JP7328578B2 - 無線送信システム、無線受信システム、基地局装置、及び無線通信システム、並びに無線送信方法、及び無線受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲｏＦ(Radio Over Fiber)を利用する無線送信システム、無線受信システム、基地局装置、及び無線通信システム、並びに無線送信方法、及び無線受信方法に関する。

無線通信サービスにおいて、高速伝送が可能な周波数帯としてミリ波帯が注目されている。しかし、ミリ波帯は伝搬損失が大きいため、長距離伝送が困難であるという問題がある。この問題の解決策の１つとして、ＲｏＦシステムが知られている。ＲｏＦシステムでは、収容局装置（親局）が、伝送したいＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）信号により光キャリアを強度変調して光変調信号を生成し、生成した光変調信号を光ファイバで伝送する。基地局装置（子局）は、光ファイバを介して受信した光変調信号をＲＦ信号に復調し、復調したＲＦ信号をアンテナから電波として放射する。このようなＲｏＦシステムを利用することにより、ミリ波帯ＲＦ信号の長距離伝送が可能となる。

ミリ波帯にＲｏＦシステムを適用して長距離伝送を可能にしたとしても、基地局装置のカバーエリア拡大が課題となる。この課題の解決策の１つがアレーアンテナによるビームフォーミングである。アレーアンテナによるビームフォーミングでは、アレーアンテナの各アンテナ素子に入射するＲＦ信号の位相を制御し、各アンテナ素子から放射される電波を互いに干渉させる。これにより、全体として電波の放射方向を制御する。

例えば、光ファイバで伝送する際に波長分散によって各波長の光信号間に遅延差が生じるという現象がある。ＲｏＦシステムにおけるビームフォーミングとして、この現象を利用して、光キャリアの波長を制御することで、アンテナ素子に与えるＲＦ信号の位相を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図２３は、特許文献１の技術を適用したＲｏＦシステムのブロック図である。収容局装置１００の多波長可変光源１０１は、複数の光信号を出力する。複数の光信号間の波長間隔は、任意に変更可能である。光変調器１０２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。光変調器１０２は、複数の波長の光変調信号を生成して出力する。光ファイバ３００は、複数の波長の光変調信号を伝送する。

光ファイバ３００が複数の波長の光変調信号を伝送する際に、各光変調信号において波長分散の影響により、波長ごとに異なる遅延差が生じる。基地局装置２００の光分波器２０１は、光ファイバ３００が伝送した複数の光変調信号を波長ごとに分岐する。複数のＯ／Ｅ（Optical／Electrical）変換器２０２－１～２０２－ｎの各々は、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する。アンテナ素子２０３－１～２０３－ｎは、復調されたＲＦ信号を電波として放射する。このとき、光ファイバ３００が伝送する際に生じた波長分散による遅延差のためにＲＦ信号にも位相差が生じている。そのため、放射するＲＦ信号の電波において指向性が形成される。

また、ＲｏＦシステムに限られず、任意の無線通信システムに適用可能な光信号を用いるアレーアンテナのビームフォーミングを行う手法がある。その１つとして、波長の制御を行わず、各アンテナ素子に固定波長を割り振っておき、各波長の光信号に対して、波長分散や経路差を利用して遅延差を生じさせる技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図２４は、非特許文献１の技術を適用した無線システムを示すブロック図である。多波長可変光源４０１は、各々が異なる波長の複数の光信号を出力する。光変調器４０２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調して、複数の光変調信号を生成する。光変調器４０２は、生成した複数の光変調信号をＰＤＭ（programmable dispersion matrix）４０３に出力する。ＰＤＭ４０３は、複数の光変調信号を取り込む。

図２５は、ＰＤＭ４０３の内部構成を示すブロック図である。ＰＤＭ４０３は、ｎ＋１個の２×２光スイッチ４１１－１～４１１－（ｎ＋１）と、ｎ個の分散要素部４１２－１～４１２－ｎとを備える。ｎ個の分散要素部４１２－１～４１２－ｎの各々が、入力信号に対して適用する分散値は、それぞれＤ０、２Ｄ０、…、２^ｎ－１Ｄ０である。分散要素部４１２－１～４１２－ｎは、例えば、分散ファイバやグレーティングファイバなどを適用することができる。ＰＤＭ４０３は、２×２光スイッチ４１１－１～４１１－（ｎ＋１）を切り替えることで、全体としての分散値を調整する。これにより、ＰＤＭ４０３が取り込んだ各光変調信号に、ＰＤＭ４０３により調整された分散値に従った異なる遅延差が生じる。

図２４に戻り、無線システムの光分波器４０４は、ＰＤＭ４０３が出力する複数の光変調信号を波長ごとに分岐する。光分波器４０４が備える複数の出力ポートは、各波長に固定的に割り当てられている。これにより、アンテナ素子４０６－１～４０６－ｎの各々が予め各波長に対応付けられる。

光分波器４０４は、光変調信号を分波すると、分波した光変調信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。複数のＯ／Ｅ変換器４０５－１～４０５－ｎの各々は、光分波器４０４が分岐して各々に出力する各波長の光変調信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する。アンテナ素子４０６－１～４０６－ｎは、復調されたＲＦ信号を電波として放射する。ＰＤＭ４０４が与える分散による遅延差のためにＲＦ信号にも位相差が生じている。そのため、放射するＲＦ信号の電波において指向性が形成される。

また、ＲＦ信号に対して電気的な位相調整を行ってビームフォーミングを行う場合、一般的には移相器等が用いられるが、その他のビームフォーミング手法として、リフレクトアレー（Reflect array）およびトランスミットアレー（Transmit array）を利用するものが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

図２６は、リフレクトアレー５００を利用したビームフォーミング手法を示した図である。リフレクトアレー５００に向かってＲＦ信号の電波を放射するように、ｎ個のフィード５０１－１～５０１－ｎが備えられている。ある１つのフィード、例えば、フィード５０１－ｉからＲＦ信号の電波を放射すると、ＲＦ信号の電波は、リフレクトアレー５００で反射される際、位相が調整されて特定の方向に同相で強めあう。これにより、フィード５０１－ｉに対応する１つの送信ビームが形成される。

リフレクトアレー５００が反射したＲＦ信号が同相で強め合う方向は、フィードによって異なるようになっている。そのため、ＲＦ信号の電波をフィード５０１－ｉから放射したときと、フィード５０１－ｊ（ｉ≠ｊ）から放射したときとで異なる方向に送信ビームが形成される。

また、リフレクトアレー５００は、可逆性を有している。フィード５０１－ｉからＲＦ信号の電波が放射され、フィード５０１－ｉに対応する送信ビームが形成されたとする。このとき、フィード５０１－ｉに対応する送信ビームの進行方向から、送信ビームと同一周波数のＲＦ信号が到来すると、ＲＦ信号はリフレクトアレー５００で反射され、フィード５０１－ｉの位置に収束する。そのため、フィード５０１－１～５０１－ｎに替えて、ｎ個の受信アンテナを備えておけば、受信アンテナで受信したＲＦ信号は、到来するＲＦ信号を同相合成したものとなっており、この受信アンテナで受信したＲＦ信号を選択することは、受信ビームを形成することになる。

さらに、リフレクトアレー５００を用いて複数ビームを形成することもできる。複数のフィード５０１－１～５０１－ｎの各々が、ＲＦ信号を出力することで複数方向に送信ビームを形成することができる。リフレクトアレー５００を用いて、複数の受信ビームを形成することができる。複数のフィード５０１－１～５０１－ｎに替えて備えたｎ個の受信アンテナで受信したＲＦ信号を選択することで、各々が異なる方向の複数の受信ビームが形成される。

上記のリフレクトアレーに対して、トランスミットアレーというものも存在する。図２７は、トランスミットアレー６００を利用したビームフォーミング手法を示した図である。トランスミットアレー６００に向かってＲＦ信号の電波を放射するように、ｎ個のフィード５０１－１～５０１－ｎが備えられている。ある１つのフィード、例えば、フィード５０１－ｉからＲＦ信号の電波を放射すると、ＲＦ信号の電波は、トランスミットアレー６００を通過する際、位相が調整されて特定の方向に同相で強めあう。これにより、フィード５０１－ｉに対応する１つの送信ビームが形成される。

トランスミットアレー６００を通過したＲＦ信号が同相で強め合う方向は、フィードによって異なるようになっている。そのため、ＲＦ信号の電波をフィード５０１－ｉから放射したときと、フィード５０１－ｊ（ｉ≠ｊ）から放射したときとで異なる方向に送信ビームが形成される。

また、トランスミットアレー６００は、可逆性を有している。フィード５０１－ｉからＲＦ信号の電波が放射され、フィード５０１－ｉに対応する送信ビームが形成されたとする。このとき、フィード５０１－ｉに対応する送信ビームの進行方向から、送信ビームと同一周波数のＲＦ信号が到来すると、ＲＦ信号はトランスミットアレー６００を通過し、フィード５０１－ｉの位置に収束する。そのため、フィード５０１－１～５０１－ｎに替えて、ｎ個の受信アンテナを備えておけば、受信アンテナで受信したＲＦ信号は、到来するＲＦ信号を同相合成したものとなっており、この受信アンテナで受信したＲＦ信号を選択することは、受信ビームを形成することになる。

さらに、トランスミットアレー６００を用いて複数ビームを形成することもできる。複数のフィード５０１－１～５０１－ｎの各々がＲＦ信号を出力することで複数方向に送信ビームを形成することができる。トランスミットアレー６００を用いて、複数の受信ビームを形成することができる。複数のフィード５０１－１～５０１－ｎに替えて備えたｎ個の受信アンテナで受信したＲＦ信号を選択することで、各々が異なる方向の複数の受信ビームが形成される。

特許第４２４６７２４号公報

Dennis T. K. Tong，Ming C. Wu，"A Novel Multiwavelength Optically Controlled Phased Array Antenna with a Programmable Dispersion Matrix"，IEEE Photonics Technology Letters，1996年6月，VOL.8，NO.6，p.812-814 Luo, Q., Gao, S. S., Liu, W., & Gu, C. "Low-cost Smart Antennas", Wiley, (2019), p.165-198

