JP2009130865A - 伝送システム並びに伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モバイル機器などの端末のネットワーク接続を、無線LANよりも高速な伝送速度で実現する。
【解決手段】端末と接続装置間の接続方法を無線LANから電磁結合に置き換えて構成され、端末との接続装置間では無線周波数帯にアップコンバートせずにベースバンド帯のまま伝送を行なう。これによって、無線LANのスループットによるボトルネックはなくなり、伝送信号のアップコンバージョンに伴うコストや消費電力の問題は解消される。また、データの橋渡しは単純な符号変換で済み、装置構成は簡素となるから、コストを削減できる。
【選択図】 図1
【解決手段】端末と接続装置間の接続方法を無線LANから電磁結合に置き換えて構成され、端末との接続装置間では無線周波数帯にアップコンバートせずにベースバンド帯のまま伝送を行なう。これによって、無線LANのスループットによるボトルネックはなくなり、伝送信号のアップコンバージョンに伴うコストや消費電力の問題は解消される。また、データの橋渡しは単純な符号変換で済み、装置構成は簡素となるから、コストを削減できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、モバイル機器などの端末をケーブルなしにネットワークに接続する伝送システム並びに伝送装置に係り、特に、モバイル機器をアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などの有線ネットワークに接続する伝送システム並びに伝送装置に関する。
さらに詳しくは、本発明は、モバイル機器をEthernet(登録商標)並みの伝送速度によりネットワークに接続する伝送システム並びに伝送装置に係り、特に、モバイル機器を高速で且つ、低消費電力、低コストとなる非接触程度の近距離通信手段を用いてネットワークに接続する伝送システム並びに伝送装置に関する。
これからのコンピュータやネットワークのめざす方向として、「ユビキタス(Ubiquitous)」という単語がよく言われている。「ユビキタス」は、「利用者がどこに移動しても、同じような性能の計算機の能力を利用できる環境」を意味する。例えば、パーソナル・コンピュータのような情報機器にとどまらず、デジタル家電機器、据え置き型のAV機器、モバイル機器であるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯電話機も同様にユビキタス・ネットワークに取り込まれる方向にある。ユビキタス環境下では、身の回りにあるすべてのものが情報の検索や計算を行なっており、容易に知識を取り出すことができる。
ユビキタスな環境を実現するには、ハードウェア的にもソフトウェア的にも数多の課題がある。ハードウェア的な課題として、まずいろいろな機器がユーザに必要なデータを即座に取り出せるようになるために、より高速で且つ高度なネットワークが必要である。
家庭内などで機器同士をネットワーク接続する手段として、Ethernet(登録商標)が知られ、既に広く利用されている。Ethernet(登録商標)はOSI参照モデルの下位2層の物理層及びデータリンク層相当を規定するものであり、伝送速度10Mbpsの10Base−Tや伝送速度100Mbpsの100Base−Tなどが標準化されている。Fast Ethernet(登録商標)規格のうち、撚り対線(ツイストペアケーブル)を伝送媒体に使う規格群を総称して100Base−Tと呼び、IEEE802.3uとして標準化されている。
現代の主なLANは、物理的な規格であるEthernet(登録商標)と、その上位層における通信内容を取り決めたTCP/IPプロトコルとの組み合わせによって構成されている。他方、モバイル機器には、Ethernet(登録商標)に代えて、無線LANを使用するのが一般的である。これは、Ethernet(登録商標)の接続コネクタの大きさやケーブル接続に伴う使い勝手などの理由によるものである。無線LANは、例えばIEEE802.11として標準化されている。無線LANを内蔵したモバイル機器などの端末は、アクセスポイントとも呼ばれる接続装置でブリッジすることで、有線のEthernet(登録商標)と相互接続される。
例えば、アクセスポイントがサーバとインターネットを介して接続されるとともに、ホーム端末とは無線LANなどを介して接続することによって構成される家庭内ネットワーク・システムについて幾つかの提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。
図8には、端末に搭載される無線LAN、並びに、無線LANと有線LANをブリッジする接続装置におけるプロトコル・スタックを模式的に示している。
同図中、参照番号100はモバイル端末側のプロトコル・スタックであり、IEEE802.11で定義されたPHY層102、並びにMAC(Machine Access Control)層103が下位の2レイヤとして使用される。IEEE802.11には、a、b、g、nといった、使用する周波数帯や変調方式、伝送速度などの相違によって複数の規格が存在する。IEEE802.11 MACの上位層103は、LLC(Logical Link Control)層、IP(Internet Protocol)層、TCP(Transmission Control Protocol)層で構成され、さらにその上位にアプリケーション層105が存在する。
また、同図中、参照番号101は、アクセスポイントなどに相当する接続装置のプロトコル・スタックである。同スタックの左側すなわち無線LAN側には、端末側のPHY層102、MAC層103と対向して通信を行なうPHY層106、MAC層107、上位層108がある。無線LANで通信されるパケットは、PHY層106、MAC層107、並びに上位層108を経由して、ブリッジ109で右側の有線のEthernet(登録商標)のプロトコル・スタックにブリッジされる。また、同スタックの右側すなわちEthernet(登録商標)側には、上位層110、IEEE802.3で定義されたMAC層111、並びにPHY層112が存在し、アクセスポイントの先のEthernet(登録商標)に繋がる機器と通信を行なう。図8に示したプロトコル・スタックによれば、モバイル端末は、Ethernet(登録商標)対応機器との相互接続が実現する。
