(57)【要約】  複数の光信号（Ｒ１、Ｒ２）を受信し、受信した光信号を複数の電気信号（ｒ１、ｒ２）にそれぞれ変換する複数の光受信部（１２１、１２２）と、複数の電気信号（ｒ１、ｒ２）に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルする処理を行う第１の演算部（１３０）と、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号（ｔ１’、ｔ２’）に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出する第２の演算部（１４０）とを備える。
2007119661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置であって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換する複数の光受信部と、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルする処理を行う第１の演算部と、
前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出する第２の演算部とを備えることを特徴とする光空間伝送用受信装置。
【請求項２】
前記第２の演算部は、前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下でない場合には、前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、更に、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、前記第１の演算部で処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について前記第２の演算部で処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を前記複数の送信電気信号として決定することを特徴とする、請求項２に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項４】
前記第１の演算部は、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用いて、前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルし、
前記第２の演算部は、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いて、前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルすることを特徴とする、請求項２に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項５】
前記光ビート干渉成分は、前記複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を前記複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されることを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項６】
前記複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、
前記第２の演算部は、前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下の場合には、前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号を、前記複数の送信電気信号として出力することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項７】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信方法であって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、
前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを備えることを特徴とする、光空間伝送用受信方法。
【請求項８】
前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下でない場合には、前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うステップを更に備えることを特徴とする請求項７に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項９】
前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップで処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップで処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を前記複数の送信電気信号として決定するステップを更に備えることを特徴とする、請求項８に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１０】
前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップでは、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用い、
前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップでは、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いることを特徴とする、請求項８に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１１】
前記光ビート干渉成分は、前記複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を前記複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されることを特徴とする、請求項１０に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１２】
前記複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、
前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下の場合には、前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号を、前記複数の送信電気信号として出力することを特徴とする、請求項７に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１３】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置が実行するプログラムであって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、
前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを実行するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を無線信号として使用する光空間伝送システムに用いられる受信装置に関し、より特定的には、複数の光送信部から放射される光信号を受信する光空間伝送システムに用いられる受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自由空間を介して光を使用した無線信号（以下、光信号という）を伝送する光空間伝送システムは、屋内で使用される家庭用オーディオ・ビデオ機器及びテレビ受像機においてチャネル選択等を行うリモートコントロール装置等に用いられる。このリモートコントロール装置が光信号を送信する場合のデータ伝送速度は、１Ｍｂｐｓ以下程度であり比較的低速である。このため、送信装置であるこのリモートコントロール装置が放射する光信号を含んだ光ビームの広がり角度を広くしても、受信装置は十分な信号対雑音電力比（以下、ＳＮＲという）を確保できる。【０００３】
一方で、テレビモニタとチューナとの間では、１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓ程度の高速で光空間伝送を行いたいという要望がある。このような高速光空間伝送を実現するためには、受信装置の受光電力をより増大する必要がある。この受光電力をより増大する方法として以下のものがある。【０００４】
第１の方法としては、送信装置が、光信号を含んだ光ビームの広がり角度を小さくし、そして、照射する光ビームの光軸を精度よく受信装置に入射するように調整するものがある。この場合、調整した光軸の位置精度を維持する必要があり、複雑な光軸調整機構が必要となる。【０００５】
第２の方法としては、光信号を含んだ光ビームを放射する複数の光源及びこの光ビームを受信する複数の受光器を用いる方法がある。この方法は、伝送する信号を分割して、これらの分割された信号をそれぞれ同時に伝送するものである。この方法を、一般に、光ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）という。そして、この方法によって、それぞれの光ビームが伝送する光信号の伝送速度を低速にでき、また、それぞれの受光器の受光電力を低減することができる。このことによって、受信装置は、所定のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を得つつ受信装置全体として受光電力を増大させることができる。以下に、この第２の方法について説明する。【０００６】
図９は、上記した第２の方法を用いた従来の光空間伝送の構成概念を示す図である。図９に示す通り、送信装置１０２３は、光源１１０１、１１０３及び１１０５を備える。そして、受信装置１０２４は、受光素子１１０２、１１０４及び１１０６と信号処理部１０２２とを備える。【０００７】
光源１１０１、１１０３及び１１０５は、ｎ系統の送信信号Ｉ１ 〜Ｉｎ をそれぞれ光信号に変換して放射する。これらの放射される光信号は、例えば、自由空間に放射され、受光素子１１０２、１１０４及び１１０６へと伝送される。受光素子１１０２、１１０４及び１１０６は、伝送された各光信号を電気信号である受光信号Ｓ１ 〜Ｓｍ に変換して信号処理部１０２２へ入力する。なお、ここで、ｍはｎより大きい自然数としている。信号処理部１０２２は、光源の数と同数であるｎ系統の受信信号Ｏ１〜Ｏｎを出力する。【０００８】
ここで、送信信号Ｉ１ 〜Ｉｎ が各要素である行列をＩとし、信号処理部１０２２に入力される受光信号Ｓ１ 〜Ｓｍ が各要素である行列をＳとし、光源から受光素子へ光信号が伝達されるときの伝達係数ｈ１１〜ｈｍｎが各要素である伝達係数行列をＨとする。このことによって、行列Ｉと行列Ｓとは、伝達係数行列Ｈを用いて互いに関係づけられ、Ｓ＝Ｈ＊Ｉという式として表わすことができる。ここで、＊は、行列の積を表わす。また、信号処理部１０２２から出力される受信信号Ｏ１ 〜Ｏｎ が各要素である行列をＯとし、信号処理部１０２２が行う処理を示す伝達係数行列をΦとする。このことによって、行列Ｏと行列Ｓとは、伝達係数行列Φを用いて互いに関係づけられ、Ｏ＝Φ＊Ｓという式として表わすことができる。これらの２つの式から、Ｏ＝Φ＊Ｈ＊Ｉという式が導かれる。そして、信号処理部１０２２は、Ｏ＝Φ＊Ｈ＊Ｉの［Φ＊Ｈ］の部分を対角化する処理を行うことによって、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なり（広義には、各光信号が空間中を伝搬することで生じる干渉成分と解釈できる）をキャンセルする。この結果として、従来の受信装置１０２４は、各光信号から送信信号Ｉ１ 〜Ｉｎ に対応する受信信号Ｏ１ 〜Ｏｎ を独立して再生することができる。【０００９】
上記した通り、従来の受信装置は、それぞれの受光素子の受光電力を低減することができる。このことによって、従来の受信装置は、所定のＳＮＲを得つつ受光電力を増大させることができる。この結果として、各光源から出力される光ビームの広がり角度を小さくして光ビームの光軸方向を精度よく調整することなく、高速光空間伝送を実現することができる。
