JP5745314B2

JP5745314B2 - 光ファイバ無線通信システム

Info

Publication number: JP5745314B2
Application number: JP2011083912A
Authority: JP
Inventors: 研介池田
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: JP2011244432A

Description

本発明は、光通信システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、ＭＩＭＯ（Ｍultiple Ｉnput Ｍultiple Ｏutput の略）方式等の無線通信と組み合わせて好適な光ファイバ無線通信システムの構築技術に関する。

ＭＩＭＯ技術を用いた無線アクセスは無線ＬＡＮの規格であるIEEE802.11nで実用化されており、ＭＩＭＯ親局（ＭＩＭＯ端末局のうちの一方）として用いられる送受信器やＭＩＭＯ子局側の端末（例えばユーザ側の端末）として用いられる機器が市販されている。ＭＩＭＯ方式では送受信を行う子局側の端末（以下、子局端末という）は単数若しくは複数の場合が想定され、子局端末と当該子局端末との間で電波を送受信するＭＩＭＯ親局とのそれぞれには複数のアンテナが備えられる。そして、ＭＩＭＯ親局は、上位ネットワークに接続され、子局端末との間ではＭＩＭＯ方式の無線通信を行うと共に、無線信号の変復調を行い、上位ネットワークを介して通信を行う。

また、ＭＩＭＯ技術を用いた無線アクセスに光ファイバ無線を応用する研究が行われている（非特許文献１）。この場合は、図３に示すように、上位ネットワーク１２と接続された親局１内のＭＩＭＯ親局２の各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに対応させて光源及び電気／光変換機能を備える光出力装置３ａ，３ｂ，３ｃ並びに光／電気変換を行う光検波器４ａ，４ｂ，４ｃが設けられると共に、アンテナ局６（ＭＩＭＯ技術のリモートアンテナに対応する）の各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応させて光検波器７ａ，７ｂ，７ｃ並びに光出力装置８ａ，８ｂ，８ｃが設けられる。なお、親局１内のＭＩＭＯ親局２のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれはアンテナ局６のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれと対応するものであり、第一のアンテナポート２ａとアンテナ９ａとの間、第二のアンテナポート２ｂとアンテナ９ｂとの間、第三のアンテナポート２ｃとアンテナ９ｃとの間のそれぞれで信号の伝送が行われる。そして、親局１内の光出力装置３ａ，３ｂ，３ｃとアンテナ局６内の光検波器７ａ，７ｂ，７ｃとが一対一で光ファイバ回線５ａ，５ｂ，５ｃによって接続、若しくは光ファイバ回線５ａ，５ｂ，５ｃをＮ分岐し、各々にアンテナ局を備える構成とし、一対Ｎで接続され、親局１内の光検波器４ａ，４ｂ，４ｃとアンテナ局６内の光出力装置８ａ，８ｂ，８ｃとが光ファイバ回線５ａ'，５ｂ'，５ｃ'によって接続される。

そして、複数のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを備えるアンテナ局６と複数のアンテナ１１ａ，１１ｂ（１１ａ'，１１ｂ'）を備える子局端末１０Ａ（１０Ｂ）との間でＭＩＭＯ方式の無線通信が行われ、アンテナ局６と親局１との間で光ファイバ回線５ａ等，５ａ'等による光信号の伝送が行われ、さらに、親局１は上位ネットワーク１２を介して信号の伝送を行う。

なお、光出力装置３ａ，３ｂ，３ｃ及び８ａ，８ｂ，８ｃは、具体的には例えば、レーザダイオード等の光源及び光変調器（電気／光変換器とも呼ばれる）としての機能を備え、光源から出射された光搬送波を例えば無線信号等の電気信号を入力情報として光変調器によって強度変調することによって電気信号を光信号に変換するようにしても良いし、或いは、電気信号を入力情報として光源に直接入力し光を強度変調することによって電気信号を光信号に変換するようにしても良い。また、光検波器４ａ，４ｂ，４ｃ及び７ａ，７ｂ，７ｃは、光／電気変換器とも呼ばれ、入射された光信号を電気信号に変換し例えば無線信号を再生して出力するものである。なお、無線信号を入力情報として光を強度変調して光信号に変換して光ファイバ回線で伝送する技術はＲｏＦ（Ｒadio on Ｆiber の略）と呼ばれる。

そして、図３に示す例において、上位ネットワーク１２によって伝送されてきた信号は、親局１内のＭＩＭＯ親局２に入力され、当該ＭＩＭＯ親局２の各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃから信号Ｓa，Ｓb，Ｓcとして出力される。これら信号Ｓa，Ｓb，Ｓcは、それぞれ、光出力装置３ａ，３ｂ，３ｃに入力され、電気／光変換されて光ファイバ回線５ａ，５ｂ，５ｃに入射される。光ファイバ回線５ａ，５ｂ，５ｃを伝搬してアンテナ局６に到達した光は、それぞれ、光検波器７ａ，７ｂ，７ｃに入射され、光／電気変換され信号Ｓa，Ｓb，Ｓcとして再生され出力されてアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃからＭＩＭＯ方式で電波送信される。

