(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のグループを構成し、互いに異なる波長の光信号を送信する複数の送信器と、
前記グループごとに設けられ、前記グループに属する前記送信器から送信された光信号を合波することにより波長多重された光信号を出力する合波器と、
前記グループごとに設けられ、波長多重された光信号を増幅する光アンプと、
前記グループごとに設けられ、増幅された光信号を空間に送信する光アンテナと、
を有する光空間通信ターミナルと、
前記光空間通信ターミナルによって送信された光信号を受信する受信ターミナルと、
を備え、
前記グループごとの前記光アンテナは、前記受信ターミナルの同一の前記光アンテナに光信号を送信すること
を特徴とする光空間通信システム。
【請求項２】
多重された波長ごとの光信号に分波する分波器と、
多重された波長ごとに設けられ、前記分波器によって分波された光信号を受信する受信器と、
を備え、
前記光アンテナは、空間を伝播した光を集光し、
前記光アンプは、前記光アンテナによって集光された光を増幅し、
前記分波器は、前記光アンプによって増幅された光を、当該光に多重された波長ごとの光信号に分波し、
前記受信器は、前記分波器によって分波された光信号を復調および復号すること
を特徴とする請求項１記載の光空間通信システム。
【請求項３】
請求項２記載の光空間通信システムが備える前記分波器によって分波された複数の光信号を復調および復号する受信器であって、
前記分波器によって分波された複数の光信号がそれぞれコヒーレント検波されてから、アナログデジタル変換された複数のデジタル信号を入力し、入力した複数のデジタル信号に多重入力単一出力処理および等化処理を行うＭＩＳＯ等化処理部と、
前記ＭＩＳＯ等化処理部によって処理された信号の位相差を補償する位相差補償部と、
位相差が補償された信号を復号するデマッピング部と、
を備えたことを特徴とする受信器。
【請求項４】
請求項１記載の光空間通信システムにおいて、
前記受信ターミナルの前記光アンテナの開口中心を頂点として、前記光空間通信ターミナルが備えるいずれか２つの前記光アンテナの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、前記受信ターミナルの入射光に対する許容角度誤差範囲に含まれること
を特徴とする光空間通信システム。
【請求項５】
請求項２記載の光空間通信ターミナルである第一の送受信ターミナルと、
前記第一の送受信ターミナルとの間で光信号を送受信する第二の送受信ターミナルと、
を備え、
前記第二の送受信ターミナルの前記光アンテナの開口中心を頂点として、前記第一の送受信ターミナルが備えるいずれか２つの前記光アンテナの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、前記第二の送受信ターミナルにおける入射光に対する許容角度誤差範囲に含まれ、
前記第一の送受信ターミナルと前記第二の送受信ターミナルは、双方向通信を行うこと
を特徴とする光空間通信システム。
【請求項６】
請求項２記載の光空間通信ターミナルが備える前記分波器によって分波された複数の光信号を復調および復号する受信器の光空間通信受信方法であって、
ＭＩＳＯ等化処理部が、前記分波器によって分波された複数の光信号がそれぞれコヒーレント検波されてから、アナログデジタル変換された複数のデジタル信号を入力し、入力した複数のデジタル信号に多重入力単一出力処理および等化処理を行うステップと、
位相差補償部が、前記ＭＩＳＯ等化処理部によって処理された信号の位相差を補償するステップと、
デマッピング部が、位相差が補償された信号を復号するステップと、
を備え、
前記ＭＩＳＯ等化処理部、前記位相差補償部およびデマッピング部による一連の処理を繰り返し実行すること
を特徴とする光空間通信受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、受信器、光空間通信システムおよび光空間通信受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間通信は、マイクロ波無線通信に比べてキャリアである光の波長が短く、ビームの広がりを抑えた効率的な光の伝送が可能であるため、次世代の静止衛星のフィーダリングへの適用が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｐ．  Ｓｈｕｂｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  “  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  Ｈｉｇｈ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｌａｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ”，  Ｐｒｏｃ．  ＩＣＳＯＳ  ２０１９，  Ｓ３．３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載されるように、光空間通信においてＴｂｐｓ級のフィーダリングを実現するためには、１００Ｗ超級の光パワーが必要である。しかしながら、１００Ｗ超級の高出力光アンプは実現が困難であり、従来の光空間通信技術では、光アンプの出力不足に起因して通信容量が減少するという課題があった。例えば、光アンプの出力が不足していると、光空間通信送信ターミナルの送信パワーが不足し、これに伴って光空間通信受信ターミナルに到達する光パワーも不足し、受信信号から復調された信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下するので、通信容量が減少する。【０００５】
