WO2020153222A1

WO2020153222A1 - 無線通信システム、収容局装置及び無線通信方法

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Publication number: WO2020153222A1
Application number: PCT/JP2020/001249
Authority: WO
Inventors: 耕大伊藤; 瑞紀菅; 白戸　裕史; 直樹北
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: EP3893414B1; US11374657B2; EP3893414A4; JP7111971B2; EP3893414A1; US20220109505A1; JP2020120252A

Abstract

基地局のｎ個のアンテナ素子の各々に対して、収容局－基地局間の光ファイバの波長分散が一定と見なせる範囲で所定間隔に設定されたｎ個の波長を割り当てておく。収容局は、各波長の光信号又は各波長の光信号を変調する各変調信号に対して、ＲＦ信号における移相量が所定間隔になるように位相調整を行う。収容局は、送信移相間隔α_１を変化させつつビーコン信号を複数回送信し、端末は、受信電力に基づき選択したビーコン信号のビーコン番号情報を複数回送信する。収容局は、各ビーコン番号情報に対して受信移相間隔α_２を変化させて受信電力が最大となる受信移相間隔α_２を決定するとともに、端末から受信したビーコン番号情報に基づいて送信移相間隔α_１を決定する。

Description

無線通信システム、収容局装置及び無線通信方法

　本発明は、無線通信システム、収容局装置及び無線通信方法に関する。

　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（Radio over Fiber）システムが知られている。ＲｏＦシステムでは、収容局（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、その変調信号を光ファイバで伝送する。基地局（子局）は、光ファイバを介して受信した光信号をＲＦ信号に戻し、その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。

　しかしながら、ミリ波帯にＲｏＦシステムを適用したとしても、今度は基地局のカバーエリア拡大が課題となる。その解決策の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。

　ＲｏＦシステムにおけるビームフォーミングとして、光ファイバ伝送時の波長分散によって各波長の光信号間に遅延差が生じることを利用して、光キャリアの波長を制御することでアンテナ素子に入射する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２０は、特許文献１の技術を適用したＲｏＦシステム９００のブロック図である。収容局９１０の多波長可変光源９１１は、複数の光信号を出力する。これら光信号間の波長間隔は、任意に変更可能である。光変調器９１２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。これにより、光変調器９１２は、複数の光変調信号を出力する。各光変調信号は光ファイバ９２０内を伝送する。その際に、各光変調信号には、波長分散の影響により、波長毎に異なる遅延差が生じる。基地局９３０の光分波器９３１は、光ファイバ９２０内を伝送した複数の光変調信号を波長毎に分岐する。複数のＯ／Ｅ（光／電気）変換器９３２－１、…、９３２－ｎはそれぞれ、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換する。アンテナ素子９３３－１、…、９３３－ｎは、変換後の電気信号をＲＦ信号として放射する。この際、光ファイバ９２０内伝送時の波長分散による遅延差のためＲＦ信号にも位相差が生じ、指向性を形成することができる。

　また、ＲｏＦシステムに限らず、光信号を用いて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。その一つとして、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２１は、非特許文献１の技術を適用した無線システム９０５の図である。多波長光源９５１は、複数の異なる波長の光信号を出力する。光変調器９５２は、伝送するＲＦ信号により各波長の光信号を変調する。これにより、光変調器９５２は、複数の光変調信号を出力する。各光変調信号は、ＰＤＭ（programmable dispersion matrix）９５３に送られる。

　図２２は、ＰＤＭ９５３の構成を示すブロック図である。ＰＤＭ９５３は、ｎ＋１個の２×２光スイッチ９６１－１、…、９６１－（ｎ＋１）と、分散値がそれぞれＤ_０、２Ｄ_０、…、２^ｎ－１Ｄ_０のｎ個の分散要素９６２－１、９６２－２、…、９６２－ｎとから構成される。分散要素９６２－１、…、９６２－ｎは、分散ファイバやグレーティングファイバなどにより構成される。ＰＤＭ９５３は、２×２光スイッチ９６１－１、…、９６１－（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。ＰＤＭ９５３に入力された各光変調信号には、ＰＤＭ９５３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２１に示す無線システム９０５の光分波器９５４は、ＰＤＭ９５３から出力された複数の光変調信号を波長毎に分岐する。各波長は、各アンテナ素子９５６－１、…、９５６－ｎにあらかじめ対応しているため、光分岐は固定的である。複数のＯ／Ｅ（光／電気）変換器９５５－１、…、９５５－ｎはそれぞれ、分岐された各波長の光変調信号を電気信号に変換する。アンテナ素子９５６－１、…、９５６－ｎは、変換後の電気信号をＲＦ信号として放射する。この際、ＰＤＭ９５３の分散による遅延差のためＲＦ信号にも位相差が生じ、指向性を形成することができる。

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

　上述のように、特許文献１の技術は、波長を可変とし、分散を固定と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。特に、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。このような状況で、特許文献１の技術を適用すると、ＷＤＭ－ＰＯＮにさらにビームフォーミングのための波長帯をあらかじめ設定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。従って、基地局のアンテナ素子に送る波長も調整する必要がある。そのため、基地局の光分波器は、指向性形成の度に、基地局のアンテナ素子に送る波長を変更する必要があり、指向性を動的に変更する際にはさらに光分波器の分岐も動的に変更する必要がある。これは、基地局の光分波器の制御が必要であることを意味する。

　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、収容局に機能を集約することで基地局を簡易化できることである。しかし、特許文献１の技術では、基地局の光分波器の制御が必要となり、基地局の簡易化に限界がある。

　さらに、特許文献１の技術は、各光変調信号間の遅延差調整のための波長調整に、光ファイバの距離情報を必要とする。一般に、収容局から基地局までの光ファイバの距離情報は、分からないか、分かっていたとしても正確な長さまでは分からない状況であると考えられる。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。

　一方、非特許文献１の技術は、波長を固定とし、分散を可変として変調光信号に遅延差を生じさせる。このとき、波長が固定であるため、波長利用効率は特許文献１よりも良い。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。従って、装置の大型化・高コスト化の恐れがある。

　また、非特許文献１には、ＲｏＦへの適用に関する言及はない。そのため、非特許文献１に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。さらに、特許文献１及び非特許文献１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。

　上記事情に鑑み、本発明は、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえ、かつ、基地局制御及び光ファイバの距離情報を不要としながらＲｏＦシステムの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無線通信システム、収容局装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。

　本発明の一態様は、収容局装置と、前記収容局装置と光伝送路により接続され、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有する基地局装置と、前記基地局装置と無線通信する端末とを有する無線通信システムであって、前記収容局装置は、異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信部と、前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相制御部と、前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信部と、ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相制御部と、前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相調整量決定部と、ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相調整量決定部と、を備え、前記基地局装置は、前記光伝送路を伝送した前記合成光変調送信信号を異なるｎ個の前記第一波長の光変調送信信号に分波する基地局光分波部と、ｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を電気信号に変換し、ｎ個の前記第一波長それぞれに対応した前記アンテナ素子から無線により放射する光電気変換部と、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれが前記端末から受信した無線信号により、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の前記第二波長の光信号を変調して光変調受信信号を生成する電気光変換部と、前記電気光変換部が生成したｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成した前記合成光変調受信信号を前記光伝送路に出力する基地局光合成部と、を備え、前記端末は、前記基地局装置から無線信号を受信する無線受信部と、前記基地局装置へ無線信号を送信する無線送信部と、前記無線受信部がｐ個の前記ビーコン信号を受信した場合、ｐ個の前記ビーコン信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記ビーコン信号の前記識別情報を示すｑ個の無線信号を前記無線送信部から送信するビーコン選択部と、を備える、無線通信システムである。

　本発明の一態様は、上述の無線通信システムであって、ｎ個の前記アンテナ素子は、所定間隔で配列され、ｎ個の前記第一波長は、前記光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第一波長間隔の波長であり、ｎ個の前記第二波長は、前記光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第二波長間隔の波長であり、ｎ個の前記第一位相調整量は、無線信号としての位相が第一位相間隔の位相調整量であり、ｎ個の前記第二位相調整量は、無線信号としての位相が第二位相間隔の位相調整量である。

　本発明の一態様は、上述の無線通信システムであって、前記送信部は、異なるｎ個の前記第一波長の光を前記送信信号により変調して光変調送信信号を生成する光変調部と、前記光変調部により生成されたｎ個の前記第一波長の前記光変調送信信号に、前記第一波長それぞれに応じた前記第一位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、前記位相調整部により位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成して前記合成光変調送信信号を生成し、前記光伝送路に出力する光合成部とを備える。

　本発明の一態様は、上述の無線通信システムであって、前記送信部は、前記送信信号を、異なるｎ個の前記第一波長それぞれに対応したｎ個の送信信号に分岐する分岐部と、前記分岐部により分岐されたｎ個の前記送信信号のそれぞれに、対応する前記第一波長に応じた前記第一位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、異なるｎ個の前記第一波長の光それぞれを、前記第一波長に応じた前記第一位相調整量の位相調整が行われた前記送信信号により変調して光変調送信信号を生成する光変調部と、前記光変調部により生成されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成して前記合成光変調送信信号を生成し、前記光伝送路に出力する光合成部とを備える。

　本発明の一態様は、上述の無線通信システムであって、前記受信部は、前記合成光変調受信信号を異なるｎ個の前記第二波長の光変調受信信号に分波する分波部と、前記分波部により分波されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号それぞれに、前記第二波長に応じた前記第二位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、前記位相調整部により位相調整されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成する合成部と、前記合成部により合成された前記光変調受信信号を電気信号に変換する変換部とを備える。

　本発明の一態様は、上述の無線通信システムであって、前記受信部は、前記合成光変調受信信号を異なるｎ個の前記第二波長の光変調受信信号に分波する分波部と、前記分波部により分波されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号それぞれを電気信号に変換する変換部と、前記変換部により変換されたｎ個の前記電気信号それぞれに、前記第二波長に応じた前記第二位相調整量の位相調整を行う位相調整部とを備える。

　本発明の一態様は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子により端末と無線通信する基地局装置と光伝送路により接続される収容局装置であって、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信部と、前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相制御部と、前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信部と、ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相制御部と、前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相調整量決定部と、ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相調整量決定部と、を備える収容局装置である。

　本発明の一態様は、収容局装置と、前記収容局装置と光伝送路により接続され、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有する基地局装置と、前記基地局装置と無線通信する端末とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記収容局装置が、異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信ステップと、前記送信ステップにおいて前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう制御する送信位相制御ステップと、前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信ステップと、ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、前記受信ステップにおいて、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう制御する受信位相制御ステップと、前記送信ステップにおいて、前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう制御する送信位相調整量決定部と、前記受信ステップにおいて、ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう制御する受信位相調整量決定ステップと、前記基地局装置が、前記光伝送路を伝送した前記合成光変調送信信号を異なるｎ個の前記第一波長の光変調送信信号に分波する光分波ステップと、ｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を電気信号に変換し、ｎ個の前記第一波長それぞれに対応した前記アンテナ素子から無線により放射する光電気変換ステップと、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれが前記端末から受信した無線信号により、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の前記第二波長の光信号を変調して光変調受信信号を生成する電気光変換ステップと、前記電気光変換ステップにおいて生成したｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成した前記合成光変調受信信号を前記光伝送路に出力する光合成ステップと、前記端末が、前記基地局装置から無線信号を受信する無線受信ステップと、前記基地局装置へ無線信号を送信する無線送信ステップと、前記無線受信ステップにおいてｐ個の前記ビーコン信号を受信した場合、ｐ個の前記ビーコン信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記ビーコン信号の前記識別情報を示すｑ個の無線信号を前記無線送信ステップにより送信するビーコン選択ステップと、を有する無線通信方法である。

