光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置
【課題】回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ変復調装置を提供する。
【解決手段】
受光素子で受光された受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部とを備える。
【解決手段】
受光素子で受光された受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置に関し、例えば、固定設備と移動設備間のデータ伝送に好適な光データ伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品等の搬送に使用されるスタッカークレーンや天井走行クレーン等の移動設備では、省配線化のため、固定設備との間、或は移動設備間で制御指令等の信号の授受が光を通信媒体とする無線方式のシリアル通信で行なわれている。
【０００３】
例えば、固定設備に組み込まれたシステム制御装置に接続された全二重方式の通信線に、複数の移動設備に組み込まれたサーボ制御部が接続され、各サーボ制御部がシステム制御装置からの制御指令を通信線を介して受信してサーボモータを制御し、その制御状態をシステム制御装置に通信線を介して送信するサーボ通信システムにおいて、固定設備と移動設備または移動設備間の通信線に、光を通信媒体とする無線方式のシリアル通信を行なう光データ伝送装置が介装されている。
【０００４】
これらの設備では、使用環境の多様化や振動・機構系の経年変化等、機械軸に対する変動が大きいため、発光部及び受光部間である程度の指向角特性が必要とされる。また、移動設備の制御に使用するため、通信の信頼性、特に外乱ノイズに対する十分な耐環境特性も要求される。
【０００５】
電波を通信媒体とする無線通信方式では、外乱ノイズ対策等のために、キャリア周波数ｆｃで発振させた信号を振幅、周波数、或は位相で変調する各種の変調方式が採用されている。特に、キャリアの周波数を高い値に設定し、従来からのＡＳＫ方式や回路構成が複雑なＰＳＫ方式等を採用することにより通信の高速化が進んでいる。
【０００６】
また、光ファイバを介した光通信方式では、通信経路が光ファイバで定まる為に外乱光と自光干渉について特段の対策が必要とされず、光源にスイッチング特性の優れたレーザダイオードを使用することで高速通信が可能となるが、固定設備と移動設備間の通信では、光ファイバのような通信ケーブルを実装することが困難となる。
【０００７】
一方、光による無線通信方式で光源にレーザダイオードを使用する場合には、人体の目の安全を確保する必要があり、安全規格によってレーザ光の強度が制限されるため、通信距離の長距離化に限界があり、また、レンズの非点隔差による通信精度や光学系の複雑化等の課題もある。
【０００８】
そのため、移動体の制御を目的とした無線方式の光データ伝送装置では、安価で指向特性が広く、安全規格による発光強度の制限が課されないＬＥＤが光源に用いられ、電波による無線通信方式に比べて使用する発光素子等の特性から高周波での変調が容易でないため、変調方式として主にＦＳＫ方式が採用される場合が多い。
【０００９】
一般的なＦＳＫ方式を採用する場合、数十ｋｂｐｓ程度の比較的伝送速度が低い通信では、ＦＭラジオ用の復調ＩＣや周辺部品が安価に市販されているため、安価で容易に通信装置を製作することができる。
【００１０】
しかし、それ以上の通信速度では、データ周波数ｆｓに比べて十分に高い周波数のキャリア周波数ｆｃが必要となり、高周波で広帯域な特性が要求されるために、個別部品を用いて複雑な回路を構成する必要があり、さらには、調整作業の増加等、製造コストが上昇するため、実使用上１０Ｍｂｐｓ程度での使用が限界である。
【００１１】
ＰＳＫ方式の変調装置は、デジタル信号をＩ成分とＱ成分の直交信号成分に変換する直交変換部と、直交信号成分を同相の搬送波及び直交した搬送波とそれぞれ乗算する乗算部と、乗算された結果を加算する加算部等を備えることにより実現できる。また、復調装置は、この逆を行なう直交復調器により実現できる。
【００１２】
直交復調器に２乗方式や逆変調方式等の同期検波方式を採用する場合には、ミキサ回路が２つ必要となる等、回路構成が複雑になりその構成部品も多くなる。また、遅延検波方式を採用する復調装置では、シンボル間の位相差で判定する為、位相分割数に対しシンボルレートは半分になる。
【００１３】
変調方式としてＰＳＫ方式を採用する場合には、位相の分割数を増やすことにより、各位相に多値のシンボルを割り当てることが可能となり、キャリア周波数ｆｃを上げずに伝送速度を向上させることが可能となるが、位相の分割数を増やすに従って、ノイズ耐性が悪化するため位相検出回路の高い分解能が要求されるため、高価な信号処理回路が必要となっていた。そのため、従来、低価格の光伝送装置では、ＰＳＫ方式を採用するのが困難であった。
【００１４】
特許文献１には、遅延検波方式以外の検波方式として準同期検波方式が提案されている。特許文献１には、ＰＳＫ方式の変調信号に対する復調時の周波数誤差を低減し、またガウス性雑音の影響を低減して、誤り率の低い復調を可能にすることを目的として、アナログの入力信号をサンプリングしてデジタル値に順次変換するＡ／Ｄ変換器と、前記入力信号に対応した周波数で互いに位相が９０度異なる２相のローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル値列を、前記２相のローカル信号とそれぞれ乗算し、その乗算結果からベースバンド信号を抽出する直交復調器と、前記直交復調器から出力されたベースバンド信号に基づいて前記入力信号のキャリア周波数と前記ローカル信号の周波数との差による位相誤差を検出する誤差検出手段と、前記誤差検出手段によって検出された位相誤差が小さくなるように前記ローカル信号を制御するローカル信号制御手段と、前記直交復調器から出力されたベースバンド信号から位相情報を検出して、データを復調するデータ復調器とを備えたデジタル変調信号復調装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２０８９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１に記載されたデジタル変調信号復調装置では、誤差検出手段によって検出されたキャリア周波数とローカル信号の周波数との差による位相誤差に基づいて、位相誤差が小さくなるように２相のローカル信号の位相及び周波数を制御するローカル信号制御手段を備える必要がある。
【００１７】
しかし、微小な位相誤差に対応してローカル信号の位相及び周波数を制御するために、ダイレクトデジタルシンセサイザ等で構成されるローカル信号発生器の波形メモリに、微小な位相差に対応した波形データを格納する必要があり、メモリのデータ容量が嵩むという問題、ローカル信号生成のためのクロック周波数が高くなるという問題、それに対応して演算負荷が増大するという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明による光データ復調装置の第一の特徴構成は、位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、前記基準位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、を備えている点にある。
【００２０】
位相検知部では、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算に基づいて受信信号の位相が検知される。そして、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときの位相が基準位相に設定される。データ復調部では、設定された基準位相に基づいてデータが復調される。従って、位相変調された信号を復調するための信号処理ブロックが極めてシンプルに構成することができるようになった。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、前記位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、前記位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、を備えている点にある。
【００２２】
位相検知部では、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算に基づいて受信信号の位相が検知される。そして、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときの位相が基準位相に設定される。
【００２３】
そして、基準位相が設定された後に、キャリア周波数と局部発振クロックの周波数のずれに起因して位相検知部で検知される位相が変動する場合であっても、位相差補正部によって、基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値が算出され、基準位相とシンボルの位相の相対位相差が補正されるので、データ復調部では、位相差補正部により補正された相対位相に基づいて適正なデータが復調される。
【００２４】
上述の構成によれば、キャリア周波数と局部発振クロックの周波数がずれる場合であっても、直交基準信号を補正する必要が無くなるので、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる。
【００２５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルを備え、前記位相差検知部は当該累乗データに基づいて前記受信信号をシフト演算することにより、前記受信信号と直交基準信号との積を算出する点にある。
【００２６】
上述の構成によれば、受信信号と直交基準信号との積和演算を実行する場合に、受信信号に対して、データテーブルに直交基準信号の振幅データとして設定された２の累乗データに基づいて、受信信号をシフト演算することにより、極めて容易且つ高速に受信信号と直交基準信号との積を算出することができるようになる。
【００２７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記光信号は、前記所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で前記所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調され、前記データ復調部により復調されたデータから前記ベースバンド信号を再生するとともに、前記区切り信号によりベースバンド信号の終了を判定して一連の通信データを再生する通信データ再生部を備えている点にある。
【００２８】
上述の構成によれば、ベースバンド信号に所定シンボル数以上同一の符号が連続することがないので、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するとき、つまり、区切り信号のシンボルを０または１に固定すれば、区切り信号に対する位相が基準位相として設定される。また、ベースバンド信号の終了が判別できないような場合であっても、通信データ再生部によって、区切り信号でベースバンド信号の終了が判定できるので、一連の通信データを正確に再生することができるようになる。
【００２９】
