JP2005354553A - 光無線伝送方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域で大容量のデジタル信号を光信号として無線伝送でき、機械的構成が簡単で設置が容易となる光無線伝送方法及びその装置を提供する。
【解決手段】 デジタル信号を複数組のビットストリームに分割し、複数組のビットストリームを識別するための複数組のパイロット信号を生成して多重し、複数組の光波を複数組のパイロット信号が多重されたビットストリームで各々変調し、空間的に分離した地点から送信し、受信地点において空間的に分離した複数の焦点に集光し、複数の焦点と同数以上の複数の地点で受信し、受信信号から複数組のパイロット信号を検出し、検出された複数組のパイロット信号を基に、複数の地点で受信された光波の受信信号から複数組のビットストリームを復調し、復調された複数組のビットストリームを多重してデジタル信号を復号する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光無線伝送方法及びその装置に関し、光信号を無線伝送する光無線伝送方法及びその装置に関する。

近年、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅｓ）や光ファイバの普及により、Ｍｂｐｓ級、Ｇｂｐｓ級の高速のインターネットを家庭やオフィスで利用する環境が整いつつある。これにより、ＨＤＴＶ（高精細テレビジョン）等の画像伝送を含むマルチメディア情報を様々な配信サービスを通じて家庭やオフィスで気軽に視聴できる。

インターネットサービスプロバイダや通信会社と家庭やオフィスとの間の高速回線は有線により提供されている。上記高速回線は固定であり、むしろ安定に接続する必要から有線による接続が望まれる。一方、家庭やオフィス内では、端末数の増加に伴い、ケーブルの設置環境が問題となる。

そこで、家庭やオフィス内では、無線局免許が不要な無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ規格８０２．１１ａ／ｂ／ｇ）を用いたネットワーク接続が普及しつつあり、併せて、画像伝送などマルチメディア情報のより広帯域な伝送技術が注目を集めている。端末同士を無線により接続すると端末の設置が容易となり、設置の自由度も高くなり、かつ、床上などを這うケーブルが無くなり、室内環境の安全面でも貢献できる。

しかしながら、ＨＤＴＶ信号のリアルタイム伝送を考えると、電波を利用する無線ＬＡＮでは、十分な伝送速度を確保することが難しい。現在、検討が進んでいる将来の無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ規格８０２．１１ｅや８０２．１１ｎなど）の導入を待っても１チャンネルのＨＤＴＶ信号を１つの端末に送信するのがやっとである。

有線伝送において、Ｇｂｐｓ級の高速伝送を約束しているのは光ファイバを用いた伝送である。光波は、電波に比べ圧倒的に高い搬送波周波数を背景に、ＧＨｚを超える広帯域な情報伝送が可能である。また、光波は、電波法などによりその使用を制限されていないため、自由に使用することができる伝送媒体でもある。そこで、光波を用いた無線伝送、光無線伝送（あるいは光空間伝送）が検討され、これまでにもいくつかの伝送装置が実用化されている。

ところが、光波を無線伝送に用いる場合には、回線マージンの問題が生じる。有線の光ファイバ伝送の場合、その広帯域伝送は極めて低損失な光ファイバに支えられている。光無線伝送の場合は光波の拡散により伝送距離が長くなればなるほど光波の電力は大きく減衰し、かつ、光検出器において自乗検波により受信するため、受信雑音が熱雑音の環境では１０ｄＢの光波の損失は受信端で２０ｄＢの減衰となる。

したがって、光波の伝搬の指向特性を極めて狭くして伝送して、その減衰量を小さく抑える必要がある。そのためには、端末の光源の光軸を精度良く調整するための技術が必要となる。例えば、特許文献１に記載があるように、通信相手（親機）からの光波の到来方向を検出するための手段と機械的な旋回機構を備え、光軸を調整することが必要となる。

また、光軸調整を緩和するために、低いＳＮ比でも伝送が可能なようにする方法が検討されている。特許文献２には、誤り訂正が可能なデジタル信号を送信し、回線マージンを確保することにより、光源に比較的広い指向特性を持たせ、送受信機間の光軸調整を省略する技術が開示されている。

また、回線設計を変更せずに、情報信号の伝送速度を増やすために複数の光波を用意して、何らかの手段を用いて分割多重することが考えられる。代表的な手段としては、広帯域な光波の特性を生かして波長（あるいは周波数）を異ならせて分割多重する（波長分割多重伝送）ことが考えられる。波長分割多重伝送技術は、有線系の光ファイバ伝送においては最早当然の技術になっている。

ただし、高密度に多重された光波を分離する光ファイバ用のデマルチプレクサを光無線伝送にそのままの形で利用することは難しい。これに対処した技術が特許文献３に開示されている。ここでは、回転可能な干渉フィルタや回折格子を用いることにより光無線伝送に好適な波長フィルタリングを行うことができるとしている。
特開平１１−７４８４４号公報 特開平９−４６２９６号公報 特開平１０−３２７１２９号公報

特許文献１に記載の技術では、指向性を狭く絞った光波を所定の受光器に照射するために、通信相手からの光波を頼りに行う到来方向検出手段と光軸を所定の方向に向ける旋回機構を設けている。なお、この通信相手の光波は広いエリアをカバーするように照射されている。この方法は、追尾機構を設けているため、当然機械的に複雑な動きをする。制御の最適化がなされないと追尾機構によるジッタが信号伝送に影響を及ぼす場合もある。また、通信相手を何らかの形で見失った場合には機能しないという問題がある。

一方、特許文献２に記載の技術は、誤り訂正技術の適用により、回線マージンを確保しようとするものであるが、信号伝送を可能とする受信信号のＳＮ比の条件を緩やかにするのみで、一定の伝送速度の無線伝送に対してはその効果を有するが、新たに伝送速度を拡大しようとすると再び回線設計に見合うように、光波の指向性を絞る方向に調整しなければならなくなる点で、以前のシステムと変わりない。

特許文献３に記載の技術は、回線設計の点では伝送速度拡大に貢献できるが、光フィルタ（あるいは光デマルチプレクサ）を機械的に構成する必要があり系の機構的安定性に欠け、送信する光波の波長を厳密に制御する必要があるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、広帯域で大容量のデジタル信号を光信号として無線伝送でき、機械的構成が簡単で設置が容易となる光無線伝送方法及びその装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送方法において、
前記デジタル信号を複数組のビットストリームに分割するビットストリーム分割ステップと、
前記複数組のビットストリームを識別するための複数組のパイロット信号を生成して前記複数組のビットストリームと多重するパイロット信号多重ステップと、
複数組の光波を前記複数組のパイロット信号が多重されたビットストリームで各々変調し、変調された複数組の光波を送信位置において空間的に分離した地点から送信する光波送信ステップと、
送信された前記複数組の光波を受信地点において空間的に分離した複数の焦点に集光する集光ステップと、
前記複数の焦点に集光された光波を前記複数の焦点と同数以上の複数の地点で受信する光波受信ステップと、
前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のパイロット信号を検出するパイロット信号検出ステップと、
検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のビットストリームを復調するビットストリーム復調ステップと、
復調された前記複数組のビットストリームを多重して前記デジタル信号を復号するビットストリーム合波ステップを有することにより、広帯域で大容量のデジタル信号を光信号として無線伝送でき、機械的構成が簡単で設置が容易となる。