一方、複数のアンテナ１１ａ，１１ｂ（１１ａ'，１１ｂ'）を備える子局端末１０Ａ（１０Ｂ）からＭＩＭＯ方式で電波送信された無線信号はアンテナ局６の各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃによって受信される。そして、各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃによって受信された電波は、それぞれ、信号Ｓa'，Ｓb'，Ｓc'としてアンテナ局６内の光出力装置８ａ，８ｂ，８ｃに入力され、電気／光変換されて光ファイバ回線５ａ'，５ｂ'，５ｃ'に入射される。光ファイバ回線５ａ'，５ｂ'，５ｃ'を伝搬して親局１に到達した光は、それぞれ、光検波器４ａ，４ｂ，４ｃに入射され、光／電気変換され信号Ｓa'，Ｓb'，Ｓc'として再生され出力されて親局１内のＭＩＭＯ親局２から上位ネットワーク１２に対して送出される。

なお、図３に示す例ではアンテナ局６のアンテナの本数は三本であるが、ＭＩＭＯ方式の無線通信を行う場合のアンテナの本数は三本には限られない。なお、ＭＩＭＯ技術を用いた無線アクセスに光ファイバ無線を応用する場合は、ＭＩＭＯ親局２のアンテナポートの数とアンテナ局６のアンテナの本数とが同じである場合や、光分岐を用いて一つのアンテナポートに対して複数のアンテナ局を接続する場合がある。

金岡泰弘他：ＲＯＦを利用したマルチセルＭＩＭＯの一検討，社団法人電子情報通信学会，信学技報，OCS2009-85，2009年11月

しかしながら、非特許文献１の信号伝送技術では、親局１内のＭＩＭＯ親局２の各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応させて設けられる光出力装置３ａ，３ｂ，３ｃとアンテナ局６の各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応させて設けられる光検波器７ａ，７ｂ，７ｃとを個別の光ファイバ回線５ａ，５ｂ，５ｃで接続すると共に、親局１内のＭＩＭＯ親局２の各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応させて設けられる光検波器４ａ，４ｂ，４ｃとアンテナ局６の各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応させて設けられる光出力装置８ａ，８ｂ，８ｃとを個別の光ファイバ回線５ａ'，５ｂ'，５ｃ'で接続するようにしているので、アンテナポートやアンテナ局毎に光源が必要になると共に、アンテナ局６のアンテナの本数の二倍の光ファイバ回線が必要となる。なお、上り回線と下り回線とを波長多重したとしてもアンテナ本数と同数の光ファイバ回線が必要となる。このため、ＭＩＭＯ親局２が設置された親局１とアンテナ局６との間に多数の光ファイバ回線を敷設する必要があり、整備コストの面で優れているとは言い難く、汎用性が高いとは言い難い。

そこで、本発明は、ＭＩＭＯ送受信機が設置された親局とアンテナ局との間の光ファイバ無線通信において、上り・下りそれぞれアンテナ数より少ない数の光源（上り回線用に１台の光源・下り回線用に１台の光源でも良い）を用い、従続変調を行うことで光源数を減らすと共に、少数の光ファイバ回線によって子局端末とＭＩＭＯ親局との間で送受信されるＭＩＭＯ方式の信号を伝送することができる光通信システムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の光ファイバ無線通信システムは、複数のアンテナを有して子局端末との間でＭＩＭＯ方式の信号伝送を行うアンテナ局と前記複数のアンテナのそれぞれに対応する複数のアンテナポートを有し上位ネットワークと接続されたＭＩＭＯ親局を有する親局とのそれぞれに、信号送信の仕組みとして、光源と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて各前記アンテナポートから出力される信号若しくは各前記アンテナが受信した電波の信号を入力情報として光を縦続的に強度変調して出力する光変調器と、当該光変調器のうち前記親局若しくは前記アンテナ局から光を出力する直前のものを除く光変調器それぞれの出力側に設けられて前記光変調器から出力される光に波長分散を付加する送信側波長分散制御器と、前記親局若しくはアンテナ局から光を出力する直前の光変調器と接続され信号送信先の前記アンテナ局若しくは前記親局に向けて敷設される光ファイバとを設けると共に、信号受信の仕組みとして、信号送信元の前記アンテナ局若しくは前記親局から敷設された前記光ファイバ回線から入射される光を前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応させて分岐する光素子と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて前記光素子によって分岐された光に波長分散を付加する受信側波長分散制御器と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて前記受信側波長分散制御器から出射された光を受信して光／電気変換し前記アンテナポート若しくは前記アンテナに対して出力する光検波器とを設け、信号送信する際に、前記光源が出射した光搬送波に対して前記アンテナポートから出力される信号若しくは前記アンテナが受信した電波の信号を入力情報として前記光変調器によって光を縦続的に強度変調することと当該強度変調された光のうち前記親局若しくはアンテナ局から光を出力する直前の光変調器によって強度変調されたものを除く光に前記送信側波長分散制御器によって波長分散を付加することとの組み合わせを前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応させて連続して行うと共に、信号受信する際に前記光素子によって分岐された光のそれぞれに前記受信側波長分散制御器によって波長分散を付加して、送信側の光源から受信側の光検波器まで伝搬する光に与えられる波長分散量を前記送信側波長分散制御器及び前記受信側波長分散制御器によって調整することにより、各前記光検波器から出力される各前記アンテナポートから出力される信号若しくは各前記アンテナが受信した電波の信号の強度の比率を前記光検波器毎に違えるようにしている。