本発明による光データ変調装置の第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた光データ復調装置に送信する光信号を生成する光データ変調装置であって、一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理してベースバンド信号を生成するとともに、前記一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号を挿入した変調信号を生成する変調信号生成部と、前記変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部と、前記データテーブルを備え、前記アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて、対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部と、を備えている点にある。
【００３０】
一連の通信データが任意のシンボル配列で構成される場合であっても、変調信号生成部によって、当該通信データが所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理したベースバンド信号に変換され、一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号が挿入された変調信号が生成される。尚、光データ復調装置では、当該区切り信号に基づいて基準位相が求められる。
【００３１】
アドレス発生部では、当該変調信号に基づいてキャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報が生成され、被変調信号発生部では、当該アドレス情報に基づいて対応するデータテーブルの振幅がデジタルの振幅信号として出力され、Ｄ／Ａ変換部を介してアナログの振幅信号、つまり、発光素子を駆動するための信号に変換される。
【００３２】
従って、極めて簡単な回路で位相変調回路を実現することができる。
【００３３】
同第二の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、前記アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、前記変調信号のシンボルの変化に基づいて前記リングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている点にある。
【００３４】
リングカウンタの値によって、データテーブルのアドレス情報が特定される。カウンタ制御部によって、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期して、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタの値が更新される。変調信号のシンボルの変化に基づいて、つまり、変調信号のシンボルが０から１に変化するか、１から０に変化するかによって、前記リングカウンタのカウント値が異なるので、そのカウント値によって位相変調が行なわれる。
【００３５】
本発明による光データ伝送装置の第一の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた光データ復調装置と、上述の第一または第二特徴構成を備えた光データ変調装置とを備えた光データ伝送装置であって、所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に用いられる点にある。
【００３６】
上述の構成によれば、キャリア周波数とローカル信号の周波数との差による基準位相の変動が生じても、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ伝送装置が実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による光データ伝送装置の適用対象の一例である一般物流倉庫の説明図
【図２】光データ伝送装置を備えたスタッカークレーンの説明図
【図３】システム制御装置とサーボ制御部間の通信の説明図
【図４】光データ伝送装置の外観図
【図５】光データ伝送装置のブロック構成図
【図６】（ａ）は本発明による光データ変調装置のブロック構成図、（ｂ）はアドレス発生部で生成されるアドレス情報と、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルとの関係を示す説明図
【図７】（ａ）は基準位相を示す位相変調信号の説明図、（ｂ）は、基準位相から遷移した位相変調信号の説明図
【図８】（ａ）は本発明による光データ復調装置のブロック構成図、（ｂ）は直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明による光データ伝送装置を、一般物流倉庫内に設置されたスタッカークレーンの制御に適用した例について説明する。
【００４０】
図１に示すように、物流倉庫１０は、一対の載置棚１１と、一対の載置棚１１の間に敷設されたレール１２と、レール１２に沿って移動するスタッカークレーン２０と、レール１２の両側に設置された一対の荷載置台１４と、レール１２の一端側に配置され、スタッカークレーン２０に入出庫指令を指示するシステム制御装置１３を備えている。
【００４１】
各載置棚１１には多数の収容部１５が上下方向及び左右方向に複数並設され、それぞれの収容部１５には搬送対象物１６が載置されている。
【００４２】
以下、スタッカークレーン２０の走行方向の一方を、システム制御装置１３等を配設した基端側とし、他方を、他端側として説明する。尚、レール１２の基端側の端部を、スタッカークレーン２０の走行移動の基準位置と設定している。
【００４３】
図１及び図２に示すように、スタッカークレーン２０は、レール１２に沿って走行する走行台車２１と、この走行台車２１に立設された一対の昇降マスト２２と、一対の昇降マスト２２を上端部で連接する上部フレーム２３を備え、上部フレーム２３には水平回転する複数のガイドローラ２４が取り付けてあり、それらガイドローラ２４がガイドレール１８に挟接転動して転倒防止を図っている。
【００４４】
さらに、一対の昇降マスト２２には昇降自在に案内支持された昇降台２５が備えられ、昇降台２５には物品を移載可能なフォーク装置４０が備えられ、走行台車２１の水平移動、昇降台２５の昇降移動、及び、フォーク装置４０の作動により、荷載置台１４に載置されている搬送対象物１６を収容部１５に移載させ、また、収容部１５に収納されている搬送対象物１６を荷載置台１４に移載させるように構成されている。
【００４５】
昇降台２５は、昇降用チェーン２６により吊持されて昇降するように構成され、昇降用チェーン２６は、上部フレーム２３に取り付けた従動スプロケット２７ａ，２７ｂを経て一方の昇降マスト２２に設けた案内スプロケット２８を介して巻取ドラム２９に巻き掛けられている。
【００４６】
巻取ドラム２９は、サーボ制御部３０ｂ（図３参照）により制御される昇降用のサーボモータ３０ａを正逆に回転駆動させて昇降用チェーン２６の巻き取り、繰り出しを行い、昇降台２５を昇降させるように構成されている。
【００４７】
フォーク装置４０は、走行台車２１の走行方向に対して直角水平方向にスライドし、搬送対象物１６を載置自在なフォーク４１と、フォーク４１を昇降台２５上に引退させた引退位置と、収容部１５側へ延出させた延出位置にスライドさせるフォーク用のサーボモータ４２ａと、サーボモータ４２ａを制御するサーボ制御部４２ｂ（図３参照）を備えている。
【００４８】
収容部１５に収容された搬送対象物１６を搬出する際は、まず、昇降台２５を指定された収容部１５の前まで移動させる。次にフォーク４１を昇降台２５内の引退位置から搬送対象物１６が載置された収容部１５側の延出位置にスライドさせ、その状態で昇降台２５を少し上昇させ、フォーク４１を再度引退位置までスライドさせる。この動作により搬送対象物１６は昇降台２５上に載置される。
【００４９】
搬送対象物１６を収容部１５に収容する際は、まず、昇降台２５を指定された収容部１５の前まで移動させる。次に搬送対象物１６を載置したフォーク４１を昇降台２５内の引退位置から収容部１５側の延出位置にスライドさせ、その状態で昇降台２５を少し下降させ、フォーク４１を再度引退位置までスライドさせる。この動作により搬送対象物１６は収容部１５に収容される。
【００５０】
走行台車２１は、レール１２上を走行自在な車輪３１を複数備え、それらの車輪３１うちの、他端側の車輪３１ｂが、サーボ制御部３２ｂ（図３参照）により制御される走行用のサーボモータ３２ａで駆動される駆動輪として、基端側の車輪３１ａが遊転自在な従動輪として構成されている。
【００５１】
図３に示すように、システム制御装置１３に接続された全二重方式の通信線１３ａには、走行用のサーボモータ３２ａを制御するサーボ制御部３２ｂと、昇降用のサーボモータ３０ａを制御するサーボ制御部３０ｂと、フォーク用のサーボモータ４２ａを制御するサーボ制御部４２ｂが接続されている。
【００５２】
システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部３２ｂによりサーボモータ３２ａが駆動され、サーボモータ３２ａの回転数や回転角度情報がサーボ制御部３２ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３により走行台車２１の水平方向での走行位置が制御される。
【００５３】
また、システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部３０ｂによりサーボモータ３０ａが駆動され、サーボモータ３０ａの回転数や回転角度情報等が、サーボ制御部３０ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３により昇降台２５の上下方向での昇降位置が制御される。
【００５４】
さらに、システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部４２ｂによりサーボモータ４２ａが駆動され、サーボモータ４２ａの回転数や回転角度情報が、サーボ制御部４２ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３によりフォーク４１の水平方向のスライド位置が制御される。
【００５５】
つまり、通信線１３ａを介してシステム制御装置１３からの制御指令を受信した各サーボ制御部３２ｂ，３０ｂ，４２ｂが、走行用のサーボモータ３２ａ、昇降用のサーボモータ３０ａ、フォーク用のサーボモータ４２ａをそれぞれ制御し、その制御状態をシステム制御装置１３に通信線１３ａを介して伝送するイーサネット（登録商標）を用いたサーボ通信システムが構成されている。
【００５６】
各通信線１３ａは、送信側と受信側の一対の通信線を備え、一連のフレームデータを電気信号として伝送する銅線ケーブルや、光パルス信号として伝送する光ファイバケーブル等で構成されている。本実施形態では、各通信線１３ａが銅線ケーブルで構成される例を説明するが、各通信線１３ａが光ファイバケーブルで構成される場合でも同様である。
【００５７】
システム制御装置１３と、システム制御装置１３に対して相対移動する走行台車２１との間を接続する通信線１３ａ、及び、走行台車２１と走行台車２１に対して相対移動する昇降台２５とを接続する通信線１３ａに、それぞれ一対の光データ伝送装置１００が介装されている。
【００５８】
システム制御装置１３が設置された設備が本発明による固定設備となり、サーボ制御部３０ａ，３０ｂ，４２ｂが設置された設備が本発明による移動設備になる。
【００５９】
図４に示すように、光データ伝送装置１００は、上部ケーシング３０１ａと下部ケーシング３０１ｂで構成されるケーシング３０１と、ケーシング３０１の一側面に備えられた端部カバー部材３０２を備え、端部カバー部材３０２には光信号を投光する投光窓３０３と、光信号を受光する受光窓３０４が形成されている。
【００６０】
図５に示すように、各光データ伝送装置１００は、光データ変調装置１１０と光データ復調装置１６０を備えている。
【００６１】
