(57)【要約】【課題】所要の伝送特性を容易に確保することができ、低コストな無線伝送システムを実現することができる光伝送システムを提供する。【解決手段】無線基地局２は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する。センタ局１は、伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号と、互いに異なる単一の周波数を有するｎ個の第１局発信号および第２局発信号とを生成する。無線基地局は、複数の局発信号を用いて、ｎ個のＩＦ信号をそれぞれ周波数変換し、それによってそれぞれ同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号を各アンテナ素子に出力する。また、センタ局において生成される第１局発信号にそれぞれ所定位相を与えることによって、アンテナ素子にそれぞれ出力される各ＲＦ信号の位相を当該所定位相に制御する。【選択図】　　　　図１
2004096181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局と、当該無線基地局に対して光伝送路を介して光信号を伝送するセンタ局とを備える光伝送システムであって、
前記センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成するＩＦ信号生成部と、
それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成するセンタ局局発信号生成部と、
前記ＩＦ信号生成部によって生成されたＩＦ信号と、前記センタ局局発信号生成部によって生成された第１局発信号および第２局発信号とを周波数多重する多重部と、
前記多重部によって多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信する光送信部とを備え、
前記無線基地局は、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力する第１局発信号出力部と、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力する第２局発信号出力部と、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力するＩＦ信号出力部と、
前記第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、前記第２局発信号出力部から出力される第２局発信号とを用いて、前記ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各前記アンテナ素子へ出力するＲＦ信号出力部とを備え、
前記センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ個の第１局発信号における前記所定位相をそれぞれ変化させることによって、前記アンテナ素子へ出力されるｎ個のＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御することを特徴とする、光伝送システム。
【請求項２】
前記ＲＦ信号出力部は、
前記第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号、および、前記第２局発信号出力部から出力される第２局発信号から、同一の周波数を有し、かつ、それぞれ前記所定位相を有するｎ個の周波数変換信号を生成する周波数変換信号生成部と、
前記周波数変換信号によって生成されたｎ個の周波数変換信号を用いて、前記ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換部とを含む、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記センタ局局発信号生成部は、前記第１局発信号を少なくとも含む局発信号セットをｎ組生成し、
前記ＲＦ信号出力部は、ｎ組の前記局発信号セットをｎ個のＩＦ信号につき１つずつ用いて周波数変換を行い、
前記センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ組の局発信号セットは、各組に含まれる信号の和または差が一定であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記ｎ組の局発信号セットの内１組の局発信号セットは、前記第１局発信号のみからなることを特徴とする、請求項３に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記無線基地局は、前記局発信号出力部から出力される１つの第２局発信号から、所定の生成規則に従って、複数の新たな局発信号を生成する基地局局発信号生成部をさらに備え、
前記ＲＦ信号出力部は、前記第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、前記基地局局発信号生成部によって生成された新たな局発信号とを用いて、ｎ個のＩＦ信号をｎ個のＲＦ信号に周波数変換する、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項６】
ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局に対して光伝送路を介して信号を送信する光送信装置であって、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成するＩＦ信号生成部と、
それぞれ所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成するセンタ局局発信号生成部と、
前記ＩＦ信号生成部によって生成されたＩＦ信号と、前記センタ局局発信号生成部によって生成された局発信号とを周波数多重する多重部と、
