JP6925566B2 - 空間光送信器および空間光通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、空間光送信器および空間光通信システムに関する。
空間光通信は、従来のマイクロ波無線通信よりも短い波長の光をキャリアとして用いることにより、光送受信器を小型化することができる。また、空間光通信は、伝播する光のビームの広がりを小さく抑えることができるので、光信号の効率的な伝送が可能であり、低消費電力化も期待できる。
空間光通信において、光受信器は、大気中を伝播してきた光を受信側光学系に集光して電気信号に変換する。ただし、受信側光学系に集光された光は、大気の影響を受けて波面が歪んでいるため、干渉による損失が生じる。
この問題を解決するために、例えば、非特許文献１には、大気中を伝播してきた光を、光受信器が備える複数の光学系に集光することで、波面歪みの影響を抑える通信システムが記載されている。当該光受信器において、それぞれの光学系に集光された光は電気信号に変換され、変換された電気信号が信号処理によって合成される。
空間光通信において、光送信器から送信された光のビームは、光受信器に到達したときに、ビーム径が受信側光学系の開口よりも大きく広がっている。非特許文献１に記載されるように、光受信器が複数の光学系を備える場合、複数の光学系のそれぞれへの伝播経路が異なるため、大気の影響でそれぞれの光学系において、受信光に対する指向角度がずれてしまう。このような光学系の指向ずれは、追尾センサおよび追尾ミラーを用いて動的に補償することが可能であるが、光受信器が複数の光学系を備える場合は、それぞれの光学系に対して追尾センサと追尾ミラーを設ける必要があり、システム規模が増大するという課題があった。
本発明は上記課題を解決するものであって、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができる空間光送信器および空間光通信システムを得ることを目的とする。
本発明に係る空間光送信器は、単一波長の光を出力する光源と、光源から出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部と、変調部によって生成された光信号を２つに分配する送信側分配部と、送信側分配部によって分配された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する偏波回転部と、偏波回転部によって生成された２偏波の光信号をそれぞれ空間に送信する、２つの送信側光学系を備える。
本発明によれば、送信する信号に応じて単一波長の光信号を変調し、変調された光信号を２つに分配して、分配された２つの光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号として空間に送信する。空間に送信された２つの光信号は偏波が直交しているため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、受信器側が２個の光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。これにより、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができる。
実施の形態１に係る空間光送信器の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る空間光送信器の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る空間光送信器の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る空間光通信システムが備える光受信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態４における追尾制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態４における追尾制御部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態４における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 図９Ａは、実施の形態４における追尾制御部の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図９Ｂは、実施の形態４における追尾制御部の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る空間光通信システムが備える光受信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態５における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態６に係る空間光通信システムが備える光受信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態６に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態６における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態７に係る空間光通信システムが備える送信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る空間光通信システムが備える光送信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態７における送信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態７における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態８に係る空間光通信システムが備える光送信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態８に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態８における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態９に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態９における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える送信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える光送信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態１０における送信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１０における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１１に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施の形態１１における受信ＤＳＰの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１２に係る空間光送信器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１２における指向制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１２における指向制御部の動作を示すフローチャートである。 図３６Ａは、実施の形態１２における指向制御部の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３６Ｂは、実施の形態１２における指向制御部の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 図３７Ａは、実施の形態７から実施の形態１２までのそれぞれの光送信部および送信ＤＳＰの機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３７Ｂは、実施の形態７から実施の形態１２までのそれぞれの光送信部および送信ＤＳＰの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 図３８Ａは、実施の形態５から実施の形態１２までのそれぞれの光受信部および受信ＤＳＰの機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３８Ｂは、実施の形態５から実施の形態１２までのそれぞれの光受信部および受信ＤＳＰの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空間光送信器１の構成を示すブロック図である。空間光送信器１は、図１に示すように、光源１０、ＩＱ変調器１１、スプリッタ１２、偏波回転部１３ａ、偏波回転部１３ｂ、コリメータ１４ａ、コリメータ１４ｂ、光学系１５ａおよび光学系１５ｂを備えている。
光源１０は、単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。ＩＱ変調器１１は、光源１０から出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。例えば、送信する信号が４値位相変調信号である場合、ＩＱ変調器１１は、光源１０から出力された光を、入力した４値位相変調信号に応じて変調する。以下、４値位相変調信号をＱＰＳＫ信号と記載する。
スプリッタ１２は、ＩＱ変調器１１によって変調された光信号を２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ１２は、ＩＱ変調器１１によって変調された光信号を偏波回転部１３ａと偏波回転部１３ｂに分配する。偏波回転部１３ａおよび偏波回転部１３ｂは、スプリッタ１２によってそれぞれ分配された光信号の偏波を回転させる。偏波回転部１３ａから出力された光信号と偏波回転部１３ｂから出力された光信号は、直交する２偏波の光信号であり、例えば、右円偏光と左円偏光である。
コリメータ１４ａは、偏波回転部１３ａによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ１４ｂは、偏波回転部１３ｂによって偏波が回転された光信号を入力し、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。光学系１５ａは、偏波回転部１３ａによって偏波が回転され、コリメータ１４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系１５ｂは、偏波回転部１３ｂによって偏波が回転され、コリメータ１４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。
光学系１５ａおよび光学系１５ｂは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。光学系１５ａと光学系１５ｂとの間の距離は、大気の揺らぎの強さを表す指標であるフリードパラメータよりも大きい値である。フリードパラメータは、光が伝播する大気の状態によって決定され、長さの単位を有している。光学系１５ａと光学系１５ｂとの間がフリードパラメータよりも離れているので、光学系１５ａから送信された光信号と光学系１５ｂから送信された光信号は、互いに異なる大気の影響を受けることになる。
光学系１５ａおよび光学系１５ｂからそれぞれ送信された光が、コヒーレンシの高い光であったとしても、これらの光の偏波は直交しているため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、光受信器側では、２個の受信側光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。
また、光学系１５ａおよび光学系１５ｂは、光信号のビーム径を広げてから空間に送信するので、光受信器に到達したときの両光信号のビーム径は、受信側光学系の開口よりも十分に広がっている。このように、空間光送信器１では、光受信器に送信する光信号の高精度な指向制御が不要である。一方、従来の光受信器では、２つの受信側光学系を用いてダイバーシティ効果を得ていたが、２つの受信側光学系のそれぞれで高精度な指向制御が必要となる。このため、光受信器の構成が複雑になる。これに対し、空間光送信器１は、光信号の高精度な指向制御が不要であるので、簡易な構成でダイバーシティ効果を実現できる。
光源１０がコヒーレンシの高い光源である場合、同じ偏波の２つの光は干渉するため、ダイバーシティ効果が得られない。そこで、空間光送信器１では、偏波回転部１３ａおよび偏波回転部１３ｂによって２つの光信号の偏波がそれぞれ回転され、直交する２偏波の光信号が空間に送信される。これにより、光源１０がコヒーレンシの高い光源であっても、ダイバーシティ効果を実現できる。
以上のように、実施の形態１に係る空間光送信器１が、送信する信号に応じて単一波長の光信号を変調し、変調された光信号を２つに分配して、分配された２つの光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号として空間に送信する。空間に送信された２つの光信号は偏波が直交しているため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。これにより、受信器側が２個の光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られるので、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができる。
実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る空間光送信器１Ａの構成を示すブロック図である。空間光送信器１Ａは、図２に示すように、光源１０ａ、ＩＱ変調器１１ａ、光源１０ｂ、ＩＱ変調器１１ｂ、コリメータ１４ａ、コリメータ１４ｂ、光学系１５ａおよび光学系１５ｂを備えている。光源１０ａおよび光源１０ｂは、互いに異なる単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。図２において、光源１０ａは、波長λ１の光を出力し、光源１０ｂは、λ１とは異なる波長λ２の光を出力する。
ＩＱ変調器１１ａは、光源１０ａから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器１１ｂは、光源１０ｂから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。例えば、送信する信号がＱＰＳＫ信号である場合、ＩＱ変調器１１ａは、光源１０ａから出力された光を同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ１でＸ偏波の光信号を生成する。ＩＱ変調器１１ｂは、光源１０ｂから出力された光を同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ２でＸ偏波の光信号を生成する。
コリメータ１４ａは、ＩＱ変調器１１ａによって変調された光信号を入力し、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。さらに、コリメータ１４ｂは、ＩＱ変調器１１ｂによって変調された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。光学系１５ａは、ＩＱ変調器１１ａによって変調され、コリメータ１４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系１５ｂは、ＩＱ変調器１１ｂによって変調され、コリメータ１４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。
光学系１５ａおよび光学系１５ｂは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。光学系１５ａと光学系１５ｂとの間の距離は、実施の形態１と同様に、フリードパラメータよりも大きい値である。なお、送信信号は、偏波多重信号であってもよい。偏波多重信号には、例えば、偏波多重ＱＰＳＫがある。
また、図２には、空間光送信器１Ａが、光源、ＩＱ変調器、コリメータおよび光学系から構成されたユニットを２つ備える構成を示したが、空間光送信器１Ａは、上記ユニットを３つ以上備えてもよい。この場合、複数のユニットのそれぞれが備える光源は、互いに異なる単一波長の光を出力する。
空間光送信器１Ａでは、光学系１５ａおよび光学系１５ｂからそれぞれ送信された光がコヒーレンシの高い光であっても、互いのキャリアの周波数が異なっているため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、光受信器側では、２つの受信側光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。
以上のように、実施の形態２に係る空間光送信器１Ａにおいて、互いに異なる単一波長の光を、送信信号に応じて変調し、変調された複数の光信号をそれぞれ空間に送信する。空間に送信された２つの光信号はキャリアの周波数が異なるため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、受信器側が２個の光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。これにより、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができる。
