JP2007067802A - ビームフォーミング型ｒｏｆシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ミリ波帯などの極めて周波数の高い無線信号における電波の放射角の制御が可能な小型無線基地局を実現できる、光信号による位相制御法を用いたビームフォーミング型ＲＯＦシステムを提供する。
【解決手段】多波長可変光源１０１から出力された特定の波長間隔を有する複数の光信号が光変調器１０２で変調されて複数の光変調信号となり、この複数の光変調信号が光伝送路１０３を通過する際、波長分散の影響により、それぞれ波長に応じて異なる遅延（位相差）、ここでは電波の放射角制御に必要な量の遅延（位相差）を受け、光分波器１０４で波長毎に分波され、光検出器１０６ａ〜１０６ｎで光変調信号から電気変調信号にそれぞれ変換され、アンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎへ給電され、所望の放射角を有する電波として出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）システムに、アレイアンテナによるビームフォーミングを適用した場合の電波の放射角の制御技術に関する。

現在、無線通信サービスにおいて、高速伝送が可能な新たな帯域としてミリ波帯が注目されている。このミリ波帯無線通信サービスに周知のＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）システム、即ち伝送すべき情報を含む光（変調）信号を信号制御局（親局）から光ファイバ等の光伝送路を介して無線基地局へ送信し、これを無線基地局で電気（変調）信号に変換してアンテナより放射するシステムを適用することで、小型・経済的な構成を有し、信号制御局及び無線基地局間における電磁波などの外部の要因による影響を受け難いミリ波帯無線通信サービスが可能となる。

しかし、ＲＯＦシステムを構成するアンテナとして無指向性アンテナを用いた場合、ミリ波帯では通信エリアが大きく制限される。このため、通信エリアの拡大が課題となり、アレイアンテナによるビームフォーミングの適用が考えられている。

アレイアンテナによるビームフォーミングでは、アレイアンテナの各アンテナ素子に供給する電気（変調）信号に位相差をもたせることにより、各アンテナ素子から放射（出力）される電波を互いに干渉させ、これによってアレイアンテナ全体としての電波の放射角を制御する如くなっている。この場合、一般的に、電気的な位相制御回路を無線基地局に設けて、各アンテナ素子に供給する電気信号に位相差をもたせるようにしていた（電気的な位相制御法）が、電気的な位相制御回路は構成が複雑であり、経済性や運用性の面で問題があった。

上記の問題に対して、信号制御局から光伝送路を介して無線基地局へ送信する光（変調）信号自体に、電波の放射角を制御するための情報をもたせることにより、無線基地局側で電気的な位相制御を行う必要がなく、電気的な位相制御回路を不要となし得る方法が提案されている。従来、この方法、即ち光信号による位相制御法は、信号制御局側に可変波長光源を設けるとともに、無線基地局側に複数の高分散ファイバもしくは遅延線を設けることにより実現されている。

図８は従来の光信号による位相制御法を用いたビームフォーミング型ＲＯＦシステムの一例を示すもので、可変波長光源３０１、光変調器３０２、光伝送路３０３、光分配器（ｎ分岐カプラ）３０４、それぞれ長さの異なる複数の高分散光ファイバ３０５ａ〜３０５ｎ、それぞれ長さの異なる複数の通常の光ファイバ（シングルモードファイバ）３０６ａ〜３０６ｎ、複数の光検出器３０７ａ〜３０７ｎ、アレイアンテナの複数のアンテナ素子３０８ａ〜３０８ｎから構成されている（非特許文献１参照）。

前記ビームフォーミング型ＲＯＦシステムでは、電波の放射角の制御に必要な位相制御を可変波長光源３０１と高分散ファイバ３０５ａ〜３０５ｎを用いて行う。即ち、波長可変光源３０１から出力される所定の波長の光信号を光変調器３０２によって強度変調し、光変調信号を生成する。光変調信号は光伝送路３０３を介して伝送され、光分配器３０４により高分散ファイバ３０５ａ〜３０５ｎへそれぞれ分配され、それぞれ異なる遅延を受ける。それぞれ異なる遅延を受けた複数の光変調信号は、通常の光ファイバ３０６ａ〜３０６ｎを介して光検出器３０７ａ〜３０７ｎにそれぞれ入力され、ここで位相差を有する複数の電気信号に変換されてアンテナ素子３０８ａ〜３０８ｎにそれぞれ供給され、所望の放射角を有する電波として出力される。

