(57)【要約】超広帯域通信システムは、データ信号に基づいて、パルス信号を生成するパルス生成部と、パルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する第１の光位相変調部と、光パルス信号を伝搬する光伝送路と、テンプレート信号を出力するテンプレート生成部と、光パルス信号を、テンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する第２の光位相変調部と、光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する光電気変換部と、光電気変換部から出力された相関信号を識別することによって、データ信号を検出する信号識別部とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムであって、
データ信号に基づいて、前記パルス信号を生成する少なくとも１つのパルス生成部と、
前記パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する少なくとも１つの第１の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部から出力された前記光パルス信号を伝搬する光伝送路と、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
前記光伝送路を伝搬された前記光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する第２の光位相変調部と、
前記第２の光位相変調部から出力された前記光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、
前記光位相強度変換部から出力された前記光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する少なくとも１つの光電気変換部と、
前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別することによって、前記データ信号を検出する少なくとも１つの信号識別部とを備える、超広帯域通信システム。
【請求項２】
前記パルス生成部、前記第１の光位相変調部、前記光電気変換部、および前記信号識別部は、２つ以上備えられ、
前記超広帯域通信システムは、さらに、
各前記第１の光位相変調部から出力された各前記光パルス信号を波長多重して、前記光伝送路に伝搬させる波長多重部と、
前記光位相強度変換部の出力に配置された波長分離部とを備え、
前記第２の光位相変調部は、前記波長多重部によって多重された複数の光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、前記光位相復調信号として出力し、
前記波長分離部は、前記光位相強度変換部から出力される前記光相関信号を波長毎に分離して、それぞれ、前記光相関信号として出力し、
各前記光電気変換部は、前記波長分離部からの前記光相関信号をそれぞれ光電気変換して、前記相関信号として出力し、
各前記信号識別部は、対応する前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別して、データ信号を検出する、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項３】
前記複数の光パルス信号の波長間隔は、前記光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲の整数倍である、請求項２に記載の超広帯域通信システム。
【請求項４】
前記第１の光位相変調部は、外部変調方式によって、光位相変調を施す、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項５】
前記第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を施す、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項６】
前記光位相強度変換部は、光干渉計で構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項７】
前記光位相強度変換部は、光位相に対して互いに異なる透過特性を用いて、前記光位相復調信号を、基準光強度を中心として、互いに逆の光強度を有する２つの光相互信号を出力し、
前記光電気変換部は、前記２つの光相互信号を入力とする双極性フォトダイオードで構成されている、請求項６に記載の超広帯域通信システム。
【請求項８】
前記光位相強度変換部は、光フィルタで構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項９】
前記光位相強度変換部は、アダブティブ・フォトディテクターで構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１０】
前記第２の光位相変調部は、空間光位相変調器によって構成され、
前記光伝送路は、自由空間によって構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１１】
前記第１の光位相変調部は、前記パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有し、
前記第２の光位相変調部は、一意に決められた前記テンプレート信号に基づいて、前記データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施すか、あるいは、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施すかのいずれか一方に決められている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１２】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光送信装置であって、
データ信号に基づいて、前記パルス信号を生成するパルス生成部と、
前記パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する光位相変調部とを備え、
前記光位相変調部は、
前記光パルス信号が、光伝送路を伝搬された後、前記パルス信号と相関性を有する予め定められたテンプレート信号に基づいて、光位相変調されて、光位相復調信号となり、当該光位相復調信号の光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換されて、光相関信号となり、当該光相関信号が光電気変換されて、相関信号となるように、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有することを特徴とする、光送信装置。
【請求項１３】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光受信装置であって、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調された光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する光位相変調部と、
前記光位相変調部から出力された前記光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、
前記光位相強度変換部から出力された前記光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する光電気変換部と、
前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別することによって、データ信号を検出する信号識別部とを備える、光受信装置。
【請求項１４】
複数のパルス信号に基づいて光位相変調された複数の光パルス信号を波長多重して伝送し、伝送された前記複数の光パルス信号を波長分離して復調するための超広帯域通信システムで用いられる光中継装置であって、
前記光パルス信号は、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調されており、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
波長多重された複数の光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、波長多重された光位相復調信号として出力する光位相変調部と、
前記光位相変調部から出力された前記波長多重された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、波長多重された光相関信号として出力する光位相強度変換部とを備える、光中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）と呼ばれるような、短パルスかつ広帯域の信号を用いて変調された光を伝送して復調するための超広帯域通信システムに関し、より特定的には、復調のための相関処理に特徴を有する超帯域通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、超広帯域通信システムとして、電気的な相関処理を用いるものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、電気的なパルス信号を光信号に変換して、光伝送路を介して伝送し、当該光信号を電気的なパルス信号に復調するシステムも提案されている（たとえば、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレット参照）。図９Ａは、特許文献１に記載された従来の超広帯域通信システムから、本発明と関連のある構成要素のみ抽出し、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレットに記載されている光伝送に必要な構成要素を付加した超広帯域通信システムを示すブロック図である。【０００３】  従来の超広帯域通信システムの構成を説明する。図９Ａにおいて、従来の超広帯域通信システムは、光伝送路９４を介して、光変調部９０から光復調部９５へデータ信号の伝送を行う。光変調部９０は、信号発生部９１、パルス生成部９２、および電気光変換部９３で構成される。また、光復調部９５は、光電気変換部９６、相関部９７、テンプレート生成部９８、信号識別部９９で構成される。【０００４】  図９Ｂは、パルス生成部９２から出力されるパルス信号の波形を示す図である。図９Ｂでは、データ“０”に対応する波形が点線で示され、データ“１”に対応する波形が実線で示されている。図９Ｃは、電気光変換部９３から出力される光パルス信号の波形を示す図である。図９Ｃにおいても、データ“０”に対応する波形が点線で示され、データ“１”に対応する波形が実線で示されている。【０００５】  以下、図９Ａ〜９Ｃを参照しながら、従来の超広帯域通信装置の動作を説明する。光変調部９０において、信号発生部９１は、伝送すべきデータ信号を出力する。パルス生成部９２は、信号発生部９１から出力されたデータ信号に基づいて、パルス信号（図９Ｂ参照）を生成して出力する。電気光変換部９３は、パルス生成部９２から出力されたパルス信号に対して、光強度変調を施し、光パルス信号（図９Ｃ参照）として出力する。【０００６】  光伝送路９４は、電気光変換部９３から出力された光パルス信号を伝播する。【０００７】  光復調部９５において、光電気変換部９６は、光伝送路９４を介して伝播された光パルス信号（図９Ｃ参照）をパルス信号（図９Ｂ参照）に変換して出力する。テンプレート生成部９８は、パルス信号と相関性を有するパルスを生成し、テンプレート信号として出力する。相関部９７は、例えば電気ミキサーで構成され、光電気変換部９６から出力されたパルス信号の振幅情報とテンプレート生成部９８から出力されたテンプレート信号の振幅情報とを乗算し、パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を求め、相関信号として出力する。以下、相関部９７において、パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を求める処理のことを相関処理という。信号識別部９９は、相関部９７から出力された相関信号を積分処理することによって、光変調部９０から伝送されるべきデータ信号を識別する。【０００８】  相関処理の動作と、各信号（データ信号、パルス信号、光パルス信号、テンプレート信号、相関信号）の関係について詳しく説明する。図９Ａの波形に示すように、例えばデータ信号“１”の時、パルス生成部９２は、パルス信号���振幅が負から正に変化する極性を持つパルス信号を生成する。データ信号“０”の時、パルス生成部９２は、逆極性を持つパルス信号を生成する。電気光変換部９３は、パルス信号の振幅を光強度情報に変換して、パルス信号と同極性の光パルス信号を生成する。一方、テンプレート生成部９８は、データ信号の内容に関わらず常に同じ極性のパルス、すなわち予め定められたテンプレート信号を生成する。この結果、パルス信号とテンプレート信号とが同じ極性だった場合と、異なる極性だった場合とでは、両信号を乗算して得られる相関信号の値が異なってくる。従って、信号識別部９９は、１つの光パルス信号の一周期において、相関信号を積分することによって、データ信号が“１”か“０”かを、識別することができる。なお、光変調部９０と光復調部９５とは、従来の手段によって同期がとられており、相関部９７は、とられた同期に従って、テンプレート信号とパルス信号との間の相関を求める。