実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係る空間光送信器１Ｂの構成を示すブロック図である。空間光送信器１Ｂは、図３に示すように、光源１０ａ、光源１０ｂ、ＩＱ変調器１１ａ、ＩＱ変調器１１ｂ、スプリッタ１２ａ、スプリッタ１２ｂ、偏波回転部１３ａ、偏波回転部１３ｂ、偏波回転部１３ｃ、偏波回転部１３ｄ、コリメータ１４ａ、コリメータ１４ｂ、コリメータ１４ｃ、コリメータ１４ｄ、光学系１５ａ、光学系１５ｂ、光学系１５ｃおよび光学系１５ｄを備える。光源１０ａおよび光源１０ｂは、互いに異なる単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。図３において、光源１０ａは、波長λ１の光を出力し、光源１０ｂは、λ１とは異なる波長λ２の光を出力する。
ＩＱ変調器１１ａは、光源１０ａから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器１１ｂは、光源１０ｂから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。実施の形態２と同様に、例えば、送信する信号がＱＰＳＫ信号である場合、ＩＱ変調器１１ａは、光源１０ａから出力された光を、同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ１でＸ偏波の光信号を生成する。ＩＱ変調器１１ｂは、光源１０ｂから出力された光を、同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ２でＸ偏波の光信号を生成する。
スプリッタ１２ａは、ＩＱ変調器１１ａによって変調された光信号を、２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ１２ｂは、ＩＱ変調器１１ｂによって変調された光信号を、２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ１２ａは、ＩＱ変調器１１ａによって変調された光信号を偏波回転部１３ａと偏波回転部１３ｂに分配する。スプリッタ１２ｂは、ＩＱ変調器１１ｂによって変調された光信号を偏波回転部１３ｃと偏波回転部１３ｄに分配する。
偏波回転部１３ａおよび偏波回転部１３ｂは、スプリッタ１２ａによって分配された光信号の偏波を回転させる。偏波回転部１３ａから出力された光信号と偏波回転部１３ｂから出力された光信号は、直交する２偏波の光信号であり、例えば、右円偏光と左円偏光である。偏波回転部１３ｃおよび偏波回転部１３ｄは、スプリッタ１２ｂによって分配された光信号の偏波を回転させる。偏波回転部１３ｃから出力された光信号と偏波回転部１３ｄから出力された光信号は、直交する２偏波の光信号であり、例えば、右円偏光と左円偏光とする。
コリメータ１４ａは、偏波回転部１３ａによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ１４ｂは、偏波回転部１３ｂによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ１４ｃは、偏波回転部１３ｃによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する。コリメータ１４ｄは、偏波回転部１３ｄによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する。
光学系１５ａは、偏波回転部１３ａによって偏波が回転され、コリメータ１４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系１５ｂは、偏波回転部１３ｂによって偏波が回転され、コリメータ１４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系１５ｃは、偏波回転部１３ｃによって偏波が回転され、コリメータ１４ｃによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系１５ｄは、偏波回転部１３ｄによって偏波が回転され、コリメータ１４ｄによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。
図３には、波長λ１の右円偏光が光学系１５ａから送信され、波長λ１の左円偏光が光学系１５ｂから送信される。さらに、波長λ２の右円偏光が光学系１５ｃから送信され、波長λ２の左円偏光が光学系１５ｄから送信される。
光学系１５ａ、光学系１５ｂ、光学系１５ｃおよび光学系１５ｄは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。また、光学系１５ａ〜１５ｄのそれぞれの間隔は、実施の形態１と同様に、フリードパラメータよりも大きい値である。
また、図３には、空間光送信器１Ｂが、光源、ＩＱ変調器、スプリッタ、２つの偏波回転部、２つのコリメータおよび２つの光学系から構成されたユニットを２つ備える構成を示したが、空間光送信器１Ｂには、上記ユニットを３つ以上設けてもよい。
以上のように、実施の形態３に係る空間光送信器１Ｂにおいて、互いに異なる複数の単一波長の光を、送信信号に応じて変調し、変調された複数の単一偏波の光信号をそれぞれ２つに分配し、分配された複数の光信号のうち、同じ波長の２つの光信号の偏波を回転させて、複数の直交する２偏波の光信号を生成し、生成された複数の光信号をそれぞれ空間に送信する。空間にそれぞれ送信された複数の光信号のうち、波長が同じ複数の光信号は偏波が直交しており、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、受信器側が２個の光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。これにより、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができる。
実施の形態４．
図４は、実施の形態４に係る空間光通信システムが備える光受信部２の構成を示すブロック図である。図５は、図４の追尾制御部２３の構成を示すブロック図である。図６は、実施の形態４に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、実施の形態１に示した空間光送信器１である。送信信号は、例えばＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、光受信部２および受信ＤＳＰ３を備える。
光受信部２は、空間光送信器１から送信され、大気中を伝播してきた光信号を受信する光受信部であり、図４に示すように、受信ＤＳＰ３に接続されている。また、光受信部２は、光学系２０、追尾ミラー２１、ビームスプリッタ２２、追尾制御部２３、光ファイバ結合器２４および偏波多重コヒーレント検波器２５を備える。追尾制御部２３は、図５に示すように、制御部２３０、イメージセンサ２３１および集光レンズ２３２を備える。受信ＤＳＰ３は、光受信部２から入力した光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図６に示すように、適応等化部３０、搬送波推定部３１およびデマッピング部３２を備える。
光受信部２において、光学系２０は、空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系である。光学系２０によって集光された光は、平行光として追尾ミラー２１に出力される。追尾ミラー２１は、光学系２０によって集光された光信号の指向角度を変化させるミラーである。ビームスプリッタ２２は、追尾ミラー２１から出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタである。追尾制御部２３は、ビームスプリッタ２２によって分配された第３の光信号の指向ずれを検出し、検出された指向ずれが補償されるように追尾ミラー２１を制御する。
光ファイバ結合器２４は、追尾ミラー２１を用いて指向ずれが補償された第４の光信号を、光ファイバに結合する。偏波多重コヒーレント検波器２５は、光ファイバに結合された第４の光信号に多重されている２偏波の光信号のそれぞれに局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って、直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号を生成する。例えば、偏波多重コヒーレント検波器２５によって右円偏光の電気信号と左円偏光の電気信号が生成され、これらの電気信号がそれぞれ受信ＤＳＰ３に出力される。
追尾制御部２３において、制御部２３０は、イメージセンサ２３１上の集光点の位置に応じて追尾ミラー２１を制御する。イメージセンサ２３１は、集光レンズ２３２によって集光された光を受光するセンサである。集光レンズ２３２は、ビームスプリッタ２２によって分配された第１の光信号を、イメージセンサ２３１上に集光するレンズである。
受信ＤＳＰ３において、適応等化部３０は、偏波多重コヒーレント検波器２５によって生成された２偏波の電気信号を適応等化して１偏波の電気信号を生成する。例えば、適応等化部３０は、２つの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタから構成され、それぞれのフィルタの出力値の和が搬送波推定部３１に出力される。搬送波推定部３１は、適応等化部３０によって生成された１偏波の電気信号に対して搬送波推定を行う。デマッピング部３２は、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングする。
次に、追尾制御部２３の動作について説明する。
図７は、追尾制御部２３の動作を示すフローチャートである。
集光レンズ２３２が、ビームスプリッタ２２によって分配された第３の光信号を、イメージセンサ２３１の受光面に集光させる。制御部２３０は、イメージセンサ２３１の受光面に設定されたｘ−ｙ座標上の集光点の位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を取得する（ステップＳＴ１）。例えば、第３の光信号に指向角度のずれがない場合、第３の光信号は、イメージセンサ２３１の受光面に設定されたｘ−ｙ座標の原点の位置に集光されるものとする。
制御部２３０は、集光点の座標が（Ｓｘ，Ｓｙ）である場合に、追尾ミラー２１の駆動機構を制御して、集光点のｘ方向の位置を−ｋＳｘだけ変位させ、集光点のｙ方向の位置を−ｋＳｙだけ変位させる（ステップＳＴ２）。追尾制御部２３は、図７に示した動作を繰り返すことにより、第３の光信号が、イメージセンサ２３１の受光面に設定されたｘ−ｙ座標の原点の位置に集光されるように、追尾ミラー２１を制御する。これにより、第３の光信号および第４の光信号の指向ずれが補償される。
図８は、受信ＤＳＰ３の動作を示すフローチャートである。
適応等化部３０は、偏波多重コヒーレント検波器２５によって生成された右円偏波の電気信号と左円偏波の電気信号を適応等化する（ステップＳＴ１ａ）。例えば、適応等化部３０を構成する２つのＦＩＲフィルタには、定包絡線基準アルゴリズムによって、２偏波の電気信号の線形の歪みが相殺されるタップ係数がそれぞれ設定される。これにより、ＳＮ比が最大となるように２つのＦＩＲフィルタの出力値が合成されて、合成の結果として得られた１偏波の電気信号が、搬送波推定部３１に出力される。
搬送波推定部３１は、適応等化部３０によって生成された１偏波の電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ａ）。例えば、搬送波推定部３１は、１偏波の電気信号から光信号の搬送波を推定することで、空間光送信器１が備える光源１０から出力された光信号と局発光との周波数差および位相差を補償する。
デマッピング部３２は、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた電気信号に対してデマッピングを行う（ステップＳＴ３ａ）。デマッピングは、入力された電気信号から、受信された光信号に変調されたデータを復号するための処理である。
次に、追尾制御部２３の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
追尾制御部２３における制御部２３０の機能は処理回路により実現される。すなわち、追尾制御部２３は、図７のステップＳＴ１からステップＳＴ２までの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
図９Ａは、追尾制御部２３の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図９Ｂは、追尾制御部２３の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、集光レンズ１００は、図５に示した集光レンズ２３２であり、イメージセンサ１０１は、図５に示したイメージセンサ２３１である。イメージセンサ１０１は、例えば固体撮像素子である。
処理回路が図９Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２である場合、処理回路１０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御部２３０の機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
処理回路が図９Ｂに示すプロセッサ１０３である場合、制御部２３０の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０４に記憶される。
プロセッサ１０３は、メモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、制御部２３０の機能を実現する。例えば、追尾制御部２３は、プロセッサ１０３によって実行されるときに、図７に示したフローチャートのステップＳＴ１からステップＳＴ２までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０４を備える。このプログラムは、制御部２３０の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０４は、コンピュータを、追尾制御部２３として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ１０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
制御部２３０の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
以上のように、実施の形態４に係る空間光通信システムにおいて、空間光送信器１から送信された光信号を、空間光受信器が備える光学系２０で受光する。空間光受信器において、光学系２０によって受光された光信号の指向ずれを補償し、指向ずれが補償された光信号にコヒーレント検波を行って直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号を生成し、２偏波の電気信号を適応等化して１偏波の電気信号を生成し、１偏波の電気信号に対して搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングする。空間光送信器１が備える光学系１５ａおよび１５ｂから送信された２偏波の光信号は、互いに干渉せずに、光受信部２においてコヒーレント検波される。適応等化によって、２偏波の信号は、ＳＮ比が最大になるように合成されるため、空間光受信器では、ダイバーシティの効果が得られる。さらに、適応等化部３０にＦＩＲフィルタを用いることで、２つの光の時間軸上のずれも補償することができる。
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る空間光通信システムが備える光受信部２Ａの構成を示すブロック図である。図１１は、実施の形態５に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ａの構成を示すブロック図である。実施の形態５に係る空間光通信システムは、空間光送信器および空間光受信器から構成される。空間光送信器は、実施の形態２に示した空間光送信器１Ａである。送信信号はＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、光受信部２Ａおよび受信ＤＳＰ３Ａを備える。
光受信部２Ａは、空間光送信器１Ａから送信され、大気中を伝播してきた光信号を受信する光受信部であり、図１０に示すように、受信ＤＳＰ３Ａに接続されている。光受信部２Ａは、光学系２０、追尾ミラー２１、ビームスプリッタ２２、追尾制御部２３、光ファイバ結合器２４およびコヒーレント検波器２５Ａを備える。受信ＤＳＰ３Ａは、光受信部２Ａから入力された光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図１１に示すように、波長分離部３３、周波数シフト部３４ａ、周波数シフト部３４ｂ、適応等化部３５ａ、適応等化部３５ｂ、搬送波推定部３６ａ、搬送波推定部３６ｂ、合成部３７およびデマッピング部３８を備える。
光受信部２Ａにおいて、光学系２０は、空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系である。光学系２０によって集光された光は、平行光として追尾ミラー２１に出力される。追尾ミラー２１は、光学系２０によって集光された光信号の指向角度を変化させるミラーである。ビームスプリッタ２２は、追尾ミラー２１から出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタである。追尾制御部２３は、ビームスプリッタ２２によって分配された第３の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように追尾ミラー２１を制御する。光ファイバ結合器２４は、追尾ミラー２１を用いて指向ずれが補償された第４の光信号を、光ファイバに結合する。
コヒーレント検波器２５Ａは、光ファイバ結合器２４によって光ファイバに結合された第４の光信号に局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って電気信号を生成する。
例えば、コヒーレント検波器２５Ａによって、波長λ１のＸ偏光に対応する電気信号と波長λ２のＸ偏光に対応する電気信号が生成され、これらの電気信号が１つの信号として受信ＤＳＰ３Ａに出力される。
