JP4643890B2 - 光電波融合技術を用いた通信システム、基地局側通信装置及び子局側通信装置 - Google Patents
光電波融合技術を用いた通信システム、基地局側通信装置及び子局側通信装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基地局に設置された基地局側通信装置と、子局に設置され、基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置とを備え、光電波融合技術により通信を行う通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを低損失で超広帯域な自由伝搬空間として見なし、電波を光ファイバ内に閉じ込め光伝送する光電波融合技術を用いた通信システムが提案されている。図７は、従来の光電波融合技術を用いた通信システムを示している（非特許文献１）。この光電波融合技術を用いた通信システムは、基地局側通信装置１００と、それぞれ光ファイバ２００を介して基地局側通信装置１００と接続されたｎ（ｎは自然数）個の子局側通信装置３００とから構成されている。基地局側通信装置１００は、各子局側通信装置３００に対応して設けられたミリ波信号生成器１０１及び電気光変換器１０２を備えている。
【０００３】
ミリ波信号生成器１０１は、インターネット４００からのデータ等を基に、ベースバンド信号を発生するベースバンド発生器１０１１と、所定周波数、例えば６０ＧＨｚのミリ波を生成するミリ波発振器１０１２と、ベースバンド信号を、ミリ波発振器１０１２が生成したミリ波を用いてミリ波信号に変換し、得られたミリ波信号を光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００に出力する周波数変換器１０１３とを備えている。さらに、ミリ波信号生成器１０１は、子局側通信装置によって受信され、光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を、ミリ波発振器１０１２が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換器１０１５と、周波数変換器１０１５が変換したベースバンド信号を復号しデータを抽出するベースバンド復号器１０１４とを備えている。
【０００４】
ミリ波信号生成器１０１が生成したミリ波信号は、電気光変換器１０２によって光に変換され、光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００に出力される。子局側通信装置３００によって受信されたミリ波信号は、光電気変換器３０１によって電気信号に変換され、増幅器３０２等により増幅され、アンテナ３０３から無線信号として出力される。
【０００５】
【非特許文献１】
光・電波融合ネットワークの現状と招来（出典「電子情報通信学会誌 Vol.80 No.8 pp.859~868 1997年8月」塚本勝俊 大塚裕幸）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、ミリ波発振器１０１２を用いていてミリ波を直接的に生成しており、このミリ波発振器１０１２は高価であるため、システムのコストが嵩むという問題がある。
【０００７】
また、ミリ波信号生成器１０１が生成したミリ波信号は、電気光変換器１０２によって光に変換されて光ファイバ２００に出力されているが、ミリ波信号を取り扱うような電気光変換器１０２は、広く普及しておらず特殊であるため、高コストであり、このような電気光変換器１０２を用いて基地局側通信装置１００を構成するとシステムのコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
さらに、従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、基地局側通信装置でミリ波信号を生成し光ファイバを介して子局側通信装置に出力しているため、光ファイバには高い周波数で変調した光波が伝送される。光ファイバは、伝送される光波を変調する信号の周波数が高いほど伝送特性の劣化が増大するという特性を有している。そのため、正確な通信に支障をきたすという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストかつ、信頼性の高い通信を行うことができる光電波融合技術を用いた通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムは、基地局側通信装置と前記基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置とを備えた光電波融合技術を用いた通信システムであって、前記基地局側通信装置は、周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、前記第１、第２、及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波して得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に出力する合波手段とを備え、前記子局側通信装置は、前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記第１及び第２の光波を受光し、非線形作用により前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ＳＣ光源は第１の周波数の周波数間隔を有する光波を生成する。抽出手段は、ＳＣ光源が生成した光波から第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３の光波を抽出する。抽出された第３の光波は、ベースバンド信号で変調される。変調された第３の光波と抽出された第１及び第２の光波は、光ファイバを介して子局側通信装置に出力される。ここで、光ファイバには、第１〜第３の光波を含む光信号が伝送されるが、この光信号は、ベースバンド信号帯の周波数で変調されており、従来の光電波融合技術を用いた通信システムのようにミリ波帯の周波数で変調されていない。そのため、光ファイバを介して子局側通信装置に伝送される光波の光ファイバによる伝送特性の劣化は、ミリ波帯で変調された光波を送信する従来の光電波融合技術を用いた通信システムに比べて大きく低減され、通信の信頼性を高めることができる。
【００１２】
さらに、第３の光波は、ベースバンド信号帯の周波数を有しているため、電気光変換器として、従来の光電波融合技術を用いた通信システムのようにミリ波を取り扱うような特殊な電気光変換器を用いなくとも、一般的な電気光変換器を用いることができる。そのため、システムの低コスト化を図ることができる。
【００１３】
さらに、直接的にミリ波を生成するミリ波発振器を用いずに、第１の光波と第２の光波とを基に、第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段を用いてミリ波を生成しており、このミリ波生成手段は、非線形な特性を有する光電気変換素子で構成されている。非線形な特性を有する光電気変換素子は、ミリ波発振器に比べて低コストである。そのため、システムの低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、この構成によれば、基地局側通信装置で抽出され、子局側通信装置に送信された第４の光波に対して、子局側通信装置は、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号で変調し、変調した第４の光波を基地局側装置に送信するため、ＳＣ光源が発生する光波を有効に利用することができる。
【００１６】
