(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光無線ハブとパン方向及びチルト方向に所定角度単位で回動可能な光無線ノードとの間で半二重光無線通信を行う光無線通信システムであって、
前記光無線ハブは、
光通信信号及びパイロット光を前記光無線ノードに対して送出する光送出手段を有し、
前記光無線ノードは、
前記光無線ハブから送出された前記光通信信号及び前記パイロット光を受信し、前記パイロット光の受信強度を検出するとともに前記光通信信号の受信継続時間を検出するための受信検出手段と、
前記受信された前記パイロット光のスポット光に対して比較的粗い角度単位で当該光無線ノードの光軸粗調整処理を実行する粗調整処理手段と、
前記スポット光の範囲内で、その中心に対して比較的狭い角度単位で当該光無線ノードの光軸微調整処理を実行する微調整処理手段と、
前記受信検出手段において、前記光通信信号が検出されず、かつ前記パイロット光の受信強度が所定の閾値以下である場合は前記粗調整処理手段を選択する一方、前記光通信信号が検出されず、かつ前記パイロット光の受信強度が前記閾値よりも大きい場合、又は前記光通信信号が検出されて、かつ前記受信継続時間が所定の時間に満たない場合は前記微調整処理手段を選択して、この選択された手段により光軸調整処理を実行させる光軸調整制御手段とを、
有する光無線通信システム。
【請求項２】
前記光無線ノードは、
識別子を含む光テスト信号を前記光無線ハブに送信し、前記光テスト信号に対する前記光無線ハブからの応答信号を受信して、前記応答信号に含まれる識別子が当該光無線ノードの識別子である場合に、前記光通信信号の光軸が光無線通信可能な状態に調整されたと判断する光軸確認処理を実行するテスト手段を有し、
前記光無線ハブは、
前記光無線ノードから送信された前記光テスト信号を受信した場合、この受信された光テスト信号を前記応答信号として送出する応答信号送出手段を有し、
前記光無線ノードの前記光軸調整制御手段が、前記受信検出手段において前記光通信信号が検出されて、かつ前記受信継続時間が所定の時間分を経過した場合は、前記テスト手段を選択して前記光軸確認処理を実行させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の光無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光無線ハブと光無線ノードとの間で半二重光無線通信を行う光無線通信システムに関し、特に光無線ハブに対する光無線ノードの光軸調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＰＣやＷＳなどの情報端末（スイッチングハブを含む）に接続された光無線ノード（光無線通信端末）は、天井に取り付けられた光無線ハブ（光無線集配装置）との光軸合わせを正確に行うために、図９に示すような光無線ハブから送信されるパイロット光に対してサーボを用いた自動光軸合わせを行っている。
【０００３】
図１０、図１１はそれぞれ従来の光無線ノードの構成、その光軸調整処理を示している。光無線ノード１０ａは受信手段１１、通信データ処理手段１２、光通信手続き処理手段１３、光送信手段１４、光受信手段１５、送信手段１６、パイロット光抽出手段１７ｂ、光軸合わせ制御手段１８ａ、サーボ手段１９を有している。ここで、光受信手段１５（及び光送信手段１４）は、水平（パン）角＝０〜３６０度、傾き（チルト）角＝垂直方向（０度）〜７０度の範囲で回転して光無線ハブ２０（図１参照）のパイロット光を探し出し、精度＝５度以下に光軸合わせを行う。このように広い範囲から狭い光軸へ合わせ込むために、まず、パイロット光の有無を調べる「粗調」を行い（ステップＳ１〜Ｓ４）、次いでパイロット光の有る大まかな範囲からパイロット光の最も強い方向に合わせる「微調」を行う（ステップＳ５、Ｓ６）。
【０００４】
