JP4637014B2

JP4637014B2 - ミリ波無線通信システム、ミリ波無線通信方法

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Publication number: JP4637014B2
Application number: JP2005365105A
Authority: JP
Inventors: 明彦枚田; 良一山口; 康博佐藤; 忠夫永妻
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP2007173958A

Description

本発明は、マルチチャネルデータ伝送が可能なミリ波無線通信システム、及びミリ波無線通信方法に関する。

現在、無線通信において広帯域マルチチャネル伝送の需要が高まっている。狭帯域データ伝送では、図７に示すように、データ信号１をマイクロ波信号（周波数ｆａ）により中間周波数へ変調したＩＦ信号と、データ信号２を異なるマイクロ波信号（周波数ｆｂ）により中間周波数へ変調したＩＦ信号と、をマイクロ波カプラ１００により合波し、合波されたＩＦ信号を用いてキャリア信号（周波数ｆ１０）に変調器２００により変調をかけてアンテナ７０から伝送する方法（以下、「第１の方法」という）がある。

他方、広帯域データ伝送を可能とする方法として、図８に示すように、データ信号１をミリ波帯のキャリア信号（周波数ｆ１１）に変調器２００により直接変調した信号と、他のデータ信号２、データ信号３、及びデータ信号４を各々異なる変調器２０１、変調器２０２、及び変調器２０３によりミリ波帯のキャリア信号（周波数ｆ１２、周波数ｆ１３、及び周波数ｆ１４）に直接変調した信号と、をミリ波カプラ６０により合波し、合波された信号をアンテナ７０から伝送する手法（以下、「第２の方法」という）がある（非特許文献１参照）。
"Ａｗｉｒｅｌｅｓｓｖｉｄｅｏｈｏｍｅ−ｌｉｎｋｕｓｉｎｇ６０ＧＨｚｂａｎｄ：ａｓｔｕｄｙｏｆｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ" Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ３０ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，３−５Ｏｃｔ．２０００，Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ（ｖｏｌ．１）３０１−４，２０００

しかしながら、第１の方法は、通常２ＧＨｚ程度が用いられる中間周波数には、データ信号をキャリア信号に直接変調するよりも少ないデータしか載せることができないため、伝送可能なデータ信号の帯域に制限が生じるという問題がある。

また、第２の方法は、チャネル数と同数のミリ波信号発生器が必要であるため、システムが高額化するという問題がある。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、複数のミリ波信号発生器を利用することなく、広帯域マルチチャネル伝送を可能とすることを課題とする。

第１の本発明に係るミリ波無線通信システムは、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、前記光コム信号を複数の出力に分岐する光カプラと、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、データ信号を用いて、当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する複数の光電変換器と、変換された複数の異なる周波数の当該ミリ波信号を合波するミリ波カプラと、合波された当該ミリ波信号を空間に放射するアンテナと、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、単一の光コム信号発生器から発生する光コム信号を光カプラにより複数の出力に分岐し、分岐された光コム信号から所定の周波数間隔を有する２本の光スペクトルを光フィルタにより抽出後、光変調器を用いてデータ信号により変調を行い、光電変換器により当該周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号へそれぞれ変換し、その後、ミリ波カプラにより合波された異なる周波数の各ミリ波信号がアンテナから放射されるので、単一の光コム信号発生器を用いて多重ミリ波無線通信システムを構築することが可能となる。

第２の本発明に係るミリ波無線通信システムは、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第１光カプラと、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する複数の第２光カプラと、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する複数の光電変換器と、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第１ミリ波カプラと、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第２ミリ波カプラと、前記第１ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を入力する水平偏波ポートと、前記第２ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を入力する垂直偏波ポートと、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する偏波分離アンテナと、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、単一の光コム信号発生器から発生した光コム信号を光カプラにより複数の出力に分岐し、分岐後に光フィルタにより抽出された当該２本の光スペクトルに対して光カプラを用いて更に２つの出力に分岐したものを偏波多重することができるので、第１の本発明に係るミリ波無線通信システムと比べて、より多く多重されたミリ波無線通信システムを実現することが可能となる。

また、光電変換器を水平偏波ポート又は垂直偏波ポートに配置することにより偏波分離アンテナの直近までミリ波信号を光スペクトルの状態で伝送することが可能であるので、ワイヤグリッドを用いたガウシアン光学レンズアンテナのように水平偏波ポートと垂直偏波ポートの距離が離れていた場合でもミリ波信号を減衰させることなく水平偏波ポート又は垂直偏波ポートに伝送することが可能である。

