JP2007235738A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】親局装置と複数の子局装置との間で光通信を行う通信システムにおいて、親局装置が有する光／電気変換器の数を低減し、親局装置を小型化、低価格化すると共に、親局装置で生ずるノイズを低減できる通信システムの提供。
【解決手段】親局装置２で変換された光信号は、分配器２４で分配され、光ファイバ４１、４１、…を通じて子局装置３、３、…へ伝送され、子局装置３、３、…夫々は、伝送された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を増幅し、アンテナ３５を介して移動局５０へ無線信号として送信する。子局装置３、３、…夫々は、変換した光信号（波長帯λ１、…、λｎ）を、光ファイバ４２を通じて親局装置２へ伝送する。親局装置２は、子局装置３、３、…夫々から伝送された波長帯の異なる光信号を合成器２５で合成し、合成した光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を無線基地局１へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線基地局との間で電気信号を送受信する親局装置と、移動局との間で電気信号を送受信する複数の子局装置とを備え、無線基地局と移動局とを中継するために前記親局装置と複数の子局装置との間で光通信を行う通信システムに関する。

携帯電話機に代表される移動体無線通信システムでは、無線基地局からの電波が届かないビルなどの屋内、地下街、建物の陰、トンネル内などの不感地対策として、光中継システムが使用されている。光中継システムは、無線基地局と移動局（携帯電話機）との間の無線通信を、光信号を用いて中継するものである。

このような光中継システムは、例えば、無線基地局の近傍に親局装置を設け、移動局との通信可能エリアに子局装置を設け、親局装置と子局装置との間を光ファイバで接続している。無線基地局から移動局への通信（下り方向）については、無線基地局が送信した電気信号を親局装置で受信し、受信した電気信号を親局装置の電気／光変換器で光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバで不感地にある子局装置まで伝送する。子局装置では、伝送された光信号を受信し、受信した光信号を光／電気変換器で電気信号に変換し、アンテナを通じて変換した電気信号を移動局へ送信する。

同様に、移動局から無線基地局への通信（上り方向）についても、移動局が送信した電気信号を子局装置で受信し、受信した電気信号を子局装置の電気／光変換器で光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバで親局装置まで伝送する。親局装置では、伝送された光信号を受信し、受信した光信号を光／電気変換器で電気信号に変換し、アンテナ又は同軸ケーブルなどを通じて変換した電気信号を無線基地局へ送信する。

ビル内又は地下街などの不感地では、ビル内の各フロアの構造若しくは部屋の仕切りなどにより、また、通路が迷路のようになった地下街の構造により、不感地が細かく分断されるとともに、複雑な形状となるため、スター型の光中継システムが使用されている。スター型の光中継システムは、親局装置と子局装置との接続が１：Ｎで可能であり、子局装置を複数箇所に分散して配置できるので、ビル内又は地下街などの不感地対策に適している。

この場合、親局装置は、複数の子局装置夫々から伝送された光信号を、子局装置夫々に対応した光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）で電気信号に変換し、変換した電気信号を合成している。これは、従来のスター型の光中継システムでは、上り方向の伝送に使用する光の波長は、各子局装置で同一の波長のものを使用していたが、子局装置夫々で使用される電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）の光源である半導体レーザは、同一波長といえども、その発光周波数には個々にバラツキがあり、発光周波数の違う光信号を合成し、合成した光信号を電気信号に変換する場合、その発光周波数のバラツキに相当する周波数成分が光ビート雑音として、変換後の電気信号の無線周波数帯に発生する。この光ビート雑音を避けるため、親局装置で、各子局装置から伝送された光信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号を合成している（非特許文献１参照）。
坪坂晋、他４名、"ＰＤＣ用光伝送装置"１９９８年１２月、松下テクニカルジャーナル Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．６

しかしながら、非特許文献１のシステムにあっては、親局装置は、中継する子局装置の数に対応する数だけ高価な光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）が必要になるため、親局装置が大型化するとともにコストが高くなるという問題があった。また、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数が多くなるため、夫々の光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）で発生するノイズが重畳され、親局装置内で発生するノイズが増加するという問題もあった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、第１及び第２の子局装置が送信した第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する合成器を備え、親局装置は、前記合成器で合成された光信号を電気信号に変換することにより、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減し、親局装置を小型化、低価格化するとともに、親局装置で生ずるノイズを低減することができる通信システムを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、前記合成器が合成した光信号を複数の親局装置夫々に分配する分配器を備え、前記親局装置夫々は、前記分配器で分配された光信号を受信する受信手段を備えることにより、複数の親局装置と複数の子局装置とが接続される形態であっても、親局装置と子局装置との間の光ファイバの本数を低減し、親局装置及び子局装置に必要な電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）及び光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減し、親局装置及び子局装置を小型化及び低価格化することができる通信システムを提供することにある。