高分散ファイバ３０５ａ〜３０５ｎおよび光ファイバ３０６ａ〜３０６ｎはそれぞれ長さが異なり、入力される光変調信号の波長に応じて適切な長さ、つまり所望の放射角の電波が出力されるような位相差が変換後の複数の電気信号間に生じる長さに設計されている。この位相制御に必要な高分散ファイバ長は波長の短いミリ波帯においても、数十メートル必要になる。また、高分散ファイバ及び通常のファイバではそれぞれの温度特性が異なることから、温度の変化を考慮した設計にする必要がある。さらにまた、各高分散ファイバ３０５ａ〜３０５ｎと各光ファイバ３０６ａ〜３０６ｎとの間には接合点があるため、ミリ波帯のような波長の短い電波信号を扱う場合、接合による長さの変化を考慮した構成にする必要がある。

図９は従来の光信号による位相制御法を用いたビームフォーミング型ＲＯＦシステムの他の例を示すもので、波長可変光源４０１ａ，４０１ｂ、光合波器４０２、光伝送路４０３、光分配器（ｎ分岐カプラ）４０４、それぞれ長さの異なる複数の遅延線４０５ａ〜４０５ｎ、複数の光検出器４０６ａ〜４０６ｎ、複数のアンテナ素子４０７ａ〜４０７ｎから構成されている（特許文献１参照）。

前記ビームフォーミング型ＲＯＦシステムでは、電波の放射角の制御に必要な位相制御を波長可変光源４０１ａ，４０１ｂから出力される所定の周波数の光変調信号（この方法の場合は二つの光源から出力される光信号の光周波数の差に相当する）と、遅延線４０５ａ〜４０５ｎとで行う。即ち、波長可変光源４０１ａ，４０１ｂから出力される光変調信号は光合波器４０２によって合波され、光伝送路４０３を介して伝送される。伝送された光変調信号は、光分配器４０４により遅延線４０５ａ〜４０５ｎへそれぞれ分配され、それぞれ異なる遅延を受ける。それぞれ異なる遅延を受けた複数の光変調信号は、光検出器４０６ａ〜４０６ｎにそれぞれ入力され、ここで位相差を有する複数の電気信号に変換されてアンテナ素子４０７ａ〜４０７ｎにそれぞれ供給され、所望の放射角を有する電波として出力される。

遅延線４０５ａ〜４０５ｎはそれぞれ長さが異なり、入力される光変調信号の光周波数に応じて適切な長さ、つまり所望の放射角の電波が出力されるような位相差が変換後の複数の電気信号間に生じる長さに設計されている。ミリ波帯のような波長の短い信号を扱う場合、各遅延線４０５ａ〜４０５ｎの長さの差はミリメートル単位となり、遅延線の加工に精度が必要になる。
特開２００１−２１１０２２号公報「アレイアンテナおよびその周波数走査方法」 Ｒｏｎａｌｄ Ｄ．Ｅｓｍａｎ，"Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｐｒｉｓｍ Ｔｒｕｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｅｅｄ，"ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．５，Ｎｏ．１１，ＮＯＶ．１９９３）

このように、従来のビームフォーミング型ＲＯＦシステムでは、光信号による位相制御法を用いることにより、電気的な位相制御法を用いた場合に比べ、信号の損失が極めて小さく、また、構成がシンプルで、経済性や信頼性の高いシステムにできる利点がある。しかし、ミリ波帯のような周波数の高い信号を扱う場合、光信号による位相制御法を用いた構成においても、温度変化や長さを考慮した精密な設計、製作を行う必要があった。

これに対して本発明では、従来の光信号による位相制御法を用いたビームフォーミングの特徴である低損失性、経済性、信頼性などの特徴を活かしつつ、従来は必要であった高分散ファイバや遅延線を不要とすることで更なる経済性や運用性の向上を図り、これまで用いられてきたマイクロ波帯などの周波数帯のみならず、ミリ波帯などの極めて周波数の高い無線信号における電波の放射角の制御が可能な小型無線基地局を実現できるＲＯＦシステムを提供する。

