特許 7136922 光受信機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-05

(45)【発行日】2022-09-13

(54)【発明の名称】光受信機

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/61 20130101AFI20220906BHJP

   H04B 10/11 20130101ALN20220906BHJP

【ＦＩ】

H04B10/61

H04B10/11

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020557679

(86)(22)【出願日】2019-11-22

(86)【国際出願番号】 JP2019045840

(87)【国際公開番号】W WO2020110956

(87)【国際公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-03-25

(31)【優先権主張番号】P 2018223133

(32)【優先日】2018-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／衛星搭載光通信用デバイスの国産化及び信頼性確保に関する研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】301072650

【氏名又は名称】ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】小竹 秀明

(72)【発明者】

【氏名】橋本 陽一

(72)【発明者】

【氏名】宮木 誠一郎

(72)【発明者】

【氏名】近藤 一志

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０１６７２３１１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５３５９４１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００８８６５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０２０１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００９６７７４３（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／６１

Ｈ０４Ｂ １０／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光位相変調信号を受信する光受信機であって、
前記光位相変調信号を分岐した２つの光信号間の遅延を１ビット分に制御して干渉させた第１の光信号および第２の光信号を出力する光遅延干渉手段と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光検出を行い、第１の主信号を出力する第１の光検出手段と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光の強度を示すピーク信号を出力するピーク信号検出手段と、を有する差動光検出手段と、
前記ピーク信号のレベル変動周波数成分を抑圧するレベル変動周波数抑圧手段と、前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号を元にオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号を生成し前記光遅延干渉手段に印加する光遅延干渉制御手段と、前記差動光検出手段からの前記第１の主信号を元に出力データを復元するデータ復元手段と、を有するディジタル信号処理手段と、
を有する光受信機。

【請求項2】

前記光遅延干渉制御信号におけるオーバドライブ増幅のパルス幅とオーバドライブ増幅率を設定するオーバドライブ係数設定手段を有する請求項１に記載の光受信機。

【請求項3】

前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号の信号分岐を行う信号分岐手段と、
前記信号分岐手段で分岐された前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号の収束時間を元に前記オーバドライブ増幅率を調整するオーバドライブ増幅率調整手段と、
を有する請求項２に記載の光受信機。

【請求項4】

前記ピーク信号検出手段は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動信号を出力する差動検出手段と、
前記差動信号を増幅して前記ピーク信号を出力する信号増幅手段と、
を有する光検出手段と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し線形領域で前記ピーク信号を出力する利得値を、前記信号増幅手段に設定する利得設定手段と、
を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項5】

前記ピーク信号検出手段は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動信号を前記ピーク信号として出力する差動検出手段と、
を有する光検出手段を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項6】

前記ピーク信号検出手段は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動検出を行い第２の主信号を出力する差動検出手段と、
前記第２の主信号を増幅し、前記第２の主信号を元に前記ピーク信号を出力する信号増幅手段と、
を有する光検出手段と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し出力が線形に変化する線形領域で前記信号増幅手段が動作する利得値を、前記信号増幅手段に設定する利得設定手段と、
を有する請求項１から３のいずれかに記載の光受信機。

【請求項7】

前記ピーク信号検出手段は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第１の電気信号および前記第２の電気信号の差動検出を行い第２の主信号を出力し、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号との差動信号を前記ピーク信号として出力する差動検出手段と、
前記第２の主信号を増幅する信号増幅手段と、
を有する光検出手段と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し出力が線形に変化する線形領域で前記信号増幅手段が動作する利得値を、前記信号増幅手段に設定する利得設定手段と、
を有する請求項１から３のいずれかに記載の光受信機。

【請求項8】

前記レベル変動周波数抑圧手段は、
前記ピーク信号の前記レベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定するフィルタ帯域設定手段と、
前記ピーク信号に前記フィルタ帯域のフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、
を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項9】

前記レベル変動周波数抑圧手段は、
前記ピーク信号を周波数スペクトルに変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数スペクトルから前記レベル変動周波数成分を検出するレベル変動周波数検出手段と、
前記レベル変動周波数検出手段が検出した前記レベル変動周波数成分を元にして、前記レベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定するフィルタ帯域設定手段と、
前記ピーク信号に前記フィルタ帯域でフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、
を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項10】