したがって、この光ファイバ無線通信システムによると、親局とアンテナ局とのそれぞれに１台ずつの光源を設けると共に親局とアンテナ局とを上り・下り別の多くても二本の光ファイバ回線で接続することにより、親局内のＭＩＭＯ親局の複数のアンテナポートとアンテナ局の複数のアンテナとの間でやりとりされる複数種類の信号の伝送が行われる。さらに、上り回線と下り回線を波長分割多重すれば、一本の光ファイバ回線で接続することも可能である。

また、この光ファイバ無線通信システムは、アンテナ局と子局端末との間における従来のＭＩＭＯ方式の信号伝送の仕組みを変更する必要はなく、個々の子局端末には変更を加えることなく導入することができる。

なお、本発明で用いられる各種変数の単位としては、光ファイバの単位長さあたりの波長分散値ｄは〔ps/nm/km〕，波長λは〔nm〕，光ファイバの線路長Ｌは〔km〕，周波数ｆは〔MHz〕，光に付加する分散量Ｄは〔ps/nm〕，光の速度ｃは〔m/s〕，偏波保持光ファイバのビート長ｘは〔mm〕が一般的に用いられる。一方、本出願では、本発明に係る数式をＳＩ基本単位系での式として表記している。

本発明の光ファイバ無線通信システムによれば、上り回線・下り回線の光源数をそれぞれ１台とすることができるため、通信システムの整備コストの低廉化を図ることが可能になる。また、本発明の光ファイバ無線通信によれば、親局とアンテナ局とを上り・下り別の多くても二本の光ファイバ回線で接続することで複数のアンテナポートと複数のアンテナとの間でやりとりされる複数種類の信号の伝送を行うことができるので、従来のようにアンテナ局（リモートアンテナ）のアンテナの本数の二倍の光ファイバ回線を敷設する場合に比べて整備コストを低廉にすることが可能であり、ＭＩＭＯ方式の信号伝送と光ファイバ回線との組み合わせの汎用性、さらに、ＭＩＭＯ方式の信号伝送自体の汎用性の向上を図ることが可能になる。さらに、上り回線と下り回線とで用いる光源の波長を違えて波長分割多重すれば必要な光ファイバ回線は一本のみにすることが可能である。

また、本発明の光ファイバ無線通信システムは、個々の子局端末には変更を加えることなく導入することができるので、この点からもＭＩＭＯ方式の信号伝送と光ファイバ回線との組み合わせの汎用性、さらに、ＭＩＭＯ方式の信号伝送自体の汎用性の向上を図ることが可能になる。