【特許文献１】特開２００５−６０１７号公報（第５−８頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の受信装置の構成では、複数の光源から出力される光信号の波長が同じ又は近似している場合には、光信号が互いに干渉することによって発生する光ビート干渉雑音（広義には、光ビート干渉によって生じる歪みと解釈できる）の影響を受けるという問題がある。このことによって、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を用いる必要があるので、同一の波長の光ビームを放射する光源を用いる場合よりも管理コストがかかるという問題がある。【００１１】
それ故に、本発明の目的は、光ビート干渉雑音を低減することによって、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を用いる必要がない光空間伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置に向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明の光空間伝送用受信装置は、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換する複数の光受信部と、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルする処理を行う第１の演算部と、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出する第２の演算部とを備える。【００１３】
また、好ましくは、第２の演算部は、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下でない場合には、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、更に、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行う。【００１４】
また、好ましくは、第２の演算部は、第１の演算部で処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について第２の演算部で処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を複数の送信電気信号として決定する。【００１５】
また、第１の演算部は、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用いて、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルし、第２の演算部は、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いて、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルしてもよい。【００１６】
また、光ビート干渉成分は、複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されてもよい。【００１７】
また、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、第２の演算部は、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下の場合には、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号を、複数の送信電気信号として出力してもよい。【００１８】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信方法にも向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明の光空間伝送用受信方法は、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを備える。【００１９】
また、好ましくは、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下でない場合には、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うステップを更に備える。【００２０】
また、好ましくは、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップで処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップで処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を複数の送信電気信号として決定するステップを更に備える。【００２１】
また、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップでは、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用い、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップでは、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いてもよい。【００２２】
また、光ビート干渉成分は、複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されてもよい。【００２３】
また、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下の場合には、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号を、複数の送信電気信号として出力してもよい。【００２４】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置が実行するプログラムにも向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明のプログラムは、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを実行する。
【発明の効果】
【００２５】
上記のように、本発明によれば、複数の光源から出力される光信号の波長が同じ又は近似している場合であっても、光ビート干渉雑音の影響を低減することができる。このことによって、光空間伝送を行う際に、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を選択する必要がない。このことによって、互いに異なる波長の光ビームを放射する光源を用いる場合よりも管理コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る受信装置を用いる光空間伝送システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の伝送路測定をする際の条件を示す図である。
【図３】図３は、光送信部と光受信部とが各４個の場合の、伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す図である。
【図４】図４は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件を示す図である。
【図５】図５は、光送信部と光受信部とが各４個の場合の、光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す図である。
【図６】図６は、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローチャートを示す図である。
【図７】図７は、受信装置が伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルするフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る受信装置の受信フレームの構成例を示す図である。
【図９】図９は、従来の光空間伝送用受信装置の構成概念を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１１  第１の光送信部
１１２  第２の光送信部
１１３、１０２３  送信装置
１２１  第１の光受信部
１２２  第２の光受信部
１３０  第１の演算部
１４０  第２の演算部
１５０、１０２４  受信装置
１１０１、１１０３、１１０５  光源
１１０２、１１０４、１１０６  受光素子
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る受信装置を用いる光空間伝送システムの構成を示す図である。図１に示す通り、この光空間伝送システムは、送信装置１１３と受信装置１５０とを備える。送信装置１１３は、第１の光送信部１１１と第２の光送信部１１２とを含む。そして、受信装置１５０は、第１の光受信部１２１と第２の光受信部１２２と第１の演算部１３０と第２の演算部１４０とを含む。なお、以下では、光送信部及び光受信部がそれぞれ２個の場合について主に説明するが、光送信部及び光受信部はそれぞれ３個以上でもよい。【００２９】
以下に、送信装置１１３及び受信装置１５０の動作について説明する。第１の光送信部１１１は、送信すべきデータをもつ電気信号ｔ１（以下、送信電気信号ｔ１という）を入力する。第２の光送信部１１２は、送信すべきデータをもつ電気信号ｔ２（以下、送信電気信号ｔ２という）を入力する。そして、第１の光送信部１１１は、送信電気信号ｔ１を、送信すべきデータをもつ光信号Ｔ１（以下、送信光信号Ｔ１という）に変換して空間に放射する。同様に、第２の光送信部１１２も、送信電気信号ｔ２を、送信すべきデータをもつ光信号Ｔ２（以下、送信光信号Ｔ２という）に変換して空間に放射する。このとき、送信光信号Ｔ１及びＴ２は、広がり角度のある光ビームとして放射される。送信電気信号ｔ１及びｔ２の最も簡単な形式は、２値デジタル信号である。以下では、一例として、送信電気信号ｔ１及びｔ２の形式を、２値デジタル信号として説明する。【００３０】
ここで、送信光信号Ｔ１の発振周波数をω１とし、送信光信号Ｔ２の発振周波数をω２とし、送信光信号Ｔ１の位相雑音をφ１とし、送信光信号Ｔ２の位相雑音をφ２とし、送信電気信号ｔ１が「１」の場合の光電力をＰ１とし、送信電気信号ｔ２が「１」の場合の光電力をＰ２とする。このようにすると、送信光信号Ｔ１及びＴ２と送信電気信号ｔ１及びｔ２との関係は、次の式（１）及び式（２）によって表される。
【数１】
2007119661.tif 000003
【数２】
2007119661.tif 000004
【００３１】
次に、第１の光受信部１２１は、放射された送信光信号Ｔ１及びＴ２を、空間を介して受信光信号Ｒ１として受光する。同様に、第２の光受信部１２２も、放射された送信光信号Ｔ１及びＴ２を空間を介して受信光信号Ｒ２として受光する。【００３２】
ここで、送信光信号Ｔ１が第１の光受信部１２１に受光される場合の送信光信号Ｔ１の伝搬係数をｈ１１とし、送信光信号Ｔ１が第２の光受信部１２２に受光される場合の送信光信号Ｔ１の伝搬係数をｈ２１とする。同様に、送信光信号Ｔ２が第１の光受信部１２１に受光される場合の伝搬係数をｈ１２とし、送信光信号Ｔ２が第２の光受信部１２２に受光される場合の伝搬係数をｈ２２とする。このようにすると、送信光信号Ｔ１及びＴ２と受信光信号Ｒ１及びＲ２との関係は、次の式（３）によって表される。
【数３】
2007119661.tif 000005
【００３３】
次に、第１の光受信部１２１は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換して第１の演算部１３０へ出力する。同様に、第２の光受信部１２２は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換して第１の演算部１３０へ出力する。【００３４】
ここで、受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換するときの変換効率をｂ１とし、受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換するときの変換効率をｂ２とする。このようにすると、受信光信号Ｒ１及びＲ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、次の式（４）及び式（５）によって表される。
【数４】
2007119661.tif 000006
【数５】
2007119661.tif 000007
【００３５】
