WO2022029864A1 - 信号処理装置、信号処理方法、受信器及び光通信システム - Google Patents

信号処理装置、信号処理方法、受信器及び光通信システム Download PDF

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WO2022029864A1
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optical signal
optical
transmitter
unit
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翔太 越川
恵介 松田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a signal processing device for synthesizing a plurality of received signals, a signal processing method and a receiver, and an optical communication system including a receiver.
  • a transmitter transmits an optical signal to a receiver via a plurality of paths, and a receiver receives an optical signal propagating in each path.
  • an optical communication system (hereinafter referred to as "conventional optical communication system") that synthesizes received signals of a plurality of optical signals.
  • the transmitter includes a pilot signal indicating the channel quality of the route in the optical signal transmitted to the receiver (see, for example, Patent Document 1).
  • the channel quality indicates the degree of deterioration of the optical signal propagating in the path.
  • the receiver may be able to recognize the channel quality of a plurality of paths and contribute to the reduction of bit error.
  • a pilot signal is included in the optical signal. The amount of transmission data that can be included in the optical signal is reduced by the amount of the inclusion. As the amount of transmission data decreases, it may not be possible to include all transmission data to be transmitted in the optical signal. If all the transmission data to be transmitted cannot be included in the optical signal, the method may not be applicable to the conventional optical communication system.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and suppresses an increase in the number of bit errors contained in a composite signal of a plurality of received signals without including a pilot signal in the optical signal. It is an object of the present invention to obtain a signal processing device and a signal processing method capable of producing a signal.
  • the signal processing device is a device that processes a received signal of an optical signal received by a receiver when the optical signal transmitted from the transmitter is propagated to the receiver via a plurality of paths.
  • the signal of the optical signal propagating in each path from the propagation distance of the optical signal in each path, the intensity of the optical signal transmitted from the transmitter, and the intensity of noise with respect to the optical signal transmitted from the transmitter.
  • the amplitude of the received signal of the optical signal propagating in each path is adjusted by using the signal-to-noise ratio calculation unit that calculates the noise-to-noise ratio and the signal-to-noise ratio calculated by the signal-to-noise ratio calculation unit. It is provided with an amplitude adjusting unit for performing an amplitude adjustment unit and a signal synthesizing unit for synthesizing a plurality of received signals after the amplitude adjustment by the amplitude adjusting unit.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the transmitter 2 included in the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the repeater 3, 4 included in the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the receiver 5 included in the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a hardware block diagram which shows the hardware of the signal processing apparatus 35 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when the signal processing device 35 is realized by software, firmware, or the like.
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows the signal processing method which is the processing procedure of the signal processing apparatus 35 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the arrangement example of the transmitter 2, the repeater 3, 4 and the receiver 5 included in the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 It is explanatory drawing which shows the arrangement example of the transmitter 2, the repeater 3, 4 and the receiver 5 included in the optical communication system 1 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical communication system 1 according to the first embodiment.
  • the optical communication system 1 shown in FIG. 1 is a system for transmitting and receiving optical signals in outer space. However, this is only an example, and the optical communication system 1 shown in FIG. 1 may be, for example, a system for transmitting and receiving optical signals on the earth.
  • the optical communication system 1 includes a transmitter 2, M repeaters 3-1 to 3-M, M repeaters 4-1 to 4-M, and a receiver 5.
  • M is an integer of 2 or more.
  • M repeaters 3-1 to 3-M are not distinguished, they may be referred to as repeater 3.
  • M repeaters 4-1 to 4-M when M repeaters 4-1 to 4-M are not distinguished, it may be referred to as repeater 4.
  • M paths There are a total of M paths through which the optical signal propagates from the transmitter 2 to the receiver 5, and repeaters 3 and 4 are arranged in each of the M paths.
  • the M routes are expressed as routes R 1 , R 2 , ..., RM.
  • two or more repeaters 3 and 4 are arranged in each path Rm .
  • Rm the optical communication system 1 shown in FIG. 1
  • M paths are intentionally formed as paths for propagating optical signals, and it is assumed that there are no unintended paths other than the M paths. ..
  • the transmitter 2 transmits an optical signal to each of the repeaters 3-1 to 3-M.
  • the repeater 3-m transfers the optical signal transmitted from the transmitter 2 to the repeater 4-m.
  • the repeater 4-m is arranged on the path R m .
  • the repeater 4-m transfers the optical signal transferred by the repeater 3-m to the receiver 5.
  • the receiver 5 receives the optical signal transferred by the repeaters 4-1 to 4-M.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a transmitter 2 included in the optical communication system 1 according to the first embodiment.
  • the transmitter 2 shown in FIG. 2 includes an input terminal 11, an error correction coding unit 12, a signal modulation unit 13, an electro-optical conversion unit 14, and an output terminal 15.
  • the input terminal 11 is realized by, for example, a connector. Transmission data is given to the input terminal 11 from the outside.
  • the error correction code assigning unit 12 is realized by, for example, an error correction code assigning circuit.
  • the error correction code adding unit 12 assigns an error correction code to the transmission data, and outputs the transmission data after the error correction code is added to the signal modulation unit 13.
  • the signal modulation unit 13 is realized by, for example, a signal modulator.
  • the signal modulation unit 13 modulates the transmission data after the error correction code is added, which is output from the error correction code addition unit 12.
  • As the modulation method of the transmission data BPSK (binary phase modulation), QPSK (quadrature quadrature phase modulation), or the like is used.
  • the signal modulation unit 13 outputs a modulation signal, which is transmission data after modulation, to the electro-optical conversion unit 14.
  • the electric light conversion unit 14 is realized by, for example, an optical modulator.
  • the electric optical conversion unit 14 converts the modulated signal output from the signal modulation unit 13 into an optical signal, and outputs the optical signal to the output terminal 15.
  • the output terminal 15 is realized by, for example, a collimating lens.
  • the optical signal output from the electric light conversion unit 14 is transmitted to each of the repeaters 3-1 to 3-M via the output terminal 15.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing repeaters 3 and 4 included in the optical communication system 1 according to the first embodiment.
  • the repeaters 3 and 4 shown in FIG. 3 include an input terminal 21, an opto-electric conversion unit 22, a rigid determination processing unit 23, a signal modulation unit 24, an electro-optical conversion unit 25, and an output terminal 26.
  • the input terminal 21 is realized by, for example, a collimating lens. An optical signal transmitted from the transmitter 2 or an optical signal transferred by the repeater 3 is given to the input terminal 21.
  • the photoelectric conversion unit 22 is realized by, for example, an integrated coherent receiver (ICR: Integrated Coherent Receiver).
  • the optical-electric conversion unit 22 converts an optical signal into an electric signal and outputs the electric signal to the hardness determination processing unit 23.
  • the hardness determination processing unit 23 is realized by, for example, a hardness determination processing circuit.
  • the hardness determination processing unit 23 decodes the transmission data from the electric signal by performing the rigidity determination processing on the electric signal output from the photoelectric conversion unit 22.
  • the rigidity determination processing unit 23 outputs the decoded transmission data to the signal modulation unit 24.
  • the signal modulation unit 24 is realized by, for example, a signal modulator.
  • the signal modulation unit 24 modulates the transmission data output from the hardness determination processing unit 23. BPSK, QPSK, or the like is used as the modulation method of the transmission data.
  • the signal modulation unit 24 outputs the modulation signal, which is the transmission data after modulation, to the electro-optical conversion unit 25.
  • the electric light conversion unit 25 is realized by, for example, an optical modulator.
  • the electric optical conversion unit 25 converts the modulated signal output from the signal modulation unit 24 into an optical signal, and outputs the optical signal to the output terminal 26.
