(57)【要約】【課題】  ミリ波あるいはマイクロ波を用いた無線通信において、電波の届きにくい条件下であっても、光ファイバを敷設することなく、かつ、信頼性を確保することができるダイバーシティ伝送装置を提供する。【解決手段】  電波通信による通信系と光空間伝送による通信系とを用いて通信を行い、これらの通信系の受信信号を選択もしくは合成する機能を有するダイバーシティ受信回路により受信信号を得る。このときに、光信号を生成するには、電波通信を受信し、その信号形態を維持しつつ光信号に変換して送る。この際、光ファイバを使用しないで、光空間伝送により通信する。【選択図】  図１
2005277684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号により変調された電波を発生する電波発生手段と、
この電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信手段と、
この送信局側電波受信手段により受信された前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信手段と
を備えた送信局と、
前記電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信手段と、
前記光空間伝送送信手段から出射された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信手段と、
この光空間伝送受信手段または前記受信側電波受信手段のいずれか一方の出力を選択もしくは前記光空間伝送受信手段および前記受信側電波受信手段の双方の出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信手段と
を備えた受信局と
から構成されたことを特徴とするダイバーシティ伝送装置。
【請求項２】
前記電波発生手段と前記送信局側電波受信手段とはそれぞれ別装置として構成された請求項１記載のダイバーシティ伝送装置。
【請求項３】
送信信号により変調された電波を発生する電波発生手段と、
この電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信手段と、
この送信局側電波受信手段により受信された前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信手段と
を備えたことを特徴とする送信局。
【請求項４】
前記電波発生手段と前記送信局側電波受信手段とはそれぞれ別装置として構成された請求項３記載の送信局。
【請求項５】
送信局側に設置された電波発生手段から送信された電波を受信し送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信手段と、
送信局側に設置された光空間伝送送信手段から出射された前記送信信号により変調された高周波電気信号により変調された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信手段と、
この光空間伝送受信手段または前記受信側電波受信手段のいずれか一方の出力を選択もしくは前記光空間伝送受信手段および前記受信側電波受信手段の双方の出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信手段と
を備えたことを特徴とする受信局。
【請求項６】
送信局により、
送信信号により変調された電波を発生する電波発生ステップと、
この電波発生ステップにより発生した電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信ステップと、
この送信局側電波受信ステップにより得られた前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信ステップと
を実行し、
受信局により、
前記電波発生ステップにより発生した電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信ステップと、
前記光空間伝送送信ステップにより出射された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信ステップと、
この光空間伝送受信ステップまたは前記受信側電波受信ステップのいずれかにより得られた出力の一方を選択もしくは前記光空間伝送受信ステップおよび前記受信側電波受信ステップの双方により得られた出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信ステップと
を実行することを特徴とするダイバーシティ伝送方法。
【請求項７】
前記電波発生ステップと前記送信局側電波受信ステップとはそれぞれ別の場所で実行される請求項６記載のダイバーシティ伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信局および受信局を配置して伝送を行う光空間伝送技術およびミリ波（あるいはマイクロ波等）伝送技術に関する。本発明は、電波を使用した伝送系の中で、電波が届きにくいとの理由で、電波を用いることを断念し、光ファイバにより解決を図っていた通信に利用する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の普及などで、電波を使用した広帯域無線リンクの需要が増大している。その中で、電波の届きにくい、あるいは、届かない箇所への通信の確保方法が必要となる。この方法として、そうした箇所へは、まず電波を一度受信し、受信したＲＦ（高周波）信号で変調した光信号を生成し、当該光信号を光ファイバにより伝送することが行われている。
