(57)【要約】【課題】親局装置と子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合に光無線により通信の中継を行うこと。【解決手段】親局装置１０と複数の子局装置２０との間で，ＦＤＤ方式で，かつ上り方向通信を時分割多重方式で１対多の双方向通信を行う場合に，親局側光ノード４０が下り電気信号によって強度変調した下り光信号を発信し，子局側光ノード５０が下り光信号を電気信号として子局装置２０へ出力する。さらに，子局側光ノードが，上り電気信号によって強度変調した上り光信号を発信し，親局側光ノードが，上り光信号を電気信号として親局装置へ出力する。子局側光ノードは，上り光信号からバースト波が出力されていないときのバイアス成分を除去する。また，下り光信号と上り光信号とをそれぞれ異なる波長の光信号とし，親局側及び子局側に，それぞれ上り光信号及び下り光信号の波長以外の波長の光の入射を制限するフィルタを設ける。【選択図】図１
2004135110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親局装置から複数の子局装置側へ一斉送信される下り電気信号と前記子局装置それぞれから前記親局装置側へ時分割で送信されるバースト波を有する上り電気信号との周波数がそれぞれ異なるＦＤＤ方式により前記親局装置と前記子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における前記親局装置と前記子局装置との間の通信を中継する通信中継システムにおいて，
前記親局装置と前記子局装置との間の通信を光無線通信により中継するものであり，
前記親局装置側に配置され前記下り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である下り光信号を発信する１又は複数の親局側発光手段と，
前記子局装置それぞれの側に配置され前記下り光信号を受光して該下り光信号の強度変調成分を電気信号として前記子局装置へ出力する子局側受光手段と，
前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である上り光信号を発信する子局側発光手段と，
前記親局装置側に配置され前記上り光信号を受光して該上り光信号の強度変調成分を電気信号として前記親局装置へ出力する親局側受光手段と，
を具備してなることを特徴とする通信中継システム。
【請求項２】
前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り光信号から前記バースト波が出力されていないときのバイアス成分を除去するバイアス除去手段を具備してなる請求項１に記載の通信中継システム。
【請求項３】
前記下り光信号と前記上り光信号とをそれぞれ異なる波長の光信号とし，
前記下り光信号の波長以外の波長の光が前記子局側受光手段に入射することを制限する子局側フィルタと，前記上り光信号の波長以外の波長の光が前記親局側受光手段に入射することを制限する親局側フィルタとの一方又は両方を具備してなる請求項１又は２のいずれか１項に記載の通信中継システム。
【請求項４】
前記親局側発光手段が，複数の前記子局側受光手段をカバーする広がりを持たせた前記下り光信号を出力するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信中継システム。
【請求項５】
前記親局側発光手段が，前記子局側受光手段それぞれに向けた個別のビーム光からなる前記下り光信号を出力するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信中継システム。
【請求項６】
親局装置から複数の子局装置側へ一斉送信される下り電気信号と前記子局装置それぞれから前記親局装置側へ時分割で送信されるバースト波を有する上り電気信号との周波数がそれぞれ異なるＦＤＤ方式により前記親局装置と前記子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における前記親局装置と前記子局装置との間の通信を中継する通信中継システムにおいて，
前記親局装置と前記子局装置との間における前記下り電気信号を有線により通信し，前記上り電気信号の通信を光無線通信により中継するものであり，
前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である上り光信号を発信する子局側発光手段と，
前記親局装置側に配置され前記上り光信号を受光して該上り光信号の強度変調成分を電気信号として前記親局装置へ出力する親局側受光手段と，
を具備してなることを特徴とする通信中継システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，親局装置と複数の子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における親局装置と子局装置との間の通信を光無線通信により中継する通信中継システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，データ通信の急速な普及に伴い，既存のＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）網等の高速な基幹回線網を用いたインターネット接続サービスへの需要がますます増大している。ＣＡＴＶ網を用いてインターネット接続を行う双方向通信システムでは，電柱等に設置されるヘッドエンドである親局装置から各戸に設置される複数の子局装置側に対して連続波である下り信号（電気信号）を一斉送信し，これを受信した子局装置が前記下り信号に含まれる子局装置それぞれに対する宛先情報に基づいて自身宛てのデータ（パケット）を抽出して取り込む。また，子局装置それぞれからは，時分割によって親局装置側へバースト波からなる上り信号（電気信号）を送信する時分割多重方式が採用されている。これにより，子局装置それぞれの送信信号が相互干渉しないように通信がなされる。さらに，前記上り信号及び前記下り信号の周波数がそれぞれ異なるＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）方式とすることにより，前記上り信号と前記下り信号とを同一の通信ケーブル（同軸ケーブル）に同時に流しても親局装置は前記上り信号のみを，子局装置は前記下り信号のみを抽出することができる。これにより，親局装置と子局装置との間で１対多の双方向通信を行うとが可能となる。
