JP2016100855A - 送信装置、受信装置および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自由空間光通信においてデータと制御情報とを重畳して伝送すること。【解決手段】送信装置１１０は、変調部１１１と、出射部１１２と、を有する。変調部１１１は、光源１０１から出射された光の偏波状態の変化速度を制御情報に応じて変化させる変調を行う。制御情報は、メイン信号の復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す情報である。変調部１１１は、光の偏波回転の角速度とは異なる光の特性をメイン信号に応じて変化させる変調を行う。出射部１１２は、変調部１１１の変調によって得られた光信号を、自由空間を介して他の通信装置へ送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置、受信装置および通信方法に関する。

従来、光ファイバを用いた通信において、メイン信号にオーバヘッドビットを追加して制御情報を送信し、受信側でメイン信号を復調する光伝送システムがある（例えば、下記特許文献１参照。）。また、光ファイバを用いた通信において、光データ信号に対してパスＩＤ（ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に応じたトーンによる変調を行うことにより、データ信号とともにパスＩＤを伝送する方法がある（例えば、下記特許文献２参照。）。

また、自由空間光通信において、シングルポラリゼーションの偏波状態を変化させることにより、メイン信号とは異なる情報を偏波自体にのせて、受信側のポラリゼーションビームスプリッタで情報を検出する方法がある（例えば、下記非特許文献１参照。）。また、メイン信号を偏波多重して送信する光ファイバ通信において、送信光の変調データの頻度を偏らせることにより偏波状態を変化させて、受信側のポラリメータで偏波状態の変化を読み取る方法がある（例えば、下記非特許文献２参照。）。

特開２００５−２２３９４４号公報 米国特許第７５８０６３２号明細書

Ｘｉｎｈｕｉ Ｚｈａｏ，Ｙｏｎｇ Ｙａｏ，Ｙｕｎｘｕ Ｓｕｎ，ａｎｄ Ｃｈａｏ Ｌｉｕ，「Ｃｉｒｃｌｅ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ Ｗｉｔｈ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｒｅｅ−Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，Ｖｏｌ．１，Ｉｓｓｕｅ４，Ｓｅｐ．１，２００９，ｐｐ．３０７−３１２ Ｍａｒｋ Ｄ．Ｆｅｕｅｒ，Ｖｉｎａｙ Ａ．Ｖａｉｓｈａｍｐａｙａｎ，Ｖ．Ｍｉｋｈａｉｌｏｖ，ａｎｄ Ｐ．Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ，「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔｐａｔｈ Ｌａｂｅｌ Ｔｒａｎｓｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｄｕａｌ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ＱＰＳＫ Ｓｙｓｔｅｍｓ」，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２０１１，ＪＷＡ２８

しかしながら、従来技術では、自由空間光通信において、データと、該データの復調方法や復号方法を示す制御情報とを重畳して光部品を追加することなく安定して伝送することが困難である、という問題がある。例えば、光データ信号に対して強度変調を行うことにより制御情報を重畳して伝送すると、自由空間においては強度変調された光信号の損失が大きいため、受信側において制御情報を受信することが困難である。また、偏波状態を変化させることにより制御情報を重畳して伝送するには、受信側において偏光板などの光部品が必要である。

本発明は、自由空間光通信においてデータと制御情報とを重畳して伝送することを目的とする。

本発明の一側面によれば、データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置が、光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調を行い、前記送信装置が、前記変調を行った光を、自由空間を介して受信装置へ出射し、前記受信装置が、前記送信装置により出射され、前記自由空間を介して前記受信装置に入射した光の光電変換を行い、前記受信装置が、前記入射した光の偏波状態の変化速度を、前記光電変換により得られた電気信号に基づいて検出することにより、前記制御情報を受信し、前記受信装置が、前記電気信号と受信した前記制御情報とに基づいて前記データを受信する、送信装置、受信装置および通信方法が提案される。

本発明の一態様によれば、自由空間光通信においてデータと制御情報とを光部品を追加することなく精度よく重畳して伝送することができる。

図１は、実施の形態１にかかる通信システムの一例を示す図である。 図２は、実施の形態２にかかる通信システムの一例を示す図である。 図３は、実施の形態２にかかる通信システムの構成例を示す図である。 図４は、第１処理部の一例を示す図である。 図５は、ポラリゼーションコントローラの一例を示す図である。 図６は、偏波状態検出部の一例を示す図である。 図７は、チャネルＩＤ検出部が検出する信号の一例を示す図である。 図８は、チャネルＩＤ判別部が用いるチャネルＩＤ判別テーブルの一例を示す図である。 図９は、ｎレベルの偏波回転の角速度を検出する場合のチャネルＩＤ検出部の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態３にかかる通信システムの構成例を示す図である。 図１１は、実施の形態４にかかる送信装置の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態４にかかる受信装置の一例を示す図である。

以下に図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態１〜４を詳細に説明する。

（実施の形態１）
（実施の形態１にかかる通信システムの一例）
図１は、実施の形態１にかかる通信システムの一例を示す図である。通信システム１００は、送信装置１１０と、受信装置１２０と、を有する。通信システム１００においては、送信装置１１０から受信装置１２０へ自由空間を介して光信号を送信する自由空間光（ＦＳＯ：Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ）通信が行われる。自由空間光通信は、例えば、光信号の伝送路に光ファイバなどの伝送線を用いずに、自由空間を介して光信号を送信する光無線通信である。

通信システム１００は、例えば、光ファイバの敷設が地形的に難しい場所や、既設ファイバのない地域などのほか、ビル間や移動体間などに適用することができる。送信装置１１０と受信装置１２０との間の伝送距離は、例えば５００［ｍ］〜１［ｋｍ］である。ただし、通信システム１００の適用先や伝送距離は、これらに限らない。

送信装置１１０は、制御情報とデータとに応じて変調した光を受信装置１２０へ送信する。データは、例えばユーザデータである。

制御情報は、データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す情報である。例えば、受信装置１２０において復調方式が既知である場合、制御情報は、復調情報を示さず、復号方式を示す情報とすることができる。また、例えば、受信装置１２０において復号方式が既知である場合、制御情報は、復号情報を示さず、復調方式を示す情報とすることができる。受信装置１２０において復調方法および復号方法が既知でない場合、制御情報は、復調方法および復号方法を示す情報とすることができる。

また、制御情報は、データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを、受信装置１２０へ直接的にまたは間接的に示す情報である。データの復調方法や復号方法の少なくともいずれかを間接的に示す情報は、例えば、送信元の識別情報やチャネルの識別情報などとすることができる。この場合に、受信装置１２０は、送信元の識別情報やチャネルの識別情報と、データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかとの対応テーブル等を参照して復調方法や復号方法を判定することができる。

また、データの復調方法や復号方法の少なくともいずれかを間接的に示す情報は、データの変調方法および符号化方法の少なくともいずれかを示す情報であってもよい。この場合、受信装置１２０は、制御情報が示す変調方法や符号化方法に基づいて、復調方法や復号方法を判定することができる。また、制御情報は、例えば、天候の情報など自由空間光通信に影響を及ぼす情報など、任意の情報をさらに含んでいてもよい。

（送信装置の構成について）
次に、送信装置１１０の構成について説明する。送信装置１１０は、光源１０１と、変調部１１１と、出射部１１２と、を有する。光源１０１は、光を生成し、生成した光を変調部１１１へ出力する。なお、光源１０１は、図１に示す例では送信装置１１０の内部に設けられているが、送信装置１１０の外部に設けられていてもよい。

変調部１１１は、光源１０１から入力した光を、入力されたデータと制御情報とに基づいて変調する。そして、変調部１１１は、変調した光を出射部１１２へ出力する。変調部１１１による変調は、偏波状態の変化速度を制御情報に応じて変化させる変調であって、所定の特性をデータに応じて変化させる変調である。

制御情報に応じて変化させる変調は、例えば、光に制御情報をのせる処理であって、受信側において光信号から制御情報を復調可能にする変調である。データに応じて変化させる変調は、例えば、光にデータをのせる処理であって、受信側において光信号からデータを復調可能にする変調である。光の偏波状態の変化速度を変化させる変調は、例えば、光の偏波回転の角速度を変化させる変調である。

