WO2022123703A1 - 光空間通信送受信ターミナルおよび光空間通信システム - Google Patents

光空間通信送受信ターミナルおよび光空間通信システム Download PDF

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WO2022123703A1
WO2022123703A1 PCT/JP2020/045909 JP2020045909W WO2022123703A1 WO 2022123703 A1 WO2022123703 A1 WO 2022123703A1 JP 2020045909 W JP2020045909 W JP 2020045909W WO 2022123703 A1 WO2022123703 A1 WO 2022123703A1
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optical
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received
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恵介 松田
剛 吉田
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H04B10/1123—Bidirectional transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/118—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum specially adapted for satellite communication

Definitions

  • This disclosure relates to an optical space communication transmission / reception terminal and an optical space communication system.
  • Optical space communication has the characteristics that the size of the transmitter / receiver can be expected to be reduced and the power consumption can be expected to be reduced. Therefore, application to feeder links in next-generation satellite communication networks is being studied (for example, non-patent documents). See 1).
  • An optical fiber amplifier is used as a transmitter / receiver in optical space communication to improve reception sensitivity.
  • An optical fiber amplifier is an amplifier that amplifies an optical signal coupled to an optical fiber. The optical signal amplified by the optical fiber amplifier is output to the optical transmitter / receiver.
  • the optical transmitter / receiver extracts a clock signal corresponding to the symbol rate from the optical signal amplified by the optical fiber amplifier, and demodulates the received optical signal by sampling the received optical signal in synchronization with the extracted clock signal. ..
  • the optical signal propagating in the atmosphere is affected by the fluctuation of the atmosphere and the wavefront is distorted, so that a loss occurs when the optical signal is coupled to the optical fiber.
  • the SNR Signal Noise Ratio
  • the optical transmitter / receiver cannot extract the clock signal from the received optical signal, and communication becomes impossible.
  • the conventional optical space communication system has a problem that communication cannot be restored until the clock signal is extracted from the received optical signal amplified by the optical fiber amplifier after the SNR of the received optical signal is restored.
  • the communication capacity of optical space communication decreases as it takes time to restore communication.
  • the present disclosure solves the above-mentioned problems, and when communication becomes impossible due to a decrease in the SNR of the received optical signal due to a loss caused when the optical signal is coupled to the optical fiber, the SNR of the received optical signal becomes
  • the purpose is to obtain an optical space communication transmission / reception terminal and an optical space communication system that can extract clock signals without waiting for recovery.
  • the optical space communication transmission / reception terminal is an optical space communication transmission / reception terminal that performs bidirectional communication with a pair of optical space communication transmission / reception terminals having the same configuration, and synchronizes transmission data with a transmission clock signal.
  • An optical transmitter / receiver that generates received data by converting it into a transmitted light signal modulated at a symbol rate and outputting it, and demodulating and decoding the signal obtained by sampling the received light signal at a cycle synchronized with the received clock signal, and optical.
  • the intensity modulator, the optical transmitter / receiver, and the intensity modulator which generate an intensity-modulated transmitted light signal by superimposing the transmission clock signal on the transmitted optical signal output from the transmitter / receiver and output the generated transmitted optical signal.
  • a transmission clock source that supplies a common transmission clock signal, a fiber coupling portion that outputs an intensity-modulated transmission optical signal as collimated light and couples the input optical signal to the optical fiber, and a fiber coupling portion that couples to the optical fiber.
  • An optical fiber amplifier that amplifies the amplified optical signal and outputs the amplified optical signal to the optical transmitter / receiver as a received optical signal, and outputs the optical signal propagating in space to the fiber coupling portion side, and collimates by the fiber coupling portion.
  • a tracking mirror that outputs an optical signal that is regarded as light and inputs a propagation angle error, and outputs an optical signal whose propagation angle is corrected based on the input propagation angle error, and a tracking mirror and a fiber coupling portion.
  • a beam splitter that distributes a part of the optical signal propagating between them, and a clock signal that outputs the propagation angle error detected from the optical signal distributed by the beam splitter to the tracking mirror and extracts it from the optical signal distributed by the beam splitter. Is provided with an angle sensor that outputs the signal to the optical transmitter / receiver as a received clock signal.
  • the angle sensor extracts a clock signal from an optical signal before it is coupled to an optical fiber.
  • the optical space communication transmission / reception terminal according to the present disclosure can be used for receiving optical signals when communication becomes impossible due to a decrease in SNR of the received optical signal due to a loss caused when the optical signal is coupled to an optical fiber.
  • the clock signal can be extracted without waiting for the recovery of SNR.
  • the time required to restore the communication can be shortened as compared with the case where the clock signal is extracted after waiting for the recovery of the SNR of the received optical signal.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical space communication system which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical space communication transmission / reception terminal which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of an intensity modulation part.
  • It is a block diagram which shows the structure of the example (1) of an angle sensor.
  • It is a block diagram which shows the structure of the example (2) of an angle sensor.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the hardware configuration which realizes the function of the ARQ control unit. It is a block diagram which shows the hardware configuration which executes the software which realizes the function of the ARP control part. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmitter / receiver provided in the optical space communication transmission / reception terminal which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a flowchart which shows the operation of the transmission part and the receiving part of the optical transmitter / receiver in Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram which shows the hardware composition which realizes the function of the transmission part and the receiving part of the optical transmitter / receiver in Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram which shows the hardware composition which executes the software which realizes the function of the transmission part and the receiving part of the optical transmitter / receiver in Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical space communication system 1 according to the first embodiment.
  • the optical space communication system 1 is a system that communicates using light propagating in space, and includes a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1A performs bidirectional communication with a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A having the same configuration.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the optical space communication transmission / reception terminal 1A.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1A includes an optical transceiver 2, a transmission clock source 3, an intensity modulation unit 4, a fiber coupling unit 5, a tracking mirror 6, a beam splitter 7, an angle sensor 8, and an optical fiber amplifier 9.
  • the optical transmitter / receiver 2, the intensity modulation unit 4, the fiber coupling unit 5, and the optical fiber amplifier 9 are connected to each other by an optical fiber. Further, the optical transmitter / receiver 2, the transmission clock source 3, the tracking mirror 6, and the angle sensor 8 are connected to each other by a signal line.
  • the optical transmitter / receiver 2 converts the transmission data (1) into a transmission optical signal (3) modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) and outputs the signal. Further, the optical transmitter / receiver 2 generates the received data (2) by sampling the received optical signal (4) at a cycle synchronized with the received clock signal (8) and demodulating and decoding the sampled signal.
  • the transmission clock source 3 supplies a common transmission clock signal (5) to the optical transmitter / receiver 2 and the intensity modulation unit 4.
  • the optical transmitter / receiver 2 multiplies the frequency of the transmission clock signal (5) by, for example, 20 to achieve a symbol rate of 2 GHz. Generates the transmitted optical signal (3) modulated by.
  • the intensity modulation unit 4 superimposes the transmission clock signal (5) on the transmission light signal (3) output from the optical transmitter / receiver 2 to generate an intensity-modulated transmission light signal (3), and the intensity-modulated transmission.
  • the optical signal (6) is output to the fiber coupling unit 5.
  • the intensity modulation unit 4 is an intensity modulator that superimposes the transmission clock signal (5) on the transmission optical signal (3) as a modulation signal.
  • the intensity modulation unit 4 prevents the modulation amplitude from being small and the intensity of the transmitted light signal (3) not to fluctuate significantly. Thereby, it is possible to reduce the influence of the fluctuation of the intensity of the intensity-modulated transmitted optical signal (3) on the modulation / demodulation processing of the optical signal performed by the optical transmitter / receiver 2.
  • the intensity modulation unit 4 has, for example, the configuration shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the intensity modulation unit 4.
  • the intensity modulation unit 4 includes an electric light converter 41 and an optical combiner 42.
  • the electro-optical converter 41 is the "E / O" in FIG.
  • the electric optical converter 41 converts the transmission clock signal (5) supplied from the transmission clock source 3 from an electric signal to an optical signal.
  • the optical combiner 42 combines the transmitted optical signal (3) output from the optical transmitter / receiver 2 with the transmitted clock signal converted into an optical signal by the electric optical converter 41.
  • the transmission optical signal (3) is intensity-modulated by superimposing the transmission clock signal (5).
  • the transmission clock signal (5) converted into an optical signal is an optical signal having a wavelength different from that of the transmission optical signal (3). That is, the transmitted light signal (6) intensity-modulated by the optical combiner 42 is a signal in which signals having different wavelengths are wavelength-multiplexed.
  • the transmitted optical signal (6) is output from the optical combiner 42 to the fiber coupling unit 5.
  • the fiber coupling unit 5 outputs the transmitted light signal (6) intensity-modulated by the intensity modulation unit 4 as collimated light (parallel light), and couples the optical signal input from the tracking mirror 6 side to the optical fiber.
  • the fiber coupling portion 5 includes a condenser lens that collects an optical signal from the tracking mirror 6, and an optical system holder that holds the condenser lens and the optical fiber.
  • the optical fiber held by the optical system holder is connected to the input side of the optical fiber amplifier 9.
  • the optical signal from the tracking mirror 6 is collected by the condenser lens and incident on the optical fiber.
  • the tracking mirror 6 When an optical signal transmitted from a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A having the same configuration and propagating in space is incident, the tracking mirror 6 outputs the incident optical signal to the fiber coupling portion 5.
  • the tracking mirror 6 includes at least a mirror portion that reflects incident light toward the fiber coupling portion 5, and a mirror driving portion that changes the angle of the mirror portion.
  • the tracking mirror 6 When the tracking mirror 6 inputs the propagation angle error (7) of the optical signal from the angle sensor 8, it outputs an optical signal whose propagation angle is corrected based on the input propagation angle error (7).
  • the propagation angle error (7) is the difference in the propagation angle from the light beam that coincides with the optical axis.
  • the mirror drive unit changes the angle of the mirror unit so that the propagation angle error (7) is eliminated, so that the propagation angle of the optical signal incident on the tracking mirror 6 is corrected.
  • the optical signal with the corrected propagation angle is output to the fiber coupling portion 5 side via the beam splitter 7.
  • the tracking mirror 6 When the transmission light signal converted into collimated light by the fiber coupling portion 5 is incident via the beam splitter 7, the tracking mirror 6 outputs the incident collimated light to the space. As a result, the transmitted optical signal is transmitted to the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A. Further, the tracking mirror 6 corrects the propagation angle of the transmitted light signal (6) as collimated light by the fiber coupling portion 5 based on the propagation angle error (7) detected by the angle sensor 8, and adjusts the propagation angle. The corrected optical signal is output to the space. As a result, the propagation direction of the optical signal transmitted to the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A is compensated.
  • the beam splitter 7 distributes a part of the optical signal propagating between the fiber coupling portion 5 and the tracking mirror 6 to the angle sensor 8. For example, the beam splitter 7 distributes a part of the transmitted optical signal output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 to the angle sensor 8, and is one of the transmitted optical signals output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5. The unit is distributed to the angle sensor 8.
  • the angle sensor 8 detects the propagation angle error (7) of the optical signal distributed by the beam splitter 7, and outputs the detected propagation angle error (7) to the tracking mirror 6. Further, the angle sensor 8 extracts a clock signal from the optical signal distributed by the beam splitter 7, and outputs the extracted clock signal to the optical transmitter / receiver 2 as a received clock signal (8).
  • the received clock signal (8) is a sine wave signal having a clock frequency, or a signal composed of repetitions of a 0 (low) value and a 1 (high) value, and only that frequency is used as a clock.
  • the angle sensor 8 has, for example, the configuration shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the example (1) of the angle sensor 8.
  • the angle sensor 8 includes a lens 81, a 4-divided light receiving element 82 (hereinafter referred to as a 4-divided PD 82), and a bandpass filter 83 (hereinafter referred to as a BPF 83).
  • the lens 81 focuses the optical signal distributed by the beam splitter 7 on the center of the light receiving surface of the 4-split PD 82.
  • the 4-split PD82 is a split-type light-receiving element having a light-receiving surface divided into four light-receiving regions.
  • the BPF 83 is a bandpass filter whose passband is the frequency band of the transmission clock signal (5) in the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A.
  • the center of the light receiving surface of the 4-divided PD82 is a position adjacent to all four light receiving regions.
  • the 4-divided PD 82 includes, for example, a calculation unit that calculates a propagation angle error (7) of an optical signal focused on a light receiving surface based on the intensity of light received in the four light receiving regions.
  • the calculation unit of the 4-divided PD82 is from the center of the light receiving surface based on the difference in the intensity of the light received in each of the four light receiving regions and the total intensity of the light received in the four light receiving regions. Calculate the deviation of the light collection position.
  • the calculation unit detects the propagation angle error (7) of the optical signal focused on the light receiving surface based on the deviation of the light collecting position from the center of the light receiving surface.
  • the optical signal transmitted from the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmitting side to the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the reception side is an optical signal whose intensity fluctuates in synchronization with the transmission clock signal (5). Is. That is, the variation in the total intensity of the light received in the four light receiving regions on the light receiving surface of the quadrant PD82 corresponds to the variation in the intensity of the optical signal transmitted from the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmitting side.
  • the BPF 83 can extract a clock signal by passing the frequency band of the transmission clock signal (5) in the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmission side from the frequency band of the intensity fluctuation output from the 4-division PD 82. can.
  • the clock signal extracted by the BPF 83 is output to the optical transmitter / receiver 2 as a received clock signal (8).
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the example (2) of the angle sensor 8.
  • the angle sensor 8 is described as a beam splitter 84, a lens 85, a 4-split light receiving element 86 (hereinafter referred to as a 4-split PD86), an optical electric converter 87, and a bandpass filter 88 (hereinafter referred to as a BPF 88). .) Is provided.
  • the photoelectric converter 87 is the “O / E” in FIG.
  • the beam splitter 84 distributes the optical signal distributed by the beam splitter 7 to the 4-split PD86 and the optical electric converter 87.
  • the lens 85 focuses the optical signal distributed by the beam splitter 7 on the center of the light receiving surface of the quadruple PD86.
  • the 4-divided PD86 is a light-receiving element having a light-receiving surface divided into four light-receiving regions, similarly to the 4-divided PD82.
  • the center of the light receiving surface is a position adjacent to all four light receiving regions.
  • the 4-divided PD86 includes a calculation unit that calculates the propagation angle error (7) of the optical signal focused on the light receiving surface based on the intensity of the light received in the four light receiving regions.
  • the calculation unit of the 4-divided PD86 is based on the difference in the intensity of the light received in each of the four light receiving regions and the total intensity of the light received in the four light receiving regions from the center of the light receiving surface. Calculate the deviation of the light collection position. Further, the calculation unit detects the propagation angle error (7) of the optical signal focused on the light receiving surface based on the deviation of the light collecting position from the center of the light receiving surface.
