JP7193716B2

JP7193716B2 - 無線通信システム、親局装置及び無線通信方法

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Publication number: JP7193716B2
Application number: JP2018231144A
Authority: JP
Inventors: 耕大伊藤; 暢朗大槻; 瑞紀菅; 直樹北
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: WO2020121919A1; JP2020096238A; US20220109518A1; US11405124B2

Description

本発明は、無線通信システム、親局装置及び無線通信方法に関する。

無線通信サービスにおいて、高速伝送が可能な周波数帯としてミリ波帯が注目されている。しかし、ミリ波帯は伝搬損失が大きいため、長距離伝送が困難であるという問題がある。

この問題の解決策の１つとして、ＲｏＦ（Radio over Fiber）システムが知られている。ＲｏＦシステムでは、収容局（親局）が、伝送したいＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）信号により光キャリアを強度変調し、その変調信号を光ファイバで伝送する。基地局（子局）は、光ファイバを介して受信した光信号をＲＦ信号に戻し、そのＲＦ信号をアンテナから電波として放射する。このようなＲｏＦシステムを利用することにより、ミリ波帯ＲＦ信号の長距離伝送が可能となる。

しかしながら、ミリ波帯にＲｏＦシステムを適用したとしても、今度は基地局のカバーエリア拡大が課題となる。その解決策の１つがアレーアンテナによるビームフォーミングである。アレーアンテナによるビームフォーミングでは、アレーアンテナの各アンテナ素子に入射するＲＦ信号の位相を制御し、各アンテナ素子から放射される電波を互いに干渉させる。これにより、全体として電波の放射方向を制御する。

ＲｏＦシステムにおけるビームフォーミングとして、光ファイバ伝送時の波長分散によって各波長の光信号間に遅延差が生じることを利用して、光キャリアの波長を制御することでアンテナ素子に入射するＲＦ信号の位相を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１の技術を適用した示したＲｏＦシステム９００のブロック図である。収容局９１０の多波長可変光源９１１は、複数の光信号を出力する。これら光信号間の波長間隔は、任意に変更可能である。光変調器９１２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。これにより、光変調器９１２は、複数の光変調信号を出力する。各光変調信号は光ファイバ９２０内を伝送する。その際に、各光変調信号には、波長分散の影響により、波長毎に異なる遅延差が生じる。基地局９３０の光分波器９３１は、光ファイバ９２０内を伝送した複数の光変調信号を波長毎に分岐する。複数のＯ／Ｅ（光／電気）変換器９３２－１、…、９３２－ｎはそれぞれ、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換する。アンテナ素子９３３－１、…、９３３－ｎは、変換後の電気信号をＲＦ信号として放射する。この際、光ファイバ９２０内伝送時の波長分散による遅延差のためＲＦ信号にも位相差が生じ、指向性を形成することができる。

また、ＲｏＦシステムに限らず、光信号を用いてアレーアンテナのビームフォーミングを行う手法がある。その一つとして、波長の制御を行わず、各アンテナ素子に固定波長を割り振っておき、各波長の光信号に対して、波長分散や経路差を利用して遅延差を生じさせる技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図４は、非特許文献１の技術を適用した無線システム９０５の図である。多波長光源９５１は、複数の異なる波長の光信号を出力する。光変調器９５２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。これにより、光変調器９５２は、複数の光変調信号を出力する。各光変調信号は、ＰＤＭ（programmable dispersion matrix）９５３に送られる。

図５は、ＰＤＭ９５３の構成を示すブロック図である。ＰＤＭ９５３は、ｎ＋１個の２×２光スイッチ９６１－１、…、９６１－（ｎ＋１）と、分散値がそれぞれＤ_０、２Ｄ_０、…、２^ｎ－１Ｄ_０のｎ個の分散要素９６２－１、９６２－２、…、９６２－ｎとから構成される。分散要素９６２－１、…、９６２－ｎは、分散ファイバやグレーティングファイバなどにより構成される。ＰＤＭ９５３は、２×２光スイッチ９６１－１、…、９６１－（ｎ＋１）を切り替えることで、全体としての分散値を調整する。ＰＤＭ９５３に入力された各光変調信号には、ＰＤＭ９５３により調整された分散値に従った異なる遅延差が生じる。