そして、式（１）〜式（５）までを考慮すると、送信電気信号ｔ１及びｔ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、次の式（６）及び式（７）によって表される。なお、自乗検波時に生じる成分で、取り出せる周波数成分は、受光素子の応答速度に制限される。
【数６】
2007119661.tif 000008
【数７】
2007119661.tif 000009
【００３６】
ここで、以下の式によって、式（６）及び式（７）の各項を、以下のｋ１１、ｋ１２、ｋ２１、ｋ２２、ｎ１及びｎ２（式（８）〜式（１１））に置き換えて整理する。
【数８】
2007119661.tif 000010
【数９】
2007119661.tif 000011
【数１０】
2007119661.tif 000012
【数１１】
2007119661.tif 000013
このことによって、送信電気信号ｔ１及びｔ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、最終的に、以下の式（１２）によって表わされる。
【数１２】
2007119661.tif 000014
そして、式（１２）は、以下の式（１３）に変形できる。
【数１３】
2007119661.tif 000015
【００３７】
ここで、式（１３）のｎ１及びｎ２は、光ビート干渉成分（広義には、光ビート干渉によって生じる歪みと解釈できる）である。光ビート干渉成分とは、周波数の接近した複数個の光波が重ね合わさったことによって生じる周波数のうなりを光受信器等で検出したときの出力信号成分である。そして、この光ビート干渉成分は、雑音成分である。そして、式（１０）及び式（１１）が示す通り、この雑音成分であるｎ１及びｎ２は、送信電気信号ｔ１及びｔ２を共に含んでいる。従って、このｎ１及びｎ２は、送信電気信号ｔ１及びｔ２の両方に依存して電力が変化する。このことによって、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値が、双方ともに「１」の場合には、雑音成分であるｎ１及びｎ２が発生する。そして、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値のいずれかが「０」の場合には、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値は「０」となるので、原則として、雑音成分であるｎ１及びｎ２は発生しない。この様に、２つの送信光信号Ｔ１及びＴ２が同時に放射される場合に、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する。なお、光送信部及び光受信部がそれぞれ３個以上である場合には、２つ以上の送信光信号が同時に放射される場合に光ビート干渉成分が発生する。【００３８】
以下では、この光ビート干渉成分についても考慮して送信電気信号ｔ１及びｔ２を再生するための動作について説明する。式（１３）が示す通り、ｋ１１〜ｋ２２を要素とする行列の逆行列を求めることによって、受信電気信号ｒ１及びｒ２から送信電気信号ｔ１及びｔ２を求めることができる。しかし、上記した通り、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値の双方が「１」の場合には、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の影響が生じる。そこで、後に説明する通り、第１の演算部１３０が演算１を行った後に第２の演算部１４０が演算２を行うことによって、受信装置１５０は、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なり（広義には、各光信号が空間中を伝搬することで生じる干渉成分と解釈できる）をキャンセルし、かつ、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２をキャンセルして送信電気信号ｔ１及びｔ２を再生する。【００３９】
上述した演算１及び演算２を実現して通信を行うために、本発明の受信装置を用いる光空間伝送システムは、通信開始前に、従来技術を用いて伝送路測定を行う。例えば、移動可能な受信装置１５０を用いて通信を行う場合には、送信装置１１３と受信装置１５０との位置関係が変化するので、送信装置１１３と受信装置１５０との間で伝送路測定が行われた後に通信が開始される。なお、送信装置１１３及び受信装置１５０を建物等に固定して通信を行う場合には、原則として、当該固定したときにのみ伝送路測定を行えばよい。ここで、伝送路測定とは、この場合、第１の光伝送部１１１及び第２の光伝送部１１２から第１の光受信部１２１及び第１の光受信部１２２へ送信光信号Ｔ１及びＴ２が伝達されるときの送受信レベル差と伝搬時間とを示す伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を求めることである。【００４０】
図２は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の伝送路測定をする際の条件を示す図である。以下に、伝送路測定を行う方法について、図２を用いて説明する。図２に示す通り、まず、第１の光送信部１１１は、値が「１」である送信電気信号ｔ１を送信光信号Ｔ１に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。ここで、第２の光送信部１１２は送信電気信号Ｔ２を送信しない。送信光信号Ｔ１は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として受信される（図１を参照）。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号Ｔ１と、受信光信号Ｒ１及び光信号Ｒ２とが同じ値になるように伝達係数ｈ１１及びｈ２１を定める（式（３）を参照）。同様に、第２の光送信部１１２は、値が「１」である送信電気信号ｔ２を送信光信号Ｔ２に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。ここで、第１の光送信部１１１は送信光信号Ｔ１を送信しない（図２を参照）。送信光信号Ｔ２は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として受信される（図１を参照）。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号Ｔ２と、受信光信号Ｒ１及び光信号Ｒ２とが同じ値になるように伝達係数ｈ１２及びｈ２２を定める（式（３）を参照）。以上の処理によって、第１の演算部１３０は、伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を求めることができる。そして、第１の演算部１３０は、通信開始に先立って、求めた伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を保持する。【００４１】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合の伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度として、図３に、光送信部と光受信部とが各４個の場合の伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す。図３の（ａ）に示すように、光送信部のいずれか１個のみが、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ送信する。ここで、他の３個の光送信部は送信光信号を送信しない。そして、図３の（ｂ）に示すように、送信光信号は、空間中を伝搬した後に各光受信部によってそれぞれ受信光信号として受信される。例えば、第１の光送信部のみが送信光信号を各光受信部へ送信する場合には（図３の太枠で示す列を参照）、第１の受信部は「１．０」の受光強度で受信し、第２の受信部は「０．４」の受光強度で受信し、第３の受信部は「０．２」の受光強度で受信し、第４の受信部は「０．１」の受光強度で受信する。この様に、原則として、第１の光送信部に最も近い第１の光受信部が、第１の光送信部の送信光信号を最も強い受光強度で受信する。そして、第１の光送信部から離れた光受信部ほど、受信する受光強度は弱くなる。なお、送信光信号が伝搬する空間に障害物等が存在することで、当該空間が一様とは認められない場合には、第１の光送信部に最も近い第１の光受信部が、第１の光送信部の送信光信号を最も強い受光強度で受信するとは限らない。ここで、図３の（ｂ）に示す値は、光送信部が送信した光信号を最も強い受光強度で受信した光受信部の当該受光強度を「１．０」として、各光受信部の受光強度を表している。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号とそれぞれの受信光信号とが同じ値になるように伝達係数を定める。この処理をそれぞれの光送信部について行うことによって、第１の演算部１３０は、全ての伝達係数を定めることができる。このように、光送信部と光受信部とが各３個以上である場合でも、光送信部と光受信部とが各２個の場合と同様に伝送路測定ができる。【００４２】
加えて、本発明の受信装置を用いる光空間伝送システムでは、通信開始に先立って、以下に説明する光ビート干渉成分測定を行うことを特徴とする。図４は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件を示す図である。図４に示す通り、第１の光送信部１１１は、値が「１」である送信電気信号ｔ１を送信光信号Ｔ１に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。これと同時に、第２の光送信部１１２は、値が「１」である送信電気信号ｔ２を送信光信号Ｔ２に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。送信光信号Ｔ１及びＴ２は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として同時に受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として同時に受信される。第１の光受信部１２１は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換して出力する。同様に、第２の光受信部１２２は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換して出力する（図１を参照）。【００４３】
ここで、式（１２）に示すように、受信電気信号ｒ１は光ビート干渉成分ｎ１を含み、受信電気信号ｒ２は光ビート干渉成分ｎ２を含む。また、式（１２）において、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値はそれぞれ「１」である。そして、上記した伝送路測定によって、伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値は定まっているので、ｋ１１〜ｋ２２を要素とする行列の値も定まる（式（８）及び式（９）を参照）。このことによって、第２の演算部１４０は、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２を、受信電気信号ｒ１及びｒ２によって測定することができる（式（１２）を参照）。そして、第２の演算部１４０は、測定された光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値を通信開始に先立って保持する。【００４４】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度として、図５に、光送信部と光受信部とが各４個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す。図５の（ａ）に示すように、或る２個の光送信部が、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ同時に送信する。ここで、他の光送信部は送信電気信号を送信しない。各光受信部は、空間中を伝搬した受信光信号をそれぞれ受信する。同様に、各光受信部は、図５の（ａ）に示す全ての光送信部の組み合わせ（６通り）の場合においての受信光信号をそれぞれ受信する（図５の（ｂ）を参照）。例えば、第１の光送信部及び第２の光送信部が同時に送信光信号を各光受信部へ送信する場合には（図５の太枠で示す列を参照）、第１の光受信部は「０．５０」の受光強度で受信し、第２の光受信部は「０．４０」の受光強度で受信し、第３の光受信部は「０．１０」の受光強度で受信し、第４の光受信部は「０．０２」の受光強度で受信している。ここで、図３を用いて説明した、光送信部と光受信部とが各４個である場合の伝達係数は既に定まっている。このことによって、第２の演算部１４０は、光送信部の全ての組み合わせ（６通り）の場合の光ビート干渉成分を、受信電気信号によって測定することができる（式（１２）を参照）。このように、光送信部と光受信部とが各３個以上である場合でも、光送信部と光受信部とが各２個である場合と同様に光ビート干渉成分測定ができる。なお、３個以上の光送信部が、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ同時に送信する場合の光ビート干渉成分は、上記した光ビート干渉成分測定によって測定された光ビート干渉成分を重ね合わせることによって測定することができる。【００４５】