また、前記子局側通信装置は複数の子局側通信装置から構成され、前記基地局側通信装置は、前記複数の子局側通信装置に対応する第１〜第４の光波を抽出する抽出手段と、前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応するベースバンド発生器と、前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応する第１の電気光変換手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、抽出手段は、ＳＣ光源が生成した第１の周波数の周波数間隔を有する光波から、複数の子局側通信装置毎の第１〜第４の光波を抽出する。第１の電気光変換手段は、抽出された第３の光波を対応するベースバンド発生器が生成したベースバンド信号で変調し、対応する子局側通信装置に出力する。これにより、基地局側通信装置とその基地局側通信装置に接続された複数の子局側通信装置との通信が可能となる。また、基地局側通信装置は、光源として１つのＳＣ光源で構成されているため、光電波融合技術を用いた通信システムの低コスト化及び構成の簡略化を図ることができる。
【００１８】
また、前記抽出手段は、前記第１〜第４の光波の周波数間隔が前記第２の周波数となるように前記第１〜第４の光波を抽出することが好ましい。この構成によれば、一定の周波数間隔で第１〜第４の光波を抽出することができるため、第１〜第４の光波の抽出が容易となる。
【００１９】
本発明に係る基地局側通信装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の子局側通信装置と光ファイバを介して接続された基地局側通信装置であって、周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、前記第１、第２、及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波し、得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に送信する合波手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光電波融合技術を用いた通信システムに適用される基地側通信装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る子局側通信装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置であって、前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記第１及び第２の光波を受光して非線形作用により、前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光電波融合技術を用いた通信システムに適用される子局側通信装置を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムの一の実施形態の全体構成図を示している。本通信システムは、基地局側通信装置１０及び基地局側通信装置１０に対してそれぞれ光ファイバ２０を介して接続されたｎ（ｎは自然数）個の子局側通信装置３０−１（３０）、３０−２（３０）、・・・、３０−ｎ（３０）から構成されている。基地局側通信装置１０は、インターネット５０と接続されている。基地局側通信装置１０は、ＳＣ光源１１及び子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応する送信光波生成部１２―１（１２）、１２−２（１２）、・・・、１２−ｎ（１２）を備えている。
【００２６】
図２は、ＳＣ光源１１の構成を示すブロック図である。図３は、ＳＣ（supercontinuum：スーパーコンティニューム）光源１１によって生成される光波のスペクトル列を示しており、縦軸は光強度を、横軸は周波数を示している。ＳＣ光源１１は、例えば１０ＧＨｚの光パルス列を生成する光源１１１及び非線形媒質１１２を備えている。光源１１１としては、例えばレーザーダイオード等が用いられる。非線形媒質１１２としては、例えば光ファイバ等の非線形な特性を有する素子が用いられている。光源１１１から出力された１０ＧＨｚの光パルス列は、非線形媒質１１２を通過することによって、非線形作用を受けて、図３に示すような周波数間隔が１０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０とされる。
【００２７】
送信光波生成部１２は、ＳＣ光源１１が生成した光波とインターネット５０を介して端末Ｔから送信されたデータとを基に、子局側通信装置３０に送信するための第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を生成し、光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力する。
【００２８】
図４は、送信光波生成部１２の構成を示すブロック図である。送信光波生成部１２は、ベースバンド発生器１２１、光変調器１２２、合波器１２３、フィルタ１２４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２５及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２６を備えている。
【００２９】
ベースバンド発生器１２１は、インターネット５０を介して送信されたデータ（送信対象データ）を含むベースバンド信号Ｂ１を生成し、光変調器１２２に出力する。
【００３０】
フィルタ１２４は、例えばファブリペロー型のフィルタにより構成され、光波Ｗ０を所定の周波数間隔、例えば６０ＧＨｚの周波数間隔で抽出し、周波数間隔６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０１を抽出する。
【００３１】
ＢＰＦ１２５は、光波Ｗ０１から第３の光波Ｗ３抽出する。ＢＰＦ１２６は、光波Ｗ０１から第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を含む光波を抽出する。
【００３２】
図５は、フィルタ１２４及びＢＰＦ１２５、１２６が、光波Ｗ０から第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を抽出する様子を説明するための図である。図５では、光波Ｗ０の周波数スペクトル（周波数間隔は１０ＧＨｚ）のうちの周波数がｆ１〜ｆ２０の２０個のスペクトルＰ１〜Ｐ２０が示されている。
【００３３】
フィルタ１２４は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のフィルタ１２４（１２４−１）、１２４（１２４−２）、・・・、１２４（１２４−ｎ）が存在する。図５に示す例では、フィルタ１２４−１はスペクトルＰ１、Ｐ７、Ｐ１３、Ｐ１９を含む光波を抽出する。フィルタ１２４−２はスペクトルＰ２、Ｐ８、Ｐ１４、Ｐ２０を含む光波を抽出する。このように、各フィルタ１２４は１０ＧＨｚづつずらして光波Ｗ０１から周波数間隔が６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波を抽出する。
【００３４】
ＢＰＦ１２５は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のＢＰＦ１２５（１２５−１）、１２５（１２５−２）、・・・、１２５（１２５−ｎ）が存在する。図５の例では、ＢＰＦ１２５−１は、フィルタ１２４−１が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ１を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−１に送信するための第３の光波Ｗ３が抽出される。ＢＰＦ１２５−２は、フィルタ１２５−２が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ２を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−２に送信するための第３の光波Ｗ３が抽出される。このようにして各ＢＰＦ１２５は、それぞれ対応する子局側通信装置３０に送信するための第３の光波Ｗ３を抽出する。