なお、空間光送信器から送信された光信号が単一偏波である場合、コヒーレント検波器２５Ａは、単一偏波のみをコヒーレント検波する。また、空間光送信器から送信された光信号が偏波多重信号である場合は、コヒーレント検波器２５Ａは、偏波多重コヒーレント検波器２５と同様に、第４の光信号に多重された２偏波の光信号のそれぞれに対して局発光を干渉させるコヒーレント検波を行う。
受信ＤＳＰ３Ａにおいて、波長分離部３３は、コヒーレント検波器に２５Ａよって生成された電気信号を、単一波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する。周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって波長λ１の周波数に応じて分離された電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって波長λ２の周波数に応じて分離された電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する。
適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによって生成された電気信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによって生成された電気信号を適応等化する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。合成部３７は、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号と、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号とを合成して１つの電気信号を出力する。デマッピング部３８は、合成部３７によって合成された電気信号をデマッピングする。
図１１には、受信ＤＳＰ３Ａが、波長分離部３３の後段に、周波数シフト部、適応等化部および搬送波推定部から構成されたユニットを２つ備える構成を示した。
ただし、空間光送信器１Ａが３つ以上の単一波長の光信号を送信する場合、受信ＤＳＰ３Ａは、送信波長である単一波長の数に応じて上記ユニットを３つ以上備えてもよい。
この場合、波長分離部３３は、コヒーレント検波器２５Ａによってコヒーレント検波された受信信号をそれぞれの送信波長に対応した周波数に応じて分離し、分離された信号を複数の上記ユニットにそれぞれ出力する。それぞれの上記ユニットでは、周波数シフト部が、波長分離部３３によって分離された３つ以上の単一波長のいずれかに対応する信号の周波数シフトを行って、ベースバンド信号に変換する。適応等化部が、３つ以上の単一波長のいずれかに対応するベースバンド信号をそれぞれ適応等化する。搬送波推定部が、適応等化部によって適応等化が行われた３つ以上の単一波長のいずれかに対応する電気信号に対して搬送波推定を行う。合成部３７は、３つ以上の上記ユニットから出力された電気信号を合成する。デマッピング部は、合成部によって合成された信号のデマッピングを行う。
次に、受信ＤＳＰ３Ａの動作について説明する。
図１２は、受信ＤＳＰ３Ａの動作を示すフローチャートである。
波長分離部３３は、コヒーレント検波器に２５Ａよってコヒーレント検波された電気信号を、送信波長である単一波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する（ステップＳＴ１ｂ）。例えば、波長分離部３３は、波長λ１とλ２とのそれぞれに対応する周波数の信号を通過させるフィルタを用いて、送信波長λ１とλ２に対応した信号を分離する。
周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって分離された波長λ１に対応する電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｂ−１）。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって分離された波長λ２に対応する電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｂ−２）。
続いて、適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによってベースバンド信号に変換された信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｂ−１）。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによってベースバンド信号に変換された信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｂ−２）。
例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた波長λ１に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｂ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた波長λ２に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｂ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、空間光送信器１Ａが備える光源１０から出力された光信号と局発光との周波数差および位相差を補償する。
合成部３７は、搬送波推定部３６ａから出力された波長λ１に対応する信号と、搬送波推定部３６ｂから出力された波長λ２に対応する信号とを合成する（ステップＳＴ５ｂ）。合成には、例えば、最大比合成が用いられる。波長λ１に対応する信号と波長λ２に対応する信号とが合成されたＱＰＳＫ信号は、デマッピング部３８に出力される。
デマッピング部３８は、合成部３７によって生成されたＱＰＳＫ信号のデマッピングを行う（ステップＳＴ６ｂ）。
以上のように、実施の形態５に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ａが、光受信部２Ａにおいてコヒーレント検波された受信信号の電気信号を、送信波長である複数の単一波長のそれぞれに対応する周波数に応じて分離し、分離された電気信号を周波数シフトさせた電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対して搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号を１つの電気信号に合成し、合成された電気信号をデマッピングする。
空間光送信器１Ａから送信された光信号は、キャリアの周波数が異なるため、互いに干渉せずに、光受信部２Ａにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、これらの信号が合成（例えば、最大比合成）されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティの効果が得られる。さらに、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂにＦＩＲフィルタを用いることで、光の時間軸上のずれも補償される。
これまで、実施の形態５に係る空間光通信システムが空間光送信器１Ａを備える場合を示したが、空間光送信器１Ａの代わりに、実施の形態３で示した空間光送信器１Ｂを備えてもよい。空間光受信器は、例えば、実施の形態４で示した光受信部２を備え、図１１に示した受信ＤＳＰ３Ａを備える。受信ＤＳＰ３Ａは、図１２に示した手順で動作するが、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、それぞれ、２偏波の信号を適応等化して、単一偏波の信号を出力する。空間光送信器１Ｂの４つの光学系から送信された光信号は、同一波長に対応する信号の偏波が直交しているため、互いに干渉せずに、光受信部２においてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定が行われてから、これらの信号が合成（例えば、最大比合成）されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティの効果が得られる。さらに、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂにＦＩＲフィルタを用いることで、光の時間軸上のずれも補償される。
実施の形態６．
図１３は、実施の形態６に係る空間光通信システムが備える光受信部２Ｂの構成を示すブロック図である。図１４は、実施の形態６に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｂの構成を示すブロック図である。実施の形態６に係る空間光通信システムは、空間光送信器および空間光受信器から構成される。空間光送信器は、実施の形態２に示した空間光送信器１Ａである。送信信号は、ＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、光受信部２Ｂおよび受信ＤＳＰ３Ｂを備える。
光受信部２Ｂは、空間光送信器１Ａから送信され、大気中を伝播してきた光信号を受信する光受信部であり、図１３に示すように、受信ＤＳＰ３Ｂに接続されている。光受信部２Ｂは、光学系２０、追尾ミラー２１、ビームスプリッタ２２、追尾制御部２３、光ファイバ結合器２４、スプリッタ２６、コヒーレント検波器２７ａおよびコヒーレント検波器２７ｂを備える。受信ＤＳＰ３Ｂは、光受信部２Ｂから入力された光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図１４に示すように、適応等化部３５ａ、適応等化部３５ｂ、搬送波推定部３６ａ、搬送波推定部３６ｂ、合成部３７およびデマッピング部３８を備える。
光受信部２Ｂにおいて、光学系２０は、空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系である。光学系２０によって集光された光は、平行光として追尾ミラー２１に出力される。追尾ミラー２１は、光学系２０によって集光された光信号の指向角度を変化させるミラーである。ビームスプリッタ２２は、追尾ミラー２１から出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタである。追尾制御部２３は、ビームスプリッタ２２によって分配された第３の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように追尾ミラー２１を制御する。光ファイバ結合器２４は、追尾ミラー２１を用いて指向ずれが補償された第４の光信号を、光ファイバに結合する。
スプリッタ２６は、光ファイバ結合器２４によって光ファイバに結合された第４の光信号を、送信波長λ１と送信波長λ２のそれぞれに対応する２つの光信号に分配する受信側分配部である。コヒーレント検波器２７ａは、スプリッタ２６によって第４の光信号から分配された波長λ１の光信号に対し同じ波長λ１の局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って電気信号を生成する。同様に、コヒーレント検波器２７ｂは、スプリッタ２６によって第４の光信号から分配された波長λ２の光信号に対し同じ波長λ２の局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って電気信号を生成する。
なお、空間光送信器から送信された光信号が単一偏波である場合、コヒーレント検波器２７ａおよびコヒーレント検波器２７ｂは、単一偏波のみをコヒーレント検波する。
また、空間光送信器から送信された光信号が偏波多重信号であれば、コヒーレント検波器２７ａおよびコヒーレント検波器２７ｂは、偏波多重コヒーレント検波器２５と同様に、第４の光信号に多重された２偏波の光信号のそれぞれに対して局発光を干渉させるコヒーレント検波を行う。
受信ＤＳＰ３Ｂにおいて、適応等化部３５ａは、コヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された波長λ１の信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、コヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された波長λ２の信号を適応等化する。また、コヒーレント検波器２７ａおよびコヒーレント検波器２７ｂによって、直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号がそれぞれ生成された場合、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは２つの電気信号を適応等化して１偏波の電気信号をそれぞれ生成する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。また、搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。合成部３７は、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号と、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号とを合成して１つの電気信号を出力する。デマッピング部３８は、合成部３７によって合成された電気信号をデマッピングする。
なお、図１４には、受信ＤＳＰ３Ｂが、適応等化部および搬送波推定部から構成されたユニットを２つ備える構成を示した。ただし、空間光送信器１Ａが３つ以上の単一波長の光信号を送信する場合、受信ＤＳＰ３Ｂは、送信波長である単一波長の数に応じて、上記ユニットを３つ以上備えてもよい。この場合、３つ以上の上記ユニットには、コヒーレント検波器に２５Ａよってコヒーレント検波された受信信号が送信波長ごとに入力される。それぞれの上記ユニットでは、適応等化部が、３つ以上の単一波長のいずれかに対応するベースバンド信号をそれぞれ適応等化する。搬送波推定部が、適応等化部によって適応等化が行われた３つ以上の単一波長のいずれかに対応する電気信号に対して搬送波推定を行う。合成部３７は、３つ以上の上記ユニットから出力された電気信号を合成する。デマッピング部３８は、合成部によって合成された信号のデマッピングを行う。
次に、受信ＤＳＰ３Ｂの動作について説明する。
図１５は、受信ＤＳＰ３Ｂの動作を示すフローチャートである。
適応等化部３５ａは、コヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された波長λ１の信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｃ−１）。適応等化部３５ｂは、コヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された波長λ２の信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｃ−２）。例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた波長λ１に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｃ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた波長λ２に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｃ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、空間光送信器１Ａが備える光源１０から出力された光信号と局発光との周波数差および位相差を補償する。
合成部３７は、搬送波推定部３６ａから出力された波長λ１に対応する信号と、搬送波推定部３６ｂから出力された波長λ２に対応する信号とを合成する（ステップＳＴ３ｃ）。合成には、例えば、最大比合成が用いられる。波長λ１に対応する信号と波長λ２に対応する信号とが合成されたＱＰＳＫ信号は、デマッピング部３８に出力される。
デマッピング部３８は、合成部３７によって生成されたＱＰＳＫ信号のデマッピングを行う（ステップＳＴ４ｃ）。
以上のように、実施の形態６に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ｂが、光受信部２Ｂにおいてコヒーレント検波された受信信号の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対して搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号を１つの電気信号に合成し、合成された電気信号をデマッピングする。
空間光送信器１Ａから送信された光信号はキャリアの周波数が異なるため、互いに干渉せずに、光受信部２Ｂにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、これらの信号が合成（例えば、最大比合成）されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティの効果が得られる。さらに、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂにＦＩＲフィルタを用いることで、光の時間軸上のずれも補償される。
これまで、実施の形態６に係る空間光通信システムが空間光送信器１Ａを備える場合を示したが、空間光送信器１Ａの代わりに、実施の形態３で示した空間光送信器１Ｂを備えてもよい。空間光受信器は、実施の形態６で示した光受信部２Ａを備え、図１４に示した受信ＤＳＰ３Ｂを備える。受信ＤＳＰ３Ｂは、図１５に示した手順で動作するが、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、それぞれ、２偏波の信号を適応等化して、単一偏波の信号を出力する。空間光送信器１Ｂの４つの光学系から送信された光信号は、同一波長に対応する信号の偏波が直交しているため、互いに干渉せずに、光受信部２Ａにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定が行われてから、これらの信号が合成（例えば、最大比合成）されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティの効果が得られる。さらに、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂにＦＩＲフィルタを用いることで、光の時間軸上のずれも補償される。