図６は、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローチャートを示す。図６を用いて、光送信部と光受信部とが各２個以上の場合の伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローについて簡単に説明する。まず、送信装置は、図２及び図３を用いて詳細に説明した通り、所定の順番で光送信部の内の１個を選択して発光させる（ステップＳ１）。次に、受信装置は、伝送路測定を行う（ステップＳ２）。次に、受信装置は、伝送路測定の結果（伝達係数）を記憶する（ステップＳ３）。次に、送信装置は、発光させてない光送信部があるか否かを判断する（ステップＳ４）。発光させてない光送信部がある場合には、ステップ１に戻る。発光させてない光送信部がない場合には、送信装置は、図４及び図５を用いて詳細に説明した通り、所定の順番で光送信部のペアを選択して同時に発光させる（ステップＳ５）。次に、受信装置は、光ビート干渉成分測定を行う（ステップＳ６）。次に、受信装置は、光ビート干渉成分測定の結果を記憶する（ステップＳ７）。次に、送信装置は、同時に発光させていない光送信部のペアがあるか否かを判断する（ステップＳ８）。同時に発光させてない光送信部のペアがある場合には、ステップ５に戻る。同時に発光させてない光送信部のペアがない場合には、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定は完了する。以上に説明した伝送路測定及び光ビート干渉成分測定が行われた後に、送信装置と受信装置との間で通信が開始される。【００４６】
図７は、本発明の一実施形態の受信装置が、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルするフローチャートを示す。以下では、光送信部と光受信部とが各２個である場合について説明する。図７に示す通り、第１の演算部１３０は、保持していた伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値と入力された受信電気信号ｒ１及びｒ２とを用いて、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の影響を考慮しない値である送信電気信号ｔ１’及びｔ２’を算出する（式（８）〜式（１３）を参照）演算１を行う（ステップＳ９）。つまり、演算１は、伝送される光信号の空間的重なりをキャンセルする。ここで、既に説明したように、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生しない場合には、送信電気信号ｔ１’と送信電気信号ｔ１とは等しくなり、また、送信電気信号ｔ２’と送信電気信号ｔ２とは等しくなる（式（１３）を参照）。そして、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する場合には、演算１は、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２をキャンセルすることができない（式（８）〜式（１３）を参照）ので、送信電気信号ｔ１及びｔ２を算出することはできない。そして、第１の演算部１３０は、送信電気信号ｔ１’及びｔ２’を第２の演算部１４０へ出力する（図１を参照）。【００４７】
次に、第２の演算部１４０は、第１の演算部１３０から送信電気信号ｔ１’及びｔ２’を入力する。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１’及びｔ２’について、保持していた光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値を考慮することによって送信電気信号ｔ１’’及びｔ２’’を算出する（式（１３）を参照）演算２を行う（ステップＳ１０）。ここで、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する場合には、送信電気信号ｔ１’’と送信電気信号ｔ１とは等しくなり、また、送信電気信号ｔ２’’と送信電気信号ｔ２とは等しくなる。そして、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生しない場合には、送信電気信号ｔ１’’と送信電気信号ｔ１とは異なり、また、送信電気信号ｔ２’’と送信電気信号ｔ２とは異なる。（式（１３）を参照）。次に、第２の演算部１４０は、入力された送信電気信号ｔ１’及びｔ２’を記憶する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１との順序は逆でもよい。次に、第２の演算部１４０は、演算２によって得られたとｔ１’’及びｔ２’’と、ｔ１’及びｔ２’とを比較して、最適な方を送信電気信号ｔ１及びｔ２として決定する（ステップＳ１２）。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１及びｔ２を出力する（ステップＳ１３）。このように、本発明の一実施形態の受信装置は、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルできる。【００４８】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合に、本発明の受信装置が、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルする動作について図７を流用して説明する。図７に示す通り、第１の演算部１３０は、伝送路測定して保持していた伝達係数を用いて、演算１を行うことによって送信電気信号ｔ１’〜ｔｍ’（ｍは３以上の整数である）を算出する（ステップＳ９）。そして、第１の演算部１３０は、送信電気信号ｔ１’〜ｔｍ’を第２の演算部１４０へ出力する。【００４９】
次に、第２の演算部１４０は、第１の演算部１３０から送信電気信号ｔ１’〜ｔｍ’を入力する。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１’〜ｔｍ’について、第２の演算部１４０が光ビート干渉成分測定して保持していた光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍの値を考慮することによって送信電気信号ｔ１’’〜ｔｍ’’を算出する演算２を行う（ステップＳ１０）。ここで、既に説明した通り、少なくとも２個以上の光送信部が同時に送信電気信号を放射している場合には、光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍが発生している。また、光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍは、送信電気信号を放射する光送信部の組み合わせによって異なるので複数組測定されている。具体的には、第２の演算部１４０は、上記した複数組の光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍのそれぞれについて演算２を行うことによって、複数組の送信電気信号ｔ１’’〜ｔｍ’’を算出する。次に、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１’〜ｔｍ’を記憶する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１との順序は逆でもよい。そして、第２の演算部１４０は、演算２によって得られた複数組の送信電気信号ｔ１’’〜ｔｍ’’及び１組の送信電気信号ｔ１’〜ｔ４’の中から最適な１組を送信電気信号ｔ１〜ｔｍとして選択する（ステップＳ１２）。次に、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１〜ｔｍを出力する（ステップＳ１３）。このように、送信部と光受信部とが各３個以上の場合であっても、本発明の一実施形態の受信装置は、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルできる。【００５０】
ここで、光ビート干渉成分は、光送信部から送信される２つの光信号の偏波方向が一致することによって生じ、当該２つの光信号の偏波方向がずれるに従って減少するという性質を有する。このことから、隣り合う光送信部から送信される光信号の偏波をそれぞれ直交させたものとし、また、受信装置１５０側で光ビート干渉成分が所定の許容値以下しか生じていないことを確認できた場合には、第２の演算部１４０は、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行う必要がないこととなる。従って、第２の演算部１４０は、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理に先立って光ビート干渉成分が所定の許容値以下か否かを算出して、所定の許容値以下でない場合に限って光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行い、所定の許容値以下の場合には光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理は行わないこととしてもよい。【００５１】
以上のように、本発明の一実施形態の受信装置では、通信開始に先立って行う伝送路測定及び光ビート干渉成分測定によって得られた値を考慮して演算１及び、必要に応じて演算２を行うことによって送信電気信号を求める。このことによって、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なりをキャンセルし、更に、必要な場合には光ビート干渉成分をキャンセルできる。この結果として、高品質な伝送性能を得ることができる。【００５２】
なお、以上では、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定を行うに際して、受信装置は、送信装置の光送信部が発光する順番を保持しているものとして説明したが、当該発光する順番は、例えば、図８に示すフレームによって、受信装置に通知される。図８に、本発明の一実施形態に係る受信装置が受信するフレームの構成例を示す。図８のフレームにおいて、プリアンブルは一般に用いられる同期確立用の固定パターン信号であり、光ＭＩＭＯ情報は伝送速度等を示す光ＭＩＭＯ用の制御情報等であり、光ＭＩＭＯプリアンブルは光ＭＩＭＯチャネル測定用のプリアンブル信号であり、フレーム本体は受信するデータ信号等である。そして、光ＭＩＭＯチャネル測定用のプリアンブル信号は、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定を行うために受信装置に通知される、光送信部が発光する順番を示す信号等である。【００５３】
また、本実施例では、２値デジタル信号の場合について説明したが、多値デジタル信号等のように異なる信号フォーマットの場合でもよい。【００５４】
また、搬送波を用いたサブキャリア伝送の場合や光源の駆動電流を少量流しておく場合には、常に全ての光送信部から光信号が放射されている。この場合は、光ビート干渉成分が常に存在するので、０個又は１個の光送信部が送信光信号を送信している場合の光ビート干渉成分についても測定しておく。そして、０個又は１個の光送信部が送信光信号を送信している場合の光ビート干渉成分も含めた光ビート干渉成分のそれぞれについて演算２を行う。そして、算出された複数組の送信電気信号ｔ１’’〜ｔｍ’’の中から最適な１組を送信電気信号ｔ１〜ｔｍとして選択すればよい。但し、光周波数変調した際に発生するチャープの影響が大きい場合には、デジタル信号の場合と同様に、伝送される信号成分毎に光ビート干渉成分を通信開始に先立って測定しておけばよい。【００５５】