所定の特性は、光の偏波状態の変化速度とは異なる光の特性である。例えば、所定の特性は、位相、強度、周波数、偏波状態などである。所定の特性の変調方式には、各種の変調方式を用いることができる。例えば、所定の特性が位相である場合は、所定の特性の変調方式には、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などの各種位相変調方式を用いることができる。また、所定の特性の変調方式には、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や強度変調、周波数変調、偏波変調などを用いてもよい。

変調部１１１による変調は、例えば、偏波状態の変化速度を制御情報に応じて変化させ、且つ所定の特性をデータに応じて変化させる変調を１つの変調器によって行う変調とすることができる。または、変調部１１１による変調は、例えば、偏波状態の変化速度を制御情報に応じて変化させる変調と、所定の特性をデータに応じて変化させる変調と、をそれぞれ別の変調器によって行う変調とすることができる。

出射部１１２は、変調部１１１から入力した光を、自由空間を介して受信装置１２０へ送信する。自由空間は、例えば大気中の空間であるが、宇宙空間などの真空中の空間などであってもよい。

このように、実施の形態１にかかる送信装置１１０は、光の偏波状態の変化速度を制御情報で変調し、光の偏波状態の変化速度とは異なる光の特性をデータで変調するため、自由空間光通信において制御情報とデータとを重畳した光信号を伝送することができる。また、自由空間においては偏波状態の回転速度の変動が小さいため、制御情報を低損失で伝送することができる。

（受信装置の構成について）
次に、受信装置１２０の構成について説明する。受信装置１２０は、入射部１２１と、変換部１２２と、第１受信部１２３と、第２受信部１２４と、を有する。入射部１２１には、送信装置１１０の出射部１１２から送信された光が、自由空間を介して入射する。入射部１２１は、入射した光を変換部１２２へ出力する。

変換部１２２は、入射部１２１に入射した光を光電変換する。例えば、変換部１２２は、入射部１２１に入射した光を、該光の強度に応じた電気信号に変換する。そして、変換部１２２は、変換によって得られた電気信号を第１受信部１２３および第２受信部１２４へ出力する。

第１受信部１２３は、変換部１２２から入力した電気信号に基づいて、入射部１２１に入射した光の偏波状態の変化速度を検出することにより、送信装置１１０が光信号により送信した制御情報を受信する。そして、第１受信部１２３は、受信した制御情報を第２受信部１２４へ出力する。

第２受信部１２４は、変換部１２２から入力した電気信号と第１受信部１２３から入力した制御情報とに基づいてデータを受信する。例えば、制御情報が復調方法を示す情報である場合、第２受信部１２４は、変換部１２２からの電気信号と第１受信部１２３からの復調方法を示す情報とを用いて、入射部１２１に入射した光の所定の特性を検出することでデータを復調する。

また、制御情報が復号方法を示す情報である場合、第２受信部１２４は、変換部１２２から入力した電気信号を用いてデータを復調し、復調したデータを、第１受信部１２３から入力した復号方法を示す情報を用いて復号する。

また、制御情報が復調方法および復号方法を示す情報である場合、第２受信部１２４は、入射部１２１に入射した光の偏波状態の変化速度とは異なる光の特性を、電気信号と復調方法を示す情報とを用いて検出することにより、データを復調する。そして、第２受信部１２４は、復調したデータを、復号方法を示す情報を用いて復号する。

このように、受信装置１２０は、光の偏波状態の変化速度を検出することにより制御情報を受信し、制御情報を用いてデータを受信するため、自由空間光通信において制御情報とデータとを重畳した光信号を伝送することができる。また、自由空間においては偏波状態の回転速度の変動が小さいため、制御情報を低損失で伝送することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。

（実施の形態２にかかる通信システムの一例）
図２は、実施の形態２にかかる通信システムの一例を示す図である。図２に示すように通信システム２００は、複数の通信装置２０１（２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ）を有する。複数の通信装置２０１は、互いに自由空間光通信を行う。

複数の通信装置２０１は、それぞれ、レンズ部２０２と、アンテナ２０３と、を有する。レンズ部２０２は、他の通信装置２０１から光信号を受信する。例えば、レンズ部２０２は、魚眼レンズなどの広角レンズを用いることができ、異なる方向からの光を受信することが可能である。そして、レンズ部２０２は、他の通信装置２０１から受信した光信号を、自装置内の不図示のＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｉｃａｌ）変換器へ出力する。

Ｏ／Ｅ変換器は、レンズ部２０２から受信した光信号を電気信号に変換する。また、Ｏ／Ｅ変換器は、他の通信装置２０１へ送信する信号を電気信号から光信号に変換し、変換によって得られた光信号をレンズ部２０２へ出力する。レンズ部２０２は、Ｏ／Ｅ変換器の変換によって得られた光信号を他の通信装置２０１へ送信する。

また、アンテナ２０３は、他の通信装置２０１との間で電波を送受する。アンテナ２０３により、複数の通信装置２０１間の自由空間光通信における主データリンクの他に、低速のコマンドリンクを用いることができる。このため、通信装置２０１間の大まかな位置合わせを行ったり、天候などによって時間的に変動する空間通信路の通信状態に合わせて変調方式や符号化方式を最適化し、通信品質を安定させた自由空間光通信を行ったりすることもできる。図２に示す例では、通信システム２００は、３つの通信装置２０１を有するが、少なくとも２つの通信装置２０１を有していればよい。

（実施の形態２にかかる通信システムの構成例）
図３は、実施の形態２にかかる通信システムの構成例を示す図である。図３においては、図２に示した通信装置２０１ａと通信装置２０１ｂとを用い、通信装置２０１ａの送信側の構成と、通信装置２０１ｂの受信側の構成とについて説明する。

まず、送信側の通信装置２０１ａについて説明する。図３に示すように、送信側の通信装置２０１ａは、第１ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３０１と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）３０２と、を有する。また、通信装置２０１ａは、ＩＱ（Ｉｎｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）モジュレータ３０３と、レーザ光源３０４と、アンプ３０５と、レンズ３０６と、を有する。

第１ＤＳＰ３０１は、制御情報としてのレーザチャネルＩＤ、データとしてのメイン信号と、に基づく変調用の電気信号を生成する。変調用の電気信号は、ＩＱモジュレータ３０３において光の偏波状態の変化速度を制御情報に応じて変化させ、光の偏波状態の変化速度とは異なる光の特性をメイン信号に応じて変化させる変調を行うための電気信号である。以下において、「光の偏波状態の変化速度」を「光の偏波回転の角速度」という。また、以下において、「光の偏波状態の変化速度とは異なる光の特性」を「角速度とは異なる光の特性」という。

第１ＤＳＰ３０１は、第１処理部３１１と、ポラリゼーションコントローラ（図中「Ｐｏｌ．Ｃｏｎｔ．」と記載）３１２と、第２処理部３１３と、を有する。第１処理部３１１には、メイン信号と、制御チャネルビット列によって表されるレーザチャネルＩＤなどの制御情報と、が入力される。また、第１処理部３１１は、入力したメイン信号に応じて所定の変調方式で変調するための変調信号を生成する。そして、第１処理部３１１は、生成した変調信号をポラリゼーションコントローラ３１２へ出力する。

また、第１処理部３１１は、レーザチャネルＩＤを示す０または１の制御チャネルビット列を、偏波回転の角速度を示す０またはω１を用いた制御チャネル変調列に変換する。そして、第１処理部３１１は、変換によって得られた制御チャネル変調列をポラリゼーションコントローラ３１２へ出力する。

ここで、メイン信号の変調方式は、位相変調方式、強度変調方式、周波数変調方式、偏波変調方式など、いずれの変調方式を採用することができる。メイン信号の変調方式が強度変調の場合、光の偏波回転の角速度の変化と、光信号の強度の変化と、が互いに影響しない。このため、受信側の通信装置２０１ｂは、メイン信号と制御情報とをそれぞれ受信することができる。メイン信号の変調方式が周波数変調の場合も同様である。