  • the output terminal 26 is realized by, for example, a collimating lens.
  • the optical signal output from the electric light conversion unit 25 is transmitted to the repeater 4-m or the receiver 5 via the output terminal 26.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a receiver 5 included in the optical communication system 1 according to the first embodiment.
  • the receiver 5 shown in FIG. 4 includes input terminals 31-1 to 31-M, receivers 32-1 to 32-M, a signal processing device 35, and an output terminal 42.
  • An optical signal transferred by the repeater 4-m is given to the input terminal 31-m.
  • the receiving unit 32-m includes a photoelectric conversion unit 33-m and a synchronization processing unit 34-m.
  • the receiving unit 32-m receives the optical signal propagating along the path R m , and outputs the received signal S m of the optical signal to the signal processing device 35.
  • the photoelectric conversion unit 33-m is realized by, for example, an ICR.
  • the optical-electric conversion unit 33-m converts an optical signal into an electric signal and outputs the electric signal to the synchronization processing unit 34-m.
  • the synchronization processing unit 34-m synchronizes the electric signals output from the opto-electric conversion units 33-m with each other in order to synchronize the electric signals output from the opto-electric conversion units 33-1 to 33-M. Carry out the process.
  • the synchronization processing unit 34- m outputs the electric signal after the synchronization buffer processing to the signal processing device 35 as a reception signal Sm of the optical signal.
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram showing the hardware of the signal processing device 35 according to the first embodiment.
  • the signal processing device 35 includes a signal-to-noise ratio calculation unit 36, an amplitude adjustment unit 38, a signal synthesis unit 40, and an error correction unit 41.
  • the signal processing device 35 is a device that processes the received signal of the optical signal received by the receiver 5 when the optical signal transmitted from the transmitter 2 is propagated to the receiver 5 via M paths. ..
  • the signal-to-noise ratio calculation unit 36 includes SNR calculation processing units 37-1 to 37-M.
  • the signal-to-noise ratio calculation unit 36 is realized by, for example, the signal-to-noise ratio calculation circuit 51 shown in FIG.
  • the signal-to-noise ratio calculation unit 36 determines the propagation distances L1 to LM of the respective optical signals in the paths R1 to RM, the intensity K of the optical signal transmitted from the transmitter 2, and the noise for the optical signal. From the intensity N 0 , SNR 1 to SNR M , which are the signal-to-noise ratios of the optical signals received by the receiving units 32-1 to 32-M, respectively, are calculated. The signal-to-noise ratio calculation unit 36 outputs SNR 1 to SNR M to the amplitude adjustment unit 38.
  • the SNR calculation processing unit 37-m is a receiving unit based on the propagation distance L m of the optical signal in the path R m , the intensity K of the optical signal transmitted from the transmitter 2, and the noise intensity N 0 for the optical signal.
  • the SNR m of the optical signal received by 32-m is calculated.
  • the SNR calculation processing unit 37-m outputs the SNR m to the amplitude adjustment processing unit 39-m.
  • the amplitude adjusting unit 38 includes amplitude adjusting processing units 39-1 to 39-M.
  • the amplitude adjusting unit 38 is realized by, for example, the amplitude adjusting circuit 52 shown in FIG.
  • the amplitude adjusting unit 38 uses the SNRs 1 to SNR M calculated by the signal-to-noise ratio calculation unit 36, and the received signals S1 to SM of the optical signals received by the receiving units 32-1 to 32 - M , respectively.
  • the amplitude of Amp 1 to Amp M is adjusted.
  • the amplitude adjustment unit 38 outputs the received signals S 1'to SM ' after the amplitude adjustment to the signal synthesis unit 40.
  • the amplitude adjustment processing unit 39-m adjusts the amplitude Amp m of the reception signal S m of the optical signal received by the reception unit 32-m by using the SNR m calculated by the SNR calculation processing unit 37-m.
  • the amplitude adjustment processing unit 39- m outputs the received signal Sm'after the amplitude adjustment to the signal synthesis unit 40.
  • the signal synthesis unit 40 is realized by, for example, the signal synthesis circuit 53 shown in FIG.
  • the signal synthesis unit 40 synthesizes M received signals S 1'to SM' after the amplitude adjustment by the amplitude adjustment unit 38.
  • the signal synthesis unit 40 outputs the combined signals C of the M received signals S1'to SM'to the error correction unit 41.
  • the error correction unit 41 is realized by, for example, the error correction circuit 54 shown in FIG.
  • the error correction unit 41 performs error correction processing on the composite signal C output from the signal synthesis unit 40.
  • the error correction unit 41 outputs the combined signal C'after the error correction processing to the output terminal 42.
  • the output terminal 42 is realized by, for example, a connector.
  • the combined signal C'after the error correction processing output from the error correction unit 41 is output to the outside via the output terminal 42.
  • each of the signal-to-noise ratio calculation unit 36, the amplitude adjustment unit 38, the signal synthesis unit 40, and the error correction unit 41, which are the components of the signal processing device 35, is provided with dedicated hardware as shown in FIG. I am assuming what will be realized. That is, it is assumed that the signal processing device 35 is realized by the signal-to-noise ratio calculation circuit 51, the amplitude adjustment circuit 52, the signal synthesis circuit 53, and the error correction circuit 54.
  • Each of the signal-to-noise ratio calculation circuit 51, the amplitude adjustment circuit 52, the signal synthesis circuit 53, and the error correction circuit 54 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific). Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof is applicable.
  • the components of the signal processing device 35 are not limited to those realized by dedicated hardware, but the signal processing device 35 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. It is also good.
  • the software or firmware is stored as a program in the memory of the computer.
  • a computer means hardware that executes a program, and corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, a computing device, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). do.
  • FIG. 6 is a hardware configuration diagram of a computer when the signal processing device 35 is realized by software, firmware, or the like.
  • the computer is made to execute each processing procedure in the signal-to-noise ratio calculation unit 36, the amplitude adjustment unit 38, the signal synthesis unit 40, and the error correction unit 41.
  • the program is stored in the memory 61.
  • the processor 62 of the computer executes the program stored in the memory 61.
  • FIG. 5 shows an example in which each of the components of the signal processing device 35 is realized by dedicated hardware
  • FIG. 6 shows an example in which the signal processing device 35 is realized by software, firmware, or the like. ..
  • this is only an example, and some components in the signal processing device 35 may be realized by dedicated hardware, and the remaining components may be realized by software, firmware, or the like.
  • the observation data of the ground probe of the extraterrestrial celestial body is transmitted to the earth via the multipurpose probe in the orbit of the extraterrestrial celestial body.
  • the communication speed is limited, and the communication speed is about several hundred kilometers BPS (Bits Per Second).
  • Optical communication is capable of high-speed communication compared to radio communication, so it may be used to transmit observation data from ground probes.
  • long-term communication interruption may occur due to the influence of sunlight. Therefore, it is necessary to perform optical communication via a repeater during the period when direct communication is not possible between the earth and extraterrestrial celestial bodies.
  • the transmitter 2 needs to transmit an optical signal to the receiver 5 via a plurality of paths R1 to RM in which the repeaters 3 and 4 are arranged.
  • the channel qualities of the plurality of paths RM 1 to RM are different from each other, if the received signals of the optical signals propagating in each of the plurality of paths RM 1 to RM are simply combined, they are included in the combined signal.
  • the number of bit errors may increase.
  • the optical communication system 1 shown in FIG. 1 in order to suppress an increase in the number of bit errors included in the combined signal, it is based on the SNR 1 to SNR M of the optical signals propagating in each of the plurality of paths R1 to RM . ,
  • the received signal of the optical signal propagating along the plurality of paths R1 to RM is synthesized.