　本発明により、波長利用効率の悪化や高コスト化をおさえつつ、基地局制御及び光ファイバの距離情報を不要としながらＲｏＦシステムの送受信アンテナのビームフォーミングを行うことが可能となる。

本発明の実施形態による無線通信システムの全体構成を示す図である。同実施形態による送信アンテナのビームフォーミングの基本原理を示す図である。同実施形態による基地局のビーム方向を示す図である。同実施形態による受信アンテナのビームフォーミングの基本原理を示す図である。同実施形態による基地局が送信するビーコンを示す図である。同実施形態によるビーム方向決定のフローを示す図である。同実施形態による収容局の構成を示すブロック図である。同実施形態による第一送信部の構成を示すブロック図である。同実施形態による第二送信部の構成を示すブロック図である。同実施形態による第一受信部の構成を示すブロック図である。同実施形態による第二受信部の構成を示すブロック図である。同実施形態による基地局の構成を示すブロック図である。同実施形態による端末の構成を示すブロック図である。同実施形態による第一送信部の変形例を示すブロック図である。同実施形態による第一送信部の変形例を示すブロック図である。同実施形態による第一送信部の変形例を示すブロック図である。同実施形態による第一送信部の変形例を示すブロック図である。同実施形態による第二送信部の変形例を示すブロック図である。同実施形態による第二送信部の変形例を示すブロック図である。従来技術を適用したＲｏＦシステムの構成を示すブロック図である。従来技術を適用した無線システムの構成を示すブロック図である。図２１におけるＰＤＭの構成を示すブロック図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

［１．全体構成］
　図１は、本発明の実施形態による無線通信システム１０の全体構成を示す図である。無線通信システム１０は、収容局２０、基地局４０及び端末５０を有する。収容局２０及び基地局４０は、光ファイバ３０により接続される。収容局２０と基地局４０とは光ファイバ通信を行い、基地局４０と端末５０とは無線通信を行う。収容局２０、光ファイバ３０及び基地局４０は、例えば、ＲｏＦシステムを構成する。

［２．基本原理］
　本実施形態の無線通信システム１０に用いられる基本原理を、送信アンテナのビームフォーミング原理、受信アンテナのビームフォーミング原理、ビーム方向決定フローの順に説明する。

［２．１　送信アンテナのビームフォーミング原理］
　図２は、本実施形態による送信アンテナのビームフォーミングの基本原理を示す図である。図２では、送信に関係する機能部のみを示している。収容局２０は、位相調整部２１と、光合成器２２とを有する。基地局４０は、光分波器４１と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のＯ／Ｅ（光／電気）変換器４２と、ｎ個のアンテナ素子４３とを備える。以下では、ｎ個のアンテナ素子４３をそれぞれ、アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎと記載し、アンテナ素子４３－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）と接続されるＯ／Ｅ変換器４２をＯ／Ｅ変換器４２－ｉと記載する。

　基地局４０のｎ個のアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎに対して、それぞれ相異なる波長λ_１１，…，λ_１ｎを固定的に対応させる。これにより、特許文献１のような基地局の光分波器の制御を不要とすることができる。

　波長λ_１１，…，λ_１ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_１について、λ_１ｉ＝λ_１１＋（ｉ－１）Δλ_１（ｉ＝１，…，ｎ）が成立しているものとする。波長間隔が十分に小さいため、各波長λ_１１，…，λ_１ｎについて分散値が等しいとみなすことができる。さらに、波長間隔が等間隔であるので、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号が同一距離だけ光ファイバを伝送したとき、波長分散による遅延差も等間隔にすることができる。

　収容局２０は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を同一のＲＦ信号により変調した光変調信号を光ファイバ伝送する前に、ＲＦ信号としての位相がそれぞれ０，α_１，２α_１，…，（ｎ－１）α_１と等間隔になるように位相調整を行う。つまり、収容局２０の位相調整部２１は、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整を行う。

　収容局２０の光合成器２２は、位相調整部２１が位相調整した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を波長多重し、１本の光ファイバ３０により基地局４０まで伝送する。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差が生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_１１，…，λ_１ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔にすることができる。さらには、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎはそれぞれ、β_１１，β_１１－Δβ_１，β_１１－２Δβ_１，…，β_１１－（ｎ－１）Δβ_１となる。位相回転量β_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、β_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１と表現できる。波長λ_１１，…，λ_１ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎは定数となる。しかし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできない。

　基地局４０の光分波器４１は、光ファイバ３０を伝送した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を固定的に分岐し、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号をアンテナ素子４３－ｉに向けて出力する。波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号はそれぞれ、Ｏ／Ｅ変換器４２－１，…，４２－ｎによりＯ／Ｅ変換され、アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎからＲＦ信号として放射される。波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号には、収容局２０においてＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整が行われており、さらに、光ファイバ３０の伝送中にＲＦ信号としてβ_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１の位相回転がかかっている。従って、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の位相φ_１ｉは、φ_１ｉ＝（ｉ－１）α_１＋β_１ｉ＝β_１１＋（ｉ－１）（α_１－Δβ_１）となり、この位相のＲＦ信号がアンテナ素子４３－ｉから放射される。

　隣接するアンテナ素子４３－ｉから放射される送信ＲＦ信号とアンテナ素子４３－（ｉ＋１）から放射される送信ＲＦ信号の位相差は、φ_{１（ｉ＋１）}－φ_１ｉ＝α_１－Δβ_１となり、ｉの値によらず一定の値となる。

　図３は、基地局４０から放射する送信ＲＦ信号のビーム方向を示す図である。アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが等間隔ｄで配列されているとする。すなわち、アンテナ素子４３－ｉとアンテナ素子４３－（ｉ＋１）との間隔はｄである。また、各アンテナ素子４３の送信ビーム方向をθ、送信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ１とする。この場合、以下の式（１）を満たす方向に送信ビームが形成される。

　先に述べた通り、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできない。そのため、Δβ_１は具体的な値が分からない定数である。

　送信ビーム方向θを規定する変数はα_１のみとなり、α_１の値を変化させることで送信ビーム方向θを変化させることができる。α_１の値を制御するのは収容局２０であるため、送信ビーム方向制御に基地局４０の制御は基本的には一切必要ない。ただし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、Δβ_１の具体的な値は分からないため、その送信ビーム方向θの具体的な値も分からない。

　光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、基地局４０が形成した送信ビーム方向は分からない。従って、その送信ビーム方向の決定には、基地局４０の通信相手である端末５０のフィードバックが必要となる。そのビーム方向決定フローについては、受信アンテナのビームフォーミングについて述べた後、詳しく述べる。

［２．２　受信アンテナのビームフォーミング原理］
　図４は、本実施形態による無線通信システム１０における受信アンテナのビームフォーミングの基本原理を示す図である。図４では、受信に関係する機能部のみを示してある。
収容局２０は、光分波器２３と、位相調整部２４とを有する。基地局４０は、ｎ個のアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎと、ｎ個のＥ／Ｏ（電気／光）変換器４４と、光合成器４５とを備える。アンテナ素子４３－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）と接続されるＥ／Ｏ変換器４４をＥ／Ｏ変換器４４－ｉと記載する。

　基地局４０のｎ個のアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎに対して、それぞれ相異なる波長λ_２１，…，λ_２ｎを固定的に対応させる。波長λ_２１，…，λ_２ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_２について、λ_２ｉ＝λ_２１＋（ｉ－１）Δλ_２（ｉ＝１，…，ｎ）が成立しているものとする。波長間隔は十分に小さいため、各波長λ_２１，…，λ_２ｎについて分散値が等しいとみなすことができる。さらに、波長間隔が等間隔であるので、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光信号が同一距離だけ光ファイバを伝送したとき、波長分散による遅延差も等間隔にすることができる。

　基地局４０において、端末５０からの信号が図３に示すような方向θから到来したとする。アンテナ素子４３－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）が受信したＲＦ信号の位相をφ_２ｉとし、受信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ２とした場合に、ｉ＝１，…，ｎ－１について以下の式（２）が成立する。

　従って、φ_２ｉ＝φ_２１＋（ｉ－１）Δφ_２（ｉ＝１，…，ｎ）となる。基地局４０のＥ／Ｏ変換器４４－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、アンテナ素子４３－ｉが受信した位相φ_２ｉの受信ＲＦ信号を用いて波長λ_２ｉの光信号を変調し、光合成器４５により波長多重して１本の光ファイバ３０で収容局２０まで伝送する。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差を生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_２１，…，λ_２ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔となり、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎはそれぞれ、β_２１，β_２１－Δβ_２，β_２１－２Δβ_２，…，β_２１－（ｎ－１）Δβ_２となる。位相回転量β_２ｉは、β_２ｉ＝β_２１－（ｉ－１）Δβ_２（ｉ＝１，…，ｎ）と表現できる。波長λ_２１，…，λ_２ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎは定数となる。しかし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。

　収容局２０が受信した波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相は、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２）となる。
これらの波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号に対し、収容局２０は、ＲＦ信号としてそれぞれ０，α_２，２α_２，…，（ｎ－１）α_２と等間隔になるように位相調整を行う。つまり、位相調整部２４は、光分波器２３が分波した波長λ_２ｉの光変調信号に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_２の位相調整を行う。すると、波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相は、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２＋α_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２＋α_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２＋α_２）となる。このとき、α_２＝Δβ_２－Δφ_２とすれば、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相はφ_２１＋β_２１で同相となり、方向θに受信アンテナのビームが形成される。収容局２０は、これらの位相調整を波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号に対してではなく、これら光変調信号をＥ／Ｏ変換した後の電気信号に対して行ってもよい。

　先に述べた通り、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。そのため、Δβ_２は具体的な値の分からない定数となり、受信ビーム方向をθとするα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値は具体的に求めることはできない。そこで、α_２の値を走査し、受信電力最大となるα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値を求める。α_２の値を制御するのは収容局２０であるため、受信ビーム方向制御に基地局４０の制御は基本的には一切必要ない。

［２．３　送信アンテナ／受信アンテナのビーム方向決定フロー］
　図５は、基地局４０から送信されるｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を示す図である。収容局２０は、ＲＦ信号としてｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を生成する。収容局２０は、ビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）により変調した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を生成する。光変調ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を光ファイバ伝送する前に、収容局２０の位相調整部２１は、それぞれα_１の値として相異なる値α_１１，…，α_１ｐを用いて位相調整を行う。つまり、収容局２０の位相調整部２１は、ビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）により変調した波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調ビーコンＢ（ｊ）に対して、（ｉ－１）α_１ｊの位相調整を行う。

