(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を搬送する複数のダウンリンク信号光を送信する基地局とともに用いられるワイヤレス光インターフェイスを備えた端末装置であって、
前記ワイヤレス光インターフェイスは、前記複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つが入射する受信回路を含み、
前記受信回路は、
入射する全ての前記ダウンリンク信号光の強度を示す電気信号を出力する光電変換増幅部と、
前記電気信号に基づいて、入射する全ての前記ダウンリンク信号光の強度のピーク値およびボトム値を検出する検出部と、
前記ピーク値と前記ボトム値と前記電気信号とに基づいて、入射する全ての前記ダウンリンク信号光のうち強度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する前記情報を取得する、取得部とを含む、端末装置。
【請求項２】
前記光電変換増幅部は、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光のクロック周波数以下の帯域において、実質的に群遅延平坦な特性を有する帯域制限フィルタを含み、前記光電変換増幅部と前記検出部と前記取得部とは直流結合される、請求項１に記載の端末装置。
【請求項３】
前記複数のダウンリンク信号光のそれぞれは、所定の波長を有するレーザ光であり、前記端末装置は、前記受信回路の受信視野半値全角の範囲内に入射する前記所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性を有する光学的バンドパスフィルタをさらに備え、前記光電変換増幅部には、前記光学的バンドパスフィルタを介して前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射する、請求項１に記載の端末装置。
【請求項４】
前記受信回路の受信視野半値全角は、１０°以上３０°以下である、請求項１に記載の端末装置。
【請求項５】
ワイヤレス光インターフェイスを備える端末装置とともに用いられ、前記端末装置をデジタル機器に接続するための基地局であって、
複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、
角度分解型の光受信機と、
前記デジタル機器に接続するための第１のインターフェイスと
を備え、
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異なる特定の方向に設定されており、
前記複数の空間セルの１つの空間セルに前記端末装置が収容されているか否かを表示する少なくとも１つの表示要素を含む表示装置をさらに備えることを特徴とする基地局。
【請求項６】
ワイヤレス光インターフェイスを備える端末装置とともに用いられ、前記端末装置をデジタル機器に接続するための基地局であって、
複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、
角度分解型の光受信機と、
前記デジタル機器に接続するための第１のインターフェイスと
を備え、
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異なる特定の方向に設定されており、前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦１．３の範囲の定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、
前記マルチビーム送信機は、前記複数のビーム光源の全てによって、前記端末装置との双方向通信を開始することの適否を判定するためのトレーニングシーケンスを送信することを特徴とする基地局。
【請求項７】
前記複数の空間セルは、前記端末装置が収容されている第１の空間セルと、前記端末装置が収容されていない空間セルであって、前記第１の空間セルに隣接する第２の空間セルとを含み、
前記マルチビーム送信機は、前記第１の空間セルに向けて前記トレーニングシーケンスを第１の光出力で送信し、前記第２の空間セルに向けて前記トレーニングシーケンスを前記第１の光出力よりも低い第２の光出力で送信する、請求項６に記載の基地局。
【請求項８】
ワイヤレス光インターフェイスを備える端末装置とともに用いられ、前記端末装置をデジタル機器に接続するための基地局であって、
複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、
角度分解型の光受信機と、
前記デジタル機器に接続するための第１のインターフェイスと
を備え、
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異なる特定の方向に設定されており、前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間セルの広がり角θと、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲の定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、
前記マルチビーム送信機は、前記複数のビーム光源の全てによって、前記端末装置との双方向通信を開始することの適否を判定するためのトレーニングシーケンスを送信し、
前記トレーニングシーケンスは、デューティー比が実質的に５０％に等しい矩形周期波を含み、前記矩形周期波は、前記複数の空間セルのうち、互いに隣接する２つの空間セルに向けて互いに逆相で送信される部分と同相で送信される部分とを含むことを特徴とする基地局。
【請求項９】
前記複数の空間セルの１つの空間セルに前記端末装置が収容されているか否かを表示する少なくとも１つの表示要素を含む表示装置をさらに備える、請求項６乃至８のいずれかに記載の基地局。
【請求項１０】
前記第１のインターフェイスの通信速度は、前記端末装置が備える前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度よりも高い、請求項５乃至８のいずれかに記載の基地局。
【請求項１１】
前記複数の空間セルの数ｊは２≦ｊ≦１６の範囲であり、
前記端末装置が有する前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度と実質的に等しい通信速度を有する第２のインターフェイスをさらに備え、
前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度のｊ倍と、前記第２のインターフェイスの通信速度との合計は、前記第１のインターフェイスの通信速度と実質的に等しいか、より小さい、請求項１０に記載の基地局。
【請求項１２】
前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ１３９４規格群のいずれかに準拠し、前記マルチビーム送信機は、予め定められた周期で前記トレーニングシーケンスを送信し、
前記一定周期Ｔｃは、Ｔｃ＝１２５／Ｚ（μｓ）（Ｚは自然数または自然数の逆数）を満たす、請求項６乃至８のいずれかに記載の基地局。
【請求項１３】
前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ規格に準拠する、請求項５乃至８のいずれかに記載の基地局。
【請求項１４】
前記角度分解型の光受信機とは独立にワイヤレス通信を介して所定の起動信号を受け取る起動部をさらに備え、
前記起動部が前記所定の起動信号を受け取ることに応答して起動する、請求項５乃至８のいずれかに記載の基地局。
【請求項１５】
前記トレーニングシーケンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスが提供する帯域幅を動的に前記端末装置に割り当てるための制御情報を含む、請求項６乃至８のいずれかに記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス光通信機能を備えた端末装置を基地局を介して高速の通信インターフェイスを備えた機器あるいはそれら機器で構成された有線ネットワークにワイヤレスアクセスさせるためのシステムに関する。特に、家庭内やオフィス内あるいは店舗内等での特定のスペースにおいて、データ転送を高速に行うことのできる空間分割多重／空間分割多元接続ワイヤレス光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＲＦ通信技術、デジタル圧縮技術、半導体メモリ技術等の進展に伴い、携帯電話や、携帯電話に接続された携帯情報端末装置がモバイル形態でインターネットに接続されるようになってきている。このようなモバイルインターネット接続において、比較的大容量のコンテンツをワイヤレス送受信するアプリケーションの可能性が模索されている。例えば、携帯電話やＰＨＳ端末に１曲単位で音楽を配信するシステムの可能性が模索されている。
【０００３】
また、デジタル音楽プレーヤとして機能する携帯端末装置に、圧縮されたコンテンツをＰＣからシリアル接続あるいはＵＳＢ接続を介して転送することも行われている。このような圧縮されたコンテンツは、例えば、ユーザがＣＤに録音された音楽をＰＣ（パーソナルコンピュータ）を用いて圧縮符号化したり、あるいは、既に圧縮されたコンテンツをインターネット経由でＰＣにダウンロードすることによって得られる。
【０００４】
このような携帯型の音楽プレーヤの普及のためには、著作権保護機能が実現される必要があるとともに、データの転送速度を高くする必要がある。現状のシステムでは端末装置へのデータ転送速度が遅いため、一定時間内に転送可能なコンテンツの量が制限される。このため、このような端末装置を携帯型の音楽プレーヤとして使うことは不便である。
【０００５】
また一方で、オフィス等では、より対線や光ファイバを用いた１００Ｍｂ／ｓあるいは１Ｇｂ／ｓの高速ネットワークをＩＥＥＥ８０２．３規格群に準拠する機器によって構築することが標準的になり、家庭内においてはＰＣや周辺機器およびデジタル家電製品の間を接続するネットワークが実用に供されようとしている。このようなネットワークとしては、ＩＥＥＥ８０２．３規格群のほか、４８０Ｍｂ／ｓのデータ転送速度を実現するユニバーサルシリアルバス規格（ＵＳＢ２．０）や、１００／２００／４００／８００／１６００Ｍｂ／ｓ等のデータ転送速度を実現するＰ１３９４ｂやＩＥＥＥ１３９４−１９９５、Ｐ１３９４ａを含むＩＥＥＥ１３９４規格群に準じるネットワークが有望視されている。さらにｘＤＳＬやＣＡＴＶ網、ＦＴＴＨ等の高速の加入者アクセス系通信インフラ構築が進むと、ユーザは比較的大容量のデータが過剰な待ち時間なく伝送できるようになる。このようにオフィスや家庭で、有線系高速ネットワークが構築されてきている。
【０００６】
従来、室内での近距離高速ワイヤレス通信においては、常にＲＦシステムの競合対象として、赤外線を用いたシステムが研究対象とされてきた。赤外線によるＩＭ／ＤＤ（強度変調／直接検波）方式ではマルチパスフェージングは問題にならないため、マルチパス歪が問題とならない範囲の高速化においては、ＲＦシステムよりもコスト面で有利なはずである。しかしながら現実には、ＲＦシステムを凌駕する通信速度を有する赤外線通信システムは実現していない。これは、受光パワーが距離の２乗に反比例する減衰特性と主に背景光雑音による受信感度の低下および送受信機の消費電力の増大を克服することが実際に容易ではなく、従来の赤外線通信システムは基本的に複数の端末が１つの空間（赤外線媒体）を共有することを前提にしているからである。
【０００７】
数１０Ｍｂ／ｓ以上の高速リンクで広範囲なカバーエリアを達成するために、放射角の広い光源や視野角の広い受信機を利用したり、天井や壁で反射された光を利用する非見通し（Ｎｏｎ−ＬＯＳ）の通信形態が提案されている。このような通信形態ではマルチパス歪の影響が避けられない。マルチパス歪による悪影響を取り除くために、送受信機が高コスト化してしまう。一般に、赤外線通信システムに関する従来の技術は、ＲＦ無線システムに似た使い勝手を実現するために無指向性を必要以上に追求していた。また、そのような使い勝手が要求される用途に上述のような通信形態の赤外線通信システムを適用することに固執する傾向があった。  一方、Ｎｏｎ−ＬＯＳに限らず、ＬＯＳの通信形態の赤外線通信システムにおいても、スループットを向上させるために、１つの基地局でカバーするセルのサイズを小さくして、１つの基地局内に複数の端末を収容する、いわゆるセルラー方式が提案されている。しかし、このようなセルラー方式では、セル内、セル間で周波数や時間、符号等の分割多重化方式および後述するキャリアセンス方式とを組み合わせる必要がある。このため通信システムのコストが増加したり、通信速度が制限されたりする。
【０００８】
従来の赤外線通信システムの場合、その目的が既存の有線系通信システムの置き換えに偏っていることも問題を難しくする一因である。すなわち、既存の有線系通信システムに用いられているキャリアセンスによる衝突検知あるいは回避の手続き、すなわちＭＡＣ（メディアアクセス制御）を赤外線通信システムにも導入する必要があった。例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）（イーサネット（Ｒ））あるいはＩＥＥＥ８０２．３規格完全準拠の赤外線ＬＡＮ製品では、比較的大型の送受信機を採用し、送受信を光学的に分離して全２重化および高速化を図っている。
【０００９】
有線ＬＡＮにおいては、スイッチングハブによってパケット衝突を非常に低減させて帯域占有型ネットワークを構築することが可能になっているが、光ＬＡＮおよびＲＦ無線ＬＡＮにおいては、多元接続によるスループット低下を回避する有効な方策が提案されていなかった。特にＲＦ無線ＬＡＮでは、その帯域に関する法規制が存在するため、多元接続によるスループット低下を回避することはより困難である。ＭＡＣを行うことによるオーバーヘッドに加え、アクセスポイント間のチャンネル競合を回避する必要があるので、ＲＦ無線ＬＡＮや光ＬＡＮの普及が進んで端末の数が多くなるにつれ、スループットが低下してしまうというジレンマがある。
【００１０】
逆に半２重通信のまま低速シリアルインターフェイスの代替を狙ったＩｒＤＡ規格では、物理的には完全な１対１通信の場合においても、周到な衝突回避メカニズムを採用しているので、ターンアラウンドタイムが増加し、スループットが大きく制限されている。
【００１１】
携帯電話等のＲＦ無線通信システムにおいては、基地局にアダブティブアレイアンテナを用いて移動局をトラッキングすることにより加入者容量を飛躍的に高める技術が知られている。このような空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）システムは、ＲＦ帯や準ミリ波、ミリ波を媒体とする大規模で公共性の高いネットワークシステムにおいては高いコストパフォーマンスを示す。しかし、これらＲＦ帯や準ミリ波／ミリ波帯のＳＤＭＡシステムは、家庭内やオフィスの一角で用いられる小規模なネットワークとしては安価な解決策ではない。
【００１２】
ワイヤレス光通信分野では、通信の高速化にあたって帯域占有型のチャンネルを実現する純粋な空間分割多重／空間分割多元接続方式は特に有望である。上述のように、ワイヤレス光通信ではマルチパスフェージングは生じないため、基地局に無線ＳＤＭＡシステムのような複雑なアレイ信号処理アルゴリズムを用いる必要はなく、小規様なシステムでも高いコストパフォーマンスが期待できる。
【００１３】
基地局の光送受信機に、ともにアレイ素子を用いて端末装置をトラッキングし、電気的な多重化を用いない空間多重システムの提案がなされている。このような空間多重システムは、例えば、特開平３−１０９８３７号公報やＰｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ８ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ，  Ｉｎｄｏｏｒ  ａｎｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎ．，１９９７，ＶＯｌ．３，Ｐ．９６４〜８に開示されている。これらの提案においては、チャンネル間干渉（Ｃｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＣＣＩ）はあまり重要視されてこなかった。なぜなら、マルチビーム送信機の発光素子アレイと角度分解型の受信機の受光素子アレイの各要素がレンズ系を通して空間に張る角度を、アレイ素子の配列密度を上げることで狭くすることができ、端末装置と基地局の間をピンポイントでトラッキングするからである。これによって、空間に送出される光出力が比較的小さくとも相手受信機の受光面上に十分な照射強度が得られ、マルチパス信号成分はアレイ素子上で完全に分離されて高速通信時のマルチパス歪によるシンボル間干渉も十分抑制される。
【００１４】
しかしながら、これらの従来技術の空間多重システムでは、以下の（１）〜（３）に示される問題点があった。
【００１５】
（１）現実的なシステムとして、１つの基地局で、例えば、家庭内の１部屋全体をカバーしようとすれば、必然的に素子数の多い、すなわちダイサイズの大きなアレイ素子を用いることとなり、基地局のコストが高くなる。
【００１６】
（２）基地局を低コスト化するためには、Ｓｉを材料とする受光アレイ素子を用いることが望ましく、そのためには基地局送信機の光源として、近赤外領域から可視光領域のＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）アレイを用いるのが現実的である。しかしながら、ＶＣＳＥＬ各素子から１０ｍＷ以上の光出力を安定に得ることは技術的に容易ではない。その上、μｍオーダーの領域で発光するアレイ素子の各要素がレンズシステムを通して直接空間に投影されるため、ＩＥＣ６０８２５−１規格に従ってアイセーフティを考慮すれば、現状では、家庭内の１部屋をカバーするといった実用的な通信距離を得る光出力を送出することは事実上困難である。１．２μｍ以上の波長帯を使用してアイセーフティを確保した場合には、近い将来ホームネットワーク等に適用できるほど安価な解決策とはならない。
【００１７】
（３）さらに、特に送信機光源にアレイ素子を用いる場合、所望の空間セルサイズに対して、セル間隔はレンズシステムの設計とアレイ素子間隔で調整できるものの、実際のビーム形状、すなわち、放射角度特性を制御することは容易ではない。従って、上述した問題点（１）および（２）を解決するために、ある程度セルサイズを大きくしたとしても、端末装置が受信を行う際に、隣接するセル間の干渉問題は避けがたく、実空間のほとんどが正しく受信できないデッドゾーンとなる。
【００１８】
このように、従来技術では、コストパフォーマンスの優れた空間多重システムを実現することができなかった。
【００１９】
ここまでの説明で明らかなように、有線で接続される高速ネットワークやそれに接続される機器の通信インターフェイスと、いわゆるモバイル端末装置のワイヤレスインターフェイスとの間には、両者の市場が如何に発展を続けようとも、従来技術の延長線上では解消しがたい通信速度のギャップが存在する。これは端末装置のマルチメディア化あるいはアプリケーションの開発にとって大きな障害となり得るものである。このギャップの原因としては、上述した各無線通信媒体が抱える物理的／技術的困難に加えて、携帯端末装置の処理能力や消費電力、不揮発性メモリ媒体の読み書き動作速度の制約等が挙げられる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本願は、主として、携帯端末装置と、有線系高速ネットワークに接続された機器とを最も効率よく接続するためのワイヤレス通信システムを提供する。すなわち、携帯端末装置として許容できるサイズおよび消費電力を実現し、かつ、有線ネットワークに多元接続した場合でも、データ転送速度が十分に高速なワイヤレスインターフェイスを提供する。本明細書では、現在、標準化活動が活発に行われている次世代携帯電話や、２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯のＲＦ無線システムよりもさらに高速な、端末装置一台当たり１００Ｍｂ／ｓ以上のスループットを低コストに実現できる帯域占有型のワイヤレスチャンネルのシステム構成と使用形態とが開示される。
【００２１】
本願の主旨は、ネットワーク機器と携帯端末装置のシームレスな接続を実現するにあたって、未だ明らかとされていない、コストパフォーマンスに優れ、特に携帯端末装置に適した高速ワイヤレス通信インターフェイスおよび高速ワイヤレス通信システムの構成およびそのその利用シーンを開示することである。
【００２２】
本発明は、ワイヤレス光通信システムが現在直面している下記（１）〜（４）の問題を考慮してなされた。
【００２３】
（１）本来高速通信に好適なはずのワイヤレス光通信においても、媒体（光）が伝播する空間を共有した上で、カバーエリアの拡大および使い勝手を向上させることと通信速度を高速化することとは本質的に両立しがたい。
【００２４】
（２）さらに、空間を共有した上で有線ネットワークや無指向性のＲＦ通信と同等の衝突検知あるいは回避手続き等のアクセス制御を実現するために、小型軽量／低消費電力／低コストといったワイヤレス光通信本来の特質が損なわれており、高速化へのポテンシャルが活かされる余地がなくなっている。
【００２５】
（３）新たなチャンネル間の直交性を生み出しワイヤレス通信の高速化／大容量化を可能にする空間分割多重／空間分割多元技術をホームネットワークやＳＯＨＯ環境で安価に適用し実用化するための技術開発が不足している。
【００２６】
（４）携帯端末装置において、従来に比べ格段に高速のワイヤレスインターフェイスを利用するシーンが明らかではなく、上記問題点（３）との悪循環を生んでいる。
【００２７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速で、コストパフォーマンスの優れた空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムを提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の端末装置は、情報を搬送する複数のダウンリンク信号光を送信する基地局とともに用いられるワイヤレス光インターフェイスを備えた端末装置であって、前記ワイヤレス光インターフェイスは、前記複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つが入射する受信回路を含み、前記受信回路は、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射し、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号を出力する光電変換増幅部と、前記電気信号のピーク値およびボトム値を検出する検出部と、前記ピーク値と前記ボトム値と前記電気信号とに基づいて、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光のうち強度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する前記情報を取得する、取得部とを含む。これにより上記目的が達成される。
【００２９】
前記光電変換増幅部は、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光のクロック周波数以下の帯域において、実質的に群遅延平坦な特性を有する帯域制限フィルタを含み、前記光電変換増幅部と前記検出部と前記取得部とは直流結合されてもよい。
【００３０】
前記複数のダウンリンク信号光のそれぞれは、所定の波長を有するレーザ光であり、前記端末装置は、前記受信回路の受信視野半値全角の範囲内に入射する前記所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性を有する光学的バンドパスフィルタをさらに備え、前記光電変換増幅部には、前記光学的バンドパスフィルタを介して前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射してもよい。
【００３１】
前記受信回路の受信視野半値全角は、１０°以上３０°以下であってもよい。
【００３２】
前記端末装置は、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデオデータを記憶する不揮発性記憶媒体と、前記デジタルオーディオ・ビデオデータを再生する再生部とをさらに備えていてもよい。
【００３３】
前記端末装置は、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデオデータを生成するデータ生成部と、前記デジタルオーディオ・ビデオデータを記憶する不揮発性記憶媒体とをさらに備えていてもよい。
【００３４】
前記端末装置は、携帯電話網にアクセス可能に構成された接続部をさらに備え、前記接続部は、前記携帯電話網を介してデータベースセンターに、前記基地局から前記端末装置に送信されることが所望されるコンテンツの購入申し込みを送信する機能を有していてもよい。
【００３５】
前記基地局が送信するトレーニングシーケンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスを有する端末装置のユーザ認証および課金処理に関する情報を含み、該情報に基づいて前記端末装置のユーザが所望するコンテンツの購入申し込みが送信されてもよい。
【００３６】
本発明の基地局は、ワイヤレス光インターフェイスを備える端末装置とともに用いられ、前記端末装置を基地局を介してデジタル機器に接続するための基地局であって、複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、角度分解型の光受信機と、前記デジタル機器に接続するための第１のインターフェイスとを備え、前記複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異なる特定の方向に設定されている。これにより、上記目的が達成される。
【００３７】
前記基地局は、前記複数の空間セルの配置を反映して構成される少なくとも１つの表示要素を含む表示装置をさらに備え、前記少なくとも１つの表示要素は、前記複数の空間セルの１つの空間セルに前記端末装置が収容されているか否かを表示してもよい。
【００３８】
前記マルチビーム送信機は、前記複数の空間セルの少なくとも１つに向けてトレーニングシーケンスを送信し、前記端末装置は、前記トレーニングシーケンスの受信結果に基づいて、前記端末装置の現在の位置において前記基地局との双方向通信を開始することの適否を判定してもよい。
【００３９】
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦１．３の範囲の定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの全てに向けて送信されてもよい。
【００４０】
前記複数の空間セルは、前記端末装置が収容されている第１の空間セルと、前記端末装置が収容されていない空間セルであって、前記第１の空間セルに隣接する第２の空間セルとを含み、前記マルチビーム送信機は、前記第１の空間セルに向けて前記トレーニングシーケンスを第１の光出力で送信し、前記第２の空間セルに向けて前記トレーニングシーケンスを前記第１の光出力よりも低い第２の光出力で送信してもよい。
【００４１】
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦０．９の範囲の定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルのうち、前記端末装置が収容されている空間セルのみに向けて送信されてもよい。
【００４２】
前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間セルの広がり角θと、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲の定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの全てに向けて送信され、前記トレーニングシーケンスは、デューティー比が実質的に５０％に等しい矩形周期波を含み、前記矩形周期波は、前記複数の空間セルのうち、互いに隣接する２つの空間セルに向けて互いに逆相で送信される部分と同相で送信される部分とを含んでもよい。
【００４３】
前記第１のインターフェイスの通信速度は、前記端末装置が備える前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度よりも高くてもよい。
【００４４】
前記複数の空間セルの数ｊは２≦ｊ≦１６の範囲であり、前記基地局は、前記端末装置が有する前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度と実質的に等しい通信速度を有する第２のインターフェイスをさらに備え、前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度のｊ倍と、前記第２のインターフェイスの通信速度との合計は、前記第１のインターフェイスの通信速度と実質的に等しいか、より小さくてもよい。
【００４５】
前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ１３９４規格群のいずれかに準拠し、前記マルチビーム送信機は、予め定められた周期で前記トレーニングシーケンスを送信し、前記一定周期Ｔｃは、Ｔｃ＝１２５／Ｚ（μｓ）（Ｚは自然数または自然数の逆数）を満たしてもよい。
【００４６】
前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ規格に準拠してもよい。
【００４７】
前記基地局は、前記角度分解型の光受信機とは独立にワイヤレス通信を介して所定の起動信号を受け取る起動部をさらに備え、前記基地局は、前記起動部が前記所定の起動信号を受け取ることに応答して起動してもよい。
【００４８】
前記トレーニングシーケンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスが提供する帯域幅を動的に前記端末装置および前記基地局に割り当てるための制御情報を含んでもよい。
【００４９】
前記トレーニングシーケンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスを通じて、前記端末装置のユーザ認証および課金に関する情報を含み、該情報に基づいて該端末装置のユーザが所望するコンテンツの購入申し込みが送信されてもよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、従来の光無線ＬＡＮシステム、ＲＦワイヤレスＬＡＮシステムやその派生技術、また空間多重型光通信システムとは異なる、新たな空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが開示される。この空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムは、物理層での高速性のみならず、メディアアクセス制御に伴うオーバーヘッドが極めて少なく、高いスループットを発揮することができ、ホームネットワーク等にも適用可能な十分に低いコストで実現することができる。
【００５１】
また、空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムの可能性を最大限に発揮するための、空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムの適用の広範な具体例が開示される。
【００５２】
以下、図面を参照しながら本発明による帯域占有型の空間分割多重／空間分割多元接続ワイヤレス光通信システムの実施の形態を説明する。
【００５３】
図１は、本発明の空間分割多重（Ｓｐａｃｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＳＤＭ）／空間分割多元接続（Ｓｐａｃｅ−ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ、ＳＤＭＡ）ワイヤレス光通信システム１００１の構成を示す。ワイヤレス光通信システム１００１は、基地局１００２と端末装置１００３とを備える。
【００５４】
基地局１００２は、マルチビーム送信機１００４と、角度分解型受信機１００５と、インターフェイス１００７とを備える。基地局１００２は、基地局１００２を中心として予め定められた広がり角を有する複数の空間セル１００６を形成する。１つの空間セル１００６には、最大で１つの端末装置１００３が収容される。従って、１つの空間セル１００６の内部では、端末装置１００３は、各々が備える帯域幅を占有する。本明細書中で、端末装置１００３が空間セルに収容されるとは、基地局１００２が形成する複数の空間セルのうちの１つの内部に端末装置１００３が存在し、その端末装置１００３と基地局１００２との間で通信が行われるか、あるいは、通信を行い得る状態で基地局および／または端末装置の内部システムが待機していることをいう。なお、図１には基地局１００２が形成する空間セルが３個示されているが、基地局１００２が形成する空間セルの個数は３に限定されない。
【００５５】
端末装置１００３から基地局１００２に向けては、アップリンク信号光２０１６が送信される。アップリンク信号光２０１６は、端末装置１００３から基地局１００２に伝送されるべき情報を搬送する。基地局１００２から端末装置１００３に向けては、ダウンリンク信号光２０１７が送信される。ダウンリンク信号光２０１７は、基地局１００２から端末装置１００３に伝送されるべき情報を搬送する。
【００５６】
本明細書中において、「アップリンク」とは、端末装置１００３から基地局１００２に向かう通信リンクをいい、「ダウンリンク」とは、基地局１００２から端末装置１００３に向かう通信リンクをいう。
【００５７】
このように、基地局１００２と端末装置１００３との間のインターフェイスには、ワイヤレス光インターフェイスが用いられる。すなわち、端末装置１００３は、基地局１００２と通信するためのワイヤレス光インターフェイス（図１には示されていない、図１３を参照して後述される）を備える。また、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４と角度分解型受信機１００５とは、全体として、空間セル１００６の数に等しい（複数の）ワイヤレス光インターフェイスとして機能する。
【００５８】