【００３５】
ＢＰＦ１２６は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のＢＰＦ１２６（１２６−１）、１２６（１２６−２）、・・・、１２６（１２６−ｎ）が存在する。図５の例では、ＢＰＦ１２６−１は、フィルタ１２４−１が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ７、Ｐ１３、Ｐ１９を含む光波を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−１に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４が抽出される。ＢＰＦ１２６−２は、フィルタ１２４−２が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ８、Ｐ１４、Ｐ２０を含む光波を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−２に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４が抽出される。このようにして各ＢＰＦ１２６は、対応する子局側通信装置３０に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を抽出する。
【００３６】
図４に戻り、光変調器１２２は、ベースバンド発生器１２１が生成したベースバンド信号Ｂ１で、第３の光波Ｗ３の光強度を変化させ、第３の光波Ｗ３を変調する。
【００３７】
合波器１２３は、変調された第３の光波Ｗ３と、ＢＰＦ１２６から出力された第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を合波して、光ファイバ２０に出力する。
【００３８】
図６は、子局側通信装置３０の構成を示したブロック図である。子局側通信装置３０は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２１〜３２４、光電気変換器（Ｏ／Ｅ）３３、ミリ波生成器３４、光変調器３５、周波数変換器３６、３７、アンプ３８、３９、サーキュレータ４０及びアンテナ４１を備えている。
【００３９】
ＢＰＦ３２１〜３２４は、それぞれ送信光波生成部１２が出力した光波から第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を抽出する。光電気変換器３３は、例えばフォトダイオードから構成され、第３の光波Ｗ３を電気信号Ｅに変換する。
【００４０】
ミリ波生成器３４は、非線形な特性を有する光電気変換器で構成され、周波数の間隔が６０ＧＨｚである第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３を受信し、非線形作用により、第２、第３の光波の差の周波数を有する６０ＧＨｚのミリ波Ｍを生成する。このミリ波が生成される原理については、「“ミリ波光源−光から電波を作る話”、小楠 正大、ＡＴＲ Journal ３８号 WINTER ２０００、２０〜２１頁」に示されている。
【００４１】
周波数変換器３６は、非線形な特性を有する素子から構成され、電気信号Ｅ及びミリ波Ｍを受信して非線形作用により、電気信号Ｅの周波数とミリ波Ｍの周波数との和の周波数を有するミリ波信号Ｍ１を生成する。これにより、電気信号Ｅは、ミリ波帯の周波数を有する電磁波に変換される。
【００４２】
アンプ３８は、ミリ波信号Ｍ１を無線信号として外部空間に出力するにあたり好ましい振幅レベルとなるように、ミリ波信号Ｍ１の振幅を所定レベルに増幅する。
【００４３】
サーキュレータ４０は、３個のポートを備え、アンプ３８から出力されたミリ波信号Ｍ１をアンテナ４１に出力し、アンテナ４１からの無線信号をアンプ３９に出力する。
【００４４】
アンテナ４１は、ミリ波信号Ｍ１をサーキュレータ４０を介して受信し、無線信号として外部に出力するとともに、外部から子局側通信装置３０に向けて送信された無線信号を受信する。
【００４５】
アンプ３９は、アンテナ４１が受信した無線信号をサーキュレータ４０を介して受信し、受信した無線信号に対して種々の処理を施すうえで好ましい振幅レベルとなるように、無線信号の振幅レベルを所定レベルに増幅する。
【００４６】
周波数変換器３７は、非線形な特性を有する素子から構成され、ミリ波生成器３４が生成したミリ波Ｍとアンプ３９から出力された無線信号とを受信し、非線形作用により、無線信号の周波数とミリ波Ｍの周波数との差の周波数を有するベースバンド信号Ｂ２を生成する。これにより、ミリ波帯の周波数を有する無線信号は、ミリ波帯に比べて著しく低い周波数帯のベースバンド信号Ｂ２に変換される。なお、周波数変換器３６、３７は、ともに非線形な特性を有する素子により構成されているため、周波数変換器３６の出力端には、電気信号Ｅの周波数とミリ波Ｍの周波数との差の周波数を有する信号も出力されており、また、周波数変換器３７の出力端には、無線信号の周波数とミリ波Ｍの周波数との和の周波数を有する信号も出力されているが、これらの信号成分は例えば図略のフィルタ等を用いて除去されている。
【００４７】
光変調器３５は、ＢＰＦ３２４から出力された第４の光波Ｗ４を受光し、ベースバンド信号Ｂ２で第４の光波Ｗ４の光強度を変更して第４の光波Ｗ４を変調し、変調した第４の光波Ｗ４を、光ファイバ２０を介して基地局側通信装置１０に出力する。
【００４８】
本通信システムは以下のように動作する。図４に示すようにベースバンド発生器１２１は、インターネット５０に接続された端末Ｔからデータを受けると、このデータを含むベースバンド信号Ｂ１を生成する。ＳＣ光源１１が生成した周波数間隔が１０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０は、フィルタ１２４によって、周波数間隔が６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０１とされる。光波Ｗ０１は、ＢＰＦ１２５により所定帯域の光波が抽出されて第３の光波Ｗ３とされるとともに、ＢＰＦ１２６により所定帯域の光波が抽出されて第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とされる。第３の光波Ｗ３は、光変調器１２２によりベースバンド信号Ｂ１で変調される。変調された第３の光波Ｗ３と第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とは、合波器１２３により合波されて光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力される。
【００４９】
図６に示すように、子局側通信装置３０に送信された第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４は、それぞれＢＰＦ３２１〜３２４によって抽出される。ＢＰＦ３２１により抽出された第３の光波Ｗ３は、Ｏ／Ｅ３３により電気信号Ｅに変換される。ミリ波生成器３４は、ＢＰＦ３２２、３２３によってそれぞれ抽出された第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３を受光し、第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３の差の周波数である６０ＧＨｚのミリ波Ｍを生成する。電気信号Ｅは、ミリ波Ｍを基に周波数変換器３６によってミリ波信号Ｍ１に変換される。ミリ波信号Ｍ１はアンプ３８によって増幅されサーキュレータ４０を介してアンテナ４１へ導かれ、無線信号として外部に出力される。