　収容局２０の光合成器２２は、位相調整部２１により位相調整された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を波長多重し、光ファイバ３０により基地局４０まで伝送する。基地局４０の光分波器４１は、光ファイバ３０を伝送した波長多重光信号を、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）に分波する。Ｏ／Ｅ変換器４２－ｉは、波長λ_１ｉの光変調ビーコンＢ（ｊ）を光信号から電気信号のビーコンＢ（ｊ）に変換し、アンテナ素子４３－ｉは電気信号に変換された波長λ_１ｉの光変調ビーコンＢ（ｊ）を放射する。これにより、アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎからビーコンＢ（ｊ）が放射される。このとき、ビーコンＢ（ｊ）は、以下の式（３）を満たす方向θ_ｊに放射される。

　以上をｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）について行うことで、図５に示すように、基地局４０から相異なるｐ通りの方向θ_１，…，θ_ｐそれぞれに、ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を送信することができる。

　端末５０は、基地局４０から放射されたｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を受信し、その中で受信電力が最大となったビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）を選択し、そのビーコン番号情報を基地局４０にフィードバックする。このとき、端末５０はビーコン番号情報をｑ回（ｑは２以上の整数）送信する。ビーコン番号情報は、ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を一意に識別する情報の例である。以下では、ビーコンＢ（ｊ）のビーコン番号情報をｊとする。

　基地局４０は、端末５０からフィードバックされたビーコン番号情報をＥ／Ｏ変換器４４－１、…、４４－ｎにより電気信号から光信号に変換し、そのまま光合成器４５により波長合成したのち、光ファイバ３０を介して収容局２０に送信する。

　収容局２０の位相調整部２４は、ｑ回受信するビーコン番号情報それぞれに対して、α_２の値として相異なる値α_２１，…，α_２ｑを用いて位相調整を行いながら、受信電力を求める。収容局２０は、α_２１，…，α_２ｑの中で受信電力が最大となったときのα_２ｋ（ｋ＝１，…，ｑ）を選択してα_２の値とすることにより、受信アンテナのビーム方向を決定する。また、収容局２０は、受信したビーコン番号情報を基にα_１の値を決定し、送信アンテナのビーム方向を決定する。すなわち、収容局２０は、ビーコン番号情報がｊである場合、α_１の値をα_１ｊに決定する。

　図６は、無線通信システム１０におけるビーム方向決定のフローを示す図である。図６は、収容局２０、基地局４０及び端末５０それぞれにおける上記の動作を、同一時間軸上で示している。収容局２０は、α_１１，…，α_１ｐそれぞれをα_１に用いて位相調整した光変調ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を生成し、基地局４０に送信する（ステップＳ１１）。基地局４０は、受信した光変調ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）をＯ／Ｅ変換してＲＦ信号とし（ステップＳ１２）、ＲＦ信号に変換されたビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）それぞれを異なるタイミングで送信する（ステップＳ１３）。

　端末５０は、ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を受信し、その中で受信電力が最大となったビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）を選択する（ステップＳ１４）。端末５０は、選択したビーコンＢ（ｊ）を特定するビーコン番号情報をｑ回、基地局４０に送信する（ステップＳ１５）。基地局４０は、受信したｑ個のビーコン番号情報をＥ／Ｏ変換し（ステップＳ１６）、収容局２０に送信する（ステップＳ１７）。収容局２０は、ｑ個のビーコン番号情報を、α_２１，…，α_２ｑのようにα_２の値を走査しながら受信し、受信電力が最大となるα_２ｋ（ｋ＝１，…，ｑ）の値を選択してα_２の値として決定する。これにより、収容局２０は、受信ビーム方向を決定する（ステップＳ１８）。また、収容局２０は、受信したビーコン番号情報ｊが示すビーコンＢ（ｊ）を送信したときに用いたα_１ｊにα_１の値を決定する。これにより、収容局２０は、送信ビーム方向を決定する（ステップＳ１９）。

　なお、基地局４０は、収容局２０および端末５０から受信した信号をＯ／Ｅ変換およびＥ／Ｏ変換するのみで、基本的には一切の位相調整の制御を必要としない。

［３．　装置構成］
　本実施形態の無線通信システム１０に用いられる各装置の構成について説明する。

［３．１　収容局の構成］
　図７は、収容局２０の構成を示すブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。収容局２０は、送信部２１０と、送信位相制御部２２０と、受信部２３０と、受信位相制御部２４０と、光サーキュレータ２５０とを備える。

　送信部２１０は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの送信光変調信号を生成する。送信部２１０は、送信光変調信号の位相調整のために、各波長の光をＲＦ信号により変調した光変調信号に対して位相調整を行う。この場合、送信部２１０として、後述する図８に示す第一送信部２１１を用いることができる。あるいは、送信部２１０は、送信光変調信号の位相調整のために、各波長の光の変調に用いるために分岐したＲＦ信号に対して位相調整を行い、位相調整されたＲＦ信号により各波長の光を変調する。この場合、送信部２１０として、後述する図９に示す第二送信部２１２を用いることができる。送信位相制御部２２０は、送信部２１０に対して位相調整の大きさを指示する。

　受信部２３０は、波長λ_２１，…，λ_２ｎの受信光変調信号に対して位相調整を行い、復調信号を得る。受信部２３０は、受信光変調信号の位相調整のために、分波した光変調信号それぞれに対して位相調整を行う。この場合、受信部２３０として、後述する図１０に示す第一受信部２３１を用いることができる。あるいは、受信部２３０は、受信光変調信号の位相調整のために、分波した各光変調信号をＯ／Ｅ変換して得られたＲＦ信号に対して位相調整を行う。この場合、受信部２３０として、後述する図１１に示す第二受信部２３２を用いることができる。受信位相制御部２４０は、受信部２３０に対して位相調整の大きさを指示する。

　光サーキュレータ２５０は、送信部２１０が出力した送信光変調信号を入力して光ファイバ３０に出力し、光ファイバ３０を伝送した受信光変調信号を入力して受信部２３０に出力する。

　図８は、第一送信部２１１の構成を示すブロック図である。第一送信部２１１は、多波長光源２１１１と、光変調部２１１２と、光分波器２１１３と、位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎと、光合成器２１１５とを備える。多波長光源２１１１は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を出力する。光変調部２１１２は、多波長光源２１１１が出力した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光をそれぞれＲＦ信号により変調する。光分波器２１１３は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を分岐する。位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎは、図２の位相調整部２１に相当する。位相調整部２１１４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、送信位相制御部２２０の制御に従って、波長λ_１ｉの光変調信号に対して位相調整を行った後、光合成器２１１５に出力する。光合成器２１１５は、図２の光合成器２２に相当する。光合成器２１１５は、光分波器２１１３が出力したλ_１１の光変調信号と、位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎそれぞれが出力したλ_１２，…，λ_１ｎの光変調信号とを合成し、光サーキュレータ２５０に出力する。光サーキュレータ２５０は、合成された光変調信号を光ファイバ３０に出力する。

　図９は、第二送信部２１２の構成を示すブロック図である。第二送信部２１２は、多波長光源２１２１と、光分波器２１２２と、分岐部２１２３と、位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎと、光変調部２１２５－１，…，２１２５－ｎと、光合成器２１２６とを備える。多波長光源２１２１は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を出力する。光分波器２１２２は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を分岐する。分岐部２１２３は、ＲＦ信号をｎ個に分岐して、光変調部２１２５－１及び位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎに出力する。位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎは、図２の位相調整部２１に相当する。位相調整部２１２４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、送信位相制御部２２０の制御に従ってＲＦ信号に対して位相調整を行った後、光変調部２１２５－ｉに出力する。光変調部２１２５－１は、光分波器２１２２が分波した波長λ_１１の光をＲＦ信号により変調し、光合成器２１２６に出力する。光変調部２１２５－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、光分波器２１２２が分波した波長λ_１ｉの光を、位相調整部２１２４－ｉが位相を調整したＲＦ信号により変調し、光合成器２１２６に出力する。光合成器２１２６は、図２の光合成器２２に相当する。光合成器２１２６は、光変調部２１２５－１，…，２１２５－ｎそれぞれが出力したλ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を合成し、光サーキュレータ２５０に出力する。光サーキュレータ２５０は、合成された光変調信号を光ファイバ３０に出力する。

　図１０は、第一受信部２３１の構成を示すブロック図である。第一受信部２３１は、光分波器２３１１と、位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎと、光合成器２３１３と、Ｏ／Ｅ変換器２３１４と、受信電力計算部２３１５と、復調部２３１６とを備える。光分波器２３１１は、基地局４０が出力した受信光変調信号を光サーキュレータ２５０から受信し、波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調信号に分岐する。位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎは、図４の位相調整部２４に相当する。位相調整部２３１２－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、受信位相制御部２４０の制御に従って、波長λ_２ｉの光変調信号に対して位相調整を行った後、光合成器２３１３に出力する。光合成器２３１３は、光分波器２３１１が出力した波長λ_２１の光変調信号と、位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎそれぞれが出力した波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調信号とを合成し、Ｏ／Ｅ変換器２３１４に出力する。Ｏ／Ｅ変換器２３１４は、光合成器２３１３が合成した光変調信号を電気信号に出力し、受信電力計算部２３１５及び復調部２３１６に出力する。受信電力計算部２３１５は、Ｏ／Ｅ変換器２３１４から入力した電気信号の受信電力を計算し、計算結果を受信位相制御部２４０に出力する。復調部２３１６は、電気信号に変換された受信信号を復調する。復調部２３１６は、復調により、端末５０が送信したビーコン番号情報を得ると、得られたビーコン番号情報を送信位相制御部２２０に出力する。

　図１１は、第二受信部２３２の構成を示すブロック図である。第二受信部２３２は、光分波器２３２１と、Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１，…，２３２２－ｎと、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎと、受信電力計算部２３２４と、復調部２３２５とを備える。
光分波器２３２１は、基地局４０が出力した受信光変調信号を光サーキュレータ２５０から受信し、波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調信号に分岐する。Ｏ／Ｅ変換器２３２２－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、光分波器２３２１が分波した波長λ_２ｉの光変調信号を電気信号に変換する。位相調整部２３２３－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、受信位相制御部２４０の制御に従って、Ｏ／Ｅ変換器２３２２－ｉが出力した電気信号に対して位相調整を行う。受信電力計算部２３２４は、Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１が出力した電気信号と、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎそれぞれが出力した電気信号とを用いて受信電力を計算し、計算結果を受信位相制御部２４０に出力する。復調部２３２５は、Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１が出力した電気信号と、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎそれぞれが出力した電気信号とを用いて、端末５０から送信された信号を復調する。復調部２３２５は、復調により、端末５０が送信したビーコン番号情報を得ると、得られたビーコン番号情報を送信位相制御部２２０に出力する。