図４に示す無線システム９０５の光分波器９５４は、ＰＤＭ９５３から出力された複数の光変調信号を波長毎に分岐する。各波長は、各アンテナ素子９５６－１、…、９５６－ｎにあらかじめ対応しているため、光分岐は固定的である。複数のＯ／Ｅ（光／電気）変換器９５５－１、…、９５５－ｎはそれぞれ、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換する。アンテナ素子９５６－１、…、９５６－ｎは、変換後の電気信号をＲＦ信号として放射する。この際、ＰＤＭ９５３の分散による遅延差のためＲＦ信号にも位相差が生じ、指向性を形成することができる。

以上を整理すると、特許文献１は、波長を可変とし、分散を固定として変調光信号に遅延差を生じさせる手法であり、非特許文献１は、波長を固定とし、分散を可変として変調光信号に遅延差を生じさせる手法である。

特許第４２４６７２４号公報

Dennis T. K. Tong，Ming C. Wu，"A Novel Multiwavelength Optically Controlled Phased Array Antenna with a Programmable Dispersion Matrix"，IEEE Photonics Technology Letters，1996年6月，VOL.8，NO.6，p.812-814

上述のように、特許文献１の技術は、波長を可変とし、分散を固定として変調光信号に遅延差を生じさせる。このとき、指向性を形成する方向やファイバ長、ＲＦ信号の周波数によっては、光変調信号間の波長間隔を大きく調整する必要がある。そのため、利用する波長帯が広くなってしまい、波長利用効率の低下が考えられる。特に、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）－ＰＯＮ（Passive Optical Network）では、各基地局に異なる波長を使用しなければならない。このような状況で、特許文献１の技術を適用すると、ＷＤＭ－ＰＯＮにさらにビームフォーミングのための波長帯をあらかじめ設定しておかなければならなくなり、利用する波長帯は大幅に拡大してしまう。

また、特許文献１の技術では、指向性形成のために波長を調整する。従って、基地局のアンテナ素子に送る波長も調整する必要がある。そのため、基地局の光分波器は、指向性形成の度に、基地局のアンテナ素子に送る波長を変更する必要があり、指向性を動的に変更する際にはさらに光分波器の分岐も動的に変更する必要がある。これは、基地局の光分波器の制御が必要であることを意味する。

ＲｏＦシステムを適用する利点の一つは、ＲＦ信号の長距離伝送以外に、収容局に機能を集約することで基地局を簡易化できることである。しかし、特許文献１の技術では、基地局の光分波器の制御が必要となり、基地局の簡易化に限界がある。

一方、非特許文献１の技術は、波長を固定とし、分散を可変として変調光信号に遅延差を生じさせる。このとき、波長が固定であるため、波長利用効率は特許文献１よりも良い。また、光分岐は固定的であるため、光分波器を制御する必要がない。しかし、分散を調整するためのＰＤＭの設計・製作には、高い精度が必要になると考えられる。従って、装置の大型化・高コスト化の恐れがある。

また、非特許文献１には、ＲｏＦへの適用に関する言及はない。そのため、非特許文献１にＲｏＦを適用して長距離光ファイバ伝送する場合には、ＰＤＭによる分散調整以外に、光ファイバ伝送時の波長分散の影響も考慮しなければならない。

上記事情に鑑み、本発明は、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえつつ、基地局制御が不要なＲｏＦシステムを実現することができる無線通信システム、親局装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態は、親局装置と、光伝送路を介して前記親局装置から光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置とを有する無線通信システムであって、前記親局装置は、複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力部と、前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記波長別に、前記光信号出力部が出力した前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整部が位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調部と、前記光変調部が生成した前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成部とを備え、前記子局装置は、前記光伝送路を伝送した前記光変調信号を前記波長により分波する光分波部と、前記光分波部が分波した前記波長別の前記光変調信号を電気信号に変換して得た前記送信信号を、前記波長に対応した複数の前記アンテナ素子それぞれに出力する光電気変換部とを備える、無線通信システムである。

本発明の一実施形態は、上述の無線通信システムであって、前記光信号出力部は、多波長光源及び前記多波長光源が出力した光信号を前記波長ごとに分離する光分波器とを有する、又は、それぞれ異なる前記波長の光信号を出力する複数の光源を有する。

本発明の一実施形態は、上述の無線通信システムであって、複数の前記波長それぞれの前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける前記位相回転は、いずれかの前記波長の光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転の量と、異なる前記波長それぞれの光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける前記位相回転の量の差分とから得られる。

