JP7323826B2 - 無線送信システム、無線受信システム、基地局装置、及び無線通信システム、並びに無線送信方法、及び無線受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲｏＦ(Radio Over Fiber)を利用する無線送信システム、無線受信システム、基地局装置、及び無線通信システム、並びに無線送信方法、及び無線受信方法に関する。

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システムが知られている。ＲｏＦシステムでは、収容局装置（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て光変調信号を生成し、生成した光変調信号を光ファイバで伝送する。基地局装置（子局）は、光ファイバを介して受信した光変調信号をＲＦ信号に復調し、復調した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。

ミリ波帯にＲｏＦシステムを適用して長距離伝送を可能にしたとしても、基地局装置のカバーエリア拡大が課題となる。この課題の解決策の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。

例えば、光ファイバで伝送する際に波長分散によって各波長の光信号間に遅延差が生じるという現象がある。ＲｏＦシステムにおけるビームフォーミングとして、この現象を利用して、光キャリアの波長を制御することで、アンテナ素子に与える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１８は、特許文献１の技術を適用したＲｏＦシステムのブロック図である。収容局装置１００の多波長可変光源１０１は、複数の光信号を出力する。複数の光信号間の波長間隔は、任意に変更可能である。光変調器１０２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。光変調器１０２は、複数の波長の光変調信号を生成して出力する。光ファイバ３００は、複数の波長の光変調信号を伝送する。

光ファイバ３００が複数の波長の光変調信号を伝送する際に、各光変調信号において波長分散の影響により、波長ごとに異なる遅延差が生じる。基地局装置２００の光分波器２０１は、光ファイバ３００が伝送した複数の光変調信号を波長ごとに分岐する。複数のＯ／Ｅ（Optical／Electrical）変換器２０２－１～２０２－ｎの各々は、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する。アンテナ素子２０３－１～２０３－ｎは、復調されたＲＦ信号を電波として放射する。このとき、光ファイバ３００が伝送する際に生じた波長分散による遅延差のためにＲＦ信号にも位相差が生じている。そのため、放射するＲＦ信号の電波において指向性が形成される。

また、ＲｏＦシステムに限られず、任意の無線通信システムに適用可能な光信号を用いる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１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１９は、非特許文献１の技術を適用した無線システムを示すブロック図である。多波長可変光源４０１は、各々が異なる波長の複数の光信号を出力する。光変調器４０２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調して、複数の光変調信号を生成する。光変調器４０２は、生成した複数の光変調信号をＰＤＭ（programmable dispersion matrix）４０３に出力する。ＰＤＭ４０３は、複数の光変調信号を取り込む。

図２０は、ＰＤＭ４０３の内部構成を示すブロック図である。ＰＤＭ４０３は、ｎ＋１個の２×２光スイッチ４１１－１～４１１－（ｎ＋１）と、ｎ個の分散要素部４１２－１～４１２－ｎとを備える。ｎ個の分散要素部４１２－１～４１２－ｎの各々が、入力信号に対して適用する分散値は、それぞれＤ０、２Ｄ０、…、２^ｎ－１Ｄ０である。分散要素部４１２－１～４１２－ｎは、例えば、分散ファイバやグレーティングファイバなどを適用することができる。ＰＤＭ４０３は、２×２光スイッチ４１１－１～４１１－（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。これにより、ＰＤＭ４０３が取り込んだ各光変調信号に、ＰＤＭ４０３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１９に戻り、無線システムの光分波器４０４は、ＰＤＭ４０３が出力する複数の光変調信号を波長ごとに分岐する。光分波器４０４が備える複数の出力ポートは、各波長に固定的に割り当てられている。これにより、アンテナ素子４０６－１～４０６－ｎの各々が予め各波長に対応付けられる。

光分波器４０４は、光変調信号を分波すると、分波した光変調信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。複数のＯ／Ｅ変換器４０５－１～４０５－ｎの各々は、光分波器４０４が分岐して各々に出力する各波長の光変調信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する。アンテナ素子４０６－１～４０６－ｎは、復調されたＲＦ信号を電波として放射する。ＰＤＭ４０４が与える分散による遅延差のためにＲＦ信号にも位相差が生じている。そのため、放射するＲＦ信号の電波において指向性が形成される。

また、ＲＦ信号に対して電気的な位相調整を行ってビームフォーミングを行う場合、一般的には移相器等が用いられるが、その他のビームフォーミング手法として、ＢＦＮ(Beam Forming Network)を利用するものが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

図２１は、ＢＦＮの行列演算を行う行列演算部５００を利用したビームフォーミング手法を示すブロック図である。行列演算部５００は、ｍ個の入力ポート５０１－１～５０１－ｍと、ｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎとを備えている。ｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎには、ｎ本のアンテナ素子５０３－１～５０３－ｎが接続されている。

行列演算部５００のある１つの入力ポート、例えば、入力ポート５０１－ｉにＲＦ信号を与えると、行列演算部５００は、与えられたＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算を行い、ｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎの各々から振幅が同一で、位相が線形的な傾きを有するＲＦ信号を出力する。ｎ本のアンテナ素子５０３－１～５０３－ｎが、出力ポート５０２－１～５０２－ｎが出力するＲＦ信号の電波を放射する。アンテナ素子５０３－１～５０３－ｎが放射したｎ個のＲＦ信号の電波は、位相が線形的な傾きを有している。そのため、特定の方向に送信ビーム６００－ｉが形成されることになる。

ＢＦＮの行列演算では、入力ポート５０１－１～５０１－ｍの位置によって、出力ポート５０２－１～５０２－ｎから出力されるＲＦ信号の位相の線形的な傾きが異なるようになっている。そのため、例えば、入力ポート５０１－ｉにＲＦ信号を与えた場合に形成される送信ビーム６００－ｉの指向方向と、入力ポート５０１－ｊ（ｉ≠ｊ）にＲＦ信号を与えた場合に形成される送信ビーム６００－ｊの指向方向とは、それぞれ異なる方向になる。

また、ＢＦＮの行列演算は、入出力の可逆性を有している。行列演算部５００の入力ポート５０１－ｉにＲＦ信号が与えられ、それにより、送信ビーム６００－ｉが形成されたとする。このとき、送信ビーム６００－ｉの方向から同一周波数のＲＦ信号の電波が到来すると、アンテナ素子５０３－１～５０３－ｎの各々は、到来したＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を行列演算部５００のｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎに出力する。行列演算部５００は、ｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎに与えられたＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算を逆に適用する。その結果、行列演算部５００は、入力ポート５０１－ｉのみからＲＦ信号を出力する。これは、ｎ個の出力ポート５０２－１～５０２－ｎに与えられたＲＦ信号を同相合成して入力ポート５０１－ｉのみから出力していることを意味しており、入力ポート５０１－ｉから出力されるＲＦ信号を選択することは、受信ビームを形成することになる。

行列演算部５００を用いて、複数の送信ビーム６００－１～６００－ｍを形成することができる。複数の入力ポート５０１－１～５０１－ｍにＲＦ信号を与えることで、各々が異なる方向の複数の送信ビーム６００－１～６００－ｍが形成される。行列演算部５００を用いて、複数の受信ビームを形成することができる。複数の入力ポート５０１－１～５０１－ｍから出力されるＲＦ信号を選択することで、各々が異なる方向の複数の受信ビームが形成される。

行列演算部５００が行うＢＦＮの行列演算に適用される行列としては、例えば、バトラーマトリックス（Butler Matrix）、ロットマンレンズ(Rotman Lens)、ブラスマトリックス（Blass Matrix）、ノーランマトリックス（Nolen Matrix）などが知られている。

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 Luo, Q., Gao, S. S., Liu, W., & Gu, C. "Low-cost Smart Antennas", Wiley, (2019), p.253-265

上述したように、特許文献１の技術は、分散が固定である状態において、波長を可変に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光ファイバ長、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。

例えば、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という事情がある。このような事情があるＷＤＭ－ＰＯＮに対して特許文献１の技術を適用すると、ＷＤＭ－ＰＯＮに対して更にビームフォーミングのための波長帯を予め確保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。したがって、基地局装置２００のアンテナ素子２０３－１～２０３－ｎに出力する光信号の波長も調整する必要がある。そのため、基地局装置２００の光分波器２０１において、指向性形成を行うごとに、基地局装置２００のアンテナ素子２０３－１～２０３－ｎに出力する光信号の波長を変更する必要がある。

