JP7684598B2 - 無線通信方法及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。

従来、高速伝送が可能なミリ波帯を利用した無線通信が注目されている。しかしながら、ミリ波帯を利用する場合、伝搬損失が大きく長距離伝送が困難であるという問題がある。ＲｏＦ（Radio over Fiber）システムにより、ミリ波帯のＲＦ信号（Radio Frequency 信号）の長距離伝送が可能となるが、アンテナ部のカバーエリアが課題となる。その解決策の１つとして、アレーアンテナを用いたビームフォーミングが挙げられる。ＲｏＦシステム又は光技術を利用したビームフォーミング技術として、特許文献１又は非特許文献１に記載の技術が提案されている。

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.

図１９は、特許文献１における無線通信システム１００の概要を説明するための図である。無線通信システム１００は、収容局装置２００と、基地局装置３００とを備える。収容局装置２００と、基地局装置３００とは、光ファイバ４００を介して接続される。収容局装置２００は、多波長可変光源２０１から出力された特定の波長間隔を有する複数の光信号を光変調器２０２により変調して基地局装置３００に送信する。このとき、光ファイバ４００が複数の波長の光変調信号を伝送する際に、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３００は、収容局装置２００から送信された光変調信号を光分波器３０１により波長毎に分波して、Ｏ／Ｅ３０２－１～３０２－ｐ（ｐは１以上の整数）により電気信号に変換する。電気信号は、アンテナ３０３－１～３０３－ｐへ給電されるが、光ファイバ４００が伝送する際に生じた波長分散による遅延差のために電気信号間にも遅延差が生じており、電波として放射される際に指向性が形成される。よって、多波長可変光源２０１が出力する光信号の波長を制御することで、ビーム方向を制御することができる。

しかし、ビーム方向や光ファイバ長、ＲＦ信号の周波数によっては、光信号の波長間隔を極めて大きく、または小さくする必要がある。前者の場合は、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。一方、後者の場合は、多波長可変光源２０１の制御が困難となってしまう。

また、特許文献１における技術では、ビーム方向を動的に制御するために光波長を動的に制御するため、基地局装置３００の備える光分波器２０１の分波機構も動的に制御する必要がある。よって、基地局装置３００の制御が必要となり、基地局装置３００の簡易化に限界がある。さらに、特許文献１における技術では、各光信号間の遅延差調整のための波長調整に、光ファイバの距離情報を必要とする。一般に、収容局装置２００と基地局装置３００との間の光ファイバ４００の長さは、分からないか、あるいは分かっていても正確な長さまでは分からないことが多い。よって、特許文献１における技術の適用範囲は限定されることになると考えられる。

図２０は、非特許文献１に記載の技術を説明するための図である。図２０に示す装置は、多波長可変光源５０１、光変調器５０２、ＰＤＭ（Programmable Dispersion Matrix）５０３、光分波器５０４、Ｏ／Ｅ５０５－１～５０５－ｐ及びアンテナ５０６－１～５０６－ｐを備える。図２１は、従来のＰＤＭ５０３の構成例を示す図である。図２１に示すように、ＰＤＭ５０３は、複数の光スイッチ５１１－１～５１１－ｑ（ｑは２以上の整数）と、複数の遅延部５１２－１～５１２－ｑを含んで構成される。非特許文献１に記載の技術においては、特許文献１における技術とは異なり、各アンテナに異なる光波長を固定的に対応させている。その上で、ＰＤＭ５０３により分散値を制御し、光波長毎の遅延差を制御し、ビーム方向の制御を行っている。

非特許文献１に記載の技術では、光波長が固定的であるため、波長利用効率は特許文献１の場合よりも良くなる。また、光分波も固定的であり、光分波器を制御する必要がない。しかし、分散を制御するためのＰＤＭの設計・製作に高い精度が求められると考えられ、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に記載の技術では、ＲｏＦへの適用に関する言及はない。非特許文献１に記載の技術に対してＲｏＦを適用して長距離光ファイバ伝送する際には、ＰＤＭによる分散制御以外に、光ファイバ伝送時の波長分散の影響も考慮する必要がある。さらに、特許文献１および非特許文献１の技術では、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は言及されていない。

上記事情に鑑み、本発明は、波長利用効率の低下や高コスト化を抑制しつつ、基地局装置の制御および光ファイバの距離情報を用いなくても送受アンテナのビームフォーミング制御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、収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記収容局装置が、光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせ、あるいは、前記周波数を制御することによって、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、前記基地局装置が、前記光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせた数、あるいは、前記周波数の数に応じたアンテナのうち、前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号をリフレクタで反射した方向又はレンズを透過した方向にビーム形成を行う無線通信方法である。

本発明の一態様は、収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムであって、前記収容局装置は、光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせ、あるいは、前記周波数を制御する制御部と、前記制御部により切り替えられた前記光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせ、あるいは、前記周波数に基づいて、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信する光変調器と、を備え、前記基地局装置は、前記光波長、前記光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせた数、あるいは、前記周波数の数に応じたアンテナと、前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号を反射するリフレクタ又は透過させるレンズと、を備え、前記リフレクタ又はレンズは、反射した方向又は透過した方向にビーム形成を行う、無線通信システムである。

本発明により、波長利用効率の低下や高コスト化を抑制しつつ、基地局装置の制御および光ファイバの距離情報を用いなくても送受アンテナのビームフォーミング制御を行うことが可能となる。

第１の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第２の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第２の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第３の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第３の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第４の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第４の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第４の実施形態の変形例における無線通信システムの構成例を示す図である。 第５の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第５の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第６の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第６の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第７の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第７の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第８の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。 第８の実施形態における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 第８の実施形態の変形例における無線通信システムの構成例を示す図である。 特許文献１における無線通信システムの概要を説明するための図である。 非特許文献１に記載の技術を説明するための図である。 従来のＰＤＭの構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における無線通信システム１の構成例を示す図である。無線通信システム１は、収容局装置１０と、基地局装置２０とを備える。収容局装置１０と、基地局装置２０とは、光伝送路３０を介して接続されている。光伝送路３０は、例えば光ファイバである。光伝送路３０は、１以上のシングルコアファイバでもよいし、１以上のコアを有するマルチコアファイバでもよい。以下の説明では、収容局装置１０から基地局装置２０へ向かう方向を下り方向、基地局装置２０から収容局装置１０へ向かう方向を上り方向とする。

図１では、基地局装置２０が１台の場合を示しているが、無線通信システム１は複数の基地局装置２０を備えてもよい。この場合、収容局装置１０と複数の基地局装置２０とは、パッシブ光ネットワーク（Passive Optical Network : PON）で接続されていてもよい。収容局装置１０と複数の基地局装置２０とが、ＰＯＮで接続される場合には、収容局装置１０と複数の基地局装置２０との間に光スプリッタ（分岐部）が設けられる。光スプリッタは、収容局装置１０から出力された光信号を分岐して基地局装置２０に出力する。パッシブ光ネットワークは、例えば、ＷＤＭ－ＰＯＮ（Wavelength Division. Multiplexing - Passive Optical Network）、又は、ＴＤＭ－ＰＯＮ（Time Division Multiplexing - Passive Optical Network）である。

収容局装置１０は、送信信号の周波数を切り替えることによって、基地局装置２０のビームを遠隔で制御する。収容局装置１０は、アナログＲｏＦ技術を用いて基地局装置２０のビームを遠隔で制御する。なお、送信信号は、ＢＢ信号（Base Band信号）であってもよいし、ＩＦ信号（Intermediate Frequency信号）であってもよいし、ＲＦ信号であってもよい。

基地局装置２０は、収容局装置１０から送信された信号を無線により放射する。

次に、収容局装置１０及び基地局装置２０の具体的な構成について説明する。
収容局装置１０は、制御部１１と、周波数変換部１２と、光変調部１３とを備える。

制御部１１は、基地局装置２０においてビーム形成したい方向に応じた周波数を選択する。例えば、制御部１１は、ｍ（ｍは１以上の整数）個の周波数ｆ_Ｔ１，…，ｆ_Ｔｍのいずれか１つ又は複数を選択する。