請求項２に記載の発明は、デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送の送信装置において、
前記デジタル信号を複数組のビットストリームに分割するビットストリーム分割手段と、
前記複数組のビットストリームを識別するための複数組のパイロット信号を生成して前記複数組のビットストリームと多重するパイロット信号多重手段と、
複数組の光波を前記複数組のパイロット信号が多重されたビットストリームで各々変調し、変調された複数組の光波を送信位置において空間的に分離した地点から送信する光波送信手段を有することにより、請求項１の発明を実現することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の送信装置において、
前記光波送信手段から送信された前記複数組の光波の指向性を調整する指向性調整手段を有することにより、複数組の光波が分離する間隔を送信距離に依存しないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送の受信装置において、
請求項２または３記載の送信装置から送信された前記複数組の光波を受信地点において空間的に分離した複数の焦点に集光する集光手段と、
前記複数の焦点に集光された光波を前記複数の焦点と同数以上の複数の地点で受信する光波受信手段と、
前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のパイロット信号を検出するパイロット信号検出手段と、
検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のビットストリームを復調するビットストリーム復調手段と、
復調された前記複数組のビットストリームを多重して前記デジタル信号を復号するビットストリーム合波手段を有することにより、請求項１の発明を実現することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の受信装置において、
前記パイロット信号検出手段で検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記光波受信手段により前記複数の地点で受信された光波の受信信号を切替え選択して前記ビットストリーム復調手段に供給する切替え選択手段を有することにより、無駄な信号処理を省くことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載の受信装置において、
前記ビットストリーム復調手段は、前記検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から干渉成分を除去して前記複数組のビットストリームを復調することにより、送信された前記デジタル信号を正確に復号できる。

請求項７に記載の発明は、請求項２または３記載の送信装置において、
前記パイロット信号多重手段は、前記複数組のビットストリームを変調信号にマッピングし前記複数組のパイロット信号と多重した複数組のＯＦＤＭ信号を出力し、
また、請求項８に記載の発明は、請求項４乃至６のいずれか記載の受信装置において、
前記ビットストリーム復調手段は、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から複数組のＯＦＤＭ信号を分離し、前記複数組のＯＦＤＭ信号のデマッピングを行って前記複数組のビットストリームを復調することにより、波形等化を実現する機能を組み込むことができる。

本発明によれば、広帯域で大容量のデジタル信号を光信号として無線伝送でき、機械的構成が簡単で設置が容易となる。

本発明は、光学的な調整が容易な広い光波の指向性を有しながらも回線マージンを確保しつつ伝送できるようにするために、広い信号帯域と共に大きくなる雑音帯域幅と光学的な減衰が電気段で強調される自乗検波による光検出に注視し、デジタル信号を複数のデジタル信号に分割し雑音帯域幅が大きくなることを抑制しながら、複数の光源を用いることで光波の電力も確保することを考えると共に、当該複数の光源を空間的に分離して配置した状態で無線伝送すれば焦点分離して受信できることに着目し、光フィルタを用いることなく、光空間分割多重伝送することにより、広帯域で大容量のデジタル信号を無線伝送できるようにしている。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

まず、本発明の原理について説明する。通常、光検出器として使用されるフォトダイオードでは、自乗検波により光波を電気に変換する。フォトダイオードに流れる電流は、そのフォトダイオードで受信した光波の電力に比例する。そのため、光伝送においては、光波の強度（電力）を変化させて信号を送るのが一般的である。

よって、送信機から十分なＳＮ比（信号対雑音比）で送信された光波を、一定距離の伝送の後、フォトダイオードで受信した場合の信号のＳＮ比は、光波がある程度減衰し、熱雑音による雑音が支配的な環境では、（１）式のようになる。

ＳＮ比＝Ｒ_Ｌ（ηＰ_ｒ）^２／ｎ_ＴＢ …（１）
ここで、Ｐ_ｒは受光電力（フォトダイオードが受信した光波の電力）、ηは放射感度（光波の電力と電流との変換係数）、Ｒ_Ｌは負荷抵抗、ｎ_Ｔは単位周波数当たりの熱雑音電力、Ｂは雑音帯域幅である。

この関係から、ＳＮ比は受光電力Ｐ_ｒの自乗に比例し、雑音帯域幅Ｂに反比例することがわかる。つまり、受光電力Ｐ_ｒが１０ｄＢ減衰するとＳＮ比は２０ｄＢ劣化し、雑音帯域幅Ｂが１０倍になればＳＮ比が１０ｄＢ劣化することがわかる。

雑音帯域幅Ｂは、例えばベースバンド信号の場合、信号帯域幅の１／２であるように、信号帯域幅が大きくなれば、そのように増加する。伝送速度が１００Ｍｂｐｓの信号と１０Ｍｂｐｓの信号とでは、同じ受信電力を得ている場合でも、両者のＳＮ比には、１０ｄＢの差が生じる。

光無線伝送の場合、この１０ｄＢを埋めるために、光波の指向性を狭くして、例えば、ビーム幅５度で送っていたものをビーム幅２．５度に狭めて、受光電力の５ｄＢの改善を図ることが多い。こうすると、光波を受信できる範囲が狭くなるので、光軸調整が難しくなっていく。

そこで、光波毎には伝送速度１０Ｍｂｐｓと変化させず、光波の数を例えば１０とすることで、全体として１００Ｍｂｐｓを達成し、光波の指向性を変えず、かつ、回線設計を維持する。その背景には、光波の数が増えても、半導体レーザや発光ダイオードを光源とし、フォトダイオードを光検出器とする場合には、光源や光検出器そのものの物理的な大きさが小さいので、伝送装置の規模に大きな影響を与えないことがある。

本発明では、空間的に分離して配置される光源と、同じく空間的に分離して配置される光検出器との間で、光波を空間分割多重伝送することにより、光無線伝送する伝送速度を確保する。

図１（Ａ）に示すように、空間上に焦点距離ｆのレンズ１が１組あるとき、そのレンズ１の光軸（光学系を構成する屈折または反射曲面の曲率中心を連ねる線）上でレンズ１から距離Ｌだけ離れた地点であり、かつ、該光軸からｒｉオフセットした地点Ａに光波の光源があるとすると、その光源より出力した光波は、当該レンズ１を通過することにより、地点Ｂを焦点として結像する。地点Ｂは、地点Ａと該レンズ１の光軸が属する平面上でレンズから距離ｄｏだけ離れた地点であり、かつ、該光軸からｒｏオフセットした地点である。Ｌ、ｒｉ、ｄｏ、ｒｏには、（２）式の関係がある。

