JP6513046B2

JP6513046B2 - 無線送信装置

Info

Publication number: JP6513046B2
Application number: JP2016062362A
Authority: JP
Inventors: アブデルモウラベッカリ; 西村　公佐; 公佐西村
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JP2017175560A

Description

本発明は、レディオ・オーバ・ファイバ（ＲｏＦ：ＲａｄｉｏｏｖｅｒＦｉｂｅｒ）システムの無線送信装置に関する。

無線送信装置において、無線ビームの方向や幅といった放射パターンを制御するためフェーズド・アレイ・アンテナが使用される。具体的には、送信データを搬送する無線帯域の電気信号を複数に分岐し、各電気信号を複数のアンテナ素子に供給し、複数のアンテナ素子それぞれから無線信号を送信する。このとき、各アンテナ素子に供給する無線帯域の電気信号の振幅及び位相を調整することで、無線信号の放射パターンを制御することができる。

非特許文献１は、受信する光信号から無線信号を生成して送信するＲｏＦシステムの無線送信装置において、放射パターンを調整するためにフェーズド・アレイ・アンテナを使用する構成を開示している。図６は、非特許文献１に記載の無線送信装置の概略的な構成図である。分岐部５０は、入力信号をｎ個の信号に分岐し、各光信号を調整部５１に出力する。なお、調整部５１とは、調整部５１−１〜５１−ｎの総称である。その他の構成要素の参照符号についても同様の表記とする。調整部５１は、放射パターンを調整するため、通過する光信号の振幅及び位相を調整し光電変換部５２に出力する。光電変換部５２は、光電変換により入力される光信号を無線周波数帯の電気信号に変換してアンテナ素子５３に出力する。アンテナ素子５３は、入力される電気信号に対応する無線信号を放射する。アンテナ素子５３−１〜５３−ｎは、フェーズド・アレイ・アンテナを構成しており、各アンテナ素子５３が放射する無線信号を合成したものが、フェーズド・アレイ・アンテナの放射パターンとなる。

Ｍ．Ｏｉｓｈｉｅｔａｌ．，"２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｂｅａｍｓｔｅｅｒｉｎｇｂｙ２×３ｐｈｏｔｏｎｉｃａｎｔｅｎｎａｕｓｉｎｇｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ｗａｖｅｒａｄｉｏｏｖｅｒｆｉｅｒ"，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｏｐｉｃａｌＭｅｅｔｉｎｇｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＰｈｏｔｏｎｉｃ（ＭＷＰ），ｐｐ．１３０−１３３，２０１３年

非特許文献１の無線送信装置は、光信号の位相を調整することでアンテナ素子５３に供給される電気信号の位相を調整している。ここで、光信号の周波数は電気信号の周波数より大変高い。よって、アンテナ素子５３に供給される無線帯域の電気信号の位相を、例えば、半波長程度だけ調整するのに必要な調整部５１での調整量は、調整対象の光信号の波長の数万倍程度となり、調整部５１が高価かつ複雑になる。つまり、無線送信装置が高価かつ複雑になる。

本発明は、構成が簡易なＲｏＦシステムの無線送信装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、無線送信装置は、第１周波数の光変調された第１光信号と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２光信号を受信する受信手段と、前記第２光信号をｎ個（ｎは２以上の整数）の第２光信号に分岐し、前記ｎ個の第２光信号の位相を調整してｎ個の第３光信号を生成する分岐調整手段と、前記ｎ個の第３光信号それぞれと前記第１光信号とを合波してｎ個の光信号を生成する合波手段と、前記ｎ個の光信号のそれぞれを光電変換してｎ個の電気信号を生成する変換手段と、前記ｎ個の電気信号それぞれを無線信号に変換して放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、前記フェーズド・アレイ・アンテナの複数の放射パターンに対する前記分岐調整手段による前記ｎ個の第２光信号の位相及び振幅の調整量を示す調整情報を保持し、前記調整情報に基づき指定された放射パターンに対応する位相及び振幅の調整量を判定し、判定した位相及び振幅の調整量を前記分岐調整手段に通知する制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、ＲｏＦシステムの無線送信装置を簡易な構成で実現できる。

一実施形態による無線送信装置の構成図。一実施形態による分岐調整部の構成図。一実施形態による分岐調整部の構成図。一実施形態による無線送信装置の構成図。本発明の原理の説明図。背景技術による無線送信装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図において、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の基本的な考え方について図５を用いて説明する。ツートーン生成部６０は、光源が出力する連続光を正弦波で振幅変調し、振幅変調して得られる上側帯波及び下側帯波をそれぞれ、連続光である光トーン信号として出力する。図５においては、上側帯波の周波数をｆ_１とし、下側帯波の周波数をｆ_２としている。光変調部６１は、周波数ｆ_１の光トーン信号を図示しない送信データで変調する。また、調整部６２は、周波数ｆ_２の光トーン信号の振幅及び位相を調整する。合波部６３は、周波数ｆ_１の光変調信号と、周波数ｆ_２の光トーン信号を合波し、これらを含む光信号を出力する。光電変換部６４は、合波部６４からの光信号を光電変換する。光電変換部６４は、例えば、フォトダイオードであり、変換対象の光信号に含まれる光変調信号と光トーン信号との周波数差を、無線信号の搬送波周波数とする電気信号を出力する。ここで、調整部６２が周波数ｆ_２の光トーン信号の位相をΔφだけ変化させると、光電変換部６４が出力する電気信号の位相もΔφだけ変化する。つまり、電気信号の位相を、例えば、π／２だけ変化させるには、調整部６２は、光トーン信号の位相をπ／２だけ変化させれば良い。

