(57)【要約】【課題】無線装置側設備とアンテナ側設備とを有する光電波融合のアンテナ側設備における消費電力を小さくすることができるようにする。【解決手段】無線装置側の光／電気変換部１０として、無線装置１から出力された送信信号としての電気信号が入力されて当該電気信号を光信号に変換して出力する光変調部１２と、当該光変調部１２から出力された送信信号としての光信号の光強度を増幅する光増幅器１４とを備えると共に、アンテナ側の光／電気変換部２０として、光増幅器１４と光ファイバ２Ａによって接続されて当該光ファイバ２Ａによって伝送された送信信号としての光信号を電気信号に変換する光検波器２１を備え、光変調部１２において変調された光信号の搬送波周波数成分を低減させるようにした。【選択図】図１
2015027020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線装置側設備とアンテナ側設備とを有し、前記無線装置側設備として、無線装置から出力された送信信号としての電気信号が入力されて当該電気信号を光信号に変換して出力する光変調部と、当該光変調部から出力された前記送信信号としての光信号の光強度を増幅する光増幅器とを備えると共に、前記アンテナ側設備として、前記光増幅器と光ファイバによって接続されて当該光ファイバによって伝送された前記送信信号としての光信号を電気信号に変換する光検波器を備え、前記光変調部において変調された光信号の搬送波周波数成分を低減させることを特徴とする光電波融合通信装置。
【請求項２】
前記光変調部から出射された光信号の伝搬路の波長分散が調整されることを特徴とする請求項１記載の光電波融合通信装置。
【請求項３】
前記無線装置から出力された前記送信信号としての電気信号に、前記光変調部に入力される前に、当該光変調部の非線形応答による歪みと逆の歪みが予め与えられることを特徴とする請求項１記載の光電波融合通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電波融合通信装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、光電波融合技術(ＲｏＦ：Ｒadio on Ｆiber の略)を利用した技術であり、無線装置側設備とアンテナ側設備とを有する光電波融合通信装置の光変調部に適用して好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線端末機との間で無線信号を送受信するアンテナ局を配置すると共に、無線中継局とアンテナ局との間においては無線信号を光ファイバによって伝送を行う、光電波融合技術がある。このような光電波融合技術として、具体的には例えば、通信エリア内の無線端末機に対して無線信号の送受信を行うアンテナ部と、当該アンテナ部を介して無線端末機とデータの送受信を行う無線中継部と、アンテナ部と無線中継部とを接続する光ファイバと、無線中継部と接続されてデータ伝送が行われるネットワークとを備え、無線中継部は、無線端末機へ送信する無線信号を光アナログ信号に変換してその変換した光アナログ信号を光ファイバを介してアンテナ部へ送信すると共に、光ファイバを介してアンテナ部から送出された光アナログ信号を無線信号に変換し、アンテナ部は、光ファイバを介して無線中継部から受けた光アナログ信号を無線信号に変換して無線端末機へ送信すると共に、無線端末機から受けた無線信号を光アナログ信号に変換してその変換した光アナログ信号を光ファイバを介して無線中継部へ送信する無線通信システムがある（特許文献１）。
【０００３】
一方、２地点間における無線通信技術としてマイクロ波無線通信がある。マイクロ波無線通信では、通信を行う２地点間でパラボラアンテナを対向させて見通し通信を行う構成が基本であり、アンテナ（空中線）は鉄塔などの高所に取り付けられる。また、地理的な制約で見通し通信が確保できない場合には、山頂や山腹に設置された無線中継所を経由して通信を実現する場合も多い。すなわち、マイクロ波無線通信を行うためのマイクロ波無線設備は、鉄塔などの高い建築物が必要であり、中継所は設備自体が高所に建設される。このため、マイクロ波無線設備は、落雷を受け易い設備であり、落雷による被害が発生し易い。加えて、近年では通信設備のディジタル化や汎用的な通信装置を活用したシステムの導入に伴って機器の耐電圧は低下傾向にあるため、耐雷設計による落雷被害の抑制が必要とされている。
【０００４】
雷による機器の障害の具体的な内容は、アンテナが取り付けられた鉄塔と通信装置が設置された局舎とを有する図６に示すような施設構成の場合には、鉄塔への雷の直撃によるサージ電流の大部分は鉄塔脚部を通過して鉄塔基礎へと流れ、一部が給電線（導波管）に分流される。鉄塔の接地系に流れた電流は大地電位上昇を引き起こし、局舎の接地系や配電線の遠方の接地との間に電位差を生じさせ、それらの間を接続する金属製のケーブル各種にサージ電流が生じる。また、大地電位上昇は機器の絶縁破壊を引き起こす可能性もある。局舎の床面近傍などの接地母線や鉄筋を流れるサージ電流は機器に接続される電源ケーブルや金属製の通信ケーブルへの誘導サージの原因となり、弱耐圧部分の破壊につながる。このように、サージ電流は導波管，接地線，配電線，建物の鉄骨などの多くの経路から侵入するため、障害の発生箇所は、通信設備などの装置のみでなく、電源回路や保安装置など多様な機器に及ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１５０４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ波無線設備の耐雷設計として、マイクロ波無線設備の導波管を光ファイバに置き換えることでサージ電流の主要な侵入経路のうちの一つを除去することが考えられる。すなわち、現在の設備構成では、鉄塔上部のアンテナと局舎内の通信設備とが導波管によって直接接続されているため、導波管に鉄塔への落雷のサージ電流の一部が分流される。そして、導波管は大きなサージ電流を通信装置の近傍まで運ぶ主要な経路となるため、この部分が除去可能になれば、耐雷性能の向上に有効である。既存の導波管を光ファイバに置き換えた場合のサージ電流経路の概要は図７に示すようになり、導波管からの侵入経路が除去されたことにより、局舎や通信機械室に入り込むサージ電流を低減することができるため、被害の減少を図ることが可能になる。