Ｌ／ｄｏ＝（Ｌ＋ｆ）／ｆ＝ｒｉ／ｒｏ …（２）
ただし、Ｌは負の値を代入して処理するものとする。

（２）式から、レンズ１の光軸からオフセットｒｉで出力された光波がレンズ１により焦点を結ぶ時、その焦点のレンズ１の光軸からのオフセットｒｏは、ｒｉに符号が逆で大きさが比例したものになることがわかる。つまり、異なる有限値のオフセットｒｉ、ｒｉ’を各々有する地点Ａならびに地点Ａ’を光源として送信された光波は、受信装置のレンズ１を経て、異なる有限値のオフセットｒｏ、ｒｏ’を有する地点ＢならびにＢ’に各々結像する。

例えば、オフセットｒｉ、ｒｉ’を各々５ｃｍ、３ｃｍとし、距離Ｌを１０ｍとすると、焦点距離ｆが５ｃｍのレンズ１を用いて受信した時、距離ｄｏが約５ｃｍで結像し、その地点からのオフセットｒｏ、ｒｏ’は各々約−０．２５ｍｍ、約−０．１５ｍｍの値を取る。

また、図１（Ｂ）に示すように、地点Ａの光源から光軸上の距離ｄｉにも光軸を共通にして焦点ｆ’のレンズ３を１組おくと、オフセットｒｉとオフセットｒｏの関係を、（３）式のように、レンズ２，３間距離Ｌと無関係にすることができる。

ｄｉ／ｄｏ＝−ｆ’／ｆ＝ｒｉ／ｒｏ …（３）
ただし、ｄｉは負の値を代入して処理するものとする。

（２）式の場合と同様に、異なる有限値のオフセットｒｉ、ｒｉ’を各々有する地点Ａならびに地点Ａ’を光源として送信された光波は、送信装置ならび受信装置のレンズ２，３を経て、異なる有限値のオフセットｒｏ、ｒｏ’を有する地点ＢならびにＢ’に各々結像する。例えば、ｒｉ、ｒｉ’を各々５ｃｍ、３ｃｍとすると、焦点距離ｆ’が５ｃｍのレンズ３を用いて送信し、焦点距離ｆが５ｃｍのレンズ２を用いて受信した時、距離ｄｉが５ｃｍのとき距離ｄｏも５ｃｍを取り、オフセットｒｏ、ｒｏ’も各々−５ｃｍ、−３ｃｍとなる。

以上の原理は、異なる２地点から送信された光波は、受信時に１組のレンズを経て分離して受信できることを意味する。

したがって、本発明においては、広帯域で大容量のデジタル信号を複数組のビットストリームに分割して、分割した複数組のビットストリームをそれらを識別する複数のパイロット信号と共に複数の光波に載せて送信し、それらの複数の光波を受信地点において、少なくとも１組のレンズを介して空間的に分離した複数の焦点に集め前記複数の焦点において各々受光し、検出した該複数のパイロット信号の情報を基に、受光して得られた複数の受信信号から該複数組のビットストリームを復調し、送信されたデジタル信号を復号する。

なお、パイロット信号は、使用するレンズの光学的欠陥が存在すること、光波は一定の強度分布を持って受信され光波の重なりがある程度存在すること、送信時と位置が入れ替わって受信されることなどを考慮して、受信した信号を識別したり、多重した光波の干渉の程度を認識したり、また、干渉を除去して個々の信号を分離しやすくしたりするために使用する。

上記の光無線伝送方法を基に光波の空間多重伝送を実現する光無線伝送装置について説明する。

図２（Ａ），（Ｂ）は、図１（Ａ）の原理に従って光波の空間分割多重伝送を実現する光無線送信装置及び受信装置の第１実施形態のブロック図を示す。なお、この実施形態では、デジタル信号を４分割するものとする。

図２（Ａ）に示す送信装置において、直並列変換回路１０はデジタル信号を入力して４組のビットストリームに変換する。４回路の誤り訂正符号化回路１２_１〜１２_４は、直並列変換回路１０にて分割された４組のビットストリームに各々誤り訂正符号化を行う。パイロット信号生成回路１４は４組のビットストリームを受信装置で識別するために挿入する４組のパイロット信号を生成する。４回路のパイロット信号多重回路１６_１〜１６_４は、４回路の誤り訂正符号化回路１２_１〜１２_４により符号化された４組のビットストリームにパイロット信号生成回路１４により生成された４組のパイロット信号を各々多重する。

４回路の駆動回路１８_１〜１８_４は、４回路のパイロット信号多重回路１６_１〜１６_４によりパイロット信号を多重された４組のビットストリームにより、これに続く４回路の光源から出力される光波の強度を各々変調するために光源に流す電流を各々変化させる。光源２０_１〜２０_４は、４回路の駆動回路１８_１〜１８_４から通電される電流により各々駆動されて、その強度を各々変調された光波を各々出力する。４個のレンズ２２_１〜２２_４は４回路の光源２０_１〜２０_４から出力された４つの光波を所定の指向性で空間に出力する。

ここで、光源２０_１〜２０_４には、半導体レーザや発光ダイオードが想定され、０．８μｍ帯、１．３μｍ帯、または１．５５μｍ帯の波長の光波を出力する。低価格で実現する場合には０．８μｍ帯が使用され、映像の伝送を対象とし光波の映り込みが気になる場合には１．３μｍ帯または１．５５μｍ帯が使用される。光源２０_１〜２０_４それぞれの光軸からのオフセットｒｉは互いに異ならしめている。

光源２０_１〜２０_４の強度変調は、光源を駆動する電流を直接変化させてもよいが、光源を駆動する回路は単に光波を出力させるのみにして、光波の出力を外部変調器に供給し、外部変調器の駆動回路にビットストリームによる変調信号を入れることにより行ってもよい。外部変調器を使用する場合には、あらかじめ半導体レーザと外部変調器を同一デバイス上に作成したものや、同一パッケージ内に作りこんだものを使用すると、光源の大きさを大きくしないで済む。

図２（Ｂ）に示す受信装置において、レンズ２４（図１（Ａ）のレンズ１に相当）は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。４回路の光検出器２６_１〜２６_４は、レンズ２４により４つの焦点に分離された４つの光波を各々受光して４組の電気信号を出力する。４回路のパイロット信号分離回路２８_１〜２８_４は、４回路の光検出器２６_１〜２６_４から出力された４組の電気信号から４組のパイロット信号を各々抽出する。

伝搬路推定回路３０は、４回路のパイロット信号分離回路２８_１〜２８_４からの抽出された４組のパイロット信号により各電気信号内に混入している４組のビットストリーム各々の識別や、４組のビットストリームの混入（配合）割合を判定する。干渉除去回路３２は、伝搬路推定回路３０が出力する情報を基に４組の電気信号から干渉除去した４組のビットストリームを分離出力する。４回路の誤り訂正復号回路３４_１〜３４_４は、干渉除去回路３２により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路３６は、４回路の誤り訂正復号回路３４_１〜３４_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

ここで、光検出器２６_１〜２６_４には、アバランシェフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオードなどが利用される。伝搬路推定回路３０では、送信した４組のパイロット信号をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とし、これらは受信装置でも再現できる既知の信号としておくが、このパイロット信号Ｐ１〜Ｐ４と、受信した４組のパイロット信号Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’、Ｐ４’とで相互相関を取ることで、各光検出器２６_１〜２６_４における各パイロット信号Ｐ１〜Ｐ４の配合割合を求め、伝搬路行列Ｈ（この場合は４×４の行列となる）のような形で出力する。