  • the transmitter 2 transmits an optical signal to each of the repeaters 3-1 to 3-M.
  • the operation of transmitting an optical signal by the transmitter 2 will be specifically described.
  • Transmission data is given to the input terminal 11 of the transmitter 2 from the outside.
  • the error correction code adding unit 12 assigns an error correction code to the transmission data, and outputs the transmission data after the error correction code is added to the signal modulation unit 13. Since the process itself of adding an error correction code to the transmitted data is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the signal modulation unit 13 When the signal modulation unit 13 receives the transmission data after the error correction code is added from the error correction code addition unit 12, the signal modulation unit 13 modulates the transmission data after the error correction code is added by, for example, a BPSK or QPSK modulation method.
  • the signal modulation unit 13 outputs a modulation signal, which is transmission data after modulation, to the electro-optical conversion unit 14.
  • the electric optical conversion unit 14 Upon receiving the modulated signal from the signal modulation unit 13, the electric optical conversion unit 14 converts the modulated signal into an optical signal and outputs the optical signal to the output terminal 15.
  • the optical signal output from the electric light conversion unit 14 is transmitted to each of the repeaters 3-1 to 3-M via the output terminal 15.
  • the repeater 4-m transfers the optical signal transferred by the repeater 3-m to the receiver 5.
  • the optical signal transfer operation by the repeaters 3-m and 4-m will be specifically described.
  • the optical signal transfer operation by the repeater 3-m and the optical signal transfer operation by the repeater 4-m are the same, here, the optical signal transfer operation by the repeater 3-m is specifically described. explain.
  • An optical signal transmitted from the transmitter 2 is given to the input terminal 21 of the repeater 3-m.
  • the optical signals given to the input terminals 21 of the repeaters 3-1 to 3-M are the same optical signals.
  • the optical-electric conversion unit 22 converts an optical signal into an electric signal and outputs the electric signal to the hardness determination processing unit 23.
  • the rigidity determination processing unit 23 performs a hardness determination process on the electric signal to decode transmission data from the electric signal.
  • the modulation method by the signal modulation unit 13 of the transmitter 2 is, for example, BPSK
  • the input terminal 21 of the repeater 3-m is an optical signal having a signal level of "0" or an optical signal having a signal level of "1". A signal is given.
  • noise is superimposed on the optical signal after being transmitted from the transmitter 2 and before being applied to the input terminal 21 of the repeater 3-m. By superimposing noise on the optical signal, an optical signal whose signal level deviates from "0" or "1" is given to the input terminal 21 of the repeater 3-m.
  • an optical signal having a signal level of "0” is given to the input terminal 21 as an optical signal having a signal level of "0.1", and an optical signal having a signal level of "1” has a signal level of "0.8". It may be given to the input terminal 21 as an optical signal of ".
  • a threshold value Th of "0.5" which is an intermediate value between "0” and "1" is stored.
  • the rigidity determination processing unit 23 compares the signal levels of the plurality of transmission data included in the electric signal output from the photoelectric conversion unit 22 with the threshold value Th, respectively.
  • the rigidity determination processing unit 23 restores the signal point of "0", and if the signal level of the transmission data is the threshold value Th or more, the signal point of "1" is restored. Restore.
  • the rigidity determination processing unit 23 outputs the restored signal point to the signal modulation unit 24 as transmission data after decoding.
  • the signal modulation unit 24 Upon receiving the decoded transmission data from the rigid determination processing unit 23, the signal modulation unit 24 modulates the decoded transmission data by, for example, a BPSK or QPSK modulation method.
  • the signal modulation unit 24 outputs the modulation signal, which is the transmission data after modulation, to the electro-optical conversion unit 25.
  • the electric optical conversion unit 25 Upon receiving the modulated signal from the signal modulation unit 24, the electric optical conversion unit 25 converts the modulated signal into an optical signal and outputs the optical signal to the output terminal 26.
  • the optical signal output from the electric light conversion unit 25 is transmitted to the repeater 4-m via the output terminal 26.
  • the optical signal propagating along the path R1 in which the repeaters 3-1 and 4-1 are arranged is given to the input terminal 31-1 of the receiver 5, and the repeaters 3-2 and 4-2
  • the optical signal propagating along the arranged path R 2 is given to the input terminal 31-2 of the receiver 5.
  • an optical signal propagating along the path RM in which the repeaters 3- M and 4-M are arranged is given to the input terminals 31-M of the receiver 5.
  • the synchronization processing unit 34-m synchronizes the electric signals output from the opto-electric conversion units 33-m with each other in order to synchronize the electric signals output from the opto-electric conversion units 33-1 to 33-M. Carry out the process.
  • the synchronization processing unit 34- m outputs the electric signal after the synchronization buffer processing as a reception signal Sm to the signal processing device 35.
  • the synchronous buffer processing for the electric signal for example, the following processing can be considered.
  • Propagation distance L m That is, the shorter the propagation distance L m of the path R m , the smaller the propagation time T m .
  • the synchronization processing unit 34-m calculates the propagation distance L m of the route R m before performing the synchronization buffer processing, and from the propagation distance L m of the route R m , the propagation time T m of the optical signal in the route R m . Is calculated.
  • the calculation of the propagation distance L m of the route R m is the same as the calculation of the propagation distance L m in the SNR calculation processing unit 37- m , and will be described later.
  • the synchronization processing unit 34-m may acquire the propagation distance L m of the route R m from the synchronization processing unit 34-m without calculating the propagation distance L m of the route R m . Since the process itself of calculating the propagation time T m of the optical signal from the propagation distance L m is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the synchronization processing unit 34-m specifies the maximum propagation time T max in the propagation times T 1 to TM before performing the synchronization buffer processing, and the maximum propagation time T max and the propagation time T m .
  • the time difference ⁇ T m with and from is calculated.
  • the synchronization processing unit 34-m related to the propagation time T max having the maximum propagation time T m calculates 0 as the time difference ⁇ T m .
  • the synchronous processing unit 34-m When the synchronous processing unit 34-m receives an electric signal from the optical electric conversion unit 33-m, the synchronous processing unit 34-m holds the electric signal by a time difference ⁇ T m as a synchronous buffer process for the electric signal, and then performs an amplitude adjustment process for the electric signal. The process of outputting to the unit 39-m is performed.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a signal processing method which is a processing procedure of the signal processing device 35 according to the first embodiment. Hereinafter, the processing contents of the signal processing device 35 will be specifically described.
  • the intensity K of the optical signal transmitted from the transmitter 2 and the noise intensity N0 with respect to the optical signal are stored. ..
  • the intensity K of the optical signal transmitted from the transmitter 2 is constant, and the intensity K of the optical signal is already a value in the signal processing device 35.
  • the intensity K of the optical signal at each time is stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m. It may have been done.
  • the noise intensity N 0 with respect to an optical signal can be approximated to a constant value in outer space, and the constant value is stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m as the noise intensity N 0 .
  • the noise intensity N 0 cannot be approximated to a constant value.
  • a computer (not shown) calculates the noise intensity N 0 for the optical signal propagating along the path R m by performing a computer simulation, and the calculation result of the intensity N 0 is the SNR calculation processing unit 37. It may be stored in the internal memory of -m.
  • the intensity K of the optical signal and the intensity N 0 of the noise are stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m.
  • Information indicating the three-dimensional positions of the transmitter 2, the repeater 3, 4 and the receiver 5 is stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m of the signal-to-noise ratio calculation unit 36.
  • information indicating the three-dimensional position at each time is stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m.
  • the optical communication system 1 shown in FIG. 1 is used, for example, in outer space, the coordinate system at the three-dimensional position is the coordinate system in outer space.