上述の目的を達成するために、本発明では、多波長光源と光伝送路を用いて、電波の放射角の制御に必要な光信号による位相制御を行う。

即ち、本発明は、無線基地局に光伝送路を介して伝送されてきた光変調信号を、位相差を有する複数の電気変調信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に供給することにより所望の放射角の電波を出力するＲＯＦシステムにおいて、特定の波長間隔を有する複数の光信号を出力する多波長光源と、該多波長光源より出力された複数の光信号を変調する光変調器と、該光変調器より出力された複数の光変調信号を伝送するとともに、波長分散により該複数の光変調信号にそれぞれ異なる遅延を与える光伝送路と、該光伝送路からの複数の光変調信号を波長毎に分波する光分波器と、該光分波器で分波された複数の光変調信号を複数の電気変調信号にそれぞれ変換する複数の光検出器とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

前記構成によれば、多波長光源より出力された複数の光信号は光変調器で変調されて複数の光変調信号となり、光伝送路を介して伝送されるが、この際、光伝送路の波長分散によりそれぞれ異なる位相差が与えられる。それぞれ異なる位相差が与えられた複数の光変調信号は光分波器で波長毎に分波され、各光検出器で位相差を有する複数の電気変調信号に変換され、アレイアンテナの各アンテナ素子に供給され、所望の放射角を有する電波として出力される。

ここで、多波長光源の代わりに、特定の波長間隔を任意に変更可能な多波長可変光源を用いれば、光伝送路の波長分散により複数の光変調信号に与える位相差、つまり複数の電気変調信号に与える位相差を任意に変更することができ、アレイアンテナからの電波の放射角を任意に制御することができる（請求項２）。

また、多波長光源の代わりに、特定の波長間隔を有する複数の光信号からなる光信号群であって、該特定の波長間隔がそれぞれ異なる少なくとも２組の光信号群を出力する多波長光源と、該多波長光源からの少なくとも２組の光信号群のうちのいずれか一組を選択的に出力する波長セレクタとを用いれば、光伝送路の波長分散により複数の光変調信号に与える位相差、つまり複数の電気変調信号に与える位相差を各光信号群の波長間隔の相違に応じて変更することができ、アレイアンテナからの電波の放射角を各光信号群の波長間隔の相違に応じて段階的に制御することができる（請求項３）。

前述した各光信号群における波長間隔は、通常、それぞれ異なる所望の電波の放射角、つまり複数の光変調信号に与えるそれぞれ異なる所望の位相差に対応して予め定めた、それぞれ異なる波長間隔に設定される。この際、多波長光源より出力する全ての光信号の波長は常に一定で良く、変更する必要が全くないため、各光信号の波長を高い精度で維持することができ、段階的ではあるが、電波の放射角も高い精度で制御できる。また、光源自体で電波の放射角の制御を行わず、波長セレクタによって電波の放射角の制御を行うため、高速な電波の放射角の制御が可能になる。

また、複数の光信号をそれぞれ所望のビート周波数に等しい光周波数の差を有する複数の２波１セットの光変調信号に変調する光変調器と、複数の２波１セットの光変調信号を当該セットを含む波長毎に分波する光分波器とを用いることにより、安定した光変調信号を供給可能な搬送波抑圧両側波帯光変調を利用でき、これによって安定した電波の放射角の制御が可能になる（請求項４）。

さらにまた、複数の光信号間の波長間隔を、光伝送路における波長分散による光変調信号間の遅延時間差が１周期もしくはそれ以上となるように設定することにより、１周期もしくはそれ以上周期の遅れた信号間の干渉による位相制御を可能とし、これによって光分波器の設計が容易になる（請求項５）。

以上説明したように、本発明によれば、特定の波長間隔を有する複数の光信号を出力する多波長光源と、光変調信号伝送手段と光変調信号遅延手段を兼ね備えた光伝送路を用いて位相制御を行うため、ミリ波帯のような波長が非常に短い周波数帯においても電波の放射角制御が可能であるとともに、従来のような高分散ファイバや遅延線が不要となり、途中に接合点も存在しないことから温度変化に対しても強く、小型・軽量・低損失でシンプルな構成を実現できる。

