JP7166502B2 - 信号処理装置、信号処理方法、受信器及び光通信システム - Google Patents

Description

本開示は、複数の受信信号を合成する信号処理装置、信号処理方法及び受信器と、受信器を備える光通信システムとに関するものである。

光信号を送受信する光通信システムの中には、送信器が、複数の経路を介して、光信号を受信器に送信し、受信器が、それぞれの経路を伝搬してきた光信号を受信し、複数の光信号の受信信号を合成する光通信システム（以下「従来の光通信システム」という）がある。

ところで、送信器が、受信器に送信する光信号の中に、経路のチャネル品質を示すパイロット信号を含める方法がある（例えば、特許文献１を参照）。チャネル品質は、経路を伝搬する光信号の劣化具合等を示すものである。

特開２０１７－３８３５５号公報

従来の光通信システムでは、複数の経路のチャネル品質が互いに異なる場合、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数が増えてしまうことがあるという課題があった。
特許文献１に開示されている方法を従来の光通信システムに適用すれば、受信器が、複数の経路のチャネル品質を認識し、ビットエラーの低減に寄与できる可能性がある。しかし、光信号の中に含めることが可能な送信データのデータ量に上限がある場合に、特許文献１に開示されている方法を従来の光通信システムに適用すると、光信号の中にパイロット信号を含める分だけ、光信号の中に含めることが可能な送信データのデータ量が減少する。送信データのデータ量が減少することによって、送信対象の全ての送信データを光信号の中に含めることができなくなることがある。送信対象の全ての送信データを光信号の中に含めることができない場合、当該方法を従来の光通信システムに適用できないことがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる信号処理装置及び信号処理方法を得ることを目的とする。

本開示に係る信号処理装置は、送信器から送信された光信号が複数の経路を介して受信器まで伝搬されたとき、受信器により受信された光信号の受信信号を処理する装置であって、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、送信器から送信される光信号の強度と、送信器から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、信号対雑音比算出部により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部と、振幅調整部による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部とを備えるものである。

本開示によれば、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる。

実施の形態１に係る光通信システム１を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる送信器２を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる中継器３，４を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる受信器５を示す構成図である。 実施の形態１に係る信号処理装置３５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 信号処理装置３５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。 実施の形態１に係る信号処理装置３５の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る光通信システム１に含まれている、送信器２、中継器３，４及び受信器５の配置例を示す説明図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示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に係る光通信システム１を示す構成図である。
図１に示す光通信システム１は、宇宙空間において、光信号を送受信するシステムである。しかし、これは一例に過ぎず、図１に示す光通信システム１は、例えば、地球上で、光信号を送受信するシステムであってもよい。
光通信システム１は、送信器２、Ｍ個の中継器３－１～３－Ｍ、Ｍ個の中継器４－１～４－Ｍ及び受信器５を備えている。Ｍは、２以上の整数である。以下、Ｍ個の中継器３－１～３－Ｍを区別しない場合、中継器３と表記することがある。また、Ｍ個の中継器４－１～４－Ｍを区別しない場合、中継器４と表記することがある。
送信器２から受信器５に至る、光信号が伝搬する経路が全部でＭ個あり、Ｍ個の経路のそれぞれに中継器３，４が配置されている。以下、Ｍ個の経路は、経路Ｒ_１、Ｒ_２、・・・、Ｒ_Ｍのように表記する。
図１に示す光通信システム１では、それぞれの経路Ｒ_ｍに２つ以上の中継器３，４が配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、それぞれの経路Ｒ_ｍに１つの中継器のみが配置されていてもよい。また、それぞれの経路Ｒ_ｍに中継器が配置されておらず、送信器２から光信号が受信器５に直接送信されるものであってもよい。
なお、図１に示す光通信システム１では、光信号が伝搬する経路として、意図的にＭ個の経路を形成しており、Ｍ個の経路以外に、意図しない経路は、存在しないものとする。

