Microsoft PowerPoint フォトニクスフォーラム(JVC笹生)

(1)

1 2005.5.19 フォトニクス・フォーラム研究会

2005年5月19日

日本ビクター株式会社

技術開発本部

笹生剛良

屋内光無線通信

によるホームネットワーク

Agenda

• 光無線通信システムとは

• システム事例

– 屋内光無線LANシステム

• 特徴

– 高速データ通信

– セキュリティ

– 空間分割

• 導入事例

– 光無線ハイビジョン映像伝送システム

• まとめ

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無線方式の比較

光電波通信速度・法規制がある・5.2GHz帯では54Mbps上限・60GHz帯では光と同等・法規制はない・LEDで100Mbps,LDでは数Gbps ・目の安全性で制限を受ける・5.2GHz迄は遮蔽でも通信可・小型化が容易・標準化で安価になる使いやすさ・通信速度が保証される・量産により小型化が可能・用途開発が鍵欠点・通信速度が保証されない・周辺の機器に影響される・秘話性に問題がある・遮蔽に弱い・素子開発が遅れている・インフラとして根付いていない用途・SOHOのLAN ・ファイル転送・ゲーム等のホビー・高速無線装置・リアルタイム伝送・秘話無線伝送

光無線通信システムの種類

光ファイバ

デジタルオーディオ（トスリンク）

イーサネット、幹線系

伝送速度

屋外光無線

ビル間通信

屋内光無線

光無線LAN

ハイビジョン映像伝送

近接光無線

リモコン

IrDA

赤外線ヘッドホン

10Mbps

100Mbps

1Gbps

(3)

光無線通信のトポロジー

無指向方式ハイブリッド方式指向方式直射方式拡散・反射方式 6 2005.5.19 フォトニクス・フォーラム研究会

光無線事業の経緯

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Network

1:1型100Mbps ビル間通信 1990 1997 1998 1999 2000 2002 1Gbps 100Mbps 10Mbps 128Kbps VIPSLAN-E ★ARIB STD-50 標準化(1997/02/18）ﾒｯｾｰｼﾞｼｽﾃﾑ P OW E R/ L IN K SE A RC H 1:N型100Mbps 光無線LAN ★ARIB STD-50 2.0(2002/05） 2003 VIPSLAN-100

高

速

化

2004 2001

Luciole

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システム事例１

屋内光無線LANシステム

100Mbps

光無線

LAN

の特徴

◆ 広帯域高出力LEDと高感度APDの開発

◆ 世界初の100Mbps 1対N光空間プロトコルの開発

◆ 全方位自動光軸サーチの搭載

コンセプト

OS、ハードウェアに依存しない

イーサネット互換の無線LAN環境の構築

有線LANと同等な伝送速度を無線にて実現する

(5)

光無線

LAN

のシステム構成例

100Mbps

1Gbps

SW-HUB

100Mbps

Network

100Mbps

Network

SW-HUB

光無線ハブ

光無線

インターフェイス

バックボーン回線

光無線

LAN

ユニット

1m

5m

150゜

2.7m

光無線ハブ

光無線

インターフェイス

15゜

1m

5m

15゜

(6)

光無線

LAN

システムの特徴

(1)

• 高速データ伝送

• セキュリティ

• 空間分割

• 伝送速度100Mbpsを実現

– 社団法人電波産業会「ARIB STD-T50」

– IEEE802.3x-Txに準拠

– 専用ドライバソフトが不要

光無線

LAN

システムの特徴

(2)

• 高速データ伝送

• セキュリティ

• 空間分割

(7)

光無線

LAN

システムの特徴

(3)

• 高速データ伝送

• セキュリティ

• 空間分割

100Mbps

区役所への導入例

光無線ハブ

光無線インターフェイス

セキュリティ性を重視

(8)

学校への導入例

光無線インターフェイス

空間分割による伝送速度の確保

システム事例２

光無線ハイビジョン映像伝送システム

(9)

光無線ハイビジョン映像伝送システム

※

http://www.jvc-victor.co.jp/tv/lw-hdw1/index.html

システム構成と設置例

1.5Gbps

(10)

ワイヤレス映像伝送方式の比較

◎ ◎ ○ 安全性ビーム（数度以下） 10m 指向性あり 30度/4m、15度/7m 無指向、遮断の影響なし 20m～100m 指向角伝送距離常時1対1接続デジタルのHDTV映像（ピクセルデータの直接伝送が可能）常時1対1接続アナログのNTSC映像通信速度保証なし MPEG2のNTSC映像（圧縮、伸張が必要）映像伝送品質 ◎ ◎ × 秘話性（干渉、混信）広帯域：1.25Gbps 法規制なし数M～100Mbps （アナログ変調あり）法規制なし 2.4GHz帯：11Mbps※ 5GHz帯：54Mbps 法規制あり、帯域保証なし伝送帯域近赤外光（LD）近赤外光（LED）電波 ※’03.2現在

主な特徴

～報道発表資料より～

• 1.5Gbpsの超高速ワイヤレス伝送によりハイビジョン映像信号と音声信号を

非圧縮で伝送

– 送信ユニットに入力された525i、525p、750p、1125iの映像信号を全て1125i（解像度：1920×1080画素）のハイビジョン信号にアップコンバートし、新開発の光伝送LSIにより独自のデジタルフォーマットに変換。 1.5Gbpsでハイビジョン画質を損なわない非圧縮ワイヤレス伝送を実現しました。