【特許文献１】特表平１１−５０４４８０号公報（第４７頁、図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  上記従来の構成において、光復調部９５は、電気ミキサーなどの相関部９７を用いて相関処理を行うこととなる。電気ミキサーは、一般的に広帯域な周波数特性を得ることが難しい。したがって、図９Ａに示すような従来の構成では、相関処理の品質が劣化しやすいという課題が生じる。【００１０】  また、このようなパルス信号の光伝送を波長多重伝送に適用した場合、相関部およびテンプレート生成部が、波長数分だけそれぞれ必要となるため、装置が大規模化してしまうという課題を有していた。【００１１】  それゆえ、本発明の目的は、相関処理の品質劣化を防止することができる超広帯域通信システムを提供することである。さらに、本発明の目的は、相関処理の品質劣化すると共に、装置が大規模化することなく波長多重に適用することができる超広帯域通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明の第１の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムであって、データ信号に基づいて、パルス信号を生成する少なくとも１つのパルス生成部と、パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する少なくとも１つの第１の光位相変調部と、第１の光位相変調部から出力された光パルス信号を伝搬する光伝送路と、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、光伝送路を伝搬された光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する第２の光位相変調部と、第２の光位相変調部から出力された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、光位相強度変換部から出力された光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する少なくとも１つの光電気変換部と、光電気変換部から出力された相関信号を識別することによって、データ信号を検出する少なくとも１つの信号識別部とを備える。【００１３】  本発明の第１の局面によれば、送信側において、パルス信号に基づいて、第一回目の光位相変調が施され、光パルス信号が出力されることとなる。伝搬された当該光パルス信号は、復調側において、テンプレート信号に基づいて、第二回目の光位相変調が施されることとなる。当該第二回目の光位相変調によって、光パルス信号とテンプレート信号との間で位相が足し算され、光パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を有する光位相復調信号が出力されることとなる。光位相復調信号は、光位相強度変換部によって、光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換され、光相関信号となる。よって、当該光相関信号を電気信号に変換すれば、元のデータ信号に基づくパルス信号とテンプレート信号との相関を得ることができるので、相関信号を識別することによって、データ信号を検出することができる。このように、本発明では、光デバイスを用いて相関処理を実行するので、相関処理の品質劣化を防止することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。【００１４】  本発明の第２の局面において、パルス生成部、第１の光位相変調部、光電気変換部、および信号識別部は、２つ以上備えられ、超広帯域通信システムは、さらに、各第１の光位相変調部から出力された各光パルス信号を波長多重して、光伝送路に伝搬させる波長多重部と、光位相強度変換部の出力に配置された波長分離部とを備え、第２の光位相変調部は、波長多重部によって多重された複数の光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力し、波長分離部は、光位相強度変換部から出力される光相関信号を波長毎に分離して、それぞれ、光相関信号として出力し、各光電気変換部は、波長分離部からの光相関信号をそれぞれ光信号に変換して、相関信号として出力し、各信号識別部は、対応する光電気変換部から出力された相関信号を識別して、データ信号を検出する。【００１５】  本発明の第２の局面によれば、波長多重された状態で、各波長の光パルス信号がテンプレート信号に基づいて光位相変調され、光位相強度変換部によって光相関信号に変換される。光位相強度変換部から出力される段階では、光相関信号は、波長多重されている。そして、波長分離部によって、波長多重された光相関信号が各波長に分離される。その後、電気信号に変換されてデータ信号が検出される。このように、第２の局面では、光位相強度変換部の周回性を利用して、波長多重された状態のまま光相関信号を得ることができる。したがって、波長毎に相関処理のための構成を設ける必要がなく波長多重に対応することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。【００１６】  好ましくは、複数の光パルス信号の波長間隔は、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲の整数倍であるとよい。【００１７】  これにより、光位相信号の光強度が最適化された状態で光電気変換されるので、伝送品質が最も向上するという効果が期待できる。【００１８】  一実施形態として、第１の光位相変調部は、外部変調方式によって、光位相変調を施すとよい。【００１９】  一実施形態として、第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を施すとよい。【００２０】  一実施形態として、光位相強度変換部は、光干渉計で構成されているとよい。【００２１】  好ましくは、光位相強度変換部は、光位相に対して互いに異なる透過特性を用いて、光位相復調信号を、基準光強度を中心として、互いに逆の光強度を有する２つの光相互信号を出力し、光電気変換部は、２つの光相互信号を入力とする双極性フォトダイオードで構成されているとよい。【００２２】  これにより、ＧＮＤレベルを中心に正と負とを変換する振幅を持つ相関信号を得ることができるので、データ信号の検出が容易となる。【００２３】  一実施形態として、光位相強度変換部は、光フィルタで構成されているとよい。【００２４】  一実施形態として、光位相強度変換部は、アダブティブ・フォトディテクターで構成されているとよい。【００２５】  一実施形態として、第２の光位相変調部は、空間光位相変調器によって構成され、光伝送路は、自由空間によって構成されていてもよい。【００２６】  好ましくは、第１の光位相変調部は、パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有し、第２の光位相変調部は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施すか、あるいは、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施すかのいずれか一方に決められているとよい。【００２７】  これにより、第２の光位相変調部から出力される光位相復調信号は、テンプレート信号と光パルス信号との間の相関に応じて、光位相が０からπ／２にまで変化する光位相信号、または、光位相がπ／２からπにまで変化する光位相信号のいずれかとなる。したがって、光位相が０からπまでの間で、出力する光強度がほぼ連続的に変化する光位相強度変換部を用いて、光相関信号を得ることができる。したがって、相関処理が適切に実行されることとなる。【００２８】  本発明の第３の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光送信装置であって、データ信号に基づいて、パルス信号を生成するパルス生成部と、パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する光位相変調部とを備え、光位相変調部は、光パルス信号が、光伝送路を伝搬された後、パルス信号と相関性を有する予め定められたテンプレート信号に基づいて、光位相変調されて、光位相復調信号となり、当該光位相復調信号の光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換されて、光相関信号となり、当該光相関信号が光電気変換されて、相関信号となるように、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有する。【００２９】  本発明の第３の局面によれば、相関処理の品質を向上させることができる光送信装置が提供されることとなる。【００３０】  本発明の第４の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光受信装置であって、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調された光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する光位相変調部と、光位相変調部から出力された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、光位相強度変換部から出力された光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する光電気変換部と、光電気変換部から出力された相関信号を識別することによって、データ信号を検出する信号識別部とを備える。【００３１】  本発明の第４の局面によれば、相関処理の品質を向上させることができる光受信装置が提供されることとなる。【００３２】  本発明の第５の局面によれば、複数のパルス信号に基づいて光位相変調された複数の光パルス信号を波長多重して伝送し、伝送された複数の光パルス信号を波長分離して復調するための超広帯域通信システムで用いられる光中継装置であって、光パルス信号は、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調されており、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、波長多重された複数の光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、波長多重された光位相復調信号として出力する光位相変調部と、光位相変調部から出力された波長多重された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、波長多重された光相関信号として出力する光位相強度変換部とを備える。【００３３】  本発明の第５の局面によれば、波長多重された光パルス信号を、波長多重されたままの状態で、光位相変調して、波長多重された光位相復調信号を得ることができる。さらに、波長多重された光位相復調信号の光位相を光強度に変換して、波長多重された光相関信号を得ることができる。したがって、波長毎に光デバイスを必要とすることなく、超広帯域通信システムで用いられる光中継装置が提供されることとなる。
【発明の効果】
【００３４】  本発明の超広帯域通信装置によれば、従来の相関器（電気ミキサー）と比較して、広帯域な周波数特性を得やすい光デバイスが利用可能となり、相関処理の品質を向上することができる。また、波長多重の場合には、光干渉計の透過特性の周回性を利用して、光デバイスを共用することができるため、部品点数の削減効果が期待でき、波長多重への適用性を向上することができる。【００３５】  本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る超広帯域通信システム１の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、光パルス信号について、光位相と時間との関係を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、光位相復調信号について、光位相と時間との関係を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、光干渉計２３について、光位相に対する透過率を示すグラフである。
【図２Ｅ】図２Ｅは、光相関信号について、光強度と時間との関係を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、光源１１から出力されている連続光の時間変化を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、パルス生成部１３から出力されるパルス信号の振幅変化を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１の光位相変調部１２から出力される光パルス信号の光位相変化を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、テンプレート信号の振幅変化を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２の光位相変調部２１から出力される光位相復調信号の光位相変化を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、光干渉計２３から出力される光相関信号の光強度変化を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、光電気変換部２４から出力される相関信号の振幅変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る超広帯域通信システム２の構成を示すブロック図である。
【図６Ａ】図６Ａは、パルス信号について、時間と光位相との関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、光パルス信号テンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、光位相復調信号について、時間と光位相との関係を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、光干渉計３３の出力端子Ａにおける位相に対する透過率を示すグラフである。
【図６Ｅ】図６Ｅは、光干渉計３３の出力端子Ｂにおける位相に対する透過率を示すグラフである。
【図６Ｆ】図６Ｆは、出力端子Ａから出力される光相関信号ｃについて、時間と光強度との関係を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、出力端子Ｂから出力される光相関信号ｄについて、時間と光強度との関係を示す図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、データ信号が“１０”である場合の光電気変換部３４から出力される相関信号の時間変化を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る超広帯域通信システム３の構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る超広帯域通信システム４の構成を示すブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、特許文献１に記載された従来の超広帯域通信システムから、本発明と関連のある構成要素のみ抽出し、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレットに記載されている光伝送に必要な構成要素を付加した超広帯域通信システムを示すブロック図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、パルス生成部９２から出力されるパルス信号の波形を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、電気光変換部９３から出力される光パルス信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】１，２，３，４  超広帯域通信システム