「粗調」の段階では図１２に示すように、光無線ノード１０ａの全サービス範囲を素早く操作するために、一定の粗い角度毎に光受信手段１５の向きを変更してパイロット光の受光強度を観測する。ここで、光無線ハブ２０が発するパイロット光は、本来の光無線通信を妨げることがないように、光無線通信の周波数より大きく低い一定の周波数で点滅する。光無線ノード１０ａは「粗調」の段階で閾値を超えるパイロット光を確認すると、「微調」の段階に移行する。光無線ノード１０ａの光受信手段１５は２×２のセルに分割されたＰＤで構成され、２×２のセルの各受信強度が均等になるように、すなわちパイロット光が２×２のセルの中心になるように向きを合わせる。さらに、パイロット光の向きから通信可能な向きに任意の量だけ向きを修正し、さらに試験通信を行うことにより光無線リンクを確立する（ステップＳ７、Ｓ８）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パイロット光を用いた光軸合わせ方法では、パイロット光との判別が困難な外乱光によりパイロット光の方向への光軸合わせがいつまでも成功せず、実際の通信に移行することができないという問題点がある。すなわち、パイロット光を発する光無線ハブ２０が設置される天井には、インバータ式蛍光灯も設置され、このインバータ式蛍光灯の点滅周波数がパイロット光に近い場合にはパイロット光の方向への光軸合わせがいつまでも成功しない。さらに、インバータ式蛍光灯の点滅周波数は製造者に応じて異なるので、全ての場合に対応可能なパイロット光の点滅周波数を決めたり、パイロット光抽出手段１７ｂを設計することは困難である。
【０００６】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、パイロット光の点滅周波数に近い外乱光がある環境下であっても光軸合わせを確実に、かつ早く行うことができる光無線通信システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光無線ハブからの光通信信号及びパイロット光の受信状態に応じて粗調か微調かを選択して、選択された調整精度で光軸調整処理を行うようにしたものである。
すなわち本発明によれば、光無線ハブとパン方向及びチルト方向に所定角度単位で回動可能な光無線ノードとの間で半二重光無線通信を行う光無線通信システムであって、
前記光無線ハブは、
光通信信号及びパイロット光を前記光無線ノードに対して送出する光送出手段を有し、
前記光無線ノードは、
前記光無線ハブから送出された前記光通信信号及び前記パイロット光を受信し、前記パイロット光の受信強度を検出するとともに前記光通信信号の受信継続時間を検出するための受信検出手段と、
前記受信された前記パイロット光のスポット光に対して比較的粗い角度単位で当該光無線ノードの光軸粗調整処理を実行する粗調整処理手段と、
前記スポット光の範囲内で、その中心に対して比較的狭い角度単位で当該光無線ノードの光軸微調整処理を実行する微調整処理手段と、
前記受信検出手段において、前記光通信信号が検出されず、かつ前記パイロット光の受信強度が所定の閾値以下である場合は前記粗調整処理手段を選択する一方、前記光通信信号が検出されず、かつ前記パイロット光の受信強度が前記閾値よりも大きい場合、又は前記光通信信号が検出されて、かつ前記受信継続時間が所定の時間に満たない場合は前記微調整処理手段を選択して、この選択された手段により光軸調整処理を実行させる光軸調整制御手段とを、
有する光無線通信システムが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る光無線通信システムの一実施形態の光無線ハブを示すブロック図、図２は本発明に係る光無線通信システムの一実施形態の光無線ノードを示すブロック図、図３は図２の通信光判定手段を詳しく示すブロック図、図４は図３の通信光判定手段における通信信号及びその判定処理を示す説明図、図５は図２の光軸合わせ判定・制御手段の処理を説明するためのフローチャート、図６は図５の光軸合わせ判定処理を詳しく説明するためのフローチャートである。
【０００９】