送信器２は、光信号を中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信する。
中継器３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、経路Ｒ_ｍに配置されている。
中継器３－ｍは、送信器２から送信された光信号を中継器４－ｍに転送する。
中継器４－ｍは、経路Ｒ_ｍに配置されている。
中継器４－ｍは、中継器３－ｍにより転送された光信号を受信器５に転送する。
受信器５は、中継器４－１～４－Ｍにより転送された光信号を受信する。

図２は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる送信器２を示す構成図である。
図２に示す送信器２は、入力端子１１、誤り訂正符号付与部１２、信号変調部１３、電気光変換部１４及び出力端子１５を備えている。
入力端子１１は、例えば、コネクタによって実現される。
入力端子１１には、外部から、送信データが与えられる。
誤り訂正符号付与部１２は、例えば、誤り訂正符号付与回路によって実現される。
誤り訂正符号付与部１２は、送信データに誤り訂正符号を付与し、誤り訂正符号付与後の送信データを信号変調部１３に出力する。

信号変調部１３は、例えば、信号変調器によって実現される。
信号変調部１３は、誤り訂正符号付与部１２から出力された誤り訂正符号付与後の送信データを変調する。送信データの変調方式としては、ＢＰＳＫ（二値位相変調）、又は、ＱＰＳＫ（四値直交位相変調）等が用いられる。
信号変調部１３は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部１４に出力する。
電気光変換部１４は、例えば、光変調器によって実現される。
電気光変換部１４は、信号変調部１３から出力された変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子１５に出力する。
出力端子１５は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
電気光変換部１４から出力された光信号は、出力端子１５を介して、中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信される。

図３は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる中継器３，４を示す構成図である。
図３に示す中継器３，４は、入力端子２１、光電気変換部２２、硬判定処理部２３、信号変調部２４、電気光変換部２５及び出力端子２６を備えている。
入力端子２１は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
入力端子２１には、送信器２から送信された光信号、又は、中継器３により転送された光信号が与えられる。

光電気変換部２２は、例えば、集積コヒーレントレシーバ（ＩＣＲ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）によって実現される。
光電気変換部２２は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を硬判定処理部２３に出力する。
硬判定処理部２３は、例えば、硬判定処理回路によって実現される。
硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から出力された電気信号に対する硬判定処理を実施することによって、電気信号から送信データを復号する。
硬判定処理部２３は、復号した送信データを信号変調部２４に出力する。

信号変調部２４は、例えば、信号変調器によって実現される。
信号変調部２４は、硬判定処理部２３から出力された送信データを変調する。送信データの変調方式としては、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫ等が用いられる。
信号変調部２４は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部２５に出力する。
電気光変換部２５は、例えば、光変調器によって実現される。
電気光変換部２５は、信号変調部２４から出力された変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子２６に出力する。
出力端子２６は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
電気光変換部２５から出力された光信号は、出力端子２６を介して、中継器４－ｍ、又は、受信器５に送信される。

図４は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる受信器５を示す構成図である。
図４に示す受信器５は、入力端子３１－１～３１－Ｍ、受信部３２－１～３２－Ｍ、信号処理装置３５及び出力端子４２を備えている。
入力端子３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
入力端子３１－ｍには、中継器４－ｍにより転送された光信号が与えられる。

受信部３２－ｍは、光電気変換部３３－ｍ及び同期処理部３４－ｍを備えている。
受信部３２－ｍは、経路Ｒ_ｍを伝搬してきた光信号を受信し、光信号の受信信号Ｓ_ｍを信号処理装置３５に出力する。
光電気変換部３３－ｍは、例えば、ＩＣＲによって実現される。
光電気変換部３３－ｍは、光信号を電気信号に変換し、電気信号を同期処理部３４－ｍに出力する。
同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－１～３３－Ｍのそれぞれから出力された電気信号の同期を取るために、光電気変換部３３－ｍから出力された電気信号に対する同期バッファ処理を実施する。
同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理後の電気信号を、光信号の受信信号Ｓ_ｍとして、信号処理装置３５に出力する。