本発明の一実施形態は、光伝送路を介して光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置と接続される親局装置であって、複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力部と、前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記波長別に、前記光信号出力部が出力した前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整部が位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調部と、前記光変調部が生成した前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成部と、を備える親局装置である。

本発明の一実施形態は、親局装置と、光伝送路を介して前記親局装置から光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置とを有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記親局装置が、複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力ステップと、前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整ステップと、前記波長別に、前記光信号出力ステップにおいて出力された前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整ステップにおいて位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調ステップと、前記光変調ステップにおいて生成された前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成ステップと、前記子局装置が、前記光伝送路を伝送した前記光変調信号を前記波長により分波する光分波ステップと、前記光分波ステップにおいて分波された前記波長別の前記光変調信号を電気信号に変換して得た前記送信信号を、前記波長に対応した複数の前記アンテナ素子それぞれに出力する光電気変換ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明により、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえつつ、基地局制御が不要なＲｏＦシステムを実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態による光制御ビームフォーミングシステムの構成を示すブロック図である。第２の実施形態による光制御ビームフォーミングシステムの構成を示すブロック図である。従来技術を適用したＲｏＦシステムの構成を示すブロック図である。従来技術を適用した無線システムの構成を示すブロック図である。図４におけるＰＤＭの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態の無線通信システムは、ビームフォーミングを行うＲｏＦシステムとして用いられる。本実施形態の無線通信システムにおいて、収容局（親局）装置は、基地局（子局）装置に向けて光ファイバ伝送する複数の波長それぞれの光信号を、光ファイバ伝送時に波長分散で生じる位相回転を予め補償したＲＦ信号により光変調する。これにより、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえつつ、基地局制御が不要なビームフォーミング型ＲｏＦシステムを実現することができる。以下に詳細な実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態による光制御ビームフォーミングシステム１の構成を示すブロック図である。光制御ビームフォーミングシステム１は、無線通信システムの一例である。同図に示す光制御ビームフォーミングシステム１は、収容局１０と、基地局３０とを有する。収容局１０は親局装置であり、基地局３０は子局装置である。収容局１０及び基地局３０は、光ファイバ２０により接続される。

収容局１０は、多波長光源１１と、光分波器１２と、位相調整部１３－１、…、１３－ｎ（ｎは２以上の整数、以下同じ）と、光変調部１４－１、…、１４－ｎと、光合成器１５とを備える。基地局３０は、光分波器３１と、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換器３２－１、…、３２－ｎと、アンテナ素子３３－１、…、３３－ｎとを備える。

多波長光源１１は、波長λ１、…、λｎの光信号を生成する。光分波器１２は、波長λ１、…、λｎの光信号を固定的に分岐する。位相調整部１３－ｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数、以下同じ）は、ＲＦ信号に対し、基地局３０のアンテナ素子３３－ｉにおける位相と、光ファイバ２０の伝送時に波長λｉの光変調信号が波長分散の影響で受ける位相回転とに基づいて、ＲＦ信号に位相調整を行う。位相調整部１３－ｉは、位相調整により生成されたＲＦ信号＃ｉを出力する。光変調部１４－ｉは、波長λｉの光信号をＲＦ信号＃ｉにより変調して光変調信号を生成する。光合成器１５は、光変調部１４－ｉから波長λｉの光変調信号を入力する。光合成器１５は、入力した波長λ１、…、λｎそれぞれの光変調信号を合成し、合成した光変調信号を光ファイバ２０に出力する。光ファイバ２０は、光変調信号を伝送する。

基地局３０の光分波器３１は、光ファイバ２０が伝送した光変調信号を固定的に分岐する。光分波器３１は、分岐した波長λｉの光変調信号をＯ／Ｅ変換器３２－ｉに出力する。Ｏ／Ｅ変換器３２－ｉは、波長λｉの光変調信号を電気信号に変換し、アンテナ素子３３－ｉに出力する。アンテナ素子３３－ｉは、Ｏ／Ｅ変換器３２－ｉが出力した電気信号をＲＦ信号として放射する。このとき、位相調整部１３－ｉにおける位相調整により、ＲＦ信号に位相差が生じ、指向性を形成することができる。

