JP6983339B2 - 光通信装置及び光通信方法 - Google Patents

Description

この発明は、信号対雑音比の増減に影響する送信光の特性を制御する光通信装置及び光通信方法に関するものである。

以下の特許文献１には、光受信帯域制御部が、信号レベル検出部により検出された受光信号の信号レベルに従って光無線区間の帯域変更要求を通信相手の光無線伝送装置に送信する光無線伝送装置が開示されている。
また、特許文献１に開示されている光無線伝送装置は、通信相手の光無線伝送装置から送信された帯域変更要求を受信すると、受信した帯域変更要求に従ってクロック生成部により生成される変調クロックを制御している。

特開２００３−２１８８０２号公報

特許文献１に開示されている光無線伝送装置は、光無線区間の環境が劣悪であるために、通信相手の光無線伝送装置との間で通信が確立できていない状態では、通信相手の光無線伝送装置との間で光無線区間の帯域変更要求を送受信することができない。特許文献１に開示されている光無線伝送装置は、帯域変更要求を送受信することができない場合、受光信号の信号レベルに応じた帯域に変更することができない。
したがって、特許文献１に開示されている光無線伝送装置は、受光信号の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）として、所望のＳＮＲを得ることができないことがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、通信相手の光通信装置との間で通信が確立できていない状態でも、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光のＳＮＲを制御することができる光通信装置及び光通信方法を得ることを目的とする。

この発明に係る光通信装置は、送信光を水中に出射する光送信部と、光送信部から水中に出射された送信光をモニタ光として受信する送信光モニタ部と、光送信部から水中に出射される送信光の光量に対する送信光モニタ部により受信されたモニタ光の光量の減衰率を算出する減衰率算出部と、送信光の帯域と、光量の減衰率と、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離と、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光の信号対雑音比との対応関係を記憶しているテーブル部と、テーブル部により記憶されている対応関係を参照することで、減衰率算出部により算出された減衰率と、送信光の帯域と、受信光の信号対雑音比とから、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離を求め、通信が可能な距離が、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離の要求値よりも短ければ、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づける移動体制御部とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、移動体制御部が、テーブル部により記憶されている対応関係を参照することで、減衰率算出部により算出された減衰率と、送信光の帯域と、受信光の信号対雑音比とから、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離を求め、通信が可能な距離が、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離の要求値よりも短ければ、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるように、光通信装置を構成した。したがって、この発明に係る光通信装置は、通信相手の光通信装置との間で通信が確立できていない状態でも、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光の信号対雑音比を制御することができる。

実施の形態１に係る光通信装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信装置における減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 光通信装置の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 光通信装置の処理手順である光通信方法を示すフローチャートである。 水中の濁度と減衰率Ａｔとの関係を示す説明図である。 送信光の帯域Ｂと、減衰率Ａｔと、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離Ｌと、光信号受信部１２により受信される受信光のＳＮＲとの対応関係を示す説明図である。 移動体制御部２１の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る光通信装置を示す構成図である。 実施の形態２に係る光通信装置における減衰率算出部１１、復調部１７、特性制御部１８、移動体制御部２１及び距離算出部５９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 実施の形態３に係る光通信装置を示す構成図である。 実施の形態４に係る光通信装置を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光通信装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係る光通信装置における減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１及び図２において、光送信部１は、基準光源２、変調信号生成部３、変調器４及び光アンテナ５を備えている。
光送信部１は、送信光を水中に出射することで、送信光を送信光モニタ部６及び通信相手の光通信装置のそれぞれに送信する。
基準光源２は、連続発振光（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を、光ファイバを介して、変調器４に出力する。

変調信号生成部３は、通信対象の通信データと、誤り訂正符号とを含む変調信号を生成し、生成した変調信号を変調器４に出力する。なお、変調信号生成部３は、特性制御処理部２０から出力された制御信号に従って、変調信号に含める誤り訂正符号を変更する。
変調器４は、光ファイバを介して、基準光源２と接続されている。
変調器４は、変調信号生成部３から出力された変調信号に従って、基準光源２から出力されたＣＷ光の位相を変調することで変調光を生成し、生成した変調光を、光ファイバを介して、光アンテナ５に出力する。なお、変調器４は、変調光を生成する際、特性制御処理部２０から出力された制御信号に従って変調光の変調速度を変更する。しかし、これは一例に過ぎず、変調器４は、基準光源２から出力されたＣＷ光の強度を変調するものであってもよいし、さらに基準光源２の出力を電気信号によって直接変調する構成であってもよい。

光アンテナ５は、例えば、レンズを備える光望遠鏡によって実現される。光アンテナ５は、光ファイバを介して、変調器４と接続されている。光アンテナ５は、変調器４から出力された変調光を送信光として水中に出射する。なお、光アンテナ５は、送信光を水中に出射する際、特性制御処理部２０から出力された制御信号に従って送信光のビーム拡がり角を調整する。

送信光モニタ部６は、光アンテナ７、光検出器８、電流電圧変換器（以下、「ＩＶ変換器」と称する）９及びアナログデジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」と称する）１０を備えている。送信光モニタ部６は、光送信部１から水中に出射された送信光をモニタ光として受信する。
光アンテナ７は、例えば、レンズを備える光望遠鏡によって実現される。光アンテナ７は、光送信部１から水中に出射された送信光をモニタ光として受信し、受信したモニタ光を、光ファイバを介して、光検出器８に出力する。

光検出器８は、光ファイバを介して、光アンテナ７と接続されている。光検出器８は、光アンテナ７から出力されたモニタ光を電流信号に変換し、電流信号をＩＶ変換器９に出力する。
ＩＶ変換器９は、光検出器８から出力された電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号をＡＤＣ１０に出力する。
ＡＤＣ１０は、ＩＶ変換器９から出力された電圧信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル信号を減衰率算出部１１に出力する。

減衰率算出部１１は、例えば、減衰率算出回路３１によって実現される。減衰率算出部１１は、光送信部１から水中に出射される送信光の光量に対する送信光モニタ部６により受信されたモニタ光の光量の減衰率を算出する。減衰率算出部１１は、算出した減衰率を特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力する。
送信光モニタ部６により受信されたモニタ光の光量は、ＡＤＣ１０から出力されたディジタル信号と正比例している。
図１に示す光通信装置では、光送信部１から水中に出射される送信光の光量が、既値として、減衰率算出部１１の内部メモリに格納されているものとする。しかし、これは一例に過ぎず、光アンテナ５から出射される送信光の光量の計測値が、外部から減衰率算出部１１に与えられるものであってもよい。