【０００３】
このような従来例を図６に示す。図６の例では、受信されたＲＦ（高周波）入力は、ＬＤ（発光素子）制御およびマッチング回路とＬＤとにより光信号に変換され、光ファイバを介して受信局に伝送される。受信局ではフォトダイオード（ＰＤ）により光信号が受信されて検波されＲＦ出力が復調される。
【０００４】
受信した側では、光・電気変換を行い、電気の高周波信号を得て、受信機により受信する。このことにより、電気・光変換、光ファイバ、光・電気変換といったプロセスが必要になるが、全体としては、信号系の条件は変わらないので、こうした対策時の送受信機等への負担は小さい（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１では、電波が届きにくいスペースとして地下街やビルなどを挙げているが、気象条件などで、電波が届きにくいことが問題となる区間でも用いられる技術といえる。
【非特許文献１】小牧省三、「マイクロ波フォトニクスと電子デバイス」、２００１年、ＦＥＤレビュー，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．９，２５  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来技術では、光ファイバを敷設しなければならない。これは電波を利用した自由空間の通信と比較して、経済的に課題があり、また、一般に地理的条件などでファイバ敷設が困難な場合もあると考えられ、導入の難易度という意味でも大きな課題となる。
【０００７】
また、送信局と受信局とが見通せる位置関係であっても、気象条件により通信品質が劣化する場合がある。例えば、ミリ波の場合には、霧に対しては、強い特徴がある一方、降雨の影響が大きく、信号が大きく減衰してしまう。この様子を図７に示す。
【０００８】
こうした課題は、広帯域の電波であり、見通し通信の性格が強いミリ波で顕著である。また、このような通信品質の劣化は、気象条件によって時折発生するため、そのために、高いコストを招く光ファイバの敷設を行うことは経済的に得策とは言えない。しかし、従来では、光ファイバの敷設以外に対策は無い。
【０００９】
本発明は、このような背景に行われたものであって、電波の届きにくい条件下であっても、光ファイバを敷設することなく、かつ、信頼性を確保することができるダイバーシティ伝送装置および方法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】
【００１０】
本発明では、電波通信による通信系と光空間伝送による通信系とを用いて通信を行い、これらの通信系の受信信号を選択もしくは合成する機能を有するダイバーシティ受信回路により受信信号を得る。このときに、光信号を生成するには、電波通信を受信し、その信号形態を維持しつつ光信号に変換して送る。この際、光ファイバを使用しないで、光空間伝送により通信する。
【００１１】
例えば、電波が影響を顕著に受ける気象条件である降雨に対し、光空間伝送は影響を受け難いため、降雨による電波が届き難いために通信が不良になる課題が解決する。
【００１２】
一方で、降雨が想定される場合に、霧の発生も気象条件として想定されうる場合があるため、霧に対しての対策を併用し、信頼性を確保する。この際、もともと電波は霧に強いため、電波通信による通信系を利用する。
【００１３】
なお、ミリ波帯よりも帯域が狭い電波でも同様な事情がある場合には、本発明は有効である。
【００１４】
すなわち、本発明の第一の観点は、送信信号により変調された電波を発生する電波発生手段と、この電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信手段と、この送信局側電波受信手段により受信された前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信手段とを備えた送信局と、前記電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信手段と、前記光空間伝送送信手段から出射された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信手段と、この光空間伝送受信手段または前記受信側電波受信手段のいずれか一方の出力を選択もしくは前記光空間伝送受信手段および前記受信側電波受信手段の双方の出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信手段とを備えた受信局とから構成されたことを特徴とするダイバーシティ伝送装置である（請求項１）。
【００１５】
このように、電波通信と光通信とでダイバーシティ通信を行うことにより、それぞれの通信方式の長所を活かして相補的な通信方式を構築することができる。
【００１６】
前記電波発生手段と前記送信局側電波受信手段とはそれぞれ別装置として構成されることができる（請求項２）。
【００１７】
これによれば、前記電波発生手段と前記送信局側電波受信手段との間にある程度の距離を置くことができる。例えば、前記電波発生手段を高所に設置し、電波通信を良好に行うことができる多数の受信局に対して送信信号を配信させておき、その一方で、電波の届き難い箇所に設置された受信局に対しては、前記送信局側電波受信手段により受信した送信信号を用いて本発明のダイバーシティ伝送を行うことができる。したがって、送信局の活用範囲を広くすることができる。