しかしながら，有線により提供される高速回線は，各戸別に導入配線工事が必要である上，屋内のレイアウト変更時にも屋内配線工事が必要となる等，利用者にとって手間と金銭的負担を伴う場合が多い。また，既にＣＡＴＶによるテレビ信号の配信が行われている場合であっても，テレビ信号の配信用に設置されている下り方向への単方向アンプを双方向通信が可能なアンプに取り替える工事を行う必要がある。さらに，集合住宅等での配線工事の際には，共有設備である配管に新たなケーブルを通す等の工事が必要となるため，高速回線網への通信接続サービスを望まない居住者の了解を得られなければ配線工事を行えないといった問題も生じる。そこで，煩雑な各戸別の配線工事が不要な無線通信ネットワークの普及が望まれている。
このようなニーズに対応するシステムとして，既存のＣＡＴＶ網を用いて，そのネットワークの末端部分を無線に置き換えた双方向無線ＣＡＴＶシステムが知られている。これは，２２ＧＨｚ，２６ＧＨｚ，若しくは３８ＧＨｚの準ミリ波〜ミリ波を用いて親局装置（基地局）と複数の子局装置（加入者局）との間でデータの送受信を行う１対多（ＰＭＰ）双方向無線通信システムであり，インターネットへの接続サービスの他，映画等の映像データをオンデマンドで提供する等，ブロードバンドが必要な通信サービスに利用可能なものである。
図１３はＣＡＴＶ網や光ファイバ網等の基幹通信回線に接続された親局装置側の無線機（基地局）１０’が電柱に設置され，子局装置側の無線機２０’（加入者局）２０が各戸に設置されて無線通信を行う状態を模式的に表した図である。このようなＰＭＰ双方向無線通信システムについては，特許文献１等に詳説されている。
一方，ＣＡＴＶ等によるインターネット接続の他の通信形態として，光ファイバを通信媒体とするＨＦＣ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　Ｃｏｐｐｅｒ）ネットワークが知られている。例えば，特許文献２には，ＣＡＴＶ等を用いたインターネット接続の通信信号に基づいて光ファイバによって伝送する光を強度変調し，長距離伝送を可能とする通信技術が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２９９８４８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２６８１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，ＣＡＴＶを用いたインターネット接続のようなブロードバンドアクセスサービスでは，６ＭＨｚ以上の広帯域な変調信号を用いる必要があり，需要が増大するに従い，限られた電波資源の中から必要な電波帯域を確保することが困難であるという問題点が生じてきた。また，電波帯域を確保できた場合であっても，広帯域を一括して確保できるのは準ミリ波等の高周波帯域となる場合が多く，装置コスト上不利となるという問題点もあった。
また，電波帯域確保の問題解消のため，光を用いて無線通信を行うことが考えられるが，特許文献２に示される技術は，光ファイバ（有線）を用いて１対１の対地間を光伝送により通信する技術であり，１台の親局装置（基地局）と複数台の子局装置（加入者局）との間で１対多（１対Ｎ）の光無線通信の実現手段とはならない。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，親局装置と子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における光無線通信による通信中継システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，親局装置から複数の子局装置側へ一斉送信される下り電気信号と前記子局装置それぞれから前記親局装置側へ時分割で送信されるバースト波を有する上り電気信号との周波数がそれぞれ異なるＦＤＤ方式により前記親局装置と前記子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における前記親局装置と前記子局装置との間の通信を中継する通信中継システムにおいて，前記親局装置と前記子局装置との間の通信を光無線通信により中継するものであり，前記親局装置側に配置され前記下り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である下り光信号を発信する１又は複数の親局側発光手段と，前記子局装置それぞれの側に配置され前記下り光信号を受光して該下り光信号の強度変調成分を電気信号として前記子局装置へ出力する子局側受光手段と，前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である上り光信号を発信する子局側発光手段と，前記親局装置側に配置され前記上り光信号を受光して該上り光信号の強度変調成分を電気信号として前記親局装置へ出力する親局側受光手段と，を具備してなることを特徴とする通信中継システムとして構成されるものである。
これにより，光無線通信を用いて前記親局装置と前記子局装置との通信を無線中継することができ，近隣装置との干渉のため帯域確保が難しい電波を用いることなく，前記親局装置と前記子局装置との間で１対多（Ｎ）の双方向通信を行うことが可能となる。