図５は、実施の形態１に係る信号処理装置３５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
信号処理装置３５は、信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１を備えている。
信号処理装置３５は、送信器２から送信された光信号がＭ個の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する装置である。
信号対雑音比算出部３６は、ＳＮＲ算出処理部３７－１～３７－Ｍを備えている。
信号対雑音比算出部３６は、例えば、図５に示す信号対雑音比算出回路５１によって実現される。
信号対雑音比算出部３６は、経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍにおけるそれぞれの光信号の伝搬距離Ｌ_１～Ｌ_Ｍと、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ_０とから、受信部３２－１～３２－Ｍによりそれぞれ受信された光信号の信号対雑音比であるＳＮＲ_１～ＳＮＲ_Ｍを算出する。
信号対雑音比算出部３６は、ＳＮＲ_１～ＳＮＲ_Ｍを振幅調整部３８に出力する。
ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、経路Ｒ_ｍにおける光信号の伝搬距離Ｌ_ｍと、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ_０とから、受信部３２－ｍにより受信された光信号のＳＮＲ_ｍを算出する。
ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、ＳＮＲ_ｍを振幅調整処理部３９－ｍに出力する。

振幅調整部３８は、振幅調整処理部３９－１～３９－Ｍを備えている。
振幅調整部３８は、例えば、図５に示す振幅調整回路５２によって実現される。
振幅調整部３８は、信号対雑音比算出部３６により算出されたＳＮＲ_１～ＳＮＲ_Ｍを用いて、受信部３２－１～３２－Ｍによりそれぞれ受信された光信号の受信信号Ｓ_１～Ｓ_Ｍの振幅Ａｍｐ_１～Ａｍｐ_Ｍを調整する。
振幅調整部３８は、振幅調整後の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’を信号合成部４０に出力する。
振幅調整処理部３９－ｍは、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍにより算出されたＳＮＲ_ｍを用いて、受信部３２－ｍにより受信された光信号の受信信号Ｓ_ｍの振幅Ａｍｐ_ｍを調整する。
振幅調整処理部３９－ｍは、振幅調整後の受信信号Ｓ_ｍ’を信号合成部４０に出力する。

信号合成部４０は、例えば、図５に示す信号合成回路５３によって実現される。
信号合成部４０は、振幅調整部３８による振幅調整後のＭ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’を合成する。
信号合成部４０は、Ｍ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’の合成信号Ｃを誤り訂正部４１に出力する。

誤り訂正部４１は、例えば、図５に示す誤り訂正回路５４によって実現される。
誤り訂正部４１は、信号合成部４０から出力された合成信号Ｃに対する誤り訂正処理を実施する。
誤り訂正部４１は、誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’を出力端子４２に出力する。
出力端子４２は、例えば、コネクタによって実現される。
誤り訂正部４１から出力された誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’は、出力端子４２を介して、外部に出力される。

図４では、信号処理装置３５の構成要素である信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１のそれぞれが、図５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、信号処理装置３５が、信号対雑音比算出回路５１、振幅調整回路５２、信号合成回路５３及び誤り訂正回路５４によって実現されるものを想定している。
信号対雑音比算出回路５１、振幅調整回路５２、信号合成回路５３及び誤り訂正回路５４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。

信号処理装置３５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く、信号処理装置３５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６は、信号処理装置３５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。
信号処理装置３５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、信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１におけるそれぞれ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６１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ６２がメモリ６１に格納されているプログラムを実行する。

また、図５では、信号処理装置３５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６では、信号処理装置３５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、信号処理装置３５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。