このように、モバイル機器は、無線LANを使うことによって、ネットワークに接続することができる。しかしながら、アクセスポイントを経由して有線通信を行なう際の伝送速度は無線LAN規格に依存し、スループットで精々20数Mbps程度が限界である。また、モバイル機器と接続するアクセスポイントでは、IEEE802.11とEthernet(登録商標)間でプロトコル変換を行なう必要があり、また、モバイル機器に転送する際にはプロトコル変換に加え送信信号を無線周波数帯域にアップコンバートするコストがかかる。
このため、図8に示した伝送システムをハイビジョン対応のデジタルビデオカメラの再生に適用したアプリケーションを想定すると、デジタルビデオカメラから無線LANによって接続装置へのデータ伝送する際の伝送速度や、接続装置で行なうプロトコル変換がボトルネックとなり、十分なスループットが得られないと考えられる。また、無線LANは消費電力が大きく、コストも高いという問題がある。
現在、一般家庭内でも無線LANなどの無線通信は広く利用されているが、移動体通信とは異なり、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラを移動しながら画像データを無線で飛ばすような機会は少ない。多くのモバイル機器は、ケーブル接続はしたくないが非接触程度の短い距離で通信を行なうことができれば十分であるが、むしろEthernet(登録商標)並みの伝送速度が求められている、と本発明者らは思料する。
本発明の目的は、モバイル機器をアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などの有線ネットワークに好適に接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、モバイル機器をEthernet(登録商標)並みの伝送速度によりネットワークに接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、モバイル機器を高速で且つ、低消費電力、低コストとなる非接触程度の近距離通信手段を用いてネットワークに接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、所定の有線伝送方法により接続可能な通信機器との間でデータ伝送を行なう伝送システムであって、
前記通信機器と相互に伝送を行なう、前記所定の有線伝送方法のMAC層を備えた端末装置と、
前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続される接続装置と、
前記端末装置と前記接続装置間を電磁結合により接続する非接触伝送手段と、
を具備することを特徴とする伝送システムである。
前記通信機器と相互に伝送を行なう、前記所定の有線伝送方法のMAC層を備えた端末装置と、
前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続される接続装置と、
前記端末装置と前記接続装置間を電磁結合により接続する非接触伝送手段と、
を具備することを特徴とする伝送システムである。
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
デジタル家電機器、据え置き型のAV機器、モバイル機器といったあらゆる機器をネットワーク接続する際、ハードウェア上の技術的課題の1つとして、モバイル機器などのケーブル接続したくない端末をネットワークに接続する方法が挙げられる。
従来、モバイル機器に無線LANを搭載し、無線LANアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などのネットワークへの接続を実現することが一般的であった。ところが、無線LANのスループットやアクセスポイントで行なうプロトコル変換がボトルネックとなることや、無線LANの消費電力やコストなどの問題がある。
これに対し、本発明者らは、多くのモバイル機器は、ケーブル接続はしたくないが非接触程度の短い距離で通信を行なうことができれば十分であるということに着目した。すなわち、本発明に係る伝送システムでは、モバイル機器などの端末とアクセスポイントなどの接続装置間の接続方法を無線LANから電磁結合に置き換えて構成され、端末との接続装置間では無線周波数帯にアップコンバートせずにベースバンド帯のまま伝送を行なうようになっている。
これによって、無線LANのスループットによるボトルネックはなくなり、伝送信号のアップコンバージョンに伴うコストや消費電力の問題は解消される。また、電磁結合からEthernet(登録商標)へのデータの橋渡しは単純な符号変換で済み(言い換えれば、プロトコル変換は不要となり)、無線LANモジュールに比べると装置構成は簡素となるから、設計・製造コストを大幅に削減することができる。
本発明に係る伝送システムによれば、Ethernet(登録商標)対応の通信機器と相互に伝送を行なうモバイル端末は、Ethernet(登録商標)のMAC層を備え、接続装置は、Ethernet(登録商標)の物理層でEthernet(登録商標)の通信機器とされている。また、端末装置と接続装置とは、非接触伝送手段が電磁結合によって接続されている。
したがって、モバイル端末と接続装置間では、非接触伝送手段が電磁結合によりベースバンド帯のまま伝送を行なうので、無線LANよりも高速な伝送速度で実現することができ、例えば90Mbps程度のスループットを達成することができる。
ここで、モバイル端末と接続装置間を繋ぐ非接触伝送手段は、モバイル端末のEthernet(登録商標)のMAC層に対してEthernet(登録商標)の物理層として振る舞う第1の物理層と、接続装置内のEthernet(登録商標)の物理層に対してEthernet(登録商標)のMAC層として振る舞う第2の物理層で構成される。したがって、モバイル端末は、Ethernet(登録商標)のMAC層をそのまま使用してEthernet(登録商標)対応の通信機器と相互に伝送を行なうことができる。