指向性を動的に変更する際には、光分波器２０１の分岐も動的に変更する必要がある。それには、基地局装置２００の光分波器２０１の制御が必要となる。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、収容局装置１００に機能を集約することで基地局装置２００を簡易化できることである。しかし、特許文献１の技術を用いる場合、基地局装置２００の光分波器２０１の制御が必要となるので、基地局装置２００の簡易化に限界がある。

さらに、特許文献１に示される技術は、各光変調信号間の遅延差調整のための波長調整に、光ファイバの距離の情報を必要とする。一般に、収容局装置１００から基地局装置２００までの光ファイバの距離は、分からないか、あるいは、分かっていたとしても正確な長さまでは分からないことが多い。特に、光ファイバがＰＯＮ（Passive Optical Network）構成になっている場合はファイバ長の測定が非常に困難である。特許文献１では、光ファイバの正確な距離の情報が必要になるため、その適用範囲は非常に限定されてしまうと考えられる。

これに対して、非特許文献１の技術は、波長を固定して、分散を可変にして変調光信号に遅延差を生じさせる。非特許文献１の技術は、波長が固定であるため、波長利用効率は特許文献１よりも良くなる。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。したがって、非特許文献１の技術では、装置の大型化・高コスト化の恐れがあるという問題がある。

また、非特許文献１には、ＲｏＦへの適用に関する言及はなされていない。非特許文献１に示される技術に対して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という問題がある。さらに、特許文献１及び非特許文献１ではともに、送信アンテナのビームフォーミングのみ言及しており、受信アンテナのビームフォーミングについては言及されていない。また、非特許文献２にも、ＲｏＦへの適用に関する言及はない。

上記事情に鑑み、本発明は、ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいて、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力する収容局送信部と、前記収容局送信部が出力する前記光信号を取り込む基地局送信部であって、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記波長に対応する前記出力ポートから出力する光分波器と、前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続され、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する複数の光電気変換器と、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有しており、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う行列演算部であって、前記第１のポートの各々に、複数の前記光電気変換器の各々の出力が接続され、前記第１のポートの各々が、各々に接続する前記光電気変換器が出力する前記ＲＦ信号を取り込む行列演算部と、各々が前記行列演算部の複数の前記第２のポートの各々に接続され、前記第２のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算が行われた前記ＲＦ信号を放射することにより、前記波長ごとに異なる方向の送信ビームを形成する複数の送信アンテナと、を有する基地局送信部と、を備える無線送信システムである。

本発明の一態様は、到来するＲＦ信号により受信ビームを形成して受信する複数の受信アンテナと、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有しており、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う行列演算部であって、複数の前記第２のポートの各々に、複数の前記受信アンテナが接続されており、前記第２のポートの各々が、複数の前記受信アンテナが前記受信ビームにより受信して出力する前記ＲＦ信号を取り込む行列演算部と、前記行列演算部の前記第１のポートの各々に接続され、各々に異なる波長の光が与えられ、前記第１のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算の逆演算により得られた前記ＲＦ信号に基づいて、与えられた前記光を変調して光信号を生成する複数の光変調器と、複数の前記光変調器が生成した前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する光合波器と、を有する基地局受信部と、前記基地局受信部が出力する前記光信号を取り込む収容局受信部であって、前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波する光分波器と、前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する出力部と、を有する収容局受信部と、を備える無線受信システムである。

本発明の一態様は、上記の基地局送信部と、上記の基地局受信部とを備える基地局装置である。

本発明の一態様は、上記の無線送信システムと、上記の無線受信システムとを備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、収容局送信部と、基地局送信部とを備える無線送信システムにおける無線送信方法であって、前記収容局送信部が、ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力し、前記基地局送信部の光分波器が、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートの中の前記波長に対応する前記出力ポートから出力し、前記基地局送信部の複数の光電気変換器であって前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続する前記光電気変換器の各々が、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力し、前記基地局送信部の行列演算部であって、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有し、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う前記行列演算部の前記第１のポートの各々が、各々に接続する前記光電気変換器が出力する前記ＲＦ信号を取り込み、前記基地局送信部の複数の送信アンテナが、前記行列演算部の前記第２のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算が行われた前記ＲＦ信号を放射することにより、前記波長ごとに異なる方向の送信ビームを形成する無線送信方法である。

本発明の一態様は、基地局受信部と、収容局受信部とを備える無線受信システムにおける無線受信方法であって、前記基地局受信部の複数の受信アンテナが、到来するＲＦ信号により受信ビームを形成して受信し、前記基地局受信部の行列演算部であって、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有し、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う前記行列演算部の前記第２のポートの各々が、各々に接続する複数の前記受信アンテナが前記受信ビームにより受信して出力する前記ＲＦ信号を取り込み、前記基地局受信部の複数の光変調器が、前記行列演算部の前記第１のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算の逆演算により得られた前記ＲＦ信号に基づいて、各々に与えられる異なる波長の光を変調して光信号を生成し、前記基地局受信部の光合波器が、複数の前記光変調器が生成した前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力し、前記収容局受信部の光分波器が、前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波し、前記収容局受信部の出力部が、前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する無線受信方法である。

本発明により、ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいて、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

基本実施形態の構成を示すブロック図である。 基本実施形態を無線送信システムと無線受信システムに分けて示すブロック図である。 第１の実施形態の無線送信システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の収容局送信部の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の無線送信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態の収容局送信部の他の構成例の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の無線受信システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の光変調部の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の収容局受信部の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の無線受信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態の収容局受信部の他の構成例の内部構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線送信システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の収容局送信部の内部構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線送信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態の無線受信システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線受信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第１から第４の実施形態における基地局装置と収容局装置の接続構成の一例を示す図である。 特許文献１に開示される技術を示すブロック図である。 非特許文献１に開示される技術を示すブロック図（その１）である。 非特許文献１に開示される技術を示すブロック図（その２）である。 ＢＦＮを用いたビームフォーミング手法を示す図である。

（基本実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態による無線通信システム９０の構成を示すブロック図である。無線通信システム９０は、収容局装置２、基地局装置１、端末装置９、及び収容局装置２と基地局装置１を接続する光ファイバ３を備える。

収容局装置２は、収容局送信部１０と、収容局受信部４０とを備える。基地局装置１は、基地局送信部２０と、基地局受信部３０とを備える。収容局送信部１０は、光ファイバ３を通じてＲＦ信号で変調した光信号を基地局送信部２０に送信する。基地局送信部２０は、光信号を受信してＲＦ信号を復調し、無線通信によりＲＦ信号を端末装置９に送信する。端末装置９は、無線通信によりＲＦ信号を基地局受信部３０に送信する。基地局受信部３０は、端末装置９が送信するＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号で変調した光信号を光ファイバ３を通じて収容局受信部４０に送信する。

図２は、無線通信システム９０を送信側と受信側に分けて示すブロック図である。図２では、図１の端末装置９を、説明の便宜上、ＲＦ信号の受信のみを行う受信端末装置９－１と、ＲＦ信号の送信のみを行う送信端末装置９－２とに分けて示している。また、光ファイバ３は、２芯あるものとし、説明の便宜上、受信端末装置９－１に向けてＲＦ信号の伝送を行う下り光ファイバ３－１と、送信端末装置９－２からのＲＦ信号の伝送を行う上り光ファイバ３－２とに分けて示している。

無線通信システム９０を送信側と受信側に分けると、無線送信システム９０ｔ、及び無線受信システム９０ｒとして表すことができる。無線送信システム９０ｔは、収容局送信部１０と、下り光ファイバ３－１と、基地局送信部２０と、受信端末装置９－１とを備える。無線受信システム９０ｒは、送信端末装置９－２と、基地局受信部３０と、上り光ファイバ３－２と、収容局受信部４０とを備える。

以下、第１の実施形態において、単一モード、すなわち、単一のＲＦ信号のビームを送受信する構成の送信側の無線送信システム９０ｔを無線送信システム９０ｔ１として説明する。また、第２の実施形態において、単一モードの受信側の無線受信システム９０ｒを無線受信システム９０ｒ１として説明する。

また、第３の実施形態において、マルチモード、すなわち、複数のＲＦ信号のビームを送受信する構成の送信側の無線送信システム９０ｔを無線送信システム９０ｔ２として説明する。また、第４の実施形態において、マルチモードの受信側の無線受信システム９０ｒを無線受信システム９０ｒ２として説明する。