［３．２　基地局の構成］
　図１２は、基地局４０の構成を示すブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。基地局４０は、光分波器４１と、Ｏ／Ｅ変換器４２－１，…，４２－ｎと、アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎと、Ｅ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎと、光合成器４５と、光サーキュレータ４６と、電気サーキュレータ４７－１，…，４７－ｎとを有する。

　光分波器４１は、光ファイバ３０を伝送した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を分岐し、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号をＯ／Ｅ変換器４２－ｉに出力する。
Ｏ／Ｅ変換器４２－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光変調信号をＲＦ信号に変換し、アンテナ素子４３－ｉに出力する。アンテナ素子４３－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、Ｏ／Ｅ変換器４２－ｉが出力したＲＦ信号を放射する。また、アンテナ素子４３－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、無線により受信したＲＦ信号をＥ／Ｏ変換器４４－ｉに出力する。Ｅ／Ｏ変換器４４－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、アンテナ素子４３－ｉが受信したＲＦ信号を用いて波長λ_２ｉの光を変調することにより、ＲＦ信号を光信号に変換し、光合成器４５に出力する。光合成器４５は、Ｅ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎそれぞれから出力された波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を合成した受信光変調信号を出力する。

　光サーキュレータ４６は、光ファイバ３０を伝送した送信光変調信号を入力して光分波器４１に出力する。また、光サーキュレータ４６は、光合成器４５が合成した受信光変調信号を入力して光ファイバ３０に出力する。電気サーキュレータ４７－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、Ｏ／Ｅ変換器４２－ｉが出力したＲＦ信号を入力し、アンテナ素子４３－ｉに出力する。また、電気サーキュレータ４７－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、アンテナ素子４３－ｉが受信したＲＦ信号を入力し、Ｅ／Ｏ変換器４４－ｉに出力する。

［３．３　端末の構成］
　図１３は、端末５０の構成を示すブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。端末５０は、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍ（ｍは１以上の整数）と、電気サーキュレータ５２－１，…，５２－ｍと、受信アンテナ制御部５３と、受信電力計算部５４と、復調部５５と、受信電力最大ビーコン選択部５６と、送信アンテナ制御部５７とを備える。

　アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍは、無線により受信したＲＦ信号を受信アンテナ制御部５３に出力する。また、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍは、送信アンテナ制御部５７が出力したＲＦ信号を放射する。電気サーキュレータ５２－ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）は、アンテナ素子５１－ｉが受信したＲＦ信号を入力して受信アンテナ制御部５３に出力し、送信アンテナ制御部５７が出力したＲＦ信号を入力してアンテナ素子５１－ｉに出力する。受信アンテナ制御部５３は、端末５０の受信アンテナのビームフォーミングを制御する機能などを有する。受信電力計算部５４は、受信したビーコンの受信電力を計算し、計算結果を受信電力最大ビーコン選択部５６に出力する。復調部５５は、受信信号を復調する。復調部５５は、ビーコンを復調した場合、そのビーコンに含まれる情報から得られるビーコン番号情報を受信電力最大ビーコン選択部５６に出力する。受信電力最大ビーコン選択部５６は、受信電力計算部５４が計算した受信電力に基づいて、受信電力が最大のビーコンのビーコン番号情報を取得し、送信アンテナ制御部５７に出力する。送信アンテナ制御部５７は、ビーコン番号情報を設定したＲＦ信号をｐ回、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍから送信するよう制御する。また、送信アンテナ制御部５７は、端末５０の送信アンテナのビームフォーミングを制御する機能などを有する。

［４．無線通信システムの動作］
　続いて、無線通信システム１０の動作について説明する。

［４．１　第一送信部及び第一受信部を用いた場合（動作例１）］
　動作例１では、収容局２０の送信部２１０、受信部２３０として、図８に示す第一送信部２１１、図１０に示す第一受信部２３１を用いる。収容局２０は、送信光変調信号および受信光変調信号の位相調整のために、各波長の光変調信号に対して位相調整を行う。

［４．１．１　送信アンテナのビームフォーミング］
　収容局２０の多波長光源２１１１は、ｎ個の相異なる波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号を生成する。ここで、波長λ_１１，…，λ_１ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_１について、λ_１ｉ＝λ_１１＋（ｉ－１）Δλ_１が成立しているものとする。波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号は、１つの光変調部２１１２に入力される。光変調部２１１２は、入力されるＲＦ信号を用いて、多波長光源２１１１から入力された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号を変調し、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を出力する。

　一般に、光信号をＲＦ信号で変調した信号はＤＳＢ（double side band）信号となる。
このＤＳＢ信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受け、下側波帯と上側波帯との間に遅延差が生じ、フェージングが発生する。そのため、伝送可能な光ファイバ長が制限されてしまう。ＲＦ信号の周波数が高くなるほど、側波帯間の間隔が広くなるため、フェージングの影響が顕著になる。この波長分散によるフェージングを回避するため、光変調部２１１２は、光変調信号をＳＳＢ（single side band）信号や２トーン信号にするなど、波長分散によるフェージング対策を行う機能を有していてもよい。

　光分波器２１１３は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を固定的に分岐する。波長λ_１１の光変調信号はそのまま光合成器２１１５に送られ、波長λ_１２，…，λ_１ｎの光変調信号はそれぞれ位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎに送られる。このとき、光分岐は固定的なため、光分波器２１１３の制御は必要ない。

　送信位相制御部２２０は、ｎ－１個の位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎに対してα_１の値を入力する。波長λ_１１，λ_１２，λ_１３，…，λ_１ｎの光変調信号へのＲＦ信号としての位相調整量は、それぞれ０，α_１，２α_１，…，（ｎ－１）α_１であり、α_１間隔である。すなわち、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整が行われるものとみなすことができる。波長λ_１３，…，λ_１ｎの光変調信号の位相調整量は、波長λ_１２の光変調信号の位相調整量α_１が決定されれば自動的に決定される。つまり、位相調整部２１１４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、入力された波長λ_１ｉの光変調信号に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整を行い、光合成器２１１５に出力する。

　光合成器２１１５は、波長λ_１１の光変調信号と、位相調整された波長λ_１２，…，λ_１ｎの光変調信号を合成する。合成された光変調信号は、光サーキュレータ２５０及び光ファイバ３０を経て、基地局４０に送られる。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差が生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_１１，…，λ_１ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔にすることができ、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎはそれぞれ、β_１１，β_１１－Δβ_１，β_１１－２Δβ_１，…，β_１１－（ｎ－１）Δβ_１となり、β_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１と表現できる。波長λ_１１，…，λ_１ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎは定数となる。しかし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできない。

　収容局２０から基地局４０に光ファイバ伝送された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号は、光サーキュレータ４６を経て光分波器４１で固定的に分岐され、それぞれアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎに向けて送られる。このとき、光分岐は固定的なため、光分波器４１の制御は必要ない。

　Ｏ／Ｅ変換器４２－１，…，４２－ｎはそれぞれ、Ｏ／Ｅ変換により波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号をＲＦ信号に変換する。波長λ_１ｉの光変調信号は、収容局２０においてＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整が行われており、光ファイバ伝送中にＲＦ信号としてβ_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１の位相回転がかかっている。その位相φ_１ｉは、φ_１ｉ＝（ｉ－１）α_１＋β_１ｉ＝β_１１＋（ｉ－１）（α_１－Δβ_１）となり、この位相のＲＦ信号がアンテナ素子４３－ｉから放射される。

　隣接するアンテナ素子４３－ｉとアンテナ素子４３－（ｉ＋１）から放射される送信ＲＦ信号の位相差は、φ_{１（ｉ＋１）}－φ_１ｉ＝α_１－Δβ_１となり、隣接するアンテナ素子間の位相差がα_１－Δβ_１で一定となっている。アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが等間隔ｄで配列されているものとすると、送信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ１とし、図３のように送信ビーム方向θを定義すれば、上記の式（１）を満たす方向に送信ビームが形成される。

　送信ＲＦ信号の波長λ_ＲＦ１、アンテナ素子間隔ｄは既知の定数である。波長λ_１１，…，λ_１ｎは固定的であるためΔβ_１も定数となるが、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできず、Δβ_１の具体的な値を求めることもできない。よって、送信ビーム方向θを規定するのはα_１のみとなる。これは、α_１を変化させることで、ある方向θに送信ビームを形成することができるが、その具体的な方向は分からないことを意味する。ただし、α_１を制御するのは収容局２０のみであるため、送信ビーム形成のための基地局４０の制御は基本的には一切必要ない。

　上記のように、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、基地局４０が形成した送信ビーム方向θは分からない。従って、その送信ビーム方向の決定には、基地局４０の通信相手である端末５０のフィードバックが必要となる。その送信ビーム方向決定フローについては、受信アンテナのビームフォーミングについて述べた後、詳しく述べる。

［４．１．２　受信アンテナのビームフォーミング］
　基地局４０のｎ個のアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが端末５０からのＲＦ信号を受信すると、受信ＲＦ信号は電気サーキュレータ４７－１，…，４７－ｎを経て、Ｅ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎに送られる。アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎに対応するＥ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎは、それぞれ受信ＲＦ信号により波長λ_２１，…，λ_２ｎの光信号を変調し、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を出力する。ここで、波長λ_２１，…，λ_２ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_２について、λ_２ｉ＝λ_２１＋（ｉ－１）Δλ_２が成立しているものとする。

　基地局４０において、端末５０からの信号が図３のような方向θから到来したとする。
アンテナ素子４３－ｉで受信したＲＦ信号の位相をφ_２ｉとすると、受信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ２とした場合に、上記の式（２）が成立し、φ_２ｉ＝φ_２１＋（ｉ―１）Δφ_２と表せる。つまり、アンテナ素子４３－ｉに対応するＥ／Ｏ変換器４４－ｉは、位相φ_２ｉの受信ＲＦ信号で波長λ_２ｉの光信号を変調して波長λ_２ｉの光変調信号を出力する。
光合成器４５は、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を合成する。合成された光変調信号は、光サーキュレータ４６及び光ファイバ３０を経て収容局２０に送られる。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差が生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_２１，…，λ_２ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔にすることができ、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎはそれぞれ、β_２１，β_２１－Δβ_２，β_２１－２Δβ_２，…，β_２１－（ｎ－１）Δβ_２となり、β_２ｉ＝β_２１－（ｉ－１）Δβ_２と表現できる。波長λ_２１，…，λ_２ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎは定数となる。しかし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。

　収容局２０が受信した波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相は、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２）となる。

　基地局４０から光ファイバ伝送された波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号は、収容局２０の光サーキュレータ２５０を経て第一受信部２３１の光分波器２３１１で固定的に分岐される。波長λ_２１の光変調信号はそのまま光合成器２３１３に送られ、波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調信号はそれぞれ、位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎに送られる。このとき、光分岐は固定的なため、光分波器２３１１の制御は必要ない。