光制御ビームフォーミングシステム１の動作の詳細について説明する。
収容局１０の多波長光源１１は、ｎ個の相異なる波長λ１、…、λｎの光信号を生成する。ｎ個の波長λ１、…、λｎのうち、任意の１つの波長λｉについて考えると、波長λｉは、光変調部１４－ｉ及びアンテナ素子３３－ｉに対応している。光分波器１２は、多波長光源１１が生成した波長λ１、…、λｎの光信号を固定的に分岐し、各波長に応じた光変調部１４－１、…、１４－ｎそれぞれに出力する。光分岐は固定的なため、光分波器１２の制御は必要ない。

位相調整部１３－ｉは、入力されるＲＦ信号に対し、基地局３０のアンテナ素子３３－ｉにおける位相と、光ファイバ伝送時に波長λｉの光変調信号が波長分散の影響で受ける位相回転をふまえて、位相調整を行う。位相調整部１３－ｉは、位相調整されたＲＦ信号＃ｉを出力する。

波長λｉの光変調信号が光ファイバ２０を伝送するとき、波長分散の影響を受けて位相回転する。波長λｉの光変調信号が光ファイバ２０を伝送するときにＲＦ信号として受ける位相回転量をφｉとする。つまり、光変調部１４－ｉに入力されるＲＦ信号＃ｉと、基地局３０が波長λｉの光変調信号を変換して放射するＲＦ信号との位相差をφｉとする。また、アンテナ素子３３－ｉが放射するＲＦ信号の位相をθｉとする。このとき、位相調整部１３－ｉは、入力されたＲＦ信号の位相をθｉ－φｉに調整したＲＦ信号＃ｉを出力する。光変調部１４－ｉは、波長λｉの光信号をＲＦ信号＃ｉにより変調し、光変調信号を出力する。

一般に、光信号をＲＦ信号で変調した信号はＤＳＢ（double side band）信号となる。このＤＳＢ信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受け、下側波帯と上側波帯との間に遅延差が生じ、フェージングが発生する。そのため、伝送可能な光ファイバ長が制限されてしまう。ＲＦ信号の周波数が高くなるほど、側波帯間の間隔が広くなるため、フェージングの影響が顕著になる。この波長分散によるフェージングを回避するため、光変調部１４－ｉは、光変調信号をＳＳＢ（single side band）信号や２トーン信号にするなど、波長分散によるフェージング対策を行う機能を有していてもよい。

光合成器１５は、光変調部１４－１、…、１４－ｎそれぞれが出力した波長λ１、…、λｎの光変調信号を合成し、１本の光ファイバ２０に伝送する。光信号が光ファイバ伝送されるとき、波長分散の影響を受け、波長毎に異なる遅延差を生じる。前述のとおり、波長λｉの光変調信号が光ファイバ２０中を伝送するとき、波長分散の影響を受けてＲＦ信号としてφｉだけ位相回転する。

基地局３０の光分波器３１は、光ファイバ２０中を伝送した波長λ１、…、λｎの光変調信号を固定的に分岐し、それぞれをアンテナ素子３３－１、…、３３－ｎに出力する。光分岐は固定的なため、光分波器３１の制御は必要ない。つまり、基地局３０を制御する必要がない。

Ｏ／Ｅ変換器３２－ｉは、分岐された波長λｉの光変調信号をＲＦ信号に変換する。波長λｉの光変調信号は、位相がθｉ－φｉに調整されたＲＦ信号＃ｉにより変調されており、さらに光ファイバ２０の伝送時にＲＦ信号としてφｉだけ位相回転した。そのため、波長λｉの光変調信号をＯ／Ｅ変換して得られたＲＦ信号の位相は、θｉ－φｉ＋φｉ＝θｉとなる。よって、位相θｉのＲＦ信号が、アンテナ素子３３－ｉから放射される。このとき、各アンテナ素子３３－１、…、３３－ｎから放射されるＲＦ信号に位相差が生じ、指向性を形成することができる。

つまり、アンテナ素子３３－ｉで放射するＲＦ信号の位相をθｉとしたい場合、位相調整部１３－ｉは、入力されたＲＦ信号の位相をθｉ－φｉに調整すればよい。

＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態の多波長光源１１が生成するｎ個の相異なる波長λ１、…、λｎの間隔が十分小さい場合、各波長λ１、…、λｎに対する光ファイバ２０の分散値は等しいとみなせる。このとき、波長λ１、…、λｎの間隔を等しくすると、波長λ１、…、λｎの光変調信号が光ファイバ２０を伝送する時に波長分散によって受ける位相回転の間隔も等しくなる。よって、位相調整部１３－１、…、１３－ｎにおける位相調整を簡易化できる。