上述したように、特許文献１の技術は、分散が固定である状態において、波長を可変にして変調光信号に遅延差を生じさせる。このとき、指向性を形成する方向や光ファイバ長、ＲＦ信号の周波数によっては、光変調信号間の波長間隔を大きく調整する必要がある。そのため、利用する波長帯が広くなってしまい、波長利用効率の低下が考えられる。

例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）－ＰＯＮ（Passive Optical Network）では、各基地局に異なる波長を使用しなければならないという事情がある。このような事情があるＷＤＭ－ＰＯＮに対して特許文献１の技術を適用すると、ＷＤＭ－ＰＯＮに対して更にビームフォーミングのための波長帯を予め確保しておかなければならなくなり、利用する波長帯は大幅に拡大してしまう。

また、特許文献１の技術では、指向性形成のために波長を調整する。したがって、基地局装置２００のアンテナ素子２０３－１～２０３－ｎに出力する光信号の波長も調整する必要がある。そのため、基地局装置２００の光分波器２０１において、指向性形成を行うごとに、基地局装置２００のアンテナ素子２０３－１～２０３－ｎに出力する光信号の波長を変更する必要がある。

指向性を動的に変更する際には、光分波器２０１の分岐も動的に変更する必要がある。それには、基地局装置２００の光分波器２０１の制御が必要となる。ＲｏＦシステムを適用する利点の一つは、ＲＦ信号の長距離伝送以外に、収容局装置１００に機能を集約することで基地局装置２００を簡易化できることである。しかし、特許文献１の技術を用いる場合、基地局装置２００の光分波器２０１の制御が必要となるので、基地局装置２００の簡易化に限界がある。

さらに、特許文献１に示される技術は、各光変調信号間の遅延差調整のための波長調整に、光ファイバの距離の情報を必要とする。一般に、収容局装置１００から基地局装置２００までの光ファイバの距離は、分からないか、あるいは、分かっていたとしても正確な長さまでは分からないことが多い。特に、光ファイバがＰＯＮ（Passive Optical Network）構成になっている場合はファイバ長の測定が非常に困難である。特許文献１では、光ファイバの正確な距離の情報が必要になるため、その適用範囲は非常に限定されてしまうと考えられる。

これに対して、非特許文献１の技術は、波長を固定して、分散を可変にして変調光信号に遅延差を生じさせる。非特許文献１の技術は、波長が固定であるため、波長利用効率は特許文献１よりも良くなる。また、光分岐は固定的であるため、光分波器を制御する必要がない。しかし、分散を調整するためのＰＤＭの設計・製作には、高い精度が必要になると考えられる。したがって、非特許文献１の技術では、装置の大型化・高コスト化の恐れがあるという問題がある。

また、非特許文献１には、ＲｏＦへの適用に関する言及はなされていない。非特許文献１に示される技術に対してＲｏＦを適用して長距離光ファイバ伝送する場合には、ＰＤＭによる分散調整以外に、光ファイバ伝送時の波長分散の影響も考慮しなければならないという問題がある。さらに、特許文献１及び非特許文献１ではともに、送信アンテナのビームフォーミングのみ言及しており、受信アンテナのビームフォーミングについては言及されていない。また、非特許文献２にも、ＲｏＦへの適用に関する言及はない。

上記事情に鑑み、本発明は、ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいて、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力する収容局送信部と、前記収容局送信部が出力する前記光信号を取り込む基地局送信部であって、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記波長に対応する前記出力ポートから出力する光分波器と、前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続され、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する複数の光電気変換器と、複数の前記光電気変換器の各々に接続され、前記光電気変換器の各々が出力する前記ＲＦ信号を放射する複数の送信アンテナと、前記送信アンテナの各々が放射する前記ＲＦ信号を受け、受けた前記ＲＦ信号ごとに、当該ＲＦ信号の送信元の前記送信アンテナの位置ごとに異なる方向に送信ビームを形成するリフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える送信ビーム形成部と、を有する基地局送信部と、を備える無線送信システムである。

本発明の一態様は、到来するＲＦ信号を受け、受けた前記ＲＦ信号の到来方向に応じて異なる収束位置に前記ＲＦ信号を収束させることで受信ビームを形成するリフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える受信ビーム形成部と、前記収束位置ごとに配置され、当該収束位置に収束した前記ＲＦ信号を受信する複数の受信アンテナと、各々が複数の前記受信アンテナに接続されており、各々に異なる波長の光が与えられ、接続する前記受信アンテナが受信した前記ＲＦ信号に基づいて、与えられた前記光を変調して光信号を生成する複数の光変調器と、複数の前記光変調器が生成した、各々が異なる波長の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する光合波器と、を有する基地局受信部と、前記基地局受信部が出力する前記光信号を取り込む収容局受信部であって、前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波する光分波器と、前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する出力部と、を有する収容局受信部と、を備える無線受信システムである。

本発明の一態様は、上記の基地局送信部と、上記の基地局受信部とを備える基地局装置である。

本発明の一態様は、上記の無線送信システムと、上記の無線受信システムとを備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、収容局送信部と、基地局送信部とを備える無線送信システムにおける無線送信方法であって、前記収容局送信部が、ＲＦ信号に基づいて光を変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力し、前記基地局送信部の光分波器が、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートの中の前記波長に対応する前記出力ポートから出力し、前記基地局送信部の複数の光電気変換器であって前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続する前記光電気変換器の各々が、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力し、前記基地局送信部の複数の送信アンテナが、前記光電気変換器の各々が出力する前記ＲＦ信号を放射し、前記基地局送信部の送信ビーム形成部であって、リフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える前記送信ビーム形成部が、前記送信アンテナの各々が放射する前記ＲＦ信号を受けて、前記ＲＦ信号ごとに、当該ＲＦ信号の送信元の前記送信アンテナの位置ごとに異なる方向に送信ビームを形成する無線送信方法である。

本発明の一態様は、基地局受信部と、収容局受信部とを備える無線受信システムにおける無線受信方法であって、前記基地局受信部の受信ビーム形成部であって、リフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える前記受信ビーム形成部が、到来するＲＦ信号を受け、受けた前記受信ビームの到来方向に応じて異なる収束位置に前記ＲＦ信号を収束させることで受信ビームを形成し、前記基地局受信部の複数の受信アンテナが、前記収束位置に収束した前記ＲＦ信号を受信し、前記基地局受信部の複数の光変調器が、各々が接続する前記受信アンテナが受信した前記ＲＦ信号に基づいて、与えられる異なる波長の光を変調して光信号を生成し、前記基地局受信部の光合波器が、複数の前記光変調器が生成した、各々が異なる波長の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力し、前記収容局受信部の光分波器が、前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波し、前記収容局受信部の出力部が、前記光分波器が分波した前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する無線受信方法である。

本発明により、ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいて、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

基本実施形態の構成を示すブロック図である。 基本実施形態を無線送信システムと無線受信システムに分けて示すブロック図である。 第１の実施形態の無線送信システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の収容局送信部の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の無線送信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態の収容局送信部の他の構成例の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の無線送信システムの他の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の無線受信システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の光変調部の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の収容局受信部の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の無線受信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態の収容局受信部の他の構成例の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の無線受信システムの他の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線送信システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の収容局送信部の内部構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線送信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態の無線送信システムの他の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態の無線受信システムの構成を示すブロック図である。 第４の実施形態の無線受信システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態の無線受信システムの他の構成例を示すブロック図である。 第１から第４の実施形態における基地局装置と収容局装置の接続構成の一例を示す図（その１）である。 第１から第４の実施形態における基地局装置と収容局装置の接続構成の一例を示す図（その２）である。 特許文献１に開示される技術を示すブロック図である。 非特許文献１に開示される技術を示すブロック図（その１）である。 非特許文献１に開示される技術を示すブロック図（その２）である。 リフレクトアレーを用いたビームフォーミング手法を示す図である。 トランスミットアレーを用いたビームフォーミング手法を示す図である。

（基本実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態による無線通信システム９０の構成を示すブロック図である。無線通信システム９０は、収容局装置２、基地局装置１、端末装置９、及び収容局装置２と基地局装置１を接続する光ファイバ３を備える。

収容局装置２は、収容局送信部１０と、収容局受信部４０とを備える。基地局装置１は、基地局送信部２０と、基地局受信部３０とを備える。収容局送信部１０は、光ファイバ３を通じてＲＦ信号で変調した光信号を基地局送信部２０に送信する。基地局送信部２０は、光信号を受信してＲＦ信号を復調し、無線通信によりＲＦ信号を端末装置９に送信する。端末装置９は、無線通信によりＲＦ信号を基地局受信部３０に送信する。基地局受信部３０は、端末装置９が送信するＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号で変調した光信号を光ファイバ３を通じて収容局受信部４０に送信する。

図２は、無線通信システム９０を送信側と受信側に分けて示すブロック図である。図２では、図１の端末装置９を、説明の便宜上、ＲＦ信号の受信のみを行う受信端末装置９－１と、ＲＦ信号の送信のみを行う送信端末装置９－２とに分けて示している。また、光ファイバ３は、２芯あるものとし、説明の便宜上、受信端末装置９－１に向けてＲＦ信号の伝送を行う下り光ファイバ３－１と、送信端末装置９－２からのＲＦ信号の伝送を行う上り光ファイバ３－２とに分けて示している。

無線通信システム９０を送信側と受信側に分けると、無線送信システム９０ｔ、及び無線受信システム９０ｒとして表すことができる。無線送信システム９０ｔは、収容局送信部１０と、下り光ファイバ３－１と、基地局送信部２０と、受信端末装置９－１とを備える。無線受信システム９０ｒは、送信端末装置９－２と、基地局受信部３０と、上り光ファイバ３－２と、収容局受信部４０とを備える。

以下、第１の実施形態において、単一モード、すなわち、単一のＲＦ信号のビームを送受信する構成の送信側の無線送信システム９０ｔを無線送信システム９０ｔ１ａ，９０ｔ１ｂとして説明する。また、第２の実施形態において、単一モードの受信側の無線受信システム９０ｒを無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ１ｂとして説明する。