【０００６】
また，前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り光信号から前記バースト波が出力されていないときのバイアス成分を除去するバイアス除去手段を具備するものも考えられる。
これにより，複数の前記子局側発光手段から出力される前記上り光信号のバイアス成分が前記親局側受光手段に重積されることがなく，前記親局側受光手段のダイナミックレンジを有効に使用できる。
【０００７】
また，前記下り光信号と前記上り光信号とをそれぞれ異なる波長の光信号とし，前記下り光信号の波長以外の波長の光が前記子局側受光手段に入射することを制限する子局側フィルタと，前記上り光信号の波長以外の波長の光が前記親局側受光手段に入射することを制限する親局側フィルタとの一方又は両方を具備するものも考えられる。
これにより，自装置の発光手段による出力光が反射して自装置の受光手段に入射される等，外乱光の入射を防止することができる。
また，前記親局側発光手段としては，複数の前記子局側受光手段をカバーする広がりを持たせた前記下り光信号を出力するものや，前記子局側受光手段それぞれに向けた個別のビーム光からなる前記下り光信号を出力するものが考えられる。
【０００８】
また，本発明は，前記親局装置から前記子局装置への下り方向の通信については有線で通信を行い，その反対の上り方向の通信についてのみ光無線通信により中継する通信中継装置として捉えてもよい。
即ち，親局装置から複数の子局装置側へ一斉送信される下り電気信号と前記子局装置それぞれから前記親局装置側へ時分割で送信されるバースト波を有する上り電気信号との周波数がそれぞれ異なるＦＤＤ方式により前記親局装置と前記子局装置との間で１対多の双方向通信を行う場合における前記親局装置と前記子局装置との間の通信を中継する通信中継システムにおいて，前記親局装置と前記子局装置との間における前記下り電気信号を有線により通信し，前記上り電気信号の通信を光無線通信により中継するものであり，前記子局装置それぞれの側に配置され前記上り電気信号の変化に応じて強度変調した光信号である上り光信号を発信する子局側発光手段と，前記親局装置側に配置され前記上り光信号を受光して該上り光信号の強度変調成分を電気信号として前記親局装置へ出力する親局側受光手段と，を具備してなることを特徴とする通信中継システムである。
これにより，有線テレビ放送を受信するためのケーブルが既に家屋に敷設されている場合等に，これを有効活用することができるので，下り方向の光無線通信のための機器を省略できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸの概略構成を表すブロック図，図２は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける子局側光ノードの上り光信号のバイアス成分除去機能を実現する第１の構成例を表すブロック図，図３は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける子局側光ノードの上り光信号のバイアス成分除去機能を実現する第２の構成例を表すブロック図，図４は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける上り方向の信号変化を模式的に表した図，図５は本発明の実施の形態に係る通信装置Ｘが有する上り光信号のバイアス成分除去機能を用いない場合の上り方向の信号変化を模式的に表した図，図６は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける親局側及び子局側の光ノードの光フィルタリング構成を表すブロック図，図７は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける下り光信号の広角化について説明する図，図８は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおいて太陽光が外乱となる状況を模式的に表した図，図９は夏至と冬至とにおける太陽光の入射角度の１日の変化を表すグラフ，図１０は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける受光器に受光される光の経路を模式的に表した図，図１１は本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける光ノードに設けられる遮蔽板及び光ノードが電柱に取り付けられた状態を模式的に表した図，図１２は本発明の実施例に係る通信中継システムＹの概略構成を表すブロック図，図１３は基幹通信回線に接続された親局装置が電柱に設置され子局装置が各戸に設置されて無線通信を行う状態を模式的に表した図である。
【００１０】
本発明の実施の形態は，ＣＡＴＶ網を用いた双方向通信システムにおいて，電柱等に設置されるヘッドエンドである親局装置（基地局）と各戸に設置される子局装置（加入者局）との間を光無線通信により中継する通信中継システムＸである。
まず，図１を用いて本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸの構成について説明する。