  • the optical electric converter 87 converts the optical signal distributed by the beam splitter 7 into an electric signal.
  • the BPF 88 is a bandpass filter whose passband is the frequency band of the transmission clock signal (5) in the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A.
  • a single mode fiber is used for the optical space communication transmission / reception terminal 1A.
  • Single-mode fiber is an optical fiber that is generally less affected by mode dispersion, and has a limited core diameter.
  • the 4-divided PD82, 4-divided PD86 and the optical electric converter 87 shown in FIGS. 4 and 5 have no limitation on the light receiving surface and have a light receiving region larger than the core diameter of the optical fiber. As a result, even if the wave surface of the input light is distorted, the angle sensor 8 can suppress a decrease in the intensity of the detected optical signal as compared with the intensity of the optical signal when it is coupled to the optical fiber.
  • the angle sensor 8 can detect the intensity fluctuation from the optical signal before being coupled to the optical fiber, the received light is distorted even when the wave surface of the light is distorted due to the influence of the fluctuation of the atmosphere.
  • the clock signal can be stably extracted from the signal and can be continuously supplied to the optical transmitter / receiver 2.
  • the clock signal extracted from the received optical signal by the angle sensor 8 is a clock signal synchronized with the symbol rate of the transmitted optical signal from the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A having the same configuration. Therefore, the optical transmitter / receiver 2 can perform sampling synchronized with the received optical signal by sampling the received optical signal in synchronization with the clock signal extracted by the angle sensor 8.
  • the optical transmitter / receiver 2 uses the clock extracted by the angle sensor 8. The signal can be used to immediately demodulate and decode the signal. As a result, it is possible to shorten the time until communication is restored and prevent a decrease in communication capacity.
  • the optical signal transmitted from the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmitting side to the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the reception side is an intensity-modulated optical signal whose intensity fluctuates in synchronization with the transmission clock signal (5).
  • the variation in the intensity of the electric signal converted from the optical signal by the optical electric converter 87 corresponds to the variation in the intensity of the transmitted optical signal transmitted from the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmitting side.
  • the BPF 88 passes the clock signal through the frequency band of the transmission clock signal (5) in the optical space communication transmission / reception terminal 1A on the transmission side in the frequency band of the intensity fluctuation of the electric signal output from the optical electric converter 87. Can be extracted.
  • the clock signal extracted by the BPF 88 is output to the optical transmitter / receiver 2 as a received clock signal (8).
  • the optical fiber amplifier 9 is connected to the optical fiber held in the fiber coupling portion 5.
  • the optical fiber amplifier 9 is an optical element that amplifies the intensity of the optical signal coupled to the optical fiber by the fiber coupling portion 5 to improve the light receiving sensitivity.
  • the intensity of the beam of the received light incident on the optical fiber is amplified according to the excitation light, and the received light signal (4) with the amplified intensity is emitted to the optical transmitter / receiver 2.
  • the specific operation of the optical space communication transmission / reception terminal 1A is as follows.
  • the optical transmitter / receiver 2 modulates the transmission data (1) input from the outside at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) supplied from the transmission clock source 3, and intensifies the modulated transmission optical signal (3). It is output to the modulation unit 4.
  • the intensity modulation unit 4 superimposes the transmission clock signal (5) supplied from the transmission clock source 3 on the transmission light signal (3) to generate an intensity-modulated transmission light signal (3), and intensity-modulates the transmission light signal (3).
  • the transmitted optical signal (6) is output to the fiber coupling unit 5. It should be noted that there is a possibility that crosstalk to the received clock signal (8) may occur due to the intensity fluctuation of the optical signal generated when the optical transmitter / receiver 2 modulates the optical signal. Therefore, by setting the frequency of the transmission clock signal (5) superimposed on the transmission optical signal (3) to, for example, one tenth or less of the symbol rate, the BPF 83 or 88 shown in FIGS. 4 and 5 can be used. , Crosstalk to the received clock signal (8) can be suppressed.
  • the fiber coupling unit 5 uses the transmitted light signal (6) intensity-modulated by the intensity modulation unit 4 as collimated light, and outputs the collimated light of the transmitted light signal (6) to the beam splitter 7.
  • the beam splitter 7 outputs the collimated light of the transmitted light signal (6) output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6, and distributes a part of the transmitted light signal (6) to the angle sensor 8.
  • the angle sensor 8 detects the propagation angle error (7) of the optical signal distributed by the beam splitter 7, and outputs the detected propagation angle error (7) to the tracking mirror 6.
  • the tracking mirror 6 corrects the propagation angle of the transmitted light signal (6) as collimated light by the fiber coupling portion 5 based on the propagation angle error (7) detected by the angle sensor 8.
  • An optical signal with a corrected propagation angle is output to space. As a result, the propagation direction of the optical signal transmitted to the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A is compensated.
  • the tracking mirror 6 When the optical signal transmitted from the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A and propagating in space is incident on the tracking mirror 6, the tracking mirror 6 transmits the incident optical signal to the fiber coupling portion 5 via the beam splitter 7. Output to the side of.
  • the beam splitter 7 outputs the optical signal output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling unit 5, and distributes a part of the optical signal to the angle sensor 8.
  • the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 are arranged on the same optical axis.
  • the fiber coupling unit 5 includes a wavelength filter that separates the input light for each wavelength.
  • the fiber coupling portion 5 separates the light in the above two directions using a wavelength filter and couples the light to the optical fiber. As a result, even when optical signals having different wavelengths are transmitted between the paired optical space communication transmission / reception terminals 1A, the transmission / reception light can be separated by the fiber coupling portion 5.
  • the fiber coupling portion 5 may be provided with an optical circulator that separates light in two directions.
  • the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 are made parallel.
  • the angle sensor 8 detects the propagation angle error (7) of the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 among the light in two directions.
  • the tracking mirror 6 uses the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the tracking mirror 6 using the propagation angle error (7) detected from the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5. Both propagation angles with the light output to the fiber coupling portion 5 may be corrected.
  • the fiber coupling unit 5 couples the optical signal output from the tracking mirror 6 to the optical fiber.
  • the optical fiber amplifier 9 amplifies the intensity of the received optical signal (4) coupled to the optical fiber by the fiber coupling portion 5, and transmits the amplified received optical signal (4) to the optical transmitter / receiver 2 through the optical fiber.
  • the angle sensor 8 extracts a reception clock signal (8) from a part of the optical signal distributed by the beam splitter 7, and outputs the extracted reception clock signal (8) to the optical transmitter / receiver 2.
  • the optical transmitter / receiver 2 samples the received optical signal (4) propagating through the optical fiber at a cycle synchronized with the received clock signal (8), and demodulates and decodes the sampled signal to obtain the received data (2). Generate and output to the outside.
  • the optical transmitter / receiver 2 uses the received light signal (4).
  • Transmission optical signal (6) transmitted from the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A is coherently detected.
  • the optical transmitter / receiver 2 can demodulate and decode a transmission optical signal having a wavelength different from that of the transmission clock signal from the received optical signal (4) (intensity-modulated transmission optical signal (6)).
  • FIGS. 4 and 5 show a configuration in which the 4-divided PD82 or 4-divided PD86 detects the propagation angle error of the optical signal
  • the light receiving element included in the angle sensor 8 has a light receiving surface divided into a plurality of parts.
  • the light receiving element is not limited to four divisions.
  • any light receiving element that can detect the deviation between the center position of the light receiving surface and the light collecting position of the optical signal may be used, and the light receiving surface is divided into two or the light receiving surface is divided into five or more. It may be a thing.
  • the angle sensor 8 extracts the clock signal from the optical signal before being coupled to the optical fiber.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1A recovers the SNR of the received optical signal when communication becomes impossible due to a decrease in the SNR of the received optical signal due to the loss caused when the optical signal is coupled to the optical fiber.
  • the clock signal can be extracted without waiting for.
  • the time required to restore the communication can be shortened as compared with the case where the clock signal is extracted after waiting for the recovery of the SNR of the received optical signal.
  • the angle sensor 8 is the center of the light receiving surface of the four-divided PD 82 or 86 and the four-divided PD 82 or 86 that receive an optical signal on the light receiving surface divided into four. It includes a lens 81 or 85 that collects an optical signal at a position, and a BPF 83 or 88 that has a frequency band of a transmission clock signal (5) from a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A having the same configuration as a passing band.
  • the angle sensor 8 detects the propagation angle error of the optical signal based on the deviation between the condensing position of the optical signal and the center position of the 4-divided PD 82 or 86.
  • the clock signal extracted by the BPF 83 or 88 is output to the optical transmitter / receiver 2 as a reception clock signal.
  • the angle sensor 8 can detect the intensity fluctuation from the optical signal before being coupled to the optical fiber. As a result, the angle sensor 8 can stably extract the clock signal from the received optical signal even if the optical signal is affected by the fluctuation of the atmosphere, and can continue to supply the optical signal to the optical transmitter / receiver 2.
  • the optical space communication system 1 is provided with a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A having the same configuration, and two-way communication is performed between the pair of optical space communication transmission / reception terminals 1A having the same configuration.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the optical space communication transmission / reception terminal 1B according to the second embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1B performs bidirectional communication with a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1B having the same configuration.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1B includes an optical transmitter / receiver 2, a transmission clock source 3, an intensity modulation unit 4, a fiber coupling unit 5, a tracking mirror 6, a beam splitter 7, an angle sensor 8A, and an optical fiber amplifier. 9. It is provided with an ARQ (Automatic Repeat request) control unit 10, a low-speed receiver 11, and a low-speed transmitter 12.
  • ARQ Automatic Repeat request
  • the optical transceiver 2 In the optical space communication transmission / reception terminal 1B, the optical transceiver 2, the intensity modulation unit 4, the fiber coupling unit 5, and the optical fiber amplifier 9 are connected to each other by an optical fiber. Further, the optical transmitter / receiver 2, the transmission clock source 3, the tracking mirror 6, the angle sensor 8A, the ARQ control unit 10, the low-speed receiver 11, and the low-speed transmitter 12 are connected to each other by a signal line.
  • the angle sensor 8A inputs an optical signal distributed by the beam splitter 7 and generates an intensity modulation signal (8a) of the input optical signal.
  • the intensity modulation signal (8a) is an electric signal indicating an intensity variation of an optical signal.
  • the intensity modulation signal (8a) is a digital signal composed of a sequence of 0 (low) values and 1 (high) values, and is a signal including a frame retransmission request and the like.
  • the intensity-modulated signal (8a) contains a sine-wave component such as the received clock signal (8), and the low-speed receiver 11 can extract the sine-wave component from the intensity-modulated signal (8a).
  • the angle sensor 8A like the angle sensor 8, has, for example, the components shown in FIGS. 4 and 5.
  • the 4-split PD 82 or 86 detects the propagation angle error of the incident light and detects the intensity variation of the incident light. Further, the BPF 83 or 88 is a bandpass filter whose passband is the frequency band of the signal output from the low-speed transmitter 12 included in the paired optical space communication transmission / reception terminal 1B.
  • the signal that has passed through the BPF83 or 88 is output as the intensity modulation signal (8a).
  • the intensity modulation signal (8a) output from the angle sensor 8A is output to the low speed receiver 11.
  • the low-speed receiver 11 reproduces a clock signal synchronized with the symbol rate by demodulating and decoding the intensity-modulated signal (8a).
  • the clock signal reproduced by the low-speed receiver 11 is output to the optical transmitter / receiver 2.
  • the ARQ control unit 10 outputs the transmission frame (1a) input from the outside to the optical transmitter / receiver 2 as transmission data (1). Further, the ARQ control unit 10 outputs the transmission frame corresponding to the sequence number indicated by the retransmission request signal (9) output from the low-speed receiver 11 to the optical transmitter / receiver 2 as transmission data. Further, the ARP control unit 10 stores the received data (2) output from the optical transmitter / receiver 2 as a receiving frame (2a), and if the sequence number of the receiving frame (2a) is missing, the missing sequence. The retransmission request signal (10) of the reception frame (2a) corresponding to the number is output to the low-speed transmitter 12.
  • the low-speed receiver 11 reproduces a clock signal synchronized with the symbol rate by demodulating and decoding the intensity modulation signal (8a) output from the angle sensor 8A, and uses the reproduced clock signal as the received clock signal (8). Output to the optical transmitter / receiver 2. Further, the low-speed receiver 11 demodulates and decodes the intensity modulation signal (8a), and when the retransmission request signal (9) is reproduced, outputs the reproduced retransmission request signal (9) to the ARQ control unit 10. ..
  • the retransmission request signal (9) is a signal indicating a retransmission request for a communication frame that has been missed, and includes a sequence number corresponding to the corresponding frame. The sequence number is stored in the header of the communication frame or the like.
  • the low-speed transmitter 12 converts the retransmission request signal (10) output from the ARQ control unit 10 into a signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5), and the converted signal is the intensity modulation unit 4. Output to.
  • the symbol rate shall be the same as or similar to the frequency of the transmission clock signal (5).
  • the low-speed transmitter 12 transmits a random signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) to the intensity modulation unit 4 even when there is no retransmission request signal (10) from the ARQ control unit 10. Output continuously to.
  • the intensity modulation unit 4 prevents the modulation amplitude from being small and the intensity of the transmitted optical signal (3) not to fluctuate significantly.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the ARQ control unit 10.
  • the ARQ control unit 10 includes a transmission buffer 101, a transmission data output unit 102, a reception buffer 103, a reception frame output unit 104, a sequence omission determination unit 105, and a retransmission request output unit 106.
  • the transmission buffer 101 is an internal buffer that stores transmission frames (1a) input from the outside in the order of sequence numbers.
  • the transmission data output unit 102 outputs the transmission frame (1a) read from the transmission buffer 101 in the order of the sequence number to the optical transmitter / receiver 2 as transmission data (1).
  • the reception buffer 103 is an internal buffer that stores the reception data (2) output from the optical transmitter / receiver 2 as a reception frame (2a) in the order of sequence numbers.
  • the reception frame output unit 104 outputs the reception frame (2a) stored in the reception buffer 103 to the outside in the order of the sequence number.
  • the sequence omission determination unit 105 is a determination unit that determines whether or not an omission has occurred in the sequence number of the reception frame (2a) stored in the reception buffer 103. When the sequence omission determination unit 105 determines that the sequence number is missing, the retransmission request output unit 106 transmits the retransmission request signal (10) of the reception frame (2a) corresponding to the missing sequence number at low speed. Output to the device 12.
  • the specific operation of the optical space communication transmission / reception terminal 1B is as follows.