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明のビームフォーミング型ＲＯＦシステムの第１の実施の形態を示すもので、多波長可変光源１０１、光変調器１０２、光伝送路１０３、光分波器１０４、複数の光導波路１０５ａ〜１０５ｎ、複数の光検出器１０６ａ〜１０６ｎ及びアレイアンテナの複数のアンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎから構成されている。

多波長可変光源１０１は、特定の波長間隔を有する複数（ここではｎ個）の光信号を出力するが、この波長間隔は任意に変更可能となっている。光変調器１０２は、多波長可変光源１０１より出力された複数の光信号を伝送すべきデータで変調し、複数の光変調信号を出力する。光伝送路１０３は、光ファイバ等からなり、光変調器１０２より出力された複数の光変調信号を伝送するとともに、波長分散により該複数の光変調信号にそれぞれ異なる遅延を与える。

光分波器１０４は、光伝送路１０３からの複数の光変調信号を波長毎に分波する。光導波路１０５ａ〜１０５ｎは等しい長さを有し、光分波器１０４と光検出器１０６ａ〜１０６ｎとを接続する。光検出器１０６ａ〜１０６ｎは、光分波器１０４で分波され、光導波路１０５ａ〜１０５ｎを介して入力された複数の光変調信号を複数の電気変調信号にそれぞれ変換する。アンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎは、光検出器１０６ａ〜１０６ｎより出力された複数の電気変調信号をそれぞれ出力する。

ここで、通常、多波長可変光源１０１及び光変調器１０２は信号制御局に設置され、光分波器１０４、光導波路１０５ａ〜１０５ｎ、光検出器１０６ａ〜１０６ｎ及びアンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎは無線基地局に設置され、光伝送路１０３は信号制御局と無線基地局との間に設置（敷設）される。

前記構成において、多波長可変光源１０１からの特定の波長間隔を有する複数の光信号、つまりそれぞれ波長が異なる複数の光信号は光変調器１０２により変調され、複数の光変調信号となって光伝送路１０３へ出力される。波長の異なる複数の光変調信号は光伝送路１０３を通過する際、波長分散の影響により、それぞれ波長に応じて異なる遅延（位相差）、ここでは電波の放射角制御に必要な量の遅延（位相差）を受け、光分波器１０４で波長毎に分波される。分波された複数の光変調信号は、光導波路１０５ａ〜１０５ｎをそれぞれ通過した後、光検出器１０６ａ〜１０６ｎで光変調信号から電気変調信号にそれぞれ変換され、アレイ状に配列されたアンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎへそれぞれ給電される。

この際、電波の放射角は、多波長可変光源１０１より出力される複数の光信号の波長間隔を変更し、光伝送路１０３で各光変調信号に付与される位相差を変化させることで任意に制御できる。なお、電波の放射角を、ある所定の角度に設定できれば良い場合には、当該所定の角度に対応した、特定の波長間隔を有する複数の光信号のみを出力する多波長光源を用いることもできる。

なお、光導波路１０５ａ〜１０５ｎにおいても波長分散による遅延は発生するが、光伝送路１０３を十分長く設定することにより、光伝送路１０３で発生する遅延に比べ十分小さくすることができ、波長分散の影響を無視することが可能である。

以下、光信号の波長間隔Δλと電波の放射角θとの関係について説明する。

まず、電波の放射角制御に必要なパラメータとして、複数（ここではｎ個）の光信号の波長をλ_i（ｉ＝１，２，３，…ｎ）、波長間隔をΔλ（Δλ＝λ_i−λ_i-1）、光伝送路１０３の長さをＬ、波長λ_iの時の光伝送路１０３における単位長さ当たりの波長分散をＤ_i、空間における光速をｃ、アンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎの素子間隔（１次元上に等間隔に配列されているものとする）をｄとする。また、光変調信号間の周期遅れパラメータとしてｍ（ｍ＝０，１，２，…）を用いる。なお、光導波路１０５ａ〜１０５ｎの長さは光伝送路１０３の長さＬに比べて十分に短いとして、その波長分散の影響は無視する。