また、干渉除去回路３２は、伝搬路推定回路３０から供給される例えば伝搬路行列Ｈを利用して、受信した４組の電気信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４（これらをまとめたベクトルをＹとする）から送信された４組のビットストリームＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４（これらをまとめたベクトルをＸとする）を取り出す操作をする。この背景として、Ｙ＝ＨＸの関係が用いられ、Ｘの復号は、Ｈの逆行列Ｈ^−１を求めることにより実現できる。

なお、逆行列Ｈ^−１を求める操作は計算量が多いため、実際の回路では、いくつかの工夫を施した回路を使用する。一例として、最小自乗誤差（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）規範による方法がある。各光検出器２６_１〜２６_４からの出力Ｙに重み付け係数Ｗを乗算してＸを求めることを考える。この際、パイロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を参照信号Ｐとして、この参照信号ＰとＷＹの平均自乗誤差が最小となるように、係数Ｗを修正し、得られたＷを基にＸを復号する方法である。

また、他の一例は、本発明の原理に従い高いＤＵ比（希望信号と非希望信号の電力比）を背景に復調する方法である。つまり、本発明の原理に従えば、受信装置の１組のレンズを通じて、送信された４つの光波は高い比率で各々別々の光検出器２６_１〜２６_４で受信される。受信した電気信号Ｙ１には、送信された光波のうち例えばＸ４が高い比率で含まれ、同様に、Ｙ２にはＸ３が高い比率で含まれ、Ｙ３にはＸ２が高い比率で含まれ、Ｙ４にはＸ１が高い比率で含まれる。したがって、これらの信号を仮の信号としてレプリカを作り、先の伝搬路行列Ｈで示される配合を以ってＹから除去することによりＸを復号する。この場合、必要に応じて、この操作を繰り返すと精度が向上する。

ところで、パイロット信号の多重方法には、図３に示すように時分割多重により挿入する方法と、図４に示すように周波数分割多重により挿入する方法がある。

図３の時分割多重においては、例えば、直並列変換により分割された４組のビットストリームそれぞれを例えば１８８ビット毎に分割し、これに例えば１６ビットの同期識別子と、例えば３２ビットのパイロット信号を各々データ信号のビットストリームの前に挿入して伝送する。同期識別子は４組のビットストリームで共通とし、パイロット信号は４組のビットストリームで異なる値としておく。これにより、受信装置において、パイロット信号は同期識別子の後に続いてくることがわかっているので、同期識別子を検出後に現れる３２ビットを抜き出せば、パイロット信号を得ることができる。

なお、この時点では、パイロット信号は、他の信号成分の干渉を受けているものとし、かつ、アナログ−デジタル変換回路を介して処理を行う場合にも８ビット以上の階調によりレベル変化を検出できるものとする。この信号に対して、既知のパイロット信号Ｐ１からＰ４との相互相関演算を行うことにより、先の伝搬路行列Ｈを求めることができる。また、Ｐ１が１のときにはＰ２、Ｐ３、Ｐ４は０（ヌル）、Ｐ２が１のときにはＰ１、Ｐ３、Ｐ４が０というように、光波毎にタイミングを変えて、パイロット信号を間欠的に送信してもよい。

図４の周波数分割多重によるパイロット信号多重方法は、受信信号の帯域内の周波数特性が比較的フラットな場合に、比較的簡単にパイロット信号を検出するための方法として利用できる。例えば、パイロット信号Ｐ１として周波数ｆ１の正弦波、Ｐ２として周波数ｆ２（≠ｆ１）の正弦波、Ｐ３として周波数ｆ３（≠ｆ１，ｆ２）の正弦波、同様に、Ｐ４として周波数ｆ４（≠ｆ１，ｆ２，ｆ３）の正弦波を割り当てて伝送すれば、受信装置において伝搬路行列Ｈを求めるためには、単に各周波数のフィルタで抽出して検波すればよいので、比較的簡単に実現でき、パイロット信号の除去も単にローパスフィルタを通過させるのみで可能である。また、各ビットストリームに付加されることでビットストリームの伝送速度を変化させるのは、同期識別子のみで済む。

図２（Ａ），（Ｂ）の光無線送信装置及び受信装置を用いて光信号伝送した場合の数値例を示す。伝送速度１００Ｍｂｐｓで送信できる４つの光源から各々光波を送信して信号を伝送することを考える。誤り訂正を考慮してエラーフリーで伝送できるＳＮ比を仮に５ｄＢとすると、各々の光波が１０ｍＷ、ビーム幅３０度の指向性で出力され、有効口径３ｃｍのレンズおよびＰＩＮフォトダイオードで受光して光検出器に内蔵されたＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ）が６ｄＢの前置増幅器を介して受信した場合、電気段で１０ｄＢの回線マージンを持って送信できる距離は１０ｍである。パイロット信号の挿入方法を周波数分割多重とし、同期識別子の配合割合が変わらないとすると、全体で伝送速度４００Ｍｂｐｓの伝送が可能となる。

ここで、もし同じ伝送速度４００Ｍｂｐｓとなる伝送を１つの光源で実現したとすると、信号帯域が４倍になるため、６ｄＢの回線損失が生じる。その結果、同じビーム幅で送信すると、伝送距離は７ｍに減少する。あるいは、伝送距離を１０ｍとするためには、ビーム幅を２０度に狭くする必要がある。

一方、空間的な分離距離について考えると、４回路の各送信用光源をアレイ状に一列に配置し、図１（Ａ）のｒｉの値で各々５ｃｍ、３ｃｍ、−３ｃｍ、−５ｃｍを割り当てると、受信装置における図１（Ａ）のｒｏは、１０ｍの送信距離で各々約−０．２５ｍｍ、約−０．１５ｍｍ、約０．１５ｍｍ、約０．２５ｍｍとなる。約０．２ｍｍ間隔で口径約８０μｍのＰＩＮフォトダイオードを１列に４個配置して受信することに相当する。

光無線伝送装置の実用を考慮すると、送信用レンズと受信用レンズの光軸がぴったりと一致することはない。また、レンズの収差などにより焦点が必ずしも１点とはならず、ある広がりを持つ。さらには、図１（Ａ）に示すように、受信側でのみレンズを共通化して受信する場合には、焦点が分離する間隔は、送信距離（図１（Ａ）の距離Ｌ）に依存して変化する。そのような場合を想定して、図２（Ｂ）の受信装置を変更した実施形態を図５に示す。

図５に示す受信装置は、図２（Ａ）に対応する受信装置の第２実施形態のブロック図を示す。同図中、レンズ４４は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎは、レンズ４４により４つの焦点に分離された４つの光波のうちいずれかまたは複数の組合せ（まったく受光しない場合もある）を各々受光してＮ（Ｎは４より大きい整数）組の電気信号を出力する。