Ethernet(登録商標)の100Base−Tでは、4B5B及びMLT−3符号化方式を用いて、立ち下りと立ち上がりが緩やかであるが周波数成分を小さくすることによって、信号をより遠くに飛ばすようにしている。これに対し、電磁結合によるデータ伝送を行なう場合には、伝送信号に直流成分があることは好ましくない。そこで、モバイル端末側の第1の物理層と接続装置側の第2の物理層は、Ethernet(登録商標)のMAC層と物理層間でやり取りされるベースバンドの伝送データを、4B5B及びMLT−3符号ではなくマンチェスタ符号方式によって符号変換して、電磁結合によるデータ伝送を行なうようにしている。マンチェスタ符号では、直流成分は持たないが、広域までスペクトラムが広がる。100Mbpsのデータをマンチェスタ符号化すると、約90MHzのところにスペクトラムのピークが生じる。伝送に必要な帯域は200MHz以下で足りるので、322MHz以下の微弱電波として扱うことが可能となる。Ethernet(登録商標)では、4B5B及びMLT−3符号化方式を用いて、立ち下りと立ち上がりがマンチェスタ符号より緩やかで、周波数成分が小さくすることによって、信号をより遠くに飛ばすようにしている。これに対し、第1及び第2の物理層間で行なう電磁結合方式の通信では、至近距離の通信であることから周波数の広がりは問題とならず、むしろ直流成分を除くことを重視してマンチェスタ符号化方式を適用している。
また、本発明の第2の側面は、所定の有線伝送方法により接続可能な2以上の通信機器間でデータ伝送を行なう伝送システムであって、
前記所定の有線伝送方法に則った有線伝送路の一部の区間において、前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続されるとともに、互いに電磁結合により接続される1対の接続装置で構成される非接触伝送路を有する、
ことを特徴とする伝送システムである。
前記所定の有線伝送方法に則った有線伝送路の一部の区間において、前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続されるとともに、互いに電磁結合により接続される1対の接続装置で構成される非接触伝送路を有する、
ことを特徴とする伝送システムである。
本発明の第1の側面に係る伝送システムでは、物理層若しくは伝送メディアとして電磁結合による非接触伝送手段を持つモバイル機器と、Ethernet(登録商標)対応の通信機器の間を接続装置で橋渡しを行なうものである。これに対し、本発明の第2の側面に係る伝送システムは、2台のEthernet(登録商標)対応の通信機器を結ぶ伝送路の一部の区間に、対向する1対の接続装置を用いて非接触(すなわち電磁結合による)伝送路を設けている点に特徴がある。
このようにEthernet(登録商標)などの有線伝送路の一部の区間に非接触伝送路を設けることによって、例えば部屋間や壁越し、窓越しといったケーブルを通すことができない境界を介して2つの有線伝送路(個別のLANセグメントなど)を容易に相互接続することができる。また、Ethernet(登録商標)対応の各通信機器にとっては、Ethernet(登録商標)のネットワークの一部の区間が電磁結合による非接触伝送路になっていることを全く意識することなく、規定のプロトコルに従ったデータ伝送動作を行なうことができる。
本発明によれば、モバイル機器をアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などの有線ネットワークに好適に接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することができる。
また、本発明によれば、モバイル機器をEthernet(登録商標)並みの伝送速度によりネットワークに接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することができる。
また、本発明によれば、モバイル機器を高速で且つ、低消費電力、低コストとなる非接触程度の近距離通信手段を用いてネットワークに接続することができる、優れた伝送システム並びに伝送装置を提供することができる。
本発明に係る伝送システムによれば、モバイル機器などの端末のネットワーク接続を、無線LANよりも高速な伝送速度で実現することができ、例えば90Mbps程度のスループットを達成することができる。したがって、ハイビジョン対応のデジタルビデオカメラのEthernet(登録商標)上で再生にも適用することができる。
また、本発明に係る伝送システムでは、端末と接続装置間では、2.4GHzや5GHzのように高い無線周波数帯にアップコンバートせずにベースバンドで伝送を行なうので、端末側の動作が低消費電力化するとともに、装置の小型化並びに低コスト化を実現することができる。
また、本発明に係る伝送システムでは、MAC層以上に既存の通信プロトコルを使用することができるので、既存のシステムとの互換性を保ち易い。
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
本発明は、モバイル機器をアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などの有線ネットワークに接続する伝送システムに関する。
従来、モバイル機器に無線LANを搭載し、無線LANアクセスポイントなどの接続装置を経由してEthernet(登録商標)などのネットワークへの接続を実現することが一般的であった。ところが、無線LANのスループットやアクセスポイントで行なうプロトコル変換がボトルネックとなることや、無線LANの消費電力やコストなどの問題がある。
これに対し、本発明者らは、多くのモバイル機器は、ケーブル接続はしたくないが非接触程度の短い距離で通信を行なうことができれば十分であるということに着目した。すなわち、本発明に係る伝送システムでは、モバイル機器などの端末とアクセスポイントなどの接続装置間の接続方法を無線LANから電磁結合に置き換えて構成され、端末との接続装置間では無線周波数帯にアップコンバートせずにベースバンド帯のまま伝送を行なうようになっている(図1を参照のこと)。
これによって、無線LANのスループットによるボトルネックはなくなり、伝送信号のアップコンバージョンに伴うコストや消費電力の問題は解消される。また、電磁結合からEthernet(登録商標)へのデータの橋渡しは、単純な符号変換で済み(言い換えれば、プロトコル変換は不要となり)、無線LANモジュールに比べると装置構成は簡素となるから、設計・製造コストを大幅に削減することができる。
電磁結合による非接触伝送の際に行なう符号変換の主な目的は、ベースバンドの伝送データに含まれるDC成分を除去することにある。まず、Ethernet(登録商標)の符号化方法について説明する。
