光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システム
【課題】本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムは、無線信号で光信号を変調する際に、従来の強度変調ではなく位相変調を用いた上で、位相変調波の上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことで受信感度を改善することとした。
【解決手段】本発明に係る光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムは、無線信号で光信号を変調する際に、従来の強度変調ではなく位相変調を用いた上で、位相変調波の上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことで受信感度を改善することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロードバンド・ユビキタスネットワークにおける光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光アクセスシステムの高速化は著しく、高速通信サービスを提供するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）システムでは、現在通信速度１Ｇｂｐｓの１ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が利用されているが、今後、更なる高速化を目指して１０Ｇｂｐｓの高速通信が可能な１０ＧＥ−ＰＯＮやそれに続く次世代ＰＯＮシステムに関する検討がＩＥＥＥやＦＳＡＮ（Ｆｕｌｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の標準化団体で活発に議論されている。一方、無線通信の分野では、従来の無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇとの下位互換性を保ちながら、実効速度１００Ｍｂｐｓ以上を実現する高速無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎや、最大３７．５Ｍｂｐｓの高速通信を実現する第３．９世代移動体通信の規格であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のサービスが利用されている。更には、将来システムとして、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒ）で検討されているＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては新周波数帯を利用した最高１Ｇｂｐｓ伝送の実現が想定されており、次世代の無線アクセスにおいても、ギガクラスの高速サービス実現への期待が高まってきている。
【０００３】
こうした中で、特に無線通信における近年の特徴として、無線端末が多くの人々に普及してきたこと、無線ＬＡＮや３Ｇなどの様々な無線通信サービスが混在していること、大容量でリアルタイム性を要求するデータのトラフィックが増加していることなどが挙げられる。これらの要求を満たすため、小規模な通信エリアをカバーするフェムトセル、電波形式を保存したまま無線信号を光ファイバで伝送するＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）技術、波長分割多重技術を用いて高速大容量通信が可能なＦＴＴＨシステムを実現するＷＤＭ−ＰＯＮ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術、空間分割多重を用いて無線伝送速度の高速化を実現するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を組み合わせることで、無線基地局の柔軟な分散配置を可能とするシステム、すなわちブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムが提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
図１にブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムの構成を示す。本システムは、ＷＤＭ−ＰＯＮアクセスネットワークにＲｏＦ技術を適用して、分散配置された無線基地局（ＢＳ：Ｒａｄｉｏ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）４００のリモートアンテナとＣＳ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）２００の間が様々な電波形式の無線サービスに対してトランスペアレントに接続された多数のフェムトセルを構成するものである（例えば、非特許文献２を参照。）。なお、図１では、ＢＳあたりのアンテナ数およびセルあたりのＭＩＭＯアンテナ数を２としているが、実際のシステムではそれらを２に限定する必要はない。本システムにより、様々な無線通信サービスが汎用的に利用できるアクセスネットワークの構築が可能となり、トラフィックやユーザの移動に対する高い柔軟性が得られ、様々な無線通信サービスが柔軟に提供されることにより、総合してギガビットクラスの大容量無線通信を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５９８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】宮本健司、西海達也、東野武史、塚本勝俊、小牧省三、田代隆義、原一貴、谷口友宏、可児淳一、吉本直人、木村秀明、岩月勝美，“ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステム−ＡＰ波長多重／セクタ・サービス時間多重実験−”，ＭＷＰ研究会，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２６，２０１０．
【非特許文献２】Ｋａｔｓｕｍｉ Ｉｗａｔｓｕｋｉ， Ｊｕｎ−ｉｃｈｉ Ｋａｎｉ， Ｈｉｒｏ Ｓｕｚｕｋｉ， Ｍａｓａｍｉｃｈｉ Ｆｕｊｉｗａｒａ， “Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷＤＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ”，ＩＥＥＥ ＪＬＴ，２２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２６２３−２６３０，２００４．
【非特許文献３】Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂ．Ｊｏｎｅｓ，Ｊｒ著、菊池和朗 訳、「光ファイバ通信システム入門」、ｐｐ．１９７−１９８、ＨＢＪ出版局
【非特許文献４】Ｔａｋｕｙａ Ｏｈａｒａ， Ｈｉｄｅｈｉｋｏ Ｔａｋａｒａ， Ｔａｋａｓｈｉ Ｙａｍａｍｏｔｏ， Ｈｉｒｏｊｉ Ｍａｓｕｄａ， Ｔｏｓｈｉｏ Ｍｏｒｉｏｋａ， Ｍａｋｏｔｏ Ａｂｅ， Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｔａｋａｈａｓｈｉ， “Ｏｖｅｒ １０００ ｃｈａｎｎｅｌ， ６．２５ ＧＨｚ−ｓｐａｃｅｄ ｕｌｔｒａ−ＤＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｍｕｌｔｉ−ｃａｒｒｉｅｒ ｓｏｕｒｃｅ”， ＯＳＡ／ＯＦＣ２００５， ２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１のブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、１つのセルに着目した場合の構成を図２に示す。この場合波長数は２（上り／下りでは波長数は４）、１つのセルを構成するＢＳ数は２、ＢＳあたりのアンテナ数は２、セルあたりのＭＩＭＯアンテナ数は２となる。本システムでは、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いて、１つのＢＳ毎に１つの波長を割り当てる方式を採用している。また、複数のＭＩＭＯ信号が１つのチャネル上に多重されており、１つのＢＳに送られる２つの隣接セルへの信号の多重、すなわちセクタ多重と異なるサービスの信号（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号）の多重、すなわちサービス多重を時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）で実現する方式を採用している。
