JP6178701B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、ミリ波やテラヘルツ波の無線伝送技術に関する。

ミリ波（３０−３００ＧＨｚ）やテラヘルツ波（３００ＧＨｚ−３ＴＨｚ）などの高い周波数を持つ電磁波を搬送波として用いる無線通信技術がある。この技術は変調に用いる帯域を大きく確保できる可能性があるため、高速な無線通信システムへの応用が期待されている。

通常、そのような無線通信システムを従来のＩＣ技術を用いて構成することが考えられる。しかし、１００ＧＨｚを超えるような搬送波を発生し変調することは、ＩＣの応答速度の限界によって困難であった。

そこで、非特許文献１によれば、図８に示すように光技術を用いてミリ波やテラヘルツ波を発生させる送信システム１００を提案している。周波数が異なる２つの光源１１ａ，１１ｂからの各光信号を合波器１４で合波した後にフォトミキサ１５でフォトミキシングすることにより、（ｆ１−ｆ２）の周波数差の周波数を持つ電気信号（電磁波信号）を出力するシステムである。

例えば、３００ＧＨｚの搬送波を出力したい場合は、周波数差が３００ＧＨｚとなる２つの光源１１ａ，１１ｂを利用する。なお、変調器１３の設置場所は用途や変調方式に応じて異なるが、図８では片方の光源１１ａと合波器１４との間に接続する例を示している。

一方、受信システム２００では、送信システム１００からの電気信号を復調するために同期検波器２４が利用される。同期検波器２４は、変調時に用いた光信号と位相が同期した参照信号を入力し、その参照信号を用いて復調信号を検波する。

このような位相変調による無線通信システム１で同期検波を行う際には、送信システム１００や受信システム２００で位相管理が必要となる。以下にこの問題の発生原理を説明する。

位相変調方式は、電磁波の位相を伝送したい符号によって切り替える変調方式である。例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調方式（４値位相変調方式）における変調信号ｓ（ｔ）の時間波形は、
符号が（０，０）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（０，０）}｝
符号が（０，１）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（０，１）}｝
符号が（１，０）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（１，０）}｝
符号が（１，１）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（１，１）}｝
となる。Ａは振幅、ωは角速度、θは符号に応じた位相変動を示している。同期検波方式による受信システム２００では位相変動θを観測することによって符号の復調が行われる。

しかしながら、送信システム１００において、一方の光源１１ａの出力端から合波器１４の入力端に至る経路の実効長と、もう一方の光源１１ｂの出力端から合波器１４の入力端に至る経路の実効長との差分が環境の状況やその状態によって変動するため、変調信号の時間波形が変化し正しく復調することができない。

この実効長の変動は小さいため、周波数の低いマイクロ波を用いた無線通信システムでは十分無視できる。しかし、ミリ波やテラヘルツ波を扱う無線通信システムでは、変調処理が行われる光の波長が短いため、経路の実効長の変動が光の位相に大きく影響する。この場合、ＱＰＳＫ変調方式の変調信号の時間波形は２つの光信号の位相変動によって変動するため以下のようになる。

符号が（０，０）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（０，０）}＋φ（ｔ）｝
符号が（０，１）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（０，１）}＋φ（ｔ）｝
符号が（１，０）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（１，０）}＋φ（ｔ）｝
符号が（１，１）の場合 ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋θ_{（１，１）}＋φ（ｔ）｝
つまり、同期検波方式による受信システム２００では、（θ＋φ）の位相変動を観測することになるため、ランダムに変動するφ（ｔ）の影響により正常な復調が困難となる。

このような問題に対し、非特許文献２によれば、経路の実効長の変動が環境温度に起因することに着目し、温度を安定化させる装置を伝送路中に組み込むことによってその変動の低減を図っている。例えば図９に示すように、経路の実効長の変化が生じる構成要素を恒温筐体１７に格納し、温度調整機構１８によって筐体内の温度を環境温度に寄らず一定に保つようにしている。

A. Hirata、外９名、"120-GHz-Band Millimeter-Wave Photonic Wireless Link for 10-Gb/s Data Transmission"、IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、Vol.54、No.5、2006年5月、p.1937-1944 A. Roggenbuck、外８名、"Using a fiber stretcher as a fast phase modulator in a continuous wave terahertz spectrometer"、J. Opt. Soc. Am. B、Vol.29、No.4、2012年4月 藤野忠、"ディジタル移動通信"、第３章