第３の本発明に係るミリ波無線通信システムは、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第１光カプラと、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する複数の第２光カプラと、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第３光カプラと、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第４光カプラと、前記第３光カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第１光電変換器と、前記第４光カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第２光電変換器と、前記第１光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第１ミリ波フィルタと、前記第２光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第２ミリ波フィルタと、前記第１ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を入力する水平偏波ポートと、前記第２ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を入力する垂直偏波ポートと、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する偏波分離アンテナと、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、第２の本発明に係るミリ波無線通信システムと比べて、高額とされるミリ波帯の光電変換器の数量を削減し、更に、高額であり尚且つ設計が難しいとされるミリ波カプラをミリ波フィルタに置き換えることができるので、更にコストを削減する構成を実現することが可能である。

上記全てのミリ波無線通信システムにおいて、前記光フィルタにより抽出された２本の光スペクトルの周波数間隔を変更する周波数シフタを更に有することを特徴とする。

本発明にあっては、光フィルタにより抽出された当該２本の光スペクトルの周波数間隔を、周波数シフタにより変更することができるので、第１乃至第３の本発明に係るミリは無線システムと比べて、キャリア周波数の整数倍以外の周波数をキャリア周波数として選択することが可能である。

第１の本発明に係るミリ波無線通信方法は、光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、光変調器により、データ信号を用いて、当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第４ステップと、光電変換器により、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第５ステップと、ミリ波カプラにより、変換された複数の異なる周波数の当該ミリ波信号を合波する第６ステップと、アンテナにより、合波された当該ミリ波信号を空間に放射する第７ステップと、を有することを特徴とする。

第２の本発明に係るミリ波無線通信方法は、光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、第１光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、第２光カプラにより、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する第４ステップと、光変調器により、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第５ステップと、光電変換器により、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第６ステップと、第１ミリ波カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波すると共に、第２ミリ波カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第７ステップと、前記第１ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を水平偏波ポートへ入力すると共に、前記第２ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を垂直偏波ポートへ入力する第８ステップと、偏波分離アンテナにより、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する第９ステップと、を有することを特徴とする。

第３の本発明に係るミリ波無線通信方法は、光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、第１光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、第２光カプラにより、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する第４ステップと、光変調器により、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第５ステップと、第３光カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波すると共に、第４光カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第６ステップと、第１光電変換器により、前記第３カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換すると共に、第２光電変換器により、前記第４カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第７ステップと、第１ミリ波フィルタにより、前記第１光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去すると共に、第２ミリ波フィルタにより、前記第２光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第８ステップと、前記第１ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を水平偏波ポートへ入力すると共に、前記第２ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を垂直偏波ポートへ入力する第９ステップと、偏波分離アンテナにより、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する第１０ステップと、を有することを特徴とする。

上記全てのミリ波無線通信方法において、周波数シフタにより、前記第３ステップにおいて抽出された２本の光スペクトルの周波数間隔を変更するステップを更に有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のミリ波信号発生器を利用することなく、広帯域マルチチャネル伝送を可能とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。図１に示すように、本周波数多重ミリ波無線通信システムは、光コム信号発生器１０、光カプラ２０、光フィルタ３０、光フィルタ３１、光変調器４０、光変調器４１、光電変換器５０、光電変換器５１、ミリ波カプラ６０、及びアンテナ７０を有する構成である。

光電変換器５０及び光電変換器５１の一例として、単一走行キャリア・フォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）を利用することが可能である。

次に、本周波数多重ミリ波無線通信システムの動作について説明する。

光コム信号発生器１０は、周波数（ｆ１）の信号を入力することにより、周波数間隔（ｆ１）の多数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する。光コム信号発生器１０に接続された光カプラ２０は、光コム信号発生器１０により発生した光コム信号を、２つの出力（光コム信号Ａ、光コム信号Ｂ）に分岐する。光フィルタ３０は、光カプラ２０により分岐された一方の光コム信号Ａから、周波数間隔（ｍ×ｆ１、ｍは任意の整数）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光変調器４０により、データ信号１を用いて変調される。光電変換器５０は、光変調器４０から送られてきた当該２本の光スペクトルを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１）を有するミリ波帯の電気信号に変換する。尚、光電変換器５０の動作については後述する。