  • the ARQ control unit 10 outputs the externally input transmission frame (1a) to the optical transmitter / receiver 2 as transmission data (1).
  • the optical transmitter / receiver 2 modulates the transmission data (1) input from the ARQ control unit 10 at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) supplied from the transmission clock source 3, and modulates the transmission optical signal (3). ) Is output to the intensity modulation unit 4.
  • the low-speed transmitter 12 outputs a signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) to the intensity modulation unit 4.
  • the low-speed transmitter 12 intensifies the retransmission request signal (10) and the signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5). Output to the modulation unit 4.
  • the intensity modulation unit 4 generates an intensity-modulated transmission light signal (6) by superimposing a signal output from the low-speed transmitter 12 on the transmission light signal (3), and the intensity-modulated transmission light signal (intensity-modulated transmission light signal (6). 6) is output to the fiber coupling portion 5.
  • the intensity modulation signal (8a) may occur due to the intensity fluctuation of the optical signal generated when the optical transmitter / receiver 2 modulates the optical signal. Therefore, by setting the frequency of the intensity modulation signal (8a) superimposed on the transmitted optical signal (3) to, for example, one tenth or less of the symbol rate, the BPF 83 or 88 shown in FIGS. 4 and 5 is set. However, it is possible to suppress crosstalk to the intensity-modulated signal (8a).
  • the fiber coupling unit 5 uses the transmitted light signal (6) intensity-modulated by the intensity modulation unit 4 as collimated light, and outputs the collimated light of the transmitted light signal (6) to the beam splitter 7.
  • the beam splitter 7 outputs the collimated light of the transmitted light signal (6) output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6, and distributes a part of the transmitted light signal (6) to the angle sensor 8A.
  • the angle sensor 8A detects a propagation angle error (7) of the optical signal distributed by the beam splitter 7, and outputs the detected propagation angle error (7) to the tracking mirror 6.
  • the tracking mirror 6 corrects the propagation angle of the transmitted light signal (6) as collimated light by the fiber coupling portion 5 based on the propagation angle error (7) detected by the angle sensor 8A. An optical signal with a corrected propagation angle is output to space. As a result, the propagation direction of the optical signal transmitted to the paired optical space communication transmission / reception terminal 1B is compensated.
  • the tracking mirror 6 When the optical signal transmitted from the paired optical space communication transmission / reception terminal 1B and propagating in space is incident on the tracking mirror 6, the tracking mirror 6 transmits the incident optical signal to the fiber coupling portion 5 via the beam splitter 7. Output to the side of.
  • the beam splitter 7 outputs the optical signal output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5, and distributes a part of the optical signal to the angle sensor 8A.
  • the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 are arranged on the same optical axis.
  • the fiber coupling unit 5 includes a wavelength filter that separates the input light for each wavelength.
  • the fiber coupling portion 5 separates the light in the above two directions using a wavelength filter and couples the light to the optical fiber. As a result, even when optical signals having different wavelengths are transmitted between the paired optical space communication transmission / reception terminals 1B, the transmission / reception light can be separated by the fiber coupling portion 5.
  • the fiber coupling portion 5 may be provided with an optical circulator that separates light in two directions.
  • the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 are made parallel.
  • the angle sensor 8A detects the propagation angle error (7) of the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5 among the light in two directions.
  • the tracking mirror 6 uses the light output from the fiber coupling portion 5 to the tracking mirror 6 and the tracking mirror 6 using the propagation angle error (7) detected from the light output from the tracking mirror 6 to the fiber coupling portion 5. Both propagation angles with the light output to the fiber coupling portion 5 may be corrected.
  • the fiber coupling unit 5 couples the optical signal output from the tracking mirror 6 to the optical fiber.
  • the optical fiber amplifier 9 amplifies the intensity of the received optical signal (4) coupled to the optical fiber by the fiber coupling portion 5, and transmits the amplified received optical signal (4) to the optical transmitter / receiver 2 through the optical fiber.
  • the angle sensor 8A generates an intensity modulation signal (8a) from a part of the optical signal distributed by the beam splitter 7 and outputs the intensity modulation signal (8a) to the low speed receiver 11.
  • the low-speed receiver 11 reproduces the received clock signal (8) synchronized with the symbol rate by demodulating and decoding the intensity modulation signal (8a) output from the angle sensor 8A.
  • the reception clock signal (8) reproduced by the low-speed receiver 11 is output to the optical transmitter / receiver 2.
  • the optical transmitter / receiver 2 samples the received optical signal (4) propagating through the optical fiber at a period synchronized with the received clock signal (8).
  • the optical transmitter / receiver 2 generates received data (2) by demodulating and decoding the sampled signal, and outputs the generated received data (2) to the ARQ control unit 10.
  • the ARP control unit 10 stores the received data (2) output from the optical transmitter / receiver 2 as a receiving frame (2a), and if the sequence number of the stored received frames (2a) is missing, the receiving frame (2a) is removed.
  • the retransmission request signal (10) of the received frame (2a) corresponding to the sequence number is output to the low-speed transmitter 12.
  • the optical transmitter / receiver 2 uses the received light signal (4) (paired light).
  • the transmitted optical signal (6) transmitted from the spatial communication transmission / reception terminal 1B is coherently detected.
  • the optical transmitter / receiver 2 can demodulate and decode a transmission optical signal having a wavelength different from that of the transmission clock signal from the received optical signal (4) (intensity-modulated transmission optical signal (6)).
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the ARQ control unit 10.
  • the transmission data output unit 102 confirms whether or not the retransmission request signal (9) has been received from the low-speed receiver 11 (step ST1). When the retransmission request signal (9) is not received (step ST1; NO), the process proceeds to step ST4. Further, when the transmission data output unit 102 receives the retransmission request signal of the communication frame corresponding to the specific sequence number (step ST1; YES), the transmission data output unit 102 determines whether or not the transmission frame (1a) is stored in the transmission buffer 101. Confirm (step ST2). If the transmission frame (1a) is not stored in the transmission buffer 101 (step ST2; NO), the process proceeds to step ST4.
  • the transmission data output unit 102 uses the transmission frame (1a) stored in the transmission buffer 101 as the transmission data (1). Output to the transmitter / receiver 2 (step ST3).
  • the transmission buffer 101 stores transmission frames (1a) input from the outside in the order of sequence numbers (step ST4). If there is an unoutput frame among the transmission frames stored in the transmission buffer 101, the transmission data output unit 102 outputs the frame to the optical transmitter / receiver 2 (step ST5).
  • the reception buffer 103 stores the reception data (2) output from the optical transmitter / receiver 2 as a reception frame (2a) in the order of sequence numbers (step ST6).
  • the sequence omission determination unit 105 determines whether or not there is an omission of the sequence number in the reception frame (2a) stored in the reception buffer 103 (step ST7).
  • the retransmission request output unit 106 outputs the retransmission request signal (10) of the communication frame of the missing sequence number to the low-speed transmitter 12 (step). ST8).
  • step ST7 If there is no omission in the sequence number (step ST7; NO), the reception frame output unit 104 reads out the unoutput reception frame among the reception frames stored in the reception buffer 103, and the read reception frame (2a). ) Is output to the outside (step ST9). After that, the process returns to the process of step ST1, and a series of processes from step ST1 are repeated.
  • Missing sequence number occurs when the frame corresponding to the missing sequence number cannot be demodulated and decoded by the optical transmitter / receiver 2.
  • the wave surface of light propagating in space is distorted by the influence of atmospheric fluctuations, and the intensity decreases (losses) when an optical signal whose wave surface is distorted is coupled to an optical fiber.
  • the SNR of the received optical signal (4) is lower than the SNR required for demodulation, the received frame cannot be demodulated and decoded.
  • the ARQ control unit 10 interpolates the omission of the sequence number of the received frame stored in the receive buffer 103, and then outputs the frames in the order of the sequence number.
  • the frames stored in the transmission buffer 101 and the reception buffer 103 are discarded after a predetermined time has elapsed.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the functions of the ARQ control unit 10.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a hardware configuration for executing software that realizes the functions of the ARQ control unit 10.
  • the functions of the transmission buffer 101, the transmission data output unit 102, the reception buffer 103, the reception frame output unit 104, the sequence omission determination unit 105, and the retransmission request output unit 106 provided in the ARQ control unit 10 are realized by the processing circuit. That is, the ARQ control unit 10 includes a processing circuit that executes the processing from step ST1 to step ST9 shown in FIG.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • the processing circuit 200 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuitd). Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these is applicable. Even if the functions of the transmission buffer 101, the transmission data output unit 102, the reception buffer 103, the reception frame output unit 104, the sequence omission determination unit 105, and the retransmission request output unit 106 provided in the ARQ control unit 10 are realized by separate processing circuits. Alternatively, these functions may be collectively realized by one processing circuit.
  • the ARQ control unit 10 includes a transmission buffer 101, a transmission data output unit 102, a reception buffer 103, a reception frame output unit 104, a sequence omission determination unit 105, and a retransmission request output.
  • the function of unit 106 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is described as a program and stored in the memory 202.
  • the processor 201 By reading and executing the program stored in the memory 202, the processor 201 includes a transmission buffer 101, a transmission data output unit 102, a reception buffer 103, a reception frame output unit 104, and a sequence omission determination unit included in the RQ control unit 10.
  • the functions of 105 and the retransmission request output unit 106 are realized.
  • the ARQ control unit 10 includes a memory 202 for storing a program in which the processes of steps ST1 to ST9 in the flowchart shown in FIG. 8 are executed as a result when executed by the processor 201.
  • the memory 202 is a computer-readable computer in which a program for making a computer function as a transmission buffer 101, a transmission data output unit 102, a reception buffer 103, a reception frame output unit 104, a sequence omission determination unit 105, and a retransmission request output unit 106 is stored. It may be a storage medium.
  • the memory 202 may be, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically-volatile), an EEPROM (Electricularly-volatile), or the like. This includes discs, flexible discs, optical disks, compact discs, mini discs, DVDs, and the like.
  • the transmission buffer 101, the transmission data output unit 102, the reception buffer 103, the reception frame output unit 104, the sequence omission determination unit 105, and the retransmission request output unit 106 of the ARQ control unit 10 are realized by dedicated hardware. And some of the rest may be realized by software or firmware.
  • the transmission buffer 101 and the reception buffer 103 are functionally realized by a processing circuit 200 which is dedicated hardware, and a transmission data output unit 102, a reception frame output unit 104, a sequence omission determination unit 105, and a retransmission request output unit 106 are realized.
  • the function is realized by the processor 201 reading and executing the program stored in the memory 202.
  • the processing circuit can realize the above-mentioned functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the angle sensor 8A extracts the intensity modulation signal from the optical signal before being coupled to the optical fiber.
  • the low-speed receiver 11 reproduces a clock signal synchronized with the symbol rate by demodulating and decoding the intensity modulation signal output from the angle sensor 8A, and uses the reproduced clock signal as the received clock signal (8) for the optical transmitter / receiver. Output to 2. Even when communication becomes impossible due to a decrease in the SNR of the received optical signal due to the loss that occurs when the optical signal is coupled to the optical fiber, the angle sensor 8A can stably extract the intensity modulated signal.
  • the low-speed receiver 11 can stably demodulate and decode the retransmission request signal as compared with the optical transmitter / receiver 2, and can stably supply the received clock signal to the optical transmitter / receiver 2. can.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1B can shorten the time until the communication is restored, as compared with the case where the clock signal is extracted after waiting for the recovery of the SNR of the received optical signal, and the communication capacity is reduced. Can be prevented.
  • the low-speed receiver 11 can stably demodulate and decode the retransmission request signal of the communication frame and output it to the ARQ control unit 10. As a result, it is possible to respond to the retransmission request without delay and suppress the transmission delay.
  • the ARQ control unit 10 includes a transmission buffer 101, a transmission data output unit 102, a reception buffer 103, a reception frame output unit 104, and a sequence omission determination unit 105. , The retransmission request output unit 106 is provided. By having these components, the ARQ control unit 10 can request the corresponding frame to be retransmitted without delay even if the sequence number of the frame stored in the receive buffer 103 is missing.
  • the optical space communication system 1 is provided with a pair of optical space communication transmission / reception terminals 1B having the same configuration, and two-way communication is performed between the pair of optical space communication transmission / reception terminals 1B having the same configuration.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter / receiver 2A included in the optical space communication transmission / reception terminal 1A or 1B according to the third embodiment.
  • the optical transmitter / receiver 2A is provided in place of the optical transmitter / receiver 2 in the optical space communication transmission / reception terminal 1A shown in FIG. 1 or the optical space communication transmission / reception terminal 1B shown in FIG.
  • the optical transmitter / receiver 2A includes a transmitter 21, an optical modulator 22, a Doppler shift estimator 23, a receiver 24, and a coherent detector 25.
  • the transmission unit 21 outputs a signal in which the transmission data (1) is modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5).
  • the transmission unit 21 includes a modulation signal conversion unit 211.
  • the transmission unit 21 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor).
  • the modulation signal conversion unit 211 converts the input transmission data (1) into a signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5).
  • the light modulator 22 converts the modulation signal output from the transmission unit 21 into a transmission optical signal (3) and outputs the modulation signal to the intensity modulation unit 4.
  • the Doppler shift estimator 23 estimates the Doppler shift amount of the received clock signal (8) input from the angle sensor 8 or the low speed receiver 11.
  • the Doppler shift amount is a value obtained by dividing the frequency difference caused by the Doppler shift by the frequency before the shift.
  • the Doppler shift estimator 23 detects the frequency difference between the received clock signal (8) and the internal clock signal having the same nominal frequency as the received clock signal (8), and divides by the above nominal frequency to obtain Doppler. Calculate the shift amount.
  • the reception clock signal (8) is also input to the reception unit 24.
  • the coherent detector 25 coherently detects the received optical signal (4) output from the optical fiber amplifier 9.
  • the receiving unit 24 decodes the received data (2) using the coherently detected received optical signal (4), the estimated value of the Doppler shift amount in the received clock signal (8), and the received clock signal (8).
  • the receiving unit 24 is, for example, a DSP.
  • the receiving unit 24 includes a sampling unit 241, an adaptive equalization unit 242, an SNR estimation unit 243, a frequency difference estimation unit 244, a frequency difference compensation unit 245, a phase difference estimation unit 246, and a phase difference compensation unit 247. And a decoding unit 248.
  • the sampling unit 241 samples the coherently detected received optical signal (4) at a symbol rate synchronized with the received clock signal (8). For example, the sampling unit 241 samples the coherently detected signal at a symbol rate synchronized with the received clock signal (8) or a rational multiple of the symbol rate.
  • the adaptive equalization unit 242 adaptively equalizes the signal sampled by the sampling unit 241.