（第１の実施形態：単一モードの送信側）
図３は、第１の実施形態の無線送信システム９０ｔ１の構成を示すブロック図である。無線送信システム９０ｔ１は、収容局送信部１０ｓ、基地局送信部２０、下り光ファイバ３－１、及び、図３には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。

収容局送信部１０ｓは、光変調器１１を備える。光変調器１１は、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光から任意に選択される単一の波長λ_Ｔｉの光を取り込み、波長λ_Ｔｉの光を光キャリアとして、送信するＲＦ信号で強度変調して波長λ_Ｔｉの光信号を生成する。ここで、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍは、それぞれ異なる波長であり、ｍは、２以上の整数であり、ｉは、１～ｍの間のいずれかの値である。光変調器１１は、生成した波長λ_Ｔｉの光信号を下り光ファイバ３－１に出力する。

図４は、単一の波長λ_Ｔｉの光を生成する収容局送信部１０ｓの具体的な構成の一例である収容局送信部１０ｓａの内部構成を示すブロック図である。なお、図４に示す光変調器１１は、図３の光変調器１１と同一の構成である。図４に示す収容局送信部１０ｓａは、光変調器１１、送信波長制御部１２ａ、及び波長可変光源１３を備える。

送信波長制御部１２ａは、波長可変光源１３に対して、生成する光の波長を指定する制御信号を出力する。波長可変光源１３は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍのうち、いずれか１つの任意の波長λ_Ｔｉの光を生成する。波長可変光源１３は、送信波長制御部１２ａが出力する制御信号を受けると、当該制御信号において指定されている波長λ_Ｔｉの光を生成して出力する。すなわち、送信波長制御部１２ａが制御信号により指定する波長を切り替えることで、光変調器１１が生成して出力する光信号の波長λ_Ｔｉが切り替わることになる。

図３に戻り、下り光ファイバ３－１は、光変調器１１が出力する波長λ_Ｔｉの光信号を基地局送信部２０に伝送する。基地局送信部２０は、光分波器２１、ｍ個のＯ／Ｅ変換器（本明細書において、「Ｏ／Ｅ変換器」を「光電気変換器」ともいう）２２－１～２２－ｍ、行列演算部２３、及びｎ本の送信アンテナ２４－１～２４－ｎを備える。ここで、ｎは、２以上の整数であり、ｍと同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。

光分波器２１は、１個の入力ポートと、ｍ個の出力ポートを備えており、１個の入力ポートは、下り光ファイバ３－１に接続されている。光分波器２１のｍ個の出力ポートの各々は、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々に固定的に割り当てられている。ｍ個の出力ポートの各々には、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍが接続されており、例えば、Ｏ／Ｅ変換器２２－１が接続する出力ポートから順に、波長λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，…，λ_Ｔｉ，…，λ_Ｔｍの波長が固定的に割り当てられている。

光分波器２１は、下り光ファイバ３－１が伝送する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々は、光分波器２１がｎ個の出力ポートから出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換することで光信号に重畳されているＲＦ信号を復調して出力する。

行列演算部２３は、ＢＦＮの行列演算を行う機能部であり、ｍ個の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍと、ｎ個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎとを備えている。ｍ個の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍは、入力ポートであり、各々にＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々が接続されており、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々が出力するＲＦ信号を取り込む。行列演算部２３のｎ個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎは、出力ポートであり、各々に送信アンテナ２４－１～２４－ｎの各々が接続されている。

行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍのいずれか１つを基準ポートとした場合、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であってｎ個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力されるＲＦ信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を、基準ポートが取り込んだＲＦ信号に対して与えるＢＦＮの行列演算を行う。

行列演算部２３は、ＢＦＮの行列演算を行うことにより得られるｎ個のＲＦ信号をｎ個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力する。なお、ｎ個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力されるｎ個のＲＦ信号は、振幅が等しくなっている。

ここで、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であってｎ個の第２のポートから出力されるｎ個のＲＦ信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化の具体例について説明する。例えば、ｍ＝ｎ＝４であり、行列演算部２３が、４個の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－４と、４個の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－４とを備えているとする。

行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－１を基準ポートとした場合、第１のポートＦｐ２３－１から取り込んだＲＦ信号に対して線形的に傾いている位相変化として、例えば、（－４５°、－９０°、－１３５°、１８０°）の位相変化を与えて、位相の異なる４つのＲＦ信号を生成し、生成した４つのＲＦ信号を第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－４の各々から出力する。すなわち、行列演算部２３は、第２のポートＳｐ２３－１から「－４５°」の位相変化を与えたＲＦ信号を出力し、第２のポートＳｐ２３－２から「－９０°」の位相変化を与えたＲＦ信号を出力し、第２のポートＳｐ２３－３から「－１３５°」の位相変化を与えたＲＦ信号を出力し、第２のポートＳｐ２３－４から「１８０°」の位相変化を与えたＲＦ信号を出力する。

また、行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－２を基準ポートとした場合、第１のポートＦｐ２３－２から取り込んだＲＦ信号に対して線形的に傾いている位相変化として（－１３５°、０°、１３５°、－９０°）の位相変化を与えて、位相の異なる４つのＲＦ信号を生成し、生成した４つのＲＦ信号を第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－４の各々から出力する。

また、行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－３を基準ポートとした場合、第１のポートＦｐ２３－３から取り込んだＲＦ信号に対して線形的に傾いている位相変化として（－９０°、１３５°、０°、－１３５°）の位相変化を与えて、位相の異なる４つのＲＦ信号を生成し、生成した４つのＲＦ信号を第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－４の各々から出力する。

また、行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－４を基準ポートとした場合、第１のポートＦｐ２３－４から取り込んだＲＦ信号に対して線形的に傾いている位相変化として（１８０°、－１３５°、－９０°、－４５°）の位相変化を与えて、位相の異なる４つのＲＦ信号を生成し、生成した４つのＲＦ信号を第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－４の各々から出力する。

送信アンテナ２４－１～２４－ｎの各々は、行列演算部２３の第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々に接続されており、行列演算部２３が第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力するＲＦ信号の電波を放射する。

送信アンテナ２４－１～２４－ｎの各々から放射されるＲＦ信号の電波の位相が線形的な傾きを有していることから特定の方向に送信ビームが形成される。また、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの位置に応じて異なる位相変化がＲＦ信号に与えられる。そのため、形成される送信ビームの方向は、行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの位置に応じて異なる方向になる。図３では、第１のポートＦｐ２３－１が取り込んだＲＦ信号に対して送信ビーム５－１が形成され、第１のポートＦｐ２３－ｉが取り込んだＲＦ信号に対して送信ビーム５－ｉが形成され、第１のポートＦｐ２３－ｍが取り込んだＲＦ信号に対して送信ビーム５－ｍが形成される例を示している。

（第１の実施形態の無線送信システムによる処理）
図５は、第１の実施形態の無線送信システム９０ｔ１による処理の流れを示すフローチャートである。収容局送信部１０ｓとして、例えば、図４に示す収容局送信部１０ｓａが備えられているものとして、以下の説明を行う。

収容局送信部１０ｓａの送信波長制御部１２ａは、いずれか１つの波長として波長λ_Ｔｉを指定する制御信号を波長可変光源１３に出力する。波長可変光源１３は、制御信号によって指定される波長λ_Ｔｉの光を生成して光変調器１１に出力する。光変調器１１は、波長可変光源１３が出力する波長λ_Ｔｉの光を光キャリアとして、送信するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成する。光変調器１１は、生成した光信号を下り光ファイバ３－１に出力する（ステップＳａ１）。

下り光ファイバ３－１は、光変調器１１が出力する光信号を基地局送信部２０の光分波器２１に伝送する。光分波器２１は、下り光ファイバ３－１から取り込んだ光信号をｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍに分波する。光分波器２１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐し、出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々に出力する（ステップＳａ２）。

ここでは、光変調器１１が出力する光信号は、波長λ_Ｔｉの光信号のみである。そのため、光分波器２１は、波長λ_Ｔｉの光信号のみを分波し、波長λ_Ｔｉに対応する出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－ｉのみが光信号を取り込むことになる。Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉは、光分波器２１が分岐して出力する波長λ_Ｔｉの光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する（ステップＳａ３）。

Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉは、自らが接続する行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－ｉに復調したＲＦ信号を出力する。行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－ｉを基準ポートとし、第１のポートＦｐ２３－ｉが取り込んだＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算を行い、第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々から行列演算後のｎ個のＲＦ信号を出力する（ステップＳａ４）。

送信アンテナ２４－１～２４－ｎの各々は、行列演算部２３が第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々から出力するｎ個のＲＦ信号の電波を放射する（ステップＳａ５）。これにより、第１のポートＦｐ２３－ｉの位置に応じた特定の方向に送信ビーム５－ｉが形成される。受信端末装置９－１は、送信ビーム５－ｉにより送信されたＲＦ信号を受信し、取り込む。

（第１の実施形態の収容局送信部の他の構成例）
なお、収容局送信部１０ｓとして、図４に示した収容局送信部１０ｓａに替えて、図６に示す収容局送信部１０ｓｂを適用してもよい。図６に示す収容局送信部１０ｓｂは、光変調器１１、送信波長制御部１２ｂ、多波長光源１４、光分波器１５、及びｍ×１光スイッチ１６を備える。なお、図６に示す光変調器１１は、図３の光変調器１１と同一の構成である。

多波長光源１４は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成して出力する。光分波器１５は、１個の入力ポートと、ｍ個の出力ポートを有しており、ｍ個の出力ポートの各々は、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々に固定的に割り当てられている。光分波器１５は、多波長光源１４が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

ｍ×１光スイッチ１６は、ｍ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｍ個の入力ポートの各々は、光分波器１５のｍ個の出力ポートの各々に接続されている。ｍ×１光スイッチ１６は、送信波長制御部１２ｂから受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｍ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。

送信波長制御部１２ｂは、光変調器１１に与える１つの波長λ_Ｔｉの光を光分波器１５から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｍ×１光スイッチ１６に出力する。送信波長制御部１２ｂが、制御信号によりｍ×１光スイッチ１６の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、光変調器１１が生成して出力する光信号の波長が切り替わることになる。

収容局送信部１０ｓｂを適用した場合に送信ビーム５－ｉを形成する場合、図５のステップＳａ１において、収容局送信部１０ｓｂの送信波長制御部１２ｂは、波長λ_Ｔｉを光分波器１５から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｍ×１光スイッチ１６に出力することになる。

なお、図６において、多波長光源１４と光分波器１５に替えて、それぞれが波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成するｍ個の光源を適用し、ｍ個の光源の各々をｍ×１光スイッチ１６の入力ポートの各々に接続するようにしてもよい。

上記の第１の実施形態の無線送信システム９０ｔ１において、収容局送信部１０ｓは、１つの光変調器１１を備えており、当該光変調器１１が、ＲＦ信号に基づいて、単一波長λ_Ｔｉの光を変調して光信号を生成し、生成した光信号を出力する。基地局送信部２０は、光分波器２１と、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍと、行列演算部２３と、送信アンテナ２４－１～２４－ｎとを備えている。光分波器２１は、光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、収容局送信部１０ｓが出力する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号を、波長に対応する出力ポートから出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々は、光分波器２１の複数の出力ポートに接続され、Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉは、光分波器２１が出力する波長λ_Ｔｉの光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍと、第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎとを有しており、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々を基準ポートとし、基準ポートが取り込んだ信号に対して、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う。第１ポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々には、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々の出力が接続されており、第１ポートＦｐ２３－ｉが、接続するＯ／Ｅ変換器２２－ｉが出力するＲＦ信号を取り込む。送信アンテナ２４－１～２４－ｎは、各々が行列演算部２３の第２ポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々に接続されている。送信アンテナ２４－１～２４－ｎは、第２ポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々が出力するＢＦＮの行列演算が行われたＲＦ信号を放射することにより、送信ビーム５－ｉを形成する。

上記の無線送信システム９０ｔ１において、例えば、送信するＲＦ信号の送信先となる受信端末装置９－１を他の受信端末装置９－１に替える場合、収容局送信部１０ｓａの送信波長制御部１２ａは、波長λ_Ｔｉに替えて波長λ_Ｔｊを指定する制御信号を波長可変光源１３に与えようにする（ここで、ｊは、１～ｍまでのいずれかの値であり、ｉ≠ｊであるとする）。これにより、Ｏ／Ｅ変換器２２－ｊからＲＦ信号が出力され、行列演算部２３において、ｊ番目の第１のポートＦｐ２３－ｊがＲＦ信号を取り込むことになる。そのため、送信ビーム５－ｉの方向とは、異なる方向に送信ビーム５－ｊを形成され、他の受信端末装置９－１が、送信ビーム５－ｊにより送信されたＲＦ信号を受信することができるようになる。また、１つの受信端末装置９－１が移動する場合も同様である。これは、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と、行列演算部２３のｍ個の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々とが、光分波器２１により固定的に対応付けられているためである。言い換えると、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と、ｍ個の送信ビーム５－１～５－ｍの各々とは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局送信部１０ｓにおいて、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍを切り替えるだけで、基地局送信部２０が形成する送信ビーム５－１～５－ｎを切り替えることができる。

上記の無線送信システム９０ｔ１では、収容局装置２の収容局送信部１０ｓにおいて送信するＲＦ信号で変調する光信号の波長λ_Ｔｉを選択する制御を行っているだけであり、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、下り光ファイバ３－１の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの数に限られている。

また、無線送信システム９０ｔ１では、図４に示した収容局送信部１０ｓａの場合、波長可変光源１３が生成する波長λ_Ｔｉを指定する処理によって、ＲＦ信号を取り込む行列演算部２３の第１のポートの位置を選択する構成になっている。

非特許文献２に示される技術を用いてＲｏＦの送信構成を実現する場合、図２１に示す行列演算部５００の複数の入力ポート５０１－１～５０１－ｍから、ある１つの入力ポート５０１－ｉを選択してＲＦ信号を与える必要がある。この場合、例えば、電気的に切り替えを行う１×ｍスイッチが用いられ、１×ｍスイッチのｍ個の出力ポートの各々に行列演算部５００のｍ個の入力ポートの各々が接続され、１×ｍスイッチの１つの入力ポートにＲＦ信号が与えられることになる。このとき、ＲＦ信号が１×ｍスイッチを通過する際に損失が発生し、この損失は、一般に、ｍの値が大きくなるほど増加するという問題がある。

これに対して、第１の実施形態の構成では、図４に示した収容局送信部１０ｓａを適用する場合にはスイッチは存在しない。また、図６に示した収容局送信部１０ｓｂを適用する場合、光学的にスイッチを行うｍ×１光スイッチ１６のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号を取り込む行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの位置を選択する構成になっている。

そのため、電気的にＲＦ信号を取り込むポートの位置を切り替える処理に比べると、低損失で切り替えを行うことが可能になっている。したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置１の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（第２の実施形態：単一モードの受信側）
図７は、第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１の構成を示すブロック図である。無線受信システム９０ｒ１は、収容局受信部４０ｓ、基地局受信部３０、上り光ファイバ３－２、及び、図７には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。

基地局受信部３０は、ｎ本の受信アンテナ３１－１～３１－ｎ、行列演算部３２、光変調部３３、光合波器３４を備える。

受信アンテナ３１－１～３１－ｎは、送信端末装置９－２が送信するＲＦ信号の電波を受信し、受信したＲＦ信号を出力する。

行列演算部３２は、ＲＦ信号の入出力が逆になる点を除いて、第１の実施形態の行列演算部２３と同一の構成を有している。すなわち、行列演算部３２は、ＢＦＮの行列演算を行う機能部であり、ｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍと、ｎ個の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎとを備えている。第１の実施形態とは逆に、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々は、出力ポートであり、各々に光変調器３３－１～３３－ｍの各々が接続されている。行列演算部２３の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｍの各々は、入力ポートであり、受信アンテナ３１－１～３１－ｎの各々が接続されており、受信アンテナ３１－１～３１－ｎの各々が受信して出力するＲＦ信号を取り込む。

行列演算部３２は、行列演算部２３と同様に、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍのいずれか１つを基準ポートとした場合、基準ポートが取り込んだＲＦ信号に対して、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であってｎ個の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎから出力されるＲＦ信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う。

これに対して、ｎ個の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々にＲＦ信号が与えられた場合、行列演算部３２は、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々が取り込んだＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算の逆演算、すなわち逆行列を適用する演算を行う。行列演算部３２は、ＢＦＮの行列演算の逆演算後のＲＦ信号をｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍから出力する。

