(57)【要約】【課題】光空間通信において、降雨時の光の減衰を防止することによって通信エラーを低減する。【解決手段】レーザ２ａから発生した直線偏光の偏光状態が偏光回転装置３によって制御される。偏光回転装置３によって所定の偏光状態とされた光が光送信部４ａに入力され、送信光が空間データ通信路５を介して光受信部６ａによって受信される。光受信部６ａでは、光受信強度が検出され、検出された光受信強度を示すデータが送信側に伝送され、光受信部６ｂによって受信される。光受信部６ｂの受信出力が偏光制御装置８に入力され、光受信強度がより大きくなるように、偏光回転装置３が制御される。【選択図】  図２
2004328205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を介してデータを送信する光送信装置において、
直線偏光を発生するレーザ光源と、
上記レーザ光源からの直線偏光が入射され、上記直線偏光の偏光状態を制御する光学手段と、
上記光学手段からの光を通信光として空間通信路に送出する送信手段と、
光受信強度の信号を受信側から受信する受信手段と、
上記光受信強度がより大きくなるように、上記光学手段を制御する制御手段とからなる光送信装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記光学手段は、上記光受信強度が所定量低下する時に、上記制御動作を開始する光送信装置。
【請求項３】
空間を介してデータを送信する光送信方法において、
直線偏光を発生し、
上記直線偏光の偏光状態を制御した光を通信光として空間通信路に送出し、
光受信強度の信号を受信側から受信し、
上記光受信強度がより大きくなるように、上記偏光状態を制御する光送信方法。
【請求項４】
空間を介してデータを送受信する光通信システムにおいて、
送信装置は、
直線偏光を発生するレーザ光源と、
上記レーザ光源からの直線偏光が入射され、上記直線偏光の偏光状態を制御する光学手段と、
上記光学手段からの光を通信光として空間通信路に送出する送信手段と、
光受信強度の信号を受信側から受信する受信手段と、
上記光受信強度がより大きくなるように、上記光学手段を制御する制御手段とからなり、
受信装置は、
上記通信光を受信する受信手段と、
光受信強度を検出し、上記送信装置に上記光受信強度の信号を送信する送信手段とからなる光通信システム。
【請求項５】
空間を介してデータを送受信する光通信方法において、
直線偏光を発生し、
上記直線偏光の偏光状態を制御した光を通信光として空間通信路に送出し、
上記通信光を受信し、
受信された光の光受信強度を検出し、上記光受信強度の信号を送信し、
光受信強度の信号を受信側から受信し、
上記光受信強度がより大きくなるように、上記偏光状態を制御する光通信方法。
【請求項６】
空間を介してデータを送受信する光送信システムにおいて、
直線偏光を発生するレーザ光源と、
複数の偏光状態を有する検出光を上記直線偏光と合成する光合成部と、
上記光合成部からの光を通信光として空間通信路に送出する第１の送信手段と、
上記検出光および通信光を受信する第１の受信手段と、
上記第１の受信手段で受信された検出光から最適偏光状態を検出する偏光依存性測定手段と、
上記偏光依存性測定手段からの偏光制御信号によって偏光状態が最適に制御された通信光を上記空間通信路に送出する第２の送信手段と、
上記通信光を受信する第２の受信手段とからなる光通信システム。
【請求項７】
空間を介してデータを送受信する光通信方法において、
直線偏光を発生し、
複数の偏光状態を有する検出光を上記直線偏光と合成し、
上記合成された光を通信光として空間通信路に送出し、
上記通信光を受信し、
上記受信された通信光から最適偏光状態を検出し、
上記最適偏光状態を指示する偏光制御信号によって偏光状態が最適に制御された通信光を上記空間通信路に送出し、
