JP7440802B2 - 通信装置及び光通信システム - Google Patents
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Description
本発明は、通信装置及び光通信システムに関する。
電波よりも波長の短い光を用いた無線通信が利用されている。光を用いた無線通信は電波を用いた無線通信よりも電力効率、通信容量、指向性などの点で優れている。
地球に設置した通信局と大気圏外の星（例えば、月など）に設置した通信局との間で光を用いた無線通信を行う場合、地球の大気ゆらぎの影響により地球に設置した通信局が送受信する光信号の強度が大きく減衰するという問題がある。これを解決する手段として、非特許文献１には、地球に設置した通信局において他の通信局から受信する光信号を基にして、あらかじめ送信する光信号に補償処理を行うことで光信号のパワーの減衰を防ぐ技術が開示されている。
地球に設置した通信局と大気圏外の星（例えば、月など）に設置した通信局との間で光を用いた無線通信を行う場合、地球の大気ゆらぎの影響により地球に設置した通信局が送受信する光信号の強度が大きく減衰するという問題がある。これを解決する手段として、非特許文献１には、地球に設置した通信局において他の通信局から受信する光信号を基にして、あらかじめ送信する光信号に補償処理を行うことで光信号のパワーの減衰を防ぐ技術が開示されている。
Yongxiong Ren et al., "Adaptive-optics-based simultaneous pre- and post-turbulence compensation of multiple orbital-angular-momentum beams in a bidirectional free-space optical link", Optica, Vol.1, No.6, pp. 376-382(2014)
無線通信において信号強度の低下を防ぐ手法として、複数の通信局から位相を合わせた信号を送信し指向性を高めるものが知られている。このような手法にはアダプティブアレイやＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）などの技術が用いられる。しかし、光を用いた無線通信においては、光の波長が電波の波長より短く、通信局を構成する光学素子やそのシステム内の位相差の影響が無視できず、位相を合わせることが困難である。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、光を用いた無線通信において、複数の装置から受信側の通信局において位相差が小さくなるように光信号を送信する通信装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、光を用いた無線通信において、複数の装置から受信側の通信局において位相差が小さくなるように光信号を送信する通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、光を出力する光出力部と前記光出力部から出力された前記光を複数の分岐光に分ける光分岐部と前記複数の分岐光に対応して設けられる複数の空間光通信部であって、前記光分岐部から入力された対応する分岐光を、空間を介して相手通信装置に送信する空間光通信部を備える通信装置である。
本発明によれば光を用いた無線通信において、複数の装置から位相差を小さくした光信号を送信する通信装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態に係る光通信システム１００を示す図である。
光通信システム１００は、遠隔の２地点の間で光信号を用いた通信を行うためのシステムである。光通信システム１００は、第１通信装置１及び第２通信装置２を備える。
第１通信装置１は、地球に設置される通信局である。第２通信装置２は、地球から遠く離れた大気圏外の星（例えば、月など）に設置される、もしくは宇宙空間を飛行する通信局である。
光通信システム１００において、第１通信装置１と第２通信装置２とは光信号を互いに送受信する。
図１は、第１の実施形態に係る光通信システム１００を示す図である。
光通信システム１００は、遠隔の２地点の間で光信号を用いた通信を行うためのシステムである。光通信システム１００は、第１通信装置１及び第２通信装置２を備える。
第１通信装置１は、地球に設置される通信局である。第２通信装置２は、地球から遠く離れた大気圏外の星（例えば、月など）に設置される、もしくは宇宙空間を飛行する通信局である。
光通信システム１００において、第１通信装置１と第２通信装置２とは光信号を互いに送受信する。
図２は、第１の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第１通信装置１は、信号出力部１０、送信側発振光出力部１１、光変調部１２、第一光分岐部１３、空間光通信部１４、第一光合波部１５、受信側発振光出力部１６、光復調部１７、信号入力部１８を備える。
第１通信装置１は、信号出力部１０、送信側発振光出力部１１、光変調部１２、第一光分岐部１３、空間光通信部１４、第一光合波部１５、受信側発振光出力部１６、光復調部１７、信号入力部１８を備える。
信号出力部１０は、第２通信装置２に送信すべき情報を示す電気信号を光変調部１２に出力する。つまり、信号出力部１０の出力端は電気ケーブルを介して光変調部１２の入力端に接続される。
送信側発振光出力部１１は、光信号のキャリアとなる発振光を光変調部１２に出力する。つまり、送信側発振光出力部１１の出力端は光ケーブルを介して光変調部１２の入力端に接続される。
光変調部１２は、信号出力部１０より入力された信号により、送信側発振光出力部１１から入力された発振光を変調する。光変調部１２は、光変調により生成した光信号を第一光分岐部１３に出力する。つまり、光変調部１２の出力端は光ケーブルを介して第一光分岐部１３の入力端に接続される。
送信側発振光出力部１１は、光信号のキャリアとなる発振光を光変調部１２に出力する。つまり、送信側発振光出力部１１の出力端は光ケーブルを介して光変調部１２の入力端に接続される。
光変調部１２は、信号出力部１０より入力された信号により、送信側発振光出力部１１から入力された発振光を変調する。光変調部１２は、光変調により生成した光信号を第一光分岐部１３に出力する。つまり、光変調部１２の出力端は光ケーブルを介して第一光分岐部１３の入力端に接続される。
第一光分岐部１３は、光変調部１２より入力された光信号を分岐し、複数の空間光通信部１４に出力する。つまり、第一光分岐部１３は、１つの入力端と複数の出力端を有し、複数の出力端それぞれが光ケーブルを介して対応する空間光通信部１４の送信ポートに接続される。
複数の空間光通信部１４は、それぞれ地球上の異なる箇所に分散して設けられ、第２通信装置２に対向して設けられる光アンテナである。複数の空間光通信部１４は、送信ポートに入力された光信号を光無線信号に変換して送信する。他方、複数の空間光通信部１４は、受信した光無線信号を光信号に変換して受信ポートから出力する。各空間光通信部１４の送信ポートは、光ケーブルを介して第一光分岐部１３の対応する出力端に接続され、受信ポートは、光ケーブルを介して第一光合波部１５の対応する入力端に接続される。
つまり、複数の空間光通信部１４は、それぞれ第一光分岐部１３から入力された光信号を第２通信装置２に空間を介して送信する。またつまり、複数の空間光通信部１４は、それぞれ第２通信装置２から空間を介して送信された光信号を受信し、第一光合波部１５に出力する。
つまり、複数の空間光通信部１４は、それぞれ第一光分岐部１３から入力された光信号を第２通信装置２に空間を介して送信する。またつまり、複数の空間光通信部１４は、それぞれ第２通信装置２から空間を介して送信された光信号を受信し、第一光合波部１５に出力する。
第一光合波部１５は、複数の空間光通信部１４から入力された光信号を合波し、光復調部１７に出力する。つまり、第一光合波部１５は、複数の入力端と１つの出力端を有し、出力端が光ケーブルを介して光復調部１７に接続される。
受信側発振光出力部１６は、発振光を光復調部１７に出力する。つまり、受信側発振光出力部１６の出力端は光ケーブルを介して光復調部１７の入力端に接続される。
光復調部１７は、第一光合波部１５から入力された光信号を、受信側発振光出力部１６より入力された発振光に基づいて復調し、電気信号を生成する。光復調部１７は、生成した電気信号を信号入力部１８に出力する。光復調部１７の出力端は、電気ケーブルを介して信号入力部１８の入力端に接続される。
信号入力部１８は、光復調部１７から信号を受信する。
受信側発振光出力部１６は、発振光を光復調部１７に出力する。つまり、受信側発振光出力部１６の出力端は光ケーブルを介して光復調部１７の入力端に接続される。