  • the adaptive equalization unit 242 equalizes so that the error between the output signal point and the ideal signal point is the average within a certain period of time and becomes the minimum.
  • the modulation method is QPSK (Quadra Phase-Shift Keying)
  • adaptive equalization can be realized by the constant envelope algorithm.
  • the SNR estimation unit 243 estimates the SNR of the adaptively equalized signal. For example, the SNR estimation unit 243 estimates the amount of error by averaging the error from the ideal signal point of the equalized signal within a certain period of time to estimate the SNR.
  • the frequency difference estimation unit 244 estimates the frequency difference in the adaptively equalized signal by using the signal adaptively equalized by the adaptive equalization unit 242, the estimated value of SNR, and the estimated value of the Doppler shift amount. do. For example, in the frequency difference estimation process, a plurality of samples are used in order to suppress the influence of noise, and sequential calculations using the plurality of samples are performed to average the estimated values. If the frequency difference due to the Doppler shift changes while the SNR of the optical signal is affected by the fluctuation of the atmosphere, the initial value of the sequential calculation in estimating the frequency difference deviates from the true value and converges. It will take time. In this case, the frequency difference cannot be compensated, and even if the SNR of the received optical signal is restored, it takes time for the communication to be restored.
  • the optical transmitter / receiver 2A is not easily affected by the distortion of the wavefront due to the influence of the fluctuation of the atmosphere, and the receiving unit 24 estimates the Doppler shift amount from the stably supplied reception clock signal (8). It is possible to stably calculate the change in frequency difference due to Doppler shift.
  • the frequency difference is estimated from the signal obtained by adaptively equalizing the received clock signal (8).
  • the frequency difference is estimated from the signal obtained by adaptively equalizing the received clock signal (8) with the frequency difference calculated using the estimated value of the Doppler shift amount as the initial value. Therefore, the convergence of the estimated value becomes faster and the time until the communication is restored is shortened.
  • the frequency difference estimation unit 244 estimates the frequency difference of the adaptively equalized signal when the estimated value of the SNR estimated by the SNR estimation unit 243 is equal to or larger than the threshold value. When the estimated value of SNR falls below the threshold value and then exceeds the threshold value again, the frequency difference estimation unit 244 determines the estimated value of the frequency difference immediately before the estimated value of SNR falls below the threshold value and the estimated value of SNR falls below the threshold value.
  • the frequency difference of the adaptively equalized signal is estimated using the estimated value of the frequency difference calculated based on the transition of the estimated value of the Doppler shift amount since then as the initial value.
  • the estimated value of the frequency difference estimated from the adaptively equalized signal is f0 (Hz) and the estimated value of the Doppler shift amount is d0
  • the estimated value of SNR falls below the threshold value.
  • the initial value of the estimated value of the frequency difference is obtained by f0 + fc (d1-d0).
  • fc is the frequency of the transmitted optical signal.
  • the frequency difference compensation unit 245 compensates for the frequency difference of the adaptively equalized signal based on the frequency difference estimated by the frequency difference estimation unit 244.
  • the phase difference estimation unit 246 estimates the phase difference in the signal whose frequency difference is compensated by the frequency difference compensation unit 245.
  • the phase difference compensating unit 247 compensates for the phase difference of the adaptively equalized signal based on the phase difference estimated by the phase difference estimation unit 246. For example, when the modulation method is QPSK, for example, by using the Viterbi algorithm, the phase difference can be estimated and compensated by the method described in Reference 1.
  • the frequency difference estimation unit 244 can estimate the frequency difference of the adaptively equalized signal by the method described in Reference 2, and removes the phase modulation component by squaring the QPSK signal to the fourth power. It is possible.
  • the decoding unit 248 decodes the signal whose phase difference is compensated.
  • Reference 1 A. Viterbi, "Nonliner synchronization of PSK-modulated carrier phase with application to burst digital transmission," in IEEE Transitions on Information. 29, no. 4, pp. 543-551, July 1983.
  • Reference 2 A. Leven, et al. , “Frequency Estimation in Intradyne Reception,” IEEE Photonics Technologies Letters, vol. 19, no. 6, pp. 366-368 (2007).
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24.
  • the modulation signal conversion unit 211 converts the transmission data (1) input from the outside or the ARQ control unit 10 into a signal modulated at a symbol rate synchronized with the transmission clock signal (5) (step ST1a).
  • the modulation signal output from the transmission unit 21 is converted into a transmission light signal (3) by the optical modulator 22 and output to the intensity modulation unit 4.
  • the received optical signal (4) received by the paired optical space communication transmission / reception terminal 1A or 1B is coherently detected by the coherent detector 25.
  • the sampling unit 241 samples the coherently detected received optical signal (4) at a symbol rate synchronized with the received clock signal (8).
  • the adaptive equalization unit 242 adaptively equalizes the signal sampled by the sampling unit 241 (step ST2a).
  • the SNR estimation unit 243 estimates the SNR of the signal adaptively equalized by the adaptive equalization unit 242 (step ST3a). Subsequently, the frequency difference estimation unit 244 uses the signal adaptively equalized by the adaptive equalization unit 242, the estimated value of SNR, and the estimated value of the Doppler shift amount, and the frequency in the signal adaptively equalized. Estimate the difference (step ST4a). The frequency difference compensation unit 245 compensates for the frequency difference of the adaptively equalized signal based on the frequency difference estimated by the frequency difference estimation unit 244 (step ST5a).
  • phase difference estimation unit 246 estimates the phase difference in the signal whose frequency difference is compensated by the frequency difference compensation unit 245 (step ST6a).
  • the phase difference compensating unit 247 compensates for the phase difference of the adaptively equalized signal based on the phase difference estimated by the phase difference estimation unit 246 (step ST7a).
  • the decoding unit 248 decodes the signal whose phase difference is compensated, and outputs the decoded data as received data (2) to the outside or to the ARQ control unit 10 (step ST8a).
  • FIG. 13 is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the functions of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a hardware configuration for executing software that realizes the functions of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24.
  • the light modulator 300 is the light modulator 22 shown in FIG.
  • the light modulator 300 is connected to the processing circuit 305, the processor 306 and the memory 307 via a DA converter (DAC) 301.
  • the DAC 301 converts the signal input to the light modulator 300 from a digital signal to an analog signal.
  • the Doppler shift estimator 302 is the Doppler shift estimator 23 shown in FIG.
  • the coherent detector 303 is the coherent detector 25 shown in FIG.
  • the coherent detector 303 is connected to the processing circuit 305, the processor 306 and the memory 307 via the AD converter (ADC) 304.
  • the ADC 304 converts the signal output from the coherent detector 303 from an analog signal to a digital signal.
  • the optical transmitter / receiver 2A includes a processing circuit that executes the processing from step ST1a to step ST8a shown in FIG.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a CPU that executes a program stored in the memory.
  • the processing circuit is the processing circuit 305 of the dedicated hardware shown in FIG. 13, the processing circuit 305 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA or these. The combination of is applicable.
  • the functions of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24 included in the optical transmitter / receiver 2A may be realized by separate processing circuits, or these functions may be collectively realized by one processing circuit.
  • the processing circuit is the processor 306 shown in FIG. 14, the functions of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24 included in the optical transmitter / receiver 2A are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is described as a program and stored in the memory 307.
  • the processor 306 realizes the functions of the transmission unit 21 and the reception unit 24 included in the optical transmitter / receiver 2A by reading and executing the program stored in the memory 307.
  • the optical transmitter / receiver 2A includes a memory 307 for storing a program in which the processes of steps ST1a to ST8a in the flowchart shown in FIG. 12 are executed as a result when executed by the processor 306. These programs cause the computer to perform the procedures or methods of the transmitting unit 21 and the receiving unit 24.
  • the memory 307 may be a computer-readable storage medium in which a program for making the computer function as a transmitting unit 21 and a receiving unit 24 is stored.
  • the memory 307 corresponds to, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.
  • a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.
  • the functions of the transmitter 21 and the receiver 24 included in the optical transmitter / receiver 2A may be realized by dedicated hardware, and the remaining part may be realized by software or firmware.
  • the function of the transmission unit 21 is realized by the processing circuit 305, which is dedicated hardware, and the function of the reception unit 24 is realized by the processor 306 reading and executing the program stored in the memory 307.
  • the processing circuit can realize the above-mentioned functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the receiving unit 24 samples the coherently detected received optical signal at a symbol rate synchronized with the received clock signal, and samples the received optical signal. Adaptively equalize the signal, estimate the SNR in the adaptively equalized signal, and adaptively equalize using the adaptively equalized signal, the estimated SNR, and the estimated Doppler shift amount.
  • the frequency difference in the signal is estimated, the frequency difference in the adaptively equalized signal is compensated based on the estimated frequency difference, and the phase difference in the signal compensated for the frequency difference is estimated and estimated.
  • the phase difference of the adaptively equalized signal is compensated, and the decoded data of the signal compensated for the phase difference is output as the received data.
  • the optical space communication transmission / reception terminal 1A or 1B includes the optical transmitter / receiver 2A, the effect shown in the first or second embodiment can be obtained. Further, as described above, since the time for estimating the frequency difference of the received clock signal (8) is shortened, the time until the communication is restored when the SNR of the received optical signal is restored is shortened.
  • the frequency difference estimation unit 244 estimates the frequency difference in the adaptively equalized signal, and the SNR sets the threshold value.
  • the frequency difference calculated based on the transition between the estimated value of the frequency difference immediately before the SNR falls below the threshold and the estimated value of the Doppler shift amount after the SNR falls below the threshold when the frequency exceeds the threshold again after falling below the threshold.
  • the frequency difference in the adaptively equalized signal is estimated. As a result, the time for estimating the frequency difference of the received clock signal (8) is shortened, so that the time until the communication is restored when the SNR of the received optical signal is restored is shortened.
  • optical space communication transmission / reception terminal can be used, for example, for a feeder link in a satellite communication network.
  • 1 Optical space communication system 1A, 1B Optical space communication transmission / reception terminal, 2,2A Optical transmitter / receiver, 3 Transmission clock source, 4 Intensity modulation unit, 5 Fiber coupling unit, 6 Tracking mirror, 7 Beam splitter, 8,8A angle sensor , 9 optical fiber amplifier, 10 ARQ control unit, 11 low-speed receiver, 12 low-speed transmitter, 21 transmitter, 22,300 optical modulator, 23,302 Doppler shift estimator, 24 receiver, 25,303 coherent detector.