ＢＦＮの行列演算は、可逆性を有している。例えば、行列演算部３２のｉ番目の第１のポートＦｐ３２－ｉにＲＦ信号を与えることにより図３に示す送信ビーム５－ｉが形成されたとする。例えば、送信ビーム５－ｉの方向から送信ビーム５－ｉを形成するＲＦ信号と同一周波数のＲＦ信号が到来したとする。ＢＦＮの行列演算の可逆性とは、受信アンテナ３１－１～３１－ｎが送信ビーム５－ｉの方向からＲＦ信号を受信し、そのＲＦ信号をそれぞれ行列演算部３２の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎに与えて、行列演算部３２がＢＦＮの行列演算の逆演算を行うと、ｉ番目の第１のポートＦｐ３２－ｉのみがＲＦ信号を出力することをいう。よって、ｉ番目の第１のポートＦｐ３２－ｉから出力されるＲＦ信号を選択することで、受信ビーム６－ｉを形成することができる。

光変調部３３は、図８に示す内部構成を備えている。光変調部３３は、ｍ個の光変調器３３－１～３３－ｍ、光分波器３６、及び多波長光源３５を備える。多波長光源３５は、異なるｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光を生成し、生成した光を光分波器３６に出力する。ここで、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と異なる波長であってもよいし、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と同一の波長であってもよい。

光分波器３６は、１個の入力ポートと、ｍ個の出力ポートを備えている。ｍ個の出力ポートの各々は、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々に固定的に割り当てられており、光変調器３３－１～３３－ｍの各々に接続されている。光分波器３６は、多波長光源３５が出力する光を波長ごとに分波し、分波した光の各々を分岐して波長に対応する出力ポートに接続されている光変調器３３－１～３３－ｍに出力する。

光変調器３３－１～３３－ｍは、各々が接続する行列演算部３２のｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々が出力するＲＦ信号を取り込む。光変調器３３－１～３３－ｍは、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光を光キャリアとして、取り込んだＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する。

なお、図８において、多波長光源３５と光分波器３６に替えて、それぞれが波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成するｍ個の光源を適用し、ｍ個の光源の各々を光変調器３３－１～３３－ｍの各々に接続するようにしてもよい。または、多波長光源３５、光分波器３６、光変調器３３－１～３３－ｍに替えて、それぞれが波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成するｍ個の光直接変調器を用いてもよい。

図７に戻り、光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｍの各々が出力するｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光信号を合波して上り光ファイバ３－２に出力する。上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が出力するｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍが合波された光信号を収容局受信部４０ｓに伝送する。

収容局受信部４０ｓは、光分波器４１と出力部４２を備える。光分波器４１は、１個の入力ポートと、ｍ個の出力ポートを備えており、ｍ個の出力ポートの各々は、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々に固定的に割り当てられている。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２が伝送する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

出力部４２は、光分波器４１が出力ポートから出力する光信号を取り込み、出力ポートから取り込んだ光信号の中からいずれか１つの波長λ_Ｒｉに対応する光信号を選択する。出力部４２は、選択した光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

図９は、収容局受信部４０ｓの具体的な構成の一例である収容局受信部４０ｓａの内部構成を示すブロック図である。なお、図９に示す光分波器４１は、図７の光分波器４１と同一の構成である。図９に示す収容局受信部４０ｓａは、光分波器４１、出力部４２ａ、及び受信波長制御部４３を備える。出力部４２ａは、ｍ×１光スイッチ４４とＯ／Ｅ変換器４５を備える。

ｍ×１光スイッチ４４は、ｍ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｍ個の入力ポートの各々は、光分波器４１のｍ個の出力ポートの各々に接続されている。ｍ×１光スイッチ４４は、受信波長制御部４３から受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｍ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。Ｏ／Ｅ変換器４５は、ｍ×１光スイッチ４４が出力ポートから出力する光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。このＲＦ信号は、受信ビーム６－ｉにより受信したＲＦ信号である。

受信波長制御部４３は、ＲＦ信号が重畳されている１つの波長λ_Ｒｉの光を光分波器４１から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｍ×１光スイッチ４４に出力する。受信波長制御部４３が制御信号によりｍ×１光スイッチ４４の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、出力対象のＲＦ信号が重畳されている光の波長λ_Ｒｉが切り替わることになる。

（第２の実施形態の無線受信システムによる処理）
図１０は、第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１による処理の流れを示すフローチャートである。収容局受信部４０ｓとして、例えば、図９に示す収容局受信部４０ｓａが備えられているものとして、以下の説明を行う。

受信ビーム６－ｉの方向から、送信端末装置９－２が送信するＲＦ信号が到来したとする。受信アンテナ３１－１～３１－ｎは、受信したＲＦ信号を各々が接続する行列演算部３２の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎに出力する。行列演算部３２は、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎに与えられるＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算の逆演算を行い、演算結果として得られるＲＦ信号をｉ番目の第１のポートＦｐ３２－ｉから出力する（ステップＳｂ１）。

このとき、行列演算部３２は、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－（ｉ－１）、及び第１のポートＦｐ３２－（ｉ＋１）～Ｆｐ３２－ｍから何も出力しない。光変調器３３－ｉは、光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒｉの光を光キャリアとして、行列演算部３２が第１のポートＦｐ３２－ｉから出力するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する（ステップＳｂ２）。

光変調器３３－ｉ以外の光変調器３３－１～３３－（ｉ－１），３３－（ｉ＋１）～３３－ｎは、各々が接続する行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－（ｉ－１）、及び第１のポートＦｐ３２－（ｉ＋１）～Ｆｐ３２－ｍが何も出力しないため、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_{Ｒ（ｉ－１）}，λ_{Ｒ（ｉ＋１）}～λ_Ｒｍの光をそのまま出力する。

光合波器３４は、光変調器３３－ｉが出力するＲＦ信号によって変調された波長λ_Ｒｉの光信号と、光変調器３３－１～３３－（ｉ－１），３３－（ｉ＋１）～３３－ｎが出力する波長λ_Ｒ１～λ_{Ｒ（ｉ－１）}，λ_{Ｒ（ｉ＋１）}～λ_Ｒｍの光を合波して上り光ファイバ３－２に出力する（ステップＳｂ３）。

上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が合波した光信号を収容局受信部４０ｓａの光分波器４１に伝送する。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２から取り込んだ光信号をｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する（ステップＳｂ４）。

受信波長制御部４３は、光分波器４１の波長λ_Ｒｉに割り当てられている出力ポートに接続するｍ×１光スイッチ４４の入力ポートを、ｍ×１光スイッチ４４の出力ポートに接続させる制御信号をｍ×１光スイッチ４４に出力する。ｍ×１光スイッチ４４が、当該制御信号を受けてスイッチの切り替えを行うことにより、ｍ×１光スイッチ４４は、出力ポートから波長λ_Ｒｉの光信号を出力する。

Ｏ／Ｅ変換器４５は、ｍ×１光スイッチ４４が出力ポートから出力する波長λ_Ｒｉの光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する（ステップＳｂ５）。これは、受信ビーム６－ｉの方向から到来するＲＦ信号を同相合成したものとなっているため、受信ビーム６－ｉを形成していることになる。

（第２の実施形態の収容局受信部の他の構成例）
なお、収容局受信部４０ｓとして、図９に示した収容局受信部４０ｓａに替えて、図１１に示す収容局受信部４０ｓｂを適用してもよい。図１１に示す収容局受信部４０ｓｂは、光分波器４１、出力部４２ｂ、及び受信波長制御部４３を備える。なお、図１１に示す光分波器４１は、図７の光分波器４１と同一の構成であり、受信波長制御部４３は、図９に示した受信波長制御部４３と同一の構成である。

出力部４２ｂは、ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍとｍ×１電気スイッチ４６を備える。ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍの各々は、光分波器４１のｍ個の出力ポートに接続されており、光分波器４１のｍ個の出力ポートの各々から出力される波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光信号を電気信号に変換して出力する。

ｍ×１電気スイッチ４６は、ｍ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｍ個の入力ポートの各々は、ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々に接続されている。ｍ×１電気スイッチ４６は、受信波長制御部４３から受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｍ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。