例えば、地球外天体の地上探査機の観測データは、地球外天体の周回軌道にある多目的探査機を介して、地球に送信される。観測データが電波通信によって送信される場合、通信速度が限られており、通信速度が数百キロＢＰＳ（Ｂｉｔｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ ）程度である。光通信は、電波通信と比べて、高速通信が可能であるため、地上探査機の観測データの送信に用いられることがある。
例えば、地球と地球外天体との間の光通信では、太陽光の影響によって、長期間の通信遮断が発生することがある。そのため、地球と地球外天体との間で、直接通信を行えない期間では、中継器を介して、光通信を行う必要がある。つまり、送信器２が、中継器３，４が配置されている複数の経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍを介して、光信号を受信器５に送信する必要がある。
しかし、複数の経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍのチャネル品質が互いに異なる場合、複数の経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍのそれぞれを伝搬してきた光信号の受信信号を単に合成してしまうと、合成信号に含まれるビットエラーの数が増えてしまうことがある。
図１に示す光通信システム１では、合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えるため、複数の経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍのそれぞれを伝搬してきた光信号のＳＮＲ_１～ＳＮＲ_Ｍに基づいて、複数の経路Ｒ_１～Ｒ_Ｍを伝搬してきた光信号の受信信号を合成する。

次に、図１に示す光通信システム１の動作について説明する。
送信器２は、光信号を中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信する。
以下、送信器２による光信号の送信動作を具体的に説明する。

送信器２の入力端子１１には、外部から、送信データが与えられる。
誤り訂正符号付与部１２は、送信データに誤り訂正符号を付与し、誤り訂正符号付与後の送信データを信号変調部１３に出力する。送信データに誤り訂正符号を付与する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

信号変調部１３は、誤り訂正符号付与部１２から誤り訂正符号付与後の送信データを受けると、例えば、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫの変調方式によって、誤り訂正符号付与後の送信データを変調する。
信号変調部１３は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部１４に出力する。

電気光変換部１４は、信号変調部１３から変調信号を受けると、変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子１５に出力する。
電気光変換部１４から出力された光信号は、出力端子１５を介して、中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信される。

中継器３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信器２から送信された光信号を中継器４－ｍに転送する。
中継器４－ｍは、中継器３－ｍにより転送された光信号を受信器５に転送する。
以下、中継器３－ｍ，４－ｍによる光信号の転送動作を具体的に説明する。
ただし、中継器３－ｍによる光信号の転送動作と中継器４－ｍによる光信号の転送動作とは同じであるため、ここでは、中継器３－ｍによる光信号の転送動作を具体的に説明する。

中継器３－ｍの入力端子２１には、送信器２から送信された光信号が与えられる。中継器３－１～３－Ｍの入力端子２１に与えられる光信号は、同じ光信号である。
光電気変換部２２は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を硬判定処理部２３に出力する。

硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から電気信号を受けると、電気信号に対する硬判定処理を実施することによって、電気信号から送信データを復号する。
送信器２の信号変調部１３による変調方式が例えばＢＰＳＫである場合、中継器３－ｍの入力端子２１には、信号レベルが“０”の光信号、又は、信号レベルが“１”の光信号が与えられる。
しかし、送信器２から送信されたのち、中継器３－ｍの入力端子２１に与えられるまでの間に、光信号にノイズが重畳される。光信号にノイズが重畳されることによって、中継器３－ｍの入力端子２１には、信号レベルが、“０”、又は、“１”からずれている光信号が与えられる。例えば、信号レベルが“０”の光信号が、信号レベルが“０．１”の光信号として入力端子２１に与えられ、信号レベルが“１”の光信号が、信号レベルが“０．８”の光信号として入力端子２１に与えられることがある。
硬判定処理部２３の内部メモリには、例えば、“０”と“１”との中間値である“０．５”の閾値Ｔｈが格納されている。
硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から出力された電気信号に含まれている複数の送信データの信号レベルと閾値Ｔｈとをそれぞれ比較する。
硬判定処理部２３は、送信データの信号レベルが閾値Ｔｈ未満であれば、“０”の信号点を復元し、送信データの信号レベルが閾値Ｔｈ以上であれば、“１”の信号点を復元する。
硬判定処理部２３は、復元した信号点を復号後の送信データとして、信号変調部２４に出力する。