【００５０】
一方、アンテナ４１によって受信された無線信号は、サーキュレータ４０によってアンプ３９に導かれて増幅され、周波数変換器３７に出力される。周波数変換器３７に導かれた無線信号は、周波数変換器３７によってミリ波Ｍを用いてベースバンド信号Ｂ２に変換される。ＢＰＦ３２４によって抽出された第４の光波Ｗ４は、光変調器３５によって、ベースバンド信号Ｂ２で変調されて光ファイバ２０を介して基地局側通信装置１０に出力される。
【００５１】
以上説明したように、本通信システムは、第３の光波Ｗ３をベースバンド信号Ｂ１で変調し、変調した第３の光波Ｗ３と第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とを光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力している。そのため、光ファイバ２０には、ベースバンド信号Ｂ１の周波数帯で変調された光波が伝送される。一方、従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、光ファイバには、ミリ波帯で変調された光波が伝送されている。そのため、本通信システムによれば、基地局側通信装置１０から子局側通信装置３０に出力される光波の光ファイバによる伝送特性の劣化が、従来の光電波融合技術を用いた通信システムの伝送特性の劣化に比べて著しく低減されることとなる。その結果、通信の信頼性を高めることができる。
【００５２】
また、本通信システムでは、直接的にミリ波を生成するミリ波発振器を用いずに、ミリ波生成器３４を用いてミリ波を生成している。このミリ波生成器３４は、例えば非線形な特性を有する光電気変換素子により構成することができる。非線形な特性を有する光電気変換素子は、ミリ波発信器に比べて低コストである。そのため、システムのコスト低減を図ることができる。
【００５３】
さらに、基地局側通信装置１０は、ＳＣ光源を用いている。そのため、基地局側通信装置１０は、子局側通信装置３０に応じた数の光源を備えることなく、１つのＳＣ光源で構成することができるため、システムの簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【００５４】
なお、本発明に係る通信システムは以下の態様をとることができる。
【００５５】
（１）上記実施形態では、ミリ波生成器３４を子局側通信装置３０に配設し、子局側通信装置３０でミリ波Ｍを生成しているが、これに限定されず、基地局側通信装置１０にミリ波生成器３４を配設し、ミリ波信号Ｍを生成し、このミリ波信号を用いてベースバンド信号Ｂ１の周波数をミリ波帯の周波数に変換してミリ波信号Ｍ１を生成し、子局側通信装置３０に送信してもよい。
【００５６】
（２）上記実施形態では、上りの光波と下りの光波とを１本の光ファイバ２０に伝送したが、上り用と下り用の２本の光ファイバを設け、上り用の光ファイバに上りの光波を伝送し、下り用の光ファイバに下りの光波を伝送してもよい。
【００５７】
（３）上記実施形態では、フィルタ１２４としてファブリペロー型のフィルタを用いたが、これに限定されず、バンドパスフィルタを用いてもよい。また、第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４は、子局側通信装置３０毎に周波数が異なるように抽出したが、これに限定されず、子局側通信装置３０毎に同じ周波数となるように抽出してもよい。
【００５８】
（４）上記実施形態では、インターネット５０を介して送信されたデータを取り扱っていたが、これに限定されず、他の通信回線を介して送信されたデータを取り扱ってもよい。
【００５９】
（５）上記実施形態では、ミリ波生成器３４は、６０ＧＨｚのミリ波を生成したが、これに限定されず、他の周波数のミリ波を生成してもよい。この場合、ミリ波生成器３４が生成するミリ波の周波数に応じて、ＳＣ光源１１の光源１１１が生成するパルス列を変更する等して、第１、第２の光波Ｗ１、Ｗ２の周波数間隔を変更すればよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ内には、周波数がベースバンド帯の光波が伝送されるため、通信の信頼性を向上させることができる。また、周波数の異なる２種類の光波を受光して、非線形作用により、ミリ波を生成するミリ波生成手段を用いているためシステムの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムの一の実施形態の全体構成図である。
【図２】 ＳＣ光源の構成を示すブロック図である。
【図３】 ＳＣ光源によって生成される光波のスペクトルを示した図である。
【図４】 送信光波生成部の構成を示すブロック図である。
【図５】 第１〜第４の光波が抽出される様子を説明するための図である。
【図６】 子局側通信装置の構成を示したブロック図である。
【図７】 従来の光電波融合技術を用いた通信システムを示した図である。
【符号の説明】
１０ 基地局側通信装置
１１ ＳＣ光源
１２ 送信光波生成部
１２１ ベースバンド発生器
１２２ 光変調器
１２３ 合波器
１２４ フィルタ
１２５ １２６ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０ 光ファイバ
３０ 子局側通信装置
３２１ ３２２ ３２３ ３２４ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３３ 光電気変換器（Ｏ／Ｅ）
３４ ミリ波生成器
３５ 光変調器
３６ ３７ 周波数変換器
３８ ３９ アンプ
４０ サーキュレータ
４１ アンテナ
５０ インターネット
【発明の属する技術分野】
本発明は、基地局に設置された基地局側通信装置と、子局に設置され、基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置とを備え、光電波融合技術により通信を行う通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを低損失で超広帯域な自由伝搬空間として見なし、電波を光ファイバ内に閉じ込め光伝送する光電波融合技術を用いた通信システムが提案されている。図７は、従来の光電波融合技術を用いた通信システムを示している（非特許文献１）。この光電波融合技術を用いた通信システムは、基地局側通信装置１００と、それぞれ光ファイバ２００を介して基地局側通信装置１００と接続されたｎ（ｎは自然数）個の子局側通信装置３００とから構成されている。基地局側通信装置１００は、各子局側通信装置３００に対応して設けられたミリ波信号生成器１０１及び電気光変換器１０２を備えている。
【０００３】
ミリ波信号生成器１０１は、インターネット４００からのデータ等を基に、ベースバンド信号を発生するベースバンド発生器１０１１と、所定周波数、例えば６０ＧＨｚのミリ波を生成するミリ波発振器１０１２と、ベースバンド信号を、ミリ波発振器１０１２が生成したミリ波を用いてミリ波信号に変換し、得られたミリ波信号を光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００に出力する周波数変換器１０１３とを備えている。さらに、ミリ波信号生成器１０１は、子局側通信装置によって受信され、光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を、ミリ波発振器１０１２が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換器１０１５と、周波数変換器１０１５が変換したベースバンド信号を復号しデータを抽出するベースバンド復号器１０１４とを備えている。
【０００４】