【０００７】
導波管を光ファイバ化する場合には、さらに、図７に示すように、光ファイバの低損失の特性とケーブルの敷設の容易さとを活用し、鉄塔と局舎との物理的な離隔を確保することも可能になる。そして、鉄塔と局舎との離隔を確保することにより、局舎における「大地電位上昇」が抑えられる効果も期待できる。また、落雷点である鉄塔の接地系と局舎の接地系とを独立させることで居舎周辺のサージ電流を抑圧することができるため、「床面近傍誘導」や「局内ケーブル誘導」も同時に低減できる効果がある。この対策は、局舎近傍への落雷を防止するものであり、設備の根本的な雷対策となり得る。
【０００８】
そして、導波管を光ファイバ化する場合には、導波管で接続している部分を光ファイバに置き換え、送受信の無線信号の伝送のために双方向通信が必要であるので、光ファイバの両端には光／電気(Ｏ／Ｅ)変換器及び電気／光(Ｅ／Ｏ)変換器を配置する構成が考えられる。なお、アンテナについては、既存のものをそのまま利用することが可能である。また、落雷点になる鉄塔側（つまり、アンテナ側）にもＯ／Ｅ変換部及びＥ／Ｏ変換部が必要になるため、この部分に落雷による障害が発生しないようにすることが重要になる。そして、Ｏ／Ｅ変換部，Ｅ／Ｏ変換部の障害の要因となるサージ電流による誘導を排除するためには、金属ケーブルが全く使用されない構成とすることが望ましい。そこで、機器の電源線については電気絶縁を確保することを実現するため、光ファイバを用いた光給電を採用することが考えられる。この手法以外にも電気絶縁が可能な電源供給の手法として、太陽光発電と蓄電池とを併用する構成やワイヤレス給電技術なども候補として挙げられる。以上のような構成を適用することで、アンテナ側のＯ／Ｅ変換部及びＥ／Ｏ変換部には金属ケーブルの接続が無くなり、電気絶縁を確保することができる。また、内部の回路を鉄塔と等電位にすることができるため、落雷時もデバイスの端子間に電位差が生じ難くなると考えられる。
【０００９】
ここで、導波管で接続している部分を光ファイバに置き換えて光ファイバの両端にＯ／Ｅ変換器及びＥ／Ｏ変換器を配置し、また、アンテナ型の機器の電源線として金属ケーブルを使用しないようにするために光ファイバを用いた光給電などを行うという上述の構成の場合には、鉄塔上部に取り付けられるアンテナ側の送信側回路について増幅器のみでアンテナへの電気信号出力（無線出力）の大きさを確保しようとすると、増幅器の電源として光給電設備が多数必要になったり、大規模な太陽光発電設備が必要になったりなどする。
【００１０】
具体的には、６．５ＧＨｚ帯及び７．５ＧＨｚ帯で用いられている公共・電気通信業務用等の固定局（放送事業用固定局を除く）でのマイクロ波無線通信で用いられる空中線電力は、距離や経路条件などで異なり、１ ｍＷ 以下から２Ｗのものまで様々な出力で運用されているが、多くは数百 ｍＷ 程度である（総務省，“電波利用ホームページ”，http://www.tele.soumu.go.jp/j/musen/index.htm）。また、送信出力の上限は２ Ｗ と定められている。したがって、マイクロ波無線通信で言えば、送信信号の出力は、多くが数百 ｍＷ であり、最大が２ Ｗ である。ここで、光検波器(フォトダイオード)からの出力を例えば数 ｍＷ とすると共に、直流電源から無線信号への電力の変換効率を例えば１０％程度とすると、数百 ｍＷ 〜２ Ｗ の送信出力を増幅器のみによって得るためには消費電力が数10 Ｗ オーダになる。よって、光ファイバ給電装置の電力供給能力を０．５〜１ Ｗ／台 とすると、数10 Ｗ の電力を供給するためには数十台の給電装置を並列化する必要がある。
【００１１】
しかしながら、光給電設備を多数設けたり大規模な太陽光発電設備を設けたりするとアンテナ側設備が大型化してしまい、大型の設備を鉄塔に設けるために高コスト化してしまうという問題がある。このため、アンテナ側設備において必要とされる光給電設備量を抑制するためにアンテナ側設備(回路)の消費電力を小さくしなければならないという課題がある。
【００１２】
なお、上述では、マイクロ波無線設備のアンテナ側の送信側回路を例に挙げて消費電力を小さくする必要性を説明したが、送信側回路の消費電力を小さくするという課題は、上述の具体例に限られるものではなく、光電波融合が利用される個々の条件に基づいて一般的に生じ得る課題である。
【００１３】
そこで、本発明は、無線装置側設備とアンテナ側設備とを有する光電波融合のアンテナ側設備における消費電力を小さくすることができる光電波融合通信装置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】