一方で、メイン信号の変調方式が位相変調や偏波変調などの場合、光の偏波回転の角速度の変化と、光信号の偏波の変化と、が互いに影響する。このため、光の偏波回転の角速度を変化させる変調周波数を、位相変調または偏波変調の変調周波数より十分に低くする。例えば、光の偏波回転の角速度を変化させる変調周波数は、１００［ｋＨｚ］以下である。また、メイン信号の変調周波数は、例えば１［ＭＨｚ］である。このように、光の偏波回転の角速度を変化させる変調周波数は、メイン信号の変調周波数に比べて十分低い。

これにより、受信側の通信装置２０１ｂは、メイン信号と制御情報とをそれぞれを受信することができる。実施の形態２においては、メイン信号の変調方式には、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭなどを用いることとする。ただし、以下においてはメイン信号の変調方式を、適宜、位相変調方式という。

ポラリゼーションコントローラ３１２には、メイン信号に応じて所定の変調方式で変調するための信号と、制御チャネル変調列を示す信号とが、第１処理部３１１から入力される。ポラリゼーションコントローラ３１２は、第１処理部３１１から入力した各信号に基づいて、制御チャネル変調列に応じて光の偏波回転の角速度ωを変化させる変調であって、メイン信号に応じて所定の変調方式で変調するための変調を行うための信号を生成する。そして、ポラリゼーションコントローラ３１２は、生成した信号を第２処理部３１３へ出力する。

例えば、ポラリゼーションコントローラ３１２は、所定のレベルの角速度を変化させる変調を行うための信号を生成する。ポラリゼーションコントローラ３１２は、例えば、角速度ω１（ω１＞０）と角速度ω２（ω２＝０）とにより、「１」と「０」との２レベルの回転速度の変調を行うための信号を生成することができる。また、ポラリゼーションコントローラ３１２は、例えば、角速度＋ω１（ω１＞０）、角速度ω２（＝０）、角速度＋ω３（ω３＞ω１）、角速度−ω１、角速度−ω３、とすることにより、５レベルの回転速度の変調を行うための信号を生成することもできる。

第２処理部３１３は、ポラリゼーションコントローラ３１２から入力した信号に対して、例えば、アナログ信号の不完全性を有するＤＡＣ３０２の逆特性を乗じる。そして、第２処理部３１３は、逆特性を乗じた信号をＤＡＣ３０２へ出力する。

ＤＡＣ３０２は、第２処理部３１３から入力したデジタル信号をアナログ信号に変換する。そして、ＤＡＣ３０２は、変換によって得られたアナログ信号をＩＱモジュレータ３０３へ出力する。レーザ光源３０４は、レーザ光を生成し、生成したレーザ光をＩＱモジュレータ３０３へ出力する。例えば、レーザ光源３０４には、レーザダイオードが用いられる。例えば、レーザダイオードとしては、垂直共振器面発光レーザ（ビクセル）などを採用することができる。

ＩＱモジュレータ３０３は、ＤＡＣ３０２から入力したアナログ信号を用いてレーザ光源３０４から出力された光を変調することにより光信号を生成する。そして、ＩＱモジュレータ３０３は、生成した光信号をアンプ３０５へ出力する。例えば、ＩＱモジュレータ３０３は、第１ＤＳＰ３０１によって生成された電気信号に応じた屈折率変化を利用して、光の偏波回転の角速度および光の位相を変化させる。例えば、ＩＱモジュレータ３０３には、ＬＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）変調器が用いられる。

アンプ３０５は、ＩＱモジュレータ３０３から入力した光信号を増幅し、増幅した光信号をレンズ３０６へ出力する。また、レンズ３０６は、アンプ３０５から入力した光信号を自由空間に出射する。例えば、レンズ３０６は、コリメートレンズが用いられる。コリメートレンズは、アンプ３０５から入力した光信号をコリメート状態にして自由空間に出射する。

次に、受信側の通信装置２０１ｂについて説明する。受信側の通信装置２０１ｂは、レンズ３２１と、アンプ３２２と、コヒーレントレシーバ（図中「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｒｘ」）３２３と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）３２４と、第２ＤＳＰ３２５と、を有する。

レンズ３２１は、送信側の通信装置２０１ａから出射された光信号を集光し、集光した光信号をアンプ３２２へ出力する。アンプ３２２は、レンズ３２１から入力した光信号を増幅し、増幅した光信号をコヒーレントレシーバ３２３へ出力する。コヒーレントレシーバ３２３は、レンズ３２１から入力した光信号を、入力した光信号の強度に応じた電気信号に光電変換する。そして、コヒーレントレシーバ３２３は、光電変換によって得られた電気信号をＡＤＣ３２４へ出力する。例えば、コヒーレントレシーバ３２３は、光信号を、光信号の強度に応じた電気信号に光電変換するフォトディテクタを有する。

ＡＤＣ３２４は、コヒーレントレシーバ３２３から入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤＣ３２４は、変換によって得られたデジタル信号を第２ＤＳＰ３２５へ出力する。第２ＤＳＰ３２５は、チャネル推定部３３１と、メイン信号復調部３３２と、チャネルＩＤ検出部３３３と、を有する。

チャネル推定部３３１は、ＡＤＣ３２４からデジタル信号を入力する。チャネル推定部３３１は、ＡＤＣ３２４から入力したデジタル信号を用いて、例えばＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）法等により、チャネル推定を行う。そして、チャネル推定部３３１は、チャネル推定結果をメイン信号復調部３３２およびチャネルＩＤ検出部３３３へ出力する。例えば、チャネル推定部３３１によるチャネル推定は、伝送路全体の特性の逆特性の推定である。例えば、チャネル推定部３３１は、コヒーレントレシーバ３２３のフォトダイオードやＡＤＣ３２４におけるアナログ信号のローパス特性の逆特性を推定する。

メイン信号復調部３３２は、ＡＤＣ３２４からデジタル信号を入力する。また、メイン信号復調部３３２は、チャネル推定部３３１から、チャネル推定結果を入力する。また、メイン信号復調部３３２は、チャネルＩＤ判別部３４７から、メイン信号の変調方式やボーレートなどから特定されるメイン信号の復調に必要な情報を入力する。

メイン信号復調部３３２は、ＡＤＣ３２４から入力した信号と、チャネル推定部３３１から入力したチャネル推定結果と、制御チャネルデコーダ３４６から入力したメイン信号の復調や復号に必要な情報と、を用いてメイン信号の復調や復号を行う。例えば、メイン信号復調部３３２は、ＡＤＣ３２４から入力したデジタル信号に、チャネル推定部３３１から入力したチャネル推定結果が示す伝送路全体の逆特性を乗じる。

例えば、メイン信号復調部３３２は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを有し、ＦＩＲフィルタの係数を逆特性に基づいて設定することにより、逆特性を乗じることができる。また、メイン信号復調部３３２は、例えば、ＡＤＣ３２４から入力したデジタル信号をバッファリングしておき、チャネルＩＤ判別部３４７からメイン信号の復調や復号に必要な情報を入力することにより、メイン信号の復調や復号を行うことができる。

チャネルＩＤ検出部３３３は、偏波状態検出部３４１と、シンセサイザ３４２と、乗算部３４３と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）３４４と、識別回路３４５と、制御チャネルデコーダ３４６と、チャネルＩＤ判別部３４７と、を有する。偏波状態検出部３４１は、チャネル推定部３３１から、チャネル推定結果を入力する。

偏波状態検出部３４１は、チャネル推定部３３１から入力したチャネル推定結果から、偏波状態のパターンを示す情報（行列要素）を検出する。さらに、偏波状態検出部３４１は、検出した情報の中から、例えば振幅が大きくＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比のよい偏波状態を示す情報（ｓｉｎ波）を検出する。そして、偏波状態検出部３４１は、検出したｓｉｎ波を示す情報を乗算部３４３へ出力する。

シンセサイザ３４２は、ｓｉｎωを示す情報を生成し、生成した情報を乗算部３４３へ出力する。例えば、シンセサイザ３４２は、通信装置２０１ａにおける光の偏波回転の角速度ωに対応する速度ωのクロックを生成するクロックシンセサイザである。乗算部３４３は、偏波状態検出部３４１から入力した情報が示すｓｉｎ波と、シンセサイザ３４２から入力した情報が示すｓｉｎ波と、を乗算する。そして、乗算部３４３は、乗算によって得られた値をＬＰＦ３４４へ出力する。