  • information indicating a three-dimensional position is stored in the internal memory of the SNR calculation processing unit 37-m.
  • the SNR calculation processing unit 37-m calculates the propagation distance L m of the path R m using the information indicating the three-dimensional position. That is, the SNR calculation processing unit 37-m uses the information indicating the three-dimensional position to set the distance Lm , 1 between the transmitter 2 and the repeater 3-m, the repeater 3-m, and the repeater 4-m. The distances L m, 2 and the distances L m, 3 between the repeater 4-m and the receiver 5 are calculated. Since the process itself of calculating the distances L m, 1 , the distance L m, 2 and the distance L m, 3 using the information indicating the three-dimensional position is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the SNR calculation processing unit 37-m has the intensity K of the optical signal transmitted from the transmitter 2, the intensity N 0 of the noise with respect to the optical signal, and the light in the path R m . From the signal propagation distance L m , the SNR m of the optical signal received by the receiving unit 32-m is calculated (step ST1 in FIG. 7). The SNR calculation processing unit 37-m outputs the SNR m of the optical signal to the amplitude adjustment processing unit 39-m.
  • the amplitude adjustment processing unit 39- m outputs the received signal Sm'after the amplitude adjustment to the signal synthesis unit 40.
  • the received signal of the optical signal having a smaller SNR is synthesized with a smaller weight. Therefore, since the influence of the received signal of the optical signal having a small SNR is reduced, the combined signal C is included in the combined signal C rather than the one in which the M received signals S1 to SM are combined without adjusting the amplitude. The increase in the number of error bits is suppressed.
  • the error correction unit 41 When the error correction unit 41 receives the composite signal C from the signal synthesis unit 40, the error correction unit 41 performs error correction processing on the composite signal C (step ST4 in FIG. 7). Since the error correction processing itself for the synthetic signal C is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the error correction unit 41 outputs the combined signal C'after the error correction processing to the output terminal 42.
  • the combined signal C'after the error correction processing output from the error correction unit 41 is output to the outside via the output terminal 42.
  • each path is determined from the propagation distance of the optical signal in each path, the intensity of the optical signal transmitted from the transmitter 2, and the intensity of noise with respect to the optical signal transmitted from the transmitter 2.
  • Each route has been propagated using the signal-to-noise ratio calculation unit 36 that calculates the signal-to-noise ratio of the propagated optical signal and the respective signal-to-noise ratios calculated by the signal-to-noise ratio calculation unit 36.
  • the signal processing device 35 is configured to include an amplitude adjusting unit 38 for adjusting the amplitude of the received signal of the optical signal and a signal synthesizing unit 40 for synthesizing a plurality of received signals after the amplitude adjustment by the amplitude adjusting unit 38. Therefore, the signal processing device 35 can suppress an increase in the number of bit errors included in the combined signal of the plurality of received signals without including the pilot signal in the optical signal.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, the transmitter 2 is arranged on the second satellite 74 orbiting the first satellite 72 orbiting the star 71, and the receiver 5 orbits the third satellite 76 orbiting the star 71.
  • the optical communication system 1 arranged on the fourth satellite 78 and having a plurality of repeaters 3 and 4 arranged at the Lagrange point between the star 71 and the first satellite 72 will be described.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an arrangement example of a transmitter 2, a repeater 3, 4 and a receiver 5 included in the optical communication system 1 according to the second embodiment.
  • 71 is a star.
  • the first satellite 72 is a satellite that orbits the star 71 around the star 71.
  • the satellite orbit 73 is the satellite orbit of the first satellite 72.
  • the second satellite 74 is a satellite that orbits the first satellite 72 with the first satellite 72 as the center.
  • the satellite orbit 75 is the satellite orbit of the second satellite 74.
  • the transmitter 2 is arranged on the second satellite 74.
  • the third satellite 76 is a satellite that orbits the star 71 around the star 71.
  • the satellite orbit 77 is the satellite orbit of the third satellite 76.
  • the fourth satellite 78 is a satellite that orbits the third satellite 76 with the third satellite 76 as the center.
  • the satellite orbit 79 is the satellite orbit of the fourth satellite 78.
  • the receiver 5 is arranged on the fourth satellite 78.
  • Lagrange points 81 to 85 are Lagrange points between the star 71 and the first satellite 72.
  • the repeater 3-1 is arranged at the Lagrange point 83.
  • the repeater 4-1 is arranged at the Lagrange point 84.
  • the repeater 3-2 is arranged at the Lagrange point 82.
  • the repeater 4-2 is arranged at the Lagrange point 85.
  • the route from the transmitter 2 to the receiver 5 via the repeater 3-1 and the repeater 4-1 is R1 .
  • the route from the transmitter 2 to the receiver 5 via the repeater 3-2 and the repeater 4-2 is R2 .
  • two paths R1 and R2 are formed. However, this is only an example, and three or more routes may be formed. In addition to the two routes R 1 and R 2 , for example, the route R 3 from the transmitter 2 to the receiver 5 via the repeater 3-1 or the route R from the transmitter 2 to the receiver 5 directly. 4 may be formed.
  • the transmitter 2 is arranged on the second satellite 74 and the receiver 5 is arranged on the fourth satellite 78. However, this is only an example, and for example, the transmitter 2 may be arranged on the fourth satellite 78 and the receiver 5 may be arranged on the second satellite 74.
  • the repeaters 3 and 4 arranged at the Lagrange point are less affected by the ambient light from the star 71 than the repeaters arranged at points other than the Lagrange point. Therefore, it is arranged at the repeater 3-1 arranged at the Lagrange point 83, the repeater 3-2 arranged at the Lagrange point 82, the repeater 4-1 arranged at the Lagrange point 84, and the Lagrange point 85.
  • the repeater 4-2 can transfer an optical signal without being significantly affected by the disturbance light from the star 71.
  • the transmitter 2 is arranged on the second satellite 74 orbiting the first satellite 72 orbiting the star 71
  • the receiver 5 is arranged on the third satellite 76 orbiting the star 71.
  • the optical communication system 1 is configured so that the plurality of repeaters 3 and 4 are arranged at the Lagrange point between the star 71 and the first satellite 72. Therefore, the optical communication system 1 can suppress an increase in the number of bit errors due to the influence of ambient light from the star 71.
  • any combination of the embodiments can be freely combined, any component of the embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment.
  • the present disclosure is suitable for signal processing devices, signal processing methods and receivers that synthesize a plurality of received signals.
  • the present disclosure is suitable for an optical communication system including a receiver.