光信号受信部１２は、光アンテナ１３、光検出器１４、ＩＶ変換器１５及びＡＤＣ１６を備えている。
光信号受信部１２は、通信相手の光通信装置から通信データを含む光信号が水中に出射されると、水中に出射された光信号を受信光として受信する。
光アンテナ１３は、例えば、レンズを備える光望遠鏡によって実現される。光アンテナ１３は、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信し、受信した受信光を、光ファイバを介して、光検出器１４に出力する。

光検出器１４は、光ファイバを介して、光アンテナ１３と接続されている。光検出器１４は、光アンテナ１３から出力された受信光を電流信号に変換し、電流信号をＩＶ変換器１５に出力する。
ＩＶ変換器１５は、光検出器１４から出力された電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号をＡＤＣ１６に出力する。
ＡＤＣ１６は、ＩＶ変換器１５から出力された電圧信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル信号を復調部１７に出力する。

復調部１７は、例えば、復調回路３２によって実現される。復調部１７は、光信号受信部１２により受信された光信号に含まれている通信データを復調する。

特性制御部１８は、テーブル部１９及び特性制御処理部２０を備えている。
特性制御部１８は、減衰率算出部１１により算出された減衰率から、光信号受信部１２が、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を推定する。
特性制御部１８は、ＳＮＲに基づいて、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性を制御する。
テーブル部１９は、例えば、記憶回路３３によって実現される。テーブル部１９は、送信光の帯域と、減衰率と、通信距離と、光信号受信部１２により受信される受信光のＳＮＲとの対応関係を記憶している。

特性制御処理部２０は、例えば、特性制御処理回路３４によって実現される。特性制御処理部２０は、テーブル部１９により記憶されている対応関係を参照して、減衰率算出部１１により算出された減衰率、送信光の帯域及び通信距離の要求値から、受信光のＳＮＲを推定する。通信距離の要求値は、ユーザが要求している通信距離であり、当該通信距離は、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離である。通信距離の要求値は、外部から特性制御処理部２０に与えられるものであってもよいし、特性制御処理部２０の内部メモリに格納されているものであってもよい。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲと、ＳＮＲの閾値とを比較する。ＳＮＲの閾値は、外部から特性制御処理部２０に与えられるものであってもよいし、特性制御処理部２０の内部メモリに格納されているものであってもよい。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値よりも小さければ、受信光のＳＮＲが大きくなるように、変調速度を下げる旨を示す制御信号を変調器４に出力する。
あるいは、特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値よりも小さければ、受信光のＳＮＲが大きくなるように、送信光のビーム拡がり角を狭くする旨を示す制御信号を光アンテナ５に出力する。
あるいは、特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値よりも小さければ、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号を変調信号生成部３に出力する。

移動体制御部２１は、例えば、移動体制御回路３５によって実現される。移動体制御部２１は、減衰率算出部１１により算出された減衰率に基づいて、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離を求める。移動体制御部２１は、通信が可能な距離が、通信距離の要求値よりも短ければ、自らの光通信装置を搭載している図示せぬ移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるようにする。通信距離の要求値は、外部から特性制御処理部２０に与えられるものであってもよいし、移動体制御部２１の内部メモリに格納されているものであってもよい。
移動体は、光通信装置を搭載した状態で、水中を移動できるものであればよく、潜水艦又は水中ドローンなどが該当する。

図１では、光通信装置の一部の構成要素である減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、光通信装置の一部が、減衰率算出回路３１、復調回路３２、記憶回路３３、特性制御処理回路３４及び移動体制御回路３５によって実現されるものを想定している。

ここで、記憶回路３３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 Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）等の不揮発性又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、あるいは、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）が該当する。
また、減衰率算出回路３１、復調回路３２、特性制御処理回路３４及び移動体制御回路３５のそれぞれは、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）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

光通信装置の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではない。例えば、減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０又は移動体制御部２１のいずれか１つ以上が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、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ものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。

図３は、光通信装置の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
光通信装置の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、テーブル部１９がコンピュータのメモリ４１上に構成される。減衰率算出部１１、復調部１７、特性制御処理部２０及び移動体制御部２１の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ４１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。
図４は、光通信装置の処理手順である光通信方法を示すフローチャートである。

また、図２では、光通信装置の一部の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、光通信装置の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、光通信装置における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

次に、図１に示す光通信装置の動作について説明する。
光信号受信部１２により受信される受信光のＳＮＲの増減に影響する送信光の特性に関する項目として、変調器４により生成される変調光の変調速度Ｖ、光アンテナ５から出力される送信光のビーム拡がり角θ、及び、変調信号生成部３により生成される変調信号が含む誤り訂正符号などが考えられる。
図１に示す光通信装置では、特性制御部１８が、送信光の特性として、変調光の変調速度Ｖ、送信光のビーム拡がり角θ及び誤り訂正符号のうち、少なくとも１つ以上を制御する。
ここでは、説明の便宜上、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値以上であるものとする。通信が可能な距離Ｌ_ｐは、ＳＮＲが０［ｄＢ］以上となる、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の距離の中で、最長の距離である。通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値以上であっても、所望のＳＮＲが得られるとは限らないため、特性制御部１８が、送信光の特性を制御する。

基準光源２は、ＣＷ光を、光ファイバを介して、変調器４に出力する。
変調信号生成部３は、通信対象の通信データと、誤り訂正符号とを含む変調信号を生成し、生成した変調信号を変調器４に出力する。

変調器４は、変調信号生成部３から出力された変調信号に従って、基準光源２から出力されたＣＷ光の位相を変調することで、変調光を生成する。変調器４は、生成した変調光を、光ファイバを介して、光アンテナ５に出力する。
光アンテナ５は、変調器４から変調光を受けると、変調光を送信光として水中に出射する。

光アンテナ７は、光送信部１から水中に出射された送信光をモニタ光として受信する（図４のステップＳＴ１）。光アンテナ７は、受信したモニタ光を、光ファイバを介して、光検出器８に出力する。
光検出器８は、光アンテナ７から出力されたモニタ光を電流信号に変換し、電流信号をＩＶ変換器９に出力する。
ＩＶ変換器９は、光検出器８から出力された電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号をＡＤＣ１０に出力する。
ＡＤＣ１０は、ＩＶ変換器９から出力された電圧信号をアナログ信号からディジタル信号Ｄに変換し、ディジタル信号Ｄを減衰率算出部１１に出力する。