光データ変調装置１１０は、赤外ＬＥＤでなる発光素子１５０と、送信側の通信線１３ａを介して伝送される可変長のフレームデータを取り込む受信インタフェース１１１と、受信インタフェース１１１に取り込まれたフレームデータに基づいてキャリアを位相変調する変調部１２０と、変調部１２０から出力される被変調信号に基づいて発光素子１５０を駆動する発光素子駆動回路１４０と、発光素子１５０から出力された光を平行光に形成する光学レンズ１１２を備えている。光学レンズ１１２を通過した光信号は他方の光データ伝送装置１００に伝送される。
【００６２】
光データ復調装置１６０は、他方の光データ伝送装置１００から伝送された光信号を集光する光学レンズ１６２と、光学レンズ１６２により集光された光信号を検出する受光素子でなる受光部１６３と、受光部１６３で光電変換された電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ１９０と、トランスインピーダンスアンプ１９０で増幅された電気信号を復調して可変長のフレームデータを生成する復調部１７０と、復調部１７０で生成された可変長のフレームデータを受信側の通信線１３ａに中継出力する送信インタフェース１６１を備えている。
【００６３】
図６（ａ）には光データ変調装置１１０の機能ブロック構成が示されている。
変調部１２０は、４Ｂ５Ｂ変換部１２３と、変調信号生成部１２４と、アドレス発生部１２５と、被変調信号発生部としての正弦波発生部１２６等を備えている。発光素子駆動回路１４０は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、バンドパスフィルタ１４２と、発光素子１５０のドライバ１４３を備えている。
【００６４】
イーサネット（登録商標）のフレームデータは、７オクテットの「プリアンブル」フィールド、１オクテットの「ＳＦＤ（Start Frame Delimiter）」フィールド、６オクテットの「宛先アドレス」フィールド、６オクテットの「送信元アドレス」フィールド、２オクテットの「長さ／タイプ」フィールド、最小４６オクテットから最大１５００オクテットの「データ」フィールド、４オクテットの「ＦＣＳ」フィールドで構成されている。
【００６５】
受信インタフェース１１１は、ＭＩＩ（Media Independent Interface）規格に基づくＰＨＹチップで構成され、送信側の通信線１３ａを介して１０ＭＢＰＳの通信速度で伝送される上述の可変長のフレームデータが、受信インタフェース１１１によって４ビット単位のパラレルデータに分割され、順次後段に出力される。
【００６６】
受信インタフェース１１１から出力される４ビット単位のパラレルデータが、４Ｂ５Ｂ変換部１２３によって４Ｂ５Ｂ変換された後、シリアルデータに変換されて１２．５ＭＢＰＳの通信速度で変調信号生成部１２４に出力される。つまり、通信線１３ａから伝送される一連の通信データ（フレームデータ）に、所定シンボル数（ここでは、５シンボル数）以上同一の符号が連続しないように符号変換処理が行なわれる。尚、受信インタフェース１１１であるＰＨＹチップに４Ｂ５Ｂ変換部１２３が組み込まれる構成であってもよい。
【００６７】
変調信号生成部１２４は、受信インタフェース１１１から出力される送信制御信号に基づいて、連続する一連の通信データ（フレームデータ）の区切りを検知し、一連の通信データ（フレームデータ）間に所定シンボル数（ここでは、５シンボル数）以上同一の符号（ここでは、０）が連続する区切り信号を挿入した変調信号（ベースバンド信号）を生成してアドレス発生部１２５に出力する。尚、送信制御信号は、フレームデータの先頭シンボルの送信直前に立ち上がり、フレームデータの最終シンボルの送信直後に立ち下がる制御信号である。
【００６８】
発振器１１３から出力されるクロック信号が、分周器１２１、逓倍器１２２を介して２４０ＭＨｚのクロック信号に変換され、当該クロック信号がアドレス発生部１２及び正弦波発生部１２６に入力されている。
【００６９】
図６（ｂ）に示すように、正弦波発生部１２６には、正弦波のキャリア信号の各位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°に対応する振幅０．５，１．０，０．５、−０．５，−１．０，−０．５が、０から１０２３の１０ビットデータとして設定されたデータテーブルが設けられている。データテーブルの値０が振幅−１．０に対応し、データテーブルの値１０２３が振幅１．０に対応し、データテーブルの値５１１が振幅０に対応する。
【００７０】
アドレス発生部１２５で生成される０から５の各アドレスに従って、各位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°の各振幅データがアクセスされる。
【００７１】
尚、データテーブルに格納される振幅は、位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°に対応する値に限るものではなく、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する値であってもよい。また、キャリア周波数の逓倍のクロックに合わせて、各位相に対する振幅が設定されていればよい。
【００７２】
アドレス発生部１２５は、０から５迄の値を繰返しカウントするリングカウンタと、１２．５ＭＢＰＳの通信速度で入力される変調信号を２４０ＭＨｚでサンプリングして、リングカウンタのカウント値を制御するカウンタ制御部を備えている。
【００７３】
カウンタ制御部は、サンプリングした変調信号のシンボルの値が前回のサンプリング値と一致するときにリングカウンタの値を１加算し、シンボルの値が０から１に変化するときにリングカウンタの値を２加算し、シンボルの値が１から０に変化するときにリングカウンタの値を−１加算する。
【００７４】
従って、サンプリングした変調信号のシンボルの値が前回のサンプリング値と一致するときには、正弦波発生部１２６から４０ＭＨｚ（＝２４０ＭＨｚ／６）の正弦波の振幅データが出力され、シンボルの値が０から１に変化すると、６０°位相が進んだ正弦波の振幅データが出力され、シンボルの値が０から１に変化すると、１２０°位相が遅れた元の正弦波の振幅データが出力される。つまり、変調部１２０では、２値の位相変調（ＢＰＳＫ）が行なわれる。
【００７５】
図７（ａ）には、変調信号に同一のシンボル値０が連続する場合に、正弦波発生部１２６から出力される４０ＭＨｚの正弦波に対応する振幅データが、階段状の波形として表わされている。
【００７６】
図７（ｂ）には、変調信号のシンボルの値が０から途中で１に変化する場合に、正弦波発生部１２６から出力される４０ＭＨｚの正弦波に対応する振幅データが、階段状の波形として表わされている。シンボルの値が０から１に変化する時点で位相が６０°進んでいる。
【００７７】
正弦波発生部１２６から出力される振幅データは、Ｄ／Ａ変換部１４１によってアナログ信号に変換され、バンドパスフィルタ１４２によって高調波成分が除去されることにより、図７（ａ），（ｂ）に二点鎖線で示す正弦波に波形成形され、ドライバ１４３に出力される。ドライバ１４３によって、所定の直流バイアス電圧に当該正弦波電圧を重畳した電圧が発光素子１５０に印加されることにより、発光素子１５０から位相変調された光信号が出力される。
【００７８】
つまり、光信号は、所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調されている。
【００７９】
また、光データ変調装置は、変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部とデータテーブルを備え、アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部とを備えている。
【００８０】
さらに、アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、変調信号のシンボルの変化に基づいてリングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている。
【００８１】
図８（ａ）には光データ復調装置１６０の機能ブロック構成が示されている。
復調部１７０は、Ａ／Ｄ変換部１７１と、ラッチ回路１７２と、積和演算部１７３，１７４と、除算部１７５と、位相変換部１７６，１７７と、位相設定部１７８と、位相差補正部１７９と、データ復調部１８０と、通信データ再生部１８１と、５Ｂ４Ｂ変換部１８２を備えている。
【００８２】
Ａ／Ｄ変換部１７１では、トランスインピーダンスアンプ１８０で増幅されたアナログの受信信号が、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックで８ビットのデジタルの受信信号に変換される。具体的に、Ａ／Ｄ変換部１７１は、逓倍器１２２から出力される２４０ＭＨｚのクロック信号で駆動され、キャリア周波数４０ＭＨｚの６倍の周波数で受信信号ｄｍ（ｍ；０，１，２，３，４，５）をサンプリングする。
【００８３】
２４０ＭＨｚでサンプリングされた８ビットの受信信号がラッチ回路１７２を介して、積和演算部１７３，１７４に入力される。積和演算部１７３，１７４は、Ａ／Ｄ変換部１７１でデジタルデータに変換された受信信号と直交基準信号との積和演算を局部発振クロックに同期して実行する。
【００８４】
尚、積和演算部１７３，１７４以降の信号処理ブロックは、分周器１８３により１２０ＭＨｚに分周されたクロックにより駆動される。ラッチ回路１７２には、２４０ＭＨｚでサンプリングされた８ビットのデジタルデータｄｍが２バイトずつ格納され、１２０ＭＨｚのクロックに同期して２バイト単位で積和演算部１７３，１７４に入力される。
【００８５】
図８（ｂ）に示すように、積和演算部１７３には、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する正弦波の振幅データが格納されたデータテーブルと演算部を備え、演算部によってラッチ回路１７２にラッチされたデジタルデータｄｍとデータテーブルに格納された振幅データとの間で、次式に示す積和演算Ｓｓが実行される。
Ｓｓ＝Σ（ｄｍ・Ｓｉｎ（２πｍ／６））
＝ｄ０・Ｓｉｎ０°＋ｄ１・Ｓｉｎ６０°＋ｄ２・Ｓｉｎ１２０°
＋ｄ３・Ｓｉｎ１８０°＋ｄ４・Ｓｉｎ２４０°＋ｄ５・Ｓｉｎ３００°
【００８６】
積和演算部１７４には、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する余弦波の振幅データが格納されたデータテーブルと演算部を備え、演算部によってラッチ回路１７２にラッチされたデジタルデータｄｍとデータテーブルに格納された振幅データとの間で、次式に示す積和演算Ｓｃが実行される。
Ｓｃ＝Σ（ｄｍ・Ｃｏｓ（２πｍ／６））
＝ｄ０・Ｃｏｓ０°＋ｄ１・Ｃｏｓ６０°＋ｄ２・Ｃｏｓ１２０°
＋ｄ３・Ｃｏｓ１８０°＋ｄ４・Ｃｏｓ２４０°＋ｄ５・Ｃｏｓ３００°
【００８７】
図８（ｂ）のＳｉｎ簡易値及びＣｏｓ簡易値の欄に示すように、本実施形態では、データテーブルに格納される直交基準信号Ｓｉｎ，Ｃｏｓの振幅データが２の累乗データとして設定されている。従って、上述の演算部は、当該累乗データに基づいて受信信号をシフト演算することにより、受信信号と直交基準信号との積が算出されるように構成されている。このような簡易演算処理を採用することにより、コンパクトな回路構成で且つ高速演算が可能な演算部を実現している。
【００８８】
例えば、直交基準信号Ｓｉｎが一律１０倍され、１０・Ｓｉｎ（２π／６）≒８．６６≒８に設定されている。従って、ｄ１・Ｓｉｎ６０°の演算処理では、受信信号ｄ１を３ビット左にシフトすることによりその結果が算出される。
【００８９】
例えば、直交基準信号Ｃｏｓが一律８倍され、８・Ｃｏｓ（２π・２／６）＝−４に設定されている。従って、ｄ２・Ｃｏｓ１２０°の演算処理では、受信信号ｄ２を２ビット右にシフトした値の補数を求めることにより、その結果が算出される。