第１発明に係る通信システムは、無線基地局との間で電気信号を送受信する親局装置と、移動局との間で電気信号を送受信する複数の子局装置とを備え、該子局装置は、受信した電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を前記親局装置へ送信し、該親局装置は、受信した光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を前記無線基地局へ送信する通信システムにおいて、第１の子局装置及び第２の子局装置夫々は、第１の周波数帯域の光信号を送信する手段及び前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域の光信号を送信する手段を備え、前記第１及び第２の子局装置夫々が送信した前記第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する合成器をさらに備え、前記親局装置は、前記合成器で合成された光信号を電気信号に変換するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る通信システムは、第１発明において、前記親局装置を複数備え、前記合成器が合成した光信号を前記親局装置夫々に分配する分配器をさらに備え、前記親局装置夫々は、前記分配器で分配された光信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、第１の子局装置は、移動局から受信した電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を第１の周波数帯域を用いて合成器へ送信する。第２の子局装置は、移動局から受信した電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域を用いて合成器へ送信する。該合成器は、前記第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する。親局装置は、合成器で合成された光信号（第１及び第２の周波数帯域）を電気信号に変換し、変換した電気信号を無線信号として無線基地局へ送信する。これにより、親局装置で必要な光／電気変換器の数を１つにする。第１発明にあっては、第１及び第２の子局装置が送信した第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する合成器を備え、親局装置は、前記合成器で合成された光信号を電気信号に変換することにより、高価な光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減し、親局装置を小型化及び低価格化することができる。また、ノイズ源となる光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減することができるため、親局装置で発生するノイズを抑制することができる。

第２発明にあっては、前記合成器が合成した光信号を分配器で複数の親局装置夫々に分配する。該親局装置夫々は分配された光信号を受信する。これにより、親局装置と子局装置との接続形態がＭ：Ｎである場合に、親局装置と子局装置との間で接続される２×Ｍ×Ｎ本の光ファイバを２×（Ｍ＋Ｎ）本に低減する。また、親局装置の電気／光変換器、及び光／電気変換器をＮ個から１個に低減するとともに、子局装置の電気／光変換器、及び光／電気変換器をＭ個から１個に低減する。第２発明にあっては、前記合成器が合成した光信号を複数の親局装置夫々に分配する分配器を備え、前記親局装置は、前記分配器で分配された光信号を受信することにより、親局装置と子局装置との間の光ファイバの本数を低減し、親局装置及び子局装置に必要な電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）及び光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減し、親局装置及び子局装置を小型化及び低価格化することができる。

本発明にあっては、第１及び第２の子局装置が送信した第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する合成器を備え、親局装置は、前記合成器で合成された光信号を電気信号に変換することにより、高価な光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減し、親局装置を小型化及び低価格化することができる。また、ノイズ源となる光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）の数を低減することができるため、親局装置で発生するノイズを抑制することができる。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る通信システムを示す構成図である。本発明の通信システムは、親局装置２、子局装置３、３、…、光ファイバ４１、４１、…、４２、４２、…などを備える。図において、１は無線基地局である。無線基地局１は、例えば、８００ＭＨｚ帯の周波数帯域を使用する通信事業者により設置されている。無線基地局１には、同軸ケーブルなどを介して親局装置２が接続されている。無線基地局１からの電気信号は、親局装置２へ送信されるとともに、親局装置２からの電気信号も、無線基地局１へ送信される。

親局装置２は、電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）２２、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）２３、分配器２４、合成器２５などを備える。Ｅ／Ｏ２２は、例えば、波長が１５５０ｎｍ帯のレーザ光を出力する半導体レーザを備え、無線基地局１から送信された電気信号を所定の波長帯λ０の光信号に変換し、変換した光信号を分配器２４へ出力する。分配器２４は、入力された光信号を光ファイバ４１、４１、…（下り光回線）を通じて子局装置３、３、…夫々へ分配する。