光復調部１７は、第一光合波部１５から入力された光信号を、受信側発振光出力部１６より入力された発振光に基づいて復調し、電気信号を生成する。光復調部１７は、生成した電気信号を信号入力部１８に出力する。光復調部１７の出力端は、電気ケーブルを介して信号入力部１８の入力端に接続される。
信号入力部１８は、光復調部１７から信号を受信する。
図３は、第１の実施形態に係る第２通信装置２の構成を示す図である。
第２通信装置２は少なくとも信号出力部１０、送信側発振光出力部１１、光変調部１２、空間光通信部１４、受信側発振光出力部１６、光復調部１７、信号入力部１８を備える。つまり、第１通信装置１と異なり空間光通信部１４を複数個備える必要はなく、また第一光分岐部１３及び第一光合波部１５を備える必要はない。
第２通信装置２は少なくとも信号出力部１０、送信側発振光出力部１１、光変調部１２、空間光通信部１４、受信側発振光出力部１６、光復調部１７、信号入力部１８を備える。つまり、第１通信装置１と異なり空間光通信部１４を複数個備える必要はなく、また第一光分岐部１３及び第一光合波部１５を備える必要はない。
《空間光通信部の構造》
図４は第１の実施形態に係る空間光通信部１４の構成例である。
ここで、第１通信装置１及び第２通信装置２が備える空間光通信部１４の構成について説明する。
空間光通信部１４は、アンテナ１４１、焦点調整部１４２、波面整形部１４３、ハーフミラー１４４Ａ、ハーフミラー１４４Ｂ、波面検出部１４５、波面制御部１４６、光軸調整部１４７を備える。
図４は第１の実施形態に係る空間光通信部１４の構成例である。
ここで、第１通信装置１及び第２通信装置２が備える空間光通信部１４の構成について説明する。
空間光通信部１４は、アンテナ１４１、焦点調整部１４２、波面整形部１４３、ハーフミラー１４４Ａ、ハーフミラー１４４Ｂ、波面検出部１４５、波面制御部１４６、光軸調整部１４７を備える。
アンテナ１４１は、受信した光無線信号を焦点調整部１４２に入射する。また、アンテナ１４１は焦点調整部１４２から入射された光無線信号を通信相手に送信する。アンテナ１４１は複数のミラーで構成される。
焦点調整部１４２は、波面制御部１４６による制御に基づきアンテナ１４１及び波面整形部１４３から入射される光無線信号の焦点を調整する。また、焦点調整部１４２は波面整形部１４３から入射される光無線信号をアンテナ１４１に入射し、アンテナ１４１から入射される光無線信号を波面整形部１４３に入射する。
波面整形部１４３は、波面制御部１４６による制御に基づきハーフミラー１４４Ａ及び焦点調整部１４２から入射される光無線信号の波面を補正する。また波面整形部１４３は焦点調整部１４２から入射される光無線信号をハーフミラー１４４Ａに入射し、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号を焦点調整部１４２に入射する。波面整形部１４３の構成例としては可変形鏡が挙げられる。
焦点調整部１４２は、波面制御部１４６による制御に基づきアンテナ１４１及び波面整形部１４３から入射される光無線信号の焦点を調整する。また、焦点調整部１４２は波面整形部１４３から入射される光無線信号をアンテナ１４１に入射し、アンテナ１４１から入射される光無線信号を波面整形部１４３に入射する。
波面整形部１４３は、波面制御部１４６による制御に基づきハーフミラー１４４Ａ及び焦点調整部１４２から入射される光無線信号の波面を補正する。また波面整形部１４３は焦点調整部１４２から入射される光無線信号をハーフミラー１４４Ａに入射し、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号を焦点調整部１４２に入射する。波面整形部１４３の構成例としては可変形鏡が挙げられる。
ハーフミラー１４４Ａは、波面整形部１４３から入射される光無線信号の一部を反射する。ハーフミラー１４４Ａは、反射された光がハーフミラー１４４Ｂに入射されるように設置される。また、ハーフミラー１４４Ａは第一光分岐部１３から入射される光無線信号の一部を透過し波面整形部１４３に入射する。ハーフミラー１４４Ｂは、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号の一部を反射し第一光合波部１５に入射する。また、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号の一部を透過し波面検出部１４５に入射する。波面検出部１４５は、ハーフミラー１４４Ｂから入射される光無線信号の波面を検出する。波面制御部１４６は波面検出部１４５が検出する波面に基づき焦点調整部１４２、波面整形部１４３及び光軸調整部１４７を制御する。光軸調整部１４７は波面制御部１４６による制御に基づき光無線信号の光軸を調整する。光軸調整部１４７は第１通信装置１を構成する部品の角度などを調整することで光軸を調整する。
空間光通信部１４の送信ポートに光無線信号が入力されると、当該光無線信号はハーフミラー１４４Ａに入射され、その光無線信号の一部はハーフミラー１４４Ａを透過し波面整形部１４３に入射される。光無線信号は波面整形部１４３によりその波面を整形され、焦点調整部１４２に入射される。その後、光無線信号はアンテナ１４１に入射され第２通信装置２に送信される。
空間光通信部１４のアンテナ１４１が光無線信号を受信すると、当該光無線信号は焦点調整部１４２に入射され次いで波面整形部１４３に入射される。波面整形部１４３に入射された光無線信号はその波面を整形されハーフミラー１４４Ａに入射される。ハーフミラー１４４Ａに入射される光無線信号の一部は透過しハーフミラー１４４Ｂに入射される。ハーフミラー１４４Ｂに入射される光無線信号の一部は透過し波面検出部１４５に入射されその波面が検出される。ハーフミラー１４４Ｂに入射される光無線信号の一部は反射し第一光合波部１５に入射される。
空間光通信部１４のアンテナ１４１が光無線信号を受信すると、当該光無線信号は焦点調整部１４２に入射され次いで波面整形部１４３に入射される。波面整形部１４３に入射された光無線信号はその波面を整形されハーフミラー１４４Ａに入射される。ハーフミラー１４４Ａに入射される光無線信号の一部は透過しハーフミラー１４４Ｂに入射される。ハーフミラー１４４Ｂに入射される光無線信号の一部は透過し波面検出部１４５に入射されその波面が検出される。ハーフミラー１４４Ｂに入射される光無線信号の一部は反射し第一光合波部１５に入射される。
第２通信装置２が備える空間光通信部１４は、第１通信装置１が備える空間光通信部１４より単純な構成であってよい。例えば、第２通信装置２が備える空間光通信部１４はアンテナ１４１、ハーフミラー１４４Ａ、ハーフミラー１４４Ｂを備え、焦点調整部１４２、波面整形部１４３、波面検出部１４５、波面制御部１４６、光軸調整部１４７を備えなくてもよい。
また、第２通信装置２が備える空間光通信部１４において、ハーフミラー１４４Ａは光変調部１２から入射される光無線信号の一部を透過し波面整形部１４３に入射し、ハーフミラー１４４Ｂは、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号の一部を反射し光復調部１７に入射する。つまり、第２通信装置２においては図４の第一光分岐部１３が光変調部１２に、第一光合波部１５が光復調部１７に置き換わった構成になる。
また、第２通信装置２が備える空間光通信部１４において、ハーフミラー１４４Ａは光変調部１２から入射される光無線信号の一部を透過し波面整形部１４３に入射し、ハーフミラー１４４Ｂは、ハーフミラー１４４Ａから入射される光無線信号の一部を反射し光復調部１７に入射する。つまり、第２通信装置２においては図４の第一光分岐部１３が光変調部１２に、第一光合波部１５が光復調部１７に置き換わった構成になる。
《通信装置の動作》
次に、本実施形態による通信装置の動作について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る第１通信装置１の信号送信の動作を示すフローチャートである。
まず、信号出力部１０は光変調部１２に信号を出力する（ステップＳ１）。光変調部１２は、ステップＳ１で信号出力部１０から入力された信号により送信側発振光出力部１１から入力される発振光を変調して光信号を生成する。光変調部１２は、生成した光信号を第一光分岐部１３に出力する（ステップＳ２）。第一光分岐部１３は、ステップＳ２で光変調部１２より入力された光信号を分岐し、複数の空間光通信部１４に出力する（ステップＳ３）。空間光通信部１４は第一光分岐部１３より入力された光信号を第２通信装置２に対して空間を介して送信する（ステップＳ４）。
次に、本実施形態による通信装置の動作について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る第１通信装置１の信号送信の動作を示すフローチャートである。
