(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所用搬送波周波数として同一の繰り返し周波数を有する光パルス信号を発生する光パルス発生器と、送信器と、を備え、
前記送信器は、該光パルス発生器から発生した光パルス信号を、データ信号を用いて変調し、コンポジット信号を生成する光変調器と、該光変調器により生成されたコンポジット信号から光成分を取り除き、アンテナに向けて出力する光復調器と、と備えており、
前記光変調器と前記光復調器とが同一材質の基板上に一体化されていることを特徴とする無線システム。
【請求項２】
コヒーレント光に対してパルス変調を行うことにより、所用搬送波周波数として同一の繰り返し周波数を有する光パルス信号を発生する第１の光変調器と、該第１の光変調器から発生した光パルス信号を、データ信号を用いて変調し、コンポジット信号を生成する第２の光変調器と、該第２の光変調器により生成されたコンポジット信号から光成分を取り除き、アンテナに向けて出力する光復調器と、を備えた送信器であって、
前記第１の光変調器と前記第２の光変調器と前記光復調器とが同一材質の基板上に一体化されていることを特徴とする送信器。
【請求項３】
請求項２に記載の送信器と、前記第１の光変調器に信号を入力することにより前記光パルス信号の繰り返し周波数を変化させる可変パルス信号発生器と、を備えたことを特徴とする無線システム。
【請求項４】
請求項２に記載の送信器と、前記第１の光変調器に信号を入力することにより前記光パルス信号の繰り返し周波数のデューティ比を変化させる可変パルス信号発生器と、を備えたことを特徴とする無線システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高周波無線システムに関するもので、さらに詳しくは、ミリ波、ＴＨｚ波を用いた高速データ通信システムとしての無線システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＴＴ通信エネルギー研究所は、最大データ伝送速度が２．５Ｇビット／秒の無線通信システムを開発した。2001年10月15日に開催した「ＮＴＴ Ｒ&Ｄフォーラム ｉｎ 厚木」で明らかにしたものである。無線通信システムのデータ伝送速度は、これまで１Ｇビット／秒程度が最大であった。
搬送波の無線周波数には、１２０ＧＨｚ帯のミリ波を利用した。ただし、同波長を直接変調するのが難しいため、次のような方法を採った。すなわち、まず１２０ＧＨｚの光パルス信号を発生させ、これを光変調器で振幅変調する。変調後の光パルス信号を、高速な信号に応答できるフォトダイオードで受光し、その出力信号を直接スロット・アンテナに入力して、無線信号に変えて送信した。送信データは、１０００ＢＡＳＥ−ＳＸの１．２５Ｇビット／秒のデータである。実演した送受信の距離は１ｍ弱である。送信出力は１ｍＷである。ＮＴＴは同技術を、ビル間の大容量無線リンクや、オフィスの高速無線ＬＡＮ、家庭内における無線動画伝送などに向けたいとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般にＴＨｚ波と呼ばれる３００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚにかけての周波数領域は、光波と電波の狭間にありこれまで、電磁波利用における間隙を生じていた。近年のブロードバンドの普及や無線利用の急速な増大によりこの周波数帯の開発が強く求められるようになってきた。搬送波周波数が高いことから変調周波数も高くすることができ、高速データ通信への応用がまず期待されている。
しかし、ＴＨｚ波を発生させるには２台のレーザー装置を用い、これのビートを利用するなどの複雑で形状が大きくなる方式を用いるしかなく、無線に最も強く求められてきた属性である携帯性を大きく損なうこととなっている。またレーザー光は電波と比較しＣ／Ｎ比が悪く、光ヘテロダイン通信が実現困難であるように、電波とは異なり通信に用いようとすると制約が多い。そのため電波利用における様に様々な変調方式を用いることができず、光通信においては専ら２値の振幅変調が用いられている。
ＴＨｚ波を作る上での問題の一つに、直接変調をかけるのが難しいことがある。そのため前述のＮＴＴの事例にあるような方式が使われている。ＴＨｚ波の搬送波に当たるパルス周期を持つ光パルス信号に光変調器を用いてデータ変調を行い、コンポジット信号を作り出し、その後フォトダイオードを用いて光検波（復調）を行うことで光の成分を取り除き、データ変調されたＴＨｚ波を取り出している。