周波数変換部１２は、入力された送信信号を、制御部１１により指定された周波数ｆ_Ｔｉに変換する。なお、ｉは１以上ｍ以下の整数である。

光変調部１３は、周波数ｆ_Ｔｉの信号を用いて、ある波長の光信号を強度変調する。これにより、光変調部１３は、光変調信号を生成する。光変調部１３は、生成した光変調信号を、光伝送路３０を介して基地局装置２０に伝送する。

基地局装置２０は、Ｏ／Ｅ２１と、分波器２２と、複数の周波数変換部２３－１～２３－ｍと、複数のアンテナ２４－１～２４－ｍと、レンズ／リフレクタ２５とを備える。

Ｏ／Ｅ２１は、光伝送路３０を介して受信した光変調信号を電気信号に変換する光電変換部である。これにより、Ｏ／Ｅ２１は、周波数ｆ_Ｔｉの電気信号を取り出す。

分波器２２は、Ｏ／Ｅ２１により取り出された電気信号を周波数に応じて分波する。

周波数変換部２３－１～２３－ｍは、入力された電気信号の周波数をＲＦ帯の周波数に変換する。

アンテナ２４－１～２４－ｍには、周波数変換部２３－１～２３－ｍから出力された電気信号が入力される。アンテナ２４－１～２４－ｍは、入力された電気信号に応じた無線信号を放射する。

レンズ／リフレクタ２５は、例えばパラボラやリフレクトアレー又はレンズアンテナやトランスミットアレーである。一例としてレンズ／リフレクタ２５がリフレクトアレーである場合、リフレクトアレーは、アンテナ２４－１～２４－ｍから放射された無線信号を反射させる。より具体的には、リフレクトアレーは、アンテナ２４－１～２４－ｍの位置に応じた方向に位相差をつけて無線信号を反射する。これにより、リフレクトアレーは、アンテナ２４－１～２４－ｍの位置に応じた方向にビームを形成することができる。例えば、リフレクトアレーとして、反射位相を制御した素子を配列し平面化したリフレクトアレーが用いられてもよい。

レンズ／リフレクタ２５がトランスミットアレーである場合、トランスミットアレーは、アンテナ２４－１～２４－ｍから放射された無線信号を、アンテナ２４－１～２４－ｍの位置に応じた方向に位相差をつけて透過させる。これにより、トランスミットアレーは、アンテナ２４－１～２４－ｍの位置に応じた方向にビームを形成することができる。例えば、トランスミットアレーとして、透過位相を制御した素子を配列し平面化したトランスミットアレーが用いられてもよい。

上記のように、レンズ／リフレクタ２５は、アンテナ２４－１～２４－ｍの位置に応じた方向にビームを形成することができる。第１の実施形態では、収容局装置１０において送信信号の周波数を切り替えることによって、アンテナ２４－１～２４－ｍのビームを遠隔で制御する。レンズ／リフレクタ２５は、入出力の可逆性をもち、あるアンテナ２４－１～２４－ｍに対応するビームの方向から無線信号が到来すると、無線信号は当該アンテナ２４の位置に収束する（例えば、参考文献１参照）。

（参考文献１：Wei Hong, Zhi Hao Jiang, Chao Yu, Jianyi Zhou, Peng Chen, Zhiqiang Yu, Hui Zhang, Binqi Yang, Xingdong Pang, Mei Jiang, Yujian Cheng, Mustafa K. Taher Al-Nuaimi, Yan Zhang, Jixin Chen, and Shiwen He, “Multibeam antenna technologies for 5G wireless communications”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation," 65(12), 6231-6249 (2017).）

図２は、第１の実施形態における無線通信システム１の処理の流れを示すシーケンス図である。
制御部１１は、基地局装置２０においてビーム形成したい方向に応じた周波数を選択する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部１１は、ｍ個の周波数ｆ_Ｔ１，…，ｆ_Ｔｍのうち、１つの周波数ｆ_Ｔｉを選択する。制御部１１は、選択した周波数ｆ_Ｔｉに周波数変換するように周波数変換部１２を制御する。

周波数変換部１２は、入力された送信信号を、制御部１１により指定された周波数ｆ_Ｔｉに変換する（ステップＳ１０２）。周波数変換部１２は、周波数ｆ_Ｔｉの送信信号を光変調部１３に出力する。光変調部１３は、周波数変換部１２から出力された周波数ｆ_Ｔｉの送信信号を用いて、ある波長の光信号を強度変調する（ステップＳ１０３）。これにより、光変調部１３は、光変調信号を生成する。光変調部１３は、生成した光変調信号を光伝送路３０に送出する（ステップＳ１０４）。

光伝送路３０に送出された光変調信号は、基地局装置２０に入力される。基地局装置２０のＯ／Ｅ２１は、入力された光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ１０５）。この処理により、光変調信号は、周波数ｆ_Ｔｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ２１は、周波数ｆ_Ｔｉの電気信号を分波器２２に出力する。分波器２２に出力された周波数ｆ_Ｔｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ１０６）。

分波器２２の出力ポートには、複数の周波数変換部２３－１～２３－ｍが接続されている。例えば、周波数ｆ_Ｔ１に対応する分波器２２の出力ポートには周波数変換部２３－１が接続され、周波数ｆ_Ｔｉに対応する分波器２２の出力ポートには周波数変換部２３－ｉが接続され、周波数ｆ_Ｔｍに対応する分波器２２の出力ポートには周波数変換部２３－ｍが接続される。そのため、分波器２２によって周波数毎に分波された電気信号は、周波数に応じた出力ポートに接続されている周波数変換部２３に出力される。図２では、周波数ｆ_Ｔｉの電気信号が分波器２２により分波されて、周波数変換部２３－ｉに入力されたものとする。

周波数変換部２３－ｉは、入力された電気信号の周波数をＲＦ帯の周波数に変換する（ステップＳ１０７）。周波数変換部２３－ｉは、ＲＦ帯の電気信号をアンテナ２４－ｉに出力する。アンテナ２４－ｉは、入力された電気信号に応じた無線信号を放射する（ステップＳ１０８）。アンテナ２４－ｉにより放射された無線信号は、レンズ／リフレクタ２５により周波数に対応する方向にビーム形成される。ｍ個の周波数ｆ_Ｔ１,…,ｆ_Ｔｍは，ｍ個のアンテナ２４及びｍ個の送信ビームと一対一に対応している。そのため、収容局装置１０の送信信号の周波数切替で送信ビームの方向が切り替え可能である。

以上のように構成された無線通信システム１によれば、基地局装置２０が備えるリフレクタ又はレンズへ無線信号を放射するアンテナ２４に周波数を割り当てる。これにより、収容局装置１０において送信信号の周波数を切り替えることで、リフレクタ又はレンズへ無線信号を放射するアンテナ２４を選択することができる。従って、遠隔で送信ビームの方向を切り替えることができる。このような構成では、ビームフォーミングの制御に波長を利用しない。そのため、波長利用効率の低下を抑制しつつ、アンテナのビームフォーミング制御を行うことが可能になる。

（第１の実施形態の変形例）
収容局装置１０が、複数の周波数を同時利用してサブキャリア多重（ＳＣＭ：Subcarrier Multiplexing）することで、基地局装置２０においてマルチビーム形成するように構成されてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、収容局装置が光波長及び周波数を制御して、基地局装置のビーム形成を遠隔で制御する点が、第１の実施形態との差分である。第２の実施形態では、第１の実施形態との差分を中心に説明する。

図３は、第２の実施形態における無線通信システム１ａの構成例を示す図である。無線通信システム１ａは、収容局装置１０ａと、基地局装置２０ａとを備える。収容局装置１０ａと、基地局装置２０ａとは、光伝送路３０を介して接続されている。