　受信位相制御部２４０は、ｎ－１個の位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎに対して、α_２の値を入力する。波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号へのＲＦ信号としての位相調整量は、それぞれ０，α_２，２α_２，…，（ｎ－１）α_２であるためα_２間隔となる。すなわち、波長λ_２ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号に対してＲＦ信号として（ｉ－１）α_２の位相調整が行われるものとみなすことができる。波長λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号の位相調整量は、波長λ_２２の光変調信号の位相調整量α_２が決定されれば自動的に決定される。つまり、位相調整部２３１２－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、入力される波長λ_２ｉの光変調信号に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_２の位相調整を行う。

　以上の位相調整を行うと、波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相はそれぞれ、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２＋α_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２＋α_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２＋α_２）となる。このとき、α_２＝Δβ_２－Δφ_２とすれば、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相はφ_２１＋β_２１で同相となり、方向θに受信アンテナのビームが形成される。先に述べた通り、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。そのため、Δβ_２は具体的な値の分からない定数となり、受信ビーム方向をθとするα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値は具体的に求めることはできない。よって、α_２の値を走査し、受信電力最大となるα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値を求めることが必要となる。

　ここで、受信ビーム方向θを規定する変数はα_２のみとなり、α_２の値を変化させることで受信ビーム方向θを変化させることができる。α_２を制御するのは収容局２０であるため、受信ビーム方向制御に基地局４０の制御は基本的には一切必要ない。

［４．１．３　受信アンテナ／送信アンテナのビーム方向決定フロー］
　受信アンテナ／送信アンテナのビーム方向決定フローは、上述した図６と同様である。
　収容局２０は、ＲＦ信号としてｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を生成し、光変調部２１１２に順番に入力する。光変調部２１１２は、ビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）により多波長光源２１１１が出力した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号を変調し、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を出力する。

　光分波器２１１３は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を分岐する。
波長λ_１１の光変調ビーコンＢ（ｊ）はそのまま光合成器２１１５に出力される。位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎはそれぞれ、送信位相制御部２２０からの制御に従ってα_１＝α_１ｊとして、波長λ_１２，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）に対して位相調整を行う。そのため、送信位相制御部２２０は、位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎに、ｐ個の光変調ビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）のそれぞれに対応するα_１の値として相異なる値α_１１，…，α_１ｐを指示する。

　光合成器２１１５は、それぞれ位相調整された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を合成する。合成された光変調ビーコンＢ（ｊ）は、光ファイバ伝送された後、基地局４０においてＯ／Ｅ変換され、ビーコンＢ（ｊ）としてアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎから放射される。このとき、ビーコンＢ（ｊ）は、上述した式（３）を満たす方向θ_ｊに放射される。

　無線通信システム１０は、以上の動作をｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）について行うことで、図５に示すように、基地局４０から相異なるｐ通りの方向θ_１，…，θ_ｐにそれぞれビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を送信することができる（図６のステップＳ１１～ステップＳ１３）。

　端末５０のアンテナ素子５１－１，…，５１－ｍは、基地局４０からｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を受信する。受信アンテナ制御部５３は、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍが受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を、受信電力計算部５４と復調部５５に出力する。受信電力計算部５４は、受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）それぞれの受信電力を計算し、その結果を出力する。復調部５５は、受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）それぞれを復調してビーコン番号を出力する。

　受信電力最大ビーコン選択部５６は、受信電力計算部５４および復調部５５よりそれぞれ入力されるビーコンの受信電力とビーコン番号に基づき、受信電力が最大となったビーコン番号を選択してそのビーコン番号情報を出力する（図６のステップＳ１４）。送信アンテナ制御部５７は、受信電力最大ビーコン選択部５６が出力したビーコン番号情報を、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍから基地局４０に送信するよう制御する。端末５０は、このビーコン番号情報をｑ回送信する（図６のステップＳ１５）。

　基地局４０のＥ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎは、アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが端末５０から受信したビーコン番号情報をＥ／Ｏ変換する（図６のステップＳ１６）。光合成器４５は、このＥ／Ｏ変換により得られた波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報を合成し、収容局２０に送信する。基地局４０は、端末５０からビーコン番号情報をｑ回送信するため、収容局２０に対して光変調ビーコン番号情報を異なるタイミングでｑ回送信する（図６のステップＳ１７）。

　収容局２０の光分波器２３１１は、基地局４０から送信された光変調ビーコン番号情報を、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報に分岐する。波長λ_２１の光変調ビーコン番号情報はそのまま光合成器２３１３に送られ、波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報はそれぞれ位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎにおいて位相調整が行われる。このとき、位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎは、受信位相制御部２４０からの制御に従って、ｑ回受信される光変調ビーコン番号情報に対し、それぞれ相異なるα_２の値α_２１，…，α_２ｑで位相調整を行う。そのため、受信位相制御部２４０は、光変調ビーコン番号情報の受信の度にα_２値をα_２１，…，α_２ｑと順に変更して位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎに指示する。

　光合成器２３１３は、波長λ_２１の光変調ビーコン番号情報と、位相調整部２３１２－２，…，２３１２－ｎそれぞれが位相調整を行った波長λ_２２，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報を合成し、Ｏ／Ｅ変換器２３１４に出力する。Ｏ／Ｅ変換器２３１４は、合成された光変調ビーコン番号情報をＯ／Ｅ変換することにより、ビーコン番号情報を得る。Ｏ／Ｅ変換器２３１４は、ビーコン番号情報を、受信電力計算部２３１５及び復調部２３１６に出力する。

　受信電力計算部２３１５は、それぞれ異なる位相調整が行われたｑ個のビーコン番号情報を受信し、その受信電力を計算して受信位相制御部２４０に通知する。受信位相制御部２４０は、通知された受信電力に基づき、受信電力が最大となったときのα_２の値を決定する。このように、収容局２０は、ｑ個のビーコン番号情報をα_２の値を走査しながら受信し、受信電力最大となるα_２の値を選択して決定する。これにより、受信アンテナのビーム方向が決定される（図６のステップＳ１８）。受信位相制御部２４０は、決定したα_２の値を端末５０からの信号受信時に用いるよう第一受信部２３１を制御する。

　復調部２３１６は、受信したビーコン番号情報を復調し、送信位相制御部２２０に出力する。送信位相制御部２２０は、そのビーコン番号情報に基づいてα_１の値を決定する。
これにより、送信アンテナのビーム方向が決定される（図６のステップＳ１９）。送信位相制御部２２０は、決定したα_１の値を端末５０への信号送信時に用いるよう第一送信部２１１を制御する。

　よって、基地局４０は、収容局２０および端末５０から受信した信号をＯ／Ｅ変換およびＥ／Ｏ変換すればよく、ビーム方向の制御についての制御を必要としない。

［４．２　第二送信部及び第二受信部を用いた場合（動作例２）］
　動作例２では、収容局２０の送信部２１０、受信部２３０として、図９に示す第二送信部２１２、図１１に示す第二受信部２３２を用いる。収容局２０は、送信光変調信号および受信光変調信号の位相調整のために、ＲＦ信号に対して位相調整を行う。

［４．２．１　送信アンテナのビームフォーミング］
　収容局２０の多波長光源２１２１は、ｎ個の相異なる波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号を生成する。ここで、波長λ_１１，…，λ_１ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_１について、λ_１ｉ＝λ_１１＋（ｉ－１）Δλ_１が成立しているものとする。光分波器２１２２は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光信号を分岐し、それぞれ光変調部２１２５－１，…，２１２５－ｎに入力する。

　送信位相制御部２２０は、ｎ－１個の位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎに対して、α_１の値を入力する。分岐部２１２３は、ＲＦ信号をｎ個に分岐して、光変調部２１２５－１及び位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎに出力する。位相調整部２１２４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、分岐部２１２３から入力されるＲＦ信号に対し、（ｉ－１）α_１の位相調整を行い、ＲＦ信号（ｉ）を出力する。

　光変調部２１２５－１はＲＦ信号により波長λ_１１の光信号を変調し、波長λ_１１の光変調信号を出力する。光変調部２１２５－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、ＲＦ信号（ｉ）により波長λ_１ｉの光信号を変調し、波長λ_１ｉの光変調信号を出力する。動作例１と同様に、光変調部２１２５－１，…，２１２５－ｎは、波長分散によるフェージング対策を行う機能を有していてもよい。

　光合成器２１１５は、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を合成する。合成された光変調信号は、光サーキュレータ２５０及び光ファイバ３０を経て、基地局４０に送られる。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　動作例１と同様に、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差が生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_１１，…，λ_１ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔にすることができ、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎはそれぞれ、β_１１，β_１１－Δβ_１，β_１１－２Δβ_１，…，β_１１－（ｎ－１）Δβ_１となり、β_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１と表現できる。波長λ_１１，…，λ_１ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎは定数となる。しかし、光ファイバの距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできない。

　基地局４０及び端末５０の動作は、動作例１と同様である。すなわち、収容局２０から基地局４０に光ファイバ伝送された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号は、光サーキュレータ４６を経て光分波器４１で固定的に分岐される。光分岐は固定的なため、光分波器４１の制御は必要ない。Ｏ／Ｅ変換器４２－１，…，４２－ｎはそれぞれ、光分波器４１が分岐した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号をＲＦ信号に変換する。波長λ_１ｉの光変調信号は、収容局２０においてＲＦ信号として（ｉ－１）α_１の位相調整が行われており、光ファイバ伝送中にＲＦ信号としてβ_１ｉ＝β_１１－（ｉ－１）Δβ_１の位相回転がかかっている。その位相φ_１ｉは、φ_１ｉ＝（ｉ－１）α_１＋β_１ｉ＝β_１１＋（ｉ－１）（α_１－Δβ_１）となり、この位相のＲＦ信号がアンテナ素子４３－ｉから放射される。

　動作例１と同様に、隣接するアンテナ素子４３－ｉとアンテナ素子４３－（ｉ＋１）から放射される送信ＲＦ信号の位相差は、φ_{１（ｉ＋１）}－φ_１ｉ＝α_１－Δβ_１となり、隣接するアンテナ素子間の位相差がα_１－Δβ_１で一定となっている。アンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが等間隔ｄで配列されているものとすると、送信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ１とし、図３のように送信ビーム方向θを定義すれば、上記の式（１）を満たす方向に送信ビームが形成される。

　動作例１と同様に、送信ＲＦ信号の波長λ_ＲＦ１、アンテナ素子間隔ｄは既知の定数である。波長λ_１１，…，λ_１ｎは固定的であるため、Δβ_１も定数となるが、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_１１，…，β_１ｎの値を具体的に求めることはできず、Δβ_１その具体的な値を求めることはできない。よって、送信ビーム方向θを規定するのはα_１のみとなる。これは、α_１を変化させることである方向θに送信ビームを形成することができるが、その具体的な方向は分からないことを意味する。ただし、α_１を制御するのは収容局２０のみであるため、送信ビーム形成のための基地局制御は一切必要ない。