  • 1 Optical communication system 2 Transmitter, 3-1 to 3-M repeater, 4-1 to 4-M repeater, 5 receiver, 11 input terminal, 12 error correction code addition unit, 13 signal modulation unit, 14 Electro-optical conversion unit, 15 output terminal, 21 input terminal, 22 opto-electric conversion unit, 23 hard judgment processing unit, 24 signal modulation unit, 25 electro-optical conversion unit, 26 output terminal, 31-1 to 31-M input terminal, 32-1 to 32-M receiver, 33-1 to 33-M opto-electric conversion unit, 34-1 to 34-M synchronization processing unit, 35 signal processing device, 36 signal-to-noise ratio calculation unit, 37-1 to 37-M SNR calculation processing unit, 38 amplitude adjustment unit, 39-1 to 39-M amplitude adjustment processing unit, 40 signal synthesis unit, 41 error correction unit, 51 signal-to-noise ratio calculation circuit, 52 amplitude adjustment circuit, 53 signal Synthetic circuit, 54 error correction circuit, 61 memory, 62 processor, 71 star, 72 first satellite, 73 satellite orbit, 74 second satellite, 75

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Abstract

送信器（２）から送信された光信号が複数の経路を介して受信器（５）まで伝搬されたとき、受信器（５）により受信された光信号の受信信号を処理する信号処理装置（３５）であって、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、送信器（２）から送信される光信号の強度と、送信器（２）から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部（３６）と、信号対雑音比算出部（３６）により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部（３８）と、振幅調整部（３８）による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部（４０）とを備えるように、信号処理装置（３５）を構成した。

Description

信号処理装置、信号処理方法、受信器及び光通信システム
　本開示は、複数の受信信号を合成する信号処理装置、信号処理方法及び受信器と、受信器を備える光通信システムとに関するものである。
　光信号を送受信する光通信システムの中には、送信器が、複数の経路を介して、光信号を受信器に送信し、受信器が、それぞれの経路を伝搬してきた光信号を受信し、複数の光信号の受信信号を合成する光通信システム（以下「従来の光通信システム」という）がある。
　ところで、送信器が、受信器に送信する光信号の中に、経路のチャネル品質を示すパイロット信号を含める方法がある（例えば、特許文献１を参照）。チャネル品質は、経路を伝搬する光信号の劣化具合等を示すものである。
特開２０１７－３８３５５号公報
　従来の光通信システムでは、複数の経路のチャネル品質が互いに異なる場合、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数が増えてしまうことがあるという課題があった。
　特許文献１に開示されている方法を従来の光通信システムに適用すれば、受信器が、複数の経路のチャネル品質を認識し、ビットエラーの低減に寄与できる可能性がある。しかし、光信号の中に含めることが可能な送信データのデータ量に上限がある場合に、特許文献１に開示されている方法を従来の光通信システムに適用すると、光信号の中にパイロット信号を含める分だけ、光信号の中に含めることが可能な送信データのデータ量が減少する。送信データのデータ量が減少することによって、送信対象の全ての送信データを光信号の中に含めることができなくなることがある。送信対象の全ての送信データを光信号の中に含めることができない場合、当該方法を従来の光通信システムに適用できないことがある。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる信号処理装置及び信号処理方法を得ることを目的とする。
　本開示に係る信号処理装置は、送信器から送信された光信号が複数の経路を介して受信器まで伝搬されたとき、受信器により受信された光信号の受信信号を処理する装置であって、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、送信器から送信される光信号の強度と、送信器から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、信号対雑音比算出部により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部と、振幅調整部による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部とを備えるものである。
　本開示によれば、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる。
実施の形態１に係る光通信システム１を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる送信器２を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる中継器３，４を示す構成図である。 実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる受信器５を示す構成図である。 実施の形態１に係る信号処理装置３５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 信号処理装置３５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る信号処理装置３５の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る光通信システム１に含まれている、送信器２、中継器３，４及び受信器５の配置例を示す説明図である。
　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る光通信システム１を示す構成図である。
　図１に示す光通信システム１は、宇宙空間において、光信号を送受信するシステムである。しかし、これは一例に過ぎず、図１に示す光通信システム１は、例えば、地球上で、光信号を送受信するシステムであってもよい。
　光通信システム１は、送信器２、Ｍ個の中継器３－１～３－Ｍ、Ｍ個の中継器４－１～４－Ｍ及び受信器５を備えている。Ｍは、２以上の整数である。以下、Ｍ個の中継器３－１～３－Ｍを区別しない場合、中継器３と表記することがある。また、Ｍ個の中継器４－１～４－Ｍを区別しない場合、中継器４と表記することがある。
　送信器２から受信器５に至る、光信号が伝搬する経路が全部でＭ個あり、Ｍ個の経路のそれぞれに中継器３，４が配置されている。以下、Ｍ個の経路は、経路Ｒ１、Ｒ２、・・・、ＲＭのように表記する。
　図１に示す光通信システム１では、それぞれの経路Ｒｍに２つ以上の中継器３，４が配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、それぞれの経路Ｒｍに１つの中継器のみが配置されていてもよい。また、それぞれの経路Ｒｍに中継器が配置されておらず、送信器２から光信号が受信器５に直接送信されるものであってもよい。
　なお、図１に示す光通信システム１では、光信号が伝搬する経路として、意図的にＭ個の経路を形成しており、Ｍ個の経路以外に、意図しない経路は、存在しないものとする。
　送信器２は、光信号を中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信する。
　中継器３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、経路Ｒｍに配置されている。
　中継器３－ｍは、送信器２から送信された光信号を中継器４－ｍに転送する。
　中継器４－ｍは、経路Ｒｍに配置されている。
　中継器４－ｍは、中継器３－ｍにより転送された光信号を受信器５に転送する。
　受信器５は、中継器４－１～４－Ｍにより転送された光信号を受信する。
　図２は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる送信器２を示す構成図である。
　図２に示す送信器２は、入力端子１１、誤り訂正符号付与部１２、信号変調部１３、電気光変換部１４及び出力端子１５を備えている。
　入力端子１１は、例えば、コネクタによって実現される。
　入力端子１１には、外部から、送信データが与えられる。
　誤り訂正符号付与部１２は、例えば、誤り訂正符号付与回路によって実現される。
　誤り訂正符号付与部１２は、送信データに誤り訂正符号を付与し、誤り訂正符号付与後の送信データを信号変調部１３に出力する。
　信号変調部１３は、例えば、信号変調器によって実現される。
　信号変調部１３は、誤り訂正符号付与部１２から出力された誤り訂正符号付与後の送信データを変調する。送信データの変調方式としては、ＢＰＳＫ（二値位相変調）、又は、ＱＰＳＫ（四値直交位相変調）等が用いられる。
　信号変調部１３は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部１４に出力する。
　電気光変換部１４は、例えば、光変調器によって実現される。
　電気光変換部１４は、信号変調部１３から出力された変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子１５に出力する。