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Abstract

光空間通信送受信ターミナル（１Ａ）が、送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調された送信光信号に変換して出力し、受信クロック信号から受信データを生成する光送受信器（２，２Ａ）と、強度変調した送信光信号を生成する強度変調部（４）と、光送受信器（２，２Ａ）および強度変調部（４）に共通の送信クロック信号を供給する送信クロック源（３）と、強度変調された送信光信号をコリメート光として出力し、入力した光信号を光ファイバに結合するファイバ結合部（５）と、光ファイバに結合された光信号を増幅する光ファイバアンプ（９）と、光信号をファイバ結合部（５）へ出力し、送信光信号を空間に出力する追尾ミラー（６）と、光信号の一部を分配するビームスプリッタ（７）と、ビームスプリッタ（７）によって分配された光信号から抽出したクロック信号を光送受信器（２，２Ａ）に出力する角度センサ（８）とを備える。

Description

光空間通信送受信ターミナルおよび光空間通信システム
　本開示は、光空間通信送受信ターミナルおよび光空間通信システムに関する。
　光空間通信は、送受信器の小型化が期待でき、低消費電力化も期待できるという特徴を有するので、次世代の衛星通信ネットワークにおけるフィーダリンクへの適用が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。光空間通信における送受信器には、受信感度向上のために光ファイバアンプが用いられる。光ファイバアンプは、光ファイバに結合された光信号を増幅するアンプである。光ファイバアンプにより増幅された光信号は、光送受信器に出力される。光送受信器は、光ファイバアンプにより増幅された光信号からシンボルレートに対応するクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号に同期して受信光信号をサンプリングすることにより受信光信号の復調処理を行う。
Ｈ．　Ｈａｕｓｃｈｉｌｄｔ　ｅｔ　ａｌ．，　"　ＨｙｄＲＯＮ：　Ｈｉｇｈ　ｔｈＲｏｕｇｈｐｕｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，　"　２０１９　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　（ＩＣＳＯＳ），　Ｐｏｒｔｌａｎｄ，　ＯＲ，　ＵＳＡ，　２０１９．
　光ファイバアンプを用いるには、大気中を伝播してきた光信号を集光することにより光ファイバに結合する必要がある。しかしながら、大気中を伝播した光信号は、大気の揺らぎの影響を受けて波面が歪むので、光ファイバに結合する際に損失が生じる。この結果、光ファイバアンプによって増幅される受信光信号のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）が低下する。さらに、光ファイバに結合する際に生じる光信号の損失は、大気の揺らぎに伴って変動するので、受信光信号のＳＮＲも時間変動する。
　受信光信号のＳＮＲが時間変動することにより、クロック信号を抽出するために必要なＳＮＲを下回った場合、光送受信器は受信光信号からクロック信号を抽出できなくなり、通信不能な状態となる。この場合、従来の光空間通信システムは、受信光信号のＳＮＲが回復した後に、光ファイバアンプによって増幅された受信光信号からクロック信号が抽出されるまで、通信を復旧できないという課題があった。なお、光空間通信の通信容量は、通信の復旧に時間がかかるほど低下する。
　本開示は上記課題を解決するものであり、光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった際に、受信光信号のＳＮＲの回復を待たずにクロック信号を抽出できる光空間通信送受信ターミナルおよび光空間通信システムを得ることを目的とする。
　本開示に係る光空間通信送受信ターミナルは、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナルとの間で双方向通信を行う光空間通信送受信ターミナルであって、送信データを、送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調された送信光信号に変換して出力し、受信クロック信号に同期した周期で受信光信号をサンプリングした信号を復調および復号することにより、受信データを生成する光送受信器と、光送受信器から出力された送信光信号に送信クロック信号を重畳して強度変調した送信光信号を生成し、生成した送信光信号を出力する強度変調部と、光送受信器および強度変調部に対して共通の送信クロック信号を供給する送信クロック源と、強度変調された送信光信号をコリメート光として出力し、入力した光信号を光ファイバに結合するファイバ結合部と、ファイバ結合部によって光ファイバに結合された光信号を増幅し、増幅した光信号を受信光信号として光送受信器へ出力する光ファイバアンプと、空間を伝播してきた光信号をファイバ結合部の側へ出力し、ファイバ結合部によってコリメート光とされた送信光信号を空間に出力し、伝播角度誤差を入力すると、入力した伝播角度誤差に基づいて伝播角度を補正した光信号を出力する追尾ミラーと、追尾ミラーとファイバ結合部との間を伝播する光信号の一部を分配するビームスプリッタと、ビームスプリッタによって分配された光信号から検出した伝播角度誤差を追尾ミラーに出力し、ビームスプリッタによって分配された光信号から抽出したクロック信号を、受信クロック信号として光送受信器に出力する角度センサとを備える。
　本開示によれば、角度センサが、光ファイバに結合する前の光信号からクロック信号を抽出する。これにより、本開示に係る光空間通信送受信ターミナルは、光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった際に、受信光信号のＳＮＲの回復を待たずにクロック信号を抽出できる。これにより、受信光信号のＳＮＲの回復を待ってクロック信号を抽出する場合に比べて、通信を復旧させるまでの時間を短縮することができる。
実施の形態１に係る光空間通信システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る光空間通信送受信ターミナルの構成を示すブロック図である。 強度変調部の構成例を示すブロック図である。 角度センサの例（１）の構成を示すブロック図である。 角度センサの例（２）の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る光空間通信送受信ターミナルの構成を示すブロック図である。 ＡＲＱ制御部の構成を示すブロック図である。 ＡＲＱ制御部の動作を示すフローチャートである。 ＡＲＱ制御部の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。 ＡＲＱ制御部の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る光空間通信送受信ターミナルが備える光送受信器の構成を示すブロック図である。 実施の形態３における光送受信器が備える送信部および受信部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３における光送受信器が備える送信部および受信部の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態３における光送受信器が備える送信部および受信部の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る光空間通信システム１の構成を示すブロック図である。図１において、光空間通信システム１は、空間を伝播する光を用いて通信を行うシステムであり、光空間通信送受信ターミナル１Ａの対を備える。光空間通信システム１において、光空間通信送受信ターミナル１Ａは、図１に示すように、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａとの間で双方向通信を行う。
　図２は、光空間通信送受信ターミナル１Ａの構成を示すブロック図である。光空間通信送受信ターミナル１Ａは、光送受信器２、送信クロック源３、強度変調部４、ファイバ結合部５、追尾ミラー６、ビームスプリッタ７、角度センサ８および光ファイバアンプ９を備える。光送受信器２、強度変調部４、ファイバ結合部５および光ファイバアンプ９は、光ファイバによって互いに接続されている。さらに、光送受信器２、送信クロック源３、追尾ミラー６および角度センサ８は、互いに信号線によって接続されている。
　光送受信器２は、送信データ（１）を、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調された送信光信号（３）に変換して出力する。また、光送受信器２は、受信光信号（４）を、受信クロック信号（８）に同期した周期でサンプリングし、サンプリングした信号を復調および復号することにより、受信データ（２）を生成する。
　送信クロック源３は、光送受信器２と強度変調部４とに対して共通の送信クロック信号（５）を供給する。送信クロック源３によって周波数が１００ＭＨｚである送信クロック信号（５）が出力された場合に、光送受信器２は、送信クロック信号（５）の周波数を、例えば２０逓倍することにより、２ＧＨｚのシンボルレートで変調した送信光信号（３）を生成する。
　強度変調部４は、光送受信器２から出力された送信光信号（３）に対して送信クロック信号（５）を重畳して強度変調した送信光信号（３）を生成し、強度変調した送信光信号（６）をファイバ結合部５に出力する。例えば、強度変調部４は、送信クロック信号（５）を変調信号として送信光信号（３）に重畳する強度変調器である。送信光信号の強度変調処理において、強度変調部４は、変調振幅が小さくかつ送信光信号（３）の強度が大きく変動しないようにする。これにより、強度変調された送信光信号（３）の強度の変動が、光送受信器２によって行われる光信号の変復調処理に与える影響を低減できる。
　強度変調部４は、例えば、図３に示す構成を有する。図３は、強度変調部４の構成例を示すブロック図である。強度変調部４は、電気光変換器４１と光合波器４２とを備える。電気光変換器４１は、図３における「Ｅ／Ｏ」である。電気光変換器４１は、送信クロック源３から供給された送信クロック信号（５）を電気信号から光信号に変換する。
　光合波器４２は、光送受信器２から出力された送信光信号（３）と、電気光変換器４１によって光信号に変換された送信クロック信号とを合波する。これにより、送信光信号（３）は、送信クロック信号（５）が重畳されて強度変調される。なお、光信号に変換された送信クロック信号（５）は、送信光信号（３）とは異なる波長の光信号である。すなわち、光合波器４２によって強度変調された送信光信号（６）は、互いに異なる波長の信号が波長多重された信号である。送信光信号（６）は、光合波器４２からファイバ結合部５に出力される。
　ファイバ結合部５は、強度変調部４によって強度変調された送信光信号（６）をコリメート光（平行光）として出力し、追尾ミラー６の側から入力した光信号を、光ファイバに結合する。例えば、ファイバ結合部５は、追尾ミラー６からの光信号を集光する集光レンズと、この集光レンズおよび光ファイバを保持する光学系ホルダを備える。光学系ホルダによって保持された光ファイバは、光ファイバアンプ９の入力側に接続されている。追尾ミラー６からの光信号は、集光レンズによって集光されて当該光ファイバに入射される。
　追尾ミラー６は、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａから送信されて空間を伝播してきた光信号が入射されると、入射された光信号をファイバ結合部５の側へ出力する。例えば、追尾ミラー６は、少なくとも、入射光をファイバ結合部５の側へ反射させるミラー部と、ミラー部の角度を変化させるミラー駆動部とを備える。
　追尾ミラー６は、角度センサ８から光信号の伝播角度誤差（７）を入力すると、入力した伝播角度誤差（７）に基づいて伝播角度を補正した光信号を出力する。伝播角度誤差（７）は、光軸に一致した光ビームとの伝播角度の差分である。例えば、ミラー駆動部が、伝播角度誤差（７）がなくなるように、ミラー部の角度を変化させることで、追尾ミラー６に入射された光信号の伝播角度が補正される。伝播角度が補正された光信号は、ビームスプリッタ７を介してファイバ結合部５の側へ出力される。
　追尾ミラー６は、ビームスプリッタ７を介して、ファイバ結合部５によってコリメート光とされた送信光信号が入射されると、入射されたコリメート光を空間に出力する。これにより、送信光信号が、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａへ送信される。また、追尾ミラー６は、角度センサ８によって検出された伝播角度誤差（７）に基づいて、ファイバ結合部５によってコリメート光とされた送信光信号（６）の伝播角度を補正し、伝播角度を補正した光信号を、空間に出力する。これにより、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａへ送信した光信号の伝播方向が補償される。
　ビームスプリッタ７は、ファイバ結合部５と追尾ミラー６との間を伝播する光信号の一部を、角度センサ８に分配する。例えば、ビームスプリッタ７は、ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力された送信光信号の一部を角度センサ８に分配し、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力された送信光信号の一部を角度センサ８に分配する。
　角度センサ８は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号の伝播角度誤差（７）を検出し、検出した伝播角度誤差（７）を追尾ミラー６に出力する。さらに、角度センサ８は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号からクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号を、受信クロック信号（８）として光送受信器２に出力する。受信クロック信号（８）は、クロック周波数の正弦波信号、または、０（ロウ）値と１（ハイ）値の繰り返しから構成される信号であり、その周波数のみがクロックとして利用される。
　角度センサ８は、例えば、図４に示す構成を有する。図４は、角度センサ８の例（１）の構成を示すブロック図である。図４において、角度センサ８は、レンズ８１、４分割受光素子８２（以下、４分割ＰＤ８２と記載する。）および帯域通過フィルタ８３（以下、ＢＰＦ８３と記載する。）を備える。
　レンズ８１は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号を４分割ＰＤ８２の受光面の中心に集光する。４分割ＰＤ８２は、４つの受光領域にそれぞれ分割された受光面を有する分割型受光素子である。ＢＰＦ８３は、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａにおける送信クロック信号（５）の周波数帯域を、通過帯域とする帯域通過フィルタである。
　４分割ＰＤ８２の受光面の中心は、４つの受光領域の全てに隣接する位置である。４分割ＰＤ８２は、例えば、４つの受光領域に受光された光の強度に基づいて、受光面に集光された光信号の伝播角度誤差（７）を算出する演算部を備える。光信号の集光位置が受光面の中心からずれた場合、受光領域間で受光される光の強度に差が生じる。４分割ＰＤ８２の上記演算部は、４つの受光領域のそれぞれで受光される光の強度の差と、４つの受光領域で受光された光の合計の強度とに基づいて、受光面の中心からの集光位置のずれを算出する。さらに、上記演算部は、受光面の中心からの集光位置のずれに基づいて、受光面に集光された光信号の伝播角度誤差（７）を検出する。
　光空間通信システム１において、送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａから受信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａへ送信される光信号は、送信クロック信号（５）に同期して強度が変動する光信号である。すなわち、４分割ＰＤ８２の受光面における４つの受光領域で受光された光の合計の強度の変動は、送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａから送信された光信号の強度の変動に対応する。
　ＢＰＦ８３は、４分割ＰＤ８２から出力された強度変動の周波数帯域のうち、送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａにおける送信クロック信号（５）の周波数帯域を通過させることにより、クロック信号を抽出することができる。ＢＰＦ８３によって抽出されたクロック信号は、受信クロック信号（８）として光送受信器２に出力される。
　図５は、角度センサ８の例（２）の構成を示すブロック図である。図５において、角度センサ８は、ビームスプリッタ８４、レンズ８５、４分割受光素子８６（以下、４分割ＰＤ８６と記載する。）、光電気変換器８７および帯域通過フィルタ８８（以下、ＢＰＦ８８と記載する。）を備えている。光電気変換器８７は、図５における「Ｏ／Ｅ」である。ビームスプリッタ８４は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号を、４分割ＰＤ８６と光電気変換器８７とに分配する。レンズ８５は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号を、４分割ＰＤ８６の受光面の中心に集光する。
　４分割ＰＤ８６は、４分割ＰＤ８２と同様に、４つの受光領域にそれぞれ分割された受光面を有する受光素子である。受光面の中心は、４つの受光領域の全てに隣接する位置である。４分割ＰＤ８６は、４つの受光領域に受光された光の強度に基づいて、受光面に集光された光信号の伝播角度誤差（７）を算出する演算部を備える。
　光信号の集光位置が受光面の中心からずれた場合、受光領域間で受光される光の強度に差が生じる。４分割ＰＤ８６の上記演算部は、４つの受光領域のそれぞれで受光される光の強度の差と、４つの受光領域で受光された光の合計の強度とに基づいて、受光面の中心からの集光位置のずれを算出する。さらに、上記演算部は、受光面の中心からの集光位置のずれに基づいて、受光面に集光された光信号の伝播角度誤差（７）を検出する。
　光電気変換器８７は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号を電気信号に変換する。ＢＰＦ８８は、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａにおける送信クロック信号（５）の周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタである。