基地局１００２は、インターフェイス１００７（第１のインターフェイス）と接続線１０１０とによって外部のデジタル機器１０１２に接続される。接続線１０１０は、例えば、イーサネット（Ｒ）ケーブル等の高速ネットワークに対応した接続線である。基地局１００２は、端末装置１００３を基地局１００２を介してデジタル機器１０１２に接続する機能を有する。インターフェイス１００７の通信速度は、典型的には、端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイスの通信速度よりも高速である。但し、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムの導入の初期段階等において、基地局と同時に双方向通信を行い得る端末装置数を最大１つに限定し、システムの簡略化を図る場合には、インターフェイス１００７の通信速度と端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイスの通信速度は実質的に等しくてもよい。
【００５９】
デジタル機器１０１２は、任意のデジタル機器である。デジタル機器１０１２は、ワイヤレス光インターフェイスよりも転送能力の高いインターフェイスを備えたＨＤＤ等の大容量記憶装置を内蔵することが望ましい。そのようなデジタル機器１０１２の典型例として、デスクトップコンピュータやセットトップボックスが挙げられる。また、基地局１００２は、デジタル機器１０１２と一体化されるか、デジタル機器１０１２に内蔵されてもよい。その場合、そのような大容量記憶装置と基地局機能との間のインターフェイスが、インターフェイス１００７として機能する。
【００６０】
なお、デジタル機器１０１２は、単一の機器であることに限定されない。デジタル機器１０１２は、例えば、複数の機器によって構成されたネットワークであってもよい。
【００６１】
基地局１００２は、インターフェイス１００８を随意に（省略可能に）備える。インターフェイス１００８は、デジタル機器１０１３を基地局１００２に接続するためのインターフェイス（第２のインターフェイス）であり、インターフェイス１００８の通信速度は、典型的には、ワイヤレス光インターフェイスの通信速度に実質的に等しい。基地局１００２がインターフェイス１００８を備える場合、基地局１００２は、インターフェイス１００８と接続線１０１１とによって、デジタル機器１０１３に接続され得る。この場合、基地局１００２は、基地局１００２を介してデジタル機器１０１３とデジタル機器１０１２とを接続する機能を有する。このように、デジタル機器１０１３は、基地局１００２を介してデジタル機器１０１２に接続されるという点において、端末装置１００３と同様に扱われる。デジタル機器１０１３と端末装置１００３との相違点は、基地局１００２が通信を行う際のインターフェイスである。基地局１００２は、端末装置１００３とはワイヤレス光インターフェイスを介して通信を行う一方、デジタル機器１０１３とはインターフェイス１００８を介して（例えば、有線の形態で）通信を行う。基地局１００２とデジタル機器１０１３とのこのような接続形態は、デジタル機器１０１３が携帯性を重視されない機器である場合に好適に用いられ得る。デジタル機器１０１３は、例えば、デスクトップコンピュータである。  空間セル１００６の「予め定められた広がり角」とは、空間セル１００６が張る角をいい、空間セル１００６の大きさが、ユーザサイズ（１人のユーザを収容するのに適したサイズ）であるように設定される。ワイヤレス光通信システム１００１では、端末装置１００３は携帯型の端末装置であることを前提としている。すなわち、端末装置１００３は、典型的には、ユーザの手に保持された状態で使用される。このため、端末装置１００３のユーザが、端末装置１００３のそれぞれと基地局１００２との間の通信リンクを初期化する際に、端末装置１００３を適した位置へ移動させることが可能である。複数の空間セル１００６の１つには、最大で１つの端末装置１００３しか収容されないように、ユーザは端末装置１００３を移動させる。
【００６２】
マルチビーム送信機１００４は、空間セル１００６の個数に等しい数のビーム光源７２０を含む。ビーム光源７２０のそれぞれは、空間セル１００６に向けてダウンリンク信号光２０１７を送信する。ダウンリンク信号光２０１７は、その空間セル１００６に収容される端末装置１００３に受信される。基地局１００２が予め定められた広がり角を有する（すなわち、予め定められた大きさの）複数の空間セル１００６を形成するために、ビーム光源７２０の指向方向は、互いに異なる特定の方向に設定されている。
【００６３】
角度分解型受信機１００５は、複数の空間セル１００６のそれぞれに収容された端末装置１００３から送信されるアップリンク信号光２０１６を受信する。角度分解型受信機１００５は、受信されたアップリンク信号光２０１６が送信された角度を区別する。すなわち、複数の空間セル１００６のうち、どの空間セルに収容された端末装置１００３からのアップリンク信号光２０１６であるかを区別する。このように、角度分解型受信機１００５は、角度分解機能を有する光受信機である。
【００６４】
このような基地局１００２の構成によって、端末装置１００３は、収容された空間セル１００６に割り当てられたチャンネル（空間チャンネル）の帯域を占有して基地局１００２と双方向通信を行うことが可能になる。このため、高速なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムが実現される。
【００６５】
また、基地局１００２は送信機にアレイ素子を用いずに、マルチビーム送信機１００４によって複数の空間セル１００６を形成している。このため、本発明のワイヤレス光通信システム１００１は、基地局の送信機と受信機との両方にアレイ素子を用いる従来技術の空間多重システムに比較して、基地局のコストを大幅に低減することが可能になる。このようにして、コストパフォーマンスに優れたＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムが実現される。
【００６６】
ワイヤレス光通信システム１００１では、ユーザからの要求、すなわち、端末装置１００３からのコマンドの発行に従って、端末装置１００３から基地局１００２へ、あるいはその逆向きに、可能な限り高スループットで大容量の転送を行うことを重要視する。すなわち、通信パケット／フレーム単位の伝送レイテンシを低減することを目的とするものではなく、スループット向上のための基地局１００２におけるフレーム変換やアドレス解決、基地局／端末装置双方での効率的なバッファリング等がより重視される。
【００６７】
これにより、従来の携帯端末装置が備える各種外部インターフェイスと比べ格段に高速な帯域占有型のワイヤレス光通信システムが実現される。蓄積交換あるいは回線交換方式と最適な伝送制御手順やフロー制御手順を組み合わせて、大量のデータ転送に適したシステムが構成される。ワイヤレス光通信システム１００１において基地局１００２と端末装置１００３との間の通信路は、帯域占有型の高速チャンネルであるため、半２重モードの場合であってもＭＰＥＧ２符号化されたＨＤＴＶレベルのＡＶコンテンツを擬似的に全２重化してリアルタイムで双方向通信したり、ストリーミングに対応することも可能である。本願において開示されるのは、物理層レベルから、低レベルのリンク確立に係る部分であって、種々のパケット／フレーム構成やビット指向／バイト指向のプロトコル、手順等を適宜用いることができる。
【００６８】
なお、ワイヤレス光通信システム１００１においては基地局１００２と端末装置１００３との間の通信は半２重モードに限定されない。基地局１００２と端末装置１００３との間の通信は全２重モードであってもよい。
【００６９】
図２は、基地局１００２を中心とした３つの空間セル１００６の配置を示す。各空間セル１００６が３次元空間に対して張る角は、Θ方向とΨ方向とについて定義される。各空間セルの軸は、Θ方向に間隔θで並列されている。
【００７０】
ワイヤレス光通信システム１００１では、端末装置１００３の間隔が、ある一定の距離（概ね１人のユーザが占める空間の大きさ）よりも短くなる程度に端末装置１００３が密集することは想定していない。このため、複数の空間セル１００６のそれぞれのサイズは、基地局１００２と端末装置１００３とが通信することが可能な最大の距離において、空間セル１００６の中心軸を法線とする平面上で直径５０〜２００ｃｍ程度が想定される。この値は、基地局の送信機と受信機との両方にアレイ素子を用いる従来技術の空間多重システムよりも大きく、１つのセルに複数の端末装置を収容し得るセルラーシステム（一般的にはその直径が３〜５ｍ程度）よりも小さい。
【００７１】
基地局１００２と端末装置１００３とが通信することが可能な最大の距離は、例えば、５〜７ｍに設定される。この距離は、一般的な赤外線リモートコントロールの到達距離と同程度であり、ワイヤレス光通信システム１００１が家庭の１部屋やオフィスや店舗等に設置された場合に適切な距離である。なお、このような状況では、基地局１００２と端末装置１００３とが通信することが可能な最小の距離は、１ｍ以上に設定されても支障はない。
【００７２】
空間セル１００６の大きさや配置、最大通信距離および、最小通信距離は、本発明のワイヤレス光通信システム１００１の用途に応じて適切に設定される。
【００７３】
図３は、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４の周辺回路および角度分解型受信機１００５の周辺回路の構成の例を示す。なお、図３は、空間セル１００６の個数が５である場合の構成を示す。
【００７４】
角度分解型受信機１００５は、直径３０ｍｍの開口部を備えたレンズシステム７１０と、２５個の２．５ｍｍピッチの要素素子７５１を有する５×５の２次元光電変換アレイ素子（フォトダイオードアレイ素子）７１１とを含む。レンズシステム７１０と、フォトダイオードアレイ素子７１１とは、インデックスマッチングを確保するために、通常の光学設計に基づいて、レンズシステム７１０の材質の屈折率とフォトダイオードアレイの屈折率との間の屈折率を有する熱硬化樹脂等の接着剤によって接着されている。レンズシステム７１０は、例えば、トリプレットレンズシステムである。
【００７５】
フォトダイオードアレイ素子７１１は、ドーターボード７１２を介してマザーボード７３０に搭載されている。ドーターボード７１２の裏面には、フォトダイオードアレイ素子７１１の要素と同じ数のプリアンプバンク７１３が実装されている。プリアンプバンク７１３により、全てのフォトダイオードアレイ要素７５１からの電気（電流）信号が電圧信号として増幅され、増幅された電圧信号がマザーボード７３０上に引き出される。プリアンプバンク７１３の実装形態としては、複数のプリアンプバンク７１３がマザーボード７３０上に個別に配置されていてもよいし、プリアンプアレイとして１チップに形成されてもよい。複数のプリアンプバンク７１３が形成されたチップは、フォトダイオードアレイ素子７１１とフリップチップボンディングされてマザーボード７３０に搭載されてもよい。
【００７６】
空間セル１００６内の端末装置１００３（図１）から送信されたアップリンク信号光２０１６は、空間セル１００６に対応する１つの単位ピクセル上に集光する。単位ピクセルは、複数の要素素子７５１を含み得る。レンズシステム７１０のトータル視野角の範囲内の端末装置１００３から送信されたアップリンク信号光は、フォトダイオードアレイ素子７１１の受光面上に光スポット（信号光スポット）を形成する。角度分解型受信機１００５の分解能は、この光スポットの高コントラスト領域が常に１つの単位ピクセル内に収まるように設計される。
【００７７】
フォトダイオードアレイ素子７１１は、空間が空間セルに分割される方向（Θ方向）に配列する５つの単位ピクセルを含む。具体的には、空間が空間セルに分割されない方向（Ψ方向）に配列する５つの要素素子７５１が１つにグループ化されて１つの単位ピクセルを形成し、それぞれのグループがアナログコンバイナバンク７１４で束ねられて後段の比較回路バンク７１５に接続される。信号光スポットが、Ψ方向に配列する複数の要素素子にまたがって形成された場合、プリアンプバンク７１３の各要素からの電気信号は、アナログコンバイナバンク７１４によって重み付けして合成されるか、または最大の電気信号が選択（Ｓｅｌｅｃｔ  Ｂｅｓｔ）され、得られた電圧信号が比較回路バンク７１５に入力される。
【００７８】
重み付けの処理には、例えば、ＭＲＣ（Ｍａｘｉｍａｌ−Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）またはＥＧＣ（Ｅｑｕａｌ−Ｇａｉｎ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）が用いられ得る。比較回路バンク７１５は、ＰＬＬおよび重み付けのための誤差算出回路等（図示せず）を含む。比較回路バンク７１５の出力は、ポストアンプバンク７１６に入力される。このようにして、最大５チャンネルのデジタルデータが復号化される。フォトダイオードアレイ７１１〜ポストアンプバンク７１６は、全体として、角度分解型受信機１００５の受信回路７１７を構成する。
【００７９】
図３に示される例では、フォトダイオードアレイ素子７１１は、２次元アレイである。しかし、図２示されるように空間セルが１次元的に配置される場合、例えば、フォトダイオードアレイ素子７１１に代えて１０個の１ｍｍ角の要素素子を含む１×１０の１次元フォトダイオードアレイを用い、レンズシステム７１０に代えて２軸で非対称な特性を有するレンズシステムを用いてもよい。フォトダイオードアレイ素子に含まれる要素素子の数が増えた場合には、２次元アレイを用いるよりも１次元アレイを用いた方がコストを低減することができる。
【００８０】
なお、角度分解型受信機においては、フォトダイオードアレイ素子７１１を用い、フォトダイオードアレイ素子７１１の全アレイ要素に共通のレンズシステムを備えるのが望ましい。本発明の主旨から外れない限りにおいては、ディスクリートの受光素子を並列に用いてもよい。しかし、ディスクリートの受光素子を用いた場合には、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムに適した特性は得がたい。従って、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１（図１）は、フォトダイオードアレイ素子を含む角度分解型受信機を備えることが好ましい。
【００８１】
マルチビーム送信機１００４は、ビーム光源７２０を有する。図３に示される例では、１つの空間セル当たり２個のビーム光源７２０が対（つい）にして設けられており、これにより、空間セルが張るΨ方向の十分大きな角度が実現される。ビーム光源７２０は、例えば、レーザダイオード光源である。
【００８２】
光源ドライババンク７２１およびＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）バンク７２２は、ＳＤＭ／ＳＤＭＡコントローラ７２３により制御される。ＳＤＭ／ＳＤＭＡコントローラ７２３は、各空間セルに対応するビーム光源７２０の光出力をほぼ同一レベルに摘えたり、全てのビーム光源７２０の光出力レベルを一斉に変更したり、個別にコントロールする機能を有していることが望ましい。なお、ドライババンク７２２および／またはＡＰＣバンク７２１は、ビーム光源７２０が装着されたブロック２３０１に内蔵されてもよい。
【００８３】
マルチビーム送信機１００４は、複数のビーム光（ダウンリンク信号光）を送信することにより、ダウンリンク空間セルを形成する。一方、角度分解型受信機１００５の各単位ピクセルは、１つのアップリンク空間セルを見込む。
【００８４】
基地局１００２においてマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）および角度分解型受信機１００５の各単位ピクセルが見込む視野角φｒ（ｉ）を１対１に対応させて設定して、予め定めた広がり角θ（ｉ）（空間セル（ｉ）が張る角）を有する空間セル（ｉ）を形成する。すなわち、ダウンリンク空間セルのそれぞれとアップリンク空間セルのそれぞれとが一致して、これが１つの空間セルとなる。ここで添字ｉは複数存在する空間セルに便宜的に付与される番号である。以下の説明では、特に断らない限りφｔ（ｉ）およびφｒ（ｉ）は全ての空間セルについて（すなわち、全ての添字ｉについて）等しいものとし、（ｉ）を省略する場合がある。ただし、本発明の適用は、φｔ（ｉ）およびφｒ（ｉ）が全ての空間セルについて等しいことには限定されない。
【００８５】
マルチビーム送信機１００４と、角度分解型受信機１００５とは、基地局１００２のワイヤレス光インターフェイス部（５つのワイヤレス光インターフェイス）として機能する。図３に示される構成によれば、ワイヤレス光インターフェイス部の後段には、バックエンドデジタル回路を直接接続することができる。ワイヤレス光インターフェイス部には、光ファイバを媒体とするデジタル通信インターフェイスと整合性の高い符号化方式（例えば４Ｂ５Ｂ  ＮＲＺＩや８Ｂ１０ＢＮＲＺ）が使用されるのが好ましい。
【００８６】
ワイヤレス光通信システム１００１においては、基地局１００２よって形成される個々の空間セルに端末装置１００３を収容し帯域を占有させる。このような空間セルの配置の具体例を以下に説明する。
【００８７】
図４は、本発明のワイヤレス光通信システム１００１を家庭内で使用する場合に好適に採用され得る空間セルの配置例を示す。
【００８８】
図４には、基地局１００２からの距離Ｄ＝５ｍの場所における幅ｄが１．５ｍ（θ＝１７°）である５つの空間セル１００６が示されている。５つの空間セルによって、Θ方向に約９０°のカバーエリアが確保されている。この場合、基地局１００２の角度分解型受信機１００５（図４には示されていない、図３参照）は、Θ方向に約９０°の視野角（Ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ、ＦＯＶ）を有することが必要である。Ψ方向の視野角は、ユーザが手に端末装置１００３を保持して立ちあがった状態で、端末装置１００３と基地局１００２との間で通信が可能な程度のカバーエリアが確保できるように設定されれば十分である。
【００８９】
図４に示されるような１次元的な空間セルの配置例は、基地局１００２が、カバーエリアとなる空間領域において端末装置１００３をユーザが保持する高さと同じかまたは若干高い位置に設置される場合に有効な配置例である。基地局１００２が天井に設置されなくてもよいので、設置が簡便に行えるというメリットがある。
【００９０】
１次元的な空間セルの配置が好適に採用され得る場面として、家庭内やオフィスあるいはデジタルコンテンツを販売する店舗等の場面が想定される。
【００９１】
ワイヤレス光通信システム１００１が家庭内で利用される場合、基地局１００２は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４規格に従ってネットワーク化されたデジタル家電機器、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）およびＰＣの周辺機器に接続される。すなわち、これらのデジタル家電機器、ＰＣおよびＰＣの周辺機器が、図１に示される外部のデジタル機器１０１２として機能する。
【００９２】
これにより、端末装置１００３から基地局１００２を介してこれらのデジタル家電機器、ＰＣおよびＰＣの周辺機器にワイヤレスアクセスする環境が提供される。ＴＶ等のディスプレイ機器が備えられた部屋はワイヤレスアクセス環境としてより好適である。このようなディスプレイ機器と基地局１００２を接続することにより、基地局１００２とユーザとの間のユーザインターフェイスを提供することができるからである。このような部屋でワイヤレス光通信システム１００１が用いられる場合、基地局１００２は、例えば、ＴＶ機器の上に置かれるセットトップボックスに組込まれ得る。
【００９３】
ワイヤレス光通信システム１００１が家庭内で利用される場合には、基地局１００２に常時複数のユーザが端末装置１００３を用いて通信を行うという場面は、あまり発生しないと考えられる。むしろ、散発的に各ユーザが好みに応じて通信を行うという利用形態が想定される。従って、同時に使用される空間セル（空間チャンネル）の最大数は２〜４程度であり、通常は１つの空間チャンネルだけが使用されるという利用形態（ユーザモデル）が想定される。
【００９４】
基地局１００２から通信可能な最大の距離における空間セルの広がりｄが数ｍ以上に広がると、ワイヤレス光通信の高速性のメリットを十分に活かすことができなくなる。上述したように、ワイヤレス光通信では、受光パワーが距離の２乗に反比例するからである。
【００９５】
ワイヤレス光通信システム１００１において、空間を空間セルに分割する目的は、空間チャンネルの高速性を確保するためにユーザサイズの空間セルを形成すると同時に、カバーエリアとなる３次元空間のあらゆる場所から端末装置１００３のアクセスを許容することである。従って、空間チャンネル数は、上述したユーザモデルにおいて想定されるユーザの最大数よりも多いことが好ましく、３〜４程度に設定される。
【００９６】
基地局１００２と端末装置１００３との間の最大通信距離Ｄは、ユーザが実際に利用する場合の最頻値を考慮して３〜５ｍに設定されることが実用的である。また、実際に利用され得る通信の最小距離Ｄ＿ｍｉｎは、１ｍ程度に設定することが妥当である。この場合、静的なダイナミックレンジは１３〜１７ｄＢ程度の範囲となる。静的なダイナミックレンジの算出方法は、図２３を参照して後述される。
【００９７】
なお、ワイヤレス光通信システム１００１（図１）において、異なる端末装置どうしが互いに通信する機能を備えていてもよい。この場合、異なる端末装置どうしの最大通信距離と、基地局１００２と端末装置１００３との間の最小通信距離との間には、直接の関連性はない。例えば、基地局１００２と端末装置１００３との間の最小通信距離を１ｍに設定した場合でも、端末装置−端末装置間の通信距離は、１ｃｍ〜１ｍ以内に設定され得る。これは、例えば受信機のレンズの直径や送信機光源の光出力、およびそれらの角度特性等の物理的条件を、基地局１００２と端末装置１００３との間で非対称にすることにより容易に実施され得る。
【００９８】
基地局１００２と端末装置１００３との間のアップリンクの最大通信距離Ｄは、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の受信感度に応じて角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０（図３）の口径を適切に設計することにより、適切に設定される。
【００９９】
最大通信距離Ｄ＝３〜５ｍとした場合に、基地局１００２から距離Ｄだけ離れた場所における空間セルの広がりｄを０．５〜２ｍであるとすると、空間セルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（ｄ／２Ｄ）は、概ね６°≦θ≦４０°となる。従って、基地局１００２の角度分解型受信機１００５のトータルの視野全角を±４５°（中心から両方向に４５°ずつ）確保した場合、形成される空間セル１００６の数は最大１５個、最小２個となる。
【０１００】
図５Ａおよび図５Ｂは、オフィスやデジタルコンテンツの店舗等において複数のユーザが頻繁に同時にアクセスする環境における空間セルの配置の例を示す。図５Ａおよび図５Ｂに示される例でも、空間セルは１次元的に配置されている。
【０１０１】
例えば、ＰＣおよび周辺機器やストレージ装置がイーサネット（Ｒ）でネットワーク化されたＬＡＮ環境を備えたオフィスにおいてワイヤレス光通信システム１００１が使用される場合、これらのネットワーク化された機器が全体として図１に示されるデジタル機器１０１２として機能する。すなわち、これらのＰＣおよび周辺機器やストレージ装置に、端末装置１００３から基地局１００２を介してワイヤレスにアクセスすることが可能な環境が提供される。ユーザインターフェイスとして端末１００３が有するディスプレイ画面を利用してもよいし、図４を参照して説明した利用形態と同様に、ＴＶ機器等の他のディスプレイ機器を利用してもよい。このようなディスプレイ画面あるいはディスプレイ機器によってユーザの操作を補助することは、ワイヤレスアクセス環境として望ましい。ケーブル接続によるアクセスとは異なり、ワイヤレスアクセスでは、基地局と端末装置との間が有形物によって接続されないため、ユーザは基地局と端末装置との間のリンクが正常に確立されているか否かについてしばしば不安になるからである。
【０１０２】
ユーザの利用形態としては、１つの基地局に複数のユーザが頻繁に入れ替わって多元接続するような利用形態が想定される。従って、最小でも４つ程度、最大では１０チャンネル以上の空間チャンネルが同時に使用されるユーザモデルが想定される。このため、図５Ａに示される例では、図４に示される例と比較して、１つの空間セルが張るΘ方向の角度をより狭くすることにより、空間セルの数より多くし、カバーエリアとなる３次元空間のあらゆる場所から多数の端末装置１００３がアクセスすることを可能にしている。
【０１０３】
図５Ａおよび図５Ｂに示される例では、最大通信距離Ｄは、ユーザが実際に利用する場合の最頻値を考慮して、Ｄ＝５〜７ｍに設定される。実際に利用され得る最小距離Ｄ＿ｍｉｎは、１ｍよりも大きな値に設定されてもよい。ユーザの位置を限定することにより、最小距離Ｄ＿ｍｉｎを大きく設定した場合であってもワイヤレス光通信システム１００１の使い勝手を損なうことはない。例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示される例は、ユーザは、基地局１００２に関してカウンター１０８１よりも遠い位置で基地局１００２との通信を行うことを前提としている。このため、最小距離Ｄ＿ｍｉｎ（図５Ｂ）は、カウンター１０８１と基地局１００２との距離よりもわずかに小さい程度に設定されればよい。
【０１０４】
図５Ａおよび図５Ｂに示される例では、基地局１００２を設置する場所の自由度も高い。なお、最大通信距離Ｄ＝５〜７ｍ、最小距離Ｄ＿ｍｉｎ＝１ｍに設定した場合、静的なダイナミックレンジは１７〜２０ｄＢ程度の範囲である。
【０１０５】
最大通信距離Ｄ＝５〜７ｍに設定した場合に、基地局１００２から最大通信距離Ｄだけ離れた場所における空間セルのΘ方向の広がりｄ＝０．５〜２ｍとすると、空間セル広がり角θは、概ね４°≦θ≦２３°となる。基地局１００２の角度分解型受信機１００５のトータルな視野角を±４５°確保する場合、形成される空間セルの数は最大２０、最小４である。
【０１０６】
図６Ａおよび図６Ｂは、空間セルが２次元的に配置されている例を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示される例では、空間セル１００６は格子状に配置されている。このような配置例は、基地局１００２が、カバーエリアとなる空間領域内において、ユーザや端末装置よりも比較的高い位置に設置される場合に好適な配置例である。このような配置例は、学校や会議室等の公共のスペース等での利用に最適であり、図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明した配置例と同様に、種々の利用形態が想定される。基地局１００２は、例えば天井や璧の高い位置に設置される。２次元的に空間セルを配置することにより、２次元的に端末装置１００３を収容することができ、空間チャンネル数を増大させることができる。２次元的に空間セルを配置する際に、空間セルの列を列毎にずらせて蜂の巣状の空間セル配置としてもよい。このように空間セルを配置すれば、基地局に近いユーザがより遠い位置のユーザに対する遮蔽物となることが回避されやすくなる。  図６Ａおよび図６Ｂから理解される２次元的配置の特徴の１つは、実際にユーザが利用するエリアは、床面上や机上あるいはユーザの身長程度の面的な空間であって、静的なダイナミックレンジが狭いことである。図２３を参照して後述されるように、静的なダイナミックレンジが狭いと、アップリンクおける空間チャンネルの干渉の問題が回避されやすい。このため、空間セルの構成は比較的設計し易い。
【０１０７】
第２の特徴は、ユーザに対する空間セルの大きさ、すなわち利用エリア面上における空間セルの直径を各ユーザに対して同等に揃えた場合に、基地局１００２に相対的に近い空間セルと遠い空間セルとで広がり角が大きく異なり得ることである。すなわち、マルチビーム送信機１００４（図３）の各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）と角度分解型受信機１００５の各単位ピクセルが見込む視野角φｒ（ｉ）とはそれぞれ、添字ｉによって大きく異なり得る。
【０１０８】
第３の特徴として、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源が単峰で２軸対称な緩やかな放射角度分布特性を持ったもので構成される場合も、各ビーム光源の光軸の配向と光出力の設定に従って、あらゆる形状の空間セル配置を構成することができる。例えば、４角形の空間セルを図６Ａに示されるように格子状に配置した場合や、６角形の空間セルを蜂の巣状に稠密配置した場合においても、空間セルの間のデッドリーンの発生を十分抑制することができる。
【０１０９】
上述した第２および第３の特徴を有する２次元的な空間セルの配置も、本発明のワイヤレス光通信システム１００１では採用することができる。
【０１１０】
このように、ワイヤレス光通信システム１００１（図１）では空間セル１００６の配置は、ワイヤレス光通信システム１００１が使用される状況に応じて適宜設定される。基地局１００２が形成する空間セルの広がり角やサイズは、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４の構成と種々のパラメータから決定される。具体的には、マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０（図３）の光軸が配向される角度間隔から、空間セルの広がり角が決定され、各ビーム光源７２０の放射角度特性と光出力とから、最大通信距離や空間セルのサイズが決定される。
【０１１１】
各ビーム光源の光軸の角度間隔や放射角度特性、各光出力（光出力マージン）が互いに等しくない場合であっても、各空間セルの広がり角やサイズは実験的にあるいは理論的に算出され得る。
【０１１２】
実際に形成される空間セルの広がり角は、各ビーム光源７２０の光軸がなす角度間隔のみに依存する。各ビーム光源７２０の放射角度特性が、空間セルの広がり角について決まる望ましい設定値からずれていても、空間セルのサイズは変化せず、各空間セルの境界におけるダウンリンクのデッドゾーンの割合が変化する。
【０１１３】
図２、図４、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、空間セル１００６が１次元的に配置される場合には、複数の光源を束ねて１つのダウンリンク空間セルを形成してもよいし、Θ方向およびΨ方向の２方向にほぼ２軸対称な角度分布を持つ光源と、シリンドリカルレンズ等の光学系とを組み合わせることにより、Θ方向とΨ方向とで非対称な角度分布特性を実現してもよい。上述したように、図３に示されるマルチビーム送信機１００４では、Ψ方向に配列された２つのビーム光源７２０を束ねて１つのダウンリンク空間セルを形成している。
【０１１４】
空間セルの境界付近でデッドゾーンの割合が大きくならないように空間セルの配置を決定するためには、特にマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０のΘ方向（隣接する空間セル１００６が境界を接して配置される方向）の放射角度分布特性を適切に設定する必要がある。一方、Ψ方向の放射角度分布特性は、ユーザの使い勝手を損なわない範囲で自由に設定されてよい。すなわち、Ψ方向に空間セル１００６が張る角度が極端に小さくなりすぎないようにすれば十分であり、厳密にΨ方向の放射角度分布特性を調節する必要はない。
【０１１５】
図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、空間セル１００６が２次元的に配置される場合には、Θ方向およびΨ方向の２方向について放射角度分布特性が規定されるべきであることは言うまでもない。
【０１１６】
マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の出力は、所定の空間セルをカバーするために、所望の通信距離を確保しつつ、隣接する空間セルに向けて送信されるビーム光との干渉が起こらないように設定される。
【０１１７】
図７Ａおよび図７Ｂは、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性を示す。放射角度分布特性は、典型的には、ビーム光の強度の、光軸からの隔たり角度に対する関係（遠視野像パターン）として表現される。図７Ａおよび図７Ｂでは、通常の遠視野像パターンの表現と同様に、横軸は光源光軸に対する角度Θ、縦軸は見かけ上の光源サイズの変化分（ｃｏｓΘ）を考慮した輝度、すなわち、光度で示されている。
【０１１８】
図７Ａに示されるパターン２１は、逆井戸型のヘビサイド関数で表される遠視野像パターンを示す。マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０がパターン２１に示される放射角度分布特性を有している場合に、各ビーム光源７２０のパターンの境界が互いに接するように空間セルを並列すれば、ダウンリンクにおいてデッドゾーンが発生する問題や干渉が発生する問題は起こらない。しかし、パターン２１に示される放射角度分布特性を実現するためには、ビーム光源７２０に複雑な光学系を用いなければならず、コストを考慮すると現実的ではない。ビーム光源７２０は、通常、単峰ではあるが裾を引いた遠視野像パターンにより示される放射角度分布特性を有する。図７Ａに示されるパターン２２および２５、図７Ｂに示されるパターン２３および２４は、このような遠視野像パターンの例を示す。
【０１１９】
パターン２２は、遠視野像パターンが一般化ランバーシアン関数でよく近似される場合の放射角度分布特性を示す。
【０１２０】
パターン２３は、パターン２２と比較して、メインローブ以外への散乱成分が多く含まれる場合の放射角度分布特性を示す。
【０１２１】
パターン２４は、例えば、２つのビーム光源７２０をΘ方向に並列することにより１つのチャンネルとして駆動する場合のように、遠視野像パターンがタブルピークを有する場合の放射角度分布特性を示す。複数の光源の重なり具合に応じて、パターン２４には種々の変形例があり得る。
【０１２２】
パターン２５は、メインローブとは別に狭い角度範囲に遠視野像パターンにサブピークがある場合の放射角度分布特性を示す。ゲインガイドあるいはブロードエリアのレーザダイオード等をビーム光源７２０として用いた場合に、遠視野像パターンにこのようなサブピークが現れることがある。
【０１２３】
上述したパターン２２〜２５のいずれに対しても、光軸周りのメインローブにおける光強度のピーク値、あるいは単峰ではない場合には、メインローブ内での平均光強度ピーク値に対して、放射角度分布特性の指向半値全角を適宜定義することができる。以下の説明では、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０として、一般化ランバーシアンのビーム光源が用いられるものとするが、本発明はこれに限定されない。
【０１２４】
