本の光ケーブル１２０で接続されている。
【００７６】
実施の形態２のＯ／Ｅ変換部１１６は、２系統の高速シリアルデータを受信するために、Ｅ／Ｏ変換部１０６の２つの発光部２０１ａ、２０１ｂに対応して２つの受光部２１１ａ、２１１ｂを有する。第１の受光部２１１ａに入射される受信光の波長はλ１、第２の受光部２１１ｂに入射される受信光の波長はλ２である。低速データ伝送のために発光部２１２が発光する送信光の波長はλ３である。合分波器２１３は、２つの受信光と１つの送信光を１本に束ねる。
【００７７】
このようにして、Ｏ／Ｅ変換部１１６にて受光された高速シリアルデータ光信号が２系統の電気信号に変換され、シリアル／パラレル変換部１１５に供給される。２系統の高速シリアルデータは、光受信器１１０のシリアル／パラレル変換部１１５において、多重化されたパラレル信号に変換され、クロック再生が行われる。
【００７８】
＜実施の形態３＞
実施の形態２のように高速シリアルデータを２系統に分離する構成において、Ｅ／Ｏ変換部１０６とＯ／Ｅ変換部１１６を接続する光ファイバを１本でなく、２本にして伝送することもできる。実施の形態３は、光ファイバケーブルを２本用いて２系統の高速シリアルデータを伝送する構成である。Ｅ／Ｏ変換部１０６とＯ／Ｅ変換部１１６の構成が実施の形態２と異なる。それ以外の構成は実施の形態２と同じであるから説明を省略する。
【００７９】
図５は、実施の形態３のＥ／Ｏ変換部１０６およびＯ／Ｅ変換部１１６の構成図である。光送信器１００のＥ／Ｏ変換部１０６と光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６は２本の光ケーブル１２０ａ、１０２ｂで相互接続される。Ｅ／Ｏ変換部１０６には２つの光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４ａ、２０４ｂが、Ｏ／Ｅ変換部１１６には２つの光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４ａ、２１４ｂが、各光ケーブル１２０ａ、１２０ｂに接続するために設けられる。
【００８０】
Ｅ／Ｏ変換部１０６は、２系統の高速シリアルデータを伝送するために２つの発光部２０１ａ、２０１ｂを有する。第１の発光部２０１ａから出射される波長λ１の送信光は、第１の光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４ａに接続された第１の光ケーブル１２０ａに入射される。
【００８１】
第２の発光部２０１ｂから出射される波長λ１の送信光は合分波器２０３に入力される。合分波器２０３は、第２の発光部２０１ｂから出射される波長λ１の送信光と受光部２０２に入射される波長λ２の受信光を１つに束ねる。第２の発光部２０１ｂから出射される送信光の波長λ１と受光部２０２に入射される受信光の波長λ２は同じであってもよい。
【００８２】
合分波器２０３は第２の光Ｉ／Ｆコネクタ部２０４ｂに接続されており、第２の発光部２０１ｂから出射される送信光を第２の光ケーブル１２０ｂの端面へ入射させると共に、第２の光ケーブル１２０ｂの端面から出射される受信光を受光部２０２へ入射させる。
【００８３】
第１の発光部２０１ａからの送信光と第２の発光部２０１ｂからの送信光は異なる光ケーブル１２０ａ、１２０ｂに入射されるため、これら２つの送信光の波長は同じであってもかまわない。
【００８４】
光受信器１１０のＯ／Ｅ変換部１１６は、２系統の高速シリアルデータを受信するために、光送信器１００のＥ／Ｏ変換部１０６の２つの発光部２０１ａ、２０１ｂに対応して２つの受光部２１１ａ、２１１ｂを有する。第１の受光部２１１ａは、第１の光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４ａに接続された第１の光ケーブル１２０ａから出射される波長λ１の受信光を受光する。
【００８５】
発光部２１２から出射される波長λ２の送信光は合分波器２１３に入力される。合分波器２１３は、発光部２１２から出射される波長λ２の送信光と第２の受光部２１１ｂに入射される波長λ１の受信光を１つに束ねる。
【００８６】
合分波器２１３は第２の光Ｉ／Ｆコネクタ部２１４ｂに接続されており、発光部２１２から出射される送信光を第２の光ケーブル１２０ｂの端面へ入射させると共に、第２の光ケーブル１２０ｂの端面から出射される受信光を第２の受光部２１１ｂへ入射させる。
【００８７】
＜実施の形態４＞
図６は、実施の形態４に係る単心双方向光伝送システムの構成図である。光送信器１００にはネットワーク信号入力部１０７と物理層デバイス１０８が設けられ、光受信器１１０にはネットワーク信号出力部１１７と物理層デバイス１１８が設けられる点が実施の形態１とは異なる。それ以外の構成は実施の形態１と同じであるから、同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８８】