　光空間通信送受信ターミナル１Ａには、例えばシングルモードファイバが用いられる。シングルモードファイバは、一般的にモード分散の影響が低い光ファイバであり、コア径が制約されている。これに対して、図４および図５に示した４分割ＰＤ８２、４分割ＰＤ８６および光電気変換器８７は、受光面に制約がなく、光ファイバのコア径よりも大きな受光領域を有する。これにより、角度センサ８は、入力された光の波面が歪んでいても、光ファイバに結合された際の光信号の強度に比べて、検出した光信号の強度の低下が抑えられる。すなわち、角度センサ８は、光ファイバに結合される前の光信号から強度変動を検出することができるので、大気の揺らぎの影響を受けて光の波面が歪んだ場合であっても、受信光信号からクロック信号を安定的に抽出でき、光送受信器２に供給し続けることができる。
　角度センサ８によって受信光信号から抽出されるクロック信号は、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａからの送信光信号のシンボルレートに同期したクロック信号である。このため、光送受信器２は、受信光信号を、角度センサ８によって抽出されたクロック信号に同期してサンプリングすることで、受信光信号に同期したサンプリングが可能である。大気の揺らぎの影響を受けて受信光信号（４）のＳＮＲが通信不能な状態まで低下してから通信可能な状態に回復した際に、光送受信器２は、角度センサ８により抽出されたクロック信号を用いて、直ちに信号の復調と復号が可能である。これにより、通信の復旧までの時間を短縮でき、通信容量の低下を防ぐことができる。
　送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａから受信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａに送信される光信号は、送信クロック信号（５）に同期して強度が変動する、強度変調が施された光信号である。すなわち、光電気変換器８７によって光信号から変換された電気信号の強度変動は、送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａから送信された送信光信号の強度の変動に対応する。
　ＢＰＦ８８は、光電気変換器８７から出力された電気信号の強度変動の周波数帯域のうち、送信側の光空間通信送受信ターミナル１Ａにおける送信クロック信号（５）の周波数帯域を通過させることによりクロック信号を抽出することができる。ＢＰＦ８８によって抽出されたクロック信号は、受信クロック信号（８）として光送受信器２に出力される。
　光ファイバアンプ９は、ファイバ結合部５に保持された光ファイバに接続している。光ファイバアンプ９は、ファイバ結合部５によって光ファイバに結合された光信号の強度を増幅させて受光感度を向上させる光学素子である。光ファイバに入射された受信光のビームの強度を励起光に応じて増幅させ、強度を増幅させた受信光信号（４）を光送受信器２へ出射する。
　光空間通信送受信ターミナル１Ａの具体的な動作は、以下の通りである。
　光送受信器２は、外部から入力した送信データ（１）を、送信クロック源３から供給された送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調し、変調した送信光信号（３）を強度変調部４に出力する。
　強度変調部４は、送信光信号（３）に対して、送信クロック源３から供給された送信クロック信号（５）を重畳して強度変調した送信光信号（３）を生成し、強度変調した送信光信号（６）を、ファイバ結合部５に出力する。なお、光送受信器２が光信号を変調した際に生じる光信号の強度変動によって、受信クロック信号（８）へのクロストークが発生する可能性がある。そこで、送信光信号（３）に重畳する送信クロック信号（５）の周波数を、例えばシンボルレートの１０分の１倍以下の周波数とすることで、図４および図５に示したＢＰＦ８３または８８が、受信クロック信号（８）へのクロストークを抑制することができる。
　ファイバ結合部５は、強度変調部４によって強度変調された送信光信号（６）をコリメート光とし、送信光信号（６）のコリメート光をビームスプリッタ７へ出力する。ビームスプリッタ７は、ファイバ結合部５から出力された送信光信号（６）のコリメート光を、追尾ミラー６へ出力し、送信光信号（６）の一部を角度センサ８に分配する。角度センサ８は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号の伝播角度誤差（７）を検出し、検出した伝播角度誤差（７）を追尾ミラー６に出力する。
　追尾ミラー６は、角度センサ８によって検出された伝播角度誤差（７）に基づいて、ファイバ結合部５によってコリメート光とされた送信光信号（６）の伝播角度を補正する。伝播角度を補正した光信号を、空間に出力する。これにより、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａへ送信した光信号の伝播方向が補償される。
　対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａから送信され空間を伝播してきた光信号が、追尾ミラー６に入射すると、追尾ミラー６は、入射された光信号を、ビームスプリッタ７を介してファイバ結合部５の側へ出力する。ビームスプリッタ７は、追尾ミラー６から出力された光信号を、ファイバ結合部５へ出力し、当該光信号の一部を角度センサ８に分配する。
　ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光とは、同一の光軸上に配置される。ファイバ結合部５は、入力した光を波長ごとに分離する波長フィルタを備える。ファイバ結合部５は、上記２方向の光を、波長フィルタを用いて分離して光ファイバに結合する。これにより、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａ同士で互いに異なる波長の光信号が送信された場合であっても、ファイバ結合部５において送受信光を分離することが可能である。また、ファイバ結合部５には、２方向の光を分離する光サーキュレータを設けてもよい。
　ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光とを、平行にする。角度センサ８は、２方向の光のうち、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光の伝播角度誤差（７）を検出する。追尾ミラー６は、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光から検出された伝播角度誤差（７）を用いて、ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光との両方の伝播角度を補正してもよい。
　ファイバ結合部５は、追尾ミラー６から出力された光信号を、光ファイバに結合する。光ファイバアンプ９は、ファイバ結合部５によって光ファイバに結合された受信光信号（４）の強度を増幅し、強度を増幅させた受信光信号（４）を、光ファイバを通して光送受信器２に出力する。角度センサ８は、ビームスプリッタ７によって分配された光信号の一部から受信クロック信号（８）を抽出して、抽出した受信クロック信号（８）を光送受信器２に出力する。
　光送受信器２は、光ファイバを伝播してきた受信光信号（４）を、受信クロック信号（８）に同期した周期でサンプリングし、サンプリングした信号を復調および復号することにより受信データ（２）を生成して外部に出力する。
　なお、図３に示した光合波器４２が、送信光信号（３）とは異なる波長の送信クロック信号（５）を変調信号として波長多重する場合、光送受信器２は、受信光信号（４）（対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａから送信された送信光信号（６））を、コヒーレント検波する。これにより、光送受信器２は、受信光信号（４）（強度変調された送信光信号（６））から、送信クロック信号とは異なる波長の送信光信号を復調および復号することができる。
　なお、図４および図５において、４分割ＰＤ８２または４分割ＰＤ８６が光信号の伝播角度誤差を検出する構成を示したが、角度センサ８が備える受光素子は、複数に分割された受光面を有した受光素子であればよく４分割に限定されるものではない。例えば、受光面の中心位置と光信号の集光位置とのずれを検出できる受光素子であればよく、受光面が２つに分割されたもの、あるいは、受光面が５つ以上に分割されたものでもよい。
　以上のように、実施の形態１に係る光空間通信送受信ターミナル１Ａにおいて、角度センサ８が、光ファイバに結合する前の光信号からクロック信号を抽出する。これにより、光空間通信送受信ターミナル１Ａは、光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった際に、受信光信号のＳＮＲの回復を待たずにクロック信号を抽出できる。これにより、受信光信号のＳＮＲの回復を待ってクロック信号を抽出する場合に比べて、通信を復旧させるまでの時間を短縮することができる。
　実施の形態１に係る光空間通信送受信ターミナル１Ａにおいて、角度センサ８は、４つに分割された受光面において光信号を受光する４分割ＰＤ８２または８６と、４分割ＰＤ８２または８６の受光面の中心位置に光信号を集光するレンズ８１または８５と、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａからの送信クロック信号（５）の周波数帯域を通過帯域とするＢＰＦ８３または８８とを備える。角度センサ８は、光信号の集光位置と４分割ＰＤ８２または８６の中心位置とのずれに基づいて、光信号の伝播角度誤差を検出する。ＢＰＦ８３または８８によって抽出されたクロック信号を受信クロック信号として光送受信器２に出力する。例えば、４分割ＰＤ８２または８６は、光ファイバのコア径よりも大きな受光領域を有するので、角度センサ８は、光ファイバに結合される前の光信号から強度変動を検出することができる。これにより、角度センサ８は、光信号が大気の揺らぎの影響を受けても、受信光信号からクロック信号を安定的に抽出でき、光送受信器２に供給し続けることができる。
　実施の形態１に係る光空間通信システム１において、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａを備え、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ａ同士で双方向通信を行う。これにより、光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった際に、受信光信号のＳＮＲの回復を待たずにクロック信号を抽出できる。これにより、受信光信号のＳＮＲの回復を待ってクロック信号を抽出する場合に比べて、通信を復旧させるまでの時間を短縮することができる。
実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る光空間通信送受信ターミナル１Ｂの構成を示すブロック図である。図６において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。光空間通信送受信ターミナル１Ｂは、図１に示した光空間通信システム１において、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ｂとの間で双方向通信を行う。
　光空間通信送受信ターミナル１Ｂは、図６に示すように、光送受信器２、送信クロック源３、強度変調部４、ファイバ結合部５、追尾ミラー６、ビームスプリッタ７、角度センサ８Ａ、光ファイバアンプ９、ＡＲＱ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｒｅｐｅａｔ　ｒｅＱｕｅｓｔ）制御部１０、低速受信器１１および低速送信器１２を備える。
　光空間通信送受信ターミナル１Ｂにおいて、光送受信器２、強度変調部４、ファイバ結合部５および光ファイバアンプ９は、光ファイバによって互いに接続されている。また、光送受信器２、送信クロック源３、追尾ミラー６、角度センサ８Ａ、ＡＲＱ制御部１０、低速受信器１１および低速送信器１２は、互いに信号線によって接続されている。
　角度センサ８Ａは、ビームスプリッタ７によって分配された光信号を入力し、入力した光信号の強度変調信号（８ａ）を生成する。強度変調信号（８ａ）は、光信号の強度変動を示す電気信号である。例えば、強度変調信号（８ａ）は、０（ロウ）値と１（ハイ）値の並びで構成されるデジタル信号であり、フレームの再送要求などを含んだ信号である。強度変調信号（８ａ）には、受信クロック信号（８）のような正弦波成分が含まれ、低速受信器１１は、強度変調信号（８ａ）から上記正弦波成分を取り出すことが可能である。また、角度センサ８Ａは、角度センサ８と同様に、例えば、図４および図５に示した構成要素を有する。４分割ＰＤ８２または８６は、入射された光の伝播角度誤差を検出し、入射された光の強度変動を検出する。また、ＢＰＦ８３または８８は、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ｂが備える低速送信器１２から出力される信号の周波数帯域を、通過帯域とする帯域通過フィルタである。
　４分割ＰＤ８２または８６によって検出された強度変動を示す信号のうち、ＢＰＦ８３または８８を通過した信号が、強度変調信号（８ａ）として出力される。角度センサ８Ａから出力された強度変調信号（８ａ）は、低速受信器１１に出力される。低速受信器１１は、強度変調信号（８ａ）を復調および復号することによりシンボルレートに同期したクロック信号を再生する。低速受信器１１によって再生されたクロック信号は、光送受信器２に出力される。
　ＡＲＱ制御部１０は、外部から入力された送信フレーム（１ａ）を、送信データ（１）として光送受信器２に出力する。また、ＡＲＱ制御部１０は、低速受信器１１から出力された再送要求信号（９）が示すシーケンス番号に対応する送信フレームを、送信データとして光送受信器２に出力する。さらに、ＡＲＱ制御部１０は、光送受信器２から出力された受信データ（２）を受信フレーム（２ａ）として記憶し、受信フレーム（２ａ）のシーケンス番号に抜けがあった場合、抜けているシーケンス番号に対応する受信フレーム（２ａ）の再送要求信号（１０）を、低速送信器１２に出力する。
　低速受信器１１は、角度センサ８Ａから出力された強度変調信号（８ａ）を復調および復号することによりシンボルレートに同期したクロック信号を再生し、再生したクロック信号を、受信クロック信号（８）として光送受信器２に出力する。また、低速受信器１１は、強度変調信号（８ａ）を復調および復号することにより、再送要求信号（９）が再生された場合、再生した再送要求信号（９）をＡＲＱ制御部１０に出力する。再送要求信号（９）は、抜けがあった通信フレームの再送要求を示す信号であり、該当フレームに対応するシーケンス番号が含まれる。なお、シーケンス番号は、通信フレームのヘッダなどに格納されている。
　低速送信器１２は、ＡＲＱ制御部１０から出力された再送要求信号（１０）を、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調された信号に変換し、変換した信号を強度変調部４に出力する。シンボルレートは、送信クロック信号（５）の周波数と同一または同程度であるものとする。低速送信器１２は、ＡＲＱ制御部１０からの再送要求信号（１０）がない場合であっても、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調されたランダムな信号を、強度変調部４に連続的に出力する。強度変調部４の強度変調処理において、強度変調部４は、変調振幅が小さくかつ送信光信号（３）の強度が大きく変動しないようにする。これにより、強度変調された送信光信号（３）の強度の変動が、光送受信器２によって行われる光信号の変復調処理に与える影響を低減できる。光送受信器（２）の変調速度に対して低速な変調速度を使うことで、強度変動を小さくしても、低速受信器で復調することが可能である。
　図７は、ＡＲＱ制御部１０の構成を示すブロック図である。図７において、ＡＲＱ制御部１０は、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６を備えている。送信バッファ１０１は、外部から入力した送信フレーム（１ａ）をシーケンス番号の順に記憶する内部バッファである。送信データ出力部１０２は、送信バッファ１０１からシーケンス番号の順に読み出した送信フレーム（１ａ）を、送信データ（１）として光送受信器２に出力する。
　受信バッファ１０３は、光送受信器２から出力された受信データ（２）を、シーケンス番号の順に受信フレーム（２ａ）として記憶する内部バッファである。受信フレーム出力部１０４は、受信バッファ１０３に記憶されている受信フレーム（２ａ）を、シーケンス番号の順に外部に出力する。
　シーケンス抜け判定部１０５は、受信バッファ１０３に記憶された受信フレーム（２ａ）のシーケンス番号に抜けが発生したか否かを判定する判定部である。再送要求出力部１０６は、シーケンス抜け判定部１０５によってシーケンス番号に抜けが発生したと判定された場合、抜けているシーケンス番号に対応する受信フレーム（２ａ）の再送要求信号（１０）を、低速送信器１２に出力する。
　光空間通信送受信ターミナル１Ｂの具体的な動作は、以下の通りである。
　ＡＲＱ制御部１０は、外部入力された送信フレーム（１ａ）を、送信データ（１）として光送受信器２に出力する。光送受信器２は、ＡＲＱ制御部１０から入力した送信データ（１）を、送信クロック源３から供給された送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調し、変調した送信光信号（３）を強度変調部４に出力する。
　低速送信器１２は、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調された信号を、強度変調部４に出力する。低速送信器１２は、ＡＲＱ制御部１０から再送要求信号（１０）があった場合に、再送要求信号（１０）を、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調された信号を、強度変調部４に出力する。
　強度変調部４は、送信光信号（３）に対し、低速送信器１２から出力された信号を重畳することにより、強度変調した送信光信号（６）を生成し、強度変調した送信光信号（６）を、ファイバ結合部５に出力する。なお、光送受信器２が光信号を変調した際に生じる光信号の強度変動によって、強度変調信号（８ａ）へのクロストークが発生する可能性がある。そこで、送信光信号（３）に重畳する強度変調信号（８ａ）の周波数を、例えば、シンボルレートの１０分の１倍以下の周波数とすることにより、図４および図５に示したＢＰＦ８３または８８が、強度変調信号（８ａ）へのクロストークを抑制することが可能である。
　ファイバ結合部５は、強度変調部４によって強度変調された送信光信号（６）をコリメート光とし、送信光信号（６）のコリメート光をビームスプリッタ７へ出力する。ビームスプリッタ７は、ファイバ結合部５から出力された送信光信号（６）のコリメート光を、追尾ミラー６へ出力し、送信光信号（６）の一部を角度センサ８Ａに分配する。角度センサ８Ａは、ビームスプリッタ７によって分配された光信号の伝播角度誤差（７）を検出し、検出した伝播角度誤差（７）を追尾ミラー６に出力する。