ＬＰＦ３４４は、乗算部３４３から入力した値のうちのノイズ等の所定成分をカットする。そして、ＬＰＦ３４４は、所定成分をカットした値を識別回路３４５へ出力する。このように、受信側の通信装置２０１ｂは、偏波状態検出部３４１、シンセサイザ３４２、乗算部３４３およびＬＰＦ３４４を用いて、同期検出によってレーザチャネルＩＤを検出することができる。

識別回路３４５は、ＬＰＦ３４４から入力した値が、例えば、識別値以上であればω１と識別し、識別値未満であれば０と識別する。そして、識別回路３４５は、識別結果から得られる制御チャネル変調列（ω１，０，ω１，…）を制御チャネルデコーダ３４６へ出力する。

制御チャネルデコーダ３４６は、識別回路３４５から入力した制御チャネル変調列を、「１」および「０」によって表される制御チャネルビット列（レーザチャネルＩＤ）に変換する。例えば、制御チャネルデコーダ３４６は、識別回路３４５から入力した信号が示す制御チャネル変調列が、ω１であれば「１」に、０であれば「０」に変換する。そして、制御チャネルデコーダ３４６は、変換によって得られた制御チャネルビット列をチャネルＩＤ判別部３４７へ出力する。

チャネルＩＤ判別部３４７は、制御チャネルデコーダ３４６から入力した制御チャネルビット列に対応する情報を抽出し、抽出した情報をメイン信号復調部３３２へ出力する。制御チャネルビット列に対応する情報は、詳細については図８を用いて後述するが、送信側の通信装置２０１ａの変調方式やボーレートなどの変調方法や、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）方式などの符号化方法の情報である。

上述した、第１ＤＳＰ３０１および第２ＤＳＰ３２５は、ＤＳＰに限らず、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの各種のデジタル回路によって実現することが可能である。また、第１処理部３１１と、ポラリゼーションコントローラ３１２と、第２処理部３１３とは、第１ＤＳＰ３０１に設けられているが、それぞれ、異なるＤＳＰに設けられていてもよい。

また、図１に示した送信装置１１０は、通信装置２０１ａによって実現することができる。また、変調部１１１は、例えば、第１ＤＳＰ３０１と、ＤＡＣ３０２と、ＩＱモジュレータ３０３と、によって実現することができる。出射部１１２は、例えば、レンズ３０６によって実現することができる。また、データと制御情報とに基づく変調用の電気信号を生成する電気回路は、例えば、第１ＤＳＰ３０１によって実現することができる。また、第１ＤＳＰ３０１によって生成された電気信号に応じて、光の偏波回転の回転速度と、回転速度とは異なる光の特性とを変化させる変調器は、例えば、ＩＱモジュレータ３０３によって実現することができる。

また、図１に示した受信装置１２０は、通信装置２０１ｂによって実現することができる。また、入射部１２１は、例えばレンズ３２１によって実現することができる。また、変換部１２２は、例えば、アンプ３２２と、コヒーレントレシーバ３２３と、によって実現することができる。第１受信部１２３は、例えば、チャネル推定部３３１と、第２ＤＳＰ３２５と、によって実現することができる。第２受信部１２４は、例えば、チャネル推定部３３１と、メイン信号復調部３３２と、によって実現することができる。

次に、図４〜７を用いて、図３に示した各部の構成について説明する。

（第１処理部の一例）
図４は、第１処理部の一例を示す図である。図４に示すように、第１処理部３１１は、制御チャネルエンコーダ４０１と、変調信号生成部４０２と、を有する。制御チャネルエンコーダ４０１には、レーザチャネルＩＤを示す制御チャネルビット列が入力される。また、制御チャネルエンコーダ４０１には、使用する周波数（例えば角速度ω１）が入力される。

制御チャネルエンコーダ４０１は、入力した制御チャネルビット列に応じて、制御チャネルビット列を、０またはω１を用いた制御チャネル変調列に変換する。制御チャネルエンコーダ４０１は、変換によって得られた制御チャネル変調列をポラリゼーションコントローラ３１２へ出力する。

また、変調信号生成部４０２には、メイン信号が入力される。例えば、変調信号生成部４０２は、入力したメイン信号を用いて、位相変調するための変調信号を生成する。そして、変調信号生成部４０２は、生成した変調信号をポラリゼーションコントローラ３１２へ出力する。これにより、ポラリゼーションコントローラ３１２には、制御チャネルエンコーダ４０１から制御チャネル変調列と、位相変調を行うための変調信号と、が入力される。

（ポラリゼーションコントローラの一例）
図５は、ポラリゼーションコントローラの一例を示す図である。ポラリゼーションコントローラ３１２は、複数の実数−複素数変換器５０１（５０１ａ，５０１ｂ）と、複数の乗算部５０２（５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄ）と、を有する。また、ポラリゼーションコントローラ３１２は、複数の加算部５０３（５０３ａ，５０３ｂ）と、複素数−実数変換器５０４（５０４ａ，５０４ｂ）と、を有する。

実数−複素数変換器５０１ａは、第１処理部３１１の変調信号生成部４０２（図４参照）において変調方式に応じて生成された変調信号を示すｘＩ，ｘＱの信号を入力する。実数−複素数変換器５０１ａは、入力した変調信号を複素数に変換する。例えば、実数−複素数変換器５０１ａは、入力した変調信号を、例えばｘＩ，ｘＱのうちのｘＱを虚部とした複素数に変換する。実数−複素数変換器５０１ａは、複素数に変換した信号を乗算部５０２ａおよび乗算部５０２ｃへ出力する。

また、実数−複素数変換器５０１ｂは、第１処理部３１１の変調信号生成部４０２（図４参照）において変調方式に応じて生成された変調信号を示すｙＩ，ｙＱの信号を入力する。実数−複素数変換器５０１ｂは、入力した変調信号を複素数に変換する。例えば、実数−複素数変換器５０１ｂは、入力した信号を、例えばｙＩ，ｙＱのうちのｙＱを虚部とした複素数に変換する。実数−複素数変換器５０１ｂは、複素数に変換した信号を乗算部５０２ｂおよび乗算部５０２ｄへ出力する。

乗算部５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄは、制御チャネルエンコーダ４０１（図４参照）から入力した制御チャネル変調列を用いて、偏波制御の式である下記（１）式に示すａ（ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２）の値をそれぞれ乗算する。下記（１）式の角速度ωには、制御チャネルエンコーダ４０１から入力した制御チャネル変調列が示すω１または０が代入される。

例えば、乗算部５０２ａは、実数−複素数変換器５０１ａから入力した信号が示す複素数にａ１１（ｃｏｓω）を乗算する。そして、乗算部５０２ａは、乗算結果の値を加算部５０３ａへ出力する。また、乗算部５０２ｂは、実数−複素数変換器５０１ｂから入力した信号が示す複素数にａ１２（−ｓｉｎω）を乗算する。そして、乗算部５０２ｂは、乗算結果の値を加算部５０３ａへ出力する。

また、乗算部５０２ｃは、実数−複素数変換器５０１ａから入力した信号が示す複素数にａ２１（ｓｉｎω）を乗算する。そして、乗算部５０２ｃは、乗算結果の値を加算部５０３ｂへ出力する。また、乗算部５０２ｄは、実数−複素数変換器５０１ｂから入力した信号が示す複素数にａ２２（ｃｏｓω）を乗算する。そして、乗算部５０２ｄは、乗算結果の値を加算部５０３ｂへ出力する。

加算部５０３ａは、乗算部５０２ａから入力した値と、乗算部５０２ｂから入力した値と、を加算する。そして、加算部５０３ａは、加算した値を複素数−実数変換器５０４ａへ出力する。加算部５０３ｂは、乗算部５０２ｃから入力した値と、乗算部５０２ｄから入力した値と、を加算する。そして、加算部５０３ｂは、加算した値を複素数−実数変換器５０４ｂへ出力する。