本通信中継システムＸは，ＣＡＴＶ網（基幹通信回線）に接続され電柱等に設置されるヘッドエンドである親局側モデム装置１０（前記親局装置の一例，以下，親局モデムという）と，各戸に設置され利用者（加入者）のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の端末３０に接続される子局側モデム装置２０（前記子局装置の一例，以下，子局側モデムという）と，前記親局モデム１０に双方向アンプ１１を介して接続され前記親局モデム１０から子局側へ送信される下り電気信号を光信号に変換して下り光信号として出力するとともに，子局側から親局側へ出力される光信号（上り光信号）をフォトダイオード等の受光器（光電変換器，前記子局側受光手段の一例）により受光して電気信号に変換し，前記親局モデム１０へ出力する親局側光ノード４０と，該親局側光ノード４０から出力される前記下り光信号をフォトダイオード等の受光器（光電変換器，前記親局側受光手段の一例）により受光して電気信号に変換し，前記子局側モデム２０に出力するとともに，前記子局側モデム２０から親局側へ送信される上り電気信号を光信号に変換して上り光信号として出力する子局側光ノード５０とを具備している。
ここで，前記親局側光ノード４０は，前記親局側モデム１０と１対１で設ける場合と，図１に示すように，１つの前記親局側モデム１０に対して複数設ける場合とが考えられる。例えば，前記親局側モデム１０が，１つの前記親局側光ノード４０が通信可能な前記子局側光ノード５０の最大数を超える数の前記子局側モデム２０と通信を行う場合や，１軒ごとに離れて建っている一戸建て住宅に配置される前記子局側光ノード５０それぞれごとに１つの前記親局側光ノード４０を設ける場合等には，１つの前記親局側モデム１０に対して複数の前記親局側光ノード４０を接続すればよい。この場合，複数の前記親局側光ノード４０それぞれは，信号分配器１２を介して前記親局側モデム１０と接続される。
【００１１】
また，集合住宅等において１つの前記親局側光ノード４０に対して複数の前記子局側光ノード５０を設ける場合には，前記親局側光ノード４０から出力される前記下り光信号を円筒状のシリンドリカルレンズ等の所定の光学系を用いてスリット状に広げることにより，図７に示すように，複数の前記子局側光ノード５０をカバーするよう広がりを持たせた前記下り光信号を出力するよう構成することが考えられる。このようにすれば，集合住宅等，各戸が縦又は横に一列に並んでいる場合に，１つの光源を用いて非常に簡単な構成で複数の相手と通信できる。また，光をスリット状にすることによって壁等の無駄な領域への光の照射を極力少なくでき，レーザ光のエネルギー効率がよい。もちろん，前記親局側光ノード４０にレーザダイオード等の発光手段を複数設ける，或いは１つの発光手段による出力光を所定の光学系によって分岐する等により，前記子局側光ノード４０それぞれに向けて個別のビーム光を前記下り光信号として出力するよう構成してもよい。
【００１２】
ここで，前記親局側モデム１０及び前記子局側モデム２０は，ＣＡＴＶ網による双方向通信で一般的に用いられるＤＯＣＳＩＳ（Ｄａｔａ　Ｏｖｅｒ　Ｃａｂｌｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の規格に準拠した機器である。ＤＯＣＳＩＳでは，前記下り電気信号と前記上り電気信号とで使用する周波数が異なるＦＤＤ方式が採用され，前記親局側モデム１０から複数の前記子局側モデム２０に対して一斉送信される前記下り電気信号は，６４ＱＡＭや２５６ＱＡＭ等の多値直交位相変調により変調された連続波である。さらに，前記下り電気信号には，データ伝送を行うための１まとまりの単位データであるパケットが複数含まれており，該パケットそれぞれには，そのパケットがいずれの前記子局側モデム２０（いずれの端末３０）宛てのデータであるかを識別する識別アドレスが含まれている。そして，前記子局側モデム２０それぞれに自装置を特定（識別）する識別アドレスを予め記憶させておくことにより，前記子局側モデム２０は，前記下り電気信号（ここでは，前記子局側光ノード５０により前記下り光信号が電気信号に変換されたもの）から自装置宛てのパケットのみを抽出することが可能である。
さらに，ＤＯＣＳＩＳにおける前記上り電気信号は，前記親局側モデム１０により決定される順序（前記下り電気信号によって前記親局側モデム１０から前記子局側モデム２０に対して指示される）に従って，前記子局側モデム２０それぞれから時分割で送信されるバースト波である（時分割多重方式）。従って，原則として前記上り電気信号は，前記子局側モデム２０相互間で干渉しない（いずれかの子局側モデム２０がデータ送信中は他の子局側モデム２０はデータ送信しない）。これにより，前記親局側モデム１０と前記子局側モデム２０との間で１対多（Ｎ）の双方向通信を行うことが可能である。
なお，前記子局側モデム２０それぞれが前記上り電気信号を送出するタイミングは前記親局側モデム１０が決定するが，あえて前記上り電気信号の衝突（干渉）が許される期間も定期的に設けられている。この期間には，前記子局側モデム２０は信号の衝突を覚悟の上でデータ長の短いパケットや制御用のパケットを送信する。
【００１３】
前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０は，それぞれ前記下り電気信号及び前記上り電気信号をその信号変化に応じて強度変調した光信号を発信するものである。
図２は，前記子局側光ノード５０が具備する前記上り電気信号の前記上り光信号への変換して該光信号を出力する手段の一例である信号変換・出力手段５１の構成を表すブロック図である。
図２に示すように，前記子局側光ノード５０の前記信号変換・出力手段５１は，前記上り光信号を出力するレーザダイオード５０Ｌと該レーザダイオード５０Ｌの発光強度を制御するＬＥＤ駆動回路５０Ｍと（これらが，前記子局側発光手段の一例）を具備している。前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍは，前記上り電気信号（バースト信号）を入力し，該上り電気信号の信号変化に応じて前記前記レーザダイオード５０Ｌの発光強度を調節することにより前記上り光信号の強度変調を行う。これにより，受光側（前記親局側光ノード４０）が具備するフォトダイオード等の受光器（光電変換器）で前記上り光信号の強度を検出すれば，該検出信号（電気信号）は前記上り光信号の強度変調成分が電気信号に変換（復調）されたものとなる。これにより，前記上り電気信号を前記親局側光ノード４０で再現（再生）することが可能となる。前記親局側光ノード４０も前記レーザダイオード５０Ｌ及び前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍと同様の機器を具備しており，前記下り電気信号をその信号変化に応じて強度変調した前記下り光信号に変換して出力するよう構成されている。