多波長光源１１が生成する光信号の波長λ１、…、λｎの波長間隔が等しい場合、λｉ＝λ１＋（ｉ－１）Δλと表せる。この波長λ１、…、λｎの光変調信号が光ファイバ伝送されるとき、波長分散の影響を受け、ＲＦ信号としてφｉ位相回転する。ここで、波長λ１、…、λｎの波長間隔は等しく、かつ分散値も等しいため、位相回転量も等間隔となる。つまり、φｉ＝φ１＋（ｉ－１）Δφとなる。位相調整部１３－ｉは、入力されたＲＦ信号の位相をθｉ－φｉ＝θｉ－｛φ１＋（ｉ－１）Δφ｝に調整すればよい。

上記のような計算により、各波長λ１、…、λｎの光変調信号について、ＲＦ信号としての位相回転量φ１、…、φｎをそれぞれ算出するのではなく、φ１とΔφのみを算出してからそれらの代数演算を行い、位相調整量を求めることもできる。なお、Δφは、隣接する波長の光変調信号それぞれが光ファイバ２０を伝送する際にＲＦ信号として受ける相回転量の差分である。例えば、Δφは、波長λｊ（ｊは１以上ｎ－１以下の整数）の位相回転量φｊと、波長λｋ（ｊ＜ｋ、ｋは２以上ｎ以下の整数）の位相回転量φｋとの差分を（ｋ－ｊ）により除算することにより求めることができる。また、φ１に限らず、いずれかの波長λｍの位相回転量φｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）を用い、φｉ＝φｍ＋（ｉ－ｍ）Δφを算出してもよい。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態の収容局（親局）では、１台の多波長光源により異なる波長の光信号を生成可能な多波長光源を有していた。本実施形態の収容局は、複数のそれぞれ光源それぞれにより、異なる波長の光信号を生成する。以下では、第１の実施形態との差分を中心に説明する。

図２は、第２の実施形態による光制御ビームフォーミングシステム１ａの構成を示すブロック図である。同図において、図１に示す第１の実施形態による光制御ビームフォーミングシステム１と同一の部分には同一の符号を付している。同図に示す光制御ビームフォーミングシステム１ａが、図１に示す光制御ビームフォーミングシステム１と異なる点は、収容局１０に代えて収容局１０ａを備える点である。収容局１０ａが、図１に示す収容局１０と異なる点は、多波長光源１１及び光分波器１２に代えて、光源４１－１、…、４１－ｎを備える点である。

光源４１－１、…、４１－ｎは、それぞれ相異なる波長の光信号を生成する。光源４１－ｉは、波長λｉの光信号を生成する。光変調部１４－ｉは、光源４１－ｉから波長λｉの光信号を入力し、位相調整部１３－ｉがＲＦ信号を位相調整して得られたＲＦ信号＃ｉにより変調する。

光制御ビームフォーミングシステム１ａの動作の詳細について説明する。
収容局１０ａの光源４１－１、…、４１－ｎはそれぞれ、ｎ個の相異なる波長λ１、…、λｎの光信号を生成する。すなわち、光源４１－ｉは、波長λｉの光信号を生成する。ｎ個の波長λ１、…、λｎのうち、任意の１つの波長λｉについて考えると、波長λｉは、光変調部１４－ｉ及びアンテナ素子３３－ｉに対応している。光変調部１４－１、…、４－ｎはそれぞれ、波長λ１、…、λｎの光信号を入力する。以下の処理は、第１の実施形態の光制御ビームフォーミングシステム１と同様である。

すなわち、位相調整部１３－ｉは、入力されたＲＦ信号の位相をθｉ－φｉに調整し、出力する。この位相調整量は、基地局３０のアンテナ素子３３－ｉが放射するＲＦ信号の位相θｉと、光ファイバ２０の伝送時に波長λｉの光変調信号がＲＦ信号として波長分散の影響で受ける位相回転量φｉとに基づく。光変調部１４－ｉは、波長λｉの光信号をＲＦ信号＃ｉで変調し、光変調信号を出力する。波長分散によるフェージングを回避するため、光変調部１４－ｉは、第１の実施形態と同様に、光変調信号をＳＳＢ信号や２トーン信号にするなど波長分散によるフェージング対策を行う機能を有していてもよい。光合成器１５は、光変調部１４－１、…、１４－ｎそれぞれが出力した波長λ１、…、λｎの光変調信号を合成し、１本の光ファイバ２０に伝送する。波長λｉの光変調信号が光ファイバ中を伝送されるとき、波長分散の影響を受け、ＲＦ信号としてφｉだけ位相回転する。