Ｎ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎは、Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎから出力されたＮ組の電気信号からＮ組のパイロット信号（送信された４組のパイロット信号が光波の分離状況に応じて配合されたもの）を各々抽出する。伝搬路推定回路５０は、Ｎ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎからの抽出されたＮ組のパイロット信号によりＮ回路の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する。

干渉除去回路５２は、伝搬路推定回路５０が出力する情報を基にＮ回路の電気信号から４組のビットストリームを分離出力する。４回路の誤り訂正復号回路５４_１〜５４_４は、干渉除去回路５２により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路５６は、４回路の誤り訂正復号回路５４_１〜５４_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

つまり、焦点位置のずれた光波やビームスポットが広がった光波を受信するために、光検出器の位置を調整して受信するのではなく、Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎを使用し広範囲に受光することにより目的を達成しようとしたものである。

１次元アレイ状に配置した光波を受信する先の数値事例に照らし合わせると、図１（Ａ）のｒｉの値で各々５ｃｍ、３ｃｍ、−３ｃｍ、−５ｃｍを割り当てて送信した光波を受光するために、受信装置では、１０ｍの送信距離で各々約−０．３５ｍｍから約０．３５ｍｍの範囲に約０．１ｍｍ間隔で口径約８０μｍのＰＩＮフォトダイオードを１列に８個配置して、あるいは２列１６個、３列２４個配置して受信することに相当する。

なお、４つの光波を１列に配置して伝送する事例で説明してきたが、実際の装置では、１列ではなく、２次元の平面上に光源を配置して伝送する。そこで、例えば８回路の光源を用いる場合について配置イメージを示すと、例えば図６（Ａ）に示すようになる。送信装置においては、半径ｒｉ＿１の円周上に９０度毎に４点、さらに、４５度ずらして半径ｒｉ＿２（＞ｒｉ＿１）の円周上に９０度毎に４点、合計８点の空間的に分離した各地点に８回路の光源、例えば、半導体レーザを設置する。

そして、受信装置は、この８回路の光源より出力した８つの光波を分離して受信するため、１組のレンズを用い、さらに、４０回路の光検出器、例えば、ＰＩＮフォトダイオードを平面上に配置して受信する。この復調には、図５に示す受信装置において、Ｎ回路を４０回路に、４組のビットストリーム出力を８組に拡張したものを用いる。

４０回路のＰＩＮフォトダイオードの配置は、例えば図６（Ｂ）に示すようになる。まず、送信光源の配置と同様に、半径ｒｏ＿１の円周上に９０度毎に４点、さらに、４５度ずらして半径ｒｏ＿２（＞ｒｏ＿１）の円周上に９０度毎に４点、合計８点の空間的に分離した各地点に８回路のＰＩＮフォトダイオードを配置する。これらの位置関係は、送信光源の配置に準じる。さらに、図６（Ｂ）における上記８点それぞれの上下左右の４方向にｄｒだけオフセットした位置に各々８回路、合計３２回路のＰＩＮフォトダイオードを配置する。以上の結果、合計４０回路のＰＩＮフォトダイオードが平面上に配置され、伝送距離の変化によるピントずれ、光軸ずれによる焦点位置の移動などに対応する。この時、図１（Ａ）におけるオフセットｄｏを本来の位置よりわずかに小さくしておくと、効果が大きい。

上記について数値を用い確認しておく。送信光源の配置半径ｒｉ＿１ならびにｒｉ＿２を各々３ｃｍ、６ｃｍとした場合、受信用光検出器の配置半径ｒｏ＿１、ｒｏ＿２は、１０ｍの送信距離に対して各々約０．１５ｍｍ、０．３ｍｍとなる。そして、ＰＩＮフォトダイオードの口径を８０μｍとしたとき、オフセットｄｒを０．１ｍｍとすることにより、ビームスポットの変化±０．０７ｍｍまで許容するシステムが実現する。これは伝送距離が７ｍから１５ｍ程度の範囲で変化しても許容できることを意味し、また、光軸が３度程度ずれても許容できることを意味する。

さらに、光検出器をより冗長的に多く配置し、確実性を増すことを考慮した実施形態を図７に示す。図７では、面積２ｒｏ×２ｒｏの範囲に間隔ｄｒで２次元アレイ状に光検出器を配置している。

図６（Ｂ）についても言えることであるが、特に、図７の構成の光検出器を用いると、実際には、光波を受信していない光検出器がいくつか存在する。このような光検出器を用いた場合に適用する受信装置の第３実施形態を図８に示す。このとき、受信装置は、図２（Ａ）に対応する受信装置として説明する。なお、図８において、図５と同一部分には同一符号を付す。

図８において、レンズ４４は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。Ｎ（Ｎは４より大きい整数）回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎは、レンズ４４により４つの焦点に分離された４つの光波のうちいずれかまたは複数の組合せ（まったく受光しない場合もある）を各々受光してＮ組の電気信号を出力する。Ｎ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎは、Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎから出力されたＮ組の電気信号からＮ組のパイロット信号（送信された４組のパイロット信号が光波の分離状況に応じて配合されたもの）を各々抽出する。

信号レベル判定回路５８は、Ｎ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎからの抽出されたＮ組のパイロット信号を基にＮ回路の各電気信号のレベルを判定してＭ（Ｍは４以上であって、かつ、Ｎ以下の整数）組の電気信号を選択する制御信号を作成して信号選択回路５７に送信すると共に、選択したＭ組の電気信号に関わるパイロット信号を伝搬路推定回路５９に送信する。信号選択回路５７は、信号レベル判定回路５８により送信された制御信号に基づき入力されたＮ組の電気信号からＭ組の電気信号を選択して出力する。

伝搬路推定回路５９は、信号レベル判定回路５８から送信されたＭ組の電気信号に関わるパイロット信号を基に選択されたＭ組の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する。干渉除去回路６０は、伝搬路推定回路５９が出力する情報を基にＭ組の電気信号から４組のビットストリームを分離出力する。

４回路の誤り訂正復号回路５４_１〜５４_４は、干渉除去回路６０により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路５６は、４回路の誤り訂正復号回路５４_１〜５４_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

この受信装置では、信号レベル判定回路５８に入力されるパイロット信号の電力レベルやＳＮ比から判断して光波を受信していない、あるいは、受光電力の小さな光検出器を無視する仕組みを設けている。これによって、無駄な信号処理を省くことができる。

近年、送受信装置の主要な回路にデジタル回路を用いてデジタル信号処理を行うことが多い。その場合、受信装置において、図８に示すように信号選択回路５７を有する場合には、アナログ−デジタル変換回路を信号選択回路５７の後段に挿入して、その後の処理をデジタル回路で行うことが考えられる。この時、アナログ信号をデジタルに変換した後、改めてパイロット信号を分離して伝搬路推定を行う場合が考えられる。その場合に適用する受信装置の第４実施形態を図９に示す。