さらに，前記子局側光ノード５０の前記信号変換・出力手段５１は，前記上り光信号から前記バースト波が出力されていないときのバイアス成分（直流成分）を除去するための電流バイアス回路５０Ｎ及びバースト信号検出回路５０Ｐ（前記バイアス除去手段の一例）を具備している。ここで，前記バースト信号検出回路５０Ｐは，前記上り電気信号からバースト波の出力中であるか否かを検出してＯＮ又はＯＦＦとする信号（以下，バーストイネーブル信号という，ＯＮ：バースト波出力中，ＯＦＦ：バースト波出力なし）を出力する回路である。バースト波の出力中であるか否かは，例えば，前記上り電気信号の変化の大きさが所定以上であるか否か（信号変化が大きいときはバースト波出力中）によって検出すること等が考えられる。これは，検波ダイオードにより容易に構成することができる。
前記電流バイアス回路５０Ｎは，前記バースト信号検出回路５０Ｐによる前記バーストイネーブル信号がＯＮのときに前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍにバイアス電流を給電し，ＯＦＦの時に前記バイアス電流の給電を停止する。これに対して前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍは，前記電流バイアス回路５０Ｎから前記バイアス電流が給電されている間は，前記上り電気信号の変化に応じて強度変調した前記下り光信号が前記レーザダイオード５０Ｌから発信されるように前記レーザダイオード５０Ｌへの供給電力を調節し，前記バイアス電流の給電が停止されると，前記レーザダイオード５０Ｌの発光を停止させるよう前記レーザダイオード５０Ｌへの給電を停止する。
これにより，前記上り光信号からバースト波が出力されていないときのバイアス成分を除去するバイアス成分除去機能を実現することができる。
【００１４】
図２に示した前記信号変換・出力手段５１では，前記上り光信号のバイアス成分を除去するために，前記バーストイネーブル信号がＯＦＦのタイミングで前記レーザダイオード５０Ｌの発光を停止させるものであったが，このような構成に限るものではなく，前記レーザダイオード５０Ｌは発光させたままで，前記親局側光ノード４０への前記上り光信号の出射を光学的に遮断する構成とすることも考えられる。
図３は，光ＥＯ変調器５０Ｒによって前記レーザダイオード５０Ｌの光を遮断することにより前記上り光信号のバイアス成分の除去を行う場合の信号変換・出力手段５２のブロック図である。
前記信号変換・出力手段５２は，前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍへのバイアス電流の給電は停止しない。その代わりに，前記バースト信号検出回路５０Ｐによる前記バーストイネーブル信号がＯＦＦの場合には，前記光ＥＯ変調器５０Ｒによって前記レーザダイオード５０Ｌの光が前記親局側光ノード４０側へ出射されないように遮断し，前記バーストイネーブル信号がＯＮの場合には，前記光ＥＯ変調器５０Ｒが前記レーザダイオード５０Ｌの光がを通過させて前記上り信号として前記親局側光ノード４０側へ出射するものである。図３に示す光学系５０Ｑは，前記レーザダイオード５０Ｌの光を前記光ＥＯ変調器５０Ｒへ集光するための光学系である。このような構成としても，前記バイアス成分除去機能を実現できる。
【００１５】
図４は，前記信号変換・出力手段５１又は５２を用いた場合の上り信号の信号変化を模式的に表した図である。ここで図４（ａ）はある１つの前記子局側光ノード５０（以下，子局側光ノードＡという）が入力する前記上り電気信号，図４（ｂ）は前記子局側光ノードＡにおける前記バーストイネーブル信号，図４（ｃ）は前記子局側光ノードＡが出力する前記上り光信号の強度をそれぞれ表し，図４（ｄ）〜（ｆ）は，前記子局側光ノードＡとは別の前記子局側光ノード５０（以下，子局側光ノードＢという）における前記上り電気信号，前記バーストイネーブル信号及び前記上り光信号の強度をそれぞれ表す。また，図４（ｇ）は前記親局側光ノード４０の前記受光器（光電変換器）によって前記子局側光ノートＡ及びＢから受光する前記上り光信号の強度を表す。
前記信号変換・出力手段５１又は５２では，図４（ａ）〜（ｃ），及び（ｄ）〜（ｆ）それぞれに示すように，前記上り電気信号（ａ），（ｄ）がバースト波を出力中の状態にある場合（前記バーストイネーブル信号がＯＮのとき）は，前記上り電気信号をそのまま強度変調した光信号を出力するが，バースト波を出力中でない場合（前記バーストイネーブル信号がＯＦＦのとき）には，前記上り光信号のバイアス成分（直流成分）が前記電流バイアス回路５０Ｎ及び前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍ，又は前記光ＥＯ変調器５０Ｒによって除去される。ここで，前述したように前記子局側モデム２０それぞれからのバースト波の出力タイミングは，相互に重複しないように前記親局側モデム１０からの下り信号（前記下り電気信号及び前記下り光信号）を用いた指示によって制御されるので，前記親局側光ノード４０で受光される前記上り光信号（図４（ｇ））には，複数の前記子局側光ノード５０からの前記上り光信号のバイアス成分が重積されることがない。従って，前記子局側光ノード５０から前記親局側光ノード４０への通信経路途中の減衰分を無視すれば，前記親局側光ノード４０の前記受光器で受光される前記上り光信号の強度（図４（ｇ））は，前記子局側光ノード４０から出力される前記上り光信号それぞれの強度（図４（ｃ），（ｆ））とほぼ同レベルとなる。