実施の形態７．
図１６は、実施の形態７に係る空間光通信システムが備える送信ＤＳＰ４の構成を示すブロック図である。図１７は、実施の形態７に係る空間光通信システムが備える光送信部５の構成を示すブロック図である。図１８は、実施の形態７に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｃの構成を示すブロック図である。実施の形態７に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、図１６に示す送信ＤＳＰ４と、図１７に示す光送信部５を備える。送信信号は、ＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、図４に示した光受信部２と、図１８に示す受信ＤＳＰ３Ｂを備える。
送信ＤＳＰ４は、空間に送信するデータをデジタル信号処理する送信信号処理部であり、図１６に示すように、前方誤り訂正符号化部４０、スクランブラ４１ａ、スクランブラ４１ｂ、マッピング部４２ａおよびマッピング部４２ｂを備える。以下、前方誤り訂正をＦＥＣと略して記載する。光送信部５は、送信ＤＳＰ４によって生成されたＱＰＳＫ信号を用いて、空間へ送信する光信号を生成する。光送信部５は、図１７に示すように、光源５０、スプリッタ５１、ＩＱ変調器５２ａ、ＩＱ変調器５２ｂ、偏波回転部５３ａ、偏波回転部５３ｂ、コリメータ５４ａ、コリメータ５４ｂ、光学系５５ａおよび光学系５５ｂを備える。
受信ＤＳＰ３Ｃは、光受信部２によって受信された光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図１８に示すように、適応等化部３０、搬送波推定部３１、デマッピング部３２ａ、デマッピング部３２ｂ、デスクランブラ３９ａ、デスクランブラ３９ｂ、尤度合成部６０およびＦＥＣ復号部６１を備える。
送信ＤＳＰ４において、ＦＥＣ符号化部４０は、空間に送信するデータをＦＥＣ符号化する符号化部である。ＦＥＣ符号化は、元のデータを複数のブロックに分割し、分割したブロック数よりも多いブロックに冗長に符号化することで、符号化された複数のブロック中の任意のブロックから、元のデータを復元できるようにした符号化方式である。
スクランブラ４１ａおよびスクランブラ４１ｂは、ＦＥＣ符号化部４０によって符号化された信号に対して互いに異なるスクランブルを行う。例えば、特性多項式が異なる自己同期型スクランブルが用いられる。マッピング部４２ａは、スクランブラ４１ａによってスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする。マッピング部４２ｂは、スクランブラ４１ｂによってスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする。
なお、図１６では、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる２つのスクランブルを施す場合を示した。ただし、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる３つ以上のスクランブルが施される場合、送信ＤＳＰ４には、スクランブラおよびマッピング部から構成されたユニットを３つ以上設けてもよい。
光送信部５において、光源５０は、単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。スプリッタ５１は、光源５０から出力された光を２つに分配する送信側分配部である。ＩＱ変調器５２ａは、スプリッタ５１によって分配された光を、マッピング部４２ａによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調し、変調された光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器５２ｂは、スプリッタ５１によって分配された光を、マッピング部４２ｂによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調して、変調された光信号を生成する変調部である。
偏波回転部５３ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。偏波回転部５３ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。直交する２偏波は、例えば、左円偏光および右円偏光である。コリメータ５４ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。
光学系５５ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転され、コリメータ５４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系５５ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転され、コリメータ５４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。図１７の例では、波長λ１の右円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ａから送信され、波長λ１の左円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ｂから送信されている。なお、光学系５５ａおよび光学系５５ｂは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。光学系５５ａと光学系５５ｂとの間の距離は、大気の揺らぎの強さを表す指標であるフリードパラメータよりも大きい値である。
なお、図１７では、互いに異なる２つのスクランブルが施されたＦＥＣ符号化データがそれぞれマッピングされた２つのＱＰＳＫ信号について光信号を生成する構成を示した。ただし、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる３つ以上のスクランブルが施される場合、光送信部５には、ＩＱ変調器、偏波回転部、コリメータおよび光学系から構成されたユニットが３つ以上設けられる。
受信ＤＳＰ３Ｃにおいて、適応等化部３０は、光受信部２が備える偏波多重コヒーレント検波器２５によってコヒーレント検波された２偏波の信号を適応等化する。例えば、適応等化部３０は、２つのＦＩＲフィルタから構成され、それぞれのフィルタの出力値が搬送波推定部３１に出力される。搬送波推定部３１は、適応等化部３０によって生成された２つの電気信号に対して搬送波推定を行う。デマッピング部３２ａは、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた一方の電気信号をデマッピングし、デマッピング部３２ｂは、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた他方の電気信号をデマッピングする。搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた電気信号は、デマッピングによって当該電気信号の尤度に変換される。
デスクランブラ３９ａは、デマッピング部３２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ３９ｂは、デマッピング部３２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。尤度合成部６０は、デスクランブラ３９ａおよびデスクランブラ３９ｂによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する。ＦＥＣ復号部６１は、尤度合成部６０によって合成された尤度に対して前方誤り訂正復号（ＦＥＣ復号）を行う復号部である。
次に、送信ＤＳＰ４の動作について説明する。
図１９は、送信ＤＳＰ４の動作を示すフローチャートである。
ＦＥＣ符号化部４０が、空間に送信するデータをＦＥＣ符号化する（ステップＳＴ１ｄ）。ＦＥＣ符号化部４０によってＦＥＣ符号化されたデータの一方は、スクランブラ４１ａに出力され、他方は、スクランブラ４１ｂに出力される。
スクランブラ４１ａは、ＦＥＣ符号化部４０によって符号化されたデータにスクランブルを行う（ステップＳＴ２ｄ−１）。また、スクランブラ４１ｂは、ＦＥＣ符号化部４０によって符号化されたデータに対して、スクランブラ４１ａとは異なるスクランブルを行う（ステップＳＴ２ｄ−２）。
マッピング部４２ａは、スクランブラ４１ａによってスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする（ステップＳＴ３ｄ−１）。マッピング部４２ｂは、スクランブラ４１ｂによってスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする（ステップＳＴ３ｄ−２）。マッピング部４２ａによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、光送信部５が備えるＩＱ変調器５２ａに出力され、マッピング部４２ｂによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、ＩＱ変調器５２ｂに出力される。
次に、受信ＤＳＰ３Ｃの動作について説明する。
図２０は、受信ＤＳＰ３Ｃの動作を示すフローチャートである。
適応等化部３０は、偏波多重コヒーレント検波器２５によってコヒーレント検波された２偏波の光信号をそれぞれ適応等化する（ステップＳＴ１ｅ）。
続いて、搬送波推定部３１は、適応等化部３０によって生成された２偏波の電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｅ）。例えば、搬送波推定部３１によって電気信号から光信号の搬送波が推定されて、光送信部５が備える光源５０から出力された光と局発光との周波数差および位相差が補償される。
デマッピング部３２ａは、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた一方の電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｅ−１）。デマッピング部３２ｂは、搬送波推定部３１によって搬送波推定が行われた他方の電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｅ−２）。
デスクランブラ３９ａは、デマッピング部３２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｅ−１）。デスクランブラ３９ｂは、デマッピング部３２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｅ−２）。
続いて、尤度合成部６０は、デスクランブラ３９ａによってデスクランブルされた尤度と、デスクランブラ３９ｂによってデスクランブルされた尤度とを合成する（ステップＳＴ５ｅ）。次に、ＦＥＣ復号部６１は、尤度合成部６０によって合成された尤度をＦＥＣ復号し、復号されたデータを出力する（ステップＳＴ６ｅ）。
以上のように、実施の形態７に係る空間光通信システムにおいて、送信ＤＳＰ４が、送信データをＦＥＣ符号化し、ＦＥＣ符号化された信号に対して互いに異なるスクランブルを施し、スクランブルされた信号のそれぞれをマッピングする。受信ＤＳＰ３Ｃが、偏波多重コヒーレント検波された２偏波の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた２偏波の電気信号に対して搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた２偏波の電気信号をそれぞれデマッピングする。そして、受信ＤＳＰ３Ｃは、デマッピングによって生成された複数の尤度に対して互いに異なるスクランブルのそれぞれに対応したデスクランブルを行い、デスクランブルされた複数の尤度を合成し、合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う。光送信部５から送信された２偏波の光信号は、偏波が直交しているので、互い干渉せずに、光受信部２によって受信され、コヒーレント検波される。これにより、２偏波の信号をそれぞれ復調することができ、２偏波の信号のそれぞれの尤度が合成したデータから、送信データの復号が可能であり、ダイバーシティ効果が得られる。
また、ＦＥＣ符号化された信号に対して互いに異なるスクランブルを施すことで、送信光の偏波状態はランダムに変動する。偏波多重コヒーレント検波器２５がランダムな偏波状態を受信するように設計されている場合、偏波多重コヒーレント検波器２５を、適切な条件で動作させることができるので、性能劣化を防ぐことができる。
さらに、空間光送信器に光アンプを用いた場合であっても、送信偏波の偏りを防ぐことができ、光アンプの偏波依存性の影響を抑えることができる。
さらに、光送信部５、光受信部２および伝播媒体において、パタン依存性の劣化要因があっても、２偏波の光信号で異なるパタンを用いることで、ダイバーシティ効果によってパタン依存性の劣化を軽減することができる。
実施の形態８．
図２１は、実施の形態８に係る空間光通信システムが備える光送信部５Ａの構成を示すブロック図である。図２２は、実施の形態８に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｄの構成を示すブロック図である。実施の形態８に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、図１６に示した送信ＤＳＰ４と、図２１に示す光送信部５Ａを備える。送信信号は、ＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、図１０に示した光受信部２Ａと、図２２に示す受信ＤＳＰ３Ｄを備える。
光送信部５Ａは、図２１に示すように、光源５０ａ、光源５０ｂ、ＩＱ変調器５２ａ、ＩＱ変調器５２ｂ、コリメータ５４ａ、コリメータ５４ｂ、光学系５５ａおよび光学系５５ｂを備えており、送信ＤＳＰ４によって生成された信号（ＱＰＳＫ信号）を用いて、空間へ送信する光信号を生成する。受信ＤＳＰ３Ｄは、光受信部２Ａによって受信された光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図２２に示すように、波長分離部３３、周波数シフト部３４ａ、周波数シフト部３４ｂ、適応等化部３５ａ、適応等化部３５ｂ、搬送波推定部３６ａ、搬送波推定部３６ｂ、デマッピング部６２ａ、デマッピング部６２ｂ、デスクランブラ６３ａ、デスクランブラ６３ｂ、尤度合成部６４、およびＦＥＣ復号部６５を備える。
光送信部５Ａにおいて、光源５０ａおよび光源５０ｂは、互いに異なる単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。図２１において、光源５０ａは、波長λ１の光を出力し、光源５０ｂは、λ１とは異なる波長λ２の光を出力する。
ＩＱ変調器５２ａは、光源５０ａから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器５２ｂは、光源５０ｂから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。例えば、送信する信号が、送信ＤＳＰ４から入力されたＱＰＳＫ信号である場合、ＩＱ変調器５２ａは、光源５０ａから出力された光を同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ１でＸ偏波の光信号を生成する。ＩＱ変調器５２ｂは、光源５０ｂから出力された光を同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ２でＸ偏波の光信号を生成する。
コリメータ５４ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調された光信号を入力し、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。光学系５５ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調され、コリメータ５４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系５５ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調され、コリメータ５４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。
光学系５５ａおよび光学系５５ｂは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。光学系５５ａと光学系５５ｂとの間の距離は、実施の形態１と同様に、フリードパラメータよりも大きい値である。なお、送信信号は、偏波多重信号であってもよい。偏波多重信号には、例えば、偏波多重ＱＰＳＫがある。
なお、図２１では、互いに異なる２つのスクランブルが施されたＦＥＣ符号化データがそれぞれマッピングされた２つのＱＰＳＫ信号について光信号を生成する構成を示した。ただし、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる３つ以上のスクランブルが施される場合、光送信部５Ａに、光源、ＩＱ変調器、コリメータおよび光学系から構成されたユニットを３つ以上設けてもよい。この場合、複数のユニットが備える光源は、互いに異なる単一波長の光をそれぞれ出力する。