本発明の光ファイバ無線通信システムの実施形態を説明する構成図である。実施形態の光ファイバ無線通信システムの信号伝送の仕組みを説明する図である。光ファイバ回線と組み合わせた従来のＭＩＭＯ方式の信号伝送の概略を説明する図である。実施形態の光ファイバ無線通信システムの信号伝送における分散量と受信強度との間の関係を説明する図である。実施形態の光ファイバ無線通信システムにおけるアンテナ局の受信側の別の構成を説明する図である。他の実施形態の光ファイバ無線通信システムの信号伝送における分散量と受信強度との間の関係を説明する図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図２から図４に、本発明の光ファイバ無線通信システムの実施形態の一例を示す。この光ファイバ無線通信システムは、図１に示すように、複数のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを有して子局端末１０Ａ，１０Ｂとの間でＭＩＭＯ方式の信号伝送を行うアンテナ局３０と複数のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応する複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃを有し上位ネットワーク１２と接続されたＭＩＭＯ親局２を有する親局２０とのそれぞれに、信号送信の仕組みとして、光源２１・３１と、複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応づけられて各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃから出力される信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ若しくは各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃが受信した電波の信号ＲＷa，ＲＷb，ＲＷcを入力情報として光を強度変調して出力する光変調器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ・３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、当該光変調器（親局２０若しくはアンテナ局３０から光を出力する直前の光変調器２２ｃ・３２ｃを除く）それぞれの出力側に設けられて光変調器２２ａ，２２ｂ・３２ａ，３２ｂから出力される光に波長分散を付加する送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂ・３３ａ，３３ｂと、親局２０若しくはアンテナ局３０から光を出力する直前の光変調器２２ｃ・３２ｃと接続され信号送信先のアンテナ局３０若しくは親局２０に向けて敷設される光ファイバ回線２７・３７とを設けると共に、信号受信の仕組みとして、信号送信元のアンテナ局３０若しくは親局２０から敷設された光ファイバ回線３７・２７から入射される光を複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応させて分岐する光素子２９・３９と、複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応づけられて光素子２９・３９によって分岐された光に波長分散を付加する受信側波長分散制御器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ・３５ａ，３５ｂ，３５ｃと、複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応づけられて受信側波長分散制御器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ・３５ａ，３５ｂ，３５ｃから出射された光を受信して光／電気変換しアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対して出力する光検波器２６ａ，２６ｂ，２６ｃ・３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを設け、信号送信する際に、光源２１・３１が出射した光搬送波に対してアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃから出力される信号Ｓa，Ｓb，Ｓc若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃが受信した電波の信号ＲＷa，ＲＷb，ＲＷcを入力情報として光変調器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ・３２ａ，３２ｂ，３２ｃによって光を強度変調することと当該強度変調された光（親局２０若しくはアンテナ局３０から光を出力する直前の光変調器２２ｃ・３２ｃによって強度変調された光を除く）に送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂ・３３ａ，３３ｂによって波長分散を付加することとの組み合わせを複数のアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃ若しくはアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに対応させて連続して行うと共に、信号受信する際に光素子２９・３９によって分岐された光のそれぞれに受信側波長分散制御器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ・３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって波長分散を付加して、送信側の光源２１・３１から受信側の光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃ・２６ａ，２６ｂ，２６ｃまで伝搬する光に与えられる波長分散量を送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂ・３３ａ，３３ｂ及び受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ・２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって調整することにより、各光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃ・２６ａ，２６ｂ，２６ｃから出力される各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃから出力される信号Ｓa，Ｓb，Ｓc若しくは各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃが受信した電波の信号ＲＷa，ＲＷb，ＲＷcの強度の比率を光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃ・２６ａ，２６ｂ，２６ｃ毎に違えるようにする。

実施形態の説明においては、上位ネットワーク１２によって伝送されてきた信号を親局２０からからアンテナ局３０に向けて伝送して子局端末１０Ａ，１０Ｂが受信する場合を例に挙げて説明する。すなわち、親局２０が送信側の装置であり、アンテナ局３０が受信側の装置である。

ここで、ＭＩＭＯ親局２並びにアンテナ局３０と子局端末１０Ａ，１０Ｂとの間における信号の送受信に係る設備や仕組みは、従来のＭＩＭＯ方式の信号伝送に係る設備や仕組みと同じである。図１及び図２に示す例では、子局端末１０Ａ（１０Ｂ）は二本のアンテナ１１ａ，１１ｂ（１１ａ'，１１ｂ'）を有し、アンテナ局３０は三本のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを有し、親局２０内のＭＩＭＯ親局２はこれらアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応づけられた第一・第二・第三のアンテナポート２ａ・２ｂ・２ｃを有し、これら設備やアンテナ局３０と子局端末１０Ａ，１０Ｂとの間におけるＭＩＭＯ方式の無線通信の仕組みなどは従来と同じである。また、本実施形態では、ＭＩＭＯ方式の信号伝送では周波数ｆの無線信号が用いられる。

親局２０は、上位ネットワーク１２と接続されたＭＩＭＯ親局２の他に、送信側の装置（言い換えると、端末局）の仕組みとして、光源２１と、各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応する複数の光変調器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（以下、各光変調器を区別する必要がないときは単に光変調器２２と表記する）と、送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂ（同様に、単に送信側波長分散制御器２３と表記する）とを備える。

光源２１は、電気／光変換を行うための光搬送波を出射するものであり、例えばレーザダイオードが用いられる。なお、本実施形態では、光源２１は波長λの光搬送波を出射する。

光変調器２２は、ＭＩＭＯ親局２から出力される信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを入力情報として光を強度変調することによって電気／光変換を行って無線信号(電気信号)を光信号に変換するものであり、ＭＩＭＯ親局２の各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応して、すなわち、アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃと同じ数だけ備えられる。図１に示す例では、アンテナ局３０は三本のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを備えているのでＭＩＭＯ親局２のアンテナポートの数は三であり、したがって三つの光変調器２２が設けられる。なお、ＭＩＭＯ親局２のアンテナポートの数はアンテナ局３０のアンテナの本数と同じである。