【００１６】
一方，図５は，前記バイアス成分除去機能がない場合における，前記子局側モデムＡにおける前記上り電気信号（ａ）及び前記上り光信号（ｂ），前記子局側モデムＢにおける前記上り電気信号（ｃ）及び前記上り光信号（ｄ），及び前記親局側光ノード４０が前記子局側光ノートＡ及びＢから受光する前記上り光信号の強度の変化を表す。
図５（ｂ），（ｄ）に示すように，前記上り光信号からバースト波が出力されていないときのバイアス成分が除去されていないと，このバイアス成分が前記親局側光ノード４０の前記受光器に重積されて図５（ｅ）に示すように光信号の平均強度が高くなる（図４（ｇ）に示す信号強度よりも図５（ｅ）に示す信号強度の方が高くなる）。従って，前記親局側光ノード４０における前記上り光信号の受光強度の平均レベルに対して検出すべき信号の変化幅（バースト波の振幅）が小さくなり，前記受光器のダイナミックレンジを有効に使用できない。その結果，精度の高い受光器を必要としたり，Ｓ／Ｎ比を向上させるための複雑な信号処理を行ったりする必要が生じる。言い換えると，前記上り光信号からバースト波が出力されていないときのバイアス成分を除去することにより，前記子局側光ノードの数に関わらず，前記受光器のダイナミックレンジを有効に使用でき，高感度で前記上り光信号の強度変化を検出することが可能となる。
【００１７】
ところで，前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０において，それぞれ相手側からの光信号（前記上り光信号及び前記下り光信号）以外の光が前記受光器に入射されるとその光がノイズとなって正常な光無線通信が行えない。特に，前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０は屋外に設置されるため，図６に示すように，それぞれの防水ケース４０ａ，５０ａの窓４０ｂ，５０ｂ（ガラス窓等）を介して光信号を相手側に出力（出射）或いは相手側から入力（入射）する必要があり，前記防水ケースの窓４０ｂ，５０ｂに自らの出射光が反射して自らの前記受光器４０Ｓ，５０Ｓに入射する恐れもある。
そこで，本通信中継システムＸでは，前記下り光信号と前記上り光信号とをそれぞれ異なる波長の光信号とし，図６に示すように，前記子局側光ノード５０には，前記下り光信号の波長λ１以外の波長の光が前記子局側光ノード５０の前記受光器（ＰＤ）５０Ｓに入射することを制限する光学フィルタ５０Ｔ（前記子局側フィルタの一例）を設け，前記親局側光ノード４０には，前記上り光信号の波長λ２以外の波長の光が前記親局側光ノード４０の前記受光器（ＰＤ）４０Ｓ手段に入射することを制限する光学フィルタ４０Ｔ（前記親局側フィルタの一例）を設けている。これにより，外部からの外乱光や自身が出射した光の反射光が前記受光器４０Ｓ，５０Ｓに入射して外乱となることを防止できる。
図６において，前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０それぞれが具備するレーザダイオード４０Ｌ，５０Ｌのレーザ光出射側に設けられているレンズ４０Ｖ，５０Ｖ，及び前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０それぞれが具備する前記受光器４０Ｓ，５０Ｓのレーザ光入力側に設けられているレンズ４０Ｕ，５０Ｕは，前記上り光信号及び前記下り光信号をそれぞれ前記受光器４０ａ，５０ａに集光させるためのレンズである。
【００１８】
次に，前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０に設けられる外乱光を遮蔽するための遮蔽板について説明する。
図８は，前記子局側光ノード５０から見て前記親局側光ノード４０の背景に太陽が存在する状態を模式的に表した図である。前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０に前記光学フィルタ４０Ｔ，５０Ｔを設けた場合であっても，図８に示すように太陽が前記子局側光ノード５０の受光範囲内（視野範囲内）に存在し，非常に強い光である太陽光が直接的に前記受光器５０Ｓに入射してきた場合にはその太陽光がノイズとなることを避けられない。一般に，前記親局側モデム１０は電柱等に配置されている場合が多いため，前記親局側光ノード４０も電柱等に設置される場合が多いと考えられる。この場合，極力，太陽光が前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光範囲内に入らない位置及び向きに設置することが望ましい。また，前記子局側光ノード５０は，集合住宅や家屋の壁付近に設置される場合が多く，太陽光がその背景に位置することは少ないと考えられるが，例えば，屋上や庭の支柱に前記子局側光ノード５０を設置する場合等には，太陽光が前記受光範囲内に入らないよう考慮する必要がある。しかし，図９に示すように，太陽の高度（太陽光の照射方向）は，１年間を通じてみれば非常に広範囲で変化するため，前記親局側光ノード４０や前記子局側光ノード５０をその背景（前記受光範囲内）に太陽が入らないように設置することが難しい場合も考えられる。また，太陽に限らず，夜間に水銀灯等の強い光の街灯が背景に入ることを避ける必要もある。
そこで，図１１（ａ）に示すように，背景に太陽光等の外乱光が入る可能性がある側の光ノード（前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０の一方又は両方）の背景側（通信相手の方向と反対側）に遮蔽板６０を設けることが考えられる。
【００１９】
次に，図１０を用いて前記遮蔽版６０はどの程度の大きさが必要であるかについて検討する。