また、第１の演算部１３０は、伝送路測定によって得られた値を書き換え可能なメモリに保存しておくことによって、所定の伝送路状況においては、改めて伝送路測定を行うことなく高品質に送信電気信号を再生することができる。同様に、第２の演算部１４０は、光ビート干渉成分測定によって得られた値を書き換え可能なメモリに保存しておくことによって、所定の伝送路状況においては、改めて光ビート干渉成分測定を行うことなく高品質に送信電気信号を再生することができる。また、以上の説明では、光送信部及び光受信部を、各２台と各４台の場合を用いて主に説明したが、これらの数量はこれに限られるものではない。また、第１の演算部と第２の演算部とを一つの演算部としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、複数の光受信部を備える光空間伝送用受信装置等に利用可能であり、特に、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルして高品質な伝送性能を得たい場合等に有用である。
【図１】
2007119661.tif 000016
【図２】
2007119661.tif 000017
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置であって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換する複数の光受信部と、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルする処理を行う第１の演算部と、
前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出する第２の演算部とを備えることを特徴とする光空間伝送用受信装置。
【請求項２】
前記第２の演算部は、前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下でない場合には、前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、更に、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、前記第１の演算部で処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について前記第２の演算部で処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を前記複数の送信電気信号として決定することを特徴とする、請求項２に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項４】
前記第１の演算部は、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用いて、前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルし、
前記第２の演算部は、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いて、前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルすることを特徴とする、請求項２に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項５】
前記光ビート干渉成分は、前記複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を前記複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されることを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項６】
前記複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、
前記第２の演算部は、前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下の場合には、前記第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号を、前記複数の送信電気信号として出力することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送用受信装置。
【請求項７】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信方法であって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、
前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを備えることを特徴とする、光空間伝送用受信方法。
【請求項８】
前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下でない場合には、前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うステップを更に備えることを特徴とする請求項７に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項９】
前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップで処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップで処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を前記複数の送信電気信号として決定するステップを更に備えることを特徴とする、請求項８に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１０】
前記伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップでは、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用い、
前記光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップでは、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いることを特徴とする、請求項８に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１１】
前記光ビート干渉成分は、前記複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を前記複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されることを特徴とする、請求項１０に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１２】
前記複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、
前記光ビート干渉によって生じる歪みが前記所定の許容値以下の場合には、前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号を、前記複数の送信電気信号として出力することを特徴とする、請求項７に記載の光空間伝送用受信方法。
【請求項１３】
空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置が実行するプログラムであって、
前記複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、
前記複数の電気信号に対して、前記空間中を前記複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、
前記伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた前記複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを実行するためのプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を無線信号として使用する光空間伝送システムに用いられる受信装置に関し、より特定的には、複数の光送信部から放射される光信号を受信する光空間伝送システムに用いられる受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自由空間を介して光を使用した無線信号（以下、光信号という）を伝送する光空間伝送システムは、屋内で使用される家庭用オーディオ・ビデオ機器及びテレビ受像機においてチャネル選択等を行うリモートコントロール装置等に用いられる。このリモートコントロール装置が光信号を送信する場合のデータ伝送速度は、１Ｍｂｐｓ以下程度であり比較的低速である。このため、送信装置であるこのリモートコントロール装置が放射する光信号を含んだ光ビームの広がり角度を広くしても、受信装置は十分な信号対雑音電力比（以下、ＳＮＲという）を確保できる。
【０００３】
一方で、テレビモニタとチューナとの間では、１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓ程度の高速で光空間伝送を行いたいという要望がある。このような高速光空間伝送を実現するためには、受信装置の受光電力をより増大する必要がある。この受光電力をより増大する方法として以下のものがある。
【０００４】
第１の方法としては、送信装置が、光信号を含んだ光ビームの広がり角度を小さくし、そして、照射する光ビームの光軸を精度よく受信装置に入射するように調整するものがある。この場合、調整した光軸の位置精度を維持する必要があり、複雑な光軸調整機構が必要となる。
【０００５】
第２の方法としては、光信号を含んだ光ビームを放射する複数の光源及びこの光ビームを受信する複数の受光器を用いる方法がある。この方法は、伝送する信号を分割して、これらの分割された信号をそれぞれ同時に伝送するものである。この方法を、一般に、光ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）という。そして、この方法によって、それぞれの光ビームが伝送する光信号の伝送速度を低速にでき、また、それぞれの受光器の受光電力を低減することができる。このことによって、受信装置は、所定のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を得つつ受信装置全体として受光電力を増大させることができる。以下に、この第２の方法について説明する。
【０００６】
図９は、上記した第２の方法を用いた従来の光空間伝送の構成概念を示す図である。図９に示す通り、送信装置１０２３は、光源１１０１、１１０３及び１１０５を備える。そして、受信装置１０２４は、受光素子１１０２、１１０４及び１１０６と信号処理部１０２２とを備える。
【０００７】
光源１１０１、１１０３及び１１０５は、ｎ系統の送信信号Ｉ1 〜Ｉn をそれぞれ光信号に変換して放射する。これらの放射される光信号は、例えば、自由空間に放射され、受光素子１１０２、１１０４及び１１０６へと伝送される。受光素子１１０２、１１０４及び１１０６は、伝送された各光信号を電気信号である受光信号Ｓ1 〜Ｓm に変換して信号処理部１０２２へ入力する。なお、ここで、ｍはｎより大きい自然数としている。信号処理部１０２２は、光源の数と同数であるｎ系統の受信信号Ｏ１〜Ｏｎを出力する。
【０００８】
ここで、送信信号Ｉ1 〜Ｉn が各要素である行列をＩとし、信号処理部１０２２に入力される受光信号Ｓ1 〜Ｓm が各要素である行列をＳとし、光源から受光素子へ光信号が伝達されるときの伝達係数ｈ11〜ｈmnが各要素である伝達係数行列をＨとする。このことによって、行列Ｉと行列Ｓとは、伝達係数行列Ｈを用いて互いに関係づけられ、Ｓ＝Ｈ＊Ｉという式として表わすことができる。ここで、＊は、行列の積を表わす。また、信号処理部１０２２から出力される受信信号Ｏ1 〜Ｏn が各要素である行列をＯとし、信号処理部１０２２が行う処理を示す伝達係数行列をΦとする。このことによって、行列Ｏと行列Ｓとは、伝達係数行列Φを用いて互いに関係づけられ、Ｏ＝Φ＊Ｓという式として表わすことができる。これらの２つの式から、Ｏ＝Φ＊Ｈ＊Ｉという式が導かれる。そして、信号処理部１０２２は、Ｏ＝Φ＊Ｈ＊Ｉの［Φ＊Ｈ］の部分を対角化する処理を行うことによって、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なり（広義には、各光信号が空間中を伝搬することで生じる干渉成分と解釈できる）をキャンセルする。この結果として、従来の受信装置１０２４は、各光信号から送信信号Ｉ1 〜Ｉn に対応する受信信号Ｏ1 〜Ｏn を独立して再生することができる。
【０００９】
上記した通り、従来の受信装置は、それぞれの受光素子の受光電力を低減することができる。このことによって、従来の受信装置は、所定のＳＮＲを得つつ受光電力を増大させることができる。この結果として、各光源から出力される光ビームの広がり角度を小さくして光ビームの光軸方向を精度よく調整することなく、高速光空間伝送を実現することができる。