この条件で放射角の制御を行うと、放射角θ方向に等位相面ができるのは、
θ＝ｓｉｎ^-1〔｛ｃＬ（Ｄ_iλ_i−Ｄ_i-1λ_i-1）／ｄ｝−４ｍ〕 …（１）
（ｍ＝０，１，２，…）
となる。

（１）式はθ＝−９０°〜９０°、｛ｃＬ（Ｄ_iλ_i−Ｄ_i-1λ_i-1）／ｄ｝−４ｍ＝−１〜１の間でしか有効ではなく、それ以外の値は無効である。また、波長間隔Δλを増加させ、次の周期以降の信号と位相制御を行う場合、周期遅れパラメータｍで対応する。これはｍ＝０の場合、同一周期の信号と位相制御を行い、ｍがそれよりも大きい場合、ｍ周期遅れた信号と位相制御を行うことを意味する。

ここで、波長間隔が十分に小さく、波長分散Ｄ_iが各波長で同一の値、例えばＤとみなせる場合、波長間隔Δλは実質的に同一（一定）とすることができ、（１）式は、
θ＝ｓｉｎ^-1｛（ｃＬＤΔλ／ｄ）−４ｍ｝ …（２）
（ｍ＝０，１，２，…）
となる。

この場合、出力される複数の光信号間の位相差が最大でも５％以内であることが望ましく、そのためには周波数１０ＧＨｚにおける５ｋｍの光伝送で波長間隔Δλは概略１０ｎｍ以下、周波数６０ＧＨｚにおける５ｋｍの光伝送で波長間隔Δλは概略２ｎｍ以下であることが好ましい。

波長１５５０ｎｍ付近における、波長間隔Δλと放射角θとの関係を図２に示す。条件として、変調周波数ｆ＝６０ＧＨｚ（ミリ波帯）、光伝送路長Ｌ＝５ｋｍのシングルモードファイバとし、波長分散は１５５０ｎｍ付近の波長制御を行うためＤ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、アンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎの配置間隔ｄ＝２．５×１０^-3ｍ、空間中の光速ｃ＝３×１０⁸ｍ／ｓとした。縦軸は放射角θ（度）、横軸は波長間隔Δλ（ｎｍ）、光変調信号間の周期遅れパラメータｍ＝０〜６を用いた。

図３に示すような、ｍ＝０の場合において、１５５０ｎｍを基準波長とし、隣の波長を０．０５ｎｍ（１５５０．００〜１５５０．０５ｎｍ）の波長間隔で変化させて入力させることにより、信号間に位相差φを発生させ、放射角θを０°〜９０°の間で走査することが可能となり、小さな波長制御で大きな電波の放射角を制御することが可能となる。

ここで、図４に示すような、ｍ＝１の周期遅れによる位相制御が行われた場合、信号間の位相差を１周期とφずらすことにより、放射角θを−９０°〜９０°（基準波長１５５０ｎｍ、隣の波長１５５０．１５〜１５５０．２５ｎｍ）の間で走査することが可能となり、放射角の範囲を拡大することができる。

ｍ＝１以降の場合、位相差が開き、次の信号もしくはそれ以降のｍ周期遅れた信号と位相制御を行っていることを意味している。このときの波長間隔Δλ_m（Δλ_m＝λ_m−λ₀）は以下の式（波長分散Ｄは一定とする）、
Δλ_m＝ｍ／ＬＤｆ …（３）
（ｍ＝０，１，２，…）
で表され、例えばｍ＝５の場合、ｍ＝０の信号から５周期遅れた（上記の条件ではΔλ_m＝０．９８ｎｍ離れた場所）信号と位相制御を行っている。このように信号遅れのパラメータｍを大きくとることで、光変調信号間の波長間隔を大きく設定することが可能となり、光分波器の設計が容易となる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、複数の光信号をそれぞれ所望のビート周波数に等しい光周波数の差を有する複数の２波１セットの光変調信号に変調する光変調器と、複数の２波１セットの光変調信号を当該セットを含む波長毎に分波する光分波器とを備えたことを特徴とする。

即ち、第１の実施の形態において、光変調器１０２で、多波長可変光源１０１からの複数の光信号を搬送波抑圧両側波帯光変調する、つまりそれぞれ所望のビート周波数に等しい光周波数の差を有する複数の２波１セットの光変調信号に変調することで、安定した光変調信号を出力する。