ビーム光源７２０の光出力は、予め定められた広がり角θを持つ空間セルを１つのビーム光源７２０からのビーム光によって形成するために要求される最低限の光出力以上でなければならない。
【０１２５】
図８は、ビーム光源７２０として指向半値全角がφｔである一般化ランバーシアン光源を用いて単独の空間セルにビーム光を照射する例を示す。図８には、図２に示される平面Ｈ上において、ビーム光源７２０から照射されるビーム光の等照射強度線が示されている。ビーム光源７２０からの距離Ｄにおけるθ方向の空間セルの広がり（直径）をｄとすれば、θ＝２・ａｒｃｔａｎ（ｄ／２Ｄ）である。ビーム光源７２０の光出力は、直径ｄの両端の点（点１０２６および点１０２７）において所定の照射強度が得られるように、すなわち２等辺３角形１０２５の領域内で所定値以上の照射強度が得られるように、決定される。直径ｄの両端の点において、端末装置の受信機におけるトータルの入力換算雑音と所望のビット誤り率（ＢＥＲ）に対し、必要最低限の信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏＮｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ、ＳＮＲ）が確保されるような光出力を光出力のマージン＝０ｄＢと定義する。曲線２６は、この時の等照射光強度線を示す。ビーム光源７２０の放射角度分布特性が、パターン２２〜２５（図７Ａおよび図７Ｂ）に示される場合、単独のダウンリンク空間セルは、ビーム光源７２０からの距離が距離Ｄよりも小さい場所において、指向半値全角φｔに依存して予め定められた空間セル（平面Ｈ上の２等辺３角形１０２５）よりも外側にふくらむ。
【０１２６】
ビーム光源７２０の指向半値全角φｔは、定数Ｃを用いて、φｔ＝Ｃ・θと表される。定数Ｃの値が大きいことは、空間セルの広がり角θと比較して指向半値全角φｔが大きいことを示す。定数Ｃは、ビーム光源７２０の放射角度分布特性を代表するパラメータの１つである。
【０１２７】
図９は、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の１つのビーム光源７２０に要求される光出力と、定数Ｃとの関係を示す。図９の縦軸は、１つのビーム光源７２０に要求される光出力の最小値を１とした相対値を示す。図９に示されるように、定数Ｃ＝φｔ／θが０．８の近傍において、１つのビーム光源７２０に要求される光出力が最小化される。また、定数Ｃが０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内である場合に、１つのビーム光源７２０に要求される光出力は、最小値から３ｄＢ以内の上昇にとどまる、すなわち、最小値の約２倍以内にとどまることが分かる。従って、１つのビーム光源７２０に要求される光出力を考慮した場合に、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内に設定されることが好ましい。
【０１２８】
１つのビーム光源７２０に要求される光出力を最小化するような定数Ｃの値をＣ＿ｍｉｎとする。
【０１２９】
図１０は、１つのビーム光源７２０に要求される光出力を最小化するＣ＿ｍｉｎの値と、空間セルの広がり角θとの関係を示す。Ｃ＿ｍｉｎの値は、空間セルの広がり角θに依存して多少変化する。Ｃ＿ｍｉｎの値は、通信距離には依存しない。従って、通信距離が変化した場合でも、図９に示される関係は変化せず、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内に設定されることが好ましい。
【０１３０】
このような定数Ｃの好ましい範囲は、単独の空間セルにおいて１つのビーム光源７２０に要求される光出力のみを考慮して決められた値であった。しかし、定数Ｃは隣接する複数の空間セル間でのチャンネル間干渉をさらに考慮して、適切に設定される。既に述べたように、ビーム光源７２０は、遠視野像パターンが裾を引いた形状である放射角度分布特性を有するために、１つの空間セルに向けて送信されたダウンリンク信号光の裾の部分が、隣接する空間セルに位置する端末装置にも干渉信号光として受光されてしまう。
【０１３１】
このように、本発明のワイヤレス光通信システム１００１では、端末装置１００３は、複数のダウンリンク信号光を受光し得る。端末装置１００３は、受光された複数のダウンリンク信号光のうち、光強度振幅が最大の１つのダウンリンク信号光が搬送する情報を取得する機能（分離機能）を備えている。このような分離機能により、端末装置１００３は、干渉信号光の存在下でも、その端末装置が収容されている空間セルに向けて送信されたダウンリンク信号光（所定のダウンリンク信号光）が搬送する情報を取得する、すなわち、ダウンリンク通信を正常に行うことができる。本発明のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１においては、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ、信号光対全干渉信号光強度比）およびＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を、予め十分に制御してシステムを設計できるからである。ここで、ＳＩＲは、端末装置１００３に入射する複数のダウンリンク信号光のうち、所定のダウンリンク信号光の光強度と、他のダウンリンク信号光（干渉信号光）のトータルの光強度との比として定義される。
【０１３２】
しかし、端末装置１００３がこのような分離機能を備える場合であっても、ダウンリンク通信を正常に行うことができない場合が発生し得る。例えば、所定のダウンリンク信号光の光強度振幅が、受光された全てのダウンリンク信号光の光強度振幅（トータルの光強度振幅）の半分程度であり、なおかつ、所定のダウンリンク信号光の光強度振幅の信号対雑音強度比が十分ではない場合である。このような状況は、例えば、通信距離が遠く、かつ空間セルの境界近傍に端末装置１００３が位置する場合に発生し得る。
【０１３３】
従って、隣接する空間セルの境界付近では、端末装置が基地局１００２とのダウンリンク通信を正常に行うことができない領域（デッドゾーン）が発生する。各々のビーム光源７２０からは、少なくとも光出力マージン０ｄＢ以上でビーム光（ダウンリンク信号光）が送信されるのを前提としても、チャンネル間干渉によるデッドソーンが実際の３次元空間に占める割合は、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの設定（すなわち、定数Ｃの設定）に応じて大きく変化する。
【０１３４】
図１１Ａは、各空間セルの広がり角θと比較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が大きい場合（φｔ＞＞θ）のデッドゾーンを示す。ハッチング領域２０２１は、図２に示される平面Ｈ上でのデッドゾーンを示す。
【０１３５】
図１１Ｂは、各空間セルの広がり角θと比較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が小さい場合（φｔ＜＜θ）のデッドゾーンを示す。ハッチング領域２０２２は、図２に示される平面Ｈ上でのデッドゾーンを示す。
【０１３６】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ともに、各ビーム光源７２０（図３）の光出力マージンを０ｄＢに設定した場合のデッドゾーンを示す。図１１Ａに示されるように、相対的に広いビーム光源（φｔ＞＞θ）を用いればほとんどの空間領域がデッドゾーンとなる。つまり、ほとんどの空間領域で、端末装置１００３は基地局１００２との間でダウンリンク通信を正常に行うことができなくなる。逆に、図１１Ｂに示されるように、相対的に狭いビーム光源（φｔ＜＜θ）を用いれば、ほとんどの空間領域で、端末装置１００３は基地局１００２との間でダウンリンク通信を正常に行うことができるようになる。
【０１３７】
φｔ＞＞θの場合、ＳＩＲの空間での変化が緩慢なため、光出力のマージンを０ｄＢに設定することによりＳＮＲが十分確保できた場合でも、所定のビット誤り率が達成される領域が狭くなり、チャンネル間干渉の影響が顕在化する。要求されるＳＮＲはＳＩＲが低いほど大きくなるので、通信距離が大きくなるほど（端末装置１００３が基地局１００２から離れるほど）、等ＢＥＲ面が空間セル境界面から離れて空間セル内部に侵入する。また、一般的に、干渉信号光の数が多くＳＩＲが低い場合には、ＳＮＲを高めてもＢＥＲフロアが生じて所望のＢＥＲを達成することができない。ワイヤレス光通信システム１００１においては、ビーム光源７２０の放射角度分布特性を適切に設定することにより、干渉チャンネル数（干渉光信号となるダウンリンク光信号の数）を空間セルが１次元的に配置される場合で通常１つ、２次元的に配置されるワーストケースでも最大３つまでに抑えることができる。これにより、ＢＥＲフロアレベルは所望のＢＥＲよりも十分低いレベルに抑制される。
【０１３８】
発明者は、種々のビーム光源の特性、すなわち光出力マージンと放射角度分布特性に対して、ダウンリンク空間チャンネルの望ましい設計を実験的、理論的に評価した。
【０１３９】
図１２は、空間セルが１次元的あるいは２次元的に配置された種々の場合について、ＢＥＲが１０−８以下でが受信可能な領域が３次元空間のカバーエリアに対して占める割合と、空間セル１００６の広がり角θに対するビーム光源７２０の指向半値全角φｔの比（定数Ｃ）との関係を示す。光出力マージンは０〜３ｄＢの範囲で変化させた。
【０１４０】
図１２より、カバーエリアとなる３次元空間において、その９０％以上が受信可能領域となるＳＤＭダウンリンクを実現するためには、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔをＣ≦１．０の範囲で設定することが必要であり、Ｃ≦０．８の範囲で設定することがより好ましいことが分かる。また受信可能領域の割合を８０％程度まで許容すれば、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔをＣ≦１．３の範囲で設定することが必要であり、Ｃ≦１．１の範囲で設定することがより好ましいことが分かる。
【０１４１】
また、定数Ｃをこのように設定した場合には、これまでの説明から明らかなように、端末装置１００３がある空間セル１００６内の境界近くに存在しても、境界を接する他の空間チャンネルのダウンリンク信号に引き込まれないよう、ワイヤレス光通信システム１００１を設計することができる。ここで、他の空間チャンネルのダウンリンク信号への引き込みとは、端末装置１００３の受信回路が、境界を接する他の空間セルに送信されているダウンリンク信号光を受光して復号化してしまうことをいう。全ての空間セルのそれぞれにダウンリンク信号が送信されている場合には、端末装置１００３に入射する複数のダウンリンク信号光のうち、端末装置１００３が存在する空間セルに向けて送信されるダウンリンク信号光の光強度振幅が最大となるので他の空間チャンネルのダウンリンク信号への引き込みは発生しない。しかし、その空間セルにダウンリンク信号が送信されない期間（例えば、ＮＲＺ信号で‘０’が続いている間）がある場合、その期間において、端末装置１００３の受信回路は、境界を接する他の空間セルに送信されているダウンリンク信号光のみを受光し、復号化してしまうことがあり得る。
【０１４２】
一般に、パケット通信においては、常に送信先アドレスや送信元アドレスが明示されるため、他の空間チャンネルのダウンリンク信号への引き込みによって、必ずしも通信自体が不可能になるわけではない。しかし、他の空間チャンネルのダウンリンク信号への引き込みが発生すると、パケット再送等を行う必要があり、スループットが低下し得る。本発明のワイヤレス光通信システムにおいては、上述した定数Ｃを適切に設定することにより、また、後述する基地局１００２のシステム設計および端末装置１００３の受信回路の設計を適切に行うことにより、この問題を回避することができる。
【０１４３】
このように、予め定められた広がり角θを持つダウンリンク空間セルを形成するビーム光源において、要求される光出力とダウンリンクのチャンネル間干渉とを考慮すると、定数Ｃは少なくとも０．５≦Ｃ≦１．３の範囲内で設定され、最も好ましくは、０．５≦Ｃ≦０．８の範囲を満たして設定されるべきである。
【０１４４】
アイセーフティの観点からは、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔを小さくするに従って、ビーム光源７２０の光源サイズを大きくする必要がある。光源サイズが大きくなりすぎると実装が困難であるので、実質的にφｔの下限が制約され得る。上述した定数Ｃの好ましい範囲は、アイセーフティが確保されるか否かにかかわらず、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１に本質的に要求される範囲である。ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の端末装置１００３に、近赤外領域においてＩｒＤＡ規格と同程度の最低受信感度を有する受信機を使用した場合、ビーム光源７２０の光源サイズを８ｍｍ程度まで許容してＩＥＣ６０８２５−１規格に従えば、ダウンリンクの最大通信距離は７ｍ程度に制限される。現在、ＡＥＬ（Ａｌｌｏｗｅｄ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｌｅｖｅｌ）の見直し作業が進められている。ＡＥＬ見直し作業に伴って、ダウンリンクの最大通信距離の制限が緩和されれば、本発明の原理をより大規模なＳＤＭ／ＳＤＭＡ）ワイヤレス光通信システムにも適用し得る。
【０１４５】
次に、図１に示される端末装置１００３の構成を説明する。
【０１４６】
図１３は、端末装置１００３の主要部分の構成の例を示す。
【０１４７】
端末装置１００３は、光送信機光源１００と、光送信機光源１００を駆動する駆動回路１０３と、受光部（レンズ系）１０１と、受信回路１０４とを含む。駆動回路１０３と、受信回路１０４とは、制御部１０５により制御される。省略可能に設けられる光学的バンドパスフィルタ１０２は、パスバンド幅が約３０ｎｍの光学的特性を有している。光学的バンドパスフィルタ１０２は、基地局１００２（図１）のマルチビーム送信機１００４が半導体レーザ素子を光源として用いた場合に好適に使用され得る。光送信機光源１００と、受光部１０１と、光学的バンドパスフィルタ１０２と、駆動回路１０３と、受信回路１０４と、制御部１０５とは、端末装置１００３において、ワイヤレス光通信トランシーバ（ワイヤレスインターフェイス）として機能する。このうち、光送信機光源１００と、駆動回路１０３と、制御部１０５とは送信機として機能し、受光部１０１と、光学的バンドパスフィルタ１０２と、受信回路１０４と、制御部１０５とは、受信機として機能する。
【０１４８】
上記送信機および受信機は、制御部１０５とＦＩＦＯバッファ１１０１またはＤＲＡＭ等の高速メモリとともに高速バス１１０２に接続され、端末装置１００３（ホストシステム）の広帯域ペリフェラルＩ／Ｏ２１０４として機能する。広帯域ペリフェラルＩ／Ｏ２１０４と、高速バス１１０２との間の通信プロトコルおよびインターフェイスには任意の通信プロトコルおよびインターフェイスが採用され得る。しかし、端末装置１００３のコストの低減を考慮すると、既存の通信プロトコル（例えばＩＥＥＥ８０２．３ｕ）および既存のカード型ホストインターフェイス（例えばＰＣ  Ｃａｒｄ）が採用されることが好ましい。広帯域ペリフェラルＩ／Ｏ２１０４がカード型ワイヤレス光インターフェイスとして端末装置１００３に搭載されることは、端末装置１００３の製造コストを低減することに非常に有効である。この場合、カードに内蔵される制御部１０５は、ＩＥＥＥ８０２．３コントローラおよびワイヤレスインターフェイス用のコントローラの２部構成としてもよい。  端末装置１００３は、さらに、ディスプレイ１０８および操作部１０９を備える。これにより、端末装置１００３を基地局１００２（図１）に対する、または、端末装置１００３が基地局１００２を介して接続されるデジタル機器１０１２（図１）に対する双方向リモートコントローラとして用いることも可能になる。
【０１４９】
ワイヤレス光通信システム１００１において、端末装置１００３は、主にユーザに携帯されるモバイル端末装置が想定される。端末装置１００３は、例えば、携帯音楽プレーヤ等の専用機や、ＰＤＡ、ノートＰＣやＢ５サイズ以下のウルトラポータブルＰＣ、高機能のモバイルフォン（携帯電話またはＰＨＳ）等、あらゆる携帯端末装置の形態を取り得る。このような携帯端末装置と同様のワイヤレス光インターフェイス（またはその変形）を備える据置型の情報通信機器が基地局に収容されてもよい。そのような据置型の情報通信機器は、例えば、図１において、接続線１０１１とインターフェイス１００８（第２のインターフェイス）とを介して基地局１００２に接続されている、デジタル機器１０１３である。
【０１５０】
携帯端末装置は、典型的には、フラッシュメモリーや１〜２．５インチ程度のＨＤＤ、ＭＲＡＭや強誘電体メモリ等を用いた大容量の不揮発性記憶媒体を備えている。このような携帯端末装置が端末装置１００３として機能する場合、ワイヤレス光通信システム１００１の用途として、他の情報通信機器（デジタル機器）から大容量のデジタルコンテンツを携帯端末装置に転送してユーザが携帯するための用途、あるいは逆に携帯端末装置で生成されたデジタルコンテンツを他の情報通信機器（デジタル機器）に伝送するための用途が想定される。このような場合、先に述べたような端末装置１００３のワイヤレスインターフェイス用コントローラの構成に加え、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｃｃｅｓｓ）コントローラ及び例えば６４ＭＢ乃至２５６ＭＢ以上のＤＲＡＭを備えることで、より一層、大容量ファイルの一括転送に適した構成とすることができる。特に、一度のファイル転送でＤＲＡＭ容量を使い切ったり、ＤＲＡＭから前記不揮発性記憶媒体への大量の書き込みを繰り返すなど、負荷の高い使い方が想定される場合は、ワイヤレス光インターフェイス自身もバスマスタ方式のＤＭＡ転送に対応し、専用ＤＭＡコントローラを用意するのが好ましい。
【０１５１】
既に述べたように、端末装置１００３は、受光された複数のダウンリンク信号光のうち、光強度振幅が最大の１つのダウンリンク信号光が搬送する情報を取得する機能（分離機能）を備えている。これにより、ダウンリンク通信における干渉の問題が最小限に抑制される。本発明のワイヤレス光通信システム１００１の端末装置１００３の分離機能の原理を説明する。
【０１５２】
図１４Ａは、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４から送信されるダウンリンク信号光の平面Ｖ上での等光強度線を示す。マルチビーム送信機１００４は、ダウンリンク信号光１３〜１５を送信する。平面Ｖは、ダウンリンク信号光１４を送信するビーム光源の光軸１０１４に直交する平面である。
【０１５３】
ダウンリンク信号光１３〜１５のそれぞれは、同時に異なる情報（デジタルシーケンス）を搬送する。従って、端末装置で受信される信号光はビット時間単位で変動する複数のレベル値を取る。
【０１５４】
図１４Ｂは、ダウンリンク信号光１３〜１５に対応する空間セルの内部の点Ｐにおける光強度を示す。波形１０１５〜１０１７はそれぞれ、点Ｐにおいて、ダウンリンク信号光１３〜１５が搬送するデジタルシーケンスに対応する光強度を示す。波形１０１８は、点Ｐに位置する端末装置１００３に受信される、複数のダウンリンク信号光１３〜１５の光強度（トータルの光強度）を示す。
【０１５５】
端末装置１００３の受信回路１０４（図１３）は、波形１０１８のレベル値に影響を及ぼし得る主要な空間セルに向けて送信されるダウンリンク信号光の全てが値「１」のデータを搬送する場合の受信信号光ピーク値１６と、全てが値「０」のデータを搬送する場合の受信信号光ボトム値１７との中間値１８（平均値）に実質的に等しい値を最適な閾値として設定する。端末装置１００３の受信回路１０４は、基地局１００２が送信する複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つを受信し、受信された少なくとも１つのダウンリンク信号光に対してこの閾値を用いて閾値処理を行うことにより、所定の空間セル（端末装置１００３が収容されている空間セル）に向けて送信されるダウンリンク信号光１４が搬送する情報を取得（分離）することができる（分離機能）。すなわち、波形１０１８によって示される信号光の強度が閾値１８よりも大きいか否かを判定することによって、波形１０１６によって示される信号光が搬送する情報が取得される。
【０１５６】
受信信号光ピーク値１６と受信信号光ボトム値１７との差２０１８は、端末装置１００３に受光された複数のダウンリンク信号光のトータルの光強度振幅である。また、波形１０１６のピーク値とボトム値との差２０１９は、ダウンリンク信号光１４の光強度振幅である。端末装置１００３は、理論的には、光強度振幅２０１９が光強度振幅２０１８の半分よりも大きい場合（すなわち、所望のダウンリンク信号光１４の光強度振幅が、干渉信号光のトータルの光強度振幅よりも大きい場合）に、複数のダウンリンク信号光１３〜１５の光強度振幅のうち最大の光強度振幅を有するダウンリンク信号光１４を分離することができる。
【０１５７】
ダウンリンク信号光が搬送する情報が任意のバイナリ符号化方式を用いて符号化される場合にも、空間分割多重化された全てのチャンネルを反映するピーク値とボトム値とから、同様に最適な閾値を求めて空間多重化されたダウンリンク信号光が搬送する情報を分離することができる。また、このようにして最適な閾値を求める方法は、基地局１００２と端末装置１００３とがパスバンド信号を用いたデジタル通信を行う場合においても、そのベースバンド信号に対して同様に有効である。しかしながら、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のように信号振幅が多値化される場合には、原理的に空間多重化された信号を分離することはできない。
【０１５８】
ビット時間単位のレベル変動の振幅は、信号対全干渉信号比ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）に依存して、各空間チャンネルに送信されるデータシーケンスによって決定される。信号対全干渉信号比ＳＩＲは、重なり合う空間セルの数、各空間セル内での端末装置１００３の位置、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性および各ビーム光の光出力の均一性等から決まる。
【０１５９】
ビット時間単位のレベル変動の振幅は、ダウンリンク空間チャンネル間のビット同期ずれがあればその影響を受ける。しかし、ワイヤレス光通信システム１００１では、基地局１００２と端末装置１００３とが見通し通信を行うことを前提としているので、空間セルの境界領域のある１点に存在する端末装置１００３に対して複数の干渉信号光がある場合でも、同期ずれは発生しない。
【０１６０】
信号対全干渉信号比ＳＩＲを算出するのは複雑ではあるが、既に述べたようにＳＩＲは、重なり合う空間セルの数、各空間セル内での端末装置１００３の位置、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性および各ビーム光の光出力の均一性等のパラメータから決まる。これらのパラメータは何れも、予め設定されるものであり、ワイヤレス光通信システム１００１の動作時には、空間座標のみの関数として表される。従って、端末装置１００３が空間内で移動するか、あるいは基地局１００２のビーム光源７２０が急激に劣化しない限り、最適閾値は変わらない。このため、基地局１００２および端末装置１００３のいずれにも、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）の負荷が軽いワイヤレス光通信システム１００１が実現される。
【０１６１】
また、特にＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のように、各シンボル毎に一定振幅のチップパルスが必ず送出され、さらにそれらが空間多重化される場合、受信信号シンボル期間における振幅最大のチップを選択することにより信号光強度が最大であるダウンリンク信号光（空間チャンネル成分）が分離され得る。しかしながら、あるシンボル期間における信号強度が最大のダウンリンク信号光と、所望の空間チャンネル（端末装置が収容されている空間セルに対応するチャンネル）のダウンリンク信号光とは異なる場合がある。例えば、所望の空間チャンネルに信号が送出されていない場合である。このような場合には、分離された光強度振幅最大のダウンリンク信号光が所望の空間チャンネル以外の空間チャンネルのダウンリンク信号光であることを知る手段として、ＮＲＺの場合と同様に、空間分割多重化された全てのチャンネルを反映するピーク値に対して最適化された閾値を用いて硬判定することにより、端末装置１００３の受信回路が不所望な空間チャンネルに引き込まれるのが防止される。
【０１６２】
以上の説明から明らかなように、本発明のワイヤレス光通信システム１００１においては、基地局１００２から複数のダウンリンク信号光２０１７が必ずしも同じ符号化を用いて情報を搬送する必要はない。それぞれのビット時間幅（例えばＮＲＺやＮＲＺＩ符号化の場合）あるいはチップ時間幅（例えばＰＰＭ符号化の場合）が等しければ、端末装置１００３の受信回路において、それらを分離し、端末装置１００３がその端末装置に向けられた（例えばＮＲＺ符号化されている）情報を取得することが可能である。  ここで、端末装置１００３の受信機における判定閾値の最適化は、従来の加入者系光ファイバー通信におけるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｖｏｒｋ）−ＦＴＴＨシステムのような、時間領域で多重化されたチャンネルに対してガード時間で区切られたバースト毎に閾値を最適化して受信する、いわゆるバーストモードレシーバとは本質的に異なるものである。
【０１６３】
従来技術と対比させて本発明の端末装置１００３の受信機における判定閾値の最適化の特徴をより明らかにするため、従来のＰＯＮ−ＦＴＴＨシステムの簡単なシステム構成とＮＲＺ符号化を用いた場合の受信信号の例をそれぞれ図３７Ａおよび図３７Ｂに示す。
【０１６４】
図３７Ａは、各家庭を接続するＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）の構成を示す。
【０１６５】
図３７Ｂは、各家庭を接続するＯＮＵにおいて、各家庭から送出された光バースト信号の信号波形（信号波形１２６１〜１２６３）と、それらの光バースト信号がスターカプラを経て時分割多重化され、局側のＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｕｎｉｔ）あるいはＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）で受信された場合の受信信号の信号波形１２６４とを示す。ＯＳＵにおいては、ガードタイムで区切られた各バースト毎に先頭数ビット以内に光受信機の判定閾値が最適化され、アップリンクチャンネルが分離される。各バースト期間における最適閾値は一定である。図３７Ｂに示されるように、光バースト信号１２６１〜１２６３は時分割多重化されているので、同じ時間において強度が重畳されることはない。
【０１６６】
これに対して、本発明のワイヤレス光通信システム１００１においては、複数の空間チャンネルのダウンリンク信号光およびアップリンク信号光は、時分割多重化されない。信号光が時分割多重化された場合には、帯域を占有することができなくなり、チャンネル数が増えるに従ってスループットが低下してしまい、通信の高速化が阻害される。
【０１６７】
ワイヤレス光通信システム１００１においては、閾値自体を受信ベースバンド信号に追従させて最適化するのが望ましい。原理的には、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を経たフィードバックによって、端末装置１００３の受信回路に影響を与える空間チャンネルの全てを反映したピーク値を所定レベルに揃えた上で、固定閾値に基づいて識別を行う受信回路によっても、所望のダウンリンク信号光（空間チャンネル成分）を分離することは可能である。しかしながら、各バースト毎にベースバンド光信号のピーク値およびボトム値が一定であるＰＯＮシステム（図３７Ａおよび図３７Ｂ）とは異なり、このようなＡＧＣ回路を用いた受信回路を端末装置１００３に適用するには、ＡＧＣのタイミング抽出や高速応答性に相応の工夫が必要となる。
【０１６８】
図１５は、図１３に示される端末装置１００３の受信回路１０４（受信フロントエンド）のブロック図を示す。
【０１６９】
以下、受信回路１０４の動作を説明する。
【０１７０】
フォトダイオード１１０は、空間分割多重化されたダウンリンク信号光（少なくとも１つのダウンリンク信号光２０１７）を電流信号に変換する。プリアンプ１１１は、この電流信号を線形領域で増幅し、少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号（電圧信号）に変換する。
【０１７１】
図１４Ｂから容易に理解されるように、受信回路１０４において波形が歪むと、その歪みによってピーク値１６およびボトム値１８に誤差が生じ得、空間多重化されたダウンリンク信号光を誤りなく分離することができなくなる。また、判定閾値の最適化過程における精確性が極めて重要である。従って、プリアンプ１１１の直後に設けられるローパスフィルタ１１２（帯域制限フィルタ）は、ダウンリンク信号光の信号帯域に対して、実質的に波形歪みやリンギングの生じ難い帯域制限機能を果たすために、ダウンリンク信号光のクロック周波数以下の帯域において、実質的に群遅延平坦な特性を有することが好ましい。なお、「ある帯域において実質的に群遅延平坦」であるとは、その帯域内で、遅延時間が周波数によって変化しないか、または、その変化により引き起こされる波形歪みやリンギングが、通常の受信回路１０４の設計において、複数のダウンリンク信号光から１つの（強度振幅が最大の）ダウンリンク信号光を分離することを不可能にするほど大きくないことをいう。
【０１７２】
具体的には、ローパスフィルタ１１２は、以下で説明する特性を有することが好ましい。
【０１７３】
発明者の実験によれば、ワイヤレス光通信システム１００１が１２５Ｍｂ／ｓの８Ｂ１０Ｂ  ＮＲＺＩ符号化（１ビット時間８ｎｓ、正味のデータレート１００Ｍｂ／ｓ）を採用し、ダウンリンク信号光の１０％〜９０％立ち上がり／立ち下がり時間が約１〜２ｎｓで高速駆動されている場合、端末装置１００３の受信回路において、ローパスフィルタ１１２として、約１４０ＭＨｚの−３ｄＢ帯域を有する５次のベッセルローパスフィルタを用いることが好ましかった。
【０１７４】
ローパスフィルタ１１２が、比較的高次のベッセル特性あるいは比較的低次のバタワース特性を備え、クロック周波数（上述した例では１２５ＭＨｚ）以下の帯域においては、ほぼその全域にわたって群遅延時間が平坦な位相特性を有するように、−３ｄＢ周波数ｆｃを設定することが好ましい。これにより、多重化されたダウンリンク信号光に対して実質的に波形歪みの生じない特性が実現され、判定閾値設定の精確性を向上させることができる。
【０１７５】
ここで、遅延時間が１ビット時間よりも十分に短い許容値上限（上述した例では、１ｎｓ）に至る、クロック周波数の上限をｆｄとすると、ローパスフィルタ１１２がフィルタ次数ｎのベッセル特性を有する場合、ｎの増大に伴い、比ｆｄ／ｆｃが単調に増加する。例えば、フィルタ次数ｎが２、３、５および８の場合に、それぞれ、比ｆｄ／ｆｃは０．４、０．７、０．９および１．３となる。ローパスフィルタ１１２が５次のベッセル特性を有する場合、ｆｃ＝１２５ＭＨｚ／０．９となり、これは約１４０ＭＨｚであるので、上述した実験結果と符合する。ある周波数ｆｄについて、ｆｃを低減し、ＳＮＲを向上させる観点からは、構成は複雑となるが比較的高次のベッセルフィルタを用いることが好ましい。これにより、最良の遅延特性を有する受信回路を実現することができる。
【０１７６】
一方、ローパスフィルタ１１２がバタワース特性を有する場合、次数ｎの増大に伴い、比ｆｄ／ｆｃは、わずかずつ単調に減少する。例えば、フィルタ次数ｎが２、３および８の場合に、それぞれ、比ｆｄ／ｆｃは０．５、０．５および０．３となる。ローパスフィルタ１１２がバタワース特性を有する場合、あるｆｄについては、ローパスフィルタ１１２がベッセル特性を有する場合よりも相対的にｆｃを大きくとる必要が生じる。このため、ＳＮＲの観点からは不利となる。
【０１７７】
しかしながら、本発明のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムのダウンリンクにおいては、基地局マルチビーム送信機１００４のビーム光源に比較的発光サイズの大きいディスクリート素子を用いることが可能である。従って、基地局側でアイセーフティの確保されたレーザダイオードを用いて送信光パワーの増大を図るのは比較的容易である。すなわち、端末装置１００３の受信回路においては波形歪みの低減に設計の重点を置き、比較的低次のバタワースフィルタを用いてコストパフォーマンスに優れる受信回路を構成することが可能である。もちろん、上述したベッセルフィルタを用いる場合も同様に、コスト低減を優先して基地局側でパワーペナルティを補い比較的低次のものを採用することができる。
【０１７８】
最適な次数ｎは、ダウンリンク信号光の符号化速度／波形（周波数成分）と受信回路の非白色雑音等にも依存するが、ＮＲＺ系の信号に対しては一般的に比ｆｄ／ｆｃ≧０．５程度を目安とし、３次以上のベッセル特性あるいは３次以下のバタワース特性を備え、クロック周波数以下の帯域においては、ほぼその全域にわたって群遅延時間平坦な位相特性を有するように、−３ｄＢ周波数ｆｃを拡大して設定することにより、ダウンリンク信号光に対して、実質的に波形歪みやリンギング歪みの生じ難い帯域制限機能を設けることができる。
【０１７９】
ローパスフィルタ１１２の出力である電気信号（受信電圧信号１１１４）は、フォトダイオード１１０が受け取った少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度（光強度）を示す。
【０１８０】
このように、フォトダイオード１１０、プリアンプ１１１およびローパスフィルタ１１２は、少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射し、入射した少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号（受信電圧信号１１１４）を出力する光電変換増幅部１１１３として機能する。
【０１８１】
なお、フォトダイオード１１０とプリアンプ１１１とは一体に形成されていてもよい。フォトダイオード１１０は、例えば、ｐ（ｉ）ｎフォトダイオードであるが、ｐ（ｉ）ｎフォトダイオードに替えて、アバランシェフォトダイオード、ショットキフォトダイオード、フォトトランジスタ等の任意の光電変換素子が使用され得る。
【０１８２】