同様に、光フィルタ３１は、光カプラ２０により分岐された他方の光コム信号Ｂから、上記とは異なる周波数間隔（ｎ×ｆ１、ｎは任意の整数）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光変調器４１により、データ信号２を用いて変調される。光電変換器５１は、光変調器４１から送信されてきた当該２本の光スペクトルを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｎ×ｆ１）を有するミリ波帯の電気信号に変換する。尚、光電変換器５１の動作についても後述する。

光電変換器５０により変換された周波数（ｍ×ｆ１）を有するミリ波信号と、光電変換器５１により変換された周波数（ｎ×ｆ１）を有するミリ波信号とは、ミリ波カプラ６０により合波され、アンテナ７０により空間に放射される。

次に、光電変換器５０と光電変換器５１との動作について説明をする。以下、光電変換器５０を例に説明する。

光変調器４０によりデータ信号１が重畳された当該２本の光スペクトルは、光電変換器５０により電気信号に変換される。光電変換器５０として利用されるフォトダイオード内では、フォトミキシングが生じるため、周波数の異なる２本の光スペクトルが入力された場合、その周波数間隔に相当する周波数成分を有する電気信号が出力される。

従来の光電変換器の周波数帯域は、光信号の必要帯域に比べて非常に狭い。例えば、一般的なＰＩＮ−ＰＤの周波数帯域は３０ＧＨｚ程度である。また、従来の光電変換器の出力は小さいため、アンテナに入力される電気信号を増幅しなければならない。更に、増幅器の周波数帯域は、光信号の必要帯域に比べて非常に小さい。例えば、一般的な増幅器の周波数帯域は３０ＧＨｚ程度である。

従い、ミリ波信号を発生するためには、光電変換器には広い帯域が必要である。近年、このような通信システムに適した光電変換器としてＵＴＣ−ＰＤが開発されている。ＵＴＣ−ＰＤは、１００ＧＨｚ以上の周波数帯域と２０ｍＷ以上の出力パワーを有しているので、増幅器の帯域に制限されることがない。故に、ＵＴＣ−ＰＤを光電変換器として用いると、光信号を１００ＧＨｚ以上の周波数帯域を有するミリ波に変換することができる。

本実施形態によれば、単一の光コム信号発生器１０から発生する光コム信号を光カプラ２０により２つの出力に分岐し、分岐された光コム信号から所定の周波数間隔を有する２本の光スペクトルを光フィルタ３０及び光フィルタ３１により抽出後、光変調器４０及び光変調器４１を用いてデータ信号１及びデータ信号２により変調を行い、光電変換器５０及び光電変換器５１により当該周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号へそれぞれ変換し、その後、ミリ波カプラ６０により合波された各ミリ波信号がアンテナ７０から放射されるので、単一の光コム信号発生器１０を用いて２チャネルの多重ミリ波無線通信システムを構築することが可能となる。また、周波数（ｆ１）の信号を光コム信号発生器に入力することにより周波数間隔（ｆ１）の多数の光スペクトルを有する光コム信号が発生し、光フィルタにより抽出された周波数間隔（ｍ×ｆ１）の２本の光スペクトルを利用することによりデータ信号を重畳することので、周波数（ｆ１）の任意の整数倍の周波数をキャリア周波数として利用することができる。

図２は、第２の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。本実施形態の基本的な構成は、図１で示した第１の実施形態と同様であるが、光フィルタ３０により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２１、光フィルタ３１により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２２、光カプラ２１により分岐された当該２本の光スペクトルにデータ信号３を用いて変調をかける光変調器４２、光カプラ２２により分岐された当該２本の光スペクトルにデータ信号４を用いて変調をかける光変調器４３、光変調器４２から送信される当該２本の光スペクトルをミリ波信号に変換する光電変換器５２、光変調器４３から送信される当該２本の光スペクトルをミリ波信号に変換する光電変換器５３、光電変換器５２及び光電変換器５３から送信される各ミリ波信号を合波するミリ波カプラ６１、及び、アンテナ７０に代えて、水平偏波ポート７２と垂直偏波ポート７３とを有する偏波分離アンテナ７１を更に有する構成である。

次に、本実施形態の動作について説明する。

光コム信号発生器１０により発生した光コム信号が光カプラ２０により分岐されるまでの動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