しかしながら、ミリケルビンの単位まで一定となるように筐体内の温度を調整する必要があるため、高品質かつ高機能の恒温筐体及び温度調整機構が要求される。これにより送信システムの製造コストが増加してしまう。また、長時間に渡って温度調整を一定に保つことは極めて困難でもある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、復調処理を確実に行うことを目的とする。

請求項１に記載の無線通信システムは、送信システム及び受信システムを備えた無線通信システムにおいて、前記送信システムは、所定周波数の第１光信号を出力する光源と、前記第１光信号と、前記周波数とは異なる周波数であって位相変調後の第２光信号とを合波する合波器と、合波された光信号をフォトミキシングすることにより、前記第１光信号と前記第２光信号との周波数差の周波数を持つ電気信号を発生するフォトミキサと、前記電気信号を空間に放射する送信アンテナと、を有し、前記受信システムは、前記空間を介して伝搬された前記電気信号を受信する受信アンテナと、受信した前記電気信号は２分岐され、一方の電気信号を前記変調用信号のシンボル長と同一時間だけ遅延させる遅延回路と、前記周波数差に基づく大きさの制御信号を用いて自身の位相回転量を可変することにより、２分岐された他方の電気信号の位相回転量を制御する位相器と、前記遅延回路と前記位相器とからそれぞれ出力された２つの電気信号から復調信号を検波する遅延検波回路と、を有することを要旨とする。

本発明によれば、遅延回路や遅延検波回路を用いて受信システムを構成するため、同期検波方式と比べて位相変動を抑制することができる。また、位相器において、第１光信号と第２光信号との周波数差に基づく大きさの制御信号を用いて自身の位相回転量を可変することにより、２分岐された他方の電気信号の位相回転量を制御するため、位相器及び遅延回路から遅延検波回路にそれぞれ入力される２つの電気信号の位相関係が調整（例えば、位相器で回転させる位相量が、送信システムからの電気信号の中心周波数変更に基づき変化した遅延回路での位相回転量に一致するように調整）されるので、送信システムから放射される電気信号の中心周波数が変更された場合でも確実に復調することができる。

請求項２に記載の無線通信システムは、請求項１に記載の無線通信システムにおいて、前記受信システムは、前記遅延検波回路から出力された前記復調信号のアイパターンのアイの大きさが最大となるように前記制御信号の大きさを制御する波形解析部を更に有することを要旨とする。

請求項３に記載の無線通信システムは、請求項１又は２に記載の無線通信システムにおいて、前記第２光信号は４値位相変調方式を用いて２つの変調用信号で位相変調され、前記遅延検波回路は、前記位相器から出力された電気信号は２分岐され、前記周波数差に基づく大きさの制御信号で自身の位相回転量を変化させることにより、一方の電気信号の位相回転量を制御する第２位相器と、当該２分岐された他方の電気信号の位相を９０度回転する９０度位相器と、前記遅延回路から出力された電気信号は２分岐され、前記周波数差に基づく大きさの制御信号で自身の位相回転量を変化させることにより、一方の電気信号の位相回転量を制御する第３位相器と、前記第２位相器から出力された電気信号と当該２分岐された他方の電気信号とをミキシングして復調信号を出力するミキサと、前記９０度位相器から出力された電気信号と前記第３位相器から出力された電気信号とをミキシングして復調信号を出力するミキサと、を有することを要旨とする。

請求項４に記載の無線通信システムは、請求項３に記載の無線通信システムにおいて、前記受信システムは、いずれかの前記ミキサから出力された前記復調信号のアイパターンのアイの大きさが最大となるように、前記第２位相器及び／又は前記第３位相器に入力される前記制御信号の大きさを制御する波形解析部を更に有することを要旨とする。

本発明によれば、復調処理を確実に実施できる。

第１実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。 電気信号の位相変動の例を示す図である。 第２実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。 復調ベースバンド信号の例を示す図である。 第３実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。 遅延検波回路の回路構成を示す図である。 送信システムの変形例を示す図である。 従来の無線通信システムの全体構成（第１例）を示す図である。 従来の無線通信システムの全体構成（第２例）を示す図である。