上記通信光を受信する光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光空間通信システムに適用される光送信装置、光送信方法、光通信システムおよび光通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報通信社会では、多様なマルチメディア情報通信機器とそれらを結ぶネットワークが社会の隅々に浸透するものと予想され、より高速・大容量の通信が必要となる。しかしながら、携帯電話等の急増によって無線通信に用いる電波資源が少なくなってきている。このような状況を緩和するために、光空間通信技術が提案されている。光空間通信機器は、室内の端末間通信あるいは屋外のビル間通信に使用することが既になされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光空間通信では、伝搬路である屋外での降雨による伝送エラーが発生する。この信頼性の劣化の問題を解決することが望まれている。
【０００４】
したがって、この発明の目的は、降雨中の光の大気伝搬特性には強い偏光依存性があることを利用して降雨時の通信エラーの発生を低減することを可能とする光送信装置、光送信方法、光通信システムおよび光通信方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、空間を介してデータを送信する光送信装置において、直線偏光をレーザ光源で発生し、直線偏光の偏光状態を光学手段で制御可能とし、光学手段からの光を通信光として空間通信路に送出し、受信側で光受信強度を検出し、光受信強度がより大きくなるように、光学手段をフィードバック制御するものである。
【０００６】
請求項６の発明は、空間を介してデータを送受信する光送信システムにおいて、複数の偏光状態を有する検出光と直線偏光の通信光とを合成して空間通信路に送出し、検出光および通信光を受信して受信された検出光から最適偏光状態を検出し、偏光制御信号によって偏光状態が最適に制御された通信光を空間通信路に送出するものである。
【０００７】
この発明では、降雨時の光受信強度が偏光状態に依存していることに着目して、光受信強度がより大きくなるように、通信光の偏光状態をフィードバック制御し、またはフィードホワード制御する。それによって通信エラーを低減させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、強い降雨時における平均受信強度の時間変動の測定例を示し、正規化された平均受信強度を縦軸にとり、時間を横軸にとったものである。一般的に平均受信強度とビット誤り率ＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）の関係は、指数関数の関係にあり、平均受信強度が低下すると、ＢＥＲが急激に大きくなる。図１は、１．５５μｍ帯の波長を使用し、６２２Ｍｂｐｓのレートを有するパルス信号を使用し、一定時間間隔で測定したものである。
【０００９】
図１において、黒四角のマークは、光Ｎの測定値を示し、白い丸のマークは、偏光Ｐの測定値を示し、×のマークは、偏光Ｓの測定値を示す。ここで、Ｐは、地面に垂直な直線偏光の平均受信強度を示し、Ｓは、地面に平行な直線偏光の平均受信強度を示し、Ｎは、偏光状態が規定されてなく、偏光状態が分からないものの平均受信強度を示す。偏光ＰとＳは、同一の光伝搬路を通るように制御される。
【００１０】
平均受信強度は、光の透過率が高いほど大きな値となる。図１から分かるように、Ｐ、ＳおよびＮの各偏光に関するグラフは、互いに相違しており、特に強い降雨時には、偏光によって光の透過率が大きく異なることが分かる。そのなかで、特定の偏光状態で透過率が非常に増大することがあることが見いだされた。
【００１１】
この発明は、このような測定結果に基づいて、透過率の高い偏光状態を常に維持して光を送信することによって、降雨時における光の減衰を低減しようとするものである。以下、この発明の一実施形態による光空間通信システムについて図２を参照して説明する。
【００１２】
図２において、参照符号１は、送信データの入力端子である。図示しないが、送信データは、エラー訂正符号化、変調等の処理で発生したものである。半導体レーザ等のレーザ２ａに対して送信データが加えられ、レーザ２ａからデータに応じて強度が変調された直線偏光が発生する。データに応じてレーザ光の強度を変調するために、レーザによって発生したレーザ光を電気光学変調器、音響光学変調器等の光変調器によって変調しても良い。
【００１３】