伝送信号上で“0”が続くと同期が取りづらくなるため、DC成分を取り除くことが必須とされている。10Mbpsの10Base−Tでは、伝送信号からDC成分をなくすために、マンチェスタ符号化方式が採用されている。マンチェスタ符号は、2進値“0”を送るときはビット区間の中央でハイ・レベルからロー・レベルに変化させ、一方、2進値“1”を送るときは逆にビット区間の中央でロー・レベルからハイ・レベルに変化させる。言い換えれば、マンチェスタ符号は2倍の帯域に広げることで伝送信号のDC成分をなくしている。また、伝送速度100Mbpsの100Base−Tでは、4B5B及びMLT−3符号化方式を用いて、立ち下りと立ち上がりがマンチェスタ符号より緩やかで、周波数成分が小さくすることによって、信号をより遠くに飛ばすようにしている。ここで、4B5Bは、元の4ビットの系列を5ビットで表現することで0の連続をなくす符号化方式であり、MLT−3は3値の状態で決定する(0は変化なし、1で1ずつ上下する)符号化方式である。後者のMLT−3符号化方式によれば、波形の変化を少なくし、スペクトラムの広がりを抑えることができる。
図9には、4B5B及びMLT−3符号化方式を採用する100Base−Tの伝送符号を図解している。
参照番号200で示すように送信するデータを“00011101”とした場合、まず4B5B変換器201が4B5B符号変換を行ない、データを4ビット区切りで5ビットに変換する。“0”が多く続くと同期が取れなくなるため、少なくとも2つは1が入るように変換するのが4B5B変換である。変換則は図10に示すテーブルに従って行なう。参照番号200で示す伝送データは“00011101”なので、4B5B変換した後のデータは、参照番号202で示すように“0100111011”となる。4B5B符号変換によれば、“0”の連続を防止することができる。
この後、MLT−3変換器203では、データが3値のNRZI(Non Return to Zero Invert:変調符号のビット値1が現れる毎に極性を反転)符号に変換される。MLT−3変換器203では、“0”は変化なし、1で1つずつ上下するという法則で変換を行なう(前述)。変換したデータは図11に示すような信号として表現される。MLT−3符号変換によれば、波形の変化を少なくし、スペクトラムの広がりを抑えることができる。
図12には、100Base−Tで使用されている4B5B及びMLT−3符符号と、10Base−Tで使用されているマンチェスタ符号の電力スペクトラムを示している。同図中、参照番号211が4B5B及びMLT−3符号によるスペクトラムであり、参照番号212がマンチェスタ符号によるスペクトラムである。両者を比較すると、4B5B及びMLT−3符号は直流付近の成分は大きいが、高い成分のスペクトラムが少なく集中度が高いことが分かる。一方、マンチェスタ符号では、直流成分は持たないが、広域までスペクトラムが広がる。マンチェスタ符号では、ビット値“0”は“10”、ビット値“1”は“01”と表現されるため、データ系列をそのまま送信する場合と比較して倍の速度のクロックが必要となる。
100Base−Tをケーブル伝送するには、4B5B及びMLT−3符号は好ましい。他方、本発明に係る伝送システムでは、モバイル機器などの端末とアクセスポイントなどの接続装置間の接続には電磁結合方式による非接触通信を適用するため、伝送信号に直流成分があることは好ましくない。
そこで、端末と接続装置間の電磁結合によるデータ伝送には、スペクトラムは広がるが、4B5B及びMLT−3符号をマンチェスタ符号に変換することを考える。100Mbpsのデータをマンチェスタ符号化すると、約90MHzのところにスペクトラムのピークが生じる。伝送に必要な帯域は200MHz以下で足りるので、322MHz以下の微弱電波として扱うことが可能となる。Ethernet(登録商標)では、4B5B及びMLT−3符号化方式を用いて、立ち下りと立ち上がりがマンチェスタ符号より緩やかで、周波数成分が小さくすることによって、信号をより遠くに飛ばすようにしている。これに対し、電磁結合方式の通信では、至近距離の通信であることから周波数の広がりは問題とならず、むしろ直流成分を除くことを重視してマンチェスタ符号化方式を適用するという訳である。
図2には、本発明において、接続装置が電磁結合方式による非接触通信機能を搭載した端末をEthernet(登録商標)のネットワークに接続するためのプロトコル・スタックを模式的に示している。
モバイル端末側のプロトコル・スタック300の物理層は、符号化方式としてマンチェスタ符号を採用し、メディアとして電磁結合方式を用いた新物理層301である。その他、IEEE802.3によるMAC層302、上位層303、アプリケーション層304で構成される。上位層303並びにアプリケーション層304は図8の無線LANを用いたときのプロトコル・スタックと同じである。端末のプロトコル・スタック300は、Ethernet(登録商標)上のホストのプロトコル・スタックのうち最下層のIEEE802.3のPHY層を新物理層301に置き換えたものと捉えることもできる。
一方、接続装置のプロトコル・スタック310は、新物理層311と、IEEE802.3のPHY層312と、ブリッジ313で構成される。新物理層311は、符号化方式としてマンチェスタ符号を採用し、メディアとして電磁結合方式を用いており、端末と接続装置の間は電磁結合で接続される。また、符号変換部303は、IEEE802.3すなわち100Base−Tにおける4B5B及びMLT−3符号とマンチェスタ符号の相互変換を行なう。接続装置のプロトコル・スタック301は、単にIEEE802.3のPHY層と新物理層の間のプロトコル変換を実現するモジュールのみで構成されると捉えることもできる。図8に示した接続装置と比較すると、プロトコル・スタック310は簡便な構成であることを理解できよう。
端末のアプリケーション層304からEthernet(登録商標)ネットワーク上の通信機器宛てにデータ伝送を行なう際、新物理層301は、IEEE802.3の送信MACフレームを構成するベースバンドのデータ系列をマンチェスタ符号化して、電磁結合方式により伝送する。
接続装置の新物理層311は、マンチェスタ符号からなるデータ系列を電磁結合方式により受信する。そして、ブリッジ313はこの受信データ系列を元のベースバンドの伝送データに復号化する。そして、IEEE802.3のPHY層312は、ベースバンドの伝送データを4B5B及びMLT−3符号に符号化した後、Ethernet(登録商標)の100Base−T伝送路を介して、宛て先となるEthernet(登録商標)対応通信機器へ転送する。