減衰率算出部１１は、ＡＤＣ１０からディジタル信号Ｄを受けると、以下の式（１）に示すように、ディジタル信号Ｄから送信光モニタ部６により受信されたモニタ光の光量Ｐ_ｒ ^０を算出する。
Ｐ_ｒ ^０＝ｃ_１×Ｄ （１）
式（１）において、ｃ_１は、比例定数である。
減衰率算出部１１は、モニタ光の光量Ｐ_ｒ ^０を算出すると、以下の式（２）に示すように、光アンテナ５から水中に出射される送信光の光量Ｐ_ｔ ^０に対するモニタ光の光量Ｐ_ｒ ^０の減衰率Ａｔを算出する（図４のステップＳＴ２）。

ここでは、減衰率算出部１１が、式（２）に従って減衰率Ａｔを算出している。しかし、これは一例に過ぎず、減衰率算出部１１が、減衰率Ａｔとして、例えば、以下の式（３）に示すように、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量を算出するようにしてもよい。

式（３）において、Ｌは、通信距離の要求値である。通信距離Ｌの要求値は、外部から減衰率算出部１１に与えられるものであってもよいし、減衰率算出部１１の内部メモリに格納されているものであってもよい。図１に示す光通信装置では、通信距離Ｌの要求値が、外部から減衰率算出部１１に与えられる旨の記載を省略している。

減衰率算出部１１は、算出した減衰率Ａｔを特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力する。
自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の距離が一定であるとすれば、減衰率Ａｔは、図５に示すように、水中の濁度と正比例する。濁度は、水の濁りを表す指標である。したがって、減衰率Ａｔは、水の濁りが大きい程、大きくなり、モニタ光の光量Ｐ_ｒ ^０が増大する。
図５は、水中の濁度と減衰率Ａｔとの関係を示す説明図である。

テーブル部１９は、図６に示すように、送信光の帯域Ｂと、減衰率Ａｔと、通信距離Ｌと、受信光のＳＮＲとの対応関係を記憶している。
図６は、送信光の帯域Ｂと、減衰率Ａｔと、通信距離Ｌと、光信号受信部１２により受信される受信光のＳＮＲとの対応関係を示す説明図である。
ただし、図６では、減衰率Ａｔとして、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が記述されている。

特性制御処理部２０は、減衰率算出部１１から減衰率Ａｔを受けると、テーブル部１９により記憶されている図６に示す対応関係を参照して、減衰率算出部１１により算出された減衰率Ａｔ、送信光の帯域Ｂ及び通信距離Ｌの要求値から、光信号受信部１２により受信される受信光のＳＮＲを推定する（図４のステップＳＴ３）。
特性制御処理部２０は、例えば、送信光の帯域Ｂが５００［ＭＨｚ］、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が５［ｄＢ／ｍ］及び通信距離Ｌの要求値が１５［ｍ］であれば、受信光のＳＮＲが１０［ｄＢ］であると推定する。
特性制御処理部２０は、例えば、送信光の帯域Ｂが５０［ＭＨｚ］、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が２［ｄＢ／ｍ］及び通信距離Ｌの要求値が３０［ｍ］であれば、受信光のＳＮＲが４４［ｄＢ］であると推定する。

特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲと、ＳＮＲの閾値Ｔｈ_ＳＮＲとを比較する（図４のステップＳＴ４）。ＳＮＲの閾値Ｔｈ_ＳＮＲは、０［ｄＢ］よりも大きな値である。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも小さければ（図４のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、受信光のＳＮＲが大きくなるように、変調速度Ｖを下げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を変調器４に出力する（図４のステップＳＴ５）。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば（図４のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、変調速度Ｖを下げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を変調器４に出力しない。

変調器４は、上述したように、変調信号生成部３から出力された変調信号に従って、基準光源２から出力されたＣＷ光の位相を変調することで、変調光を生成する。
変調器４は、変調光を生成する際、特性制御処理部２０から変調速度Ｖを下げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を受けていれば（図４のステップＳＴ６：ＹＥＳの場合）、前回生成した変調光よりも、変調速度Ｖが低い変調光を生成する（図４のステップＳＴ７）。
変調器４は、特性制御処理部２０から変調速度Ｖを下げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を受けていなければ（図４のステップＳＴ６：ＮＯの場合）、前回生成した変調光と変調速度Ｖが同じ変調光を生成する（図４のステップＳＴ８）。

変調器４は、生成した変調光を、光ファイバを介して、光アンテナ５に出力する。
光アンテナ５は、変調器４から変調光を受けると、変調光を送信光として水中に出射する（図４のステップＳＴ９）。

図４に示すフローチャートでは、特性制御処理部２０が、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性として、変調光の変調速度Ｖを制御している。特性制御処理部２０は、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性として、送信光のビーム拡がり角θを制御するようにしてもよい。
特性制御処理部２０は、送信光のビーム拡がり角θを制御する場合、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも小さければ、受信光のＳＮＲが大きくなるように、送信光のビーム拡がり角θを狭くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を光アンテナ５に出力する。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば、送信光のビーム拡がり角θを狭くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を光アンテナ５に出力しない。

光アンテナ５は、特性制御処理部２０から送信光のビーム拡がり角θを狭くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を受けていれば、前回出射した送信光よりも、ビーム拡がり角θが狭い送信光を水中に出射する。
光アンテナ５は、特性制御処理部２０から送信光のビーム拡がり角θを狭くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を受けていなければ、前回出射した送信光とビーム拡がり角θが同じ送信光を水中に出射する。
なお、光アンテナ５は、送信光を出射する光ファイバと、光ファイバから出射された送信光のビーム拡がり角θを調整するためのレンズとを備えており、送信光の出力端とレンズとの間の距離を変えることで、送信光のビーム拡がり角θを調整することができる。

図４に示すフローチャートでは、特性制御処理部２０が、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性として、変調光の変調速度Ｖを制御している。特性制御処理部２０は、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性として、変調信号に含める誤り訂正符号を制御するようにしてもよい。
特性制御処理部２０は、変調信号に含める誤り訂正符号を制御する場合、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも小さければ、例えば、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力する。
特性制御処理部２０は、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力しない。