信号変調部２４は、硬判定処理部２３から復号後の送信データを受けると、例えば、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫの変調方式によって、復号後の送信データを変調する。
信号変調部２４は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部２５に出力する。
電気光変換部２５は、信号変調部２４から変調信号を受けると、変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子２６に出力する。
電気光変換部２５から出力された光信号は、出力端子２６を介して、中継器４－ｍに送信される。
これにより、中継器３－１，４－１が配置されている経路Ｒ_１を伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－１に与えられ、中継器３－２，４－２が配置されている経路Ｒ_２を伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－２に与えられる。また、中継器３－Ｍ，４－Ｍが配置されている経路Ｒ_Ｍを伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－Ｍに与えられる。

受信器５の受信部３２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、経路Ｒ_ｍを伝搬してきた光信号を受信し、光信号の受信信号Ｓ_ｍを信号処理装置３５に出力する。
即ち、光電気変換部３３－ｍは、入力端子３１－ｍに与えられた光信号を電気信号に変換し、電気信号を同期処理部３４－ｍに出力する。
同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－１～３３－Ｍのそれぞれから出力された電気信号の同期を取るために、光電気変換部３３－ｍから出力された電気信号に対する同期バッファ処理を実施する。
同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理後の電気信号を受信信号Ｓ_ｍとして、信号処理装置３５に出力する。
電気信号に対する同期バッファ処理としては、例えば、以下の処理が考えられる。

送信器２から送信されてから、受信器５の受信部３２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に光信号が到達するまでに要する時間である伝搬時間Ｔ_ｍは、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍに比例する。即ち、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍが短いほど、伝搬時間Ｔ_ｍが小さくなる。
同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理を実施する前に、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍを算出し、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍから、経路Ｒ_ｍにおける光信号の伝搬時間Ｔ_ｍを算出する。
経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍの算出は、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍにおける伝搬距離Ｌ_ｍの算出と同様であり、後述する。同期処理部３４－ｍでは、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍを算出せずに、同期処理部３４－ｍから経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍを取得するようにしてもよい。
伝搬距離Ｌ_ｍから光信号の伝搬時間Ｔ_ｍを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理を実施する前に、伝搬時間Ｔ_１～Ｔ_Ｍの中の最大の伝搬時間Ｔ_ｍａｘを特定し、最大の伝搬時間Ｔ_ｍａｘと伝搬時間Ｔ_ｍとの時間差ΔＴ_ｍを算出する。同期処理部３４－１～３４－Ｍのうち、伝搬時間Ｔ_ｍが最大の伝搬時間Ｔ_ｍａｘに係る同期処理部３４－ｍは、時間差ΔＴ_ｍとして、０を算出する。
同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－ｍから電気信号を受けると、電気信号に対する同期バッファ処理として、当該電気信号を時間差ΔＴ_ｍだけ保持してから、当該電気信号を振幅調整処理部３９－ｍに出力する処理を行う。

信号処理装置３５は、送信器２から送信された光信号がＭ個の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する。
図７は、実施の形態１に係る信号処理装置３５の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
以下、信号処理装置３５の処理内容を具体的に説明する。

信号対雑音比算出部３６のＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリには、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ_０とが格納されている。
図１に示す光通信システム１では、送信器２から送信される光信号の強度Ｋが一定であり、信号処理装置３５において、光信号の強度Ｋが既値である。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、光信号の強度Ｋが時間の経過に伴って変化する場合、それぞれの時刻における光信号の強度Ｋが、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されていてもよい。
光信号に対する雑音の強度Ｎ_０は、宇宙空間において、一定値に近似できることが知られており、雑音の強度Ｎ_０として、当該一定値がＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。
図１に示す光通信システム１が、例えば、地球上で光信号を送受信する場合、雑音の強度Ｎ_０を一定値に近似することができない。この場合、例えば、図示せぬコンピュータが、コンピュータシミュレーションを実施することによって、経路Ｒ_ｍを伝搬する光信号に対する雑音の強度Ｎ_０を演算し、強度Ｎ_０の演算結果が、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されるようにしてもよい。
図１に示す光通信システム１では、光信号の強度Ｋと雑音の強度Ｎ_０とがＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。しかし、これは一例に過ぎず、光信号の強度Ｋと雑音の強度Ｎ_０とが、受信器５の外部から与えられるものであってもよい。