【特許文献１】特開２００５−６０１７号公報（第５−８頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の受信装置の構成では、複数の光源から出力される光信号の波長が同じ又は近似している場合には、光信号が互いに干渉することによって発生する光ビート干渉雑音（広義には、光ビート干渉によって生じる歪みと解釈できる）の影響を受けるという問題がある。このことによって、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を用いる必要があるので、同一の波長の光ビームを放射する光源を用いる場合よりも管理コストがかかるという問題がある。
【００１１】
それ故に、本発明の目的は、光ビート干渉雑音を低減することによって、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を用いる必要がない光空間伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置に向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明の光空間伝送用受信装置は、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換する複数の光受信部と、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルする処理を行う第１の演算部と、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出する第２の演算部とを備える。
【００１３】
また、好ましくは、第２の演算部は、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下でない場合には、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、更に、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行う。
【００１４】
また、好ましくは、第２の演算部は、第１の演算部で処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について第２の演算部で処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を複数の送信電気信号として決定する。
【００１５】
また、第１の演算部は、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用いて、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルし、第２の演算部は、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いて、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルしてもよい。
【００１６】
また、光ビート干渉成分は、複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されてもよい。
【００１７】
また、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、第２の演算部は、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下の場合には、第１の演算部で干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号を、複数の送信電気信号として出力してもよい。
【００１８】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信方法にも向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明の光空間伝送用受信方法は、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを備える。
【００１９】
また、好ましくは、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下でない場合には、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行うステップを更に備える。
【００２０】
また、好ましくは、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップで処理された１組の複数の電気信号と、当該１組の複数の電気信号について光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップで処理された複数組の複数の電気信号との中から、最適な１組の複数の電気信号を複数の送信電気信号として決定するステップを更に備える。
【００２１】
また、伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップでは、伝送路測定によって得られた伝搬係数の値を用い、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルするステップでは、光ビート干渉成分測定によって得られた光ビート干渉成分の値を用いてもよい。
【００２２】
また、光ビート干渉成分は、複数の光信号を放射する複数の光送信部のいずれか２つの光送信部のみから同時に放射された光信号を複数の光受信部が受信することを、２つの光送信部の全ての組み合わせで実行することによって測定されてもよい。
【００２３】
また、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号は、隣り合う当該光信号の偏波がそれぞれ直交しており、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下の場合には、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号を、複数の送信電気信号として出力してもよい。
【００２４】
本発明は、空間中に放射された、複数の送信電気信号から変換された複数の光信号を受信する光空間伝送用受信装置が実行するプログラムにも向けられている。そして、上記した目的を達成させるために本発明のプログラムは、複数の光信号を受信し、受信した光信号を複数の電気信号にそれぞれ変換するステップと、複数の電気信号に対して、空間中を複数の光信号が伝搬することで生じる干渉成分をキャンセルするステップと、伝搬することで生じる干渉成分がキャンセルされた複数の電気信号に対して、光ビート干渉によって生じる歪みが所定の許容値以下であるか否かを算出するステップとを実行する。
【発明の効果】
【００２５】
上記のように、本発明によれば、複数の光源から出力される光信号の波長が同じ又は近似している場合であっても、光ビート干渉雑音の影響を低減することができる。このことによって、光空間伝送を行う際に、互いに波長が異なる光ビームを放射する光源を選択する必要がない。このことによって、互いに異なる波長の光ビームを放射する光源を用いる場合よりも管理コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る受信装置を用いる光空間伝送システムの構成を示す図である。図１に示す通り、この光空間伝送システムは、送信装置１１３と受信装置１５０とを備える。送信装置１１３は、第１の光送信部１１１と第２の光送信部１１２とを含む。そして、受信装置１５０は、第１の光受信部１２１と第２の光受信部１２２と第１の演算部１３０と第２の演算部１４０とを含む。なお、以下では、光送信部及び光受信部がそれぞれ２個の場合について主に説明するが、光送信部及び光受信部はそれぞれ３個以上でもよい。
【００２７】
以下に、送信装置１１３及び受信装置１５０の動作について説明する。第１の光送信部１１１は、送信すべきデータをもつ電気信号ｔ１（以下、送信電気信号ｔ１という）を入力する。第２の光送信部１１２は、送信すべきデータをもつ電気信号ｔ２（以下、送信電気信号ｔ２という）を入力する。そして、第１の光送信部１１１は、送信電気信号ｔ１を、送信すべきデータをもつ光信号Ｔ１（以下、送信光信号Ｔ１という）に変換して空間に放射する。同様に、第２の光送信部１１２も、送信電気信号ｔ２を、送信すべきデータをもつ光信号Ｔ２（以下、送信光信号Ｔ２という）に変換して空間に放射する。このとき、送信光信号Ｔ１及びＴ２は、広がり角度のある光ビームとして放射される。送信電気信号ｔ１及びｔ２の最も簡単な形式は、２値デジタル信号である。以下では、一例として、送信電気信号ｔ１及びｔ２の形式を、２値デジタル信号として説明する。
【００２８】
ここで、送信光信号Ｔ１の発振周波数をω１とし、送信光信号Ｔ２の発振周波数をω２とし、送信光信号Ｔ１の位相雑音をφ１とし、送信光信号Ｔ２の位相雑音をφ２とし、送信電気信号ｔ１が「１」の場合の光電力をＰ１とし、送信電気信号ｔ２が「１」の場合の光電力をＰ２とする。このようにすると、送信光信号Ｔ１及びＴ２と送信電気信号ｔ１及びｔ２との関係は、次の式（１）及び式（２）によって表される。
【数１】
2007119661.tif 000025
【数２】
2007119661.tif 000026
【００２９】
次に、第１の光受信部１２１は、放射された送信光信号Ｔ１及びＴ２を、空間を介して受信光信号Ｒ１として受光する。同様に、第２の光受信部１２２も、放射された送信光信号Ｔ１及びＴ２を空間を介して受信光信号Ｒ２として受光する。
【００３０】
ここで、送信光信号Ｔ１が第１の光受信部１２１に受光される場合の送信光信号Ｔ１の伝搬係数をｈ１１とし、送信光信号Ｔ１が第２の光受信部１２２に受光される場合の送信光信号Ｔ１の伝搬係数をｈ２１とする。同様に、送信光信号Ｔ２が第１の光受信部１２１に受光される場合の伝搬係数をｈ１２とし、送信光信号Ｔ２が第２の光受信部１２２に受光される場合の伝搬係数をｈ２２とする。このようにすると、送信光信号Ｔ１及びＴ２と受信光信号Ｒ１及びＲ２との関係は、次の式（３）によって表される。
【数３】
2007119661.tif 000027
【００３１】
次に、第１の光受信部１２１は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換して第１の演算部１３０へ出力する。同様に、第２の光受信部１２２は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換して第１の演算部１３０へ出力する。
【００３２】
ここで、受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換するときの変換効率をｂ１とし、受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換するときの変換効率をｂ２とする。このようにすると、受信光信号Ｒ１及びＲ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、次の式（４）及び式（５）によって表される。
【数４】
2007119661.tif 000028
【数５】
2007119661.tif 000029
【００３３】
そして、式（１）〜式（５）までを考慮すると、送信電気信号ｔ１及びｔ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、次の式（６）及び式（７）によって表される。なお、自乗検波時に生じる成分で、取り出せる周波数成分は、受光素子の応答速度に制限される。
【数６】
2007119661.tif 000030
【数７】
2007119661.tif 000031
【００３４】
ここで、以下の式によって、式（６）及び式（７）の各項を、以下のｋ１１、ｋ１２、ｋ２１、ｋ２２、ｎ１及びｎ２（式（８）〜式（１１））に置き換えて整理する。
【数８】
2007119661.tif 000032
【数９】
2007119661.tif 000033
【数１０】
2007119661.tif 000034
【数１１】
2007119661.tif 000035
このことによって、送信電気信号ｔ１及びｔ２と受信電気信号ｒ１及びｒ２との関係は、最終的に、以下の式（１２）によって表わされる。
【数１２】
2007119661.tif 000036
そして、式（１２）は、以下の式（１３）に変形できる。
【数１３】
2007119661.tif 000037
【００３５】