　追尾ミラー６は、角度センサ８Ａによって検出された伝播角度誤差（７）に基づいて、ファイバ結合部５によってコリメート光とされた送信光信号（６）の伝播角度を補正する。伝播角度を補正した光信号を、空間に出力する。これにより、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ｂへ送信した光信号の伝播方向が補償される。
　対となる光空間通信送受信ターミナル１Ｂから送信され空間を伝播してきた光信号が、追尾ミラー６に入射すると、追尾ミラー６は、入射された光信号を、ビームスプリッタ７を介してファイバ結合部５の側へ出力する。ビームスプリッタ７は、追尾ミラー６から出力された光信号をファイバ結合部５へ出力し、当該光信号の一部を角度センサ８Ａに分配する。
　ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光とは、同一の光軸上に配置される。ファイバ結合部５は、入力した光を波長ごとに分離する波長フィルタを備える。ファイバ結合部５は、上記２方向の光を、波長フィルタを用いて分離して光ファイバに結合する。これにより、対となる光空間通信送受信ターミナル１Ｂ同士で互いに異なる波長の光信号が送信された場合であっても、ファイバ結合部５において送受信光を分離することが可能である。また、ファイバ結合部５には、２方向の光を分離する光サーキュレータを設けてもよい。
　ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光とを、平行にする。角度センサ８Ａは、２方向の光のうち、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光の伝播角度誤差（７）を検出する。追尾ミラー６は、追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光から検出された伝播角度誤差（７）を用いて、ファイバ結合部５から追尾ミラー６へ出力される光と追尾ミラー６からファイバ結合部５へ出力される光との両方の伝播角度を補正してもよい。
　ファイバ結合部５は、追尾ミラー６から出力された光信号を、光ファイバに結合する。光ファイバアンプ９は、ファイバ結合部５により光ファイバに結合された受信光信号（４）の強度を増幅し、強度を増幅させた受信光信号（４）を、光ファイバを通して光送受信器２に出力する。角度センサ８Ａは、ビームスプリッタ７によって分配された光信号の一部から強度変調信号（８ａ）を生成し、強度変調信号（８ａ）を低速受信器１１に出力する。
　低速受信器１１は、角度センサ８Ａから出力された強度変調信号（８ａ）を復調および復号することにより、シンボルレートに同期した受信クロック信号（８）を再生する。低速受信器１１によって再生された受信クロック信号（８）は光送受信器２に出力される。光送受信器２は、光ファイバを伝播してきた受信光信号（４）を、受信クロック信号（８）に同期した周期でサンプリングする。光送受信器２は、サンプリングした信号を復調および復号することにより、受信データ（２）を生成し、生成した受信データ（２）をＡＲＱ制御部１０に出力する。
　ＡＲＱ制御部１０は、光送受信器２から出力された受信データ（２）を受信フレーム（２ａ）として記憶し、記憶した受信フレーム（２ａ）のうち、シーケンス番号に抜けがあった場合、抜けているシーケンス番号に対応する受信フレーム（２ａ）の再送要求信号（１０）を、低速送信器１２に出力する。
　なお、図３に示した光合波器４２が送信光信号（３）とは異なる波長の信号を変調信号として波長多重する場合、光送受信器２は、受信光信号（４）（対となる光空間通信送受信ターミナル１Ｂから送信された送信光信号（６））を、コヒーレント検波する。これにより、光送受信器２は、受信光信号（４）（強度変調された送信光信号（６））から、送信クロック信号とは異なる波長の送信光信号を復調および復号することができる。
　図８は、ＡＲＱ制御部１０の動作を示すフローチャートである。
　送信データ出力部１０２は、低速受信器１１から再送要求信号（９）を受けたか否かを確認する（ステップＳＴ１）。再送要求信号（９）を受けなかった場合（ステップＳＴ１；ＮＯ）、ステップＳＴ４の処理に移行する。また、送信データ出力部１０２は、特定のシーケンス番号に対応する通信フレームの再送要求信号を受けた場合（ステップＳＴ１；ＹＥＳ）、送信バッファ１０１に送信フレーム（１ａ）が記憶されているか否かを確認する（ステップＳＴ２）。送信バッファ１０１に送信フレーム（１ａ）が記憶されていない場合（ステップＳＴ２；ＮＯ）、ステップＳＴ４の処理に移行する。
　送信データ出力部１０２は、送信バッファ１０１に送信フレーム（１ａ）が記憶されていた場合（ステップＳＴ２；ＹＥＳ）、送信バッファ１０１に記憶された送信フレーム（１ａ）を、送信データ（１）として光送受信器２に出力する（ステップＳＴ３）。送信バッファ１０１は、外部から入力した送信フレーム（１ａ）を、シーケンス番号の順に記憶する（ステップＳＴ４）。送信データ出力部１０２は、送信バッファ１０１に記憶された送信フレームのうちに未出力のフレームがあれば、当該フレームを、光送受信器２に出力する（ステップＳＴ５）。
　受信バッファ１０３は、光送受信器２から出力された受信データ（２）を受信フレーム（２ａ）として、シーケンス番号の順に記憶する（ステップＳＴ６）。次に、シーケンス抜け判定部１０５は、受信バッファ１０３に記憶された受信フレーム（２ａ）のうちに、シーケンス番号の抜けがあるか否かを判定する（ステップＳＴ７）。ここで、シーケンス番号に抜けがあった場合（ステップＳＴ７；ＹＥＳ）、再送要求出力部１０６は、抜けたシーケンス番号の通信フレームの再送要求信号（１０）を、低速送信器１２に出力する（ステップＳＴ８）。
　また、シーケンス番号に抜けがなかった場合（ステップＳＴ７；ＮＯ）、受信フレーム出力部１０４は、受信バッファ１０３に記憶された受信フレームのうち、未出力の受信フレームを読み出し、読み出した受信フレーム（２ａ）を外部に出力する（ステップＳＴ９）。この後、ステップＳＴ１の処理に戻り、ステップＳＴ１からの一連の処理が繰り返し行われる。
　シーケンス番号の抜けは、抜けたシーケンス番号に対応するフレームが、光送受信器２によって復調および復号できなかった場合に生じる。例えば、空間を伝播してきた光の波面が大気の揺らぎの影響によって歪み、波面が歪んだ光信号が光ファイバに結合された際に強度が低下（損失）する。この結果、受信光信号（４）のＳＮＲが復調に必要なＳＮＲを下回ることで、受信フレームが復調および復号ができなくなる。
　ＡＲＱ制御部１０は、受信バッファ１０３に記憶された受信フレームのシーケンス番号の抜けを補間してから、シーケンス番号の順にフレームを出力する。なお、送信バッファ１０１および受信バッファ１０３に記憶されたフレームは、既定の時間が経過すると破棄される。
　図９は、ＡＲＱ制御部１０の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１０は、ＡＲＱ制御部１０の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。ＡＲＱ制御部１０が備える、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、ＡＲＱ制御部１０は、図８に示したステップＳＴ１からステップＳＴ９までの処理を実行する処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。
　上記処理回路が図９に示す専用のハードウェアの処理回路２００である場合、処理回路２００は、例えば単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。ＡＲＱ制御部１０が備える、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の機能は別々の処理回路で実現されてもよいし、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。
　上記処理回路が図１０に示すプロセッサ２０１である場合、ＡＲＱ制御部１０が備える、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ２０２に記憶される。
　プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、ＡＲＱ制御部１０が備える、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の機能を実現する。例えば、ＡＲＱ制御部１０は、プロセッサ２０１によって実行されるときに、図８に示したフローチャートにおけるステップＳＴ１からステップＳＴ９の処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ２０２を備える。これらのプログラムは、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の手順または方法を、コンピュータに実行させる。メモリ２０２は、コンピュータを、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
　メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
　ＡＲＱ制御部１０が備える、送信バッファ１０１、送信データ出力部１０２、受信バッファ１０３、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６の機能の一部は、専用ハードウェアによって実現され、残りの一部は、ソフトウェアまたはファームウェアによって実現されてもよい。例えば、送信バッファ１０１と受信バッファ１０３とは、専用のハードウェアである処理回路２００によって機能が実現され、送信データ出力部１０２、受信フレーム出力部１０４、シーケンス抜け判定部１０５および再送要求出力部１０６は、プロセッサ２０１がメモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出し実行することにより機能が実現される。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
　以上のように、実施の形態２に係る光空間通信送受信ターミナル１Ｂにおいて、角度センサ８Ａは、光ファイバに結合する前の光信号から強度変調信号を抽出する。低速受信器１１は、角度センサ８Ａから出力された強度変調信号を復調および復号することにより、シンボルレートに同期したクロック信号を再生し、再生したクロック信号を受信クロック信号（８）として光送受信器２に出力する。光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった場合であっても、角度センサ８Ａは、強度変調信号を安定的に抽出できる。このため、低速受信器１１は、光送受信器２に比べて、安定的に再送要求信号を復調および復号することができ、かつ、受信クロック信号も安定的に光送受信器２に供給することができる。これにより、光空間通信送受信ターミナル１Ｂは、受信光信号のＳＮＲの回復を待ってクロック信号を抽出する場合に比べて、通信を復旧させるまでの時間を短縮することができ、通信容量の低下を防ぐことができる。また、低速受信器１１は、通信フレームの再送要求信号を、安定的に復調および復号してＡＲＱ制御部１０へ出力することができる。これにより、再送要求に遅延なく対応でき、伝送遅延を抑えられる。
　実施の形態２に係る光空間通信送受信ターミナル１Ｂにおいて、ＡＲＱ制御部１０は、送信バッファ１０１と、送信データ出力部１０２と、受信バッファ１０３と、受信フレーム出力部１０４と、シーケンス抜け判定部１０５と、再送要求出力部１０６とを備える。これらの構成要素を有することにより、ＡＲＱ制御部１０は、受信バッファ１０３に記憶されたフレームのシーケンス番号に抜けがあっても、該当するフレームを、遅延なく再送要求することができる。
　実施の形態２に係る光空間通信システム１において、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ｂを備え、対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル１Ｂ同士で双方向通信を行う。これにより、光信号を光ファイバに結合するときに生じる損失に起因した受信光信号のＳＮＲの低下によって通信が不能となった際に、受信光信号のＳＮＲの回復を待たずにクロック信号を抽出できる。これにより、受信光信号のＳＮＲの回復を待ってクロック信号を抽出する場合に比べて、通信を復旧させるまでの時間を短縮することができる。
実施の形態３．
　図１１は、実施の形態３に係る光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは１Ｂが備える、光送受信器２Ａの構成を示すブロック図である。光送受信器２Ａは、図１に示した光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは図６に示した光空間通信送受信ターミナル１Ｂにおける光送受信器２の代わりに設けられる。光送受信器２Ａは、図１１に示すように、送信部２１、光変調器２２、ドップラーシフト推定器２３、受信部２４およびコヒーレント検波器２５を備える。
　送信部２１は、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで送信データ（１）が変調された信号を出力する。送信部２１は、変調信号変換部２１１を備える。送信部２１は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）である。変調信号変換部２１１は、入力した送信データ（１）を、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調した信号に変換する。
　光変調器２２は、送信部２１から出力された変調信号を、送信光信号（３）に変換して強度変調部４に出力する。ドップラーシフト推定器２３は、角度センサ８または低速受信器１１から入力した受信クロック信号（８）のドップラーシフト量を推定する。ドップラーシフト量は、ドップラーシフトにより生じた周波数差をシフト前の周波数で割った値である。例えば、ドップラーシフト推定器２３は、受信クロック信号（８）と、この受信クロック信号（８）と同じ公称周波数の内部クロック信号との周波数差を検出し、上記公称周波数で除算することにより、ドップラーシフト量を算出する。また、受信クロック信号（８）は、受信部２４にも入力される。
　コヒーレント検波器２５は、光ファイバアンプ９から出力された受信光信号（４）を、コヒーレント検波する。受信部２４は、コヒーレント検波された受信光信号（４）、受信クロック信号（８）におけるドップラーシフト量の推定値および受信クロック信号（８）を用いて、受信データ（２）を復号する。受信部２４は、例えば、ＤＳＰである。
　受信部２４は、図１１に示すように、サンプリング部２４１、適応等化部２４２、ＳＮＲ推定部２４３、周波数差推定部２４４、周波数差補償部２４５、位相差推定部２４６、位相差補償部２４７および復号部２４８を備える。サンプリング部２４１は、コヒーレント検波された受信光信号（４）を、受信クロック信号（８）に同期したシンボルレートでサンプリングする。例えば、サンプリング部２４１は、コヒーレント検波された信号を、受信クロック信号（８）に同期したシンボルレートまたはシンボルレートの有理数倍でサンプリングする。
　適応等化部２４２は、サンプリング部２４１によってサンプリングされた信号を適応的に等化する。適応等化部２４２は、出力の信号点と理想的な信号点との誤差が一定時間内の平均で、最小となるように等化を行う。例えば、変調方式がＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａＰｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）である場合、定包絡線アルゴリズムによって適応的な等化を実現できる。
　ＳＮＲ推定部２４３は、適応的に等化された信号のＳＮＲを推定する。例えば、ＳＮＲ推定部２４３は、等化された信号の理想的な信号点からの誤差を一定時間内で平均することにより誤差量を推定してＳＮＲを推定する。
　周波数差推定部２４４は、適応等化部２４２によって適応的に等化された信号、ＳＮＲの推定値およびドップラーシフト量の推定値を用いて、適応的に等化された信号における周波数差を推定する。例えば、周波数差の推定処理には、雑音の影響を抑えるために複数のサンプルが用いられ、複数のサンプルを用いた逐次計算を行って推定値を平均化する。光信号が大気の揺らぎの影響を受けてＳＮＲが低下している間にそのドップラーシフトによる周波数差が変化した場合、周波数差の推定における逐次計算の初期値が真値からずれて収束するまでに時間がかかってしまう。この場合、周波数差を補償することができなくなり、受信光信号のＳＮＲが回復しても通信が復旧するまでに時間がかかる。
　そこで、光送受信器２Ａは、大気の揺らぎの影響による波面の歪みの影響を受け難く、安定的に供給される受信クロック信号（８）からドップラーシフト量を推定することで、受信部２４が、安定的にドップラーシフトによる周波数差の変化を計算することが可能である。ただし、周波数差は、ドップラーシフト以外にも、光源の波長自体が例えば温度の影響によって変化してしまうため、受信クロック信号（８）を適応的に等化した信号から周波数差を推定する。受信光信号のＳＮＲが回復したときに、ドップラーシフト量の推定値を用いて計算した周波数差を初期値として、受信クロック信号（８）を適応的に等化した信号から周波数差を推定することで、推定値の収束が早くなり通信が復旧するまでの時間が短縮される。
　周波数差推定部２４４は、ＳＮＲ推定部２４３によって推定されたＳＮＲの推定値が閾値以上である場合、適応的に等化された信号の周波数差を推定する。ＳＮＲの推定値が閾値を下回った後に再び閾値以上になった場合、周波数差推定部２４４は、ＳＮＲの推定値が閾値を下回る直前の周波数差の推定値と、ＳＮＲの推定値が閾値を下回ってからのドップラーシフト量の推定値の推移に基づいて算出した周波数差の推定値とを初期値として、適応的に等化された信号の周波数差を推定する。
　例えば、適応的に等化された信号から推定された周波数差の推定値がｆ０（Ｈｚ）であり、ドップラーシフト量の推定値がｄ０であるときにＳＮＲの推定値が閾値を下回った後に、ドップラーシフト量の推定値がｄ１であるときにＳＮＲの推定値が閾値以上になった場合に、周波数差の推定値の初期値は、ｆ０＋ｆｃ（ｄ１－ｄ０）で得られる。ここで、ｆｃは、送信光信号の周波数である。