前記レベル変動周波数抑圧手段は、
前記ピーク信号を周波数スペクトルに変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数スペクトルから前記レベル変動周波数成分を検出し、検出した前記レベル変動周波数成分の除去を行うレベル変動周波数検出手段と、
前記レベル変動周波数成分が除去された前記周波数スペクトルを時間領域に変換し、前記レベル変動周波数成分が抑圧された前記ピーク信号を出力する時間領域変換手段と、
を有する請求項１から７のいずれかに記載の光受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光受信機及び光空間通信システムに関し、特に、光位相変調信号を受信する衛星搭載の光受信機及び光空間通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球観測衛星の観測データの増加やハイスループット衛星等に見られるブロードバンド衛星通信サービスに伴い、衛星通信の大容量化のニーズが高まっている。それを解決するための技術として、衛星搭載用の光空間通信技術（衛星間光通信技術、地上衛星間光通信技術）に期待が高まっている。

【0003】

この衛星搭載用の光空間通信を実現するには、伝搬された光ビームの捕捉追尾装置と光増幅器、光送受信機が必要になる。特に、数万ｋｍに渡る距離で通信を確立するには、高感度の光送受信機が使用されなければならない。このような光送受信機の変復調方式として、非特許文献１および非特許文献２に見られるように、差動２値位相変復調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式が使用されてきている。差動２値位相変復調方式を使用することにより、今まで衛星搭載用として使用されてきた強度変調－直接検波（ＩＭ／ＤＤ：Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式よりも高感度化が実現できる。

【0004】

また特許文献１には差動位相変復調方式の光受信回路が開示されている。特許文献１の光受信回路は、１ビット遅延干渉計と、２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続される差動アンプと、差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路と、を備えている。また特許文献１に開示されている光受信回路は、差動位相変調された１組の光信号が１ビット遅延干渉計に入力され、１ビット遅延干渉計は、１組の導波路の一方に１ビット遅延素子を備え、互いに隣接するビット間の位相差に応じた１組の２つの光信号を２つのフォトダイオードにそれぞれ出力する。差動アンプにおいて２つの入力信号の差分を出力して復調され、復調された正相および逆相の復調信号が出力される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５３３９０８８号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Ｄ．Ｏ．Ｃａｐｌａｎ，ｅｔ ａｌ，“Ｍｕｌｔｉ－ｒａｔｅ ＤＰＳＫ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ ｆｏｒ Ｆｒｅｅ－Ｓｐａｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＳＰＩＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ ＬＡＳＥ，８９７１０Ｋ，２０１４

【文献】Ｈ．Ｇ．Ｒａｏ，ｅｔ ａｌ，“Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｍｕｌｔｉ－Ｒａｔｅ ＤＰＳＫ Ｍｏｄｅｍ ｆｏｒ Ｆｒｅｅ－Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＳＰＩＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ ＬＡＳＥ，８９７１０Ｙ，２０１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら上述の１ビット遅延干渉計の構成では、環境温度が変動すると、１ビット遅延干渉計から出力される１組の光信号間の遅延量が変動することにより、それらの差動信号のピークが低下する恐れがある。宇宙環境では１ビット遅延干渉計が温度制御されるが、真空環境ではヒータから１ビット遅延干渉計への熱伝達特性が大気中の環境と比較して悪くなるため温度の収束までに時間がかかる。このため宇宙環境では１ビット遅延干渉計から出力される１組の光信号の差動信号のピークが低下して復調が不安定になる恐れがある。このように宇宙環境では差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することは困難であった。

【0008】

本発明の目的は、差動位相変復調方式の光受信機及び光空間通信システムにおいて、隣接ビットの差動信号のピーク変動を抑え、差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用可能にする技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る光受信機は、光位相変調信号を受信する光受信機であって、前記光位相変調信号を分岐した２つの光信号間の遅延を１ビット分に制御して干渉させた第１の光信号および第２の光信号を出力する光遅延干渉計と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光検出を行い、第１の主信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光の強度を示すピーク信号を出力するピーク信号検出部と、を有する差動光検出部と、前記ピーク信号のレベル変動周波数成分を抑圧するレベル変動周波数抑圧部と、前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号を元にオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号を生成し前記光遅延干渉計に印加する光遅延干渉制御部と、前記光検出器からの前記第１の主信号を元に出力データを復元するデータ復元部と、を有するディジタル信号処理部と、を有する。