【０００８】
図３は本システムにおけるＣＳ２００およびＢＳ４００の一般的な構成を示している。また、図４および図５は、図３における各ポイントでのタイムチャートを示している。
【０００９】
まず、ＣＳ２００において、２つの波長の光搬送波（λ１、λ２）をＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）（２０１−１，２０１−２）で発生させて波長分割多重を行う（図４のａ）。そしてＰＰＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０３と光パルス変調器２０４を用いて各々の波長に対してパルス信号を生成する（図４のｂ）。分波器２０５を用いて各波長を分波した後、それぞれの波長の信号を４分岐光カプラ２０６により目的セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、目的セルへ送信する５ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、及び隣接セルへ送信する５ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号用に分岐する（図４のｃ）。例えば、分波器２０５はＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）である。そして、分岐された信号を信号変調器２０７でＩＥＥＥ８０２．１１ｎ信号で変調する（図４のｄ）。
【００１０】
その後、隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の無線信号を乗せたパルス信号を遅延回路２０９で遅延させ、目的セルへ送信する信号と隣接セルへ送信する信号を光合波器２１０で時間領域多重し（図４のｅ）、ＴＤＭ信号とする。更に、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号を遅延回路２１１で遅延させ、光合波器２１２で時間領域多重し、ＴＤＭ信号とする。波長λ２においても同様の過程を経てλ１とλ２のＴＤＭ信号を光波長合波器２１３で合波し、伝送路５００へ送信する（図４のｆ）。例えば、光波長合波器２１３はＡＷＧである。
【００１１】
一方、ＣＳ２００からの光信号は、光フィルタ３００にて分波され、それぞれＢＳ４００−１およびＢＳ４００−２に送られる（図５のｇ）。例えば、光フィルタ３００はＡＷＧである。各ＢＳ（４００−１、４００−２）で光信号をＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）４０３で検波した後、目的セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のパルス信号をそれぞれ電気スイッチ４０４によって取り出す（図５のｈ）。その後、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）４０５によってサンプリングされた無線信号を復元し、アンテナ４０６から送信する（図５のｉ）。なお、本来は各ＢＳ（４００−１、４００−２）に更に隣接セルへ送信される２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のパルス信号を処理する電気スイッチ、ＢＰＦおよびアンテナが存在しているが、図３では省略している。
【００１２】
図３では、目的セルおよび隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯の無線信号をＬＤ２０１−１の光搬送波を分岐して各々の信号変調器２０７にて変調している構成を示しているが、目的セル及び隣接セルへの２．４ＧＨｚ帯無線信号を波長λ１の２台のＬＤを用いて変調する構成でもよい。また、パルス信号を生成する際の光パルス変調器２０４および無線信号で光信号を変調する信号変調器２０７は強度変調である。例えば、光パルス変調器２０４及び信号変調器２０７は、ＬＮ−ＭＺＭ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ−Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）やＥＡＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などの外部変調器である。
【００１３】
しかしながら、上記の構成では、コヒーレンス性の高いＬＤを用いて光領域で同一波長の時分割多重信号を生成している。図６は、一般的なＬＮ−ＭＺＭとＥＡＭの消光比を測定した結果を示しており、変調信号のＯＮ／ＯＦＦ比は、２０ｄＢ程度である。信号のＯＦＦレベルは、完全に０レベルとはならない。図３のＣＳ構成に示されるように目的セル、及び隣接セルへの２．４ＧＨｚ帯無線変調信号を同一波長で合波すれば、信号のマーク／スペースレベル間で干渉が生じることになる。このため、上記の構成では、信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉に起因するビート雑音によって受信感度が劣化することがあるという課題がある。
【００１４】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために、ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、無線信号で光信号を変調する際に、従来の強度変調ではなく位相変調を用いた上で、位相変調波の上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことで受信感度を改善することとした。
【００１６】
具体的には、本発明に係る光通信方法は、送信側において、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成し、
受信側において、前記伝送信号光を２分岐し、２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とし、２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号とし、前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力する。
【００１７】
本発明に係る送信器は、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とする送信側光分岐手段と、前記光分岐器からの前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とする位相変調手段と、前記位相変調器からのチャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成する時分割多重手段と、を備える。
【００１８】
本発明に係る受信器は、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重した伝送信号光を送信側から受信し、２分岐する受信側光分岐手段と、前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とする第１受光手段と、前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号と第２受光手段と、前記第１受光手段の前記上側帯受信信号と前記第２受光手段の前記下側帯受信信号との差分を出力する減算手段と、を備える。
【００１９】
本発明に係る光通信システムは、前記送信器と、前記受信器と、を有する。
【００２０】