閾値設定回路ブロック１１３（検出部）は、受信電圧信号のピーク値検出・保持回路１１４およびボトム値検出・保持回路１１５を含む。閾値設定回路ブロック１１３は、ピーク値検出・保持回路１１４の出力（ピーク値１１１６）とボトム値検出・保持回路１１５との出力（ボトム値１１１７）とのほぼ中間値に最適化された判定閾値１１１５を比較回路１１６に出力する。
【０１８３】
ピーク値検出・保持回路１１４およびボトム値検出・保持回路１１５においては、例えば、各々の回路に備えられた容量成分に、ピーク値１１１６およびボトム値１１１７のレベルに応じた電荷をチャージすることによって、各電圧レベルが生成・保持され得る。電圧レベルの安定性を確保するためには、容量成分が大容量であることが要求され、一方で、レベル生成における高速応答性を確保するには小容量であることが要求される。従って、ピーク値検出・保持回路１１４およびボトム値検出・保持回路１１５は、少なくとも、判定閾値レベル１１１５の最適化が行われる繰り返し周期にわたって、ピーク値１１１６およびボトム値１１１７の安定性が確保されるような容量を持つことを前提として、チャージアップの高速化を図るために様々な回路構成上の工夫がなされ得る。あるいは、ピーク値およびボトム値の検出機能にはサンプルホールド回路を、保持機能には高速Ａ／Ｄコンバータを使用してもよい。これにより、より精確な閾値レベル設定回路が実現され得る。
【０１８４】
さらに、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１では、一定の周期Ｔｃ毎に、端末装置１００３が閾値の最適化を実行できるように、基地局からのダウンリンクフレーム（パケット）のシーケンスが設計される。この一定の周期Ｔｃは、閾値設定回路ブロック１１３における閾値レベルの最大保持時間よりも短い。また、ピーク値およびボトム値の検出・保持回路１１４および１１５は、制御部１０５（図１３）から一定の周期Ｔｃに合わせた適切なタイミングでリセット端子２１０２および２１０３に送られるリセット信号によってリセットされ、新たな最適閾値レベルを生成・保持することができる。
【０１８５】
ローパスフィルタ１１２の出力である受信電圧信号１１１４と、閾値設定回路ブロック１１３から出力される判定閾値１１１５とが、比較回路１１６において比較される。これにより、所望のチャンネル成分（フォトダイオード１１０が受け取った少なくとも１つのダウンリンク信号光のうち、強度振幅が最大であるダウンリンク信号光）が分離される（搬送する情報が取得される）。
【０１８６】
このように、比較回路１１６は、ピーク値１１１６と、ボトム値１１１７と、受信電圧信号１１１４とに基づいて、強度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する情報を取得する取得部として機能する。
【０１８７】
受信回路１０４がこのような構成を有することにより、空間分割多重化された複数のダウンリンク信号光から所望の空間チャンネルのダウンリンク信号光を受信回路１０４において誤りなく分離（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）することができる。これにより、１つの端末装置は、１つの空間セルにおいて、その空間セルに割り当てられた帯域を占有して基地局との通信を行うことができ、高速なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムが実現される。
【０１８８】
また、端末装置１００３がこのような分離機能を有していることに起因して、基地局１００２（図１）のマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０（図３）に要求される放射角度分布特性への要求条件が緩和される。すなわち、マルチビーム送信機１００４に、遠視野像パターンが裾を引いた形状（例えば、一般化ランバーシアン分布でよく近似される形状）である放射角度分布特性を有するビーム光源を用いることができる。このために、基地局のコストが低減され、コストパフォーマンスに優れたＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムが実現される。マルチビーム送信機１００４にこのようなビーム光源を用いた場合であっても、ダウンリンク通信におけるチャンネル間干渉によるデッドゾーンが十分に抑圧され、通信距離範囲内のほとんどの領域で基地局との双方向通信が正しく行われ、３次元的な、実用的なカバーエリアが達成される。なお、端末装置１００３の受信回路１０４が影響を受ける全ての空間チャンネルが多重化されたバースト状の受信信号が端末装置１００３に受信された場合、閾値の最適化は数ビット程度のごく短時間に完了する。
【０１８９】
受信回路１０４においては、光電変換を行うフォトダイオード１１０から比較回路１１６までの回路は直流結合される。すなわち、光電変換部１１１３と、閾値設定回路ブロック１１３と、比較回路１１６とは直流結合される。受信回路１０４にＡＣ結合が含まれる場合、ビット時間単位で変動する空間多重化された受信信号光のピーク値およびボトム値に対して、安定かつ精確に比較判定の閾値を最適化するのは困難である。受信回路１０４にＡＣ結合が含まれる場合、ピーク値およびボトム値を検出、保持した上で、いずれか一方を比較回路１１６の判定閾値に対するバイアス電圧とし、さらに両者の差から最適な比較閾値を設定しなければならず、比較回路の動作を安定で、精確性、信頼性の高いものにすることが困難だからである。
【０１９０】
比較回路１１６から出力される２値の判定出力は、差動増幅ポストアンプ１１７によって、後段のデジタル信号処理に十分な一定振幅の電圧レベルに増幅される。このようなリミティングアンプとしての機能は、比較回路１１６が備えてもよい。しかし、十分なゲインを得るためには、通常、差動増幅ポストアンプ１１７によってこの機能が実現されることが好ましい。差動増幅ポストアンプ１１７は、フォトダイオード１１０から差動増幅ポストアンプ１１７までの各素子のオフセット補償や入力ダイナミックレンジと必要なゲイン等を考慮して適切に設計される。
【０１９１】
さらに、ワイヤレス光通信システムに特有の問題を解決するために、端末装置１００３の受信回路１０４が備えることが望ましい特徴を図１６、図１７、図１８Ａおよび図１８Ｂを参照して説明する。ワイヤレス光通信に特有の問題とは、背景光が非常に強く、端末装置１００３の置かれた状況に応じて、背景光自体の強度と、それに伴う雑音レベルが大きく変動することである。背景光レベル自体の変動は通信動作中の短期間においては大きくはないが、利用される状況を広く考慮すると大変大きな幅となり得る。これを解決するための周知の技術として、受信信号を交流結合して前記ボトムレベルのオフセットの影響を除去し、同時に背景光による低周波雑音成分を低減することが行われている。しかし、図１５を参照して説明したように、受信回路１０４にＡＣ結合を用いてＤＣ信号成分を低減する構成は、端末装置１００３には採用し難い。
【０１９２】
従って、端末装置１００３は、端末装置１００３の受信回路１０４から発生する雑音成分の他、背景光のＤＣ成分によってフォトダイオード１１０（図１５）から生じるショット雑音や、端末装置１００３の周囲のインバータを用いた蛍光灯からの１ＭＨｚ以下程度の雑音成分を低減することが必要である。
【０１９３】
端末装置１００３の受信機視野角は、受光素子であるフォトダイオード１１０に備えられたレンズ系１０１（図１３）の視野と、光学的バンドパスフィルタ１０２の透過率入射角度依存性との両方によって決定される。
【０１９４】
基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０として、単色性の高い（すなわち、所定の波長を有するレーザ光を発光する）レーザダイオードを用いた場合には、端末装置１００３に必要とされる視野角内において光学的バンドパスフィルタ１０２がビーム光源７２０の光束（レーザ光）を遮断しないことが望ましい。
【０１９５】
図１６は、フォトダイオード１１０およびレンズ系１０１からなる受光部が本来有する受光感度と波長との関係を示す。曲線１２１〜１２３のそれぞれは、端末装置１００３の受信機の光軸（図１３に示される光軸１１０４）に対する入射角が０°、１０°および２０°の場合の関係を示す。
【０１９６】
図１７は、光学的バンドパスフィルタ１０２として平板の誘電体多層膜を用いた場合の、透過率と波長との関係を示す。曲線１２４〜１２６のそれぞれは、端末装置１００３の受信機の光軸に対する入射角が０°、１０°および２０°である場合の、光学的バンドパスフィルタ１０２の透過率と、波長との関係を示す。
【０１９７】
図１６および図１７に示される特性を有する受光部を備える端末装置１００３の視野角は、実際には図１６に示される特性と図１７に示される特性との積でよく表現される。従って、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のレーザ光源の発振波長は、図１７に矢印１１２１で示した範囲、すなわち、入射角０°での短波長側の５０％透過波長１１２２と、想定する受信視野半値半角（例えば、１０°とする）である入射角１０°での長波長側の５０％透過波長１１２３との間であれば許容される。受信視野半値半角が１０°である場合、受信視野半値全角は２０°である。
【０１９８】
このように、光学的バンドパスフィルタ１０２は、受信回路１０４のフォトダイオード１１０の受信視野半値全角１１０３の範囲内で受信回路１０４に入射する所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性を有することが好ましい。図１５に示される光電変換部１１１３には、この光学的バンドパスフィルタ１０２を介してダウンリンク信号光２０１７が入射する。
【０１９９】
図１３に示されるレンズ系１０１と光学的バンドパスフィルタ１０２とは、一体として形成されてもよい。例えば、半球レンズの表面あるいは内面に波長選択性を有する樹脂を接着したり、多層膜を蒸着することによって、透過波長範囲において入射角依存性が低減された光学的バンドパスフィルタ１０２が実現されることが好ましい。この場合にはレンズ系１０１の設計によって端末装置１００３の受信機の視野が制限される。
【０２００】
上述した特性を有する光学的バンドパスフィルタ１０２を端末装置１００３がさらに備えることによって、端末装置１００３の受信機で受信される背景光の波長範囲を限定し、ワイヤレス光ＳＤＭ／ＳＤＭＡシステムに特有の問題が総合に解決されて、より優れた帯域占有型のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１が実現される。
【０２０１】
また、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１においては、基地局１００２のビーム光源７２０の放射角度分布特性が主要な役割を果たす。すなわち、既存の製品として存在しない発光素子光源の開発が必要となるが、その際、端末装置１００３に用いられる受光素子（図１５に示されるフォトダイオード１１０）の受光感度や周波数応答特性、既存規格との整合性等を鑑みて、ビーム光源７２０のレーザダイオードの発振波長が設定されるとよい。端末装置１００３を特にコンシューマ向けの低コストな構成にするためには、端末装置１００３の受光素子にＳｉが用いられ得る。さらに、アイセーフティを比較的容易に確保することを考慮すれば、基地局１００２のビーム光源７２０としては、７８０〜９２０ｎｍ程度の範囲で発振する、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等から成る活性層材料を備えたレーザダイオードを用いるのが好ましい。
【０２０２】
端末装置１００３の受信機においては、その視野角の設定値がワイヤレス光通信システム１００１の使い勝手に大きく影響し、アプリケーションにおける重要な指標となる。発明者は、端末装置１００３の受信機の視野角の好ましい値を求めるために、人間が手動で光軸合わせをする場合の誤差の分布を測定する実験を行った。
【０２０３】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、標準的な人間が、ある軸を有する物体を意図的に標的に差し向ける際の角度ずれの確率密度分布の測定例を示す。図１８Ａは、複数の被験者が各々１００回ずつ、１秒程度の瞬時に光軸合わせを行った場合の角度ずれの確率密度分布を示し、図１８Ｂは、同様のことが１０秒程度かけて注意深く行われた場合の角度ずれの確率密度分布を示す。
【０２０４】
図１８Ａおよび図１８Ｂから、光軸合わせが瞬時に行われた場合には、角度ずれの確率密度分布は分散σ≒５°相当のレーリー分布に従い、注意深く行われた場合には、角度ずれの確率密度分布は分散σ≒２°相当のレーリー分布に従うことが分かる。
【０２０５】
端末装置１００３の受信機が有するべき視野角としては、角度ずれの確率密度分布の分散σの３倍程度、すなわち、受信視野半値半角が５°以上１５°以下であればよい。これは、受信視野半値全角（図１３に示される角度１１０３）で表わすと、１０°以上３０°以下となる。
【０２０６】
端末装置１００３の受信機がこのような視野角を有する場合、端末装置１００３は、ユーザが端末装置１００３を意識的に基地局１００２に指向させることが自然なアプリケーションにおいて、背景光雑音の影響を最小限にとどめ、使い勝手を損なうことなく、好適に使用することができる。ユーザは、ワイヤレス光通信システム１００１のパフォーマンスを最大限に享受することができる。
【０２０７】
なお、端末装置１００３の送信機は、端末装置１００３の受信機の視野角と同程度の放射角度分布特性を有することが好ましい。端末装置１００３の送信機として、周知のＩｒＤＡ規格と同様またはより低出力の光送信機を用いた場合でも、基地局１００２にはより大口径の角度分解型受信機１００５が備えられているので十分な信号強度と極めて低い背景光レベルが達成される。このため、一定の通信距離に対しては、アップリンクの方がダウンリンクよりも容易に達成される。従って、端末装置１００３の送信機は、基地局１００２にアップリンク信号光を送信することが可能な任意の構成を有し得る。
【０２０８】
図１９は、基地局１００２の角度分解型受信機１００５において用いられ得るフォトダイオードアレイ素子５００（アレイ素子）を示す。フォトダイオードアレイ素子５００は、例えば、ワイヤレス光通信システム１００１が、図２に示される空間セル配置を採用する場合に、図３に示されるフォトダイオードアレイ素子７１１として用いられ得る。フォトダイオードアレイ素子５００は、３×３のｐｉｎフォトダイオードアレイ素子であり、図１９には、光照射面となるｐ側から見た図が示されている。
【０２０９】
フォトダイオードアレイ素子５００は、複数のアレイ要素５０１（要素素子）を含む。複数のアレイ要素５０１のそれぞれは、個別にアドレス可能なアノード電極５０２で囲まれている。アレイ要素５０１のそれぞれに対応する電流信号は、端子５０３から取り出される。アレイ要素５０１は、少なくともｐ＋＋層を貫通するギャップ領域５０４により互いに仕切られている。これにより、クロストークが低減される。
【０２１０】
フォトダイオードアレイ素子５００は、図１９に示される構成に限定されず、例えば、ｐ側をコモンとし，ｎ側にギャップ領域を形成して個別アドレス可能とする構成を有していても十分に実用的である。フォトダイオードアレイ素子５００がｐ（ｉ）ｎ構造を含む場合には、いずれの形態においても、ｐ側を光照射面とすることが好ましい。フォトダイオードの応答速度が速くなるからである。また、フォトダイオードアレイ素子５００が、ｐ側をコモンとし，ｎ側にギャップ領域を形成して個別アドレス可能とする構成を有している場合には、プリアンプアレイチップをフォトダイオードアレイ素子５００とフリップチップボンディングしたり、ドーターボードを介して各プリアンプ部を個別に実装することによって配線容量を小さくすることが可能である。配線容量を小さくすることは、高速化の観点から、有利である。例えば、図３に示されるフォトダイオードアレイ素子７１１は、ｐ側をコモンとする構成を有しており、ドーターボード７１２に搭載されている。
【０２１１】
図２０は、アレイ素子５００とトリプレットレンズシステム５０５との位置関係を示す。トリプレットレンズシステム５０５は、図３に示されるレンズシステム７１０として用いられ得る。
【０２１２】
図２０には、アレイ素子５００とトリプレットレンズシステム５０５とは別々の部材として示されているが、実際にはアレイ素子５００とトリプレットレンズシステム５０５とはインデックスマッチングを取って接着されている。図２０の説明において、ワイヤレス光通信システム１００１が、図２に示される空間セル配置を採用しているものとする。
【０２１３】
１つ以上のアレイ要素５０１（図１９）が単位ピクセルを構成する。図２０に示される例では、３つのアレイ要素５０１が単位ピクセル５０６を構成している。単位ピクセル５０６の形状は、予め定めた空間セル１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投影した像と概ね一致するように定められる。単位ピクセル５０６毎に、各アレイ要素からの信号出力が束ねられ、比較回路バンク７１５に接続される（図３参照）。
【０２１４】
通常、アレイ要素５０１の形状は、不感領域を低減するために、６角形または４角形の形状を有する。単位ピクセル５０６の形状と、予め定めた空間セル１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投影した像との一致は、近似的に成り立てばよい。単位ピクセル５０６の形状は、基地局１００２において、マルチビーム送信機１００４と角度分解型受信機１００５との取り付け位置の違いによって生じる微小な視差を補正するように決定される。
【０２１５】
１つの端末装置１００３からの信号光スポットがΘ方向に２つの単位ピクセル５０６にまたがる場合、基地局１００２からその端末装置１００３に、マルチビーム送信機１００４の対応する光源を用いて、いずれか１つの単位ピクセル５０６に信号光スポットが収まるように、端末装置１００３を移動させるべき方向をユーザに指示することができる。このような移動方向の指示は、例えば、端末装置１００３の表示画面にユーザが移動すべき方向を示す矢印を表示することによって行われ得る。
【０２１６】
しかしながら、例えば図４に示されるような、空間セル数が比較的少ない家庭内におけるユーザモデルでは、必ずしもこのような移動方向の指示を行う必要はない。すなわち、単に最大信号強度が得られる単位ピクセル５０６あるいはアレイ要素５０１（図２０）を選択して空間チャンネルを形成すれば、実用上十分な場合が多い。
【０２１７】
図２０を参照して説明した角度分解型受信機１００５の構成により、各単位ピクセルピクセルが見込む視野角φｒ（ｉ）が、空間セルの広がり角θ（ｉ）に概ね等しく設定され、アップリンク空間チャンネルが形成される。ここで、“概ね”とは、角度分解型受信機１００５の分解能に依存するという意味である。角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０においては、各種の収差が合成されて像のコントラストや解像力が影響を受ける。
【０２１８】
本発明のワイヤレス光通信システム１００１は、各種の収差が合成されて解像力が影響を受けることにより分解能が低下することを前提として設計される。単位ピクセル５０６の形状と、予め定めた空間セル１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投影した像との一致が近似的に成り立てばよいのも、この理由による。本発明のワイヤレス光通信システム１００１では、予めある一定レベルまで分解能が低下することを許容することにより、現実的でコストパフォーマンスに優れたシステムが実現される。
【０２１９】
図２１は、端末装置１００３からの信号光が、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０の開口に入射し、アレイ受光素子５００の表面（平面Ａ）に形成するスポット５０８を示す。図２１に示される例では、端末装置１００３からの信号光は、ほぼ平行光とみなせるような距離から入射するものとする。平面Ａは、レンズシステム７１０の焦点面である。
【０２２０】
スポット（あるいは設計上のスポットダイアグラム）５０８は、アレイ要素５０７内に収まるように設計される。なお、アレイ要素５０７は、図１９に示される複数のアレイ要素５０１のうちの１つである。角度分解型受信機１００５（図１）の分解能は、高コントラスト領域（いわゆる“芯”の部分）５０９の大きさによって定義される。アレイ要素５０１（図２０）あるいは単位ピクセル５０６の視野角および角度分解型受信機１００５の分解能は、空間セル１００６（図１）および送信機ビーム光源７２０（図３）の特性と比較し易くするため角度領域において表現すると都合がよい。ここで、単位ピクセル５０６の視野角をφｒ（ｉ）とし、角度分解型受信機１００５の分解能をΔφｒ（ｉ）とする。
【０２２１】
図２２は、単位ピクセル５０６の視野角をφｒ（ｉ）と、角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒ（ｉ）との関係を示す。図２２に示されるように、ある単位ピクセルの視野角φｒは、空間セルの広がり角θ（ｉ）内の全方向から入射した信号光が形成するスポット５１０（分解能をΔφｒ（ｉ）の広がりを有する）の重ねあわせとして定義される。図２２から明らかなように、φｒ（ｉ）＝θ（ｉ）＋Δφｒ（ｉ）である。これは、単位ピクセル５０６の視野角φｒ（ｉ）が空間セルの広がり角θ（ｉ）よりも大きいことを示す。すなわち、アレイ受光素子を用いて角度分解型受信機１００５を構成すれば、隣接するアップリンク空間セルは分解能が０でないことに起因してオーバーラップする。
【０２２２】
アップリンクのチャンネル間干渉が十分に低減される場合、単位ピクセル毎のフロントエンド受信回路として、既に説明したＡＧＣフィードバック回路による等価的な閾値最適化を行う受信回路も好適に用いることができる。ただし、Δφｒ（ｉ）＜θ（ｉ）を満たさない低分解能のレンズシステムや、コントラストの低いレンズシステムを用いる場合にも対応するためには、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して説明した、判定閾値自体を最適化する受信回路を基地局１００２の角度分解型受信機１００５にも適用することにより、角度分解型受信機１００５が所望のアップリンク信号光の分離機能を有することがより好ましい。
【０２２３】
しかし、角度分解型受信機１００５が分離機能を有するだけでは、アップリンク通信における遠近問題を完全に解決することはできない。遠近問題とは、端末装置１００３が基地局１００２に近づくほど、他の空間セルのアップリンク信号光（空間チャンネル）に干渉するという問題をいう。特に、基地局１００２と、端末装置１００３とのリンク初期化プロセスにおいて、端末装置１００３が基地局１００２への最初の送信を行う際に、アップリンク通信を行っている他の空間チャンネルに干渉する可能性が高い。
【０２２４】
図２３は、遠近問題が起こり得る状況を説明する図である。図２３において、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。空間セル（ｎ）内で、基地局１００２から最大通信距離ｄ１（例えば、５ｍ）に位置する端末装置１００３−１が基地局へのアップリンクを行っている最中に、別の端末装置１００３−２が空間セル（ｎ＋１）内の、セル（ｎ）側の境界近傍の最小通信距離ｄ２（例えば１ｍ）からアップリンクを開始する場合を考える。端末装置１００３−１の信号スポットが単位ピクセル（ｎ）に完全に収まっているとし、端末装置１００３−１の送信機光源の光軸１２７１が、端末装置１００３−１と基地局１００２（の角度分解型受信機１００５）とを結ぶ直線１２７２となす角δを端末装置１００３−１の送信機の角度ずれとする。遠近問題が発生しがちなワーストケースは、図２３に示されるように、端末装置１００３−１の送信機の角度ずれが、その端末装置１００３−１の送信機の光源半値半角に等しく、端末装置１００３−２の角度ずれが０の場合である。この場合には、角度分解型受信機１００５の開口部における端末装置１００３−１からのアップリンク信号光のパワーと、端末装置１００３−２からのアップリンク信号光のパワーとの大きさのダイナミックレンジ（静的なダイナミックレンジ）は、通信距離の２乗比と３ｄＢの角度ずれマージンとが加算された値である。
【０２２５】
図２３に示される例では、アップリンクにおける静的なダイナミックレンジＤは、（数１）により求められる。
【０２２６】
Ｄ＝１０・ｌｏｇ１０（５２／１２）＋３≒１７［ｄＢ］  （数１）
図２４は、図２３に示される状況において、基地局から遠い位置にある端末装置１００３−１と、基地局から近い位置にある端末装置１００３−２とからのアップリンク信号光によって、角度分解型受信機１００５のアレイ素子７１１の受光面上に形成される光スポットを示す。
【０２２７】
アレイ素子７１１（図３）に含まれる単位ピクセルである単位ピクセル５１３は、図２３に示される空間セル（ｎ＋１）に対応している。単位ピクセル５１１は、図２３に示される空間セル（ｎ）に対応している。光スポット５１４は、基地局１００２から近い位置にある端末装置１００３−２からのアップリンク信号光によって形成される。光スポット５１２は、基地局１００２から遠い位置にある端末装置１００３−１からの信号光によって形成される。図２４に示されるように、光スポット５１２の単位ピクセル５１１内部における強度の積分値よりも、光スポット５１４の単位ピクセル５１１内部における強度の積分値の方が大きくなる場合がある。このような場合には、単位ピクセル５１１において、所望のアップリンク信号光の強度よりも、干渉信号光の強度の方が大きくなり、所望のアップリンク信号光（所望の空間セルに収容された端末装置１００３からのアップリンク信号光）が搬送する情報を取得できなくなる。このような遠近問題は、主に、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０（図３）の分解能に依存する。また、所望のアップリンク信号光よりも干渉信号光の方が大きくなった場合には、角度分解型受信機１００５が図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して説明した分離機能を備えていたとしても、所望のアップリンク信号光を分離することはできない。所望のアップリンク信号光の光強度振幅が、干渉信号光の光強度振幅以下になってしまうからである。
【０２２８】
このような遠近問題の解決策として、以下の（１）〜（３）が想定され得る。
（１）角度分解型受信機１００５の分解能を高める。これにより、複数の端末装置１００３−１および１００３−２（図２３）が空間セルの境界近傍で同時にアップリンク送信を行っても、各々の端末装置からのアップリンク信号光が角度分解型受信機１００５のアレイ素子の受光面上で１つの単位ピクセル内に集光するようになる。
（２）端末装置が出力パワーコントロールを行う。すなわち、基地局１００２から近い距離に位置する端末装置１００３−２は、低い光出力でアップリンク信号光を送信することによりアップリンク通信を行い、遠い距離に位置する端末装置１００３−１は、高い光出力でアップリンク信号光を送信することによりアップリンク通信を行うようにする。
（３）チャンネル間干渉を発生させ得る３次元空間座標に端末装置を位置させないようにする。すなわち、図２３に示される端末装置１００３−２の位置のように、基地局１００２に近く、かつ、空間セルの境界１２７３に近い位置は、チャンネル間干渉を発生させ得る３次元空間座標であるので、このような位置にいるユーザにはその場所からの移動を促し、端末装置の位置制御を行う。
【０２２９】
上記（１）に示される方法を採用し、角度分解型受信機１００５の分解能を高くすると、光スポットが単位ピクセル間のギャップ領域（例えば、図２４に示されるギャップ領域１５５１）に入り、信号光が受信できない場合が生じ得る。また、角度分解型受信機１００５のアレイ要素（図１９に示されるアレイ要素５０１）よりも小さい光スポットをそれ以上に絞ってもＤＣゲインは得られない。それどころか、キャリア発生領域がアレイ要素における微小領域に集中することにより、受光素子の帯域幅が実効的に減少し、高速応答に適さなくなることがある。さらに、高い分解能を有するレンズシステムを受光素子の感度のある波長領域の少なくとも一部に対して、トータルでの広視野角を確保しながら設計することは大変困難であるという問題点もある。
【０２３０】
上記（２）に示される出力パワーコントロールの方法は、メディアアクセス制御の負担が増加する、スループットが低くなるという問題点がある。また、端末装置１００３が最初に送信を開始する際において遠近問題を解決することができず、出力パワーコントロールの方法だけでは遠近問題を本質的に解決することはできないという問題点もある。
【０２３１】
結局、上記（３）に示されるように、チャンネル間干渉を発生させ得る３次元空間座標に端末装置１００３を位置させないようにすることが、遠近問題を解決する最も合理的な方法であることが発明者により見出された。
【０２３２】
上記（３）の方法を採用した場合には、角度分解型受信機１００５のレンズシステムの分解能に対する要求は、それほど厳しいものでなくてもよい。従って、角度分解型受信機に対する要求が単純化されて設計に自由度が生じる。この結果、角度分解型受信機１００５のレンズシステムの設計と協調して受光アレイ素子のダイサイズを小さくし、アレイ素子の各要素間のピッチや各要素の形状に自由度を与えることができるというメリットが得られる。また一律に製造されるアレイ素子を仕様の異なるシステムで使用することができるというメリットが得られる。従って、基地局１００２を低コスト化することができ、ワイヤレス光通信システム１００１のコストパフォーマンスを高めることができる。
【０２３３】
さらに、上記（３）の方法を採用した場合には、端末装置１００３におけるメディアアクセス制御の負担が低減する。従って、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１のコストパフォーマンスを高くすることができる。特に、端末装置１００３が複雑な構成を有さなくてもよくなるので、端末装置１００３のコストを低減することができる。これにより端末装置１００３を所有するユーザが増え、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の普及が促進されるというメリットが得られる。
【０２３４】
これにより、予め定められたユーザサイズの空間セルを形成し、ＳＤＭダウンリンクおよびＳＤＭＡアップリンクにおけるチャンネル間干渉あるいは衝突を回避して、コストパフォーマンスに優れた帯域占有型のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１が実現される。
【０２３５】
端末装置１００３がアップリンク送信を開始しても差し支えないように、その位置を物理的に制御することは、メディアアクセス制御を物理層レベルにおいても積極的に取り込むことを意味している。これが可能であるのは、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１において、媒体が空間分割多重化された光であるという特徴と端末装置１００３が携帯型の端末装置であるという特徴とに起因している。メディアアクセス制御を物理層レベルで行うことにより、物理層レベルよりも上層におけるメディアアクセス制御の負荷が非常に少なくなる。このため、従来の無線通信システムに比べて格段にスループットの高い、帯域占有型のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムシステムが実現される。
【０２３６】
ワイヤレス光通信システム１００１（図１）において、上記（３）に示される方法に従って遠近問題を避けるためには、端末装置１００３の側で、端末装置１００３の望ましい場所（その場所で基地局へのアップリンクを開始しても遠近問題が生じない場所）を知る必要がある。ワイヤレス光通信システム１００１において、端末装置１００３の望ましい場所を知る（あるいは、逆に望ましいくない場所を知る）方法として、下記の（３−１）または（３−２）の方法が用いられ得る。
（３−１）端末装置１００３のユーザの視覚に基づく方法
（３−２）端末装置１００３でのダウンリンク信号光の受信結果に基づく方法
以下、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して、上記（３−１）の方法が説明され、図２７〜図３２を参照して、上記（３−２）の方法が説明される。
【０２３７】
図２５Ａは、端末装置の望ましい場所をユーザに視覚的に示すための表示装置を備えた基地局１４０の使用形態を示す。基地局１４０は、図１に示される基地局１００２として使用され得る。図２５Ａに示される例では、３個の空間セル１００６−１〜１００６−３が１次元的に配置され、全体として３次元的なカバーエリアが実現されている。空間セル１００６−１には新規に端末装置１００３−１およびそのユーザが参入しようとしており、空間セル１００６−２には既に端末装置１００３−２が収容されている。端末装置１００３−１および１００３−２のそれぞれは、例えば、図１３に示される端末装置１００３であり得る。
【０２３８】
図２５Ｂは、基地局１４０の前面を示す。図２５Ｂにおいて、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【０２３９】
基地局１４０は、表示装置１４３を備える。表示装置１４３は、表示要素１４４、１４６および１４８（第１の表示要素）と、表示要素１４５および１４７（第２の表示要素）とを含む。表示要素１４４〜１４８のそれぞれは、空間セル１００６−１〜１００６−３（図２５Ａ）の空間的配置を反映している。具体的には、第１の表示要素１４４、１４６および１４８はそれぞれ、空間セル１００６−１〜１００６−３に対応している。第２の表示要素１４５および１４７はそれぞれ、空間セル１００６−１と空間セル１００６−２との境界および空間セル１００６−２と空間セル１００６−３との境界に対応している。表示要素１４４〜１４８のそれぞれは、例えば、ＬＥＤであり得る。
【０２４０】
第１の表示要素は、例えば、対応する空間セルに端末装置が収容されている場合に点灯し、そうでない場合には消灯する。図２５Ａに示される例では、第１の表示要素１４４（空間セル１００６−１に対応）は消灯し、第１の表示要素１４６（空間セル１００６−２に対応）は点灯している。第１の表示要素１４８も、空間セル１００６−３の状況に応じて同様に点灯／消灯する。
【０２４１】
第２の表示要素１４５は、互いに境界を接する空間セル１００６−１または１００６−２に収容されている端末装置（端末装置１００３−１および１００３−２）と基地局１４０との間の通信状況を表示する。図２５Ａに示される例では、表示要素１４５は、例えば、基地局１４０が端末装置１００３−２または基地局１４０のいずれかからの何らかの処理の応答待ちの場合（あるいはバースト的なトラヒックがある場合）に点灯し、空間セル１００６−２に収容された端末装置１００３−２と基地局１４０とが継続的に通信を行っている場合（大量データ転送時）には点滅するように動作させ得る。