図１に示す光無線ハブ２０は、光受信手段２１、通信データ処理手段２２、光通信手続き処理手段２３、送信手段２４、受信手段２５、光送信手段２６、パイロット光発生手段２７、パイロット光送信手段２８を有している。光受信手段２１は、図２に示す光無線ノード１０から送信されてくる光無線信号を受信するＰＤ（フォトディテクタ）などの受光素子と、この受光素子で受信した光信号を電気信号に変換する光電変換部とにより構成される。
【００１０】
通信データ処理手段２２は、光無線ノード１０からの通信データを抽出して、光空間方向又は幹線方向の適切な方向に転送する。光通信手続き処理手段２３は、光受信手段２１で受信した光信号から光無線ノード１０からの通信信号を抽出し、光無線通信のための制御を行う。送信手段２４は、幹線などに対し送信すべき信号（通信データや衝突通知信号）を出力し、受信手段２５は、幹線などと接続して通信データを受け取る。光送信手段２６は、光空間に送信すべき通信信号（光通信手続き信号や通信データ）を光信号に変換して、発光ダイオードなどの発光手段により光無線ノード１０に対して送信する。パイロット光発生手段２７及びパイロット光送信手段２８は、光無線ハブ２０と光通信による接続を行おうとする光無線ノード１０が光軸合わせを行うためにパイロット光を発生し、これを空間に放射する。
【００１１】
図２に示す光無線ノード１０は、受信手段１１、通信データ処理手段１２、光通信手続き処理手段１３、光送信手段１４、光受信手段１５、送信手段１６、通信光判定手段１７ａ、パイロット光抽出手段１７ｂ、光軸合わせ判定・制御手段１８、サーボ手段１９を有している。
【００１２】
受信手段１１は、光無線ノード１０に接続されているパーソナルコンピュータや（ＰＣ）ワークステーション（ＷＳ）などの外部機器（不図示）から送信されてくるデータを受信するためのインターフェイス機能を有する。通信データ処理手段１２は、受信手段１１で受信したデータを図１に示す光無線ハブ２０に送信するために手続き処理を行う。光通信手続き処理手段１３は、光無線ハブ２０との光無線の通信手続きを行うための手続き処理を行う。
【００１３】
光送信手段１４は、光通信手続き処理手段１３により生成された光通信の手続きを行うための通信信号、及び通信データ処理手段１２によって処理された光無線ハブ２０に送信すべき通信データに応じて発光素子を発光させて光信号に変換し、光無線ハブ２０に送信する。光受信手段１５は、光無線ハブ２０から送信されてくる光信号をＰＤ（フォトディテクタ）などの受光素子により受光して、光電変換して出力する。ここで、光送信手段１４と光受信手段１５は、光無線ハブ２０との光軸合わせを行うためにパン、チルト可能に構成されている。送信手段１６は、光受信手段１５から出力され通信データ処理手段１２によって処理された光無線ハブ２０からの通信データを、自機に接続されているＰＣ又はＷＳなどの外部機器に送信する。
【００１４】
パイロット光抽出手段１７ｂは、光受信手段１５の出力する光受信信号から、光無線ハブ２０のパイロット光を抽出し、通信光判定手段１７ａは図３、図４に詳しく示すように光受信手段１５の出力する光受信信号から、光無線ハブ２０の通信光を判定する。光軸合わせ判定・制御手段１８は、パイロット光抽出手段１７ｂにより抽出されたパイロット光と、通信光判定手段１７ａにより判定された通信光検出信号と、通信制御ブロック（１２、１３）との間で入出力する試験通信要求／結果信号を用いて、光無線ハブ２０との光軸合わせを制御する。サーボ手段１９は、光軸合わせ判定・制御手段１８が出力するパン、チルトのサーボ機構用の制御信号を動力に変換し、光送信手段１４及び光受信手段１５の向きの変更を実行する。
【００１５】
上記の構成を有する複数の光無線ノード１０と光無線ハブ２０の間で、スター型トポロジを構成するネットワークを形成し、光無線ハブ２０を介して各光無線ノード１０間で通信を行ったり、幹線と光無線ノード１０間で通信を行う。
【００１６】
図３、図４を参照して通信光判定手段１７ａについて詳しく説明する。光受信手段１５の出力する光受信信号は検波回路１０１により検波され、次いで積分回路１０２により積分される。積分回路１０２の出力は比較器１０３により参照値電圧に応じて２値化され、比較器１０３の出力が判定回路１０４に送られて通信光の有無が判定される。図４は比較器１０３の出力を示し、図４（ａ）は通信光無し（無信号）の場合を示している。図４（ｂ）は通信光が不十分な長さで検出される（不安定）の場合を示し、図４（ｃ）は通信光が充分な長さで検出される（安定）の場合を示している。