　周波数差補償部２４５は、周波数差推定部２４４により推定された周波数差に基づき、適応的に等化された信号の周波数差を補償する。位相差推定部２４６は、周波数差補償部２４５により周波数差が補償された信号における位相差を推定する。位相差補償部２４７は、位相差推定部２４６により推定された位相差に基づいて、適応的に等化された信号の位相差を補償する。例えば、変調方式がＱＰＳＫである場合、例えば、ビタビアルゴリズムを用いることによって、参考文献１に記載された方法で位相差の推定と補償を行うことができる。また、周波数差推定部２４４は、適応的に等化された信号の周波数差を、参考文献２に記載された方法で推定することができ、ＱＰＳＫ信号を４乗することにより位相変調成分も取り除くことが可能である。復号部２４８は、位相差が補償された信号を復号する。
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　図１２は、送信部２１および受信部２４の動作を示すフローチャートである。
　変調信号変換部２１１が、外部またはＡＲＱ制御部１０から入力した送信データ（１）を、送信クロック信号（５）に同期したシンボルレートで変調した信号に変換する（ステップＳＴ１ａ）。送信部２１から出力された変調信号は、光変調器２２によって送信光信号（３）に変換されて強度変調部４に出力される。
　対となる光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは１Ｂによって受光された、受信光信号（４）は、コヒーレント検波器２５によってコヒーレント検波される。サンプリング部２４１は、コヒーレント検波された受信光信号（４）を受信クロック信号（８）に同期したシンボルレートでサンプリングする。適応等化部２４２は、サンプリング部２４１によりサンプリングされた信号を適応的に等化する（ステップＳＴ２ａ）。
　ＳＮＲ推定部２４３は、適応等化部２４２によって適応的に等化された信号のＳＮＲを推定する（ステップＳＴ３ａ）。続いて、周波数差推定部２４４は、適応等化部２４２により適応的に等化された信号、ＳＮＲの推定値およびドップラーシフト量の推定値を用いて、適応的に等化された信号における周波数差を推定する（ステップＳＴ４ａ）。周波数差補償部２４５は、周波数差推定部２４４により推定された周波数差に基づいて、適応的に等化された信号の周波数差を補償する（ステップＳＴ５ａ）。
　次に、位相差推定部２４６は、周波数差補償部２４５により周波数差が補償された信号における位相差を推定する（ステップＳＴ６ａ）。位相差補償部２４７は、位相差推定部２４６により推定された位相差に基づいて、適応的に等化された信号の位相差を補償する（ステップＳＴ７ａ）。最後に、復号部２４８は、位相差が補償された信号を復号して、復号したデータを、受信データ（２）として外部にまたはＡＲＱ制御部１０に出力する（ステップＳＴ８ａ）。
　図１３は、送信部２１および受信部２４の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１４は、送信部２１および受信部２４の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１３および図１４において、光変調器３００は、図１１に示した光変調器２２である。光変調器３００は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）３０１を介して、処理回路３０５、プロセッサ３０６およびメモリ３０７と接続されている。ＤＡＣ３０１は、光変調器３００へ入力される信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する。ドップラーシフト推定器３０２は、図１１に示したドップラーシフト推定器２３である。コヒーレント検波器３０３は、図１１に示したコヒーレント検波器２５である。コヒーレント検波器３０３は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）３０４を介して、処理回路３０５、プロセッサ３０６およびメモリ３０７と接続されている。ＡＤＣ３０４は、コヒーレント検波器３０３から出力された信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。
　光送受信器２Ａが備える送信部２１および受信部２４の機能は、処理回路により実現される。すなわち、光送受信器２Ａは、図１２に示したステップＳＴ１ａからステップＳＴ８ａまでの処理を実行する処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。
　上記処理回路が図１３に示す専用のハードウェアの処理回路３０５である場合、処理回路３０５は、例えば単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらを組み合わせたものが該当する。光送受信器２Ａが備える送信部２１および受信部２４の機能は別々の処理回路で実現されてもよいし、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。
　上記処理回路が図１４に示すプロセッサ３０６である場合、光送受信器２Ａが備える送信部２１および受信部２４の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０７に記憶される。
　プロセッサ３０６は、メモリ３０７に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、光送受信器２Ａが備える送信部２１および受信部２４の機能を実現する。例えば、光送受信器２Ａは、プロセッサ３０６によって実行されるときに、図１２に示したフローチャートにおけるステップＳＴ１ａからステップＳＴ８ａの処理が、結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３０７を備える。これらのプログラムは、送信部２１および受信部２４の手順または方法を、コンピュータに実行させる。メモリ３０７は、コンピュータを、送信部２１および受信部２４として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
　メモリ３０７は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
　光送受信器２Ａが備える送信部２１および受信部２４の機能の一部は、専用ハードウェアによって実現され、残りの一部は、ソフトウェアまたはファームウェアによって実現されてもよい。例えば、送信部２１は、専用のハードウェアである処理回路３０５によって機能が実現され、受信部２４は、プロセッサ３０６がメモリ３０７に記憶されたプログラムを読み出し実行することにより機能が実現される。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
　以上のように、実施の形態３に係る光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは１Ｂにおいて、受信部２４が、コヒーレント検波された受信光信号を、受信クロック信号に同期したシンボルレートでサンプリングし、サンプリングされた信号を適応的に等化し、適応的に等化した信号におけるＳＮＲを推定し、適応的に等化した信号、ＳＮＲの推定値、およびドップラーシフト量の推定値を用いて、適応的に等化された信号における周波数差を推定し、推定した周波数差に基づいて、適応的に等化された信号の周波数差を補償し、周波数差が補償された信号における位相差を推定し、推定した位相差に基づいて、適応的に等化された信号の位相差を補償して、位相差を補償した信号を復号したデータを受信データとして出力する。
　光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは１Ｂが光送受信器２Ａを備えることで、実施の形態１または２で示した効果が得られる。さらに、上述したように、受信クロック信号（８）の周波数差を推定する時間が短縮されるので、受信光信号のＳＮＲが回復した際に通信が復旧するまでの時間が短縮される。
　実施の形態３に係る光空間通信送受信ターミナル１Ａまたは１Ｂにおいて、周波数差推定部２４４は、ＳＮＲが閾値以上である場合、適応的に等化された信号における周波数差を推定し、ＳＮＲが閾値を下回った後に、再び閾値以上になった場合に、ＳＮＲが閾値を下回る直前の周波数差の推定値と、ＳＮＲが閾値を下回ってからのドップラーシフト量の推定値の推移に基づいて算出した周波数差の推定値とを、初期値として、適応的に等化された信号における周波数差を推定する。これにより、受信クロック信号（８）の周波数差を推定する時間が短縮されるので、受信光信号のＳＮＲが回復した際に通信が復旧するまでの時間が短縮される。
　なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る光空間通信送受信ターミナルは、例えば、衛星通信ネットワークにおけるフィーダリンクに利用可能である。
　１　光空間通信システム、１Ａ，１Ｂ　光空間通信送受信ターミナル、２，２Ａ　光送受信器、３　送信クロック源、４　強度変調部、５　ファイバ結合部、６　追尾ミラー、７　ビームスプリッタ、８，８Ａ　角度センサ、９　光ファイバアンプ、１０　ＡＲＱ制御部、１１　低速受信器、１２　低速送信器、２１　送信部、２２，３００　光変調器、２３，３０２　ドップラーシフト推定器、２４　受信部、２５，３０３　コヒーレント検波器、４１　電気光変換器、４２　光合波器、８１，８５　レンズ、８３，８８　帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、８４　ビームスプリッタ、８７　光電気変換器、１０１　送信バッファ、１０２　送信データ出力部、１０３　受信バッファ、１０４　受信フレーム出力部、１０５　シーケンス抜け判定部、１０６　再送要求出力部、２００，３０５　処理回路、２０１，３０６　プロセッサ、２０２，３０７　メモリ、２１１　変調信号変換部、２４１　サンプリング部、２４２　適応等化部、２４３　ＳＮＲ推定部、２４４　周波数差推定部、２４５　周波数差補償部、２４６　位相差推定部、２４７　位相差補償部、２４８　復号部。

Claims (7)

  1. 　対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナルとの間で双方向通信を行う光空間通信送受信ターミナルであって、
    　送信データを、送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調された送信光信号に変換して出力し、受信クロック信号に同期した周期で受信光信号をサンプリングした信号を復調および復号することにより、受信データを生成する光送受信器と、
    　前記光送受信器から出力された送信光信号に送信クロック信号を重畳して強度変調した送信光信号を生成し、生成した送信光信号を出力する強度変調部と、
    　前記光送受信器および前記強度変調部に対して共通の送信クロック信号を供給する送信クロック源と、
    　強度変調された送信光信号をコリメート光として出力し、入力した光信号を光ファイバに結合するファイバ結合部と、
    　前記ファイバ結合部によって光ファイバに結合された光信号を増幅し、増幅した光信号を受信光信号として前記光送受信器へ出力する光ファイバアンプと、
    　空間を伝播してきた光信号を前記ファイバ結合部の側へ出力し、前記ファイバ結合部によってコリメート光とされた送信光信号を空間に出力し、伝播角度誤差を入力すると、入力した伝播角度誤差に基づいて伝播角度を補正した光信号を出力する追尾ミラーと、
    　前記追尾ミラーと前記ファイバ結合部との間を伝播する光信号の一部を分配するビームスプリッタと、
    　前記ビームスプリッタによって分配された光信号から検出した伝播角度誤差を前記追尾ミラーに出力し、前記ビームスプリッタによって分配された光信号から抽出したクロック信号を、受信クロック信号として前記光送受信器に出力する角度センサと、
    　を備えたことを特徴とする光空間通信送受信ターミナル。
  2. 　前記角度センサは、
    　複数に分割された受光面において光信号を受光する分割型受光素子と、
    　前記分割型受光素子の前記受光面の中心位置に光信号を集光するレンズと、
    　対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナルからの送信クロック信号の周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタと、
    　を備え、
    　光信号の集光位置と前記分割型受光素子の中心位置とのずれに基づいて、光信号の伝播角度誤差を検出し、
    　前記帯域通過フィルタによって抽出されたクロック信号を受信クロック信号として前記光送受信器に出力すること
    　を特徴とする請求項１に記載の光空間通信送受信ターミナル。
  3. 　対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナルとの間で双方向通信を行う光空間通信送受信ターミナルであって、
    　送信データを、送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調された送信光信号に変換して出力し、受信クロック信号に同期した周期で受信光信号をサンプリングした信号を復調および復号することにより、受信データを生成する光送受信器と、
    　通信フレームの再送要求信号を、送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調された信号に変換して出力する低速送信器と、
    　前記光送受信器および前記低速送信器に対して共通の送信クロック信号を供給する送信クロック源と、
    　前記光送受信器から出力された送信光信号に対して前記低速送信器から出力された信号を重畳して強度変調した送信光信号を生成し、生成した送信光信号を出力する強度変調部と、
    　強度変調された送信光信号をコリメート光として出力し、入力した光信号を光ファイバに結合するファイバ結合部と、
    　前記ファイバ結合部によって光ファイバに結合された光信号を増幅し、増幅した光信号を受信光信号として前記光送受信器へ出力する光ファイバアンプと、
    　空間を伝播してきた光信号を前記ファイバ結合部の側へ出力し、前記ファイバ結合部によってコリメート光とされた送信光信号を空間に出力し、伝播角度誤差を入力すると、入力した伝播角度誤差に基づいて伝播角度を補正した光信号を出力する追尾ミラーと、
    　前記追尾ミラーと前記ファイバ結合部との間を伝播する光信号の一部を分配するビームスプリッタと、
    　前記ビームスプリッタによって分配された光信号の強度変動を示す電気信号を出力する角度センサと、
    　前記角度センサから出力された前記電気信号を復調および復号することによりシンボルレートに同期したクロック信号を再生し、再生したクロック信号を受信クロック信号として前記光送受信器に出力し、前記電気信号を復調および復号することにより前記再送要求信号が再生された場合、再生した前記再送要求信号を出力する低速受信器と、
    　外部から入力した送信フレームを送信データとして前記光送受信器に出力し、前記低速受信器から出力された前記再送要求信号が示すシーケンス番号に対応する送信フレームを送信データとして前記光送受信器に出力し、前記光送受信器から出力された受信データを受信フレームとして記憶し、受信フレームのシーケンス番号に抜けがあった場合、抜けているシーケンス番号に対応する受信フレームの前記再送要求信号を前記低速送信器に出力するＡＲＱ制御部と、
    　を備えたことを特徴とする光空間通信送受信ターミナル。
  4. 　前記ＡＲＱ制御部は、
    　入力した送信フレームをシーケンス番号の順に記憶する送信バッファと、
    　前記送信バッファからシーケンス番号の順に読み出した送信フレームを、送信データとして前記光送受信器に出力する送信データ出力部と、
    　前記光送受信器から出力された受信データを、シーケンス番号の順に受信フレームとして記憶する受信バッファと、
    　前記受信バッファに記憶されている受信フレームをシーケンス番号の順に出力する受信フレーム出力部と、
    　前記受信バッファに記憶された受信フレームのシーケンス番号に抜けが発生したか否かを判定する判定部と、
    　前記判定部によってシーケンス番号に抜けが発生したと判定された場合に、抜けているシーケンス番号に対応する受信フレームの再送要求信号を前記低速送信器に出力する再送要求出力部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項３に記載の光空間通信送受信ターミナル。
  5. 　前記光送受信器は、
    　送信データを送信クロック信号に同期したシンボルレートで変調した信号に変換して出力する送信部と、
    　前記送信部から出力された変調信号を送信光信号に変換して前記強度変調部に出力する光変調器と、
    　受信クロック信号のドップラーシフト量を推定するドップラーシフト推定器と、
    　受信光信号をコヒーレント検波するコヒーレント検波器と、
    　コヒーレント検波された受信光信号、受信クロック信号における前記ドップラーシフト量の推定値および受信クロック信号を用いて、受信データを復号する受信部と、
    　を備え、
    　前記受信部は、
    　コヒーレント検波された受信光信号を、受信クロック信号に同期したシンボルレートでサンプリングするサンプリング部と、
    　サンプリングされた信号を適応的に等化する適応等化部と、
    　適応的に等化された信号における信号対雑音比を推定するＳＮＲ推定部と、
    　前記適応等化部によって適応的に等化された信号、前記信号対雑音比の推定値、および前記ドップラーシフト量の推定値を用いて、適応的に等化された信号における周波数差を推定する周波数差推定部と、
    　前記周波数差推定部によって推定された周波数差に基づき、適応的に等化された信号の周波数差を補償する周波数差補償部と、
    　周波数差が補償された信号における位相差を推定する位相差推定部と、
    　前記位相差推定部によって推定された位相差に基づき、適応的に等化された信号の位相差を補償する位相差補償部と、
    　位相差が補償された信号を復号し、復号したデータを受信データとして出力する復号部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光空間通信送受信ターミナル。
  6. 　前記周波数差推定部は、前記信号対雑音比が閾値以上である場合、適応的に等化された信号における周波数差を推定し、前記信号対雑音比が前記閾値を下回った後に、再び前記閾値以上になった場合には、前記信号対雑音比が前記閾値を下回る直前の周波数差の推定値と、前記信号対雑音比が前記閾値を下回ってからの前記ドップラーシフト量の推定値の推移に基づいて算出した周波数差の推定値とを、初期値として、適応的に等化された信号における周波数差を推定すること
    　を特徴とする請求項５に記載の光空間通信送受信ターミナル。
  7. 　請求項１または請求項３に記載の光空間通信送受信ターミナルを備え、
    　対となる同一構成の光空間通信送受信ターミナル同士で双方向通信を行うこと
    　を特徴とする光空間通信システム。
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