ここで、式（１３）のｎ１及びｎ２は、光ビート干渉成分（広義には、光ビート干渉によって生じる歪みと解釈できる）である。光ビート干渉成分とは、周波数の接近した複数個の光波が重ね合わさったことによって生じる周波数のうなりを光受信器等で検出したときの出力信号成分である。そして、この光ビート干渉成分は、雑音成分である。そして、式（１０）及び式（１１）が示す通り、この雑音成分であるｎ１及びｎ２は、送信電気信号ｔ１及びｔ２を共に含んでいる。従って、このｎ１及びｎ２は、送信電気信号ｔ１及びｔ２の両方に依存して電力が変化する。このことによって、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値が、双方ともに「１」の場合には、雑音成分であるｎ１及びｎ２が発生する。そして、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値のいずれかが「０」の場合には、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値は「０」となるので、原則として、雑音成分であるｎ１及びｎ２は発生しない。この様に、２つの送信光信号Ｔ１及びＴ２が同時に放射される場合に、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する。なお、光送信部及び光受信部がそれぞれ３個以上である場合には、２つ以上の送信光信号が同時に放射される場合に光ビート干渉成分が発生する。
【００３６】
以下では、この光ビート干渉成分についても考慮して送信電気信号ｔ１及びｔ２を再生するための動作について説明する。式（１３）が示す通り、ｋ１１〜ｋ２２を要素とする行列の逆行列を求めることによって、受信電気信号ｒ１及びｒ２から送信電気信号ｔ１及びｔ２を求めることができる。しかし、上記した通り、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値の双方が「１」の場合には、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の影響が生じる。そこで、後に説明する通り、第１の演算部１３０が演算１を行った後に第２の演算部１４０が演算２を行うことによって、受信装置１５０は、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なり（広義には、各光信号が空間中を伝搬することで生じる干渉成分と解釈できる）をキャンセルし、かつ、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２をキャンセルして送信電気信号ｔ１及びｔ２を再生する。
【００３７】
上述した演算１及び演算２を実現して通信を行うために、本発明の受信装置を用いる光空間伝送システムは、通信開始前に、従来技術を用いて伝送路測定を行う。例えば、移動可能な受信装置１５０を用いて通信を行う場合には、送信装置１１３と受信装置１５０との位置関係が変化するので、送信装置１１３と受信装置１５０との間で伝送路測定が行われた後に通信が開始される。なお、送信装置１１３及び受信装置１５０を建物等に固定して通信を行う場合には、原則として、当該固定したときにのみ伝送路測定を行えばよい。ここで、伝送路測定とは、この場合、第１の光伝送部１１１及び第２の光伝送部１１２から第１の光受信部１２１及び第１の光受信部１２２へ送信光信号Ｔ１及びＴ２が伝達されるときの送受信レベル差と伝搬時間とを示す伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を求めることである。
【００３８】
図２は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の伝送路測定をする際の条件を示す図である。以下に、伝送路測定を行う方法について、図２を用いて説明する。図２に示す通り、まず、第１の光送信部１１１は、値が「１」である送信電気信号ｔ１を送信光信号Ｔ１に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。ここで、第２の光送信部１１２は送信電気信号Ｔ２を送信しない。送信光信号Ｔ１は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として受信される（図１を参照）。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号Ｔ１と、受信光信号Ｒ１及び光信号Ｒ２とが同じ値になるように伝達係数ｈ１１及びｈ２１を定める（式（３）を参照）。同様に、第２の光送信部１１２は、値が「１」である送信電気信号ｔ２を送信光信号Ｔ２に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。ここで、第１の光送信部１１１は送信光信号Ｔ１を送信しない（図２を参照）。送信光信号Ｔ２は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として受信される（図１を参照）。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号Ｔ２と、受信光信号Ｒ１及び光信号Ｒ２とが同じ値になるように伝達係数ｈ１２及びｈ２２を定める（式（３）を参照）。以上の処理によって、第１の演算部１３０は、伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を求めることができる。そして、第１の演算部１３０は、通信開始に先立って、求めた伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値を保持する。
【００３９】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合の伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度として、図３に、光送信部と光受信部とが各４個の場合の伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す。図３の（ａ）に示すように、光送信部のいずれか１個のみが、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ送信する。ここで、他の３個の光送信部は送信光信号を送信しない。そして、図３の（ｂ）に示すように、送信光信号は、空間中を伝搬した後に各光受信部によってそれぞれ受信光信号として受信される。例えば、第１の光送信部のみが送信光信号を各光受信部へ送信する場合には（図３の太枠で示す列を参照）、第１の受信部は「１．０」の受光強度で受信し、第２の受信部は「０．４」の受光強度で受信し、第３の受信部は「０．２」の受光強度で受信し、第４の受信部は「０．１」の受光強度で受信する。この様に、原則として、第１の光送信部に最も近い第１の光受信部が、第１の光送信部の送信光信号を最も強い受光強度で受信する。そして、第１の光送信部から離れた光受信部ほど、受信する受光強度は弱くなる。なお、送信光信号が伝搬する空間に障害物等が存在することで、当該空間が一様とは認められない場合には、第１の光送信部に最も近い第１の光受信部が、第１の光送信部の送信光信号を最も強い受光強度で受信するとは限らない。ここで、図３の（ｂ）に示す値は、光送信部が送信した光信号を最も強い受光強度で受信した光受信部の当該受光強度を「１．０」として、各光受信部の受光強度を表している。そして、第１の演算部１３０は、送信光信号とそれぞれの受信光信号とが同じ値になるように伝達係数を定める。この処理をそれぞれの光送信部について行うことによって、第１の演算部１３０は、全ての伝達係数を定めることができる。このように、光送信部と光受信部とが各３個以上である場合でも、光送信部と光受信部とが各２個の場合と同様に伝送路測定ができる。
【００４０】
加えて、本発明の受信装置を用いる光空間伝送システムでは、通信開始に先立って、以下に説明する光ビート干渉成分測定を行うことを特徴とする。図４は、光送信部と光受信部とが各２個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件を示す図である。図４に示す通り、第１の光送信部１１１は、値が「１」である送信電気信号ｔ１を送信光信号Ｔ１に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。これと同時に、第２の光送信部１１２は、値が「１」である送信電気信号ｔ２を送信光信号Ｔ２に変換して第１の光受信部１２１及び第２の光受信部１２２へ送信する。送信光信号Ｔ１及びＴ２は、空間中を伝搬した後に第１の光受信部１２１によって受信光信号Ｒ１として同時に受信され、また、空間中を伝搬した後に第２の光受信部１２２によって受信光信号Ｒ２として同時に受信される。第１の光受信部１２１は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ１を受信電気信号ｒ１に変換して出力する。同様に、第２の光受信部１２２は、自乗検波することによって受信光信号Ｒ２を受信電気信号ｒ２に変換して出力する（図１を参照）。
【００４１】
ここで、式（１２）に示すように、受信電気信号ｒ１は光ビート干渉成分ｎ１を含み、受信電気信号ｒ２は光ビート干渉成分ｎ２を含む。また、式（１２）において、送信電気信号ｔ１及びｔ２の値はそれぞれ「１」である。そして、上記した伝送路測定によって、伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値は定まっているので、ｋ１１〜ｋ２２を要素とする行列の値も定まる（式（８）及び式（９）を参照）。このことによって、第２の演算部１４０は、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２を、受信電気信号ｒ１及びｒ２によって測定することができる（式（１２）を参照）。そして、第２の演算部１４０は、測定された光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値を通信開始に先立って保持する。
【００４２】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度として、図５に、光送信部と光受信部とが各４個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す。図５の（ａ）に示すように、或る２個の光送信部が、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ同時に送信する。ここで、他の光送信部は送信電気信号を送信しない。各光受信部は、空間中を伝搬した受信光信号をそれぞれ受信する。同様に、各光受信部は、図５の（ａ）に示す全ての光送信部の組み合わせ（６通り）の場合においての受信光信号をそれぞれ受信する（図５の（ｂ）を参照）。例えば、第１の光送信部及び第２の光送信部が同時に送信光信号を各光受信部へ送信する場合には（図５の太枠で示す列を参照）、第１の光受信部は「０．５０」の受光強度で受信し、第２の光受信部は「０．４０」の受光強度で受信し、第３の光受信部は「０．１０」の受光強度で受信し、第４の光受信部は「０．０２」の受光強度で受信している。ここで、図３を用いて説明した、光送信部と光受信部とが各４個である場合の伝達係数は既に定まっている。このことによって、第２の演算部１４０は、光送信部の全ての組み合わせ（６通り）の場合の光ビート干渉成分を、受信電気信号によって測定することができる（式（１２）を参照）。このように、光送信部と光受信部とが各３個以上である場合でも、光送信部と光受信部とが各２個である場合と同様に光ビート干渉成分測定ができる。なお、３個以上の光送信部が、値が「１」である送信電気信号を送信光信号に変換して各光受信部へ同時に送信する場合の光ビート干渉成分は、上記した光ビート干渉成分測定によって測定された光ビート干渉成分を重ね合わせることによって測定することができる。
【００４３】
図６は、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローチャートを示す。図６を用いて、光送信部と光受信部とが各２個以上の場合の伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローについて簡単に説明する。まず、送信装置は、図２及び図３を用いて詳細に説明した通り、所定の順番で光送信部の内の１個を選択して発光させる（ステップＳ１）。次に、受信装置は、伝送路測定を行う（ステップＳ２）。次に、受信装置は、伝送路測定の結果（伝達係数）を記憶する（ステップＳ３）。次に、送信装置は、発光させてない光送信部があるか否かを判断する（ステップＳ４）。発光させてない光送信部がある場合には、ステップ１に戻る。発光させてない光送信部がない場合には、送信装置は、図４及び図５を用いて詳細に説明した通り、所定の順番で光送信部のペアを選択して同時に発光させる（ステップＳ５）。次に、受信装置は、光ビート干渉成分測定を行う（ステップＳ６）。次に、受信装置は、光ビート干渉成分測定の結果を記憶する（ステップＳ７）。次に、送信装置は、同時に発光させていない光送信部のペアがあるか否かを判断する（ステップＳ８）。同時に発光させてない光送信部のペアがある場合には、ステップ５に戻る。同時に発光させてない光送信部のペアがない場合には、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定は完了する。以上に説明した伝送路測定及び光ビート干渉成分測定が行われた後に、送信装置と受信装置との間で通信が開始される。