• 1.5m～10mの伝送距離確保で長距離でも画質を損なわずに伝送

– 1.5m～10mの伝送距離を確保することで、シアタールームやリビングルームなどほとんどの室内空間に対応。また、有線伝送で困難とされる10mの長距離伝送時においても、画質を劣化させずに伝送することができます。

• アイセーフ光学系の開発により人の目に対する安全性を確保

– 新たに開発したアイセーフ光学系により、レーザー光線を拡散することで、レーザー安全基準である「IEC60825-1Class1」をクリア。人の目に安全な光ワイヤレス伝送を実現しました。

• 指向性のあるレーザーによる伝送と独自の暗号化技術により著作権やプラ

イバシーを保護

– 無線信号が広く拡散しない指向性のあるレーザーと独自の暗号化システムにより、著作権やユーザーのプライバシーを保護。さらに、1対1の指向性を持った伝送により電波無線では難しい安定性を確保しました。

(11)

ピクセルデータ伝送

ＰＤＰＸＧＡディスプレイ部コンポーネント信号出力チューナー部 HD,VD,CK 階調処理ＲＧＢ変換デコード同期再生パラレル化 1024×768ｐ 1Gbps（ 1024×768×60Hz×16bit + overhead ） HD,VD,CK HD,VD,CK 最大 2200×1125 i 表示フォーマット変換（ＤＥＴ処理）８B１０B 符号化シリアライズ化光送信器光受信器光無線伝送部受信側信号処理部送信側信号処理部 1024×768×60Hz×16bit 1.5Gbps 1.5Gbps Y ＵＶ Y’ Ｕ’ Ｖ’ Y’ Ｕ’ Ｖ’ ＲＧＢアイセーフ光学系高効率受光系 22 2005.5.19 フォトニクス・フォーラム研究会

Data Speed of Various Formats

1920 *1080i 1280*720p WXGA1280 *768 WXGA 1365 *768 XGA 1024 *768 720 *480p SXGA1280 *1024 Video Data (4:2:2(YUV), 60Hz)

VGA 640 *480 Data Speed 1365 *768p PC Data (4:4:4(RGB), 60Hz) Our First Target Spec 1.5Gbps

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光伝送部の全体構成

光受信ユニット

手動光軸調整

指向角：4.5deg

光送信ユニット

自動光軸調整機構（光軸ずれ自動調整）

指向角：1.2deg

伝送距離：10m

上り回線１）制御データ（19.2kbps）・送達確認・データエラー情報・相互認証等 10mで半径20cmの円下り回線光強度変調１）データ（1.5Gbps）・映像データ・音声データ等

民生用高速光無線のキーパーツ

• アイセーフ光学ユニット

– 高出力の光を安全に放射する

• IEC60825-1 Class1

• VCSEL(面発光型半導体レーザ)アレイ

– 高速、高出力の発光素子(半導体LD)：アレイ化

– 空間伝送用途に適した発光プロファイル

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アイセーフ光学系の外観図

アイセーフレンズ

プラスチック非球面レンズ

出射開口 Φ20mm

拡散面

反射面

Au,Alなど

レーザー

入射開口

Φ3mm

アイセーフ光学系の原理

伝送光が目に入射した場合の網膜上の結像イメージアイセーフ光学系を用いない場合アイセーフ光学系を用いた場合近赤外ＬＤ反射面アイセーフレンズコリメートレンズ拡散面アイセーフ光学系構造図 _網膜小さな光源 (レーザー光源) 小さな網膜像大きな光源 (アイセーフ拡散光源) 大きな網膜像アイセーフの原理

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アイセーフ光学系の効果

クラス1 被ばく放出限界

(783nm)

AEL=0.57mW

クラス1 被ばく放出限界

(783nm)

AEL=21.7mW

アイセーフレンズによる効果

約38倍

一般的なコリメート光学系(微小光源)

アイセーフ光学系(拡散光源)

単レンズレーザーダイオード

VCSEL

アレイ

• 特徴

– 長寿命

• 数万時間以上

(CD用などのLDは数千時間)

– 周波数特性

• 1.5GHz以上

– アレイ化

• 5mW×4 → 20mW

(ピーク値)

• 面内分布が均一なため並列駆動を実現

– 発光分布

• 素子構造上（マルチモード）発光分布にバラツキあり

• アイセーフ光学ユニットとして調整にて対応

4スポットVCSELアレイ

(15)

発光プロファイルの改善

改善前

改善後

本システムの構成と要素技術

フォーマット変換技術

光通信技術

クロックの一元化

（統一フォーマット表示）

8B/10B、パラ/シリ変換、パケット化

クロック再生、認証・暗号化

映像信号

多様な映像フォーマット

映像処理技術光・通信技術

アイセーフＬＤ、高感度ＡＰＤ

高速光無線伝送技術、自動光軸調整

シリアル伝送変換技術

(16)

室内光無線通信システム

< 昭和電線電纜(株) > SIL010E/R ⇔ 研究報告（～100Mbps） < 日本ビクター(株) > COIL,S-COIL,W-COIL ⇔ MOIL,M-MOIL COIL ⇔ MOIL < 昭和電線電纜(株) > SIL010E/SCA ⇔ SIL010E/STA < 東洋電機（株） > HS-C,HS-06-W ⇔ HS-04T,HS-06T < 日本ビクター（株） > NOIL ⇔

Luciole

< 昭和電線電纜(株) > SIL010E/C2 ⇔ SIL100E/P ⇔ 無指向方式ハイブリッド方式指向方式直射方式拡散・反射方式