本開示は、上記課題を解決するものであり、光空間通信における光アンプの出力不足に起因した通信容量の減少を抑制できる受信器、光空間通信システムおよび光空間通信受信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る光空間通信システムは、複数のグループを構成し、互いに異なる波長の光信号を送信する複数の送信器と、グループごとに設けられ、グループに属する送信器から送信された光信号を合波することにより波長多重された光信号を出力する合波器と、グループごとに設けられ、波長多重された光信号を増幅する光アンプと、グループごとに設けられ、増幅された光信号を空間に送信する光アンテナを有する光空間通信ターミナルと、光空間通信ターミナルによって送信された光信号を受信する受信ターミナルと、を備え、グループごとの光アンテナは、受信ターミナルの同一の光アンテナに光信号を送信する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、波長多重される複数の波長をグループに分け、グループごとに異なる波長の光信号を合波し、波長多重された光信号を増幅し、増幅された光信号を、グループごとに同一の方向に送信するので、個々の波長の送信パワーを増加させることができる。これにより、受信側に到達する光パワーも増加し、受信信号から復調される信号のＳＮＲが改善されるので、光空間通信における光アンプの出力不足に起因した通信容量の減少を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る光空間通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２に係る光空間通信ターミナルの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態２に係る受信器の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態２に係る光空間通信受信方法を示すフローチャートである。
【図５】図５Ａは、実施の形態２に係る受信器の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図５Ｂは、実施の形態２に係る受信器の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態３に係る光空間通信システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光空間通信システム１の構成を示すブロック図である。図１において、光空間通信システム１は、例えば、互いに異なる４つの波長λ１〜λ４の光が波長多重された光信号を通信するシステムであり、光空間通信送信ターミナル２および光空間通信受信ターミナル３を備える。
【００１０】
光空間通信送信ターミナル２は、波長λ１〜λ４の光を波長多重した光信号を送信する送信ターミナルである。光信号は、光空間通信受信ターミナル３への送信信号が光信号用の信号点にマッピングされた信号である。光空間通信受信ターミナル３は、光空間通信送信ターミナル２によって送信された光信号を受信する受信ターミナルである。光空間通信受信ターミナル３によって受信された光信号の上記信号点から上記送信信号がデマッピングされる。
【００１１】
光空間通信送信ターミナル２の構成要素は、グループ（１）とグループ（２）に分けられている。グループ（１）には、光アンテナ２１ａ、光アンプ２２ａ、合波器２３ａ、送信器２４ａおよび送信器２４ｂが属する。グループ（２）には、光アンテナ２１ｂ、光アンプ２２ｂ、合波器２３ｂ、送信器２４ｃおよび送信器２４ｄが属する。グループ（１）は、４つの波長λ１〜λ４のうち、隣接する波長λ１と波長λ２を波長多重した光信号を送信するグループであり、グループ（２）は、隣接する波長λ３と波長λ４を波長多重した光信号を送信するグループである。
【００１２】
波長多重される複数の波長には、隣接した波長の間隔において光信号のスペクトル帯域に重複がないものが用いられる。例えば、グループ（１）においては、波長λ１の光信号のスペクトル帯域と波長λ２の光信号のスペクトル帯域との間に重複はなく、グループ（２）においては、波長λ３の光信号のスペクトル帯域と波長λ４の光信号のスペクトル帯域との間に重複はない。また、グループ（１）のいずれかの波長の光信号のスペクトル帯域とグループ（２）のいずれかの波長の光信号のスペクトル帯域との間にも重複はない。これにより、波長が近い光信号同士の干渉が抑制される。
【００１３】