送信側で無線信号を用いて光搬送波を位相変調することで、位相変調波の上側帯波と下側帯波が発生する。そして、受信側で上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことができる。
【００２１】
従って、本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することことができる。
【００２２】
本発明に係る光通信方法は、送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
受信側において、合波された前記伝送信号光を分波し、前記光搬送波の波長毎に前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る送信器は、波長の異なる複数の前記光搬送波を波長毎に分波し、前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する送信側光分波手段と、前記光搬送波の波長毎に前記時分割多重手段が生成した前記伝送信号光を合波する光合波手段と、をさらに備えることができる。
【００２４】
本発明に係る受信器は、送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、合波された前記伝送信号光を分波して前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する受信側光分波手段をさらに備えることができる。
【００２５】
本発明に係る光通信システムは、前記送信器と、前記受信器と、を有する。
【００２６】
波長多重することで信号の多重数を増加させることができ、大容量無線通信が可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムによるブロードバンド・ユビキタスネットワークを説明する図である。
【図２】波長数を２（上り／下りでは波長数は４）、ＢＳ数を２、セル当たりのＭＩＭＯアンテナ数を２とした場合のブロードバンド・ユビキタスネットワークを説明する図である。
【図３】ユビキタスアンテナシステムのＣＳ及びＢＳの構成を説明する図である。
【図４】ＣＳの各ポイントにおけるタイムチャートを示した図である。
【図５】ＢＳの各ポイントにおけるタイムチャートを示した図である。
【図６】ＬＮ−ＭＺＭとＥＡＭの消光比を測定した結果を示した図である。
【図７】ＬＮ変調器の構造を説明する図である。
【図８】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図９】光パルス間干渉の発生原理を説明する図である。
【図１０】ＦＢＧの透過帯域を説明する図である。
【図１１】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１２】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１３】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１４】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１５】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１６】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１７】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１８】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００３０】
（実施形態１）
図８は、実施形態１の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、無線信号で光信号を変調する際に位相変調を用いるＣＳ２００−１およびＢＳ４００’を有する。なお、図８では時分割多重の多重数を２としている。まず、ＣＳ２００−１において複数の波長の光搬送波をＬＤ２０１で発生させ、各々の光搬送波を、ＰＰＧ２０３と光パルス変調器２０４を用いて一括してパルス変調する。その後、分波器２０５で各波長を分波し、光分岐器２０６の光カプラで２分岐し、位相変調器２０７’においてＣｈ１とＣｈ２の無線信号でそれぞれ位相変調する。Ｃｈ１の信号のみを遅延回路２０９で遅延させ、光合波器２１０で時分割多重信号（ＴＤＭ信号）を生成する。同様に生成された他の波長のＴＤＭ信号と光波長合波器２１３で合波し、伝送路５００へ送信する。
【００３１】
位相変調器２０７’の例としては、印加電界強度に比例して光の屈折率が変化する電気光学効果を用いたＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）導波路型のＬＮ変調器がある（例えば、非特許文献３を参照。）。その構成を図７に示す。基盤表面の電極によって光導波路中に電界を生じ、ニオブ酸リチウム結晶の屈折率が変化する。屈折率の変化によって伝搬速度が変化し、伝搬遅延、すなわち位相遅延が生じる。このように、印加電圧によって位相遅延を制御することによって光の位相変調を行うことができる。
【００３２】
しかし、ＴＤＭ信号を生成する際に、図９に示すように先行パルス信号が漏れ込むことによってビート雑音の原因となるパルス間干渉（ＩＳＩ：Ｉｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が発生する。
【００３３】
そこで、ＢＳ４００’は、ＴＤＭ信号を光フィルタ３００で分波した後、受信した信号を光分岐器４０１で２分岐させる。２分岐された受信信号は、それぞれ光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）に通される。図１０は、光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）の通過帯域を説明する図である。光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）は、非特許文献４のように狭帯域なフィルタ特性を持つ。例えば、光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）は、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）である。ＢＳ４００’は、光フィルタを透過した受信信号をＰＤ４０３で検波し、減算器４０７で２つの信号の差を取る。
【００３４】
減算器４０７において、所望の無線信号は加算され、ビート雑音は相殺される。その後、電気スイッチ４０４によって所望のパルスのみを取り出し、ＢＰＦ４０５を用いてサンプリングされた無線信号を復元し、アンテナ４０６から送信する。
【００３５】
ビート雑音抑圧原理を数式で示す。光搬送波ｃ（ｔ）、無線信号Ｃｈ１のｓ１（ｔ）、無線信号Ｃｈ２のｓ２（ｔ）を以下のように表す。
【数１】
Ａｃおよびｆｃは光搬送波の振幅および周波数を示し、Ａｓ１、Ａｓ２およびｆｓ１、ｆｓ２は無線信号Ｃｈ１およびＣｈ２の振幅および周波数を示している。またθ１およびθ２は無線信号Ｃｈ１およびＣｈ２の位相を示している。
【００３６】
各無線信号で光搬送波を位相変調した時の変調波Ｃｈ１のＥ１（ｔ）および変調波Ｃｈ２のＥ２（ｔ）は以下のように表される。ただし、簡単のため、２次以降の項を省略している。
【数２】
Ｊ０およびＪ１は第１種０次ベッセル関数および第１種１次ベッセル関数である。
【００３７】
光フィルタ４０２Ａの出力の光検波出力ｉＡＳと光フィルタ（Ｂ）出力の光検波出力ｉＢＳ、およびそれらの差は以下のように表される。
【数３】
ＤはＰＤの受光感度を示す。一方で、光フィルタ４０２Ａ出力の光ビート雑音ｉＡＮと光フィルタ４０２Ｂ出力の光ビート雑音ｉＢＮ、およびそれらの差は以下のように表される。
【数４】
Ａｃ’およびＡｓ２’はパルス間干渉により漏れ込んだ先行パルス信号における光搬送波および無線信号の振幅を示している。また、φはチャネルスロット間時間Ｔに相当する位相遷移を示している。
【００３８】
以上より、光フィルタ４０２Ａおよび光フィルタ４０２Ｂの出力の光検波出力の差を取った場合にそれらは加算され、ビート雑音は以下の条件が満たされた場合に相殺される。
【数５】
なお、このことはｆｓ１とｆｓ２とが等しい場合にも成立する。