本発明は、無線通信システム１において、同期検波器２４や温度調整機構１８を用いる代わりに、送信システム１００の位相変動や符号誤り率に寄らないように、遅延検波器２２（遅延回路２２１及び遅延検波回路２２２）を用いて受信システム２００を構成することを特徴としている。遅延検波方式は、１シンボル前の信号との位相差を検知するため、同期検波方式と比べて位相変動を抑制することができる。

また、遅延検波回路２２２に入力されるもう一方の電気信号の位相回転量を位相器２２３で調整することを特徴としている。これにより、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の位相関係が調整されるので、中心周波数が変更された場合でも確実に復調することができる。例えば、位相器２２３の位相回転量を、送信システム１００からの電気信号の中心周波数が変更されたことに起因する遅延回路２２１での位相回転量に一致するように調整する。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る無線通信システム１の全体構成を示す図である。この無線通信システム１は、光技術を用いて電磁波の発生や変調及び復調を行うシステムであり、送信システム１００と受信システム２００とを備えて構成される。

送信システム１００は、周波数ｆ１の光を発振する光源１１ａと、周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の光を発振する光源１１ｂと、光源１１ａからの光信号を増幅する利得可変増幅器１２ａと、光源１１ｂからの光信号を増幅する利得可変増幅器１２ｂと、ＱＰＳＫ等の変調方式を用いて増幅後の周波数ｆ１の光信号に対し入力される変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂに対応した位相変調処理を行う変調器１３と、増幅後及び変調後の周波数ｆ１の光信号と増幅後及び未変調の周波数ｆ２の光信号とを合波する合波器１４と、合波された光信号をフォトミキシングすることにより、（ｆ１−ｆ２）の周波数差の周波数を持つ電気信号を発生するフォトミキサ１５と、その電気信号を電磁波として空間に放射する送信アンテナ１６とで構成される。

受信システム２００は、空間を介して伝搬された電気信号を受信する受信アンテナ２１と、ＱＰＳＫ等の遅延検波方式を用いて受信した電気信号から復調ベースバンド信号Ａ，Ｂを検波する遅延検波器２２とで構成される。

ここで遅延検波器２２について説明する。遅延検波器２２は、受信した電気信号は２分岐され、一方の電気信号を変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂのシンボルレートと同じ時間だけ遅延させる遅延回路２２１と、（ｆ１−ｆ２）の周波数差に基づく大きさの制御信号Ｓ１で自身の位相回転量を変化することにより、２分岐されたもう一方の電気信号の位相回転量を制御する位相器２２３と、遅延回路２２１と位相器２２３とからそれぞれ出力された２つの電気信号から復調ベースバンド信号Ａ，Ｂを検波する遅延検波回路２２２とで構成されている。

次に、無線通信システム１の動作について説明する。まず、送信システム１００の動作を説明する。ただし、送信システム１００ではＱＰＳＫの変調方式を用い、受信システム２００ではＱＰＳＫの遅延検波方式を用いるものとする。

まず、光源１１ａから周波数ｆ１の光信号が出力され、光源１１ｂから周波数ｆ２の光信号が出力される。周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差は、送信システム１００と受信システム２００との間の無線区間で伝搬させたい電磁波の周波数となるように設定されている。

次に、光源１１ａからの周波数ｆ１の光信号は、利得可変増幅器１２ａで増幅された後に、変調器１３により２つの変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂを用いてＱＰＳＫ変調が行われる。これにより、その光信号は、周波数ｆ１を中心としたＱＰＳＫ変調光信号となる。

なお、受信システム２００の受信方式はＱＰＳＫの遅延検波方式のため、変調に用いられる変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂは予め積算処理されたものが入力される。変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂのシンボルレートは、背景技術で説明した理由から１０Ｍｓｐｓ以上であることが望ましい。

続いて、その周波数ｆ１を中心としたＱＰＳＫ変調光信号は合波器１４へ入力され、その入力に併せて更に、光源１１ｂからの周波数ｆ２の光信号も利得可変増幅器１２ｂで増幅された後に合波器１４に入力される。

なお、合波器１４に入力される２つの光信号は、利得可変増幅器１２ａ，１２ｂの利得をそれぞれ調整することによって同じ電力値となるように設定されている。これは、後述するフォトミキシングの際に最も高い効率で周波数変換が行われるようにするためである。