送信側波長分散制御器２３は、入射された光に任意の波長分散量を付加して出射するものであり、例えばファイバブラッググレーティングやエタロンやＶＩＰＡ（Ｖirtually Ｉmaged Ｐhased Ａrray の略）やＰＬＣ（平面光導波路回路）等の光デバイスを利用することが考えられる。本実施形態では、送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂによって付加される波長分散量をそれぞれＤ1，Ｄ2とする。

また、送信側波長分散制御器２３として分散補償ファイバやシングルモードファイバ等の光ファイバを用いることも考えられ、この場合の波長分散量Ｄは、光ファイバの単位長さあたりの波長分散値ｄ，長さＬとするとＤ＝ｄ×Ｌで与えられる。

そして、本発明では、上り・下り別の一本ずつの光ファイバ回線２７によって複数種類の信号の伝送を可能とするため、一波長の光搬送波を従属変調すると共に波長分散量を累積付加するようにしている。すなわち、光源２１が出射した波長λの光搬送波を、各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃから出力される信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを入力情報として光変調器２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって強度変調することと送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂによって波長分散量を付加することとを組み合わせて各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応させて連続して行う。

具体的には、図１に示す例における上位ネットワーク１２によって伝送されてきた信号を親局２０からからアンテナ局３０に向けて伝送して子局端末１０Ａ，１０Ｂが受信する場合の詳細である図２に示すように、光源２１から波長λの光搬送波Ｌcが出射され、ＭＩＭＯ親局２が受信して第一のアンテナポート２ａから出力される信号Ｓaを入力情報として第一の光変調器２２ａによって光搬送波Ｌcが強度変調されて光信号Ｌ1が出射される。そして、第一の送信側波長分散制御器２３ａによって光信号Ｌ1に分散量Ｄ1が付加されて光信号Ｌ2が出射される。

続いて、ＭＩＭＯ親局２が受信して第二のアンテナポート２ｂから出力される信号Ｓbを入力情報として第二の光変調器２２ｂによって光信号Ｌ2が強度変調されて光信号Ｌ3が出射される。そして、第二の送信側波長分散制御器２３ｂによって光信号Ｌ3に分散量Ｄ2が付加されて光信号Ｌ4が出射される。

続いて、ＭＩＭＯ親局２が受信して第三のアンテナポート２ｃから出力される信号Ｓcを入力情報として第三の光変調器２２ｃによって光信号Ｌ4が強度変調されてＲｏＦ信号が出射される。そして、当該ＲｏＦ信号が親局２０から光ファイバ回線２７に入射される。ここで、図１及び図２に示す例における親局２０から光を出力する直前の（言い換えると、最後の）電気／光変換である第三の光変調器２２ｃによる強度変調がなされた後の光信号に対しては分散量の付加は行わない。すなわち、本発明では、光強度を変調することと波長分散量を付加することとを組み合わせて各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応させて連続して行うことが基本であるが、送信側の装置になっている親局２０若しくはアンテナ局３０における連続処理のうち最後のアンテナポート２ｃ若しくはアンテナ９ｃに対応させて行う処理では光の強度変調のみを行って波長分散量の付加は行わない。

光ファイバ回線２７に入射されたＲｏＦ信号は、当該光ファイバ回線２７によって、ここでの説明における受信側の装置（言い換えると、端末局）であるアンテナ局３０に伝送される。

アンテナ局３０は、受信側の装置の仕組みとして、光分岐素子３９と、各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応する複数の受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ（以下、各波長分散制御器を区別する必要がないときは単に受信側波長分散制御器３５と表記する）と、光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃ（同様に、単に光検波器３６と表記する）とを備える。

光分岐素子３９は、光ファイバ回線２７からアンテナ局３０に入力されたＲｏＦ信号を各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応させて、すなわち、アンテナの本数と同じ数に分岐するものであり、例えば光カプラや波長分割多重カプラが用いられる。なお、図２に示す例では、アンテナ局３０は三本のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを備えているので、入力されたＲｏＦ信号は三つの光に分岐される。

受信側波長分散制御器３５は、光分岐素子３９によって分岐されたＲｏＦ信号に任意の波長分散量を付加して出射するものであり、例えばファイバブラッググレーティングやエタロンやＶＩＰＡ（Ｖirtually Ｉmaged Ｐhased Ａrray の略）やＰＬＣ（平面光導波路回路）等の光デバイスを利用することが考えられる。また、受信側波長分散制御器３５として分散補償ファイバやシングルモードファイバ等の光ファイバを用いることも考えられ、この場合の波長分散量Ｄは、光ファイバの単位長さあたりの波長分散値ｄ，長さＬとするとＤ＝ｄ×Ｌで与えられる。なお、本実施形態では、受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって付加される波長分散量をそれぞれＤ3，Ｄ4，Ｄ5とする。