　動作例１と同様に、光ファイバの距離情報が分からない場合は、基地局４０が形成した送信ビーム方向θが分からない。従って、その送信ビーム方向の決定には、基地局４０の通信相手である端末５０のフィードバックが必要となる。その送信ビーム方向決定フローについては、受信アンテナのビームフォーミングについて述べた後、詳しく述べる。

［４．２．２　受信アンテナのビームフォーミング］
　基地局４０のｎ個のアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎが端末５０からのＲＦ信号を受信した場合の動作は、動作例１と同様である。すなわち、受信ＲＦ信号は電気サーキュレータ４７－１，…，４７－ｎを経て、Ｅ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎに送られる。Ｅ／Ｏ変換器４４－１，…，４４－ｎは、それぞれ受信ＲＦ信号で波長λ_２１，…，λ_２ｎの光信号を変調し、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を出力する。ここで、波長λ_２１，…，λ_２ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλ_２について、λ_２ｉ＝λ_２１＋（ｉ－１）Δλ_２が成立しているものとする。

　動作例１と同様に、基地局４０において、端末５０からの信号が図３のような方向θから到来したとする。アンテナ素子４３－ｉで受信したＲＦ信号の位相をφ_２ｉとした場合に、上記の式（２）が成立し、φ_２ｉ＝φ_２１＋（ｉ―１）Δφ_２と表せる。アンテナ素子４３－ｉに対応するＥ／Ｏ変換器４４－ｉは、位相φ_２ｉの受信ＲＦ信号で波長λ_２ｉの光信号を変調して波長λ_２ｉの光変調信号を出力する。光合成器４５は、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を合成する。合成された光変調信号は、光サーキュレータ４６及び光ファイバ３０を経て収容局２０に送られる。このとき、光ファイバ３０の距離情報は分からなくてもよい。

　動作例１と同様に、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号を光ファイバ伝送すると、波長分散の影響を受けてそれぞれ異なる遅延差が生じ、異なる位相回転を受ける。波長λ_２１，…，λ_２ｎは十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているため、波長分散による遅延差も等間隔にすることができ、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量も等間隔となる。つまり、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎはそれぞれ、β_２１，β_２１－Δβ_２，β_２１－２Δβ_２，…，β_２１－（ｎ－１）Δβ_２となり、β_２ｉ＝β_２１－（ｉ－１）Δβ_２と表現できる。波長λ_２１，…，λ_２ｎは固定されているため、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎは定数となる。しかし、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。また、動作例１と同様に、収容局２０が受信した波長λ_２１，λ_２２，λ_２３，…，λ_２ｎの光変調信号のＲＦ信号としての位相は、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２）となる。

　基地局４０から光ファイバ伝送された波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号は、収容局２０の光サーキュレータ２５０を経て第二受信部２３２の光分波器２３２１で固定的に分岐される。Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１，…，２３２２－ｎはそれぞれ、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調信号をＯ／Ｅ変換し、受信信号（１），…，受信信号（ｎ）を得る。Ｏ／Ｅ変換器２３２２－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、Ｏ／Ｅ変換により得られた受信信号（ｉ）を出力する。受信信号（２），…，受信信号（ｎ）はそれぞれ、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎに入力される。

　受信位相制御部２４０は、ｎ－１個の位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎに対して、α_２の値を入力する。受信信号（１），受信信号（２），受信信号（３），…，受信信号（ｎ）へのＲＦ信号としての位相調整量はそれぞれ、０，α_２，２α_２，…，（ｎ－１）α_２であるためα_２間隔となる。すなわち、受信信号（ｉ）（ｉ＝１，…，ｎ）に対してＲＦ信号として（ｉ－１）α_２の位相調整が行われるものとみなすことができる。
受信信号（３），…，受信信号（ｎ）の位相調整量は、受信信号（２）の位相調整量α_２が決定されれば自動的に決定される。つまり、位相調整部２３２３－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、受信信号（ｉ）に対して、ＲＦ信号として（ｉ－１）α_２の位相調整を行う。

　以上の位相調整を行うと、受信信号（１），受信信号（２），受信信号（３），…，受信信号（ｎ）のＲＦ信号としての位相はそれぞれ、φ_２１＋β_２１，φ_２１＋β_２１＋Δφ_２－Δβ_２＋α_２，φ_２１＋β_２１＋２（Δφ_２－Δβ_２＋α_２），…，φ_２１＋β_２１＋（ｎ－１）（Δφ_２－Δβ_２＋α_２）となる。このとき、α_２＝Δβ_２－Δφ_２とすれば、受信信号（１），受信信号（２），受信信号（３），…，受信信号（ｎ）のＲＦ信号としての位相はφ_２１＋β_２１で同相となり、方向θに受信アンテナのビームが形成される。先に述べた通り、光ファイバ３０の距離情報が分からない場合は、ＲＦ信号としての位相回転量β_２１，…，β_２ｎの値を具体的に求めることはできない。そのため、Δβ_２は具体的な値の分からない定数となり、受信ビーム方向をθとするα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値は具体的に求めることはできない。よって、α_２の値を走査し、受信電力最大となるα_２＝Δβ_２－Δφ_２の値を求めることが必要となる。

　ここで、動作例１と同様に、受信ビーム方向θを規定する変数はα_２のみとなり、α_２の値を変化させることで受信ビーム方向θを変化させることができる。α_２を制御するのは収容局２０であるため、受信ビーム方向制御に基地局４０の制御は基本的には一切必要ない。

［４．２．３　受信アンテナ／送信アンテナのビーム方向決定フロー］
　受信アンテナ／送信アンテナのビーム方向決定フローは、上述した図６と同様である。
　収容局２０は、ＲＦ信号としてｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を生成し、分岐部２１２３は光変調部２１２５－１及び位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎに順番に入力する。位相調整部２１２４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、送信位相制御部２２０からの制御に従って、ビーコンＢ（ｊ）（ｊ＝１，…，ｐ）に対してα_１＝α_１ｊとして位相調整を行う。そのため、送信位相制御部２２０は、位相調整部２１２４－２，…，２１２４－ｎに、ｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）のそれぞれに対応するα_１の値として相異なる値α_１１，…，α_１ｐを指示する。

　光変調部２１２５－１は、ビーコンＢ（ｊ）を用いて波長λ_１の光信号を変調し、波長λ_１１の光変調ビーコンＢ（ｊ）を出力する。光変調部２１２５－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、位相調整部２１２４－ｉにより位相が変調されたビーコンＢ（ｊ）を用いて波長λ_１ｉの光信号を変調し、波長λ_１ｉの光変調ビーコンＢ（ｊ）を出力する。

　光合成器２１２６は、それぞれ位相調整された波長λ_１１，…，λ_１ｎの光変調ビーコンＢ（ｊ）を合成する。合成された光変調ビーコンＢ（ｊ）は、光ファイバ伝送された後、基地局４０においてＯ／Ｅ変換され、ビーコンＢ（ｊ）としてアンテナ素子４３－１，…，４３－ｎから放射される。このとき、ビーコンＢ（ｊ）は、上述した式（３）を満たす方向θ_ｊに放射される。

　動作例１と同様に、無線通信システム１０は、以上の動作をｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）について行うことで、図５に示すように、基地局４０から相異なるｐ通りの方向θ_１，…，θ_ｐにそれぞれビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を送信することができる（図６のステップＳ１１～ステップＳ１３）。

　端末５０は、動作例１と同様に動作する。すなわち、端末５０の受信アンテナ制御部５３は、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍが受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）を、受信電力計算部５４と復調部５５に出力する。受信電力計算部５４は、受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）それぞれの受信電力を計算し、その結果を出力する。復調部５５は、受信したｐ個のビーコンＢ（１），…，Ｂ（ｐ）それぞれを復調してビーコン番号を出力する。受信電力最大ビーコン選択部５６は、受信電力計算部５４および復調部５５よりそれぞれ入力されるビーコンの受信電力とビーコン番号に基づき、受信電力が最大となったビーコン番号を選択してそのビーコン番号情報を出力する（図６のステップＳ１４）。送信アンテナ制御部５７は、受信電力最大ビーコン選択部５６が出力したビーコン番号情報を、アンテナ素子５１－１，…，５１－ｍから基地局４０に送信するよう制御する。端末５０はこのビーコン番号情報をｑ回送信する（図６のステップＳ１５）。

　動作例１と同様に、基地局４０は、端末５０から受信したビーコン番号情報をＥ／Ｏ変換し、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報を収容局２０に送信する（図６のステップＳ１６）。基地局４０は、端末５０からビーコン番号情報をｑ回送信するため、収容局２０に対して光変調ビーコン番号情報をｑ回送信する（図６のステップＳ１７）。

　収容局２０の光分波器２３２１は、基地局４０から送信された光変調ビーコン番号情報を、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報に分岐する。Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１，…，２３２２－ｎは、波長λ_２１，…，λ_２ｎの光変調ビーコン番号情報をＯ／Ｅ変換し、受信ビーコン番号情報（１），…，（ｎ）を得る。受信ビーコン番号情報（２），…，（ｎ）は、それぞれ位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎに出力される。

　位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎはそれぞれ、受信ビーコン番号情報（２），…，（ｎ）に位相調整を行う。このとき、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎは、受信位相制御部２４０からの制御に従って、ｑ回受信される受信ビーコン番号情報に対し、それぞれ相異なるα_２の値α_２１，…，α_２ｑで位相調整を行う。そのため、受信位相制御部２４０は、光変調ビーコン番号情報の受信の度にα_２値をα_２１，…，α_２ｑと順に変更して位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎに指示する。

　Ｏ／Ｅ変換器２３２２－１が出力した受信ビーコン番号情報（１）と、位相調整部２３２３－２，…，２３２３－ｎそれぞれにより位相調整が行われた受信ビーコン番号情報（２），…，（ｎ）は、合成されて受信電力計算部２３２４及び復調部２３２５に出力される。

　動作例１と同様に、受信電力計算部２３２４は、それぞれ異なる位相調整が行われたｑ個のビーコン番号情報を受信し、その受信電力を計算して受信位相制御部２４０に通知する。受信位相制御部２４０は、通知された受信電力に基づき、受信電力が最大となったときのα_２の値を決定する。このように、収容局２０は、ｑ個のビーコン番号情報をα_２の値を走査しながら受信し、受信電力最大となるα_２の値を選択して決定する。これにより、受信アンテナのビーム方向が決定される（図６のステップＳ１８）。受信位相制御部２４０は、決定したα_２の値を端末５０からの信号受信時に用いるよう第二受信部２３２を制御する。

　動作例１と同様に、復調部２３２５は、受信したビーコン番号情報を復調し、送信位相制御部２２０に出力する。送信位相制御部２２０は、そのビーコン番号情報に基づいてα_１の値を決定する。これにより、送信アンテナのビーム方向が決定される（図６のステップＳ１９）。送信位相制御部２２０は、決定したα_１の値を端末５０への信号送信時に用いるよう第二送信部２１２を制御する。