ここで、多波長可変光源１０１からの複数の光信号の光周波数をＦ₁〜Ｆ_n、所望のビート周波数に等しい光周波数の差をｆとした場合、図５に示すような光周波数（Ｆ₁＋ｆ／２，Ｆ₁−ｆ／２），（Ｆ₂＋ｆ／２，Ｆ₂−ｆ／２），…，（Ｆ_n＋ｆ／２，Ｆ_n−ｆ／２）の、２波１セットの光変調信号をｎセット出力する。

なお、この際、光変調器１０２としては、マッハツェンダ干渉計などを用いることができる。

前述した複数の２波１セットの光信号は、図１の光伝送路１０３を通過する際、波長分散の影響により、それぞれ波長に応じて異なる遅延（位相差）、即ち電波の放射角制御に必要な量の遅延（位相差）を受け、光分波器１０４で２波１セットの光変調信号毎に波長分波される。分波された複数の２波１セットの光変調信号は、光導波路１０５ａ〜１０５ｎをそれぞれ通過した後、光検出器１０６ａ〜１０６ｎでそれぞれ変換、ここでは２波１セットの光変調信号が光自乗検波されることにより前記光周波数の差ｆを有する電気変調信号に変換され、アレイ状に配列されたアンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎへ給電される。

なお、電波の放射角の制御は、第１の実施の形態同様、多波長可変光源１０１より出力される複数の光信号の波長間隔を制御することで行うことができる。

＜第３の実施の形態＞
図６は本発明のビームフォーミング型ＲＯＦシステムの第３の実施の形態、ここでは電波の放射角を段階的に変更可能とした例を示すもので、多波長光源２０１、波長セレクタ２０２、光変調器２０３、光伝送路２０４、光分波器２０５、複数の光導波路２０６ａ〜２０６ｎ、複数の光検出器２０７ａ〜２０７ｎ及びアレイアンテナの複数のアンテナ素子２０８ａ〜２０８ｎから構成されている。

多波長光源２０１は、特定の波長間隔を有する複数（ここではｎ個）の光信号からなる光信号群であって、該特定の波長間隔がそれぞれ異なる少なくとも２組の光信号群、ここでは複数の光信号の光周波数がそれぞれ、図７に示すような（ｆ_a0，ｆ_b1，ｆ_c1，…，ｆ_n1），（ｆ_a0，ｆ_b2，ｆ_c2，…，ｆ_n2），…，（ｆ_a0，ｆ_bk，ｆ_ck，…，ｆ_nk）（但し、ｆ_a0は基準となる光周波数で各組共通）であるｋ組の光信号群（総出力波長数ｊ＝１＋（ｎ−１）×ｋ）を出力する。ここで、ｋ組の光信号群における複数の光信号間の波長間隔は、それぞれ異なる所望の電波の放射角、ここではθ₁，θ₂，…，θ_kに対応して予め定めた、それぞれ異なる波長間隔に設定される。

波長セレクタ２０２は、多波長光源２０１からのｋ組の光信号群のうちのいずれか一組を選択的に出力する。

なお、光変調器２０３、光伝送路２０４、光分波器２０５、光導波路２０６ａ〜２０６ｎ、光検出器２０７ａ〜２０７ｎ及びアンテナ素子２０８ａ〜２０８ｎは、第１の実施の形態における光変調器１０２、光伝送路１０３、光分波器１０４、光導波路１０５ａ〜１０５ｎ、光検出器１０６ａ〜１０６ｎ及びアンテナ素子１０７ａ〜１０７ｎと基本的に同一である。

前記構成において、多波長可変光源１０１から出力されるｋ組の光信号群は、波長セレクタ２０２により、そのうちの一組、例えば放射角θ₂に対応する光信号群、即ち光周波数がそれぞれｆ_a0，ｆ_b2，ｆ_c2，…，ｆ_n2である複数の光信号からなる光信号群が選択的に出力される。