すなわち、図９の収容局受信部４０ｓａでは、先に出力対象となる光の波長λ_Ｒｉをｍ×１光スイッチ４４により選択してから、Ｏ／Ｅ変換器４５により電気信号に変換している。これに対して、図１１の収容局受信部４０ｓｂでは、先にｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍにより光信号を電気信号に変換してから、出力対象となる光の波長λ_Ｒｉをｍ×１電気スイッチ４６により選択しているという構成になる。したがって、収容局受信部４０ｓｂにおいても、収容局受信部４０ｓａと同様に、受信波長制御部４３が制御信号によりｍ×１電気スイッチ４６の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、出力対象のＲＦ信号が重畳されている光の波長λ_Ｒｉが切り替わることになる。

収容局受信部４０ｓｂを適用した場合に、受信ビーム６－ｉの方向からＲＦ信号が到来すると、図１０のステップＳｂ５において、収容局受信部４０ｓｂの受信波長制御部４３は、Ｏ／Ｅ変換器４５－ｉが出力する電気信号を取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｍ×１電気スイッチ４６に出力することになる。

なお、上記の無線受信システム９０ｒ１において、受信ビーム６－１～６－ｍの方向以外の方向からＲＦ信号が到来した場合、行列演算部３２のｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々が、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号を出力することになる。

この場合、光変調器３３－１～３３－ｍの各々に対して振幅や位相の異なるＲＦ信号が与えられる。光変調器３３－１～３３－ｍの各々は、各々に与えられるＲＦ信号で変調した波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号を生成する。別の見方をすると、複数の波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号においてＲＦ信号が分かれて重畳されている状態となる。そのため、収容局受信部４０ｓの出力部４２は、光分波器４１が複数の出力ポートから出力する複数の光信号を対象としてＲＦ信号を復調する処理を行う必要がある。例えば、収容局受信部４０ｓの出力部４２は、光分波器４１が波長ごとに分波して出力する光信号の各々を電気変換して、光信号の各々に重畳されているＲＦ信号を復調する。出力部４２は、例えば、復調したＲＦ信号のなかで最も電力の高いＲＦ信号を選択して出力してもよいし、復調した複数のＲＦ信号の振幅や位相を調整して最大比合成してから出力するようにしてもよい。

上記の第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１において、基地局受信部３０は、受信アンテナ３１－１～３１－ｎと、光変調器３３－１～３３－ｍと、光合波器３４とを備えており、受信アンテナ３１－１～３１－ｎは、受信ビーム６－ｉによりＲＦ信号を受信する。行列演算部３２は、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍと、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎとを有しており、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々を基準ポートとし、基準ポートが取り込んだ信号に対して、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う。第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々には、受信アンテナ３１－１～３１－ｎが接続されており、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々が、受信ビーム６－ｉにより受信したＲＦ信号を取り込む。光変調器３３－１～３３－ｍは、行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々に接続され、各々に異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光が与えられ、光変調器３３－ｉは、第１のポートＦｐ３２－ｉが出力するＢＦＮの行列演算の逆演算により得られたＲＦ信号に基づいて、与えられた波長λ_Ｒｉの光を変調して光信号を生成する。光合波器３４は、光変調器３－１～３３－ｍが生成した光信号を合波し、合波した光信号を出力する。収容局受信部４０ｓは、光分波器４１と、出力部４２ａ，４２ｂを備えており、光分波器４１は、光合波器３４が出力する光信号を取り込み、光信号を波長ごとに分波する。出力部４２ａ，４２ｂは、光分波器４１が出力する光信号に含まれる波長λ_Ｒｉの光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

上記の無線受信システム９０ｒ１において、ＲＦ信号の電波を送信する送信端末装置９－２が他の送信端末装置９－２になり、ＲＦ信号が受信ビーム６－ｉとは異なる受信ビーム６－ｊの方向から到来したとする。（ここで、ｊは、１～ｍまでのいずれかの値であり、ｉ≠ｊであるとする）。この場合、収容局受信部４０ｓは、波長λ_Ｒｊを選択することにより、受信ビーム６－ｊによりＲＦ信号を取り込むことができる。このように波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍのいずれかを選択することのみによって所望のＲＦ信号を取り込むことができるのは、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々と、行列演算部３２のｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々とが、光合波器３４及び光分波器４１により固定的に対応付けられているためである。言い換えると、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々と、ｍ個の受信ビーム６－１～６－ｍとは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局受信部４０ｓにおいて、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍを切り替えるだけで、受信ビーム６－１～６－ｍを切り替えることができる。

上記の無線受信システム９０ｒ１では、収容局装置２の収容局受信部４０ｓにおいて復調するＲＦ信号が重畳された光信号の波長λ_Ｔｉを選択する制御を行っているだけであり、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、上り光ファイバ３－２の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの数に限られている。

非特許文献２に示される技術を用いてＲｏＦの受信構成を実現する場合、図２１に示す行列演算部５００の入出力を逆にして、行列演算部５００の複数の入力ポート５０１－１～５０１－ｍから、ある１つの入力ポート５０１－ｉを選択して受信したＲＦ信号を取り込む必要がある。この場合、例えば、電気的に切り替えを行う１×ｍスイッチが用いられ、１×ｍスイッチのｍ個の入力ポートの各々に行列演算部５００のｍ個の入力ポート５０１－１～５０１－ｍの各々が接続されることになる。このとき、ＲＦ信号が１×ｍスイッチを通過する際に損失が発生し、この損失は、一般に、ｍの値が大きくなるほど増加するという問題がある。

これに対して、無線受信システム９０ｒ１では、図９に示した収容局受信部４０ｓａの場合、光学的にスイッチを行うｍ×１光スイッチ４４のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号を出力する行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの位置を選択する構成になっている。そのため、電気的にＲＦ信号を出力するポートの位置を切り替える処理に比べると、低損失で切り替えを行うことが可能になっている。

また、図１１に示した収容局受信部４０ｓｂの場合、ｍ×１電気スイッチ４６のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号を出力する行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの位置を選択する構成になっている。

（第３の実施形態：マルチモードの送信側）
図１２は、第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２の構成を示すブロック図である。図１２において、図３と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。無線送信システム９０ｔ２は、収容局送信部１０ｍ、基地局送信部２０、下り光ファイバ３－１、及び、図１２には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。ここでは、受信端末装置９－１は、ｍ台存在しているものとし、それぞれを受信端末装置９－１－１～９－１－ｍとする。

収容局送信部１０ｍは、図１３に示す内部構成を有している。収容局送信部１０ｍは、多波長光源１８、光分波器１９、ｍ個の光変調器１１－１～１１－ｍ、及び光合波器１７を備える。多波長光源１８は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成して出力する。光分波器１９は、１個の入力ポートと、ｍ個の出力ポートを有しており、ｍ個の出力ポートの各々は、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍに固定的に割り当てられている。光分波器１９は、多波長光源１８が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、光分波器１９のｍ個の出力ポートに接続されている。光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、例えば、送信先の異なるＲＦ信号を取り込む。光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、各々に接続する光分波器１９の出力ポートから出力される波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を取り込む。光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、取り込んだ光を光キャリアとして、各々が取り込んだＲＦ信号で強度変調を行って光信号を生成し、生成した光信号を出力する。光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｍが生成したｍ個の光信号を合波して下り光ファイバ３－１に出力する。

（第３の実施形態の無線送信システムによる処理）
図１４は、第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２による処理の流れを示すフローチャートである。収容局送信部１０ｍの多波長光源１８は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を生成して出力する。光分波器１９は、多波長光源１８が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、各々に接続する光分波器１９が出力ポートから出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光を光キャリアとして、各々が取り込んだ送信先の異なるＲＦ信号で強度変調を行って光信号を生成する。光変調器１１－１～１１－ｍは、生成した光信号を光合波器１７に出力する（ステップＳｃ１）。

光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｍが出力するｍ個の光信号を合波して下り光ファイバ３－１に出力する（ステップＳｃ２）。下り光ファイバ３－１は、光合波器１７が出力する光信号を基地局送信部２０の光分波器２１に伝送する。光分波器２１は、下り光ファイバ３－１から取り込んだ光信号をｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍに分波する。光分波器２１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐し、出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍに出力する（ステップＳｃ３）。

Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々は、光分波器２１が分岐して出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光信号の各々を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する（ステップＳｃ４）。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々は、各々に接続する行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍに復調したＲＦ信号を出力する。行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍが取り込んだＲＦ信号の各々に対してＢＦＮの行列演算を行う。行列演算部２３は、ＢＦＮの行列演算の結果として得られたｎ個のＲＦ信号を第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々から出力する（ステップＳｃ５）。