複素数−実数変換器５０４ａは、加算部５０３ａから入力した値を実数に変換して出力する。例えば、複素数−実数変換器５０４ａは、加算部５０３ａから入力した値のうちの虚部（ｘＱ）を実数に変換し、ｘＩ，ｘＱの信号を出力する。

また、複素数−実数変換器５０４ｂは、加算部５０３ｂから入力した値を実数に変換して出力する。例えば、複素数−実数変換器５０４ｂは、加算部５０３ｂから入力した値のうちの虚部（ｙＱ）を実数に変換し、ｙＩ，ｙＱの信号を出力する。このようなポラリゼーションコントローラ３１２により、光の偏波回転の角速度ωを変化させる変調を行うための変調信号を生成することができる。

（偏波状態検出部の一例）
図６は、偏波状態検出部の一例を示す図である。偏波状態検出部３４１は、行列要素取得部６０１と、主成分取得部６０２と、を有する。行列要素取得部６０１は、チャネル推定部３３１からチャネル推定結果を入力し、入力したチャネル推定結果の中から、偏波状態のパターンを示す行列要素（図７の行列要素７００参照）を取り出す。そして、行列要素取得部６０１は、取り出した行列要素を主成分取得部６０２へ出力する。

主成分取得部６０２は、行列要素取得部６０１から入力した行列要素の中から、例えば振幅が大きくＳ／Ｎ比のよい高品質の主成分（ｓｉｎ波）を取り出す。主成分取得部６０２は、取り出したｓｉｎ波を時系列データ（図７の時系列データ７１０参照）として乗算部３４３（図３参照）へ出力する。これにより、偏波状態検出部３４１は、偏波状態を示す情報（ｓｉｎ波）を出力することができる。なお、乗算部３４３は、偏波状態検出部３４１から入力した時系列データが示すｓｉｎ波と、シンセサイザ３４２から入力したｓｉｎ波と、を乗算する。

（チャネルＩＤ検出部が検出する信号の一例）
図７は、チャネルＩＤ検出部が検出する信号の一例を示す図である。図７に示すように、チャネルＩＤ検出部３３３の偏波状態検出部３４１は、チャネル推定部３３１から入力した情報の中から偏波状態のパターンを示す行列要素７００を検出する。行列要素７００は、例えば、チャネル応答行列であり、伝送の状態を数学的に表したものである。偏波状態検出部３４１は、行列要素７００の中から、例えば振幅が大きくＳ／Ｎ比のよい高品質の主成分（ｓｉｎ波７０１）を検出する。

偏波状態検出部３４１によって検出されたｓｉｎ波７０１は、下記（２）式によって表される。下記（２）式において、Ａは、レーザチャネルＩＤの変調信号であり、例えば１または０で表される。

また、偏波状態検出部３４１は、時系列データ７１０に示す偏波状態と時間との関係を得る。時系列データ７１０において、波形に大きな変動がある領域７１１，７１３は、例えば、ポラリゼーションコントローラ３１２によって光の偏波回転の角速度が変化されたことを示している。また、時系列データ７１０において、波形に大きな変動がない領域７１２，７１４は、例えば、ポラリゼーションコントローラ３１２によって光の偏波回転の角速度が変化されていないことを示している。

また、シンセサイザ３４２が乗算部３４３へ出力するｓｉｎ波は、下記（３）式によって表される。下記（３）式において、Ｂは、シンセサイザ３４２からの電気信号の振幅を表す。Ｂを大きくすると、その分、出力信号の振幅が大きくなる。

また、乗算部３４３による乗算後の信号は、下記（４）式によって表される。下記（４）式によって表される信号は、乗算部３４３からＬＰＦ３４４へ出力される。

ＬＰＦ３４４は、例えば、上記（４）式に示す第２項の２ωを含む項と、第４項のノイズを含む項と、を除去する。これにより、ＬＰＦ３４４が出力する情報が示す値は、下記（５）式によって表すことができる。

ＬＰＦ３４４から出力された信号は、識別回路３４５に出力される。識別回路３４５は、ＬＰＦ３４４から入力信号を用いて、グラフ７２０に示すように、時間と出力との関係を示す波形を得る。グラフ７２０において、立ち上がっている箇所は、例えば、識別値以上の箇所であり、角速度ω１を示す。また、立ち上がっていない箇所は、例えば、識別値未満の箇所であり、角速度０を示す。そして、識別回路３４５は、識別によって得た制御チャネル変調列（ω１，０，ω１，…）を制御チャネルデコーダ３４６へ出力する。

制御チャネルデコーダ３４６は、識別回路３４５から入力した信号が示す制御チャネル変調列が、ω１であれば「１」に、０であれば「０」に変換する。このようにして、制御チャネルデコーダ３４６は、制御チャネル変調列を制御チャネルビット列７３０に変換する。そして、制御チャネルデコーダ３４６は、変換によって得られた制御チャネルビット列７３０をチャネルＩＤ判別部３４７（図３参照）へ出力する。チャネルＩＤ判別部３４７は、制御チャネルデコーダ３４６から入力した制御チャネルビット列７３０を用いて、変調方法や符号化方法の情報を判別する。

（チャネルＩＤ判別部が用いるチャネルＩＤ判別テーブルの一例）
図８は、チャネルＩＤ判別部が用いるチャネルＩＤ判別テーブルの一例を示す図である。図８に示すチャネルＩＤ判別テーブル８００は、チャネルＩＤ判別部３４７による制御チャネルビット列の判別に用いられる。

チャネルＩＤ判別テーブル８００には、制御チャネルビット列、変調方式、ボーレートおよびＦＥＣ方式、などの各フィールドを有する。これらのフィールドに情報を設定することにより、チャネルＩＤ判別テーブル８００には、制御チャネルビット列、変調方式、ボーレートおよびＦＥＣ方式などの組み合わせ毎の判定情報８０１−１〜８０１−４がレコードとして記憶される。

チャネルＩＤ判別部３４７は、チャネルＩＤ判別テーブル８００を用いて、制御チャネルビット列に対応する、変調方式、通信速度、誤り訂正などを判別する。チャネルＩＤ判別部３４７は、例えば、制御チャネルビット列が「０００１」であったとすると、これに対応する、ＱＰＳＫの変調方式、３２ＧＢｄのボーレートなどを判別することができる。

このようにして、受信側の通信装置２０１ｂでは送信側の通信装置２０１ａから送信されたメイン信号の復調方法や復号方法を判別することができる。また、受信側の通信装置２０１ｂは、送信側の通信装置２０１ａを識別するための識別情報を制御チャネルビット列に対応して記憶しておくことにより、判別した制御チャネルビット列から送信側の通信装置２０１ａを識別することもできる。

これにより、例えば、メイン信号復調部３３２は、所与のテーブルを検索してメイン信号の復調に必要な情報を得ることができる。検索によって得たメイン信号の復調に必要な情報は、メイン信号復調部３３２におけるメイン信号の復調に用いられる。チャネルＩＤ判別テーブル８００に記憶させる情報は、復調方法や復号方法を示す情報のほかにも、例えば天気予報の情報などの自由空間光通信に影響を及ぼす情報など、いずれの情報を含ませることも可能である。

以上説明したように、実施の形態２によれば、自由空間光通信において、メイン信号に応じて光の位相等を変化させ、且つデータの復調等のための制御情報に応じて光の偏波回転の角速度を変化させる変調を行う。このため、自由空間光通信において制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を伝送することができる。また、自由空間においては偏波状態の回転速度の変動が小さいため、制御情報を低損失で伝送することができる。

また、実施の形態２によれば、メイン信号の伝送路と異なるルートにより制御情報を送信しなくても、制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を伝送することができる。また、受信側では、メイン信号の伝送路と異なるルートにより制御情報を受信しておかなくても、制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を受信することができる。また、受信側は、通信の開始時に光信号の変調方式等を判別することができるため、通信の開始前に光信号の変調方式等が判別できていなくても、光信号を受信することができる。

また、実施の形態２では、ＩＱモジュレータ３０３が、第１ＤＳＰ３０１によって生成された電気信号に応じて、光の偏波回転の角速度および光の位相を変化させる変調を行う。このため、メイン信号による変調を行う構成に対して、制御情報による変調を行うための光学部品を追加しなくても、自由空間光通信において制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を伝送することができる。これにより、装置の簡素化を図ることができる。また、実施の形態２では、制御情報を伝送するためのオーバヘッドビットを光信号に追加しなくても、制御情報を含む光信号を伝送することができる。