【００３９】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、ＣＳ２００−２及びＢＳ４００’を有する。ＣＳ２００−２と実施形態１のＣＳ２００−１とは、ＣＳ２００−２が波長の異なる複数のＬＤ２０１の代替として光周波数コム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０１’を適用して光搬送波を発生させる点が相違する。光搬送波発生以降は実施形態１の説明と同様である。
【００４０】
（実施形態３）
図１２は、実施形態３の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、ＣＳ２００−３及びＢＳ４００”を有する。本光通信システムは、波長多重数をＬ、セクタ多重数をＭ、サービス多重数をＮとした場合の構成である。各波長における時分割多重の多重数、すなわち無線信号チャネル数はセクタ多重数とサービス多重数の積となるためＭＮと表せる。例えば、図３の構成はＬ＝２、Ｍ＝２、Ｎ＝２に相当し、各波長における時分割多重の多重数はＭＮ＝４となっている。
【００４１】
位相変調器２０７’で光搬送波を位相変調した後、実施形態１で説明したように各変調信号を遅延回路で適宜遅延させ、時分割多重を行う。図１２以降では、遅延回路と光合波器とをまとめて時分割多重回路２２０として記載している。時分割多重以降は実施形態１の説明と同様である。
【００４２】
（実施形態４）
図１３は、セルあたりのアンテナ数を３とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳ４００”あたりのアンテナ数は６となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝６となる。図１４は、図１３のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝１２となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝１２である場合に相当する。
【００４３】
（実施形態５）
図１５は、セルあたりのアンテナ数を４とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳ４００”あたりのアンテナ数は４となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝４となる。図１６は、図１５のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝８となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝８である場合に相当する。
【００４４】
（実施形態６）
図１７は、セルあたりのアンテナ数を６とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳあたりのアンテナ数は３となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝３となる。図１８は、図１７のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝６となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝６である場合に相当する。
【００４５】
（他の実施形態）
以上の実施例では、便宜上、ＣＳ−ＢＳ間のネットワークトポロジをバス型として記述しているが、これに制限されるものではない。例えば、特許文献１に示されるようにリング構成、スター構成のトポロジーにおいても同様の効果を得ることができる。また、実施例で記述した遅延線は遅延を与えるものであれば光遅延回路でも伝送線路等でも良く、構成や材料に依らない。
【００４６】
（実施形態の効果）
以上説明した実施形態は、ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、特性劣化の原因となっているパルス間干渉を抑圧できる。
【符号の説明】
【００４７】
１００：携帯事業者コア網
２００、２００−１、２００−２、２００−３：セントラルステーション（ＣＳ）
２０１−１、２０１−２：レーザ
２０１’：光周波数コム
２０２：光合波器
２０３：ＰＰＧ
２０４：光パルス変調器
２０５：分波器
２０６：４分岐光カプラ
２０７：信号変調器
２０７’：位相変調器
２０９：遅延回路
２１０：第１光合波器
２１１：遅延回路
２１２：第２光合波器
２１３：光波長合波器
３００：波長フィルタ
４００、４００’、４００”、４００−１、４００−２：無線基地局（ＢＳ）
４０１：光分岐器
４０２Ａ、４０２Ｂ：光フィルタ
４０３：ＰＤ
４０４：電気スイッチ
４０５：ＢＰＦ
４０６：アンテナ
４０７：減算器
５００：光ファイバ、光伝送路
６００：移動端末（ＵＥ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロードバンド・ユビキタスネットワークにおける光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光アクセスシステムの高速化は著しく、高速通信サービスを提供するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）システムでは、現在通信速度１Ｇｂｐｓの１ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が利用されているが、今後、更なる高速化を目指して１０Ｇｂｐｓの高速通信が可能な１０ＧＥ−ＰＯＮやそれに続く次世代ＰＯＮシステムに関する検討がＩＥＥＥやＦＳＡＮ（Ｆｕｌｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の標準化団体で活発に議論されている。一方、無線通信の分野では、従来の無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇとの下位互換性を保ちながら、実効速度１００Ｍｂｐｓ以上を実現する高速無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎや、最大３７．５Ｍｂｐｓの高速通信を実現する第３．９世代移動体通信の規格であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のサービスが利用されている。更には、将来システムとして、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒ）で検討されているＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては新周波数帯を利用した最高１Ｇｂｐｓ伝送の実現が想定されており、次世代の無線アクセスにおいても、ギガクラスの高速サービス実現への期待が高まってきている。
【０００３】
こうした中で、特に無線通信における近年の特徴として、無線端末が多くの人々に普及してきたこと、無線ＬＡＮや３Ｇなどの様々な無線通信サービスが混在していること、大容量でリアルタイム性を要求するデータのトラフィックが増加していることなどが挙げられる。これらの要求を満たすため、小規模な通信エリアをカバーするフェムトセル、電波形式を保存したまま無線信号を光ファイバで伝送するＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）技術、波長分割多重技術を用いて高速大容量通信が可能なＦＴＴＨシステムを実現するＷＤＭ−ＰＯＮ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術、空間分割多重を用いて無線伝送速度の高速化を実現するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を組み合わせることで、無線基地局の柔軟な分散配置を可能とするシステム、すなわちブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムが提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