図１は、本実施形態による無線送信装置の構成図である。ツートーン生成部１０は、光源が出力する連続光を正弦波で振幅変調し、振幅変調して得られる上側帯波及び下側帯波をそれぞれ光トーン信号として出力する。図１においては、上側帯波の周波数をｆ_１とし、下側帯波の周波数をｆ_２としている。光変調部１１は、周波数ｆ_１の光トーン信号を図示しない送信データで変調する。合波部１２は、周波数ｆ_１の光変調信号と、周波数ｆ_２の光トーン信号を合波し、これらを含む光信号を出力する。なお、光変調部１１が、周波数ｆ_２の光トーン信号を変調し、合波部１２が、周波数ｆ_２の光変調信号と、周波数ｆ_１の光トーン信号を合波して出力する構成であっても良い。分離部１３は、合波部１２からの光信号を受信し、周波数ｆ_１の光変調信号と、周波数ｆ_２の光トーン信号をそれぞれ出力する。分岐部１４は、周波数ｆ_１の光変調信号をｎ個の光変調信号に分岐する。なお、本例においてｎは４とするが、ｎは２以上の任意の整数とすることができる。

分岐調整部１５は、周波数ｆ_２の光トーン信号をｎ個に分岐し、さらに、分岐したｎ個の光トーン信号それぞれの位相及び／又は振幅を調整する。図２は、分岐調整部１５の構成を示している。分岐部１５１は、周波数ｆ_２の光トーン信号をｎ個に分岐し、各光トーン信号をそれぞれ対応する位相調整部１５２に入力する。位相調整部１５２は、通過する光信号に遅延を与えてその位相を変化させる。例えば、位相調整部１５２として、温度により位相を変化させる温度位相器（ＴｈｅｒｍａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔｅｒ）を使用することができる。位相調整部１５２を通過した光トーン信号は、それぞれ、対応する振幅調整部１５３に入力される。振幅調整部１５３は、通過する光信号の振幅を調整する。振幅調整部１５３としては、マハツェンダ干渉計を使用することができる。なお、光トーン信号の位相と振幅の調整順序は逆であっても良い。

図３は、分岐調整部１５の他の構成を示している。なお、図３において、線の分岐は、光トーン信号を２分岐する分岐部を示している。入力される光トーン信号の１つは、分岐部を介してそのまま出力される。当該分岐部で分岐された他の光トーン信号は、位相調整部１５４で位相の調整が行われ、次いで、振幅調整部１５５で振幅の調整が行われる。振幅調整部１５５が出力する光トーン信号は、分岐部で２分岐され、その一方は、出力され、他方は、位相調整部１５６に入力される。位相調整部１５６及び振幅調整部１５７と、位相調整部１５８及び振幅調整部１５９での処理も同様である。

なお、図１に示す様に、本実施形態において、ｎ個の光トーン信号それぞれの位相及び振幅の調整量は、分岐調整部１５に入力される制御信号により制御される。なお、この制御信号は、例えば、外部の制御装置から図示しない制御線を介して分岐調整部１５に入力される構成とすることができる。また、無線送信装置内に、予め、各放射パターンに対応する調整量を示す調整情報を保持・格納させておき、ユーザが無線送信装置に対して放射パターンを指定すると、図示しない制御部が、指定された放射パターンとする調整量を調整情報から判定し、制御信号で分岐調整部１５に通知する構成とすることもできる。

合波部１６は、分岐部１４からの光変調信号の１つと、分岐調整部１５からの光トーン信号の１つを１つの組とし、組毎に合波した光信号を出力する。本例では、ｎ＝４であるため、合波部１６は、４つの光信号を出力する。この４つの光信号のそれぞれは、１つの光変調信号と、１つの光トーン信号を含んでいる。なお、４つの光信号それぞれに含まれる光変調信号は同じであるが、光トーン信号は異なる。つまり、分岐調整部１５が出力する４つの光トーン信号を、光トーン信号＃１〜＃４とすると、合波部１６が出力する１番目の光信号には光トーン信号＃１が含まれ、２番目の光信号には光トーン信号＃２が含まれ、３番目の光信号には光トーン信号＃３が含まれ、４番目の光信号には光トーン信号＃４が含まれる。