【００９０】
除算部１７５では、クロックに同期して積和演算部１７３，１７４から出力されるＳｓ，Ｓｃを次式に基づいて除算してＡｒｃｔａｎθ´を算出する。
θ´＝Ａｒｃｔａｎ（Ｓｃ／Ｓｓ）
【００９１】
±４５°の範囲の位相θの値が格納されたデータテーブルを備えた位相変換部１７６によって、Ｓｃ／Ｓｓの値に対応する位相θ´が求められる。
【００９２】
位相変換部１７７では、この位相θと、積和演算部１７３，１７４から出力されるＳｓ，Ｓｃの関係から３６０°の範囲の位相θが求められる。
【００９３】
つまり、積和演算部１７３，１７４と、除算部１７５と、位相変換部１７６，１７７によって、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部が構成されている。
【００９４】
位相設定部１７８は、１２０ＭＨｚのクロック信号に基づいて、受信信号ｄｍが５シンボル数以上０が連続する区切り信号であるか否かを判別し、区切り信号であると判定したときに、当該位相θ（＝３０°）をデータ０に対応する基準位相としてメモリに格納する。つまり、同じ位相θが５シンボル数以上連続するときに区切り信号であると判定するのである。
【００９５】
データ復調部１８０は、位相変換部１７７から出力される位相と当該基準位相とを比較して、変調信号（ベースバンド信号）を再生する。
【００９６】
通信データ再生部１８１によって、データ復調部１８０で再生された変調信号（ベースバンド信号）から区切り信号が検知されると、当該区切り信号が除去され、その区切り信号の直前の信号がフレームデータの最終シンボルであり、その区切り信号の直後の信号がフレームデータの先頭シンボルであると識別される。
【００９７】
さらに５Ｂ４Ｂ変換部１８２によって、フレームデータが５Ｂ４Ｂ変換されて、通信線１３ａに伝送されるべき元のフレームデータが再生される。５Ｂ４Ｂ変換後のデータは４ビット単位で送信インタフェース１６１であるＰＨＹチップに入力され、イーサネット（登録商標）のフレームデータに変換されて通信線１３ａを介して伝送される。
【００９８】
本発明による光データ復調装置１６０は、さらに、送信元の光信号の変調クロックの基準周波数と、局部発振クロックの基準周波数との誤差に起因する基準位相の変動を吸収する位相差補正部１７９を備えている。
【００９９】
フレームデータの先頭に配置された区切り信号に基づいて、基準位相が設定されるが、その後、送信元の変調クロックの基準周波数と局部発振クロックの基準周波数の誤差が蓄積されると、基準位相が変動して最大で１５２２オクテットもの長さになるフレームデータを正確に復調できない虞があるためである。
【０１００】
位相差補正部１７９は、位相設定部１７８で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正するように構成されている。
【０１０１】
位相設定部１７８によって区切り信号に基づく基準位相が設定された後、位相差補正部１７９は、シンボル値が０であると判定される複数のシンボルの位相の相加平均値を算出し、当該相加平均値が基準位相に対して予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値を新たな基準位相として補正するのである。
【０１０２】
許容範囲は適宜設定される値であり、例えば、本実施形態のようにシンボル値が０となる基準位相が３０°である場合、その値の±１０％の範囲に設定することができる。
【０１０３】
シンボル値が０であると判定される複数のシンボルの位相と基準位相との偏差の相加平均値を求め、当該相加平均値が予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値に基づいて基準位相を補正してもよい。例えば、相加平均値が基準位相の偏差よりΔθ大きくなると、基準位相にΔθ加算した値を新たな基準位相に設定してもよい。
【０１０４】
逆に、シンボル値が１であると判定される複数のシンボルの位相の相加平均値を算出し、相加平均値が基準位相に対して予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値に基づいて基準位相を補正してもよい。
【０１０５】
基準位相を補正するのではなく、シンボル値に対する位相を補正し、補正後の位相と基準位相を比較してもよい。
【０１０６】
以下、別実施形態を説明する。
上述の実施形態では、一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理するために、４Ｂ５Ｂ変換部を備えた例を説明したが、所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理するものであれば、４Ｂ５Ｂ変換に制限されるものではない。例えば、８Ｂ１０Ｂ変換処理するものであってもよい。それに対応して変調部が構成されるようにすればよい。
【０１０７】
上述した実施形態では、キャリアの周波数４０ＭＨｚの６倍の周波数２４０ＭＨｚに同期して位相変調する例を説明したが、この値に制限されるものではなく適宜設定可能である。例えば、キャリアの周波数４０ＭＨｚの８倍の周波数３２０ＭＨｚに同期して位相変調する場合には、正弦波発生部１２６に備えた６０°ピッチのデータテーブルを４５°ピッチのデータテーブルに設定すればよい。
【０１０８】
上述した実施形態では、カウンタ制御部は、シンボルの値が０から１に変化するときにリングカウンタの値を２加算し、シンボルの値が１から０に変化するときにリングカウンタの値を−１加算するとしているが、加減算値を変える事により、１２０°や１８０°位相変調としてもよい。
【０１０９】
以上、変調部１２０で２値の位相変調（ＢＰＳＫ）が行なわれる例を説明したが、本発明が適用される位相変調は２値の位相変調（ＢＰＳＫ）に限るものではなく、４値の位相変調（ＱＰＳＫ）等の多値の位相変調にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１１０】
また、本発明による光データ伝送装置は、イーサネット（登録商標）の通信線を中継する用途に限らず、所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に好適に用いられる。
【０１１１】
例えば、鉄鋼工場等に設置される天井クレーン装置でなる移動設備と、当該天井クレーン装置を制御する制御装置を備えた固定設備間の通信等にも好適に用いられる。
【０１１２】
以上説明した光データ伝送装置の具体的構成は、何れも本発明の一例を示すものであり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各ブロックの具体的な構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１１３】
１３：固定設備（システム制御装置）
１３ａ：通信線
１８：ガイドレール
２０：スタッカークレーン
２１：移動設備（走行台車）
２５：移動設備（昇降台）
３０ａ：サーボモータ
３０ｂ：サーボ制御部
３２ａ：サーボモータ
３２ｂ：サーボ制御部
４２ａ：サーボモータ
４２ｂ：サーボ制御部
１００：光データ伝送装置
１１０：光データ変調装置
１１１：受信インタフェース
１２０：変調部
１２３：４Ｂ５Ｂ変換部
１２４：変調信号生成部
１２５：アドレス発生部
１２６：被変調信号発生部
１４０：発光素子駆動回路
１５０：発光素子（ＬＥＤ）
１６０：光データ復調装置
１７１：Ａ／Ｄ変換部
１７３，１７４：位相検知部（積和演算部）
１７５：位相検知部（除算部）
１７６，１７７：位相検知部（位相変換部）
１７８：位相設定部
１７９：位相差補正部
１８０：データ復調部
１８１：５Ｂ４Ｂ変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置に関し、例えば、固定設備と移動設備間のデータ伝送に好適な光データ伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品等の搬送に使用されるスタッカークレーンや天井走行クレーン等の移動設備では、省配線化のため、固定設備との間、或は移動設備間で制御指令等の信号の授受が光を通信媒体とする無線方式のシリアル通信で行なわれている。
【０００３】
例えば、固定設備に組み込まれたシステム制御装置に接続された全二重方式の通信線に、複数の移動設備に組み込まれたサーボ制御部が接続され、各サーボ制御部がシステム制御装置からの制御指令を通信線を介して受信してサーボモータを制御し、その制御状態をシステム制御装置に通信線を介して送信するサーボ通信システムにおいて、固定設備と移動設備または移動設備間の通信線に、光を通信媒体とする無線方式のシリアル通信を行なう光データ伝送装置が介装されている。
【０００４】
これらの設備では、使用環境の多様化や振動・機構系の経年変化等、機械軸に対する変動が大きいため、発光部及び受光部間である程度の指向角特性が必要とされる。また、移動設備の制御に使用するため、通信の信頼性、特に外乱ノイズに対する十分な耐環境特性も要求される。
【０００５】
電波を通信媒体とする無線通信方式では、外乱ノイズ対策等のために、キャリア周波数ｆｃで発振させた信号を振幅、周波数、或は位相で変調する各種の変調方式が採用されている。特に、キャリアの周波数を高い値に設定し、従来からのＡＳＫ方式や回路構成が複雑なＰＳＫ方式等を採用することにより通信の高速化が進んでいる。
【０００６】
また、光ファイバを介した光通信方式では、通信経路が光ファイバで定まる為に外乱光と自光干渉について特段の対策が必要とされず、光源にスイッチング特性の優れたレーザダイオードを使用することで高速通信が可能となるが、固定設備と移動設備間の通信では、光ファイバのような通信ケーブルを実装することが困難となる。
【０００７】
一方、光による無線通信方式で光源にレーザダイオードを使用する場合には、人体の目の安全を確保する必要があり、安全規格によってレーザ光の強度が制限されるため、通信距離の長距離化に限界があり、また、レンズの非点隔差による通信精度や光学系の複雑化等の課題もある。
【０００８】
そのため、移動体の制御を目的とした無線方式の光データ伝送装置では、安価で指向特性が広く、安全規格による発光強度の制限が課されないＬＥＤが光源に用いられ、電波による無線通信方式に比べて使用する発光素子等の特性から高周波での変調が容易でないため、変調方式として主にＦＳＫ方式が採用される場合が多い。
【０００９】
一般的なＦＳＫ方式を採用する場合、数十ｋｂｐｓ程度の比較的伝送速度が低い通信では、ＦＭラジオ用の復調ＩＣや周辺部品が安価に市販されているため、安価で容易に通信装置を製作することができる。
【００１０】
しかし、それ以上の通信速度では、データ周波数ｆｓに比べて十分に高い周波数のキャリア周波数ｆｃが必要となり、高周波で広帯域な特性が要求されるために、個別部品を用いて複雑な回路を構成する必要があり、さらには、調整作業の増加等、製造コストが上昇するため、実使用上１０Ｍｂｐｓ程度での使用が限界である。
【００１１】
ＰＳＫ方式の変調装置は、デジタル信号をＩ成分とＱ成分の直交信号成分に変換する直交変換部と、直交信号成分を同相の搬送波及び直交した搬送波とそれぞれ乗算する乗算部と、乗算された結果を加算する加算部等を備えることにより実現できる。また、復調装置は、この逆を行なう直交復調器により実現できる。
【００１２】
直交復調器に２乗方式や逆変調方式等の同期検波方式を採用する場合には、ミキサ回路が２つ必要となる等、回路構成が複雑になりその構成部品も多くなる。また、遅延検波方式を採用する復調装置では、シンボル間の位相差で判定する為、位相分割数に対しシンボルレートは半分になる。
【００１３】