光検波器３６は、受信した光信号を電気信号に変換するものである。なお、光検波器３６としては具体的には例えばフォトダイオードが用いられる。

そして、本発明では、送信側の装置としての親局２０の送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂによって付加される波長分散量Ｄ1，Ｄ2、及び、受信側の装置としてのアンテナ局３０の受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって付加される波長分散量Ｄ3，Ｄ4，Ｄ5の大きさを調整することにより、受信側の装置としてのアンテナ局３０の光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃにおける信号Ｓa，Ｓb，Ｓcに対応する光の受信強度を変化させる。

光ファイバ内を伝搬する光ファイバ無線の信号は、波長分散によるフェージングによって光ファイバの線路長（言い換えると、伝搬による累積の波長分散量）に従って周期的に無線信号の受信強度が変化する。具体的には、数式１で表される受信強度Ｐ（即ち、送信側の装置からの出力に対する受信側の装置の光検波器からの出力の比）を用いる。数式１は、光ファイバを伝搬することによる累積の波長分散量ｄＬに加え、波長分散制御器によって意図的に付加される波長分散量の合計ΣＤを考慮した式である。

ここに、Ｐ：受信強度，
ｃ：真空中での光の速度，
π ：円周率，
λ ：光源の波長，
ｄ：光ファイバの単位長さあたりの波長分散値，
Ｌ：光ファイバの線路長，
ΣＤ：意図的に付加される波長分散量の合計，
ｆ：無線信号の周波数，
α ：光出力装置の光変調器のチャープパラメータ
をそれぞれ表す。

図２に示す例であれば、光源の波長は光源２１の波長であり、光ファイバの単位長さあたりの波長分散値ｄ及び線路長Ｌは、親局２０内及びアンテナ局３０内の光ファイバの長さは光ファイバ回線２７の長さに比べれば十分に短く無視できると考えると、親局２０内の第三の光変調器２２ｃからアンテナ局３０内の光分岐素子３９までの光ファイバ回線２７の単位長さあたりの波長分散値及び長さである。なお、光ファイバの単位長さあたりの波長分散値が区間によって異なる場合には、分散値が異なる区間毎に「単位長さあたりの波長分散値×区間長」の合計を算出して当該合計値を数式１のｄＬとして用いる。

そして、本実施形態では、親局２０内のＭＩＭＯ親局２の第一のアンテナポート２ａから出力された信号Ｓaの受信強度Ｐを、当該第一のアンテナポート２ａと対応づけられているアンテナ局３０のアンテナ９ａに対して出力を行う光検波器３６ａにおいて、他の信号Ｓb，Ｓcの受信強度Ｐよりも大きくなるようにする。また、親局２０内のＭＩＭＯ親局２の第二のアンテナポート２ｂから出力された信号Ｓbの受信強度Ｐを、当該第二のアンテナポート２ｂと対応づけられているアンテナ局３０のアンテナ９ｂに対して出力を行う光検波器３６ｂにおいて、他の信号Ｓa，Ｓcの受信強度Ｐよりも大きくなるようにする。さらに、同様に、光検波器３６ｃにおいて信号Ｓcの受信強度Ｐを他の信号Ｓa，Ｓbの受信強度Ｐよりも大きくなるようにする。

ここで、アンテナ局３０の光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃに入射するまでに波長分散制御器によって意図的に付加される波長分散量の合計ΣＤは以下のようになる。なお、信号Ｓaで変調された光と、更に信号Ｓbで変調された光と、更に信号Ｓcで変調された光とのいずれも、光ファイバを伝搬することによる累積の波長分散量はｄＬで同じである。
ｉ）光検波器３６ａに入射される光について
信号Ｓaで変調された光：Ｄ1＋Ｄ2＋Ｄ3
さらに、信号Ｓbで変調された光：Ｄ2＋Ｄ3
さらに、信号Ｓcで変調された光：Ｄ3
ii）光検波器３６ｂに入射される光について
信号Ｓaで変調された光：Ｄ1＋Ｄ2＋Ｄ4
さらに、信号Ｓbで変調された光：Ｄ2＋Ｄ4
さらに、信号Ｓcで変調された光：Ｄ4
iii)光検波器３６ｃに入射される光について
信号Ｓaで変調された光：Ｄ1＋Ｄ2＋Ｄ5
さらに、信号Ｓbで変調された光：Ｄ2＋Ｄ5
さらに、信号Ｓcで変調された光：Ｄ5

そして、図４に示す考え方に従って各光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃにおける各信号Ｓa，Ｓb，Ｓcの受信強度Ｐを操作する。

例えば光検波器３６ａにおいては信号Ｓaの受信強度Ｐaを他の信号Ｓbの受信強度Ｐb及び信号Ｓcの受信強度Ｐcよりも大きくする。本実施形態では、具体的には、受信強度Ｐa＝１になると共にＰb＝Ｐc＝０．５になるように波長分散量Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3を設定する。

また、光検波器３６ｂにおいては信号Ｓbの受信強度Ｐbを他の信号Ｓaの受信強度Ｐa及び信号Ｓcの受信強度Ｐcよりも大きくする。本実施形態では、具体的には、受信強度Ｐb＝１になると共にＰa＝Ｐc＝０．５になるように波長分散量Ｄ1，Ｄ2，Ｄ4を設定する。