光電変換部１７は、合波部１６が出力する光信号毎に設けられ、１つの光信号を光電変換し、周波数がｆ_１−ｆ_２である電気信号を出力する。なお、本実施形態においては、周波数ｆ_１−ｆ_２が、無線周波数帯（ＲＦ帯）の周波数となる様に構成されている。複数のアンテナ素子１８は、フェーズド・アレイ・アンテナを構成しており、各アンテナ素子１８は、対応する光電変換部１７からの電気信号を無線信号に変換して放射する。図５を用いて説明した様に、各光電変換部１７が出力する電気信号の相対的な位相は、分岐調整部１５が与えた位相遅延だけ異なることになる。したがって、分岐調整部１５が与える位相及び振幅を調整することで無線信号の放射パターンを制御することができる。

また、図５により説明した様に、本実施形態による無線送信装置の構成において、分岐調整部１５での位相の調整量は、光トーン信号の周波数ｆ_２で波長程度となる。これに対して、非特許文献１の構成では、光信号の波長の数万倍程度の調整量を確保する必要があり、分岐調整部１５（より詳しくは、分岐調整部１５に含まれる位相調整部）の構成を簡略化でき、無線送信装置を簡易かつ低コストで実現できる。

なお、図１の構成の全体を無線送信装置とすることもできるが、分離部１３以降の部分を１つの無線送信装置とし、ツートーン生成部１０から合波部１２までの部分を１つの光送信装置とする構成とすることもできる。この場合、光送信装置と、無線送信装置とを異なる場所に設置し、光送信装置と、無線送信装置とを光伝送路で接続する。そして、光送信装置は、光変調信号と光トーン信号を波長多重した光信号を無線送信装置に送信する。この場合、光送信装置と、無線送信装置と、これらを接続する光伝送路は、ＲｏＦシステムを構成する。

＜第２実施形態＞
続いて、第２実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態においては、分岐調整部１５における調整量を特定するための情報を周波数ｆ_２の光信号により搬送する。

図４は、本実施形態による無線送信装置の構成図である。図１の構成との相違点は、光変調部２０と、制御部２１を設けたことである。制御部２１には、各放射パターンそれぞれについて、放射パターンを特定するためのインデックス（番号）と、インデックスで特定される放射パターンそれぞれについて、分岐調整部１５での位相及び振幅の調整量を示す調整情報が格納されている。そして、光変調部２０は、実現したい放射パターンのインデックを示すデータで、光トーン信号を変調する。分離部１３が出力する、周波数ｆ_２の光信号は、２分岐され、その一方は、第一実施形態と同様に分岐調整部１５に入力され、他方は、制御部２１に入力される。制御部２１は、周波数ｆ_２の光信号を復調し、放射パターンのインデックを示すデータを取出し、調整情報に基づき周波数ｆ_２の各光信号に与える位相及び振幅の調整量を判定し、判定した調整量を制御信号で分岐調整部１５に通知する。

例えば、本実施形態では、分離部１３以降の部分を１つの無線送信装置とし、ツートーン生成部１０から合波部１２までの部分を１つの光送信装置とする構成において、光送信装置に対してユーザがコマンドを与えることで、無線送信装置からの放射パターンを制御することができる。なお、実現したい放射パターンの変更頻度は通常小さい。よって、インデックを示すデータの変化は小さい。また、光変調部２０による変調を、浅い振幅変調とすることで、周波数ｆ_２の光信号は、略連続光と見做すことができ、光電変換部１７が出力する電気信号に対する影響は無視できる程度に小さくすることができる。

１３：分離部、１４：分岐部、１５：分岐調整部、１６：合波部、１７：光電変換部、１８：アンテナ素子

Claims

第１周波数の光変調された第１光信号と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２光信号を受信する受信手段と、
前記第２光信号をｎ個（ｎは２以上の整数）の第２光信号に分岐し、前記ｎ個の第２光信号の位相を調整してｎ個の第３光信号を生成する分岐調整手段と、
前記ｎ個の第３光信号それぞれと前記第１光信号とを合波してｎ個の光信号を生成する合波手段と、
前記ｎ個の光信号のそれぞれを光電変換してｎ個の電気信号を生成する変換手段と、
前記ｎ個の電気信号それぞれを無線信号に変換して放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、
前記フェーズド・アレイ・アンテナの複数の放射パターンに対する前記分岐調整手段による前記ｎ個の第２光信号の位相及び振幅の調整量を示す調整情報を保持し、前記調整情報に基づき指定された放射パターンに対応する位相及び振幅の調整量を判定し、判定した位相及び振幅の調整量を前記分岐調整手段に通知する制御を行う制御手段と、
を備えていることを特徴とする無線送信装置。
前記受信手段は、波長多重された前記第１光信号と前記第２光信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
前記第１周波数と前記第２周波数との周波数差は、無線周波数帯の周波数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線送信装置。
前記分岐調整手段は、前記ｎ個の第２光信号の振幅をさらに調整して前記ｎ個の第３光信号を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線送信装置。
前記第２光信号は前記複数の放射パターンの１つを示す情報を搬送しており、
前記制御手段は、前記第２光信号が搬送する前記情報に基づき前記指定された放射パターンを特定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線送信装置。