第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々に接続する送信アンテナ２４－１～２４－ｎは、第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々が出力するＲＦ信号の電波を放射する。これにより、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々の位置に応じた方向であって、それぞれが異なる方向に送信ビーム５－１～５－ｍが形成される。すなわち、ｍ個の送信ビーム５－１～５－ｍからなるマルチビームが形成される（ステップＳｃ６）。

ｍ台の受信端末装置９－１－１～９－１－ｍの各々は、それぞれ送信ビーム５－１～５－ｍにより送信されたＲＦ信号を受信し、取り込む。

上記の第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２において、収容局送信部１０ｍは、光変調器１１－１～１１－ｍと、光合波器１７とを備えており、光変調器１１－１～１１－ｍの各々には、それぞれ異なる波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光が与えられている。光変調器１１－１～１１－ｍの各々は、ＲＦ信号に基づいて、各々に与えられる光を変調して光信号を生成し、光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｍが生成した光信号を合波して出力する。基地局送信部２０は、光分波器２１と、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍと、行列演算部２３と、送信アンテナ２４－１～２４－ｎとを備えている。光分波器２１は、光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、収容局送信部１０ｍが出力する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号を、波長に対応する出力ポートから出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々は、光分波器２１の複数の出力ポートに接続され、光分波器２１が出力する光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。行列演算部２３は、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍと、第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎとを有しており、第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々を基準ポートとし、基準ポートが取り込んだ信号に対して、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う。第１ポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々には、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍの各々の出力が接続されており、第１ポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの各々が、接続するＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｍが出力するＲＦ信号を取り込む。送信アンテナ２４－１～２４－ｎは、各々が行列演算部２３の第２ポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々に接続されている。送信アンテナ２４－１～２４－ｎは、第２ポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々が出力するＢＦＮの行列演算が行われたＲＦ信号を放射することにより、送信ビーム５－１～５－ｍを形成する。

上記の無線送信システム９０ｔ２では、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と、送信アンテナ２４－１～２４－ｍの各々とが、光合波器１７及び光分波器２１により固定的に対応付けられている。言い換えると、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの各々と、ｍ個の送信ビーム５－１～５－ｍの各々とは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局送信部１０ｍにおいて、ｍ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍの光の各々を光キャリアとして、ｍ個のＲＦ信号で変調して、ｍ個の光信号を生成することで、マルチビーム、すなわち、ｍ個の送信ビーム５－１～５－ｎを形成することができる。

上記の無線送信システム９０ｔ２では、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、下り光ファイバ３－１の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、行列演算部２３の第１のポートＦｐ２３－１～Ｆｐ２３－ｍの数に限られている。また、電気的なスイッチの切り替えの構成も備えていない。したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（第４の実施形態：マルチモードの受信側）
図１５は、第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２の構成を示すブロック図である。図１５において、図７と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。

無線受信システム９０ｒ２は、収容局受信部４０ｍ、基地局受信部３０、上り光ファイバ３－２、及び、図１５には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。ここでは、送信端末装置９－２は、ｍ台存在しているものとし、それぞれを送信端末装置９－２－１～９－２－ｍとする。

収容局受信部４０ｍは、光分波器４１と、出力部４２ｃとを備えており、出力部４２ｃは、ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍを備えている。ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍの各々は、光分波器４１のｍ個の出力ポートの各々に接続されている。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２が伝送するｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光信号を分波し、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。ｍ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍの各々は、光分波器４１がｍ個の出力ポートの各々から出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調して出力する。

（第４の実施形態の無線受信システムによる処理）
図１６は、第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２の処理の流れを示すフローチャートである。

ｍ台の送信端末装置９－２－１～９－２－ｍの各々が送信するＲＦ信号が、ｍ個の受信ビーム６－１～６－ｍの方向から各々到来したとする。ｎ本の受信アンテナ３１－１～３１－ｎは、受信したＲＦ信号を各々に接続する行列演算部３２の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎに出力する。

行列演算部３２は、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎが取り込んだＲＦ信号に対してＢＦＮの行列演算の逆演算を行い、演算結果として得られるＲＦ信号の各々を第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍから出力する（ステップＳｄ１）。

光変調器３３－１～３３－ｎの各々は、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光を光キャリアとして、行列演算部３２が第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍから出力するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する（ステップＳｄ２）。

光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｍの各々が出力する波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍのｍ個の光信号を合波して上り光ファイバ３－２に出力する（ステップＳｄ３）。上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が合波した光信号を収容局受信部４０ｍの光分波器４１に伝送する。

光分波器４１は、上り光ファイバ３－２から取り込んだ光信号をｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する（ステップＳｄ４）。

出力部４２ｃのｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍの各々は、光分波器４１が出力ポートから出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調して出力する（ステップＳｄ５）。これは、各々受信ビーム６－１～６－ｍの方向から到来するＲＦ信号を同相合成したものとなっているため、受信ビーム６－１～６－ｍを形成していることになる。

上記の第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２において、基地局受信部３０は、受信アンテナ３１－１～３１－ｎと、光変調器３３－１～３３－ｍと、光合波器３４とを備えており、受信アンテナ３１－１～３１－ｎは、受信ビーム６－１～６－ｍによりＲＦ信号を受信する。行列演算部３２は、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍと、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎとを有しており、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々を基準ポートとし、基準ポートが取り込んだ信号に対して、基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う。第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々には、受信アンテナ３１－１～３１－ｎが接続されており、第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々が、受信ビーム６－１～６－ｍにより受信したＲＦ信号を取り込む。光変調器３３－１～３３－ｍは、行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々に接続され、各々に異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光が与えられ、第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々が出力するＢＦＮの行列演算の逆演算により得られたＲＦ信号に基づいて、与えられた光を変調して光信号を生成する。光合波器３４は、光変調器３－１～３３－ｍが生成した光信号を合波し、合波した光信号を出力する。収容局受信部４０ｍは、光分波器４１と、出力部４２ｃを備えており、光分波器４１は、光合波器３４が出力する光信号を取り込み、光信号を波長ごとに分波する。出力部４２ｃは、光分波器４１の出力に接続されるＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍを備えており、Ｏ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｍの各々は、光分波器４１が分波した各々が異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

上記の無線受信システム９０ｒ２では、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々と、行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々とが、光合波器３４及び光分波器４１により固定的に対応付けられている。言い換えると、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの各々と、ｍ個の受信ビーム６－１～６－ｍとは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、基地局受信部３０の光変調器３３－１～３３－ｍが、ｍ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍの光の各々を光キャリアとして、行列演算部３２が第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍから出力するＲＦ信号で変調してｍ個の光信号を生成する。光合波器３４が、ｍ個の光信号を合波して収容局受信部４０ｍに送信し、収容局受信部４０ｍが波長ごとに分波して電気信号に変換することでＲＦ信号を復調して出力することができる。これにより、無線受信システム９０ｒ２において、ＲＦ信号の各々に対応した、マルチビーム、すなわちｍ個の受信ビーム６－１～６－ｍの形成が可能となる。

なお、上記の無線受信システム９０ｒ２において、受信ビーム６－１～６－ｍ以外の方向からＲＦ信号が到来した場合、行列演算部３２のｍ個の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの各々が、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号を出力することになる。
この場合、光変調器３３－１～３３－ｍの各々に対して振幅や位相の異なるＲＦ信号が与えられる。光変調器３３－１～３３－ｍの各々は、各々に与えられるＲＦ信号で変調した波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号を生成する。別の見方をすると、複数の波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号においてＲＦ信号が分かれて重畳されている状態となる。そのため、収容局受信部４０ｍの出力部４２ｃは、光分波器４１が複数の出力ポートから出力する複数の光信号を対象としてＲＦ信号を復調する処理を行う必要がある。例えば、収容局受信部４０ｍの出力部４２ｃは、光分波器４１が波長ごとに分波して出力する光信号の各々を電気変換して、光信号の各々に重畳されているＲＦ信号を復調する。出力部４２ｃは、例えば、復調したＲＦ信号のなかで最も電力の高いＲＦ信号を選択して出力してもよいし、復調した複数のＲＦ信号についてＭＩＭＯ信号処理を行ってから出力するようにしてもよい。