１ａ，３ａ，４ａ  光送信装置
１ｂ，３ｂ，４ｂ  光受信装置
３ｃ，１４  光伝送路
４ｃ  光中継装置
１０，４０  光変調部
１０−１〜１０−ｎ  第１〜第ｎの光変調部
１１  光源
１２  第１の光位相変調部
１３，４３  パルス生成部
２０，３０，５０  光復調部
２０−１〜２０−ｎ  第１から第ｎの光復調部
２１  第２の光位相変調部
２１−１〜２１−ｎ  第１〜第ｎの光復調部
２２，４７，５２  テンプレート生成部
２３，３３，４８  光干渉計
２４，３４  光電気変換部
２５，３５，５５  信号識別部
４５  波長多重部
４１  アレイ型光源
４６  第２の光位相変調部
４２  アレイ型第１の空間光位相変調部
４４  波長分離部
５１  アレイ型第２の空間光位相変調部
５３  光干渉部
５４  アレイ型光電気変換部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】  以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。【００３９】  （第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超広帯域通信システム１の構成を示すブロック図である。図１において、超広帯域通信システム１は、光送信装置１ａと、光伝送路１４と、光受信装置１ｂとを備える。光送信装置１ａは、光変調部１０を含む。光受信装置１ｂは、光復調部２０を含む。光伝送路１４を介して、光変調部１０から光復調部２０へデータ信号の伝送が行われる。光変調部１０は、光源１１と、第１の光位相変調部１２と、パルス生成部１３とを含む。光復調部２０は、第２の光位相変調部２１と、テンプレート生成部２２と、光位相強度変換部である光干渉計２３と、光電気変換部２４と、信号識別部２５とを含む。【００４０】  光変調部１０は、伝送すべきデータ信号に基づいて生成された電気のパルス信号（以下、電気のパルス信号を単にパルス信号という）を光のパルス信号（以下、光のパルス信号を光パルス信号という）に変換して出力する。光変調部１０から出力された光パルス信号は、光伝送路１４を介して伝搬され、光復調部２０に入力される。光復調部２０は、伝送されてきた光パルス信号を復調して、元のデータ信号を得る。【００４１】  本発明の第１の実施形態の動作を説明する。光変調部１０において、光源１１は、連続光を発生する。パルス生成部１３は、伝送すべきデータ信号に基づいてパルス信号を生成する。第１の光位相変調部１２は、パルス生成部１３から出力されたパルス信号に基づいて、光源１１からの光を光位相変調し、光パルス信号ａ（より詳しくは、後述の図２Ａ参照）として出力する。第１の光位相変調部１２による光位相変調処理を第１の光位相変調処理という。【００４２】  光伝送路１４は、第１の光位相変調部１２から出力された光パルス信号ａを伝播する。【００４３】  光復調部２０において、テンプレート生成部２２は、後述する信号識別部２５から出力される同期タイミングにしたがって、パルス生成部１３から出力されるパルス信号と相関性を有する予め定められたパルスを生成して、テンプレート信号として出力する。ここで、パルス信号と相関性を有するとは、パルス信号の振幅変化と同じ方向にテンプレート信号の振幅が変化するか、または、パルス信号の振幅変化と逆方向にテンプレート信号の振幅が変化することをいう。第２の光位相変調部２１は、光伝送路１４を伝播された光パルス信号を、テンプレート生成部２２から出力されたテンプレート信号に基づいて光位相変調し、光位相復調信号ｂとして出力する。光干渉計２３は、例えば、マッハツエンダー型光干渉計で構成され、第２の光位相変調部２１から出力された光位相復調信号ｂの光位相に関する情報（以下、光位相復調情報という）を、光強度に関する情報（以下、光強度変調情報）に変更して、光相関信号ｃとして出力する。光電気変換部２４は、光干渉計２３から出力された光相関信号ｃを光電気変換し、相関信号として出力する。信号識別部２５は、光電気変換部２４から出力された相関信号を識別することによって、光変調部１０から伝送されてきたデータ信号を検出する。【００４４】  なお、信号識別部２５は、データ信号検出のための同期タイミングを検出し、当該同期タイミングをテンプレート生成部２２に入力する。同期タイミングの検出方法と��ては、たとえば、信号識別部２５は、テンプレート生成部２２が出力するテンプレート信号を時間方向にスイープさせ、相関信号を所定の周期（たとえば、テンプレート信号の周期）で積分して、積分値がピークになるタイミングを同期タイミングとして出力する。その他、同期タイミングを検出する方法は、これに限られるものではなく、信号識別部２５以外の機能ブロックから、テンプレート生成部２２に対して、同期タイミングが入力されてもよい。【００４５】  図２Ａは、光パルス信号について、光位相と時間との関係を示す図である。図２Ａに示すように、データ“１”に対応する光パルス信号は、光位相がπ／４から０に変化して、０からπに変化して、πからπ／４に戻る信号である。また、データ“０”に対応する光パルス信号は、光位相がπ／４からπに変化して、πから０に変換して、０からπ／４に戻る信号である。すなわち、第１の光位相変調部１２は、データ信号、および、パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる光位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有する。【００４６】  ここで、テンプレート信号による光位相変調の効果は、データ“１”に対応する光パルス信号と同様の位相変化を有するとする。すなわち、テンプレート信号による効果は、位相がπ／４から０に変化して、０からπに変化して、πからπ／４に戻るものである。以下、テンプレート信号による効果を、第２の位相変調処理（テンプレート処理）ということとする。【００４７】  図２Ｂ、光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。図２Ｂに示すように、データが“１”に対応する光パルス信号をテンプレート信号で光位相変調した場合、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光相関信号の位相となる。同様に、データが“０”に対応する光パルス信号をテンプレート信号で光位相変調した場合、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光相関信号の位相となる。【００４８】  図２Ｃは、光位相復調信号について、光位相と時間との関係を示す図である。図２Ｂに示すような加算の結果、図２Ｃに示すような関係を有する光位相復調信号が第２の光位相変調部２１から出力される。【００４９】  図２Ｄは、光干渉計２３について、光位相に対する透過率を示すグラフである。図２Ｄに示すように、光干渉計２３は、光位相毎に変化する透過率を有している。すなわち、光干渉計２３は、光位相を、光強度に変換している光位相強度変換部として機能する。【００５０】  図２Ｅは、光相関信号について、光強度と時間との関係を示す図である。図２Ｄに示すような透過率を有する光干渉計２３に図２Ｃに示す光位相を有する光位相復調信号が入力されれば、その位相に応じた強度を有する光が、光相関信号として、図２Ｅに示すように、光干渉計２３から出力される。図２Ｄに示す透過率特性では、位相が０に近いほど、透過率が高く、位相がπに近いほど、透過率が低い。したがって、図２Ｅに示すように、データ信号“１”に対応する位相がπ／２以下の光位相復調信号の光強度が１／２〜１（ここでの１／２，１は相対値）を変化し、データ信号“０”に対応する位相がπ／２以上の光位相復調信号の光強度が０〜１／２を変化する。【００５１】  次に、具体的なデータを例示しながら、超広帯域通信システム１の動作について説明する。ここでは、伝送すべきデータ信号が“１０”であるとする。【００５２】  図３Ａは、光源１１から出力されている連続光の時間変化を示す図である。図３Ａに示すように、当該連続光は、時間が変化しても、強度が一定である。【００５３】  図３Ｂは、パルス生成部１３から出力されるパルス信号の振幅変化を示す図である。図３Ｂに示すように、パルス生成部１３は、データ信号“１”に対して、振幅が負から正に変化するパルス信号を出力し、データ信号“０”に対して、振幅が正から負に変化するパルス信号を出力するものとする。【００５４】  図３Ｃは、第１の光位相変調部１２から出力される光パルス信号の光位相変化を示す図である。第１の光位相変調部１２は、パルス信号の振幅に関する情報を光位相情報に変換して、出力する。したがって、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、パルス信号と光パルス信号とは、同じ極性を有する。【００５５】  図４Ａは、テンプレート信号の振幅変化を示す図である。図４Ａに示すように、テンプレート信号は、データ信号“１”に対応するパルス信号と同一の極性を有する信号である。テンプレート信号は、データ信号の内容には依存せずに、常に同じ極性を有する予め定められた信号である。【００５６】  図４Ｂは、第２の光位相変調部２１から出力される光位相復調信号の光位相変化を示す図である。テンプレート信号はデータ信号“１”に対応するパルス信号と同一の極性を有する信号であるので、第２の光位相変調部２１は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す。したがって、第２の光位相変調部２１は、光パルス信号と第２の位相変調処理の効果とが同じ極性の場合、π／２から０の間を変化する光位相情報を持つ光位相復調信号を出力する。一方、第２の光位相変調部２１は、光パルス信号と第２の位相変調処理の効果とが異なる極性の場合、π／２からπを変化する光位相情報を持つ光位相復調信号を出力する。これは、すなわち、図２Ｂの加算式に示すように、光パルス信号の光位相情報と第２の位相変調処理の位相情報との足し算が、第２の光位相変調部２１によって実行されたことを意味する。【００５７】  図４Ｃは、光干渉計２３から出力される光相関信号の光強度変化を示す図である。図２Ｄに示すように、光干渉計２３は、光位相に依存して、透過率を変化させる。したがって、光干渉計２３は、光位相復調信号の光位相情報を光強度情報に変換して、相対的な光強度で表される相対光強度波形となる光相関信号を出力する。【００５８】  図４Ｄは、光電気変換部２４から出力される相関信号の振幅変化を示す図である。図４Ｄでは、光電気変換部２４に、シングルフォトダイオード（ｓｉｎｇｌｅ−ＰＤ）が用いられているとする。図４Ｄに示すように、シングルフォトダイオードを用いると、光相関信号の光強度に応じて、ＧＮＤレベルよりも高い範囲で振幅が変動する相関信号が出力される。データ信号“１”に対応する相関信号は、ハイレ���ルとなり、データ信号“０”に対応する相関信号は、ローレベルとなる。【００５９】  信号識別部２５は、相関信号をある時間周期（たとえば、テンプレート信号の時間周期）で積分し、積分値の大きさを上記ハイレベルおよび上記ローレベルと比較して、光変調部１０から伝送されてきたデータ信号が“１”であるか“０”であるかを識別する。【００６０】  このように、第１の実施形態によれば、２回の光位相変調を施すこと、すなわち、第１の光位相変調部１２を用いてパルス信号が光位相変調されて光パルス信号として出力され、第２の光位相変調部２１を用いて光パルス信号がテンプレート信号によって光位相復調されることによって、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光位相復調信号として出力される。したがって、光変調部１０から出力される光パルス信号がデータ信号に応じて逆の特性を有する場合、光パルス信号とテンプレート信号との和も、逆の特性を有するように、光位相復調信号として出力される。光変調位相信号を、光干渉計２３によって、光位相強度変換して、光強度に変換すれば、光電気変換部２４および信号識別部２５を用いて、元のデータ信号を識別することができる。以上、第１の実施形態に係る超広帯域通信システムでは、光デバイスを用いて、相関処理を実行し、元のデータ信号を識別することができるので、従来のように、電気振幅の乗算によって行っていた相関処理に比べて、相関処理の品質が向上することとなる。【００６１】  なお、第１の実施形態において、第１の光位相変調部は、光源からの連続光の光位相を変調する外部変調方式であるとしたが、直接変調方式によって、光位相変調を行ってもよい。【００６２】  なお、第１の実施形態では、テンプレート信号として、データ信号“１”に対応するパルスが用いられることとしたが、データ信号“０”に対応するパルスが用いられても良い。その場合、第２の光位相変調部２１は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す。その他、各信号は、極性が反転するだけで、本質的な動作は、上記と同様である。【００６３】  なお、第１の実施形態では、光位相強度変換部として、光干渉計２３が用いられることとしたが、その他、光フィルタや、アダプティブ・フォトディテクター（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）等が用いられても良い。すなわち、入力される光信号の光位相に応じた光強度を出力することができる光デバイスが光位相強度変換部として用いられればよい。アダプティブ・フォトディテクターに関しては、Ｃｅｌｉｓ，Ｍ．；Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ，Ｄ．；Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ，Ｐ．；Ｓｔｅｐａｎｏｖ，Ｓ．；Ｋｏｒｎｅｅｖ，Ｎ．″Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｌｉｎｅａｒ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｐｈｏｔｏ−ｅｍｆ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ″Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ．Ｓｕｍｍａｒｉｅｓ  ｏｆ  ｐａｐｅｒｓ  ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐ��ｉｃｓ（ＣＬＥＯ）９８．，１９９８，３−８  Ｍａｙ  １９９８  Ｐａｇｅ（ｓ）：５３０−５３１が詳しい。【００６４】  （第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る超広帯域通信システム２の構成を示すブロック図である。図５において、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。