レーザ２ａから発生した直線偏光が偏光回転装置３に入射される。偏光回転装置３は、偏光を１８０°回転させることができる。偏光制御装置８からの電気的な制御信号に応答して、例えば図１の測定結果を生じさせるＰ偏光とＳ偏光の間の任意の偏光状態を有する直線偏光を出力することができる。偏光回転装置３によって所定の偏光状態とされた光が光送信部４ａに入力される。光送信部４ａは、送信望遠鏡等からなる光学的な構成のもので、光送信部４ａによって通信光が空間データ通信路５に対して送出される。
【００１４】
空間データ通信路５を通った通信光が光受信部６ａによって受信される。光受信部６ａは、受信望遠鏡、フォトダイオード（光検出器）等で構成されている。光受信部６ａによって受信光が電気信号（受信データ）に変換されて出力端子７ａに取り出される。図示しないが、受信データは、エラー訂正符号によるエラー訂正、復号等の処理を受ける。
【００１５】
双方向通信を行うために、入力端子１ｂから入力された送信データが信号処理部９に入力され、送信データがエラー訂正符号による符号化、送信データのフォーマットへの変換等の処理を受ける。信号処理部９からの送信データがレーザ２ｂに供給され、送信データに応じてレーザ光の強度が変調される。レーザ２ｂで発生した直線偏光が光送信部４ｂに供給される。光送信部４ｂは、光送信部４ａと同様に、送信望遠鏡等からなる光学的な構成に加えて偏光回転装置および偏光制御装置が設けられている。光送信部４ｂによって通信光が空間データ通信路５に対して送出される。
【００１６】
光受信部６ａでは、光受信強度が検出される。例えば所定時間間隔毎に光受信強度が検出される。検出された光受信強度を示すデータが信号処理部９に供給される。信号処理部９において、送信データ中に光受信強度を示すデータが挿入される。なお、光受信強度を示すデータから生成された偏光回転装置に対する制御データを信号処理部９に対して供給するようにしても良い。
【００１７】
空間データ通信路５を通った通信光が送信側に設けられている光受信部６ｂによって受信される。光受信部６ｂは、光受信部６ａと同様に、受信望遠鏡、フォトダイオード（光検出器）等で構成されている。光受信部６ｂによって受信光が電気的信号に変換されて受信データが出力端子７ｂに取り出される。また、光受信部６ｂで受信データから分離された光受信強度を示すデータが偏光制御装置８に供給される。
【００１８】
偏光制御装置８は、光受信強度を示すデータに基づいて偏光回転装置３を制御する。例えば光受信部６ｂからのデータに基づいて光受信強度を監視しており、光受信強度が予め設定した所定量、減少した段階で、送信側は、降雨があると判断して、偏光を９０°／秒程度の速度を回転させ始める。光受信強度が所定量、減少しない晴天時では、偏光回転装置３が固定されている。
【００１９】
偏光回転装置３が回転している時に、最も光受信強度が大きい偏光状態で偏光回転装置３が固定される。これ以降では、偏光角度を０°〜±４５°の範囲で常に連続的または段階的に変化させながら、その範囲で光受信強度が最大となるピークを見つけるように偏光回転装置３が偏光制御装置８によって制御される。
【００２０】
双方向通信の場合では、光受信部６ｂによって光受信強度を検出し、検出した光受信強度のデータ、または制御用のデータを信号処理部において送信データに挿入し、この光受信強度のデータ、または制御用のデータを光受信部６ａにおいて分離し、光送信部４ｂ内の偏光制御装置に供給する構成が可能である。実際には、双方向通信の場合、各方向の通信光の通る空間がほぼ同じであるので、光受信部６ａでのみ光受信強度を検出した結果に基づいて、光送信部４ｂ内の偏光回転装置を制御するようになされる。上述した偏光回転装置３を偏光制御装置８が制御するのと同様に、光送信部４ｂ内の偏光制御装置が偏光回転装置を制御する。このフィードバック制御により光送信部４ｂから光受信部６ｂに送信される送信レーザ光の偏光状態が制御され、降雨時の通信エラーが低減される。
【００２１】
次に、図３を参照してこの発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態は、上述した一実施形態がフィードバック制御を行うのに対して、フィードホワード制御を行うものである。また、双方向通信における各方向の光が通り空間がほぼ同じことを考慮し、偏光依存性の測定を光受信部１７ｂの出力のみから行うようにしたものである。
【００２２】