図９と図８との違いは、図８の受信装置において、Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎから出力されたＮ回路の電気信号からＮ組のパイロット信号（送信された４組のパイロット信号が光波の分離状況に応じて配合されたもの）を各々抽出するＮ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎと、Ｎ回路のパイロット信号分離回路４８_１〜４８_Ｎからの抽出されたＮ組のパイロット信号を基にＮ回路の各電気信号のレベルを判定してＭ組の電気信号を選択する制御信号を作成して信号選択回路５７に送信すると共に、選択したＭ組の電気信号に関わるパイロット信号を伝搬路推定回路５９に送信する信号レベル判定回路５８と、信号レベル判定回路５８により送信された制御信号に基づき入力されたＮ組の電気信号からＭ組の電気信号を選択して出力する信号選択回路５７と、信号レベル判定回路５８から送信されたＭ組の電気信号に関わるパイロット信号を基に選択されたＭ組の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する伝搬路推定回路５９としていた部分を、図９の受信装置においては、Ｎ回路の光検出器４６_１〜４６_Ｎから出力されたＮ組の電気信号からＮ組のパイロット信号（送信された４組のパイロット信号が光波の分離状況に応じて配合されたもの）を各々抽出するＮ回路のパイロット信号検出回路６２_１〜６２_Ｎと、Ｎ回路のパイロット信号検出回路６２_１〜６２_Ｎからの抽出されたＮ組のパイロット信号を基にＮ組の各電気信号のレベルを判定してＭ組の電気信号を選択する制御信号を作成し信号選択回路に送信する信号レベル判定回路６３と、信号レベル判定回路６３により送信された制御信号に基づき入力されたＮ組の電気信号からＭ組の電気信号を選択して出力する信号選択回路６４と、信号選択回路６４により選択されたＭ組の電気信号をアナログ−デジタル変換した信号からＭ組のパイロット信号を各々抽出するＭ回路のパイロット信号分離回路６５_１〜６５_Ｍと、Ｍ回路のパイロット信号分離回路６５_１〜６５_Ｍから各々抽出されたＭ組のパイロット信号を基にＭ組の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する伝搬路推定回路６６としている点である。

これまで説明してきた、図１（Ａ）の原理に従って実現された図２（Ａ），（Ｂ）に示す光無線送信装置及び受信装置では、受信装置において光波が分離する間隔は送信距離に依存して決まった。そのため、この装置では送信距離が長くなるほど送信装置は大きく、受信装置は小さくなる。

そこで、この伝送距離を気にせず使用できるようにした第５実施形態が、図１０（Ａ），（Ｂ）に示す光無線送信装置及び受信装置であり、これは図１（Ｂ）の原理に基づく。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）において、図２（Ａ），（Ｂ）と同一部分には同一符号を付す。

図１０（Ａ）に示す送信装置において、直並列変換回路１０は、デジタル信号を入力して４組のビットストリームに変換する。４回路の誤り訂正符号化回路１２_１〜１２_４は、直並列変換回路１０にて分割された４組のビットストリームに各々誤り訂正符号化を行う。パイロット信号生成回路１４は、４組のビットストリームを受信装置で識別するために挿入する４組のパイロット信号を生成する。４回路のパイロット信号多重回路１６_１〜１６_４は、４回路の誤り訂正符号化回路１２_１〜１２_４により符号化された４組のビットストリームにパイロット信号生成回路１４により生成された４組のパイロット信号を各々多重する。

４回路の駆動回路１８_１〜１８_４は、４回路のパイロット信号多重回路１６_１〜１６_４によりパイロット信号を多重された４組のビットストリームにより、これに続く４回路の光源から出力される光波の強度を各々変調するために光源に流す電流を各々変化させる。光源２０_１〜２０_４は、４回路の駆動回路１８_１〜１８_４から通電される電流により各々駆動されて、その強度を各々変調された光波を各々出力する。レンズ２３（図１（Ｂ）のレンズ３に相当）は、４回路の光源２０_１〜２０_４から出力された４つの光波をまとめて所定の指向性で空間に出力する。

また、図１０（Ｂ）に示す受信装置において、レンズ２４（図２（Ａ）のレンズ２に相当）は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。４回路の光検出器２６_１〜２６_４は、レンズ２４により４つの焦点に分離された４つの光波を各々受光して４組の電気信号を出力する。４回路のパイロット信号分離回路２８_１〜２８_４は、４回路の光検出器２６_１〜２６_４から出力された４組の電気信号から４組のパイロット信号を各々抽出する。

伝搬路推定回路３０は、４回路のパイロット信号分離回路２８_１〜２８_４からの抽出された４組のパイロット信号により各電気信号内に混入している４組のビットストリーム各々の識別や、４組のビットストリームの混入（配合）割合を判定する。干渉除去回路３２は、伝搬路推定回路３０が出力する情報を基に４組の電気信号から干渉除去した４組のビットストリームを分離出力する。

４回路の誤り訂正復号回路３４_１〜３４_４は、干渉除去回路３２により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路３６は、４回路の誤り訂正復号回路３４_１〜３４_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

図１０（Ｂ）に示す受信装置の構成は、図２（Ｂ）に示す受信装置の構成と基本的に同じである。ただし、原理の説明で述べているように、受信装置における光検出器の設置間隔は図２（Ｂ）の場合と異なり、伝送距離によらず送信受信の双方で使用するレンズの焦点距離の比で決まるため、同じ焦点距離を有するレンズを使用することで、送信装置における光源配置と、受信装置における光検出器配置とを対称にして作成することができる。

なお、この装置においても、送信用レンズと受信用レンズの光軸がぴったりと一致することはない。また、レンズの収差などにより焦点が必ずしも１点とはならずある広がりを持つ。そのため、送信する光波の数以上の台数の光検出器を有する図５から図９に示す構成を有する受信装置を、図１０（Ａ）に示す送信装置から送信された光波の受信に適用することに意味はある。

以上の実施形態における各光波の変調は、主にベースバンドのデジタル信号を想定して説明してきた。光波の伝搬環境によっては、特に、室内において、比較的広い指向性の光波を伝送させた場合には、電波を利用した無線伝送と同様に、マルチパスにより伝送する信号帯域内の周波数特性が変動している場合がある。このような場合には、ベースバンド信号を地上デジタル放送や無線ＬＡＮなどで使用される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式の伝送フォーマットに変換の後、光波に載せて伝送することが考えられる。

ＯＦＤＭ方式の信号伝送においては、伝送路の特性により歪が生じた信号波形を等化する目的でパイロットキャリアを伝送し、波形等化を実現する機能を組み込むことができる。そこで、本発明において、ＯＦＤＭ方式を適用した第６実施形態を図１１（Ａ），（Ｂ）に示す。

図１１に示す光無線伝送装置は、図１０に記載の光無線伝送装置のベースバンド信号をＯＦＤＭ方式の信号（ＯＦＤＭ信号）に入れ替えたものである。

図１１（Ａ）に示す送信装置において、直並列変換回路７０は、デジタル信号を入力し４組のビットストリームに変換する。４回路の誤り訂正符号化回路７２_１〜７２_４は、直並列変換回路７０を経て分割された４組のビットストリームに各々誤り訂正符号化を行う。パイロット信号生成回路７４は、４組のビットストリームを受信装置で識別するために挿入する４組のパイロット信号を生成する。