ミリ波信号生成器１０１が生成したミリ波信号は、電気光変換器１０２によって光に変換され、光ファイバ２００を介して子局側通信装置３００に出力される。子局側通信装置３００によって受信されたミリ波信号は、光電気変換器３０１によって電気信号に変換され、増幅器３０２等により増幅され、アンテナ３０３から無線信号として出力される。
【０００５】
【非特許文献１】
光・電波融合ネットワークの現状と招来（出典「電子情報通信学会誌 Vol.80 No.8 pp.859~868 1997年8月」塚本勝俊 大塚裕幸）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、ミリ波発振器１０１２を用いていてミリ波を直接的に生成しており、このミリ波発振器１０１２は高価であるため、システムのコストが嵩むという問題がある。
【０００７】
また、ミリ波信号生成器１０１が生成したミリ波信号は、電気光変換器１０２によって光に変換されて光ファイバ２００に出力されているが、ミリ波信号を取り扱うような電気光変換器１０２は、広く普及しておらず特殊であるため、高コストであり、このような電気光変換器１０２を用いて基地局側通信装置１００を構成するとシステムのコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
さらに、従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、基地局側通信装置でミリ波信号を生成し光ファイバを介して子局側通信装置に出力しているため、光ファイバには高い周波数で変調した光波が伝送される。光ファイバは、伝送される光波を変調する信号の周波数が高いほど伝送特性の劣化が増大するという特性を有している。そのため、正確な通信に支障をきたすという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストかつ、信頼性の高い通信を行うことができる光電波融合技術を用いた通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムは、基地局側通信装置と前記基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置とを備えた光電波融合技術を用いた通信システムであって、前記基地局側通信装置は、周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、前記第１、第２、及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波して得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に出力する合波手段とを備え、前記子局側通信装置は、前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記第１及び第２の光波を受光し、非線形作用により前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ＳＣ光源は第１の周波数の周波数間隔を有する光波を生成する。抽出手段は、ＳＣ光源が生成した光波から第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３の光波を抽出する。抽出された第３の光波は、ベースバンド信号で変調される。変調された第３の光波と抽出された第１及び第２の光波は、光ファイバを介して子局側通信装置に出力される。ここで、光ファイバには、第１〜第３の光波を含む光信号が伝送されるが、この光信号は、ベースバンド信号帯の周波数で変調されており、従来の光電波融合技術を用いた通信システムのようにミリ波帯の周波数で変調されていない。そのため、光ファイバを介して子局側通信装置に伝送される光波の光ファイバによる伝送特性の劣化は、ミリ波帯で変調された光波を送信する従来の光電波融合技術を用いた通信システムに比べて大きく低減され、通信の信頼性を高めることができる。
【００１２】
さらに、第３の光波は、ベースバンド信号帯の周波数を有しているため、電気光変換器として、従来の光電波融合技術を用いた通信システムのようにミリ波を取り扱うような特殊な電気光変換器を用いなくとも、一般的な電気光変換器を用いることができる。そのため、システムの低コスト化を図ることができる。
【００１３】
さらに、直接的にミリ波を生成するミリ波発振器を用いずに、第１の光波と第２の光波とを基に、第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段を用いてミリ波を生成しており、このミリ波生成手段は、非線形な特性を有する光電気変換素子で構成されている。非線形な特性を有する光電気変換素子は、ミリ波発振器に比べて低コストである。そのため、システムの低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、この構成によれば、基地局側通信装置で抽出され、子局側通信装置に送信された第４の光波に対して、子局側通信装置は、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号で変調し、変調した第４の光波を基地局側装置に送信するため、ＳＣ光源が発生する光波を有効に利用することができる。
【００１６】
また、前記子局側通信装置は複数の子局側通信装置から構成され、前記基地局側通信装置は、前記複数の子局側通信装置に対応する第１〜第４の光波を抽出する抽出手段と、前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応するベースバンド発生器と、前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応する第１の電気光変換手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、抽出手段は、ＳＣ光源が生成した第１の周波数の周波数間隔を有する光波から、複数の子局側通信装置毎の第１〜第４の光波を抽出する。第１の電気光変換手段は、抽出された第３の光波を対応するベースバンド発生器が生成したベースバンド信号で変調し、対応する子局側通信装置に出力する。これにより、基地局側通信装置とその基地局側通信装置に接続された複数の子局側通信装置との通信が可能となる。また、基地局側通信装置は、光源として１つのＳＣ光源で構成されているため、光電波融合技術を用いた通信システムの低コスト化及び構成の簡略化を図ることができる。
【００１８】
また、前記抽出手段は、前記第１〜第４の光波の周波数間隔が前記第２の周波数となるように前記第１〜第４の光波を抽出することが好ましい。この構成によれば、一定の周波数間隔で第１〜第４の光波を抽出することができるため、第１〜第４の光波の抽出が容易となる。
【００１９】