【００１８】
本発明の第二の観点は、送信信号により変調された電波を発生する電波発生手段と、この電波発生手段から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信手段と、この送信局側電波受信手段により受信された前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信手段とを備えたことを特徴とする送信局である（請求項３）。
【００１９】
前記電波発生手段と前記送信局側電波受信手段とはそれぞれ別装置として構成されることができる（請求項４）。
【００２０】
本発明の第三の観点は、送信局側に設置された電波発生手段から送信された電波を受信し送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信手段と、送信局側に設置された光空間伝送送信手段から出射された前記送信信号により変調された高周波電気信号により変調された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信手段と、この光空間伝送受信手段または前記受信側電波受信手段のいずれか一方の出力を選択もしくは前記光空間伝送受信手段および前記受信側電波受信手段の双方の出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信手段とを備えたことを特徴とする受信局である（請求項５）。
【００２１】
本発明の第四の観点は、送信局により、送信信号により変調された電波を発生する電波発生ステップと、この電波発生ステップにより発生した電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する送信局側電波受信ステップと、この送信局側電波受信ステップにより得られた前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信ステップとを実行し、受信局により、前記電波発生ステップにより発生した電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する受信局側電波受信ステップと、前記光空間伝送送信ステップにより出射された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信ステップと、この光空間伝送受信ステップまたは前記受信側電波受信ステップのいずれかにより得られた出力の一方を選択もしくは前記光空間伝送受信ステップおよび前記受信側電波受信ステップの双方により得られた出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信ステップとを実行することを特徴とするダイバーシティ伝送方法である（請求項６）。
【００２２】
前記電波発生ステップと前記送信局側電波受信ステップとはそれぞれ別の場所で実行されることができる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、見通し通信が求められる環境下で、電波を使用した通信が、光を使用した通信と相補的に構築され、見通し通信の欠点とされる気象条件の変化に対して、通信特性の改善が可能となる。また、構成自体は、光通信においても電波を使用した通信部分の多くを共有できるため、複数の伝送装置を大掛かりに設置するのと異なり、経済的な構成が可能であり、また、比較的コンパクトになる効果も期待できる。広帯域通信を意識してミリ波として説明したが、マイクロ波等にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明実施例のダイバーシティ伝送装置の全体構成を図１を参照して説明する。図１は本実施例のダイバーシティ伝送装置の全体構成図である。
【００２５】
本実施例は、図１に示すように、送信信号により変調された電波を発生する電波発生装置１と、この電波発生装置１から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する電波受信装置２と、この電波受信装置２により受信された前記送信信号により変調された高周波電気信号を入力し当該高周波電気信号により変調された光信号を出射する光空間伝送送信回路３とを備えた送信局１０と、電波発生装置１から送信された電波を受信し前記送信信号により変調された高周波電気信号を出力する電波受信装置１１と、光空間伝送送信回路３から出射された光信号を受信して検波し前記送信信号により変調された高周波電気信号を復調する光空間伝送受信回路１３と、この光空間伝送受信回路１３または電波受信装置１１のいずれか一方の出力を選択もしくは光空間伝送受信回路１３および電波受信装置１１の双方の出力を合成しその結果を出力するダイバーシティ受信回路１４とを備えた受信局２０とから構成されたことを特徴とするダイバーシティ伝送装置である（請求項１、３、５、６）。
【００２６】
電波発生装置１と電波受信装置２とはそれぞれ別装置として構成されることもできる（請求項２、４、７）。
【００２７】
以下では、本実施例をさらに詳細に説明する。
【００２８】
図１は、送信局１０と受信局２０とからなる本発明の構成図である。送信局１０は電波発生装置１を有し、図１に記載していないが、受信局２０以外にも電波の届く他の受信局と通信を行うことができる。
【００２９】