変調方式としてＰＳＫ方式を採用する場合には、位相の分割数を増やすことにより、各位相に多値のシンボルを割り当てることが可能となり、キャリア周波数ｆｃを上げずに伝送速度を向上させることが可能となるが、位相の分割数を増やすに従って、ノイズ耐性が悪化するため位相検出回路の高い分解能が要求されるため、高価な信号処理回路が必要となっていた。そのため、従来、低価格の光伝送装置では、ＰＳＫ方式を採用するのが困難であった。
【００１４】
特許文献１には、遅延検波方式以外の検波方式として準同期検波方式が提案されている。特許文献１には、ＰＳＫ方式の変調信号に対する復調時の周波数誤差を低減し、またガウス性雑音の影響を低減して、誤り率の低い復調を可能にすることを目的として、アナログの入力信号をサンプリングしてデジタル値に順次変換するＡ／Ｄ変換器と、前記入力信号に対応した周波数で互いに位相が９０度異なる２相のローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル値列を、前記２相のローカル信号とそれぞれ乗算し、その乗算結果からベースバンド信号を抽出する直交復調器と、前記直交復調器から出力されたベースバンド信号に基づいて前記入力信号のキャリア周波数と前記ローカル信号の周波数との差による位相誤差を検出する誤差検出手段と、前記誤差検出手段によって検出された位相誤差が小さくなるように前記ローカル信号を制御するローカル信号制御手段と、前記直交復調器から出力されたベースバンド信号から位相情報を検出して、データを復調するデータ復調器とを備えたデジタル変調信号復調装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２０８９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１に記載されたデジタル変調信号復調装置では、誤差検出手段によって検出されたキャリア周波数とローカル信号の周波数との差による位相誤差に基づいて、位相誤差が小さくなるように２相のローカル信号の位相及び周波数を制御するローカル信号制御手段を備える必要がある。
【００１７】
しかし、微小な位相誤差に対応してローカル信号の位相及び周波数を制御するために、ダイレクトデジタルシンセサイザ等で構成されるローカル信号発生器の波形メモリに、微小な位相差に対応した波形データを格納する必要があり、メモリのデータ容量が嵩むという問題、ローカル信号生成のためのクロック周波数が高くなるという問題、それに対応して演算負荷が増大するという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明による光データ復調装置の第一の特徴構成は、位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、前記基準位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、を備えている点にある。
【００２０】
位相検知部では、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算に基づいて受信信号の位相が検知される。そして、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときの位相が基準位相に設定される。データ復調部では、設定された基準位相に基づいてデータが復調される。従って、位相変調された信号を復調するための信号処理ブロックが極めてシンプルに構成することができるようになった。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、前記位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、前記位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、を備えている点にある。
【００２２】
位相検知部では、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算に基づいて受信信号の位相が検知される。そして、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときの位相が基準位相に設定される。
【００２３】
そして、基準位相が設定された後に、キャリア周波数と局部発振クロックの周波数のずれに起因して位相検知部で検知される位相が変動する場合であっても、位相差補正部によって、基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値が算出され、基準位相とシンボルの位相の相対位相差が補正されるので、データ復調部では、位相差補正部により補正された相対位相に基づいて適正なデータが復調される。
【００２４】
上述の構成によれば、キャリア周波数と局部発振クロックの周波数がずれる場合であっても、直交基準信号を補正する必要が無くなるので、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる。
【００２５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルを備え、前記位相差検知部は当該累乗データに基づいて前記受信信号をシフト演算することにより、前記受信信号と直交基準信号との積を算出する点にある。
【００２６】
上述の構成によれば、受信信号と直交基準信号との積和演算を実行する場合に、受信信号に対して、データテーブルに直交基準信号の振幅データとして設定された２の累乗データに基づいて、受信信号をシフト演算することにより、極めて容易且つ高速に受信信号と直交基準信号との積を算出することができるようになる。
【００２７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記光信号は、前記所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で前記所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調され、前記データ復調部により復調されたデータから前記ベースバンド信号を再生するとともに、前記区切り信号によりベースバンド信号の終了を判定して一連の通信データを再生する通信データ再生部を備えている点にある。
【００２８】
上述の構成によれば、ベースバンド信号に所定シンボル数以上同一の符号が連続することがないので、位相設定部では、位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するとき、つまり、区切り信号のシンボルを０または１に固定すれば、区切り信号に対する位相が基準位相として設定される。また、ベースバンド信号の終了が判別できないような場合であっても、通信データ再生部によって、区切り信号でベースバンド信号の終了が判定できるので、一連の通信データを正確に再生することができるようになる。
【００２９】
本発明による光データ変調装置の第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた光データ復調装置に送信する光信号を生成する光データ変調装置であって、一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理してベースバンド信号を生成するとともに、前記一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号を挿入した変調信号を生成する変調信号生成部と、前記変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部と、前記データテーブルを備え、前記アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて、対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部と、を備えている点にある。
【００３０】
一連の通信データが任意のシンボル配列で構成される場合であっても、変調信号生成部によって、当該通信データが所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理したベースバンド信号に変換され、一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号が挿入された変調信号が生成される。尚、光データ復調装置では、当該区切り信号に基づいて基準位相が求められる。
【００３１】
アドレス発生部では、当該変調信号に基づいてキャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報が生成され、被変調信号発生部では、当該アドレス情報に基づいて対応するデータテーブルの振幅がデジタルの振幅信号として出力され、Ｄ／Ａ変換部を介してアナログの振幅信号、つまり、発光素子を駆動するための信号に変換される。
【００３２】
従って、極めて簡単な回路で位相変調回路を実現することができる。
【００３３】
同第二の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、前記アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、前記変調信号のシンボルの変化に基づいて前記リングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている点にある。
【００３４】
リングカウンタの値によって、データテーブルのアドレス情報が特定される。カウンタ制御部によって、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期して、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタの値が更新される。変調信号のシンボルの変化に基づいて、つまり、変調信号のシンボルが０から１に変化するか、１から０に変化するかによって、前記リングカウンタのカウント値が異なるので、そのカウント値によって位相変調が行なわれる。
【００３５】
本発明による光データ伝送装置の第一の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた光データ復調装置と、上述の第一または第二特徴構成を備えた光データ変調装置とを備えた光データ伝送装置であって、所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に用いられる点にある。
【００３６】
上述の構成によれば、キャリア周波数とローカル信号の周波数との差による基準位相の変動が生じても、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ伝送装置が実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、回路規模の増大や演算負荷の増大を来たすことなく、近距離から遠距離まで安定した高速の光通信が可能となる光データ復調装置、光データ変調装置、及び光データ伝送装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による光データ伝送装置の適用対象の一例である一般物流倉庫の説明図
【図２】光データ伝送装置を備えたスタッカークレーンの説明図
【図３】システム制御装置とサーボ制御部間の通信の説明図
【図４】光データ伝送装置の外観図
【図５】光データ伝送装置のブロック構成図
【図６】（ａ）は本発明による光データ変調装置のブロック構成図、（ｂ）はアドレス発生部で生成されるアドレス情報と、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルとの関係を示す説明図
【図７】（ａ）は基準位相を示す位相変調信号の説明図、（ｂ）は、基準位相から遷移した位相変調信号の説明図