光フィルタ３０は、光カプラ２０により分岐された一方の光コム信号Ａから、周波数間隔（ｍ×ｆ１）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光カプラ２１により更に２つの出力に分岐される。光カプラ２１により分岐された一方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４０によりデータ信号１を用いて変調された後、光電変換器５０により当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換される。また、光カプラ２１により分岐された他方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４２によりデータ信号３を用いて変調された後、光電変換器５２により当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換される。

同様に、光フィルタ３１は、光カプラ２０により分岐された他方の光コム信号Ｂから、周波数間隔（ｎ×ｆ１）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光カプラ２２により更に２つの出力に分岐される。光カプラ２２により分岐された一方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４１によりデータ信号２を用いて変調された後、光電変換器５１により当該周波数間隔に相当する周波数（ｎ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換される。また、光カプラ２２により分岐された他方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４３によりデータ信号４を用いて変調された後、光電変換器５３により当該周波数間隔に相当する周波数（ｎ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換される。

ミリ波カプラ６０は、光電変換器５０と光電変換器５１とから送信される各ミリ波信号を合波し、水平偏波ポート７２に入力する。また、ミリ波カプラ６１は、光電変換器５２と光電変換器５３とから送信される各ミリ波信号を合波し、垂直偏波ポート７３に入力する。

偏波分離アンテナ７１は、水平偏波ポート７２に入力された当該ミリ波信号と垂直偏波ポート７３に入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する。

本実施形態によれば、単一の光コム信号発生器１０から発生した光コム信号を光カプラ２０により２つの出力に分岐し、分岐後に光フィルタ３０及び光フィルタ３１により抽出された当該２本の光スペクトルに対して、光カプラ２１及び光カプラ２２を用いて更に２つの出力に分岐したものを偏波多重することができるので、４チャネルの多重ミリ波無線通信システムを実現することが可能となる。

また、光電変換器５０及び光電変換器５１を水平偏波ポート７２に配置することにより、又は光電変換器５２及び光電変換器５３を垂直偏波ポート７３に配置することにより、偏波分離アンテナ７１の直近までミリ波信号を光スペクトルの状態で伝送することが可能であるので、ワイヤグリッドを用いたガウシアン光学レンズアンテナのように水平偏波ポートと垂直偏波ポートの距離が離れていた場合でも、ミリ波信号を減衰させることなく水平偏波ポート又は垂直偏波ポートに伝送することが可能である。

図３は、第３の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。本実施形態の基本的な構成は、図１で示した第１の実施形態と同様であるが、光フィルタ３０により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２１、光フィルタ３１により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２２、光カプラ２１により分岐された当該２本の光スペクトルにデータ信号３を用いて変調をかける光変調器４２、光カプラ２２により分岐された当該２本の光スペクトルにデータ信号４を用いて変調をかける光変調器４３、光変調器４０及び光変調器４１から送信される当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する光カプラ２３、光変調器４２及び光変調器４３から送信される当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する光カプラ２４、光カプラ２３から送信される当該光スペクトルの組それぞれを各ミリ波信号に変換する光電変換器５０、光カプラ２４から送信される当該光スペクトルの組それぞれを各ミリ波信号に変換する光電変換器５１、光電変換器５０から送信される各ミリ波信号から当該ミリ波周波数成分以外の不要な周波数成分を除去するミリ波フィルタ９０、光電変換器５１から送信される各ミリ波信号から当該ミリ波周波数成分以外の不要な周波数成分を除去するミリ波フィルタ９１、及び、アンテナ７０に代えて、水平偏波ポート７２と垂直偏波ポート７３とを有する偏波分離アンテナ７１を更に有する構成である。尚、本実施形態では、図１で示した第１の実施形態で使用したミリ波カプラ６０は利用しない。

次に、本実施形態の動作について説明する。

光コム信号発生器１０により発生した光コム信号から２本の光スペクトルを抽出し、各光変調器により各データ信号を用いて変調されるまでの動作は、第２の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

光カプラ２３は、光変調器４０と光変調器４１から送信される当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する。光電変換器５０は、光カプラ２３から送信される当該光スペクトルの組それぞれを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１、ｍとｎは任意の整数）を有する各ミリ波信号に変換する。ミリ波フィルタ９０は、光電変換器５０から送信される各ミリ波信号から当該ミリ波周波数成分以外の不要な周波数成分を除去した後、水平偏波ポート７２に入力する。