また、実施の形態２では、メイン信号の変調方式に位相変調方式を用いたため、偏波状態の回転速度を変化させると、光信号の偏波が変化する。このため、光の偏波回転の角速度を変化させる変調周波数を、位相変調の変調周波数より十分に低くした。これにより、メイン信号の変調方式が偏波の変化を伴う変調方式であっても、制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を伝送することができる。

また、実施の形態２では、受信側の通信装置２０１ｂにおける角速度ωの検出には、同期検出による手法を用いた。例えば、光の偏波回転の角速度を制御情報に応じて変化させる変調を、光の偏波回転の角速度を制御情報に応じて角速度０，ω１に変化させる変調とし、受信側の通信装置２０１ｂは、角速度０，ω１に対応する速度のクロックを用いて制御情報を受信する。このような同期検出により、受信速度を向上させることができる。

また、実施の形態２では、光の偏波自体に情報をのせるのではなく、光の偏波回転の角速度を変化させる変調を行う。ここで、例えば光ファイバ通信においては、光ファイバなどの伝送路において発生する偏波回転の速度が、受信側において追従可能な速度と同程度であるため、偏波回転の角速度を変化させる変調を行った光信号を受信することは困難である。一方、実施の形態２に示したように、自由空間光通信では、伝送において発生する偏波回転の速度が受信側において追従可能な速度よりも十分に低いため、偏波回転の角速度を変化させる変調を行った光信号を受信することができる。

また、実施の形態２において、メイン信号復調部３３２は、送信側の通信装置２０１ａとの間の通信の開始時に、レーザチャネルＩＤの検出によってメイン信号の復調に必要な情報を得ることにより、以降もその情報を用いてメイン信号を復調することができる。このため、チャネルＩＤ検出部３３３によるレーザチャネルＩＤの検出は、常時行うことなく、通信の開始時にのみ行ってもよい。

ただし、チャネルＩＤ検出部３３３によるレーザチャネルＩＤの検出は、適宜行ってもよい。例えば、受信側の通信装置２０１ｂが、送信側の通信装置２０１ａを除く他の通信装置２０１ｃ（図２参照）や他の管理装置に、レーザチャネルＩＤを用いて識別可能な通信先の情報を適宜送信する。これにより、他の通信装置２０１ｃや他の管理装置が通信システム２００のネットワーク全体のコネクションの状態を管理することができる。

（実施の形態２の変形例）
次に、実施の形態２の変形例について説明する。実施の形態２の変形例では、ｎレベルの光の偏波回転の角速度を検出する場合について説明する。ｎレベルの信号を表す場合、送信側の通信装置２０１ａは、光の偏波回転の角速度を制御情報に応じて変化させる変調を、光の偏波回転の角速度を制御情報に応じて角速度ω１，ω２，…，ωｎに変化させる変調を行う。例えば、送信側の通信装置２０１ａの制御チャネルエンコーダ４０１（図４参照）が、入力した制御チャネルビット列を、ｎレベルの角速度ω（ω１，ω２，ω３，…，ωｎ）を用いた制御チャネル変調列に変換する。

例えば、制御チャネルエンコーダ４０１は、制御チャネルビット列と制御チャネル変調列との変換表を参照して、入力した制御チャネルビット列を制御チャネル変調列に変換する。変換の一例としては、例えば、（制御チャネルビット列→制御チャネル変調列）として表すと、（００→ω１）、（０１→ω２）、（１０→ω３）、（１１→ω４）とすることができる。

（ｎレベルの偏波回転の角速度を検出する場合のチャネルＩＤ検出部の一例）
図９は、ｎレベルの偏波回転の角速度を検出する場合のチャネルＩＤ検出部の一例を示す図である。図９に示すように、チャネルＩＤ検出部３３３は、偏波状態検出部３４１と、ディバイダ（Ｄｉｖｉｄｅｒ）９０１と、複数のシンセサイザ３４２（３４２−１，３４２−２，…，３４２−ｎ）と、を有する。また、チャネルＩＤ検出部３３３は、複数の乗算部３４３（３４３−１，３４３−２，…，３４３−ｎ）と、複数のＬＰＦ３４４（３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎ）と、を有する。

偏波状態検出部３４１は、チャネル推定部３３１から入力したチャネル推定結果から偏波状態のパターンを示す行列要素を取り出し、取り出した行列要素の中から、例えば振幅が大きくＳ／Ｎ比のよい高品質の主成分（ｓｉｎ波）を取り出す。そして、偏波状態検出部３４１は、取り出したｓｉｎ波を示す情報をディバイダ９０１へ出力する。

ディバイダ９０１は、偏波状態検出部３４１から入力したｓｉｎ波を示す情報を複数の乗算部３４３（３４３−１，３４３−２，…，３４３−ｎ）へ分配する。シンセサイザ３４２−１は、例えばｓｉｎω１を示す情報を生成し、生成した情報を乗算部３４３−１へ出力する。例えば、シンセサイザ３４２−２は、ｓｉｎω２を示す情報を生成し、生成した情報を乗算部３４３−２へ出力する。例えば、シンセサイザ３４２−ｎは、例えばｓｉｎωｎを示す情報を生成し、生成した情報を乗算部３４３−ｎへ出力する。

乗算部３４３−１は、ディバイダ９０１から入力した情報が示すｓｉｎ波と、シンセサイザ３４２−１から入力した情報が示すｓｉｎ波と、を乗算する。そして、乗算部３４３−１は、乗算によって得られた値をＬＰＦ３４４−１へ出力する。

同様に、乗算部３４３−ｎは、ディバイダ９０１から入力した情報が示すｓｉｎ波と、シンセサイザ３４２−ｎから入力した情報が示すｓｉｎ波と、を乗算する。そして、乗算部３４３−ｎは、乗算によって得られた値をＬＰＦ３４４−ｎへ出力する。

ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎは、それぞれ所定成分をカットする。ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎによって所定成分がカットされた後の信号は、識別回路３４５へ出力される。

識別回路３４５は、ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎから出力された信号が示す値のうちのいずれか一つが識別値以上であればωｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）と識別する。また、識別回路３４５は、ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎから出力された信号が示す値が全て識別値未満であれば０を識別する。また、識別回路３４５は、ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎから出力された信号が示す値のうちの２以上が識別値以上であればエラーと識別する。識別値は、ＬＰＦ３４４−１，３４４−２，…，３４４−ｎ毎に回路特性に応じて個別に定めた値であるが、例えば同じ値としてもよい。

そして、識別回路３４５は、識別したωｋや０を示す制御チャネル変調列を制御チャネルデコーダ３４６へ出力する。制御チャネルデコーダ３４６は、識別回路３４５から入力した制御チャネル変調列を０または１の信号に変換することにより、レーザチャネルＩＤを示す制御チャネルビット列を得る。

図９に示した例では、例えば、ｎ通りの角速度に変化させる変調が行われた光が入射する場合、ｎ通りの角速度に対応する速度のクロックを用いた同期検出により制御情報を受信する。ただし、ｎ通りの角速度に変化させる変調が行われた光が入射する場合、例えば、ｎ−１通りの角速度に対応する速度のクロックを用いた同期検出により制御情報を受信することもできる。

実施の形態２の変形例では、受信側の通信装置２０１ｂは、角速度ω１，ω２，…，ωｎに対応する速度のクロックを用いた同期検出により制御情報を受信する。このような同期検出により、受信速度を向上させることができる。

ただし、受信側の通信装置２０１ｂにおける角速度ωの検出は、同期検出による手法に限らない。例えば、偏波状態検出部３４１から出力された信号をフーリエ変換し、対応する角速度ωのパワーを測定することも可能である。このような手法によれば、ｎレベルの光の偏波回転の角速度（ω１，ω２，…，ωｎ）を一度に測定することが可能になる。また、ｎレベルの光の偏波回転の角速度を検出する場合のチャネルＩＤ検出部３３３の回路規模の増大を抑えることができる。