収容局装置１０ａは、制御部１１ａと、周波数変換部１２と、光変調部１３ａとを備える。

制御部１１ａは、基地局装置２０ａにおいてビーム形成したい方向に応じた周波数及び光波長を選択する。例えば、制御部１１ａは、光変調部１３ａで利用する光波長として、適用可能な光波長λ_Ｔ１，…，λ_Ｔｎのうちいずれか１つ又は複数を選択する。例えば、制御部１１ａは、光波長λ_Ｔ１，…，λ_Ｔｎに対して適用可能な周波数ｆ^ｊ _Ｔ１，…，ｆ^ｊ _Ｔｍｊのうちいずれか１つ又は複数を選択する。ｊは１以上の整数である。

周波数変換部１２ａは、入力された送信信号を、制御部１１ａにより指定された周波数ｆ^ｊ _Ｔｉに変換する。

光変調部１３ａは、周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの信号を用いて、制御部１１ａにより指定されたある波長λ_Ｔｊの光信号を強度変調する。これにより、光変調部１３ａは、波長λ_Ｔｊの光変調信号を生成する。光変調部１３ａは、生成した光変調信号を、光伝送路３０を介して基地局装置２０ａに伝送する。

基地局装置２０ａは、光分波器２６と、複数のＯ／Ｅ２１と、複数の分波器２２と、複数の周波数変換部２３と、複数のアンテナ２４と、レンズ／リフレクタ２５とを備える。なお、図３では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、Ｏ／Ｅ２１及び分波器２２は光波長λ_Ｔの数ｎだけ備えられる必要があり、周波数変換部２３は光波長λ_Ｔｊが利用する周波数の数ｍ_ｊだけ備えられる必要がある。そのため、アンテナ２４は、使用される光波長と周波数の組み合わせの総数Σ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊだけ備えられる必要がある。

光分波器２６は、光伝送路３０を介して受信した光変調信号を波長に応じて分波する。例えば、光分波器２６は、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）である。光分波器２６により分波された光変調信号は、Ｏ／Ｅ２１に入力される。

光波長λ_Ｔｊと周波数ｆ^ｊ _ＴｉのΣ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊ通りの組み合わせは、Σ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊ個のアンテナ２４及びΣ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊ個の送信ビームと一対一に対応しており、収容局装置１０ａの送信信号の光波長及び周波数切替で送信ビーム方向切替が可能となる。

図４は、第２の実施形態における無線通信システム１ａの処理の流れを示すシーケンス図である。
制御部１１ａは、基地局装置２０ａにおいてビーム形成したい方向に応じた周波数及び光波長を選択する（ステップＳ２０１）。例えば、制御部１１ａは、周波数ｆ^ｊ _Ｔ１，…，ｆ^ｊ _Ｔｍｊのうち、１つの周波数ｆ^ｊ _Ｔｉを選択する。さらに、制御部１１ａは、光波長λ_Ｔ１，…，λ_Ｔｎのうち、１つ光波長λ_Ｔｊを選択する。制御部１１ａは、選択した周波数ｆ^ｊ _Ｔｉに周波数変換するように周波数変換部１２ａを制御する。さらに制御部１１ａは、選択した光波長λ_Ｔｊで光強度変調するように光変調部１３ａを制御する。

周波数変換部１２ａは、入力された送信信号を、制御部１１ａにより指定された周波数ｆ^ｊ _Ｔｉに変換する（ステップＳ２０２）。周波数変換部１２ａは、周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの送信信号を光変調部１３ａに出力する。光変調部１３ａは、制御部１１ａにより指定された光波長λ_Ｔｊに対して、周波数変換部１２ａから出力された周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの送信信号を用いて強度変調する（ステップＳ２０３）。これにより、光変調部１３ａは、光波長λ_Ｔｊの光変調信号を生成する。光変調部１３ａは、生成した光変調信号を光伝送路３０に送出する（ステップＳ２０４）。

光伝送路３０に送出された光変調信号は、基地局装置２０ａに入力される。基地局装置２０ａの光分波器２６は、入力された光波長λ_Ｔｊの光変調信号を分波する（ステップＳ２０５）。光分波器２６の出力ポートには、光波長の数に応じてＯ／Ｅ２１が接続されている。そのため、光分波器２６によって波長毎に分波された光変調信号は、波長に応じた出力ポートに接続されているＯ／Ｅ２１に出力される。図４では、光波長λ_Ｔｊの光変調信号が光分波器２６により分波されて、Ｏ／Ｅ２１に入力されたものとする。

Ｏ／Ｅ２１は、入力された光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ２０６）。この処理により、光変調信号は、周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ２１は、周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの電気信号を分波器２２に出力する。分波器２２に出力された周波数ｆ^ｊ _Ｔｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ２０７）。分波器２２で分波された電気信号は、周波数変換部２３に入力される。

周波数変換部２３は、入力された電気信号の周波数をＲＦ帯の周波数に変換する（ステップＳ２０８）。周波数変換部２３は、ＲＦ帯の電気信号をアンテナ２４に出力する。アンテナ２４は、入力された電気信号に応じた無線信号を放射する（ステップＳ２０９）。アンテナ２４により放射された無線信号は、レンズ／リフレクタ２５により周波数に対応する方向にビーム形成される。

以上のように構成された無線通信システム１ａによれば、基地局装置２０ａに周波数及び光波長の組み合わせに応じた数のアンテナ２４を設ける。これにより、収容局装置１０ａにおいて送信信号の周波数及び光波長を切り替えることで、リフレクタ又はレンズへ無線信号を放射するアンテナ２４を選択することができる。従って、遠隔で送信ビームの方向を切り替えることができる。このような構成では、ビームフォーミングの制御に波長を利用しない。そのため、波長利用効率の低下を抑制しつつ、アンテナのビームフォーミング制御を行うことが可能になる。

（第２の実施形態の変形例）
収容局装置１０ａが、複数の光波長と、複数の周波数とを同時利用して、サブキャリア多重と波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）することで、基地局装置２０ａにおいてマルチビーム形成するように構成されてもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、収容局装置が送信信号の光偏波及び周波数を制御して、基地局装置のビーム形成を遠隔で制御する点が、第１の実施形態との差分である。第２の実施形態では、第１の実施形態との差分を中心に説明する。

図５は、第３の実施形態における無線通信システム１ｂの構成例を示す図である。無線通信システム１ｂは、収容局装置１０ｂと、基地局装置２０ｂとを備える。収容局装置１０ｂと、基地局装置２０ｂとは、光伝送路３０を介して接続されている。

収容局装置１０ｂは、制御部１１ｂと、周波数変換部１２ｂと、光変調部１３ｂとを備える。

制御部１１ｂは、基地局装置２０ｂにおいてビーム形成したい方向に応じた周波数及び光偏波を選択する。例えば、制御部１１ｂは、光変調部１３ｂで利用する光偏波として、適用可能な光偏波Ｘ，Ｙのうちいずれか１つ又は複数を選択する。ここで、Ｘ，Ｙは、それぞれ水平偏波と、垂直偏波を表す。例えば、制御部１１ｂは、光偏波ｋ（ｋはＸ又はＹ）に対して適用可能な周波数ｆ^ｋ _Ｔ１，…，ｆ^ｋ _Ｔｍｋのうちいずれか１つ又は複数を選択する。

周波数変換部１２ｂは、入力された送信信号を、制御部１１ｂにより指定された周波数ｆ^ｋ _Ｔｉに変換する。

光変調部１３ｂは、周波数ｆ^ｋ _Ｔｉの信号を用いて、制御部１１ｂにより指定されたある光偏波ｋの光信号を強度変調する。これにより、光変調部１３ｂは、光偏波ｋの光変調信号を生成する。光変調部１３ｂは、生成した光変調信号を、光伝送路３０を介して基地局装置２０ｂに伝送する。