変調信号生成部３は、上述したように、通信対象の通信データと、誤り訂正符号とを含む変調信号を生成し、生成した変調信号を変調器４に出力する。
変調信号生成部３は、変調信号を生成する際、特性制御処理部２０から変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を受けていれば、前回生成した変調信号が含んでいる誤り訂正符号よりも、多くの誤り訂正符号を含む変調信号を生成する。変調信号生成部３が、例えば、誤り訂正符号としてパリティビットを用いる場合、パリティビットのビット数を増やすことで、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やすことができる。
変調信号生成部３は、特性制御処理部２０から変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を受けていなければ、前回生成した変調信号が含んでいる誤り訂正符号と同じ数の誤り訂正符号を含む変調信号を生成する。

ここでは、推定した受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも小さければ、特性制御処理部２０が、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力している。しかし、これは一例に過ぎず、特性制御処理部２０が、前回よりも誤り訂正能力が高い誤り訂正符号を変調信号に含める旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力するようにしてもよい。
変調信号生成部３は、特性制御処理部２０から、前回よりも誤り訂正能力が高い誤り訂正符号を変調信号に含める旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を受けていれば、前回生成した変調信号が含んでいる誤り訂正符号よりも、誤り訂正能力が高い誤り訂正符号を含む変調信号を生成する。

図１に示す光通信装置では、特性制御処理部２０が、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性として、変調光の変調速度Ｖ、送信光のビーム拡がり角θ、又は、変調信号に含める誤り訂正符号を制御している。
特性制御処理部２０は、変調光の変調速度Ｖ、送信光のビーム拡がり角θ及び変調信号に含める誤り訂正符号のうち、いずれか１つ以上を制御することで、ＳＮＲの増減を制御することができる。
変調光の変調速度Ｖ、送信光のビーム拡がり角θ及び変調信号に含める誤り訂正符号のうち、いずれを制御するかは、特性制御処理部２０に設定されていてもよいし、外部から特性制御処理部２０に指示されるようにしてもよい。

なお、受信光のＳＮＲと、変調光の変調速度Ｖ及び送信光のビーム拡がり角θとの関係は、以下の通りであり、変調速度Ｖ又はビーム拡がり角θが変わると、受信光のＳＮＲが変化することが分かる。

式（４）〜（８）において、ｃ_３，ｃ_４は、比例定数、Ｐ_ｒ ^Ｅは、受信光の受信電力、Ｐ_ｓｈｏｔ ^Ｅは、受信光の雑音電力である。
また、Ｓ_ｄｅｔは、光検出器８の感度、Ｒ_Ｌは、光検出器８に内蔵されているアンプの抵抗値、ｅは、電子の電荷量、Ａｒｅは、光アンテナ７が備えるレンズの表面積である。
なお、光検出器８は、アンプを内蔵しており、例えば、アンプが、光アンテナ７から出力されたモニタ光を増幅し、増幅後のモニタ光を電流信号に変換する。

ここまでの説明では、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値以上であるものとしている。
しかし、実際には、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値よりも短いことがある。通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値よりも短い場合、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置とが、光信号の通信を実施することができない。
移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌの要求値よりも短い場合、光信号の通信を実施できるようにするために、自らの光通信装置を搭載している図示せぬ移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるようにする。

図７は、移動体制御部２１の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図７を参照しながら、移動体制御部２１の動作について説明する。
移動体制御部２１は、減衰率算出部１１から減衰率Ａｔを受けると、減衰率Ａｔに基づいて、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離Ｌ_ｐを求める（図７のステップＳＴ２１）。
移動体制御部２１は、例えば、図６に示す対応関係を参照することで、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離Ｌ_ｐを求めることができる。

具体的には、移動体制御部２１は、例えば、送信光の帯域Ｂが５００［ＭＨｚ］であり、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が５［ｄＢ／ｍ］であれば、通信が可能な距離Ｌ_ｐが１６［ｍ］であると特定する。
移動体制御部２１は、例えば、送信光の帯域Ｂが５００［ＭＨｚ］であり、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が２［ｄＢ／ｍ］であれば、通信が可能な距離Ｌ_ｐが４０［ｍ］であると特定する。

移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐと、通信距離Ｌとを比較する（図７のステップＳＴ２２）。
移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌよりも短ければ（図７のステップＳＴ２２：ＹＥＳの場合）、自らの光通信装置を搭載している図示せぬ移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるようにする（図７のステップＳＴ２３）。図１に示す光通信装置では、移動体制御部２１において、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αは、既値である。
自らの光通信装置が通信相手の光通信装置に近づくことで、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌ以上になれば、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置とが、光信号の通信を実施することができる。
移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌ以上であれば（図７のステップＳＴ２２：ＮＯの場合）、自らの光通信装置を搭載している図示せぬ移動体を制御しない。

ここでは、移動体制御部２１が、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけることで、通信が可能な距離Ｌ_ｐを通信距離Ｌ以上にして、光信号の通信を実施できるようにしている。しかし、これは一例に過ぎず、移動体制御部２１が、例えば、送信光の帯域Ｂを変えることで、通信が可能な距離Ｌ_ｐを通信距離Ｌ以上にして、光信号の通信を実施できるようにしてもよい。
例えば、送信光の帯域Ｂが５００［ＭＨｚ］であり、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が５［ｄＢ／ｍ］であるとき、移動体制御部２１が、送信光の帯域Ｂを５０［ＭＨｚ］に変更すると、通信が可能な距離Ｌ_ｐが１６［ｍ］から１７［ｍ］に延びる。
例えば、送信光の帯域Ｂが５００［ＭＨｚ］であり、１［ｍ］の距離当りの光量Ｐ_ｒ ^０の減衰量が２［ｄＢ／ｍ］であるとき、移動体制御部２１が、送信光の帯域Ｂを５０［ＭＨｚ］に変更すると、通信が可能な距離Ｌ_ｐが４０［ｍ］から４３［ｍ］に延びる。
通信が可能な距離Ｌ_ｐが延びれば、通信が可能な距離Ｌ_ｐが通信距離Ｌ以上になることがある。

通信が可能な距離Ｌ_ｐが通信距離Ｌ以上になると、送信光モニタ部６、減衰率算出部１１、特性制御部１８及び光送信部１が、図４のステップＳＴ１〜ＳＴ９に示す処理を繰り返し実施する。