本発明に係る基地局側通信装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の子局側通信装置と光ファイバを介して接続された基地局側通信装置であって、周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、前記第１、第２、及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波し、得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に送信する合波手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光電波融合技術を用いた通信システムに適用される基地側通信装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る子局側通信装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置であって、前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記第１及び第２の光波を受光して非線形作用により、前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光電波融合技術を用いた通信システムに適用される子局側通信装置を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムの一の実施形態の全体構成図を示している。本通信システムは、基地局側通信装置１０及び基地局側通信装置１０に対してそれぞれ光ファイバ２０を介して接続されたｎ（ｎは自然数）個の子局側通信装置３０−１（３０）、３０−２（３０）、・・・、３０−ｎ（３０）から構成されている。基地局側通信装置１０は、インターネット５０と接続されている。基地局側通信装置１０は、ＳＣ光源１１及び子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応する送信光波生成部１２―１（１２）、１２−２（１２）、・・・、１２−ｎ（１２）を備えている。
【００２６】
図２は、ＳＣ光源１１の構成を示すブロック図である。図３は、ＳＣ（supercontinuum：スーパーコンティニューム）光源１１によって生成される光波のスペクトル列を示しており、縦軸は光強度を、横軸は周波数を示している。ＳＣ光源１１は、例えば１０ＧＨｚの光パルス列を生成する光源１１１及び非線形媒質１１２を備えている。光源１１１としては、例えばレーザーダイオード等が用いられる。非線形媒質１１２としては、例えば光ファイバ等の非線形な特性を有する素子が用いられている。光源１１１から出力された１０ＧＨｚの光パルス列は、非線形媒質１１２を通過することによって、非線形作用を受けて、図３に示すような周波数間隔が１０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０とされる。
【００２７】
送信光波生成部１２は、ＳＣ光源１１が生成した光波とインターネット５０を介して端末Ｔから送信されたデータとを基に、子局側通信装置３０に送信するための第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を生成し、光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力する。
【００２８】
図４は、送信光波生成部１２の構成を示すブロック図である。送信光波生成部１２は、ベースバンド発生器１２１、光変調器１２２、合波器１２３、フィルタ１２４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２５及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２６を備えている。
【００２９】
ベースバンド発生器１２１は、インターネット５０を介して送信されたデータ（送信対象データ）を含むベースバンド信号Ｂ１を生成し、光変調器１２２に出力する。
【００３０】
フィルタ１２４は、例えばファブリペロー型のフィルタにより構成され、光波Ｗ０を所定の周波数間隔、例えば６０ＧＨｚの周波数間隔で抽出し、周波数間隔６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０１を抽出する。
【００３１】
ＢＰＦ１２５は、光波Ｗ０１から第３の光波Ｗ３抽出する。ＢＰＦ１２６は、光波Ｗ０１から第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を含む光波を抽出する。
【００３２】
図５は、フィルタ１２４及びＢＰＦ１２５、１２６が、光波Ｗ０から第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を抽出する様子を説明するための図である。図５では、光波Ｗ０の周波数スペクトル（周波数間隔は１０ＧＨｚ）のうちの周波数がｆ１〜ｆ２０の２０個のスペクトルＰ１〜Ｐ２０が示されている。
【００３３】
フィルタ１２４は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のフィルタ１２４（１２４−１）、１２４（１２４−２）、・・・、１２４（１２４−ｎ）が存在する。図５に示す例では、フィルタ１２４−１はスペクトルＰ１、Ｐ７、Ｐ１３、Ｐ１９を含む光波を抽出する。フィルタ１２４−２はスペクトルＰ２、Ｐ８、Ｐ１４、Ｐ２０を含む光波を抽出する。このように、各フィルタ１２４は１０ＧＨｚづつずらして光波Ｗ０１から周波数間隔が６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波を抽出する。
【００３４】
ＢＰＦ１２５は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のＢＰＦ１２５（１２５−１）、１２５（１２５−２）、・・・、１２５（１２５−ｎ）が存在する。図５の例では、ＢＰＦ１２５−１は、フィルタ１２４−１が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ１を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−１に送信するための第３の光波Ｗ３が抽出される。ＢＰＦ１２５−２は、フィルタ１２５−２が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ２を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−２に送信するための第３の光波Ｗ３が抽出される。このようにして各ＢＰＦ１２５は、それぞれ対応する子局側通信装置３０に送信するための第３の光波Ｗ３を抽出する。
【００３５】
ＢＰＦ１２６は、ｎ個の子局側通信装置３０−１、３０−２、・・・、３０−ｎに対応するｎ個のＢＰＦ１２６（１２６−１）、１２６（１２６−２）、・・・、１２６（１２６−ｎ）が存在する。図５の例では、ＢＰＦ１２６−１は、フィルタ１２４−１が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ７、Ｐ１３、Ｐ１９を含む光波を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−１に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４が抽出される。ＢＰＦ１２６−２は、フィルタ１２４−２が抽出した光波Ｗ０１からスペクトルＰ８、Ｐ１４、Ｐ２０を含む光波を抽出する。これにより、子局側通信装置３０−２に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４が抽出される。このようにして各ＢＰＦ１２６は、対応する子局側通信装置３０に出力するための第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を抽出する。
【００３６】
図４に戻り、光変調器１２２は、ベースバンド発生器１２１が生成したベースバンド信号Ｂ１で、第３の光波Ｗ３の光強度を変化させ、第３の光波Ｗ３を変調する。
【００３７】
合波器１２３は、変調された第３の光波Ｗ３と、ＢＰＦ１２６から出力された第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を合波して、光ファイバ２０に出力する。
【００３８】
図６は、子局側通信装置３０の構成を示したブロック図である。子局側通信装置３０は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２１〜３２４、光電気変換器（Ｏ／Ｅ）３３、ミリ波生成器３４、光変調器３５、周波数変換器３６、３７、アンプ３８、３９、サーキュレータ４０及びアンテナ４１を備えている。