前記多重部によって多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信する光送信部とを備え、
前記センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ個の第１局発信号における前記所定位相をそれぞれ変化させることによって、前記無線基地局においてＩＦ信号が周波数変換されることによって生成されるｎ個のＲＦ信号の位相を当該所定位相に制御することを特徴とする、光送信装置。
【請求項７】
ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有し、かつ、光信号を送信するセンタ局と光伝送路によって接続される光受信装置であって、
前記センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号と、それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成し、当該ＩＦ信号、第１局発信号および第２局発信号を含む電気信号を光信号に変換して前記光伝送路を介して送信し、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力する第１局発信号出力部と、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力する第２局発信号出力部と、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力するＩＦ信号出力部と、
前記第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、前記第２局発信号出力部から出力される第２局発信号とを用いて、前記ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各前記アンテナ素子へ出力するＲＦ信号出力部とを備え、
前記センタ局から送信されてくるｎ個の第１局発信号における前記所定位相に基づいて、前記アンテナ素子へ出力される各ＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御することを特徴とする、光受信装置。
【請求項８】
ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局と、当該無線基地局に対して光伝送路を介して光信号を伝送するセンタ局とを備える光伝送システムにおいて用いられる光伝送方法であって、
前記センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成し、
それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成し、
前記生成されたＩＦ信号、第１局発信号および第２局発信号とを周波数多重し、
前記周波数多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信し、
前記無線基地局は、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力し、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力し、
前記光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力し、
前記出力されたｎ個の第１局発信号および第２局発信号を用いて、前記出力されたｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各前記アンテナ素子へ出力し、
前記センタ局において生成されるｎ個の第１局発信号における前記所定位相をそれぞれ変化させることによって、前記アンテナ素子へ出力されるｎ個のＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御する、光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムに関し、より特定的には、アレイアンテナを備えた無線基地局とセンタ設備との間で光伝送を行う光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アレイアンテナを備えた無線通信システムに、従来の光伝送システムを用いた構成を図５に示す。図５に示す構成は、特開２００１−８６０５８に開示されている。図５に示す無線通信システムは、センタ局５と無線基地局６とで構成され、それぞれは光ファイバ７で接続されている。また、無線基地局２は、複数（図４では２つ）のアンテナ素子６６−１および６６−２からなるアレイアンテナを具備している。
【０００３】
センタ局５は、変調器５１と、分配器５２と、重み付け回路５３−１および５３−２と、センタ局周波数変換器５４−１および５４−２と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５−１および５５−２と、合波部５６と、電気光変換器（Ｅ／Ｏ）５７と、センタ局局部発振器５８とを備えている。また、無線基地局２は、光電気変換器（Ｏ／Ｅ）６１と、分配器６２と、基地局周波数変換器６３−１および６３−２と、バンドパスフィルタ６４−１および６４−２と、アンプ６５−１および６５−２と、アンテナ素子６６−１および６６−２と、基地局局部発振器６７とを備えている。以下、従来の光伝送システムを用いた無線伝送システムの動作について説明する。
【０００４】