【図８】（ａ）は本発明による光データ復調装置のブロック構成図、（ｂ）は直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明による光データ伝送装置を、一般物流倉庫内に設置されたスタッカークレーンの制御に適用した例について説明する。
【００４０】
図１に示すように、物流倉庫１０は、一対の載置棚１１と、一対の載置棚１１の間に敷設されたレール１２と、レール１２に沿って移動するスタッカークレーン２０と、レール１２の両側に設置された一対の荷載置台１４と、レール１２の一端側に配置され、スタッカークレーン２０に入出庫指令を指示するシステム制御装置１３を備えている。
【００４１】
各載置棚１１には多数の収容部１５が上下方向及び左右方向に複数並設され、それぞれの収容部１５には搬送対象物１６が載置されている。
【００４２】
以下、スタッカークレーン２０の走行方向の一方を、システム制御装置１３等を配設した基端側とし、他方を、他端側として説明する。尚、レール１２の基端側の端部を、スタッカークレーン２０の走行移動の基準位置と設定している。
【００４３】
図１及び図２に示すように、スタッカークレーン２０は、レール１２に沿って走行する走行台車２１と、この走行台車２１に立設された一対の昇降マスト２２と、一対の昇降マスト２２を上端部で連接する上部フレーム２３を備え、上部フレーム２３には水平回転する複数のガイドローラ２４が取り付けてあり、それらガイドローラ２４がガイドレール１８に挟接転動して転倒防止を図っている。
【００４４】
さらに、一対の昇降マスト２２には昇降自在に案内支持された昇降台２５が備えられ、昇降台２５には物品を移載可能なフォーク装置４０が備えられ、走行台車２１の水平移動、昇降台２５の昇降移動、及び、フォーク装置４０の作動により、荷載置台１４に載置されている搬送対象物１６を収容部１５に移載させ、また、収容部１５に収納されている搬送対象物１６を荷載置台１４に移載させるように構成されている。
【００４５】
昇降台２５は、昇降用チェーン２６により吊持されて昇降するように構成され、昇降用チェーン２６は、上部フレーム２３に取り付けた従動スプロケット２７ａ，２７ｂを経て一方の昇降マスト２２に設けた案内スプロケット２８を介して巻取ドラム２９に巻き掛けられている。
【００４６】
巻取ドラム２９は、サーボ制御部３０ｂ（図３参照）により制御される昇降用のサーボモータ３０ａを正逆に回転駆動させて昇降用チェーン２６の巻き取り、繰り出しを行い、昇降台２５を昇降させるように構成されている。
【００４７】
フォーク装置４０は、走行台車２１の走行方向に対して直角水平方向にスライドし、搬送対象物１６を載置自在なフォーク４１と、フォーク４１を昇降台２５上に引退させた引退位置と、収容部１５側へ延出させた延出位置にスライドさせるフォーク用のサーボモータ４２ａと、サーボモータ４２ａを制御するサーボ制御部４２ｂ（図３参照）を備えている。
【００４８】
収容部１５に収容された搬送対象物１６を搬出する際は、まず、昇降台２５を指定された収容部１５の前まで移動させる。次にフォーク４１を昇降台２５内の引退位置から搬送対象物１６が載置された収容部１５側の延出位置にスライドさせ、その状態で昇降台２５を少し上昇させ、フォーク４１を再度引退位置までスライドさせる。この動作により搬送対象物１６は昇降台２５上に載置される。
【００４９】
搬送対象物１６を収容部１５に収容する際は、まず、昇降台２５を指定された収容部１５の前まで移動させる。次に搬送対象物１６を載置したフォーク４１を昇降台２５内の引退位置から収容部１５側の延出位置にスライドさせ、その状態で昇降台２５を少し下降させ、フォーク４１を再度引退位置までスライドさせる。この動作により搬送対象物１６は収容部１５に収容される。
【００５０】
走行台車２１は、レール１２上を走行自在な車輪３１を複数備え、それらの車輪３１うちの、他端側の車輪３１ｂが、サーボ制御部３２ｂ（図３参照）により制御される走行用のサーボモータ３２ａで駆動される駆動輪として、基端側の車輪３１ａが遊転自在な従動輪として構成されている。
【００５１】
図３に示すように、システム制御装置１３に接続された全二重方式の通信線１３ａには、走行用のサーボモータ３２ａを制御するサーボ制御部３２ｂと、昇降用のサーボモータ３０ａを制御するサーボ制御部３０ｂと、フォーク用のサーボモータ４２ａを制御するサーボ制御部４２ｂが接続されている。
【００５２】
システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部３２ｂによりサーボモータ３２ａが駆動され、サーボモータ３２ａの回転数や回転角度情報がサーボ制御部３２ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３により走行台車２１の水平方向での走行位置が制御される。
【００５３】
また、システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部３０ｂによりサーボモータ３０ａが駆動され、サーボモータ３０ａの回転数や回転角度情報等が、サーボ制御部３０ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３により昇降台２５の上下方向での昇降位置が制御される。
【００５４】
さらに、システム制御装置１３からの制御指令に基づいて、サーボ制御部４２ｂによりサーボモータ４２ａが駆動され、サーボモータ４２ａの回転数や回転角度情報が、サーボ制御部４２ｂを介してシステム制御装置１３にフィードバックされることにより、システム制御装置１３によりフォーク４１の水平方向のスライド位置が制御される。
【００５５】
つまり、通信線１３ａを介してシステム制御装置１３からの制御指令を受信した各サーボ制御部３２ｂ，３０ｂ，４２ｂが、走行用のサーボモータ３２ａ、昇降用のサーボモータ３０ａ、フォーク用のサーボモータ４２ａをそれぞれ制御し、その制御状態をシステム制御装置１３に通信線１３ａを介して伝送するイーサネット（登録商標）を用いたサーボ通信システムが構成されている。
【００５６】
各通信線１３ａは、送信側と受信側の一対の通信線を備え、一連のフレームデータを電気信号として伝送する銅線ケーブルや、光パルス信号として伝送する光ファイバケーブル等で構成されている。本実施形態では、各通信線１３ａが銅線ケーブルで構成される例を説明するが、各通信線１３ａが光ファイバケーブルで構成される場合でも同様である。
【００５７】
システム制御装置１３と、システム制御装置１３に対して相対移動する走行台車２１との間を接続する通信線１３ａ、及び、走行台車２１と走行台車２１に対して相対移動する昇降台２５とを接続する通信線１３ａに、それぞれ一対の光データ伝送装置１００が介装されている。
【００５８】
システム制御装置１３が設置された設備が本発明による固定設備となり、サーボ制御部３０ａ，３０ｂ，４２ｂが設置された設備が本発明による移動設備になる。
【００５９】
図４に示すように、光データ伝送装置１００は、上部ケーシング３０１ａと下部ケーシング３０１ｂで構成されるケーシング３０１と、ケーシング３０１の一側面に備えられた端部カバー部材３０２を備え、端部カバー部材３０２には光信号を投光する投光窓３０３と、光信号を受光する受光窓３０４が形成されている。
【００６０】
図５に示すように、各光データ伝送装置１００は、光データ変調装置１１０と光データ復調装置１６０を備えている。
【００６１】
光データ変調装置１１０は、赤外ＬＥＤでなる発光素子１５０と、送信側の通信線１３ａを介して伝送される可変長のフレームデータを取り込む受信インタフェース１１１と、受信インタフェース１１１に取り込まれたフレームデータに基づいてキャリアを位相変調する変調部１２０と、変調部１２０から出力される被変調信号に基づいて発光素子１５０を駆動する発光素子駆動回路１４０と、発光素子１５０から出力された光を平行光に形成する光学レンズ１１２を備えている。光学レンズ１１２を通過した光信号は他方の光データ伝送装置１００に伝送される。
【００６２】
光データ復調装置１６０は、他方の光データ伝送装置１００から伝送された光信号を集光する光学レンズ１６２と、光学レンズ１６２により集光された光信号を検出する受光素子でなる受光部１６３と、受光部１６３で光電変換された電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ１９０と、トランスインピーダンスアンプ１９０で増幅された電気信号を復調して可変長のフレームデータを生成する復調部１７０と、復調部１７０で生成された可変長のフレームデータを受信側の通信線１３ａに中継出力する送信インタフェース１６１を備えている。
【００６３】
図６（ａ）には光データ変調装置１１０の機能ブロック構成が示されている。
変調部１２０は、４Ｂ５Ｂ変換部１２３と、変調信号生成部１２４と、アドレス発生部１２５と、被変調信号発生部としての正弦波発生部１２６等を備えている。発光素子駆動回路１４０は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、バンドパスフィルタ１４２と、発光素子１５０のドライバ１４３を備えている。
【００６４】
イーサネット（登録商標）のフレームデータは、７オクテットの「プリアンブル」フィールド、１オクテットの「ＳＦＤ（Start Frame Delimiter）」フィールド、６オクテットの「宛先アドレス」フィールド、６オクテットの「送信元アドレス」フィールド、２オクテットの「長さ／タイプ」フィールド、最小４６オクテットから最大１５００オクテットの「データ」フィールド、４オクテットの「ＦＣＳ」フィールドで構成されている。
【００６５】
受信インタフェース１１１は、ＭＩＩ（Media Independent Interface）規格に基づくＰＨＹチップで構成され、送信側の通信線１３ａを介して１０ＭＢＰＳの通信速度で伝送される上述の可変長のフレームデータが、受信インタフェース１１１によって４ビット単位のパラレルデータに分割され、順次後段に出力される。
【００６６】
受信インタフェース１１１から出力される４ビット単位のパラレルデータが、４Ｂ５Ｂ変換部１２３によって４Ｂ５Ｂ変換された後、シリアルデータに変換されて１２．５ＭＢＰＳの通信速度で変調信号生成部１２４に出力される。つまり、通信線１３ａから伝送される一連の通信データ（フレームデータ）に、所定シンボル数（ここでは、５シンボル数）以上同一の符号が連続しないように符号変換処理が行なわれる。尚、受信インタフェース１１１であるＰＨＹチップに４Ｂ５Ｂ変換部１２３が組み込まれる構成であってもよい。
【００６７】
変調信号生成部１２４は、受信インタフェース１１１から出力される送信制御信号に基づいて、連続する一連の通信データ（フレームデータ）の区切りを検知し、一連の通信データ（フレームデータ）間に所定シンボル数（ここでは、５シンボル数）以上同一の符号（ここでは、０）が連続する区切り信号を挿入した変調信号（ベースバンド信号）を生成してアドレス発生部１２５に出力する。尚、送信制御信号は、フレームデータの先頭シンボルの送信直前に立ち上がり、フレームデータの最終シンボルの送信直後に立ち下がる制御信号である。
【００６８】
発振器１１３から出力されるクロック信号が、分周器１２１、逓倍器１２２を介して２４０ＭＨｚのクロック信号に変換され、当該クロック信号がアドレス発生部１２及び正弦波発生部１２６に入力されている。
【００６９】
図６（ｂ）に示すように、正弦波発生部１２６には、正弦波のキャリア信号の各位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°に対応する振幅０．５，１．０，０．５、−０．５，−１．０，−０．５が、０から１０２３の１０ビットデータとして設定されたデータテーブルが設けられている。データテーブルの値０が振幅−１．０に対応し、データテーブルの値１０２３が振幅１．０に対応し、データテーブルの値５１１が振幅０に対応する。
【００７０】