その後、合波器１４により、入力された２つの光信号が合波され、フォトミキサ１５により、合波された２つの光信号がミキシングされ周波数変換が行われる。この結果、フォトミキサ１５から、（１）周波数ｆ１を中心としたＱＰＳＫ変調光信号、（２）周波数ｆ２の光信号、（３）周波数ｆ１＋ｆ２を中心としたＱＰＳＫ変調光信号、（４）周波数ｆ１−ｆ２を中心とするＱＰＳＫ変調波の信号が出力される。送信アンテナ１６は周波数ｆ１−ｆ２の帯域のみを送信周波数帯域として備えており、その送信アンテナ１６から上記（４）の電気信号のみが空間に放射される。

次に、受信システム２００の動作を説明する。

まず、受信アンテナ２１は送信アンテナ１６と同じ帯域の受信周波数帯域を備えており、その受信アンテナ２１により、先の空間を介して飛来した上記（４）の電気信号が受信され、遅延検波器２２に出力される。

次に、受信された電気信号は遅延検波器２２の内部で２分岐され、一方の電気信号は遅延回路２２１に入力される。そして、その遅延回路２２１により、変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂのシンボルレートと同じ時間だけ遅延された後に遅延検波回路２２２に出力される。

また、もう一方の電気信号は位相器２２３に入力される。この位相器２２３の位相回転量は（ｆ１−ｆ２）の周波数差に基づく大きさの制御信号Ｓ１により変更されており、入力された電気信号は、その位相器２２３により位相回転量が調整された後に遅延検波回路２２２に出力される。

その後、遅延回路２２１からの電気信号と位相器２２３からの電気信号とは遅延検波回路２２２に入力され、その遅延検波回路２２２により、ＱＰＳＫの遅延検波を用いて復調ベースバンド信号Ａ，Ｂが検波され出力される。この遅延検波回路２２２は検波と減算処理を同時に行うため、復調ベースバンド信号Ａ，Ｂは変調用ベースバンド信号Ａ，Ｂの積算処理前の信号と同じものになる。なお、その検波処理や減算処理については非特許文献３に詳述されている。

これまで説明したように、本実施の形態では、遅延検波器２２（遅延回路２２１及び遅延検波回路２２２）を用いて受信システム２００を構成するようにしている。この遅延検波方式は、１シンボル前の信号との位相差を検知するため、同期検波方式と比べて位相変動を抑制することができる。以下にその効果が得られる理由を説明する。

図２は、送信システム１００から出力される電気信号の位相変動を示す図である。位相変動の速度や大きさはシステム構成によって異なるが、最大で毎秒１２００度で位相変動が生じている。ＱＰＳＫ変調方式は９０度間隔の位相変化を検知する手法であるため、環境変動に起因する位相変動は９０度よりも十分小さい必要がある。例えば、位相変動が０．００１度程度であれば十分無視できる。

一方、遅延検波方式では、受信した信号と変調用ベースバンド信号における１シンボル前の信号との位相差を検知して復調を行う。例えば、シンボルレートが１０Ｍｓｐｓであった場合、受信信号と１シンボル前の信号との時間差は１００ナノ秒と非常に短い。よって、毎秒１２００度の位相変動があったとしても、シンボル間の位相変動は非常に小さく、０．０００１２度程度となる。すなわち図２に示した位相変動が伝送特性に与える影響は十分に小さく無視できる。ゆえに、遅延検波方式を用いることにより、位相が変動するＱＰＳＫ変調波を誤りなく受信することができる。

一方、このような無線通信システムを実際に使用する場合、通信に使用する以外の電磁波による干渉等を防止するため、送信システム１００から出力される電気信号の中心周波数を変更することがある。

しかし、送信システム１００は２つの光の周波数差の光信号を合波して電気信号を生成するため、その中心周波数の変更により位相が変化してしまう。これにより、遅延回路２２１に生じる位相回転量が周波数差（ｆ１−ｆ２）の大きさにより変化するため、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の位相関係も変化してしまう。その反面、遅延検波方式で用いられる遅延検波器２２の遅延回路２２１は送信システム１００で生成される電気信号の中心周波数に合わせて設計されている。ゆえに、送信システム１００からの電気信号の中心周波数が変更されると受信システムで復調できなくなる。