［４．３　第一送信部及び第二受信部を用いた場合（動作例３）］
　動作例３では、収容局２０の送信部２１０、受信部２３０として、図８に示す第一送信部２１１、図１１に示す第二受信部２３２を用いる。収容局２０は、送信光変調信号の位相調整のため、光変調信号に対して位相調整を行い、受信光変調信号の位相調整のため、ＲＦ信号に対して位相調整を行う。すなわち、送信アンテナのビームフォーミングにおいて、無線通信システム１０は、動作例１と同様の動作を行い、受信アンテナのビームフォーミングにおいて、無線通信システム１０は、動作例２と同様の動作を行う。

［４．４　第二送信部及び第一受信部を用いた場合（動作例４）］
　動作例４では、収容局２０の送信部２１０、受信部２３０として、図９に示す第二送信部２１２、図１０に示す第一受信部２３１を用いる。収容局２０は、送信光変調信号の位相調整のため、ＲＦ信号に対して位相調整を行い、受信光変調信号の位相調整のため、光変調信号に対して位相調整を行う。すなわち、送信アンテナのビームフォーミングにおいて、無線通信システム１０は、動作例２と同様の動作を行い、受信アンテナのビームフォーミングにおいて、無線通信システム１０は、動作例１と同様の動作を行う。

［５．　送信部及び受信部の変形例］
［５．１　第一送信部の変形例］
　収容局２０の送信部２１０として用いられる第一送信部２１１の変形例である第一送信部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄそれぞれの構成を、図１４、図１５、図１６、図１７を用いて説明する。

　図１４は、第一送信部２１１ａの構成を示す図である。同図において、図８に示す第一送信部２１１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１４に示す第一送信部２１１ａが、図８に示す第一送信部２１１と異なる点は、多波長光源２１１１に代えて、ｎ個の光源２６１１－１，…，２６１１－ｎ及び光合成器２６１２を備える点である。光源２６１１－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光を出力する。光合成器２６１２は、光源２６１１－１，…，２６１１－ｎのそれぞれが出力した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を合成して、光変調部２１１２に出力する。

　図１５は、第一送信部２１１ｂの構成を示す図である。同図において、図８に示す第一送信部２１１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１５に示す第一送信部２１１ｂが、図８に示す第一送信部２１１と異なる点は、光変調部２１１２に代えて、光分波器２６２１と、光変調部２６２２－１，…，２６２２－ｎを備える点である。光分波器２６２１は、多波長光源２１１１が出力した波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を分波し、波長λ_１ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光を光変調部２６２２－ｉに出力する。光変調部２６２２－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光をＲＦ信号により変調し、光分波器２１１３に出力する。

　図１６は、第一送信部２１１ｃの構成を示す図である。同図において、図１４に示す第一送信部２１１ａ及び図１５に示す第一送信部２１１ｂと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１６に示す第一送信部２１１ｃが、図１５に示す第一送信部２１１ｂと異なる点は、多波長光源２１１１及び光分波器２６２１に代えて、光源２６１１－１，…，２６１１－ｎを備える点である。光源２６１１－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光を出力する。光変調部２６２２－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、光源２６１１－ｉが出力した波長λ_１ｉの光をＲＦ信号により変調し、光分波器２１１３に出力する。

　図１７は、第一送信部２１１ｄの構成を示す図である。同図において、図８に示す第一送信部２１１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１７に示す第一送信部２１１ｄが、図８に示す第一送信部２１１と異なる点は、多波長光源２１１１、光変調部２１１２及び光分波器２１１３に代えて、ｎ個の光直接変調部２６３１－１，…，２６３１－ｎを備える点である。光直接変調部２６３１－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光をＲＦ信号により変調した光変調信号を出力する。位相調整部２１２４－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、送信位相制御部２２０の制御に従って、光直接変調部２６３１－ｉが出力した波長λ_１ｉの光変調信号に対して位相調整を行った後、光合成器２１１５に出力する。光合成器２１１５は、光直接変調部２６３１－１が出力したλ_１１の光変調信号と、位相調整部２１１４－２，…，２１１４－ｎそれぞれが出力したλ_１２～λ_１ｎの光変調信号とを合成し、光サーキュレータ２５０に出力する。

［５．２　第二送信部の変形例］
　収容局２０の送信部２１０として用いられる第二送信部２１２の変形例である第二送信部２１２ａ、２１２ｂそれぞれの構成を、以下の図１８、図１９を用いて説明する。

　図１８は、第二送信部２１２ａの構成を示す図である。同図において、図９に示す第二送信部２１２と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１８に示す第二送信部２１２ａが、図９に示す第二送信部２１２と異なる点は、多波長光源２１２１及び光分波器２１２２に代えて、ｎ個の光源２７１１－１，…，２７１１－ｎを備える点である。光源２７１１－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光を出力する。光変調部２１２５－ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、光源２７１１－ｉから波長λ_１１，…，λ_１ｎの光を入力する。

　図１９は、第二送信部２１２ｂの構成を示す図である。同図において、図９に示す第二送信部２１２と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１９に示す第二送信部２１２ｂが、図９に示す第二送信部２１２と異なる点は、多波長光源２１２１、光分波器２１２２及び光変調部２１２５－１，…，２１２５－ｎに代えて、光直接変調部２７２１－１，…，２７２１－ｎを備える点である。光直接変調部２７２１－１は、波長λ_１ｉの光をＲＦ信号により変調した光変調信号を光合成器２１２６に出力する。光直接変調部２７２１－ｉ（ｉ＝２，…，ｎ）は、波長λ_１ｉの光を位相調整部２１２４－ｉが位相を調整したＲＦ信号により変調した光変調信号を、光合成器２１２６に出力する。光合成器２１２６は、光直接変調部２７２１－１，…，２７２１－ｎそれぞれが出力したλ_１１，…，λ_１ｎの光変調信号を合成し、光サーキュレータ２５０に出力する。

［６．　その他］
　以上説明した実施形態によれば、ビームフォーミングを行うＲｏＦシステムにおいて、基地局の等間隔に配列されたｎ個のアンテナ素子の各々に対して、収容局－基地局間の光ファイバの波長分散が一定と見なせる範囲で等間隔に設定されたｎ個の波長を固定的に割り当てておく。収容局は、各波長の光信号もしくは各波長の光信号を変調する各変調信号に対して、ＲＦ信号における移相量が等間隔になるように位相調整を行うことで、送信および受信ビーム方向を制御する。送信ビーム方向の制御では、収容局が、送信移相間隔α_１を変化させつつ、基地局からビーコン信号を複数回送信し、端末は、受信電力が最大であるビーコン信号の情報を複数回送信する。受信ビーム方向の制御では、基地局が端末からのビーコン信号の情報を受信し、収容局が、受信した各ビーコン信号の情報に対する受信移相間隔α_２を変化させて受信電力が最大となる受信移相間隔α_２を決定する。さらに、収容局は、端末から受信したビーコン信号の情報に基づいて送信移相間隔α_１を決定する。本実施形態によれば、収容局と基地局との間の光ファイバの距離情報が不明であっても、波長利用効率が良く、基地局制御が不要なビームフォーミング型ＲｏＦシステムを低コストで実現することができる。

　以上説明した実施形態によれば、無線通信システムは、収容局装置と、前記収容局装置と光伝送路により接続され、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有する基地局装置と、前記基地局装置と無線通信する端末とを有する。例えば、収容局装置は収容局２０であり、基地局装置は基地局４０であり、端末は端末５０であり、光伝送路は光ファイバ３０である。

　収容局装置は、送信部と、送信位相制御部と、受信部と、受信位相制御部と、送信位相調整量決定部と、受信位相調整量決定部とを有する。送信部は、異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の第一波長それぞれの光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を光伝送路に出力する。送信位相制御部は、送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個のビーコン信号ごとに異なる第一位相調整量の位相調整を行うよう送信部を制御する。受信部は、光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する。受信位相制御部は、ｐ個のビーコン信号のうち端末における受信電力に基づいて選択されたビーコン信号の識別情報（例えば、ビーコン番号情報）を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を光伝送路から入力した場合に、ｑ個の合成光変調受信信号ごとに、異なる第二位相調整量の位相調整を行うよう受信部を制御する。送信位相調整量決定部は、合成光変調受信信号が示す識別情報のビーコン信号に対して用いた第一位相調整量の位相調整を行うよう送信部を制御する。受信位相調整量決定部は、ｑ個の合成光変調受信信号から変換された電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した合成光変調受信信号に対して用いた第二位相調整量の位相調整を行うよう受信部を制御する。例えば、送信位相調整量決定部は送信位相制御部２２０であり、受信位相調整量決定部は受信位相制御部２４０である。

　基地局装置は、基地局光分波部と、光電気変換部と、電気光変換部と、基地局光合成部とを備える。例えば、基地局光分波部は光分波器４１であり、光電気変換部はＯ／Ｅ変換器４２－１～４２－ｎであり、電気光変換部はＥ／Ｏ変換器４４－１～４４－ｎであり、基地局光合成部は光合成器４５である。基地局光分波部は、光伝送路を伝送した合成光変調送信信号を異なるｎ個の第一波長の光変調送信信号に分波する。光電気変換部は、ｎ個の第一波長それぞれの光変調送信信号を電気信号に変換し、ｎ個の第一波長それぞれに対応したアンテナ素子から無線により放射する。電気光変換部は、ｎ個のアンテナ素子それぞれが端末から受信した無線信号により、ｎ個のアンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の第二波長の光信号を変調して光変調受信信号を生成する。基地局光合成部は、電気光変換部が生成したｎ個の第二波長の光変調受信信号を合成した合成光変調受信信号を光伝送路に出力する。

　端末は、無線受信部と、無線送信部と、ビーコン選択部とを備える。例えば、無線受信部はアンテナ素子５１－１～５１－ｍ及び受信アンテナ制御部５３であり、無線送信部は送信アンテナ制御部５７及びアンテナ素子５１－１～５１－ｍであり、ビーコン選択部は受信電力最大ビーコン選択部５６である。無線受信部は、基地局装置から無線信号を受信する。無線送信部は、基地局装置へ無線信号を送信する。ビーコン選択部は、無線受信部がｐ個のビーコン信号を受信した場合、ｐ個のビーコン信号それぞれの受信電力に基づいて選択したビーコン信号の識別情報を示すｑ個の無線信号を無線送信部から送信する。

　ｎ個のアンテナ素子は、間隔ｄで配列されてもよい。ｎ個の第一波長を、光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第一波長間隔Δλ_１の波長λ_１１，…，λ_１ｎとしてもよい。また、ｎ個の第二波長を、光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第二波長間隔Δλ_２の波長λ_２１，…，λ_２ｎとしてもよい。ｎ個の第一位相調整量を、無線信号としての位相が第一位相間隔α_１の位相調整量、ｎ個の第二位相調整量を、無線信号としての位相が第二位相間隔α_２の位相調整量としてもよい。

　送信部は、光変調部と、位相調整部と、光合成部とを有してもよい。光変調部は、異なるｎ個の第一波長の光を送信信号により変調して光変調送信信号を生成する。位相調整部は、光変調部により生成されたｎ個の第一波長の光変調送信信号に、第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行う。光合成部は、位相調整部により位相調整されたｎ個の第一波長それぞれの光変調送信信号を合成して合成光変調送信信号を生成し、光伝送路に出力する。