光送信部５Ａでは、光学系５５ａおよび光学系５５ｂからそれぞれ送信された光がコヒーレンシの高い光であっても、互いのキャリアの周波数が異なっているため、互いに干渉せず、位相が反転しても打ち消し合わない。このため、光受信器側では、２つの受信側光学系を有する場合と同様のダイバーシティ効果が得られる。
受信ＤＳＰ３Ｄにおいて、波長分離部３３は、光受信部２Ａが備えるコヒーレント検波器２５Ａによってコヒーレント検波された電気信号を、単一波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する。周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって波長λ１の周波数に応じて分離された電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって波長λ２の周波数に応じて分離された電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する。
適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによって生成された電気信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによって生成された電気信号を適応等化する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングする。搬送波推定部３６ａと搬送波推定部３６ｂによってそれぞれ搬送波推定が行われた電気信号は、デマッピングによって当該電気信号の尤度に変換される。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４が備えるスクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４が備えるスクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａおよびデスクランブラ６３ｂによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する。ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う復号部である。
また、図２２には、受信ＤＳＰ３Ｄが、波長分離部３３の後段に、周波数シフト部、適応等化部、搬送波推定部、デマッピング部およびデスクランブラから構成されたユニットを２つ備える構成を示した。ただし、受信ＤＳＰ３Ｄは、送信波長である単一波長の数に応じて上記ユニットを３つ以上備えてもよい。この場合、波長分離部３３は、光受信部によってコヒーレント検波された受信信号を、それぞれの送信波長に対応した周波数に応じて分離し、分離された信号を複数の上記ユニットにそれぞれ出力する。
次に、受信ＤＳＰ３Ｄの動作について説明する。
図２３は、受信ＤＳＰ３Ｄの動作を示すフローチャートである。
波長分離部３３は、コヒーレント検波器に２５Ａによってコヒーレント検波された電気信号を、送信波長である単一波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する（ステップＳＴ１ｆ）。例えば、波長分離部３３は、波長λ１とλ２とのそれぞれに対応する周波数の信号を通過させるフィルタを用いて、送信波長λ１とλ２に対応した信号を分離する。
周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって分離された波長λ１に対応する電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｆ−１）。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって分離された波長λ２に対応する電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｆ−２）。
続いて、適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによってベースバンド信号に変換された信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｆ−１）。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによってベースバンド信号に変換された信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｆ−２）。
例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた電気信号（波長λ１に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｆ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた電気信号（波長λ２に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｆ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、光源５０ａおよび光源５０ｂのそれぞれから出力された光と局発光との周波数差および位相差を補償する。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｆ−１）。デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｆ−２）。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｆ−１）。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｆ−２）。
続いて、尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａによってデスクランブルされた尤度と、デスクランブラ６３ｂによってデスクランブルされた尤度とを合成する（ステップＳＴ７ｆ）。次に、ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度をＦＥＣ復号し、復号されたデータを出力する（ステップＳＴ８ｆ）。
以上のように、実施の形態８に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ｄが、光受信部２Ａによってコヒーレント検波された電気信号を、送信波長である複数の単一波長のそれぞれに対応する周波数に応じて分離し、分離された複数の電気信号のそれぞれに周波数シフトを行い、周波数シフトされた複数の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対してそれぞれ搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号をそれぞれデマッピングする。そして、受信ＤＳＰ３Ｄは、デマッピングによって生成された複数の尤度に対して互いに異なるスクランブルのそれぞれに対応したデスクランブルを行い、デスクランブルされた複数の尤度を合成して、合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う。光送信部５Ａから送信された複数の光信号は、キャリアの周波数が互いに異なるため、互いに干渉せずに光受信部２Ｂにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、これらの信号が合成されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティ効果が得られる。
また、空間光送信器に光アンプを用いた場合であっても、送信偏波の偏りを防ぐことができ、光アンプの偏波依存性の影響を抑えることができる。
さらに、光送信部５Ａ、光受信部２Ａおよび伝播媒体において、パタン依存性の劣化要因があっても、２つの光信号で異なるパタンを用いることで、ダイバーシティ効果によってパタン依存性の劣化を軽減することができる。
実施の形態９．
図２４は、実施の形態９に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｅの構成を示すブロック図である。実施の形態９に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、図１６に示した送信ＤＳＰ４と図２１に示した光送信部５Ａを備える。送信する信号は、例えばＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、図１３に示した光受信部２Ｂと図２４に示す受信ＤＳＰ３Ｅを備える。
受信ＤＳＰ３Ｅにおいて、適応等化部３５ａは、光受信部２Ｂが備えるコヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された波長λ１の信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、光受信部２Ｂが備えるコヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された波長λ２の信号を適応等化する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングする。搬送波推定部３６ａと搬送波推定部３６ｂによってそれぞれ搬送波推定が行われた電気信号は、デマッピングによって当該電気信号の尤度に変換される。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４が備えるスクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４が備えるスクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａおよびデスクランブラ６３ｂによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する。ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う復号部である。
図２４には、受信ＤＳＰ３Ｅが、適応等化部、搬送波推定部、デマッピング部およびデスクランブラから構成されたユニットを２つ備える構成を示した。ただし、受信ＤＳＰ３Ｅは、送信波長である単一波長の数に応じて上記ユニットを３つ以上備えてもよい。
次に、受信ＤＳＰ３Ｅの動作について説明する。
図２５は、受信ＤＳＰ３Ｅの動作を示すフローチャートである。
適応等化部３５ａは、コヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された波長λ１の信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｇ−１）。適応等化部３５ｂは、コヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された波長λ２の信号を適応等化して、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｇ−２）。例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた波長λ１に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｇ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた波長λ２に対応する電気信号に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｇ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、光送信部５Ａが備える光源５０ａおよび５０ｂから出力された光信号と局発光との周波数差および位相差を補償する。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｇ−１）。デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングし、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｇ−２）。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｇ−１）。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｇ−２）。
続いて、尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａによってデスクランブルされた尤度と、デスクランブラ６３ｂによってデスクランブルされた尤度とを合成する（ステップＳＴ５ｇ）。次に、ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度をＦＥＣ復号し、復号されたデータを出力する（ステップＳＴ６ｇ）。
以上のように、実施の形態９に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ｅが、光受信部２Ｂによってコヒーレント検波された複数の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対してそれぞれ搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号をそれぞれデマッピングする。そして、受信ＤＳＰ３Ｅは、デマッピングによって生成された複数の尤度に対して互いに異なるスクランブルのそれぞれに対応したデスクランブルを行い、デスクランブルされた複数の尤度を合成して、合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う。光送信部５Ａから送信された複数の光信号は、キャリアの周波数が互いに異なるため、互いに干渉せずに、光受信部２Ｂにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、これらの信号が合成されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器では、ダイバーシティ効果が得られる。
また、空間光送信器に光アンプを用いた場合であっても、送信偏波の偏りを防ぐことができ、光アンプの偏波依存性の影響を抑えることができる。
さらに、光送信部５Ａ、光受信部２Ｂおよび伝播媒体において、パタン依存性の劣化要因があっても、２つの光信号で異なるパタンを用いることで、ダイバーシティ効果によってパタン依存性の劣化を軽減することができる。
実施の形態１０．
図２６は、実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える送信ＤＳＰ４Ａの構成を示すブロック図である。図２７は、実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える光送信部５Ｂの構成を示すブロック図である。図２８は、実施の形態１０に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｆの構成を示すブロック図である。実施の形態１０に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、図２６に示す送信ＤＳＰ４Ａおよび図２７に示す光送信部５Ｂを備えている。送信する信号は、例えばＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、図４に示した光受信部２と図２８に示す受信ＤＳＰ３Ｆを備える。
送信ＤＳＰ４Ａは、空間に送信するデータをデジタル信号処理する送信信号処理部であり、図２６に示すように、ＦＥＣ符号化部４０、スクランブラ４１ａ、スクランブラ４１ｂ、スクランブラ４１ｃ、スクランブラ４１ｄ、マッピング部４２ａ、マッピング部４２ｂ、マッピング部４２ｃおよびマッピング部４２ｄを備えている。
光送信部５Ｂは、送信ＤＳＰ４Ａによって生成されたＱＰＳＫ信号を用いて空間へ送信する光信号を生成する。光送信部５Ｂは、図２７に示すように、光源５０ａ、光源５０ｂ、スプリッタ５６ａ、スプリッタ５６ｂ、ＩＱ変調器５２ａ、ＩＱ変調器５２ｂ、ＩＱ変調器５２ｃ、ＩＱ変調器５２ｄ、偏波回転部５３ａ、偏波回転部５３ｂ、偏波回転部５３ｃ、偏波回転部５３ｄ、コリメータ５４ａ、コリメータ５４ｂ、コリメータ５４ｃ、コリメータ５４ｄ、光学系５５ａ、光学系５５ｂ、光学系５５ｃおよび光学系５５ｄを備えている。
受信ＤＳＰ３Ｆは、光受信部２によって受信された光信号をデジタル信号処理する受信信号処理部であり、図２８に示すように、波長分離部３３、周波数シフト部３４ａ、周波数シフト部３４ｂ、適応等化部３５ａ、適応等化部３５ｂ、搬送波推定部３６ａ、搬送波推定部３６ｂ、デマッピング部６２ａ、デマッピング部６２ｂ、デマッピング部６２ｃ、デマッピング部６２ｄ、デスクランブラ６３ａ、デスクランブラ６３ｂ、デスクランブラ６３ｃ、デスクランブラ６３ｄ、尤度合成部６４およびＦＥＣ復号部６５を備える。
送信ＤＳＰ４Ａにおいて、ＦＥＣ符号化部４０は、空間に送信するデータをＦＥＣ符号化する符号化部である。ＦＥＣ符号化部４０によって符号化されたデータは、スクランブラ４１ａ〜４１ｄにそれぞれ出力される。スクランブラ４１ａ〜４１ｄは、ＦＥＣ符号化部４０によって符号化された信号に対して、互いに異なるスクランブルを施す。例えば、特性多項式が異なる自己同期型スクランブルが用いられる。マッピング部４２ａ〜４２ｄは、スクランブラ４１ａ〜４２ｄによってスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする。
なお、図２６では、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる４つのスクランブルを施す場合を示したが、送信ＤＳＰ４Ａは、互いに異なる２つ以上のスクランブラを備えていればよい。例えば、ＦＥＣ符号化データに対して互いに異なる５つ以上のスクランブルを施す場合、送信ＤＳＰ４Ａには、スクランブラおよびマッピング部から構成されたユニットを５つ以上設けられる。