センタ局１内の変調器５１からの出力である中間周波数信号（ＩＦ信号）は、分配器５２でアンテナ素子数分（図５では２つ）に分波され、それぞれ重み付け回路５３−１および５３−２に入力される。重み付け回路５３−１および５３−２は、入力されたＩＦ信号に所定の重み付けを行う。具体的には、重み付け回路５３−１および５３−２は、アレイアンテナが所望の指向性を有するように、それぞれに入力されたＩＦ信号の位相を変化させる。センタ局周波数変換器５４−１および５４−２は、局発信号に基づいて、重み付け回路５３−１および５３−２によって位相が変化した信号を周波数変換する。ここで、各センタ局周波数変換器５４−１および５４−２は、入力された信号を互いに異なる周波数に変換する。なお、ここでは、センタ局周波数変換器５４−１は、第１の周波数帯の信号を出力し、センタ局周波数変換器５４−２は、第２の周波数帯の信号を出力するものとする。バンドパスフィルタ５５−１および５５−２は、周波数変換された信号から不要波成分を取り除く。
【０００５】
センタ局局部発振器５８は、局発信号を各センタ局周波数変換器５４−１および５４−２へ出力するとともに、基準信号を合波器５６へ出力する。例えば、各センタ局周波数変換器５４−１および５４−２に出力される各局発信号（図５では２つ）は、それぞれ、基準信号の周波数をｎ倍したものである。また、各局発信号は位相同期がかけられている。合波器５６は、バンドパスフィルタ５５−１および５５−２からの出力と、センタ局局部発振器５８から出力される基準信号とを合波する。電気光変換器５７は、合波された信号を光信号に変換する。変換された光信号は、光ファイバ７を介して無線基地局６に伝送される。
【０００６】
無線基地局６において、光電気変換器６１は、光ファイバ７を介して伝送されてくる光信号を電気信号に変換する。変換された電気信号は、分配器６２により分岐される。具体的には、分配器６２は、上記第１の周波数帯の信号成分を基地局周波数変換器６３−１へ出力し、上記第２の周波数帯の信号成分を基地局周波数変換器６３−２へ出力し、上記基準信号を基地局局部発振器６８へ出力する。
【０００７】
基地局局部発振器６７は、入力された基準信号を基に、基地局局発信号を生成し、基地局周波数変換器６３−１および６３−２へ出力する。各基地局周波数変換器６３−１および６３−２は、分配器６２から入力される信号と基地局局発信号とをミキシングし、無線周波数帯に周波数変換する。ここで、各基地局周波数変換器６３−１および６３−２は、同一の無線周波数帯に周波数変換する。無線周波数帯に周波数変換された信号は、バンドパスフィルタ６４−１および６４−２によって不要波成分が取り除かれた後、アンプ６５−１および６５−２を介して、アンテナ素子６６−１および６６−２に供給され、空間へ放射される。
【０００８】
なお、センタ局局部発振器５８および基地局局部発振器６８から出力される周波数変換用の局発信号は、それぞれ位相が制御される。具体的には、各アンテナ素子６６−１および６６−２に供給される無線信号の位相に、周波数変換に伴う位相ずれが生じないように調整される。以上の構成とすることにより、サブキャリア光伝送技術を用いて、複数のアンテナから同一周波数の無線信号を放射する場合でも、１本の光ファイバによる伝送を実現することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来の光伝送システムを用いた無線伝送システムの場合、複数の変調信号を周波数多重して伝送する必要がある。そのため、特に、高速の変調信号を伝送する場合、所要のＣＮＲ（搬送波対雑音比）および歪特性を確保することが難しい。また、所要のＣＮＲおよび歪特性を得るためには、システムのコストが高くなってしまう。
【００１０】
それ故に、本発明の目的は、所要の伝送特性を容易に確保することができ、低コストな無線伝送システムを実現することができる光伝送システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局と、当該無線基地局に対して光伝送路を介して光信号を伝送するセンタ局とを備える光伝送システムであって、
センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成するＩＦ信号生成部と、
それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成するセンタ局局発信号生成部と、
ＩＦ信号生成部によって生成されたＩＦ信号と、センタ局局発信号生成部によって生成された第１局発信号および第２局発信号とを周波数多重する多重部と、
多重部によって多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信する光送信部とを備え、
無線基地局は、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力する第１局発信号出力部（実施例との対応関係を示せば、光分岐部２１、光受信部２２およびフィルタ部２３）と、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力する第２局発信号出力部（実施例との対応関係を示せば、光分岐部２１、光受信部２２およびフィルタ部２３）と、
光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力するＩＦ信号出力部（実施例との対応関係を示せば、光分岐部２１、光受信部２２およびフィルタ部２３）と、
第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、第２局発信号出力部から出力される第２局発信号とを用いて、ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各アンテナ素子へ出力するＲＦ信号出力部（実施例との対応関係を示せば、周波数変換信号生成部２４および周波数変換部２５）とを備え、
センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ個の第１局発信号における所定位相をそれぞれ変化させることによって、アンテナ素子へ出力されるｎ個のＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御することを特徴とする。