【００３９】
ＢＰＦ３２１〜３２４は、それぞれ送信光波生成部１２が出力した光波から第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４を抽出する。光電気変換器３３は、例えばフォトダイオードから構成され、第３の光波Ｗ３を電気信号Ｅに変換する。
【００４０】
ミリ波生成器３４は、非線形な特性を有する光電気変換器で構成され、周波数の間隔が６０ＧＨｚである第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３を受信し、非線形作用により、第２、第３の光波の差の周波数を有する６０ＧＨｚのミリ波Ｍを生成する。このミリ波が生成される原理については、「“ミリ波光源−光から電波を作る話”、小楠 正大、ＡＴＲ Journal ３８号 WINTER ２０００、２０〜２１頁」に示されている。
【００４１】
周波数変換器３６は、非線形な特性を有する素子から構成され、電気信号Ｅ及びミリ波Ｍを受信して非線形作用により、電気信号Ｅの周波数とミリ波Ｍの周波数との和の周波数を有するミリ波信号Ｍ１を生成する。これにより、電気信号Ｅは、ミリ波帯の周波数を有する電磁波に変換される。
【００４２】
アンプ３８は、ミリ波信号Ｍ１を無線信号として外部空間に出力するにあたり好ましい振幅レベルとなるように、ミリ波信号Ｍ１の振幅を所定レベルに増幅する。
【００４３】
サーキュレータ４０は、３個のポートを備え、アンプ３８から出力されたミリ波信号Ｍ１をアンテナ４１に出力し、アンテナ４１からの無線信号をアンプ３９に出力する。
【００４４】
アンテナ４１は、ミリ波信号Ｍ１をサーキュレータ４０を介して受信し、無線信号として外部に出力するとともに、外部から子局側通信装置３０に向けて送信された無線信号を受信する。
【００４５】
アンプ３９は、アンテナ４１が受信した無線信号をサーキュレータ４０を介して受信し、受信した無線信号に対して種々の処理を施すうえで好ましい振幅レベルとなるように、無線信号の振幅レベルを所定レベルに増幅する。
【００４６】
周波数変換器３７は、非線形な特性を有する素子から構成され、ミリ波生成器３４が生成したミリ波Ｍとアンプ３９から出力された無線信号とを受信し、非線形作用により、無線信号の周波数とミリ波Ｍの周波数との差の周波数を有するベースバンド信号Ｂ２を生成する。これにより、ミリ波帯の周波数を有する無線信号は、ミリ波帯に比べて著しく低い周波数帯のベースバンド信号Ｂ２に変換される。なお、周波数変換器３６、３７は、ともに非線形な特性を有する素子により構成されているため、周波数変換器３６の出力端には、電気信号Ｅの周波数とミリ波Ｍの周波数との差の周波数を有する信号も出力されており、また、周波数変換器３７の出力端には、無線信号の周波数とミリ波Ｍの周波数との和の周波数を有する信号も出力されているが、これらの信号成分は例えば図略のフィルタ等を用いて除去されている。
【００４７】
光変調器３５は、ＢＰＦ３２４から出力された第４の光波Ｗ４を受光し、ベースバンド信号Ｂ２で第４の光波Ｗ４の光強度を変更して第４の光波Ｗ４を変調し、変調した第４の光波Ｗ４を、光ファイバ２０を介して基地局側通信装置１０に出力する。
【００４８】
本通信システムは以下のように動作する。図４に示すようにベースバンド発生器１２１は、インターネット５０に接続された端末Ｔからデータを受けると、このデータを含むベースバンド信号Ｂ１を生成する。ＳＣ光源１１が生成した周波数間隔が１０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０は、フィルタ１２４によって、周波数間隔が６０ＧＨｚのスペクトル列を有する光波Ｗ０１とされる。光波Ｗ０１は、ＢＰＦ１２５により所定帯域の光波が抽出されて第３の光波Ｗ３とされるとともに、ＢＰＦ１２６により所定帯域の光波が抽出されて第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とされる。第３の光波Ｗ３は、光変調器１２２によりベースバンド信号Ｂ１で変調される。変調された第３の光波Ｗ３と第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とは、合波器１２３により合波されて光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力される。
【００４９】
図６に示すように、子局側通信装置３０に送信された第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４は、それぞれＢＰＦ３２１〜３２４によって抽出される。ＢＰＦ３２１により抽出された第３の光波Ｗ３は、Ｏ／Ｅ３３により電気信号Ｅに変換される。ミリ波生成器３４は、ＢＰＦ３２２、３２３によってそれぞれ抽出された第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３を受光し、第２、第３の光波Ｗ２、Ｗ３の差の周波数である６０ＧＨｚのミリ波Ｍを生成する。電気信号Ｅは、ミリ波Ｍを基に周波数変換器３６によってミリ波信号Ｍ１に変換される。ミリ波信号Ｍ１はアンプ３８によって増幅されサーキュレータ４０を介してアンテナ４１へ導かれ、無線信号として外部に出力される。
【００５０】
一方、アンテナ４１によって受信された無線信号は、サーキュレータ４０によってアンプ３９に導かれて増幅され、周波数変換器３７に出力される。周波数変換器３７に導かれた無線信号は、周波数変換器３７によってミリ波Ｍを用いてベースバンド信号Ｂ２に変換される。ＢＰＦ３２４によって抽出された第４の光波Ｗ４は、光変調器３５によって、ベースバンド信号Ｂ２で変調されて光ファイバ２０を介して基地局側通信装置１０に出力される。
【００５１】
以上説明したように、本通信システムは、第３の光波Ｗ３をベースバンド信号Ｂ１で変調し、変調した第３の光波Ｗ３と第１、第２、第４の光波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４とを光ファイバ２０を介して子局側通信装置３０に出力している。そのため、光ファイバ２０には、ベースバンド信号Ｂ１の周波数帯で変調された光波が伝送される。一方、従来の光電波融合技術を用いた通信システムでは、光ファイバには、ミリ波帯で変調された光波が伝送されている。そのため、本通信システムによれば、基地局側通信装置１０から子局側通信装置３０に出力される光波の光ファイバによる伝送特性の劣化が、従来の光電波融合技術を用いた通信システムの伝送特性の劣化に比べて著しく低減されることとなる。その結果、通信の信頼性を高めることができる。
【００５２】
また、本通信システムでは、直接的にミリ波を生成するミリ波発振器を用いずに、ミリ波生成器３４を用いてミリ波を生成している。このミリ波生成器３４は、例えば非線形な特性を有する光電気変換素子により構成することができる。非線形な特性を有する光電気変換素子は、ミリ波発信器に比べて低コストである。そのため、システムのコスト低減を図ることができる。
【００５３】
さらに、基地局側通信装置１０は、ＳＣ光源を用いている。そのため、基地局側通信装置１０は、子局側通信装置３０に応じた数の光源を備えることなく、１つのＳＣ光源で構成することができるため、システムの簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【００５４】
なお、本発明に係る通信システムは以下の態様をとることができる。
【００５５】
（１）上記実施形態では、ミリ波生成器３４を子局側通信装置３０に配設し、子局側通信装置３０でミリ波Ｍを生成しているが、これに限定されず、基地局側通信装置１０にミリ波生成器３４を配設し、ミリ波信号Ｍを生成し、このミリ波信号を用いてベースバンド信号Ｂ１の周波数をミリ波帯の周波数に変換してミリ波信号Ｍ１を生成し、子局側通信装置３０に送信してもよい。