また、Ethernet(登録商標)対応通信機器からモバイル端末のアプリケーション層304宛てに4B5B及びMLT−3符号化された伝送データがEthernet(登録商標)の100Base−T伝送路を介して送られてきたとき、接続装置のIEEE802.3のPHY層312は、これを受信してベースバンド処理を施した後、ブリッジ313に渡す。ブリッジ313は、このベースバンドの伝送データをマンチェスタ符号化して、新物理層311は電磁結合方式により伝送する。よって、端末の新物理層302は、マンチェスタ符号からなるデータ系列を電磁結合方式により受信することができる。
モバイル端末との接続装置間では、無線周波数帯にアップコンバートせずに、電磁結合を利用してベースバンド帯のまま伝送を行なうようになっている。電磁結合による非接触伝送の際に行なう符号変換の主な目的は、ベースバンドの伝送データに含まれるDC成分を除去することにあり、単純な符号変換を行なうのみで済み、複雑なプロトコル変換は不要である。また、モバイル端末はEthernet(登録商標)のMAC層をそのまま使用してEthernet(登録商標)対応の通信機器と相互に伝送を行なう、という点を十分に理解されたい。
図3には、本発明を適用することによって、デジタルビデオカメラ400と、Ethernet(登録商標)を搭載した通信機器とをネットワーク接続する伝送システムの構成例を模式的に示している。
デジタルビデオカメラ400は、図1中のモバイル端末に相当し、図2に示したようにアプリケーション層304、上位層303、IEEE802.3のMAC層302、及び、新物理層301からなるプロトコル・スタック(前述)を備えるとともに、本体の底面近傍には電磁結合用のコイル402が実装されている。
また、接続装置401は、図1中の接続装置に相当し、図2に示したように新物理層311と、ブリッジ313と、IEEE802.3のPHY層12からなるプロトコル・スタック(前述)を備えるとともに、その本体の上面の近傍には電磁結合用のコイル403が実装されている。また、接続装置401のIEEE802.3のPHY層312は、Ethernet(登録商標)の100Base−Tを介して、デジタルビデオカメラ400の通信相手となる通信機器404と接続している。
図3下に示すように、デジタルビデオカメラ400を接続装置401上に設置することで、互いの電磁結合用コイル402及び403は対向して、電磁結合作用によりデータ伝送が可能な状態となる。また、互いの新物理層301及び311間では、ベースバンドの伝送データから直流成分を排除したマンチェスタ符号化方式を適用するので、電磁結合による非接触通信を好適に行なうことができる。100Mbpsのデータをマンチェスタ符号化すると約90MHzのところにスペクトラムのピークが生じる。伝送に必要な帯域は200MHz以下で足りるので、322MHz以下の微弱電波として扱うことが可能となる。電磁結合方式の通信では、至近距離の通信であることから周波数の広がりは問題とならないので、直流成分を除くことを重視して、4B5B及びMLT−3符号化方式ではなくマンチェスタ符号化方式を適用している。
図3に示したように、デジタルビデオカメラ400は、接続装置401を通じて、外部の通信機器404と接続することが可能である。あるいは、ルータやモデムを介して直接インターネットに接続することも可能である。
図4には、本発明に係る伝送システムを構成する端末500と接続装置510内部の構成を示している。
端末500は、デジタルビデオカメラやその他のモバイル機器に相当するが、電磁結合用のコイル501と、結合器501と、符号変換A部503と、クロック抽出部504と、Ether MAC部506と、アプリケーション部507で構成される。ここで、電磁結合用のコイル501、結合器502、符号変換A部503、及びクロック抽出部504は、図2における新物理層302に相当するものと理解されたい。
符号変換A部503は、Ether MAC部506に対しては、擬似的なEther PHY部として振舞う。具体的には、符号変換A部503は、Ether MAC部506とMII(Media Independent Interface)505で接続され、MII間のNRZ(Non Return to Zero)のデータをマンチェスタ符号化する。MII505の主な信号は、送信データ(TXD)と、送信クロック(TX CLK)と、受信データ(RXD)と、受信クロック(RX CLK)である。MIIは元々、Ethernet(登録商標)のMAC層とPHY層の接続に用いられるものである(図2、図8などでは、図面の錯綜を防ぐために、便宜的にMII505を省略して描いている)。
アプリケーション部507からの送信データは、Ether MAC部506に渡され、ここでEthernet(登録商標)のパケット化が行なわれる。続いて符号変換A部503は、送信パケットを構成するNRZのデータをマンチェスタ符号化して直流成分を除去する。このマンチェスタ符号化されたデータは、結合器502を介して、電磁結合用のコイル501に送られる。
また、接続装置510側の電磁結合用コイル511を通じて送信されたマンチェスタ符号のデータは、直流成分を含まないことから、至近距離では端末500の電磁結合用のコイル501で好適に受信される。そして、受信データは電磁結合用の結合器502を介して符号変換A部503に入り、マンチェスタ符号から元のNRZのデータに変換される。この際、クロック抽出部504では、マンチェスタ符号からクロックを抽出し、受信クロック(RX CLK)を生成する。Ether MAC部506では、符号変換A部503から送られた受信データに対して、Ethernet(登録商標)のデパケット化を行ない、得られたユーザ・データはアプリケーション部507に渡される。
接続装置510は、端末500とその通信相手であるEthernet(登録商標)対応の通信機器404の間でデータの橋渡しを行なうブリッジに相当するが、電磁結合用のコイル511と、結合器512と、符号変換B部513と、クロック抽出部514と、Ether PHY部516と、コネクタ部517で構成される。ここで、電磁結合用のコイル511、結合器512、符号変換A部513、及びクロック抽出部514は、図2における新物理層311に相当するものと理解されたい。