信号対雑音比算出部３６のＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリには、送信器２、中継器３，４及び受信器５におけるそれぞれの３次元位置を示す情報が格納されている。それぞれの３次元位置が、時刻の経過に伴って変化する場合、それぞれの時刻における３次元位置を示す情報が、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納される。
図１に示す光通信システム１が、例えば、宇宙空間で使用される場合、３次元位置の座標系は、宇宙空間の座標系である。
図１に示す光通信システム１では、３次元位置を示す情報がＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。しかし、これは一例に過ぎず、３次元位置を示す情報が、受信器５の外部から与えられるものであってもよい。

ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、３次元位置を示す情報を用いて、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍを算出する。
即ち、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、３次元位置を示す情報を用いて、送信器２と中継器３－ｍとの距離Ｌ_ｍ，１、中継器３－ｍと中継器４－ｍとの距離Ｌ_ｍ，２、中継器４－ｍと受信器５との距離Ｌ_ｍ，３を算出する。３次元位置を示す情報を用いて、距離Ｌ_ｍ，１、距離Ｌ_ｍ，２及び距離Ｌ_ｍ，３を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、以下の式（１）に示すように、距離Ｌ_ｍ，１、距離Ｌ_ｍ，２及び距離Ｌ_ｍ，３から、経路Ｒ_ｍの伝搬距離Ｌ_ｍを算出する。
Ｌ_ｍ＝Ｌ_ｍ，１＋Ｌ_ｍ，２＋Ｌ_ｍ，３ （１）

ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、以下の式（２）に示すように、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ_０と、経路Ｒ_ｍにおける光信号の伝搬距離Ｌ_ｍとから、受信部３２－ｍにより受信された光信号のＳＮＲ_ｍを算出する（図７のステップＳＴ１）。

ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、光信号のＳＮＲ_ｍを振幅調整処理部３９－ｍに出力する。

振幅調整処理部３９－ｍは、同期処理部３４－ｍから受信信号Ｓ_ｍを受けると、以下の式（３）に示すように、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍから出力されたＳＮＲ_ｍを用いて、受信信号Ｓ_ｍの振幅Ａｍｐ_ｍを調整する（図７のステップＳＴ２）。
Ａｍｐ_ｍ’＝ｇ_ｍ×Ａｍｐ_ｍ （３）
式（３）において、Ａｍｐ_ｍ’は、調整後の振幅であり、ｇ_ｍは、ＳＮＲ_ｍと正比例する係数である。
振幅調整処理部３９－ｍは、振幅調整後の受信信号Ｓ_ｍ’を信号合成部４０に出力する。

信号合成部４０は、振幅調整処理部３９－１～３９－Ｍから、振幅調整後のＭ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’を取得する。
信号合成部４０は、以下の式（４）に示すように、Ｍ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’を合成する（図７のステップＳＴ３）。
Ｃ＝Ｓ_１’＋Ｓ_２’＋・・・＋Ｓ_Ｍ’ （４）
信号合成部４０は、Ｍ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’の合成信号Ｃを誤り訂正部４１に出力する。
信号合成部４０では、光信号のＳＮＲに応じて振幅が調整されたＭ個の受信信号Ｓ_１’～Ｓ_Ｍ’を合成しており、ＳＮＲが大きい光信号の受信信号ほど、大きなウェイトで合成され、ＳＮＲが小さい光信号の受信信号ほど、小さなウェイトで合成されている。したがって、ＳＮＲが小さい光信号の受信信号の影響が軽減されるため、振幅調整が行われないで、Ｍ個の受信信号Ｓ_１～Ｓ_Ｍが合成されるものよりも、合成信号Ｃに含まれるエラービットの数の増加が抑えられる。

誤り訂正部４１は、信号合成部４０から合成信号Ｃを受けると、合成信号Ｃに対する誤り訂正処理を実施する（図７のステップＳＴ４）。合成信号Ｃに対する誤り訂正処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
誤り訂正部４１は、誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’を出力端子４２に出力する。
誤り訂正部４１から出力された誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’は、出力端子４２を介して、外部に出力される。