第２の実施形態に係る光復調部３０は、第２の光位相変調部と、テンプレート生成部２２と、光干渉計３３と、光電気変換部３４と、信号識別部３５とを含む。【００６５】  図６Ａは、パルス信号について、時間と光位相との関係を示す図である。図６Ｂ、光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。図６Ｃは、光位相復調信号について、時間と光位相との関係を示す図である。図６Ａ〜図６Ｃについては、第１の実施形態と同様である。【００６６】  光干渉計３３は、２つの出力端子を有し、入力する光位相復調信号に対して、互いに逆位相となるような光強度変調情報を生成して、２つの光位相復調信号ｃ，ｄを出力する。光干渉計３３は、たとえば、マッハツエンダー型光干渉計である。ここで、互いに逆位相となるような光強度変調情報とは、光位相に対応する光強度の変化の様子を図６Ｄおよび図６Ｅで示すように波形で表した場合、当該２つの波形が逆位相の関係になっていることを意味する。すなわち、光干渉計３３は、入力される光位相復調信号の光位相変調情報を、互いに逆の２つの過率特性を用いて、２つの光強度変調情報に変換する。結果、光干渉計３３は、互いに逆の光強度情報を有する２つの光相関信号（後述の図６Ｆおよび図６Ｇ参照）を出力する。ここで、互いに逆の光強度情報は、ある基準光強度を中心として（たとえば、図６Ｆおよび図６Ｇでは、１／２）、逆極性の光強度を有する。【００６７】  光電気変換部３４は、双極性フォトダイオードで構成されている。【００６８】  図６Ｄは、光干渉計３３の出力端子Ａにおける位相に対する透過率を示すグラフである。図６Ｅは、光干渉計３３の出力端子Ｂにおける位相に対する透過率を示すグラフである。図６Ｆは、出力端子Ａから出力される光相関信号ｃについて、時間と光強度との関係を示す図である。図６Ｇは、出力端子Ｂから出力される光相関信号ｄについて、時間と光強度との関係を示す図である。【００６９】  図６Ｄおよび図６Ｅに示すように、光干渉計３３は、互いに逆の２つの透過特性を有しており、入力される光位相復調信号を、透過率（Ａ）における光位相依存性によって出力端子Ａから光相関信号ｃとして出力すると共に、透過率（Ｂ）における光位相依存性によって出力端子Ｂから光相関信号ｄとして出力する。図６Ｄと図６Ｆとの関係は、図２Ｄと図２Ｅとの関係と同様である。図６Ｅに示す透過特性では、位相が０に近いほど、透過率が低く、位相がπに近いほど、透過率が高い。したがって、図６Ｇに示すように、データ信号“１”に対応する位相がπ／２以下の光位相復調信号の光強度が０〜１／２を変化し、データ信号“０”に対応する位相がπ／２以上の光位相復調信号の光強度が１／２〜１を変換する。【００７０】  図６Ｈは、データ信号が“１０”である場合の光電気変換部３４から出力される相関信号の時間変化を示す図である。光電気変換部３４として、双極性のフォトダイオードが利用され、図６Ｆおよび図６Ｇに示す光相関信号が光電気変換部３４に入力されるので、相関信号は、ＧＮＤレベルを中心に正と負とを変化する振幅を持つこととなる。【００７１】  信号識別部３５は、ＧＮＤレベルを中心に、正か負によって、元々のデータ信号を識別する。したがって、第１の実施形態に比べ、相関信号の識別が容易となるので、識別品質が向上することとなる。【００７２】  このように、第２の実施形態によれば、光復調部３０は、１入力である光位相復調信号の光位相を、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換し、双極性フォトダイオードを用いて、当該２つの光相関信号を電気信号に変換するので、ＧＮＤレベルを中心にした極性が現れる相関信号を得ることができる。したがって、信号識別部３５は、容易に、相関信号を識別することができるので、識別品質が向上することとなる。【００７３】  なお、第２の実施形態では、光位相強度変換部として、光干渉計３３を用いることとしたが、これに限られるものではなく、光位相を、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換することができる光フィルタやアダプティブ・フォトディテクター等が用いられても良い。【００７４】  なお、第２の実施形態においても、第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を行ってよい。なお、第２の実施形態においても、テンプレート信号として、データ信号“０”に対応するパルスが用いられても良い。【００７５】  （第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る超広帯域通信システム３の構成を示す図である。図７において、超広帯域通信システム３は、光送信装置３ａと、光受信装置３ｂと、自由空間である光伝送路３ｃとを備える。光送信装置３ａは、光変調部４０を含む。光変調部４０は、アレイ型光源４１と、アレイ型第１の空間光位相変調部４２と、パルス生成部４３とを含む。光受信装置３ｂは、光復調部５０を含む。光復調部５０は、アレイ型第２の空間光位相変調部５１と、テンプレート生成部５２と、光干渉部５３と、アレイ型光電気変換部５４と、信号識別部５５とを備える。【００７６】  アレイ型光源４１は、複数の光源（図７では、３つの光源を例示する）を有し、それぞれ、連続光（図７では、第１〜第３の連続光を例示する）を出力する。【００７７】  パルス生成部４３は、伝送すべきデータ信号に基づいて、パルス信号を出力する。パルス信号は、第１の実施形態と同様である。【００７８】  アレイ型第１の空間光変調部４２は、各光源に対応して設けられた複数の空間光変調部を有し、パルス信号に基づいて連続光（図７では、第１〜第３の連続光を示している）の連続光を位相変調して、光パルス信号として、自由空間上に出力する。各光パルス信号は、第１の実施形態と同様である。空間光変調部については、特願２００４−２９５３４３号に詳しく記載されている。具体例としては、液晶を用いた光空間変調器がある。より具体的には、浜松フォトニクス製のＰＡＬ−ＳＬＭと呼ばれる液晶空間光変調器がある。【００７９】  アレイ型第１の空間光位相変調部から出力された光パルス信号は、光伝送路３ｃである自由空間中を伝搬して、アレイ型第２の空間光位相変調部５１に入射する。アレイ型第２の空間光位相変調部５１は、複数の空間光位相変調部を有し、テンプレート生成部５２から出力されるテンプレート信号に基づいて、各光パルス信号を光位相変調して、複数の光位相復調信号として出力する。各光位相復調信号は、第１の実施形態の光位相復調信号と同様である。【００８０】  光干渉部５３は、各光位相復調信号の光位相に関する情報を光強度に関する情報に変換して、それぞれ、光相関信号として出力する。各光相関信号は、第１の実施形態と同様である。【００８１】  アレイ型光電気変換部５４は、各光相関信号を電気信号に変換して、それぞれ相関信号として出力する。各相関信号は、第１の実施形態と同様である。【００８２】  信号識別部５５は、各相関信号を識別する。識別方法は、第１の実施形態と同様である。【００８３】  このように、第１および第２の光位相変調部は、空間光位相変調部であってもよく、光伝送路は、自由空間であっても、データ信号の伝送を実現することができる。空間光位相変調部を用いることによって、自由空間を伝送されてきた光信号の振幅を変えることなく、光位相のみを変調することができる。また、複数の光パルス信号に対して、共通のテンプレート信号を用いて、相関処理が施されることとなるので、複数の光パルス信号とテンプレート信号との同期が単一化できる。【００８４】  なお、光干渉部５３に第２の実施形態のように、各光位相復調信号のそれぞれの光位相を、光位相に対して互いに異なる透過特性を用いて、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換する光位相強度変換部を光干渉部の代わりに用いても良い。この場合、アレイ型光電気変換部５４における各光電気変換部は、双極性フォトダイオードで構成されていればよい。【００８５】  （第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る超広帯域通信システム４の構成を示すブロック図である。図８に示す超広帯域通信システムは、第１の実施形態に係る超広帯域通信システムを波長多重通信に適用した場合である。図８において、図１に示す超広帯域通信システムと同様の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００８６】  図８において、超広帯域通信システム４は、光送信装置４ａと、光中継装置４ｃと、光受信装置４ｂと、光中継装置４ｃと光送信装置４ａとの間の光伝送路１４とを備える。光送信装置４ａは、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎと、波長多重部４５とを含む。光中継装置４ｃは、第２の光位相変調部４６と、テンプレート生成部４７と、光干渉計４８とを含む。光受信装置４ｂは、第１〜第ｎの光復調部２０−１〜２０−ｎと、波長分離部４４とを含む。【００８７】  第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎは、互いに異なる波長を有する、第１〜第ｎの光パルス信号が出力される。各光パルス信号は、波長が異なる点を除いては、第１の実施形態と同じである。ここで、各波長の間隔は、光干渉計４８の自由スペクトラム範囲（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）の整数倍である。【００８８】  波長多重部４５は、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎから出力された、第１〜第ｎの光パルス信号を波長多重する。【００８９】  光伝送路１４は、波長多重部４５により波長多重された、第１〜第ｎの光パルス信号を伝播する。【００９０】  テンプレート生成部４７は、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎから出力された光パルス信号とそれぞれ相関性を有する予め定められたパルスを生成し、テンプレート信号として出力する。【００９１】  第２の光位相変調部４６は、光伝送路１４を伝播された第１〜第ｎの光パルス信号を、テンプレート生成部４７から出力されたテンプレート信号に基づいて光位相変調し、第１〜第ｎの光位相復調信号として出力する。波長多重された第１〜第ｎの光パルス信号を、１つのテンプレート信号によって光位相変調することによって、第１〜第ｎの光パルス信号が、当該１つのテンプレート信号によって、それぞれ位相変調される点に、特徴がある。したがって、第２の光位相変調部４６から出力される第１〜第ｎの光位相信号は、波長多重されている。【００９２】  光干渉計４８は、第２の光位相変調部４６から出力された第１〜第ｎの光位相復調信号の光位相変調情報を、光強度変調情報に変更して、第１〜第ｎの光相関信号として出力する。光干渉計４８に入力される第１〜第ｎの光位相復調信号は、波長多重されているが、光干渉計４８の透過率特性の周回性によって、第１〜第ｎの光位相復調信号のそれぞれが、光位相に応じて、光強度が変換され、第１〜第ｎの光相関信号となるが、光干渉計４８から出力される段階では、第１〜第ｎの光相関信号は、波長多重されている。ここで、光干渉計４８の波長に対する透過率が周期的にピークを有することを周回性と呼び、この周期に応じて、波長を最適化するとよい。すなわち、波長間隔は、光干渉計４８の自由スペクトラム範囲の整数倍に設定されているとよい。そうすることによって、最大の透過率で、光を通過させることができる。したがって、光電気変換部２４に到達する光相関信号の光強度が最大となる結果、信号品質が最大となる。【００９３】  波長分離部４４は、光干渉計４８から出力された第１〜第ｎの光相関信号を、波長毎に分離する。【００９４】  第１から第ｎの光復調部２０−１から２０−ｎは、波長分離部４４により波長毎に分離された第１から第ｎの光相関信号に対応して設けられている。第１の光復調部２０−１において、光電気変換部２４は、第１の光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する。信号識別部２５は、当該光電気変換部２４から出力された相関信号を識別することによって、対応する光変調部から伝送されてきたデータ信号を検出する。第２から第ｎの光復調部２０−２から２０−ｎの動作は、第１の光復調部２０−１の動作に準ずる。【００９５】  ここで、光変復調信号の様子は、図２Ａ〜図４Ｄに示したように、第１の実施形態と同様である。但し、前述のように、第１〜第ｎの光パルス信号、光位相変調、および光相関信号は、互いに異なる波長を有する。【００９６】  このように、第４の実施形態では、波長多重された状態で、光干渉計の透過特性の周回性を利用して、相関処理を実行することができるので、波長数分だけ相関処理のための構成が必要とならない。そのため、装置が大型化することなく波長多重に適用することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。【００９７】  好ましくは、第１〜第ｎの光パルス信号の波長間隔は、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ）の整数倍であるとよい。ここで、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲とは、波長に対して、光位相強度変換部における透過率が極大となる一周期分のことをいう。すなわち、第１〜第ｎの光パルス信号の波長は、光位相強度変換部において透過率が極大となる位置毎に、配置されているとよい。このように波長を配置することによって、第１〜第ｎの光相関信号の光強度が最適化された状態で光電気変換されるので、伝送品質が最も向上するという効果が期待できる。なお、このように波長が配置されていなくても、相関処理を行うことは可能であるので、本発明の波長間隔は、これに限定されるものではない。【００９８】  なお、当然、第２の光位相変調部、テンプレート生成部、光干渉計を各波長それぞれに、設ける構成としても良い。また、一部だけ波長多重して、第２の光位相変調部、テンプレート生成部、光干渉計を共用する構成にしてもよい。【００９９】  なお、第４の実施形態においても、波長多重部４５が空間に光パルス信号を出力する構成を有しており、第２の光位相変調部４６に図７に示すようなアレイ型第２の空間光位相変調部を用いてもよい。これにより、超広帯域通信システムを、波長多重信号の光空間伝送に応用できる。【０１００】  以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本発明にかかる超広帯域通信装置は、短パルスの無線ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）信号のバックボーン構築手段等として有用である。また、ＣＡＴＶ信号に短パルス信号を多重して伝送する光伝送装置や、自由空間を用いた光空間伝送装置等の用途にも応用できる。