符号変換B部513は、Ether PHY部516に対しては、擬似的なEther MAC部として振舞う。具体的には、符号変換B部513は、Ether PHY部516とMII(Media Independent Interface)515で接続され、MII間のNRZ(Non Return to Zero)のデータをマンチェスタ符号化する。MII515の主な信号は、上述と同様送信データ(TXD)と、送信クロック(TX CLK)と、受信データ(RXD)と、受信クロック(RX CLK)である(図2、図8などでは、図面の錯綜を防ぐために、便宜的にMII515を省略して描いている)。
Ether PHY部516は、RJ−45のコネクタ517を介して外部の通信機器404とケーブル接続されており、通信機器404から受信した100Base−Tの4B5B及びMLT−3符号化されたデータをベースバンド処理してNRZのデータに変換する。NRZに変換された外部からのデータは、符号変換B部513でマンチェスタ符号化された後、結合器512及びコイル511における電磁結合により、端末500側のコイル501に送られる。マンチェスタ符号のデータは直流成分を含まないことから、至近距離では端末500の電磁結合用のコイル501で好適に受信される。端末500側での処理は既に述べた通りである。
また、端末500側から電磁結合により送られてくるマンチェスタ符号データをコイル511で受信すると、結合器510を介して符号変換B部513に入り、マンチェスタ符号から元のNRZのデータに変換される。この際、クロック抽出部514において、クロック再生が行なわれ、受信クロック(RCLK)となる。参照番号515は、参照番号505と同じMIIであり、Ether PHY部516と符号変換B部513を接続する。接続装置501側では、符号変換B部513は、Ether PHY部516とはMIIで接続されており、Ether PHY部516に対して擬似的なEther MAC部として振舞う(同上)。但し、参照番号505のMIIと参照番号515のMIIは、それぞれの符号変換部からのデータの向きが反対になっている。
以上のようにして、図1〜図3に示した伝送システムによれば、Ethernet(登録商標)の物理層とMAC層の間に、マンチェスタ符号を適用した電磁結合による非接触伝送路を介在させることにより、物理的に分離可能な形態となる。そして、電磁結合による非接触インターフェースを備えた端末と、Ethernet(登録商標)を搭載した通信機器の間でEthernet(登録商標)と同じ速度でのデータ伝送を実現することが可能となる。
図4に示した伝送システムにおいて、Ethernet(登録商標)対応の外部の通信機器404にとってみれば、端末500及び端末500とは電磁結合によりデータ伝送を行なう接続装置510を1つのEthernet(登録商標)対応の通信相手とみなして、通常のEthernet(登録商標)すなわちIEEE802.3の規定に則ったデータ伝送動作を行なうことができる。通信機器404側では、電磁結合による非接触通信を行なう端末500を通信相手としながらも、電磁結合による非接触伝送路が介在することを意識する必要がない。
また、端末500にとってみれば、MIIで接続される通常のEther MAC部とEther Phy部の間が符号変換A部503及び符号変換B部513を通じて物理的に切り離し可能で、且つ、電磁結合によりEthernet(登録商標)と同等の伝送速度でデータ伝送を行なうことができる。あるいは、通常のEther MAC部とEther Phy部の間が符号変換A部503及び符号変換B部513によって延長されると言うことができる。いずれにせよ、端末500内のEther MAC部以上の上位層は、電磁結合による伝送路が介在することを意識する必要がなく、通常のEthernet(登録商標)すなわちIEEE802.3の規定に則ったデータ伝送動作を行なうことができる。
図5には、本発明に係る伝送システムの変形例を示している。図1〜図4に示した伝送システムでは、物理層若しくは伝送メディアとして電磁結合による非接触伝送手段を持つモバイル機器と、Ethernet(登録商標)対応の通信機器の間を接続装置で橋渡しを行なうものである。これに対し、図5に示した伝送システムは、2台のEthernet(登録商標)対応の通信機器を結ぶ伝送路の一部の区間に、対向する1対の接続装置を用いて非接触(すなわち電磁結合による)伝送路を設けている点に特徴がある。接続装置に搭載されるプロトコル・スタックや装置内部の構成は図2並びに図4に示したものと同様なので、ここでは説明を省略する。
このようにEthernet(登録商標)などの有線伝送路の一部の区間に非接触伝送路を設けることによって、例えば部屋間や壁越し、窓越しといったケーブルを通すことができない境界を介して2つの有線伝送路(個別のLANセグメントなど)を容易に相互接続することができる。
また、上述した接続装置を介して接続する場合、電磁結合によりベースバンド帯のまま伝送を行なうので、無線LANよりも高速な伝送速度で実現することができ、例えば90Mbps程度のスループットを達成することができるというメリットがある。
図6には、図5に示した基本構成を応用した、部屋間通信を行なう伝送システムの構成例を示している。但し、図6は、家の断面図である。隣接する各部屋には、Ethernet(登録商標)対応の複数の通信機器がハブを通じて相互接続されている。また、各部屋のハブにはそれぞれ接続装置も取り付けられている。これら一対の接続装置の電磁コイルが部屋間の壁越しに対向するように配設されており、電磁結合によるデータ伝送(橋渡し)が可能である。Ethernet(登録商標)対応の各通信機器にとっては、Ethernet(登録商標)のネットワークの一部の区間が電磁結合による非接触伝送路になっていることを全く意識することなく、規定のプロトコルに従ったデータ伝送動作を行なうことができる。
また、図7には、図5に示した基本構成を応用した伝送システムの他の構成例を示している。但し、図7は、それぞれ窓を持つ隣接する2部屋を俯瞰した様子である。同図では、部屋越しではなく窓越しに2台の接続装置の電磁コイルが対向するように配設されている。これら一対の接続装置の電磁コイルが部屋間の壁越しに対向するように配設されており、電磁結合によるデータ伝送(橋渡し)が可能である。室内側の接続装置はハブに取り付けられ、このハブを通じて同じ部屋内のEthernet(登録商標)対応の複数の通信機器が相互接続されている。
また、屋外側の接続装置は、同様に他の部屋の窓に取り付けられている接続装置とEthernet(登録商標)のケーブルで接続されている。そして、他の部屋の屋外接続装置も同様に室内側の接続装置とは互いの電磁コイルが対向するように配設されており、電磁結合によるデータ伝送(橋渡し)が可能である。そして、室内側の接続装置はハブに取り付けられ、このハブを通じて同じ部屋内のEthernet(登録商標)対応の複数の通信機器が相互接続されている。