光送信部５Ｂにおいて、光源５０ａおよび光源５０ｂは、互いに異なる単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。スプリッタ５６ａは、光源５０ａから出力された光を２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ５６ｂは、光源５０ｂから出力された光を２つに分配する送信側分配部である。
ＩＱ変調器５２ａは、スプリッタ５６ａによって分配され光を、マッピング部４２ａによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調し、変調された光信号を生成する変調部である。また、ＩＱ変調器５２ｂは、スプリッタ５６ａによって分配された光を、マッピング部４２ｂによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調し、変調された光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器５２ｃは、スプリッタ５６ｂによって分配された光を、マッピング部４２ｃによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調し、変調された光信号を生成する変調部である。また、ＩＱ変調器５２ｄは、スプリッタ５６ｂによって分配された光を、マッピング部４２ｄによってマッピングが行われたＱＰＳＫ信号に応じて変調し、変調された光信号を生成する変調部である。
偏波回転部５３ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。偏波回転部５３ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。偏波回転部５３ｃは、ＩＱ変調器５２ｃによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。偏波回転部５３ｄは、ＩＱ変調器５２ｄによって変調された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する。直交する２偏波は、例えば、左円偏光および右円偏光である。
コリメータ５４ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｃは、偏波回転部５３ｃによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｄは、偏波回転部５３ｄによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。
光学系５５ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転され、コリメータ５４ａによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系５５ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転され、コリメータ５４ｂによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系５５ｃは、偏波回転部５３ｃによって偏波が回転され、コリメータ５４ｃによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。光学系５５ｄは、偏波回転部５３ｄによって偏波が回転され、コリメータ５４ｄによって平行光に変換された光信号を、空間に送信する送信側光学系である。
図２７では、波長λ１の右円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ａから送信され、波長λ１の左円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ｂから送信されている。波長λ２の右円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ｃから送信され、波長λ２の左円偏光であるＱＰＳＫ信号が、光学系５５ｄから送信されている。
なお、光学系５５ａ〜５５ｄは、それぞれ、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。光学系５５ａ〜５５ｄにおける光学系間の距離は、大気の揺らぎの強さを表す指標であるフリードパラメータよりも大きい値である。
なお、図２７では、互いに異なる４つのスクランブルが施されたＦＥＣ符号化データがそれぞれマッピングされた２つのＱＰＳＫ信号について光信号を生成する構成を示した。ただし、ＦＥＣ符号化データに対して、互いに異なる５つ以上のスクランブルが施される場合、光送信部５Ｂに、ＩＱ変調器、偏波回転部、コリメータおよび光学系から構成されたユニットが５つ以上設けられる。
受信ＤＳＰ３Ｆにおいて、波長分離部３３は、光受信部２が備える偏波多重コヒーレント検波器２５によってコヒーレント検波された信号を、送信波長である単一波長λ１とλ２に対応する周波数に応じて分離する。
周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって波長λ１に対応する周波数に応じて分離された２つの電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号をそれぞれ生成する。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって波長λ２の周波数に応じて分離された２つの電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号をそれぞれ生成する。
適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによって生成された２つの電気信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによって生成された２つの電気信号を適応等化する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた２つの電気信号に対して搬送波推定を行う。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた２つの電気信号に対して搬送波推定を行う。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの一方をデマッピングし、デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの他方をデマッピングする。さらに、デマッピング部６２ｃは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの一方をデマッピングし、デマッピング部６２ｄは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの他方をデマッピングする。
搬送波推定部３６ａと搬送波推定部３６ｂによってそれぞれ搬送波推定が行われた４つの電気信号は、デマッピングによって、４つの電気信号のそれぞれの尤度に変換される。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｃは、デマッピング部６２ｃによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｃによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｄは、デマッピング部６２ｄによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｄによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。
尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａ〜６３ｄによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する。ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う復号部である。
なお、図２８には、受信ＤＳＰ３Ｆが、適応等化部、搬送波推定部、２つのデマッピング部、および２つのデスクランブラから構成されたユニットを２つ備える構成を示した。
ただし、受信ＤＳＰ３Ｆは、送信波長である単一波長の数に応じて上記ユニットを３つ以上備えてもよい。
次に、送信ＤＳＰ４Ａの動作について説明する。
図２９は、送信ＤＳＰ４Ａの動作を示すフローチャートである。
ＦＥＣ符号化部４０が、空間に送信するデータをＦＥＣ符号化する（ステップＳＴ１ｈ）。ＦＥＣ符号化部４０によってＦＥＣ符号化されたデータは、スクランブラ４１ａ〜４１ｄにそれぞれ出力される。
スクランブラ４１ａ〜４１ｄのそれぞれは、ＦＥＣ符号化部４０によってＦＥＣ符号化されたデータに対して互いに異なるスクランブルを行う（ステップＳＴ２ｈ−１〜ステップＳＴ２ｈ−４）。マッピング部４２ａ〜４２ｄは、スクランブラ４１ａ〜４２ｄによってそれぞれスクランブルされた信号をＱＰＳＫ信号にマッピングする（ステップＳＴ３ｈ−１〜ステップＳＴ３ｈ−４）。
マッピング部４２ａによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、光送信部５Ａが備えるＩＱ変調器５２ａに出力され、マッピング部４２ｂによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、ＩＱ変調器５２ｂに出力され、マッピング部４２ｃによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、ＩＱ変調器５２ｃに出力され、マッピング部４２ｄによってマッピングされたＱＰＳＫ信号は、ＩＱ変調器５２ｄに出力される。
次に、受信ＤＳＰ３Ｆの動作について説明する。
図３０は、受信ＤＳＰ３Ｆの動作を示すフローチャートである。
波長分離部３３は、偏波多重コヒーレント検波器に２５によってコヒーレント検波された４つの電気信号を、送信波長である単一波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する（ステップＳＴ１ｉ）。例えば、波長分離部３３は、波長λ１とλ２とのそれぞれに対応する周波数の信号を通過させるフィルタを用いて、送信波長λ１とλ２に対応した信号を分離する。
周波数シフト部３４ａは、波長分離部３３によって分離された波長λ１に対応する２つの電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｉ−１）。周波数シフト部３４ｂは、波長分離部３３によって分離された波長λ２に対応する２つの電気信号を周波数シフトさせて、ベースバンド信号の電気信号を生成する（ステップＳＴ２ｉ−２）。
続いて、適応等化部３５ａは、周波数シフト部３４ａによってベースバンド信号に変換された２つの信号を適応等化し、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｉ−１）。適応等化部３５ｂは、周波数シフト部３４ｂによってベースバンド信号に変換された２つの信号を適応等化し、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ３ｉ−２）。例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた２つの電気信号（波長λ１に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｉ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた２つの電気信号（波長λ２に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ４ｉ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、光送信部５Ｂが備える光源５０ａおよび光源５０ｂのそれぞれから出力された光と局発光との周波数差および位相差を補償する。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号の一方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｉ−１）。デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号の他方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｉ−２）。
さらに、デマッピング部６２ｃは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号の一方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｉ−３）。デマッピング部６２ｄは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号の他方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ５ｉ−４）。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｉ−１）。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｉ−２）。
デスクランブラ６３ｃは、デマッピング部６２ｃによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｃによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｉ−３）。デスクランブラ６３ｄは、デマッピング部６２ｄによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｄによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ６ｉ−４）。
続いて、尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａ〜６３ｄによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する（ステップＳＴ７ｉ）。次に、ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度をＦＥＣ復号し、復号されたデータを出力する（ステップＳＴ８ｉ）。
以上のように、実施の形態１０に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ｆが、光受信部２によってコヒーレント検波された複数の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対してそれぞれ搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号をそれぞれデマッピングする。そして、受信ＤＳＰ３Ｆは、デマッピングによって生成された複数の尤度に対して互いに異なるスクランブルのそれぞれに対応したデスクランブルを行い、デスクランブルされた複数の尤度を合成して、合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う。光送信部５Ｂから送信された複数の光信号は、偏波が直交しているため、互いに干渉せずに、光受信部２においてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する２つの信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、全ての信号が合成されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器は、実施の形態７から実施の形態９までに示した空間光受信器よりも、多くのダイバーシティ効果が得られる。
実施の形態１１．
図３１は、実施の形態１１に係る空間光通信システムが備える受信ＤＳＰ３Ｇの構成を示すブロック図である。実施の形態１１に係る空間光通信システムは、空間光送信器と空間光受信器から構成される。空間光送信器は、図２６に示した送信ＤＳＰ４Ａと図２７に示した光送信部５Ｂを備える。送信する信号は、例えばＱＰＳＫ信号とする。空間光受信器は、図１３に示した光受信部２Ｂと図３１に示す受信ＤＳＰ３Ｇを備える。
受信ＤＳＰ３Ｇにおいて、適応等化部３５ａは、光受信部２Ｂが備えるコヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された波長λ１の２偏波の信号を適応等化する。適応等化部３５ｂは、光受信部２Ｂが備えるコヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された波長λ２の２偏波の信号を適応等化する。搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた２つの電気信号に対して搬送波推定を行う。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた２つの電気信号に対して搬送波推定を行う。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの一方をデマッピングし、デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの他方をデマッピングする。デマッピング部６２ｃは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの一方をデマッピングし、デマッピング部６２ｄは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた２つの電気信号のうちの他方をデマッピングする。搬送波推定部３６ａと搬送波推定部３６ｂによってそれぞれ搬送波推定が行われた４つの電気信号は、デマッピングによって、４つの電気信号のそれぞれの尤度に変換される。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。