グループ（１）において、送信器２４ａは、波長λ１の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ１））であり、送信器２４ｂは、波長λ２の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ２））である。合波器２３ａは、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を合波することによって、波長λ１と波長λ２が波長多重された光信号を生成する。光アンプ２２ａは、合波器２３ａによって生成された波長多重信号を増幅する。
【００１４】
グループ（２）において、送信器２４ｃは、波長λ３の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ３））であり、送信器２４ｄは、波長λ４の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ４））である。合波器２３ｂは、波長λ３の光信号と波長λ４の光信号を合波することによって、波長λ３と波長λ４が波長多重された光信号を生成する。光アンプ２２ｂは、合波器２３ｂによって生成された波長多重信号を増幅する。
【００１５】
グループ（１）に属する光アンテナ２１ａは、光アンプ２２ａによって増幅された波長λ１と波長λ２とが波長多重された光信号を、光空間通信受信ターミナル３に送信する。同様に、グループ（２）に属する光アンテナ２１ｂは、光アンプ２２ｂによって増幅された波長λ３と波長λ４とが波長多重された光信号を、光空間通信受信ターミナル３に送信する。すなわち、光アンテナ２１ａと光アンテナ２１ｂは、共通した送信対象が存在する同一の方向に光信号を送信している。
【００１６】
光アンプ２２ａと光アンプ２２ｂのそれぞれの出力パワーには限界があるので、光空間通信送信ターミナル２は、波長多重される複数の波長をＮ（Ｎは２以上の整数）個のグループに分け、グループごとに異なる波長の光信号を合波し、波長多重された光信号を増幅し、増幅された光信号を、グループごとに同一の方向に送信する。これにより、各波長の信号の送信パワーがＮ倍となり、光空間通信受信ターミナル３に対して、波長当たりＮ倍の光パワーの信号が受信されるので、光空間通信送信ターミナル２では、ＳＮＲが約Ｎ倍改善され、約Ｎ倍の通信容量が実現可能である。
【００１７】
光アンテナ２１ａから出力された光信号と光アンテナ２１ｂから出力された光信号は、波長が互いに異なるため、干渉が低減される。これにより、光空間通信受信ターミナル３には、一つの光アンテナによって送信された波長多重信号と同様に波長多重された光信号が送信される。
【００１８】
波長λ１〜λ４の光信号を一つの波長多重信号とし、一つの光アンプによって増幅してから一つの光アンテナで送信する場合に比べて、光空間通信送信ターミナル２では、通信容量を変えずに個々の光アンプの出力パワーを下げることができる。すなわち、各波長の信号の送信パワーは上がるが、個々の光アンテナの送信パワーは下がるため、光空間通信送信ターミナル２は、アイセーフの観点で有効である。
【００１９】
光空間通信送信ターミナル２では、波長多重される複数の波長のうち、波長が近い光信号の送信系統が同一のグループに分けられている。これにより、同一のグループに属する光アンプと光アンテナがサポートする波長範囲は、複数の波長が波長多重された光信号を一括して増幅し送信する場合に比べて狭くなるので、光アンプにおける利得の波長依存性が小さくなる。
【００２０】
利得を一定にするために内部にフィルタを有した光アンプでは、フィルタの損失が低減される。複数の波長の光信号をグループに分けることにより、グループごとの光アンテナがサポートする波長範囲が狭くなるので、光空間通信送信ターミナル２は、よりシンプルな構成の光学系が許容される。例えば、色収差を抑えるためのレンズの枚数を減らすことができ、また反射防止のための誘電体多層膜の層数を減らすことができる。
【００２１】
光空間通信受信ターミナル３は、光アンテナ３１、光アンプ３２、分波器３３、受信器３４ａ、受信器３４ｂ、受信器３４ｃおよび受信器３４ｄを備えている。光アンテナ３１は、光空間通信送信ターミナル２から送信されて空間を伝播した光を集光する。光アンプ３２は、光アンテナ３１によって集光された光を増幅する。分波器３３は、光アンプ３２によって増幅された光に波長多重されている波長ごとの光信号を分波する。
【００２２】
受信器３４ａは、分波器３３によって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ１の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ１））である。受信器３４ｂは、分波器３３によって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ２の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ２））である。受信器３４ｃは、分波器３３によって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ３の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ３））である。受信器３４ｄは、分波器３３によって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ４の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ４））である。