図１にブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムの構成を示す。本システムは、ＷＤＭ−ＰＯＮアクセスネットワークにＲｏＦ技術を適用して、分散配置された無線基地局（ＢＳ：Ｒａｄｉｏ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）４００のリモートアンテナとＣＳ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）２００の間が様々な電波形式の無線サービスに対してトランスペアレントに接続された多数のフェムトセルを構成するものである（例えば、非特許文献２を参照。）。なお、図１では、ＢＳあたりのアンテナ数およびセルあたりのＭＩＭＯアンテナ数を２としているが、実際のシステムではそれらを２に限定する必要はない。本システムにより、様々な無線通信サービスが汎用的に利用できるアクセスネットワークの構築が可能となり、トラフィックやユーザの移動に対する高い柔軟性が得られ、様々な無線通信サービスが柔軟に提供されることにより、総合してギガビットクラスの大容量無線通信を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５９８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】宮本健司、西海達也、東野武史、塚本勝俊、小牧省三、田代隆義、原一貴、谷口友宏、可児淳一、吉本直人、木村秀明、岩月勝美，“ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステム−ＡＰ波長多重／セクタ・サービス時間多重実験−”，ＭＷＰ研究会，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２６，２０１０．
【非特許文献２】Ｋａｔｓｕｍｉ Ｉｗａｔｓｕｋｉ， Ｊｕｎ−ｉｃｈｉ Ｋａｎｉ， Ｈｉｒｏ Ｓｕｚｕｋｉ， Ｍａｓａｍｉｃｈｉ Ｆｕｊｉｗａｒａ， “Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷＤＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ”，ＩＥＥＥ ＪＬＴ，２２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２６２３−２６３０，２００４．
【非特許文献３】Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂ．Ｊｏｎｅｓ，Ｊｒ著、菊池和朗 訳、「光ファイバ通信システム入門」、ｐｐ．１９７−１９８、ＨＢＪ出版局
【非特許文献４】Ｔａｋｕｙａ Ｏｈａｒａ， Ｈｉｄｅｈｉｋｏ Ｔａｋａｒａ， Ｔａｋａｓｈｉ Ｙａｍａｍｏｔｏ， Ｈｉｒｏｊｉ Ｍａｓｕｄａ， Ｔｏｓｈｉｏ Ｍｏｒｉｏｋａ， Ｍａｋｏｔｏ Ａｂｅ， Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｔａｋａｈａｓｈｉ， “Ｏｖｅｒ １０００ ｃｈａｎｎｅｌ， ６．２５ ＧＨｚ−ｓｐａｃｅｄ ｕｌｔｒａ−ＤＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｍｕｌｔｉ−ｃａｒｒｉｅｒ ｓｏｕｒｃｅ”， ＯＳＡ／ＯＦＣ２００５， ２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１のブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、１つのセルに着目した場合の構成を図２に示す。この場合波長数は２（上り／下りでは波長数は４）、１つのセルを構成するＢＳ数は２、ＢＳあたりのアンテナ数は２、セルあたりのＭＩＭＯアンテナ数は２となる。本システムでは、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いて、１つのＢＳ毎に１つの波長を割り当てる方式を採用している。また、複数のＭＩＭＯ信号が１つのチャネル上に多重されており、１つのＢＳに送られる２つの隣接セルへの信号の多重、すなわちセクタ多重と異なるサービスの信号（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号）の多重、すなわちサービス多重を時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）で実現する方式を採用している。
【０００８】
図３は本システムにおけるＣＳ２００およびＢＳ４００の一般的な構成を示している。また、図４および図５は、図３における各ポイントでのタイムチャートを示している。
【０００９】
まず、ＣＳ２００において、２つの波長の光搬送波（λ１、λ２）をＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）（２０１−１，２０１−２）で発生させて波長分割多重を行う（図４のａ）。そしてＰＰＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０３と光パルス変調器２０４を用いて各々の波長に対してパルス信号を生成する（図４のｂ）。分波器２０５を用いて各波長を分波した後、それぞれの波長の信号を４分岐光カプラ２０６により目的セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、目的セルへ送信する５ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号、及び隣接セルへ送信する５ＧＨｚ帯のＭＩＭＯ信号用に分岐する（図４のｃ）。例えば、分波器２０５はＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）である。そして、分岐された信号を信号変調器２０７でＩＥＥＥ８０２．１１ｎ信号で変調する（図４のｄ）。
【００１０】
その後、隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の無線信号を乗せたパルス信号を遅延回路２０９で遅延させ、目的セルへ送信する信号と隣接セルへ送信する信号を光合波器２１０で時間領域多重し（図４のｅ）、ＴＤＭ信号とする。更に、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号を遅延回路２１１で遅延させ、光合波器２１２で時間領域多重し、ＴＤＭ信号とする。波長λ２においても同様の過程を経てλ１とλ２のＴＤＭ信号を光波長合波器２１３で合波し、伝送路５００へ送信する（図４のｆ）。例えば、光波長合波器２１３はＡＷＧである。
【００１１】
一方、ＣＳ２００からの光信号は、光フィルタ３００にて分波され、それぞれＢＳ４００−１およびＢＳ４００−２に送られる（図５のｇ）。例えば、光フィルタ３００はＡＷＧである。各ＢＳ（４００−１、４００−２）で光信号をＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）４０３で検波した後、目的セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のパルス信号をそれぞれ電気スイッチ４０４によって取り出す（図５のｈ）。その後、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）４０５によってサンプリングされた無線信号を復元し、アンテナ４０６から送信する（図５のｉ）。なお、本来は各ＢＳ（４００−１、４００−２）に更に隣接セルへ送信される２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のパルス信号を処理する電気スイッチ、ＢＰＦおよびアンテナが存在しているが、図３では省略している。
【００１２】
図３では、目的セルおよび隣接セルへ送信する２．４ＧＨｚ帯の無線信号をＬＤ２０１−１の光搬送波を分岐して各々の信号変調器２０７にて変調している構成を示しているが、目的セル及び隣接セルへの２．４ＧＨｚ帯無線信号を波長λ１の２台のＬＤを用いて変調する構成でもよい。また、パルス信号を生成する際の光パルス変調器２０４および無線信号で光信号を変調する信号変調器２０７は強度変調である。例えば、光パルス変調器２０４及び信号変調器２０７は、ＬＮ−ＭＺＭ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ−Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）やＥＡＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などの外部変調器である。