【００１２】
上記第１の発明によれば、無線基地局側においてＲＦ信号の位相を制御するために必要な第１局発信号を、センタ局側から送信する。また、無線基地局側において、第１局発信号を用いることによってＲＦ信号の位相が制御される。かかる構成とすることによって、光伝送系において厳しい所要性能が要求される変調信号（ＩＦ信号）を１キャリアのみ伝送すればよいこととなる。従って、光伝送系において所要の伝送特性を容易に確保することができる。また、光伝送系の負担を軽くすることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
ＲＦ信号出力部は、
第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号、および、第２局発信号出力部から出力される第２局発信号から、同一の周波数を有し、かつ、それぞれ所定位相を有するｎ個の周波数変換信号を生成する周波数変換信号生成部と、
周波数変換信号によって生成されたｎ個の周波数変換信号を用いて、ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換部とを含んでいる。
【００１４】
上記第２の発明によれば、センタ局において生成される局発信号から、ｎ個の周波数変換信号が生成される。また、周波数変換信号によって、ＩＦ信号はＲＦ信号に周波数変換される。ここで、ｎ個の周波数変換信号は、同一の周波数を有し、かつ、それぞれ所定位相を有する。このような周波数変換信号を用いて周波数変換を行うことによって、同一の周波数を有し、かつ、それぞれ所定位相を有するようなｎ個のＲＦ信号を容易に生成することができる。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
センタ局局発信号生成部は、第１局発信号を少なくとも含む局発信号セットをｎ組生成し、
ＲＦ信号出力部は、ｎ組の局発信号セットをｎ個のＩＦ信号につき１つずつ用いて周波数変換を行い、
センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ組の局発信号セットは、各組に含まれる信号の和または差が一定であることを特徴とする。
【００１６】
上記第３の発明によれば、所定位相を有する第１局発信号を、ＩＦ信号につき１つずつ用いて周波数変換を行う。従って、ＲＦ信号の位相が所定位相となるように容易に制御することができる。また、局発信号セットに含まれる局発信号の和または差は、ｎ組の局発信号セットにおいて一定であるので、ｎ個のＲＦ信号の周波数はすべて同一となる。ここで、局発信号セットとは、１以上の局発信号（第１局発信号または第２局発信号）からなる局発信号の集まりをいい、１組の局発信号セットは、１つのＩＦ信号をＲＦ信号に周波数変換する際に用いられる。以上より、上記第３の発明によれば、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子に対して適切なＲＦ信号を出力することができ、かつ、アレイアンテナの指向性を容易に制御することができる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明に従属する発明であって、
ｎ組の局発信号セットの内１組の局発信号セットは、第１局発信号のみからなることを特徴とする。
【００１８】
上記第４の発明によれば、センタ局において生成する第２局発信号の数をより少なくすることができる。従って、より簡易な構成を実現することができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
無線基地局は、局発信号出力部から出力される１つの第２局発信号から、所定の生成規則に従って、複数の新たな局発信号を生成する基地局局発信号生成部をさらに備え、
ＲＦ信号出力部は、第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、基地局局発信号生成部によって生成された新たな局発信号とを用いて、ｎ個のＩＦ信号をｎ個のＲＦ信号に周波数変換する。
【００２０】
上記第５の発明によれば、センタ局において生成される１つの第２局発信号を、無線基地局側で複数の局発信号として用いることができる。従って、センタ局において生成する第２局発信号の数を減らすことができるので、サブキャリア光伝送するキャリア数を減らすことができる。このため、高性能な光伝送を実現することができる。また、センタ局の構成をより簡易に実現することができる。
【００２１】
第６の発明は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局に対して光伝送路を介して信号を送信する光送信装置であって、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成するＩＦ信号生成部と、
それぞれ所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成するセンタ局局発信号生成部と、
ＩＦ信号生成部によって生成されたＩＦ信号と、センタ局局発信号生成部によって生成された局発信号とを周波数多重する多重部と、
多重部によって多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信する光送信部とを備え、
センタ局局発信号生成部によって生成されるｎ個の第１局発信号における所定位相をそれぞれ変化させることによって、無線基地局においてＩＦ信号が周波数変換されることによって生成されるｎ個のＲＦ信号の位相を当該所定位相に制御することを特徴とする。
【００２２】
第７の発明は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有し、かつ、光信号を送信するセンタ局と光伝送路によって接続される光受信装置であって、
センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号と、それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成し、当該ＩＦ信号、第１局発信号および第２局発信号を含む電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して送信し、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力する第１局発信号出力部と、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力する第２局発信号出力部と、
光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力するＩＦ信号出力部と、
第１局発信号出力部から出力されるｎ個の第１局発信号と、第２局発信号出力部から出力される第２局発信号とを用いて、ＩＦ信号出力部から出力されるｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各アンテナ素子へ出力するＲＦ信号出力部とを備え、
センタ局から送信されてくるｎ個の第１局発信号における所定位相に基づいて、アンテナ素子へ出力される各ＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御することを特徴とする。
【００２３】
第８の発明は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子によって構成されるアレイアンテナを有する無線基地局と、当該無線基地局に対して光伝送路を介して光信号を伝送するセンタ局とを備える光伝送システムにおいて用いられる光伝送方法であって、
センタ局は、
伝送すべきデータ信号で変調されたＩＦ信号を生成し、
それぞれが所定位相を有するｎ個の第１局発信号と、それぞれが同一の位相を有する１個以上の第２局発信号とを、互いに異なる単一の周波数を有するように生成し、
生成されたＩＦ信号、第１局発信号および第２局発信号とを周波数多重し、
周波数多重された電気信号を光信号に変換して光伝送路を介して無線基地局へ送信し、
無線基地局は、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号を出力し、
光伝送路を介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれている第２局発信号を出力し、
光伝送路を介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力し、
出力されたｎ個の第１局発信号および第２局発信号を用いて、出力されたｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各アンテナ素子へ出力し、
センタ局において生成されるｎ個の第１局発信号における所定位相をそれぞれ変化させることによって、アンテナ素子へ出力されるｎ個のＲＦ信号の位相をそれぞれ当該所定位相に制御する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。図１において、本光伝送システムは、センタ局１と、無線基地局２と、光ファイバ３とを備えている。無線基地局２は、複数のアンテナ素子（本実施形態では、アンテナ部２６）から構成されるアレイアンテナを有する。センタ局１は、複数の局発信号を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子から放射される各無線信号に所望の位相を与える。これによって、センタ局１は、アレイアンテナの指向性を制御する。
【００２５】
センタ局１は、ＩＦ信号生成部１１と、センタ局局発信号生成部１２と、周波数多重部１３と、光送信部１４とを備えている。無線基地局２は、光分岐部２１と、第１〜ｎのアンテナブランチ２０１−１〜ｎとを備えている。さらに、各アンテナブランチ２０１−１〜ｎは、光受信部２２と、フィルタ部２３と、周波数変換信号生成部２４と、周波数変換部２５と、アンテナ部２６とを備えている。なお、図示していないが、第２から第ｎのアンテナブランチ２０１−２〜ｎも、第１のアンテナブランチ２０１−１と同様の構成を有する。以下、本光伝送システムの動作を説明する。
【００２６】
センタ局１において、ＩＦ信号生成部１１は、ＩＦ信号を生成する。具体的には、ＩＦ信号生成部１１は、入力されるデータ信号で搬送波を変調することによってＩＦ信号を生成する。センタ局局発信号生成部１２は、局発信号を生成する。局発信号は、無線基地局２においてＲＦ信号に所望の位相を与えるための信号である。なお、本実施形態では、無線基地局２において局発信号から周波数変換信号が生成された後、当該周波数変換信号を用いてＲＦ信号に所望の位相を与える。また、本実施形態において、センタ局局発信号生成部１２は、２ｎ個の局発信号を生成する。ｎは、アンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎの数、すなわち、アンテナ素子の数である。以下、センタ局局発信号生成部１２において生成される局発信号の詳細を説明する。
【００２７】
図２は、第１の実施形態に係るセンタ局局発信号生成部１２において生成される局発信号局発信号およびＩＦ信号のスペクトルを示す図である。センタ局局発信号生成部１２において生成される２ｎ個の局発信号は、大別して２種類の局発信号に分けられる。１つは、それぞれ所定位相を有するｎ個の局発信号（以下、「第１局発信号」と呼ぶ。）である。もう１つは、それぞれ同一の位相を有するｎ個の局発信号（以下、「第２局発信号」と呼ぶ。）である。ここで、ｎ個の第１局発信号を、周波数の小さいものから順に、第１番目から第ｎ番目の第１局発信号と呼ぶ（図１に示す「Ｓａ１」および「Ｓａｎ」）。第１局発信号と同様に、ｎ個の第２局発信号を、周波数の小さいものから順に、第１番目から第ｎ番目の第２局発信号と呼ぶ（図１に示す「Ｓｂ１」および「Ｓｂｎ」）。