ネットワーク信号入力部１０７は、例えばイーサネット（登録商標）用のＲＪ４５コネクタを有し、ネットワークで送受信されるデータが入力される。送受信データは物理層デバイス１０８にて、信号処理が可能なフォーマットに変換され、信号レベル変換部１０２に供給される。送受信データは映像・音声信号とともに多重化部１０４にて多重化される。映像データ信号は５Ｇｂｐｓを越えるビットレートであるため、例えば１００Ｍｂｐｓのイーサネット（登録商標）信号を多重化しても増加するビットレートは１０％以下であり、光の伝送性能への影響は小さくて済む。
【００８９】
光受信器１１０の分離部１１４は、シリアル／パラレル変換部１１５から多重化されたパラレル信号を受け取り、映像・音声信号のデータ分離、ＤＤＣなどの低速の双方向通信用のデータ信号の分離等の信号処理を行うとともに、ネットワークの送受信データも分離する。
【００９０】
ネットワークの伝送信号は物理層デバイス１１８にて所望のデータ送受信フォーマットに変換され、ネットワーク信号出力部１１７に供給される。ネットワーク信号出力部１１７は、一例としてイーサネット（登録商標）用のＲＪ４５コネクタを有し、ネットワークで送受信されるデータを入力する。
【００９１】
実施の形態４において、実施の形態２で説明した高速シリアルデータ信号を２系統に分離する構成や、実施の形態３で説明した２本の光ファイバケーブルを用いて２系統の高速シリアルデータ信号を伝送する構成を用いてもよい。
【００９２】
本発明の実施の形態に係る単心双方向光伝送システムは次のような効果を奏する。双方向通信の伝送速度の違いに着目すると、必要な伝送速度に応じて、要求されるＳ／Ｎが異なるため、低速な伝送路では高速な伝送路に比較して少ない光量で同等の伝送品位を確保することが可能である。そのため、伝送速度に応じたＳ／Ｎ比が得られるように分光比を設定、受発光デバイスを選定することにより、システムの最適化が図れる。
【００９３】
さらに、低速側の受発光デバイスは、応答速度を必要としないため比較的大きな面積の受発光素子を利用できるため、部品精度、位置決め精度が緩和され、デバイスのコストに加えてシステムコストが低減できる。すなわち、本発明の実施の形態によれば、単純な光の合分波器を用いて、その分光比を伝送信号の伝送速度に応じて設定し、高速・大容量の伝送信号と、低速・小容量の伝送信号を効率よく高品位に伝送することが可能となる。
【００９４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施の形態１に係る単心双方向光伝送システムの構成図である。
【図２】図１のＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部の構成図である。
【図３】図２の合分波器の具体的な構成を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る単心双方向光伝送システムのＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部の構成図である。
【図５】実施の形態３に係る単心双方向光伝送システムのＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部の構成図である。
【図６】実施の形態４に係る単心双方向光伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００  光送信器、  １０１  映像信号入力部、  １０２  信号レベル変換部、  １０３  シリアル／パラレル変換部、  １０４  多重化部、  １０５  パラレル／シリアル変換部、  １０６  Ｅ／Ｏ変換部、  １０７  ネットワーク信号入力部、  １０８  物理層デバイス、  １０９  Ｉ／Ｏ処理部、  １１０  光受信器、  １１１  映像信号出力部、  １１２  信号レベル変換部、  １１３  パラレル／シリアル変換部、  １１４  分離部、  １１５  シリアル／パラレル変換部、  １１６  Ｏ／Ｅ変換部、  １１７  ネットワーク信号出力部、  １１８  物理層デバイス、  １１９  Ｉ／Ｏ処理部、  １２０  光ケーブル、  ２００  クロック変更部、  ２０１  発光部、  ２０２  受光部、  ２０３  合分波器、  ２０４  光Ｉ／Ｆコネクタ部、  ２１１  受光部、  ２１２  発光部、  ２１３  合分波器、  ２１４  光Ｉ／Ｆコネクタ部。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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