実施の形態２の変形例によれば、自由空間光通信においてメイン信号と重畳する制御情報の伝送量を向上させることができる。また、実施の形態２の変形例では、ｎレベルの偏波回転の角速度を制御情報で変調し、ｎレベルの偏波回転の角速度を受信することができるため、制御情報の伝送量を向上させることができる。

（実施の形態３）
次に、通信システム２００の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、ポラリゼーションコントローラ３１２を用いて光の偏波回転の角速度を変化させたが、実施の形態３では、偏波ローテータを用いて光の偏波回転の角速度を変化させる場合について説明する。実施の形態３においては、実施の形態１，２と異なる部分について説明する。

（実施の形態３にかかる通信システムの構成例）
図１０は、実施の形態３にかかる通信システムの構成例を示す図である。図１０に示すように、送信側の通信装置２０１ａは、ＤＡＣ１００１と、コントローラ１００２と、偏波ローテータ１００３と、を有する。

第１処理部３１１は、入力したメイン信号に応じて位相を変化させる変調を行うための信号を生成し、生成した変調信号を第２処理部３１３へ出力する。また、第１処理部３１１は、入力したレーザチャネルＩＤを示す制御チャネルビット列を制御チャネル変調列に変換し、変換によって得られた制御チャネル変調列を第２処理部３１３へ出力する。

第２処理部３１３は、第１処理部３１１から入力した各信号に対して、それぞれアナログ信号の不完全性を有するＤＡＣ３０２の逆特性を乗じる。第２処理部３１３は、逆特性を乗じた変調信号をＤＡＣ３０２へ出力する。第２処理部３１３は、逆特性を乗じた制御チャネル変調列を示す信号をＤＡＣ１００１へ出力する。

ＤＡＣ３０２は、第２処理部３１３から入力したデジタルの変調信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ３０２は、変換によって得られたアナログの変調信号をＩＱモジュレータ３０３へ出力する。ＩＱモジュレータ３０３は、ＤＡＣ３０２から入力した位相変調を行うための変調信号を用いてレーザ光源３０４から出力された光を変調して光信号を生成する。ＩＱモジュレータ３０３は、ＤＡＣ３０２から入力した変調信号に応じて位相変調を行う。ＩＱモジュレータ３０３は、生成した光信号を偏波ローテータ１００３へ出力する。

ＤＡＣ１００１は、第２処理部３１３から入力した制御チャネル変調列を示すデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ１００１は、変換によって得られたアナログの制御チャネル変調列を示す信号をコントローラ１００２へ出力する。コントローラ１００２は、ＤＡＣ１００１から入力した制御チャネル変調列を示すアナログ信号を用いて、偏波ローテータ１００３の偏波回転を制御する。

偏波ローテータ１００３は、コントローラ１００２による制御チャネル変調列に応じた制御によって、ＩＱモジュレータ３０３から入力した光信号の偏波を回転させる。そして、偏波ローテータ１００３は、偏波を回転させた光信号をアンプ３０５へ出力する。なお、実施の形態３では、偏波ローテータ１００３は、ＩＱモジュレータ３０３の後段に設けたが、ＩＱモジュレータ３０３の前段に設けることも可能である。アンプ３０５は、偏波ローテータ１００３から入力した光信号を増幅し、増幅した光信号をレンズ３０６へ出力する。

メイン信号に応じて回転速度とは異なる光の特性を変化させる第１変調器は、例えば、ＩＱモジュレータ３０３によって実現することができる。また、制御情報に応じて光の偏波状態の回転速度を変化させる第２変調器は、例えば、偏波ローテータ１００３によって実現することができる。

実施の形態３によれば、メイン信号による変調を行う構成に対して、偏波ローテータ１００３などの制御情報による変調を行うための光学部品を付加することにより、自由空間光通信において制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を伝送することができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態１〜３では、例えば１つの偏波のみを用いてメイン信号を送信するシングルポラリゼーションとしたが、実施の形態４では、例えば２つの偏波を用いてメイン信号を送信するデュアルポラリゼーションとする場合について説明する。実施の形態４においては、実施の形態１〜３と異なる部分について説明する。

（実施の形態４にかかる送信装置の一例）
図１１は、実施の形態４にかかる送信装置の一例を示す図である。図１１に示すように、送信側の通信装置２０１ａは、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：偏波ビームスプリッタ）１１０１，１１０２と、変調部１１１ａ，１１１ｂと、を有する。

レーザ光源３０４は、生成したレーザ光をＰＢＳ１１０１へ出力する。ＰＢＳ１１０１は、レーザ光源３０４から入力したレーザ光を第１偏波と第２偏波とに分離する。第１偏波は、例えば垂直偏波である。第２偏波は、例えば水平偏波である。ＰＢＳ１１０１は、分離した光を変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂへ出力する。変調部１１１ａ，１１１ｂは、それぞれ、図３に示した変調部１１１と同様の構成である。

変調部１１１ａには、メイン信号と、レーザチャネルＩＤとが入力される。変調部１１１ａは、ＰＢＳ１１０１から入力した光を、メイン信号およびレーザチャネルＩＤに応じて変調することにより光信号を生成する。例えば、変調部１１１ａは、光の偏波回転の角速度および光の位相を変化させる変調を行う。そして、変調部１１１ａは、生成した光信号をＰＢＳ１１０２へ出力する。

変調部１１１ｂには、メイン信号と、レーザチャネルＩＤとが入力される。変調部１１１ｂは、ＰＢＳ１１０１から入力した光を、メイン信号およびレーザチャネルＩＤに応じて変調することにより光信号を生成する。例えば、変調部１１１ｂは、光の偏波回転の角速度および光の位相を変化させる変調を行う。そして、変調部１１１ｂは、生成した光信号をＰＢＳ１１０２へ出力する。

ＰＢＳ１１０２は、変調部１１１ａから入力した光信号と、変調部１１１ｂから入力した光信号とを合波する。そして、ＰＢＳ１１０２は、合波した光信号をアンプ３０５へ出力する。アンプ３０５は、ＰＢＳ１１０２から入力した光信号を増幅し、増幅した光信号をレンズ３０６へ出力する。レンズ３０６は、アンプ３０５から出力された光信号をコリメート状態にして自由空間に出射する。

図１１に示した例では、光の偏波回転の角速度を変化させる変調を、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂが行う場合について説明したが、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂの一方のみが行ってもよい。例えば、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂにおいてメイン信号の変調方式が同じ場合、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂの一方のみにレーザチャネルＩＤを入力して光の偏波回転の角速度を変化させる変調を行えばよい。

また、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂの他方は、光の偏波回転の角速度を変化させる変調を行わず、メイン信号に応じた変調を行えばよい。つまり、送信側の通信装置２０１ａは、変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂの一方によって変調された第１偏波の光と、メイン信号に応じて変調された第２偏波の光と、の偏波多重により得られた光を出射することができればよい。

（実施の形態４にかかる受信装置の一例）
図１２は、実施の形態４にかかる受信装置の一例を示す図である。図１２に示すように、受信側の通信装置２０１ｂは、ＰＢＳ１２０１と、コヒーレントレシーバ３２３ａ，３２３ｂと、ＡＤＣ３２４ａ，３２４ｂと、第２ＤＳＰ３２５ａ，３２５ｂと、を有する。アンプ３２２は、レンズ３２１から入力した光信号を増幅し、増幅した光信号をＰＢＳ１２０１へ出力する。ＰＢＳ１２０１は、アンプ３２２から入力した光信号を垂直偏波と水平偏波とに分離する。ＰＢＳ１２０１は、コヒーレントレシーバ３２３ａおよびコヒーレントレシーバ３２３ｂへ出力する。

コヒーレントレシーバ３２３ａは、ＰＢＳ１２０１から入力した光信号を、入力した光信号の強度に応じた電気信号に光電変換する。そして、コヒーレントレシーバ３２３ａは、光電変換によって得られた電気信号をＡＤＣ３２４ａへ出力する。ＡＤＣ３２４ａは、コヒーレントレシーバ３２３ａから入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＡＤＣ３２４ａは、変換によって得られたデジタル信号を第２ＤＳＰ３２５ａへ出力する。第２ＤＳＰ３２５ａは、図３に示した第２ＤＳＰ３２５と同様の構成である。第２ＤＳＰ３２５ａは、ＡＤＣ３２４ａから入力した信号の偏波回転の角速度を検出することにより制御情報を復調する。第２ＤＳＰ３２５ａは、復調した制御情報から特定されるメイン信号の復調等に必要な情報を用いて、メイン信号の復調等を行う。第２ＤＳＰ３２５ａは、復調等を行ったメイン信号を後段へ出力する。