【００２３】
光空間通信受信ターミナル３の光アンテナ３１の開口中心を頂点として、光空間通信送信ターミナル２が備える光アンテナ２１ａの開口中心および光アンテナ２１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、光空間通信受信ターミナル３における入射光に対する許容角度誤差範囲内に含まれる。これにより、光空間通信送信ターミナル２が備える光アンテナ２１ａおよび光アンテナ２１ｂによって送信された光は、光空間通信受信ターミナル３が備える光アンテナ３１において、許容角度誤差範囲内の入射角で入射され、一つの光アンテナによって送信された波長多重信号と同様に受信される。
【００２４】
例えば、光空間通信送信ターミナル２と光空間通信受信ターミナル３との通信距離が長い場合、光アンテナ３１の開口中心を頂点として、光アンテナ２１ａの開口中心および光アンテナ２１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、極めて小さな角度になる。このため、当該角度は、結果的に、光空間通信受信ターミナル３における入射光に対する許容角度誤差範囲内になる。
【００２５】
これまでの説明では、光空間通信送信ターミナル２が、４つの波長の光信号を波長多重する場合を示したが、互いに異なる２つの波長の信号を波長多重してもよいし、３つ以上の波長を波長多重してもよい。また、これまでの説明では、光空間通信送信ターミナル２の構成要素をグループ（１）およびグループ（２）に分ける場合を示したが、光空間通信送信ターミナル２の構成要素は、３つ以上のグループに分けても構わない。
【００２６】
さらに、これまでの説明では、光空間通信送信ターミナル２において、グループごとに２つの信号の異なる２つの波長を波長多重する場合を示したが、各グループにおいて波長多重される波長の数は、同じ数でなくてもよい。例えば、波長多重される波長の数が５つであった場合、グループ（１）において３つの信号の異なる３つの波長が波長多重され、グループ（２）において２つの信号の異なる２つの波長が波長多重されてもよい。
【００２７】
以上のように、実施の形態１に係る光空間通信送信ターミナル２は、波長多重される複数の波長をグループに分け、グループごとに異なる波長の光信号を合波し、波長多重された光信号を増幅し、増幅された光信号をグループごとに同一の方向に送信する。これにより、光空間通信送信ターミナル２は、個々の波長の送信パワーを増加させることができ、これに伴って受信側に到達する光パワーも増加し、受信信号から復調される信号のＳＮＲが改善されるので、光空間通信における光アンプの出力不足に起因した通信容量の減少を抑制できる。
【００２８】
実施の形態１に係る光空間通信システム１においては、光空間通信受信ターミナル３の光アンテナ３１の開口中心を頂点として、光空間通信送信ターミナル２が備える光アンテナ２１ａの開口中心および光アンテナ２１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度が、光空間通信受信ターミナル３における入射光に対する許容角度誤差範囲に含まれる。これにより、光空間通信受信ターミナル３は、光アンテナ２１ａおよび光アンテナ２１ｂによって送信された光を、一つの光アンテナによって送信された光と同様に受信できる。
【００２９】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る光空間通信ターミナルである、光空間通信送受信ターミナル４の構成を示すブロック図である。図２において、光空間通信送受信ターミナル４は、波長λ１〜λ４の光を波長多重した光信号を送信し、波長λ５〜λ８の光が波長多重された光信号を受信する光空間通信ターミナルであり、光アンテナ４１ａと光アンテナ４１ｂを用いて光信号を送受信する。
【００３０】
また、光空間通信送受信ターミナル４は、光信号を送信する構成要素として、光アンプ４２ａ、光アンプ４２ｂ、合波器４３ａ、合波器４３ｂ、送信器４４ａ、送信器４４ｂ、送信器４４ｃおよび送信器４４ｄを備え、光信号を受信する構成要素として、光アンプ４５ａ、光アンプ４５ｂ、分波器４６ａ、分波器４６ｂ、受信器４７ａ、受信器４７ｂ、受信器４７ｃおよび受信器４７ｄを備える。
【００３１】
光空間通信送受信ターミナル４における光信号を送信する構成要素は、実施の形態１と同様に、グループ（１）およびグループ（２）に分けられている。グループ（１）には、光アンテナ４１ａ、光アンプ４２ａ、合波器４３ａ、送信器４４ａおよび送信器４４ｂが属している。グループ（２）には、光アンテナ４１ｂ、光アンプ４２ｂ、合波器４３ｂ、送信器４４ｃおよび送信器４４ｄが属している。グループ（１）は、４つの波長λ１〜λ４のうち、隣接した波長λ１と波長λ２とを波長多重した光信号を送信するグループである。グループ（２）は、隣接する波長λ３と波長λ４とを波長多重した光信号を送信するグループである。
【００３２】