基地局装置２０ｂは、偏波分離部２７と、複数のＯ／Ｅ２１－Ｘ，２１－Ｙと、複数の分波器２２と、複数の周波数変換部２３と、複数のアンテナ２４と、レンズ／リフレクタ２５とを備える。なお、図５では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、分波器２２は光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要があり、周波数変換部２３は光偏波Ｘが利用する周波数の数ｍ_Ｘと光偏波Ｙが利用する周波数の数ｍ_Ｙの合計数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ個）だけ備えられる必要がある。複数のアンテナ２４は、使用される光偏波と周波数の組み合わせの総数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）だけ備えられる必要がある。

偏波分離部２７は、光伝送路３０を介して受信した光変調信号の光偏波ｋ成分を分離する。

光偏波ｋと周波数ｆ^ｋ _Ｔｉの（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）通りの組み合わせは、（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個のアンテナ２４及び（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個の送信ビームと一対一に対応しており、収容局装置１０ｂの送信信号の光偏波及び周波数切替で送信ビーム方向切替が可能となる。

図６は、第３の実施形態における無線通信システム１ｂの処理の流れを示すシーケンス図である。
制御部１１ｂは、基地局装置２０ｂにおいてビーム形成したい方向に応じた周波数及び光偏波を選択する（ステップＳ３０１）。例えば、制御部１１ｂは、周波数ｆ^Ｘ _Ｔ１，…，ｆ^Ｘ _Ｔｍｊのうち、１つの周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉを選択する。さらに、制御部１１ｂは、光偏波ｋのうち、１つ光偏波Ｘを選択する。制御部１１ｂは、選択した周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉに周波数変換するように周波数変換部１２ｂを制御する。さらに制御部１１ｂは、選択した光偏波Ｘの光信号を光強度変調するように光変調部１３ｂを制御する。

周波数変換部１２ｂは、入力された送信信号を、制御部１１ｂにより指定された周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉに変換する（ステップＳ３０２）。周波数変換部１２ｂは、周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉの送信信号を光変調部１３ｂに出力する。光変調部１３ｂは、制御部１１ｂにより指定された光偏波Ｘの光信号に対して、周波数変換部１２ｂから出力された周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉの送信信号を用いて強度変調する（ステップＳ３０３）。これにより、光変調部１３ｂは、光偏波Ｘの光変調信号を生成する。光変調部１３ａは、生成した光変調信号を光伝送路３０に送出する（ステップＳ３０４）。

光伝送路３０に送出された光変調信号は、基地局装置２０ｂに入力される。基地局装置２０ｂの偏波分離部２７は、入力された光偏波Ｘの光変調信号の光偏波ｋ成分を分離する（ステップＳ３０５）。偏波分離部２７の出力ポートには、光偏波数に応じてＯ／Ｅ２１－Ｘ，２１－Ｙが接続されている。そのため、偏波分離部２７によって分離された光変調信号は、光偏波成分に応じた出力ポートに接続されているＯ／Ｅ２１－Ｘ，２１－Ｙに出力される。図６では、光偏波Ｘの光変調信号が偏波分離部２７により分離されて、Ｏ／Ｅ２１－Ｘに入力されたものとする。

Ｏ／Ｅ２１－Ｘは、入力された光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ３０６）。この処理により、光変調信号は、周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ２１－Ｘは、周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉの電気信号を分波器２２に出力する。分波器２２に出力された周波数ｆ^Ｘ _Ｔｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ３０７）。分波器２２で分波された電気信号は、周波数変換部２３に入力される。

周波数変換部２３は、入力された電気信号の周波数をＲＦ帯の周波数に変換する（ステップＳ３０８）。周波数変換部２３は、ＲＦ帯の電気信号をアンテナ２４に出力する。アンテナ２４は、入力された電気信号に応じた無線信号を放射する（ステップＳ３０９）。アンテナ２４により放射された無線信号は、レンズ／リフレクタ２５により周波数に対応する方向にビーム形成される。

以上のように構成された無線通信システム１ｂによれば、基地局装置２０ｂに周波数及び光偏波の組み合わせに応じた数のアンテナ２４を設ける。これにより、収容局装置１０ｂにおいて送信信号の周波数及び光偏波を切り替えることで、リフレクタ又はレンズへ無線信号を放射するアンテナ２４を選択することができる。従って、遠隔で送信ビームの方向を切り替えることができる。このような構成では、ビームフォーミングの制御に波長を利用しない。そのため、波長利用効率の低下を抑制しつつ、アンテナのビームフォーミング制御を行うことが可能になる。

（第３の実施形態の変形例）
収容局装置１０ｂが、複数の光偏波と、複数の周波数とを同時利用して、サブキャリア多重と偏波分割多重（ＰＤＭ：Polarization Division Multiplexing）を行うことで、基地局装置２０ｂにおいてマルチビーム形成するように構成されてもよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、収容局装置が送信信号の光波長及び光偏波を制御して、基地局装置のビーム形成を遠隔で制御する点が、第１の実施形態との差分である。第４の実施形態では、第１の実施形態との差分を中心に説明する。

図７は、第４の実施形態における無線通信システム１ｃの構成例を示す図である。無線通信システム１ｃは、収容局装置１０ｃと、基地局装置２０ｃとを備える。収容局装置１０ｃと、基地局装置２０ｃとは、光伝送路３０を介して接続されている。

収容局装置１０ｃは、制御部１１ｃと、光変調部１３ｃとを備える。

制御部１１ｃは、基地局装置２０ｃにおいてビーム形成したい方向に応じた光波長及び光偏波を選択する。例えば、制御部１１ｃは、光変調部１３ｂで利用する光偏波として、適用可能な光偏波Ｘ，Ｙのうちいずれか１つ又は複数を選択する。例えば、制御部１１ｃは、光変調部１３ｃで利用する光波長として、適用可能な光波長λ_Ｔ１，…，λ_Ｔｎのうちいずれか１つ又は複数を選択する。

光変調部１３ｃは、ＲＦ帯の送信信号を、ある光波長λ_Ｔｊである光偏波ｋの光信号を用いて強度変調する。これにより、光変調部１３ｃは、光波長λ_Ｔｊである光偏波ｋの光変調信号を生成する。光変調部１３ｃは、生成した光変調信号を、光伝送路３０を介して基地局装置２０ｃに伝送する。

基地局装置２０ｃは、光分波器２６と、複数の偏波分離部２７と、複数のＯ／Ｅ２１と、複数のアンテナ２４と、レンズ／リフレクタ２５とを備える。なお、図７では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、偏波分離部２７は光波長λ_Ｔの数ｎだけ備えられる必要があり、Ｏ／Ｅ２１は光波長λ_Ｔｊが利用する光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要がある。アンテナ２４は、使用される光波長と光偏波の組み合わせの総数２ｎだけ備えられる必要がある。

光分波器２６は、光伝送路３０を介して受信した光変調信号を波長に応じて分波する。例えば、光分波器２６は、ＡＷＧである。光分波器２６により分波された光変調信号は、偏波分離部２７に入力される。

偏波分離部２７は、光分波器２６から出力された光変調信号の光偏波ｋ成分を分離する。

光波長λ_Ｔｊと光偏波ｋとの２ｎ通りの組み合わせは、２ｎ個のアンテナ２４の及び２ｎ個の送信ビームと一対一に対応しており、収容局装置１０ｃの送信信号の光偏波及び光波長切替で送信ビーム方向切替が可能となる。

図８は、第４の実施形態における無線通信システム１ｃの処理の流れを示すシーケンス図である。
制御部１１ｃは、基地局装置２０ｃにおいてビーム形成したい方向に応じた光偏波及び光波長を選択する（ステップＳ４０１）。例えば、制御部１１ｃは、光波長λ_Ｔ１，…，λ_Ｔｎのうち、１つ光波長λ_Ｔｊを選択する。さらに、制御部１１ｃは、光偏波ｋのうち、１つ光偏波Ｘを選択する。制御部１１ｃは、選択した光波長λ_Ｔｊである光偏波Ｘの光信号を光強度変調するように光変調部１３ｃを制御する。