まず、信号出力部１０は光変調部１２に信号を出力する（ステップＳ１）。光変調部１２は、ステップＳ１で信号出力部１０から入力された信号により送信側発振光出力部１１から入力される発振光を変調して光信号を生成する。光変調部１２は、生成した光信号を第一光分岐部１３に出力する（ステップＳ２）。第一光分岐部１３は、ステップＳ２で光変調部１２より入力された光信号を分岐し、複数の空間光通信部１４に出力する（ステップＳ３）。空間光通信部１４は第一光分岐部１３より入力された光信号を第２通信装置２に対して空間を介して送信する（ステップＳ４）。
図６は、第１の実施形態に係る第１通信装置１の信号受信の動作を示すフローチャートである。
まず、空間光通信部１４は空間を介して第２通信装置２が送信した光信号を受信し第一光合波部１５に出力する（ステップＳ５）。第一光合波部１５はステップＳ５で空間光通信部１４より入力された光信号を合波し光復調部１７に出力する（ステップＳ６）。光復調部１７はステップＳ６で第一光合波部１５から入力された光信号を受信側発振光出力部１６から入力される発振光により光復調し信号を取り出し、信号入力部１８に出力する（ステップＳ７）。信号入力部１８は光復調部１７から信号を入力される（ステップＳ８）。
まず、空間光通信部１４は空間を介して第２通信装置２が送信した光信号を受信し第一光合波部１５に出力する（ステップＳ５）。第一光合波部１５はステップＳ５で空間光通信部１４より入力された光信号を合波し光復調部１７に出力する（ステップＳ６）。光復調部１７はステップＳ６で第一光合波部１５から入力された光信号を受信側発振光出力部１６から入力される発振光により光復調し信号を取り出し、信号入力部１８に出力する（ステップＳ７）。信号入力部１８は光復調部１７から信号を入力される（ステップＳ８）。
《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば第１通信装置１は単一の光信号を分岐し、分岐された各光信号を複数の空間光通信部１４から送信する。また、第１通信装置１は第２通信装置２から受信した光信号を合波し、単一の発振光により光復調することで信号を受信する。このように、本実施形態の第１通信装置１は、空間光通信部１４ごとに信号の変復調を行って光信号を生成する構成と比較して、発振光の位相揺らぎをそろえることができる。これにより、複数の空間光通信部１４が送信する複数の光信号を光変復調するときに生じる位相の変化を取り除くことができる。
このように、第１の実施形態によれば第１通信装置１は単一の光信号を分岐し、分岐された各光信号を複数の空間光通信部１４から送信する。また、第１通信装置１は第２通信装置２から受信した光信号を合波し、単一の発振光により光復調することで信号を受信する。このように、本実施形態の第１通信装置１は、空間光通信部１４ごとに信号の変復調を行って光信号を生成する構成と比較して、発振光の位相揺らぎをそろえることができる。これにより、複数の空間光通信部１４が送信する複数の光信号を光変復調するときに生じる位相の変化を取り除くことができる。
〈第２の実施形態〉
図７は、第２の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第２の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の第一遅延等化部２０及び１つの第二光分岐部を備える。つまり、第１通信装置１は、複数の空間光通信部１４それぞれに対応する複数の第一遅延等化部２０を備える。
第一遅延等化部２０は、第一光分岐部１３、第一光合波部１５、第二光分岐部２１、及び対応する空間光通信部１４と接続される。第一遅延等化部２０は、第一光分岐部１３及び対応する空間光通信部１４から入力される光信号の位相を、第二光分岐部２１から入力される光信号に基づいて制御し、出力する。
第一遅延等化部２０は対応する空間光通信部１４から入力される光信号を基にして、第一光分岐部１３から入力される光信号の位相を制御して空間光通信部１４に出力する。また、第一遅延等化部２０は、対応する空間光通信部１４から光信号の入力を受け入れ、位相を制御して第一光合波部１５に出力する。
第二光分岐部２１は受信側発振光出力部１６から入力された発振光を分岐し、第一遅延等化部２０及び光復調部１７に出力する。
図７は、第２の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第２の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の第一遅延等化部２０及び１つの第二光分岐部を備える。つまり、第１通信装置１は、複数の空間光通信部１４それぞれに対応する複数の第一遅延等化部２０を備える。
第一遅延等化部２０は、第一光分岐部１３、第一光合波部１５、第二光分岐部２１、及び対応する空間光通信部１４と接続される。第一遅延等化部２０は、第一光分岐部１３及び対応する空間光通信部１４から入力される光信号の位相を、第二光分岐部２１から入力される光信号に基づいて制御し、出力する。
第一遅延等化部２０は対応する空間光通信部１４から入力される光信号を基にして、第一光分岐部１３から入力される光信号の位相を制御して空間光通信部１４に出力する。また、第一遅延等化部２０は、対応する空間光通信部１４から光信号の入力を受け入れ、位相を制御して第一光合波部１５に出力する。
第二光分岐部２１は受信側発振光出力部１６から入力された発振光を分岐し、第一遅延等化部２０及び光復調部１７に出力する。
第一光分岐部１３は、光変調部１２より入力された光信号を分岐し、第一遅延等化部２０に出力する。空間光通信部１４は、第一遅延等化部２０より入力された光信号を第２通信装置２に空間を介して送信する。また空間光通信部１４は、空間を介して受信した光信号を第一遅延等化部２０に出力する。第一光合波部１５は第一遅延等化部２０より入力された光信号を合波し光復調部１７に出力する。受信側発振光出力部１６は発振光を第二光分岐部２１に出力する。光復調部１７は第一光合波部１５から入力された光信号を、第二光分岐部２１より入力された発振光により復調する。
《第一遅延等化部》
図８は、第２の実施形態に係る第一遅延等化部２０の構成を示す図である。
第一遅延等化部２０は、位相差出力部２０１、送信位相調整部２０２、受信位相調整部２０３、第三光分岐部２０４を備える。
位相差出力部２０１は送信位相調整部２０２、受信位相調整部２０３、第三光分岐部２０４及び第二光分岐部２１と接続する。送信位相調整部２０２は第一光分岐部１３、位相差出力部及び対応する空間光通信部１４と接続する。受信位相調整部２０３は位相差出力部２０１、第三光分岐部２０４及び対応する空間光通信部１４と接続する。第三光分岐部２０４は位相差出力部２０１、受信位相調整部２０３及び第一光合波部１５と接続する。
位相差出力部２０１は、光位相検出器として機能し、第二光分岐部２１から入力される発振光と第三光分岐部２０４から入力される光信号との位相差を得る。また、位相差出力部２０１は算出した位相差を示す信号を送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３に出力する。このとき算出される位相差θは０≦θ＜２πである。送信位相調整部２０２は、第一光分岐部１３から入力される光信号の位相を位相差出力部２０１から入力される位相差のデータに基づいて位相を調整する。また、位相変調した光信号を空間光通信部１４に出力する。受信位相調整部２０３は、空間光通信部１４から入力される光信号の位相を位相差出力部２０１から入力される位相差データ分進んだ位相に位相変調をする。また、位相変調した光信号を第三光分岐部２０４に出力する。第三光分岐部２０４は、受信位相調整部２０３から入力された光信号を分岐させ位相差出力部２０１及び第一光合波部１５に出力する。
図８は、第２の実施形態に係る第一遅延等化部２０の構成を示す図である。
第一遅延等化部２０は、位相差出力部２０１、送信位相調整部２０２、受信位相調整部２０３、第三光分岐部２０４を備える。
位相差出力部２０１は送信位相調整部２０２、受信位相調整部２０３、第三光分岐部２０４及び第二光分岐部２１と接続する。送信位相調整部２０２は第一光分岐部１３、位相差出力部及び対応する空間光通信部１４と接続する。受信位相調整部２０３は位相差出力部２０１、第三光分岐部２０４及び対応する空間光通信部１４と接続する。第三光分岐部２０４は位相差出力部２０１、受信位相調整部２０３及び第一光合波部１５と接続する。