　送信部は、分岐部と、位相調整部と、光変調部と、光合成部とを有してもよい。分岐部は、送信信号を、異なるｎ個の第一波長それぞれに対応したｎ個の送信信号に分岐する。
位相調整部は、分岐部により分岐されたｎ個の送信信号のそれぞれに、対応する第一波長に応じた第一位相調整量の位相調整を行う。光変調部は、異なるｎ個の第一波長の光それぞれを、第一波長に応じた第一位相調整量の位相調整が行われた送信信号により変調して光変調送信信号を生成する。光合成部は、光変調部により生成されたｎ個の第一波長それぞれの光変調送信信号を合成して合成光変調送信信号を生成し、光伝送路に出力する。

　受信部は、分波部と、位相調整部と、合成部と、変換部とを有してもよい。分波部は、合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波する。位相調整部は、分波部により分波されたｎ個の第二波長の光変調受信信号それぞれに、第二波長に応じた第二位相調整量の位相調整を行う。合成部は、位相調整部により位相調整されたｎ個の第二波長の光変調受信信号を合成する。変換部は、合成部により合成された光変調受信信号を電気信号に変換する。

　受信部は、分波部と、変換部と、位相調整部を有してもよい。分波部は、合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波する。変換部は、分波部により分波されたｎ個の第二波長の光変調受信信号それぞれを電気信号に変換する。位相調整部は、変換部により変換されたｎ個の電気信号それぞれに、第二波長に応じた第二位相調整量の位相調整を行う。

　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。

１０…無線通信システム
２０…収容局
２１…位相調整部
２２…光合成器
２３…光分波器
２４…位相調整部
３０…光ファイバ
４０…基地局
４１…光分波器
４２－１～４２－ｎ…Ｏ／Ｅ変換器
４３－１～４３－ｎ…アンテナ素子
４４－１～４４－ｎ…Ｅ／Ｏ変換器
４５…光合成器
４６…光サーキュレータ
４７－１～４７－ｎ…電気サーキュレータ
５０…端末
５１－１～５１－ｍ…アンテナ素子
５２－１～５２－ｍ…電気サーキュレータ
５３…受信アンテナ制御部
５４…受信電力計算部
５５…復調部
５６…受信電力最大ビーコン選択部
５７…送信アンテナ制御部
２１０…送信部
２１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ…第一送信部
２１２、２１２ａ、２１２ｂ…第二送信部
２２０…送信位相制御部
２３０…受信部
２３１…第一受信部
２３２…第二受信部
２４０…受信位相制御部
２５０…光サーキュレータ
２１１１…多波長光源
２１１２…光変調部
２１１３…光分波器
２１１４－２～２１１４－ｎ…位相調整部
２１１５…光合成器
２１２１…多波長光源
２１２２…光分波器
２１２３…分岐部
２１２４－２～２１２４－ｎ…位相調整部
２１２５－１～２１２５－ｎ…光変調部
２１２６…光合成器
２３１１…光分波器
２３１２－２～２３１２－ｎ…位相調整部
２３１３…光合成器
２３１４…Ｏ／Ｅ変換器
２３１５…受信電力計算部
２３１６…復調部
２３２１…光分波器
２３２２－１～２３２２－ｎ…Ｏ／Ｅ変換器
２３２３－２～２３２３－ｎ…位相調整部
２３２４…受信電力計算部
２３２５…復調部
２６１１－１～２６１１－ｎ…光源
２６１２…光合成器
２６２１…光分波器
２６２２－１～２６２２－ｎ…光変調部
２６３１－１～２６３１－ｎ…光直接変調部
２７１１－１～２７１１－ｎ…光源
２７２１－１～２７２１－ｎ…光直接変調部

Claims

　収容局装置と、前記収容局装置と光伝送路により接続され、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有する基地局装置と、前記基地局装置と無線通信する端末とを有する無線通信システムであって、
　前記収容局装置は、
　異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信部と、
　前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相制御部と、
　前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信部と、
　ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相制御部と、
　前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相調整量決定部と、
　ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相調整量決定部と、
　を備え、
　前記基地局装置は、
　前記光伝送路を伝送した前記合成光変調送信信号を異なるｎ個の前記第一波長の光変調送信信号に分波する基地局光分波部と、
　ｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を電気信号に変換し、ｎ個の前記第一波長それぞれに対応した前記アンテナ素子から無線により放射する光電気変換部と、
　ｎ個の前記アンテナ素子それぞれが前記端末から受信した無線信号により、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の前記第二波長の光信号を変調して光変調受信信号を生成する電気光変換部と、
　前記電気光変換部が生成したｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成した前記合成光変調受信信号を前記光伝送路に出力する基地局光合成部と、
　を備え、
　前記端末は、
　前記基地局装置から無線信号を受信する無線受信部と、
　前記基地局装置へ無線信号を送信する無線送信部と、
　前記無線受信部がｐ個の前記ビーコン信号を受信した場合、ｐ個の前記ビーコン信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記ビーコン信号の前記識別情報を示すｑ個の無線信号を前記無線送信部から送信するビーコン選択部と、
　を備える、
　無線通信システム。
　ｎ個の前記アンテナ素子は、所定間隔で配列され、
　ｎ個の前記第一波長は、前記光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第一波長間隔の波長であり、
　ｎ個の前記第二波長は、前記光伝送路における波長分散が一定と見なせる範囲に含まれる第二波長間隔の波長であり、
　ｎ個の前記第一位相調整量は、無線信号としての位相が第一位相間隔の位相調整量であり、
　ｎ個の前記第二位相調整量は、無線信号としての位相が第二位相間隔の位相調整量である、
　請求項１に記載の無線通信システム。
　前記送信部は、
　異なるｎ個の前記第一波長の光を前記送信信号により変調して光変調送信信号を生成する光変調部と、
　前記光変調部により生成されたｎ個の前記第一波長の前記光変調送信信号に、前記第一波長それぞれに応じた前記第一位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、
　前記位相調整部により位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成して前記合成光変調送信信号を生成し、前記光伝送路に出力する光合成部とを備える、
　請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
　前記送信部は、
　前記送信信号を、異なるｎ個の前記第一波長それぞれに対応したｎ個の送信信号に分岐する分岐部と、
　前記分岐部により分岐されたｎ個の前記送信信号のそれぞれに、対応する前記第一波長に応じた前記第一位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、
　異なるｎ個の前記第一波長の光それぞれを、前記第一波長に応じた前記第一位相調整量の位相調整が行われた前記送信信号により変調して光変調送信信号を生成する光変調部と、
　前記光変調部により生成されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成して前記合成光変調送信信号を生成し、前記光伝送路に出力する光合成部とを備える、
　請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
　前記受信部は、
　前記合成光変調受信信号を異なるｎ個の前記第二波長の光変調受信信号に分波する分波部と、
　前記分波部により分波されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号それぞれに、前記第二波長に応じた前記第二位相調整量の位相調整を行う位相調整部と、
　前記位相調整部により位相調整されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成する合成部と、
　前記合成部により合成された前記光変調受信信号を電気信号に変換する変換部とを備える、
　請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
　前記受信部は、
　前記合成光変調受信信号を異なるｎ個の前記第二波長の光変調受信信号に分波する分波部と、
　前記分波部により分波されたｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号それぞれを電気信号に変換する変換部と、
　前記変換部により変換されたｎ個の前記電気信号それぞれに、前記第二波長に応じた前記第二位相調整量の位相調整を行う位相調整部とを備える、
　請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
　ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子により端末と無線通信する基地局装置と光伝送路により接続される収容局装置であって、
　ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信部と、
　前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相制御部と、
　前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信部と、
　ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相制御部と、
　前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう前記送信部を制御する送信位相調整量決定部と、
　ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう前記受信部を制御する受信位相調整量決定部と、
　を備える収容局装置。
　収容局装置と、前記収容局装置と光伝送路により接続され、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有する基地局装置と、前記基地局装置と無線通信する端末とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
　前記収容局装置が、
　異なるｎ個の第一波長の光それぞれを送信信号により変調した光変調送信信号に、ｎ個の前記第一波長それぞれに応じた第一位相調整量の位相調整を行い、位相調整されたｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を合成した合成光変調送信信号を前記光伝送路に出力する送信ステップと、
　前記送信ステップにおいて前記送信信号としてｐ個（ｐは２以上の整数）のビーコン信号を送信する場合に、ｐ個の前記ビーコン信号ごとに異なる前記第一位相調整量の位相調整を行うよう制御する送信位相制御ステップと、
　前記光伝送路を伝送した合成光変調受信信号を異なるｎ個の第二波長の光変調受信信号に分波し、ｎ個の前記第二波長それぞれに応じた第二位相調整量の位相調整を行った電気信号に変換する受信ステップと、
　ｐ個の前記ビーコン信号のうち前記端末における受信電力に基づいて選択された前記ビーコン信号の識別情報を示すｑ個（ｑは２以上の整数）の合成光変調受信信号を前記光伝送路から入力した場合に、前記受信ステップにおいて、ｑ個の前記合成光変調受信信号ごとに、異なる前記第二位相調整量の位相調整を行うよう制御する受信位相制御ステップと、
　前記送信ステップにおいて、前記合成光変調受信信号が示す前記識別情報の前記ビーコン信号に対して用いた前記第一位相調整量の位相調整を行うよう制御する送信位相調整量決定部と、
　前記受信ステップにおいて、ｑ個の前記合成光変調受信信号から変換された前記電気信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記合成光変調受信信号に対して用いた前記第二位相調整量の位相調整を行うよう制御する受信位相調整量決定ステップと、
　前記基地局装置が、
　前記光伝送路を伝送した前記合成光変調送信信号を異なるｎ個の前記第一波長の光変調送信信号に分波する光分波ステップと、
　ｎ個の前記第一波長それぞれの前記光変調送信信号を電気信号に変換し、ｎ個の前記第一波長それぞれに対応した前記アンテナ素子から無線により放射する光電気変換ステップと、
　ｎ個の前記アンテナ素子それぞれが前記端末から受信した無線信号により、ｎ個の前記アンテナ素子それぞれに対応した異なるｎ個の前記第二波長の光信号を変調して光変調受信信号を生成する電気光変換ステップと、
　前記電気光変換ステップにおいて生成したｎ個の前記第二波長の前記光変調受信信号を合成した前記合成光変調受信信号を前記光伝送路に出力する光合成ステップと、
　前記端末が、
　前記基地局装置から無線信号を受信する無線受信ステップと、
　前記基地局装置へ無線信号を送信する無線送信ステップと、
　前記無線受信ステップにおいてｐ個の前記ビーコン信号を受信した場合、ｐ個の前記ビーコン信号それぞれの受信電力に基づいて選択した前記ビーコン信号の前記識別情報を示すｑ個の無線信号を前記無線送信ステップにより送信するビーコン選択ステップと、
　を有する無線通信方法。