また、第３の実施形態において、マルチモード、すなわち、複数のＲＦ信号のビームを送受信する構成の送信側の無線送信システム９０ｔを無線送信システム９０ｔ２ａ，９０ｔ２ｂとして説明する。また、第４の実施形態において、マルチモードの受信側の無線受信システム９０ｒを無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂとして説明する。

（第１の実施形態：単一モードの送信側「リフレクトアレー適用例」）
図３は、第１の実施形態の無線送信システム９０ｔ１ａの構成を示すブロック図である。無線送信システム９０ｔ１ａは、収容局送信部１０ｓ、基地局送信部２０ａ、下り光ファイバ３－１、及び、図３には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。

収容局送信部１０ｓは、光変調器１１を備える。光変調器１１は、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光から任意に選択される単一の波長λ_Ｔｉの光を取り込み、波長λ_Ｔｉの光を光キャリアとして、送信するＲＦ信号で強度変調して波長λ_Ｔｉの光信号を生成する。ここで、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎは、それぞれ異なる波長であり、ｎは、２以上の整数であり、ｉは、１～ｎの間のいずれかの値である。光変調器１１は、生成した波長λ_Ｔｉの光信号を下り光ファイバ３－１に出力する。

図４は、単一の波長λ_Ｔｉの光を生成する収容局送信部１０ｓの具体的な構成の一例である収容局送信部１０ｓａの内部構成を示すブロック図である。なお、図４に示す光変調器１１は、図３の光変調器１１と同一の構成である。図４に示す収容局送信部１０ｓａは、光変調器１１、送信波長制御部１２ａ、及び波長可変光源１３を備える。

送信波長制御部１２ａは、波長可変光源１３に対して、生成する光の波長を指定する制御信号を出力する。波長可変光源１３は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎのうち、いずれか１つの任意の波長λ_Ｔｉの光を生成する。波長可変光源１３は、送信波長制御部１２ａが出力する制御信号を受けると、当該制御信号において指定されている波長λ_Ｔｉの光を生成して出力する。すなわち、送信波長制御部１２ａが制御信号により指定する波長を切り替えることで、光変調器１１が生成して出力する光信号の波長λ_Ｔｉが切り替わることになる。

図３に戻り、下り光ファイバ３－１は、光変調器１１が出力する波長λ_Ｔｉの光信号を基地局送信部２０ａに伝送する。基地局送信部２０ａは、光分波器２１、ｎ個のＯ／Ｅ変換器（本明細書において、「Ｏ／Ｅ変換器」を「光電気変換器」ともいう）２２－１～２２－ｎ、ｎ本の送信アンテナ２３－１～２３－ｎ、及び送信ビームを形成する送信ビーム形成部であるリフレクトアレー２４－１を備える。

光分波器２１は、１個の入力ポートと、ｎ個の出力ポートを備えており、１個の入力ポートは、下り光ファイバ３－１に接続されている。光分波器２１のｎ個の出力ポートの各々は、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々に固定的に割り当てられている。ｎ個の出力ポートの各々には、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎが接続されており、例えば、Ｏ／Ｅ変換器２２－１が接続する出力ポートから順に、波長λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，…，λ_Ｔｉ，…，λ_Ｔｎの波長が固定的に割り当てられている。

光分波器２１は、下り光ファイバ３－１が伝送する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々は、光分波器２１がｎ個の出力ポートから出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換することで光信号に重畳されているＲＦ信号を復調して出力する。

送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々は、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎに接続されており、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎが出力するＲＦ信号の電波を放射する。

リフレクトアレー２４－１は、ＲＦ信号の電波を受ける平面を有している。リフレクトアレー２４－１は、送信アンテナ２３－１～２３－ｎが放射するＲＦ信号の電波を当該平面で受けることができる位置に配置される。

リフレクトアレー２４－１の平面には、ＲＦ信号の電波を反射する素子が形成されており、当該素子は、ＲＦ信号を受けると、特定の方向に対して同相で強め合うようにＲＦ信号の位相を変化させてＲＦ信号を反射する（以下、当該素子によるＲＦ信号に対する作用を、「リフレクトアレーがＲＦ信号を反射する」という表現などで表すものとする）。

ある１つの送信アンテナ、例えば、送信アンテナ２３－ｉが放射するＲＦ信号の電波がリフレクトアレー２４－１で反射されると、反射されたＲＦ信号の電波が特定の方向に対して同相で強め合い、当該特定の方向に送信ビーム５－ｉが形成される。ＲＦ信号の電波の位相の変化量は、ＲＦ信号の電波を放射する送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々の位置に応じて異なっている。そのため、送信アンテナ２３－１～２３－ｎが放射するｎ個のＲＦ信号は、リフレクトアレー２４－１により反射されることにより、それぞれ異なる方向に同相で強め合うので、異なる方向に送信ビーム５－１～５－ｎが形成されることになる。

（第１の実施形態の無線送信システムによる処理）
図５は、第１の実施形態の無線送信システム９０ｔ１ａによる処理の流れを示すフローチャートである。収容局送信部１０ｓとして、例えば、図４に示す収容局送信部１０ｓａが備えられているものとして、以下の説明を行う。

収容局送信部１０ｓａの送信波長制御部１２ａは、いずれか１つの波長として波長λ_Ｔｉを指定する制御信号を波長可変光源１３に出力する。波長可変光源１３は、制御信号によって指定される波長λ_Ｔｉの光を生成して光変調器１１に出力する。光変調器１１は、波長可変光源１３が出力する波長λ_Ｔｉの光を光キャリアとして、送信するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成する。光変調器１１は、生成した光信号を下り光ファイバ３－１に出力する（ステップＳａ１）。

下り光ファイバ３－１は、光変調器１１が出力する光信号を基地局送信部２０ａの光分波器２１に伝送する。光分波器２１は、下り光ファイバ３－１から取り込んだ光信号をｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎに分波する。光分波器２１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐し、出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎに出力する（ステップＳａ２）。

ここでは、光変調器１１が出力する光信号は、波長λ_Ｔｉの光信号のみであるため、光分波器２１は、波長λ_Ｔｉの光信号のみを分波し、波長λ_Ｔｉに対応する出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－ｉのみが光信号を取り込むことになる。Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉは、光分波器２１が分岐して出力する波長λ_Ｔｉの光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する（ステップＳａ３）。

Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉは、復調したＲＦ信号を送信アンテナ２３－ｉに出力する。送信アンテナ２３－ｉは、Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉが出力するＲＦ信号の電波を放射する（ステップＳａ４）。送信アンテナ２３－ｉが放射したＲＦ信号の電波が、リフレクトアレー２４－１によって反射されると、送信アンテナ２３－ｉの位置に応じた特定の方向に送信ビーム５－ｉが形成される（ステップＳａ５）。受信端末装置９－１は、送信ビーム５－ｉにより送信されたＲＦ信号を受信し、取り込む。

（第１の実施形態の収容局送信部の他の構成例）
なお、収容局送信部１０ｓとして、図４に示した収容局送信部１０ｓａに替えて、図６に示す収容局送信部１０ｓｂを適用してもよい。図６に示す収容局送信部１０ｓｂは、光変調器１１、送信波長制御部１２ｂ、多波長光源１４、光分波器１５、及びｎ×１光スイッチ１６を備える。なお、図６に示す光変調器１１は、図３の光変調器１１と同一の構成である。

多波長光源１４は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を生成して出力する。光分波器１５は、１個の入力ポートと、ｎ個の出力ポートを有しており、ｎ個の出力ポートの各々は、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々に固定的に割り当てられている。光分波器１５は、多波長光源１４が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

ｎ×１光スイッチ１６は、ｎ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｎ個の入力ポートの各々は、光分波器１５のｎ個の出力ポートの各々に接続されている。ｎ×１光スイッチ１６は、送信波長制御部１２ｂから受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｎ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。

送信波長制御部１２ｂは、光変調器１１に与える１つの波長λ_Ｔｉの光を光分波器１５から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｎ×１光スイッチ１６に出力する。送信波長制御部１２ｂが、制御信号によりｎ×１光スイッチ１６の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、光変調器１１が生成して出力する光信号の波長が切り替わることになる。

収容局送信部１０ｓｂを適用した場合に送信ビーム５－ｉを形成する場合、図５のステップＳａ１において、収容局送信部１０ｓｂの送信波長制御部１２ｂは、波長λ_Ｔｉを光分波器１５から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｎ×１光スイッチ１６に出力することになる。

なお、図６において、多波長光源１４と光分波器１５に替えて、それぞれが波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を生成するｎ個の光源を適用し、ｎ個の光源の各々をｎ×１光スイッチ１６の入力ポートの各々に接続するようにしてもよい。

（第１の実施形態：単一モードの送信側「トランスミットアレー適用例」）
図７は、第１の実施形態の他の構成例である無線送信システム９０ｔ１ｂの構成を示すブロック図である。図７において、図３と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。無線送信システム９０ｔ１ｂは、収容局送信部１０ｓ、基地局送信部２０ｂ、下り光ファイバ３－１、及び、図７には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。

基地局送信部２０ｂは、光分波器２１、ｎ個のＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎ、ｎ本の送信アンテナ２３－１～２３－ｎ、及び送信ビームを形成する送信ビーム形成部であるトランスミットアレー２４－２を備える。

トランスミットアレー２４－２は、ＲＦ信号の電波を受ける平面を有している。トランスミットアレー２４－２は、送信アンテナ２３－１～２３－ｎが放射するＲＦ信号の電波を当該平面で受けることができる位置に配置される。トランスミットアレー２４－２の平面の一方の面と、他方の面には素子が形成されており、一方の面の素子でＲＦ信号の電波を受けると、他方の面の素子が特定の方向に対して同相で強め合うようにＲＦ信号の位相を変化させてＲＦ信号を放射する（以下、当該素子によるＲＦ信号に対する作用を、単に、「ＲＦ信号がトランスミットアレーを通過する」という表現などで表すものとする）。