さらに、送信局１０は、電波発生装置１からの電波を受信し高周波電気信号を出力する電波受信装置２と、電波受信装置１からの高周波出力を電気・光変換する光空間伝送送信回路３と、光空間伝送送信回路３からのＬＤ光を空間伝播させるための光学系である光空間伝送送信用レンズ４とから構成される。なお、光空間伝送送信回路３は、電波受信装置１に接続され高周波電気信号とマッチングを取るＬＤ制御およびマッチング回路５と、ＬＤ（発行素子）を適切な駆動条件で動作させるＬＤ部６とから構成される。
【００３０】
受信局２０は、送信局１０からの電波を受信し高周波の電気出力を行う電波受信装置１１と、光空間伝播されてきた光信号をコリメートし光空間伝送受信回路１３に導くための光学系である光空間伝送受信用レンズ１２と、光空間伝送後の光信号を光電変換し高周波の電気信号として出力する光空間伝送受信回路１３と、電波受信装置１１の出力信号と光空間伝送受信回路１３の出力信号とを入力し、入力の切り替えもしくは合成を行い出力を行うダイバーシティ受信回路１４とから構成される。なお、光空間伝送受信回路１３は、レンズ１２を通過して入射した光を受光するＰＤ（受光素子）１５と、受光時にＰＤを適切なバイアスに設定するＰＤバイアス回路１６とから構成される。
【００３１】
本構成によると、光空間伝送区間では想定した通信阻害要因である雨に対し、電波よりも良好な通信となる。光空間伝送区間は、電波と同様で光ファイバと違い線路の敷設が必要ないと共に、光伝送の広帯域特性を有する。一方で、電波通信による通信系を設けてあり、霧に対して通信が可能となる。受信側は、こうした通信系に対してダイバーシティ動作をして出力を得る構成であるので、こうした条件下で、良好な通信を実現することになる。
【００３２】
図２および図３に光空間伝送受信回路１３の構成例を示した。図２の例は、フォトダイオード（ＰＤ）で受光することによって受信信号が得られる。図３の例は、適当なバイアス回路と抵抗のある構成である。
【００３３】
図４に選択型のダイバーシティ受信回路１４の構成例を示した。アンテナおよび受信機がそれぞれ２個あり、ロジックによる切り替わる選択回路により、入力のうちどちらかを選択し、ダイバーシティ受信回路１４の出力とする。ここでの受信回路は、なにもしない（アンテナの受信信号）、ＩＦ（中間周波数）にダウンコンバートした結果、あるいは、ベースバンド復調の結果、等のいずれでもよい。選択するロジックは、アンテナ受信強度やＩＦの包絡線の強度などを、参照レベルと比較するなどして決定する。
【００３４】
図５に合成型のダイバーシティ受信回路１４の構成例を示した。アンテナおよび受信機がそれぞれ２個あり、可変利得増幅器６０−１、６０−２により２つの入力レベルを調節し、位相調整と合成回路６１に入力される。可変利得増幅器６０−１、６０−２は、入力レベルを調整、ＣＮ（キャリア対雑音）比を適切にするために用いられる。これはダイバーシティ受信回路１４の構成により必ずしも必須ではない。位相調整と合成回路６１により、入力のうち、どちらかを選択し、ダイバーシティ受信回路１４の出力とする。
【００３５】
また、図１において、電波を送信する電波発生装置１を送信局１０の本体から切り離して設置することができる。これによれば、電波発生装置１と電波受信装置２との間にある程度の距離を置くことができる。例えば、電波発生装置１を高所に設置し、電波通信を良好に行うことができる多数の受信局に対して送信信号を配信させておき、その一方で、電波の届き難い箇所に設置された受信局２０に対しては、電波受信装置２により受信した送信信号を用いて本発明のダイバーシティ伝送を行うことができる。したがって、送信局の活用範囲を広くすることができる。例えば、途中までは電波が通る条件下では、こうした中継的な動作が有用になる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、ミリ波あるいはマイクロ波を用いた無線通信において、電波の届きにくい条件下であっても、光ファイバを敷設することなく、かつ、信頼性を確保することができるので、ミリ波あるいはマイクロ波を用いた通信設備を従来よりも簡単かつ安価に設置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施例のダイバーシティ伝送装置の全体構成図。
【図２】本実施例の光空間伝送受信回路の構成例を示す図。
【図３】本実施例の光空間伝送受信回路の構成例を示す図。
【図４】ダイバーシティ受信回路（選択型）の構成例を示す図。
【図５】ダイバーシティ受信回路（合成型）の構成例を示す図。
【図６】従来のダイバーシティ伝送装置の全体構成図。
【図７】高周波電波による見通し通信の課題を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１  電波発生装置
２、１１  電波受信装置
３  光空間伝送送信回路
４  光空間伝送送信用レンズ
５  ＬＤ制御およびマッチング回路
６  ＬＤ部
１０  送信局
１２  光空間伝送受信用レンズ
１３  光空間伝送受信回路
１４  ダイバーシティ受信回路
１５  ＰＤ
１６  ＰＤバイアス回路
２０  受信局
６０−１、６０−２  可変利得増幅器
６１  位相調整と合成回路
【図１】
2005277684.tif 000003
【図２】
2005277684.tif 000004
【図３】
2005277684.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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