しかしこの方式で用いられているフォトダイオードは、応答速度（動作周波数）を上げようとするとその容量を減らさなければならないことから面積を小さくする必要があり、大きな電力を取り扱うことはできない。
そのためフォトダイオードの高速動作と、それの出力を大きくすることを同時に実現するのは、原理的にも極めて困難な事態となっている。また光パルス信号発生器、光変調器、光復調器（フォトダイオード）と、それぞれ異なる製造プロセスを要することから、ディスクリート部品を用いて組み上げることとなり、量産性（経済性）、信頼性、小型化の面でも難点が残る。
本発明は、取り扱いが容易なように小型で、さらにコストの低減を可能とする量産可能な構成を有する無線システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、所用搬送波周波数として同一の繰り返し周波数を有する光パルス信号を発生する光パルス発生器と、送信器と、を備え、前記送信器は、該光パルス発生器から発生した光パルス信号を、データ信号を用いて変調し、コンポジット信号を生成する光変調器と、該光変調器により生成されたコンポジット信号から光成分を取り除き、アンテナに向けて出力する光復調器と、と備えており、前記光変調器と前記光復調器とが同一材質の基板上に一体化されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、コヒーレント光に対してパルス変調を行うことにより、所用搬送波周波数として同一の繰り返し周波数を有する光パルス信号を発生する第１の光変調器と、該第１の光変調器から発生した光パルス信号を、データ信号を用いて変調し、コンポジット信号を生成する第２の光変調器と、該第２の光変調器により生成されたコンポジット信号から光成分を取り除き、アンテナに向けて出力する光復調器と、を備えた送信器であって、前記第１の光変調器と前記第２の光変調器と前記光復調器とが同一材質の基板上に一体化されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の送信器と、前記第１の光変調器に信号を入力することにより前記光パルス信号の繰り返し周波数を変化させる可変パルス信号発生器と、を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の送信器と、前記第１の光変調器に信号を入力することにより前記光パルス信号の繰り返し周波数のデューティ比を変化させる可変パルス信号発生器と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の無線システムは、非線型光学材料を用い光パルス信号発生器、光変調器、光復調器を同一基板上に作り込む構成を採用している。同時にこれに付随する電子回路の、同一基板上への集積化も容易になっている。周辺回路の実現の容易さから、以下の実施形態においては搬送波周波数を１００ＧＨｚとしているが、ＴＨｚ波領域においても同様に使用できることは言うまでもない。
図１は本発明の第１の実施形態に係る無線システムの構成図である。本無線システムは、光パルス信号発生器１と送信器２を備えている。また送信器２は光変調器３と光復調器４を備えている。
この無線システムでは１００ＧＨｚの搬送波を最高周波数１ＧＨｚのデータ信号で変調している。その動作を以下に述べる。光パルス信号発生器１で作られた図２に示す１００ＧＨｚのパルス周波数を有する光パルス信号を光変調器３に入力する。光変器３は図３に示すデータ信号を用いて光パルス信号に変調を行うことで図４に示すコンポジット信号を得る。
光復調器４を用いてこの信号から光成分を取り除くことで、図５に示すデータ変調された１００ＧＨｚのＴＨｚ波を得ることができる。これをアンテナに導くことで搬送波である１００ＧＨｚ以外の高調波成分は取り除かれ、目的とする搬送波周波数１００ＧＨｚを用いた高速無線データ通信を行なうことを可能としている。
【０００６】
第１の実施形態に係る無線システムの特徴は、光変調器３と光復調器４とを送信器２として同一基板上に作製することにある。例えばＤＡＳＴ、高分子系非線型光学材料のような強い非線型性を持つ光学素子を用いた導波路に電極を形成することでドライブの容易な変調器を作製することができる。
前述したように従来の技術では光変調器と光復調器は、それぞれ異なる材質からなるディスクリート部品で構成されていたことから、大量生産には不向きであった。また大型であるばかりでなく、部品間の調整を必要とするなど、安定性にも問題が残るものである。
第１の実施形態に係る無線システムは、図１に示す送信器２において同一基板上に同じものを大量に作ることができ、これらの問題からも解放される。また集積回路との相性もよいことから、光変調器のドライバ等の周辺回路とのインテグレーションも容易である。