ある１つの送信アンテナ、例えば、送信アンテナ２３－ｉが放射するＲＦ信号の電波がトランスミットアレー２４－２を通過すると、トランスミットアレー２４－２を通過したＲＦ信号の電波が特定の方向に対して同相で強め合い、当該特定の方向に送信ビーム５－ｉが形成される。ＲＦ信号の電波の位相の変化量は、ＲＦ信号の電波を放射する送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々の位置に応じて異なっている。そのため、送信アンテナ２３－１～２３－ｎが放射するｎ個のＲＦ信号は、トランスミットアレー２４－２を通過することにより、それぞれ異なる方向に同相で強め合うので、異なる方向に送信ビーム５－１～５－ｎが形成されることになる。

（第１の実施形態の他の構成例による処理）
無線送信システム９０ｔ１ｂによる処理は、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳａ１～Ｓａ４までは、無線送信システム９０ｔ１ａと同一の処理が行われる。ステップＳａ５において、送信アンテナ２３－ｉが放射したＲＦ信号の電波がトランスミットアレー２４－２を通過すると、送信アンテナ２３－ｉの位置に応じた特定の方向に送信ビーム５－ｉが形成される。受信端末装置９－１は、送信ビーム５－ｉにより送信されたＲＦ信号を受信し、取り込む。

なお、無線送信システム９０ｔ１ｂが備える収容局送信部１０ｓとして、無線送信システム９０ｔ１ａと同様に、図４に示した収容局送信部１０ｓａを適用してもよいし、図６に示した収容局送信部１０ｓｂを適用してもよい。

上記の第１の実施形態の無線通信システム９０ｔ１ａ，９０ｔ１ｂにおいて、収容局送信部１０ｓは、１つの光変調器１１を備えており、当該光変調器１１が、ＲＦ信号に基づいて、単一波長λ_Ｔｉの光を変調して光信号を生成し、生成した光信号を出力する。基地局送信部２０ａ，２０ｂは、光分波器２１と、送信アンテナ２３－１～２３－ｎと、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎと、リフレクトアレー２４－１、または、トランスミットアレー２４－２とを備えている。光分波器２１は、光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、収容局送信部１０ｓが出力する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号を、波長に対応する出力ポートから出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々は、光分波器２１の複数の出力ポートに接続され、光分波器２１が出力する光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。送信アンテナ２３－１～２３－ｎは、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々に接続され、送信アンテナ２３－ｉは、Ｏ／Ｅ変換器２２－ｉが出力するＲＦ信号を放射する。リフレクトアレー２４－１、または、トランスミットアレー２４－２は、送信アンテナ２３－ｉが放射するＲＦ信号を受け、受けたＲＦ信号の送信元の送信アンテナ２３－ｉの位置に応じた方向に送信ビーム５－ｉを形成する。

上記の無線送信システム９０ｔ１ａ，９０ｔ１ｂにおいて、例えば、送信するＲＦ信号の送信先となる受信端末装置９－１を他の受信端末装置９－１に替える場合、収容局送信部１０ｓａの送信波長制御部１２ａは、波長λ_Ｔｉに替えて波長λ_Ｔｊを指定する制御信号を波長可変光源１３に与えようにする（ここで、ｊは、１～ｎまでのいずれかの値であり、ｉ≠ｊであるとする）。これにより、リフレクトアレー２４－１、または、トランスミットアレー２４－２は、送信ビーム５－ｉの方向とは、異なる方向に送信ビーム５－ｊを形成し、他の受信端末装置９－１が送信ビーム５－ｊにより送信されたＲＦ信号を受信することができることになる。また、１つの受信端末装置９－１が移動する場合も同様である。これは、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々とが、光分波器２１により固定的に対応付けられているためである。言い換えると、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と、ｎ個の送信ビーム５－１～５－ｎの各々とは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局送信部１０ｓにおいて、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎを切り替えるだけで、基地局送信部２０ａ，２０ｂが形成する送信ビーム５－１～５―ｎを切り替えることができる。

上記の無線送信システム９０ｔ１ａ，９０ｔ１ｂでは、収容局装置２の収容局送信部１０ｓにおいて送信するＲＦ信号で変調する光信号の波長λ_Ｔｉを選択する制御を行っているだけであり、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、下り光ファイバ３－１の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの数に限られている。

非特許文献２に示される技術を用いてＲｏＦの送信構成を実現する場合、図２６及び図２７に示す複数のフィード５０１－１～５０１－ｎから、ある１つのフィード５０１－ｉを選択してＲＦ信号の電波を放射することになる。この場合、例えば、電気的に切り替えを行う１×ｎスイッチが用いられ、１×ｎスイッチの１つの入力ポートにＲＦ信号が与えられ、１×ｎスイッチのｎ個の出力ポートの各々にｎ個のフィード５０１－１～５０１－ｎの各々が接続される。ＲＦ信号が１×ｎスイッチを通過する際に損失が発生し、この損失は、一般に、ｎの値が大きくなるほど増加するという問題がある。

これに対して、無線送信システム９０ｔ１ａ，９０ｔ１ｂでは、図４に示した収容局送信部１０ｓａの場合にはスイッチは存在しない。また、図６に示した収容局送信部１０ｓｂの場合、光学的にスイッチを行うｎ×１光スイッチ１６のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号の電波を放射する送信アンテナ２３－ｉを選択する構成になっている。

そのため、電気的にＲＦ信号の電波を放射する送信アンテナ２３－ｉを切り替える処理に比べると、低損失で切り替えを行うことが可能になっている。したがって、したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置１の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（第２の実施形態：単一モードの受信側「リフレクトアレー適用例」）
図８は、第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１ａの構成を示すブロック図である。無線受信システム９０ｒ１ａは、収容局受信部４０ｓ、基地局受信部３０ａ、上り光ファイバ３－２、及び、図８には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。

基地局受信部３０ａは、受信したＲＦ信号を収束させる受信ビーム形成部であるリフレクトアレー３１－１、ｎ本の受信アンテナ３２－１～３２－ｎ、光変調部３３、光合波器３４を備える。リフレクトアレー３１－１は、第１の実施形態のリフレクトアレー２４－１と同一の構成を有しており、これらのリフレクトアレーは、可逆性を有している。

図３を参照して説明したように、例えば、送信アンテナ２３－ｉからＲＦ信号の電波を放射すると、リフレクトアレー２４－１によりＲＦ信号の電波が反射される。リフレクトアレー２４－１がＲＦ信号の電波を反射する際、送信アンテナ２３－ｉの位置に応じた特定の方向にＲＦ信号の電波が同相で強め合って、送信ビーム５－ｉが形成される。

例えば、送信ビーム５－ｉの進行方向から送信ビーム５－ｉを形成するＲＦ信号と同一周波数のＲＦ信号が到来したとする。リフレクトアレーの可逆性とは、リフレクトアレー２４－１が、送信ビーム５－ｉの方向から到来したＲＦ信号を反射すると、そのＲＦ信号が、送信アンテナ２３－ｉの位置に収束することをいう。そのため、例えば、送信アンテナ２３－ｉの位置に受信アンテナ３２－ｉを配置すると、受信アンテナ３２－ｉは、送信ビーム５－ｉの方向から到来したＲＦ信号を同相合成して受信することができる。よって、受信アンテナ３２－ｉで受信されるＲＦ信号を選択することで、受信ビーム６－ｉを形成することができる。したがって、図８に示すリフレクトアレー３１－１とｎ個の受信アンテナ３２－１～３２－ｎは、それぞれ異なる方向から到来する受信ビーム６－１～６－ｎを受信することができるように、受信ビーム６－１～６－ｎの到来方向に応じた位置関係で配置される。

受信アンテナ３２－１～３２－ｎは、リフレクトアレー３１－１が受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々の位置に収束させるＲＦ信号の電波を受信して出力する。

光変調部３３は、図９に示す内部構成を備えている。光変調部３３は、ｎ個の光変調器３３－１～３３－ｎ、光分波器３６、及び多波長光源３５を備える。多波長光源３５は、異なるｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光を生成し、生成した光を光分波器３６に出力する。ここで、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と異なる波長であってもよいし、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と同一の波長であってもよい。

光分波器３６は、１個の入力ポートと、ｎ個の出力ポートを備えている。ｎ個の出力ポートの各々は、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々に固定的に割り当てられており、光変調器３３－１～３３－ｎの各々に接続されている。光分波器３６は、多波長光源３５が出力する光を波長ごとに分波し、分波した光の各々を分岐して波長に対応する出力ポートに接続されている光変調器３３－１～３３－ｎに出力する。

光変調器３３－１～３３－ｎは、各々に接続する受信アンテナ３２－１～３２－ｎが出力するＲＦ信号を取り込む。光変調器３３－１～３３－ｎは、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光を光キャリアとして、取り込んだＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する。

なお、図９において、多波長光源３５と光分波器３６に替えて、それぞれが波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光を生成するｎ個の光源を適用し、ｎ個の光源の各々を光変調器３３－１～３３－ｎの各々に接続するようにしてもよい。または、多波長光源３５、光分波器３６、光変調器３３－１～３３－ｎに替えて、それぞれが波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光を生成するｍ個の光直接変調器を用いてもよい。

図８に戻り、光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｎの各々が出力するｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光信号を合波して上り光ファイバ３－２に出力する。上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が出力するｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎが合波された光信号を収容局受信部４０ｓに伝送する。

収容局受信部４０ｓは、光分波器４１と出力部４２を備える。光分波器４１は、１個の入力ポートと、ｎ個の出力ポートを備えており、ｎ個の出力ポートの各々は、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々に固定的に割り当てられている。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２が伝送する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

出力部４２は、光分波器４１が出力ポートから出力する光信号を取り込み、出力ポートから取り込んだ光信号の中からいずれか１つの波長λ_Ｒｉに対応する光信号を選択する。出力部４２は、選択した光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

図１０は、収容局受信部４０ｓの具体的な構成の一例である収容局受信部４０ｓａの内部構成を示すブロック図である。なお、図１０に示す光分波器４１は、図８の光分波器４１と同一の構成である。図１０に示す収容局受信部４０ｓａは、光分波器４１、出力部４２ａ、及び受信波長制御部４３を備える。出力部４２ａは、ｎ×１光スイッチ４４とＯ／Ｅ変換器４５を備える。