【００１４】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の光電波融合通信装置は、無線装置側設備とアンテナ側設備とを有し、無線装置側設備として、無線装置から出力された送信信号としての電気信号が入力されて当該電気信号を光信号に変換して出力する光変調部と、当該光変調部から出力された送信信号としての光信号の光強度を増幅する光増幅器とを備えると共に、アンテナ側設備として、光増幅器と光ファイバによって接続されて当該光ファイバによって伝送された送信信号としての光信号を電気信号に変換する光検波器を備え、光変調部において変調された光信号の搬送波周波数成分を低減させるようにしている。
【００１５】
したがって、この光電波融合通信装置によると、無線装置側設備から伝送される送信信号としての光が、光変調部によって搬送波としての入力光の搬送波周波数成分が低減させられて光変調度が上げられ、さらに、光増幅器によって増幅されるようにしているので、無線装置側設備において光の光変調度が高められると共に高強度にされた上でアンテナ側設備に伝送される。
【００１６】
なお、本発明は、光電波融合のうち特に無線周波数（具体的には、周波数６．５〜１８ＧＨｚ程度）での光電波融合を想定する。
【００１７】
また、本発明の光電波融合通信装置は、光変調部から出射された光信号の伝搬路の波長分散が調整されるようにしても良い。この場合には、光変調部としての例えば光多値変調器やＥ／Ｏ変換器での出力は通常は初期チャープの影響があるためにアンテナ側設備において変換された後の電気信号（無線信号）の出力強度が低下してしまうが、波長分散の調整をすることにより、電気信号（無線信号）の出力強度が改善される。
【００１８】
また、本発明の光電波融合通信装置は、無線装置から出力された送信信号としての電気信号に、光変調部に入力される前に、当該光変調部の非線形応答による歪みと逆の歪みを予め与えることで、トータルでの歪を抑制するプレディストーション技術を適用するようにしても良い。この場合には、デバイスの非線形応答に起因する歪み成分の増加による信号品質の劣化が回避される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光電波融合通信装置によれば、無線装置側設備において光を高い変調の光信号にした上でアンテナ側設備に伝送することができ、アンテナに対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するためのアンテナ側設備における消費電力を抑制することが可能になる。したがって、アンテナに対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するために必要とされる電力が光電変換や小規模の太陽光発電によって生成される電力のみによって賄うことができるようになり、アンテナ側設備を小規模化することが可能になる。これにより、アンテナ側設備として必要とされる設置スペースを小さくすることができるので、例えば鉄塔の上部への設置も可能・容易になり、コストを抑制したり、設置スペースの制約が緩和されて汎用性を向上させたりすることが可能になる。
【００２０】
また、本発明の光電波融合通信装置は、光信号の伝搬路の波長分散を調整するようにしても良く、この場合には、アンテナ側設備において変換された後の電気信号（無線信号）の出力強度の低減を回避して電気信号（無線信号）の出力強度を改善することができるので、アンテナに対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するためのアンテナ側設備における消費電力を更に抑制することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の光電波融合通信装置は、光変調部の非線形応答による歪みと逆の歪みが電気信号に予め与えられるようにしても良く、この場合には、デバイスの非線形応答に起因する歪み成分の増加による信号品質の劣化を回避することができるので、高い変調度を得ながら信号の歪みを抑制して良好な信号品質を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光電波融合通信装置の実施形態を説明する構成図である
【図２】搬送波を低減させる各種方法による搬送波並びに上側波帯及び下側波帯の低減のイメージを説明する図である。（Ａ）は光ＤＳＢ変調の場合の図である。（Ｂ）は光ＶＳＢ変調の場合の図である。（Ｃ）は光ＳＳＢ変調の場合の図である。
【図３】実施形態の光変調器の構成を説明する図であり、光ＤＳＢ変調を行う場合の構成を説明する図である。
【図４】実施形態の光変調器の構成を説明する図であり、光ＳＳＢ変調を行う場合の構成を説明する図である。
【図５】光変調において入力される電圧を説明する図である。
【図６】マイクロ波無線通信施設（鉄塔，局舎）における落雷に伴うサージ電流経路と被害との概要を説明する図である。
【図７】マイクロ波無線通信施設（鉄塔，局舎）における導波管を光ファイバに置き換えた場合のサージ電流経路の概要を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１から図５に、本発明の光電波融合通信装置の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、図６に挙げた例と同様に、局舎と鉄塔とを有する施設構成を例に挙げて説明する。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、大きくは、局舎内に設置された無線装置側の光／電気変換部１０と鉄塔上部に設置されたアンテナ側の光／電気変換部２０とが設けられ、二つの光／電気変換部１０，２０の間に光ファイバが敷設される。図１において、符号１は局舎内の無線装置を表し、符号３は鉄塔に取り付けられたアンテナを表す。