コヒーレントレシーバ３２３ｂは、ＰＢＳ１２０１から入力した光信号を、入力した光信号の強度に応じた電気信号に光電変換する。そして、コヒーレントレシーバ３２３ｂは、光電変換によって得られた電気信号をＡＤＣ３２４ｂへ出力する。ＡＤＣ３２４ｂは、コヒーレントレシーバ３２３ｂから入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＡＤＣ３２４ｂは、変換によって得られたデジタル信号を第２ＤＳＰ３２５ｂへ出力する。第２ＤＳＰ３２５ｂは、図３に示した第２ＤＳＰ３２５と同様の構成である。第２ＤＳＰ３２５ｂは、ＡＤＣ３２４ｂから入力した信号の偏波回転の角速度を検出することにより制御情報を復調する。第２ＤＳＰ３２５ｂは、復調した制御情報から特定されるメイン信号の復調等に必要な情報を用いて、メイン信号の復調等を行う。第２ＤＳＰ３２５ｂは、復調等を行ったメイン信号を後段へ出力する。なお、図１２に示した例では、第２ＤＳＰ３２５ａおよび第２ＤＳＰ３２５ｂは、別々に設けられているが、共通のＤＳＰに設けられていてもよい。

例えば、図１１に示した変調部１１１ａおよび変調部１１１ｂの一方のみが、光の偏波回転の角速度を変化させる変調を行う構成とした場合、第２ＤＳＰ３２５ａおよび第２ＤＳＰ３２５ｂのうちの一方で制御情報の復調を行えばよい。この場合、復調を行った第２ＤＳＰ３２５ａおよび第２ＤＳＰ３２５ｂのうちの一方から他方へ、復調した制御情報を送信すればよい。または、復調を行った第２ＤＳＰ３２５ａおよび第２ＤＳＰ３２５ｂのうちの一方が、復調した制御情報に基づいてメイン信号の復調等に必要な情報を特定し、特定した情報を他方へ送信してもよい。

以上説明したように、実施の形態４によれば、自由空間光通信において、制御情報とメイン信号とを重畳した光信号を偏波多重方式によって伝送することができる。

上述した実施の形態１〜４に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置であって、
光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調を行う変調部と、
前記変調部によって前記変調が行われた光を、自由空間を介して他の通信装置へ出射する出射部と、
を有することを特徴とする送信装置。

（付記２）前記変調部は、前記データと前記制御情報とに基づく変調用の電気信号を生成する電気回路と、前記電気信号に応じて前記変化速度および前記特性を変化させる変調器と、を含むことを特徴とする付記１に記載の送信装置。

（付記３）前記変調部は、前記データに応じて前記特性を変化させる第１変調器と、前記制御情報に応じて前記変化速度を変化させる第２変調器と、を含むことを特徴とする付記１に記載の送信装置。

（付記４）前記変調部は、第１偏波の光を変調し、
前記出射部は、前記変調部によって前記変調が行われた光と、前記第１偏波とは異なる第２偏波の光であってデータに応じて変調された光と、の偏波多重により得られた光を出射することを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の送信装置。

（付記５）前記特性は、位相または偏波状態であって、
前記変化速度を変化させる変調周波数は、前記特性を変化させる変調周波数より低いことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の送信装置。

（付記６）データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置から、光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調が行われて出射された光が、自由空間を介して入射する入射部と、
前記入射部に入射した光の光電変換を行う変換部と、
前記入射部に入射した光の偏波状態の変化速度を、前記変換部の光電変換により得られた電気信号に基づいて検出することにより、前記制御情報を受信する第１受信部と、
前記電気信号と前記第１受信部によって受信された制御情報とに基づいて前記データを受信する第２受信部と、
を有することを特徴とする受信装置。

（付記７）前記変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調は、前記変化速度を前記制御情報に応じて複数通りの変化速度に変化させる変調であり、
前記第１受信部は、前記複数通りの変化速度に含まれる変化速度に対応する速度のクロックを用いた同期検出により前記制御情報を受信する、
ことを特徴とする付記６に記載の受信装置。

（付記８）データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置が、光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調を行い、
前記送信装置が、前記変調を行った光を、自由空間を介して受信装置へ出射する、
ことを特徴とする通信方法。

（付記９）前記受信装置が、前記送信装置により出射され、前記自由空間を介して前記受信装置に入射した光の光電変換を行い、
前記受信装置が、前記入射した光の偏波状態の変化速度を、前記光電変換により得られた電気信号に基づいて検出することにより、前記制御情報を受信し、
前記受信装置が、前記電気信号と受信した前記制御情報とに基づいて前記データを受信する、
ことを特徴とする付記８に記載の通信方法。

１００，２００ 通信システム
１１０ 送信装置
１１１ 変調部
１１２ 出射部
１２０ 受信装置
１２１ 入射部
１２２ 変換部
１２３ 第１受信部
１２４ 第２受信部
２０１ 通信装置
３０１ 第１ＤＳＰ
３０２ ＤＡＣ
３０３ ＩＱモジュレータ
３０４ レーザ光源
３０５，３２２ アンプ
３０６，３２１ レンズ
３１１ 第１処理部
３１２ ポラリゼーションコントローラ
３１３ 第２処理部
３２３ コヒーレントレシーバ
３２４ ＡＤＣ
３２５ 第２ＤＳＰ
３３１ チャネル推定部
３３２ メイン信号復調部
３３３ チャネルＩＤ検出部
３４１ 偏波状態検出部
３４２ シンセサイザ
３４３ 乗算部
３４４ ＬＰＦ
３４５ 識別回路
３４６ 制御チャネルデコーダ
３４７ チャネルＩＤ判別部
６０１ 行列要素取得部
６０２ 主成分取得部
１１０１，１１０２，１２０１ ＰＢＳ

Claims (6)

1. データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置であって、
   光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調を行う変調部と、
   前記変調部によって前記変調が行われた光を、自由空間を介して他の通信装置へ出射する出射部と、
   を有することを特徴とする送信装置。
2. 前記変調部は、前記データと前記制御情報とに基づく変調用の電気信号を生成する電気回路と、前記電気信号に応じて前記変化速度および前記特性を変化させる変調器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置から、光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調が行われて出射された光が、自由空間を介して入射する入射部と、
   前記入射部に入射した光の光電変換を行う変換部と、
   前記入射部に入射した光の偏波状態の変化速度を、前記変換部の光電変換により得られた電気信号に基づいて検出することにより、前記制御情報を受信する第１受信部と、
   前記電気信号と前記第１受信部によって受信された制御情報とに基づいて前記データを受信する第２受信部と、
   を有することを特徴とする受信装置。
4. 前記変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調は、前記変化速度を前記制御情報に応じて複数通りの変化速度に変化させる変調であり、
   前記第１受信部は、前記複数通りの変化速度に含まれる変化速度に対応する速度のクロックを用いた同期検出により前記制御情報を受信する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
5. データと、前記データの復調方法および復号方法の少なくともいずれかを示す制御情報と、を光信号により送信する送信装置が、光の偏波状態の変化速度を前記制御情報に応じて変化させる変調と、前記変化速度とは異なる前記光の特性を前記データに応じて変化させる変調を行い、
   前記送信装置が、前記変調を行った光を、自由空間を介して受信装置へ出射する、
   ことを特徴とする通信方法。
6. 前記受信装置が、前記送信装置により出射され、前記自由空間を介して前記受信装置に入射した光の光電変換を行い、
   前記受信装置が、前記入射した光の偏波状態の変化速度を、前記光電変換により得られた電気信号に基づいて検出することにより、前記制御情報を受信し、
   前記受信装置が、前記電気信号と受信した前記制御情報とに基づいて前記データを受信する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信方法。

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