上記の無線受信システム９０ｒ２では、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、上り光ファイバ３－２の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、行列演算部３２の第１のポートＦｐ３２－１～Ｆｐ３２－ｍの数に限られている。また、電気的なスイッチの切り替えの構成も備えていない。したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（収容局装置と基地局装置の接続構成）
上記の第１から第４の実施形態では、光ファイバ３が、２芯あるものとして、下り光ファイバ３－１と、上り光ファイバ３－２に分けて示していたが、例えば、図１７に示すようなサーキュレータ５０，６０を利用した構成としてもよい。図１７は、収容局装置２と、基地局装置１とを１芯の光ファイバ３ａによって接続した構成を示すブロック図である。

サーキュレータ５０は、３つのポートを有している。サーキュレータ５０が有する３つのポートは、収容局送信部１０と接続されるポート、光ファイバ３ａを介してサーキュレータ６０と接続されるポート及び収容局受信部４０と接続されるポートである。サーキュレータ５０は、収容局送信部１０が出力する光信号を取り込んで光ファイバ３ａに出力し、光ファイバ３ａが伝送する光信号を取り込んで収容局受信部４０に出力する。サーキュレータ６０も同様に、３つのポートを有している。サーキュレータ６０が有する３つのポートは、光ファイバ３ａを介してサーキュレータ５０と接続されるポート、基地局送信部２０と接続されるポート及び基地局受信部３０と接続されるポートである。サーキュレータ６０は、光ファイバ３ａが伝送する光信号を取り込んで基地局送信部２０に出力し、基地局受信部３０が出力する光信号を取り込んで光ファイバ３ａに出力する。

また、基地局装置１は、第１と第３の実施形態では、基地局送信部２０が、送信アンテナ２４－１～２４－ｎを備えており、第２と第４の実施形態では、基地局受信部３０が受信アンテナ３１－１～３１－ｎを備えていた。これに対して、図１７に示すように基地局装置１が、ｎ個のサーキュレータ６１－１～６１－ｎを備えて、ｎ本のアンテナ素子７０－１～７０－ｎを送受信で共用するようにしてもよい。サーキュレータ６１－１～６１－ｎの各々は、基地局送信部２０の行列演算部２３が第２のポートＳｐ２３－１～Ｓｐ２３－ｎの各々から出力するＲＦ信号の各々をアンテナ素子７０－１～７０－ｎに出力する。また、サーキュレータ６１－１～６１－ｎの各々は、アンテナ素子７０－１～７０－ｎが受信して出力するＲＦ信号を行列演算部３２の第２のポートＳｐ３２－１～Ｓｐ３２－ｎの各々に出力する。

なお、図１７において、単一モードの場合、収容局送信部１０には、収容局送信部１０ｓが適用され、収容局受信部４０には、収容局受信部４０ｓが適用される。マルチモードの場合、収容局送信部１０には、収容局送信部１０ｍが適用され、収容局受信部４０には、収容局受信部４０ｍが適用される。

上記の第１から第４の実施形態では、下り光ファイバ３－１が伝送する光の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍと、上り光ファイバ３－２が伝送する光の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍとは、同じ波長であってもよいとしていたが、図１７の構成の場合、光ファイバ３ａは、１芯であるため、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｍと、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｍとは相異なる波長である必要がある。

上述した実施形態における送信波長制御部１２ａ，１２ｂ、受信波長制御部４３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

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。

ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいてビームフォーミングを行う場合に利用することができる。

９０…無線通信システム、１…基地局装置、２…収容局装置、３…光ファイバ、９…端末装置、１０…収容局送信部、２０…基地局送信部、３０…基地局受信部、４０…収容局受信部

Claims (8)

1. ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力する収容局送信部と、
   前記収容局送信部が出力する前記光信号を取り込む基地局送信部であって、
   前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記波長に対応する前記出力ポートから出力する光分波器と、
   前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続され、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する複数の光電気変換器と、
   複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有しており、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う行列演算部であって、前記第１のポートの各々に、複数の前記光電気変換器の各々の出力が接続され、前記第１のポートの各々が、各々に接続する前記光電気変換器が出力する前記ＲＦ信号を取り込む行列演算部と、
   各々が前記行列演算部の複数の前記第２のポートの各々に接続され、前記第２のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算が行われた前記ＲＦ信号を放射することにより、前記波長ごとに異なる方向の送信ビームを形成する複数の送信アンテナと、
   を有する基地局送信部と、
   を備える無線送信システム。
2. 前記収容局送信部は、
   １つの光変調器を備えており、当該光変調器が、前記ＲＦ信号に基づいて、単一波長の光を変調して前記光信号を生成して出力するか、または、複数の前記光変調器と、光合波器とを備えており、複数の前記光変調器の各々には、それぞれ異なる波長の光が与えられており、前記ＲＦ信号に基づいて、各々に与えられる前記光を変調して前記光信号を生成し、前記光合波器は、複数の前記光変調器が生成した前記光信号を合波して出力する
   請求項１に記載の無線送信システム。
3. 到来するＲＦ信号により受信ビームを形成して受信する複数の受信アンテナと、
   複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有しており、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う行列演算部であって、複数の前記第２のポートの各々に、複数の前記受信アンテナが接続されており、前記第２のポートの各々が、複数の前記受信アンテナが前記受信ビームにより受信して出力する前記ＲＦ信号を取り込む行列演算部と、
   前記行列演算部の前記第１のポートの各々に接続され、各々に異なる波長の光が与えられ、前記第１のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算の逆演算により得られた前記ＲＦ信号に基づいて、与えられた前記光を変調して光信号を生成する複数の光変調器と、
   複数の前記光変調器が生成した前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する光合波器と、
   を有する基地局受信部と、
   前記基地局受信部が出力する前記光信号を取り込む収容局受信部であって、
   前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波する光分波器と、
   前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する出力部と、
   を有する収容局受信部と、
   を備える無線受信システム。
4. 前記出力部は、
   前記光分波器が出力する前記光信号に含まれるいずれか１つの波長の前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力するか、または、前記光分波器の出力に接続される複数の光電気変換器であって、複数の前記光電気変換器の各々が、前記光分波器が分波した各々が異なる波長の前記光信号を取り込み、取り込んだ前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する複数の光電気変換器を備える
   請求項３に記載の無線受信システム。
5. 請求項１に記載の基地局送信部と、請求項３に記載の基地局受信部と、
   を備える基地局装置。
6. 請求項１に記載の無線送信システムと、請求項３に記載の無線受信システムと
   を備える無線通信システム。
7. 収容局送信部と、基地局送信部とを備える無線送信システムにおける無線送信方法であって、
   前記収容局送信部が、ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力し、
   前記基地局送信部の光分波器が、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートの中の前記波長に対応する前記出力ポートから出力し、
   前記基地局送信部の複数の光電気変換器であって前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続する前記光電気変換器の各々が、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力し、
   前記基地局送信部の行列演算部であって、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有し、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う前記行列演算部の前記第１のポートの各々が、各々に接続する前記光電気変換器が出力する前記ＲＦ信号を取り込み、
   前記基地局送信部の複数の送信アンテナが、前記行列演算部の前記第２のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算が行われた前記ＲＦ信号を放射することにより、前記波長ごとに異なる方向の送信ビームを形成する
   無線送信方法。
8. 基地局受信部と、収容局受信部とを備える無線受信システムにおける無線受信方法であって、
   前記基地局受信部の複数の受信アンテナが、到来するＲＦ信号により受信ビームを形成して受信し、
   前記基地局受信部の行列演算部であって、複数の第１のポートと、複数の第２のポートとを有し、前記第１のポートの各々を基準ポートとし、前記基準ポートが取り込んだ信号に対して、前記基準ポートの位置ごとに異なる位相変化であって複数の前記第２のポートから出力される信号の各々の位相が線形的な傾きを有する位相変化を与えるＢＦＮの行列演算を行う前記行列演算部の前記第２のポートの各々が、各々に接続する複数の前記受信アンテナが前記受信ビームにより受信して出力する前記ＲＦ信号を取り込み、
   前記基地局受信部の複数の光変調器が、前記行列演算部の前記第１のポートの各々が出力する前記ＢＦＮの行列演算の逆演算により得られた前記ＲＦ信号に基づいて、各々に与えられる異なる波長の光を変調して光信号を生成し、
   前記基地局受信部の光合波器が、複数の前記光変調器が生成した前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力し、
   前記収容局受信部の光分波器が、前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波し、
   前記収容局受信部の出力部が、前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する
   無線受信方法。

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