そこで、本実施の形態では、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の位相関係を、周波数ｆ１−ｆ２を中心とするＱＰＳＫ変調波の信号に応じて調整できるようにしている。すなわち、送信システム１００から出力される電気信号の中心周波数の変更により遅延回路２２１の位相回転量が変化するが、遅延検波回路２２２に入力されるもう一方の電気信号の位相回転量を位相器２２３で調整するため、周波数ｆ１−ｆ２の値が変化した場合であっても、遅延回路２２１や遅延検波回路２２２の回路構成を変更することなく、その遅延検波回路２２２に入力される２つの信号の位相関係を最適に保つことができる。

ここで、制御信号Ｓ１の設定例を説明する。制御信号Ｓ１の値は、ｆ１−ｆ２の周波数差の変動に対して数値的に求めることができる。例えば、入力される２つの信号の位相関係が同位相であることが求められる遅延検波回路２２２を用い、電気長がＬの遅延回路２２１を用いる場合を考える。周波数ｆ１−ｆ２の波長をλ０、変動した周波数ｆ１’−ｆ２’に相当する波長をλ１とする。周波数差がｆ１−ｆ２の場合、遅延回路２２１から出力される位相は、Ｌ／λ０×３６０°を計算することにより求められる。よって、位相器２２３で回転させる位相量は、位相器２２３から出力される位相がＬ／λ０×３６０°と同相になるような値を設定すればよい。また、周波数が変動してｆ１’−ｆ２’となった場合は、遅延回路２２１から出力される電気信号の位相はＬ／λ１×３６０°となるため、位相器２２３で回転させる位相量もこれと同相になるような値を設定すればよい。

本実施の形態によれば、遅延検波器２２（遅延回路２２１及び遅延検波回路２２２）を用いて受信システム２００を構成するので、同期検波方式と比べて位相変動を抑制することができる。また、遅延検波回路２２２に入力される遅延回路２２１以外からの電気信号の位相回転量を位相器２２３で調整するので、送信システム１００が発振する電磁波の周波数及びその変動を補償でき、確実に復調することができる。環境変動の補償装置を伴わないため、大規模かつ高精度な装置を用いて送信システム１００の位相及び周波数の安定化を図る必要がなく、簡便かつ小型な無線通信システムで無線伝送を実現できる。

〔第２の実施の形態〕
図３は、第２の実施の形態に係る無線通信システム１の全体構成を示す図である。この無線通信システム１は、受信システム２００において、遅延検波回路２２２から出力された復調ベースバンド信号Ａを解析して制御信号Ｓ１の適正値を自動的に求める波形解析部２３を更に備えている。それ以外の構成は第１の実施の形態と同じである。

第１の実施の形態で説明したように、周波数ｆ１−ｆ２の値が変動した場合、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の位相関係が最適な位相関係（例えば、同相関係）からずれてしまうため、遅延検波の特性が劣化してしまう。

そこで、本実施の形態では、波形解析部２３により、復調ベースバンド信号Ａの波形を観測することによって復調時の精度劣化を検知し、最適な値の制御信号Ｓ１を自動的に生成して位相器２２３に入力するようにしている。

ここで、復調ベースバンド信号の例を図４に示す。この復調ベースバンド信号はアイパターンと呼ばれ、図中に示すアイの開きが大きければ伝送品質が良いという指標となる。波形解析部２３は、遅延検波器２２から出力された復調ベースバンド信号Ａのアイパターンを観測し、アイの開きが最も大きくなるように制御信号Ｓ１の大きさを調整する。これにより、周波数ｆ１−ｆ２の値の変動に対して動的に自動でより最適に追随することができる。

なお、制御信号Ｓ１の値を最適化する手法は、例えば、所定の周波数ｆ１−ｆ２に対して、アイの開きが最も大きくなる制御信号Ｓ１の値を中心値として常にわずかに制御信号Ｓ１を変動させる手法がある。所定の周波数ｆ１−ｆ２が変動しない場合は、常に変動の中心値でアイの開きが最大となる。一方、周波数が変動した場合は、中心値からずれた点でアイの開きが最大となる。このような場合は、変動の中心値をアイの開きが最大となる点に変更させる。本手法に用いることによって、変動の中心値で常にアイの開きが最大になるように調整することができる。