同様に、光カプラ２４は、光変調器４２と光変調器４３から送信される当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する。光電変換器５１は、光カプラ２４から送信される当該光スペクトルの組それぞれを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１）を有する各ミリ波信号に変換する。ミリ波フィルタ９１は、光電変換器５１から送信される各ミリ波信号から当該ミリ波周波数成分以外の不要な周波数成分を除去した後、垂直偏波ポート７３に入力する。

偏波分離アンテナ７１は、水平偏波ポート７２に入力された各ミリ波信号と垂直偏波ポート７３に入力された各ミリ波信号とを空間に放射する。

本実施形態によれば、第２の実施形態と比べて、高額とされるミリ波帯の光電変換器の数量を削減し、更に、高額であり尚且つ設計が難しいとされるミリ波カプラ６０をミリ波フィルタ９０及びミリ波フィルタ９１に置き換えることができるので、更にコストを削減する構成を実現することが可能である。

図４は、第４の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。本実施形態の構成は、図１で示した第１の実施形態を構成する光フィルタ３０と光変調器４０との間に、周波数シフタ８０を更に追加した構成である。周波数シフタ８０以外の構成及び動作については、第１の実施形態の構成及び動作と同様であり、ここでは説明を省略する。

光カプラ２０により分岐された一方の光コム信号Ａから光フィルタ３０により抽出された周波数間隔（ｍ×ｆ１、ｍは任意の整数）を有する２本の光スペクトルは、周波数シフタ８０により、所定の周波数間隔（ｍ×ｆ１＋ｆｃ、以下「ｆ２」とする）に変更される。変更された周波数間隔（ｆ２）を有する当該２本の光スペクトルは、光電変換器５０により、当該周波数間隔に相当する周波数（ｆ２）を有するミリ波信号に変換される。

周波数（ｆ２）のミリ波信号と、光カプラ２０により分岐された他方の光コム信号Ｂから得られた周波数（ｎ×ｆ１、ｎは任意の整数）のミリ波信号とは、ミリ波カプラ６０により合波され、アンテナ７０により空間に放射される。

本実施形態によれば、光フィルタ３０により抽出された当該２本の光スペクトルの周波数間隔を、周波数シフタ８０により変更することができるので、キャリア周波数の整数倍以外の周波数をキャリア周波数として選択することが可能である。

図５は、第５の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。本実施形態の基本的な構成は、図２で示した第２の実施形態と同様であるが、光フィルタ３２、光フィルタ３２により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２３、光カプラ２３により分岐された一方の当該２本の光スペクトルにデータ信号５を用いて変調を行う光変調器４４、光カプラ２３により分岐された他方の当該２本の光スペクトルにデータ信号６を用いて変調を行う光変調器４５、光変調器４４から送信される当該２本の光スペクトルをミリ波信号に変換し尚且つミリ波カプラ６０に接続される光電変換器５４、光変調器４５から送信される当該２本の光スペクトルをミリ波信号に変換し尚且つミリ波カプラ６０に接続される光電変換器５５、を更に有する構成である。

本実施形態の動作については、図２で示した第２の実施形態と同様であるので、主に本実施形態において追加された構成について説明を行う。

光コム信号発生器１０に接続された光カプラ２０は、光コム信号発生器１０により発生した光コム信号を、３つの出力（光コム信号Ａ、光コム信号Ｂ、光コム信号Ｃ）に分岐する。光フィルタ３２は、分岐された光コム信号Ｃから周波数間隔（ｋ×ｆ１、ｋは任意の整数）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光カプラ２３により更に２つの出力に分岐され、分岐された一方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４４によりデータ信号５を用いて変調される。光電変換器５４は、光変調器４４から送られてきた当該２本の光スペクトルを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｋ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換し、ミリ波カプラ６０へ送信する。尚、光電変換器５４の動作については、第１の実施形態で光電変換器５０を用いて説明した動作と同様であるので、ここでは省略する。

同様に、光カプラ２３により分岐された他方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４５によりデータ信号６を用いて変調される。光電変換器５５は、光変調器４５から送られてきた当該２本の光スペクトルを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｋ×ｆ１）を有するミリ波信号に変換し、ミリ波カプラ６１へ送信する。尚、光電変換器５５の動作についても、第１の実施形態で光電変換器５０を用いて説明した動作と同様であるので、ここでは省略する。