【0010】

本発明に係る光空間通信システムは、上記の光受信機を有する光受信装置と、前記光位相変調信号を送信する光送信装置と、を有する光空間通信システムにおいて、前記光送信装置は、前記光位相変調信号を出力する光送信機と、前記光位相変調信号の捕捉追尾を行う捕捉追尾装置と、を有し、前記光送信機は、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を出力する送信制御部と、入力データを元にして入力信号を生成する信号生成部と、クロック信号を生成するクロック生成部と、を備えるディジタル信号処理部と、前記レーザ駆動電流値に基づいてレーザ駆動電流の制御を行うレーザ駆動電流制御部と、前記レーザ駆動電流でレーザ光を出力する送信レーザ部と、前記レーザ光に対して、前記入力信号および前記クロック信号を元にして変調を行い、前記光位相変調信号を出力する光変調部と、を備える光送信部と、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、差動位相変復調方式の光受信機及び光空間通信システムにおいて、隣接ビットの差分信号のピーク変動を抑え、差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係る、ＤＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。

【図2】第１の実施形態の光空間通信システムの構成図である。

【図3】図１の光遅延干渉計の構成の一例である。

【図4】図１のピーク信号検出部の第１の構成例を示すブロック図である。

【図5】図１のピーク信号検出部の第２の構成例を示すブロック図である。

【図6】図１のピーク信号検出部の第３の構成例を示すブロック図である。

【図7】図１のピーク信号検出部の第４の構成例を示すブロック図である。

【図8】図１のレベル変動周波数抑圧部の第１の構成例を示すブロック図である。

【図9】図１のレベル変動周波数抑圧部の第２の構成例を示すブロック図である。

【図10】図１のレベル変動周波数抑圧部の第３の構成例を示すブロック図である。

【図11】図１のレベル変動周波数抑圧部の第４の構成例を示すブロック図である。

【図12】図１の光遅延干渉制御部の構成例を示すブロック図である。

【図13】オーバドライブ増幅有りおよび無しの場合の、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１と、真空中でオーバドライブ増幅有りおよび無しの場合のピーク信号Ｅ１である。

【図14】オーバドライブ増幅有りおよび無しの場合の、下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１と、真空中でオーバドライブ増幅有りおよび無しの場合のピーク信号Ｅ１である。

【図15】オーバドライブ増幅された、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１に係る設定条件を示した図である。

【図16】オーバドライブ増幅された、下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１に係る設定条件を示した図である。

【図17】第１の実施形態の変形例に係る、ＤＱＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。

【図18】第２の実施形態に係る、ＤＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。

【図19】第２の実施形態の変形例に係る、ＤＱＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。

【図20】第３の実施形態に係る、光空間通信システムを構成する光送信機の構成図である。

【図21】図２０の制御装置とドップラー周波数制御部の第１の構成例を示すブロック図である。

【図22】衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、細かい時間間隔でレーザ駆動電流制御部を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示す図である。

【図23】衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、長い時間間隔でレーザ駆動電流制御部を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示している。

【図24】図２０の制御装置とドップラー周波数制御部の第２の構成例を示すブロック図である。

【図25】衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、長い時間間隔でレーザ駆動電流制御部を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示す図である。

【図26】第３の実施形態の第１の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＮＲＺのＢＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する、光送信機の構成図である。

【図27】第３の実施形態の第２の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＲＺのＱＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する光送信機の構成図である。

【図28】図２７の光ＩＱ変調部の一例を示すブロック図である。

【図29】第３の実施形態の第３の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＮＲＺのＱＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する光送信機の構成図である。

【図30】第３の実施形態の第４の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＮＲＺまたはＲＺの強度変調信号を出力する光送信機の構成図である。