光アンテナ１３は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが通信距離Ｌ以上であるとき、通信相手の光通信装置が光信号を水中に出射すると、通信相手の光通信装置から出射された光信号を受信光として受信する。光アンテナ１３は、受信した受信光を、光ファイバを介して、光検出器１４に出力する。
光検出器１４は、光アンテナ１３から受信光を受けると、受信光を電流信号に変換し、電流信号をＩＶ変換器１５に出力する。
ＩＶ変換器１５は、光検出器１４から電流信号を受けると、電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号をＡＤＣ１６に出力する。
特性制御処理部２０は、通信相手の光通信装置から放射される光信号の帯域を、通信相手の光通信装置から知らされている場合、光信号の帯域を示す帯域パラメータをＩＶ変換器１５に出力する。
通信相手の光通信装置から放射される光信号の帯域が変化すると、光アンテナ１３で受信される受信光のＳＮＲが変化する。ＩＶ変換器１５は、特性制御処理部２０から帯域パラメータを受けていれば、受信光の帯域が変化しても、ＳＮＲの変化が小さくなるように、帯域パラメータが示す光信号の帯域に基づいて、電圧信号の大きさを調整する。

ＡＤＣ１６は、ＩＶ変換器１５から電圧信号を受けると、電圧信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル信号を復調部１７に出力する。
復調部１７は、光信号受信部１２からディジタル信号を受けると、ディジタル信号から、光アンテナ１３により受信された光信号に含まれている通信データを復調する。

以上の実施の形態１は、特性制御部１８が、減衰率算出部１１により算出された減衰率から、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光のＳＮＲを推定し、ＳＮＲに基づいて、ＳＮＲの増減に影響する送信光の特性を制御するように、図１に示す光通信装置を構成した。したがって、図１に示す光通信装置は、通信相手の光通信装置との間で通信が確立できていない状態でも、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の受信光のＳＮＲを制御することができる。

図１に示す光通信装置では、受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば、特性制御処理部２０が、変調速度Ｖを下げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を変調器４に出力しないようにしている。あるいは、受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば、特性制御処理部２０が、送信光のビーム拡がり角θを狭くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を光アンテナ５に出力しないようにしている。あるいは、受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であれば、特性制御処理部２０が、変調信号における誤り訂正符号の割合を増やす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力しないようにしている。
しかし、これは一例に過ぎず、受信光のＳＮＲが、閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも大きいＳＮＲの上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}（Ｔｈ_ＳＮＲ＜Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）よりも大きければ（ＳＮＲ＞Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０が、変調速度Ｖを上げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を変調器４に出力するようにしてもよい。
変調器４は、特性制御処理部２０から変調速度Ｖを上げる旨を示す制御信号ｃｎｔ_１を受けていれば、前回生成した変調光よりも、変調速度Ｖが高い変調光を生成する。
受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であり、かつ、受信光のＳＮＲが上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}以下であれば（Ｔｈ_ＳＮＲ≦ＳＮＲ≦Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０は、制御信号ｃｎｔ_１を変調器４に出力しない。
なお、ＳＮＲの上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}は、外部から特性制御処理部２０に与えられるものであってもよいし、移動体制御部２１の内部メモリに格納されているものであってもよい。

また、受信光のＳＮＲが、ＳＮＲの上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}よりも大きければ（ＳＮＲ＞Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０が、送信光のビーム拡がり角θを広くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を光アンテナ５に出力するようにしてもよい。
光アンテナ５は、特性制御処理部２０から送信光のビーム拡がり角θを広くする旨を示す制御信号ｃｎｔ_２を受けていれば、前回出射した送信光よりも、ビーム拡がり角θが広い送信光を水中に出射する。
受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であり、かつ、受信光のＳＮＲが上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}以下であれば（Ｔｈ_ＳＮＲ≦ＳＮＲ≦Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０は、制御信号ｃｎｔ_２を光アンテナ５に出力しない。

また、受信光のＳＮＲが、ＳＮＲの上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}よりも大きければ（ＳＮＲ＞Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０が、変調信号における誤り訂正符号の割合を減らす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力する。
変調信号生成部３は、特性制御処理部２０から変調信号における誤り訂正符号の割合を減らす旨を示す制御信号ｃｎｔ_３を受けていれば、前回生成した変調信号が含んでいる誤り訂正符号よりも、少ない誤り訂正符号を含む変調信号を生成する。
受信光のＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ以上であり、かつ、受信光のＳＮＲが上限用の閾値Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}以下であれば（Ｔｈ_ＳＮＲ≦ＳＮＲ≦Ｔｈ_{ＳＮＲ−ｕｐ}）、特性制御処理部２０は、制御信号ｃｎｔ_３を変調信号生成部３に出力しない。

図１に示す光通信装置では、特性制御処理部２０が、受信光のＳＮＲと比較する閾値Ｔｈ_ＳＮＲを固定している。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、送信光の帯域Ｂに応じて、特性制御処理部２０が、閾値Ｔｈ_ＳＮＲを変更するようにしてもよい。特性制御処理部２０は、例えば、送信光の帯域Ｂが低いときの閾値Ｔｈ_ＳＮＲよりも、送信光の帯域Ｂが高いときの閾値Ｔｈ_ＳＮＲを低くする。

図１に示す光通信装置では、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌ以上であれば、移動体制御部２１が、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御しないようにしている。
しかし、これは一例に過ぎず、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌよりも大きい上限用の閾値Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ（Ｌ＜Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ）よりも大きければ（Ｌ_ｐ＞Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ）、移動体制御部２１が、移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置から遠ざけるようにしてもよい。
通信が可能な距離Ｌ_ｐが通信距離Ｌ以上であり、かつ、通信が可能な距離Ｌ_ｐが上限用の閾値Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ以下であれば（Ｌ≦Ｌ_ｐ≦Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ）、移動体制御部２１は、移動体を制御しない。

実施の形態２．
図１に示す光通信装置では、移動体制御部２１が、外部から通信距離Ｌの要求値が与えられている。
実施の形態２では、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出し、算出した距離Ｌを移動体制御部２１に出力する距離算出部５９を備える光通信装置について説明する。

図８は、実施の形態２に係る光通信装置を示す構成図である。
図９は、実施の形態２に係る光通信装置における減衰率算出部１１、復調部１７、特性制御部１８、移動体制御部２１及び距離算出部５９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図８及び図９において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

音響通信部５０は、位置座標取得部５１、変調信号生成部５２、音源５３、変調器５４、放音部５５及び音信号受信部５６を備えている。
位置座標取得部５１は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信されたＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機によって実現される。位置座標取得部５１は、自らの光通信装置を搭載している移動体の位置座標を取得し、位置座標を示す位置情報を変調信号生成部５２及び距離算出部５９のそれぞれに出力する。