【００２６】
そして、光電波融合設備として、局舎（無線装置側構成）と鉄塔（アンテナ側構成）とに跨がって、無線装置からアンテナ３に対して送信信号を送るための送信側回路Ａと、アンテナ３から無線装置に対して受信信号を送るための受信側回路Ｂと、局舎からアンテナ３側の構成に対して電力を供給するための光ファイバ給電回路Ｃとが備えられる。ここで、本発明は、送信側回路Ａに関するものであり、また、受信側回路Ｂの構成が特定の構成に限定されるものではなく、更に言えば受信側回路Ｂが必要でない場合には受信側回路Ｂを有していなくても良いので、受信側回路Ｂの構成の詳細については省略する。
【００２７】
局舎内の無線装置側の光／電気変換部１０は、送信側回路Ａとして、無線装置１からの送信信号（電気信号）が入力されるサーキュレータ１１と、当該サーキュレータ１１から出力された送信信号（電気信号）が入力される光変調部１２と、当該光変調部１２から出射された送信信号（光信号）が入射される波長分散制御部１３と、当該波長分散制御部１３から出射された送信信号（光信号）が入射される光増幅器１４とを備える。
【００２８】
一方、鉄塔上部のアンテナ側の光／電気変換部２０は、送信側回路Ａとして、無線装置側の光／電気変換部１０から出射された送信信号（光信号）が入射される光検波器２１と、当該光検波器２１から出力された送信信号（電気信号）が入力されると共にアンテナ３に対して当該送信信号（電気信号）を出力するサーキュレータ２３とを備える。
【００２９】
また、無線装置側の光／電気変換部１０の光増幅器１４とアンテナ側の光／電気変換部２０の光検波器２１とは光ファイバ２Ａで接続され、当該光ファイバ２Ａによって無線装置側の光／電気変換部１０からアンテナ側の光／電気変換部２０に対して送信信号（光信号）が伝送される。
【００３０】
無線装置側の光／電気変換部１０は、電源部１５を有し、光変調部１２，波長分散制御部１３，光増幅器１４に対して直接電力を供給する。
【００３１】
一方、電源部１５の電力をアンテナ側の光／電気変換部２０に対して供給するための光ファイバ給電回路Ｃとして、無線装置側の光／電気変換部１０は電源部１５から電力が供給される光給電送信部１６を有し、アンテナ側の光／電気変換部２０は光給電受信部２４を有し、これら光給電送信部１６と光給電受信部２４とが光ファイバ２Ｃで接続される。
【００３２】
光ファイバ給電回路Ｃにより、電源部１５から電力の供給を受けた光給電送信部１６から光ファイバ２Ｃを介して光給電受信部２４に対して電源用高出力光が送出され、光給電受信部２４において受光された光が電力に変換される。そして、光給電受信部２４において光電変換された電力がアンテナ側の光／電気変換部２０の電源回路２２に供給され、当該電源回路２２から光検波器２１に電力が供給される。なお、光給電送信部１６は、光源であり、具体的には例えば半導体レーザ光を出射するレーザ光源である。また、光給電受信部２４は具体的には例えば光電変換素子である。
【００３３】
なお、送信側回路Ａとしての光ファイバ２Ａと光ファイバ給電回路Ｃとしての光ファイバ２Ｃとは一本の光ファイバによって構成されるようにしても良い。さらに言えば、受信側回路Ｂにおいてアンテナ側の光／電気変換部２０から無線装置側の光／電気変換部１０に伝送される受信信号としての光信号も多重するようにしても良い。
【００３４】
なお、本発明における無線装置１は、具体的には例えば公共・電気通信業務用等で固定業務の無線局に使用されているマイクロ波無線装置である。
【００３５】
また、本発明におけるアンテナ３としては、これまでの無線通信において用いられてきたアンテナを用いることができ、具体的には無線電波を受信して当該電波の電界強度に対応する電気信号を出力すると共に入力された電気信号に対応する電界強度の電波を送信するものであれば特定のものに限られない。
【００３６】
また、受信側回路Ｂに関するものであり図示していないが、アンテナ３で受信された電気信号のうちの所定の電気信号（具体的には、無線通信を行う周波数帯の電気信号）のみを通過させるように、必要に応じ、アンテナ３とサーキュレータ２３との間、若しくは、サーキュレータ２３の後段（即ち、出力側）にフィルタが設けられる。
【００３７】
そして、本実施形態の光電波融合通信装置は、無線装置側設備としての無線装置側の光／電気変換部１０とアンテナ側設備としてのアンテナ側の光／電気変換部２０とを有し、無線装置側の光／電気変換部１０として、無線装置１から出力された送信信号としての電気信号が入力されて当該電気信号を光信号に変換して出力する光変調部１２と、当該光変調部１２から出力された送信信号としての光信号の光強度を増幅する光増幅器１４と、電源部１５と、当該電源部１５から電力が供給されて光を出射する光給電送信部１６とを備えると共に、アンテナ側の光／電気変換部２０として、光増幅器１４と光ファイバ２Ａによって接続されて当該光ファイバ２Ａによって伝送された送信信号としての光信号を電気信号に変換する光検波器２１と、光給電送信部１６と光ファイバ２Ａによって接続されて光給電送信部１６から出射された光を光電変換して光検波器２１に電力を供給する光給電受信部２４とを備え、光変調部１２において変調された光信号の搬送波周波数成分を低減させるようにしている。
【００３８】
無線装置１から出力された送信信号（電気信号）は、サーキュレータ１１を介して光変調部１２に入力される。