アドレス発生部１２５で生成される０から５の各アドレスに従って、各位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°の各振幅データがアクセスされる。
【００７１】
尚、データテーブルに格納される振幅は、位相３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°，３３０°に対応する値に限るものではなく、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する値であってもよい。また、キャリア周波数の逓倍のクロックに合わせて、各位相に対する振幅が設定されていればよい。
【００７２】
アドレス発生部１２５は、０から５迄の値を繰返しカウントするリングカウンタと、１２．５ＭＢＰＳの通信速度で入力される変調信号を２４０ＭＨｚでサンプリングして、リングカウンタのカウント値を制御するカウンタ制御部を備えている。
【００７３】
カウンタ制御部は、サンプリングした変調信号のシンボルの値が前回のサンプリング値と一致するときにリングカウンタの値を１加算し、シンボルの値が０から１に変化するときにリングカウンタの値を２加算し、シンボルの値が１から０に変化するときにリングカウンタの値を−１加算する。
【００７４】
従って、サンプリングした変調信号のシンボルの値が前回のサンプリング値と一致するときには、正弦波発生部１２６から４０ＭＨｚ（＝２４０ＭＨｚ／６）の正弦波の振幅データが出力され、シンボルの値が０から１に変化すると、６０°位相が進んだ正弦波の振幅データが出力され、シンボルの値が０から１に変化すると、１２０°位相が遅れた元の正弦波の振幅データが出力される。つまり、変調部１２０では、２値の位相変調（ＢＰＳＫ）が行なわれる。
【００７５】
図７（ａ）には、変調信号に同一のシンボル値０が連続する場合に、正弦波発生部１２６から出力される４０ＭＨｚの正弦波に対応する振幅データが、階段状の波形として表わされている。
【００７６】
図７（ｂ）には、変調信号のシンボルの値が０から途中で１に変化する場合に、正弦波発生部１２６から出力される４０ＭＨｚの正弦波に対応する振幅データが、階段状の波形として表わされている。シンボルの値が０から１に変化する時点で位相が６０°進んでいる。
【００７７】
正弦波発生部１２６から出力される振幅データは、Ｄ／Ａ変換部１４１によってアナログ信号に変換され、バンドパスフィルタ１４２によって高調波成分が除去されることにより、図７（ａ），（ｂ）に二点鎖線で示す正弦波に波形成形され、ドライバ１４３に出力される。ドライバ１４３によって、所定の直流バイアス電圧に当該正弦波電圧を重畳した電圧が発光素子１５０に印加されることにより、発光素子１５０から位相変調された光信号が出力される。
【００７８】
つまり、光信号は、所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調されている。
【００７９】
また、光データ変調装置は、変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部とデータテーブルを備え、アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部とを備えている。
【００８０】
さらに、アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、変調信号のシンボルの変化に基づいてリングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている。
【００８１】
図８（ａ）には光データ復調装置１６０の機能ブロック構成が示されている。
復調部１７０は、Ａ／Ｄ変換部１７１と、ラッチ回路１７２と、積和演算部１７３，１７４と、除算部１７５と、位相変換部１７６，１７７と、位相設定部１７８と、位相差補正部１７９と、データ復調部１８０と、通信データ再生部１８１と、５Ｂ４Ｂ変換部１８２を備えている。
【００８２】
Ａ／Ｄ変換部１７１では、トランスインピーダンスアンプ１８０で増幅されたアナログの受信信号が、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックで８ビットのデジタルの受信信号に変換される。具体的に、Ａ／Ｄ変換部１７１は、逓倍器１２２から出力される２４０ＭＨｚのクロック信号で駆動され、キャリア周波数４０ＭＨｚの６倍の周波数で受信信号ｄｍ（ｍ；０，１，２，３，４，５）をサンプリングする。
【００８３】
２４０ＭＨｚでサンプリングされた８ビットの受信信号がラッチ回路１７２を介して、積和演算部１７３，１７４に入力される。積和演算部１７３，１７４は、Ａ／Ｄ変換部１７１でデジタルデータに変換された受信信号と直交基準信号との積和演算を局部発振クロックに同期して実行する。
【００８４】
尚、積和演算部１７３，１７４以降の信号処理ブロックは、分周器１８３により１２０ＭＨｚに分周されたクロックにより駆動される。ラッチ回路１７２には、２４０ＭＨｚでサンプリングされた８ビットのデジタルデータｄｍが２バイトずつ格納され、１２０ＭＨｚのクロックに同期して２バイト単位で積和演算部１７３，１７４に入力される。
【００８５】
図８（ｂ）に示すように、積和演算部１７３には、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する正弦波の振幅データが格納されたデータテーブルと演算部を備え、演算部によってラッチ回路１７２にラッチされたデジタルデータｄｍとデータテーブルに格納された振幅データとの間で、次式に示す積和演算Ｓｓが実行される。
Ｓｓ＝Σ（ｄｍ・Ｓｉｎ（２πｍ／６））
＝ｄ０・Ｓｉｎ０°＋ｄ１・Ｓｉｎ６０°＋ｄ２・Ｓｉｎ１２０°
＋ｄ３・Ｓｉｎ１８０°＋ｄ４・Ｓｉｎ２４０°＋ｄ５・Ｓｉｎ３００°
【００８６】
積和演算部１７４には、位相０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°に対応する余弦波の振幅データが格納されたデータテーブルと演算部を備え、演算部によってラッチ回路１７２にラッチされたデジタルデータｄｍとデータテーブルに格納された振幅データとの間で、次式に示す積和演算Ｓｃが実行される。
Ｓｃ＝Σ（ｄｍ・Ｃｏｓ（２πｍ／６））
＝ｄ０・Ｃｏｓ０°＋ｄ１・Ｃｏｓ６０°＋ｄ２・Ｃｏｓ１２０°
＋ｄ３・Ｃｏｓ１８０°＋ｄ４・Ｃｏｓ２４０°＋ｄ５・Ｃｏｓ３００°
【００８７】
図８（ｂ）のＳｉｎ簡易値及びＣｏｓ簡易値の欄に示すように、本実施形態では、データテーブルに格納される直交基準信号Ｓｉｎ，Ｃｏｓの振幅データが２の累乗データとして設定されている。従って、上述の演算部は、当該累乗データに基づいて受信信号をシフト演算することにより、受信信号と直交基準信号との積が算出されるように構成されている。このような簡易演算処理を採用することにより、コンパクトな回路構成で且つ高速演算が可能な演算部を実現している。
【００８８】
例えば、直交基準信号Ｓｉｎが一律１０倍され、１０・Ｓｉｎ（２π／６）≒８．６６≒８に設定されている。従って、ｄ１・Ｓｉｎ６０°の演算処理では、受信信号ｄ１を３ビット左にシフトすることによりその結果が算出される。
【００８９】
例えば、直交基準信号Ｃｏｓが一律８倍され、８・Ｃｏｓ（２π・２／６）＝−４に設定されている。従って、ｄ２・Ｃｏｓ１２０°の演算処理では、受信信号ｄ２を２ビット右にシフトした値の補数を求めることにより、その結果が算出される。
【００９０】
除算部１７５では、クロックに同期して積和演算部１７３，１７４から出力されるＳｓ，Ｓｃを次式に基づいて除算してＡｒｃｔａｎθ´を算出する。
θ´＝Ａｒｃｔａｎ（Ｓｃ／Ｓｓ）
【００９１】
±４５°の範囲の位相θの値が格納されたデータテーブルを備えた位相変換部１７６によって、Ｓｃ／Ｓｓの値に対応する位相θ´が求められる。
【００９２】
位相変換部１７７では、この位相θと、積和演算部１７３，１７４から出力されるＳｓ，Ｓｃの関係から３６０°の範囲の位相θが求められる。
【００９３】
つまり、積和演算部１７３，１７４と、除算部１７５と、位相変換部１７６，１７７によって、局部発振クロックに同期して、Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部が構成されている。
【００９４】
位相設定部１７８は、１２０ＭＨｚのクロック信号に基づいて、受信信号ｄｍが５シンボル数以上０が連続する区切り信号であるか否かを判別し、区切り信号であると判定したときに、当該位相θ（＝３０°）をデータ０に対応する基準位相としてメモリに格納する。つまり、同じ位相θが５シンボル数以上連続するときに区切り信号であると判定するのである。
【００９５】
データ復調部１８０は、位相変換部１７７から出力される位相と当該基準位相とを比較して、変調信号（ベースバンド信号）を再生する。
【００９６】
通信データ再生部１８１によって、データ復調部１８０で再生された変調信号（ベースバンド信号）から区切り信号が検知されると、当該区切り信号が除去され、その区切り信号の直前の信号がフレームデータの最終シンボルであり、その区切り信号の直後の信号がフレームデータの先頭シンボルであると識別される。
【００９７】
さらに５Ｂ４Ｂ変換部１８２によって、フレームデータが５Ｂ４Ｂ変換されて、通信線１３ａに伝送されるべき元のフレームデータが再生される。５Ｂ４Ｂ変換後のデータは４ビット単位で送信インタフェース１６１であるＰＨＹチップに入力され、イーサネット（登録商標）のフレームデータに変換されて通信線１３ａを介して伝送される。
【００９８】
本発明による光データ復調装置１６０は、さらに、送信元の光信号の変調クロックの基準周波数と、局部発振クロックの基準周波数との誤差に起因する基準位相の変動を吸収する位相差補正部１７９を備えている。
【００９９】
フレームデータの先頭に配置された区切り信号に基づいて、基準位相が設定されるが、その後、送信元の変調クロックの基準周波数と局部発振クロックの基準周波数の誤差が蓄積されると、基準位相が変動して最大で１５２２オクテットもの長さになるフレームデータを正確に復調できない虞があるためである。
【０１００】
位相差補正部１７９は、位相設定部１７８で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正するように構成されている。
【０１０１】
位相設定部１７８によって区切り信号に基づく基準位相が設定された後、位相差補正部１７９は、シンボル値が０であると判定される複数のシンボルの位相の相加平均値を算出し、当該相加平均値が基準位相に対して予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値を新たな基準位相として補正するのである。
【０１０２】
許容範囲は適宜設定される値であり、例えば、本実施形態のようにシンボル値が０となる基準位相が３０°である場合、その値の±１０％の範囲に設定することができる。
【０１０３】
シンボル値が０であると判定される複数のシンボルの位相と基準位相との偏差の相加平均値を求め、当該相加平均値が予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値に基づいて基準位相を補正してもよい。例えば、相加平均値が基準位相の偏差よりΔθ大きくなると、基準位相にΔθ加算した値を新たな基準位相に設定してもよい。
【０１０４】
逆に、シンボル値が１であると判定される複数のシンボルの位相の相加平均値を算出し、相加平均値が基準位相に対して予め設定されている許容範囲を逸脱すると、そのときの相加平均値に基づいて基準位相を補正してもよい。
【０１０５】
基準位相を補正するのではなく、シンボル値に対する位相を補正し、補正後の位相と基準位相を比較してもよい。
【０１０６】
以下、別実施形態を説明する。