【００２８】
また、第１番目から第ｎ番目の第１局発信号および第１番目から第ｎ番目の第２局発信号の周波数は、次のように設定される。すなわち、ｋ（ｋは、１からｎの任意の自然数）が１〜ｎのすべての場合において、第ｋ番目の第１局発信号の周波数と、第（ｎ＋１−ｋ）番目の第２局発信号の周波数との和が等しくなるように設定される。なお、第ｋ番目の第１局発信号と、第（ｎ＋１−ｋ）番目の局発信号とを、第ｋ番目の局発信号セットと呼ぶ。さらに、本実施形態においては、第１番目から第ｎ番目の第１局発信号の各周波数の間隔は、一定間隔（Δｆ）に設定される。また、第１番目から第ｎ番目の第２局発信号の各周波数の間隔は、第１局発信号の場合と同じ一定間隔（Δｆ）に設定される。
【００２９】
また、図２において、第１番目から第ｎ番目の第１局発信号の位相（所定位相）は、それぞれφ１〜φｎであり、ｎ個の第２局発信号の位相は、すべてφｂである。なお、第１〜ｎの第１局発信号および第１〜ｎの第２局発信号は、それぞれ同期がとれているものとする。また、詳細は後述するが、各第１局発信号の所定位相φ１〜φｎは、無線基地局２のアレイアンテナを構成する各アンテナ素子から放射される信号に与える位相である。すなわち、第１局発信号の所定位相をセンタ局１側で制御することによって、無線基地局２のアレイアンテナの指向性を制御することができる。
【００３０】
図１の説明に戻り、周波数多重部１３は、ＩＦ信号生成部１１によって生成されたＩＦ信号と、センタ局局発信号生成部１２によって生成された局発信号（２ｎ個）とを周波数多重する。光送信部１４は、周波数多重部１３によって周波数多重された電気信号を光信号に変換し、光ファイバ３へ送出する。
【００３１】
無線基地局２においては、光ファイバ３から伝送されてくる光信号が、光分岐部２１に入力される。光分岐部２１は、入力された光信号を分岐して、第１から第ｎのアンテナブランチ２０１−１〜ｎに出力する。以下、第１のアンテナブランチ２０１−１を例として説明する。
【００３２】
第１のアンテナブランチ２０１−１において、光分岐部２１からの光信号は、光受信部２２に入力される。光受信部２２は、入力した光信号を電気信号に変換する。フィルタ部２３は、光受信部２２によって変換された電気信号から、ＩＦ信号と、第１番目の第１局発信号と、第ｎ番目の第２局発信号とを抽出する。なお、第ｋ（ｋは、１からｎまでの任意の自然数）のアンテナブランチ２０１−ｋにおいては、フィルタ部は、ＩＦ信号と、第ｋの第１局発信号と、第（ｎ＋１−ｋ）番目の第２局発信号とを抽出する。
【００３３】
以上説明したように、無線基地局２の光分岐部２１、各光受信部および各フィルタ部は、光ファイバを介して送信されてくる光信号を電気信号に変換し、当該電気信号に含まれているｎ個の第１局発信号および第２局発信号を出力する機能を実現するための構成である。また、光分岐部２１、各光受信部および各フィルタ部は、光ファイバを介して送信されてくる光信号によって伝送されるＩＦ信号をｎ個に分岐して出力する機能を実現するための構成である。また、以下に説明する各周波数変換信号生成部および各周波数変換部は、ｎ個の第１局発信号と第２局発信号とを用いて、ｎ個のＩＦ信号を、同一の周波数を有するｎ個のＲＦ信号にそれぞれ周波数変換し、各アンテナ素子へ出力する機能を実現するための構成である。
【００３４】
周波数変換信号生成部２４は、フィルタ部２３によって抽出された第１番目の第１局発信号および第ｎ番目の第２局発信号を入力する。周波数変換信号生成部２４は、入力した局発信号（第１の局発信号セット、すなわち、第１番目の第１局発信号および第ｎ番目の第２局発信号）から周波数変換信号を生成する（図１に示す「Ｓｃ１」）。周波数変換信号とは、無線基地局２においてＲＦ信号に所望の位相を与えるための信号である。ここで、周波数変換信号の周波数は、第１番目の第１局発信号の周波数と第ｎ番目の第２局発信号の周波数との和となるように生成される。また、第１の周波数変換信号の位相は、第１番目の第１局発信号の位相（φ１）となるように生成される。なお、第ｋのアンテナブランチ２０１−ｋの周波数変換信号生成部においては、第ｋの周波数変換信号が生成される。ここで、第ｋの周波数変換信号の周波数は、第ｋ番目の第１局発信号の周波数と第（ｎ＋１−ｋ）番目の第２局発信号の周波数との和となるように生成される。また、第ｋの周波数変換信号の位相は、第１番目の第１局発信号の位相（φｋ）となるように生成される。
【００３５】
周波数変換部２５は、フィルタ部２３によって抽出されたＩＦ信号と、周波数変換信号生成部２４によって生成された周波数変換信号とを入力する。周波数変換部２５は、周波数変換信号を用いて、ＩＦ信号をＲＦ信号へ変換する。ここで、ＲＦ信号の周波数は、ＩＦ信号の周波数と周波数変換信号の周波数との和となる。また、周波数変換部２５によって、ＩＦ信号に所定の重み付けがなされてＲＦ信号に変換される。すなわち、周波数変換部２５は、ＲＦ信号の位相が周波数変換信号の位相となるように、周波数変換を行う。従って、周波数変換部２５から出力されるＲＦ信号の位相は、周波数変換信号の位相（φ１）となる。変換されたＲＦ信号は、アンテナ部２６から空間へ放射される。以上のように、第１のアンテナブランチ２０１−１においては、第１番目の第１局発信号の位相（φ１）によって、ＲＦ信号の位相を制御することができる。同様に、第ｋのアンテナブランチ２０１−１においては、第ｋ番目の第１局発信号の位相（φｋ）によって、ＲＦ信号の位相が制御される。
【００３６】
ここで、ＩＦ信号の周波数をｆＩＦ、第ｋ番目の第１局発信号の周波数をｆＡｋ、第ｋ番目の第２局発信号の周波数をｆＢｋとする。なお、第１から第ｎ番目の第１局発信号の各周波数の間隔は、一定間隔（Δｆ）に設定されるので、ｆＡｋは、