４回路のＯＦＤＭ信号変調回路７６_１〜７６_４は、４回路の誤り訂正符号化回路７２_１〜７２_４により誤り訂正符号化された４組のビットストリームをＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの変調信号にマッピングした後、パイロット信号生成回路により生成された４組のパイロット信号と共に各々多重して４組のＯＦＤＭ信号を各々作成する。４回路の駆動回路７８_１〜７８_４は、４回路のＯＦＤＭ信号変調回路７６_１〜７６_４により作成された４組のＯＦＤＭ信号によりこれに続く４回路の光源から出力される光波の強度を各々変調するために光源に流す電流を各々変化させる。光源８０_１〜８０_４は、４回路の駆動回路から通電される電流により各々駆動されて、その強度を各々変調された光波を各々出力する。レンズ８３は、４回路の光源８０_１〜８０_４から出力された４つの光波をまとめて所定の指向性で空間に出力する。

また、図１１（Ｂ）に示す受信装置において、レンズ８４は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。４回路の光検出器８６_１〜８６_４は、レンズ８４により４つの焦点に分離された４つの光波を各々受光して４組の電気信号を出力する。

４回路のＯＦＤＭ信号復調回路８８_１〜８８_４は、４回路の光検出器８６_１〜８６_４から出力された４組の電気信号をＯＦＤＭ信号として復調し、送信された４組のパイロット信号が混信した状態の４組のパイロット信号と、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどにマッピングされた変調信号として送信された４組のビットストリームが混信した状態の４組の電気信号を各々抽出する。

伝搬路推定回路９０は、４回路のＯＦＤＭ信号復調回路８８_１〜８８_４からの抽出された４組のパイロット信号により、送信された４組のビットストリームが混信した状態の４組の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する。干渉除去回路９２は、伝搬路推定回路９０が出力する情報を基に送信された４組のビットストリームが混信した状態の４組の電気信号から４組のビットストリームを分離すると共にＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどからデマッピングして出力する。

４回路の誤り訂正復号回路９４_１〜９４_４は、干渉除去回路９２により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路９６は、４回路の誤り訂正復号回路９４_１〜９４_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

ここで、パイロット信号は、ＯＦＤＭ信号における波形等化のためのパイロット信号と、本発明における光波毎に識別する目的のパイロット信号とを兼ねて、ＯＦＤＭ信号変調時に多重されるものとする。ただし、システムの構成よっては、これらのパイロット信号を別々に作成して多重してもよい。

ＯＦＤＭ信号としては、無線ＬＡＮで使用されるＩＥＥＥ規格８０２．１１ａや同規格８０２．１１ｇで規定されたＯＦＤＭ信号の形式に従って作成されたものを利用することができる。また、ＡＲＩＢ規格ＳＴＤ−Ｂ３３などに規定されたＯＦＤＭ信号の形式に従って作成されたものを利用することもできる。

図１１（Ａ），（Ｂ）に示すＯＦＤＭ信号を用いた光無線伝送装置により、光波のマルチパスにより信号波形に歪がある場合にも、波形等化の機能を有して、本発明の主旨に見合う広帯域で大容量のデジタル信号の光波による無線伝送を実現できる。

なお、ＯＦＤＭ信号を伝送する場合には、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭといった多値変調信号を用いることが多いため、ベースバンド信号を伝送する場合に比べて、要求されるＳＮ比が高く要求される。したがって、送信する光波の指向性を広く取りたい場合には、使用できる帯域をより狭くして、その分送信する光波を増やす必要がある。

図１２は、冗長性を持たせて、受信能力を高めた図９に示す受信装置を、図１１（Ａ）に示した送信装置が伝送する光波を受信するＯＦＤＭ信号の伝送に適用した第７実施形態を示す。

図１２に示す受信装置において、レンズ１０４は、送信装置から送信された４つの光波を受信して４つの焦点に分離して出力する。Ｎ回路の光検出器１０６_１〜１０６_Ｎは、レンズ１０４により４つの焦点に分離された４つの光波のうちいずれかまたは複数の組合せ（まったく受光しない場合もある）を各々受光してＮ組の電気信号を出力する。Ｎ回路のパイロット信号検出回路１０８_１〜１０８_Ｎは、Ｎ回路の光検出器１０６_１〜１０６_Ｎから出力されたＮ組の電気信号からＮ組のパイロット信号（送信された４組のパイロット信号が光波の分離状況に応じて配合されたもの）を各々抽出する。

信号レベル判定回路１１０は、Ｎ回路のパイロット信号検出回路１０８_１〜１０８_Ｎからの抽出されたＮ組のパイロット信号を基にＮ組の各電気信号のレベルを判定してＭ組の電気信号を選択する制御信号を作成し信号選択回路１１２に送信する。信号選択回路１１２は、信号レベル判定回路１１０により送信された制御信号に基づき入力されたＮ組の電気信号からＭ組の電気信号を選択して出力する。

Ｍ回路のＯＦＤＭ信号復調回路１１４_１〜１１４_Ｍは、信号選択回路１１２により選択されたＭ組の電気信号をＯＦＤＭ信号として復調し、送信された４組のパイロット信号が混信した状態のＭ組のパイロット信号と、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどにマッピングされた変調信号として送信された４組のビットストリームが混信した状態のＭ組の電気信号を各々抽出する。

伝搬路推定回路１１６は、Ｍ回路のＯＦＤＭ信号復調回路１１４_１〜１１４_Ｍからの抽出されたＭ組のパイロット信号により、送信された４組のビットストリームが混信した状態のＭ組の電気信号内に混入している４組の送信されたビットストリーム各々の識別や配合割合を判定する。干渉除去回路１１８は、伝搬路推定回路１１６が出力する情報を基に、送信された４組のビットストリームが混信した状態のＭ組の電気信号から４組のビットストリームを分離すると共にＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどからデマッピングして出力する。

４回路の誤り訂正復号回路１２０_１〜１２０_４は、干渉除去回路１１８により分離された４組のビットストリームを各々誤り訂正して送信された元の４組のビットストリームを各々復号する。並直列変換回路１２２は、４回路の誤り訂正復号回路１２０_１〜１２０_４により復号された４組のビットストリームを多重して送信されたデジタル信号を復号して出力する。

この受信装置により、送信した光波の数より多い光検出器を用いて、信号伝送を強化した光無線伝送装置が実現する。

なお、以上の説明では、送信する光波を４波もしくは８波としたが、実際の装置を組む際には、１６波や３２波といった、より多くの光波を多重したシステムの方が効果的である。

本発明を用いることにより、ＨＤＴＶの映像信号など広帯域で大容量のデジタル信号を無線伝送可能でありながら、複雑な光学的調整機構や光フィルタなどを使用しない簡単な機械的構成、かつ、設置が容易な光無線伝送装置を実現することが可能となる。

その結果、家庭やオフィス内で求められる装置の設置が容易となり、設置の自由度も高くなり、かつ、床上などを這うケーブルが無くなり、室内環境の安全面でも貢献できる端末同士の無線接続を可能としながら、より高速な無線伝送を実現できる。また、展示会や会議など臨時の目的で、高速な無線伝送を使用したい場合にも、免許不要で、かつ、他者の干渉も気にせず利用できる光波を用いているので、非常に便利な伝送手段となりうる。