【０２４２】
あるいは、他の実施の形態において、第２の表示要素１４５は、端末装置１００３−２と基地局１４０との間の通信帯域が主にダウンリンクに使用されている場合には点灯し、主にアップリンクに使用されている場合には点滅するようにしてもよい。さらに、端末装置１００３−２は空間セル１００６−２の占有権を破棄しないが一旦基地局１４０とのリンクを切断する場合には消灯するようにしてもよい。これらの動作アルゴリズムや表示機能は全て、基地局１４０が備える機能として予め組み込んだり、適宜変更し得るように設計することが可能である。第２の表示要素１４５（および１４７）により、既に端末装置１００３−２を収容している空間セル１００６−２に隣接する他の空間セル１００６−１（および１００６−３）に参入しようとする端末装置のユーザ自身に対して、端末装置１００３−２から基地局１４０への通信状態（アップリンクパケットの送信頻度）に応じた、より詳細なアップリンクチャンネル間干渉を警告する表示を行うことができる。第２の表示要素１４７も第２の表示要素１４５と同様に機能する。
【０２４３】
図２５Ｂに示される表示要素１４４〜１４８として用いられるＬＥＤは、比較的広い放射角度分布特性を有していることが好ましい。この場合、ユーザが所定の空間セルの外部にいる場合にも表示要素を視認することができるからである。
【０２４４】
このように、基地局１４０は、複数の空間セル１００６−１〜１００６−３の配置を反映して構成される少なくとも１つの表示要素１４４〜１４８を含む表示装置１４３を備える。少なくとも１つの表示要素１４４、１４６および１４８のそれぞれは、複数の空間セル１００６−１〜１００６−３の１つの空間セルに端末装置が収容されているか否かを表示する。
【０２４５】
これにより、新たに参入する端末装置のユーザが、使用されていない空間セルを認識し、他のアップリンクチャンネルに干渉し得る境界領域を避けて、基地局への通信を開始することができる。すなわち、端末装置の位置制御が実現される。また、端末装置自体はキャリアセンスを行う必要がない。また、基地局１４０の構成が簡単であるため、小規模なシステムで定常的に複数の端末装置の同時アップリンクを考慮する必要がない場合に、最も高いコストパフォーマンスのＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムを構築することができる。
【０２４６】
図２６Ａは、図２５Ｂに示される基地局１４０のバリエーションである基地局１４０ａの前面を示す。基地局１４０ａは、基地局１４０の代わりに用いられ得る。図２６Ａにおいて、図２５Ｂに示される構成要素と同一の構成要素には、同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【０２４７】
基地局１４０ａは、基地局１４０の表示装置１４３に代えて、表示装置１５３を備える。表示装置１５３は、表示要素１５４〜１５６を含む。表示要素１５４〜１５６は、空間セル１００６−１〜１００６−３（図２５Ａ）にそれぞれ対応している。表示装置１５３においては、表示要素の数は空間セルの数と等しい（３個）。表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、例えば、ＬＥＤである。
【０２４８】
図２６Ｂは、表示要素１５４〜１５６として用いられ得るＬＥＤの放射角度分布特性を示す。図２６Ｂに示されるように、表示要素１５４〜１５６に用いられるＬＥＤは、指向半値全角φが空間セルの広がり角θの半分程度であり、かつ減衰が急峻な放射角度分布特性を有する。マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の各光軸と、表示要素１５４〜１５６の光軸とは、空間セルを配置する方向（図２５Ａに示される例では、空間セルの１次元配置方向Θ）に関してほぼ一致している。表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、対応するビーム光源７２０と近接させて配置することが好ましい。
【０２４９】
表示要素１５４〜１５６の配置および放射角度分布特性をこのように設定することにより、表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、対応する空間セル（図２５Ａに示される空間セル１００６−１〜１００６−３）の内部にユーザがいる場合にしか視認することができない。また、ユーザが空間セルの境界付近（他のアップリンクチャンネルに干渉するおそれのある領域）にいる場合にも視認することができない。従って、基地局１４０ａは、ユーザに空間セルのサイズが予め知られていない場合にも好適に使用され得る。表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、対応する空間セルに端末装置１００３が収容されていない場合に、点灯（または点滅）することが好ましい。これにより、点灯（または点滅）する表示要素を視認することができたユーザは、いかなるタイミングで基地局に対して端末装置１００３からの送信を開始しても、アップリンク空間セル内で干渉を起こすことがない。表示要素を視認することができないユーザは、視認することができる位置に移動することによって、基地局に対して端末装置１００３からの送信を開始することができるようになる。このように、端末装置の位置制御が行われ、アップリンクのチャンネル間干渉を完全に抑止して完全にランダムな多元接続を行うことが可能になる。
【０２５０】
また、表示要素１５４〜１５６のＬＥＤの指向半値全角φが、空間セルの広がり角θと同程度（あるいはそれ以上）である場合には、他のアップリンクチャンネルに干渉するおそれのある領域にいるユーザにも表示要素１５４〜１５６の１つが視認され得る。このような場合には、遠近問題を完全に解決するために、表示装置１５３に、図２５Ｂを参照して説明した第２の表示要素１４５および１４７を設けてもよい。この場合、表示装置１５３に設けられる第２の表示要素には、表示要素１５４〜１５６に要求されるほど減衰が急峻な放射角度分布特性は必要ではない。
【０２５１】
図２６Ａに示される表示装置１５３は、予め空間セルのサイズがユーザに知られている場合に有効である。
【０２５２】
このように、基地局１４０ａは、複数の空間セルの配置を反映して構成される少なくとも１つの表示要素１５４〜１５６を含む表示装置１５３を備える。少なくとも１つの表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、複数の空間セルの１つの空間セルに端末装置が収容されているか否かを表示する。
【０２５３】
これにより、新たに参入する端末装置のユーザが、使用されていない空間セルを認識し、他のアップリンクチャンネルに干渉し得る境界領域を避けて、基地局への通信を開始することができる。また、端末装置自体はキャリアセンスを行う必要がない。また、基地局１４０ａの構成が簡単であるため、小規模なシステムで定常的に複数端末装置の同時アップリンクを考慮する必要がない場合に、最も高いコストパフォーマンスのＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムを構築することができる。
【０２５４】
このように、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、空間セルの空間的な配置を反映して構成される表示要素を含む表示装置を用いれば、基地局から（端末装置にではなく）端末装置を保持するユーザ自身に与えられる信号に基づいて、ユーザはアップリンク開始の可否を判断することができる。
【０２５５】
表示要素には、対応する空間セルが端末装置１００３を収容しているか否か、また、その空間セルにおいてアップリンク通信が行われているか否か、またはアップリンク待ちであるか否か等の、チャンネル間干渉に関係する空間セルの状態が表示される。このような表示要素には可視光ＬＥＤを用いることが望ましい。数ｍ程度の距離での使用であれば非常に微弱な光出力（μＷ〜ｍＷ程度）で十分であるため、アイセーフティの観点からの放射角度分布特性の制限は緩和される。従って、このような可視光ＬＥＤは、数°以下の広がり乃至は平行光に近い放射角度分布特性を有し得る。これにより、ＬＥＤからの可視光信号がユーザに目視で確認される方向からアップリンク送信を行わないように警告することができる。あるいは、ユーザに目視で確認される方向からであれば、いかなるタイミングで基地局に対してアップリンク送信を開始してもチャンネル間干渉が生じないように、空間セルおよび表示装置を構成することもできる。特に後者の場合、完全にランダムな多元接続を行うことが可能であり、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４（図３）の各ビーム光源７２０の放射角度分布特性と、角度分解型受信機１００５の角度分解能に対する要求を最大限に緩和することができる。
【０２５６】
基地局１００２が空間チャンネルの空間的配置を反映して構成される表示要素からなる表示装置を備えることによって、新たに参入する端末装置１００３のユーザが、占有されていない空間セルを認識してその空間セルの付近に移動し、他のアップリンクチャンネルに干渉し得る境界領域を避けて基地局への通信を開始することができる。また、ユーザ自身がアップリンク開始可否の判断を行うため、端末装置はキャリアセンスを行う必要がない。
【０２５７】
表示要素としてはＬＥＤ以外の光源を用いることもできる。液晶画面を備えたディスプレイ装置によって、図２５Ｂに示される表示装置１４３または図２６Ａに示される表示装置１５３と同様に、空間セルの配置を反映した複数の要素を表示してもよい。基地局からの音声ガイダンス信号を用いたり、視覚と聴覚とを併用したガイダンス信号によって、ユーザにとってより分かりやすく端末装置の位置を指示してもよい。
【０２５８】
また、実際の空間セルを実寸大で床や壁等に表示してもよい。このような実寸大の表示と、図２５Ｂに示される表示装置１４３または図２６Ａに示される表示装置１５３とを併用してもよい。カメラによって端末装置の位置認識を行った結果をディスプレイ上に表示するようにしてもよい。
【０２５９】
また、一旦端末装置１００３と基地局１００２とが双方向の通信を開始した後に、端末装置１００３が移動すべき方向をその端末装置１００３の表示画面に表示し、端末装置１００３を最適な空間位置へ導くことができる。端末装置１００３が移動すべき方向は、基地局１００２の角度分解型受信機１００５において、その端末装置１００３が収容された空間セルに対応する単位ピクセルの他には同一の信号成分が現れる単位ピクセルが存在しないように決定されればよい。
【０２６０】
図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、表示装置およびそれらのバリエーションは、構成が非常に簡便であるため、比較的空間セルの数が少ない場合あるいは空間セルの広がり角が大きい場合に有効である。特に、ワイヤレス光通信システム１００１の規模が小さく、基地局１００２には一度に１つの端末装置１００３しか収容されない場合、すなわち、定常的な複数の同時アップリンクを考慮する必要がない場合に、基地局１００２が端末装置を収容しているか否かを新規に参入する端末装置のユーザに視覚的に示すことは有効である。この場合も、端末のワイヤレス光インターフェイスはその帯域幅を占有することができる。
【０２６１】
ここで、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、表示装置を用いた端末装置の位置制御は、あくまでもユーザ自身の判断に基づくものである。表示装置を用いた端末装置の位置制御を行うか否かに関連して、基地局１００２のビーム光源７２０の放射角度分布特性が設定される必要はない。ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、要求される光出力とダウンリンクチャンネル間干渉を考慮して導出された０．５≦Ｃ≦１．３の転囲、最も望ましくは０．５≦Ｃ≦０．８の範囲を満たして適宜設定され、かつ、端末装置１００３は図１５を参照して詳しく説明した受信回路を備えていればよい。ただし、特に、ワイヤレス光通信システム１００１の規模が小さく、基地局１００２には一度に１つの端末装置１００３しか収容されない場合、端末装置１００３には、図１５における検出部１１３を省略して固定閾値で判定を行う受信回路や、あるいはＡＧＣ機能を備える一般的な受信回路を使用してもよい。  しかしながら、比較的空間セルの構成規模が大きい、あるいは空間セルの広がり角が狭い場合には、図２５Ａおよび図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、端末装置の望ましい場所をユーザに視覚的に示すための表示装置は、遠近問題の解決に不十分であり得る。
【０２６２】
そのような場合には、上記（３−２）の方法（端末装置１００３でのダウンリンク信号光の受信結果に基づく方法）による端末装置の位置制御が行われる。すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明した、マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０の指向半値角φｔを適切に設定することにより、ダウンリンク信号光を用いた端末装置の位置制御がなされる。
【０２６３】
端末装置１００３が図１４Ａおよび図１４Ｂに示される判定閾値の最適化処理を行う場合、図１１Ａと図１１Ｂとから分かるように、ダウンリンクにおける隣接空間セルからの干渉が起こる領域（デッドゾーン）は、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔに依存して変化する。この性質を利用して、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔを適切に制御すれば、ダウンリンク信号光の受信状態に応じて、端末装置が空間セル中のどの位置にいるか（すなわち、アップリンク通信を開始してよいか否か）を判定することができる。
【０２６４】
また、端末位置制御のためのダウンリンク信号（端末位置制御信号）に、各空間セルが端末装置１００３を収容しているか否かという「空き情報」や、収容されるべき空間セルに隣接する空間セルにおいて既に他の端末装置１００３がアップリンク中であるか否か、あるいはアップリンク送信の待機中であるか否かといった「ビジー情報」が含められ得る。新規に参入しようとする端末装置は、そのような情報に基づいて、アップリンク通信を開始してよいか否かを判定することができる。アップリンク通信の開始は、端末装置と基地局との間の双方向通信の開始を意味する。
【０２６５】
端末位置制御信号が、全ての空間チャンネルに対して同時に送信されれば、端末装置１００３の有する判定閾値の最適化の機能により、カバーエリアとして想定される３次元空間のほとんど至るところで、新たに参入する端末装置１００３がアップリンクを開始することが可能か否かをその場で判定し、問題があればユーザに移動を促すことができる。
【０２６６】
また、ＢＥＲが１０−２程度と高い場合には、予め知られた特定のシーケンスを端末装置１００３が受信し、発生する誤りを直接カウントするか、間接的にクロック抽出が可能か否か、あるいは受信ＳＮＲを見積もる処理を行うことによって、その特定のシーケンスが受信不可能であったと判定することができる。従って、図１１Ｂに示される場合（全ての空間セルに向けて端末位置制御信号が送信される場合）とは対照的に、新規参入する端末装置１００３が位置すべきではない空間セル（すなわち、既に他の端末装置が収容されている空間セル）に向けて、予め知られたシーケンスを送信することにより、当該空間セルとユーザが参入しようとしている空間セルとの境界近傍のチャンネル間干渉を起こし得る空間領域から離れるように、新規参入する端末装置１００３のユーザに促すことができる。
【０２６７】
上述した端末位置制御信号は、端末装置１００３の位置を制御するだけでなく、端末位置制御信号の先頭の一部分または全部が端末装置１００３の受信回路１０４（図１５）における判定閾値の最適化処理（閾値のトレーニング）のために使用され得る。空間セルの全てに向けて同一のシーケンスが送信されることにより、閾値の最適化が全ての端末装置において、その同一のシーケンスの時間程度のごく短時間に完了される。なお、そのような同一のシーケンスを含む端末位置制御信号は、全体として、端末装置１００３に対するトレーニングシーケンスとみなされる。言いかえると、トレーニングシーケンスが端末位置制御信号としても機能する。
【０２６８】
基地局は、トレーニングシーケンスを送信すべき空間セルを選択して、一定の周期Ｔｃ毎に同期してトレーニングシーケンスを送信する。端末装置１００３が基地局１００２と通信を開始する際における初期状態は、常にトレーニングシーケンスの受信から開始される。また、上述の閾値最適化のトレーニングシーケンスに使用される、端末位置制御信号の先頭の一部分は、一定周期Ｔｃ毎にごく短時間送出されてもよいし、パケットの一部として送出されてもよい。また、イーサネット（Ｒ）やＩＥＥＥ８０２．３、ＩＥＥＥ１３９４規格等の光ファイバリンクで採用されているアイドリング信号のような、リンク形成後は常時送出されている信号をトレーニングシーケンスとして利用してもよい。この場合、基地局は、所定のアルゴリズムに従って、このようなアイドリング信号を送信すべき空間チャンネルの全てに同期して送出する。リンク形成後は常時送出されているアイドリング信号としては、例えば、「０１０１０１…」のように値が繰り返し変化する信号が挙げられる。
【０２６９】
上述したように、基地局マルチビーム送信機１００４のビーム光源の指向半値全角φｔ（ｉ）の設定とトレーニングシーケンスが送信される空間セルの選択方法、リンク初期化手順を規定することによって、端末装置１００３がアップリンクを開始する以前に位置制御が完遂され、端末装置１００３の側で基地局への送信可否を判断することができる。特に、基地局１００２が一定の周期Ｔｃ毎に同期してトレーニングシーケンスを送信することにより、端末装置１００３がユーザによって移動される状況下にあってもリンク初期化プロセスが継続される。さらに、ワイヤレス光通信システム１００１では、端末装置１００３と基地局１００２との間は見通し距離での通信を行うため、同期ずれが発生しないので、端末装置の受信回路に要求される帯域幅が最小化される。
【０２７０】
以下、図２７〜図３０を参照しながら、各空間セルの指向半値全角φｔ（ｉ）を制御しつつ、リンク初期化手順において、トレーニングシーケンスによって端末制御の位置制御を行うことにより、遠近問題を解決する具体的な方法を説明する。このようなリンク初期化手順は、新規に基地局と通信を開始しようとする端末（新規参入端末）について行われる。また、一旦基地局と双方向通信をした端末装置がそのリンクを維持したり、より良好な通信状態を得るために、このようなリンク初期化手順が用いられてもよい。以下の説明では、基地局の送信機ビーム光源７２０の放射角度分布特性や角度分解型受信機１００５の分解能に対する要求と、実現可能な通信距離範囲のトレードオフの関係が明確にされる。ワイヤレス光通信システム１００１の設計においては、通信距離範囲と、端末装置１００３の送信機の角度ずれによる基地局角度分解型受信機１００５での静的なダイナミックレンジを考慮しつつ、ワイヤレス光通信システム１００１を最適に設計することによって遠近問題が解決される。
【０２７１】
図２７は、トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる例を示す。図２７には、基地局一端末装置間の通信距離を１〜５ｍとした場合、すなわち、１７ｄＢの静的ダイナミックレンジを考慮した場合に、基地局の角度分解型受信機１００５における既存アップリンク（空間セル（ｎ−１））が、隣接する空間セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けながらも、１０−８以下のＢＥＲで受信可能な範囲（ハッチング領域１１６０）が示されている。図２７〜図３０に示されるハッチング領域の境界は、端末装置の光軸角度ずれの確率密度分布を考慮して、９５％以上の確率で既存アップリンクのＢＥＲが１０−８以下となるＣＤＦ（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）から求められたものである。すなわち、このハッチング領域よりも上側（縦軸Ｙ座標が大きい領域）に存在する新規参入端末装置は、空間セル（ｎ−１）の既存アップリンクに干渉しない（既存アップリンクのＢＥＲが影響を受けない）とみなすことができる。ここでは、基地局１００２の角度分解型受信機１００５は、分解能Δφｒが空間セルの広がり角θの１／５程度のレンズシステムを用いるものとした。
【０２７２】
図２７の横軸Ｘは、基地局１００２と端末装置１００３間を結ぶ各空間セル光軸上の距離（軸方向距離）であり、空間セルのそれぞれに対して定義される。縦軸Ｙは、各空間セルの光軸（各ビーム光源の光軸）に垂直な径方向において、広がり角θ（ｉ）で定められる空間セルの半径に対する比率（％）である。すなわちＹ軸は各ビーム光源の光軸に対する角度に１対１に対応させることができる。空間セルのサイズとしては、最大通信距離５ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち各空間セルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．５／５）≒１１．５°とした。基地局１００２のマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０は、Ｃ＝０．８とし、指向半値全角φｔ＝２・０．８・ａｒｃｔａｎ（０．５／５）≒９°である。各ビーム光源７２０は、最大通信距離５ｍにおける空間セル境界上でＢＥＲが１０−８を満たす光出力にマージン＋３ｄＢを加えて駆動されている。
【０２７３】
図２７には、実際に空間チャンネル毎に発生させた２７−１擬似ランダムパターンが空間セル（ｎ−１）、（ｎ）および（ｎ＋１）に向けて同一の光出力で各々送信された場合に、空間セル（ｎ）内部に存在する端末装置１００３が判定閾値を最適化し、空間セル（ｎ）に対する擬似ランダム信号をＢＥＲが１０−８以下で分離して受信し得た空間座標（○印）およびＢＥＲがｌ０−８の境界線１１６１が示されている。
【０２７４】
空間セル（ｎ）の内部で、○印を含む領域（２本の曲線１１６１に挟まれた領域）内のほとんどの領域は、ハッチング領域１１６０と重複していない。このため、基地局１００２がトレーニングシーケンスを一定時間Ｔｃ毎に各空間セル（ｎ−１）、（ｎ）および（ｎ＋１）に向けて同一の光出力で送信し、空間セル（ｎ）の内部から新規参入する端末装置１００３がそのトレーニングシーケンスを受信できた場合に、端末装置１００３はその情報内容から送信開始の可否を判断することができる。
【０２７５】
空間セル（ｎ）に送信されるトレーニングシーケンスは、空間セル（ｎ）と、空間セル（ｎ）に瞬接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）に端末装置１００２が収容されているか否かの情報を含むとよい。空間セル（ｎ一１）と反対側に位置する空間セル（ｎ＋１）は、基地局において区別され得る。上述したように、ワイヤレス光通信システム１００１では、主に、最近接の空間セルからのみチャンネル間干渉を受けるものとする。１つの空間セルに端末装置が収容されているか否かの情報（「空き情報」）は、１ビットで表わすことができる。空間セル配置が１次元的である場合、空間チャンネルの「空き情報」は３ビットで表わすことができる。空間チャンネル（ｎ）に新規に参入しようとする端末装置は、この「空き情報」に基づいて、その空間チャンネル（ｎ）が空いていることを知ってアップリンクを開始し得る。
【０２７６】
また、空間セル（ｎ）に新規参入しようとする端末装置のユーザは、例えば、「空き情報」により「隣接する空間セル（ｎ−１）に別の端末装置が収容されている」旨を知ることができる。このような場合、そのユーザは、アップリンク通信の開始を自粛したり、基地局から離れた位置へ移動してからアップリンク通信を行うことにより、既存の空間セル（ｎ−１）のアップリンクへの干渉を回避することができる。すなわち、端末装置の位置制御がなされる。
【０２７７】
トレーニングシーケンスが含む他の情報は、空間セル（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）または（ｎ＋１）に端末装置が収容されている場合に、それらの空間セルに収容される端末装置がアップリンク中か否か、あるいは、当該空間セルの状態を表す「ビジー情報」である。当該空間セルの状態とは、例えば、収容された端末装置は、以後１０Ｔｃサイクルの期間はダウンロードモードに入り、収容された端末装置は、各サイクルの特定の時間領域においてのみＡＣＫまたはＮＡＫ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ＡＣＫ）をアップリンクし得るという状態である。
【０２７８】
トレーニングシーケンスに含み得る情報、あるいはその情報に基づく新規端末装置における判定基準の詳細は、ワイヤレス光通信システム１００１のインプリメンテーション毎に適宜設計されるべきであり、本明細書により限定されない。
【０２７９】
基地局と端末装置間のワイヤレス光インターフェイスは、任意のプロトコルに従い得る。本発明のワイヤレス光通信システムにおいては、基地局と端末装置間のワイヤレス光インターフェイスが従うプロトコルが何であっても、上述した原理に基づいてアップリンクの遠近問題を回避することができる。基地局と端末装置間のワイヤレス光インターフェイスは、例えば、基地局が備える第１のインターフェイス１００７（図１）あるいは第２のインターフェイス（図１）が準拠する規格のプロトコルに従ってもよい。この場合、「空き情報」や「ビジー情報」等のトレーニングシーケンスが含む情報は、基地局と端末装置間のワイヤレス光インターフェイスが従うプロトコルが用いる制御信号中に、その制御信号の一部を変更して格納されてもよいし、各々個別に定義された上で連結されてもよい。また、トレーニングシーケンスが含む情報は、伝送されるパケットのデータ部分（ペイロード部分）に拡張して格納されてもよいが、この場合は、当然ながら転送効率が落ちる。
【０２８０】
トレーニングシーケンスに含まれる情報は、ワイヤレス光通信システム１００１が採用するプロトコルに応じて変化し得る。どのようなプロトコルを採用した場合でも、端末装置１００３において予め設けられた一定の判定基準に基づいてアップリンク通信の開始の適否を判定することができる。
【０２８１】
図２７から、空間セル構成とリンク初期化手続きによって、基地局との通信距離約２ｍ以上であれば、○印を含む領域（２本の曲線１１６１に挟まれた領域）とハッチング領域１１６０とは重複しないので、遠近問題が回避されることが理解される。角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒをより小さくすれば、この通信距離は短距離側に拡張される。
【０２８２】
一旦端末装置１００３と基地局１００２とが双方向通信を開始した後は、基地局１００２の側で端末装置１００３を適切な空間位置へ導くことが可能である。すなわち、基地局１００２の角度分解型受信機１００５において、端末装置１００３が収容された空間セルに対応する単位ピクセルの以外には、その単位ピクセルと同一成分の信号が現れないように、端末装置１００３を誘導することができる。端末装置１００３の誘導は、例えば、トレーニングシーケンスが、端末装置１００３が移動すべき方向を示した「移動情報」を含むことによって実現され得る。
【０２８３】
また、トレーニングシーケンスの先頭には、全空間チャンネルに共通の同一シーケンス（プリアンブルまたはフラグ）を設け、そのような共通部分に引き続いて、上述した各種の情報が付加されることが好ましい。既に述べたように、共通部分として、アイドリング信号のような常時送信される信号を用い、このアイドリング信号を全チャンネルで同期させてもよい。また、場合によっては、一旦上述した手続によってリンクを最適に形成した後は、トレーニングシーケンスから上述した各種の情報を削除して共通部分のみとすることもできる。
【０２８４】
図２７を参照して説明した端末装置の位置制御、すなわち、各空間セルに向けて同一の光出力でトレーニングシーケンスを送信することによる端末装置の位置制御では、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）＝Ｃ・θ（ｉ）を０．５≦Ｃ≦１．３の範囲内で設定することにより、基地局受信機の分解能Δφｒは概ね、θ（ｉ）の１／５程度まで許容し得ることが見出された。これにより、実用的なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムを構築しつつ基地局送信機のビーム光源の角度特性に対する要求は最大限緩和される。すなわち、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）は、図９を参照して説明したＣの範囲と同程度に設定し得る。あるいはまた、基地局と端末装置との間の通信距離を１〜３ｍ等の比較的短距離に設定することによって、分解能Δφｒの許容範囲をθ（ｉ）の半分程度にまで拡大することが可能である。  図２７を参照して説明した例では、基地局マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度特性に対する要求は最大限緩和されるが、端末制御の位置制御に関しては、トレーニングシーケンスに含まれる情報に頼っている。例えば、端末装置が新規に参入しようとする空間セルに隣接する空間セルにおいて、アップリンク通信が行われていることがトレーニングシーケンスに含まれる「ビジー情報」によって分かると、新規に参入しようとする端末のユーザはアップリンクの開始を自粛したり、基地局１００２から遠ざかった位置に移動する。このような方法は、ベストエフォート型の遠近問題回避手段と言うことができる。とはいうものの、もし、既存アップリンクが、新規に参入した端末装置の干渉を受けＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ）等によって誤りを検知した場合、基地局は自動的に再送することもできる。この場合にも、本発明のワイヤレス光通信システムにおいては、空間チャンネルの帯域が各端末装置に占有されているので、スループットはほとんど低下しない。実際には、２〜４ｍの通信距離において遠近問題を防止できれば十分に実用的である。
【０２８５】
このように、図２７を参照して説明した端末装置の位置制御では、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源の放射角度特性に対する要求が穏やかで、ダウンリンク空間セルのデッドゾーンを抑制し、アップリンクにおけるチャンネル間干渉を十分実用的に防止することができる。
【０２８６】
トレーニングシーケンスはカバーエリア内の３次元空間のほとんど至るところで端末装置に受信される。トレーニングシーケンスの構成として、全空間チャンネルに共通の同一シーケンス（いわゆるプリアンブルあるいはフラグ）を設けて、受信信号に全ての空間チャンネルを反映させて、端末装置受信機が最適閾値の設定に要する時間を最小化する。
【０２８７】
基地局１００２で受信する端末装置からのアップリンク信号の強度を端末装置にトレーニングシーケンスあるいはデータとしてフィードバックし、ユーザが手動で端末装置送信機の光軸合わせ行うことを補助することもできる。
【０２８８】
次に、トレーニングシーケンスにおいて、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４から送出する信号光のパワーコントロールを行うことによって遠近問題を解決する方法を説明する。
【０２８９】
図２８は、トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。
【０２９０】
図２８には、基地局と端末装置との間の通信距離を１〜５ｍ、すなわち１７ｄＢの静的ダイナミックレンジを考慮した場合に、基地局受信機における既存アップリンク（空間セル（ｎ−１））が、隣接する空間セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けながらもＢＥＲが１０−８以下で受信することが可能な範囲（ハッチング領域１１７０）が示されている。
【０２９１】
図２８に示される例では、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セルの広がり角θの半分程度になるようなレンズシステムを用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離５ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち各空間セルの広がり角θは約１１°とした。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝０．７、指向半値全角φｔ＝２・０．７・ａｒｃｔａｎ（０．５／５）≒８°である。
【０２９２】
図２８に示される例では、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４において、トレーニングシーケンスを送信する際にパワーコントロールを行い、リンク初期化手順を開始する端末装置をアップリンクで干渉し得る空間領域から移動するようにユーザに促すことを可能にする。ここで、空間セル（ｎ）には端末装置が収容されておらず、空間セル（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）には端末装置が収容されているものとする。空間セル（ｎ）に新規に参入しようとする端末装置が空間セル（ｎ）からアップリンクを開始しようとする場合について説明する。
【０２９３】
各ビーム光源は、空間セル（ｎ）に対しては、光出力マージンが０ｄＢで駆動され、空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）に対しては、光出力マージン＋３ｄＢで駆動される。このように、各ビーム光源のパワーコントロールは、図３に示されるＳＤＭ／ＳＤＭＡコントローラ７２３によって行われる。
【０２９４】
図２８には、上記の構成で擬似ランダムパターンが空間多重化されて送信された場合に、空間セル（ｎ）の内部に存在する端末装置が空間セル（ｎ）に対するダウンリンク信号光を分離してＢＥＲがｌ０−８以下で受信し得た位置（○印）およびＢＥＲが１０−８の境界線１１７１が示されている。図２８から明らかなように、新規参入端末装置が、空間多重化されたトレーニングシーケンスから空間セル（ｎ）へのダウンリンク信号光を分離して、低ＢＥＲで受信し得る境界線１１７１は、図２７に示される境界線１１６１のと比較して、空間セル（ｎ）の内部に移動している。ハッチング領域１１７０は、トレーニングシーケンスを低ＢＥＲで受信し得る境界線１１７１の内部に入りこまないので、遠近問題は確実に防止される。