ｆＡｋ＝ｆａ　＋（ｋ−１）Δｆ（ｆａ　は定数）
と表すことができる。
同様に、ｆＢｋは、
ｆＢｋ＝ｆｂ　＋（ｋ−１）Δｆ（ｆｂ　は定数）
と表すことができる。ここで、第ｍのアンテナブランチにおいては、第ｍ番目の第１局発信号と第（ｎ−ｍ＋１）番目の第２局発信号とを抽出して、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換する。このとき、第ｍのアンテナブランチにおけるＲＦ信号の周波数ｆＲＦは、
ｆＲＦ＝ｆＩＦ＋ｆＡｍ＋ｆＢｍ　…▲１▼
＝ｆＩＦ＋｛ｆａ　＋（ｍ−１）Δｆ｝＋｛ｆｂ　＋（ｎ−ｍ−１）Δｆ｝
＝ｆＩＦ＋ｆａ　＋ｆｂ　＋（ｎ−１）Δｆ　…▲２▼
となる。上式▲２▼のように、ｆＲＦは、ｍに依存していない。従って、第１から第ｎのアンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎのいずれにおいても、同じ周波数のＲＦ信号が発生することが分かる。また、上述のように、ＲＦ信号の位相は、周波数変換信号の位相、すなわち、第１局発信号の位相となる。従って、第ｋのアンテナブランチ２０１−ｋから放射されるＲＦ信号の位相をφｋと設定したい場合には、第ｋ番目の第１局発信号の初期位相をφｋとする。これによって、同一のＩＦ信号から初期位相が自由に設定可能なＲＦ信号を得ることができる。以上より、各アンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎにおいては、互いに同じ周波数を有し、かつ位相がそれぞれ第１〜第ｎ番目の第１局発信号の位相に依存するＲＦ信号が生成される。従って、アレイアンテナの指向性をセンタ局１側で制御することができる。
【００３７】
なお、上式▲１▼から明らかなように、ｆＲＦをｍに依存させないためには、ｆＡｍとｆＢｍとの和を一定にすればよい。従って、第１から第ｎのアンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎのいずれにおいても同じ周波数のＲＦ信号を生成するためには、周波数の和が一定となるような第１局発信号と第２局発信号との組を用いればよい。なお、上記の実施形態では、周波数変換信号生成部２４において、周波数変換によって第１局発信号と第２局発信号との和の周波数となる周波数変換信号を生成した。ここで、他の実施形態では、第１局発信号と第２局発信号との差をとってもよい。この場合、各アンテナブランチで用いる第１局発信号と第２局発信号との組（局発信号セット）は、その差が一定となるように設定する必要がある。
【００３８】
さらに、本実施形態では、光伝送系に遅延がある場合でも適用可能である。以下、その理由を説明する。光伝送系での遅延量をτとした場合、光伝送系前後での位相変化量は、第ｋの周波数変換信号において２πτ・ｆＡｋ（＝２πτ｛ｆａ　＋（ｋ−１）Δｆ｝）第ｋの周波数変換信号において２πτ・ｆＢｋ（＝２πτ｛ｆｂ　＋（ｋ−１）Δｆ｝）となり、周波数に依存して位相変化量が異なってしまう。しかしながら、最終的に得られるＲＦ信号の位相変化量は、ＲＦ信号の周波数と同様に考えると、第１〜ｎのアンテナブランチ２０１−１〜ｎにおいて、一定の値、２πτ（ｆＩＦ＋ｆＡｋ＋ｆＢｋ）（＝２πτ｛ｆＩＦ＋ｆａ　＋ｆｂ　＋（ｎ−１）Δｆ｝）となる。従って、各アンテナブランチ２０１−１〜ｎにおける遅延による影響は相殺されており、アレイアンテナの指向性を正しく制御できることが分かる。
【００３９】
なお、複数のアンテナブランチの内１台のアンテナブランチは、第１局発信号および第２局発信号の代わりに、第１局発信号および第２局発信号の周波数の和を周波数として有する１つの局発信号を用いることも可能である。この場合、当該局発信号は、周波数変換信号に相当する。
【００４０】
なお、本実施形態では、無線基地局２側で光分岐する構成について説明したが、光分岐せず、１台の光電気変換部で受光した後、電気信号を分岐する構成でも構わない。また、無線基地局２は、周波数変換部の出力側にバンドパスフィルタやアンプをさらに備える構成であってもよい。また、アンテナ部を用いて信号の受信を行う場合は、アンテナ部の手前にサーキュレータをさらに備える構成であってもよい。
【００４１】
以上のように、第１の実施形態では、各アンテナブランチへ伝送するＩＦ信号を共通とし、各アンテナブランチに対してそれぞれ２つの局発信号を割り当てる。そして、ＩＦ信号および局発信号を周波数多重して、光伝送および分配を行う構成とする。これによれば、所定の帯域幅を有するＩＦ信号は１チャンネルのみ伝送され、単一周波数の局発信号（図２参照）が複数伝送される。従って、従来のように複数のＩＦ信号を伝送しないので、所要のＣＮＲおよび歪特性を容易に確保することができる。また、より簡易な構成でアレイアンテナ向け光伝送システムを構成することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。第２の実施形態では、第１の実施形態における第２局発信号として、基準局発信号を伝送する。図３では、第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、センタ局局発信号生成部１２および基地局局発信号生成部２７である。従って、以下では相違点のみを主に説明する。
【００４３】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、センタ局局発信号生成部１２は、ｎ個の第１局発信号を生成する。ここで、第２の実施形態において、センタ局局発信号生成部１２は、ｎ個の第１局発信号に加え、第２局発信号として基準局発信号を生成する。
【００４４】