デスクランブラ６３ｃは、デマッピング部６２ｃによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｃによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。デスクランブラ６３ｄは、デマッピング部６２ｄによって生成された尤度に対して、送信ＤＳＰ４Ａが備えるスクランブラ４１ｄによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う。
尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａ〜６３ｄによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する。ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う復号部である。
なお、図３１には、受信ＤＳＰ３Ｇが、適応等化部、搬送波推定部、２つのデマッピング部、および２つのデスクランブラから構成されたユニットを２つ備える構成を示した。
ただし、受信ＤＳＰ３Ｇは、送信波長である単一波長の数に応じて上記ユニットを３つ以上備えてもよい。
次に、受信ＤＳＰ３Ｇの動作について説明する。
図３２は、受信ＤＳＰ３Ｇの動作を示すフローチャートである。
適応等化部３５ａは、コヒーレント検波器２７ａによってコヒーレント検波された２つの信号を適応等化し、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｊ−１）。適応等化部３５ｂは、コヒーレント検波器２７ｂによってコヒーレント検波された２つの信号を適応等化し、当該信号中の線形の歪みを補償する（ステップＳＴ１ｊ−２）。
例えば、適応等化部３５ａおよび適応等化部３５ｂは、ＦＩＲフィルタから構成され、定包絡線基準アルゴリズムによって電気信号の適応等化を行う。
搬送波推定部３６ａは、適応等化部３５ａによって適応等化が行われた２つの電気信号（波長λ１に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｊ−１）。搬送波推定部３６ｂは、適応等化部３５ｂによって適応等化が行われた２つの電気信号（波長λ２に対応する電気信号）に対して搬送波推定を行う（ステップＳＴ２ｊ−２）。例えば、搬送波推定部３６ａおよび搬送波推定部３６ｂは、電気信号から光信号の搬送波を推定することで、光送信部５Ｂが備える光源５０ａおよび光源５０ｂのそれぞれから出力された光と局発光との周波数差および位相差を補償する。
デマッピング部６２ａは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号の一方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｊ−１）。デマッピング部６２ｂは、搬送波推定部３６ａによって搬送波推定が行われた電気信号の他方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｊ−２）。
さらに、デマッピング部６２ｃは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号の一方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｊ−３）。デマッピング部６２ｄは、搬送波推定部３６ｂによって搬送波推定が行われた電気信号の他方をデマッピングして、当該電気信号を尤度に変換する（ステップＳＴ３ｊ−４）。
デスクランブラ６３ａは、デマッピング部６２ａによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ａによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｊ−１）。デスクランブラ６３ｂは、デマッピング部６２ｂによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｂによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｊ−２）。
デスクランブラ６３ｃは、デマッピング部６２ｃによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｃによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｊ−３）。デスクランブラ６３ｄは、デマッピング部６２ｄによって生成された尤度に対して、スクランブラ４１ｄによって行われたスクランブルに対応したデスクランブルを行う（ステップＳＴ４ｊ−４）。
続いて、尤度合成部６４は、デスクランブラ６３ａ〜６３ｄによってそれぞれデスクランブルされた尤度を合成する（ステップＳＴ５ｊ）。次に、ＦＥＣ復号部６５は、尤度合成部６４によって合成された尤度をＦＥＣ復号し、復号されたデータを出力する（ステップＳＴ６ｊ）。
以上のように、実施の形態１１に係る空間光通信システムにおいて、受信ＤＳＰ３Ｇが、光受信部２Ｂによってコヒーレント検波された複数の電気信号を適応等化し、適応等化が行われた複数の電気信号に対してそれぞれ搬送波推定を行い、搬送波推定が行われた複数の電気信号をそれぞれデマッピングする。そして、受信ＤＳＰ３Ｇは、デマッピングによって生成された複数の尤度に対して、互いに異なるスクランブルのそれぞれに対応したデスクランブルを行い、デスクランブルされた複数の尤度を合成して、合成された尤度に対してＦＥＣ復号を行う。光送信部５Ｂから送信された複数の光信号は、偏波が直交しているため、互いに干渉せずに、光受信部２Ｂにおいてコヒーレント検波される。送信波長のそれぞれに対応する２つの信号に対して適応等化および搬送波推定を行われてから、全ての信号が合成されるので、ＳＮ比が最大になるように合成される。このため、空間光受信器は、実施の形態７から実施の形態９までに示した空間光受信器よりも、多くのダイバーシティ効果が得られる。
実施の形態１２．
図３３は、実施の形態１２に係る空間光送信器１Ｃの構成を示すブロック図である。
図３３に示すように、空間光送信器１Ｃは、光源５０ａ、光源５０ｂ、ＩＱ変調器５２ａ、ＩＱ変調器５２ｂ、スプリッタ５６ａ、スプリッタ５６ｂ、偏波回転部５３ａ、偏波回転部５３ｂ、偏波回転部５３ｃ、偏波回転部５３ｄ、コリメータ５４ａ、コリメータ５４ｂ、コリメータ５４ｃ、コリメータ５４ｄ、第１の指向制御ミラー５７ａ、第２の指向制御ミラー５７ｂ、第３の指向制御ミラー５７ｃ、光学系５５ａ、光学系５５ｂ、光学系５５ｃ、光学系５５ｄ、指向制御部５８、ビームスプリッタ５９ａ、ビームスプリッタ５９ｂ、ビームスプリッタ５９ｃおよびビームスプリッタ５９ｄを備える。光源５０ａおよび光源５０ｂは、互いに異なる単一波長の光を出力する光源であり、例えば、半導体レーザである。図３において、光源５０ａは、波長λ１の光を出力し、光源５０ｂは、λ１とは異なる波長λ２の光を出力する。
ＩＱ変調器５２ａは、光源５０ａから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。ＩＱ変調器５２ｂは、光源１０ｂから出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部である。実施の形態２と同様に、例えば、送信する信号がＱＰＳＫ信号である場合、ＩＱ変調器５２ａは、光源５０ａから出力された光を、同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ１でＸ偏波の光信号を生成する。ＩＱ変調器５２ｂは、光源５０ｂから出力された光を、同一のＱＰＳＫ信号に変調することで、波長がλ２でＸ偏波の光信号を生成する。
スプリッタ５６ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調された光信号を、２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ５６ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調された光信号を、２つに分配する送信側分配部である。スプリッタ５６ａは、ＩＱ変調器５２ａによって変調された光信号を偏波回転部５３ａと偏波回転部５３ｂに分配する。スプリッタ５６ｂは、ＩＱ変調器５２ｂによって変調された光信号を偏波回転部５３ｃと偏波回転部５３ｄに分配する。
偏波回転部５３ａおよび偏波回転部５３ｂは、スプリッタ５６ａによって分配された光信号の偏波を回転させる。偏波回転部５３ａから出力された光信号と偏波回転部５３ｂから出力された光信号は、直交する２偏波の光信号であり、例えば、右円偏光と左円偏光である。さらに、偏波回転部５３ｃおよび偏波回転部５３ｄは、スプリッタ５６ｂによって分配された光信号の偏波を回転させる。偏波回転部５３ｃから出力された光信号と偏波回転部５３ｄから出力された光信号は、直交する２偏波の光信号であり、例えば、右円偏光と左円偏光である。
コリメータ５４ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する送信側光学系である。コリメータ５４ｃは、偏波回転部５３ｃによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する。コリメータ５４ｄは、偏波回転部５３ｄによって偏波が回転された光信号を入力して、入力された光信号を平行光に変換する。
第１の指向制御ミラー５７ａは、送信側光学系であるコリメータ５４ｂから出力された光信号の指向を制御する指向制御ミラーである。第２の指向制御ミラー５７ｂは、送信側光学系であるコリメータ５４ｃから出力された光信号の指向を制御する指向制御ミラーである。第３の指向制御ミラー５７ｃは、送信側光学系であるコリメータ５４ｄから出力された光信号の指向を制御する指向制御ミラーである。指向制御部５８は、ビームスプリッタ５９ａ〜５９ｄのそれぞれによって分配された光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように、第１の指向制御ミラー５７ａ、第２の指向制御ミラー５７ｂおよび第３の指向制御ミラー５７ｃを制御する。
また、光学系１５ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転され、コリメータ５４ａによって平行光に変換された光信号を、ビームスプリッタ５９ａに出力する送信側光学系である。光学系１５ｂは、偏波回転部５３ｂによって偏波が回転され、コリメータ５４ｂによって平行光に変換され、第１の指向制御ミラー５７ａを通った光信号を、ビームスプリッタ５９ｂに出力する送信側光学系である。光学系１５ｃは、偏波回転部５３ｃによって偏波が回転され、コリメータ５４ｃによって平行光に変換され、第２の指向制御ミラー５７ｂを通った光信号を、ビームスプリッタ５９ｃに出力する送信側光学系である。光学系１５ｄは、偏波回転部５３ｄによって偏波が回転され、コリメータ５４ｄによって平行光に変換され、第３の指向制御ミラー５７ｃを通った光信号を、ビームスプリッタ５９ｄに出力する送信側光学系である。
ビームスプリッタ５９ａは、偏波回転部５３ａによって偏波が回転され、コリメータ５４ａによって平行光に変換された光信号を、第１の光信号と第２の光信号に分配し、第１の信号を空間に送信し、第２の光信号を指向制御部５８に出力する送信側ビームスプリッタである。ビームスプリッタ５９ｂは、第１の指向制御ミラー５７ａによって指向が制御された光信号を第１の光信号と第２の光信号に分配し、第１の信号を空間に送信し、第２の光信号を指向制御部５８に出力する送信側ビームスプリッタである。ビームスプリッタ５９ｃは、第２の指向制御ミラー５７ｂによって指向が制御された光信号を第１の光信号と第２の光信号に分配し、第１の信号を空間に送信し、第２の光信号を指向制御部５８に出力する送信側ビームスプリッタである。ビームスプリッタ５９ｄは、第３の指向制御ミラー５７ｃによって指向が制御された光信号を第１の光信号と第２の光信号に分配し、第１の信号を空間に送信し、第２の光信号を指向制御部５８に出力する送信側ビームスプリッタである。
図３３では、波長λ１の右円偏光がビームスプリッタ５９ａから送信され、波長λ１の左円偏光がビームスプリッタ５９ｂから送信される。波長λ２の右円偏光がビームスプリッタ５９ｃから送信され、波長λ２の左円偏光がビームスプリッタ５９ｄから送信されている。
光学系１５ａ、光学系１５ｂ、光学系１５ｃおよび光学系１５ｄは、入力された光信号のビーム径を広げてから空間に送信する。また、光学系１５ａ〜１５ｄのそれぞれの間隔は、実施の形態１と同様に、フリードパラメータよりも大きい値である。
また、図３３には、４つの光学系に対して３つの指向制御ミラーを有した空間光送信器１Ｃを示した。ただし、空間光送信器１ＣがＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光学系を有する場合、（Ｎ−１）個の指向制御ミラーが、（Ｎ−１）個のコリメータと（Ｎ−１）個の光学系との間に配置される。
図３４は、指向制御部５８の構成を示すブロック図である。図３４において、指向制御部５８は、ビームコンバイナ５８０〜５８２、集光レンズ５８３、イメージセンサ５８４および制御部５８５を備える。ビームコンバイナ５８０は、ビームスプリッタ５９ｃによって分配された波長λ２の右円偏光とビームスプリッタ５９ｄによって分配された波長λ２の左円偏光とを合波してビームコンバイナ５８１に出力する。ビームコンバイナ５８１は、ビームコンバイナ５８０から入力した光信号とビームスプリッタ５９ｂによって分配された波長λ１の左円偏光とを合波してビームコンバイナ５８２に出力する。ビームコンバイナ５８２は、ビームコンバイナ５８１から入力した光信号とビームスプリッタ５９ａによって分配された波長λ１の右円偏光とを合波して集光レンズ５８３に出力する。
集光レンズ５８３は、ビームコンバイナ５８２から入力した光信号を、イメージセンサ５８４上に集光するレンズである。イメージセンサ５８４は、集光レンズ５８３によって集光された光を受光するセンサである。制御部５８５は、イメージセンサ５８４上の集光点の位置に応じて、第１の指向制御ミラー５７ａ、第２の指向制御ミラー５７ｂおよび第３の指向制御ミラー５７ｃを制御する。
次に、指向制御部５８の動作について説明する。
図３５は、指向制御部５８の動作を示すフローチャートである。
ビームスプリッタ５９ａ〜５９ｄによって指向制御部５８に分配された４つの光信号（波長λ１の左円偏光、波長λ１の右円偏光、波長λ２の左円偏光、波長λ２の右円偏光）は、ビームコンバイナ５８０〜５８２によって合波される。集光レンズ５８３は、ビームコンバイナ５８２から入力した光信号を、イメージセンサ５８４の受光面に集光させる。制御部５８５は、イメージセンサ５８４の受光面上の集光点の位置を取得する。
制御部５８５は、イメージセンサ５８４の受光面上の４つの信号光に対応する集光点の相互のずれを検出して、４つの集光点が一致するように、第１の指向制御ミラー５７ａ、第２の指向制御ミラー５７ｂおよび第３の指向制御ミラー５７ｃを制御する。
まず、制御部５８５は、第２の指向制御ミラー５７ｂと第３の指向制御ミラー５７ｃの駆動機構を制御して、波長λ２の左円偏光および波長λ２の右円偏光の集光点を、イメージセンサ５８４の範囲外（受光面外）に移動させる（ステップＳＴ１ｋ）。
次に、制御部５８５は、波長λ１の左円偏光の集光点と波長λ１の右円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致するように、第１の指向制御ミラー５７ａの駆動機構を制御する（ステップＳＴ２ｋ）。
制御部５８５は、波長λ１の左円偏光の集光点と波長λ１の右円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致したときの第１の指向制御ミラー５７ａの制御値を記録する（ステップＳＴ３ｋ）。例えば、第１の指向制御ミラー５７ａの制御値は、制御部５８５から読み書き可能なメモリに記録される。
続いて、制御部５８５は、第１の指向制御ミラー５７ａと第３の指向制御ミラー５７ｃの駆動機構を制御して、波長λ１の左円偏光および波長λ２の左円偏光の集光点を、イメージセンサ５８４の範囲外に移動させる（ステップＳＴ４ｋ）。
次に、制御部５８５は、波長λ１の右円偏光の集光点と波長λ２の右円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致するように、第２の指向制御ミラー５７ｂの駆動機構を制御する（ステップＳＴ５ｋ）。
制御部５８５は、波長λ１の右円偏光の集光点と波長λ２の右円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致したときの第２の指向制御ミラー５７ｂの制御値を記録する（ステップＳＴ６ｋ）。
続いて、制御部５８５は、第１の指向制御ミラー５７ａと第２の指向制御ミラー５７ｂの駆動機構を制御して、波長λ１の左円偏光および波長λ２の右円偏光の集光点を、イメージセンサ５８４の範囲外に移動させる（ステップＳＴ７ｋ）。
次に、制御部５８５は、波長λ１の右円偏光の集光点と波長λ２の左円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致するように、第３の指向制御ミラー５７ｃの駆動機構を制御する（ステップＳＴ８ｋ）。
この後、制御部５８５は、波長λ１の右円偏光の集光点と波長λ２の左円偏光の集光点がイメージセンサ５８４の受光面上で一致したときの第３の指向制御ミラー５７ｃの制御値Ａを記録する（ステップＳＴ９ｋ）。さらに、制御部５８５は、第１の指向制御ミラー５７ａと第２の指向制御ミラー５７ｂの駆動機構の制御値として、ステップＳＴ９ｋにて記録された制御値Ａを設定する（ステップＳＴ１０ｋ）。制御値Ａで第１の指向制御ミラー５７ａと第２の指向制御ミラー５７ｂを制御することで、波長λ１の左円偏光、波長λ１の右円偏光、波長λ２の左円偏光および波長λ２の右円偏光の指向ずれを補償することができる。