波長多重される複数の波長には、実施の形態１と同様に、隣接した波長の間隔において光信号のスペクトル帯域に重複がないものが用いられる。例えば、グループ（１）では、波長λ１の光信号のスペクトル帯域と波長λ２の光信号のスペクトル帯域との間に重複はなく、グループ（２）においては、波長λ３の光信号のスペクトル帯域と、波長λ４の光信号のスペクトル帯域との間に重複はない。また、グループ（１）のいずれかの波長の光信号のスペクトル帯域とグループ（２）のいずれかの波長の光信号のスペクトル帯域との間にも重複はない。これにより、波長が近い光信号同士の干渉が抑制される。
【００３３】
グループ（１）において、送信器４４ａは、波長λ１の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ１））であり、送信器４４ｂは、波長λ２の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ２））である。合波器４３ａは、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を合波することによって、波長λ１と波長λ２が波長多重された光信号を生成する。光アンプ４２ａは、合波器４３ａによって生成された波長多重信号を増幅する。
【００３４】
グループ（２）において、送信器４４ｃは、波長λ３の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ３））であり、送信器４４ｄは、波長λ４の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ４））である。合波器４３ｂは、波長λ３の光信号と波長λ４の光信号を合波することによって、波長λ３と波長λ４が波長多重された光信号を生成する。光アンプ４２ｂは、合波器４３ｂによって生成された波長多重信号を増幅する。
【００３５】
グループ（１）に属する光アンテナ４１ａは、光アンプ４２ａによって増幅された波長λ１と波長λ２とが波長多重された光信号を送信する。同様に、グループ（２）に属する光アンテナ４１ｂは、光アンプ４２ｂによって増幅された波長λ３と波長λ４が波長多重された光信号を送信する。光アンテナ４１ａと光アンテナ４１ｂは、共通した送信対象が存在する同一の方向に光信号を送信する。
【００３６】
光アンプ４２ａと光アンプ４２ｂのそれぞれの出力パワーには限界があるので、光空間通信送受信ターミナル４は、波長多重される複数の波長を、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のグループに分け、グループごとに異なる波長の光信号を合波し、波長多重された光信号を増幅し、増幅した光信号をグループごとに同一の方向に送信する。これにより、各波長の信号の送信パワーがＮ倍となり、受信側で波長当たりＮ倍の光パワーの信号が受信されるので、光空間通信送受信ターミナル４は、ＳＮＲが約Ｎ倍改善され、約Ｎ倍の通信容量が実現可能である。
【００３７】
光空間通信送受信ターミナル４の光信号の受信系統において、光アンテナ４１ａおよび光アンテナ４１ｂは、空間を伝播してきた光を集光する。例えば、光空間通信送受信ターミナル４までの通信距離が長い場合には、空間を伝播して光空間通信送受信ターミナル４に到達した光は、十分広がっているため、複数の光アンテナに入射される。
【００３８】
光アンプ４５ａは、光アンテナ４１ｂによって集光された光を増幅し、光アンプ４５ｂは、光アンテナ４１ａによって集光された光を増幅する。分波器４６ａは、光アンプ４５ａによって増幅された光に波長多重されている波長ごとの光信号を分波し、分波器４６ｂは、光アンプ４５ｂによって増幅された光に波長多重されている波長ごとの光信号を分波する。
【００３９】
受信器４７ａは、分波器４６ａによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ５の光信号を受信し、分波器４６ｂによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ５の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ５））である。受信器４７ｂは、分波器４６ａによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ６の光信号を受信し、分波器４６ｂによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ６の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ６））である。
【００４０】
受信器４７ｃは、分波器４６ａによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ７の光信号を受信し、分波器４６ｂによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ７の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ７））である。受信器４７ｄは、分波器４６ａによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ８の光信号を受信し、分波器４６ｂによって波長ごとに分波された光信号のうち、波長λ８の光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ８））である。