合成器２５は、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長多重伝送）方式の光合成装置であり、複数の波長の異なる光信号を１本の光ファイバに伝送するため、波長の異なる光信号を合成する。なお、合成器２５は、ＷＤＭ方式のものに限定されるものではなく、通常の光合成器でもよいが、ＷＤＭ方式の方が、光の損失を低減することができるので、ＷＤＭ方式のものが望ましい。合成器２５は、光ファイバ４２、４２、…（上り光回線）を通じて子局装置３、３、…から伝送された波長帯λ１、…、λｎの各光信号を合成してＯ／Ｅ２３へ出力する。

Ｏ／Ｅ２３は、フォトダイオードを備え、合成器２５から入力された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を無線基地局１へ出力する。

子局装置３は、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）３１、増幅器３３、３４、アンテナ３５、３６、電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）３２などを備え、無線基地局１からの電波が届かない不感地に設置されている。光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）３１は、フォトダイオードを備え、下り光回線４１を通じて親局装置２から伝送された光信号（波長帯λ０）を電気信号に変換し、変換した電気信号を増幅器３３へ出力する。

増幅器３３は、Ｏ／Ｅ３１から入力された電気信号を増幅し、増幅された電気信号はアンテナ３５を介して無線信号として移動局５０へ送信される。また、移動局５０から送信された無線信号は、アンテナ３６を通じて増幅器３４へ出力される。増幅器３４は、入力された電気信号を増幅してＥ／Ｏ３２へ出力する。

Ｅ／Ｏ３２は、例えば、波長が１５１０ｎｍ帯のレーザ光を出力するレーザダイオードを備え、増幅器３４から入力された電気信号を所定の波長帯λ１の光信号に変換し、変換した光信号を、上り光回線４２を通じて親局装置２へ伝送する。

図に示すように、子局装置３は、１つの親局装置２に対して、光ファイバ４１、４１、…、４２、４２、…を介して、例えば、Ｎ個接続されている。他の子局装置３の構成も、上述の子局装置３の構成と同一であるが、Ｅ／Ｏ３２が備える半導体レーザが出力するレーザ光の波長は、夫々の子局装置３、３、…で異なるように構成してある。例えば、第１の子局装置３のＥ／Ｏ３２が備える半導体レーザのレーザ光の波長は、１５１０ｎｍ帯（λ１）であり、第Ｎの子局装置３のＥ／Ｏ３２が備える半導体レーザのレーザ光の波長は、１５３０ｎｍ帯（λｎ）であるが如くである。

ここで、子局装置３、３、…夫々が送出する光信号の波長帯を異なる波長帯にしているのは、同一波長帯で光信号を送出した場合、半導体レーザのバラツキなどに起因するわずかな波長の差によりビート信号と称する不要な信号が発生し、このビート信号の周波数帯が無線信号の周波数帯と一致した場合、無線信号に混信して通信品質の低下が生じることがあるためである。子局装置３、３、…夫々が送出する光信号の波長帯を異なる波長帯にすることにより、ビート信号が発生した場合であっても、ビート信号の周波数帯を無線信号の周波数帯から大きく離すことができる。

図の例では、合成器２５を親局装置２に内蔵する構成であるが、これに限定されるものではなく、親局装置２とは、別個の装置として合成器２５を設ける構成であってもよい。また、分配器２４についても、親局装置２とは、別個の装置として分配器２４を設ける構成であってもよい。

次に本発明に係る通信システムの動作について説明する。無線基地局１からの電気信号は、親局装置２で光信号（波長帯λ０）に変換され、変換された光信号は、分配器２４で分配され、光ファイバ４１、４１、…を通じて子局装置３、３、…へ伝送される。子局装置３、３、…夫々は、光ファイバ４１を通じて親局装置２から伝送された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を増幅した後、アンテナ３５を介して移動局５０へ無線信号として送信する。

一方、移動局５０から送信された無線信号は、子局装置３で受信され、子局装置３は、無線信号を電気信号として受信し、受信した電気信号を光信号（波長帯λ１）に変換する。子局装置３は、変換した光信号を、光ファイバ４２を通じて親局装置２へ伝送する。他の子局装置３も、同様に、光ファイバ４２を通じて夫々異なる波長帯（λ２、…、λｎ）の光信号を親局装置２へ伝送する。親局装置２は、子局装置３、３、…夫々から伝送された波長帯の異なる光信号を合成器２５で合成し、合成した光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を無線基地局１へ出力する。