光変調部１３ｃは、送信信号を、制御部１１ｃにより指定された光波長λ_Ｔｊである光偏波Ｘの光信号を用いて強度変調する（ステップＳ４０２）。これにより、光変調部１３ｃは、光波長λ_Ｔｊである光偏波Ｘの光変調信号を生成する。光変調部１３ｃは、生成した光変調信号を光伝送路３０に送出する（ステップＳ４０３）。

光伝送路３０に送出された光変調信号は、基地局装置２０ｃに入力される。基地局装置２０ｃの光分波器２６は、入力された光変調信号を波長に応じて分波する（ステップＳ４０４）。光分波器２６の出力ポートには、波長数に応じて偏波分離部２７が接続されている。そのため、光分波器２６によって分波された光変調信号は、波長に応じた出力ポートに接続されている偏波分離部２７に出力される。図８では、光波長λ_Ｔｊの光変調信号が光分波器２６により分波されて、光波長λ_Ｔｊに応じた出力ポートに接続されている偏波分離部２７に入力されたものとする。

偏波分離部２７は、光偏波Ｘの光変調信号の光偏波ｋ成分を分離する（ステップＳ４０５）。偏波分離部２７の出力ポートには、光偏波数に応じてＯ／Ｅ２１が接続されている。そのため、偏波分離部２７によって分離された光変調信号は、光偏波成分に応じた出力ポートに接続されているＯ／Ｅ２１に出力される。図８では、光偏波Ｘの光変調信号が偏波分離部２７により分離されて、光偏波Ｘの出力ポートに接続されているＯ／Ｅ２１に入力されたものとする。

Ｏ／Ｅ２１は、入力された光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ４０６）。この処理により、光変調信号は、電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ２１は、変換後の電気信号をアンテナ２４に出力する。アンテナ２４は、入力された電気信号に応じた無線信号を放射する（ステップＳ４０７）。

以上のように構成された無線通信システム１ｃによれば、基地局装置２０ｃに光波長及び光偏波の組み合わせに応じた数のアンテナ２４を設ける。これにより、収容局装置１０ｃにおいて送信信号の周波数及び光偏波を切り替えることで、リフレクタ又はレンズへ無線信号を放射するアンテナ２４を選択することができる。従って、遠隔で送信ビームの方向を切り替えることができる。このような構成では、ビームフォーミングの制御に波長を利用しない。そのため、波長利用効率の低下を抑制しつつ、アンテナのビームフォーミング制御を行うことが可能になる。

（第４の実施形態の変形例）
収容局装置１０ｃが、複数の光偏波と、複数の光波長とを同時利用して、波長分割多重と偏波分割多重を行うことで、基地局装置２０ｃにおいてマルチビーム形成するように構成されてもよい。

図７に示す基地局装置２０ｃの構成において、図９のように光分波器２６と偏波分離部２７との順番が入れ替えて構成されてもよい。図９は、第４の実施形態の変形例における無線通信システム１ｄの構成例を示す図である。無線通信システム１ｄは、収容局装置１０ｃと、基地局装置２０ｄとを備える。収容局装置１０ｃと、基地局装置２０ｄとは、光伝送路３０を介して接続されている。図９に示す無線通信システム１ｄは、基地局装置２０ｄの構成が図７に示す無線通信システム１ｃと異なる。無線通信システム１ｄのその他の構成については、無線通信システム１ｃと同様である。

基地局装置２０ｄは、偏波分離部２７と、光分波器２６と、複数のＯ／Ｅ２１と、複数のアンテナ２４と、レンズ／リフレクタ２５とを備える。なお、図９では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、光分波器２６は光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要があり、Ｏ／Ｅ２１は光偏波Ｘが利用する周波数の数ｍ_Ｘと光偏波Ｙが利用する周波数の数ｍ_Ｙの合計数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ個）だけ備えられる必要がある。アンテナ２４は、使用される光偏波と光波長の組み合わせの総数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）だけ備えられる必要がある。

光偏波ｋと光波長λ_Ｔｊの（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）通りの組み合わせは、（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個のアンテナ２４及び（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個の送信ビームと一対一に対応しており、収容局装置１０ｃの送信信号の光偏波及び光波長切替で送信ビーム方向切替が可能となる。

図７に示す基地局装置２０ｃでは光伝送路３０を介して受信した光変調信号を分波した後に光偏波ｋ成分を分離したのに対し、基地局装置２０ｄでは光伝送路３０を介して受信した光変調信号の光偏波ｋ成分を分離した後に光変調信号を分波する。

（第５の実施形態）
第１の実施形態から第４の実施形態では、下り方向に対する信号送信の構成について説明した。第５の実施形態では、上り方向に対する信号送信の構成について説明する。なお、第５の実施形態では、基地局装置においてサブキャリア多重して収容局装置に信号を送信する構成について説明する。

図１０は、第５の実施形態における無線通信システム１ｅの構成例を示す図である。無線通信システム１ｅは、収容局装置１０ｅと、基地局装置２０ｅとを備える。収容局装置１０ｅと、基地局装置２０ｅとは、光伝送路３０を介して接続されている。

基地局装置２０ｅは、アレー３１と、複数のアンテナ３２－１～３２－ｍと、複数の周波数変換部３３－１～３３－ｍと、合波器３４と、光変調部３５とを備える。

アンテナ３２－１～３２－ｍは、外部の装置から送信された無線信号をアレー３１を介して受信する。外部の装置とは、例えば基地局装置２０ｅが通信を行う対象となる無線装置である。アンテナ３２－１～３２－ｍは、受信した無線信号を電気信号に変換して、周波数変換部３３－１～３３－ｍに出力する。

周波数変換部３３－１～３３－ｍは、入力された電気信号の周波数を変換する。これにより、周波数変換部３３－１～３３－ｍに入力された電気信号は、周波数ｆ_Ｒｉに変換される。

合波器３４は、周波数変換部３３－１～３３－ｍから出力された電気信号を合波する。

光変調部３５は、合波器３４により合波された電気信号を用いて、ある波長の光信号を強度変調してサブキャリア多重する。これにより、光変調部３５は、多重信号を生成する。光変調部３５は、生成した多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｅに伝送する。

収容局装置１０ｅは、Ｏ／Ｅ１４と、分波器１５と、出力部１６とを備える。

Ｏ／Ｅ１４は、光伝送路３０を介して受信した多重信号を電気信号に変換する光電変換部である。

分波器１５は、Ｏ／Ｅ１４により出力された電気信号を周波数に応じて分波する。例えば、分波器１５は、周波数ｆ_Ｒ１，…，ｆ_Ｒｍの電気信号を分波する。

出力部１６は、入力された周波数ｆ_Ｒ１，…，ｆ_Ｒｍの電気信号を復調する。例えば、出力部１６は、入力された周波数ｆ_Ｒ１，…，ｆ_Ｒｍの電気信号のうち、１つを選択して復調してもよい。これは、ｍ個の受信ビームのうち、１つのビームを選択することと同値である。なお、出力部１６は、複数周波数を選択し、同時利用することでマルチビーム形成も可能である。出力部１６は、入力された周波数ｆ_Ｒ１，…，ｆ_Ｒｍの電気信号の複数を復調した後にＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）信号処理を行ってもよい。

図１１は、第５の実施形態における無線通信システム１ｅの処理の流れを示すシーケンス図である。
アンテナ３２は、外部の装置から送信された無線信号をアレー３１を介して受信する（ステップＳ５０１）。アンテナ３２は、受信した無線信号を電気信号に変換して周波数変換部３３に電気信号を出力する。図１１では、例えば、アンテナ３２－ｉから電気信号が出力されたものとする。

アンテナ３２－ｉに接続されている周波数変換部３３は、アンテナ３２－ｉから出力された電気信号を周波数変換する（ステップＳ５０２）。これにより、電気信号の周波数は、周波数ｆ_Ｒｉに変換される。周波数変換部３３は、周波数ｆ_Ｒｉの電気信号を合波器３４に出力する。合波器３４は、各周波数変換部３３から出力された電気信号を合波する（ステップＳ５０３）。合波器３４によって合波された電気信号は、光変調部３５に出力される。