それぞれ別の部屋に設置されているEthernet(登録商標)対応の各通信機器にとっては、Ethernet(登録商標)のネットワークの一部の区間が電磁結合による非接触伝送路になっていることを全く意識することなく、規定のプロトコルに従ったデータ伝送動作を行なうことができる。
図7に示した伝送システムでは、窓を通じて部屋間のネットワークの相互接続が実現される。例えば壁越しに電磁結合が成り立たないような建物においても、部屋間のLANセグメントの相互接続などに有効である。
なお、屋外に設置された接続装置は商用AC電源や通常のバッテリを用いて駆動する他、太陽電池を用いることもできる。また、接続装置を窓に取り付ける方法として、専用の取り付け具を用いる方法や、接着剤や吸盤などを用いて取り付ける方法などが挙げられる。
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
201…4B5B変換器
203…MLT−3変換器
300…モバイル端末側のプロトコル・スタック
301…新物理層
302…IEEE802.3 MAC層
303…上位層
304…アプリケーション層
310…接続装置のプロトコル・スタック
311…新物理層
312…IEEE802.3 PHY層
313…ブリッジ
400…デジタルビデオカメラ
401…接続装置
402、403…電磁結合用のコイル
404…通信機器
500…端末
501…電磁結合用のコイル
502…結合器
503…符号変換A部
504…クロック抽出部
505…MII
506…Ether MAC部
507…アプリケーション部
510…接続装置
511…電磁結合用のコイル
512…結合器
513…符号変換B部
514…クロック抽出部
515…MII
516…Ether PHY部
517…RJ−45のコネクタ
203…MLT−3変換器
300…モバイル端末側のプロトコル・スタック
301…新物理層
302…IEEE802.3 MAC層
303…上位層
304…アプリケーション層
310…接続装置のプロトコル・スタック
311…新物理層
312…IEEE802.3 PHY層
313…ブリッジ
400…デジタルビデオカメラ
401…接続装置
402、403…電磁結合用のコイル
404…通信機器
500…端末
501…電磁結合用のコイル
502…結合器
503…符号変換A部
504…クロック抽出部
505…MII
506…Ether MAC部
507…アプリケーション部
510…接続装置
511…電磁結合用のコイル
512…結合器
513…符号変換B部
514…クロック抽出部
515…MII
516…Ether PHY部
517…RJ−45のコネクタ
Claims (21)
- 所定の有線伝送方法により接続可能な通信機器との間でデータ伝送を行なう伝送システムであって、
前記通信機器と相互に伝送を行なう、前記所定の有線伝送方法のMAC層を備えた端末装置と、
前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続される接続装置と、
前記端末装置と前記接続装置間を電磁結合により接続する非接触伝送手段と、
を具備することを特徴とする伝送システム。 - 前記非接触接続手段は、ベースバンド帯のまま伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項1に記載の伝送システム。 - 前記非接触接続手段は、
前記端末装置内の前記所定の有線伝送方法のMAC層に対して前記所定の有線伝送方式の物理層として振る舞う第1の物理層と、
前記接続装置内の前記所定の有線伝送方法の物理層に対して前記所定の有線伝送方式のMAC層として振る舞う第2の物理層と、
を備え、
前記第1及び第2の物理層の間では電磁結合によりデータ伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項2に記載の伝送システム。 - 前記第1の物理層は、前記所定の有線伝送方法のMAC層から受け取ったベースバンドのデータを直流成分を含まない非直流符号化方式によって符号化してから電磁結合により伝送するとともに、電磁結合により受信した信号を前記非直流符号化方式による復号化してから前記所定の有線伝送方法のMAC層に渡し、
前記第2の物理層は、前記所定の有線伝送方法の物理層から受け取ったベースバンドのデータを前記非直流符号化方式によって符号化してから電磁結合により伝送するとともに、電磁結合により受信した信号を前記非直流符号化方式による復号化してから前記所定の有線伝送方法の物理層に渡す、
ことを特徴とする請求項3に記載の伝送システム。 - 前記所定の有線伝送方法として4B5B及びMLT−3符号化方式を採用するEthernet(登録商標)が適用され、
前記第1及び第2の物理層は、ベースバンドの伝送データをマンチェスタ符号化方式に符号変換してから電磁結合により送信するとともに、電磁結合により受信したデータをマンチェスタ符号化方式から元のベースバンドの伝送データに符号変換する、
ことを特徴とする請求項4に記載の伝送システム。 - 前記所定の有線伝送方法では、MAC層と物理層の間はMII(Media Independent Interface)で接続することが規定され、
前記第1の物理層は、電磁結合用のコイル及び結合器と、前記所定の有線伝送方法のMAC層とはMIIで接続される第1の符号変換部を備え、
前記第1の符号変換部は、前記所定の有線伝送方法のMAC層から受け取ったベースバンドの伝送データを前記非直流符号化方式に符号変換して前記電磁結合用のコイル及び結合器から伝送するとともに、前記電磁結合用のコイル及び結合器で受信したデータを前記非直流符号化方式から元のベースバンドの伝送データに符号変換してMII経由で前記所定の有線伝送方法の前記MAC層に渡す、
ことを特徴とする請求項4に記載の伝送システム。 - 前記所定の有線伝送方法では、MAC層と物理層の間はMII(Media Independent Interface)で接続することが規定され、
前記第2の物理層は、電磁結合用のコイル及び結合器と、前記所定の有線伝送方法の物理層とはMIIで接続される第2の符号変換部を備え、