変調信号生成部５２は、位置座標取得部５１から出力された位置情報を含む変調信号を生成し、生成した変調信号を変調器５４に出力する。
音源５３は、音を発生する装置であり、発生した音を変調器５４に出力する。
変調器５４は、変調信号生成部５２から出力された変調信号に従って、音源５３から出力された音の位相を変調することで変調音を生成し、生成した変調音を放音部５５に出力する。
放音部５５は、例えば、スピーカによって実現される。放音部５５は、変調器５４から出力された変調音を音信号として水中に出射することで、音信号を通信相手の光通信装置に送信する。

音信号受信部５６は、取音部５７及び復調部５８を備えている。音信号受信部５６は、通信相手の光通信装置から送信された音信号を受信する。通信相手の光通信装置から送信された音信号には、通信相手の光通信装置の位置座標を示す位置情報を含んでいる。
取音部５７は、例えば、マイクによって実現される。取音部５７は、通信相手の光通信装置から送信された音信号を受信し、受信した音信号を復調部５８に出力する。
復調部５８は、取音部５７から出力された音信号に含まれている位置情報を復調し、復調した位置情報を距離算出部５９に出力する。

距離算出部５９は、例えば、図９に示す距離算出回路３６によって実現される。距離算出部５９は、位置座標取得部５１から出力された位置情報が示す位置座標と、復調部５８から出力された位置情報が示す位置座標とから、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出する。また、距離算出部５９は、位置座標取得部５１から出力された位置情報が示す位置座標と、復調部５８から出力された位置情報が示す位置座標とから、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αを算出する。距離算出部５９は、算出した距離Ｌを特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力し、算出した方位αを移動体制御部２１に出力する。

図８では、光通信装置の一部の構成要素である減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０、移動体制御部２１及び距離算出部５９のそれぞれが、図９に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、光通信装置の一部が、減衰率算出回路３１、復調回路３２、記憶回路３３、特性制御処理回路３４、移動体制御回路３５及び距離算出回路３６によって実現されるものを想定している。

減衰率算出回路３１、復調回路３２、特性制御処理回路３４、移動体制御回路３５及び距離算出回路３６のそれぞれは、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、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

光通信装置の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではない。例えば、減衰率算出部１１、復調部１７、テーブル部１９、特性制御処理部２０、移動体制御部２１又は距離算出部５９のいずれか１つ以上が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、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ものであってもよい。
光通信装置の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、テーブル部１９が図３に示すコンピュータのメモリ４１上に構成される。減衰率算出部１１、復調部１７、特性制御処理部２０、移動体制御部２１及び距離算出部５９の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ４１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。

次に、図８に示す光通信装置の動作について説明する。
ただし、音響通信部５０、距離算出部５９及び移動体制御部２１以外は、図１に示す光通信装置と同様であるため、ここでは、音響通信部５０、距離算出部５９及び移動体制御部２１の動作のみを説明する。

位置座標取得部５１は、自らの光通信装置を搭載している移動体の位置座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を取得する。
位置座標取得部５１は、移動体の位置座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を取得すると、取得した位置座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を示す位置情報を変調信号生成部５２及び距離算出部５９のそれぞれに出力する。
変調信号生成部５２は、位置座標取得部５１から位置情報を受けると、位置情報を含む変調信号を生成し、生成した変調信号を変調器５４に出力する。

音源５３は、音を発生し、発生した音を変調器５４に出力する。
変調器５４は、変調信号生成部５２から出力された変調信号に従って、音源５３から出力された音の位相を変調することで変調音を生成し、生成した変調音を放音部５５に出力する。
放音部５５は、変調器５４から出力された変調音を音信号として水中に出射することで、音信号を通信相手の光通信装置に送信する。

通信相手の光通信装置は、位置座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を示す位置情報を含んでいる音信号を水中に出射し、例えば、大容量のデータ又は秘匿性のデータを含んでいる光信号を水中に出射する。
光信号は、大容量のデータ等の送信に適しているが、水の濁りが大きい場合、減衰が大きくなる。
音信号は、光信号と比べて、大容量のデータ等の送信には適していない。しかし、音信号は、光信号と比べて、水の濁りが大きい場合でも、減衰が小さいため、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の距離が長くても、送受信することができる。
取音部５７は、通信相手の光通信装置から送信された音信号を受信し、受信した音信号を復調部５８に出力する。
復調部５８は、取音部５７から音信号を受けると、音信号に含まれている位置情報を復調し、復調した位置情報を距離算出部５９に出力する。

距離算出部５９は、位置座標取得部５１から出力された位置情報が示す位置座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と、復調部５８から出力された位置情報が示す位置座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）とから、以下の式（９）に示すように、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離である通信距離Ｌを算出する。

また、距離算出部５９は、位置座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と位置座標（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）とから、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αを算出する。方位αの算出処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
距離算出部５９は、算出した距離Ｌを特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力し、算出した方位αを移動体制御部２１に出力する。
なお、移動体制御部２１において、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αが既値であれば、距離算出部５９は、方位αを移動体制御部２１に出力する必要がない。

移動体制御部２１は、減衰率算出部１１から減衰率Ａｔを受けると、実施の形態１と同様に、減衰率Ａｔに基づいて、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離Ｌ_ｐを求める。
移動体制御部２１は、距離算出部５９から通信距離Ｌを受けると、通信が可能な距離Ｌ_ｐと通信距離Ｌとを比較する。
移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌよりも短ければ、実施の形態１と同様に、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるようにする。
ただし、移動体制御部２１は、距離算出部５９から方位αを受けているので、移動体が方位αの方向に移動するように、移動体を制御する。
移動体制御部２１は、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌ以上であれば、実施の形態１と同様に、移動体を制御しない。

図８に示す光通信装置では、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌ以上であれば、移動体制御部２１が、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御しないようにしている。
しかし、これは一例に過ぎず、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、通信距離Ｌよりも大きい上限用の閾値Ｔｈ_Ｌ−ｕｐよりも大きければ（Ｌ_ｐ＞Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ）、移動体制御部２１が、移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置から遠ざけるようにしてもよい。
通信が可能な距離Ｌ_ｐが通信距離Ｌ以上であり、かつ、通信が可能な距離Ｌ_ｐが上限用の閾値Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ以下であれば（Ｌ≦Ｌ_ｐ≦Ｔｈ_Ｌ−ｕｐ）、移動体制御部２１は、移動体を制御しない。

以上の実施の形態２は、通信相手の光通信装置から、通信相手の光通信装置の位置を示す位置情報を含む音信号を受信する音信号受信部５６と、音信号受信部５６により受信された音信号に含まれている位置情報から、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出する距離算出部５９とを備え、移動体制御部２１が、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、距離算出部５９により算出された距離Ｌよりも短ければ、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるように、図８に示す光通信装置を構成した。したがって、図８に示す光通信装置は、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌが変化しても、実施の形態１と同様に、受信光のＳＮＲを制御することができる。