以上の実施の形態１では、送信器２から送信された光信号が複数の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する信号処理装置３５であって、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、送信器２から送信される光信号の強度と、送信器２から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部３６と、信号対雑音比算出部３６により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部３８と、振幅調整部３８による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部４０とを備えるように、信号処理装置３５を構成した。したがって、信号処理装置３５は、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、送信器２が、恒星７１を周回する第１の衛星７２を周回する第２の衛星７４に配置され、受信器５が、恒星７１を周回する第３の衛星７６を周回する第４の衛星７８に配置され、複数の中継器３，４が、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点に配置されている光通信システム１について説明する。

図８は、実施の形態２に係る光通信システム１に含まれている、送信器２、中継器３，４及び受信器５の配置例を示す説明図である。
図８に示す配置例では、光通信システム１が宇宙空間で使用される場合に、経路Ｒ_ｍを伝搬する光信号のＳＮＲ_ｍが高まる。
図８において、７１は、恒星である。
第１の衛星７２は、恒星７１を中心として、恒星７１を周回する衛星である。
衛星軌道７３は、第１の衛星７２の衛星軌道である。
第２の衛星７４は、第１の衛星７２を中心として、第１の衛星７２を周回する衛星である。
衛星軌道７５は、第２の衛星７４の衛星軌道である。
送信器２は、第２の衛星７４に配置されている。

第３の衛星７６は、恒星７１を中心として、恒星７１を周回する衛星である。
衛星軌道７７は、第３の衛星７６の衛星軌道である。
第４の衛星７８は、第３の衛星７６を中心として、第３の衛星７６を周回する衛星である。
衛星軌道７９は、第４の衛星７８の衛星軌道である。
受信器５は、第４の衛星７８に配置されている。

ラグランジュ点８１～８５は、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点である。
中継器３－１は、ラグランジュ点８３に配置されている。
中継器４－１は、ラグランジュ点８４に配置されている。
中継器３－２は、ラグランジュ点８２に配置されている。
中継器４－２は、ラグランジュ点８５に配置されている。
送信器２から、中継器３－１及び中継器４－１を介して、受信器５に至る経路は、Ｒ_１である。
送信器２から、中継器３－２及び中継器４－２を介して、受信器５に至る経路は、Ｒ_２である。

図８に示す配置例では、２個の経路Ｒ_１，Ｒ_２が形成されている。しかし、これは一例に過ぎず、３個以上の経路が形成されていてもよい。２個の経路Ｒ_１，Ｒ_２のほかに、例えば、送信器２から中継器３－１を介して受信器５に至る経路Ｒ_３、又は、送信器２から直接受信器５に至る経路Ｒ_４が形成されていてもよい。
図８に示す配置例では、送信器２が第２の衛星７４に配置され、受信器５が第４の衛星７８に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、送信器２が第４の衛星７８に配置され、受信器５が第２の衛星７４に配置されていてもよい。

ラグランジュ点に配置される中継器３，４は、ラグランジュ点以外に配置される中継器と比べて、恒星７１からの外乱光の影響が小さくなる。
したがって、ラグランジュ点８３に配置されている中継器３－１、ラグランジュ点８２に配置されている中継器３－２、ラグランジュ点８４に配置されている中継器４－１及びラグランジュ点８５に配置されている中継器４－２は、恒星７１からの外乱光の影響をあまり受けることなく、光信号を転送することが可能である。

以上の実施の形態２では、送信器２が、恒星７１を周回する第１の衛星７２を周回する第２の衛星７４に配置され、受信器５が、恒星７１を周回する第３の衛星７６を周回する第４の衛星７８に配置され、複数の中継器３，４が、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点に配置されているように、光通信システム１を構成した。したがって、光通信システム１は、恒星７１からの外乱光の影響に伴う、ビットエラーの数の増加を抑えることができる。