　出力端子１５は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
　電気光変換部１４から出力された光信号は、出力端子１５を介して、中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信される。
　図３は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる中継器３，４を示す構成図である。
　図３に示す中継器３，４は、入力端子２１、光電気変換部２２、硬判定処理部２３、信号変調部２４、電気光変換部２５及び出力端子２６を備えている。
　入力端子２１は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
　入力端子２１には、送信器２から送信された光信号、又は、中継器３により転送された光信号が与えられる。
　光電気変換部２２は、例えば、集積コヒーレントレシーバ（ＩＣＲ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）によって実現される。
　光電気変換部２２は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を硬判定処理部２３に出力する。
　硬判定処理部２３は、例えば、硬判定処理回路によって実現される。
　硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から出力された電気信号に対する硬判定処理を実施することによって、電気信号から送信データを復号する。
　硬判定処理部２３は、復号した送信データを信号変調部２４に出力する。
　信号変調部２４は、例えば、信号変調器によって実現される。
　信号変調部２４は、硬判定処理部２３から出力された送信データを変調する。送信データの変調方式としては、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫ等が用いられる。
　信号変調部２４は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部２５に出力する。
　電気光変換部２５は、例えば、光変調器によって実現される。
　電気光変換部２５は、信号変調部２４から出力された変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子２６に出力する。
　出力端子２６は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
　電気光変換部２５から出力された光信号は、出力端子２６を介して、中継器４－ｍ、又は、受信器５に送信される。
　図４は、実施の形態１に係る光通信システム１に含まれる受信器５を示す構成図である。
　図４に示す受信器５は、入力端子３１－１～３１－Ｍ、受信部３２－１～３２－Ｍ、信号処理装置３５及び出力端子４２を備えている。
　入力端子３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、例えば、コリメートレンズによって実現される。
　入力端子３１－ｍには、中継器４－ｍにより転送された光信号が与えられる。
　受信部３２－ｍは、光電気変換部３３－ｍ及び同期処理部３４－ｍを備えている。
　受信部３２－ｍは、経路Ｒｍを伝搬してきた光信号を受信し、光信号の受信信号Ｓｍを信号処理装置３５に出力する。
　光電気変換部３３－ｍは、例えば、ＩＣＲによって実現される。
　光電気変換部３３－ｍは、光信号を電気信号に変換し、電気信号を同期処理部３４－ｍに出力する。
　同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－１～３３－Ｍのそれぞれから出力された電気信号の同期を取るために、光電気変換部３３－ｍから出力された電気信号に対する同期バッファ処理を実施する。
　同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理後の電気信号を、光信号の受信信号Ｓｍとして、信号処理装置３５に出力する。
　図５は、実施の形態１に係る信号処理装置３５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
　信号処理装置３５は、信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１を備えている。
　信号処理装置３５は、送信器２から送信された光信号がＭ個の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する装置である。
　信号対雑音比算出部３６は、ＳＮＲ算出処理部３７－１～３７－Ｍを備えている。
　信号対雑音比算出部３６は、例えば、図５に示す信号対雑音比算出回路５１によって実現される。
　信号対雑音比算出部３６は、経路Ｒ１～ＲＭにおけるそれぞれの光信号の伝搬距離Ｌ１～ＬＭと、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ０とから、受信部３２－１～３２－Ｍによりそれぞれ受信された光信号の信号対雑音比であるＳＮＲ１～ＳＮＲＭを算出する。
　信号対雑音比算出部３６は、ＳＮＲ１～ＳＮＲＭを振幅調整部３８に出力する。
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、経路Ｒｍにおける光信号の伝搬距離Ｌｍと、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ０とから、受信部３２－ｍにより受信された光信号のＳＮＲｍを算出する。
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、ＳＮＲｍを振幅調整処理部３９－ｍに出力する。
　振幅調整部３８は、振幅調整処理部３９－１～３９－Ｍを備えている。
　振幅調整部３８は、例えば、図５に示す振幅調整回路５２によって実現される。
　振幅調整部３８は、信号対雑音比算出部３６により算出されたＳＮＲ１～ＳＮＲＭを用いて、受信部３２－１～３２－Ｍによりそれぞれ受信された光信号の受信信号Ｓ１～ＳＭの振幅Ａｍｐ１～ＡｍｐＭを調整する。
　振幅調整部３８は、振幅調整後の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’を信号合成部４０に出力する。
　振幅調整処理部３９－ｍは、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍにより算出されたＳＮＲｍを用いて、受信部３２－ｍにより受信された光信号の受信信号Ｓｍの振幅Ａｍｐｍを調整する。
　振幅調整処理部３９－ｍは、振幅調整後の受信信号Ｓｍ’を信号合成部４０に出力する。
　信号合成部４０は、例えば、図５に示す信号合成回路５３によって実現される。
　信号合成部４０は、振幅調整部３８による振幅調整後のＭ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’を合成する。
　信号合成部４０は、Ｍ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’の合成信号Ｃを誤り訂正部４１に出力する。
　誤り訂正部４１は、例えば、図５に示す誤り訂正回路５４によって実現される。
　誤り訂正部４１は、信号合成部４０から出力された合成信号Ｃに対する誤り訂正処理を実施する。
　誤り訂正部４１は、誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’を出力端子４２に出力する。
　出力端子４２は、例えば、コネクタによって実現される。
　誤り訂正部４１から出力された誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’は、出力端子４２を介して、外部に出力される。
　図４では、信号処理装置３５の構成要素である信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１のそれぞれが、図５に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理装置３５が、信号対雑音比算出回路５１、振幅調整回路５２、信号合成回路５３及び誤り訂正回路５４によって実現されるものを想定している。
　信号対雑音比算出回路５１、振幅調整回路５２、信号合成回路５３及び誤り訂正回路５４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　信号処理装置３５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理装置３５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
　図６は、信号処理装置３５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
　信号処理装置３５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、信号対雑音比算出部３６、振幅調整部３８、信号合成部４０及び誤り訂正部４１におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ６１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ６２がメモリ６１に格納されているプログラムを実行する。
　また、図５では、信号処理装置３５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図６では、信号処理装置３５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理装置３５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
　例えば、地球外天体の地上探査機の観測データは、地球外天体の周回軌道にある多目的探査機を介して、地球に送信される。観測データが電波通信によって送信される場合、通信速度が限られており、通信速度が数百キロＢＰＳ（Ｂｉｔｓ　Ｐｅｒ　Ｓｅｃｏｎｄ　）程度である。光通信は、電波通信と比べて、高速通信が可能であるため、地上探査機の観測データの送信に用いられることがある。
　例えば、地球と地球外天体との間の光通信では、太陽光の影響によって、長期間の通信遮断が発生することがある。そのため、地球と地球外天体との間で、直接通信を行えない期間では、中継器を介して、光通信を行う必要がある。つまり、送信器２が、中継器３，４が配置されている複数の経路Ｒ１～ＲＭを介して、光信号を受信器５に送信する必要がある。
　しかし、複数の経路Ｒ１～ＲＭのチャネル品質が互いに異なる場合、複数の経路Ｒ１～ＲＭのそれぞれを伝搬してきた光信号の受信信号を単に合成してしまうと、合成信号に含まれるビットエラーの数が増えてしまうことがある。