ｎ×１光スイッチ４４は、ｎ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｎ個の入力ポートの各々は、光分波器４１のｎ個の出力ポートの各々に接続されている。ｎ×１光スイッチ４４は、受信波長制御部４３から受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｎ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。Ｏ／Ｅ変換器４５は、ｎ×１光スイッチ４４が出力ポートから出力する光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。このＲＦ信号は、受信ビーム６－ｉにより受信したＲＦ信号である。

受信波長制御部４３は、ＲＦ信号が重畳されている１つの波長λ_Ｒｉの光を光分波器４１から取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｎ×１光スイッチ４４に出力する。受信波長制御部４３が制御信号によりｎ×１光スイッチ４４の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、出力対象のＲＦ信号が重畳されている光の波長λ_Ｒｉが切り替わることになる。

（第２の実施形態の無線受信システムによる処理）
図１１は、第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１ａによる処理の流れを示すフローチャートである。収容局受信部４０ｓとして、例えば、図１０に示す収容局受信部４０ｓａが備えられているものとして、以下の説明を行う。

受信ビーム６－ｉの方向から、送信端末装置９－２が送信するＲＦ信号が到来したとする。到来したＲＦ信号は、リフレクトアレー３１－１により反射され、上記したリフレクトアレーの可逆性により、受信アンテナ３２－ｉの位置に収束する。受信アンテナ３２－ｉは、受信アンテナ３２－ｉの位置に収束したＲＦ信号を受信して光変調器３３－ｉに出力する（ステップＳｂ１）。

このとき、他の受信アンテナ３２－１～３２－（ｉ－１），３２－（ｉ＋１）～３２－ｎの位置にはＲＦ信号は収束しない。そのため、他の受信アンテナ３２－１～３２－（ｉ－１），３２－（ｉ＋１）～３２－ｎは、何も受信しないため、何も出力しない。光変調器３３－ｉは、光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒｉの光を光キャリアとして、受信アンテナ３２－ｉが出力するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する（ステップＳｂ２）。

光変調器３３－ｉ以外の光変調器３３－１～３３－（ｉ－１），３３－（ｉ＋１）～３３－ｎは、各々に接続する受信アンテナ３２－１～３２－（ｉ－１），３２－（ｉ＋１）～３２－ｎが何も出力しないため、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_{Ｒ（ｉ－１）}，λ_{Ｒ（ｉ＋１）}～λ_Ｒｎの光をそのまま出力する。

光合波器３４は、光変調器３３－ｉが出力するＲＦ信号によって変調された波長λ_Ｒｉの光信号と、光変調器３３－１～３３－（ｉ－１），３３－（ｉ＋１）～３３－ｎが出力する波長λ_Ｒ１～λ_{Ｒ（ｉ－１）}，λ_{Ｒ（ｉ＋１）}～λ_Ｒｎの光を合波して上り光ファイバ３－２に出力する（ステップＳｂ３）。

上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が合波した光信号を収容局受信部４０ｓａの光分波器４１に伝送する。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２から取り込んだ光信号をｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する（ステップＳｂ４）。

受信波長制御部４３は、光分波器４１の波長λ_Ｒｉに割り当てられている出力ポートに接続するｎ×１光スイッチ４４の入力ポートを、ｎ×１光スイッチ４４の出力ポートに接続させる制御信号をｎ×１光スイッチ４４に出力する。ｎ×１光スイッチ４４が、当該制御信号を受けてスイッチの切り替えを行うことにより、ｎ×１光スイッチ４４は、出力ポートから波長λ_Ｒｉの光信号を出力する。

Ｏ／Ｅ変換器４５は、ｎ×１光スイッチ４４が出力ポートから出力する波長λ_Ｒｉの光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する（ステップＳｂ５）。これは、受信ビーム６－ｉの方向から到来したＲＦ信号を同相合成したものとなっているため、受信ビーム６－ｉを形成していることになる。

（第２の実施形態の収容局受信部の他の構成例）
なお、収容局受信部４０ｓとして、図１０に示した収容局受信部４０ｓａに替えて、図１２に示す収容局受信部４０ｓｂを適用してもよい。図１２に示す収容局受信部４０ｓｂは、光分波器４１、出力部４２ｂ、及び受信波長制御部４３を備える。なお、図１２に示す光分波器４１は、図８の光分波器４１と同一の構成であり、受信波長制御部４３は、図１０に示した受信波長制御部４３と同一の構成である。

出力部４２ｂは、ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎとｎ×１電気スイッチ４６を備える。ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々は、光分波器４１のｎ個の出力ポートに接続されており、光分波器４１のｎ個の出力ポートの各々から出力される波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光信号を電気信号に変換して出力する。

ｎ×１電気スイッチ４６は、ｎ個の入力ポートと、１個の出力ポートを備えており、ｎ個の入力ポートの各々は、ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々に接続されている。ｎ×１電気スイッチ４６は、受信波長制御部４３から受ける制御信号に基づいてスイッチを切り替えてｎ個の入力ポートのいずれか１つを出力ポートに接続する。

すなわち、図１０の収容局受信部４０ｓａでは、先に出力対象となる光の波長λ_Ｒｉをｎ×１光スイッチ４４により選択してから、Ｏ／Ｅ変換器４５により電気信号に変換している。これに対して、図１２の収容局受信部４０ｓｂでは、先にｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎにより光信号を電気信号に変換してから、出力対象となる光の波長λ_Ｒｉをｎ×１電気スイッチ４６により選択しているという構成になる。したがって、収容局受信部４０ｓｂにおいても、収容局受信部４０ｓａと同様に、受信波長制御部４３が制御信号によりｎ×１電気スイッチ４６の入力ポートの接続先の出力ポートを切り替えることで、出力対象のＲＦ信号が重畳されている光の波長λ_Ｒｉが切り替わることになる。

収容局受信部４０ｓｂを適用した場合に、受信ビーム６－ｉの方向からＲＦ信号が到来すると、図１１のステップＳｂ５において、収容局受信部４０ｓｂの受信波長制御部４３は、Ｏ／Ｅ変換器４５－ｉが出力する電気信号を取り込む入力ポートと出力ポートを接続させる制御信号をｎ×１電気スイッチ４６に出力することになる。

（第２の実施形態：単一モードの受信側「トランスミットアレー適用例」）
図１３は、第２の実施形態の他の構成例である無線受信システム９０ｒ１ｂの構成を示すブロック図である。図１３において、図８と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。

無線受信システム９０ｒ１ｂは、収容局受信部４０ｓ、基地局受信部３０ｂ、上り光ファイバ３－２、及び、図１３には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。

基地局受信部３０ｂは、受信したＲＦ信号を収束させる受信ビーム形成部であるトランスミットアレー３１－２、ｎ本の受信アンテナ３２－１～３２－ｎ、光変調部３３、光合波器３４を備える。トランスミットアレー３１－２は、第１の実施形態のトランスミットアレー２４－２と同一の構成を有しており、これらのトランスミットアレーは、可逆性を有している。

図７を参照して説明したように、例えば、送信アンテナ２３－ｉからＲＦ信号の電波を放射すると、トランスミットアレー２４－２をＲＦ信号の電波が通過する。ＲＦ信号の電波がトランスミットアレー２４－２を通過する際、送信アンテナ２３－ｉの位置に応じた特定の方向にＲＦ信号の電波が同相で強め合って、送信ビーム５－ｉが形成される。

例えば、送信ビーム５－ｉの進行方向から送信ビーム５－ｉを形成するＲＦ信号と同一周波数のＲＦ信号が到来したとする。トランスミットアレーの可逆性とは、送信ビーム５－ｉの方向から到来したＲＦ信号がトランスミットアレー２４－２を通過すると、そのＲＦ信号が、送信アンテナ２３－ｉの位置に収束することをいう。そのため、例えば、送信アンテナ２３－ｉの位置に受信アンテナ３２－ｉを配置すると、受信アンテナ３２－ｉは、送信ビーム５－ｉの方向から到来したＲＦ信号を同相合成して受信することができる。よって、受信アンテナ３２－ｉで受信されるＲＦ信号を選択することで、受信ビーム６－ｉを形成することができる。したがって、図１３に示すトランスミットアレー３１－２とｎ個の受信アンテナ３２－１～３２－ｎは、それぞれ異なる方向から到来する受信ビーム６－１～６－ｎを受信することができるように、受信ビーム６－１～６－ｎの到来方向に応じた位置関係で配置される。

（第２の実施形態の他の構成例による処理）
無線受信システム９０ｒ１ｂによる処理は、図１１に示したフローチャートのステップＳｂ１において、以下の処理が行われる。すなわち、受信ビーム６－ｉの方向から、送信端末装置９－２が送信するＲＦ信号が到来したとする。到来したＲＦ信号は、トランスミットアレー３１－２を通過し、上記したトランスミットアレーの可逆性により、受信アンテナ３２－ｉの位置に収束する。受信アンテナ３２－ｉは、受信アンテナ３２－ｉの位置に収束したＲＦ信号を受信して光変調器３３－ｉに出力する。ステップＳｂ２～Ｓｂ５までは、無線受信システム９０ｒ１ａと同一の処理が行われる。

なお、無線受信システム９０ｒ１ｂが備える収容局受信部４０ｓとして、無線受信システム９０ｒ１ａと同様に、図１０に示した収容局受信部４０ｓａを適用してもよいし、図１２に示した収容局受信部４０ｓｂを適用してもよい。

なお、上記の無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ１ｂにおいて、受信ビーム６－１～６－ｍの方向以外の方向からＲＦ信号が到来した場合、複数の受信アンテナ３２－１～３２－ｎの位置に、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号が到来することになる。そのため、受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々は、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号を出力することになる。