【図１】
2005125058.tif 000002
【図２Ａ】
2005125058.tif 000003
【図２Ｂ】
2005125058.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2005125058.tif 000006
【図２Ｅ】
2005125058.tif 000007
【図３Ａ】
2005125058.tif 000008
【図３Ｂ】
2005125058.tif 000009
【図３Ｃ】
2005125058.tif 000010
【図４Ａ】
2005125058.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2005125058.tif 000014
【図５】
2005125058.tif 000015
【図６Ａ】
2005125058.tif 000016
【図６Ｂ】
2005125058.tif 000017
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
2005125058.tif 000021
【図６Ｇ】
2005125058.tif 000022
【図６Ｈ】
2005125058.tif 000023
【図７】
2005125058.tif 000024
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
2005125058.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月27日(2006.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムであって、
データ信号に基づいて、前記パルス信号を生成する少なくとも１つのパルス生成部と、
前記パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する少なくとも１つの第１の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部から出力された前記光パルス信号を伝搬する光伝送路と、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
前記光伝送路を伝搬された前記光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する第２の光位相変調部と、
前記第２の光位相変調部から出力された前記光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、
前記光位相強度変換部から出力された前記光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する少なくとも１つの光電気変換部と、
前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別することによって、前記データ信号を検出する少なくとも１つの信号識別部とを備える、超広帯域通信システム。
【請求項２】
前記パルス生成部、前記第１の光位相変調部、前記光電気変換部、および前記信号識別部は、２つ以上備えられ、
前記超広帯域通信システムは、さらに、
各前記第１の光位相変調部から出力された各前記光パルス信号を波長多重して、前記光伝送路に伝搬させる波長多重部と、
前記光位相強度変換部の出力に配置された波長分離部とを備え、
前記第２の光位相変調部は、前記波長多重部によって多重された複数の光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、前記光位相復調信号として出力し、
前記波長分離部は、前記光位相強度変換部から出力される前記光相関信号を波長毎に分離して、それぞれ、前記光相関信号として出力し、
各前記光電気変換部は、前記波長分離部からの前記光相関信号をそれぞれ光電気変換して、前記相関信号として出力し、
各前記信号識別部は、対応する前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別して、データ信号を検出する、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項３】
前記複数の光パルス信号の波長間隔は、前記光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲の整数倍である、請求項２に記載の超広帯域通信システム。
【請求項４】
前記第１の光位相変調部は、外部変調方式によって、光位相変調を施す、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項５】
前記第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を施す、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項６】
前記光位相強度変換部は、光干渉計で構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項７】
前記光位相強度変換部は、光位相に対して互いに異なる透過率特性を用いて、前記光位相復調信号を、基準光強度を中心として、互いに逆の光強度を有する２つの光相関信号を出力し、
前記光電気変換部は、前記２つの光相関信号を入力とする双極性フォトダイオードで構成されている、請求項６に記載の超広帯域通信システム。
【請求項８】
前記光位相強度変換部は、光フィルタで構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項９】
前記光位相強度変換部は、アダブティブ・フォトディテクターで構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１０】
前記第２の光位相変調部は、空間光位相変調器によって構成され、
前記光伝送路は、自由空間によって構成されている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１１】
前記第１の光位相変調部は、前記パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有し、
前記第２の光位相変調部は、一意に決められた前記テンプレート信号に基づいて、前記データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施すか、あるいは、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施すかのいずれか一方に決められている、請求項１に記載の超広帯域通信システム。
【請求項１２】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光送信装置であって、
データ信号に基づいて、前記パルス信号を生成するパルス生成部と、
前記パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する光位相変調部とを備え、
前記光位相変調部は、
前記光パルス信号が、光伝送路を伝搬された後、前記パルス信号と相関性を有する予め定められたテンプレート信号に基づいて、光位相変調されて、光位相復調信号となり、当該光位相復調信号の光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換されて、光相関信号となり、当該光相関信号が光電気変換されて、相関信号となるように、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有することを特徴とする、光送信装置。
【請求項１３】
パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された前記光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光受信装置であって、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調された光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する光位相変調部と、
前記光位相変調部から出力された前記光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、
前記光位相強度変換部から出力された前記光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する光電気変換部と、
前記光電気変換部から出力された前記相関信号を識別することによって、データ信号を検出する信号識別部とを備える、光受信装置。
【請求項１４】
複数のパルス信号に基づいて光位相変調された複数の光パルス信号を波長多重して伝送し、伝送された前記複数の光パルス信号を波長分離して復調するための超広帯域通信システムで用いられる光中継装置であって、
前記光パルス信号は、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調されており、
前記パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、
波長多重された複数の光パルス信号を、前記テンプレート生成部から出力される前記テンプレート信号に基づいて光位相変調して、波長多重された光位相復調信号として出力する光位相変調部と、
前記光位相変調部から出力された前記波長多重された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、波長多重された光相関信号として出力する光位相強度変換部とを備える、光中継装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）と呼ばれるような、短パルスかつ広帯域の信号を用いて変調された光を伝送して復調するための超広帯域通信システムに関し、より特定的には、復調のための相関処理に特徴を有する超帯域通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超広帯域通信システムとして、電気的な相関処理を用いるものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、電気的なパルス信号を光信号に変換して、光伝送路を介して伝送し、当該光信号を電気的なパルス信号に復調するシステムも提案されている（たとえば、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレット参照）。図９Ａは、特許文献１に記載された従来の超広帯域通信システムから、本発明と関連のある構成要素のみ抽出し、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレットに記載されている光伝送に必要な構成要素を付加した超広帯域通信システムを示すブロック図である。
【０００３】
従来の超広帯域通信システムの構成を説明する。図９Ａにおいて、従来の超広帯域通信システムは、光伝送路９４を介して、光変調部９０から光復調部９５へデータ信号の伝送を行う。光変調部９０は、信号発生部９１、パルス生成部９２、および電気光変換部９３で構成される。また、光復調部９５は、光電気変換部９６、相関部９７、テンプレート生成部９８、信号識別部９９で構成される。
【０００４】
図９Ｂは、パルス生成部９２から出力されるパルス信号の波形を示す図である。図９Ｂでは、データ“０”に対応する波形が点線で示され、データ“１”に対応する波形が実線で示されている。図９Ｃは、電気光変換部９３から出力される光パルス信号の波形を示す図である。図９Ｃにおいても、データ“０”に対応する波形が点線で示され、データ“１”に対応する波形が実線で示されている。
【０００５】
以下、図９Ａ〜９Ｃを参照しながら、従来の超広帯域通信装置の動作を説明する。光変調部９０において、信号発生部９１は、伝送すべきデータ信号を出力する。パルス生成部９２は、信号発生部９１から出力されたデータ信号に基づいて、パルス信号（図９Ｂ参照）を生成して出力する。電気光変換部９３は、パルス生成部９２から出力されたパルス信号に対して、光強度変調を施し、光パルス信号（図９Ｃ参照）として出力する。
【０００６】
光伝送路９４は、電気光変換部９３から出力された光パルス信号を伝播する。
【０００７】
光復調部９５において、光電気変換部９６は、光伝送路９４を介して伝播された光パルス信号（図９Ｃ参照）をパルス信号（図９Ｂ参照）に変換して出力する。テンプレート生成部９８は、パルス信号と相関性を有するパルスを生成し、テンプレート信号として出力する。相関部９７は、例えば電気ミキサーで構成され、光電気変換部９６から出力されたパルス信号の振幅情報とテンプレート生成部９８から出力されたテンプレート信号の振幅情報とを乗算し、パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を求め、相関信号として出力する。以下、相関部９７において、パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を求める処理のことを相関処理という。信号識別部９９は、相関部９７から出力された相関信号を積分処理することによって、光変調部９０から伝送されるべきデータ信号を識別する。
【０００８】
相関処理の動作と、各信号（データ信号、パルス信号、光パルス信号、テンプレート信号、相関信号）の関係について詳しく説明する。図９Ｂの波形に示すように、例えばデータ信号“１”の時、パルス生成部９２は、パルス信号の振幅が負から正に変化する極性を持つパルス信号を生成する。データ信号“０”の時、パルス生成部９２は、逆極性を持つパルス信号を生成する。電気光変換部９３は、パルス信号の振幅を光強度情報に変換して、パルス信号と同極性の光パルス信号を生成する。一方、テンプレート生成部９８は、データ信号の内容に関わらず常に同じ極性のパルス、すなわち予め定められたテンプレート信号を生成する。この結果、パルス信号とテンプレート信号とが同じ極性だった場合と、異なる極性だった場合とでは、両信号を乗算して得られる相関信号の値が異なってくる。従って、信号識別部９９は、１つの光パルス信号の一周期において、相関信号を積分することによって、データ信号が“１”か“０”かを、識別することができる。なお、光変調部９０と光復調部９５とは、従来の手段によって同期がとられており、相関部９７は、とられた同期に従って、テンプレート信号とパルス信号との間の相関を求める。
【特許文献１】特表平１１−５０４４８０号公報（第４７頁、図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の構成において、光復調部９５は、電気ミキサーなどの相関部９７を用いて相関処理を行うこととなる。電気ミキサーは、一般的に広帯域な周波数特性を得ることが難しい。したがって、図９Ａに示すような従来の構成では、相関処理の品質が劣化しやすいという課題が生じる。