位相差出力部２０１は、光位相検出器として機能し、第二光分岐部２１から入力される発振光と第三光分岐部２０４から入力される光信号との位相差を得る。また、位相差出力部２０１は算出した位相差を示す信号を送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３に出力する。このとき算出される位相差θは０≦θ＜２πである。送信位相調整部２０２は、第一光分岐部１３から入力される光信号の位相を位相差出力部２０１から入力される位相差のデータに基づいて位相を調整する。また、位相変調した光信号を空間光通信部１４に出力する。受信位相調整部２０３は、空間光通信部１４から入力される光信号の位相を位相差出力部２０１から入力される位相差データ分進んだ位相に位相変調をする。また、位相変調した光信号を第三光分岐部２０４に出力する。第三光分岐部２０４は、受信位相調整部２０３から入力された光信号を分岐させ位相差出力部２０１及び第一光合波部１５に出力する。
図９は、第２の実施形態に係る第一遅延等化部２０の動作を示すフローチャートである。
初めに空間光通信部１４が光信号を受信する（ステップＳ１１）。その後受信した光信号は受信位相調整部２０３及び第三光分岐部２０４を経由して位相差出力部２０１に入力される。位相差出力部２０１は第二光分岐部２１から入力される発振光の位相から第三光分岐部２０４から入力される光信号の位相を引いて発振光と光信号の位相差を算出する（ステップＳ１２）。位相差出力部２０１は算出した位相差のデータを送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３に出力する。送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３は入力される位相差のデータに基づいて入力される光信号の位相を調整する（ステップＳ１３）。
初めに空間光通信部１４が光信号を受信する（ステップＳ１１）。その後受信した光信号は受信位相調整部２０３及び第三光分岐部２０４を経由して位相差出力部２０１に入力される。位相差出力部２０１は第二光分岐部２１から入力される発振光の位相から第三光分岐部２０４から入力される光信号の位相を引いて発振光と光信号の位相差を算出する（ステップＳ１２）。位相差出力部２０１は算出した位相差のデータを送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３に出力する。送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３は入力される位相差のデータに基づいて入力される光信号の位相を調整する（ステップＳ１３）。
ここで、２つの空間光通信部１４で受信した信号を例に、第２の実施形態に係る第一遅延等価部による位相の調整について説明する。
例えば１つの第一遅延等化部２０の位相差出力部２０１が得た受信信号と受信側発振光の位相差がθ１であり、他の１つの第一遅延等化部２０の位相差出力部２０１が得た受信信号と受信側発振光の位相差がθ２であるとする。位相差は送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３において調整される。すなわち、送信位相調整部２０２は、位相差出力部が得た位相差に基づいて第一光分岐部１３から入力された光信号を遅らせる。また受信位相調整部２０３は、位相差出力部が得た位相差に基づいて空間光通信部１４から入力された光信号を遅らせる。
空間光通信部１４が無線により受信する光信号の位相は、受信位相調整部２０３によってθ１とθ２だけ調整されることで、受信側発振光出力部１６が出力する発振光に揃えられる。よって最終的に２つの第一遅延等化部２０から出力される光信号はすべて位相が揃えられている。
また、空間光通信部１４が無線により送信する光信号の位相は、送信前に送信位相調整部２０２によりそれぞれθ１とθ２だけ調整される。そのため送信位相調整部２０２から空間光通信部１４に出力される光信号の位相はそれぞれ異なっている。一方で、送信位相調整部２０２が出力した光信号が空間光通信部１４を通り第２通信装置２に到達するまでに、それぞれ第１通信装置１が受信した光信号と同じ位相θ１、θ２だけずれる。そのため、２つの空間光通信部１４が送信した各光信号の位相は、第２通信装置２に到達するときに、揃うこととなる。
例えば１つの第一遅延等化部２０の位相差出力部２０１が得た受信信号と受信側発振光の位相差がθ１であり、他の１つの第一遅延等化部２０の位相差出力部２０１が得た受信信号と受信側発振光の位相差がθ２であるとする。位相差は送信位相調整部２０２及び受信位相調整部２０３において調整される。すなわち、送信位相調整部２０２は、位相差出力部が得た位相差に基づいて第一光分岐部１３から入力された光信号を遅らせる。また受信位相調整部２０３は、位相差出力部が得た位相差に基づいて空間光通信部１４から入力された光信号を遅らせる。
空間光通信部１４が無線により受信する光信号の位相は、受信位相調整部２０３によってθ１とθ２だけ調整されることで、受信側発振光出力部１６が出力する発振光に揃えられる。よって最終的に２つの第一遅延等化部２０から出力される光信号はすべて位相が揃えられている。
また、空間光通信部１４が無線により送信する光信号の位相は、送信前に送信位相調整部２０２によりそれぞれθ１とθ２だけ調整される。そのため送信位相調整部２０２から空間光通信部１４に出力される光信号の位相はそれぞれ異なっている。一方で、送信位相調整部２０２が出力した光信号が空間光通信部１４を通り第２通信装置２に到達するまでに、それぞれ第１通信装置１が受信した光信号と同じ位相θ１、θ２だけずれる。そのため、２つの空間光通信部１４が送信した各光信号の位相は、第２通信装置２に到達するときに、揃うこととなる。
《作用・効果》
このように第２の実施形態によれば、空間光通信部１４が受信した複数の光信号と受信側発振光出力部１６が出力する単一の発振光との位相差を対応する第一遅延等化部２０が算出し、算出された位相差により対応する空間光通信部１４が送受信する光信号を位相変調する。これにより、単一の発振光の位相を基準として複数の光信号の位相が揃えられ空間光通信部１４の内部で生じる位相のずれを解消される。よって各空間光通信部１４が送信する光信号の位相をより近い値にすることができる。
このように第２の実施形態によれば、空間光通信部１４が受信した複数の光信号と受信側発振光出力部１６が出力する単一の発振光との位相差を対応する第一遅延等化部２０が算出し、算出された位相差により対応する空間光通信部１４が送受信する光信号を位相変調する。これにより、単一の発振光の位相を基準として複数の光信号の位相が揃えられ空間光通信部１４の内部で生じる位相のずれを解消される。よって各空間光通信部１４が送信する光信号の位相をより近い値にすることができる。
〈第３の実施形態〉
図１０は、第３の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第３の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の送信側第二遅延等化部３０、受信側第二遅延等化部３１、第四光分岐部３２、第五光分岐部３３を備える。また、送信側第二遅延等化部３０と第四光分岐部３２の間に第一経路長不明区間３４が存在し、受信側第二遅延等化部３１と第五光分岐部３３の間に第二経路長不明区間３５が存在する。第一経路長不明区間３４及び第二経路長不明区間３５は光ファイバなど構成要素の長さに誤差が生じ正確な経路長が分かっていない経路である。
送信側第二遅延等化部３０は第一光分岐部と接続し、第一経路長不明区間３４を介して対応する第四光分岐部と接続する。受信側第二遅延等化部３１は対応する空間光通信部１４と接続し、第二経路長不明区間３５を介して対応する第五光分岐部３３と接続する。第四光分岐部３２は対応する空間光通信部１４と接続し、第一経路長不明区間３４を介して対応する送信側第二遅延等化部３０と接続する。第五光分岐部３３は第一光合波部１５と接続し、第二経路長不明区間３５を介して対応する受信側第二遅延等化部３１と接続する。
図１０は、第３の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第３の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の送信側第二遅延等化部３０、受信側第二遅延等化部３１、第四光分岐部３２、第五光分岐部３３を備える。また、送信側第二遅延等化部３０と第四光分岐部３２の間に第一経路長不明区間３４が存在し、受信側第二遅延等化部３１と第五光分岐部３３の間に第二経路長不明区間３５が存在する。第一経路長不明区間３４及び第二経路長不明区間３５は光ファイバなど構成要素の長さに誤差が生じ正確な経路長が分かっていない経路である。
送信側第二遅延等化部３０は第一光分岐部と接続し、第一経路長不明区間３４を介して対応する第四光分岐部と接続する。受信側第二遅延等化部３１は対応する空間光通信部１４と接続し、第二経路長不明区間３５を介して対応する第五光分岐部３３と接続する。第四光分岐部３２は対応する空間光通信部１４と接続し、第一経路長不明区間３４を介して対応する送信側第二遅延等化部３０と接続する。第五光分岐部３３は第一光合波部１５と接続し、第二経路長不明区間３５を介して対応する受信側第二遅延等化部３１と接続する。