次に、指向制御部５８の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
指向制御部５８における制御部５８５の機能は処理回路により実現される。すなわち、指向制御部５８は、図３５のステップＳＴ１ｋからステップＳＴ１０ｋまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。
図３６Ａは、指向制御部５８の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３６Ｂは、指向制御部５８の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図３６Ａおよび図３６Ｂにおいて、集光レンズ２００は、図３４に示した集光レンズ５８３である。イメージセンサ２０１は、図３４に示したイメージセンサ５８４である。イメージセンサ５８４は、例えば固体撮像素子である。ビームコンバイナ２０２は、図３４に示したビームコンバイナ５８０〜５８２である。
処理回路が図３６Ａに示す専用のハードウェアの処理回路２０３である場合、処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御部５８５の機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
処理回路が図３６Ｂに示すプロセッサ２０４である場合、制御部５８５の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ２０５に記憶される。
プロセッサ２０４は、メモリ２０５に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、制御部５８５の機能を実現する。例えば、指向制御部５８は、プロセッサ２０４によって実行されるときに、図３５に示したフローチャートのステップＳＴ１ｋからステップＳＴ１０ｋまでの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ２０５を備える。このプログラムは、制御部５８５の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ２０５は、コンピュータを、指向制御部５８として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ２０５は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
制御部５８５の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
これまで、図３３を用いて、指向制御ミラー、指向制御部およびビームスプリッタを、実施の形態３で示した空間光送信器（図３）に追加した構成を説明した。ただし、これは一例であり、指向制御ミラー、指向制御部およびビームスプリッタは、実施の形態１で示した空間光送信器（図１）に追加することもできるし、実施の形態２で示した空間光送信器（図２）に追加することもできる。さらに、指向制御ミラー、指向制御部およびビームスプリッタは、実施の形態７から実施の形態１１までに示した光送信部５、光送信部５Ａおよび光送信部５Ｂに追加することができる。いずれにおいても、指向制御ミラーは、コリメータと光学系との間に配置される。ビームスプリッタは、光学系の後段に配置され、光学系から出力された光の一部を指向制御部に分配し、残りの光を空間に送信する。
以上のように、実施の形態１２に係る空間光送信器１Ｃは、第１の指向制御ミラー５７ａ、第２の指向制御ミラー５７ｂ、第３の指向制御ミラー５７ｃ、指向制御部５８、ビームスプリッタ５９ａ〜５９ｄを備える。この構成を有することで、空間光送信器１Ｃは、空間に送信する光信号の指向ずれを補償することができる。
例えば、送信側光学系から空間へ送信される光信号に指向ずれがある場合、全ての送信側光学系から光を受信器側に伝播させるためには、光信号のビームの広がりを指向ずれよりも大きくする必要があった。これに対して、空間光送信器１Ｃでは、空間へ送信される光信号の指向ずれを補償するので、光信号のビームの広がりを小さくしても、受信器側に効率的に伝播させることができる。
ここで、実施の形態７から実施の形態１２までに示した空間光送信器の機能を実現するハードウェア構成について説明する。空間光送信器における送信ＤＳＰの機能は処理回路により実現される。すなわち、空間光送信器は、前述した送信ＤＳＰによる処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。
図３７Ａは、実施の形態７から実施の形態１２までのそれぞれの光送信部および送信ＤＳＰの機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３７Ｂは、実施の形態７から実施の形態１２までのそれぞれの光送信部および送信ＤＳＰの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図３７Ａおよび図３７Ｂにおいて、光送信装置３００は、実施の形態７から実施の形態１２までに示した光送信部である。
処理回路が図３７Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３０１である場合、処理回路３０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。送信ＤＳＰの機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
処理回路が図３７Ｂに示すプロセッサ３０２である場合、送信ＤＳＰの機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０３に記憶される。
プロセッサ３０２は、メモリ３０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、送信ＤＳＰの機能を実現する。例えば、送信ＤＳＰは、プロセッサ３０２によって実行されるときに、図１９に示したフローチャートのステップＳＴ１ｄからの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３０３を備える。このプログラムは、送信ＤＳＰの手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ３０３は、コンピュータを、送信ＤＳＰとして機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ３０３は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
送信ＤＳＰの機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
続いて、実施の形態７から実施の形態１２までに示した空間光受信器の機能を実現するハードウェア構成について説明する。空間光受信器における受信ＤＳＰの機能は処理回路により実現される。すなわち、空間光受信器は、前述した受信ＤＳＰによる処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。
図３８Ａは、実施の形態５から実施の形態１２までのそれぞれの光受信部および受信ＤＳＰの機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３８Ｂは、実施の形態５から実施の形態１２までのそれぞれの光受信部および受信ＤＳＰの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図３８Ａおよび図３８Ｂにおいて、光受信装置４００は、実施の形態５から実施の形態１２までに示した光受信部である。
処理回路が図３８Ａに示す専用のハードウェアの処理回路４０１である場合、処理回路４０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。受信ＤＳＰの機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
処理回路が図３８Ｂに示すプロセッサ４０２である場合、受信ＤＳＰの機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ４０３に記憶される。
プロセッサ４０２は、メモリ４０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、受信ＤＳＰの機能を実現する。例えば、受信ＤＳＰは、プロセッサ４０２によって実行されるときに、図１２に示したフローチャートのステップＳＴ１ｂからの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ４０３を備える。このプログラムは、受信ＤＳＰの手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ４０３は、コンピュータを、受信ＤＳＰとして機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ４０３は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
受信ＤＳＰの機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
本発明に係る空間光送信器は、システム規模の増大を抑えつつ、安定した空間光通信を行うことができるので、様々な光通信システムに利用可能である。
１，１Ａ〜１Ｃ 空間光送信器、２，２Ａ，２Ｂ 光受信部、３，３Ａ〜３Ｇ 受信ＤＳＰ、４，４Ａ 送信ＤＳＰ、５，５Ａ，５Ｂ 光送信部、１０，１０ａ，１０ｂ，５０ａ，５０ｂ 光源、１１，１１ａ，１１ｂ，５２ａ〜５２ｄ ＩＱ変調器、１２，１２ａ，１２ｂ，２６，５１，５６ａ，５６ｂ スプリッタ、１３ａ〜１３ｄ，５３ａ〜５３ｄ 偏波回転部、１４ａ〜１４ｄ，５４ａ〜５４ｄ コリメータ、１５ａ〜１５ｄ，５５ａ〜５５ｄ 光学系、２１ 追尾ミラー、２２，５９ａ〜５９ｄ ビームスプリッタ、２３ 追尾制御部、２４ 光ファイバ結合器、２５ 偏波多重コヒーレント検波器、２５Ａ，２７ａ，２７ｂ コヒーレント検波器、３０，３５ａ，３５ｂ 適応等化部、３１，３６ａ，３６ｂ 搬送波推定部、３２，３２ａ，３２ｂ，３８，６２ａ〜６２ｄ デマッピング部、３３ 波長分離部、３４ａ，３４ｂ 周波数シフト部、３７ 合成部、３９ａ，３９ｂ，６３ａ〜６３ｄ デスクランブラ、４０ ＦＥＣ符号化部、４１ａ〜４１ｄ スクランブラ、４２ａ〜４２ｄ マッピング部、５７ａ 第１の指向制御ミラー、５７ｂ 第２の指向制御ミラー、５７ｃ 第３の指向制御ミラー、５８ 指向制御部、６０，６４ 尤度合成部、６１，６５ ＦＥＣ復号部、１００，２００，２３２，５８３ 集光レンズ、１０１，２０１，２３１，５８４ イメージセンサ、１０２，２０３，３０１，４０１ 処理回路、１０３，２０４，３０２，４０２ プロセッサ、１０４，２０５，３０３，４０３ メモリ、２０２，５８０〜５８２ ビームコンバイナ、２３０，５８５ 制御部、３００ 光送信装置、４００ 光受信装置。

Claims (6)

  1. 単一波長の光を出力する光源と、
    前記光源から出力された光を、送信する信号に応じて変調し、変調された単一偏波の光信号を生成する変調部と、
    前記変調部によって生成された光信号を２つに分配する送信側分配部と、
    前記送信側分配部によって分配された光信号の偏波を回転させ、直交する２偏波の光信号を生成する偏波回転部と、
    前記偏波回転部によって生成された２偏波の光信号をそれぞれ空間に送信する、２つの送信側光学系を備えたこと
    を特徴とする空間光送信器。
  2. 前記光源、前記変調部、前記送信側分配部、前記偏波回転部および前記送信側光学系を有する複数のユニットを備え、
    複数の前記ユニットが備える前記光源は、互いに異なる単一波長の光を出力すること
    を特徴とする請求項１記載の空間光送信器。
  3. 前記送信側光学系から出力された光信号の指向を制御する指向制御ミラーと、
    前記指向制御ミラーによって指向が制御された光信号を第１の光信号と第２の光信号に分配し、前記第１の光信号を空間に送信する送信側ビームスプリッタと、
    前記第２の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように前記指向制御ミラーを制御する指向制御部を備えたこと
    を特徴とする請求項１または請求項２記載の空間光送信器。
  4. 請求項１記載の空間光送信器と、光受信部および受信信号処理部を有した空間光受信器を備えた空間光通信システムであって、
    前記光受信部は、
    空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系と、
    前記受信側光学系によって集光された光信号の指向角度を変化させる追尾ミラーと、
    前記追尾ミラーから出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタと、
    前記第３の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように前記追尾ミラーを制御する追尾制御部と、
    前記追尾ミラーによって指向ずれが補償された前記第４の光信号を光ファイバに結合する光ファイバ結合器と、
    前記光ファイバ結合器によって前記光ファイバに結合された前記第４の光信号に局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って、直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号を生成する偏波多重コヒーレント検波器を備え、
    前記受信信号処理部は、
    前記偏波多重コヒーレント検波器によって生成された２偏波の電気信号を適応等化して１偏波の電気信号を生成する適応等化部と、
    前記適応等化部によって生成された１偏波の電気信号に対して搬送波推定を行う搬送波推定部と、
    前記搬送波推定部によって搬送波推定が行われた電気信号をデマッピングするデマッピング部を備えたこと
    を特徴とする空間光通信システム。
  5. 請求項２記載の空間光送信器と、光受信部および受信信号処理部を有した空間光受信器を備えた空間光通信システムであって、
    前記光受信部は、
    空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系と、
    前記受信側光学系によって集光された光信号の指向角度を変化させる追尾ミラーと、
    前記追尾ミラーから出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタと、
    前記第３の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように前記追尾ミラーを制御する追尾制御部と、
    前記追尾ミラーによって指向ずれが補償された前記第４の光信号を光ファイバに結合する光ファイバ結合器と、
    前記光ファイバ結合器によって前記光ファイバに結合された前記第４の光信号に局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って、直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号を生成する偏波多重コヒーレント検波器を備え、
    前記受信信号処理部は、
    前記偏波多重コヒーレント検波器によって生成された複数の２偏波の電気信号を、送信波長である複数の単一波長のそれぞれに対応する周波数に応じて分離する波長分離部と、
    前記波長分離部によって分離された複数の電気信号のそれぞれに周波数シフトを行い、複数の２偏波のベースバンド信号の電気信号を生成する複数の周波数シフト部と、
    複数の前記周波数シフト部によって生成された複数の２偏波の電気信号を適応等化して複数の１偏波の電気信号を生成する適応等化部と、
    複数の前記適応等化部から出力された電気信号に対して搬送波推定を行う搬送波推定部と、
    複数の前記搬送波推定部によって搬送波推定が行われた複数の電気信号を、１つの信号に合成する合成部と、
    前記合成部によって合成された信号をデマッピングするデマッピング部を備えたこと
    を特徴とする空間光通信システム。
  6. 請求項２記載の空間光送信器と、光受信部および受信信号処理部を有した空間光受信器を備えた空間光通信システムであって、
    前記光受信部は、
    空間を伝播してきた光を集光する受信側光学系と、
    前記受信側光学系によって集光された光信号の指向角度を変化させる追尾ミラーと、
    前記追尾ミラーから出力された光信号を第３の光信号と第４の光信号に分配する受信側ビームスプリッタと、
    前記第３の光信号の指向ずれを検出して、検出された指向ずれが補償されるように前記追尾ミラーを制御する追尾制御部と、
    前記追尾ミラーによって指向ずれが補償された前記第４の光信号を光ファイバに結合する光ファイバ結合器と、
    前記光ファイバ結合器によって前記光ファイバに結合された前記第４の光信号を複数の光信号に分配する受信側分配部と、
    前記受信側分配部によって分配された複数の光信号のそれぞれと同一の波長の局発光を干渉させるコヒーレント検波を行って、直交する２偏波の光信号に対応する２つの電気信号を生成する複数のコヒーレント検波器を備え、
    前記受信信号処理部は、
    複数の前記コヒーレント検波器によって生成された複数の２偏波の電気信号を適応等化して複数の１偏波の電気信号を生成する適応等化部と、
    複数の前記適応等化部によって適応等化が行われた電気信号に対して搬送波推定を行う複数の搬送波推定部と、
    複数の前記搬送波推定部によって搬送波推定が行われた複数の電気信号を、１つの信号に合成する合成部と、
    前記合成部によって合成された信号をデマッピングするデマッピング部を備えたこと
    を特徴とする空間光通信システム。
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