【０２９５】
端末装置の位置制御は、図２７を参照して説明した位置制御と同様に行われる。トレーニングシーケンスには、図２７を参照した説明と同様に、例えば、空間チャンネルの「空き情報」が含まれる。空間チャンネル（ｎ）に新規に参入しようとする端末装置は、この「空き情報」に基づいて、その空間チャンネル（ｎ）が空いていることを知ってアップリンクを開始し得る。
【０２９６】
図２８を参照して説明した端末装置の位置制御、すなわち、端末装置が収容されている空間セルと端末装置が収容されていない空間セルとでトレーニングシーケンスを送信する光出力を変えてトレーニングシーケンスを送信することによる端末装置の位置制御では、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）を０．５≦Ｃ≦１．３の範囲で設定することにより、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒの目安として概ねθ（ｉ）の半分程度まで許容することができる。また、想定される様々なケースの遠近問題が確実に防止される。
【０２９７】
空間セル（ｎ）のように、相対的に低い光出力で信号光が送信される空間チャンネルにおいても、一定の通信距離を確保するため、光出力マージンは最低限０ｄＢに設定される。空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）のように、相対的に高い光出力で信号光が送信される空間チャンネルにおける光出力の増大分は、１．５〜５ｄＢの範囲に設定されることが好ましい。特に、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）＝Ｃ・θを０．５≦Ｃ≦０．８の範囲とし、光出力の増大分を２ｄＢ以上とすることが好ましい。これにより、端末装置を収容していない空間チャンネルに対する光出力マージンを０ｄＢとした場合においても、遠近問題を完全に防止しつつ、基地局全体の送信光パワーが最小化され、かつ、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒをθ（ｉ）以下の程度まで許容し得ることが見出された。
【０２９８】
図２８を参照して説明した端末装置の位置制御によれば、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性に対する要求を最大限緩和しつつ、角度分解型受信機１００５の分解能に対する要求も緩和される。角度分解型受信機１００５の分解能を高くすると、双方向通信可能な範囲は拡大する。遠近問題を完全に排除しつつ双方向通信可能な範囲を拡張するか、または角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒへの要求を緩和するかは、ワイヤレス光通信システム１００１のインプリメンテーションに際して適宜選択され得る。
【０２９９】
また、図２８を参照して説明した端末装置の位置制御では、ダウンリンクカバーエリアも広い。トレーニングシーケンスはカバーエリア内の３次元空間のほとんど至るところで端末装置に受信される。端末装置が基地局との双方向通信の開始の可否を判定する方法は、図２７を参照して説明した端末装置の位置制御における場合と同様である。
【０３００】
トレーニングシーケンスには、図２７を参照した説明と同様に、「移動情報」を含めてもよい。また、ペイロード部分（基地局１００２と端末装置１００３との間で実質的なデータの送受信が行われる部分）においては、基地局１００２におけるパワーコントロールは必ずしも行う必要がない。また、移動情報により端末位置制御が完了した後のトレーニングシーケンスについても同様である。すなわち、いずれかの段階で空間セル（ｎ）に端末装置が収容されたとみなされれば、他の使用中の空間セルと同様に、空間セル（ｎ）にも増大された光出力でビーム光源が駆動される。これにより、ダウンリンクの通信品質は、図２７を参照して説明した場合と同様に、確保される。
【０３０１】
パワーコントロールを行うことによって制御された端末装置の位置において端末装置と基地局１００２とが双方向通信を開始した後で、パワーコントロールを中止して全空間セルに向けて等しいマージンの光出力でダウンリンク信号光が送信されれば、受信ＢＥＲは常に低減される。
【０３０２】
上述したように、図２８を参照して説明した端末装置の位置制御では、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦１．３の範囲、より好ましくは、０．５≦Ｃ≦０．８の範囲とし、トレーニングシーケンスは、基地局が形成する全ての空間セルに向けて送信される。すなわち、端末装置が収容されている空間セル（第１の空間セル）に向けて第１の光出力でトレーニングシーケンスが送信され、端末装置が収容されていない空間セル（第２の空間セル）に向けては第２の光出力でトレーニングシーケンスが送信される。第２の光出力は、第１の光出力よりも１．５〜５ｄＢ高くなるように、コントロールされる。
【０３０３】
トレーニングシーケンスの構成として、全空間セルに向けて共通の同一シーケンスが送信され、これにより端末装置受信機において最適閾値の設定に要する時間が最小化される。また、トレーニングシーケンスには、空き情報やビジー情報が含められる。また、一旦リンクが張られた後に、端末装置が移動すべき方向を示す移動情報を含めるのも望ましい。
【０３０４】
次に、トレーニングシーケンスを端末装置を収容している空間チャンネルに対してのみ送信する端末装置の位置制御を説明する。
【０３０５】
図２９は、トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。
【０３０６】
図２９には、基地局一端末装置間の通信距離を１〜７ｍ、すなわち１９ｄＢの静的ダイナミックレンジを考慮した場合に、基地局受信機における既存アップリンク（空間セル（ｎ一１））が、隣接する空間セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けながらもＢＥＲが１０の−８以下で受信することが可能な範囲（ハッチング領域１１８０）が示されている。
【０３０７】
図２９に示される例では、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セルの広がり角θの半分程度になるようなレンズシステムを用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離７ｍにおける空間セル幅を１．５ｍ、すなわち各空間セルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．７５／７）≒１２°とした。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝０．６、指向半値全角φｔ＝２・０．６・ａｒｃｔａｎ（０．７５／７）≒７°である。
【０３０８】
基地局１００２のマルチビーム送信機１００４において、トレーニングシーケンスは、端末装置を収容している空間セルにのみ送信される。ここで、空間セル（ｎ）には端末装置が収容されておらず、空間セル（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）には端末装置が収容されているものとする。空間セル（ｎ）に新規に参入使用とする端末装置が空間セル（ｎ）からアップリンクを開始しようとする場合について説明する。
【０３０９】
各ビーム光源７２０は、ダウンリンク送信を行う場合には、いずれも光出力マージン０ｄＢで駆動される。
【０３１０】
図２９には、上記の構成で擬似ランダムパターンが空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）に対してのみ送信された場合に、空間セル（ｎ）内部に存在する端末装置が、その擬似ランダムパターンに対して判定閾値を最適化してＢＥＲが１０−８以下で受信し得た境界線１１８１およびＢＥＲが１０−２を超えて悪化した境界線１１８２が示されている。図２９から明らかなように、端末装置が参入しようとする空間セル（ｎ）の内部において、隣接空憫セル（ｎ−１）のトレーニングシーケンスがＢＥＲが１０−８以下で受信され得る空間領域（図２９に○印で示されている）には、短距離側のチャンネル間干渉を生じ得る領域１１８０が完全に含まれる。従って、トレーニングシーケンスを誤りなく受信できた場合には、隣接する空間セルに端末装置が既に収容されていることを意味するので、アップリンクを開始すべきではないと判定される。この場合、ユーザは適切な場所に移動すればよい。あるいは逆に、端末装置が、参入しようとする空間セル（ｎ）内部において、隣接空間セル（ｎ−１）または（ｎ＋１）のトレーニングシーケンスの受信において、予め定められた特定のシーケンスを高い誤り率で受信した場合には、その位置からは既存のアップリンクチャンネルに干渉することがないので、アップリンクを開始することが可能であると判定される。すなわち、端末装置の位置制御がなされる。
【０３１１】
何れの場合にも、トレーニングシーケンスの構成としては、実際には全チャンネルに共通である受信回路が判定閾値のトレーニングに用いるシーケンスのみとして、「移動情報」や「空き情報」を含まなくてもよい。この場合でも端末装置の位置は制御され、通信範囲の全域にわたって完全に遠近問題が防止される。誤り率を検知するための予め知られた特定のシーケンスとしては、上述したように直接誤りを計数する以外に、端末装置の受信機のクロック抽出回路から発生させるクロック信号と受信信号とをさらに別の位相比較回路に入力して、クロックがロックされたことを示す表示信号を生成し、適切な閾値でモニタすることによっても実現される。いすれの検知手段においても、ＳＮＲで３ｄＢ程度、ＢＥＲで１０−１〜１０−２程度まで動作する。特定のシーケンスとしては、より単純な繰り返しパターンが少なくともＢＥＲの逆数程度の長さで連続するシーケンスが使用されるのが好ましい。トレーニングシーケンスには、必要であれば、図２７を参照して説明したトレーニングシーケンスと同様に、空き情報が含められてもよく、一旦リンクが張られた後に移動情報を含めてもよい。
【０３１２】
基地局１００２からの距離が、想定する通信距離範囲の最短距離（図２９に示される例では、１００ｃｍ）の位置において、ＢＥＲ＝１０−２の境界線１１８２は、空間セル（ｎ）の中心軸（５０％）を越えないように設定される。これにより、新たに参入する端末装置に行き場所がなくなる（アップリンク開始可能と判定される領域がなくなる）という事態が回避される。このためには、想定される空間セルの広がり角θ（ｉ）が、４°≦θ（ｉ）≦４０°程度の範囲内においては、定数Ｃの上限を概ね０．９に設定する必要があることが見出された。また、定数Ｃの下限は、ビーム光源７２０の消費電力を不必要に増大させないように決定されればよい。結局、ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、０．５≦Ｃ≦０．９の関係を満たすように設定されることが好ましい。
【０３１３】
図２９を参照して説明した端末装置の位置制御では、端末装置１００３の受信回路１０４（図１５）の判定閾値は、以下のように設定されることが好ましい。すなわち、予め受信回路の入力換算雑音成分を想定し、トレーニングシーケンス受信時に判定閾値を入力換算雑音成分のｒｍｓ値（平方自乗平均値）の１０倍以内、より好ましくは、１．５〜３倍の範囲の一定値に設定される。これにより、発生エラー数のカウント精度は向上する。このため、トレーニングシーケンスの長さを最小限に短縮することができる。一旦、端末装置が空間セルに収容きれた後は、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して説明した、受信信号のピーク値に基づく判定閾値の最適化が行われ、双方向通信が行われる。なお、トレーニングシーケンスの受信時に一定値に設定された判定閾値を受信信号のピーク値に基づく判定閾値の最適化処理における下限値として用いてもよい。
【０３１４】
上述したように、図２９に示される位置制御では、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦０．９の範囲とし、トレーニングシーケンスは、端末装置が収容されている空間セルのみに向けて送信される。基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、概ね空間セルの広がり角θ以下の程度まで許容される。
【０３１５】
図２９を参照して説明した端末装置の位置制御によれば、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能に対する要求が最も穏やかで、ダウンリンクカバーエリアが最も広く、アップリンクチャンネル間干渉も完全に防止することが可能なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムが実現され得る。また、トレーニングシーケンスが含むべき情報も少なくて済む。
【０３１６】
図３０は、トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。図３０には、基地局一端末装置間の通信距離を１〜４ｍ、すなわち１５ｄＢの静的ダイナミックレンジを考慮した場合に、基地局受信機における既存アップリンク（空間セル（ｎ−１））が、隣接する空間セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けながらもＢＥＲが１０−８以下で受信することが可能な範囲（斜線領域１２００）が示されている。
【０３１７】
図３０に示される例では、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セルの広がり角θの１／５程度になるようなレンズシステムを用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離４ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち各空間セルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．５／４）≒１４°とした。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝０．６、指向半値全角はφｔ＝２・１．１・ａｒｃｔａｎ（０．５／４）≒１６°である。
【０３１８】
基地局１００２のマルチビーム送信機１００４において、トレーニングシーケンスは全ての空間セルに送信される。トレーニングシーケンスは、デューティー比が実質的に５０％に等しい矩形周期波を含む。この矩形周期波は、互いに隣接する２つの空間セルに向けて互いに互いに逆相で送信される部分と、同相で送信される部分とを含む。
【０３１９】
図３１は隣り合う空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）とに送信される互いに逆相の信号シーケンスと、それらの信号シーケンスが重畳された信号シーケンスとを示す。
【０３２０】
図３１に示される波形１１９１は、空間セル（ｎ）に送信される信号シーケンスを示し、波形１１９２は、空間セル（ｎ−１）に送信される信号シーケンスを示す。図３１には、信号シーケンス１１９１と信号シーケンス１１９２とが互いに逆相で送信されている部分が示されている。
【０３２１】
波形１１９３は、空間セル（ｎ）の内部に位置し、空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）との境界付近に位置する端末装置で受信される、空間多重化された受信信号の波形を示す。空間分割多重化された受信信号の波形１１９３も、波形１１９１および波形１１９２と同一の周期を有する繰り返し波形であり、その振幅は一定で、［１−１／ＳＩＲ］に比例する。
【０３２２】
波形１９９１の振幅は、空間セル（ｎ）の内部から、空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）との境界に近づくほと減少し、境界上で０（すなわち、ＳＩＲ＝１）となる。これにより、図２７〜図２９を参照して説明した、各空間セルに同一のシーケンスが送信される場合と比較して、境界付近におけるＢＥＲが意図的に高められる。従って、矩形周期波のうち、隣接する空間セルに逆相で送信される部分（逆相部分）は、空間セルの境界付近では受信することができない、すなわち、デッドゾーンが発生する。矩形周期波を予め知られた特定のシーケンスとして受信し、誤りが発生する場合には、その位置（デッドゾーン内）においては端末装置は基地局との双方向通信を開始することが不適切であると判定される。端末装置のユーザは、逆相部分の受信時に発生するデッドゾーンを避けるように移動する。すなわち、端末装置の位置制御がなされる。
【０３２３】
矩形周期波として、ＮＲＺ信号における「１０１０１・・・」の繰り返しシーケンスを用いるのが望ましい。これにより、アップリンクの開始が可能と判断された後は、同相部分によって端末装置受信機の比較回路め判定閾値を最適化し、双方向通信を維持することが容易になる。さらに、逆相部分において端末装置に受信される信号は、常に周期波の波形と相似の矩形波となる。これにより、端末装置の受信機における検出が容易になる。
【０３２４】
再び図３０を参照して、空間セル（ｎ）には端末装置が収容されておらず、空間セル（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）には端末装置が収容されており、新規に参入使用とする端末装置が空間セル（ｎ）からアップリンクを開始しようとする場合について説明する。各ビーム光源７２０はいずれも光出力マージン＋３ｄＢで駆動される。
【０３２５】
図３０には、空間セル（ｎ）の内部に存在する端末装置が、空間多重化された矩形周期波の逆相部分を判定閾値を最適化して受信し、ＢＥＲが１０−２以上に悪化した境界線１２０１が示されている。図３０から明らかなように、想定される通信距離の全域にわたって、逆相部分の受信において発生するデッドゾーン（２本の境界線１２０１に挟まれた領域）が２つの空間セルの境界からほぼ一定の割合でふくらんでいる。デッドゾーンよりも上側（Ｙ座標が大きい側）の領域と、ハッチング領域１２００（すなわち空間セル（ｎ−１）においてアップリンクチャンネル間干渉が生じる領域）とは、基地局からの距離が約１．５ｍ〜４ｍの範囲において重複しない。従って、基地局からの距離が約１．５ｍ〜４ｍの範囲にある新規に参入する端末装置が逆相部分を誤りなく受信した場合、アップリンクを開始しても遠近問題は発生しない。
【０３２６】
逆相部分に引き続いて、互いに隣接する２つの空間セルに向けて矩形周期波が同相で基地局１００２のマルチビーム送信機１００４から送信される。この同相部分が、空間分割多重化されたダウンリンク信号光を受信するための判定閾値のトレーニングに用いられる。最適化された閾値は、次のトレーニングシーケンスを受信する前にリフレッシュされる。トレーニングシーケンスのうち、同相部分以降は、図２７〜図２９を参照して説明したトレーニングシーケンスと同様に考えることができる。なお、逆相部分における誤りの検知は、直接誤りを計数する以外に、端末装置受信機のクロック抽出回路からクロックロック表示のための信号を作り、その信号を適切な閾値でモニタすることによっても実現される。いずれの検知方法を用いた場合でも、予め知られた特定のシーケンスとして矩形周期波を用いることで、逆相部分において空間多重化された受信信号がその特定のシーケンスと相似の波形となることに起因して検知が容易になる。このため、ＳＮＲで３ｄＢ程度、すなわちＢＥＲで１０−１〜１０−２程度の領域まで安定に動作する。逆相部分は、少なくともＢＥＲの逆数程度の長さを有していることが好ましい。また、トレーニングシーケンスには、空間セルの空き情報、ビジー情報が含められてもよく、一旦リンクが張られた後に移動情報を含めてもよい。
【０３２７】
このように、図３０を参照して説明した端末装置の位置制御、すなわち、逆相部分と同相部分とを含む矩形周期波を含むトレーニングシーケンスを用いた端末装置の位置制御では、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）＝Ｃ・θ（ｉ）を１．０≦Ｃ≦１．３の範囲で設定することにより、端末装置において誤りを実用的に計数し得るＢＥＲが１０−２程度の境界線と、実際の通信で要求されるのＢＥＲが１０−８以下程度の境界線とが空間内で近接し、想定される様々なケースの遠近問題を防止できることが見出された。この場合、基地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、概ねθ（ｉ）の１／５程度まで許容される。また、基地局１００２と端末装置との間の通信距離を比較的近距離（例えば、１〜３ｍ）に限定すれば、分解能Δφｒの許容範囲はθ（ｉ）の半分程度まで拡大される。
【０３２８】
ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１においては、１つの空間セル内の境界近傍のある１点において、オーバーラップにより干渉ダウンリンク信号として影響し得る空間セル（干渉空間セル）は、ほとんどの場合に１つである。特に、空間セルが１次元的に配置された場合には、干渉空間セルは常に１つとみなすことができる。また、空間セルが２次元的に配置された場合でも、それらの空間セルが正方あるいは長方の格子状に配置されていれば、ほとんどの空間領域で干渉空間セルは１つである。従って、基地局１００２が形成する全ての空間セルに対して、隣接する２つの空間セルに互いに逆相になるような矩形周期波を送信することが可能である。図３１および図３０を参照して説明した、逆相部分と同相部分とを含む矩形周期波を含むトレーニングシーケンスを用いて端末装置の位置制御を行う方法は、空間セルが１次元的に配置された場合および空間セルが格子状に２次元的に配置された場合にも好適に実施することができる。
【０３２９】
上述したように、図３０に示される位置制御では、定数Ｃは、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲とし、トレーニングシーケンスは、基地局１００２が形成する全ての空間チャンネルに対して送信されるデューティー比ほぼ５０％の矩形周期波を含み、かつ矩形周期波は隣接する空間セルで互いに逆相で送信される部分と同相で送信される部分とを含む。
【０３３０】
これにより、逆相部分では、遠近問題を生じ得る空間領域（空間セルの境界領域）でのＢＥＲを高め、かつ境界領域におけるＢＥＲの変化を急峻とし遠近問題が防止される。矩形周期波を用いることにより、逆相部分に対する誤り発生の検知はより容易に実施される。また同相部分においては、端末装置の受信機の判定閾値の最適化が容易に行われる。
【０３３１】
図３０に示される位置制御では、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性および角度分解型受信機１００５の分解能の双方に対する要求が穏やかである。
【０３３２】
以上、図２７〜図３０を参照しながら、アップリンクのチャンネル間干渉を抑圧してＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムを実用的に構成するための、端末装置の位置制御方法を説明した。上述した種々のトレーニングシーケンスは、基地局１００２と端末装置１００３との間で送受信されるフレーム構造における一般的なヘッダとして送信することが可能である。冗長性を有するロバストヘッダを有するフレーム構造や、ヘッダ部分のみ送信光出力を高める等によりペイロード部分よりもヘッダ部分での誤り発生率を低減したフレーム構造を採用した場合でも、トレーニングシーケンスをそのヘッダ部分として基地局１００２から各空間セルに向けて送信することができる。ヘッダ部で発生する誤り率を鑑みて、図２７〜図３０を参照して説明した端末位置の制御方法のうち、適切な方法を選択してもよい。選択された方法に応じて、基地局マルチビーム送信機のビーム光源の指向半値全角φｔ（ｉ）および光出力マージンを適宜設定し、ヘッダ（トレーニングシーケンス）を送信すべき空間セルを基地局が選択して端末装置の位置制御を行うことができる。
【０３３３】
また、トレーニングシーケンス中の、プリアンブル部以外の各情報（空き情報やビジー情報等）は、想定される全ての組み合わせが高々数ビット〜数バイト程度のバイナリ符号によっても表現され得る。各情報をこのようにバイナリ符号によって表現し、情報量を圧縮することは、プロトコルの軽量化の観点から好ましい。
【０３３４】
図２７〜図３０を参照して説明した、トレーニングシーケンスを用いた端末装置の位置制御では、マルチビーム送信機１００４は、複数の空間セルの少なくとも１つに向けてトレーニングシーケンスを送信し、端末装置は、トレーニングシーケンスの受信結果に基づいて、端末装置の現在の位置において基地局へのアップリンクを開始することの適否、すなわち、基地局との間で双方向通信を開始することの適否を判定する。このような位置制御は、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、ユーザの視覚に基づく端末装置の位置制御と比較して、空間セルの構成規模が大きく空間セルの広がり角が狭い場合にでも好適に用いられ、遠近問題が回避される。リンク初期化手順における端末装置の位置制御は、端末装置がアップリンク通信を全く行うことなしに完遂される。端末装置の側で基地局への送信可否が判定される。トレーニングシーケンスは、好適には予め定められた周期Ｔｃ毎に同期して送信される。これにより、端末装置がユーザによって移動される状況下にあっても、リンク初期化手順が継続される。また、端末装置受信機の回路に要求される帯域幅が最小化される。
【０３３５】
このようにして、端末装置がトレーニングシーケンスを受信して、制御情報を取得することによって、空間多重化されたチャンネルを通して多元接続する際のチャンネル競合あるいはチャンネル間干渉が回避される。従って各端末装置は、従来の空間を共有する形態のワイヤレス光通信システムが有しているターンアラウンドタイム等を用いた周到な衝突回避手順によって著しいスループットの低下を被ることがなくなる。また、上記諸作用を生み出す主な構成要素の１つである端末装置受信機の判定閾値最適化機能によって、基地局を介さない端末装置間のＰｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒの通信において、仮に複数の端末が通信範囲内にある場合にもまったく同様に物理層レベルで衝突回避がなされるため、端末装置に真に高効率なワイヤレス光通信インターフェイスを提供することができる。
【０３３６】
なお、図２７〜図３０を参照して説明した端末位置の制御原理は、簡単のため空間セルが１次元方向（図２におけるΘ方向）に配置される場合のみを説明したが、空間セルの配置が２次元的であっても同様に適用され得る。
【０３３７】
以下、本発明のワイヤレス光通信システム１００１（図１）において、基地局１００２が形成する空間セル１００６の数の好ましい値を説明する。
【０３３８】
基地局１００２が形成する空間チャンネルの数（空間セルの数）には、まず角度分解型受信機１００５のコスト上の観点から制約が生じる。角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０を、望ましい波長範囲および視野角の全域にわたって信号光のスポットサイズ５０９（図２１）が１ｍｍよりも十分に小さくなるように、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０（図３）を設計することは困難である。また、スポットサイズを絞りすぎることは、アレイ素子７１１の特性上も得策ではない。コスト面からも１０ｍｍ角を大幅に超えるダイサイズのアレイ素子を用いることは好ましくない。従って、角度分解型受信機１００５の制約から、基地局１００２が形成する空間チャンネルの数として、１次元的配置の場合で１０チャンネル程度、２次元的配置の場合で最大１００チャンネル程度が限度となる。
【０３３９】
また、実装上の理由から、同時に動作させ得るアップリンク空間チャンネル数の上限が存在する。すなわち、角度分解型受信機１００５の受信回路７１７（図３）において、主にプリアンプバンク７１３（プリアンプアレイ）に供給されるバイアス電流によるジュール熱によって、同時に動作させ得るアップリンク空間チャンネル数が制限される。動作温度は、同時動作させるチャンネル数とシステムの放熱特性から決まる。動作温度が高くなると、特にレンズシステム７１０とアレイ素子７１１との接着剤の耐熱性が問題になる。このような接着剤には、レンズシステム７１０とアレイ素子７１１とのインデックスマッチングの機能を有する熱硬化樹脂等の接着剤が用いられるからである。発明者らの実験によれば、１００Ｍｂ／ｓの受信フロントエンド回路を構成した場合、同時動作する空間チャンネルの数が１８チャンネルまでであれば、接着剤の耐熱性の問題は生じなかった。同時動作する空間チャンネルの数が２０チャンネル以上になると、接着剤の耐熱性の問題が生じた。しかし、このような接着剤の耐熱性の問題は、半導体プロセス技術等の進歩によって、受信フロントエンド回路の発熱量が低減されれば改善されるものであり、ワイヤレス光通信システム１００１が本質的に有している問題ではない。
【０３４０】
さらに、ワイヤレス光通信システム１００１における、より本質的な空間チャンネル数の制限の問題は、端末装置が占有する通信帯域幅を高める（例えば、１００Ｍｂ／ｓ以上に）ことに起因して生じる。
【０３４１】
以下、端末装置が占有する通信帯域幅を考慮した場合に、空間チャンネル数がどのように設定されるべきかを説明する。
【０３４２】
基地局１００２は、通常、複数のワイヤレス光インターフェイス（図１に示されるマルチビーム送信機１００４および角度分解型受信機１００５）と、これに準ずる通信速度を有するデジタル通信インターフェイス（図１に示されるインターフェイス１００８）を備える。基地局１００２は、さらに、これらのインターフェイスよりも高速のデジタルインターフェイス（図１に示されるインターフェイス１００７）が別に備えられる。端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイスの帯域を最大限に活用することを保証するように、高速のデジタルインターフェイス１００７の通信速度（例えば、ビットレートで表わされる）が決定される。
【０３４３】
デジタルインターフェイス１００７の通信速度がワイヤレス光インターフェイスの通信速度よりも高いことにより、基地局１００２は、高速のインターフェイスを備えた外部のデジタル機器（あるいは、そのような機器から構成されたネットワーク）に接続することが可能になる。これにより、複数の端末装置に対して帯域を占有させるワイヤレスネットワークが構築される。より対線や光ファイバ等を媒体とするより高速なネットワーク環境に端末装置からワイヤレスアクセスして、端末装置のワイヤレスインターフェイスが備える帯域幅を浪費しない高速のダウンロード／アップロード環境が実現され、帯域を保証した新規な高速ワイヤレス通信システムのアプリケーション開発が促進される。
【０３４４】
このためには、基地局に備えられる、ワイヤレス光インターフェイスを含めた相対的に低速の通信インターフェイスのビットレートの総計が、基地局が備えるより高速のデジタル通信インターフェイスのビットレートと実質的に等しいか、それを下回るものとすることが必要である。同様に、基地局１００２の内部を接続するバックプレーン２０１４（図１）がボトルネックとならないように、バックプレーン２０１４も十分高速に動作することが必要である。
【０３４５】
現在のＬＡＮ環境やホームネットワーク構築に向けた有線デジタル通信技術の開発状況を鑑みれば、ＩＥＥＥ１３９４．ｂあるいはＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ（ギガビットイーサネット（Ｒ））等のデジタル通信規格が標準化され、普及しつつある。これらの規格に従ったネットワークによれば、あらゆるコンテンツに対して必要かつ十分な帯域幅が提供され得る。上述した各種デジタル通信規格のうち、ＩＥＥＥ１３９４．ｂでは、４００Ｍｂ／ｓ、８００Ｍｂ／ｓ、１Ｇｂ／ｓ等のビットレートがサポートされ、ＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂでは１．６Ｇｂ／ｓのビットレートがサポートされている。基地局１００２が備える高速のデジタルインターフェイス１００７が、これらの各種デジタル通信規格に従う場合、端末装置１００３が備えるワイヤレス光インターフェイスのビットレートを１００Ｍｂ／ｓ、２００Ｍｂ／ｓ、２５０Ｍｂ／ｓおよび４００Ｍｂ／ｓのうちから選択することは、大変好ましい。
【０３４６】
従って、ワイヤレス光通信システム１００１においては、空間チャンネルの総数ｊを２≦ｊ≦１６の範囲に設定することが適切である。さらに、端末装置１００３が備えるワイヤレス光インターフェイスの通信速度のｊ倍と、ワイヤレス光インターフェイスの通信速度に実質的に等しいデジタル通信インターフェイス１００８（第２のインターフェイス）の通信速度との合計が、基地局が備えるより高速のデジタルインターフェイス１００７（第１のインターフェイス）の通信速度と実質的に等しいか、それを下回ることが好ましい。なお、端末装置１００３が備えるワイヤレス光インターフェイスの通信速度のｊ倍は、基地局１００２が備える複数のワイヤレス光インターフェイスの通信速度の合計に等しい。また、基地局１００２がデジタル通信インターフェイス１００８を複数備える場合、第２のインターフェイスの通信速度とは、複数のデジタル通信インターフェイス１００８のそれぞれの通信速度の和として定義される。
【０３４７】
インターフェイスの通信速度が「実質的に」他のインターフェイスの通信速度と等しいとは、ワイヤースピードではなく、正味のデータレートによって表される通信速度が等しいことを意味する。また、インターフェイスの通信速度の和は、単に基地局１００２が物理的に備える各インターフェイスのポート数に関して定義されるものではなく、帯域を占有して動作し得るチャンネルの数に関して定義される。例えば、上述した空間チャンネルの総数ｊは、帯域を占有して動作し得る空間チャンネルの数である。また、基地局１００２がデジタル通信インターフェイス１００８を複数備える場合、第２のインターフェイスの通信速度は、それらが帯域占有型の物理層である場合には、複数のデジタル通信インターフェイス１００８のそれぞれの通信速度の和として定義される。しかし、それらが帯域を共有する物理層である場合、第２のインターフェイスの通信速度は、その共有帯域全体として定義される。従って、例えば、第２のインターフェイスとワイヤレス光インターフェイスとが、同時に第１のインターフェイスを通して他のデジタル機器にアクセスすることを前提としない場合には、第２のインターフェイスとワイヤレス光インターフェイスとのうち、占有する帯域幅の広い方に応じて、第１のインターフェイスの通信速度が設定されればよい。