【００５６】
（２）上記実施形態では、上りの光波と下りの光波とを１本の光ファイバ２０に伝送したが、上り用と下り用の２本の光ファイバを設け、上り用の光ファイバに上りの光波を伝送し、下り用の光ファイバに下りの光波を伝送してもよい。
【００５７】
（３）上記実施形態では、フィルタ１２４としてファブリペロー型のフィルタを用いたが、これに限定されず、バンドパスフィルタを用いてもよい。また、第１〜第４の光波Ｗ１〜Ｗ４は、子局側通信装置３０毎に周波数が異なるように抽出したが、これに限定されず、子局側通信装置３０毎に同じ周波数となるように抽出してもよい。
【００５８】
（４）上記実施形態では、インターネット５０を介して送信されたデータを取り扱っていたが、これに限定されず、他の通信回線を介して送信されたデータを取り扱ってもよい。
【００５９】
（５）上記実施形態では、ミリ波生成器３４は、６０ＧＨｚのミリ波を生成したが、これに限定されず、他の周波数のミリ波を生成してもよい。この場合、ミリ波生成器３４が生成するミリ波の周波数に応じて、ＳＣ光源１１の光源１１１が生成するパルス列を変更する等して、第１、第２の光波Ｗ１、Ｗ２の周波数間隔を変更すればよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ内には、周波数がベースバンド帯の光波が伝送されるため、通信の信頼性を向上させることができる。また、周波数の異なる２種類の光波を受光して、非線形作用により、ミリ波を生成するミリ波生成手段を用いているためシステムの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光電波融合技術を用いた通信システムの一の実施形態の全体構成図である。
【図２】 ＳＣ光源の構成を示すブロック図である。
【図３】 ＳＣ光源によって生成される光波のスペクトルを示した図である。
【図４】 送信光波生成部の構成を示すブロック図である。
【図５】 第１〜第４の光波が抽出される様子を説明するための図である。
【図６】 子局側通信装置の構成を示したブロック図である。
【図７】 従来の光電波融合技術を用いた通信システムを示した図である。
【符号の説明】
１０ 基地局側通信装置
１１ ＳＣ光源
１２ 送信光波生成部
１２１ ベースバンド発生器
１２２ 光変調器
１２３ 合波器
１２４ フィルタ
１２５ １２６ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０ 光ファイバ
３０ 子局側通信装置
３２１ ３２２ ３２３ ３２４ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３３ 光電気変換器（Ｏ／Ｅ）
３４ ミリ波生成器
３５ 光変調器
３６ ３７ 周波数変換器
３８ ３９ アンプ
４０ サーキュレータ
４１ アンテナ
５０ インターネット
Claims (5)
- 基地局側通信装置と前記基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置とを備えた光電波融合技術を用いた通信システムであって、
前記基地局側通信装置は、
周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、
前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、
送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、
前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、
前記第１、第２及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波して得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に出力する合波手段とを備え、
前記子局側通信装置は、
前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記第１及び第２の光波を受光し、非線形作用により前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、
前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、
前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、
外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする光電波融合技術を用いた通信システム。 - 前記子局側通信装置は複数の子局側通信装置から構成され、
前記基地局側通信装置は、
前記複数の子局側通信装置に対応する第１〜第４の光波を抽出する抽出手段と、
前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応するベースバンド発生器と、
前記複数の子局側通信装置のそれぞれに対応する第１の電気光変換手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の光電波融合技術を用いた通信システム。 - 前記抽出手段は、前記第１〜第４の光波の周波数間隔が前記第２の周波数となるように前記第１〜第４の光波を抽出することを特徴とする請求項１又は２記載の光電波融合技術を用いた通信システム。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の子局側通信装置と光ファイバを介して接続された基地局側通信装置であって、
周波数間隔が第１の周波数であるスペクトル列を有する光波を生成するＳＣ光源と、
前記ＳＣ光源が生成した光波から、前記第１の周波数の整数倍の周波数である第２の周波数の周波数間隔を有する第１及び第２の光波を抽出するとともに、前記第１及び第２の光波とは周波数が異なる第３及び第４の光波を抽出する抽出手段と、
送信対象データを含むベースバンド信号を発生するベースバンド発生器と、
前記第３の光波を前記ベースバンド信号で変調する第１の電気光変換手段と、
前記第１、第２、及び第４の光波と変調された前記第３の光波とを合波し、得られた光波を前記光ファイバを介して前記子局側通信装置に送信する合波手段とを備えることを特徴とする基地局側通信装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の基地局側通信装置に光ファイバを介して接続された子局側通信装置であって、
前記第３の光波を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記第１及び第２の光波を受光して非線形作用により、前記第２の周波数を有するミリ波を生成するミリ波生成手段と、
前記光電気変換手段が電気信号に変換した第３の光波を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いて、ミリ波信号に変換する周波数変換手段と、
前記ミリ波信号を無線信号として外部に出力する送信手段と、
外部から子局側通信装置に向けて送信された無線信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した無線信号を、前記ミリ波生成手段が生成したミリ波を用いてベースバンド信号に変換する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段によって得られたベースバンド信号で、前記第４の光波を変調し、変調した第４の光波を前記光ファイバを介して前記基地局側通信装置に出力する第２の電気光変換手段とを備えることを特徴とする子局側通信装置。
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