【００４１】
図３は、受信器４７ａ〜４７ｄの構成を示すブロック図である。図３において、受信器４７ａ〜４７ｄは、分波器４６ａと分波器４６ｂとによって分波された光信号を受信するコヒーレント受信器である。受信器４７ａ〜４７ｄは、コヒーレント検波器４７１ａ、コヒーレント検波器４７１ｂ、ＡＤＣ４７２、ＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５を備える。なお、ＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５は、ＡＤＣ４７２と接続したデジタル信号処理回路が備える機能構成要素である。
【００４２】
コヒーレント検波器４７１ａとコヒーレント検波器４７１ｂは、分波器４６ａと分波器４６ｂによって分波された波長の光信号を、局発光源から出力された局発光（レーザ光）と干渉させて電気信号に変換する検波器である。例えば、受信器４７ａにおいて、コヒーレント検波器４７１ａは、分波器４６ａによって分波された波長λ５の光信号を、局発光源から出力された局発光と干渉させて電気信号に変換する。コヒーレント検波器４７１ｂは、分波器４６ｂによって分波された波長λ５の光信号を、局発光源から出力された局発光と干渉させて電気信号に変換する。
【００４３】
ＡＤＣ４７２は、コヒーレント検波器４７１ａとコヒーレント検波器４７１ｂによってコヒーレント検波された各電気信号を用いて、受信光信号から分波された波長の光信号に対応するアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器である。例えば、受信器４７ａにおいて、ＡＤＣ４７２は、コヒーレント検波器４７１ａによって検波された波長λ５の光信号の電気信号とコヒーレント検波器４７１ｂによって検波された波長λ５の光信号の電気信号を用いて、波長λ５の光信号に対応するアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。
【００４４】
ＭＩＳＯ等化処理部４７３は、ＡＤＣ４７２によってアナログの電気信号から変換された複数のデジタル信号に対して、多重入力単一出力処理（ＭＩＳＯ処理）および等化処理を行う。例えば、ＭＩＳＯ等化処理部４７３がＦＩＲフィルタで実現される場合、ＭＩＳＯ等化処理部４７３の出力が想定する信号点分布に近づくように、フィルタ係数が適応的に設定される。フィルタ係数の設定には、信号の一部にあらかじめ挿入された既知の信号パタンによる最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いてもよいし、定包絡線基準アルゴリズムまたは仮判定に基づくＬＭＳアルゴリズムなどの既知の信号パタンを必要としない方法を用いてもよい。
【００４５】
位相差補償部４７４は、ＭＩＳＯ等化処理部４７３によってＭＩＳＯ処理と等化処理が行われた信号の位相差を補償する。例えば、位相差補償部４７４は、ＭＩＳＯ処理と等化処理が行われた信号について、送信器４４ａ〜４４ｄから出力された送信信号と局発光との周波数差および位相差を搬送波推定により補償する。ＭＩＳＯ処理、等化処理および位相補償からなる一連の処理が光信号の復調である。
【００４６】
デマッピング部４７５は、位相差補償部４７４によって位相差が補償された信号を復号する。例えば、ＭＩＳＯ処理と等化処理が行われた信号に対して、送信系統でのビット系列と信号のマッピングに対応して、ビット系列を受信信号として出力する。復調された信号点からビットデータに変換する処理が、光信号の復号である。
なお、コヒーレント検波器４７１ａ、コヒーレント検波器４７１ｂおよびＡＤＣ４７２は、受信器４７ａ〜４７ｄが備えず、ターミナルが備える構成要素であってもよい。この場合には、受信器４７ａ〜４７ｄは、ＡＤＣ４７２と接続したデジタル信号処理回路のみを備える。
【００４７】
実施の形態２に係る光空間通信受信方法は、以下の通りである。
図４は、実施の形態２に係る光空間通信受信方法を示すフローチャートであり、受信器４７ａ〜４７ｄにおけるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の各処理を示している。ＭＩＳＯ等化処理部４７３は、ＡＤＣ４７２からの複数のデジタル信号に対して、ＭＩＳＯ処理および等化処理を行う（ステップＳＴ１）。続いて、位相差補償部４７４は、ＭＩＳＯ等化処理部４７３によってＭＩＳＯ処理と等化処理が行われた信号の位相差を補償する（ステップＳＴ２）。デマッピング部４７５は、位相差補償部４７４によって位相差が補償された信号に対してデマッピングを行う（ステップＳＴ３）。受信器４７ａ〜４７ｄは、ＡＤＣ４７２から信号を入力し、ステップＳＴ１〜３の処理を繰り返し実行する。
【００４８】
受信器４７ａ〜４７ｄの機能を実現するハードウェア構成は、以下の通りである。
図５Ａは、受信器４７ａ〜４７ｄの機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図５Ｂは、受信器４７ａ〜４７ｄの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、コヒーレント検波器１００は、図３に示したコヒーレント検波器４７１ａおよびコヒーレント検波器４７１ｂであり、ＡＤＣ１０１は、図３に示したＡＤＣ４７２である。