なお、本開示は、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。

本開示は、複数の受信信号を合成する信号処理装置、信号処理方法及び受信器に適している。
本開示は、受信器を備える光通信システムに適している。

１ 光通信システム、２ 送信器、３－１～３－Ｍ 中継器、４－１～４－Ｍ 中継器、５ 受信器、１１ 入力端子、１２ 誤り訂正符号付与部、１３ 信号変調部、１４ 電気光変換部、１５ 出力端子、２１ 入力端子、２２ 光電気変換部、２３ 硬判定処理部、２４ 信号変調部、２５ 電気光変換部、２６ 出力端子、３１－１～３１－Ｍ 入力端子、３２－１～３２－Ｍ 受信部、３３－１～３３－Ｍ 光電気変換部、３４－１～３４－Ｍ 同期処理部、３５ 信号処理装置、３６ 信号対雑音比算出部、３７－１～３７－Ｍ ＳＮＲ算出処理部、３８ 振幅調整部、３９－１～３９－Ｍ 振幅調整処理部、４０ 信号合成部、４１ 誤り訂正部、５１ 信号対雑音比算出回路、５２ 振幅調整回路、５３ 信号合成回路、５４ 誤り訂正回路、６１ メモリ、６２ プロセッサ、７１ 恒星、７２ 第１の衛星、７３ 衛星軌道、７４ 第２の衛星、７５ 衛星軌道、７６ 第３の衛星、７７ 衛星軌道、７８ 第４の衛星、８１～８５ ラグランジュ点。

Claims (7)

1. 送信器から送信された光信号が複数の経路を介して受信器まで伝搬されたとき、前記受信器により受信された光信号の受信信号を処理する信号処理装置であって、
   それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、前記送信器から送信される光信号の強度と、前記送信器から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、
   前記信号対雑音比算出部により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
   前記振幅調整部による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部と
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
2. 送信器から送信された光信号が複数の経路を介して受信器まで伝搬されたとき、前記受信器により受信された光信号の受信信号を処理する信号処理方法であって、
   信号対雑音比算出部が、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、前記送信器から送信される光信号の強度と、前記送信器から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出し、
   振幅調整部が、前記信号対雑音比算出部により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整し、
   信号合成部が、前記振幅調整部による振幅調整後の複数の受信信号を合成する
   ことを特徴とする信号処理方法。
3. 送信器から送信された光信号が伝搬される経路が複数あり、
   それぞれの経路を伝搬してきた光信号を受信し、それぞれの光信号の受信信号を出力する複数の受信部と、
   それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、前記送信器から送信される光信号の強度と、前記送信器から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの受信部により受信された光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、
   前記信号対雑音比算出部により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの受信部から出力された受信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
   前記振幅調整部による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部と
   を備えた受信器。
4. 前記送信器から送信された光信号を転送する中継器が、それぞれの経路に配置されており、
   それぞれの受信部は、それぞれの経路に配置されている中継器により転送された光信号を受信することを特徴とする請求項３記載の受信器。
5. 光信号を複数の経路に送信する送信器と、
   それぞれの経路に配置されており、それぞれの経路を伝搬してきた光信号を転送する複数の中継器と、
   それぞれの中継器により転送された光信号を受信する受信器とを備え、
   前記受信器は、請求項３又は請求項４記載の受信器であることを特徴とする光通信システム。
6. それぞれの中継器は、それぞれの経路を伝搬してきた光信号を電気信号に変換し、前記電気信号から送信データを復号し、復号後の送信データを変調し、変調後の送信データである変調信号を光信号に変換し、当該光信号を転送することを特徴とする請求項５記載の光通信システム。
7. 前記送信器が、恒星を周回する第１の衛星を周回する第２の衛星に配置され、
   前記受信器が、前記恒星を周回する第３の衛星を周回する第４の衛星に配置され、
   それぞれの中継器が、前記恒星と前記第１の衛星とのラグランジュ点に配置されていることを特徴とする請求項５記載の光通信システム。

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