【００３９】
光変調部１２は、電気信号を光信号に変換するものであり、具体的には、入射された光（入力光：光搬送波）の強度を、入力された電気信号の電界強度に応じて変調して光変調波として出射するものである。そして、本発明では、この光変調部１２によって搬送波としての入力光の搬送波周波数成分が低減させられて光変調度が上げられる。なお、図１では個別に図示はしていないが、光変調部１２は、例えば半導体レーザの光源を備える。
【００４０】
ここで、本発明における、光の搬送波周波数成分を低減して光変調度を上げる方法としては、大きく分けると、二つのマッハ−ツェンダ干渉計を並列にした光変調器であるデュアルパラレル変調器などのマッハ−ツェンダ干渉計型の光変調器を用いて搬送波周波数成分を低減させる方法と、変調された光信号に対して光フィルタを用いて搬送波周波数成分を低減させる方法とが採用され得る。
【００４１】
そして、本発明の光変調部１２は、デュアルパラレル変調器を用いて搬送波周波数成分を低減させる場合には光変調器によって構成され、光フィルタを用いて搬送波周波数成分を低減させる場合には光変調器と光フィルタとによって構成される。
【００４２】
デュアルパラレル変調器を用いて搬送波周波数成分を低減させる方法としては、具体的には、図２(Ａ)に示すように搬送波周波数成分（波長λC）を低減させて上側波帯（波長λU）及び下側波帯（波長λL）を伝送する方式（以下、光ＤＳＢ(Ｄouble Ｓide Ｂand の略：両側波帯)変調）と、同図(Ｃ)に示すように搬送波周波数成分を低減させると共に上側波帯と下側波帯とのうちのどちらか一方を除去（同図(Ｃ)の例では上側波帯を除去）して伝送する方式（以下、光ＳＳＢ(Ｓingle Ｓide Ｂand の略：単側波帯)変調）とが挙げられる。
【００４３】
光フィルタを用いて搬送波周波数成分を低減させる方法としては、具体的には、光ＤＳＢ変調（図２(Ａ)）と、同図(Ｂ)に示すように搬送波周波数成分を低減させると共に上側波帯と下側波帯とのうちのどちらか一方も低減（同図(Ｂ)の例では上側波帯を低減）させて伝送する方式（以下、光ＶＳＢ(Ｖestigial Ｓide Ｂand の略：残留側波帯)変調）と、光ＳＳＢ変調（同図(Ｃ)）とが挙げられる。
【００４４】
本発明の光変調部１２として用いられ得るデュアルパラレル変調器は、図３に示すように、一つの光導波路１２Ｅから光搬送波として入射されたレーザ光（入力光）が分波されて二つの光導波路１２Ａと１２Ｂとにそれぞれ導かれ、さらに、光導波路１２Ａに導かれた光が分波されて二つの光導波路１２Ａaと１２Ａbとにそれぞれ導かれてからこれら二つの光が合波されて光導波路１２Ｃに導かれると共に、光導波路１２Ｂに導かれた光が分波されて二つの光導波路１２Ｂaと１２Ｂbとにそれぞれ導かれてからこれら二つの光が合波されて光導波路１２Ｄに導かれ、さらに、光導波路１２Ｃに導かれた光と光導波路１２Ｄに導かれた光とが合波されて一つの光導波路１２Ｆに導かれて光変調波として出射される。
【００４５】
そして、光変調部１２としての光変調器は、光導波路１２Ａaと１２Ａbとに対して電界を印加するための電極１２ｘ，光導波路１２Ｂaと１２Ｂbとに対して電界を印加するための電極１２ｙ，光導波路１２Ｃと１２Ｄとに対して電界を印加するための電極１２ｚを備える。
【００４６】
なお、一本の光導波路から入射された入力光を分波して二股に分岐した二本の光導波路に導いた上で位相変調を加えた後に再び合波（干渉合成）して出射することにより、加えられた位相変調を出力光の強度変調に変換する仕組みは、マッハ−ツェンダ(Ｍach−Ｚehnder)型光変調器として知られている。本発明の光変調部１２としての光変調器は、このマッハ−ツェンダ型光変調器の構造を重畳させることによって実現され得る。なお、各分波比は例えば等分に設定される。
【００４７】
本発明では、図３に示す構造を有する光変調部１２において、光導波路１２Ａaと１２Ａbとに電界を印加する電極１２ｘがサーキュレータ１１と電気的に接続される。
【００４８】
そして、光導波路１２Ａaと１２Ａbとに電界を印加する電極１２ｘに、無線装置１から出力された送信信号（電気信号）の電界強度による電圧ｆRFに加えて直流バイアス電圧ＤＣ1が印加される。また、光導波路１２Ｂaと１２Ｂbとに電界を印加する電極１２ｙに、強度調整のための直流バイアス電圧ＤＣ2が印加される。さらに、光導波路１２Ｃと１２Ｄとに電界を印加する電極１２ｚに、搬送波周波数成分が打ち消し合うように位相調整を行うための直流バイアス電圧ＤＣ3が印加される。これにより、搬送波周波数成分（波長λC）を低減させて上側波帯（波長λU）及び下側波帯（波長λL）を伝送する光ＤＳＢ変調が行われる（図３）。
【００４９】
なお、図３中の「ｆRF＋ＤＣ1」や図４中の「ｆRF1＋ＤＣ1」及び「ｆRF2＋ＤＣ2」は、図５に示すように、０ Ｖ を基準に正負に電圧が変化する交流成分(ｆRF)を直流成分でプラス側又はマイナス側に直流バイアス電圧ＤＣの電圧分シフトさせて入力することを意味する。また、デュアルパラレル変調器によっては、交流成分と直流成分との入力が分離され独立して入力可能となっているものもある。その場合には、直流成分と交流成分とを足し合わせることなく、個々に入力することとなる。
【００５０】