図１０は，光ノードの受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光範囲に受光される光の経路を模式的に表した図である。
前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光面の径をｄｂ，前記受光器４０Ｓ，５０Ｓに集光する前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕの径をｄＬ，前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕの焦点距離をｆ，前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕから前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光面までの距離をｂ，前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光面に結像される実像から前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕまでの距離（即ち，前記親局側光ノード４０と前記子局側光ノード５０との距離）をａ，前記実像の径をｄａとすると，レンズの公式により次の（１）式が成立する。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ　　　　…（１）
図１０には，前記実像の所定方向の径の両端部（図中の上下の端部）をＩ，Ｉ’，前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕの同方向の径の両端部をＨ，Ｈ’で表し，Ｈ’とＩとを結んだ直線の延長線上の点をＪ，及びＨとＩ’とを結んだ直線の延長線上の点をＪ’で表している。
ここで，前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光範囲を考えると，光源が前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕから前記実像までの間に位置する場合（そのときの前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕからの距離をａ１とする，ａ１＜ａ）は，直線Ｈ−Ｉと直線Ｈ’−Ｉ’との間の範囲となり，光源が前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕから前記実像よりも遠い位置にある場合（そのときの前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕからの距離をａ２とする，ａ２＞ａ）は，直線Ｉ−Ｊと直線Ｉ’−Ｊ’との間の範囲となる。前記距離ａ１の位置における前記受光範囲の径（受光範囲の断面の径）をｄ１，前記距離ａ２の位置における前記受光範囲の径をｄ２とすると，ｄ１，ｄａ，ｄ２は，それぞれ次の（２）〜（４）式で表される。
ｄ１＝（ｄａ−ｄＬ）ａ１／ａ＋ｄＬ　　　　　　　　　　…（２）
ｄａ＝ｄｂ×ａ／ｂ＝ｄｂ×ａ×（１／ｆ−１／ａ）　　…（３）
ｄ２＝（ｄａ＋ｄＬ）×ａ２／ａ−ｄＬ　　　　　　　　　…（４）
ところで，前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕと前記実像（即ち，送信側の光ノード（前記親局側光ノード４０又は前記子局側光ノード５０）の光源）との間に他の光源が存在するような配置を行うことはそもそも考えられないので考慮する必要はない。従って，（４）式で求められるｄ２以上の径の前記遮断板６０を設ければ，送信側の光ノードの背景に太陽等の光源が入った場合であっても，その光が受信側の光ノードの前記受光器４０Ｓ，５０Ｓに直接的に入射して外乱となることがない。
図１０によれば，ｄａが前記受光範囲のうちの最小径であるよう見えるが，これは前記レンズ４０Ｕ，５０Ｕの条件や像の位置によって異なる。これらの式に実際の使用条件に近い値を適用すると，例えば，距離ａは１０ｍ（１０４ｍｍ），焦点距離ｆは１００ｍｍ，前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光面の径ｄｂは１ｍｍとすることが考えられる。ここで，距離ａは焦点距離ｆよりも十分大きいためｂ≒ｆと考えることができ，（２）式より，前記実像の径ｄａは１００ｍｍ（ｄｂのａ／ｆ倍）となる。また，前記実像（送信側の光ノードの光源）と前記遮蔽板６０との距離（ａ２−ａ）は距離ａに比べて十分小さいとすると，（ａ２／ａ）（＞１）は１に近い値となるので，（３）式より，前記遮蔽板６０の径は１００ｍｍより若干大きい程度の大きさとすればよい。
前述したように，前記実像の径ｄａはｄｂのａ／ｆ倍となるので，焦点距離ｆが短いとｄａが大きくなり，遮蔽しなければならない範囲が大きくなる。従って，焦点距離ｆはあまり短くない方がよい。同様に，前記受光器４０Ｓ，５０Ｓの受光面の径ｄｂもあまり大きくない方がよい。
また，前記親局側光ノード４０や前記子局側光ノード５０を電柱や支柱に設置する場合，図１１（ｂ）に示すように，前記光ノード４０，５０をその背面側に電柱や支柱が位置するように設置すれば，電柱や支柱が前記遮蔽板６０の代わりの遮蔽部材となる。通常，電柱の径は２００ｍｍ程度あるので，前述した実際の使用条件からすれば遮蔽部材として十分な大きさである。また，１つの電柱や支柱に複数の前記光ノード４０，５０を設置し，その方向を相手装置に合わせて異ならせる必要がある場合には，図１１（ｃ）に示すように，前記光ノード４０，５０それぞれをその背面側に電柱や支柱が位置するように設置すればよい。
【００２０】
【実施例】