光復調器にフォトダイオードを用いた例もあるが、前述したような理由から高速化と高出力化を同時に達成することは困難であるのに対し、本発明ではこのような問題は少ない。
図６は本発明の第２の実施形態に係る無線システムの構成図である。第２の実施の形態では、全てのユニットを同一基板上に作製しており、第１の実施の形態よりさらに小型化、低価格化、高安定化を図っている。
【０００７】
以下、その動作を説明する。第１の光変調器３−１(図１の光パルス信号発生器１の機能を有する)に入力された、例えばレーザダイオードにより作られた１．３ｕｍのコヒーレント光（搬送波）に対し、第１の光変調器３−１により１００ＧＨｚのパルス変調を行うことで、図２に示す光パルス信号を作り出す。第２の光変調器３−２を用いて、この光パルス信号を、図３に示すデータ信号で変調し図４に示すコンポジット信号を作り出す。これ以降の動作は第１の実施形態と同様であるので省略する。
光パルス信号を作るのに用いられる光源のコヒーレント光は、ＴＨｚ波を作り出すための媒体として用いられており、最終的には光復調器４により除去される。そのため波長の違いや多少の波長変動、チャーピング等、直接光を搬送波として用いる場合に問題となるような欠陥があったとしても、前述の理由により問題とはならない。これは高性能なレーザダイオード等の高価な光源を必要としないことを意味し、廉価な無線システムを実現できる。
図７は本発明の第３の実施形態に係る無線システムの構成図である。第３の実施の形態は、第２の実施の形態の構成を前提とし、さらに可変パルス信号発生器５を有している。
本実施形態では、図２に示す光パルス信号を作製するに際し、可変パルス信号発生器５により、パルス繰り返し周波数を連続して変化させることができるため、連続的にＴＨｚ波の周波数変更を可能としている。レーザを用いたＴＨｚ波発生法と比較し大きな自由度を持ち、そのため様々なアプリケーションへの高い適応性を持つ。例えば周波数ホッピングを用いたＣＤＭＡへの応用等が挙げられる。
ここで、図７に示す第３の実施の形態において、可変パルス信号発生器５のパルス繰り返し周波数を変化させるのに代え、図２に示す１００ＧＨｚの繰り返しパルスのデューティ比を変えることもできる。
この繰り返しパルスをフーリエ変換すれば判るように、デューティ比が５０％の時、これの基本波成分である１００ＧＨｚの強度が最大となる。つまり、デューティ比を変化させることによりＴＨｚ波の出力を可変にすることができる。そのため、複数のＴＨｚ波を同一空間で移動しながら使用する際、問題となる干渉に関して動的に出力を変えることで対処でき、影響を少なくすることができる。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、同一基板上に同じ構成の送信器を大量に作ることができ、小型化、低価格化、高安定化を図ることが可能な無線システムを提供することができる。また集積回路との相性もよいことから、変調器のドライバ等の周辺回路とのインテグレーションも容易となる。
請求項２記載の発明によれば、さらに小型化、低価格化、高安定化を図ることができる。
請求項３記載の発明によれば、パルス繰り返し周波数を連続して変化させることができるため、連続的にＴＨｚ波の周波数の変更が可能となる。
請求項４記載の発明によれば、複数のＴＨｚ波を同一空間で移動しながら使用する際問題となる干渉に関して、動的に出力を変えることで対処でき、影響を少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線システムの構成図である。
【図２】光パルス信号を示す図である。
【図３】データ信号を示す図である。
【図４】コンポジット信号を示す図である。
【図５】データ変調された１００ＧＨｚのＴＨｚ波を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る無線システムの構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る無線システムの構成図である。
【符号の説明】
１  光パルス信号発生器
２  送信器
３  光変調器
４  光復調器
【図１】
0003934462.tif 000002
【図２】
0003934462.tif 000003
【図３】
0003934462.tif 000004
【図４】
0003934462.tif 000005
【図５】
0003934462.tif 000006
【図６】
0003934462.tif 000007
【図７】
0003934462.tif 000008