送信側第二遅延等化部３０は、第一光分岐部１３から入力される光信号及び第四光分岐部３２から入力される光信号の位相に基づいて第一光分岐部１３から入力される光信号の位相を変化させる。受信側第二遅延等化部３１は、空間光通信部１４及び第五光分岐部から入力される光信号の位相に基づいて第四光分岐部３２から入力される光信号の位相に基づいて空間光通信部１４から入力される光信号の位相を変化させる。第四光分岐部３２は、送信側第二遅延等化部３０から第一経路長不明区間３４経由で入力される光信号を分岐させ、送信側第二遅延等化部３０及び空間光通信部１４に出力する。第五光分岐部３３は、受信側第二遅延等化部３１から第二経路長不明区間３５経由で入力される光信号を分岐させ、受信側第二遅延等化部３１及び第一光合波部１５に出力する。
《第二遅延等化部》
図１１は、第３の実施形態に係る送信側第二遅延等化部３０の構成を示す図である。
送信側第二遅延等化部３０は、第一発振光出力部３０１、第二光合波部３０２、位相制御部３０３、第六光分岐部３０４、第一位相調整部３０５を備える。
第一発振光出力部３０１は第二光合波部３０２と接続する。第二光合波部３０２は第一光分岐部及び第六光分岐部３０４と接続する。位相制御部３０３は第六光分岐部３０４及び第一位相調整部３０５と接続する。第六光分岐部３０４は第二光合波部３０２及び位相制御部３０３と接続する。第一位相調整部３０５は位相制御部３０３、第六光分岐部３０４と接続し、第一経路長不明区間３４経由で第四光分岐部３２と接続する。
図１１は、第３の実施形態に係る送信側第二遅延等化部３０の構成を示す図である。
送信側第二遅延等化部３０は、第一発振光出力部３０１、第二光合波部３０２、位相制御部３０３、第六光分岐部３０４、第一位相調整部３０５を備える。
第一発振光出力部３０１は第二光合波部３０２と接続する。第二光合波部３０２は第一光分岐部及び第六光分岐部３０４と接続する。位相制御部３０３は第六光分岐部３０４及び第一位相調整部３０５と接続する。第六光分岐部３０４は第二光合波部３０２及び位相制御部３０３と接続する。第一位相調整部３０５は位相制御部３０３、第六光分岐部３０４と接続し、第一経路長不明区間３４経由で第四光分岐部３２と接続する。
第一発振光出力部３０１は第二光合波部３０２に発振光を出力する。このとき出力される発振光の波長は、第１通信装置１で使用される光信号の波長の２倍である。第二光合波部３０２は第一光分岐部１３及び第一発振光出力部３０１から入力される光を合波し第六光分岐部３０４に出力する。位相制御部３０３は、第六光分岐部３０４及び第一位相調整部３０５から入力される光信号の位相に基づき第一位相調整部３０５を制御する。第六光分岐部３０４は第二光合波部３０２から入力される光信号を分岐し位相制御部３０３及び第一位相調整部３０５に出力する。第一位相調整部３０５は、位相制御部３０３の制御に基づき第六光分岐部３０４及び第四光分岐部３２から入力される光信号を位相変調する。また、第一位相調整部３０５は第六光分岐部３０４から入力される光信号を第四光分岐部３２に出力し第四光分岐部３２から入力される光信号を第一位相調整部３０５に出力する。
受信側第二遅延等化部３１は、送信側第二遅延等化部３０と同一の構成を有する。受信側第二遅延等化部３１の第二光合波部３０２は、対応する空間光通信部１４と接続し、第一位相調整部３０５は第二経路長不明区間３５経由で対応する第五光分岐部３３と接続する。
《位相制御部３０３の動作》
第一発振光出力部３０１から出力され位相制御部３０３に入力される発振光には伝搬するルートが２つ存在する。１番目のルートは第二光合波部３０２及び第六光分岐部３０４を経由して位相制御部３０３に入力されるというルートである。２番目のルートは第二光合波部３０２、第六光分岐部３０４、第一位相調整部３０５、第一経路長不明区間３４、第四光分岐部３２、第一経路長不明区間３４、第一位相調整部３０５という順番で進み位相制御部３０３に入力されというルートである。後者のルートの方が第一経路長不明区間３４を往復する分発振光が伝搬する経路長が長くなる。このとき２つのルートを進行した発振光の位相差は式（１）で表される。
第一発振光出力部３０１から出力され位相制御部３０３に入力される発振光には伝搬するルートが２つ存在する。１番目のルートは第二光合波部３０２及び第六光分岐部３０４を経由して位相制御部３０３に入力されるというルートである。２番目のルートは第二光合波部３０２、第六光分岐部３０４、第一位相調整部３０５、第一経路長不明区間３４、第四光分岐部３２、第一経路長不明区間３４、第一位相調整部３０５という順番で進み位相制御部３０３に入力されというルートである。後者のルートの方が第一経路長不明区間３４を往復する分発振光が伝搬する経路長が長くなる。このとき２つのルートを進行した発振光の位相差は式（１）で表される。
ここでλｃは発振光の波長、πは円周率、δは第一経路長不明区間３４の経路長である。位相制御部３０３は式（１）で表される位相差を測定し、第一位相調整部３０５を制御する。第一位相調整部３０５は位相制御部３０３で測定される位相差が（２ｎ＋１）π（ｎは整数）になるように位相を調整する。つまり、２つのルートで進行するそれぞれの発振光の位相が逆位相になるように位相を調整する。
位相調整後、２つのルートをそれぞれ進行した発振光の位相差は式（２）で表される。
位相調整後、２つのルートをそれぞれ進行した発振光の位相差は式（２）で表される。
ここで２Δは位相調整後の発振光が伝搬する２つのルートの見かけの経路差である。光信号は第一光分岐部１３、第二光合波部３０２、第六光分岐部３０４、第一位相調整部３０５、第一経路長不明区間３４、第四光分岐部３２、空間光通信部１４というルートで第２通信装置２に送信される。同じ光信号において第二光合波部３０２における位相と第四光分岐部３２における位相の差は式（３）で表される。
発振光の波長λｃは光信号の波長λの２倍に設定している。そのため、位相調整後に送信側第二遅延等化部３０を通り出力される光信号の位相は入力される光信号の逆位相となり、第一経路長不明区間３４の経路長に依存しない。
図１２は第３の実施形態に係る送信側第二遅延等化部３０の動作を示すフローチャートである。
初めに第一発振光出力部３０１が発振光を出力する（ステップＳ２１）。発振光は第一経路長不明区間３４を通るルートと通らないルートの２つのルートで位相制御部３０３に入力される（ステップＳ２２）。位相制御部３０３は２つのルートを伝搬した光が互いに逆位相の光になるように第一位相調整部３０５を制御し、第一位相調整部３０５は位相制御部３０３の制御に基づき入力される光の位相を調整する（ステップＳ２３）。その後、第一光分岐部１３から第二光合波部３０２に光信号を出力すると、第四光分岐部３２において第一経路長不明区間３４に依存しない位相の光信号を得ることができる。
初めに第一発振光出力部３０１が発振光を出力する（ステップＳ２１）。発振光は第一経路長不明区間３４を通るルートと通らないルートの２つのルートで位相制御部３０３に入力される（ステップＳ２２）。位相制御部３０３は２つのルートを伝搬した光が互いに逆位相の光になるように第一位相調整部３０５を制御し、第一位相調整部３０５は位相制御部３０３の制御に基づき入力される光の位相を調整する（ステップＳ２３）。その後、第一光分岐部１３から第二光合波部３０２に光信号を出力すると、第四光分岐部３２において第一経路長不明区間３４に依存しない位相の光信号を得ることができる。
ここまで送信側第二遅延等化部３０、第一経路長不明区間３４及び第四光分岐部３２により説明を行った。受信側第二遅延等化部３１、第二経路長不明区間３５及び第五光分岐部３３についても構成及び動作は送信側第二遅延等化部３０、第一経路長不明区間３４及び第四光分岐部３２と同様である。
《作用・効果》
このように第３の実施形態によれば、第一経路長不明区間３４及び第二経路長不明区間３５の経路長にかかわらず第五光分岐部３３から出力される光信号の位相を送信側第二遅延等化部３０に入力される光信号の位相の逆位相にすることができる。これにより、第１通信装置１の内部で第一光分岐部１３と空間光通信部１４の間に経路長の違いがある場合でも位相を合わせることができる。
このように第３の実施形態によれば、第一経路長不明区間３４及び第二経路長不明区間３５の経路長にかかわらず第五光分岐部３３から出力される光信号の位相を送信側第二遅延等化部３０に入力される光信号の位相の逆位相にすることができる。これにより、第１通信装置１の内部で第一光分岐部１３と空間光通信部１４の間に経路長の違いがある場合でも位相を合わせることができる。
〈第４の実施形態〉
図１３は、第４の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第４の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の第三遅延等化部４２及び１つの送信パルス発振部４０、第三光合波部４１、パルス計算部４３を備える。