【００１７】
判定回路１０４の判定結果は図２に示す光軸合わせ判定・制御手段１８に送られ、光軸合わせ判定・制御手段１８は図５、図６に示すように、この判定結果とパイロット光抽出結果に基づいて光軸合わせの判定・制御を行う。このときの通信光は、光無線通信のデータや、光無線ノード１０が同期をとるための光リンク信号を用いる。
【００１８】
図５において、まず、起動時などにサーボ手段１９の位置情報の初期化を行い（ステップＳ１１）、続くステップＳ１２では図６に詳しく示す光軸合わせ判定を行う。図６において、まず、判定回路１０４の判定結果をチェックし（ステップＳ２１）、図４（ａ）に示すような「無信号」の場合には、パイロット光の受光強度＞閾値か否かをチェックする（ステップＳ２２）。受光強度＞閾値でない場合にはステップＳ２３に進んで粗調が完了しているか否かをチェックし、完了していれば光軸合わせ失敗と判断し（ステップＳ２４）、次いでステップＳ１１に戻る。他方、ステップＳ２３において粗調が完了していない場合には粗調サーボ処理（ステップＳ１３）に進む。
【００１９】
ステップＳ２１において図４（ｂ）に示すような「不安定」な場合と、ステップＳ２２において受光強度＞閾値の場合には、ステップＳ２５に進んで微調が完了しているか否かをチェックし、完了していれば光軸合わせ失敗と判断し（ステップＳ２４）、次いでステップＳ１１に戻る。他方、ステップＳ２５において微調が完了していない場合には微調サーボ処理（ステップＳ１４）に進む。ステップＳ２１において図４（ｃ）に示すような「安定」な場合には、試験送信を行い（ステップＳ２６）、次いで試験送信が成功したか否かをチェックする（ステップＳ２７）。そして、成功しなければステップＳ２５に進み、他方、成功した場合には、この光軸合わせを完了して無線リンクを確立する（ステップＳ２８）。
【００２０】
次に「粗調サーボ処理」について説明する。粗調サーボ処理は光無線ノード１０の全サービス範囲から光無線ハブの存在の有無と方向を大まかに知るために、高速に走査する処理である。このため粗調サーボ処理では、図１２に示すように大まかな一定の角度毎に向きを変える。粗調の初期状態は向きを特定の方向（原点方向）に戻す制御を行う。
【００２１】
次に「微調サーボ処理」について説明する。微調サーボ処理は光無線ハブ１０の方向がある程度判断できた後に、正確に光軸合わせを行うために行う。このため、微調のサーボ制御は図１２に示すように細かな角度で向きを変える。さらにパイロット光の光軸中心に光軸合わせが行われたか毎回判定し、光軸合わせが成功した場合には、そこからさらに通信可能となる向きに修正する。この修正は光無線ハブ２０のパイロット光送信手段（パイロット光源）２８と光送信手段２６、光受信手段２１の方向がずれていることを補正する制御であり、その補正量は光無線ハブ２０の形状、また、光無線ノード２０と光無線ハブ１０との距離や、光無線ノード２０が向いた傾きによって異なる値となる。この補正量は、実験などによりあらかじめ明らかにされた値として利用する。
【００２２】
次に「試験通信」について説明する。光無線ノード１０は光伝送路の回線空き（送信可能な状態）を確認した上で、テストパケットを生成し、光無線ハブ２０に向け光送信する。ここでテストパケットとは、光無線空間のみで有効な本システム独自のパケットであり、光無線ハブ２０や全ての光無線ノード１０がこれを受信した場合、これをテストパケットと認識できるようなパケット構造を持ち、各々受信した光無線機器１０、２０は幹線ネットワークやＰＣなどにはこのパケットを流さないよう光無線通信手続き処理手段１３、２３で処理するものとする。
【００２３】