【００４４】
図７は、本発明の一実施形態の受信装置が、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルするフローチャートを示す。以下では、光送信部と光受信部とが各２個である場合について説明する。図７に示す通り、第１の演算部１３０は、保持していた伝達係数ｈ１１〜ｈ２２の値と入力された受信電気信号ｒ１及びｒ２とを用いて、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の影響を考慮しない値である送信電気信号ｔ１'及びｔ２'を算出する（式（８）〜式（１３）を参照）演算１を行う（ステップＳ９）。つまり、演算１は、伝送される光信号の空間的重なりをキャンセルする。ここで、既に説明したように、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生しない場合には、送信電気信号ｔ１'と送信電気信号ｔ１とは等しくなり、また、送信電気信号ｔ２'と送信電気信号ｔ２とは等しくなる（式（１３）を参照）。そして、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する場合には、演算１は、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２をキャンセルすることができない（式（８）〜式（１３）を参照）ので、送信電気信号ｔ１及びｔ２を算出することはできない。そして、第１の演算部１３０は、送信電気信号ｔ１'及びｔ２'を第２の演算部１４０へ出力する（図１を参照）。
【００４５】
次に、第２の演算部１４０は、第１の演算部１３０から送信電気信号ｔ１'及びｔ２'を入力する。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１'及びｔ２'について、保持していた光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２の値を考慮することによって送信電気信号ｔ１''及びｔ２''を算出する（式（１３）を参照）演算２を行う（ステップＳ１０）。ここで、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生する場合には、送信電気信号ｔ１''と送信電気信号ｔ１とは等しくなり、また、送信電気信号ｔ２''と送信電気信号ｔ２とは等しくなる。そして、光ビート干渉成分ｎ１及びｎ２が発生しない場合には、送信電気信号ｔ１''と送信電気信号ｔ１とは異なり、また、送信電気信号ｔ２''と送信電気信号ｔ２とは異なる。（式（１３）を参照）。次に、第２の演算部１４０は、入力された送信電気信号ｔ１'及びｔ２'を記憶する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１との順序は逆でもよい。次に、第２の演算部１４０は、演算２によって得られたとｔ１''及びｔ２''と、ｔ１'及びｔ２'とを比較して、最適な方を送信電気信号ｔ１及びｔ２として決定する（ステップＳ１２）。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１及びｔ２を出力する（ステップＳ１３）。このように、本発明の一実施形態の受信装置は、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルできる。
【００４６】
なお、光送信部と光受信部とが各３個以上の場合に、本発明の受信装置が、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルする動作について図７を流用して説明する。図７に示す通り、第１の演算部１３０は、伝送路測定して保持していた伝達係数を用いて、演算１を行うことによって送信電気信号ｔ１'〜ｔｍ'（ｍは３以上の整数である）を算出する（ステップＳ９）。そして、第１の演算部１３０は、送信電気信号ｔ１'〜ｔｍ'を第２の演算部１４０へ出力する。
【００４７】
次に、第２の演算部１４０は、第１の演算部１３０から送信電気信号ｔ１'〜ｔｍ'を入力する。そして、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１'〜ｔｍ'について、第２の演算部１４０が光ビート干渉成分測定して保持していた光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍの値を考慮することによって送信電気信号ｔ１''〜ｔｍ''を算出する演算２を行う（ステップＳ１０）。ここで、既に説明した通り、少なくとも２個以上の光送信部が同時に送信電気信号を放射している場合には、光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍが発生している。また、光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍは、送信電気信号を放射する光送信部の組み合わせによって異なるので複数組測定されている。具体的には、第２の演算部１４０は、上記した複数組の光ビート干渉成分ｎ１〜ｎｍのそれぞれについて演算２を行うことによって、複数組の送信電気信号ｔ１''〜ｔｍ''を算出する。次に、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１'〜ｔｍ'を記憶する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１との順序は逆でもよい。そして、第２の演算部１４０は、演算２によって得られた複数組の送信電気信号ｔ１''〜ｔｍ''及び１組の送信電気信号ｔ１'〜ｔ４'の中から最適な１組を送信電気信号ｔ１〜ｔｍとして選択する（ステップＳ１２）。次に、第２の演算部１４０は、送信電気信号ｔ１〜ｔｍを出力する（ステップＳ１３）。このように、送信部と光受信部とが各３個以上の場合であっても、本発明の一実施形態の受信装置は、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルできる。
【００４８】
ここで、光ビート干渉成分は、光送信部から送信される２つの光信号の偏波方向が一致することによって生じ、当該２つの光信号の偏波方向がずれるに従って減少するという性質を有する。このことから、隣り合う光送信部から送信される光信号の偏波をそれぞれ直交させたものとし、また、受信装置１５０側で光ビート干渉成分が所定の許容値以下しか生じていないことを確認できた場合には、第２の演算部１４０は、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行う必要がないこととなる。従って、第２の演算部１４０は、光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理に先立って光ビート干渉成分が所定の許容値以下か否かを算出して、所定の許容値以下でない場合に限って光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理を行い、所定の許容値以下の場合には光ビート干渉によって生じる歪みをキャンセルする処理は行わないこととしてもよい。
【００４９】
以上のように、本発明の一実施形態の受信装置では、通信開始に先立って行う伝送路測定及び光ビート干渉成分測定によって得られた値を考慮して演算１及び、必要に応じて演算２を行うことによって送信電気信号を求める。このことによって、空間を介して伝送される各光信号の空間的な重なりをキャンセルし、更に、必要な場合には光ビート干渉成分をキャンセルできる。この結果として、高品質な伝送性能を得ることができる。
【００５０】
なお、以上では、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定を行うに際して、受信装置は、送信装置の光送信部が発光する順番を保持しているものとして説明したが、当該発光する順番は、例えば、図８に示すフレームによって、受信装置に通知される。図８に、本発明の一実施形態に係る受信装置が受信するフレームの構成例を示す。図８のフレームにおいて、プリアンブルは一般に用いられる同期確立用の固定パターン信号であり、光ＭＩＭＯ情報は伝送速度等を示す光ＭＩＭＯ用の制御情報等であり、光ＭＩＭＯプリアンブルは光ＭＩＭＯチャネル測定用のプリアンブル信号であり、フレーム本体は受信するデータ信号等である。そして、光ＭＩＭＯチャネル測定用のプリアンブル信号は、伝送路測定及び光ビート干渉成分測定を行うために受信装置に通知される、光送信部が発光する順番を示す信号等である。
【００５１】
また、本実施例では、２値デジタル信号の場合について説明したが、多値デジタル信号等のように異なる信号フォーマットの場合でもよい。
【００５２】
また、搬送波を用いたサブキャリア伝送の場合や光源の駆動電流を少量流しておく場合には、常に全ての光送信部から光信号が放射されている。この場合は、光ビート干渉成分が常に存在するので、０個又は１個の光送信部が送信光信号を送信している場合の光ビート干渉成分についても測定しておく。そして、０個又は１個の光送信部が送信光信号を送信している場合の光ビート干渉成分も含めた光ビート干渉成分のそれぞれについて演算２を行う。そして、算出された複数組の送信電気信号ｔ１''〜ｔｍ''の中から最適な１組を送信電気信号ｔ１〜ｔｍとして選択すればよい。但し、光周波数変調した際に発生するチャープの影響が大きい場合には、デジタル信号の場合と同様に、伝送される信号成分毎に光ビート干渉成分を通信開始に先立って測定しておけばよい。
【００５３】
また、第１の演算部１３０は、伝送路測定によって得られた値を書き換え可能なメモリに保存しておくことによって、所定の伝送路状況においては、改めて伝送路測定を行うことなく高品質に送信電気信号を再生することができる。同様に、第２の演算部１４０は、光ビート干渉成分測定によって得られた値を書き換え可能なメモリに保存しておくことによって、所定の伝送路状況においては、改めて光ビート干渉成分測定を行うことなく高品質に送信電気信号を再生することができる。また、以上の説明では、光送信部及び光受信部を、各２台と各４台の場合を用いて主に説明したが、これらの数量はこれに限られるものではない。また、第１の演算部と第２の演算部とを一つの演算部としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、複数の光受信部を備える光空間伝送用受信装置等に利用可能であり、特に、伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルして高品質な伝送性能を得たい場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る受信装置を用いる光空間伝送システムの構成を示す図
【図２】光送信部と光受信部とが各２個の場合の伝送路測定をする際の条件を示す図
【図３】光送信部と光受信部とが各４個の場合の、伝送路測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す図
【図４】光送信部と光受信部とが各２個の場合の光ビート干渉成分測定をする際の条件を示す図
【図５】光送信部と光受信部とが各４個の場合の、光ビート干渉成分測定をする際の条件及び各光受信部の受光強度の一例を示す図
【図６】伝送路測定及び光ビート干渉成分測定のフローチャートを示す図
【図７】受信装置が伝送される光信号の空間的重なり及び光ビート干渉成分をキャンセルするフローチャート
【図８】本発明の一実施形態に係る受信装置の受信フレームの構成例を示す図
【図９】従来の光空間伝送用受信装置の構成概念を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１１１  第１の光送信部
１１２  第２の光送信部
１１３、１０２３  送信装置
１２１  第１の光受信部
１２２  第２の光受信部
１３０  第１の演算部
１４０  第２の演算部
１５０、１０２４  受信装置
１１０１、１１０３、１１０５  光源
１１０２、１１０４、１１０６  受光素子
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2007119661.tif 000048
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