送信パルス発振部４０は第三光合波部４１と接続する。第三光合波部４１は第一光分岐部１３、送信パルス発振部４０及び１つの第三遅延等化部４２と接続する。１つの第三遅延等化部４２は第三光合波部４１、パルス計算部４３、第一光合波部１５及び対応する空間光通信部１４と接続し、１つを除く他の第三遅延等化部４２は第一光分岐部１３、パルス計算部４３、第一光合波部１５及び対応する空間光通信部１４と接続する。パルス計算部４３は第三遅延等化部４２と接続する。
送信パルス発振部４０は、パルス光を第三光合波部４１に出力する。第三光合波部４１は、第一光分岐部１３及び送信パルス発振部４０から入力される光を合波し、１つの第三遅延等化部４２に出力する。第三遅延等化部４２は、パルス計算部４３の結果に基づいて光信号の伝搬する経路の長さを調整する。また、第一光分岐部１３又は第三光合波部４１から入力される光を空間光通信部１４に出力し、空間光通信部１４から入力される光をパルス計算部４３及び第一光合波部１５に出力する。パルス計算部４３は、第三遅延等化部４２より入力されるパルス光の観測時間を基にして光信号が伝搬する経路長を算出し第三遅延等化部４２を制御する。
図１３は、第４の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第４の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、空間光通信部１４と同数の第三遅延等化部４２及び１つの送信パルス発振部４０、第三光合波部４１、パルス計算部４３を備える。
送信パルス発振部４０は第三光合波部４１と接続する。第三光合波部４１は第一光分岐部１３、送信パルス発振部４０及び１つの第三遅延等化部４２と接続する。１つの第三遅延等化部４２は第三光合波部４１、パルス計算部４３、第一光合波部１５及び対応する空間光通信部１４と接続し、１つを除く他の第三遅延等化部４２は第一光分岐部１３、パルス計算部４３、第一光合波部１５及び対応する空間光通信部１４と接続する。パルス計算部４３は第三遅延等化部４２と接続する。
送信パルス発振部４０は、パルス光を第三光合波部４１に出力する。第三光合波部４１は、第一光分岐部１３及び送信パルス発振部４０から入力される光を合波し、１つの第三遅延等化部４２に出力する。第三遅延等化部４２は、パルス計算部４３の結果に基づいて光信号の伝搬する経路の長さを調整する。また、第一光分岐部１３又は第三光合波部４１から入力される光を空間光通信部１４に出力し、空間光通信部１４から入力される光をパルス計算部４３及び第一光合波部１５に出力する。パルス計算部４３は、第三遅延等化部４２より入力されるパルス光の観測時間を基にして光信号が伝搬する経路長を算出し第三遅延等化部４２を制御する。
〈第三遅延等化部４２〉
図１４は第４の実施形態に係る第三遅延等化部４２の構成を示す図である。
第三遅延等化部４２は送信経路長調整部４２１、受信経路長調整部４２２、第七光分岐部４２３を備える。
送信経路長調整部４２１は第一光分岐部１３、パルス計算部４３及び対応する空間光通信部１４と接続する。受信経路長調整部４２２はパルス計算部４３、第七光分岐部４２３及び対応する空間光通信部１４と接続する。第七光分岐部４２３は受信経路長調整部４２２、パルス計算部４３、第一光合波部１５と接続する。
図１４は第４の実施形態に係る第三遅延等化部４２の構成を示す図である。
第三遅延等化部４２は送信経路長調整部４２１、受信経路長調整部４２２、第七光分岐部４２３を備える。
送信経路長調整部４２１は第一光分岐部１３、パルス計算部４３及び対応する空間光通信部１４と接続する。受信経路長調整部４２２はパルス計算部４３、第七光分岐部４２３及び対応する空間光通信部１４と接続する。第七光分岐部４２３は受信経路長調整部４２２、パルス計算部４３、第一光合波部１５と接続する。
送信経路長調整部４２１はパルス計算部４３の計算結果に基づき送信経路長調整部４２１内の経路長を変化させる。また、第一光分岐部１３から入力される光信号を空間光通信部１４に出力する。受信経路長調整部４２２はパルス計算部４３の計算結果に基づき受信経路長調整部４２２内の経路長を変化させる。また、空間光通信部１４から入力される光信号を第七光分岐部４２３に出力する。第七光分岐部４２３は受信経路長調整部４２２から入力される光信号を分岐しパルス計算部４３及び第一光合波部１５に出力する。
送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２は、内部に光信号が光ファイバ中ではなく空間を伝搬する区間を有する。送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２は、その区間の両端を構成する部材を移動させることで、区間の長さを変化させることで、経路長を変化させる。
送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２は、内部に光信号が光ファイバ中ではなく空間を伝搬する区間を有する。送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２は、その区間の両端を構成する部材を移動させることで、区間の長さを変化させることで、経路長を変化させる。
〈第４の実施形態の動作〉
図１５は第４の実施形態に係る第三遅延等化部４２の動作を示すフローチャートである。
初めに送信パルス発振部４０がパルス光を第三光合波部４１に出力する（ステップＳ３１）。その後パルス光は１つの第三遅延等化部４２を経由して空間光通信部１４から第２通信装置２に送信される。このパルス光は例えば大気層のある１点などで反射し、戻ってきたパルス光を再び空間光通信部１４が受信する（ステップＳ３２）。その後戻ってきたパルス光は第三遅延等化部４２を経てパルス計算部４３に入力される。パルス計算部４３は第三遅延等化部４２より入力されるパルス光の観測時間を基にして光信号が伝搬する経路長を算出し（ステップＳ３３）、第三遅延等化部４２を制御する（ステップＳ３４）。第三遅延等化部４２の送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２はパルス計算部４３の算出結果に基づき経路長を変化させる。
図１５は第４の実施形態に係る第三遅延等化部４２の動作を示すフローチャートである。
初めに送信パルス発振部４０がパルス光を第三光合波部４１に出力する（ステップＳ３１）。その後パルス光は１つの第三遅延等化部４２を経由して空間光通信部１４から第２通信装置２に送信される。このパルス光は例えば大気層のある１点などで反射し、戻ってきたパルス光を再び空間光通信部１４が受信する（ステップＳ３２）。その後戻ってきたパルス光は第三遅延等化部４２を経てパルス計算部４３に入力される。パルス計算部４３は第三遅延等化部４２より入力されるパルス光の観測時間を基にして光信号が伝搬する経路長を算出し（ステップＳ３３）、第三遅延等化部４２を制御する（ステップＳ３４）。第三遅延等化部４２の送信経路長調整部４２１及び受信経路長調整部４２２はパルス計算部４３の算出結果に基づき経路長を変化させる。
《作用・効果》
このように第４の実施形態によれば、１つの空間光通信部１４がパルス光を出力し、反射して戻ってきたパルス光を複数の空間光通信部１４が受信し、その受信時間の差によってパルス光が反射した地点とそれぞれの空間光通信部１４までの距離を算出し第三遅延等化部４２の内部の経路長を変化させる。このため、第４の実施形態によれば、複数の空間光通信部の間における最短経路長と最長経路長の差が光信号の１波長より長い場合でも経路長を合わせることができる。
このように第４の実施形態によれば、１つの空間光通信部１４がパルス光を出力し、反射して戻ってきたパルス光を複数の空間光通信部１４が受信し、その受信時間の差によってパルス光が反射した地点とそれぞれの空間光通信部１４までの距離を算出し第三遅延等化部４２の内部の経路長を変化させる。このため、第４の実施形態によれば、複数の空間光通信部の間における最短経路長と最長経路長の差が光信号の１波長より長い場合でも経路長を合わせることができる。
〈第５の実施形態〉
図１６は、第５の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
図１７は、第５の実施形態に係る第２通信装置２の構成を示す図である。
第５の実施形態に係る第１通信装置１は、第４の実施形態に係る第１通信装置１の構成に加えパルス発振指示送信部４４を備える。また、第５の実施形態に係る第２通信装置２は、第１の実施形態に係る第２通信装置２の構成に加えパルス発振指示受信部４５、第二パルス発振部４６、第四光合波部４７をさらに備える。