【０３４８】
空間セルの数をこのように設定することにより、基地局１００２、特に角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０（図３）、受光アレイ素子７１１、受信フロントエンド回路７１６、さらには基地局内部のバックプレーン２０１４（バックプレーンバスあるいはバックプレーンスイッチ）を実用的に構成することができる。また、従来のワイヤレス通信システムでは実現不可能なために、その開発すら行われてこなかった、新たな高速ワイヤレス通信のアプリケーションが可能になる。
【０３４９】
また、端末装置が帯域を占有したまま多元接続させるワイヤレスネットワークが構築され、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４および角度分解型受信機１００５の構成がコストパフォーマンスや消費電力の観点から現実的なものとなる。すなわち、ビーム光源７２０（図３）や受光アレイ素子７１１の要素数を必要最低限にとどめて、基地局１００２の内部のシステム構成に、既存の高速バックプレーンやデジタル通信技術が利用できる。
【０３５０】
また、空間セルの数をこのように設定することにより、基地局１００２が動作状態にある場合に、角度分解型受信機１００５のアップリンクチャンネルの全てを常時受信可能な状態（スタンバイ状態）に維持した場合でも、全体の消費電力をデジタル家電機器として許容できる範囲に収めることができる。角度分解型受信機１００５のアップリンクチャンネルの全てを常時受信可能な状態に維持した場合には、基地局１００２において、新規に参入しようとする端末に応答するために定期的に（間欠的に）カバーエリアをスキャンすることは不要になるので、基地局１００２の構成が簡単になるというメリットが得られる。
【０３５１】
以下、図３２〜図３６を参照しながら、ワイヤレス光通信システム１００１の基地局１００２の内部構成の具体例と、ワイヤレス光通信システム１００１の特徴を活かした具体的な利用形態とを説明する。以下の説明により、チャンネル間の直交性を生み出しワイヤレス通活の高速化／大容量化を可能にするＳＤＭ／ＳＤＭＡ技術をホームネットワークやＳＯＨＯ環境で安価に適用し実用化するため方策が理解される。また、従来に比べ格段に高速のワイヤレスインターフェイス有する携帯端末装置の利用するシーンが明らかにされる。
【０３５２】
図３２は、ＩＥＥＥ１３９４規格群に従うデジタル機器と高い親和性で接続し得る基地局２１０を示す。基地局２１０は、図１に示されるワイヤレス光通信システム１００１において、基地局１００２として用いられ得る。
【０３５３】
基地局２１０が形成する空間セルは、図４に示される空間セル１００６と同様に１次元的に配置される。
【０３５４】
基地局２１０では、マルチビーム送信機１００４と角度分解型受信機１００５とは、空間セルを分割する方向（図４に示されるΘ方向）に垂直な方向に沿う１つの軸１２１１上に縦列に設置されている。この構成によれば、マルチビーム送信機１００４と角度分解型受信機１００５との間で、空間セルを分割する方向の視差が生じないので、アップリンク空間セルとダウンリンク空間セルとを１対１に対応させて空間セルを形成することが容易になる。
【０３５５】
基地局２１０は家庭内のある１部屋内においてＩＥＥＥ１３９４規格に対応したデジタルネットワークへのワイヤレスアクセスポイントとして機能する。基地局および端末装置が備えるワイヤレス光インターフェイスの正味のデータレートは１００Ｍｂ／ｓであり、基地局はさらに、ＩＥＥＥ１３９４／Ｓ４００規格に対応するＤＳポート２１３を２つ備える。基地局２１０と各端末装置との間の通信距離は１〜５ｍをカバーし、４つの空間チャンネルを形成する。また、図２８を参照して説明したように、基地局２１０の動作中はトレーニングシーケンスが４つの空間セルの全てに送信され、既に端末装置を収容している空間セルに対応するビーム光源７２０の光出力が３ｄＢ高くなるように、各ビーム光源７２０がパワーコントロールされる。新規に参入する端末装置は、まず予め定められたトレーニングシーケンスを受信する。この時点では、端末装置の送信機は何らの光信号をも送出していない。端末装置の内部システムは、図２８を参照して説明したリンク確立プロセスと同様に、受信回路からの出力と予め定められた判定基準に基づいて、基地局２１０へのアップリンク送信の可否を判定する。図２８を参照して詳しく説明したように、上記パワーコントロール機能を有するＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムにおいては、新規参入する端末装置が、その端末装置がその時点で存在する空間セルには端末装置は未収容であるという情報をトレーニングシーケンスから取得した場合に、その空間位置においてアップリンクを開始してもよいと判定され、収容済みという情報を取得すれば開始すべきではないと判定されれば十分である。
【０３５６】
アップリンクを開始してもよいと判定された場合、端末装置はそのディスプレイ上に、その端末装置のユーザに対してアップリンク開始が可能である旨を表示し、双方向通信の開始を促す。また、この時点で端末装置送信機のドライバ回路がイネーブル状態になる。端末装置送信機のドライバ回路がイネーブル状態になると、例えばアイドリング信号を用いたリンクの確立や、基地局２１０に有線接続されたサーバ機器等の検索／表示等がバックグラウンド処理として開始されるようにしてもよい。また、端末装置送信機のドライバ回路がイネーブル状態になると、接続するサーバ機器とのユーザ認証プロセスが開始されるようにしてもよい。上述のようなプロセスを経て、例えば端末装置のディスプレイ上に、ユーザのサーバ機器に対するアクションリストや、サーバ機器が保持するコンテンツの一覧等がメニュー表示される。これに応じてユーザがアクション（例えばダウンロードするファイルの選択やダウンロード転送開始を指示するクリック動作）等を起こすと、各種コマンドやデータの通信が、基地局２１０、端末装置および基地局２１０に接続されたデジタル機器との間で行われていく。
【０３５７】
一方、アップリンクを開始すべきでないと判定された場合、端末装置はそのディスプレイ上に、その端末装置のユーザに対して端末装置の移動を促す表示を行う。この時点では、端末装置の送信機は何ら光信号も送出していないため、基地局２１０の角度分解型受信機では新規参入端末装置の存在を認識できず、各端末装置に対して明示的に（例えば端末装置のアドレスを指定して）移動を指示することはできない。しかしながら、基地局２１０から全空間セルに対して送出されるトレーニングシーケンスには、各空間セルの両隣りも含め、他の端末装置の有無を示す情報（空き情報）や通信状況を示す情報（ビジー情報）が含められ得るので、新規参入端末装置はユーザに対して移動すべき方向を指示することができる。さらに、ユーザは、他のユーザが近くにいるか否か、あるいは、ユーザのごく近くにワイヤレス光インターフェイスを備えた他の端末装置が存在するか否かを、容易に認識し得る。従って、上述の手続きにおいて、ユーザが端末装置をアップリンク開始可能と判定される空間位置に移動することには実用上ほとんど困難は伴わない。
【０３５８】
基地局２１０の内部には、ワイヤレス光インターフェイスボード２１４と、ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５と、メインボード２１６とが設けられる。
【０３５９】
ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５は、図１に示される第１のインターフェイス１００７として機能し、ＩＥＥＥ１３９４ａ規格に準拠している。実際には、２つのＤＳポート２１３のいずれか一方が第１のインターフェイスとして機能するが、一方に固定して割り当てられる必要はない。残る一方のＤＳポート２１３は第２のインターフェイスとして機能し得るが、ワイヤレス光インターフェイスが使用されている際に同時にアクティブには動作しないことが想定されている。もちろん、２つのＤＳポート２１３の間で帯域を共有しない（すなわち、２つのＤＳポート２１３が別々のホストインターフェイス（ＯＨＣＩ）を備える）構成としてもよい。あるいは、ＤＳポート２１３に替えてＰ１３９４ｂ対応のβポートが用いられてもよい。
【０３６０】
メインボード２１６には、基地局２１０のバックエンドシステムとなるＣＰＵ１２１２および周辺回路（図示せず）が設けられる。ワイヤレス光インターフェイスボード２１４と、ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５とは、１．０６ＧＢ／ｓの転送速度を有するＰＣＩ−Ｘバスを共有してメインボード２１６に接続される。ワイヤレス光インターフェイスボード２１４は、４つの空間チャンネルに対応する角度分解型受信機１００５の受信回路７１７（図３２には示されていない、図３参照）とマルチビーム送信機１００４の駆動回路のバンク（図３に示される光源ドライババンク７２２およびＡＰＣバンク７２１）に加えて、送受信信号をＩＥＥＥ１３９４．ｂ規格に準拠したβポートに直結可能な信号に変換するコンバータのバンク（図示せず）を搭載する。この構成により、ワイヤレス光インターフェイスを介して行われる通信は、必ずしもＩＥＥＥ１３９４（Ｐ１３９４ｂ）で定義される光リンク（βポート）のプロトコル仕様を完全にサポートする必要はない。例えば、送受信フロントエンド（トランシーバ）部分にはＰ１３９４ｂとワイヤレス光インターフェイスとで共通の部品を用いてもよいし、Ｐ１３９４ｂに対応した物理層ＬＳＩの８Ｂ１０Ｂの符号化機能を利用して独自の情報系列をワイヤレス光インターフェイスのデータレートで生成してもよい。
【０３６１】
ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５は、βポートを備える４本のＰＨＹバンクと１３９４スイッチ（図示せず）とを搭載する。１３９４スイッチは、４本のＰＨＹと２つのＤＳポート２１３との間のブリッジ機能を有する。すなわち、１３９４スイッチは、基地局２１０の内部において、プロトコルを端末装置に代わってエミュレートすることができる。これにより、第１のインターフェイス（２つのＤＳポート２１３のうち一方）を介して基地局２１０に接続されたデジタル機器は、ワイヤレス光インターフェイスを介して基地局２１０に接続された端末装置があたかもＩＥＥＥ１３９４規格に準じるデバイスであるかのように、端末装置との通信を行うことができる。  基地局２１０は、必要に応じて、収容された端末装置から基地局２１０を介して行われるアービトレーション（バス調停過程）や応答動作を代行してワイヤレスＳｌ００ポートを仮想的にサポートし、端末装置との間のアドレス解決を行う。また、基地局２１０は、ワイヤレス区間の伝送データをバッファリングしパケット構成を最適化することで、ワイヤレス区間のメディアアクセス制御をシンプルに保つ。これにより、ワイヤレス光インターフェイスの帯域は最大限に利用され得る。逆に、ワイヤレス区間に送信される固有のトレーニングシーケンスが第１あるいは第２のインターフェイスを通じて有線区間に送信されることもない。
【０３６２】
このようにして、基地局２１０は、ＩＥＥＥ１３９４対応の最大４チャンネルのＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレススイッチとして機能する。
【０３６３】
基地局２１０は、常時、ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのサイクルマスタとして設定されるのが好ましい。マルチビーム送信機１００４から送信されるトレーニングシーケンスは、ＩＥＥＥ１３９４ネットワークの１２５μｓのアイソクロナスサイクル（あいるは、アービトレーション動作）に合わせて、サイクルスタートパケットと同期して、予め定められた周期Ｔｃ＝１２５μｓ毎に送信される。ここで、上述した基地局２１０と端末装置の双方向通信開始可否の判断からユーザのアクション（指示）開始に至るまでの諸手続きは、人間（ユーザ）が端末装置ディスプレイを見ながら行う等、何らかの動作を伴うものであり、少なくとも１０ミリ秒から秒の時間を要する。ユーザにとっては、トレーニングシーケンスがＴｃ＝１２５μｓ毎に送信されることは、実質的に基地局２１０からリアルタイムに応答が返ってくるのに等しい。さらにワイヤレス区間を含めた通信路も十分に高速である。従って、ユーザは何らのストレスも感じずに端末装置および基地局に接続されたデジタル機器を操作することができる。ただし、トレーニングシーケンスは、１２５μｓ周期に一度送信されることに限定されない。基地局２１０は、端末装置の仕様に応じて、すなわち、端末装置が最適閾値を保持できる時間仕様に合わせて、１２５μｓのＺ倍（Ｚは自然数）の周期に一度、あるいは１２５μｓの周期にＺ回トレーニングシーケンスを送信（ブロードキャスト）してもよい。このような周期でトレーニングシーケンスを送信することにより、ワイヤレス光インターフェイスと、ＩＥＥＥ１３９４規格に準拠するインターフェイスとの親和性が高まるとともに、ワイヤレス光インターフェイスの高い効率化が達成される。
【０３６４】
トレーニングシーケンスの先頭部分における端末装置受信回路の閾値の最適化に関しては、端末装置を収容しているか否か、あるいは基地局２１０が図２７〜図３０を参照して説明したいずれの制御方法を採用するかによらず、Ｐ１３９４．ｂの光リンク（βポート）として規定されるアイドリング信号を、前記先頭部分に該当する期間だけ、基地局が備える全空間チャンネルに送信するようにすればよい。あるいは、上記アイドリング信号よりも信号周波数の低いトレーニングシーケンス（例えばＩＥＥＥ８０２．３ｕでのオートネゴシエーションやＩＥＥＥ１３９４でのアービトレーションに用いられるトレーニングシーケンス）を、前記先頭部分に該当する期間だけ、基地局が備える全空間チャンネルに送信することで、閾値最適化の機能を含む端末装置の受信回路の構成を単純化することもできる。
【０３６５】
このような構成により、基地局２１０はＩＥＥＥ１３９４規格に対応するワイヤレススイッチとして機能し、有線区間（ＩＥＥＥ１３９４規格群に準拠）とワイヤレス光インターフェイスの通信区間をシームレスに接続して、ホームネットワーク環境を構成する各種デジタル機器との親和性に優れたアクセスポイントを端末装置に提供できる。また、端末装置のワイヤレス光インターフェイスが備える帯域幅を浪費しない、デジタルコンテンツの高速なダウンロード／アップロード環境が実現され、新規なワイヤレス通信システムのアプリケーションの開発が促進される。
【０３６６】
なお、予め定められた周期Ｔｃが短いほど基地局２１０および端末装置が備えるバッファサイズが小さくてすむことは言うまでもないが、周期Ｔｃが短かすぎると、ワイヤレス光通信システムにおいてより重要視するスループット特性には悪影響を与える。端末装置受信回路の最適閾値が安定に保持できる時間を延ばし、周期Ｔｃを大きく取ることが望ましい。
【０３６７】
端末装置のユーザが、その端末装置をＩＥＥＥ１３９４対応リモートコントロールとして使用するようなアプリケーションにおいては、端末装置と基地局２１０とのリンクが継続されている期間、基地局がリソースマネージャとしてワイヤレス光インターフェイス経由のトランザクションを常に優先するマネージメントを行うことが望ましい。
【０３６８】
図３３は、ワイヤレス光通信システム１００１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワークを構成した例を示す。図３３に示される例では、ワイヤレス光通信システム１００１において、図３２に示される基地局２１０が基地局１００２（図１）として用いられている。図３３において、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付す。図３３に示される例では、端末装置１００３（携帯端末装置）は、デジタル音楽プレーヤの機能を備える。また、基地局２１０に接続線１０１０により接続されるデジタル機器１０１２は、ＣＤプレーヤである。基地局２１０は、基地局２１０を介して端末装置１００３をＣＤプレーヤ１０１２に接続する機能を有する。
【０３６９】
ＣＤプレーヤ１０１２は、数１０ＧＢ以上の容量を有するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２２１を備える。ＣＤプレーヤ１０１２は、ＰＣＭ録音されたＣＤ音楽データをリッピングして高圧縮デジタルファイルに変換するエンコーダ機能を有する。高圧縮デジタルファイルの圧縮フォーマットは、例えば、ＭＰ３フォーマットである。ＭＰ３フォーマットは、不可逆的な圧縮符号化のフォーマットの１つである。ユーザが所有するＣＤ等のＡＶコンテンツは、このような圧縮フォーマットでＨＤＤ１２２１に蓄積されている。基地局２１０は、ＴＶ機器２２３に接続されている。ＴＶ機器２２３は、端末装置１００３からＣＤプレーヤ１０１２にアクセスする際の操作性を向上させるユーザインターフェイスとして利用される。あるいは、ＣＤプレーヤ１０１２がＴＶ機器２２３に接続されていてもよい。
【０３７０】
ユーザは、端末装置１００３を基地局２１０を経由してＣＤプレーヤ１０１２のリモートコントローラとして使用し、ＣＤプレーヤ１０１２のＨＤＤ１２２１に蓄積された音楽コンテンツ群の中から好みのデジタルファイルを選択し、選択されたデジタルファイルを端末装置１００３にワイヤレスでダウンロードする。
【０３７１】
端末装置１００３は、不揮発性記憶媒体１２２２と、ＭＰ３デコーダ１２２３とを備える。ダウンロードされたデジタルファイルは、不揮発性記憶媒体１２２２に記憶される。ＭＰ３デコーダ１２２３は、不揮発性記憶媒体１２２２に記憶されたＭＰ３フォーマットのデジタルファイル（デジタルオーディオデータ）を復号し、再生する。このように、ＭＰ３デコーダ１２２３は、不揮発性記憶媒体１２２２に記憶された、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオデータを再生する再生部として機能する。
【０３７２】
ワイヤレス光インターフェイスが端末装置１００３へのダウンロードに使用される際、極めて小さくはあるが存在するワイヤレス区間（ＣＤプレーヤ１０１２〜端末装置１００３の通信パスのうち、基地局２１０と端末装置１００３との間の区間）のオーバーヘッドを除いた帯域幅のうち、例えば９５％をダウンリンクに割り当て、５％を端末装置からのＡＣＫあるいはＮＡＫのためのアップリンクに割り当ててＴＤＤ（ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｄｕｐｌｅｘ）が行われてもよい。ダウンロード（ファイル転送）時のＡＲＱ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｒｅｐｅａｔ  Ｒｅｑｕｅｓｔ）としては、ＧＢＮ（Ｇｏ−Ｂａｃｋ−Ｎ）やＳＥＲＪ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｒｅｊｅｃｔ）を用いることにより再送制御を効率よく行うことができる。また、ワイヤレス区間のメディアアクセス制御は、図２７〜図３０を参照して説明したように、一旦リンクが初期化された後は、ユーザが大幅に移動しない限り行う必要がない。端末装置１００３の受信機の判定閾値のトレーニングは行う必要があるが、これには高々数ビット程度の時間しか要しない。従って、図３３に示されるワイヤレス光通信システム１００１によれば、従来にない極めて高いスループットを有するワイヤレス高速ファイル転送システムが実現される。
【０３７３】
不揮発性記憶媒体１２２２は、ワイヤレス光インターフェイスと同等以上の高速な書き込み速度を有することが好ましい。不揮発性記憶媒体１２２２の容量は、３２Ｍバイト〜数Ｇバイト程度以上であることが想定される。高速書き込みが可能で、かつ大容量化が可能な不揮発性記憶媒体１２２２として、１〜２．５インチ程度のＨＤＤが用いられてもよい。あるいは、一旦大容量のＤＲＡＭ等の高速な揮発性記憶媒体にワイヤレス光インターフェイスを介して受け取ったデータを格納し、次いで、格納されたデータをより低速の不揮発性記憶媒体（例えば、ＨＤＤ）に書きこんでもよい。基地局２１０においてフレーム構成等のために必要な遅延時間を考慮しても、６４Ｍバイト程度の容量のファイル転送は、転送開始後、数秒で完了する。
【０３７４】
従って、端末装置１００３へのデータ転送プロセスの利便性が、統合されたワイヤレス環境において格段に向上し、実質の転送時間も大幅に短縮される。従来の同種の携帯音楽プレーヤのユーザは、不揮発性記憶媒体をデジタルＡＶファイルが蓄積されたＰＣ等に直接接続して長時間の転送を行うことを余儀なくされていた。また、ユーザの多くは、記憶媒体の抜き差しによる煩雑な書き込みプロセスあるいはケーブル接続による長時間のデータ転送を敬遠して、高価な記憶媒体を複数購入していた。図３３に示されるワイヤレス光通信システム１００１の利用形態によれば、このような不利益な状況が打開される。また、デジタルシステムを使用する初心者にとっても、非ＰＣ機器によるユーザフレンドリなワイヤレスアクセス環境が提供される。
【０３７５】
図３３に示されるワイヤレス光通信システム１００１の初期的な利用形態としては、ＣＤプレーヤ１０１２が基地局２１０を内蔵し、端末装置１００３から直接ワイヤレスアクセスするようにしてもよい。あるいは、ＣＤプレーヤ１０１２の数１０ＧＢ以上の容量のＨＤＤ１２２１を単体の外部ストレージ装置として取り出し、その外部ストレージ装置をＣＤプレーヤ１０１２と基地局２１０と双方に接続し、端末装置１００３から基地局２１０を介してその外部ストレージ装置にアクセスするようにしてもよい。また、ＣＤプレーヤ１０１２が、ＣＤやＣＤ−Ｒ／ＲＷに加えて、ＤＶＤファミリー向けのピックアップを備え、ＡＶコンテンツ全般にわたるジュークボックスの機能を有していてもよい。この場合、端末装置１００３は、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオデータを再生する機能を有するＭＰ３デコーダ１２２３に代えて、あるいは、それに加えて、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデオデータを再生する機能を有するデコーダ（再生部）を備えることが好ましい。これにより、端末装置１００３は画像ビューアとして機能し得る。
【０３７６】
ＣＤプレーヤ１０１２に代えて、任意のＰＣ、サーバやストレージ装置が基地局２１０に接続されてもよい。
【０３７７】
ワイヤレス光通信システム１００１では、通信プロトコルのオーバーヘッドが極めて小さく、さらに外部のデジタル機器（図３３に示される例では、ＣＤプレーヤ１０１２）との親和性にも優れるので、実際の転送速度は端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイスのデータレート速度に近いものとなる。
【０３７８】
図３３に示されるワイヤレス光通信システム１００１によれば、基地局２１０が接続されているＰＣ、サーバやストレージ装置から、例えばＭＰ３に代表されるデジタル音楽ファイルはアルバム単位あるいは不揮発性記憶媒体１２２２の容量でワイヤレスにダウンロードされ、ごく短時間に転送を完了することができる。従って、特に携帯型の音楽プレーヤや、画像ビューアとして機能する端末装置１００３の利便性が格段に向上する。また、カバーエリアが基地局２１０の周辺に限定され、基地局２１０がユーザサイズの空間セルを形成するので、ワイヤレス光通信システム１００１は、第３者の盗聴やなりすましに対して堅牢である。
【０３７９】
また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等とは大きく異なっている。すなわち、端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイスが、基地局２１０とのリンクを確立するプロセス、デジタル機器１０１２等に対するリモートコントロールとして機能するプロセス、データ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了する（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）ので、ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従って、端末装置１００３は、ユーザのアクションあるいは基地局２１０やデジタル機器１０１２等の応答にあわせてワイヤレス光インターフェイスをアクティブにする動作モードに従って動作し得る。これにより、待機消費電力を低減することができる。
【０３８０】
ワイヤレス光インターフェイスは、ある程度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計され得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに要求される設計条件が緩和される。
【０３８１】
図３４は、ワイヤレス光通信システム１００１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワークを構成した例を示す。図３４に示される例では、ワイヤレス光通信システム１００１において、基地局２３０が基地局１００２（図１）として用いられており、端末装置２３１が端末装置１００３（図１）として用いられている。図３４において、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付す。
【０３８２】
端末装置２３１（携帯端末装置）は、デジタルカメラあるいはデジタルカムコーダ機能を有する。端末装置２３１は、撮影部１２３３と、不揮発性記憶媒体１２３１を備える。端末装置２３１には、不揮発性記憶媒体１２３１の容量に応じて、撮影部１２３３により撮影された静止画や動画が蓄積される。撮影部１２３３は、例えば、撮影した静止画をＪＰＥＧ形式に圧縮符号化したり、撮影した動画をＭＰＥＧ形式に圧縮符号化する機能を有する。ＪＰＥＧおよびＭＰＥＧはそれぞれ、不可逆的な圧縮符号化方式の１つである。このように、撮影部１２３３は、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデオデータを生成する生成部として機能する。
【０３８３】
基地局２３０は、数１０ＧＢ以上の容量のＩＥＥＥ１３９４対応ＨＤＤ１２３２を備え、ストレージ兼サーバ装置（ホームサーバ）としても機能する。
【０３８４】
端末装置２３１のユーザが、例えば、屋外で端末装置２３１を用いて撮影した静止画や動画（デジタルオーディオ・ビデオデータ）は、不揮発性記憶媒体１２３１に記憶される。ユーザが端末装置２３１を家庭に持ち帰って、デジタルオーディオ・ビデオデータを基地局２３０のＨＤＤ１２３２にワイヤレス光インターフェイス１２３４を用いて手軽にアップロードすることができる。これにより、端末装置２３１が備える不揮発性記憶媒体１２３１は、繰り返して利用可能となる。基地局２３０はＴＶ機器２３３に接続されている。ＴＶ機器２３３は、端末装置２３１から基地局２３０にアクセスする際に、操作性を向上させるユーザインターフェイスとして利用される。端末装置２３１は、基地局２３０のリモートコントロール装置として機能し、不揮発性記憶媒体１２３１に蓄積されたコンテンツ（デジタルオーディオ・ビデオデータ）を選択して、あるいはその全てを一括して、基地局２３０にワイヤレスアクセスして送信（アップロード）する。
【０３８５】
また、アップロードされたコンテンツをユーザインターフェイス（ＴＶ機器２３３）を利用して端末装置２３１から加工編集して、基地局２３０に保存したり、加工編集した結果を基地局２３０に接続されているネットワークヘ発信したり、再び端末装置２３１自身にダウンロードしたりできる。これらの処理は全て、端末装置２３１からの操作で行うことができるので、これらの処理をシームレスに実行することができる。あるいは、アップロードされるコンテンツをその場でＴＶ機器２３３の画面で鑑賞することも好ましい利用形態の１つである。その際、端末装置２３１は直接、再生装置として利用されてもよい。
【０３８６】
ここで、ワイヤレス光インターフェイスが端末装置２３１からのアップロードに使用される際、極めて小さくはあるが存在するワイヤレス区間のオーバーヘッドを除いた帯域幅のうち、例えば９５％をアップリンクに割り当て、５％を基地局２３０からのＡＣＫあるいはＮＡＫに割り当ててＴＤＤが行われてもよい。ＴＤＤプロセスは、端末装置２３１が備えるバッファサイズに依存して最適化されるのが望ましい。ワイヤレス区間のメディアアクセス制御は、図２７〜図３０を参照して説明したように、一旦リンクが初期化された後は、ユーザが大幅に移動しない限り行う必要がない。端末装置２３１の受信機の判定閾値のトレーニングは行う必要があるが、これには高々数ビット程度の時間しか要しない。従って、図３４に示されるワイヤレス光通信システム１００１によれば、従来にない極めて高いスループットを有するワイヤレス高速ファイル転送システムが実現される。
【０３８７】
不揮発性記憶媒体１２３１は、ワイヤレス光インターフェイスと同等以上の高速な読み出し速度を有することが好ましい。不揮発性記憶媒体１２３１の容量は、３２Ｍバイト〜数Ｇバイト程度以上であることが想定される。高速書き込みが可能で、かつ大容量化が可能な不揮発性記憶媒体１２３１として、１〜２．５インチ程度のＨＤＤが用いられてもよい。
【０３８８】
従って、端末装置２３１からのデータ転送プロセスの利便性が、統合されたワイヤレス環境において格段に向上し、実質の転送時間も大幅に短縮される。従来の同種のデジタルカメラ／カムコーダ等のユーザが、記録媒体の抜き差しによる煩雑な書き込みのプロセスあるいは長時間のデータ転送を敬遠して、高価な記録媒体を複数購入していた。図３４に示されるワイヤレス光通信システム１００１の利用形態によれば、このような不利益な状況が打開される。また、撮影したデジタルコンテンツの鑑賞や加工編集作業においても、端末装置２３１をリモートコントロールとして使用でき、システムの利便性が格段に向上する。さらに、上記のようなデジタルシステムを使用する初心者にとっても、非ＰＣ機器によるユーザフレンドリなワイヤレスアクセス環境が提供される。
【０３８９】
図３４に示されるワイヤレス光通信システム１００１によれば、デジタルオーディオ・ビデオデータを蓄積する機能を備えた端末装置２３１において、不揮発性記憶媒体２３１に記憶されている任意のデジタルオーディオ・ビデオデータが、基地局２３０に（あるいは、基地局２３０を介して他のデジタル機器）に瞬時に転送・保存される。また、撮影したデジタルコンテンツの鑑賞や加工編集作業のために記録媒体を他の機器へ差し換えたり、ケーブルを接続したりする手間が不要になる。これにより、端末装置２３１の利便性が格投に向上する。
【０３９０】
端末装置２３１から基地局２３０を経由して蓄積された情報のリアルタイム再生を行うこともできる。また、基地局２３０のカバーエリアは、基地局２３０の周辺に限定され、基地局２３０は、ユーザサイズの空間セルを形成するので、ワイヤレス光通信システム１００１は第３者による盗聴やなりすましに対して堅牢である。
【０３９１】
また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等とは大きく異なっている。すなわち、端末装置２３１のワイヤレス光インターフェイス１２３４が、基地局２３０とのリンクを確立するプロセス、基地局２３０等に対するリモートコントロールとして機能するプロセス、データ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了する（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）ので、ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従って、端末装置２３１は、ユーザのアクションあるいは基地局２３０や他のデジタル機器の応答にあわせてワイヤレス光インターフェイスをアクティブにする動作モードに従って動作し得る。これにより、待機消費電力を低減することができる。
【０３９２】
ワイヤレス光インターフェイスは、ある程度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計され得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに要求される設計条件が緩和される。
【０３９３】
図３５は、ギガビットイーサネット（Ｒ）と高い親和性で接続することができる基地局２４０の構成を示す。基地局２４０は、図１に示すワイヤレス光通信システム１００１において、基地局１００２として使用され得る。
【０３９４】
基地局２４０が形成する空間セルは、図５Ａおよび図５Ｂに示される空間セル１００６と同様に、１次元的に配置される。基地局２４０と端末装置との間の通信距離は、１〜５ｍであり、空間セルのサイズは、最大通信距離５ｍでの空間セル幅が１ｍになるように設定される（空間セルの広がり角θ≒６°）。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源の、空間セルの分割方向についての放射角度分布特性は、指向半値全角φｔ＝４°である。
【０３９５】
基地局２４０は８個の空間セルを形成し、角度分解型受信機１００５の視野角は±約２５°である。図２９を参照して説明したように、基地局の動作中はトレーニングシーケンスが端末装置を収容している空間セルのみに向けて送信される。
【０３９６】
基地局２４０は、上述した８個の空間セルのうち、同時に最大６個まで１００Ｍｂ／ｓのワイヤレス光インターフェイスを備えた端末装置を収容して、６つのＳＤＭ／ＳＤＭＡチャンネルを提供する。トレーニングシーケンスは、端末装置を収容している空間セル（最大６つ）にのみ送出されると述べたが、基地局２４０は８個のワイヤレス光インターフェイスを備えている。従って、６つのＳＤＭ／ＳＤＭＡチャンネルの全てに端末装置が収容されている場合でも、新規参入端末装置がトレーニングシーケンスを受信しない（すなわち、その端末装置がアップリンクを開始することが可能と判断する）ような空間セル（使用されていない空間セル）があり得る。このような領域から新規参入端末装置がアップリンクを開始しても、図２９を参照して説明したように、既存のチャンネルへの干渉は発生しない。なお、このような場合には、基地局２４０は新規参入端末装置にＡＣＫを送信することができない。新規参入端末装置は、アップリンクを開始してから所定の時間内に基地局２４０からのＡＣＫを受信しない場合には、空きチャンネルが存在しないと判断することができる。
【０３９７】
基地局２４０は、ワイヤレス光インターフェイス部２４１（マルチビーム送信機１００４および角度分解型受信機１００５）に加えて、４つのファーストイーサネット（Ｒ）（ＩＥＥＥ８０２．３ｕ／１００Ｂａｓｅ−ＴＸ）ポート２４２（各１００Ｍｂ／ｓ）と１つのギガビットイーサネット（Ｒ）（ＩＥＥＥ８０２．３ｚ／１００Ｂａｓｅ−ＳＸ）ポート２４３とを備える。
【０３９８】