実施の形態３．
図８に示す光通信装置では、音信号受信部５６が、通信相手の光通信装置の位置を示す位置情報を含む音信号を受信している。
実施の形態３では、音信号を水中に出射して、通信相手の光通信装置に反射された音信号の反射信号を受信する音信号送受信部６１を備える光通信装置について説明する。

図１０は、実施の形態３に係る光通信装置を示す構成図である。
図１０において、図１及び図８と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
音信号送受信部６１は、音源５３、変調器５４、放音部５５及び取音部５７を備えている。音信号送受信部６１は、音信号を水中に出射して、通信相手の光通信装置に反射された音信号の反射信号を受信する。
図１０に示す光通信装置では、音信号送受信部６１が、音信号を送受信することができればよく、音信号送受信部６１が、変調器５４を備えずに、音源５３が、直接、音を放音部５５に出力するようにしてもよい。
一方、音信号送受信部６１が変調器５４を備える場合には、変調信号生成部５２が音信号送受信部６１に含まれていてもよい。

距離算出部６２は、例えば、図９に示す距離算出回路３６によって実現される。距離算出部６２は、変調器５４から放音部５５に変調音が出力されてから、取音部５７が音信号の反射信号を受信するまでの時間Ｔを計測する。距離算出部６２は、計測した時間Ｔから、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出し、算出した距離Ｌを特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力する。

次に、図１０に示す光通信装置の動作について説明する。
ただし、音信号送受信部６１及び距離算出部６２以外は、図１及び図８に示す光通信装置と同様であるため、ここでは、音信号送受信部６１及び距離算出部６２の動作のみを説明する。
変調器５４は、変調信号生成部５２から出力された変調信号に従って、音源５３から出力された音の位相を変調することで変調音を生成し、生成した変調音を放音部５５及び距離算出部６２のそれぞれに出力する。
放音部５５は、変調器５４から出力された変調音を音信号として通信相手の光通信装置に向けて水中に出射する。

放音部５５から出射された音信号は、通信相手の光通信装置に反射し、光通信装置に反射された音信号は、反射信号として、自らの光通信装置に戻ってくる。
取音部５７は、光通信装置に反射された音信号を反射信号として受信し、受信した反射信号を距離算出部６２に出力する。

距離算出部６２は、変調器５４から放音部５５に変調音が出力されてから、取音部５７が音信号の反射信号を受信するまでの時間Ｔを計測する。変調器５４から変調音が放音部５５に出力されると、直ちに、放音部５５が変調音を音信号として出射するものであり、変調器５４による変調音の出力時刻と、放音部５５による音信号の出力時刻とは、概ね同時刻である。
距離算出部６２は、時間Ｔを計測すると、以下の式（１０）に示すように、計測した時間Ｔから、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出し、算出した距離Ｌを特性制御処理部２０及び移動体制御部２１のそれぞれに出力する。

式（１０）において、εは、音速である。
音速εは、水中の温度によって変化するため、距離算出部６２が、水中の温度を取得し、取得した温度に従って音速εを補正するようにしてもよい。
距離算出部６２は、取音部５７が音信号を出射する方向に基づいて、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αを求めるようにしてもよい。距離算出部６２は、方位αを求めた場合、方位αも移動体制御部２１に出力する。
なお、移動体制御部２１において、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置への方位αが既値であれば、距離算出部６２は、方位αを移動体制御部２１に出力する必要がない。

以上の実施の形態３は、通信相手の光通信装置から、音信号を水中に出射して、通信相手の光通信装置に反射された音信号の反射信号を受信する音信号送受信部６１と、音信号送受信部６１から音信号が出射されてから、音信号送受信部６１により反射信号が受信されるまでの時間から、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌを算出する距離算出部６２とを備え、移動体制御部２１が、通信が可能な距離Ｌ_ｐが、距離算出部６２により算出された距離Ｌよりも短ければ、自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、自らの光通信装置を通信相手の光通信装置に近づけるように、図１０に示す光通信装置を構成した。したがって、図１０に示す光通信装置は、自らの光通信装置から通信相手の光通信装置までの距離Ｌが変化しても、実施の形態１と同様に、受信光のＳＮＲを制御することができる。

実施の形態４．
図１に示す光通信装置は、受信系の光アンテナとして、光アンテナ７及び光アンテナ１３を備えている。
実施の形態４では、受信系の光アンテナとして、光アンテナ７１のみを備える光通信装置について説明する。

図１１は、実施の形態４に係る光通信装置を示す構成図である。図１１において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光アンテナ７１は、図１に示す送信光モニタ部６が備える光アンテナ７と、図１に示す光信号受信部１２が備える光アンテナ１３とを兼ねている。光アンテナ７１は、光送信部１から水中に出射された送信光をモニタ光として受信し、受信したモニタ光を、光ファイバを介して、波長分離部７２に出力する。また、光アンテナ７１は、通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信し、受信した受信光を、光ファイバを介して、波長分離部７２に出力する。

波長分離部７２は、光ファイバを介して、光アンテナ７１と接続され、光ファイバを介して、光検出器８と接続されている。また、波長分離部７２は、光ファイバを介して、光検出器１４と接続されている。波長分離部７２は、光アンテナ７１から出力されたモニタ光を、光ファイバを介して、光検出器８に出力し、光アンテナ７１から出力され受信光を、光ファイバを介して、光検出器１４に出力する。
図１１に示す光通信装置では、光アンテナ７１から出力されたモニタ光の波長と、光アンテナ７１から出力され受信光の波長とは、互いに異なっている。

次に、図１１に示す光通信装置の動作について説明する。
ただし、光アンテナ７１及び波長分離部７２以外は、図１に示す光通信装置と同様であるため、ここでは、光アンテナ７１及び波長分離部７２の動作のみを説明する。
光アンテナ７１は、光送信部１から送信光が水中に出射されると、送信光をモニタ光として受信し、受信したモニタ光を、光ファイバを介して、波長分離部７２に出力する。
また、光アンテナ７１は、通信相手の光通信装置から光信号が水中に出射されると、光信号を受信光として受信し、受信した受信光を、光ファイバを介して、波長分離部７２に出力する。