光変調部３５は、合波器３４により合波された電気信号を用いて、ある波長の光信号を強度変調してサブキャリア多重する（ステップＳ５０４）。これにより、光変調部３５は、多重信号を生成する。光変調部３５は、生成した多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｅに送出する（ステップＳ５０５）。

光伝送路３０に送出された多重信号は、収容局装置１０ｅに入力される。収容局装置１０ｅのＯ／Ｅ１４は、入力された多重信号を電気信号に変換する（ステップＳ５０６）。この処理により、多重信号は、周波数ｆ_Ｒｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ１４は、周波数ｆ_Ｒｉの電気信号を分波器１５に出力する。分波器１５に出力された周波数ｆ_Ｒｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ５０７）。分波器１５で分波された周波数ｆ_Ｒｉの電気信号は出力部１６に入力される。出力部１６は、入力された周波数ｆ_Ｒｉの電気信号を復調する（ステップＳ５０８）。

以上のように構成された無線通信システム１ｅによれば、上り方向においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、基地局装置においてサブキャリア多重及び波長分割多重して収容局装置に信号を送信する点が、第５の実施形態との差分である。第６の実施形態では、第５の実施形態との差分を中心に説明する。

図１２は、第６の実施形態における無線通信システム１ｆの構成例を示す図である。無線通信システム１ｆは、収容局装置１０ｆと、基地局装置２０ｆとを備える。収容局装置１０ｆと、基地局装置２０ｆとは、光伝送路３０を介して接続されている。

基地局装置２０ｆは、アレー３１と、複数のアンテナ３２と、複数の周波数変換部３３と、複数の合波器３４と、複数の光変調部３５と、光合波器３６とを備える。なお、図１２では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、合波器３４及び光変調部３５は光波長λ_Ｒの数ｎだけ備えられる必要があり、周波数変換部３３は光波長λ_Ｒｊが利用する周波数の数ｍ_ｊだけ備えられる必要がある。そのため、アンテナ３２は、使用される光波長と周波数の組み合わせの総数Σ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊだけ備えられる必要がある。

光合波器３６は、光変調部３５によりサブキャリア多重された信号を合波して波長分割多重する。これにより、光合波器３６は、波長多重信号を生成する。光合波器３６は、生成した波長多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｆに伝送する。

収容局装置１０ｆは、光分波器１７と、複数のＯ／Ｅ１４と、複数の分波器１５と、出力部１６とを備える。なお、図３では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、Ｏ／Ｅ１４及び分波器１５は光波長λ_Ｒの数ｎだけ備えられる必要がある。

光分波器１７は、光伝送路３０を介して受信した波長多重信号を波長に応じて分波する。例えば、光分波器１７は、ＡＷＧである。光分波器１７により分波された多重信号は、Ｏ／Ｅ１４に入力される。

図１３は、第６の実施形態における無線通信システム１ｆの処理の流れを示すシーケンス図である。
アンテナ３２は、外部の装置から送信された無線信号をアレー３１を介して受信する（ステップＳ６０１）。アンテナ３２は、受信した無線信号を電気信号に変換して周波数変換部３３に電気信号を出力する。

周波数変換部３３はそれぞれ、入力ポートから出力された電気信号を光波長λ_Ｒｊに対応した周波数ｆ^ｊ _Ｒｉに変換する（ステップＳ６０２）。周波数変換部３３は、周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号を合波器３４に出力する。合波器３４は、各周波数変換部３３から出力された電気信号を合波する（ステップＳ６０３）。合波器３４によって合波された電気信号は、光変調部３５に出力される。

光変調部３５は、合波器３４により合波された電気信号を用いて、ある波長の光信号を強度変調してサブキャリア多重する（ステップＳ６０４）。これにより、光変調部３５は、多重信号を生成する。光変調部３５は、生成した多重信号を、光合波器３６に出力する。光合波器３６は、各光変調部３５により生成された多重信号を合波して波長分割多重する（ステップＳ６０５）。これにより、光合波器３６は、波長多重信号を生成する。光合波器３６は、生成した波長多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｆに送出する（ステップＳ６０６）。

光伝送路３０に送出された波長多重信号は、収容局装置１０ｆに入力される。収容局装置１０ｆの光分波器１７は、入力された波長多重信号を波長に応じて分波する（ステップＳ６０７）。これにより、波長多重信号は、光波長λ_Ｒｊの光変調信号となり、対応するＯ／Ｅ１４に出力される。光分波器１７には、波長数に応じた数のＯ／Ｅ１４が接続されている。Ｏ／Ｅ１４は、光分波器１７により分波された光波長λ_Ｒｊの光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ６０８）。この処理により、光波長λ_Ｒｊの光変調信号は、周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ１４は、周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号を分波器１５に出力する。

分波器１５に出力された周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ６０９）。分波器１５で分波された周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号は出力部１６に入力される。出力部１６は、入力された周波数ｆ^ｊ _Ｒｉの電気信号を復調する（ステップＳ６１０）。例えば、出力部１６は、光波長λ_Ｒｊと周波数ｆ^ｊ _ＲｉのΣ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊ通りの組み合わせのうち、１つを選択して復調してもよい。これは、Σ^ｎ _ｊ＝１ｍ_ｊ個の受信ビームのうち、１つのビームを選択することと同値である。なお、出力部１６は、複数の周波数及び複数の光波長を選択し、同時利用することでマルチビーム形成も可能である。出力部１６は、入力された周波数ｆ^ｊ _Ｒ１，…，ｆ^ｊ _Ｒｍの電気信号の複数を復調した後にＭＩＭＯ信号処理を行ってもよい。

以上のように構成された無線通信システム１ｆによれば、上り方向においても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、基地局装置においてサブキャリア多重及び偏波分割多重して収容局装置に信号を送信する点が、第５の実施形態との差分である。第７の実施形態では、第５の実施形態との差分を中心に説明する。

図１４は、第７の実施形態における無線通信システム１ｇの構成例を示す図である。無線通信システム１ｇは、収容局装置１０ｇと、基地局装置２０ｇとを備える。収容局装置１０ｇと、基地局装置２０ｇとは、光伝送路３０を介して接続されている。

基地局装置２０ｇは、アレー３１と、複数のアンテナ３２と、複数の周波数変換部３３と、複数の合波器３４と、複数の光変調部３５と、偏波合波部３７とを備える。なお、図１４では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、光変調部３５及び合波器３４は光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要があり、周波数変換部３３は光偏波Ｘが利用する周波数の数ｍ_Ｘと光偏波Ｙが利用する周波数の数ｍ_Ｙの合計数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ個）だけ備えられる必要がある。アンテナ３２は、使用される光偏波と周波数の組み合わせの総数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）だけ備えられる必要がある。

偏波合波部３７は、複数の光変調部３５によりサブキャリア多重された信号を合波して偏波分割多重する。これにより、偏波合波部３７は、偏波多重信号を生成する。偏波合波部３７は、生成した偏波多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｇに伝送する。

収容局装置１０ｇは、偏波分離部１８と、複数のＯ／Ｅ１４－Ｘ，１４－Ｙと、複数の分波器１５と、出力部１６とを備える。なお、図１４では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、Ｏ／Ｅ１４及び分波器１５は光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要がある。

偏波分離部１８は、光伝送路３０を介して受信した偏波多重信号の光偏波ｋ成分を分離する。

図１５は、第７の実施形態における無線通信システム１ｇの処理の流れを示すシーケンス図である。
アンテナ３２は、外部の装置から送信された無線信号をアレー３１を介して受信する（ステップＳ７０１）。アンテナ３２は、受信した無線信号を電気信号に変換して周波数変換部３３に電気信号を出力する。

周波数変換部３３はそれぞれ、入力ポートから出力された電気信号を光偏波ｋに対応した周波数ｆ^ｋ _Ｒｉに変換する（ステップＳ７０２）。周波数変換部３３は、ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号を合波器３４に出力する。合波器３４は、各周波数変換部３３から出力された電気信号を合波する（ステップＳ７０３）。合波器３４によって合波された電気信号は、光変調部３５に出力される。