パルス発振指示送信部４４は第２通信装置２にパルス光の出力指示を送信する。パルス発振指示受信部４５は、第１通信装置１からパルス光の出力指示を受信する。パルス発振指示送信部４４とパルス発振指示受信部４５とが行う通信は光通信に限られず、例えば無線通信などを用いてもよい。第二パルス発振部４６は、パルス発振指示受信部４５が受信する指示に基づきパルス光を第四光合波部４７に出力する。第四光合波部４７は第二パルス発振部４６から入力される光パルスと光変調部１２から入力される光信号を合波し空間光通信部１４に出力する。
図１６は、第５の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
図１７は、第５の実施形態に係る第２通信装置２の構成を示す図である。
第５の実施形態に係る第１通信装置１は、第４の実施形態に係る第１通信装置１の構成に加えパルス発振指示送信部４４を備える。また、第５の実施形態に係る第２通信装置２は、第１の実施形態に係る第２通信装置２の構成に加えパルス発振指示受信部４５、第二パルス発振部４６、第四光合波部４７をさらに備える。
パルス発振指示送信部４４は第２通信装置２にパルス光の出力指示を送信する。パルス発振指示受信部４５は、第１通信装置１からパルス光の出力指示を受信する。パルス発振指示送信部４４とパルス発振指示受信部４５とが行う通信は光通信に限られず、例えば無線通信などを用いてもよい。第二パルス発振部４６は、パルス発振指示受信部４５が受信する指示に基づきパルス光を第四光合波部４７に出力する。第四光合波部４７は第二パルス発振部４６から入力される光パルスと光変調部１２から入力される光信号を合波し空間光通信部１４に出力する。
第５の実施形態に係る第１通信装置１は送信パルス発振部４０及び第三光合波部４１を備えなくてもよい。また、第１通信装置１が送信パルス発振部４０及び第三光合波部４１を備える場合、パルス発振指示送信部４４は送信パルス発振部４０がパルス光を出力するのを制御してもよい。例えば、パルス発振指示送信部４４は、第４の実施形態と同様の手法でパルス光の反射光を用いた制御を試み、反射光をうまく検出できない場合に、第２通信装置２にパルス光の出力指示を出力してもよい。
〈第５の実施形態の動作〉
図１８は、第５の実施形態に係る第１通信装置１の動作を示すフローチャートである。
初めにパルス発振指示送信部４４が第２通信装置２に対してパルス光の出力指示を送信する（ステップＳ４１）。第２通信装置２のパルス発振指示受信部４５が出力指示を受信し第二パルス発振部４６がパルス光を第四光合波部４７に出力する。パルス光は第四光合波部４７により光信号と合波され空間光通信部１４により第１通信装置１に送信される。第１通信装置１がパルス光を受信してからの動作であるステップＳ４２からステップＳ４４は第４の実施形態におけるステップＳ３２からステップＳ３４と同じである。
図１８は、第５の実施形態に係る第１通信装置１の動作を示すフローチャートである。
初めにパルス発振指示送信部４４が第２通信装置２に対してパルス光の出力指示を送信する（ステップＳ４１）。第２通信装置２のパルス発振指示受信部４５が出力指示を受信し第二パルス発振部４６がパルス光を第四光合波部４７に出力する。パルス光は第四光合波部４７により光信号と合波され空間光通信部１４により第１通信装置１に送信される。第１通信装置１がパルス光を受信してからの動作であるステップＳ４２からステップＳ４４は第４の実施形態におけるステップＳ３２からステップＳ３４と同じである。
《作用・効果》
このように第５の実施形態によれば、第１通信装置１のパルス発振指示送信部４４が第２通信装置２に対してパルス光を送信させ、第１通信装置１の複数の空間光通信部１４が送信されたパルス光を受信する。この受信時間の差により第２通信装置２と第１通信装置１のそれぞれの空間光通信部１４の経路差を算出し経路長を変化させる。これにより、第１通信装置１は、第２通信装置２とそれぞれの空間光通信部１４との距離を正確に算出することができるため、複数の空間光通信部１４の経路長を合わせることができる。
このように第５の実施形態によれば、第１通信装置１のパルス発振指示送信部４４が第２通信装置２に対してパルス光を送信させ、第１通信装置１の複数の空間光通信部１４が送信されたパルス光を受信する。この受信時間の差により第２通信装置２と第１通信装置１のそれぞれの空間光通信部１４の経路差を算出し経路長を変化させる。これにより、第１通信装置１は、第２通信装置２とそれぞれの空間光通信部１４との距離を正確に算出することができるため、複数の空間光通信部１４の経路長を合わせることができる。
〈第６の実施形態〉
図１９は、第６の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第６の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、励起光出力部５０及び一括光増幅部５１を備える。
励起光出力部５０は、一括光増幅部５１に励起光を出力する。一括光増幅部５１は、第一光分岐部１３から入力される複数の光信号を励起光出力部５０より入力される励起光により増幅し対応する空間光通信部１４に出力する。また一括光増幅部５１は、第一光分岐部１３から入力される複数の光信号を励起光出力部５０より入力される励起光により増幅し第一光合波部１５に出力する。一括光増幅部５１の構成例としてはMC-EDFA(Multicore Erbium-Doped Fiber Amplifier)が挙げられる。
図１９は、第６の実施形態に係る第１通信装置１の構成を示す図である。
第６の実施形態に係る第１通信装置１は、第１の実施形態の構成に加え、励起光出力部５０及び一括光増幅部５１を備える。
励起光出力部５０は、一括光増幅部５１に励起光を出力する。一括光増幅部５１は、第一光分岐部１３から入力される複数の光信号を励起光出力部５０より入力される励起光により増幅し対応する空間光通信部１４に出力する。また一括光増幅部５１は、第一光分岐部１３から入力される複数の光信号を励起光出力部５０より入力される励起光により増幅し第一光合波部１５に出力する。一括光増幅部５１の構成例としてはMC-EDFA(Multicore Erbium-Doped Fiber Amplifier)が挙げられる。
送信する光信号は光変調部１２から第一光分岐部１３に入力された後、第一光分岐部１３により分岐され一括光増幅部５１に入力され増幅される。その後それぞれの光信号が空間光通信部１４に入力され第２通信装置２に送信される。
受信する光信号は空間光通信部１４により受信された後一括光増幅部５１に入力され増幅される。その後それぞれの光信号は第一光合波部１５に入力される。
受信する光信号は空間光通信部１４により受信された後一括光増幅部５１に入力され増幅される。その後それぞれの光信号は第一光合波部１５に入力される。
《作用・効果》
このように第６の実施形態によれば、分岐させた光信号を単一の励起光により増幅することができる。これにより、複数の異なる励起光を使う場合と比較して励起光のゆらぎによる光信号の位相変化を取り除くことができる。
このように第６の実施形態によれば、分岐させた光信号を単一の励起光により増幅することができる。これにより、複数の異なる励起光を使う場合と比較して励起光のゆらぎによる光信号の位相変化を取り除くことができる。
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
第１の実施形態から第６の実施形態の構成は適宜可能な範囲で組み合わせることができる。
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
第１の実施形態から第６の実施形態の構成は適宜可能な範囲で組み合わせることができる。
《第一の実施形態の変形例》
上述した実施形態では、１つの光変調部１２により生成された光信号を分岐させているが、これに限られない。例えば、光変調部１２を空間光通信部１４の個数分備え、複製した信号を分岐させた発振光で光変調し、それぞれの光変調部１２で生成された光信号を対応する空間光通信部１４に出力してもよい。
また、上述した実施形態では、それぞれの空間光通信部１４が受信した光信号を合波し、その光信号を１つの光復調部１７により復調しているが、例えば、光復調部１７を空間光通信部１４の個数分備え、光復調してから生成した信号を合成してもよい。
ここで、上記の構成を、第１の実施形態の変形例として説明する。
上述した実施形態では、１つの光変調部１２により生成された光信号を分岐させているが、これに限られない。例えば、光変調部１２を空間光通信部１４の個数分備え、複製した信号を分岐させた発振光で光変調し、それぞれの光変調部１２で生成された光信号を対応する空間光通信部１４に出力してもよい。
また、上述した実施形態では、それぞれの空間光通信部１４が受信した光信号を合波し、その光信号を１つの光復調部１７により復調しているが、例えば、光復調部１７を空間光通信部１４の個数分備え、光復調してから生成した信号を合成してもよい。