この場合、光変調器３３－１～３３－ｎの各々に対して振幅や位相の異なるＲＦ信号が与えられる。光変調器３３－１～３３－ｎの各々は、各々に与えられるＲＦ信号で変調した波長λ_{Ｒ１～Ｒｎ}の光信号を生成する。別の見方をすると、複数の波長λ_{Ｒ１～Ｒｎ}の光信号においてＲＦ信号が分かれて重畳されている状態となる。そのため、収容局受信部４０ｓの出力部４２は、光分波器４１が複数の出力ポートから出力する複数の光信号を対象としてＲＦ信号を復調する処理を行う必要がある。例えば、収容局受信部４０ｓの出力部４２は、光分波器４１が波長ごとに分波して出力する光信号の各々を電気変換して、光信号の各々に重畳されているＲＦ信号を復調する。出力部４２は、例えば、復調したＲＦ信号のなかで最も電力の高いＲＦ信号を選択して出力してもよいし、復調した複数のＲＦ信号の振幅や位相を調整して最大比合成してから出力するようにしてもよい。

上記の第２の実施形態の無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ２ｂにおいて、基地局受信部３０ａ，３０ｂは、リフレクトアレー３１－１、またはトランスミットアレー３１－２と、受信アンテナ３２－１～３２－ｎと、光変調器３３－１～３３－ｎと、光合波器３４とを備えており、リフレクトアレー３１－１、またはトランスミットアレー３１－２は、受信ビーム６－ｉによりＲＦ信号を受信し、受信ビーム６－ｉに応じた収束位置にＲＦ信号を収束させる。受信アンテナ３２－ｉは、収束位置に収束したＲＦ信号を受信する。光変調器３３－１～３３－ｎは、各々が受信アンテナ３２－１～３２－ｎに接続されており、各々に異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光が与えられ、光変調器３３－ｉは、接続する受信アンテナ３２－ｉが受信したＲＦ信号に基づいて、与えられた波長λ_Ｒｉの光を変調して光信号を生成する。光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｎが生成した、各々が異なる波長の光信号を合波し、合波した光信号を出力する。収容局受信部４０ｓは、光分波器４１と、出力部４２を備えており、光分波器４１は、光合波器３４が出力する光信号を取り込み、光信号を波長ごとに分波する。出力部４２は、光分波器４１が出力する光信号に含まれる波長λ_Ｒｉの光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

上記の無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ１ｂにおいて、ＲＦ信号の電波を送信する送信端末装置９－２が他の送信端末装置９－２になり、受信ビーム６－ｊが、受信ビーム６－ｉとは異なる方向から到来したとする（ここで、ｊは、１～ｎまでのいずれかの値であり、ｉ≠ｊであるとする）。この場合、収容局受信部４０ｓは、波長λ_Ｒｊを選択することにより、受信ビーム６－ｊを形成するＲＦ信号を取り込むことができる。ＲＦ信号が受信ビーム６－ｉとは異なる受信ビーム６－ｊの方向から到来したとする（ここで、ｊは、１～ｎまでのいずれかの値であり、ｉ≠ｊであるとする）。この場合、収容局受信部４０ｓは、波長λ_Ｒｊを選択することにより、受信ビーム６－ｊによりＲＦ信号を取り込むことができる。このように波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎのいずれかを選択することのみによって所望のＲＦ信号を取り込むことができるのは、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々と、ｎ本の受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々とが、光合波器３４及び光分波器４１により固定的に対応付けられているためである。言い換えると、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々と、ｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎとは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局受信部４０ｓにおいて、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎを切り替えるだけで、受信ビーム６－１～６－ｎを切り替えることができる。

上記の無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ１ｂでは、収容局装置２の収容局受信部４０ｓにおいて復調するＲＦ信号が重畳された光信号の波長λ_Ｔｉを選択する制御を行っているだけであり、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、上り光ファイバ３－２の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、受信アンテナ３２－１～３２－ｎの数に限られている。

非特許文献２に示される技術を用いてＲｏＦの受信構成を実現する場合、図２６及び図２７に示す複数のフィード５０１－１～５０１－ｎから、ある１つのフィード５０１－ｉを選択してＲＦ信号の電波を受信することになる。この場合、例えば、電気的に切り替えを行う１×ｎスイッチが用いられ、１×ｎスイッチのｎ個の入力ポートの各々にｎ個のフィード５０１－１～５０１－ｎの各々が接続される。ＲＦ信号が１×ｎスイッチを通過する際に損失が発生し、この損失は、一般に、ｎの値が大きくなるほど増加するという問題がある。

これに対して、無線受信システム９０ｒ１ａ，９０ｒ１ｂでは、図１０に示した収容局受信部４０ｓａの場合、光学的にスイッチを行うｎ×１光スイッチ４４のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号を受信する受信アンテナ３２－ｉを選択する構成になっている。そのため、電気的にＲＦ信号を受信する受信アンテナ３２－ｉを切り替える処理に比べると、低損失で切り替えを行うことが可能になっている。

また、図１２に示した収容局受信部４０ｓｂの場合、ｎ×１電気スイッチ４６のスイッチを切り替える処理によって、ＲＦ信号を受信する受信アンテナ３２－ｉを選択する構成になっている。

（第３の実施形態：マルチモードの送信側「リフレクトアレー適用例」）
図１４は、第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２ａの構成を示すブロック図である。図１４において、図３と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。無線送信システム９０ｔ２ａは、収容局送信部１０ｍ、基地局送信部２０ａ、下り光ファイバ３－１、及び、図１４には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。ここでは、受信端末装置９－１は、ｎ台存在しているものとし、それぞれを受信端末装置９－１－１～９－１－ｎとする。

収容局送信部１０ｍは、図１５に示す内部構成を有している。収容局送信部１０ｍは、多波長光源１８、光分波器１９、ｎ個の光変調器１１－１～１１－ｎ、及び光合波器１７を備える。多波長光源１８は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を生成して出力する。光分波器１９は、１個の入力ポートと、ｎ個の出力ポートを有しており、ｎ個の出力ポートの各々は、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎに固定的に割り当てられている。光分波器１９は、多波長光源１８が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、光分波器１９のｎ個の出力ポートに接続されている。光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、例えば、送信先の異なるＲＦ信号を取り込む。光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、各々に接続する光分波器１９の出力ポートから出力される波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を取り込む。光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、取り込んだ光を光キャリアとして、各々が取り込んだＲＦ信号で強度変調を行って光信号を生成し、生成した光信号を出力する。光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｎが生成したｎ個の光信号を合波して下り光ファイバ３－１に出力する。

（第３の実施形態の無線送信システムによる処理）
図１６は、第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２ａによる処理の流れを示すフローチャートである。収容局送信部１０ｍの多波長光源１８は、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を生成して出力する。光分波器１９は、多波長光源１８が出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を、波長ごとに分波し、分波した光の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。

光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、各々に接続する光分波器１９が出力ポートから出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光を光キャリアとして、各々が取り込んだ送信先の異なるＲＦ信号で強度変調を行って光信号を生成する。光変調器１１－１～１１－ｎは、生成した光信号を光合波器１７に出力する（ステップＳｃ１）。

光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｎが出力するｎ個の光信号を合波して下り光ファイバ３－１に出力する（ステップＳｃ２）。下り光ファイバ３－１は、光合波器１７が出力する光信号を基地局送信部２０ａの光分波器２１に伝送する。光分波器２１は、下り光ファイバ３－１から取り込んだ光信号をｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎに分波する。光分波器２１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐し、出力ポートに接続されているＯ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎに出力する（ステップＳｃ３）。

Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々は、光分波器２１が分岐して出力する波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光信号の各々を電気信号に変換してＲＦ信号を復調する（ステップＳｃ４）。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々は、各々に接続する送信アンテナ２２－１～２２－ｎに復調したＲＦ信号を出力する。送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々は、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々が出力するＲＦ信号の電波を放射する（ステップＳｃ５）。送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々が放射したＲＦ信号の電波が、リフレクトアレー２４－１によって反射されると、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々の位置に応じた方向であって、それぞれが異なる方向に送信ビーム５－１～５－ｎが形成される。すなわち、ｎ個の送信ビーム５－１～５－ｎからなるマルチビームが形成される（ステップＳｃ６）。

ｎ台の受信端末装置９－１－１～９－１－ｎは、各々送信ビーム５－１～５－ｎにより送信されたＲＦ信号を受信し、復調して取り込む。

（第３の実施形態：マルチモードの送信側「トランスミットアレー適用例」）
図１７は、第２の実施形態の他の構成例である無線送信システム９０ｔ２ｂの構成を示すブロック図である。図１７において、図７及び図１４と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。無線送信システム９０ｔ２ｂは、収容局送信部１０ｍ、基地局送信部２０ｂ、下り光ファイバ３－１、及び、図１７には示していないが、図２に示した受信端末装置９－１を備える。ここでは、受信端末装置９－１は、ｎ台存在しているものとし、それぞれを受信端末装置９－１－１～９－１－ｎとする。

すなわち、無線送信システム９０ｔ２ｂは、第３の実施形態の無線送信システム９０ｔ２ａの収容局送信部１０ｍと、第１の実施形態の他の構成例である無線送信システム９０ｔ１ｂの基地局送信部２０ｂとを下り光ファイバ３－１によって接続した構成を備えていることになる。

（第３の実施形態の他の構成例による処理）
無線送信システム９０ｔ２ｂによる処理は、図１６に示したフローチャートにおいて、ステップＳｃ１～Ｓｃ５までは、無線送信システム９０ｔ２ａと同一の処理が行われる。

ステップＳｃ６において、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々が放射したＲＦ信号の電波が、トランスミットアレー２４－２を通過すると、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々の位置に応じた異なる特定の方向に送信ビーム５－１～５－ｎが形成される。すなわち、ｎ個の送信ビーム５－１～５－ｎからなるマルチビームが形成される。ｎ台の受信端末装置９－１－１～９－１－ｎは、それぞれ送信ビーム５－１～５－ｎにより送信されたＲＦ信号を受信し、復調して取り込む。