前記通信中継システムＸでは，下り方向（前記親局側モデム１０→前記子局側モデム２０）と上り方向の両方の通信を光無線通信により中継するものであったが，前記下り方向は通常の有線接続によって通信を行い，前記上り方向の通信のみを光無線通信により中継する通信中継システムＹも考えられる。
図１２は，前記通信中継システムＹの概略構成を表すブロック図である。前記通信中継システムＸ（図１）と異なる点は，親局側及び子局側に設置される各光ノード４０’，５０’が，前記通信中継システムＸにおける前記親局側光ノード４０及び前記子局側光ノード５０から前記下り方向の光通信のための機器を除いた構成となっていること（不図示），及び前記下り電気信号を親局側光ノード４０’と子局側に接続されるケーブル７１とに分配（分波）するダイプレクサ４０Ｗと子局側光ノード５０’〜前記子局側モデム２０間の接続ケーブル７２に前記下り電気信号を合流（合波）させるダイプレクサ５０Ｗとが設けられていることである。また，１つの前記親局側光ノード４０’に対して複数の前記子局側光ノード５０’が設けられる場合には，前記下り電気信号を複数の前記ダイプレクサ５０Ｗに分配する分配器７０が設けられる。より具体的には，前記子局側光ノード５０’は前記レーザダイオード５０Ｌ，前記ＬＥＤ駆動回路５０Ｍ，前記電流バイアス回路５０Ｎ，前記バースト信号検出回路５０Ｐ（図２参照），及び前記レンズ５０Ｖ（図６参照）を具備しており，前記親局側光ノード４０’は前記受光器４０Ｓ，前記レンズ４０Ｕ，及び前記光学フィルタ４０Ｔ（図６参照）を具備している。
このような構成とすることにより，既に，有線テレビ放送を受信するためのケーブルが家屋に敷設されている場合に，これを有効活用することができるので，前記下り方向の光無線通信のための機器を省略できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，近隣装置との干渉のため帯域確保が難しい電波を用いることなく，光無線通信を用いて親局装置と子局装置との間の１対多（Ｎ）通信を無線中継することができる。
また，上り光信号からバースト波出力（データ出力）がされていないときのバイアス成分を除去することにより，複数の子局側発光手段から出力される上り光信号のバイアス成分が親局側受光手段に重積されることがなく，親局側受光手段のダイナミックレンジを有効に使用できる。
さらに，下り光信号と上り光信号とをそれぞれ異なる波長の光信号とし，下り光信号の波長以外の波長の光が前記子局側受光手段に入射することを制限するフィルタや上り光信号の波長以外の波長の光が親局側受光手段に入射することを制限するフィルタを設けることにより，自装置の発光手段による出力光が反射して自装置の受光手段に入射される等，外乱光の入射を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸの概略構成を表すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける子局側光ノードの上り光信号のバイアス成分除去機能を実現する第１の構成例を表すブロック図。
【図３】発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける子局側光ノードの上り光信号のバイアス成分除去機能を実現する第２の構成例を表すブロック図。
【図４】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける上り方向の信号変化を模式的に表した図。
【図５】本発明の実施の形態に係る通信装置Ｘが有する上り光信号のバイアス成分除去機能を用いない場合の上り方向の信号変化を模式的に表した図。
【図６】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける親局側及び子局側の光ノードの光フィルタリング構成を表すブロック図。
【図７】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける下り光信号の広角化について説明する図。
【図８】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおいて太陽光が外乱となる状況を模式的に表した図。
【図９】夏至と冬至とにおける太陽光の入射角度の１日の変化を表すグラフ。
【図１０】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける受光器に受光される光の経路を模式的に表した図。
【図１１】本発明の実施の形態に係る通信中継システムＸにおける光ノードに設けられる遮蔽板及び光ノードが電柱に取り付けられた状態を模式的に表した図。
【図１２】本発明の実施例に係る通信中継システムＹの概略構成を表すブロック図。
【図１３】基幹通信回線に接続された親局装置が電柱に設置され子局装置が各戸に設置されて無線通信を行う状態を模式的に表した図。
【符号の説明】
１０…親局側モデム（親局装置）
２０…子局側モデム（子局装置）
３０…端末（パーソナルコンピュータ）
４０，４０’…親局側光ノード（実施の形態，実施例）
４０Ｌ，５０Ｌ…レーザダイオード（親局側発光手段，子局側発光手段）
４０Ｓ，５０Ｓ…受光器（親局側受光手段，子局側受光手段）
４０Ｔ，５０Ｔ…光学フィルタ（親局側フィルタ，子局側フィルタ）
４０Ｕ，４０Ｖ，５０Ｕ，５０Ｖ…レンズ
４０Ｗ，５０Ｗ…ダイプレクサ
５０，５０’…子局側光ノード（実施の形態，実施例）
５０Ｍ…ＬＥＤ駆動回路
５０Ｎ…電流バイアス回路
５０Ｐ…バースト信号検出回路
５０Ｑ…光学系
５０Ｒ…光ＥＯ変調器
６０…遮蔽板
７０…分配器
７１，７２…接続ケーブル
【図１】
2004135110.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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