【００１０】
また、このようなパルス信号の光伝送を波長多重伝送に適用した場合、相関部およびテンプレート生成部が、波長数分だけそれぞれ必要となるため、装置が大規模化してしまうという課題を有していた。
【００１１】
それゆえ、本発明の目的は、相関処理の品質劣化を防止することができる超広帯域通信システムを提供することである。さらに、本発明の目的は、相関処理の品質劣化すると共に、装置が大規模化することなく波長多重に適用することができる超広帯域通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明の第１の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムであって、データ信号に基づいて、パルス信号を生成する少なくとも１つのパルス生成部と、パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する少なくとも１つの第１の光位相変調部と、第１の光位相変調部から出力された光パルス信号を伝搬する光伝送路と、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、光伝送路を伝搬された光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する第２の光位相変調部と、第２の光位相変調部から出力された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、光位相強度変換部から出力された光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する少なくとも１つの光電気変換部と、光電気変換部から出力された相関信号を識別することによって、データ信号を検出する少なくとも１つの信号識別部とを備える。
【００１３】
本発明の第１の局面によれば、送信側において、パルス信号に基づいて、第一回目の光位相変調が施され、光パルス信号が出力されることとなる。伝搬された当該光パルス信号は、復調側において、テンプレート信号に基づいて、第二回目の光位相変調が施されることとなる。当該第二回目の光位相変調によって、光パルス信号とテンプレート信号との間で位相が足し算され、光パルス信号とテンプレート信号との間の相関性を有する光位相復調信号が出力されることとなる。光位相復調信号は、光位相強度変換部によって、光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換され、光相関信号となる。よって、当該光相関信号を電気信号に変換すれば、元のデータ信号に基づくパルス信号とテンプレート信号との相関を得ることができるので、相関信号を識別することによって、データ信号を検出することができる。このように、本発明では、光デバイスを用いて相関処理を実行するので、相関処理の品質劣化を防止することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。
【００１４】
本発明の第２の局面において、パルス生成部、第１の光位相変調部、光電気変換部、および信号識別部は、２つ以上備えられ、超広帯域通信システムは、さらに、各第１の光位相変調部から出力された各光パルス信号を波長多重して、光伝送路に伝搬させる波長多重部と、光位相強度変換部の出力に配置された波長分離部とを備え、第２の光位相変調部は、波長多重部によって多重された複数の光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力し、波長分離部は、光位相強度変換部から出力される光相関信号を波長毎に分離して、それぞれ、光相関信号として出力し、各光電気変換部は、波長分離部からの光相関信号をそれぞれ光信号に変換して、相関信号として出力し、各信号識別部は、対応する光電気変換部から出力された相関信号を識別して、データ信号を検出する。
【００１５】
本発明の第２の局面によれば、波長多重された状態で、各波長の光パルス信号がテンプレート信号に基づいて光位相変調され、光位相強度変換部によって光相関信号に変換される。光位相強度変換部から出力される段階では、光相関信号は、波長多重されている。そして、波長分離部によって、波長多重された光相関信号が各波長に分離される。その後、電気信号に変換されてデータ信号が検出される。このように、第２の局面では、光位相強度変換部の周回性を利用して、波長多重された状態のまま光相関信号を得ることができる。したがって、波長毎に相関処理のための構成を設ける必要がなく波長多重に対応することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。
【００１６】
好ましくは、複数の光パルス信号の波長間隔は、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲の整数倍であるとよい。
【００１７】
これにより、光位相信号の光強度が最適化された状態で光電気変換されるので、伝送品質が最も向上するという効果が期待できる。
【００１８】
一実施形態として、第１の光位相変調部は、外部変調方式によって、光位相変調を施すとよい。
【００１９】
一実施形態として、第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を施すとよい。
【００２０】
一実施形態として、光位相強度変換部は、光干渉計で構成されているとよい。
【００２１】
好ましくは、光位相強度変換部は、光位相に対して互いに異なる透過率特性を用いて、光位相復調信号を、基準光強度を中心として、互いに逆の光強度を有する２つの光相関信号を出力し、光電気変換部は、２つの光相関信号を入力とする双極性フォトダイオードで構成されているとよい。
【００２２】
これにより、ＧＮＤレベルを中心に正と負とを変換する振幅を持つ相関信号を得ることができるので、データ信号の検出が容易となる。
【００２３】
一実施形態として、光位相強度変換部は、光フィルタで構成されているとよい。
【００２４】
一実施形態として、光位相強度変換部は、アダブティブ・フォトディテクターで構成されているとよい。
【００２５】
一実施形態として、第２の光位相変調部は、空間光位相変調器によって構成され、光伝送路は、自由空間によって構成されていてもよい。
【００２６】
好ましくは、第１の光位相変調部は、パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有し、第２の光位相変調部は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施すか、あるいは、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施すかのいずれか一方に決められているとよい。
【００２７】
これにより、第２の光位相変調部から出力される光位相復調信号は、テンプレート信号と光パルス信号との間の相関に応じて、光位相が０からπ／２にまで変化する光位相信号、または、光位相がπ／２からπにまで変化する光位相信号のいずれかとなる。したがって、光位相が０からπまでの間で、出力する光強度がほぼ連続的に変化する光位相強度変換部を用いて、光相関信号を得ることができる。したがって、相関処理が適切に実行されることとなる。
【００２８】
本発明の第３の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光送信装置であって、データ信号に基づいて、パルス信号を生成するパルス生成部と、パルス生成部が生成したパルス信号に基づいて、光位相変調を施し、光パルス信号として出力する光位相変調部とを備え、光位相変調部は、光パルス信号が、光伝送路を伝搬された後、パルス信号と相関性を有する予め定められたテンプレート信号に基づいて、光位相変調されて、光位相復調信号となり、当該光位相復調信号の光位相に関する情報が光強度に関する情報に変換されて、光相関信号となり、当該光相関信号が光電気変換されて、相関信号となるように、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す場合とを有する。
【００２９】
本発明の第３の局面によれば、相関処理の品質を向上させることができる光送信装置が提供されることとなる。
【００３０】
本発明の第４の局面は、パルス信号を光パルス信号に変換して伝送し、伝送された光パルス信号を復調するための超広帯域通信システムで用いられる光受信装置であって、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調された光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、光位相復調信号として出力する光位相変調部と、光位相変調部から出力された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、光相関信号として出力する光位相強度変換部と、光位相強度変換部から出力された光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する光電気変換部と、光電気変換部から出力された相関信号を識別することによって、データ信号を検出する信号識別部とを備える。
【００３１】
本発明の第４の局面によれば、相関処理の品質を向上させることができる光受信装置が提供されることとなる。
【００３２】
本発明の第５の局面によれば、複数のパルス信号に基づいて光位相変調された複数の光パルス信号を波長多重して伝送し、伝送された複数の光パルス信号を波長分離して復調するための超広帯域通信システムで用いられる光中継装置であって、光パルス信号は、光位相が０からπの方向に変化するかまたはπから０の方向に変化するように光位相変調されており、パルス信号と相関性を有する予め定められた波形のパルスを生成し、テンプレート信号として出力するテンプレート生成部と、波長多重された複数の光パルス信号を、テンプレート生成部から出力されるテンプレート信号に基づいて光位相変調して、波長多重された光位相復調信号として出力する光位相変調部と、光位相変調部から出力された波長多重された光位相復調信号の光位相に関する情報を、光強度に関する情報に変更して、波長多重された光相関信号として出力する光位相強度変換部とを備える。
【００３３】
本発明の第５の局面によれば、波長多重された光パルス信号を、波長多重されたままの状態で、光位相変調して、波長多重された光位相復調信号を得ることができる。さらに、波長多重された光位相復調信号の光位相を光強度に変換して、波長多重された光相関信号を得ることができる。したがって、波長毎に光デバイスを必要とすることなく、超広帯域通信システムで用いられる光中継装置が提供されることとなる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の超広帯域通信装置によれば、従来の相関器（電気ミキサー）と比較して、広帯域な周波数特性を得やすい光デバイスが利用可能となり、相関処理の品質を向上することができる。また、波長多重の場合には、光干渉計の透過率特性の周回性を利用して、光デバイスを共用することができるため、部品点数の削減効果が期待でき、波長多重への適用性を向上することができる。
【００３５】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超広帯域通信システム１の構成を示すブロック図である。図１において、超広帯域通信システム１は、光送信装置１ａと、光伝送路１４と、光受信装置１ｂとを備える。光送信装置１ａは、光変調部１０を含む。光受信装置１ｂは、光復調部２０を含む。光伝送路１４を介して、光変調部１０から光復調部２０へデータ信号の伝送が行われる。光変調部１０は、光源１１と、第１の光位相変調部１２と、パルス生成部１３とを含む。光復調部２０は、第２の光位相変調部２１と、テンプレート生成部２２と、光位相強度変換部である光干渉計２３と、光電気変換部２４と、信号識別部２５とを含む。
【００３８】
光変調部１０は、伝送すべきデータ信号に基づいて生成された電気のパルス信号（以下、電気のパルス信号を単にパルス信号という）を光のパルス信号（以下、光のパルス信号を光パルス信号という）に変換して出力する。光変調部１０から出力された光パルス信号は、光伝送路１４を介して伝搬され、光復調部２０に入力される。光復調部２０は、伝送されてきた光パルス信号を復調して、元のデータ信号を得る。
【００３９】
本発明の第１の実施形態の動作を説明する。光変調部１０において、光源１１は、連続光を発生する。パルス生成部１３は、伝送すべきデータ信号に基づいてパルス信号を生成する。第１の光位相変調部１２は、パルス生成部１３から出力されたパルス信号に基づいて、光源１１からの光を光位相変調し、光パルス信号ａ（より詳しくは、後述の図２Ａ参照）として出力する。第１の光位相変調部１２による光位相変調処理を第１の光位相変調処理という。
【００４０】
光伝送路１４は、第１の光位相変調部１２から出力された光パルス信号ａを伝播する。
【００４１】
光復調部２０において、テンプレート生成部２２は、後述する信号識別部２５から出力される同期タイミングにしたがって、パルス生成部１３から出力されるパルス信号と相関性を有する予め定められたパルスを生成して、テンプレート信号として出力する。ここで、パルス信号と相関性を有するとは、パルス信号の振幅変化と同じ方向にテンプレート信号の振幅が変化するか、または、パルス信号の振幅変化と逆方向にテンプレート信号の振幅が変化することをいう。第２の光位相変調部２１は、光伝送路１４を伝播された光パルス信号を、テンプレート生成部２２から出力されたテンプレート信号に基づいて光位相変調し、光位相復調信号ｂとして出力する。光干渉計２３は、例えば、マッハツエンダー型光干渉計で構成され、第２の光位相変調部２１から出力された光位相復調信号ｂの光位相に関する情報（以下、光位相復調情報という）を、光強度に関する情報（以下、光強度変調情報）に変更して、光相関信号ｃとして出力する。光電気変換部２４は、光干渉計２３から出力された光相関信号ｃを光電気変換し、相関信号として出力する。信号識別部２５は、光電気変換部２４から出力された相関信号を識別することによって、光変調部１０から伝送されてきたデータ信号を検出する。
【００４２】
なお、信号識別部２５は、データ信号検出のための同期タイミングを検出し、当該同期タイミングをテンプレート生成部２２に入力する。同期タイミングの検出方法としては、たとえば、信号識別部２５は、テンプレート生成部２２が出力するテンプレート信号を時間方向にスイープさせ、相関信号を所定の周期（たとえば、テンプレート信号の周期）で積分して、積分値がピークになるタイミングを同期タイミングとして出力する。その他、同期タイミングを検出する方法は、これに限られるものではなく、信号識別部２５以外の機能ブロックから、テンプレート生成部２２に対して、同期タイミングが入力されてもよい。
【００４３】