本実施の形態によれば、復調ベースバンド信号Ａのアイパターンのアイの大きさが最大となるように制御信号Ｓ１の大きさを制御するので、周波数ｆ１−ｆ２が動的に変動する場合においても常に安定した無線伝送を実現できる。また、光源１１ａ，１１ｂはその周波数安定度が高いほど高価になるが、本実施の形態では周波数ｆ１，ｆ２の変動を補償できるので、安価な光源を用いることが可能となる。

〔第３の実施の形態〕
図５は、第３の実施の形態に係る無線通信システム１の全体構成を示す図である。図６は、その受信システム２００を構成している遅延検波回路２２２の回路構成を示す図である。

この無線通信システム１は、受信システム２００の遅延検波回路２２２において、波形解析部２３からの制御信号Ｓ２，Ｓ３により自身の位相回転量をそれぞれ変化させる位相器２２４，２２５を更に備えている。

つまり、遅延検波回路２２２は、位相器２２３からの電気信号が２分岐され、（ｆ１−ｆ２）の周波数差に基づく大きさの制御信号Ｓ２で自身の位相回転量を変化することにより、２分岐された一方の電気信号の位相回転量を制御する位相器２２４と、もう一方の電気信号の位相を９０度回転する９０度位相器２２６と、遅延回路２２１からの電気信号が２分岐され、（ｆ１−ｆ２）の周波数差に基づく大きさの制御信号Ｓ３で自身の位相回転量を変化させることにより、当該２分岐された一方の電気信号の位相回転量を制御する位相器２２５と、位相器２２４からの電気信号と遅延回路２２１からの２分岐された他方の電気信号とをミキシングして復調ベースバンド信号Ａを検波するミキサ２２７と、９０度位相器２２６からの電気信号と位相器２２５からの電気信号とをミキシングして復調ベースバンド信号Ｂを検波するミキサ２２８とで構成される。なお、位相器２２４，２２５を除いた遅延検波回路２２２は第１，第２の実施の形態で用いた遅延検波回路２２２の例とされる。

第１の実施の形態で説明したように、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の位相関係は予め定められた所望の位相関係（例えば、同相関係）である必要がある。遅延検波器２２を設計する際には、（ｆ１−ｆ２）の周波数差から計算される波長を考慮し、遅延検波回路２２２に入力される２つの電気信号の経路長を適当な値に設定することにより所望の位相関係を得る必要がある。

さらに厳密には、遅延検波回路２２２の内部においても、入力された２つの電気信号の位相関係を最適に保つため、（ｆ１−ｆ２）の周波数差から計算される波長を考慮して経路長を適当な値に設定しなければならない。遅延検波回路２２２のサイズが遅延回路２２１よりも一般的に小さく、（ｆ１−ｆ２）の差に相当する周波数の波長が遅延検波回路２２２よりも十分大きい場合は、（ｆ１−ｆ２）の周波数差の変動に起因する遅延検波回路２２２の内部での位相変動は小さく、遅延検波の特性に対する影響は十分無視できる。

しかし、例えば、（ｆ１−ｆ２）の差に相当する周波数がミリ波帯やテラヘルツ帯の場合には、遅延検波回路２２２のサイズに比べて波長が小さくなり、（ｆ１−ｆ２）の差の周波数の変動に起因する遅延検波回路２２２の内部での位相変動は大きくなるため、遅延検波の特性に対する影響は無視できなくなる。

また、一般的なＱＰＳＫ変調方式の遅延検波回路２２２では、その内部に９０度位相器２２６が含まれるため、周波数ｆ１−ｆ２が変動した場合には当該９０度位相器２２６の特性も変動し、これまでの位相器２２３だけでは完全な最適化が図れなくなる。

そこで、本実施の形態では、電気信号の中心周波数の変更により周波数ｆ１−ｆ２の値が変化した場合、復調ベースバンド信号Ａから分岐した復調ベースバンド信号Ａを波形解析部２３で観測することによりそのアイパターンのアイの開きが最も大きくなる制御信号Ｓ１〜Ｓ３を求め、それらを用いて各位相器２２３，２２４，２２５の位相回転量をそれぞれ変化させ、各ミキサ２２７，２２８に入力される電気信号の位相を調整する。

これにより、遅延検波回路２２２に入力される２つの信号の位相関係及びその内部での位相関係が予め定められた所望の位相関係になるように調整され、遅延検波の特性をより高精度に最適化することができる。