波長セレクタ２０２より選択され出力された複数（ｎ個）の光信号は、光変調器２０３により変調され、複数の光変調信号となって光伝送路２０４へ出力される。波長の異なる複数の光変調信号は光伝送路２０４を通過する際、波長分散の影響により、それぞれ波長に応じて異なる遅延（位相差）、ここでは電波の放射角制御に必要な量の遅延（位相差）を受け、光分波器２０５で波長毎に分波される。分波された複数の光変調信号は、光導波路２０６ａ〜２０６ｎをそれぞれ通過した後、光検出器２０７ａ〜２０７ｎで光変調信号から電気変調信号にそれぞれ変換され、アレイ状に配列されたアンテナ素子２０８ａ〜２０８ｎへ給電される。

本実施の形態では、多波長光源２０１より出力される光信号群の数が多い程、電波の放射角を細かく制御できる。また、多波長光源２０１より出力する全ての光信号の波長は常に一定で良く、変更する必要が全くないため、各光信号の波長を高い精度で維持することができ、段階的ではあるが、電波の放射角も高い精度で制御できる。また、光源自体で電波の放射角の制御を行わず、波長セレクタ２０２によって電波の放射角の制御を行うため、高速な電波の放射角の制御が可能になる。

なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態で説明した１周期もしくはそれ以上遅れた信号による位相制御を行うことができ、また、第２の実施の形態で説明した搬送波抑圧両側波帯光変調を利用することもできる。

本発明のＲＯＦシステムの第１の実施の形態を示す構成図 光信号の波長間隔Δλと電波の放射角θとの関係を示す図 同一周期内の信号同士による位相制御を示す図 １周期遅れの信号による位相制御を示す図 搬送波抑圧両側波帯光変調を行った場合の光変調信号のスペクトルを示す図 本発明のＲＯＦシステムの第３の実施の形態を示す構成図 多波長光源より出力される光信号のスペクトルと波長セレクタによる光信号群の選択を示す図 従来の光信号による位相制御法を用いたビームフォーミング型ＲＯＦシステムの一例を示す構成図 従来の光信号による位相制御法を用いたビームフォーミング型ＲＯＦシステムの他の例を示す構成図

符号の説明

１０１：多波長可変光源、１０２，２０３：光変調器、１０３，２０４：光伝送路、１０４，２０５：光分波器、１０５ａ〜１０５ｎ，２０６ａ〜２０６ｎ：光導波路、１０６ａ〜１０６ｎ，２０７ａ〜２０７ｎ：光検出器、１０７ａ〜１０７ｎ，２０８ａ〜２０８ｎ：アレイアンテナのアンテナ素子、２０１：多波長光源、２０２：波長セレクタ。

Claims (5)

1. 無線基地局に光伝送路を介して伝送されてきた光変調信号を、位相差を有する複数の電気変調信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に供給することにより所望の放射角の電波を出力するＲＯＦシステムにおいて、
   特定の波長間隔を有する複数の光信号を出力する多波長光源と、
   該多波長光源より出力された複数の光信号を変調する光変調器と、
   該光変調器より出力された複数の光変調信号を伝送するとともに、波長分散により該複数の光変調信号にそれぞれ異なる遅延を与える光伝送路と、
   該光伝送路からの複数の光変調信号を波長毎に分波する光分波器と、
   該光分波器で分波された複数の光変調信号を複数の電気変調信号にそれぞれ変換する複数の光検出器とを備えた
   ことを特徴とするビームフォーミング型ＲＯＦシステム。
2. 特定の波長間隔を任意に変更可能な多波長可変光源を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のビームフォーミング型ＲＯＦシステム。
3. 特定の波長間隔を有する複数の光信号からなる光信号群であって、該特定の波長間隔がそれぞれ異なる少なくとも２組の光信号群を出力する多波長光源と、
   該多波長光源からの少なくとも２組の光信号群のうちのいずれか一組を選択的に出力する波長セレクタとを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のビームフォーミング型ＲＯＦシステム。
4. 複数の光信号をそれぞれ所望のビート周波数に等しい光周波数の差を有する複数の２波１セットの光変調信号に変調する光変調器と、
   複数の２波１セットの光変調信号を当該セットを含む波長毎に分波する光分波器とを備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のビームフォーミング型ＲＯＦシステム。
5. 複数の光信号間の波長間隔を、光伝送路における波長分散による光変調信号間の遅延時間差が１周期もしくはそれ以上となるように設定した
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のビームフォーミング型ＲＯＦシステム。

Images