光変調部３５は、合波器３４により合波された電気信号を用いて、光偏波ｋの光信号を強度変調してサブキャリア多重する（ステップＳ７０４）。これにより、光変調部３５は、多重信号を生成する。光変調部３５は、生成した多重信号を、偏波合波部３７に出力する。偏波合波部３７は、各光変調部３５により生成された多重信号を合波して偏波分割多重する（ステップＳ７０５）。これにより、偏波合波部３７は、偏波多重信号を生成する。偏波合波部３７は、生成した偏波多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｇに送出する（ステップＳ７０６）。

光伝送路３０に送出された偏波多重信号は、収容局装置１０ｇに入力される。収容局装置１０ｇの偏波分離部１８は、入力された偏波多重信号の光偏波ｋを分離する（ステップＳ７０７）。これにより、偏波多重信号は、光偏波ｋの光変調信号となり、対応するＯ／Ｅ１４に出力される。Ｏ／Ｅ１４は、偏波分離部１８により分離された光偏波ｋの光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ７０８）。この処理により、光偏波ｋの光変調信号は、周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ１４は、周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号を分波器１５に出力する。

分波器１５に出力された周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号は、周波数に応じて分波される（ステップＳ７０９）。分波器１５で分波された周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号は出力部１６に入力される。出力部１６は、入力された周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの電気信号を復調する（ステップＳ７１０）。例えば、出力部１６は、光偏波ｋと周波数ｆ^ｋ _Ｒｉの（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）通りの組み合わせのうち、１つを選択して復調してもよい。これは、（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個の受信ビームのうち、１つのビームを選択することと同値である。なお、出力部１６は、複数の周波数及び複数の光偏波を選択し、同時利用することでマルチビーム形成も可能である。出力部１６は、入力された周波数ｆ^ｋ _Ｒ１，…，ｆ^ｋ _Ｒｍの電気信号の複数を復調した後にＭＩＭＯ信号処理を行ってもよい。

以上のように構成された無線通信システム１ｇによれば、上り方向においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態では、基地局装置において波長分割多重及び偏波分割多重して収容局装置に信号を送信する点が、第５の実施形態との差分である。第８の実施形態では、第５の実施形態との差分を中心に説明する。

図１６は、第８の実施形態における無線通信システム１ｈの構成例を示す図である。無線通信システム１ｈは、収容局装置１０ｈと、基地局装置２０ｈとを備える。収容局装置１０ｈと、基地局装置２０ｈとは、光伝送路３０を介して接続されている。

基地局装置２０ｈは、アレー３１と、複数のアンテナ３２と、複数の光変調部３５と、複数の偏波合波部３７と、光合波器３６とを備える。なお、図１６では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、偏波合波部３７は光波長λ_Ｒの数ｎだけ備えられる必要があり、光変調部３５は光波長λ_Ｒｊが利用する光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要がある。アンテナ３２は、使用される光波長と光偏波の組み合わせの総数２ｎだけ備えられる必要がある。

偏波合波部３７は、複数の光変調部３５によりサブキャリア多重された信号を合波して偏波分割多重する。これにより、偏波合波部３７は、偏波多重信号を生成する。

光合波器３６は、偏波合波部３７により偏波分割多重された信号を合波して波長分割多重する。これにより、光合波器３６は、波長多重信号を生成する。光合波器３６は、生成した波長多重信号を、光伝送路３０を介して基地局装置２０ｂに伝送する。

収容局装置１０ｈは、光分波器１７と、複数の偏波分離部１８と、複数のＯ／Ｅ１４と、出力部１６とを備える。なお、図１６では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、偏波分離部１８は光波長λ_Ｒの数ｎだけ備えられる必要があり、Ｏ／Ｅ１４は光波長λ_Ｒｊが利用する光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要がある。

光分波器１７は、光伝送路３０を介して受信した波長多重信号を分波する。

偏波分離部１８は、光分波器１７により分波された光変調信号の光偏波ｋ成分を分離する。

図１７は、第８の実施形態における無線通信システム１ｈの処理の流れを示すシーケンス図である。図１７において、図１１と同様の処理については図１１と同様の符号を付して説明を省略する。
アンテナ３２は、外部の装置から送信された無線信号をアレー３１を介して受信する（ステップＳ８０１）。アンテナ３２は、受信した無線信号を電気信号に変換して光変調部３５に出力する。

光変調部３５はそれぞれ、入力ポートから出力された電気信号を光波長λ_Ｒｊで光偏波ｋの光信号を強度変調する（ステップＳ８０２）。光変調部３５は、光偏波ｋの光変調信号を偏波合波部３７に出力する。

偏波合波部３７は、各光変調部３５により生成された光変調信号を合波して偏波分割多重する（ステップＳ８０３）。これにより、偏波合波部３７は、偏波多重信号を生成する。偏波合波部３７は、生成した偏波多重信号を、光合波器３６に出力する。光合波器３６は、各偏波合波部３７から出力された偏波多重信号を合波して波長分割多重する（ステップＳ８０４）。これにより、光合波器３６は、波長多重信号を生成する。光合波器３６は、生成した波長多重信号を、光伝送路３０を介して収容局装置１０ｇに送出する（ステップＳ８０５）。

光伝送路３０に送出された波長多重信号は、収容局装置１０ｈに入力される。収容局装置１０ｈの光分波器１７は、入力された波長多重信号を波長に応じて分波する（ステップＳ８０６）これにより、波長多重信号は、光波長λ_Ｒｊの光変調信号となり、対応する偏波分離部１８に出力される。偏波分離部１８は、入力された光波長λ_Ｒｊの光変調信号の光偏波ｋを分離する（ステップＳ８０７）。これにより、光波長λ_Ｒｊの光変調信号は、光偏波ｋの光変調信号となり、対応するＯ／Ｅ１４に出力される。Ｏ／Ｅ１４は、偏波分離部１８により分離された光偏波ｋの光変調信号を電気信号に変換する（ステップＳ８０８）。この処理により、光偏波ｋの光変調信号は、電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ１４は、電気信号を出力部１６に出力する。

出力部１６は、入力された電気信号を復調する（ステップＳ８０９）。例えば、出力部１６は、光波長λ_Ｒｊと光偏波ｋの２ｎ通りの組み合わせのうち、１つを選択して復調してもよい。これは、２ｎ個の受信ビームのうち、１つのビームを選択することと同値である。なお、出力部１６は、複数の光波長及び複数の光偏波を選択し、同時利用することでマルチビーム形成も可能である。出力部１６は、入力された電気信号の複数を復調した後にＭＩＭＯ信号処理を行ってもよい。

以上のように構成された無線通信システム１ｆによれば、上り方向においても第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態の変形例）
図１６に示す収容局装置１０ｈ及び基地局装置２０ｈは、図１８のように構成されてもよい。図１８は、第８の実施形態の変形例における無線通信システム１ｉの構成例を示す図である。無線通信システム１ｉは、収容局装置１０ｉと、基地局装置２０ｉとを備える。収容局装置１０ｉと、基地局装置２０ｉとは、光伝送路３０を介して接続されている。

基地局装置２０ｉは、アレー３１と、複数のアンテナ３２と、複数の光変調部３５と、複数の光合波器３６と、偏波合波部３７とを備える。なお、図１８では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、光合波器３６は光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要があり、光変調部３５は光偏波Ｘが利用する周波数の数ｍ_Ｘと光偏波Ｙが利用する周波数の数ｍ_Ｙの合計数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ個）だけ備えられる必要がある。そのため、アンテナ３２は、使用される光偏波と光波長との組み合わせの総数（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）だけ備えられる必要がある。

光偏波ｋと光波長λ_Ｔｊの（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）通りの組み合わせは、（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個のアンテナ３２及び（ｍ_Ｘ＋ｍ_Ｙ）個の受信ビームと一対一に対応している。