上述のとおり、本発明に係る通信システムは、親局装置２と子局装置３、３、…との間で光通信を用いることにより、無線基地局１と不感地にある移動局５０との間を双方向に中継する。すなわち、１つの親局装置２と複数（例えば、Ｎ個）の子局装置３、３、…を光ファイバ４１、４１、…、４２、４２、…を介して接続し、子局装置３、３、…夫々は、異なる波長帯の光信号を上り光回線の光ファイバ４２、４２、…を通じて親局装置２へ伝送する。親局装置２は、子局装置３、３、…夫々から伝送された波長帯の異なる光信号を合成器２５で合成し、合成した光信号をＯ／Ｅ２３で電気信号に変換する。これにより、従来のスター型の光中継システムの場合にあっては、親局装置に子局装置の数だけＯ／Ｅを設ける必要があったのに対し、本発明にあっては、親局装置２のＯ／Ｅ２３の数を１つに低減することができる。

Ｏ／Ｅ２３は、高価であるため、Ｏ／Ｅ２３の数を１つに減らすことにより、親局装置２のコスト低減を図ることができる。

また、Ｏ／Ｅ２３の数を１つに減らすことにより、上り流合雑音（ノイズ）の問題を大幅に軽減することができる。スター型の光中継システムを用いる場合、上り方向で発生するノイズの主な発生源は、子局装置３内の増幅器３４、及び親局装置２内のＯ／Ｅ２３である。従来のスター型の光中継システムでは、親局装置内に子局装置の数だけＯ／Ｅを設ける必要があるため、接続される子局装置の数に比例して親局装置で発生するノイズが増加する。しかし、本発明では、親局装置２内のＯ／Ｅ２３は１つであるため、ノイズ源が大幅に減少する。このため、本発明にあっては、光中継システム（通信システム）内部の雑音を軽減して、通信品質が良好な通信を実現することができる。

また、Ｏ／Ｅ２３は、動作を安定させるためファイバピグテール型という光コネクタ付き光ファイバケーブルを用いており、光ファイバの屈曲半径の制限などから余長処理を行う場合に、所要の収容スペースが必要となり、Ｏ／Ｅ２３の数が多い場合には、親局装置２の小型化の障壁となることがあった。しかし、Ｏ／Ｅ２３の数を減らすことができるため、収容スペースを少なくすることができ、親局装置２を小型化することが可能となる。また、取扱いに細心の注意を要する装置内部の光ファイバケーブルの配線数を大幅に削減でき、親局装置２の生産性を高めることも可能となる。上述したいくつかの効果は、親局装置２に接続する子局装置３の数（Ｎ）が多ければ多いほど増加する。

上述の実施の形態において、子局装置３、３、…夫々で使用する光信号の波長帯は、一例であって、これに限定されるものではない。例えば、他の波長帯（例えば、１３１０ｎｍ、１５７０ｎｍなど）を用いることができる。

上述の実施の形態においては、中継する無線周波数の帯域が８００ＭＨｚの場合について説明したが、使用する無線周波数帯は、これに限定されるものではなく、例えば、８００ＭＨｚの他に、２ＧＨｚ、１．５ＧＨｚなどを用いる構成であってもよい。

上述の実施の形態においては、１つの親局装置２と複数の子局装置３、３、…とを中継する構成であったが、これに限定されるものではなく、複数の親局装置と複数の子局装置とを中継することもできる。

実施の形態２
図２は中継局装置６を備えた場合の通信システムを示す構成図である。実施の形態２に係る通信システムと実施の形態１との相違は、中継局装置６及び複数の親局装置２、２、…を設けたことである。

複数の親局装置２、２、…（例えば、Ｍ個）夫々は、同一の構成を有するが、Ｅ／Ｏ２２が備える半導体レーザが出力するレーザ光の波長は、夫々の親局装置２、２、…で異なるように構成してある（例えば、波長帯λ１、…、λｍ）。一例としては、第１の親局装置２のＥ／Ｏ２２が備える半導体レーザのレーザ光の波長は、１５５０ｎｍ帯（λ１）であり、第Ｍの親局装置２のＥ／Ｏ２２が備える半導体レーザのレーザ光の波長は、１５３０ｎｍ帯（λｍ）であるが如くである。親局装置２、２、…夫々は、光ファイバを通じて光信号を中継局装置６へ伝送する。