【００１３】
しかしながら、上記の構成では、コヒーレンス性の高いＬＤを用いて光領域で同一波長の時分割多重信号を生成している。図６は、一般的なＬＮ−ＭＺＭとＥＡＭの消光比を測定した結果を示しており、変調信号のＯＮ／ＯＦＦ比は、２０ｄＢ程度である。信号のＯＦＦレベルは、完全に０レベルとはならない。図３のＣＳ構成に示されるように目的セル、及び隣接セルへの２．４ＧＨｚ帯無線変調信号を同一波長で合波すれば、信号のマーク／スペースレベル間で干渉が生じることになる。このため、上記の構成では、信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉に起因するビート雑音によって受信感度が劣化することがあるという課題がある。
【００１４】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために、ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、無線信号で光信号を変調する際に、従来の強度変調ではなく位相変調を用いた上で、位相変調波の上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことで受信感度を改善することとした。
【００１６】
具体的には、本発明に係る光通信方法は、送信側において、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成し、
受信側において、前記伝送信号光を２分岐し、２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とし、２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号とし、前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力する。
【００１７】
本発明に係る送信器は、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とする送信側光分岐手段と、前記光分岐器からの前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とする位相変調手段と、前記位相変調器からのチャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成する時分割多重手段と、を備える。
【００１８】
本発明に係る受信器は、パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重した伝送信号光を送信側から受信し、２分岐する受信側光分岐手段と、前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とする第１受光手段と、前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号と第２受光手段と、前記第１受光手段の前記上側帯受信信号と前記第２受光手段の前記下側帯受信信号との差分を出力する減算手段と、を備える。
【００１９】
本発明に係る光通信システムは、前記送信器と、前記受信器と、を有する。
【００２０】
送信側で無線信号を用いて光搬送波を位相変調することで、位相変調波の上側帯波と下側帯波が発生する。そして、受信側で上側帯波と下側帯波を利用して光パルス間干渉のみを打ち消すことができる。
【００２１】
従って、本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することことができる。
【００２２】
本発明に係る光通信方法は、送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
受信側において、合波された前記伝送信号光を分波し、前記光搬送波の波長毎に前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る送信器は、波長の異なる複数の前記光搬送波を波長毎に分波し、前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する送信側光分波手段と、前記光搬送波の波長毎に前記時分割多重手段が生成した前記伝送信号光を合波する光合波手段と、をさらに備えることができる。
【００２４】
本発明に係る受信器は、送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、合波された前記伝送信号光を分波して前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する受信側光分波手段をさらに備えることができる。
【００２５】
本発明に係る光通信システムは、前記送信器と、前記受信器と、を有する。
【００２６】
波長多重することで信号の多重数を増加させることができ、大容量無線通信が可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ユビキタスアンテナシステムを用いたブロードバンド・ユビキタスネットワークにおいて、ＥＶＭを劣化させる要因の１つである光領域での同一波長による時分割多重信号を生成するため信号のマーク／スペースレベルでのパルス間干渉を抑圧できる光通信方法、送信器、受信器、及び光通信システムを提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムによるブロードバンド・ユビキタスネットワークを説明する図である。
【図２】波長数を２（上り／下りでは波長数は４）、ＢＳ数を２、セル当たりのＭＩＭＯアンテナ数を２とした場合のブロードバンド・ユビキタスネットワークを説明する図である。
【図３】ユビキタスアンテナシステムのＣＳ及びＢＳの構成を説明する図である。
【図４】ＣＳの各ポイントにおけるタイムチャートを示した図である。
【図５】ＢＳの各ポイントにおけるタイムチャートを示した図である。
【図６】ＬＮ−ＭＺＭとＥＡＭの消光比を測定した結果を示した図である。
【図７】ＬＮ変調器の構造を説明する図である。
【図８】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図９】光パルス間干渉の発生原理を説明する図である。
【図１０】ＦＢＧの透過帯域を説明する図である。
【図１１】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１２】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１３】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１４】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１５】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１６】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【図１７】ユビキタスアンテナシステムを説明する図である。
【図１８】本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００３０】
（実施形態１）
図８は、実施形態１の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、無線信号で光信号を変調する際に位相変調を用いるＣＳ２００−１およびＢＳ４００’を有する。なお、図８では時分割多重の多重数を２としている。まず、ＣＳ２００−１において複数の波長の光搬送波をＬＤ２０１で発生させ、各々の光搬送波を、ＰＰＧ２０３と光パルス変調器２０４を用いて一括してパルス変調する。その後、分波器２０５で各波長を分波し、光分岐器２０６の光カプラで２分岐し、位相変調器２０７’においてＣｈ１とＣｈ２の無線信号でそれぞれ位相変調する。Ｃｈ１の信号のみを遅延回路２０９で遅延させ、光合波器２１０で時分割多重信号（ＴＤＭ信号）を生成する。同様に生成された他の波長のＴＤＭ信号と光波長合波器２１３で合波し、伝送路５００へ送信する。