　図１に示す光通信システム１では、合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えるため、複数の経路Ｒ１～ＲＭのそれぞれを伝搬してきた光信号のＳＮＲ１～ＳＮＲＭに基づいて、複数の経路Ｒ１～ＲＭを伝搬してきた光信号の受信信号を合成する。
　次に、図１に示す光通信システム１の動作について説明する。
　送信器２は、光信号を中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信する。
　以下、送信器２による光信号の送信動作を具体的に説明する。
　送信器２の入力端子１１には、外部から、送信データが与えられる。
　誤り訂正符号付与部１２は、送信データに誤り訂正符号を付与し、誤り訂正符号付与後の送信データを信号変調部１３に出力する。送信データに誤り訂正符号を付与する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　信号変調部１３は、誤り訂正符号付与部１２から誤り訂正符号付与後の送信データを受けると、例えば、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫの変調方式によって、誤り訂正符号付与後の送信データを変調する。
　信号変調部１３は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部１４に出力する。
　電気光変換部１４は、信号変調部１３から変調信号を受けると、変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子１５に出力する。
　電気光変換部１４から出力された光信号は、出力端子１５を介して、中継器３－１～３－Ｍのそれぞれに送信される。
　中継器３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信器２から送信された光信号を中継器４－ｍに転送する。
　中継器４－ｍは、中継器３－ｍにより転送された光信号を受信器５に転送する。
　以下、中継器３－ｍ，４－ｍによる光信号の転送動作を具体的に説明する。
　ただし、中継器３－ｍによる光信号の転送動作と中継器４－ｍによる光信号の転送動作とは同じであるため、ここでは、中継器３－ｍによる光信号の転送動作を具体的に説明する。
　中継器３－ｍの入力端子２１には、送信器２から送信された光信号が与えられる。中継器３－１～３－Ｍの入力端子２１に与えられる光信号は、同じ光信号である。
　光電気変換部２２は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を硬判定処理部２３に出力する。
　硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から電気信号を受けると、電気信号に対する硬判定処理を実施することによって、電気信号から送信データを復号する。
　送信器２の信号変調部１３による変調方式が例えばＢＰＳＫである場合、中継器３－ｍの入力端子２１には、信号レベルが“０”の光信号、又は、信号レベルが“１”の光信号が与えられる。
　しかし、送信器２から送信されたのち、中継器３－ｍの入力端子２１に与えられるまでの間に、光信号にノイズが重畳される。光信号にノイズが重畳されることによって、中継器３－ｍの入力端子２１には、信号レベルが、“０”、又は、“１”からずれている光信号が与えられる。例えば、信号レベルが“０”の光信号が、信号レベルが“０．１”の光信号として入力端子２１に与えられ、信号レベルが“１”の光信号が、信号レベルが“０．８”の光信号として入力端子２１に与えられることがある。
　硬判定処理部２３の内部メモリには、例えば、“０”と“１”との中間値である“０．５”の閾値Ｔｈが格納されている。
　硬判定処理部２３は、光電気変換部２２から出力された電気信号に含まれている複数の送信データの信号レベルと閾値Ｔｈとをそれぞれ比較する。
　硬判定処理部２３は、送信データの信号レベルが閾値Ｔｈ未満であれば、“０”の信号点を復元し、送信データの信号レベルが閾値Ｔｈ以上であれば、“１”の信号点を復元する。
　硬判定処理部２３は、復元した信号点を復号後の送信データとして、信号変調部２４に出力する。
　信号変調部２４は、硬判定処理部２３から復号後の送信データを受けると、例えば、ＢＰＳＫ、又は、ＱＰＳＫの変調方式によって、復号後の送信データを変調する。
　信号変調部２４は、変調後の送信データである変調信号を電気光変換部２５に出力する。
　電気光変換部２５は、信号変調部２４から変調信号を受けると、変調信号を光信号に変換し、光信号を出力端子２６に出力する。
　電気光変換部２５から出力された光信号は、出力端子２６を介して、中継器４－ｍに送信される。
　これにより、中継器３－１，４－１が配置されている経路Ｒ１を伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－１に与えられ、中継器３－２，４－２が配置されている経路Ｒ２を伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－２に与えられる。また、中継器３－Ｍ，４－Ｍが配置されている経路ＲＭを伝搬してきた光信号が受信器５の入力端子３１－Ｍに与えられる。
　受信器５の受信部３２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、経路Ｒｍを伝搬してきた光信号を受信し、光信号の受信信号Ｓｍを信号処理装置３５に出力する。
　即ち、光電気変換部３３－ｍは、入力端子３１－ｍに与えられた光信号を電気信号に変換し、電気信号を同期処理部３４－ｍに出力する。
　同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－１～３３－Ｍのそれぞれから出力された電気信号の同期を取るために、光電気変換部３３－ｍから出力された電気信号に対する同期バッファ処理を実施する。
　同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理後の電気信号を受信信号Ｓｍとして、信号処理装置３５に出力する。
　電気信号に対する同期バッファ処理としては、例えば、以下の処理が考えられる。
　送信器２から送信されてから、受信器５の受信部３２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に光信号が到達するまでに要する時間である伝搬時間Ｔｍは、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍに比例する。即ち、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍが短いほど、伝搬時間Ｔｍが小さくなる。
　同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理を実施する前に、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍを算出し、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍから、経路Ｒｍにおける光信号の伝搬時間Ｔｍを算出する。
　経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍの算出は、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍにおける伝搬距離Ｌｍの算出と同様であり、後述する。同期処理部３４－ｍでは、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍを算出せずに、同期処理部３４－ｍから経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍを取得するようにしてもよい。
　伝搬距離Ｌｍから光信号の伝搬時間Ｔｍを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　また、同期処理部３４－ｍは、同期バッファ処理を実施する前に、伝搬時間Ｔ１～ＴＭの中の最大の伝搬時間Ｔｍａｘを特定し、最大の伝搬時間Ｔｍａｘと伝搬時間Ｔｍとの時間差ΔＴｍを算出する。同期処理部３４－１～３４－Ｍのうち、伝搬時間Ｔｍが最大の伝搬時間Ｔｍａｘに係る同期処理部３４－ｍは、時間差ΔＴｍとして、０を算出する。
　同期処理部３４－ｍは、光電気変換部３３－ｍから電気信号を受けると、電気信号に対する同期バッファ処理として、当該電気信号を時間差ΔＴｍだけ保持してから、当該電気信号を振幅調整処理部３９－ｍに出力する処理を行う。
　信号処理装置３５は、送信器２から送信された光信号がＭ個の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する。
　図７は、実施の形態１に係る信号処理装置３５の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
　以下、信号処理装置３５の処理内容を具体的に説明する。
　信号対雑音比算出部３６のＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリには、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ０とが格納されている。
　図１に示す光通信システム１では、送信器２から送信される光信号の強度Ｋが一定であり、信号処理装置３５において、光信号の強度Ｋが既値である。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、光信号の強度Ｋが時間の経過に伴って変化する場合、それぞれの時刻における光信号の強度Ｋが、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されていてもよい。
　光信号に対する雑音の強度Ｎ０は、宇宙空間において、一定値に近似できることが知られており、雑音の強度Ｎ０として、当該一定値がＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。
　図１に示す光通信システム１が、例えば、地球上で光信号を送受信する場合、雑音の強度Ｎ０を一定値に近似することができない。この場合、例えば、図示せぬコンピュータが、コンピュータシミュレーションを実施することによって、経路Ｒｍを伝搬する光信号に対する雑音の強度Ｎ０を演算し、強度Ｎ０の演算結果が、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されるようにしてもよい。
　図１に示す光通信システム１では、光信号の強度Ｋと雑音の強度Ｎ０とがＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。しかし、これは一例に過ぎず、光信号の強度Ｋと雑音の強度Ｎ０とが、受信器５の外部から与えられるものであってもよい。