中継局装置６は、合成器６１、６４、分配器６２、６３などを備える。各親局装置２、２、…から伝送された波長帯の異なる光信号は、合成器６１で合成され、分配器６２へ出力される。分配器６２は、合成器６１から入力された光信号（波長帯λ１、…、λｍ）を分配し、分配した光信号夫々を、光ファイバを通じて各子局装置３、３、…へ伝送する。各子局装置３、３、…での動作は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。

一方、各子局装置３、３、…から伝送された光信号（波長帯λ１、…、λｎ）夫々は、合成器６４で合成され、合成された光信号は分配器６３へ出力される。分配器６３は、合成器６４から入力された光信号（波長帯λ１、…、λｎ）を分配し、分配した光信号夫々を、光ファイバを通じて各親局装置２、２、…へ伝送する。各親局装置２での動作は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。なお、合成器６１、６４の構成は、実施の形態１の合成器２５と同様であるので説明は省略する。

この場合、複数の親局装置と複数の子局装置との間を中継することができ、例えば、親局装置と子局装置との接続形態がＭ：Ｎである場合、親局装置と子局装置との間で接続される２×Ｍ×Ｎ本の光ファイバを２×（Ｍ＋Ｎ）本に低減することができる。また、親局装置のＥ／Ｏ、及びＯ／ＥをＮ個から１個に低減するとともに、子局装置のＥ／Ｏ、及びＯ／ＥをＭ個から１個に低減することができる。

実施の形態３
図３は実施の形態３の通信システムを示す構成図である。実施の形態３に係る通信システムと実施の形態２との相違は、中継局装置６にＯ／Ｅ６５、６８、Ｅ／Ｏ６６、６７を設けたことである。

各親局装置２、２、…から伝送された光信号は、合成器６１で合成され、合成された光信号はＯ／Ｅ６５へ出力される。Ｏ／Ｅ６５は、合成器６１から入力された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をＥ／Ｏ６６へ出力する。Ｅ／Ｏ６６は、入力された電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を分配器６２へ出力する。分配器６２は、分配した光信号を各子局装置３、３、…へ伝送する。

各子局装置３、３、…から伝送された光信号は、合成器６４で合成され、合成された光信号はＯ／Ｅ６８へ出力される。Ｏ／Ｅ６８は、合成器６４から入力された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をＥ／Ｏ６７へ出力する。Ｅ／Ｏ６７は、入力された電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を分配器６３へ出力する。分配器６３は、分配した光信号を各親局装置２、２、…へ伝送する。

この場合、Ｏ／Ｅ６５、６８、Ｅ／Ｏ６６、６７を備えることにより、光ファイバを介して中継局装置６に伝送された光信号を電気信号に変換して増幅することができ、中継する距離をより長くすることができる。

上述の実施の形態２、３においては、合成器６１、６４、分配器６２、６３を中継局装置６に内蔵する構成であったが、これに限定されるものではなく、合成器６１、６４、分配器６２、６３を中継局装置６とは、別個の装置として設ける構成であってもよい。

本発明に係る通信システムを示す構成図である。 中継局装置を備えた場合の通信システムを示す構成図である。 実施の形態３の通信システムを示す構成図である。

符号の説明

１ 無線基地局
２ 親局装置
３ 子局装置
６ 中継局装置
２２、３２、６６、６７ Ｅ／Ｏ
２３、３１、６５、６８ Ｏ／Ｅ
２４、６２、６３ 分配器
２５、６１、６４ 合成器

Claims (2)

1. 無線基地局との間で電気信号を送受信する親局装置と、移動局との間で電気信号を送受信する複数の子局装置とを備え、該子局装置は、受信した電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を前記親局装置へ送信し、該親局装置は、受信した光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を前記無線基地局へ送信する通信システムにおいて、
   第１の子局装置及び第２の子局装置夫々は、
   第１の周波数帯域の光信号を送信する手段及び前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域の光信号を送信する手段を備え、
   前記第１及び第２の子局装置夫々が送信した前記第１及び第２の周波数帯域の光信号を合成する合成器をさらに備え、
   前記親局装置は、
   前記合成器で合成された光信号を電気信号に変換するように構成してあることを特徴とする通信システム。
2. 前記親局装置を複数備え、
   前記合成器が合成した光信号を前記親局装置夫々に分配する分配器をさらに備え、
   前記親局装置夫々は、
   前記分配器で分配された光信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。

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