基地局３０の光分波器３１は、光ファイバ２０中を伝送した波長λ１、…、λｎの光変調信号を固定的に分岐し、それぞれをアンテナ素子３３－１、…、３３－ｎに出力する。光分岐は固定的なため、光分波器３１の制御は必要ない。つまり、基地局３０を制御する必要がない。Ｏ／Ｅ変換器３２－ｉは、Ｏ／Ｅ変換により、波長λｉの光変調信号をＲＦ信号に変換する。波長λｉの光変調信号は、位相がθｉ－φｉに調整されたＲＦ信号＃ｉにより変調されており、さらに光ファイバ２０の伝送時にＲＦ信号としてφｉだけ位相回転した。そのため、Ｏ／Ｅ変換により得られたＲＦ信号の位相はθｉとなる。この位相θｉのＲＦ信号は、アンテナ素子３３－ｉから放射される。このとき、各アンテナ素子３３－１、…、３３－ｎから放射されるＲＦ信号に位相差が生じ、指向性を形成することができる。

＜第２の実施形態の変形例＞
第２の実施形態の光源４１－１、…、４１－ｎにより生成されるｎ個の相異なる波長λ１、…、λｎの間隔が十分小さい場合、各波長λ１、…、λｎに対する光ファイバ２０の分散値は等しいとみなせる。つまり、λｉ＝λ１＋（ｉ－１）Δλと表せる。このとき、波長λ１、…、λｎの光変調信号が光ファイバ２０を伝送する時に波長分散によって受ける位相回転の間隔も等しくなる。よって、第１の実施形態と同様に、位相調整部１３－１、…、１３－ｎにおける位相調整を簡易化できる。

すなわち、波長λｉの光変調信号は、光ファイバ２０中を伝送するとき、波長分散の影響を受け、ＲＦ信号としてφｉ位相回転する。波長λ１、…、λｎの波長間隔が等しく、かつ分散値も等しいため、各波長間の位相回転量も等間隔となる。つまり、φｉ＝φ１＋（ｉ―１）Δφとなる。よって、各波長λ１、…、λｎの光変調信号について、ＲＦ信号としての位相回転量φ１、…、φｎをそれぞれ算出するのではなく、φ１とΔφのみを算出してからそれらの代数演算を行い、位相調整量を求めることもできる。

以上説明した実施形態によれば、ＲｏＦシステムの収容局（親局）装置は、基地局（子局）装置に向けて光ファイバ伝送する複数の光信号の各々を、光ファイバ伝送時に波長分散で生じる位相回転を予め補償したＲＦ信号により光変調する。よって、波長および分散を固定とした上で、光変調信号に光ファイバ伝送における遅延差を生じさせることにより、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえつつ、基地局制御を不要としながら、ＲｏＦシステムにおけるビームフォーミングを実現することができる。

上述した実施形態によれば、無線通信システム（例えば、光制御ビームフォーミングシステム１、１ａ）は、親局装置（例えば、収容局１０、１０ａ）と、光伝送路（例えば、光ファイバ２０）を介して親局装置から光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子３３－１～３３－ｎ）から放射する子局装置（例えば、基地局３０）とを有する。

親局装置は、光信号出力部と、位相調整部と、光変調部と、光合成部とを備える。光信号出力部は、複数の異なる波長の光信号を出力する。位相調整部（例えば、位相調整部１３－１～１３－ｎ）は、波長別に、一の波長の光信号が光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応するアンテナ素子における位相とに基づいて送信信号の位相を調整する。光変調部（光変調部１４－１～１４－ｎ）は、波長別に、光信号出力部が出力した一の波長の光信号を、当該波長に応じて位相調整部が位相を調整した送信信号により変調して光変調信号を生成する。光合成部（例えば、光合成器１５）は、光変調部が生成した波長別の光変調信号を合波して光伝送路に出力する。

子局装置は、光分波部（例えば、光分波器３１）と、光電気変換部（例えば、Ｏ／Ｅ変換部３２－１～３２－ｎ）とを備える。光分波部は、光伝送路を伝送した光変調信号を波長により分波する。光電気変換部は、光分波部が分波した波長別の光変調信号を電気信号に変換し、波長に対応した複数のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子３３－１～３３－ｎ）それぞれに出力する。