なお、直並列変換回路１０，７０が請求項記載のビットストリーム分割手段に対応し、パイロット信号生成回路１４，７４，パイロット信号多重回路１６_１〜１６_４，ＯＦＤＭ信号変調回路７６_１〜７６_４がパイロット信号多重手段に対応し、駆動回路１８_１〜１８_４，７８_１〜７８_４，光源２０_１〜２０_４，８０_１〜８０_４が光波送信手段に対応し、レンズ２３，８３が指向性調整手段に対応し、レンズ２４，４４，８４，１０４が集光手段に対応し、光検出器２６_１〜２６_４，４６_１〜４６_Ｎ，８６_１〜８６_４，１０６_１〜１０６_Ｎが光波受信手段に対応し、パイロット信号分離回路２８_１〜２８_４，４８_１〜４８_Ｎ，６５_１〜６５_Ｍ，ＯＦＤＭ信号復調回路８８_１〜８８_４，１１４_１〜１１４_Ｍがパイロット信号検出手段に対応し、伝搬路推定回路３０，５０，５９，６６，９０，１１６，干渉除去回路３２，５２，６０，９２，１１８がビットストリーム復調手段に対応し、並直列変換回路３６，５６，９６，１２２がビットストリーム合波手段に対応し、信号選択回路５７，６４，１１２，信号レベル判定回路５８，６３，１１０，パイロット信号検出回路６２_１〜６２_Ｎ，１０８_１〜１０８_Ｎが切替え選択手段に対応する。

本発明の原理を説明するための図である。 本発明の光無線送信装置及び受信装置の第１実施形態のブロック図である。 パイロット信号の多重方法を説明するための図である。 パイロット信号の多重方法を説明するための図である。 本発明の受信装置の第２実施形態のブロック図である。 光源及び光検出器の配置の実施形態を示す図である。 光検出器の配置の実施形態を示す図である。 本発明の受信装置の第３実施形態のブロック図である。 本発明の受信装置の第４実施形態のブロック図である。 本発明の光無線送信装置及び受信装置の第５実施形態のブロック図である。 本発明の受信装置の第６実施形態のブロック図である。 本発明の受信装置の第７実施形態のブロック図である。

符号の説明

１０，７０ 直並列変換回路
１２_１〜１２_４，７２_１〜７２_４ 誤り訂正符号化回路
１４，７４ パイロット信号生成回路
１６_１〜１６_４ パイロット信号多重回路
１８_１〜１８_４，７８_１〜７８_４ 駆動回路
２０_１〜２０_４，８０_１〜８０_４ 光源
１，２，３，２２_１〜２２_４，２３，２４，４４，８３，８４，１０４ レンズ
２６_１〜２６_４，４６_１〜４６_Ｎ，８６_１〜８６_４，１０６_１〜１０６_Ｎ 光検出器
２８_１〜２８_４，４８_１〜４８_Ｎ，６５_１〜６５_Ｍ パイロット信号分離回路
３０，５０，５９，６６，９０，１１６ 伝搬路推定回路
３２，５２，６０，９２，１１８ 干渉除去回路
３４_１〜３４_４，５４_１〜５４_４，９４_１〜９４_４，１２０_１〜１２０_４ 誤り訂正復号回路
３６，５６，９６，１２２ 並直列変換回路
５７，６４，１１２ 信号選択回路
５８，６３，１１０ 信号レベル判定回路
６２_１〜６２_Ｎ，１０８_１〜１０８_Ｎ パイロット信号検出回路
７６_１〜７６_４ ＯＦＤＭ信号変調回路
８８_１〜８８_４，１１４_１〜１１４_Ｍ ＯＦＤＭ信号復調回路

Claims (8)

1. デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送方法において、
   前記デジタル信号を複数組のビットストリームに分割するビットストリーム分割ステップと、
   前記複数組のビットストリームを識別するための複数組のパイロット信号を生成して前記複数組のビットストリームと多重するパイロット信号多重ステップと、
   複数組の光波を前記複数組のパイロット信号が多重されたビットストリームで各々変調し、変調された複数組の光波を送信位置において空間的に分離した地点から送信する光波送信ステップと、
   送信された前記複数組の光波を受信地点において空間的に分離した複数の焦点に集光する集光ステップと、
   前記複数の焦点に集光された光波を前記複数の焦点と同数以上の複数の地点で受信する光波受信ステップと、
   前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のパイロット信号を検出するパイロット信号検出ステップと、
   検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のビットストリームを復調するビットストリーム復調ステップと、
   復調された前記複数組のビットストリームを多重して前記デジタル信号を復号するビットストリーム合波ステップを
   有することを特徴とする光無線伝送方法。
2. デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送の送信装置において、
   前記デジタル信号を複数組のビットストリームに分割するビットストリーム分割手段と、
   前記複数組のビットストリームを識別するための複数組のパイロット信号を生成して前記複数組のビットストリームと多重するパイロット信号多重手段と、
   複数組の光波を前記複数組のパイロット信号が多重されたビットストリームで各々変調し、変調された複数組の光波を送信位置において空間的に分離した地点から送信する光波送信手段を
   有することを特徴とする送信装置。
3. 請求項２記載の送信装置において、
   前記光波送信手段から送信された前記複数組の光波の指向性を調整する指向性調整手段を
   有することを特徴とする送信装置。
4. デジタル信号を光波により無線伝送する光無線伝送の受信装置において、
   請求項２または３記載の送信装置から送信された前記複数組の光波を受信地点において空間的に分離した複数の焦点に集光する集光手段と、
   前記複数の焦点に集光された光波を前記複数の焦点と同数以上の複数の地点で受信する光波受信手段と、
   前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のパイロット信号を検出するパイロット信号検出手段と、
   検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から前記複数組のビットストリームを復調するビットストリーム復調手段と、
   復調された前記複数組のビットストリームを多重して前記デジタル信号を復号するビットストリーム合波手段を
   有することを特徴とする受信装置。
5. 請求項４記載の受信装置において、
   前記パイロット信号検出手段で検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記光波受信手段により前記複数の地点で受信された光波の受信信号を切替え選択して前記ビットストリーム復調手段に供給する切替え選択手段を
   有することを特徴とする受信装置。
6. 請求項４または５記載の受信装置において、
   前記ビットストリーム復調手段は、前記検出された前記複数組のパイロット信号を基に、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から干渉成分を除去して前記複数組のビットストリームを復調することを特徴とする受信装置。
7. 請求項２または３記載の送信装置において、
   前記パイロット信号多重手段は、前記複数組のビットストリームを変調信号にマッピングし前記複数組のパイロット信号と多重した複数組のＯＦＤＭ信号を出力することを特徴とする送信装置。
8. 請求項４乃至６のいずれか記載の受信装置において、
   前記ビットストリーム復調手段は、前記複数の地点で受信された光波の受信信号から複数組のＯＦＤＭ信号を分離し、前記複数組のＯＦＤＭ信号のデマッピングを行って前記複数組のビットストリームを復調することを特徴とする受信装置。

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