収容局装置１０ｉは、偏波分離部１８と、複数の光分波器１７と、複数のＯ／Ｅ１４と、出力部１６とを備える。なお、図１８では、説明の簡単化のため記載を省略しているが、光分波器１７は光波長λ_Ｒの数ｎだけ備えられる必要があり、Ｏ／Ｅ１４は光波長λ_Ｒｊが利用する光偏波の数（例えば、２）だけ備えられる必要がある。

図１６に示す基地局装置２０ｈでは偏波分割多重した後に波長分割多重したのに対し、基地局装置２０ｉでは波長分割多重した後に偏波分割多重する。収容局装置１０ｉでは、光伝送路３０を介して受信した偏波多重信号の光偏波ｋ成分を偏波分離部１８により分離した後に、光分波器１７により波長に応じて分波する。

（第１の実施形態から第８の実施形態における変形例）
第１の実施形態から第４の実施形態における構成と、第５の実施形態から第８の実施形態における構成とが組み合わされてもよい。例えば、第１の実施形態と、第５の実施形態とが組み合わせされてもよい。この場合、収容局装置として収容局装置１０と収容局装置１０ｅとが組み合わされ、基地局装置として基地局装置２０と基地局装置２０ｅとが組み合わされる。例えば、第２の実施形態と、第６の実施形態とが組み合わせされてもよい。例えば、第３の実施形態と、第７の実施形態とが組み合わせされてもよい。例えば、第４の実施形態と、第８の実施形態とが組み合わせされてもよい。

第１の実施形態から第８の実施形態では、周波数のみ制御、周波数と光波長を制御、周波数と光偏波を制御、光偏波と光波長を制御する構成を示した。第１の実施形態から第８の実施形態において、光偏波と、光波長と、周波数との全てを制御するように構成されてもよい。このように構成される場合、下り方向への送信の場合には、第１の実施形態に示す構成と第４の実施形態に示す構成とを組み合わせて、光偏波と、光波長と、周波数との全てを制御するように構成すればよい。上り方向への送信の場合には、第５の実施形態に示す構成と第８の実施形態に示す構成とを組み合わせて、光偏波と、光波長と、周波数との全てを制御するように構成すればよい。

上述した実施形態における収容局装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｉや基地局装置２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉの一部の機能部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。

本発明は、アナログＲｏＦ伝送を行う無線通信システムに適用可能である。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ…収容局装置， １１、１１ａ、１１ｂ…制御部， １２、１２ａ、１２ｂ…周波数変換部， １３、１３ａ、１３ｂ、３５…光変調部， １４…Ｏ／Ｅ， １５…分波器， １６…出力部， ２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ…基地局装置， ２１…Ｏ／Ｅ， ２２…分波器， ２３－１～２３－ｍ、３３…周波数変換部， ２４－１～２４－ｍ、３２－１～３２－ｍ…アンテナ， ２５…レンズ／リフレクタ， ２６…光分波器， ２７…偏波分離部， ３４…合波器， ３６…光合波器， ３７…偏波合波部

Claims (9)

1. 収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記収容局装置が、光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせを制御することによって、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記収容局装置が制御する前記組み合わせと同じ光波長、周波数又は光偏波のいずれかを組み合わせた数に応じたアンテナのうち、前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号をリフレクタで反射した方向又はレンズを透過した方向にビーム形成を行う無線通信方法。
2. 収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記収容局装置が、周波数を制御することによって、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記周波数の数に応じたアンテナのうち、前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号をリフレクタで反射した方向又はレンズを透過した方向にビーム形成を行う無線通信方法。
3. 前記収容局装置が制御する前記組み合わせが、光波長と周波数の組み合わせである場合に、
   前記収容局装置が、前記基地局装置においてビーム形成したい方向に応じた周波数及び光波長を選択し、前記送信信号の周波数を選択した前記周波数に変換し、変換後の周波数の送信信号に基づいて、制御された前記光波長の光信号を強度変調して生成した前記光変調信号を前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記光変調信号を波長に応じて分波し、波長毎に分波された前記光変調信号を電気信号に変換し、前記電気信号を周波数に応じて分波することによって前記アンテナに電気信号を入力してビーム形成を行う、
   請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記収容局装置が制御する前記組み合わせが、光偏波と周波数の組み合わせである場合に、
   前記収容局装置が、前記光偏波と前記周波数の組み合わせを制御することによって前記送信信号の周波数を変換し、変換後の周波数の送信信号に基づいて、制御された前記光偏波の光信号を強度変調して生成した前記光変調信号を前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記光変調信号の光偏波成分を分離し、光偏波成分ごとに分離された前記光変調信号を電気信号に変換し、前記電気信号を周波数に応じて分波することによって前記アンテナに電気信号を入力してビーム形成を行う、
   請求項１に記載の無線通信方法。
5. 前記収容局装置が制御する前記組み合わせが、光偏波と光波長の組み合わせである場合に、
   前記収容局装置が、前記基地局装置においてビーム形成したい方向に応じた前記光偏波及び前記光波長を選択し、前記送信信号を用いて、選択した前記光波長である前記光偏波の光信号を強度変調して生成した前記光変調信号を前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記光変調信号を波長に応じて分波した後に波長毎に分波された前記光変調信号の光偏波成分を分離、又は、前記光変調信号の光偏波成分を分離した後に光偏波成分毎に分離された前記光変調信号を波長に応じて分波し、前記光変調信号を電気信号に変換してから前記アンテナに入力してビーム形成を行う、
   請求項１に記載の無線通信方法。
6. 前記収容局装置が制御する前記組み合わせが、光偏波と周波数と光波長の組み合わせである場合に、
   前記収容局装置が、前記基地局装置においてビーム形成したい方向に応じた光偏波、周波数及び光波長を選択し、前記送信信号の周波数を選択した前記周波数に変換し、変換後の周波数の送信信号を用いて、選択した前記光波長である前記光偏波の光信号を強度変調して生成した前記光変調信号を前記基地局装置に送信して前記基地局装置のビームフォーミング制御を行い、
   前記基地局装置が、前記光変調信号に基づいて得られる前記電気信号を前記アンテナに入力してビーム形成を行う、
   請求項１に記載の無線通信方法。
7. 前記基地局装置が、外部の装置から送信された無線信号を前記リフレクタ又は前記レンズを介して前記アンテナで受信して電気信号に変換して、前記電気信号を出力し、前記電気信号を用いて光信号を強度変調した光信号を前記収容局装置に送出し、
   前記収容局装置が、前記基地局装置から送出された前記光信号を復調する、
   請求項１又は２に記載の無線通信方法。
8. 収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムであって、
   前記収容局装置は、
   光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせを制御する制御部と、
   前記制御部により切り替えられた前記光波長、周波数又は光偏波のいずれかの組み合わせに基づいて、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信する光変調器と、
   を備え、
   前記基地局装置は、
   前記収容局装置が制御する前記組み合わせと同じ光波長、周波数又は光偏波のいずれかを組み合わせた数に応じたアンテナと、
   前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号を反射するリフレクタ又は透過させるレンズと、
   を備え、
   前記リフレクタ又はレンズは、反射した方向又は透過した方向にビーム形成を行う、
   無線通信システム。
9. 収容局装置と、前記収容局装置の制御に従ってビーム形成を行う基地局装置とを備える無線通信システムであって、
   前記収容局装置は、
   周波数を制御する制御部と、
   前記制御部により切り替えられた前記周波数に基づいて、送信対象となる送信信号に基づいて光信号を強度変調して生成した光変調信号を、光伝送路を介して前記基地局装置に送信する光変調器と、
   を備え、
   前記基地局装置は、
   前記周波数の数に応じたアンテナと、
   前記光変調信号に基づく電気信号が入力されたアンテナから放射された無線信号を反射するリフレクタ又は透過させるレンズと、
   を備え、
   前記リフレクタ又はレンズは、反射した方向又は透過した方向にビーム形成を行う、
   無線通信システム。

Images