基地局２４０とともに用いられる端末装置は１００Ｍｂ／ｓのデータレートのワイヤレス光インターフェイスを備える。基地局２４０は複数の１００Ｍｂ／ｓのファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２と、少なくとも１つの１Ｇｂ／ｓのアップリンクポート２４３とを備えている。このように、基地局２４０自体がＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ対応のレイヤー２または３スイッチとして機能して、ポート２４２および２４３の一部または全てが、外部のデジタル機器に基地局２４０を接続するインターフェイス（第１のインターフェイス）として機能することが好ましい。
【０３９９】
基地局２４０の内部の構成としては、メインボード１２４１上に、ワイヤレス光インターフェイス部２４１と、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２と、アップリンクポート２４３とが、スイッチングファブリック１２４０を介して接続されている。
【０４００】
基地局２４０には、ワイヤレス光インターフェイス部２４１として、８個の空間チャンネルに対応する角度分解型受信機１００５およびマルチビーム送信機１００４の各々８本のフロントエンドバンクと、受信回路２４５および駆動回路２４６を各２個と、送受信別のバッファ２４４および２４７と、ワイヤレス光インターフェイス部２４１のコントローラ２４８が搭載される。
【０４０１】
基地局２４０には、さらに、スイッチコントローラ２５０と、送受信別に最大６本のチャンネルを同時に接続することができるフレーマ２４９とがバックエンド回路として搭載される。
【０４０２】
１つの受信回路２４５には、角度分解型受信機１００５の８本のフロントエンドバンクのうち４本が接続されている。１つの駆動回路２４６には、マルチビーム送信機１００４の８本のフロントエンドバンクのうち４本が接続されている。コントローラ２４８は、それぞれの受信回路２４５に接続された４本のフロントエンドバンクのうち３本を選択し、それぞれの駆動回路２４６に接続された４本のフロントエンドバンクのうち３本を選択する。
【０４０３】
ワイヤレス光インターフェイス部の物理層符号化方式としては、ファーストイーサネット（Ｒ）（１００Ｂａｓｅ−ＦＸや−ＳＸ）と同じ４Ｂ５Ｂ  ＮＲＺＩ符号化が用いられ、フレーマ２４９はニブル（４ビット）単位のシリアライザ／デシリアライザを含む。
【０４０４】
ファーストイーサネット（Ｒ）ポート部には、４本の１００Ｂａｓｅ−ＴＸポート２４２と、それに続く２ポートごとのトランスフォーマと、４ポートＰＨＹと、スイッチコントローラ１２４２とが設けられる。ギガビットイーサネット（Ｒ）ポート部には、１つの１０００Ｂａｓｅ−ＳＸトランシーバ２４３と、ＰＨＹと、スイッチコントローラ１２４３とが設けられる。
【０４０５】
スイッチングファブリック１２４０は、例えば、高速スイッチングＡＳＩＣであり得る。スイッチングファブリック１２４０は、ＣＰＵ１２４４およびフォワーディングエンジン１２４５からの制御を受けて、アドレス解決ユニット１２４６を通してアドレステーブル１２４７を参照しながら、上記各ポート（ワイヤレス光インターフェイス２４１と、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２およびギガビットイーサネット（Ｒ）ポート２４３）の間を高速にスイッチ処理する。
【０４０６】
なお、扱うチャンネル数が比較的少ない場合には、基地局２４０の内部構成として、図３２に示したような十分高速なバスを共有する形態も使用可能である。また、いずれのバックプレーン構成を採る場合でも、チャンネル数に応じて、部品が実装されるボードの枚数を１枚にしてもよい。
【０４０７】
図３５に示される基地局２４０は、レイヤー２またはレイヤー３スイッチとして動作し、端末装置が備えるワイヤレスインターフェイスの帯域を保証した様々なサービスを構築することができ、有線／無線インターフェイスの混在するシームレスなアクセス環境が実現される。
【０４０８】
トレーニングシーケンスが送信される時間間隔Ｔｃには、既に説明したように、端末装置が最適閾値を保持可能な時間の上限やリンク初期化プロセスの応答性向上のための上限が存在する。一方、ＩＥＥＥ８０２．３の場合、先頭のプリアンブル（７オクテット）およびデリミタ（１オクテット）を除いたフレーム長は、最小値が６４オクテットであり、最大値が１５１８オクテットであると定められている。ここで、１オクテットは８ビットである。従って、ワイヤレス光通信システム１００１（図１）においては、トレーニングシーケンスの繰返し周期Ｔｃをフレーム長の最大値よりも長く、かつできるだけ近い値に設定するのが好ましい。例えば、４Ｂ５Ｂ符号化を用いる１００Ｍｂ／ｓのワイヤレス光インターフェイスの場合、１５１８バイトのパケット長（フレーム長の最大値）は約９７μｓであり、Ｔｃ＝１００μｓに設定し得る。基地局１００２からのダウンリンクフレーム（パケット）は、それが存在するならば常に、各空間セルに共通の、周期Ｔｃ毎の基準時刻に送信が開始される。また、Ｔｃよりも遥かに短いフレームがＴｃ内に複数個送信される場合も、その基準時刻の直前にはフレームが一旦保留され（基準時刻にフレームがまたがらないように待ち状態にされ）、基準時刻に再度送信が開始される。既に説明したように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１においては、パケット／フレーム単位のレイテンシを低減することよりも、バースト転送時のスループットを向上することが重要視される。従って、トレーニングシーケンスを短くし、トレーニングシーケンスの繰返し周期Ｔｃをフレーム長の最大値よりも長く、かつできるだけ近い値に設定するのが特に好ましい。また、より上位のプロトコル層がＡＣＫを要求する場合、上記の帯域幅（１００Ｍｂ／ｓ×９７／１００）をＴＤＤで動的に割り当て、バルクファイルのダウンロードまたはアップロードに最適化したシステム構成をとることができる。既に説明したように、トレーニングシーケンスには端末位置制御情報を付加し得る。その情報量は小さいため、例えばワイヤレス区間におけるデリミタ（８ビット）を拡張してこれに割り当てることができる。
【０４０９】
このように、ワイヤレス光通信システム１００１におけるメディアアクセス制御のためのオーバーヘッドは極めて小さく、半２重モードのギガビットイーサネット（Ｒ）で利用されるフレームバースティング（数フレームの連続転送）時にも、ワイヤレス区間がボトルネックとなるのを回避してイーサネット（Ｒ）ネットワークとの親和性を高めることができる。
【０４１０】
基地局２４０において、典型的には、ギガビットイーサネット（Ｒ）のアップリンクポート２４３は、基地局１００２の第１のインターフェイス１００７（図１）として機能し、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２は第２のインターフェイス１００８（図１）として機能する。すなわち、基地局２４０の第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ規格に準拠する。ただし、同時にワイヤレスアクセスすることが可能なチャンネル数を１つに設定する場合には、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２のいずれか１つが第１のインターフェイスとして用いられ得る。同時にワイヤレスアクセスすることが可能なチャンネル数が１つであるようなワイヤレス光通信システムは、例えば、家庭用途に用いられ得る。このようなワイヤレス光通信システムでは、複数の空間セルは、複数の端末が同時にワイヤレスアクセスすることを可能にする目的のためでなく、広いカバーエリアを達成する目的のために設けられる。  これにより、基地局２４０は高速なイーサネット（Ｒ）対応のワイヤレススイッチとして機能して、オフィスやＳＯＨＯにおけるＬＡＮ環境を構成するサーバシステム、ＰＣ等デジタル機器との親和性に優れた端末装置のアクセスポイントが提供される。従って、端末装置のワイヤレス光インターフェイスが備える帯域幅を無駄にせずに、高速のダウンロード／アップロード環境が実現され、新たなワイヤレス通信システムのアプリケーションの開発が促進される。
【０４１１】
ワイヤレス光通信システム１００１においては、実質のデータ転送速度を端末装置のワイヤレス光インターフェイスのデータレート速度に近いものにすることができるという特徴を活かして、新規なコンテンツ配信システムを構築することができる。このようなコンテンツ配信システムを図３６を参照して説明する。コンテンツ配信システムにおいて、基地局を設けるのに好適な空間としては、デジタルコンテンツを販売する情報キオスク等の店舗、あるいは従来のＣＤやＤＶＤソフトパッケージを販売する店舗が想定され、基地局を中心とした特定の範囲がサービスエリアとなる。
【０４１２】
図３６は、ワイヤレス光通信システム１００１を用いたコンテンツ配信システム１２５１の構成を示す。コンテンツ配信システム１２５１は、ワイヤレス光通信システム１００１と、ストレージ・サーバシステム２５４と、データベースセンター２５５（認証・課金サイト）とを含む。ワイヤレス光通信システム１００１においては、図１に示される基地局１００１として、図３５を参照して説明した基地局２４０が用いられている。また、端末装置１００３として、端末装置２５３が用いられている。外部のデジタル機器１０１２として、ストレージ・サーバシステム２５４が用いられている。
【０４１３】
基地局２４０は、例えばコンテンツを販売する店舗に設置される。
【０４１４】
コンテンツ配信システム１２５１では、従来店頭で販売されていたコンテンツは、全てストレージ・サーバシステム２５４に蓄積され、ギガビットイーサネット（Ｒ）によってネットワーク化されている。ワイヤレスインターフェイスを備えた基地局２４０もストレージ・サーバシステム２５４に接続されており、端末装置２５３は基地局２４０にワイヤレスアクセスして、購入したデジタルコンテンツを瞬時にダウンロードする。
【０４１５】
端末装置２５３は、例えば、データ通信機能を有するモバイルフォン（携帯電話またはＰＨＳ）である。端末装置２５３は、データ通信機能を含む電話機能を内蔵したＰＤＡやノートＰＣ等であってもよい。端末装置２５３は、携帯電話網２５７に接続することが可能な接続部１２５４と、不揮発性記憶媒体１２５３とを含む。端末装置２５３の接続部１２５４は、携帯電話網２５７および／またはインターネット２５８を介して、購入コンテンツ（基地局２４０から端末装置２５３に送信されることが所望されるコンテンツ）のリクエスト（購入申し込み）（Ａ）をデータベースセンター２５５に対して送信する。これに応答して、データベースセンター２５５はユーザの個人認証および決済／課金を行う。接続部１２５４は、公知のモバイルフォンの技術により、携帯電話網にアクセス可能に構成されている。
【０４１６】
ユーザの個人認証および決済／課金ステップの後、データベースセンター２５５から、決済／課金ステップが完了した旨と、購買されたコンテンツ内容とを示す情報が、インターネット２５８経由でストレージ・サーバシステム２５４に送信される（Ｂ）。
【０４１７】
ストレージ・サーバシステム２５４から基地局２４０を介して端末装置２５３にアクセス許可情報が送信され、ディスプレイ１２５２に表示され、ユーザに確認される。あるいは、アクセス許可情報は、端末装置２５３が有するモバイルフォンのデータ通信機能によって、データベースセンター２５５から端末装置２５３に直接送信されてもよい（Ｂ’）。
【０４１８】
アクセス許可情報を確認した後、ユーザは端末装置２５３から基地局２４０を介してストレージ・サーバシステム２５４にワイヤレス接続し、さらにストレージ・サーバシステム２５４との間で少なくとも個人認証が再確認（Ｃ）された後、購買手続きの完了したされたデジタルコンテンツが基地局２４０から端末装置２５３にダウンロードされる（Ｄ）。
【０４１９】
ダウンロードされたデジタルコンテンツは、端末装置２５３の不揮発性記憶媒体１２５３に記憶され、ユーザが所望するタイミングで再生され得る。
【０４２０】
ワイヤレス光通信システム１００１によれば、同時に複数のユーザに対してダウンロードを行うことが可能であり、そのダウンロードにかかる時間は短い。例えば、ダウンロードにかかる時間は、音楽ＣＤ１枚をＭＰ３フォーマットに変換して転送する場合で数秒程度、ＭＰＥＧ２形式で収録されたＤＶＤ１枚をそのまま転送する場合でも１分程度である。販売サイトにおいては、カウンター等（図３６には示されていない。図５Ａ参照）の端末装置２５３のための配置場所を予め空間セルに適合させて配置することが可能である。これにより、ユーザは必ずしも転送時間中に端末装置２５３を保持し続ける必要はない。従って、ＤＶＤに収録された映画等の、端末装置２５３で再生することを想定されていない（画面の小さい端末装置２５３で再生して鑑賞するメリットがあまりない）コンテンツを端末装置２５３にダウンロードして家庭に持ち帰り、ホームサーバ（図３６には示されていない、図３４参照）にアップロードして大画面で鑑賞する、といった利用形態を実現することができる。
【０４２１】
図３６に示される本発明の配信システムとは対照的に、いわゆるブロードバンドのインターネット接続による各家庭へのオンライン配信システム等も検討されている。本発明の配信システムでは、ダウンロードが実際の店舗において行なわれるので、ユーザは、例えば、店舗内の高精細大画面ディスプレイで実際に試聴してからコンテンツを購入するか否かを判断でき、不所望なコンテンツを購入してしまうというリスクを低減することができる。このように、本発明の配信システムは、家庭へのオンライン配信システムと比較して、ユーザにとってのメリットが大きい。
【０４２２】
また、店舗床面積とバックボーンネットワークを増強し、設置する基地局数を増加させれば、端末装置への転送速度を損なうことなくユーザ数の増加に対処することができる。このような利点は、ワイヤレス光通信システム１００１において、ワイヤレス区間のサービスエリアが基地局周辺に限定されたユーザサイズの空間セルであることに起因してもたらされる。
【０４２３】
コンテンツを蓄積するストレージ・サーバシステム２５４は、必ずしも展開される全ての店舗サイトに構築する必要はない。店舗間を高速専用線や光ファイバ網で接続して、ＲＡＩＤ対応のストレージ・サーバシステム２５４に格納されるコンテンツを共有して基地局を設置することによって情報キオスクの販売網を拡張する利用形態も望ましい。
【０４２４】
図３６の例では、データベースセンター２５５における個人認証／本人認証は、モバイルフォンとしてのデータ通信機能やＳＩＭカード等を利用して行われ得る。この場合、ワイヤレス光通信システム１００１は、単にストレージ・サーバシステム２５４に直接ワイヤレスアクセスすることが可能な高速インターフェイスとして利用されている。このような認証／課金プロセスを有するコンテンツ配信システムは容易に構築することができる。なぜなら、既存の認証／課金サイトまたはサービスを利用することができるため、ワイヤレス光通信システムの詳細にかかわらず実現できるからである。
【０４２５】
ところが、ワイヤレス区間のカバーエリアは基地局周辺に限定され、ワイヤレス光通信システム１００１はユーザサイズの空間セルを備える空間多重型の光通信システムであることから、第３者の盗聴またはなりすましに対して非常に堅牢である。したがって、上記の認証および課金のプロセスをワイヤレス光インターフェイスを通じて行うことによって、コンテンツ配信システムとしてのセキュリティをより強固に確実なものにできる。
【０４２６】
このような課金を伴うアプリケーションを、これまでに詳しく説明してきた本願ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムのアクセス制御の枠組みの上に構築することは比較的容易である。例えば、端末装置２５３から基地局２４０側に、トレーニングシーケンスへの応答として送られるパケット／フレームの一部に、端末装置２５３からのユーザ認証および課金に関する情報を含めてもよい。基地局２４０自身、またはセキュアな通信路を介して接続される認証／課金サイト２５５は、この情報に基づいて処理する。
【０４２７】
また、上記処理結果に応じて端末装置２５３に通知されるべき、アクセスの継続許可および切断要求などの情報は、基地局２４０から端末装置２５３へのトレーニングシーケンスに含められるのが最も望ましい。認証および課金に関して予め定められたビットパターンを含むようトレーニングシーケンスを拡張することにより、上記処理プロセスの効率さらにはデータ転送の効率を格段に向上させることができる。尚、上記認証／課金に関する情報は、前記トレーニングシーケンスまたは他のプロトコルによるオーバヘッドを除いたペイロード部分に含めて送受信されてもよい。しかしながら、この場合には端末装置が全てのペイロードをフレーム／パケット毎に毎回デコードすることになり、端末装置の処理能力によっては実際のデータ転送および書込みがそれほど高速には行えなくなる。
【０４２８】
このように、ワイヤレス光通信システム、特にユーザサイズの空間セルを用いるワイヤレス光通信システムにおいては、仮に暗号化によるセキュリティ強化を行わないシステムであるとしても、確実に盗聴またはなりすましを防止することができるため、端末装置も含めて極めて低いトータルコストでコンテンツ配信システムを構築することができる。
【０４２９】
また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等とは大きく異なっている。すなわち、端末装置２５３のワイヤレス光インターフェイスが、基地局２４０とのリンクを確立し認証等を行うプロセス、基地局２４０等に対するリモートコントロールとして機能するプロセス、データ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了する（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）ので、ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従って、端末装置２５３は、ユーザのアクションあるいはストレージ・サーバシステム２５４の応答にあわせてワイヤレス光インターフェイスをアクティブにする動作モードに従って動作し得る。これにより、待機消費電力を低減することができる。
【０４３０】
ワイヤレス光インターフェイスは、ある程度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計され得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに要求される設計条件が緩和される。  コンテンツ配信システム１２５１において、コンテンツ販売店舗あるいは情報キオスクのシステム構築に要する初期投資および維持管理コストは、膨大なディスクパッケージを常に流通／在庫させる従来の配信システムに比較して非常に低減される。従って、版権者／著作権者と流通業者とが負担するコストがともに削減される。コストが削減されることにより、サービスが向上する等のユーザにとってのメリットが生じる。
【０４３１】
また、コンテンツ配信システム１２５１においては、デジタルコンテンツがインターネットに直接流出するわけではないので、版権者／著作権者が不利益を披る可能性は皆無に等しい。ただし、購入後のコンテンツの不正コピー対策は、不揮発性記憶媒体１２５３の仕様に依存する。データベースセンター２５５において、コンテンツ購入時にコピー情報を管理することは、不正コピーに関する問題の望ましい解決手段の１つである。
【０４３２】
図３２〜図３６を参照して説明した、空間セルの構成、基地局が備えるデジタル通信インターフェイス（第１のインターフェイス）、端末装置の利用シーン等の組み合わせは、現段階あるいは比較的近い将来におけるホームネットワークやＳＯＨＯ環境で最適なワイヤレスアクセス手段となる。しかしながら、図３２〜図３６に示される利用形態によって、本発明のワイヤレス光通信システム１００１の利用形態が限定されることを出願人は意図していない。個々の具体例において説明した構成要素は、本明細書中の教示に基づいて、適宜変更され得る。例えば、デジタル通信インターフェイスとして、ＦＤＤＩ（Ｆｉｂｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｄａｔａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）やファイバチャネル、ＦＣ−ＡＬスイッチによるＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、さらにはＡＴＭスイッチを基地局に備えたＡＴＭネットワークヘのワイヤレスアクセス環境など、様々な帯域占有型ワイヤレス光ＳＤＭ／ＳＤＭＡ通信システムを構成することが可能である。
【０４３３】
上述したように、本発明のワイヤレス光通信システム１００１は、家庭や店舗等のさまざまな場所で、様々な用途に使用し得る。以下、ワイヤレス光通信システム１００１を家庭内ネットワークに適用する場合のオプションについて説明する。
【０４３４】
ワイヤレス光通信システム１００１においては、基地局１００２の角度分解型受信機１００５は、相対的に大口径のレンズシステム７１０とアレイ素子７１１を用いて構成される（図３）。これは、アップリンクにおける高いＳＮＲを実現し、端末装置のワイヤレス光インターフェイスどうしの通信距離の数倍以上にわたる実用的な広いカバーエリアを実現するためである。しかしながら、角度分解型受信機１００５は、この構成により、動作時の消費電力が大きくなりがちである。ワイヤレス光通信システム１００１が家庭内ネットワークに適用される場合、ワイヤレス光通信システム１００１を使用しない時には角度分解型受信機１００５を停止または休止状態にすることが省電力化の観点から望ましい。角度分解型受信機１００５が停止または休止状態にある場合に、角度分解型受信機１００５を動作状態へと遷移させるためには（すなわち、基地局１００２を起動させるためは）、角度分解型受信機１００５の使用を前提とせずに、別のリモートコントロール機能が必要である。
【０４３５】
従って、基地局１００２および端末装置１００３（図１）は、ワイヤレス光インターフェイスよりも低速の、端末装置１００３から基地局１００２を起動する際に使用するリモートコントロール通信機能を備えることが好ましい。ここで、起動とは、休止状態からの復帰も含む。このリモートコントロール通信機能には、既存の赤外線リモコンの規格が採用されてもよいし、ＲＦ帯の無線通信が採用されてもよい。このリモートコントロール通信機能に関しては、端末装置１００３が送信機能だけを有し、基地局１００２は受信機能だけを有していれば十分である。図１に示される起動部２０１５は、基地局１００２が有するそのような受信機能を実現する。起動部２０１５はワイヤレス通信（例えば、既存の赤外線リモコンの規格に従う通信またはＲＦ帯の無線通信）を介して所定の起動信号を受け取り、基地局１００２は、起動部２０１５が所定の起動信号を受け取ることに応答して起動する。
【０４３６】
基地局１００２のリモートコントロールとして専用の端末（基地局１００２を起動させるためにのみ使用される端末）が存在してもよい。しかしながら、端末装置１００３の送信機光源および光学系（図１３に示される光送信機光源１００）を共用するソフトウェアベースの赤外線リモートコントロール機能が端末装置１００３に備えられることにより、家庭内において端末装置１００３にアクセスポイントを提供するワイヤレス光通信システム１００１の利便性は一段と向上する。
【０４３７】
なお、本明細書中に開示され、特許請求の範囲として規定される数値は、端末装置の受信機視野角の設定範囲のみならず他の全ての項目において、各部品等の設計・製造段階における典型値（Ｔｙｐｉｃａｌ値、Ｔｙｐ．値）に対して求められる範囲を指している。通常、典型値に対して許容される最大値や最小値の範囲に特性は分布するものである。典型値が本願の特許請求の範囲として規定される数値範囲に含まれれば、個別の各部品等が本願の特許請求の範囲として規定される数値範囲をわずかに逸脱していても本発明に含まれることは言うまでもない。逆に、実際に使用される各部品は選別されており、本願の特許請求の範囲として規定される数値範囲に含まれる特性を有するが、各部品の典型値はその数値範囲に含まれない場合等も同様である。
【０４３８】
【発明の効果】
本発明の空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムにおいて用いられる端末装置は、複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つが入射する受信回路を備える。受信回路は、少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射し、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号を出力する光電変換増幅部と、電気信号のピーク値およびボトム値を検出する検出部と、ピーク値とボトム値と電気信号とに基づいて、少なくとも１つのダウンリンク信号光のうち強度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する情報を取得する、取得部とを含む。
【０４３９】
受信回路１０４がこのような構成を有することにより、端末装置は、複数のダウンリンク信号光から１つのダウンリンク信号光を受信回路１０４において誤りなく分離することができる。これにより、１つの端末装置は、１つの空間セルにおいて、その空間セルに割り当てられた帯域を占有して基地局との通信を行うことができ、高速な空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが実現される。
【０４４０】
また、端末装置１００３がこのような分離機能を有していることに起因して、基地局が複数のダウンリンク信号光を送信するための光源に要求される放射角度分布特性への条件が緩和される。このために、基地局のコストが低減され、コストパフォーマンスに優れた空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが実現される。
【０４４１】
本発明の空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムにおいて用いられる基地局は、この基地局を介して端末装置をデジタル機器に接続する。この基地局は、複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、角度分解型の光受信機と、デジタル機器に接続するための第１のインターフェイスとを備えている。複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異なる特定の方向に設定されている。このように、空間がセルに分割されて、１つの空間セルは１つのビーム光源が割り当てられる。端末装置は、収容された空間セルに割り当てられたチャンネル（空間チャンネル）の帯域を占有して基地局と双方向通信を行うことが可能になる。このため、高速な空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが実現される。
【０４４２】
また、基地局は送信機にアレイ素子を用いずに、マルチビーム送信機によって複数の空間セルを形成している。このため、基地局のコストを低減することが可能になり、コストパフォーマンスに優れた空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の構成を示すブロック図である。
【図２】基地局１００２を中心とした３つの空間セル１００６の配置を示す図である。
【図３】基地局１００２のマルチビーム送信機１００４の周辺回路および角度分解型受信機１００５の周辺回路の構成の例を示す図である。
【図４】本発明のワイヤレス光通信システム１００１を家庭内で使用する場合に好適に採用され得る空間セルの配置例を示す図である。
【図５Ａ】オフィスやデジタルコンテンツの店舗等において複数のユーザが頻繁に同時にアクセスする環境における空間セルの配置の例を示す図である。
【図５Ｂ】オフィスやデジタルコンテンツの店舗等において複数のユーザが頻繁に同時にアクセスする環境における空間セルの配置の例を示す図である。
【図６Ａ】空間セルが２次元的に配置されている例を示す図である。
【図６Ｂ】空間セルが２次元的に配置されている例を示す図である。
【図７Ａ】マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性を示す図である。
【図７Ｂ】マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性を示す図である。
【図８】ビーム光源７２０として指向半値全角がφｔである一般化ランバーシアン光源を用いて単独の空間セルにビーム光を照射する例を示す図である。
【図９】ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の１つのビーム光源７２０に要求される光出力と、定数Ｃとの関係を示す図である。
【図１０】１つのビーム光源７２０に要求される光出力を最小化するＣ＿ｍｉｎの値と、空間セルの広がり角θとの関係を示す図である。
【図１１Ａ】各空間セルの広がり角θと比較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が大きい場合のデッドゾーンを示す図である。
【図１１Ｂ】各空間セルの広がり角θと比較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が小さい場合のデッドゾーンを示す図である。
【図１２】ＢＥＲが１０−８以下でが受信可能な領域が３次元空間のカバーエリアに対して占める割合と、定数Ｃとの関係を示す図である。
【図１３】端末装置１００３の主要部分の構成の例を示す図である。
【図１４Ａ】基地局１００２のマルチビーム送信機１００４から送信されるダウンリンク信号光の平面Ｖ上での等光強度線を示す図である。
【図１４Ｂ】ダウンリンク信号光１３〜１５に対応する空間セルの内部の点Ｐにおける光強度を示す図である。
【図１５】図１３に示される端末装置１００３の受信回路１０４（受信フロントエンド）のブロック図である。
【図１６】フォトダイオード１１０およびレンズ系１０１からなる受光部が本来有する受光感度と波長との関係を示す図である。
【図１７】光学的バンドパスフィルタ１０２として平板の誘電体多層膜を用いた場合の、透過率と波長との関係を示す図である。
【図１８Ａ】標準的な人間が、ある軸を有する物体を意図的に標的に差し向ける際の角度ずれの確率密度分布の測定例を示す図である。
【図１８Ｂ】標準的な人間が、ある軸を有する物体を意図的に標的に差し向ける際の角度ずれの確率密度分布の測定例を示す図である。
【図１９】基地局１００２の角度分解型受信機１００５において用いられ得るフォトダイオードアレイ素子５００を示す図である。
【図２０】アレイ素子５００とトリプレットレンズシステム５０５との位置関係を示す図である。
【図２１】端末装置１００３からの信号光が、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０の開口に入射し、アレイ受光素子５００の表面に形成するスポット５０８を示す図である。
【図２２】単位ピクセル５０６の視野角をφｒ（ｉ）と、角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒ（ｉ）との関係を示す図である。
【図２３】遠近問題が起こり得る状況を説明する図である。
【図２４】基地局から遠い位置にある端末装置１００３−１と、基地局から近い位置にある端末装置１００３−２とからのアップリンク信号光によって、角度分解型受信機１００５のアレイ素子７１１の受光面上に形成される光スポットを示す図である。
【図２５Ａ】端末装置の望ましい場所をユーザに視覚的に示すための表示装置を備えた基地局１４０の使用形態を示す図である。
【図２５Ｂ】基地局１４０の前面を示す図である。
【図２６Ａ】図２５Ｂに示される基地局１４０のバリエーションである基地局１４０ａの前面を示す図である。
【図２６Ｂ】表示要素１５４〜１５６として用いられ得るＬＥＤの放射角度分布特性を示す図である。
【図２７】トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる例を示す図である。
【図２８】トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図２９】トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図３０】トレーニングシーケンスによって端末装置の位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図３１】隣り合う空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）とに送信される互いに逆相の信号シーケンスと、それらの信号シーケンスが重畳された信号シーケンスとを示す図である。
【図３２】ＩＥＥＥ１３９４規格群に従うデジタル機器と高い親和性で接続し得る基地局２１０を示す図である。
【図３３】ワイヤレス光通信システム１００１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワークを構成した例を示す図である。
【図３４】ワイヤレス光通信システム１００１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワークを構成した例を示す図である。
【図３５】ギガビットイーサネット（Ｒ）と高い親和性で接続することができる基地局２４０の構成を示す図である。
【図３６】ワイヤレス光通信システム１００１を用いたコンテンツ配信システム１２５１の構成を示す図である。
【図３７Ａ】各家庭を接続するＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）の構成を示すブロック図である。
【図３７Ｂ】各家庭から送出された光バースト信号の信号波形と、それらの光バースト信号がスターカプラを経て時分割多重化され、局側のＯＳＵあるいはＯＬＴで受信された場合の受信信号の信号波形とを示す図である。
【符号の説明】
７２０  ビーム光源
１００１  ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム
１００２  基地局
１００４  マルチビーム送信機
１００５  角度分解型受信機
１００３  端末装置
１００６  空間セル
１００７、１００８  インターフェイス
１０１２、１０１３  デジタル機器
２０１６  アップリンク信号光
２０１７  ダウンリンク信号光
２０１５  起動部
２０１４  バックプレーン
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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