さらに、光検波器３６ｃにおいては信号Ｓcの受信強度Ｐcを他の信号Ｓaの受信強度Ｐa及び信号Ｓbの受信強度Ｐbよりも大きくする。本実施形態では、具体的には、受信強度Ｐc＝１になると共にＰa＝Ｐb＝０．５になるように波長分散量Ｄ1，Ｄ2，Ｄ5を設定する。

そして、各送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂ及び各受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって上記の条件を満たす波長分散量Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4，Ｄ5を付加すれば、各光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃにおいて特定の信号に対応する光信号の受信強度Ｐを大きくすることが、言い換えれば、受信強度Ｐに差をつけることができる。

なお、上述の説明においては特定の信号に対応する光信号の受信強度Ｐ＝１にすると共に他の信号に対応する光信号の受信強度Ｐ＝０．５にするようにしているが、受信強度Ｐの大きさをそれぞれどの程度にするかは上記の組み合わせには限られない。付け加えると、本発明においては、受信側の装置の光検波器における各信号Ｓa，Ｓb，Ｓc・ＲＷa，ＲＷb，ＲＷcの強度の比率が各光検波器２６ａ，２６ｂ，２６ｃ・３６ａ，３６ｂ，３６ｃ毎に異なっていれば良い。

また、子局端末１０Ａ，１０Ｂから発信された無線信号をアンテナ局３０から親局２０に向けて伝送して上位ネットワーク１２に送出する場合、すなわち、アンテナ局３０が送信側の装置（端末局）となると共に親局２０が受信側の装置（端末局）となる場合も上述の場合と同様の処理が行われる。この場合には、子局端末１０Ａ，１０Ｂから発信された無線信号は、アンテナ局３０の各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃによって受信されて無線信号(電気信号)ＲＷa，ＲＷb，ＲＷcとして出力される。

このため、アンテナ局３０は、送信側の装置の仕組みとして、光源３１と、各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃに対応する複数の光変調器３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、送信側波長分散制御器３３ａ，３３ｂとを備える。

また、親局２０は、受信側の装置の仕組みとして、光分岐素子２９と、各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃに対応する複数の受信側波長分散制御器２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、光検波器２６ａ，２６ｂ，２６ｃとを備える。

そして、各アンテナ９ａ，９ｂ，９ｃとの入出力と各アンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃとの入出力という差異はあるものの、アンテナ局３０の送信側の装置としての仕組みである光源３１、各光変調器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、各送信側波長分散制御器３３ａ，３３ｂの働きは上述の送信側の装置としての親局２０の光源２１、各光変調器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、各送信側波長分散制御器２３ａ，２３ｂとそれぞれ同じであり、親局２０の受信側の装置としての仕組みである光分岐素子２９、各受信側波長分散制御器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、各光検波器２６ａ，２６ｂ，２６ｃの働きは上述の受信側の装置としてのアンテナ局３０の光分岐素子３９、各受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、各光検波器３６ａ，３６ｂ，３６ｃとそれぞれ同じである。

なお、アンテナ局３０の第三の光変調器３２ｃから親局２０の光分岐素子２９に対して光信号を伝送するための光ファイバ回線３７が設けられる。

以上のように構成された本発明の光ファイバ無線通信システムによれば、親局とアンテナ局とを上り・下り別一本ずつ合計二本のみの光ファイバ回線で接続することで複数のアンテナポートと複数のアンテナとの間でやりとりされる複数種類の信号の伝送を行うことができるので、従来のようにアンテナ局（リモートアンテナ）のアンテナの本数の二倍の光ファイバ回線を敷設する場合に比べて整備コストを低廉にすることが可能であり、ＭＩＭＯ方式の信号伝送と光ファイバ回線との組み合わせの汎用性、さらに、ＭＩＭＯ方式の信号伝送自体の汎用性の向上を図ることが可能になる。また、本発明の光ファイバ無線通信システムは、個々の子局端末には変更を加えることなく導入することができるので、この点からもＭＩＭＯ方式の信号伝送と光ファイバ回線との組み合わせの汎用性、さらに、ＭＩＭＯ方式の信号伝送自体の汎用性の向上を図ることが可能になる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、光源２１・３１から出射された光搬送波を第一の光変調器２２ａ・３２ａによって強度変調するようにしているが、これに限られず、光源２１・３１に信号Ｓa・ＲＷaを直接入力して変調するようにしても良い。

また、上述の実施形態では上り・下り別一本ずつ合計二本の光ファイバ回線２７，３７を設けるようにしているが、波長分割多重を用いて上下回線のＲｏＦ信号を一本の光ファイバに多重するようにして光ファイバ回線を一本のみ用いる構成にしても良い。