なお、制御信号Ｓ１〜Ｓ３の各値の最適化方法は第２の実施の形態で説明した方法と同様である。例えば、良好に遅延検波が行える条件を中心値として、制御信号Ｓ１〜Ｓ３をわずかに変動させながらアイの開きを観測し、変動の中心値でアイの開きが常に最大となるように制御信号を変化させていくことにより最適化できる。

本実施の形態によれば、位相器２２３及び遅延回路２２１からの２つの電気信号の各位相を遅延検波回路２２２の内部でも調整し、復調ベースバンド信号Ａのアイパターンのアイの大きさが最大となるように位相器２２３と遅延回路２２１に入力される制御信号Ｓ２，Ｓ３の大きさを制御するので、より確実に復調することができる。

最後に、各実施の形態で説明した送信システム１００の変形例を図７に示す。各実施の形態では光源１１ａと変調器１３を用いて変調後の光信号を生成する例について説明したが、図示しない光有線ネットワークから送信された中心周波数ｆ１の光変調信号を用いるようにしてもよい。これにより、既設のネットワークとシームレスに接続可能となり、送信システム１００において光源１１ａ及び変調器１３を不要にできる。

なお、各実施の形態では、無線通信システム１を動作させるために必要な構成品のみを挙げて説明したが、実際にシステムを構築する際には、必要な送信出力や感度、帯域制限を行うためにアンプやフィルタを適宜システムに加えてもよい。

１…無線通信システム
１００…送信システム
１１ａ，１１ｂ…光源
１２ａ，１２ｂ…利得可変増幅器
１３…変調器
１４…合波器
１５…フォトミキサ
１６…送信アンテナ
１７…恒温筐体
１８…温度調整機構
２００…受信システム
２１…受信アンテナ
２２…遅延検波器
２２１…遅延回路
２２２…遅延検波回路
２２３，２２４，２２５…位相器
２２６…９０度位相器
２２７，２２８…ミキサ
２３…波形解析部
２４…同期検波器

Claims (2)

1. 送信システム及び受信システムを備えた無線通信システムにおいて、
   前記送信システムは、
   所定周波数の第１光信号を出力する光源と、
   前記第１光信号と、前記周波数とは異なる周波数であって位相変調された第２光信号とを合波する合波器と、
   合波された光信号をフォトミキシングすることにより、前記第１光信号と前記第２光信号との周波数差の周波数を持つ電気信号を発生するフォトミキサと、
   前記電気信号を空間に放射する送信アンテナと、を有し、
   前記受信システムは、
   前記空間を介して伝搬された前記電気信号を受信する受信アンテナと、
   受信した前記電気信号は２分岐され、一方の電気信号を前記位相変調に係る変調用信号のシンボル長と同一時間だけ遅延させる遅延回路と、
   前記周波数差に基づく大きさの制御信号を用いて自身の位相回転量を可変することにより、２分岐された他方の電気信号の位相回転量を制御する位相器と、
   前記遅延回路と前記位相器とからそれぞれ出力された２つの電気信号から復調信号を検波する遅延検波回路と、を有し、
   前記第２光信号は、４値位相変調方式を用いて２つの変調用信号で位相変調され、
   前記遅延検波回路は、
   前記位相器から出力された電気信号は２分岐され、前記周波数差に基づく大きさの制御信号で自身の位相回転量を変化させることにより、一方の電気信号の位相回転量を制御する第２位相器と、
   当該２分岐された他方の電気信号の位相を９０度回転する９０度位相器と、
   前記遅延回路から出力された電気信号は２分岐され、前記周波数差に基づく大きさの制御信号で自身の位相回転量を変化させることにより、一方の電気信号の位相回転量を制御する第３位相器と、
   前記第２位相器から出力された電気信号と当該２分岐された他方の電気信号とをミキシングして復調信号を出力するミキサと、
   前記９０度位相器から出力された電気信号と前記第３位相器から出力された電気信号とをミキシングして復調信号を出力するミキサと、
   を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記受信システムは、
   いずれかの前記ミキサから出力された前記復調信号のアイパターンのアイの大きさが最大となるように、前記第２位相器及び／又は前記第３位相器に入力される前記制御信号の大きさを制御する波形解析部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。