ここで、直流バイアス電圧ＤＣ1，ＤＣ3の電圧は、個々に最適な位相差を与える固定の電圧値に設定され、また、送信信号（電気信号）の電界強度による電圧ｆRFは、非線形歪が問題にならない範囲で最大になるようにして調整される。すなわち、これらは独立に調整することができ、設定値は他の値に影響を与えない。一方、直流バイアス電圧ＤＣ2については、送信信号（電気信号）での変調を行う上段のマッハ−ツェンダ干渉計の部分（即ち、光導波路１２Ａから光導波路１２Ｃまでの部分）での変調度ｍにより、とり得る範囲に制限が生じる。直流バイアス電圧ＤＣ1，ＤＣ2，ＤＣ3は具体的には以下の考え方によって調整される。
【００５１】
光導波路１２Ａから光導波路１２Ｃまでの部分のマッハ−ツェンダ干渉計部のみに注目すると、この部分は通常のマッハ−ツェンダ型の光変調器と同一の動作を行う部分である。すなわち、電極１２ｘに対して出力光強度が５０％になる電圧を直流バイアス電圧ＤＣ1として与え、さらに、無線信号ｆRFを入力し、光を変調する。このときの光導波路１２Ｃの位置では光搬送波が変調度を変調度ｍで変調された信号が出力される。無線信号ｆRFの入力強度が大きくなるにつれて変調度ｍは大きくすることが可能であるが、無線信号ｆRFの入力が大きくなるにつれて変調特性が非線形の部分を用いることになって信号が歪むため、変調度ｍには制限が生じる。
【００５２】
そして、光導波路１２Ｂから光導波路１２Ｄまでの部分のマッハ−ツェンダ干渉計部のみに注目すると、直流バイアス電圧ＤＣ2を調整することで光の出力強度を変化させることができる。つまり、この部分は入力光搬送波の透過割合を変化させる光可変減衰器と同等の動作を行う。光導波路１２Ｄでの出力光強度Ｙ ｍＷ は、光導波路１２Ｃの光強度をＸ ｍＷ とすると、０＜Ｙ＜(１−ｍ)Ｘ の間で調節可能である。
【００５３】
また、直流バイアス電圧ＤＣ3は、光導波路１２Ｃと光導波路１２Ｄとの搬送波周波数成分が合波されて光導波路１２Ｆに出力される際に互いに打ち消し合う動作を行うため、光信号に位相差πを与える電圧に設定される。
【００５４】
また、光変調器を用いて搬送波周波数成分を低減させる場合の他の例として、図４に示すように、無線装置１から出力された送信信号（電気信号）の電界強度による電圧ｆRF1に加えて直流バイアス電圧ＤＣ1を電極１２ｘに印加すると共に、無線装置１から出力された送信信号（電気信号）の電界強度による電圧ｆRF2に加えて直流バイアス電圧ＤＣ2を電極１２ｙに印加し、そして、搬送波周波数成分が打ち消し合うように位相調整を行うための直流バイアス電圧ＤＣ3を電極１２ｚに印加することにより、搬送波周波数成分を低減させると共に上側波帯と下側波帯とのうちのどちらか一方を除去（図４の例では下側波帯を除去）して伝送する光ＳＳＢ変調を行うことも考えられる。
【００５５】
この場合は、電圧ｆRF2を電圧ｆRF1の位相を−π／２シフトさせたものとし、直流バイアス電圧ＤＣ3を光導波路１２Ａから１２Ｃへの経路と光導波路１２Ｂから１２Ｄへの経路より構成される主となるマッハ−ツェンダ干渉計）の半波長電圧の１／２という条件で、ＤＣ1＝ＤＣ2とし、ＤＣ1の電圧を変化させると搬送波の強度が調整される。
【００５６】
なお、図４に示す構造を有する光変調部１２としての光変調器では、光導波路１２Ａaと１２Ａbとに電界を印加する電極１２ｘがサーキュレータ１１と電気的に接続されると共に、光導波路１２Ｂaと１２Ｂbとに電界を印加する電極１２ｙがサーキュレータ１１と電気的に接続される。
【００５７】
ここで、図３に示すデュアルパラレル変調器を用いて光ＤＳＢ変調を行う場合には無線装置１から出力された送信信号（電気信号）の入力が一つのみで良いのに対し、図４に示すデュアルパラレル変調器を用いて光ＳＳＢ変調を行う場合には無線装置１から出力された送信信号（電気信号）の入力が二つ必要であると共にそれらの間の位相調整も必要であるので、図３に示すデュアルパラレル変調器を用いて光ＤＳＢ変調を行う場合の方が装置構成が簡易であってコストを低廉にすることができると共に装置を小型にすることができるという利点がある。
【００５８】
各電極１２ｘ，１２ｙ，１２ｚに電圧が印加されることにより、光導波路１２Ａaと１２Ａbとの組み合わせ、また、光導波路１２Ｂaと１２Ｂbとの組み合わせ、また、光導波路１２Ｃと１２Ｄとの組み合わせのそれぞれに対して電界が印加される。そして、電界が各光導波路に印加されることにより、各光導波路において電気光学効果による屈折率変化が生じ、各光導波路を伝搬するレーザ光に位相シフトが生じる。その結果、レーザ光が各光導波路の合波部分において干渉し、レーザ光の強度が変調される。なお、このような、電気信号によって位相差を生じさせて干渉による透過光強度を変化させる仕組みがマッハ−ツェンダ型光変調器の仕組みであり、本発明の光変調部１２としての光変調器は従来のマッハ−ツェンダ型光変調器を二つ並列化させて所定の電圧を印加するようにしている。
【００５９】
なお、光変調度を高めることにより、光検波器２１において、同じ強度の光入力であっても、電気信号の出力（無線出力）は光変調度の二乗に比例するので、電気信号の出力を大きくすることができる。そして、光変調度の違いによる電気信号の出力の大きさの違いによっては光検波器２１の消費電力は変化しないので、光変調度を高めることによって電気信号の出力を大きくしてもアンテナ側の光／電気変換部２０の消費電力は増加しない。
【００６０】
光変調部１２によって変調されて光導波路１２Ｆから出射された光信号は、必要に応じ、具体的には光変調部１２において光ＤＳＢ変調を行った場合などに、波長分散が調整される。具体的には、光検波器２１において検波される電気信号の出力が最大になるように、波長分散が調整される。なお、波長分散の変化は光検波器２１の消費電力に影響を与えないので、波長分散を調整することによって電気信号の出力を大きくしてもアンテナ側の光／電気変換部２０の消費電力は増加しない。