【図31】単一偏波のＮＲＺまたはＲＺの強度変調信号を受信し復調する光受信機の構成図である。

【図32】単一偏波の光信号を受信するディジタルコヒーレント光通信方式の光受信機の構成図である。

【図33】図１の光受信機との比較のための比較例の光受信機の構成図である。

【図34】比較例において上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１’を光遅延干渉計内部の光位相調整部に印加した場合の、大気中の場合と真空中の場合のピーク信号Ｅ１’を示す図である。

【図35】比較例において下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１’を光遅延干渉計内部の光位相調整部に印加した場合の、大気中の場合と真空中の場合のピーク信号Ｅ１’を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る、ＤＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。また図２は、本実施形態の光空間通信システムの構成図である。

【0014】

図１に示すように、光受信機１０は、差動光検出部１１０と、ディジタル信号処理部１２０とを有する。また図２に示すように、第１の実施形態の光空間通信システム１００は、光空間通信用光送信装置７０と光空間通信用光受信装置８０を備えている。光空間通信用光送信装置７０は、光送信機５０と、高出力光増幅器４０と、光捕捉追尾装置３０ａと、制御装置６０ａを備えている。光空間通信用光受信装置８０は、図１の光受信機１０と、低雑音光増幅器２０と、光捕捉追尾装置３０ｂと、制御装置６０ｂを備えている。

【0015】

高出力光増幅器４０は、光送信機５０から出力された光信号を高出力増幅する。高出力増幅された光信号は、光捕捉追尾装置３０ａに入力される。光捕捉追尾装置３０ａは、入力された光信号が光空間通信用光送信装置７０から自由空間を抜けて光空間通信用光受信装置８０に届くよう光空間通信用光受信装置８０に向けて送信する。また、制御装置６０ａは、地上局との間のテレメトリコマンド送受信を用いて、光送信機５０と、高出力光増幅器４０と、光捕捉追尾装置３０ａの制御を行う。

【0016】

光空間通信用光受信装置８０に入力された光信号は、光捕捉追尾装置３０ｂに入力される。光捕捉追尾装置３０ｂに入力された光信号は、低雑音光増幅器２０に入力される。低雑音光増幅器２０は、低雑音光増幅を行う。光受信機１０は、低雑音光増幅された光信号を受信する。また、制御装置６０ｂは、地上局との間でテレメトリコマンドの送受信を行い、テレメトリコマンドを用いて、光受信機１０と、低雑音光増幅器２０と、光捕捉追尾装置３０ｂの制御を行う。

【0017】

図１に戻り、光受信機１０の構成について詳細に説明する。光位相変調信号は、単一偏波の２値位相変調信号（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）である。差動光検出部１１０は、光位相変調信号を光遅延検波で光位相変調信号の位相情報を検出する機能部である。差動光検出部１１０は、光遅延干渉計２１０と、光分岐部２２０ａおよび２２０ｂと、ピーク信号検出部２３０と、広帯域バランス型光検出器２４０、温度制御部２５０を具備する。ディジタル信号処理部１２０は、主信号Ｏ１およびＯ２と、ピーク信号Ｅ１に対しディジタル信号処理を行う機能部である。ディジタル信号処理部１２０は、データ復元部３１０と、レベル変動周波数抑圧部３２０と、光遅延干渉制御部３３０と、オーバドライブ係数設定部３４０とを具備する。

【0018】

光受信機１０に入力された光位相変調信号は、差動光検出部１１０に入力される。差動光検出部１１０に入力された光位相変調信号は、光遅延干渉計２１０に入力される。光遅延干渉計２１０は、光位相変調信号を隣接ビット間で干渉させる。具体的には光遅延干渉計２１０は、光位相変調信号を２つの光信号に分岐し、分岐した２つの光信号間の遅延を１ビット分に制御して、２つの光信号を干渉させる。

【0019】

図３は、図１の光遅延干渉計の構成の一例である。図３において、光遅延干渉計２１０は、光位相変調信号を２つの光信号に分岐させた後、導波路の一方に、１ビット分の光遅延を行う光遅延素子２１１を備えている。また１組の導波路の他方の導波路に、ヒータ等が付属された光位相調整部２１２を備えている。光位相調整部２１２には、光遅延干渉制御部３３０から出力される光遅延干渉制御信号Ｃ１が入力され、光遅延干渉制御信号Ｃ１により光位相調整部２１２のヒータが制御されることにより光位相変調信号を２分岐させた２つの光信号間の遅延量が１ビット分になるよう調整される。以下、この調整制御は波長トラッキングともいう。光遅延干渉計２１０は、調整後の２つの光信号を干渉させ、干渉させた２つの光信号を出力する。