上述の実施形態では、一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理するために、４Ｂ５Ｂ変換部を備えた例を説明したが、所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理するものであれば、４Ｂ５Ｂ変換に制限されるものではない。例えば、８Ｂ１０Ｂ変換処理するものであってもよい。それに対応して変調部が構成されるようにすればよい。
【０１０７】
上述した実施形態では、キャリアの周波数４０ＭＨｚの６倍の周波数２４０ＭＨｚに同期して位相変調する例を説明したが、この値に制限されるものではなく適宜設定可能である。例えば、キャリアの周波数４０ＭＨｚの８倍の周波数３２０ＭＨｚに同期して位相変調する場合には、正弦波発生部１２６に備えた６０°ピッチのデータテーブルを４５°ピッチのデータテーブルに設定すればよい。
【０１０８】
上述した実施形態では、カウンタ制御部は、シンボルの値が０から１に変化するときにリングカウンタの値を２加算し、シンボルの値が１から０に変化するときにリングカウンタの値を−１加算するとしているが、加減算値を変える事により、１２０°や１８０°位相変調としてもよい。
【０１０９】
以上、変調部１２０で２値の位相変調（ＢＰＳＫ）が行なわれる例を説明したが、本発明が適用される位相変調は２値の位相変調（ＢＰＳＫ）に限るものではなく、４値の位相変調（ＱＰＳＫ）等の多値の位相変調にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１１０】
また、本発明による光データ伝送装置は、イーサネット（登録商標）の通信線を中継する用途に限らず、所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に好適に用いられる。
【０１１１】
例えば、鉄鋼工場等に設置される天井クレーン装置でなる移動設備と、当該天井クレーン装置を制御する制御装置を備えた固定設備間の通信等にも好適に用いられる。
【０１１２】
以上説明した光データ伝送装置の具体的構成は、何れも本発明の一例を示すものであり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各ブロックの具体的な構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１１３】
１３：固定設備（システム制御装置）
１３ａ：通信線
１８：ガイドレール
２０：スタッカークレーン
２１：移動設備（走行台車）
２５：移動設備（昇降台）
３０ａ：サーボモータ
３０ｂ：サーボ制御部
３２ａ：サーボモータ
３２ｂ：サーボ制御部
４２ａ：サーボモータ
４２ｂ：サーボ制御部
１００：光データ伝送装置
１１０：光データ変調装置
１１１：受信インタフェース
１２０：変調部
１２３：４Ｂ５Ｂ変換部
１２４：変調信号生成部
１２５：アドレス発生部
１２６：被変調信号発生部
１４０：発光素子駆動回路
１５０：発光素子（ＬＥＤ）
１６０：光データ復調装置
１７１：Ａ／Ｄ変換部
１７３，１７４：位相検知部（積和演算部）
１７５：位相検知部（除算部）
１７６，１７７：位相検知部（位相変換部）
１７８：位相設定部
１７９：位相差補正部
１８０：データ復調部
１８１：５Ｂ４Ｂ変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、
受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、
前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、
前記基準位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、
を備えている光データ復調装置。
【請求項２】
位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、
受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、
前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、
前記位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、
前記位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、
を備えている光データ復調装置。
【請求項３】
前記直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルを備え、前記位相検知部は当該累乗データに基づいて前記受信信号をシフト演算することにより、前記受信信号と直交基準信号との積を算出する請求項１または２記載の光データ復調装置。
【請求項４】
前記光信号は、前記所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で前記所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調され、前記データ復調部により復調されたデータから前記ベースバンド信号を再生するとともに、前記区切り信号によりベースバンド信号の終了を判定して一連の通信データを再生する通信データ再生部を備えている請求項１から３の何れかに記載の光データ復調装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の光データ復調装置に送信する光信号を生成する光データ変調装置であって、
一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理してベースバンド信号を生成するとともに、前記一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号を挿入した変調信号を生成する変調信号生成部と、
前記変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部と、
前記データテーブルを備え、前記アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて、対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、
被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部と、
を備えている光データ変調装置。
【請求項６】
前記アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、前記変調信号のシンボルの変化に基づいて前記リングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている請求項５記載の光データ変調装置。
【請求項７】
請求項１から４の何れかに記載の光データ復調装置と、請求項５または６記載の光データ変調装置とを備えた光データ伝送装置であって、
所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に用いられる光データ伝送装置。
【請求項１】
位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、
受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、
前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、
前記基準位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、
を備えている光データ復調装置。
【請求項２】
位相変調された光信号を受信して復調する光データ復調装置であって、
受光素子で受光されたアナログの受信信号を、キャリア周波数の逓倍周波数の局部発振クロックでＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記局部発振クロックに同期して、前記Ａ／Ｄ変換部で生成された受信信号と直交基準信号との積和演算を実行し、当該積和演算結果に基づいて位相を算出する位相検知部と、
前記位相検知部で算出された位相が所定シンボル数連続するときに、当該位相を基準位相に設定する位相設定部と、
前記位相設定部で設定された基準位相に対応するシンボルの位相の相加平均値を算出し、算出した相加平均値に基づいて前記基準位相とシンボルの位相の相対位相差を補正する位相差補正部と、
前記位相差補正部により補正された相対位相に基づいてデータを復調するデータ復調部と、
を備えている光データ復調装置。
【請求項３】
前記直交基準信号の振幅データが２の累乗データとして設定されたデータテーブルを備え、前記位相検知部は当該累乗データに基づいて前記受信信号をシフト演算することにより、前記受信信号と直交基準信号との積を算出する請求項１または２記載の光データ復調装置。
【請求項４】
前記光信号は、前記所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理されたベースバンド信号と、時系列的に連続するベースバンド信号間で前記所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号とで構成された変調信号により位相変調され、前記データ復調部により復調されたデータから前記ベースバンド信号を再生するとともに、前記区切り信号によりベースバンド信号の終了を判定して一連の通信データを再生する通信データ再生部を備えている請求項１から３の何れかに記載の光データ復調装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の光データ復調装置に送信する光信号を生成する光データ変調装置であって、
一連の通信データを所定シンボル数以上同一の符号が連続しないように符号変換処理してベースバンド信号を生成するとともに、前記一連の通信データの間に所定シンボル数以上同一の符号が連続する区切り信号を挿入した変調信号を生成する変調信号生成部と、
前記変調信号のシンボルに基づいて、キャリア信号の位相に対応する振幅データが設定されたデータテーブルのアドレス情報を生成するアドレス発生部と、
前記データテーブルを備え、前記アドレス発生部から出力されるアドレス情報に基づいて、対応するデータテーブルの振幅をデジタルの振幅信号として出力する被変調信号発生部と、
被変調信号発生部から出力された振幅信号を、発光素子を駆動するためのアナログの振幅信号に変換するＤ／Ａ変換部と、
を備えている光データ変調装置。
【請求項６】
前記アドレス発生部は、キャリア周波数の逓倍周波数の基準発振クロックに同期してカウントされ、キャリアの一周期でリセットされるリングカウンタと、前記変調信号のシンボルの変化に基づいて前記リングカウンタのカウント値を異ならせるカウンタ制御部を備えている請求項５記載の光データ変調装置。
【請求項７】
請求項１から４の何れかに記載の光データ復調装置と、請求項５または６記載の光データ変調装置とを備えた光データ伝送装置であって、
所定の軌道上を移動する移動設備と前記移動設備を制御する固定設備にそれぞれ設置され、前記移動設備と固定設備間または前記移動設備間の通信、または、移動設備間の通信に用いられる光データ伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２８８６９（Ｐ２０１１−２２８８６９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５５９４（Ｐ２０１０−９５５９４）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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