ミリ波カプラ６０は、光電変換器５０、光電変換器５１、及び光電変換器５４から送信されてきた周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１、ｋ×ｆ１）の各ミリ波信号を合波する。また、ミリ波カプラ６１は、光電変換器５２、光電変換器５３、及び光電変換器５５から送信されてきた周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１、ｋ×ｆ１）の各ミリ波信号を合波する。

これ以降の動作については、第２の実施形態と基本的に同様であるので、ここでは省略する。

本実施形態によれば、単一の光コム信号発生器１０から発生した光コム信号を光カプラ２０により３つの出力（光コム信号Ａ、光コム信号Ｂ、光コム信号Ｃ）に分岐し、更に光カプラ２１、光カプラ２２、及び光カプラ２３により２つの出力に分岐することができるので、第２の実施形態と比べて２チャネル多い６チャネルの多重ミリ波無線通信システムを実現することが可能となる。

図６は、第６の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。本実施形態の基本的な構成は、図３で示した第３の実施形態と同様であるが、光フィルタ３２、光フィルタ３２により抽出された２本の光スペクトルを更に２つの出力に分岐するための光カプラ２５、光カプラ２５により分岐された一方の当該２本の光スペクトルにデータ信号５を用いて変調を行い尚且つ光カプラ２３に接続される光変調器４４、光カプラ２５により分岐された他方の当該２本の光スペクトルにデータ信号６を用いて変調を行い尚且つ光カプラ２４に接続される光変調器４５を追加した構成である。

本実施形態の動作については、図３で示した第３の実施形態と同様であるので、主に本実施形態において追加された構成について説明を行う。

光コム信号発生器１０に接続された光カプラ２０は、光コム信号発生器１０により発生した光コム信号を、３つの出力（光コム信号Ａ、光コム信号Ｂ、光コム信号Ｃ）に分岐する。光フィルタ３２は、分岐された光コム信号Ｃから周波数間隔（ｋ×ｆ１、ｋは任意の倍数）を有する２本の光スペクトルを抽出する。当該２本の光スペクトルは、光カプラ２５により更に２つの出力に分岐され、分岐された一方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４４によりデータ信号５を用いて変調された後に光カプラ２３に送信される。同様に、光カプラ２５により分岐された他方の当該２本の光スペクトルは、光変調器４５によりデータ信号６を用いて変調され後に光カプラ２４に送信される。

光カプラ２３は、光変調器４０、光変調器４１、及び光変調器４４から送られる当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する。光電変換器５０は、光カプラ２３から送信される当該光スペクトルの組それぞれを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１、ｋ×ｆ１）を有する各ミリ波信号に変換する。

同様に、光カプラ２４は、光変調器４２、光変調器４３、及び光変調器４５から送られる当該２本の光スペクトルの組それぞれを合波する。光電変換器５１は、光カプラ２４から送信される当該光スペクトルの組それぞれを、当該周波数間隔に相当する周波数（ｍ×ｆ１、ｎ×ｆ１、ｋ×ｆ１）を有する各ミリ波信号に変換する。

これ以降の動作については、第３の実施形態と基本的に同様であるので、ここでは省略する。

本実施形態によれば、単一の光コム信号発生器１０から発生した光コム信号を光カプラ２０により３つの出力（光コム信号Ａ、光コム信号Ｂ、光コム信号Ｃ）に分岐し、更に光カプラ２１、光カプラ２２、及び光カプラ２５により２つの出力に分岐することができるので、第３の実施形態と比べて２チャネル多い６チャネルの多重ミリ波無線通信システムを実現することが可能となる。

第１の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。第２の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。第３の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。第４の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。第５の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。第６の実施形態に係る周波数多重ミリ波無線通信システムを示す模式図である。狭帯域データ伝送の一例を示す模式図である。広帯域データ伝送の一例を示す模式図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６…データ信号
１０…光コム信号発生器
２０，２１，２２，２３，２４，２５…光カプラ
３０，３１，３２…光フィルタ
４０，４１，４２，４３，４４，４５…光変調器
５０，５１，５２，５３，５４，５５…光電変換器
６０，６１…ミリ波カプラ
７０…アンテナ
７１…偏波分離アンテナ
７２…水平偏波ポート
７３…垂直偏波ポート
８０…周波数シフタ
９０，９１…ミリ波フィルタ
１００…マイクロ波カプラ
２００，２０１，２０２，２０３…変調器