波長分離部７２は、光アンテナ７１から出力されたモニタ光と、光アンテナ７１から出力され受信光とを波長分離する。
波長分離部７２は、波長分離した後のモニタ光を、光ファイバを介して、光検出器８に出力し、波長分離した後の受信光を、光ファイバを介して、光検出器１４に出力する。
図１１に示す光通信装置では、図１に示す光通信装置よりも、受信系の光アンテナの個数を減らすことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、信号対雑音比の増減に影響する送信光の特性を制御する光通信装置及び光通信方法に適している。

１ 光送信部、２ 基準光源、３ 変調信号生成部、４ 変調器、５ 光アンテナ、６ 送信光モニタ部、７ 光アンテナ、８ 光検出器、９ ＩＶ変換器、１０ ＡＤＣ、１１ 減衰率算出部、１２ 光信号受信部、１３ 光アンテナ、１４ 光検出器、１５ ＩＶ変換器、１６ ＡＤＣ、１７ 復調部、１８ 特性制御部、１９ テーブル部、２０ 特性制御処理部、２１ 移動体制御部、３１ 減衰率算出回路、３２ 復調回路、３３ 記憶回路、３４ 特性制御処理回路、３５ 移動体制御回路、３６ 距離算出回路、４１ メモリ、４２ プロセッサ、５０ 音響通信部、５１ 位置座標取得部、５２ 変調信号生成部、５３ 音源、５４ 変調器、５５ 放音部、５６ 音信号受信部、５７ 取音部、５８ 復調部、５９ 距離算出部、６１ 音信号送受信部、６２ 距離算出部、７１ 光アンテナ、７２ 波長分離部。

Claims (13)

1. 送信光を水中に出射する光送信部と、
   前記光送信部から水中に出射された送信光をモニタ光として受信する送信光モニタ部と、
   前記光送信部から水中に出射される送信光の光量に対する前記送信光モニタ部により受信されたモニタ光の光量の減衰率を算出する減衰率算出部と、
   送信光の帯域と、光量の減衰率と、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離と、前記通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の前記受信光の信号対雑音比との対応関係を記憶しているテーブル部と、
   前記テーブル部により記憶されている対応関係を参照することで、前記減衰率算出部により算出された減衰率と、送信光の帯域と、受信光の信号対雑音比とから、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離を求め、前記通信が可能な距離が、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間の通信距離の要求値よりも短ければ、前記自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、前記自らの光通信装置を前記通信相手の光通信装置に近づける移動体制御部と
   を備えた光通信装置。
2. 前記テーブル部により記憶されている対応関係を参照することで、前記減衰率算出部により算出された減衰率と、送信光の帯域と、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間の通信距離の要求値とから、前記通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の前記受信光の信号対雑音比を推定し、推定した信号対雑音比に基づいて、前記送信光の特性を制御する特性制御処理部を備えたことを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
3. 前記特性制御処理部は、前記信号対雑音比が閾値以上になるように、前記送信光の特性を制御することを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
4. 前記光送信部は、変調信号に従って変調光を生成し、前記変調光を送信光として水中に出射し、
   前記特性制御処理部は、前記信号対雑音比に基づいて、前記送信光の特性として、前記変調光の変調速度を制御することを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
5. 前記特性制御処理部は、前記信号対雑音比に基づいて、前記送信光の特性として、前記光送信部から出射される送信光のビーム拡がり角を制御することを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
6. 前記光送信部は、変調信号に従って変調光を生成し、前記変調光を送信光として水中に出射し、
   前記特性制御処理部は、前記信号対雑音比に基づいて、前記送信光の特性として、前記変調信号に含める誤り訂正符号を制御することを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
7. 前記通信相手の光通信装置から、前記通信相手の光通信装置の位置を示す位置情報を含む音信号を受信する音信号受信部と、
   前記音信号受信部により受信された音信号に含まれている位置情報から、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間の距離を算出する距離算出部とを備え、
   前記移動体制御部は、前記通信距離の要求値の代わりに、前記距離算出部により算出された距離を受けると、前記通信が可能な距離が、前記距離算出部により算出された距離よりも短ければ、前記自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、前記自らの光通信装置を前記通信相手の光通信装置に近づけることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
8. 音信号を水中に出射して、前記通信相手の光通信装置に反射された前記音信号の反射信号を受信する音信号送受信部と、
   前記音信号送受信部から音信号が出射されてから、前記音信号送受信部により反射信号が受信されるまでの時間から、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間の距離を算出する距離算出部とを備え、
   前記移動体制御部は、前記通信距離の要求値の代わりに、前記距離算出部により算出された距離を受けると、前記通信が可能な距離が、前記距離算出部により算出された距離よりも短ければ、前記自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、前記自らの光通信装置を前記通信相手の光通信装置に近づけることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
9. 前記光送信部は、変調信号に従って連続発振光の位相を変調することで変調光を生成し、前記変調光を送信光として水中に出射することを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
10. 前記光送信部は、変調信号に従って連続発振光の強度を変調することで変調光を生成し、前記変調光を送信光として水中に出射することを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
11. 前記通信相手の光通信装置から通信データを含む光信号が水中に出射されると、水中に出射された光信号を受信する光信号受信部と、
    前記光信号受信部により受信された光信号に含まれている通信データを復調する復調部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
12. １つの光アンテナが、前記送信光モニタ部が備える光アンテナと、前記光信号受信部が備える光アンテナとを兼ねており、
    前記１つの光アンテナが、前記送信光及び前記光信号のそれぞれを受信することを特徴とする請求項１１記載の光通信装置。
13. 光送信部が、送信光を水中に出射し、
    送信光モニタ部が、前記光送信部から水中に出射された送信光をモニタ光として受信し、
    減衰率算出部が、前記光送信部から水中に出射される送信光の光量に対する前記送信光モニタ部により受信されたモニタ光の光量の減衰率を算出し、
    移動体制御部が、テーブル部によって記憶されている、送信光の帯域と、光量の減衰率と、自らの光通信装置と通信相手の光通信装置との間の通信距離と、前記通信相手の光通信装置から水中に出射された光信号を受信光として受信した際の前記受信光の信号対雑音比との対応関係を参照することで、前記減衰率算出部により算出された減衰率と、送信光の帯域と、受信光の信号対雑音比とから、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間で通信が可能な距離を求め、前記通信が可能な距離が、前記自らの光通信装置と前記通信相手の光通信装置との間の通信距離の要求値よりも短ければ、前記自らの光通信装置を搭載している移動体を制御して、前記自らの光通信装置を前記通信相手の光通信装置に近づける
    光通信方法。

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