【００３１】
位相変調器２０７’の例としては、印加電界強度に比例して光の屈折率が変化する電気光学効果を用いたＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）導波路型のＬＮ変調器がある（例えば、非特許文献３を参照。）。その構成を図７に示す。基盤表面の電極によって光導波路中に電界を生じ、ニオブ酸リチウム結晶の屈折率が変化する。屈折率の変化によって伝搬速度が変化し、伝搬遅延、すなわち位相遅延が生じる。このように、印加電圧によって位相遅延を制御することによって光の位相変調を行うことができる。
【００３２】
しかし、ＴＤＭ信号を生成する際に、図９に示すように先行パルス信号が漏れ込むことによってビート雑音の原因となるパルス間干渉（ＩＳＩ：Ｉｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が発生する。
【００３３】
そこで、ＢＳ４００’は、ＴＤＭ信号を光フィルタ３００で分波した後、受信した信号を光分岐器４０１で２分岐させる。２分岐された受信信号は、それぞれ光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）に通される。図１０は、光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）の通過帯域を説明する図である。光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）は、非特許文献４のように狭帯域なフィルタ特性を持つ。例えば、光フィルタ（４０２Ａ、４０２Ｂ）は、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）である。ＢＳ４００’は、光フィルタを透過した受信信号をＰＤ４０３で検波し、減算器４０７で２つの信号の差を取る。
【００３４】
減算器４０７において、所望の無線信号は加算され、ビート雑音は相殺される。その後、電気スイッチ４０４によって所望のパルスのみを取り出し、ＢＰＦ４０５を用いてサンプリングされた無線信号を復元し、アンテナ４０６から送信する。
【００３５】
ビート雑音抑圧原理を数式で示す。光搬送波ｃ（ｔ）、無線信号Ｃｈ１のｓ１（ｔ）、無線信号Ｃｈ２のｓ２（ｔ）を以下のように表す。
【数１】
Ａｃおよびｆｃは光搬送波の振幅および周波数を示し、Ａｓ１、Ａｓ２およびｆｓ１、ｆｓ２は無線信号Ｃｈ１およびＣｈ２の振幅および周波数を示している。またθ１およびθ２は無線信号Ｃｈ１およびＣｈ２の位相を示している。
【００３６】
各無線信号で光搬送波を位相変調した時の変調波Ｃｈ１のＥ１（ｔ）および変調波Ｃｈ２のＥ２（ｔ）は以下のように表される。ただし、簡単のため、２次以降の項を省略している。
【数２】
Ｊ０およびＪ１は第１種０次ベッセル関数および第１種１次ベッセル関数である。
【００３７】
光フィルタ４０２Ａの出力の光検波出力ｉＡＳと光フィルタ（Ｂ）出力の光検波出力ｉＢＳ、およびそれらの差は以下のように表される。
【数３】
ＤはＰＤの受光感度を示す。一方で、光フィルタ４０２Ａ出力の光ビート雑音ｉＡＮと光フィルタ４０２Ｂ出力の光ビート雑音ｉＢＮ、およびそれらの差は以下のように表される。
【数４】
Ａｃ’およびＡｓ２’はパルス間干渉により漏れ込んだ先行パルス信号における光搬送波および無線信号の振幅を示している。また、φはチャネルスロット間時間Ｔに相当する位相遷移を示している。
【００３８】
以上より、光フィルタ４０２Ａおよび光フィルタ４０２Ｂの出力の光検波出力の差を取った場合にそれらは加算され、ビート雑音は以下の条件が満たされた場合に相殺される。
【数５】
なお、このことはｆｓ１とｆｓ２とが等しい場合にも成立する。
【００３９】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、ＣＳ２００−２及びＢＳ４００’を有する。ＣＳ２００−２と実施形態１のＣＳ２００−１とは、ＣＳ２００−２が波長の異なる複数のＬＤ２０１の代替として光周波数コム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０１’を適用して光搬送波を発生させる点が相違する。光搬送波発生以降は実施形態１の説明と同様である。
【００４０】
（実施形態３）
図１２は、実施形態３の光通信システムの構成を説明する図である。本光通信システムは、ＣＳ２００−３及びＢＳ４００”を有する。本光通信システムは、波長多重数をＬ、セクタ多重数をＭ、サービス多重数をＮとした場合の構成である。各波長における時分割多重の多重数、すなわち無線信号チャネル数はセクタ多重数とサービス多重数の積となるためＭＮと表せる。例えば、図３の構成はＬ＝２、Ｍ＝２、Ｎ＝２に相当し、各波長における時分割多重の多重数はＭＮ＝４となっている。
【００４１】
位相変調器２０７’で光搬送波を位相変調した後、実施形態１で説明したように各変調信号を遅延回路で適宜遅延させ、時分割多重を行う。図１２以降では、遅延回路と光合波器とをまとめて時分割多重回路２２０として記載している。時分割多重以降は実施形態１の説明と同様である。
【００４２】
（実施形態４）
図１３は、セルあたりのアンテナ数を３とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳ４００”あたりのアンテナ数は６となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝６となる。図１４は、図１３のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝１２となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝１２である場合に相当する。
【００４３】
（実施形態５）
図１５は、セルあたりのアンテナ数を４とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳ４００”あたりのアンテナ数は４となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝４となる。図１６は、図１５のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝８となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝８である場合に相当する。
【００４４】
（実施形態６）
図１７は、セルあたりのアンテナ数を６とした場合のユビキタスアンテナシステムの構成を示している。この場合、ＢＳあたりのアンテナ数は３となり、したがってセクタ多重の多重数はＭ＝３となる。図１８は、図１７のＣＳ２００−３およびＢＳ４００”の構成を示している。波長多重数Ｌは配置するＢＳ数によって決まる。また、多重するサービスを図３の場合のようにＩＥＥＥ８０２．１１ｎの２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の信号とすると、サービス多重数はＮ＝２となり、したがって時分割多重の多重数はＭＮ＝６となる。すなわち、本実施形態は実施形態３においてＭＮ＝６である場合に相当する。
【００４５】
（他の実施形態）
以上の実施例では、便宜上、ＣＳ−ＢＳ間のネットワークトポロジをバス型として記述しているが、これに制限されるものではない。例えば、特許文献１に示されるようにリング構成、スター構成のトポロジーにおいても同様の効果を得ることができる。また、実施例で記述した遅延線は遅延を与えるものであれば光遅延回路でも伝送線路等でも良く、構成や材料に依らない。
【００４６】
（実施形態の効果）
以上説明した実施形態は、ブロードバンド光伝送を適用したユビキタスアンテナシステムにおいて、特性劣化の原因となっているパルス間干渉を抑圧できる。
【符号の説明】
【００４７】
１００：携帯事業者コア網
２００、２００−１、２００−２、２００−３：セントラルステーション（ＣＳ）
２０１−１、２０１−２：レーザ
２０１’：光周波数コム
２０２：光合波器
２０３：ＰＰＧ