前記第2の符号変換部は、前記所定の有線伝送方法の物理層から受け取ったベースバンドの伝送データを前記非直流符号化方式に符号変換して前記電磁結合用のコイル及び結合器から伝送するとともに、前記電磁結合用のコイル及び結合器で受信したデータを前記非直流符号化方式から元のベースバンドの伝送データに符号変換してMII経由で前記所定の有線伝送方法の物理層に渡す、
ことを特徴とする請求項4に記載の伝送システム。 - 所定の有線伝送方法により接続可能な2以上の通信機器間でデータ伝送を行なう伝送システムであって、
前記所定の有線伝送方法に則った有線伝送路の一部の区間において、前記通信機器とは前記所定の有線伝送方法の物理層で接続されるとともに、互いに電磁結合により接続される1対の接続装置で構成される非接触伝送路を有する、
ことを特徴とする伝送システム。 - 前記1対の接続装置で接続される非接触伝送路上ではベースバンド帯のまま伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項8に記載の伝送システム。 - 前記接続装置は、
前記所定の有線伝送方法の物理層と、
前記所定の有線伝送方法のバンドのデータを直流成分を含まない非直流符号化方式によって符号化するとともに、電磁結合により受信したデータを前記非直流符号化方式による復号化してから前記所定の有線伝送方法の物理層に渡す符号変換手段と、
電磁結合用のコイル及び結合器と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の伝送システム。 - 前記所定の有線伝送方法として4B5B及びMLT−3符号化方式を採用するEthernet(登録商標)が適用され、
前記符号変換手段は、前記所定の有線伝送方法の物理層とはMIIで接続され、ベースバンドの伝送データをマンチェスタ符号化方式に符号変換してから電磁結合により送信するとともに、電磁結合により受信したデータをマンチェスタ符号化方式から元のベースバンドの伝送データに符号変換する、
ことを特徴とする請求項10に記載の伝送システム。 - 所定の有線伝送方法により接続可能な通信機器との間でデータ伝送を行なう伝送装置であって、
前記所定の有線伝送方法のMAC層と、
前記所定の有線伝送方法のMAC層に対して前記所定の有線伝送方式の物理層として振る舞い、電磁結合によるデータ伝送を行なう新物理層と、
を具備することを特徴とする伝送装置。 - 前記新物理層はベースバンド帯のまま電磁結合による伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項12に記載の伝送装置。 - 前記新物理層は、前記所定の有線伝送方法のMAC層から受け取ったベースバンドのデータを直流成分を含まない非直流符号化方式によって符号化してから電磁結合により伝送するとともに、電磁結合により受信した信号を前記非直流符号化方式により元のベースバンドの伝送データに復号化してから前記所定の有線伝送方法のMAC層に渡す、
ことを特徴とする請求項12に記載の伝送装置。 - 前記所定の有線伝送方法として4B5B及びMLT−3符号化方式を採用するEthernet(登録商標)が適用され、
前記新物理層は、Ethernet(登録商標)のMAC層から渡されたベースバンドの伝送データをマンチェスタ符号化方式に符号変換してから電磁結合により送信するとともに、電磁結合により受信したデータをマンチェスタ符号化方式から元のベースバンドの伝送データに復号してからEthernet(登録商標)のMAC層に渡す、
ことを特徴とする請求項14に記載の伝送装置。 - 前記所定の有線伝送方法では、MAC層と物理層の間はMII(Media Independent Interface)で接続することが規定され、
前記新物理層は、電磁結合用のコイル及び結合器と、前記所定の有線伝送方法のMAC層とはMIIで接続される符号変換部を備え、
前記符号変換部は、前記所定の有線伝送方法のMAC層から受け取ったベースバンドのデータを前記非直流符号化方式によって符号化した後に前記電磁結合用のコイル及び結合器から伝送するとともに、前記電磁結合用のコイル及び結合器で受信したデータを前記非直流符号化方式により元のベースバンドの伝送データに復号化してから前記所定の有線伝送方法のMAC層に渡す、
ことを特徴とする請求項14に記載の伝送装置。 - 所定の有線伝送方法によるデータ伝送の橋渡しを行なう伝送装置であって、
前記所定の有線伝送方法の物理層と、
前記所定の有線伝送方法の物理層に対して前記所定の有線伝送方式のMAC層として振る舞うとともに、電磁結合によるデータ伝送を行なう新物理層と、
を具備することを特徴とする伝送装置。 - 前記新物理層はベースバンド帯のまま電磁結合による伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項17に記載の伝送装置。 - 前記新物理層は、前記所定の有線伝送方法の物理層から受け取ったベースバンドのデータを直流成分を含まない非直流符号化方式によって符号化してから電磁結合により伝送するとともに、電磁結合により受信した信号を前記非直流符号化方式により元のベースバンドの伝送データに復号化してから前記所定の有線伝送方法の物理層に渡す、ことを特徴とする請求項17に記載の伝送装置。
- 前記所定の有線伝送方法として4B5B及びMLT−3符号化方式を採用するEthernet(登録商標)が適用され、
前記新物理層は、Ethernet(登録商標)の物理層から渡されたベースバンドの伝送データをマンチェスタ符号化方式に符号変換してから電磁結合により送信するとともに、電磁結合により受信したデータをマンチェスタ符号化方式から元のベースバンドの伝送データに復号してからEthernet(登録商標)の物理層に渡す、
ことを特徴とする請求項19に記載の伝送装置。 - 前記所定の有線伝送方法では、MAC層と物理層の間はMII(Media Independent Interface)で接続することが規定され、
前記新物理層は、電磁結合用のコイル及び結合器と、前記所定の有線伝送方法の物理層とはMIIで接続される符号変換部を備え、
前記符号変換部は、前記所定の有線伝送方法の物理層から受け取ったベースバンドのデータを前記非直流符号化方式によって符号化した後に前記電磁結合用のコイル及び結合器から伝送するとともに、前記電磁結合用のコイル及び結合器で受信したデータを前記非直流符号化方式により元のベースバンドの伝送データに復号化してから前記所定の有線伝送方法の物理層に渡す、
ことを特徴とする請求項19に記載の伝送装置。
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