なお、光信号出力部は、多波長光源（例えば、多波長光源１１）と、多波長光源が出力した光信号を波長ごとに分離する光分波器（例えば、光分波器１２）とを有してもよい。また、光信号出力部は、それぞれ異なる波長の光信号を出力する複数の光源（例えば、光源４１－１～４１－ｎ）を有してもよい。

また、複数の波長それぞれの光信号が光伝送路を伝送中に受ける位相回転を、いずれかの波長の光信号が光伝送路を伝送中に受ける位相回転の量と、異なる波長それぞれの光信号が光伝送路を伝送中に受ける位相回転の量の差分とから得てもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１ａ…光制御ビームフォーミングシステム，１０、１０ａ…収容局，１１…多波長光源，１２…光分波器，１３－１～１３－ｎ…位相調整部，１４－１～１４－ｎ…光変調部，１５…光合成器，２０…光ファイバ，３０…基地局，３１…光分波器，３２－１～３２－ｎ…Ｏ／Ｅ変換器，３３－１～３３－ｎ…アンテナ素子，４１－１～４１－ｎ…光源

Claims

親局装置と、光伝送路を介して前記親局装置から光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置とを有する無線通信システムであって、
前記親局装置は、
それぞれ固定された複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力部と、
前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記波長別に、前記光信号出力部が出力した前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整部が位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調部と、
前記光変調部が生成した前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成部とを備え、
前記子局装置は、
前記光伝送路を伝送した前記光変調信号を前記波長により固定的に分波する光分波部と、
前記光分波部が分波した前記波長別の前記光変調信号を電気信号に変換して得た前記送信信号を、前記波長に対応した複数の前記アンテナ素子それぞれに出力する光電気変換部とを備え、
前記光信号出力部から出力される前記光信号の複数の異なる前記波長の波長間隔は等しく、かつ、各波長に対する前記光伝送路の分散値が等しいとみなせる程度に前記波長間隔は小さい、
無線通信システム。
前記光信号出力部は、多波長光源及び前記多波長光源が出力した光信号を前記波長ごとに分離する光分波器とを有する、又は、それぞれ異なる前記波長の光信号を出力する複数の光源を有する、
請求項１に記載の無線通信システム。
複数の前記波長それぞれの前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける前記位相回転は、いずれかの前記波長の光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転の量と、異なる前記波長それぞれの光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける前記位相回転の量の差分とから得られる、
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
光伝送路を介して光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置と接続される親局装置であって、
それぞれ固定された複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力部と、
前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記波長別に、前記光信号出力部が出力した前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整部が位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調部と、
前記光変調部が生成した前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成部と、
を備え、
前記光信号出力部から出力される前記光信号の複数の異なる前記波長の波長間隔は等しく、かつ、各波長に対する前記光伝送路の分散値が等しいとみなせる程度に前記波長間隔は小さい、
親局装置。
親局装置と、光伝送路を介して前記親局装置から光により受信した送信信号を複数のアンテナ素子から放射する子局装置とを有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
前記親局装置が、
それぞれ固定された複数の異なる波長の光信号を出力する光信号出力ステップと、
前記波長別に、前記波長の前記光信号が前記光伝送路を伝送中に受ける位相回転と、当該波長に対応する前記アンテナ素子における位相とに基づいて前記送信信号の位相を調整する位相調整ステップと、
前記波長別に、前記光信号出力ステップにおいて出力された前記波長の前記光信号を、当該波長に応じて前記位相調整ステップにおいて位相を調整した前記送信信号により変調して光変調信号を生成する光変調ステップと、
前記光変調ステップにおいて生成された前記波長別の前記光変調信号を合波して前記光伝送路に出力する光合成ステップと、
前記子局装置が、
前記光伝送路を伝送した前記光変調信号を前記波長により固定的に分波する光分波ステップと、
前記光分波ステップにおいて分波された前記波長別の前記光変調信号を電気信号に変換して得た前記送信信号を、前記波長に対応した複数の前記アンテナ素子それぞれに出力する光電気変換ステップと、
を有し、
前記光信号出力ステップにおいて出力される前記光信号の複数の異なる前記波長の波長間隔は等しく、かつ、各波長に対する前記光伝送路の分散値が等しいとみなせる程度に前記波長間隔は小さい、
無線通信方法。