ここで、上記の構成を、第１の実施形態の変形例として説明する。
図２０は、第１の実施形態に係る第１通信装置１の変形例を示す図である。
図２０に示す第１通信装置１は、図１に示す第１通信装置１と異なり光変調部１２及び光復調部１７を空間光通信部１４の個数分備え、第八光分岐部６０、信号複製部６１、第九光分岐部６２、信号合成部６３をそれぞれ１つ備える。
図２０に示す第１通信装置１は、図１に示す第１通信装置１と異なり光変調部１２及び光復調部１７を空間光通信部１４の個数分備え、第八光分岐部６０、信号複製部６１、第九光分岐部６２、信号合成部６３をそれぞれ１つ備える。
光変調部１２は第八光分岐部６０、信号複製部６１及び対応する空間光通信部１４と接続する。光復調部１７は第九光分岐部６２、信号合成部６３及び対応する空間光通信部１４と接続する。第八光分岐部６０は送信側発振光出力部１１と光変調部１２と接続する。信号複製部６１は信号出力部１０及び光変調部１２と接続する。第九光分岐部６２は受信側発振光出力部１６及び光復調部１７と接続する。信号合成部６３は光復調部１７及び信号入力部１８と接続する。
第八光分岐部６０は、送信側発振光出力部１１から入力された発振光を分岐し複数の光変調部１２に出力する。信号複製部６１は信号出力部１０から入力された信号を複製し複数の光変調部１２に出力する。第九光分岐部６２は、受信側発振光出力部１６から入力された発振光を分岐し複数の光復調部１７に出力する。信号合成部６３は複数の光復調部１７から入力された信号を合成し信号入力部１８に出力する。図２０に示す第１の実施形態に係る第１通信装置１の変形例においても、単一の信号を単一の発振光により光変復調していることから第一の実施形態と同様の効果が得られる。
第八光分岐部６０は、送信側発振光出力部１１から入力された発振光を分岐し複数の光変調部１２に出力する。信号複製部６１は信号出力部１０から入力された信号を複製し複数の光変調部１２に出力する。第九光分岐部６２は、受信側発振光出力部１６から入力された発振光を分岐し複数の光復調部１７に出力する。信号合成部６３は複数の光復調部１７から入力された信号を合成し信号入力部１８に出力する。図２０に示す第１の実施形態に係る第１通信装置１の変形例においても、単一の信号を単一の発振光により光変復調していることから第一の実施形態と同様の効果が得られる。
１００ 光通信システム
１ 第１通信装置
２ 第２通信装置
１０ 信号出力部
１１ 送信側発振光出力部
１２ 光変調部
１３ 第一光分岐部
１４ 空間光通信部
１５ 第一光合波部
１６ 受信側発振光出力部
１７ 光復調部
１８ 信号入力部
１４１ アンテナ
１４２ 焦点調整部
１４３ 波面整形部
１４４Ａ、１４４Ｂ ハーフミラー
１４５ 波面検出部
１４６ 波面制御部
１４７ 光軸調整部
２０ 第一遅延等化部
２１ 第二光分岐部
２０１ 位相差出力部
２０２ 送信位相調整部
２０３ 受信位相調整部
２０４ 第三光分岐部
３０ 送信側第二遅延等化部
３１ 受信側第二遅延等化部
３２ 第四光分岐部
３３ 第五光分岐部
３４ 第一経路長不明区間
３５ 第二経路長不明区間
３０１ 第一発振光出力部
３０２ 第二光合波部
３０３ 位相制御部
３０４ 第六光分岐部
３０５ 第一位相調整部
４０ 送信パルス発振部
４１ 第三光合波部
４２ 第三遅延等化部
４３ パルス計算部
４４ パルス発振指示送信部
４５ パルス発振指示受信部
４６ 第二パルス発振部
４７ 第四光合波部
４２１ 送信経路長調整部
４２２ 受信経路長調整部
４２３ 第七光分岐部
５０ 励起光出力部
５１ 一括光増幅部
６０ 第八光分岐部
６１ 信号複製部
６２ 第九光分岐部
６３ 信号合成部
１ 第１通信装置
２ 第２通信装置
１０ 信号出力部
１１ 送信側発振光出力部
１２ 光変調部
１３ 第一光分岐部
１４ 空間光通信部
１５ 第一光合波部
１６ 受信側発振光出力部
１７ 光復調部
１８ 信号入力部
１４１ アンテナ
１４２ 焦点調整部
１４３ 波面整形部
１４４Ａ、１４４Ｂ ハーフミラー
１４５ 波面検出部
１４６ 波面制御部
１４７ 光軸調整部
２０ 第一遅延等化部
２１ 第二光分岐部
２０１ 位相差出力部
２０２ 送信位相調整部
２０３ 受信位相調整部
２０４ 第三光分岐部
３０ 送信側第二遅延等化部
３１ 受信側第二遅延等化部
３２ 第四光分岐部
３３ 第五光分岐部
３４ 第一経路長不明区間
３５ 第二経路長不明区間
３０１ 第一発振光出力部
３０２ 第二光合波部
３０３ 位相制御部
３０４ 第六光分岐部
３０５ 第一位相調整部
４０ 送信パルス発振部
４１ 第三光合波部
４２ 第三遅延等化部
４３ パルス計算部
４４ パルス発振指示送信部
４５ パルス発振指示受信部
４６ 第二パルス発振部
４７ 第四光合波部
４２１ 送信経路長調整部
４２２ 受信経路長調整部
４２３ 第七光分岐部
５０ 励起光出力部
５１ 一括光増幅部
６０ 第八光分岐部
６１ 信号複製部
６２ 第九光分岐部
６３ 信号合成部
Claims (4)
- 光を出力する光出力部と、
前記光出力部から出力された前記光を複数の分岐光に分ける光分岐部と、
前記複数の分岐光に対応して設けられる複数の空間光通信部であって、前記光分岐部から入力された対応する分岐光を、空間を介して相手通信装置に送信する空間光通信部と、
前記光分岐部と前記空間光通信部の間に設けられ、前記分岐光の位相を制御して前記空間光通信部に出力する遅延等化部と、を備え、
前記遅延等化部は、前記光分岐部から入力される光と前記空間光通信部に出力する光の位相を同じくし、前記空間光通信部から入力される光と光合波部に出力する光の位相を同じくする、
通信装置。 - 光を出力する光出力部と、
前記光出力部から出力された前記光を複数の分岐光に分ける光分岐部と、
前記複数の分岐光に対応して設けられる複数の空間光通信部であって、前記光分岐部から入力された対応する分岐光を、空間を介して相手通信装置に送信する空間光通信部と、
前記光分岐部と前記空間光通信部の間に設けられ、前記分岐光の位相を制御して前記空間光通信部に出力する遅延等化部と、を備え、
前記遅延等化部は、前記空間光通信部が空間を介して受信するパルス光に基づいて前記遅延等化部内の光経路の長さを変化させ、
前記パルス光は、前記空間光通信部のうち１つからパルス光を出力されたパルス光が反射したパルス光である、
通信装置。 - 光を出力する光出力部と、
前記光出力部から出力された前記光を複数の分岐光に分ける光分岐部と、
前記複数の分岐光に対応して設けられる複数の空間光通信部であって、前記光分岐部から入力された対応する分岐光を、空間を介して相手通信装置に送信する空間光通信部と、
前記光分岐部と前記空間光通信部の間に設けられ、前記分岐光の位相を制御して前記空間光通信部に出力する遅延等化部と、を備え、
前記遅延等化部は、前記空間光通信部が空間を介して受信するパルス光に基づいて前記遅延等化部内の光経路の長さを変化させ、
前記相手通信装置によるパルス光の出力を制御する位相調整要求部をさらに備える、
通信装置と、
前記相手通信装置と、
を備える光通信システム。 - 前記光分岐部と前記空間光通信部の間に設けられ、前記光分岐部から入力される前記複数の分岐光を単一の励起光を用いて光増幅する光増幅部を、
さらに備える請求項１または請求項２に記載の通信装置。
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/024782 WO2021260832A1 (ja) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 通信装置及び光通信システム |
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|---|---|---|---|---|
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| US20180026721A1 (en) | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Lockheed Martin Corporation | Phased-array coherent transceiver |
| WO2018110472A1 (ja) | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 日本電気株式会社 | 光空間通信装置及び遅延調整方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021260832A1 (ja) | 2021-12-30 |
| JPWO2021260832A1 (ja) | 2021-12-30 |
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