　信号対雑音比算出部３６のＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリには、送信器２、中継器３，４及び受信器５におけるそれぞれの３次元位置を示す情報が格納されている。それぞれの３次元位置が、時刻の経過に伴って変化する場合、それぞれの時刻における３次元位置を示す情報が、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納される。
　図１に示す光通信システム１が、例えば、宇宙空間で使用される場合、３次元位置の座標系は、宇宙空間の座標系である。
　図１に示す光通信システム１では、３次元位置を示す情報がＳＮＲ算出処理部３７－ｍの内部メモリに格納されている。しかし、これは一例に過ぎず、３次元位置を示す情報が、受信器５の外部から与えられるものであってもよい。
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、３次元位置を示す情報を用いて、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍを算出する。
　即ち、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、３次元位置を示す情報を用いて、送信器２と中継器３－ｍとの距離Ｌｍ，１、中継器３－ｍと中継器４－ｍとの距離Ｌｍ，２、中継器４－ｍと受信器５との距離Ｌｍ，３を算出する。３次元位置を示す情報を用いて、距離Ｌｍ，１、距離Ｌｍ，２及び距離Ｌｍ，３を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、以下の式（１）に示すように、距離Ｌｍ，１、距離Ｌｍ，２及び距離Ｌｍ，３から、経路Ｒｍの伝搬距離Ｌｍを算出する。
Ｌｍ＝Ｌｍ，１＋Ｌｍ，２＋Ｌｍ，３　　　　　　　　　　（１）
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、以下の式（２）に示すように、送信器２から送信される光信号の強度Ｋと、当該光信号に対する雑音の強度Ｎ０と、経路Ｒｍにおける光信号の伝搬距離Ｌｍとから、受信部３２－ｍにより受信された光信号のＳＮＲｍを算出する（図７のステップＳＴ１）。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　ＳＮＲ算出処理部３７－ｍは、光信号のＳＮＲｍを振幅調整処理部３９－ｍに出力する。
　振幅調整処理部３９－ｍは、同期処理部３４－ｍから受信信号Ｓｍを受けると、以下の式（３）に示すように、ＳＮＲ算出処理部３７－ｍから出力されたＳＮＲｍを用いて、受信信号Ｓｍの振幅Ａｍｐｍを調整する（図７のステップＳＴ２）。
Ａｍｐｍ’＝ｇｍ×Ａｍｐｍ　　　　　　　　　　（３）
　式（３）において、Ａｍｐｍ’は、調整後の振幅であり、ｇｍは、ＳＮＲｍと正比例する係数である。
　振幅調整処理部３９－ｍは、振幅調整後の受信信号Ｓｍ’を信号合成部４０に出力する。
　信号合成部４０は、振幅調整処理部３９－１～３９－Ｍから、振幅調整後のＭ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’を取得する。
　信号合成部４０は、以下の式（４）に示すように、Ｍ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’を合成する（図７のステップＳＴ３）。
Ｃ＝Ｓ１’＋Ｓ２’＋・・・＋ＳＭ’　　　　　　　　　　（４）
　信号合成部４０は、Ｍ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’の合成信号Ｃを誤り訂正部４１に出力する。
　信号合成部４０では、光信号のＳＮＲに応じて振幅が調整されたＭ個の受信信号Ｓ１’～ＳＭ’を合成しており、ＳＮＲが大きい光信号の受信信号ほど、大きなウェイトで合成され、ＳＮＲが小さい光信号の受信信号ほど、小さなウェイトで合成されている。したがって、ＳＮＲが小さい光信号の受信信号の影響が軽減されるため、振幅調整が行われないで、Ｍ個の受信信号Ｓ１～ＳＭが合成されるものよりも、合成信号Ｃに含まれるエラービットの数の増加が抑えられる。
　誤り訂正部４１は、信号合成部４０から合成信号Ｃを受けると、合成信号Ｃに対する誤り訂正処理を実施する（図７のステップＳＴ４）。合成信号Ｃに対する誤り訂正処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　誤り訂正部４１は、誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’を出力端子４２に出力する。
　誤り訂正部４１から出力された誤り訂正処理後の合成信号Ｃ’は、出力端子４２を介して、外部に出力される。
　以上の実施の形態１では、送信器２から送信された光信号が複数の経路を介して受信器５まで伝搬されたとき、受信器５により受信された光信号の受信信号を処理する信号処理装置３５であって、それぞれの経路における光信号の伝搬距離と、送信器２から送信される光信号の強度と、送信器２から送信される光信号に対する雑音の強度とから、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部３６と、信号対雑音比算出部３６により算出されたそれぞれの信号対雑音比を用いて、それぞれの経路を伝搬してきた光信号の受信信号の振幅を調整する振幅調整部３８と、振幅調整部３８による振幅調整後の複数の受信信号を合成する信号合成部４０とを備えるように、信号処理装置３５を構成した。したがって、信号処理装置３５は、光信号の中にパイロット信号を含めることなく、複数の受信信号の合成信号に含まれるビットエラーの数の増加を抑えることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、送信器２が、恒星７１を周回する第１の衛星７２を周回する第２の衛星７４に配置され、受信器５が、恒星７１を周回する第３の衛星７６を周回する第４の衛星７８に配置され、複数の中継器３，４が、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点に配置されている光通信システム１について説明する。
　図８は、実施の形態２に係る光通信システム１に含まれている、送信器２、中継器３，４及び受信器５の配置例を示す説明図である。
　図８に示す配置例では、光通信システム１が宇宙空間で使用される場合に、経路Ｒｍを伝搬する光信号のＳＮＲｍが高まる。
　図８において、７１は、恒星である。
　第１の衛星７２は、恒星７１を中心として、恒星７１を周回する衛星である。
　衛星軌道７３は、第１の衛星７２の衛星軌道である。
　第２の衛星７４は、第１の衛星７２を中心として、第１の衛星７２を周回する衛星である。
　衛星軌道７５は、第２の衛星７４の衛星軌道である。
　送信器２は、第２の衛星７４に配置されている。
　第３の衛星７６は、恒星７１を中心として、恒星７１を周回する衛星である。
　衛星軌道７７は、第３の衛星７６の衛星軌道である。
　第４の衛星７８は、第３の衛星７６を中心として、第３の衛星７６を周回する衛星である。
　衛星軌道７９は、第４の衛星７８の衛星軌道である。
　受信器５は、第４の衛星７８に配置されている。
　ラグランジュ点８１～８５は、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点である。
　中継器３－１は、ラグランジュ点８３に配置されている。
　中継器４－１は、ラグランジュ点８４に配置されている。
　中継器３－２は、ラグランジュ点８２に配置されている。
　中継器４－２は、ラグランジュ点８５に配置されている。
　送信器２から、中継器３－１及び中継器４－１を介して、受信器５に至る経路は、Ｒ１である。
　送信器２から、中継器３－２及び中継器４－２を介して、受信器５に至る経路は、Ｒ２である。
　図８に示す配置例では、２個の経路Ｒ１，Ｒ２が形成されている。しかし、これは一例に過ぎず、３個以上の経路が形成されていてもよい。２個の経路Ｒ１，Ｒ２のほかに、例えば、送信器２から中継器３－１を介して受信器５に至る経路Ｒ３、又は、送信器２から直接受信器５に至る経路Ｒ４が形成されていてもよい。
　図８に示す配置例では、送信器２が第２の衛星７４に配置され、受信器５が第４の衛星７８に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、送信器２が第４の衛星７８に配置され、受信器５が第２の衛星７４に配置されていてもよい。
　ラグランジュ点に配置される中継器３，４は、ラグランジュ点以外に配置される中継器と比べて、恒星７１からの外乱光の影響が小さくなる。
　したがって、ラグランジュ点８３に配置されている中継器３－１、ラグランジュ点８２に配置されている中継器３－２、ラグランジュ点８４に配置されている中継器４－１及びラグランジュ点８５に配置されている中継器４－２は、恒星７１からの外乱光の影響をあまり受けることなく、光信号を転送することが可能である。
　以上の実施の形態２では、送信器２が、恒星７１を周回する第１の衛星７２を周回する第２の衛星７４に配置され、受信器５が、恒星７１を周回する第３の衛星７６を周回する第４の衛星７８に配置され、複数の中継器３，４が、恒星７１と第１の衛星７２とのラグランジュ点に配置されているように、光通信システム１を構成した。したがって、光通信システム１は、恒星７１からの外乱光の影響に伴う、ビットエラーの数の増加を抑えることができる。
　なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示は、複数の受信信号を合成する信号処理装置、信号処理方法及び受信器に適している。
　本開示は、受信器を備える光通信システムに適している。
　１　光通信システム、２　送信器、３－１～３－Ｍ　中継器、４－１～４－Ｍ　中継器、５　受信器、１１　入力端子、１２　誤り訂正符号付与部、１３　信号変調部、１４　電気光変換部、１５　出力端子、２１　入力端子、２２　光電気変換部、２３　硬判定処理部、２４　信号変調部、２５　電気光変換部、２６　出力端子、３１－１～３１－Ｍ　入力端子、３２－１～３２－Ｍ　受信部、３３－１～３３－Ｍ　光電気変換部、３４－１～３４－Ｍ　同期処理部、３５　信号処理装置、３６　信号対雑音比算出部、３７－１～３７－Ｍ　ＳＮＲ算出処理部、３８　振幅調整部、３９－１～３９－Ｍ　振幅調整処理部、４０　信号合成部、４１　誤り訂正部、５１　信号対雑音比算出回路、５２　振幅調整回路、５３　信号合成回路、５４　誤り訂正回路、６１　メモリ、６２　プロセッサ、７１　恒星、７２　第１の衛星、７３　衛星軌道、７４　第２の衛星、７５　衛星軌道、７６　第３の衛星、７７　衛星軌道、７８　第４の衛星、８１～８５　ラグランジュ点。

Claims (7)

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