【００４９】
受信器４７ａ〜４７ｄが備えるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の機能は、処理回路（デジタル信号処理回路）により実現される。すなわち、受信器４７ａ〜４７ｄは、図４に示したステップＳＴ１からステップＳＴ３の処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であってもよい。
【００５０】
処理回路が図５Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２である場合に、処理回路１０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。受信器４７ａ〜４７ｄが備えるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の機能は、別々の処理回路で実現されてもよく、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。
【００５１】
処理回路が図５Ｂに示すプロセッサ１０３である場合、受信器４７ａ〜４７ｄが備えるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０４に記憶される。
【００５２】
プロセッサ１０３は、メモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、受信器４７ａ〜４７ｄが備えるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の機能を実現する。例えば、受信器４７ａ〜４７ｄは、プロセッサ１０３によって実行されるときに、図４に示したステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するメモリ１０４を備える。これらのプログラムは、ＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０４は、コンピュータを、ＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
【００５３】
メモリ１０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
【００５４】
受信器４７ａ〜４７ｄが備えるＭＩＳＯ等化処理部４７３、位相差補償部４７４およびデマッピング部４７５の機能の一部が専用のハードウェアで実現され、残りの一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。例えば、ＭＩＳＯ等化処理部４７３および位相差補償部４７４は、専用のハードウェアである処理回路１０２によって機能が実現され、デマッピング部４７５は、プロセッサ１０３がメモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能が実現される。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上記機能を実現することができる。
【００５５】
以上のように、実施の形態２に係る光空間通信送受信ターミナル４は、光空間通信送信ターミナル２の構成に加え、多重された波長ごとの光信号に分波する分波器４６ａおよび４６ｂと、多重された波長ごとに設けられ、分波器４６ａおよび４６ｂによって分波された光信号を受信する受信器４７ａ〜４７ｄを備える。光アンテナ４１ａおよび４１ｂは、空間を伝播した光を集光し、光アンプ４５ａおよび４５ｂは、光アンテナ４１ａおよび４１ｂによって集光された光を増幅する。分波器４６ａおよび４６ｂは、光アンプ４５ａおよび４５ｂによって増幅された光を、当該光に多重された波長ごとの光信号に分波し、受信器４７ａ〜４７ｄは、分波器４６ａおよび４６ｂによって分波された光信号を復調および復号する。光空間通信送受信ターミナル４は、光空間通信送信ターミナル２と同じ構成を有するので、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、光アンテナ４１ａおよび４１ｂによって集光された各信号に重畳されるノイズは、主に、分波器４６ａおよび４６ｂの前段にある光アンプ４５ａおよび４５ｂから発生したものであり、互いに独立したノイズである。このため、光空間通信送受信ターミナル４は、光アンテナ４１ａおよび４１ｂによって集光された信号をコヒーレント検波し、コヒーレント検波された信号にＭＩＳＯ処理を行うことで、受信信号のＳＮＲが改善され、通信容量の減少を抑制できる。
【００５６】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る光空間通信システム１Ａの構成を示すブロック図である。図６において、光空間通信システム１Ａは、例えば、互いに異なる４つの波長λ１〜λ４の光が波長多重された光信号を通信し、互いに異なる４つの波長λ５〜λ８の光が波長多重された光信号を通信するシステムであり、光空間通信送受信ターミナル４および光空間通信送受信ターミナル５を備える。
【００５７】