図３において、参照符号１１ａは、送信データの入力端子であり、半導体レーザ等のレーザ１２ａに対して送信データが加えられ、レーザ１２ａからデータに応じて強度が変調された直線偏光の通信用送信レーザ光が発生する。データに応じてレーザ光の強度を変調するために、電気光学変調器、音響光学変調器等の光変調器を使用しても良い。
【００２３】
レーザ１２ａからの通信用送信レーザ光が光合成部１３に入射される。光合成部１３において、検出光発生部１４で生成された多くの偏光状態を持つ光が合成される。検出光発生部１４は、発光ダイオード、白色光、または送信レーザ光の一部を１ミリ秒程度以内の時間で種々の偏光状態に切り替えたレーザ光である。光合成部１３からは、種々の偏光状態を持つ検出光が合成された通信光が発生する。光送信部１５ａによって通信光が空間データ通信路１６に対して送出される。
【００２４】
空間データ通信路１６を通った通信光が光受信部１７ｂによって受信される。光受信部１７ａによって受信光が電気信号（受信データ）に変換されて出力端子１８ｂに取り出される。光受信部１７ｂで受光された通信用光が偏光依存性測定部１９に入射される。偏光依存性測定部１９は、受信光強度の偏光依存性を測定し、最も透過率が高い（受信強度が最も強い）偏光状態を検出する。
【００２５】
受信光の偏光依存性を測定する方法の一例を説明する。受信した光の一部をビームスプリッタで分離して偏光板に入射し、この偏光板を回転させ、偏光状態と受信光の強度の関係を測定する。この場合、受信光は、信号に応じて強度変調されているので、信号光を除外する処理がなされる。例えば信号光がレーザ１２ａによって生成されるので、信号光の偏光状態が予め分かっていることと、鋭い一番大きなピークを持つ等という特性から信号光を識別し、除外することが可能である。
【００２６】
偏光依存性測定部１９が各偏光状態と光受信強度の関係を測定し、最適偏光状態を示す偏光制御信号を発生する。この偏光制御信号が光送信部１５ｂおよび信号処理部２０に供給される。光送信部１５ｂは、レーザ１２ｂからの直線偏光が入射される。光送信部１５ｂに設けられた偏光回転装置に対して偏光依存測定部１９からの偏光制御信号が供給され、偏光回転装置によって偏光状態が最適に制御される。偏光状態が最適に制御された通信光が空間データ通信路１６に送出される。
【００２７】
信号処理部２０には、入力端子１１ｂからの送信データが供給され、送信データに対して偏光依存測定部１９からの偏光制御信号が挿入される。偏光制御信号が挿入された送信データによってレーザ１２ｂが発生するレーザ光の強度が変調される。光送信部１５ｂにおいて、上述したように偏光状態が制御された通信光が空間データ通信路１６に送出される。光受信部１７ａでは、受信データを出力端子１８ａに取り出すと共に、偏光制御信号を分離する。分離された偏光制御信号が光送信部１５ａ内の偏光回転装置に供給され、偏光状態が最適なものに制御される。この発明の他の実施形態では、偏光依存性測定部１９の測定結果を使用してオープンループでもって偏光状態を最適に制御している。
【００２８】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えばこの発明は、上述した光通信システムに限らず、測定システムに対して適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明においては、屋外の空間を伝送路とする光通信または測定システムにおいて、降雨時に光受信強度が大きくなるように、空間伝送路を通る光の偏光状態を制御するものである。この発明は、透過率の高い偏光状態を維持して光を送信することができる。通信エラーは、光受信強度の減少に対して指数関数的に増大するので、光受信強度が低くなることを避けることによって、通信エラーを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】降雨時の平均受信強度が偏光に依存して変化することを示す測定例のグラフである。
【図２】この発明の一実施形態による通信システムのブロック図である。
【図３】この発明の他の実施形態による通信システムのブロック図である。
【符号の説明】
２・・・レーザ、３・・・偏光回転装置、４ａ，４ｂ・・・光送信部、５・・・空間データ通信路、６ａ，６ｂ・・・光受信部、８・・・偏光制御装置
【図１】
2004328205.tif 000003
【図２】
2004328205.tif 000004
【図３】
2004328205.tif 000005