図２Ａは、光パルス信号について、光位相と時間との関係を示す図である。図２Ａに示すように、データ“１”に対応する光パルス信号は、光位相がπ／４から０に変化して、０からπに変化して、πからπ／４に戻る信号である。また、データ“０”に対応する光パルス信号は、光位相がπ／４からπに変化して、πから０に変換して、０からπ／４に戻る信号である。すなわち、第１の光位相変調部１２は、データ信号、および、パルス信号に応じて、光位相を０からπの方向に変化させる光位相変調を施す場合と、光位相をπから０の方向に変化させる光位相変調を施す場合とを有する。
【００４４】
ここで、テンプレート信号による光位相変調の効果は、データ“１”に対応する光パルス信号と同様の位相変化を有するとする。すなわち、テンプレート信号による効果は、位相がπ／４から０に変化して、０からπに変化して、πからπ／４に戻るものである。以下、テンプレート信号による効果を、第２の位相変調処理（テンプレート処理）ということとする。
【００４５】
図２Ｂ、光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。図２Ｂに示すように、データが“１”に対応する光パルス信号をテンプレート信号で光位相変調した場合、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光相関信号の位相となる。同様に、データが“０”に対応する光パルス信号をテンプレート信号で光位相変調した場合、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光相関信号の位相となる。
【００４６】
図２Ｃは、光位相復調信号について、光位相と時間との関係を示す図である。図２Ｂに示すような加算の結果、図２Ｃに示すような関係を有する光位相復調信号が第２の光位相変調部２１から出力される。
【００４７】
図２Ｄは、光干渉計２３について、光位相に対する透過率を示すグラフである。図２Ｄに示すように、光干渉計２３は、光位相毎に変化する透過率を有している。すなわち、光干渉計２３は、光位相を、光強度に変換している光位相強度変換部として機能する。
【００４８】
図２Ｅは、光相関信号について、光強度と時間との関係を示す図である。図２Ｄに示すような透過率を有する光干渉計２３に図２Ｃに示す光位相を有する光位相復調信号が入力されれば、その位相に応じた強度を有する光が、光相関信号として、図２Ｅに示すように、光干渉計２３から出力される。図２Ｄに示す透過率特性では、位相が０に近いほど、透過率が高く、位相がπに近いほど、透過率が低い。したがって、図２Ｅに示すように、データ信号“１”に対応する位相がπ／２以下の光位相復調信号の光強度が１／２〜１（ここでの１／２，１は相対値）を変化し、データ信号“０”に対応する位相がπ／２以上の光位相復調信号の光強度が０〜１／２を変化する。
【００４９】
次に、具体的なデータを例示しながら、超広帯域通信システム１の動作について説明する。ここでは、伝送すべきデータ信号が“１０”であるとする。
【００５０】
図３Ａは、光源１１から出力されている連続光の時間変化を示す図である。図３Ａに示すように、当該連続光は、時間が変化しても、強度が一定である。
【００５１】
図３Ｂは、パルス生成部１３から出力されるパルス信号の振幅変化を示す図である。図３Ｂに示すように、パルス生成部１３は、データ信号“１”に対して、振幅が負から正に変化するパルス信号を出力し、データ信号“０”に対して、振幅が正から負に変化するパルス信号を出力するものとする。
【００５２】
図３Ｃは、第１の光位相変調部１２から出力される光パルス信号の光位相変化を示す図である。第１の光位相変調部１２は、パルス信号の振幅に関する情報を光位相情報に変換して、出力する。したがって、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、パルス信号と光パルス信号とは、同じ極性を有する。
【００５３】
図４Ａは、テンプレート信号の振幅変化を示す図である。図４Ａに示すように、テンプレート信号は、データ信号“１”に対応するパルス信号と同一の極性を有する信号である。テンプレート信号は、データ信号の内容には依存せずに、常に同じ極性を有する予め定められた信号である。
【００５４】
図４Ｂは、第２の光位相変調部２１から出力される光位相復調信号の光位相変化を示す図である。テンプレート信号はデータ信号“１”に対応するパルス信号と同一の極性を有する信号であるので、第２の光位相変調部２１は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相を０からπの方向に変化させる位相変調を施す。したがって、第２の光位相変調部２１は、光パルス信号と第２の位相変調処理の効果とが同じ極性の場合、π／２から０の間を変化する光位相情報を持つ光位相復調信号を出力する。一方、第２の光位相変調部２１は、光パルス信号と第２の位相変調処理の効果とが異なる極性の場合、π／２からπを変化する光位相情報を持つ光位相復調信号を出力する。これは、すなわち、図２Ｂの加算式に示すように、光パルス信号の光位相情報と第２の位相変調処理の位相情報との足し算が、第２の光位相変調部２１によって実行されたことを意味する。
【００５５】
図４Ｃは、光干渉計２３から出力される光相関信号の光強度変化を示す図である。図２Ｄに示すように、光干渉計２３は、光位相に依存して、透過率を変化させる。したがって、光干渉計２３は、光位相復調信号の光位相情報を光強度情報に変換して、相対的な光強度で表される相対光強度波形となる光相関信号を出力する。
【００５６】
図４Ｄは、光電気変換部２４から出力される相関信号の振幅変化を示す図である。図４Ｄでは、光電気変換部２４に、シングルフォトダイオード（ｓｉｎｇｌｅ−ＰＤ）が用いられているとする。図４Ｄに示すように、シングルフォトダイオードを用いると、光相関信号の光強度に応じて、ＧＮＤレベルよりも高い範囲で振幅が変動する相関信号が出力される。データ信号“１”に対応する相関信号は、ハイレベルとなり、データ信号“０”に対応する相関信号は、ローレベルとなる。
【００５７】
信号識別部２５は、相関信号をある時間周期（たとえば、テンプレート信号の時間周期）で積分し、積分値の大きさを上記ハイレベルおよび上記ローレベルと比較して、光変調部１０から伝送されてきたデータ信号が“１”であるか“０”であるかを識別する。
【００５８】
このように、第１の実施形態によれば、２回の光位相変調を施すこと、すなわち、第１の光位相変調部１２を用いてパルス信号が光位相変調されて光パルス信号として出力され、第２の光位相変調部２１を用いて光パルス信号がテンプレート信号によって光位相復調されることによって、光パルス信号の光位相と第２の位相変調処理による光位相との和が、光位相復調信号として出力される。したがって、光変調部１０から出力される光パルス信号がデータ信号に応じて逆の特性を有する場合、光パルス信号とテンプレート信号との和も、逆の特性を有するように、光位相復調信号として出力される。光位相復調信号を、光干渉計２３によって、光位相強度変換して、光強度に変換すれば、光電気変換部２４および信号識別部２５を用いて、元のデータ信号を識別することができる。以上、第１の実施形態に係る超広帯域通信システムでは、光デバイスを用いて、相関処理を実行し、元のデータ信号を識別することができるので、従来のように、電気振幅の乗算によって行っていた相関処理に比べて、相関処理の品質が向上することとなる。
【００５９】
なお、第１の実施形態において、第１の光位相変調部は、光源からの連続光の光位相を変調する外部変調方式であるとしたが、直接変調方式によって、光位相変調を行ってもよい。
【００６０】
なお、第１の実施形態では、テンプレート信号として、データ信号“１”に対応するパルスが用いられることとしたが、データ信号“０”に対応するパルスが用いられても良い。その場合、第２の光位相変調部２１は、一意に決められたテンプレート信号に基づいて、データ信号に関わらず、光位相をπから０の方向に変化させる位相変調を施す。その他、各信号は、極性が反転するだけで、本質的な動作は、上記と同様である。
【００６１】
なお、第１の実施形態では、光位相強度変換部として、光干渉計２３が用いられることとしたが、その他、光フィルタや、アダプティブ・フォトディテクター（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）等が用いられても良い。すなわち、入力される光信号の光位相に応じた光強度を出力することができる光デバイスが光位相強度変換部として用いられればよい。アダプティブ・フォトディテクターに関しては、Celis, M.; Hernandez, D.; Rodriguez, P.; Stepanov, S.; Korneev, N. "Polarization-independent linear detection of optical phase modulation using photo-emf adaptive photodetectors"
Technical Digest. Summaries of papers presented at the Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO) 98. ,1998, 3-8 May 1998 Page(s):530-531が詳しい。
【００６２】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る超広帯域通信システム２の構成を示すブロック図である。図５において、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。第２の実施形態に係る光復調部３０は、第２の光位相変調部と、テンプレート生成部２２と、光干渉計３３と、光電気変換部３４と、信号識別部３５とを含む。
【００６３】
図６Ａは、光パルス信号について、時間と光位相との関係を示す図である。図６Ｂ、光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図である。図６Ｃは、光位相復調信号について、時間と光位相との関係を示す図である。図６Ａ〜図６Ｃについては、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
光干渉計３３は、２つの出力端子を有し、入力する光位相復調信号に対して、互いに逆位相となるような光強度変調情報を生成して、２つの光相関信号ｃ，ｄを出力する。光干渉計３３は、たとえば、マッハツエンダー型光干渉計である。ここで、互いに逆位相となるような光強度変調情報とは、光位相に対応する光強度の変化の様子を図６Ｄおよび図６Ｅで示すように波形で表した場合、当該２つの波形が逆位相の関係になっていることを意味する。すなわち、光干渉計３３は、入力される光位相復調信号の光位相変調情報を、互いに逆の２つの過率特性を用いて、２つの光強度変調情報に変換する。結果、光干渉計３３は、互いに逆の光強度情報を有する２つの光相関信号（後述の図６Ｆおよび図６Ｇ参照）を出力する。ここで、互いに逆の光強度情報は、ある基準光強度を中心として（たとえば、図６Ｆおよび図６Ｇでは、１／２）、逆極性の光強度を有する。
【００６５】
光電気変換部３４は、双極性フォトダイオードで構成されている。
【００６６】
図６Ｄは、光干渉計３３の出力端子Ａにおける位相に対する透過率を示すグラフである。図６Ｅは、光干渉計３３の出力端子Ｂにおける位相に対する透過率を示すグラフである。図６Ｆは、出力端子Ａから出力される光相関信号ｃについて、時間と光強度との関係を示す図である。図６Ｇは、出力端子Ｂから出力される光相関信号ｄについて、時間と光強度との関係を示す図である。
【００６７】
図６Ｄおよび図６Ｅに示すように、光干渉計３３は、互いに逆の２つの透過率特性を有しており、入力される光位相復調信号を、透過率（Ａ）における光位相依存性によって出力端子Ａから光相関信号ｃとして出力すると共に、透過率（Ｂ）における光位相依存性によって出力端子Ｂから光相関信号ｄとして出力する。図６Ｄと図６Ｆとの関係は、図２Ｄと図２Ｅとの関係と同様である。図６Ｅに示す透過率特性では、位相が０に近いほど、透過率が低く、位相がπに近いほど、透過率が高い。したがって、図６Ｇに示すように、データ信号“１”に対応する位相がπ／２以下の光位相復調信号の光強度が０〜１／２を変化し、データ信号“０”に対応する位相がπ／２以上の光位相復調信号の光強度が１／２〜１を変換する。
【００６８】
図６Ｈは、データ信号が“１０”である場合の光電気変換部３４から出力される相関信号の時間変化を示す図である。光電気変換部３４として、双極性のフォトダイオードが利用され、図６Ｆおよび図６Ｇに示す光相関信号が光電気変換部３４に入力されるので、相関信号は、ＧＮＤレベルを中心に正と負とを変化する振幅を持つこととなる。
【００６９】
信号識別部３５は、ＧＮＤレベルを中心に、正か負によって、元々のデータ信号を識別する。したがって、第１の実施形態に比べ、相関信号の識別が容易となるので、識別品質が向上することとなる。
【００７０】
このように、第２の実施形態によれば、光復調部３０は、１入力である光位相復調信号の光位相を、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換し、双極性フォトダイオードを用いて、当該２つの光相関信号を電気信号に変換するので、ＧＮＤレベルを中心にした極性が現れる相関信号を得ることができる。したがって、信号識別部３５は、容易に、相関信号を識別することができるので、識別品質が向上することとなる。
【００７１】
なお、第２の実施形態では、光位相強度変換部として、光干渉計３３を用いることとしたが、これに限られるものではなく、光位相を、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換することができる光フィルタやアダプティブ・フォトディテクター等が用いられても良い。
【００７２】
なお、第２の実施形態においても、第１の光位相変調部は、直接変調方式によって、光位相変調を行ってよい。なお、第２の実施形態においても、テンプレート信号として、データ信号“０”に対応するパルスが用いられても良い。
【００７３】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る超広帯域通信システム３の構成を示す図である。図７において、超広帯域通信システム３は、光送信装置３ａと、光受信装置３ｂと、自由空間である光伝送路３ｃとを備える。光送信装置３ａは、光変調部４０を含む。光変調部４０は、アレイ型光源４１と、アレイ型第１の空間光位相変調部４２と、パルス生成部４３とを含む。光受信装置３ｂは、光復調部５０を含む。光復調部５０は、アレイ型第２の空間光位相変調部５１と、テンプレート生成部５２と、光干渉部５３と、アレイ型光電気変換部５４と、信号識別部５５とを備える。
【００７４】
アレイ型光源４１は、複数の光源（図７では、３つの光源を例示する）を有し、それぞれ、連続光（図７では、第１〜第３の連続光を例示する）を出力する。
【００７５】