２０４：光パルス変調器
２０５：分波器
２０６：４分岐光カプラ
２０７：信号変調器
２０７’：位相変調器
２０９：遅延回路
２１０：第１光合波器
２１１：遅延回路
２１２：第２光合波器
２１３：光波長合波器
３００：波長フィルタ
４００、４００’、４００”、４００−１、４００−２：無線基地局（ＢＳ）
４０１：光分岐器
４０２Ａ、４０２Ｂ：光フィルタ
４０３：ＰＤ
４０４：電気スイッチ
４０５：ＢＰＦ
４０６：アンテナ
４０７：減算器
５００：光ファイバ、光伝送路
６００：移動端末（ＵＥ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側において、
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、
前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、
チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成し、
受信側において、
前記伝送信号光を２分岐し、
２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とし、
２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号とし、
前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力する光通信方法。
【請求項２】
送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
受信側において、合波された前記伝送信号光を分波し、前記光搬送波の波長毎に前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力することを特徴とする請求項１に記載の光通信方法。
【請求項３】
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とする送信側光分岐手段と、
前記光分岐器からの前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とする位相変調手段と、
前記位相変調器からのチャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成する時分割多重手段と、
を備える送信器。
【請求項４】
波長の異なる複数の前記光搬送波を波長毎に分波し、前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する送信側光分波手段と、
前記光搬送波の波長毎に前記時分割多重手段が生成した前記伝送信号光を合波する光合波手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の送信器。
【請求項５】
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重した伝送信号光を送信側から受信し、２分岐する受信側光分岐手段と、
前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とする第１受光手段と、
前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号と第２受光手段と、
前記第１受光手段の前記上側帯受信信号と前記第２受光手段の前記下側帯受信信号との差分を出力する減算手段と、
を備える受信器。
【請求項６】
送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
合波された前記伝送信号光を分波して前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する受信側光分波手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の受信器。
【請求項７】
請求項３に記載の送信器と、請求項５に記載の受信器と、を有する光通信システム。
【請求項８】
請求項４に記載の送信器と、請求項６に記載の受信器と、を有する光通信システム。
【請求項１】
送信側において、
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、
前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、
チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成し、
受信側において、
前記伝送信号光を２分岐し、
２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とし、
２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号とし、
前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力する光通信方法。
【請求項２】
送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
受信側において、合波された前記伝送信号光を分波し、前記光搬送波の波長毎に前記上側帯受信信号と前記下側帯受信信号との差分を出力することを特徴とする請求項１に記載の光通信方法。
【請求項３】
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とする送信側光分岐手段と、
前記光分岐器からの前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とする位相変調手段と、
前記位相変調器からのチャネル毎の前記位相変調光を時分割多重して伝送信号光を生成する時分割多重手段と、
を備える送信器。
【請求項４】
波長の異なる複数の前記光搬送波を波長毎に分波し、前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する送信側光分波手段と、
前記光搬送波の波長毎に前記時分割多重手段が生成した前記伝送信号光を合波する光合波手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の送信器。
【請求項５】
パルス化したコヒーレント光の光搬送波をチャネル数分だけ分岐して分岐光とし、前記分岐光をチャネル毎に異なる周波数、もしくは同一の周波数の変調信号で位相変調して位相変調光とし、チャネル毎の前記位相変調光を時分割多重した伝送信号光を送信側から受信し、２分岐する受信側光分岐手段と、
前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と上側帯波周波数成分を受光して上側帯受信信号とする第１受光手段と、
前記受信側光分岐手段で２分岐された前記伝送信号光に含まれる前記位相変調光の光搬送波周波数成分と下側帯波周波数成分を受光して下側帯受信信号と第２受光手段と、
前記第１受光手段の前記上側帯受信信号と前記第２受光手段の前記下側帯受信信号との差分を出力する減算手段と、
を備える受信器。
【請求項６】
送信側において、波長の異なる複数の前記光搬送波を発生させ、前記光搬送波の波長毎に生成した前記伝送信号光を合波しており、
合波された前記伝送信号光を分波して前記光搬送波の波長毎に前記光分岐手段に結合する受信側光分波手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の受信器。
【請求項７】
請求項３に記載の送信器と、請求項５に記載の受信器と、を有する光通信システム。
【請求項８】
請求項４に記載の送信器と、請求項６に記載の受信器と、を有する光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−１２８６６（Ｐ２０１３−１２８６６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３７０６（Ｐ２０１１−１４３７０６）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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