図４は、第２の実施形態に係るセンタ局局発信号生成部１２において生成される局発信号およびＩＦ信号のスペクトルを示す図である。図４に示すように、第２の実施形態に係るセンタ局局発信号生成部１２は、ｎ個の第１局発信号を生成する。なお、ｎ個の第１局発信号は、第１の実施形態と同様である。また、センタ局局発信号生成部１２は、基準局発信号を生成する。基準局発信号とは、無線基地局２側において新たな局発信号を生成するための信号である。また、基準局発信号の位相は、φ’である。なお、第１〜ｎ番目の第１局発信号および基準局発信号は、それぞれ同期がとられているものとする。
【００４５】
以下、第２の実施形態における無線基地局２側の動作を説明する。以下、第１のアンテナブランチ２０１−１を例にとって説明する。第１のアンテナブランチ２０１−１において、フィルタ部２３は、光受信部２２によって変換された電気信号から、ＩＦ信号と、第１番目の第１局発信号と、基準局発信号とを抽出する。なお、第ｋのアンテナブランチ２０１−ｋにおいては、フィルタ部は、ＩＦ信号と、第ｋ番目の第１局発信号と、基準局発信号とを抽出する。
【００４６】
基地局局発信号生成部２７は、フィルタ部２３によって抽出された基準局発信号を入力する。基地局局発信号生成部２７は、抽出された基準局発信号に同期させて、局発信号を生成する。ここで、第ｋのアンテナブランチ２０１−ｋにおける基地局局発信号生成部２７によって生成される局発信号を、第ｋ番目の第３局発信号と呼ぶ。具体的には、各アンテナブランチ２０１−１〜ｎの各局発信号生成部は、基準局発信号の周波数を逓倍する。各基地局局発信号生成部は、基準局発信号の周波数を例えばｆｒｅｆ　とした場合、生成する局発信号を（ｋ＋Ｎ）ｆｒｅｆ　（Ｎは自然数の定数）とする。すなわち、本実施形態において、第ｋ番目の第３局発信号の周波数ｆＣｋは、ｆＣｋ＝（ｋ＋Ｎ）ｆｒｅｆ　である。なお、第２の実施形態における第３局発信号は、無線基地局２において、第１の実施形態における第２局発信号と同様に用いられる。
【００４７】
周波数変換信号生成部２４は、周波数変換信号生成部２４は、フィルタ部２３によって抽出された第１番目の第１局発信号と、基地局局発信号生成部２７によって生成された第ｎ番目の第３局発信号とを入力する。周波数変換信号生成部２４は、入力した局発信号（第１番目の第１局発信号および第ｎ番目の第３局発信号）から周波数変換信号を生成する（図３に示す「Ｓｃ１」）。その後の動作は、第１の実施形態と同一である。
【００４８】
次に、第２の実施形態における第３局発信号と、第１の実施形態における第２局発信号の周波数について説明する。第ｋ番目の第３局発信号の周波数ｆＣｋを変形すると、
ｆＣｋ＝（ｋ＋Ｎ）ｆｒｅｆ
＝（Ｎ＋１）ｆｒｅｆ　＋（ｋ−１）ｆｒｅｆ
となる。ここで、第ｋ番目の第２局発信号の周波数ｆＢｋ＝ｆｂ　＋（ｋ−１）Δｆであることより、ｆｒｅｆ　＝Δｆ、かつ、（Ｎ＋１）ｆｒｅｆ　＝ｆｂ　となるように、ｆｒｅｆ　およびＮを設定することによって、第３局発信号および第２局発信号は、同一の周波数となることが分かる。なお、光伝送系に遅延量τがある場合、光伝送後の基準局発信号の位相変化量が２πτｆｒｅｆ　となる。また、第ｋ番目の第３局発信号の位相変化量は２πτ（ｋ＋Ｎ）ｆｒｅｆ　となる。これは、２πτ｛ｆｂ　＋（ｋ−１）Δｆ｝と書き換えられるため、第１の実施形態の第ｋの第２局発信号の場合と同一になる。従って、第２の実施形態において光伝送系に遅延量τがある場合、第１の実施形態と同様に、ＲＦ信号への影響はない。
【００４９】
なお、ｆｒｅｆ　＝Δｆとなるようにｆｒｅｆ　を設定すれば、ｋ（ｋは、１からｎの任意の自然数）が１〜ｎのすべての場合において、第ｋ番目の第１局発信号の周波数と、第（ｎ＋１−ｋ）番目の第３局発信号の周波数との和が等しくなる。これによって、第１から第ｎのアンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎのいずれにおいても、同じ周波数のＲＦ信号が発生する（ただし、この場合、第１の実施形態とはＲＦ信号の周波数は異なる）。従って、第２の実施形態においては、ｆｒｅｆ　＝Δｆとなるようにｆｒｅｆ　を設定する必要がある。また、ｆｒｅｆ　＝Δｆと設定すれば、光伝送系に遅延量τがある場合においても、各アンテナブランチ２０１−１〜２０１−ｎにおける位相変化量は、ｋによらず一定となる。従って、ｆｒｅｆ　＝Δｆと設定すれば、光伝送系に遅延量τがある場合においても適用可能である。
【００５０】
以上のように、第２の実施形態では、第１の実施形態で各アンテナブランチに伝送していた第２局発信号の代わりに、各アンテナブランチに対して共通の基準局発信号を光伝送する。さらに、伝送された基準局発信号に同期させて第２局発信号と同等の第３局発信号を生成して使用する構成としている。従って、第１の実施形態と同様、変調信号を１チャンネルのみ光伝送すればよいので、所要のＣＮＲおよび歪特性の確保が容易になるとともに、より簡易な構成でアレイアンテナ向け光伝送システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るセンタ局局発信号生成部１２において生成される局発信号局発信号およびＩＦ信号のスペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係るセンタ局局発信号生成部１２において生成される局発信号およびＩＦ信号のスペクトルを示す図である。
【図５】アレイアンテナを備えた無線通信システムに、従来の光伝送システムを用いた構成を示す図である。
【符号の説明】
１…センタ局
２…無線基地局
３…光ファイバ
１１…ＩＦ信号生成部
１２…センタ局局発信号生成部
１３…周波数多重部
１４…光送信部
２１…光分岐部
２２…光受信部
２３…フィルタ部
２４…周波数変換信号生成部
２５…周波数変換部
２６…アンテナ部
２７…基地局局発信号生成部
２０１…アンテナブランチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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