【００６１】
波長分散を調整する方法や機器（波長分散制御部１３）は、特定の仕組みやものに限定されるものではなく、具体的には例えば分散補償光ファイバをコイル胴に巻き付けて光ファイバ伝送路の波長分散を補償するもの（特開平１０−３１１２０号参照）や、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）や、Ｖirtually Ｉmaged Ｐhased Ａrray（ＶＩＰＡ）などが用いられ得る。
【００６２】
光変調部１２としての光変調器やＥ／Ｏ変換器での出力は通常は初期チャープの影響があるためにアンテナ側の光／電気変換部２０において変換された後の無線信号（電気信号）の出力強度が低下してしまうが、波長分散を調整して波長分散補償を行うことによって無線信号（電気信号）の出力強度を改善することが可能になる。
【００６３】
なお、図１に示す例では光変調部１２の直ぐ後段に波長分散制御部１３を設けるようにしているが、波長分散制御部１３の位置（言い換えると、波長分散制御を行う位置）はこれに限られるものではなく、光変調部１２と光検波器２１との間であればどこでも良い。
【００６４】
波長分散の調整が行われた後の光信号（言い換えると、波長分散制御部１３から出射された光信号）は、光増幅器１４に入射される（ただし、上述したように、波長分散制御部１３の位置によっては、光変調部１２から出射された光信号がそのまま光増幅器１４に入射される構成もあり得る）。光増幅器１４は、入射された光を増幅して出射する。光増幅器１４は、入射された光に対して増幅作用を発揮し得るもの（言い換えると、使用する光の波長帯において利得があって増幅器として利用できるもの）であれば、特定の仕組みやものに限定されるものではない。
【００６５】
光増幅器１４から出射された光信号は、局舎内の無線装置側の光／電気変換部１０と鉄塔上部のアンテナ側の光／電気変換部２０との間に敷設された光ファイバ２Ａによって伝送され、アンテナ側の光／電気変換部２０の光検波器２１に入射される。
【００６６】
光検波器２１は、無線装置側の光／電気変換部１０から伝送された送信信号としての光信号を電気信号に変換し、この送信信号としての電気信号をサーキュレータ２３を介してアンテナ３に出力する。光検波器２１としては、具体的には例えばフォトダイオードが用いられ得る。
【００６７】
なお、本発明では、無線装置側の光／電気変換部１０から伝送された送信信号としての光は、光変調部１２によって搬送波としての入力光の搬送波周波数成分が低減させられて光変調度が上げられ、さらに、光増幅器１４によって増幅されている。したがって、高強度の光入力に対応し得る光検波器２１を用いることで高いレベルの無線信号を得ることが可能になる。具体的には例えば、高マイクロ波(ＲＦ)出力の裏面入射型フォトダイオード(ＰＤ)が用いられ得る（板倉成孝 他：高ＲＦ出力同軸型ＰＤモジュール，電子情報通信学会ソサイエティ大会論文集，Ｃ−１４−９，p.２２９，２０１０年）。
【００６８】
ここで、光検波器（フォトダイオード）の消費電力（バイアス電流）は入力光の強度に比例する一方で、光検波器からの電気信号出力（無線出力）は入力光の強度の二乗に比例する。すなわち、光検波器に対して高強度の光入力にすると消費電力のうち無線信号に変換される効率が改善される。つまり、本発明の構成のように無線装置側の光／電気変換部１０において光を高強度にした上でアンテナ側の光／電気変換部２０の光検波器２１に伝送するようにすることにより、アンテナに対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するためのアンテナ側の光／電気変換部２０における消費電力を抑制することができる。
【００６９】
そして、アンテナ３は、サーキュレータ２３から入力された送信信号としての電気信号に対応する電界強度の電波を送信する。
【００７０】
以上のように構成された本発明の光電波融合通信装置によれば、無線装置側の光／電気変換部１０から伝送された送信信号としての光が、光変調部１２によって搬送波としての入力光の搬送波周波数成分が低減させられて光変調度が上げられ、さらに、光増幅器１４によって増幅されるようにしているので、光検波器２１に入射される光の光変調度を高めると共に強度を高めることによって光検波器２１からの送信信号としての電気信号の出力を大きくすることができる。このため、アンテナ側の光／電気変換部２０では小規模（少数）の光給電受信部２４によって十分な強度（例えば数百 ｍＷ）の電気信号出力（無線出力）を得ることができる。しかも、アンテナ側の光／電気変換部２０では、増幅器を用いない構成にすることができる。
【００７１】
電気信号出力（無線出力）について、具体的には、光変調部１２において光変調度を例えば１０％台から５０％程度まで高めることによって光検波器２１からの送信信号としての電気信号の出力を１０倍程度にすることが期待される。また、波長分散制御部１３によって波長分散を補償することにより、例えばチャープパラメータが１である光変調器・Ｅ／Ｏ変換器を用いる場合には光検波器２１からの送信信号としての電気信号の出力を２倍程度にすることが期待される。その一方で、光検波器の消費電力（バイアス電流）は入力光の強度に比例するのに対して光検波器からの電気信号出力（無線出力）は入力光の強度の二乗に比例するので、高い電気信号出力（無線出力）を実現しながらもアンテナ側の光／電気変換部２０における消費電力は抑制される。
【００７２】