また、テストパケットにはそれぞれ固有な値を割り振り、送信した光無線ノード１０が自己の送ったテストパケットかどうか識別可能であるようにしておく。光無線ハブ２０ではテストパケットを受信した場合、これをそのまま光無線伝送路に折り返し光送信する（応答と呼ぶことにする）。この応答を受け取った光無線ノード１０では、直前にテストパケットを送信している場合はパケットの内容を照合することで、自機が光無線ハブ２０と通信可能かどうかを判定する。直前に送信を行っていない（無関係な）光無線ノード１０は、テストパケットと判断した段階でこれを破棄すればよい。照合結果が一致した場合は光通信可能と判断できる（リンク成立）が、照合結果が一致しない場合や、光無線ハブからの応答そのものがない場合は、再度光軸合わせを行う必要がある。
【００２４】
上記実施形態の光無線ハブ２０では、図１に示すように実際の光通信データの送信を行う光送信手段２６とパイロット光送信手段２８を別々に設けているが、代わりに図７に示すように光送信手段２６によりパイロット光を送信するようにしてもよい。この場合には、実際の光通信データの送信時の空いた時間にパイロット光を時分割多重化して送信し、また、各信号の点滅周波数が異なるようにする。また、上記実施形態の光無線ノード１０では、図２に示すように光受信手段１５を兼用して実際の光通信データの受信とパイロット光の受信を行うが、代わりに図８に示すようにパイロット光受信手段１７ｃを光受信手段１５とは別に設けてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、光軸合わせの実行中に、たまたまであっても通信可能な向きとなればこれを知り、光軸合わせを終了することが可能なため、光軸合わせ時間の無駄を省くことができる。また、光無線通信を試験して通信状態を確認できるので確実に光軸を合わせることができ、また、パイロット光と区別することが難しい外乱光のある環境下でも、通信光によって光軸合わせすべき方向を向いているか、さらにはすでに通信可能かどうかを知ることができ、より確実な光軸合わせを実行できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光無線通信システムの一実施形態の光無線ハブを示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光無線通信システムの一実施形態の光無線ノードを示すブロック図である。
【図３】図２の通信光判定手段を詳しく示すブロック図である。
【図４】図３の通信光判定手段における通信信号及びその判定処理を示す説明図である。
【図５】図２の光軸合わせ判定・制御手段の処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５の光軸合わせ判定処理を詳しく説明するためのフローチャートである。
【図７】図１の光無線ハブの変形例を示すブロック図である。
【図８】図１の光無線ノードの変形例を示すブロック図である。
【図９】パイロット光とその受光レベルを示す説明図である。
【図１０】従来の光無線ノードを示すブロック図である。
【図１１】従来の光無線ノードの光軸合わせ処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】粗調処理と微調処理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  光無線ノード
１５  光受信手段
１７ａ  通信光判定手段
１７ｂ  パイロット光抽出手段
１８  光軸合わせ判定・制御手段
１９  サーボ手段
２０  光無線ハブ
２７  パイロット光発生手段
２８  パイロット光送信手段
【図１】
0003823851.tif 000002
【図２】
0003823851.tif 000003
【図３】
0003823851.tif 000004
【図４】
0003823851.tif 000005
【図５】
0003823851.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003823851.tif 000008
【図８】
0003823851.tif 000009
【図９】
0003823851.tif 000010
【図１０】
0003823851.tif 000011
【図１１】
0003823851.tif 000012
【図１２】
0003823851.tif 000013