また、図２に示すアンテナ局３０の光ファイバの光分岐素子３９と各受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの接続の構成を、図５に示すように、受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃを連続的に挿入する（言い換えると、直列的に並べる）と共にその間に光分岐素子３９ａ，３９ｂを配置して光分岐を行う構成にしても良い。なお、この場合に各受信側波長分散制御器３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって付加する分散量Ｄ3'，Ｄ4'，Ｄ5'は前述の分散量Ｄ3，Ｄ4，Ｄ5を用いて以下のように表される。
Ｄ3'＝Ｄ3
Ｄ4'＝Ｄ4−Ｄ3
Ｄ5'＝Ｄ5−Ｄ4

さらに、図２では入力側(送信側)の光変調器の数と出力側(受信側)の光検波器の数とが等しい例を示しているが、例えば出力側での光分岐素子２９・３９の分岐数を増やしてアンテナ数を増加させ、入力側の光変調器の数と出力側の光検波器の数とが異なる構成にしてもよい。

また、本実施形態では、アンテナ局３０が三本のアンテナ９ａ，９ｂ，９ｃを有すると共に親局２０内のＭＩＭＯ親局２が三つのアンテナポート２ａ，２ｂ，２ｃを有する場合を例に挙げて説明したが、アンテナ局３０のアンテナの本数及びＭＩＭＯ親局２のアンテナポートの数はこれには限られない。

具体的に例えば、アンテナ局３０が二本のアンテナを有すると共にＭＩＭＯ親局２が二つのアンテナポートを有する場合には、親局２０からアンテナ局３０に向けて信号を伝送する際であれば、親局２０において信号Ｓaを入力情報として光搬送波を強度変調すると共に波長分散量Ｄ1を付加し、さらに信号Ｓbを入力情報として強度変調して光ファイバ回線２７に出射し、そして、アンテナ局３０において二つに分岐された光の一方に波長分散量Ｄ2を付加すると共に他方に波長分散量Ｄ3を付加する。このときの各波長分散量Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3の大きさを例えば図６に示すような値として調整すれば良い。この場合は二つの無線信号を互いに干渉無く独立に伝送できることから、ＭＩＭＯ信号に限らず、一般的な無線信号の多重伝送に応用することも可能である。

２ＭＩＭＯ親局
１２上位ネットワーク
２０親局
３０アンテナ局
２１・３１光源
２２・３２光変調器
２３・３３送信側波長分散制御器
２５・３５受信側波長分散制御器
２６・３６光検波器
２７・３７光ファイバ回線
２９・３９光分岐素子

Claims

複数のアンテナを有して子局端末との間でＭＩＭＯ方式の信号伝送を行うアンテナ局と前記複数のアンテナのそれぞれに対応する複数のアンテナポートを有し上位ネットワークと接続されたＭＩＭＯ送受信機を有する親局とのそれぞれに、信号送信の仕組みとして、光源と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて各前記アンテナポートから出力される信号若しくは各前記アンテナが受信した電波の信号を入力情報として光を縦続的に強度変調して出力する光変調器と、当該光変調器のうち前記親局若しくは前記アンテナ局から光を出力する直前のものを除く光変調器それぞれの出力側に設けられて前記光変調器から出力される光に波長分散を付加する送信側波長分散制御器と、前記親局若しくはアンテナ局から光を出力する直前の光変調器と接続され信号送信先の前記アンテナ局若しくは前記親局に向けて敷設される光ファイバとを設けると共に、信号受信の仕組みとして、信号送信元の前記アンテナ局若しくは前記親局から敷設された前記光ファイバ回線から入射される光を前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応させて分岐する光素子と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて前記光素子によって分岐された光に波長分散を付加する受信側波長分散制御器と、前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応づけられて前記受信側波長分散制御器から出射された光を受信して光／電気変換し前記アンテナポート若しくは前記アンテナに対して出力する光検波器とを設け、信号送信する際に、前記光源が出射した光搬送波に対して前記アンテナポートから出力される信号若しくは前記アンテナが受信した電波の信号を入力情報として前記光変調器によって光を縦続的に強度変調することと当該強度変調された光のうち前記親局若しくはアンテナ局から光を出力する直前の光変調器によって強度変調されたものを除く光に前記送信側波長分散制御器によって波長分散を付加することとの組み合わせを前記複数のアンテナポート若しくはアンテナのそれぞれに対応させて連続して行うと共に、信号受信する際に前記光素子によって分岐された光のそれぞれに前記受信側波長分散制御器によって波長分散を付加して、送信側の光源から受信側の光検波器まで伝搬する光に与えられる波長分散量を前記送信側波長分散制御器及び前記受信側波長分散制御器によって調整することにより、各前記光検波器から出力される各前記アンテナポートから出力される信号若しくは各前記アンテナが受信した電波の信号の強度の比率を前記光検波器毎に違えることを特徴とする光ファイバ無線通信システム。