そして、本発明の光電波融合通信装置によれば、無線装置側の光／電気変換部１０から伝送される送信信号としての光が、光変調部１２によって搬送波としての入力光の搬送波周波数成分が低減させられて光変調度が上げられ、さらに、光増幅器１４によって増幅されるようにしているので、無線装置側の光／電気変換部１０において光の光変調度が高められると共に高強度にされた上でアンテナ側の光／電気変換部２０に伝送することができる。このため、アンテナ３に対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するためのアンテナ側の光／電気変換部２０における消費電力を抑制することが可能になり、アンテナ３に対する十分な電気信号出力（無線出力）を確保するために必要とされる電力が小規模（少数）の光電変換によって生成される電力のみによって賄うことができるようになり、アンテナ側の光／電気変換部２０を小規模化することが可能になる。
【００７３】
なお、上述の形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の具体的な実施形態が上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では無線装置１から出力された送信信号（電気信号）をそのまま光変調部１２に入力するようにしている。しかしながら、光変調部１２としての光変調器やＥ／Ｏ変換器への無線信号の入力レベルを上げると変調度は上がるものの光変調器やＥ／Ｏ変換器の非線形応答によって歪み成分が増えて信号品質が劣化してしまうという問題がある。このため、非線形応答をするデバイス（ここでは、光変調器若しくはＥ／Ｏ変換器）の逆の歪みを予め与えるプレディストーションを用いて高い変調度を得ながら信号の歪みを抑制して良好な信号品質を確保するようにしても良い（例えば、財団法人電力中央研究所：電力中央研究所報告  ディジタル信号処理による光電波融合通信の伝送特性改善手法（その２），研究報告Ｒ０５０２２，平成１８年６月）。この場合、具体的には、無線装置１と光変調部１２との間にプレディストーション部を設け、これにより、光変調部１２としての光変調器やＥ／Ｏ変換器の非線形応答による歪みを補償するように、予め把握しておいたデバイスの非線形応答による歪みと逆の歪みを与えるようにする。
【００７４】
また、上述の実施形態では光ファイバ給電回路Ｃとして無線装置側の光／電気変換部１０が電源部１５と光給電送信部１６とを有すると共にアンテナ側の光／電気変換部２０が光給電受信部２４を有するようにしているが、これらの設備構成は本発明において必須の要件ではなく、言い換えると光ファイバ給電回路Ｃを有することは本発明において必須の要件ではなく、アンテナ側の光／電気変換部２０が、電池を有したり、例えば太陽光や風力などの自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電設備及び蓄電池を有したりするようにしても良い。このような場合には、本発明によればアンテナ側の光／電気変換部２０における消費電力を小さくすることができるので、アンテナ側の光／電気変換部２０の消費電力を、電池の電力で十分に賄えるようにしてアンテナ側設備を独立して駆動させたり、自然エネルギー利用の発電で得られる電力で十分に賄えるようにしてアンテナ側設備を自立させて駆動させたりすることが容易になるという利点がある。
【００７５】
また、上述の実施形態では図６のような局舎と鉄塔とを有する施設構成を例に挙げて説明したが、本発明の適用対象は図６のような施設構成に限られるものではない。本発明は、無線装置側設備とアンテナ側設備とを有する光電波融合通信装置に広く適用可能である。
【００７６】
また、上述の実施形態ではアンテナ側設備はアンテナに接続する形態を想定しているが、アンテナに接続する構成は本発明において必須の要件ではなく、例えば、アンテナを用いずに、同軸ケーブル等の有線ケーブルを通じて信号を必要とする対向の機器に対して信号を供給する構成も可能である。
【００７７】
また、上述の実施形態で例として挙げた図６では局舎（無線装置側設備）と鉄塔（アンテナ側設備）とが比較的近接しているが、本発明では無線装置側設備とアンテナ側設備とは光ファイバによって接続されているので、光ファイバの低損失性を考慮すれば無線装置側設備とアンテナ側設備とは相当程度離間させることも可能である。なお、上述の実施形態のように図６のような局舎と鉄塔とを有する施設構成において鉄塔への落雷による被害の低減を図るために導波管を光ファイバに置き換える場合には、導波管の光ファイバ化に加え、光ファイバの低損失性によって局舎と鉄塔とを十分に離間させることも可能であるために大地電位上昇による影響も大幅に低減することが可能になる（図７）。
【符号の説明】
【００７８】
１  無線装置
２Ａ，２Ｃ  光ファイバ
３  アンテナ
１０  無線装置側の光／電気変換部
１１  サーキュレータ
１２  光変調部
１３  波長分散制御部
１４  光増幅器
１５  電源部
１６  光給電送信部
２０  アンテナ側の光／電気変換部
２１  光検波器
２２  電源回路
２３  サーキュレータ
２４  光給電受信部
【図１】
2015027020.tif 000003
【図２】
2015027020.tif 000004
【図３】
2015027020.tif 000005
【図４】
2015027020.tif 000006
【図５】
2015027020.tif 000007
【図６】
2015027020.tif 000008
【図７】
2015027020.tif 000009