上記の第３の実施形態の無線通信システム９０ｔ２ａ，９０ｔ２ｂにおいて、収容局送信部１０ｍは、光変調器１１－１～１１－ｎと、光合波器１７とを備えており、光変調器１１－１～１１－ｎの各々には、それぞれ異なる波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光が与えられている。光変調器１１－１～１１－ｎの各々は、ＲＦ信号に基づいて、各々に与えられる光を変調して光信号を生成し、光合波器１７は、光変調器１１－１～１１－ｎが生成した光信号を合波して出力する。基地局送信部２０ａ，２０ｂは、光分波器２１と、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎと、送信アンテナ２３－１～２３－ｎと、リフレクトアレー２４－１、またはトランスミットアレー２４－２とを備えている。光分波器２１は、光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、収容局送信部１０ｍが出力する光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ光信号を波長ごとに分波し、分波した光信号を、波長に対応する出力ポートから出力する。Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々は、光分波器２１の複数の出力ポートに接続され、光分波器２１が出力する光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。送信アンテナ２３－１～２３－ｎは、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々に接続され、Ｏ／Ｅ変換器２２－１～２２－ｎの各々が出力するＲＦ信号を放射する。リフレクトアレー２４－１、またはトランスミットアレー２４－２は、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々が放射するＲＦ信号を受け、受けたＲＦ信号ごとに、当該ＲＦ信号の送信元の送信アンテナ２３－１～２３－ｎの位置ごとに異なる方向に送信ビーム５－１～５－ｎを形成する。

上記の無線送信システム９０ｔ２ａ，９０ｔ２ｂでは、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの各々とが、光合波器１７及び光分波器２１により固定的に対応付けられている。言い換えると、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの各々と、ｎ個の送信ビーム５－１～５－ｎの各々とは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、収容局送信部１０ｍにおいて、ｎ個の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎの光の各々を光キャリアとして、ｎ個のＲＦ信号で変調して、ｎ個の光信号を生成することで、マルチビーム、すなわち、ｎ個の送信ビーム５－１～５－ｎを形成することができる。

上記の無線送信システム９０ｔ２ａ，９０ｔ２ｂでは、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、下り光ファイバ３－１の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、送信アンテナ２３－１～２３－ｎの数に限られている。また、電気的なスイッチの切り替えの構成も備えていない。したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（第４の実施形態：マルチモードの受信側「リフレクトアレー適用例」）
図１８は、第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２ａの構成を示すブロック図である。図１８において、図８と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。

無線受信システム９０ｒ２ａは、収容局受信部４０ｍ、基地局受信部３０ａ、上り光ファイバ３－２、及び、図１８には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。ここでは、送信端末装置９－２は、ｎ台存在しているものとし、それぞれを送信端末装置９－２－１～９－２－ｎとする。

収容局受信部４０ｍは、光分波器４１と、出力部４２ｃとを備えており、出力部４２ｃは、ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎを備えている。ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々は、光分波器４１のｎ個の出力ポートの各々に接続されている。光分波器４１は、上り光ファイバ３－２が伝送するｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光信号を分波し、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する。ｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々は、光分波器４１がｎ個の出力ポートの各々から出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調して出力する。

（第４の実施形態の無線受信システムによる処理）
図１９は、第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２ａの処理の流れを示すフローチャートである。

ｎ台の送信端末装置９－２－１～９－２－ｎの各々が送信するＲＦ信号が、ｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎの方向から各々到来したとする。到来したＲＦ信号は、リフレクトアレー３１－１により反射され、上記したリフレクトアレーの可逆性により、それぞれ受信アンテナ３２－１～３２－ｎの位置に収束する。受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々は、各々の位置に収束したＲＦ信号を受信して、各々に接続する光変調器３３－１～３３－ｎに出力する（ステップＳｄ１）。

光変調器３３－１～３３－ｎの各々は、各々に対して光分波器３６から与えられる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光を光キャリアとして、受信アンテナ３２－１～３２－ｎが出力するＲＦ信号で強度変調して光信号を生成して出力する（ステップＳｄ２）。

光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｎの各々が出力する波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎのｎ個の光信号を合波して上り光ファイバ３－２に出力する（ステップＳｄ３）。上り光ファイバ３－２は、光合波器３４が合波した光信号を収容局受信部４０ｍの光分波器４１に伝送する。

光分波器４１は、上り光ファイバ３－２から取り込んだ光信号をｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎに分波する。光分波器４１は、分波した光信号の各々を波長に対応する出力ポートに分岐して出力する（ステップＳｄ４）。

出力部４２ｃのｎ個のＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々は、光分波器４１が出力ポートの各々から出力する光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を復調して出力する。これは、各々の受信ビーム６－１～６－ｍの方向から到来するＲＦ信号を同相合成したものとなっているため、受信ビーム６－１～６－ｍを形成していることになる（ステップＳｄ５）。

（第４の実施形態：マルチモードの受信側「トランスミットアレー適用例」）
図２０は、第４の実施形態の他の構成例である無線受信システム９０ｒ２ｂの構成を示すブロック図である。図２０において、図１３及び図１８と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。

無線受信システム９０ｒ２ｂは、収容局受信部４０ｍ、基地局受信部３０ｂ、上り光ファイバ３－２、及び、図２０には示していないが、図２に示した送信端末装置９－２を備える。ここでは、送信端末装置９－２は、ｎ台存在しているものとし、それぞれを送信端末装置９－２－１～９－２－ｎとする。

すなわち、無線受信システム９０ｒ２ｂは、第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２ａの収容局受信部４０ｍと、第２の実施形態の他の構成例である無線受信システム９０ｒ１ｂの基地局受信部３０ｂとを上り光ファイバ３－２によって接続した構成を備えていることになる。

（第４の実施形態の他の構成例による処理）
無線受信システム９０ｒ２ｂによる処理は、図１９に示したフローチャートのステップＳｄ１において、以下の処理が行われる。すなわち、ｎ台の送信端末装置９－２－１～９－２－ｎの各々が送信するＲＦ信号の各々によって形成されたｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎが到来したとする。ｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎは、トランスミットアレー３１－２を通過し、上記したトランスミットアレーの可逆性により、それぞれ受信アンテナ３２－１～３２－ｎの位置に受信ビーム６－１～６－ｎを形成するＲＦ信号が収束する。受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々は、各々の位置に収束したＲＦ信号を受信して、各々に接続する光変調器３３－１～３３－ｎに出力する。ステップＳｄ２～Ｓｄ５までは、無線受信システム９０ｒ２ａと同一の処理が行われる。

上記の第４の実施形態の無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂにおいて、基地局受信部３０ａ，３０ｂは、リフレクトアレー３１－１、またはトランスミットアレー３１－２と、受信アンテナ３２－１～３２－ｎと、光変調器３３－１～３３－ｎと、光合波器３４とを備えており、リフレクトアレー３１－１、またはトランスミットアレー３１－２は、受信ビーム６－１～６－ｎの方向から各々到来するＲＦ信号を受け、受けたＲＦ信号の到来方向に応じて異なる収束位置にＲＦ信号を収束させる。受信アンテナ３２－１～３２－ｎは、収束位置ごとに配置され、収束位置に収束したＲＦ信号を受信する。光変調器３３－１～３３－ｎは、各々が受信アンテナ３２－１～３２－ｎに接続されており、各々に異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光が与えられ、接続する受信アンテナ３２－１～３２－ｎが受信したＲＦ信号に基づいて、与えられた光を変調して光信号を生成する。光合波器３４は、光変調器３３－１～３３－ｎが生成した、各々が異なる波長の光信号を合波し、合波した光信号を出力する。収容局受信部４０ｍは、光分波器４１と、出力部４２ｃを備えており、光分波器４１は、光合波器３４が出力する光信号を取り込み、光信号を波長ごとに分波する。出力部４２ｃは、光分波器４１の出力に接続されるＯ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎを備えており、Ｏ／Ｅ変換器４５－１～４５－ｎの各々は、光分波器４１が分波した各々が異なる波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光信号を取り込み、取り込んだ光信号を電気信号に変換することによりＲＦ信号を復調し、復調したＲＦ信号を出力する。

上記の無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂでは、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々と、ｎ本の受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々とが、光合波器３４及び光分波器４１により固定的に対応付けられている。言い換えると、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの各々と、ｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎとは、一対一に対応付けられているということができる。そのため、基地局受信部３０ａ，３０ｂの光変調器３３－１～３３－ｎが、ｎ個の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎの光の各々を光キャリアとして、受信アンテナ３２－１～３２－ｎが出力するＲＦ信号で変調してｎ個の光信号を生成する。光合波器３４が、ｎ個の光信号を合波して収容局受信部４０ｍに送信し、収容局受信部４０ｍが波長ごとに分波して電気信号に変換することでＲＦ信号を復調して出力することができる。これにより、無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂにおいて、ＲＦ信号の各々に対応した、マルチビーム、すなわちｎ個の受信ビーム６－１～６－ｎの形成が可能となる。

なお、上記の無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂにおいて、受信ビーム６－１～６－ｎ以外の方向からＲＦ信号が到来した場合、複数の受信アンテナ３２－１～３２－ｎの位置に、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号が到来することになる。そのため、受信アンテナ３２－１～３２－ｎの各々は、元のＲＦ信号とは振幅や位相の異なるＲＦ信号を出力することになる。
この場合、光変調器３３－１～３３－ｍの各々に対して振幅や位相の異なるＲＦ信号が与えられる。光変調器３３－１～３３－ｍの各々は、各々に与えられるＲＦ信号で変調した波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号を生成する。別の見方をすると、複数の波長λ_{Ｒ１～Ｒｍ}の光信号においてＲＦ信号が分かれて重畳されている状態となる。そのため、収容局受信部４０ｍの出力部４２ｃは、光分波器４１が複数の出力ポートから出力する複数の光信号を対象としてＲＦ信号を復調する処理を行う必要がある。例えば、収容局受信部４０ｍの出力部４２ｃは、光分波器４１が波長ごとに分波して出力する光信号の各々を電気変換して、光信号の各々に重畳されているＲＦ信号を復調する。出力部４２ｃは、例えば、復調したＲＦ信号のなかで最も電力の高いＲＦ信号を選択して出力してもよいし、復調した複数のＲＦ信号についてＭＩＭＯ信号処理を行ってから出力するようにしてもよい。