Claims

一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、
前記光コム信号を複数の出力に分岐する光カプラと、
分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、
データ信号を用いて、当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、
変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する複数の光電変換器と、
変換された複数の異なる周波数の当該ミリ波信号を合波するミリ波カプラと、
合波された当該ミリ波信号を空間に放射するアンテナと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信システム。
一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、
前記光コム信号を複数の出力に分岐する第１光カプラと、
分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、
当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する複数の第２光カプラと、
データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、
変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する複数の光電変換器と、
前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第１ミリ波カプラと、
前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第２ミリ波カプラと、
前記第１ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を入力する水平偏波ポートと、
前記第２ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を入力する垂直偏波ポートと、
前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する偏波分離アンテナと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信システム。
一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する光コム信号発生器と、
前記光コム信号を複数の出力に分岐する第１光カプラと、
分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する複数の光フィルタと、
当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する複数の第２光カプラと、
データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける複数の光変調器と、
前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第３光カプラと、
前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第４光カプラと、
前記第３光カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第１光電変換器と、
前記第４光カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第２光電変換器と、
前記第１光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第１ミリ波フィルタと、
前記第２光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第２ミリ波フィルタと、
前記第１ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を入力する水平偏波ポートと、
前記第２ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を入力する垂直偏波ポートと、
前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する偏波分離アンテナと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信システム。
前記光フィルタにより抽出された２本の光スペクトルの周波数間隔を変更する周波数シフタを更に有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のミリ波無線通信システム。
光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、
光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、
光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、
光変調器により、データ信号を用いて、当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第４ステップと、
光電変換器により、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第５ステップと、
ミリ波カプラにより、変換された複数の異なる周波数の当該ミリ波信号を合波する第６ステップと、
アンテナにより、合波された当該ミリ波信号を空間に放射する第７ステップと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信方法。
光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、
第１光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、
光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、
第２光カプラにより、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する第４ステップと、
光変調器により、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第５ステップと、
光電変換器により、変調された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第６ステップと、
第１ミリ波カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波すると共に、第２ミリ波カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた当該ミリ波信号を合波する第７ステップと、
前記第１ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を水平偏波ポートへ入力すると共に、前記第２ミリ波カプラから伝送される当該ミリ波信号を垂直偏波ポートへ入力する第８ステップと、
偏波分離アンテナにより、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する第９ステップと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信方法。
光コム信号発生器により、一定の周波数間隔で複数の光スペクトルを有する光コム信号を発生する第１ステップと、
第１光カプラにより、前記光コム信号を複数の出力に分岐する第２ステップと、
光フィルタにより、分岐された前記各光コム信号から、それぞれ異なる周波数間隔の２本の光スペクトルを抽出する第３ステップと、
第２光カプラにより、当該２本の光スペクトルの組それぞれを２つの出力に分岐する第４ステップと、
光変調器により、データ信号を用いて、前記第２光カプラにより分岐された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて変調をかける第５ステップと、
第３光カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された一方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波すると共に、第４光カプラにより、前記各第２光カプラによりそれぞれ分岐された他方の出力から得られた変調後の当該２本の光スペクトルの組を合波する第６ステップと、
第１光電変換器により、前記第３カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換すると共に、第２光電変換器により、前記第４カプラにより合波された当該２本の光スペクトルの組それぞれについて両者の周波数間隔に等しい周波数のミリ波信号に変換する第７ステップと、
第１ミリ波フィルタにより、前記第１光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去すると共に、第２ミリ波フィルタにより、前記第２光電変換器により変換された当該ミリ波信号から不要な周波数成分を除去する第８ステップと、
前記第１ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を水平偏波ポートへ入力すると共に、前記第２ミリ波フィルタから伝送される当該ミリ波信号を垂直偏波ポートへ入力する第９ステップと、
偏波分離アンテナにより、前記水平偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号と前記垂直偏波ポートへ入力された当該ミリ波信号とを空間に放射する第１０ステップと、
を有することを特徴とするミリ波無線通信方法。
周波数シフタにより、前記第３ステップにおいて抽出された２本の光スペクトルの周波数間隔を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項に記載のミリ波無線通信方法。