光空間通信送受信ターミナル４は、波長λ１〜λ４の光を波長多重した光信号を光空間通信送受信ターミナル５に送信し、光空間通信送受信ターミナル５によって波長λ５〜λ８の光が波長多重された光信号を受信する第一の送受信ターミナルである。光空間通信送受信ターミナル５は、波長λ５〜λ８の光を波長多重した光信号を光空間通信送受信ターミナル４に送信し、光空間通信送受信ターミナル４によって波長λ１〜λ４の光が波長多重された光信号を受信する第二の送受信ターミナルである。すなわち、光空間通信送受信ターミナル４と光空間通信送受信ターミナル５は、双方向通信を行う。
【００５８】
光空間通信送受信ターミナル５は、図６に示すように、光アンテナ５１、光アンプ５２ａ、光アンプ５２ｂ、合波器５３、分波器５４、送信器５５ａ〜５５ｄおよび受信器５６ａ〜５６ｄを備えている。送信器５５ａ〜５５ｄは、波長λ５〜λ８の光信号を送信するコヒーレント送信器（Ｔｘ（λ５）〜Ｔｘ（λ８））である。合波器５３は、波長λ５〜λ８の光信号を合波することにより波長λ５〜λ８が波長多重された光信号を生成する。光アンプ５２ａは、合波器５３によって生成された波長多重信号を増幅する。光アンテナ５１は、光アンプ５２ａによって増幅された波長多重信号を光空間通信送受信ターミナル４へ送信する。
【００５９】
光アンテナ５１は、光空間通信送受信ターミナル４から送信されて空間を伝播した光を集光する。光アンプ５２ｂは、光アンテナ５１によって集光された光を増幅する。分波器５４は、光アンプ５２ｂによって増幅された光に波長多重されている波長ごとの光信号を分波する。受信器５６ａ〜５６ｄは、分波器５４によって波長λ１〜λ４に分波された各光信号を受信するコヒーレント受信器（Ｒｘ（λ１）〜Ｒｘ（λ４））である。
【００６０】
光空間通信送受信ターミナル５の光アンテナ５１の開口中心を頂点として、光空間通信送受信ターミナル４が備える光アンテナ４１ａの開口中心および光アンテナ４１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、光空間通信送受信ターミナル５における入射光に対する許容角度誤差範囲内に含まれる。これにより、光アンテナ４１ａと光アンテナ４１ｂとによって送信された光は、光アンテナ５１において許容角度誤差範囲内の入射角で入射され、一つの光アンテナによって送信された波長多重信号と同様に受信される。
【００６１】
例えば、光空間通信送受信ターミナル４と光空間通信送受信ターミナル５との通信距離が長い場合、光アンテナ５１の開口中心を頂点として、光アンテナ４１ａの開口中心および光アンテナ４１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、極めて小さな角度になる。このため、当該角度は、結果的に、光空間通信送受信ターミナル５における入射光に対する許容角度誤差範囲内になる。
【００６２】
以上のように、実施の形態３に係る光空間通信システム１Ａは、光空間通信送受信ターミナル４および光空間通信送受信ターミナル５を備える。光空間通信送受信ターミナル５の光アンテナ５１の開口中心を頂点として、光空間通信送受信ターミナル４が備える光アンテナ４１ａの開口中心および光アンテナ４１ｂの開口中心のそれぞれとを結ぶ２つの直線がなす角度は、光空間通信送受信ターミナル５における入射光に対する許容角度誤差範囲内に含まれる。これにより、光空間通信送受信ターミナル５は、光アンテナ４１ａおよび光アンテナ４１ｂによって送信された光を、一つの光アンテナによって送信された光と同様に受信できる。
【００６３】
なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本開示に係る光空間通信ターミナルは、例えば、人工衛星との光空間通信に利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ  光空間通信システム、２  光空間通信送信ターミナル、３  光空間通信受信ターミナル、４，５  光空間通信送受信ターミナル、２１ａ，２１ｂ，３１，４１ａ，４１ｂ，５１  光アンテナ、２２ａ，２２ｂ，３２，４２ａ，４２ｂ，４５ａ，４５ｂ，５２ａ，５２ｂ  光アンプ、２３ａ，２３ｂ，４３ａ，４３ｂ，５３  合波器、２４ａ〜２４ｄ，４４ａ〜４４ｄ，５５ａ〜５５ｄ  送信器、３３，４６ａ，４６ｂ，５４  分波器、３４ａ〜３４ｄ，４７ａ〜４７ｄ，５６ａ〜５６ｄ  受信器、４７１ａ，４７１ｂ  コヒーレント検波器、４７３  ＭＩＳＯ等化処理部、４７４  位相差補償部、４７５  デマッピング部。
【要約】
光空間通信送信ターミナル（２）は、複数のグループを構成し、互いに異なる波長の光信号を送信する送信器（２４ａ〜２４ｄ）と、グループごとに設けられ、グループに属する送信器（２４ａ〜２４ｄ）から送信された光信号を合波することにより波長多重された光信号を出力する合波器（２３ａ，２３ｂ）と、グループごとに設けられ、波長多重された光信号を増幅する光アンプ（２２ａ，２２ｂ）と、グループごとに設けられ、増幅された光信号を空間に送信する光アンテナ（２１ａ，２１ｂ）を備え、グループごとの光アンテナ（２１ａ，２１ｂ）は、同一の方向に光信号を送信する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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