上記の無線受信システム９０ｒ２ａ，９０ｒ２ｂでは、基地局装置１において一切の制御を必要としていない。また、上り光ファイバ３－２の距離の情報も必要としておらず、利用する波長の数は、受信アンテナ３２－１～３２－ｎの数に限られている。また、電気的なスイッチの切り替えの構成も備えていない。したがって、波長利用効率の悪化や高コスト化を抑えつつ、基地局装置の制御及び光ファイバの距離の情報を用いなくても送受信アンテナのビームフォーミングを行うことができる。

（収容局装置と基地局装置の接続構成）
上記の第１から第４の実施形態では、光ファイバ３が、２芯あるものとして、下り光ファイバ３－１と、上り光ファイバ３－２に分けて示していたが、例えば、図２１に示すようなサーキュレータ５０，６０を利用した構成としてもよい。図２１は、収容局装置２と、基地局装置１とを１芯の光ファイバ３ａによって接続した構成を示すブロック図である。なお、基地局装置１については、リフレクトアレー２４－１を有する基地局送信部２０ａ、及び、リフレクトアレー３１－１を有する基地局受信部３０ａを備えた場合の構成を示している。

サーキュレータ５０は、３つのポートを有している。サーキュレータ５０が有する３つのポートは、収容局送信部１０と接続されるポート、光ファイバ３ａを介してサーキュレータ６０と接続されるポート及び収容局受信部４０と接続されるポートである。サーキュレータ５０は、収容局送信部１０が出力する光信号を取り込んで光ファイバ３ａに出力し、光ファイバ３ａが伝送する光信号を取り込んで収容局受信部４０に出力する。サーキュレータ６０も同様に、３つのポートを有している。サーキュレータ６０が有する３つのポートは、光ファイバ３ａを介してサーキュレータ５０と接続されるポート、基地局送信部２０ａと接続されるポート及び基地局受信部３０ａと接続されるポートである。サーキュレータ６０は、光ファイバ３ａが伝送する光信号を取り込んで基地局送信部２０ａに出力し、基地局受信部３０ａが出力する光信号を取り込んで光ファイバ３ａに出力する。

また、基地局装置１として、トランスミットアレー２４－２を有する基地局送信部２０ｂ、及び、トランスミットアレー３１－２を有する基地局受信部３０ｂを備えるようにしてもよく、その場合の構成は、図２２に示す構成となる。

なお、図２１及び図２２において、単一モードの場合、収容局送信部１０には、収容局送信部１０ｓが適用され、収容局受信部４０には、収容局受信部４０ｓが適用される。マルチモードの場合、収容局送信部１０には、収容局送信部１０ｍが適用され、収容局受信部４０には、収容局受信部４０ｍが適用される。

上記の第１から第４の実施形態では、下り光ファイバ３－１が伝送する光の波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎと、上り光ファイバ３－２が伝送する光の波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎとは、同じ波長であってもよいとしていたが、図２１及び図２２の構成の場合、光ファイバ３ａは、１芯であるため、波長λ_Ｔ１～λ_Ｔｎと、波長λ_Ｒ１～λ_Ｒｎとは相異なる波長である必要がある。

上述した実施形態における送信波長制御部１２ａ，１２ｂ、受信波長制御部４３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＲｏＦを利用する無線通信システムにおいてビームフォーミングを行う場合に利用することができる。

９０…無線通信システム、１…基地局装置、２…収容局装置、３…光ファイバ、９…端末装置、１０…収容局送信部、２０…基地局送信部、３０…基地局受信部、４０…収容局受信部

Claims (8)

1. 複数の波長の光を生成する多波長光源から出力される複数の波長の光を入力するための複数個の入力ポートと、前記複数個の入力ポートに入力された複数の波長の光のうち単一波長の光を出力するための１個の出力ポートとを備え、制御信号に基づいて前記複数個の入力ポートのいずれか１個の入力ポートと前記出力ポートとを接続して単一波長の光信号を出力するｎ×１光スイッチを備える収容局送信部であって、前記ｎ×１光スイッチが備える前記出力ポートから出力された単一波長の光をＲＦ信号に基づいて変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力する収容局送信部と、
   前記収容局送信部が出力する前記光信号を取り込む基地局送信部であって、
   前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートを有しており、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記波長に対応する前記出力ポートから出力する光分波器と、
   前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続され、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する複数の光電気変換器と、
   複数の前記光電気変換器の各々に接続され、前記光電気変換器の各々が出力する前記ＲＦ信号を放射する複数の送信アンテナと、
   前記送信アンテナの各々が放射する前記ＲＦ信号を受け、受けた前記ＲＦ信号ごとに、当該ＲＦ信号の送信元の前記送信アンテナの位置ごとに異なる方向に送信ビームを形成するリフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える送信ビーム形成部と、
   を有する基地局送信部と、
   を備える無線送信システム。
2. 前記収容局送信部は、
   １つの光変調器を備えており、当該光変調器が、前記ＲＦ信号に基づいて、単一波長の光を変調して前記光信号を生成する
   請求項１に記載の無線送信システム。
3. 到来するＲＦ信号を受け、受けた前記ＲＦ信号の到来方向に応じて異なる収束位置に前記ＲＦ信号を収束させることで受信ビームを形成するリフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える受信ビーム形成部と、
   前記収束位置ごとに配置され、当該収束位置に収束した前記ＲＦ信号を受信する複数の受信アンテナと、
   各々が複数の前記受信アンテナに接続されており、各々に異なる波長の光が与えられ、接続する前記受信アンテナが受信した前記ＲＦ信号に基づいて、与えられた前記光を変調して光信号を生成する複数の光変調器と、
   複数の前記光変調器が生成した、各々が異なる波長の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する光合波器と、
   を有する基地局受信部と、
   前記基地局受信部が出力する前記光信号を取り込む収容局受信部であって、
   前記基地局受信部の前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波する光分波器と、
   前記光分波器が分波した複数の波長の光を入力するための複数個の入力ポートと、前記複数個の入力ポートに入力された複数の波長の光のうち単一波長の光を出力するための１個の出力ポートとを備え、制御信号に基づいて前記複数個の入力ポートのいずれか１個の入力ポートと前記出力ポートとを接続して単一波長の光信号を出力するｎ×１光スイッチと、
   前記ｎ×１光スイッチが備える前記出力ポートから出力された単一波長の光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する光電気変換器と、
   を有する収容局受信部と、
   を備える無線受信システム。
4. 前記光電気変換器は、
   前記光分波器が出力する前記光信号に含まれるいずれか１つの波長の前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する
   請求項３に記載の無線受信システム。
5. 請求項１に記載の基地局送信部と、請求項３に記載の基地局受信部と、
   を備える基地局装置。
6. 請求項１に記載の無線送信システムと、請求項３に記載の無線受信システムと
   を備える無線通信システム。
7. 収容局送信部と、基地局送信部とを備える無線送信システムにおける無線送信方法であって、
   前記収容局送信部が、
   複数の波長の光を生成する多波長光源から出力される複数の波長の光を入力するための複数個の入力ポートと、前記複数個の入力ポートに入力された複数の波長の光のうち単一波長の光を出力するための１個の出力ポートとを備え、制御信号に基づいて前記複数個の入力ポートのいずれか１個の入力ポートと前記出力ポートとを接続して単一波長の光信号を出力するｎ×１光スイッチを備える収容局送信部であって、前記ｎ×１光スイッチが備える前記出力ポートから出力された単一波長の光をＲＦ信号に基づいて変調して光信号を生成し、生成した前記光信号を出力し、
   前記基地局送信部の光分波器が、前記収容局送信部が出力する前記光信号を入力ポートから取り込み、取り込んだ前記光信号を波長ごとに分波し、分波した前記光信号を、前記光の波長ごとに割り当てられる複数の出力ポートの中の前記波長に対応する前記出力ポートから出力し、
   前記基地局送信部の複数の光電気変換器であって前記光分波器の複数の前記出力ポートに各々が接続する前記光電気変換器の各々が、前記光分波器が出力する前記光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力し、
   前記基地局送信部の複数の送信アンテナが、前記光電気変換器の各々が出力する前記ＲＦ信号を放射し、
   前記基地局送信部の送信ビーム形成部であって、リフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える前記送信ビーム形成部が、前記送信アンテナの各々が放射する前記ＲＦ信号を受けて、前記ＲＦ信号ごとに、当該ＲＦ信号の送信元の前記送信アンテナの位置ごとに異なる方向に送信ビームを形成する
   無線送信方法。
8. 基地局受信部と、収容局受信部とを備える無線受信システムにおける無線受信方法であって、
   前記基地局受信部の受信ビーム形成部であって、リフレクトアレー、または、トランスミットアレーを備える前記受信ビーム形成部が、到来するＲＦ信号を受け、受けた前記ＲＦ信号の到来方向に応じて異なる収束位置に前記ＲＦ信号を収束させることで受信ビームを形成し、
   前記基地局受信部の複数の受信アンテナが、前記収束位置に収束した前記ＲＦ信号を受信し、
   前記基地局受信部の複数の光変調器が、各々が接続する前記受信アンテナが受信した前記ＲＦ信号に基づいて、与えられる異なる波長の光を変調して光信号を生成し、
   前記基地局受信部の光合波器が、複数の前記光変調器が生成した、各々が異なる波長の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力し、
   前記収容局受信部の光分波器が、前記光合波器が出力する前記光信号を取り込み、前記光信号を波長ごとに分波し、
   前記収容局受信部のｎ×１光スイッチが、前記光分波器が分波した複数の波長の光を入力するための複数個の入力ポートと、前記複数個の入力ポートに入力された複数の波長の光のうち単一波長の光を出力するための１個の出力ポートとを備え、制御信号に基づいて前記複数個の入力ポートのいずれか１個の入力ポートと前記出力ポートとを接続して単一波長の光信号を出力し、
   前記収容局受信部の光電気変換器が、前記ｎ×１光スイッチが備える前記出力ポートから出力された単一波長の光信号を電気信号に変換することにより前記ＲＦ信号を復調し、復調した前記ＲＦ信号を出力する
   無線受信方法。

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