パルス生成部４３は、伝送すべきデータ信号に基づいて、パルス信号を出力する。パルス信号は、第１の実施形態と同様である。
【００７６】
アレイ型第１の空間光位相変調部４２は、各光源に対応して設けられた複数の空間光位相変調部を有し、パルス信号に基づいて連続光（図７では、第１〜第３の連続光を示している）の連続光を位相変調して、光パルス信号として、自由空間上に出力する。各光パルス信号は、第１の実施形態と同様である。空間光位相変調部については、特願２００４−２９５３４３号に詳しく記載されている。具体例としては、液晶を用いた光空間位相変調器がある。より具体的には、浜松フォトニクス製のＰＡＬ−ＳＬＭと呼ばれる液晶空間光変調器がある。
【００７７】
アレイ型第１の空間光位相変調部から出力された光パルス信号は、光伝送路３ｃである自由空間中を伝搬して、アレイ型第２の空間光位相変調部５１に入射する。アレイ型第２の空間光位相変調部５１は、複数の空間光位相変調部を有し、テンプレート生成部５２から出力されるテンプレート信号に基づいて、各光パルス信号を光位相変調して、複数の光位相復調信号として出力する。各光位相復調信号は、第１の実施形態の光位相復調信号と同様である。
【００７８】
光干渉部５３は、各光位相復調信号の光位相に関する情報を光強度に関する情報に変換して、それぞれ、光相関信号として出力する。各光相関信号は、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
アレイ型光電気変換部５４は、各光相関信号を電気信号に変換して、それぞれ相関信号として出力する。各相関信号は、第１の実施形態と同様である。
【００８０】
信号識別部５５は、各相関信号を識別する。識別方法は、第１の実施形態と同様である。
【００８１】
このように、第１および第２の光位相変調部は、空間光位相変調部であってもよく、光伝送路は、自由空間であっても、データ信号の伝送を実現することができる。空間光位相変調部を用いることによって、自由空間を伝送されてきた光信号の振幅を変えることなく、光位相のみを変調することができる。また、複数の光パルス信号に対して、共通のテンプレート信号を用いて、相関処理が施されることとなるので、複数の光パルス信号とテンプレート信号との同期が単一化できる。
【００８２】
なお、光干渉部５３に第２の実施形態のように、各光位相復調信号のそれぞれの光位相を、光位相に対して互いに異なる透過率特性を用いて、ある基準光強度を中心として、互いに逆極性を有する光強度の２つの光相関信号に変換する光位相強度変換部を光干渉部の代わりに用いても良い。この場合、アレイ型光電気変換部５４における各光電気変換部は、双極性フォトダイオードで構成されていればよい。
【００８３】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る超広帯域通信システム４の構成を示すブロック図である。図８に示す超広帯域通信システムは、第１の実施形態に係る超広帯域通信システムを波長多重通信に適用した場合である。図８において、図１に示す超広帯域通信システムと同様の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図８において、超広帯域通信システム４は、光送信装置４ａと、光中継装置４ｃと、光受信装置４ｂと、光中継装置４ｃと光送信装置４ａとの間の光伝送路１４とを備える。光送信装置４ａは、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎと、波長多重部４５とを含む。光中継装置４ｃは、第２の光位相変調部４６と、テンプレート生成部４７と、光干渉計４８とを含む。光受信装置４ｂは、第１〜第ｎの光復調部２０−１〜２０−ｎと、波長分離部４４とを含む。
【００８５】
第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎは、互いに異なる波長を有する、第１〜第ｎの光パルス信号が出力される。各光パルス信号は、波長が異なる点を除いては、第１の実施形態と同じである。ここで、各波長の間隔は、光干渉計４８の自由スペクトラム範囲（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）の整数倍である。
【００８６】
波長多重部４５は、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎから出力された、第１〜第ｎの光パルス信号を波長多重する。
【００８７】
光伝送路１４は、波長多重部４５により波長多重された、第１〜第ｎの光パルス信号を伝播する。
【００８８】
テンプレート生成部４７は、第１〜第ｎの光変調部１０−１〜１０−ｎから出力された光パルス信号とそれぞれ相関性を有する予め定められたパルスを生成し、テンプレート信号として出力する。
【００８９】
第２の光位相変調部４６は、光伝送路１４を伝播された第１〜第ｎの光パルス信号を、テンプレート生成部４７から出力されたテンプレート信号に基づいて光位相変調し、第１〜第ｎの光位相復調信号として出力する。波長多重された第１〜第ｎの光パルス信号を、１つのテンプレート信号によって光位相変調することによって、第１〜第ｎの光パルス信号が、当該１つのテンプレート信号によって、それぞれ位相変調される点に、特徴がある。したがって、第２の光位相変調部４６から出力される第１〜第ｎの光位相信号は、波長多重されている。
【００９０】
光干渉計４８は、第２の光位相変調部４６から出力された第１〜第ｎの光位相復調信号の光位相変調情報を、光強度変調情報に変更して、第１〜第ｎの光相関信号として出力する。光干渉計４８に入力される第１〜第ｎの光位相復調信号は、波長多重されているが、光干渉計４８の透過率特性の周回性によって、第１〜第ｎの光位相復調信号のそれぞれが、光位相に応じて、光強度が変換され、第１〜第ｎの光相関信号となるが、光干渉計４８から出力される段階では、第１〜第ｎの光相関信号は、波長多重されている。ここで、光干渉計４８の波長に対する透過率が周期的にピークを有することを周回性と呼び、この周期に応じて、波長を最適化するとよい。すなわち、波長間隔は、光干渉計４８の自由スペクトラム範囲の整数倍に設定されているとよい。そうすることによって、最大の透過率で、光を通過させることができる。したがって、光電気変換部２４に到達する光相関信号の光強度が最大となる結果、信号品質が最大となる。
【００９１】
波長分離部４４は、光干渉計４８から出力された第１〜第ｎの光相関信号を、波長毎に分離する。
【００９２】
第１から第ｎの光復調部２０−１から２０−ｎは、波長分離部４４により波長毎に分離された第１から第ｎの光相関信号に対応して設けられている。第１の光復調部２０−１において、光電気変換部２４は、第１の光相関信号を光電気変換し、相関信号として出力する。信号識別部２５は、当該光電気変換部２４から出力された相関信号を識別することによって、対応する光変調部から伝送されてきたデータ信号を検出する。第２から第ｎの光復調部２０−２から２０−ｎの動作は、第１の光復調部２０−１の動作に準ずる。
【００９３】
ここで、光変復調信号の様子は、図２Ａ〜図４Ｄに示したように、第１の実施形態と同様である。但し、前述のように、第１〜第ｎの光パルス信号、光位相復調、および光相関信号は、互いに異なる波長を有する。
【００９４】
このように、第４の実施形態では、波長多重された状態で、光干渉計の透過率特性の周回性を利用して、相関処理を実行することができるので、波長数分だけ相関処理のための構成が必要とならない。そのため、装置が大型化することなく波長多重に適用することができる超広帯域通信システムが提供されることとなる。
【００９５】
好ましくは、第１〜第ｎの光パルス信号の波長間隔は、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ）の整数倍であるとよい。ここで、光位相強度変換部の自由スペクトラム範囲とは、波長に対して、光位相強度変換部における透過率が極大となる一周期分のことをいう。すなわち、第１〜第ｎの光パルス信号の波長は、光位相強度変換部において透過率が極大となる位置毎に、配置されているとよい。このように波長を配置することによって、第１〜第ｎの光相関信号の光強度が最適化された状態で光電気変換されるので、伝送品質が最も向上するという効果が期待できる。なお、このように波長が配置されていなくても、相関処理を行うことは可能であるので、本発明の波長間隔は、これに限定されるものではない。
【００９６】
なお、当然、第２の光位相変調部、テンプレート生成部、光干渉計を各波長それぞれに、設ける構成としても良い。また、一部だけ波長多重して、第２の光位相変調部、テンプレート生成部、光干渉計を共用する構成にしてもよい。
【００９７】
なお、第４の実施形態においても、波長多重部４５が空間に光パルス信号を出力する構成を有しており、第２の光位相変調部４６に図７に示すようなアレイ型第２の空間光位相変調部を用いてもよい。これにより、超広帯域通信システムを、波長多重信号の光空間伝送に応用できる。
【００９８】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明にかかる超広帯域通信装置は、短パルスの無線ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）信号のバックボーン構築手段等として有用である。また、ＣＡＴＶ信号に短パルス信号を多重して伝送する光伝送装置や、自由空間を用いた光空間伝送装置等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超広帯域通信システム１の構成を示すブロック図
【図２Ａ】光パルス信号について、光位相と時間との関係を示す図
【図２Ｂ】光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図
【図２Ｃ】光位相復調信号について、光位相と時間との関係を示す図
【図２Ｄ】光干渉計２３について、光位相に対する透過率を示すグラフ
【図２Ｅ】光相関信号について、光強度と時間との関係を示す図
【図３Ａ】光源１１から出力されている連続光の時間変化を示す図
【図３Ｂ】パルス生成部１３から出力されるパルス信号の振幅変化を示す図
【図３Ｃ】第１の光位相変調部１２から出力される光パルス信号の光位相変化を示す図
【図４Ａ】テンプレート信号の振幅変化を示す図
【図４Ｂ】第２の光位相変調部２１から出力される光位相復調信号の光位相変化を示す図
【図４Ｃ】光干渉計２３から出力される光相関信号の光強度変化を示す図
【図４Ｄ】光電気変換部２４から出力される相関信号の振幅変化を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る超広帯域通信システム２の構成を示すブロック図
【図６Ａ】光パルス信号について、時間と光位相との関係を示す図
【図６Ｂ】光パルス信号とテンプレート信号とから光相関信号をどのように求めるかの概念を説明するための図
【図６Ｃ】光位相復調信号について、時間と光位相との関係を示す図
【図６Ｄ】光干渉計３３の出力端子Ａにおける位相に対する透過率を示すグラフ
【図６Ｅ】光干渉計３３の出力端子Ｂにおける位相に対する透過率を示すグラフ
【図６Ｆ】出力端子Ａから出力される光相関信号ｃについて、時間と光強度との関係を示す図
【図６Ｇ】出力端子Ｂから出力される光相関信号ｄについて、時間と光強度との関係を示す図
【図６Ｈ】データ信号が“１０”である場合の光電気変換部３４から出力される相関信号の時間変化を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超広帯域通信システム３の構成を示す図
【図８】本発明の第４の実施形態に係る超広帯域通信システム４の構成を示すブロック図
【図９Ａ】特許文献１に記載された従来の超広帯域通信システムから、本発明と関連のある構成要素のみ抽出し、国際公開第２００４／０８２１７５号パンフレットに記載されている光伝送に必要な構成要素を付加した超広帯域通信システムを示すブロック図
【図９Ｂ】パルス生成部９２から出力されるパルス信号の波形を示す図
【図９Ｃ】電気光変換部９３から出力される光パルス信号の波形を示す図
【符号の説明】
【０１０１】
１，２，３，４  超広帯域通信システム
１ａ，３ａ，４ａ  光送信装置
１ｂ，３ｂ，４ｂ  光受信装置
３ｃ，１４  光伝送路
４ｃ  光中継装置
１０，４０  光変調部
１０−１〜１０−ｎ  第１〜第ｎの光変調部
１１  光源
１２  第１の光位相変調部
１３，４３  パルス生成部
２０，３０，５０  光復調部
２０−１〜２０−ｎ  第１から第ｎの光復調部
２１  第２の光位相変調部
２１−１〜２１−ｎ  第１〜第ｎの光復調部
２２，４７，５２  テンプレート生成部
２３，３３，４８  光干渉計
２４，３４  光電気変換部
２５，３５，５５  信号識別部
４５  波長多重部
４１  アレイ型光源
４６  第２の光位相変調部
４２  アレイ型第１の空間光位相変調部
４４  波長分離部
５１  アレイ型第２の空間光位相変調部
５３  光干渉部
５４  アレイ型光電気変換部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005125058.tif 000029
【図２Ａ】
2005125058.tif 000030
【図２Ｂ】
2005125058.tif 000031
【図２Ｃ】
2005125058.tif 000032
【図２Ｄ】
2005125058.tif 000033
【図２Ｅ】
2005125058.tif 000034
【図３Ａ】
2005125058.tif 000035
【図３Ｂ】
2005125058.tif 000036
【図３Ｃ】
2005125058.tif 000037
【図４Ａ】
2005125058.tif 000038
【図４Ｂ】
2005125058.tif 000039
【図４Ｃ】
2005125058.tif 000040
【図４Ｄ】
2005125058.tif 000041
【図５】
2005125058.tif 000042
【図６Ａ】
2005125058.tif 000043
【図６Ｂ】
2005125058.tif 000044
【図６Ｃ】
2005125058.tif 000045
【図６Ｄ】
2005125058.tif 000046
【図６Ｅ】
2005125058.tif 000047
【図６Ｆ】
2005125058.tif 000048
【図６Ｇ】
2005125058.tif 000049
【図６Ｈ】
2005125058.tif 000050
【図７】
2005125058.tif 000051
【図８】
2005125058.tif 000052
【図９Ａ】
2005125058.tif 000053
【図９Ｂ】
2005125058.tif 000054
【図９Ｃ】
2005125058.tif 000055
【国際調査報告】
2005125058.tif 000056
2005125058.tif 000057
2005125058.tif 000058
2005125058.tif 000059