【0020】

なお光位相変調信号の波長変動が生じた場合でも、光遅延干渉制御部３３０が光遅延干渉計２１０内部の光位相調整部２１２のヒータを制御することにより、光受信機１０において波長トラッキングを行うことができるようになる。

【0021】

一方、温度制御部２５０は、温度調整のための制御信号を、ペルチェ素子等のような温度調整素子２１３に送る。温度モニタ素子２１４は、温度モニタ信号を温度制御部２５０に送る。このループバック制御により、光遅延干渉計２１０の温度を一定に維持する制御が行われる。

【0022】

図１に示すように、光遅延干渉計２１０から出力された第１の光信号および第２の光信号は、それぞれ光分岐部２２０ａおよび光分岐部２２０ｂで分岐される。光分岐部２２０ａで分岐された光信号の一方は、ピーク信号検出部２３０に入力される。また、光分岐部２２０ａで分岐された光信号の他方は、広帯域バランス型光検出器２４０に入力される。ピーク信号検出部２３０は、光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号（第１の光信号および第２の光信号）の差動光の強度を示すピーク信号Ｅ１をディジタル信号処理部１２０に出力する。広帯域バランス型光検出器２４０は、光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号の差動光検出を行い、主信号Ｏ１およびＯ２をディジタル信号処理部１２０に出力する。

【0023】

図４は、図１のピーク信号検出部の第１の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、本構成例のピーク信号検出部２３０は、バランス型光検出器２３１と、利得設定部２３５と、アナログ・ディジタル変換器２３６とを具備する。バランス型光検出器２３１は、光電変換器２３２ａおよび２３２ｂと、差動検出部２３３と、信号増幅部２３４とを具備する。

【0024】

ピーク信号検出部２３０に光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号が入力される。ピーク信号検出部２３０に入力された２つの光信号は、バランス型光検出器２３１に入力され、それぞれ光電変換器２３２ａおよび２３２ｂに入力される。光電変換器２３２ａおよび光電変換器２３２ｂは、入力された２つの光信号をそれぞれ光電変換して２つの電気信号（第１の電気信号および第２の電気信号）を差動検出部２３３に出力する。差動検出部２３３は、入力された２つの電気信号の差動信号であるピーク信号Ｅ０を生成して信号増幅部２３４に出力する。信号増幅部２３４は、例えば、トランスインピーダンスアンプである。信号増幅部２３４は、ピーク信号Ｅ０を利得設定部２３５に設定されている利得で増幅する。信号増幅部２３４の利得は、光受信機１０が受信する光位相変調信号の光入力パワーの範囲内において光入力パワーに対し信号増幅部２３４が出力するピーク信号Ｅ０’が線形領域で変化するような利得に設定されている。信号増幅部２３４で増幅されたピーク信号Ｅ０’は、アナログ・ディジタル変換器２３６に出力される。アナログ・ディジタル変換器２３６は、ディジタル電気信号に変換されたピーク信号Ｅ１を出力する。

【0025】

利得設定部２３５に設定する、信号増幅部２３４の利得は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0026】

図５は、図１のピーク信号検出部の第２の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、本構成例のピーク信号検出部２３０ａは、バランス型光検出器２３１ａと、アナログ・ディジタル変換器２３６とを具備する。バランス型光検出器２３１ａは、光電変換器２３２ａおよび２３２ｂと、差動検出部２３３とを具備する。

【0027】

ピーク信号検出部２３０ａに、光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号が入力される。２つの光信号はバランス型光検出器２３１に入力され、それぞれ光電変換器２３２ａおよび２３２ｂに入力される。光電変換器２３２ａおよび光電変換器２３２ｂは、入力された２つの光信号をそれぞれ光電変換した２つの電気信号を差動検出部に出力する。差動検出部２３３は、入力された２つの電気信号の差動信号であるピーク信号Ｅ０をアナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。アナログ・ディジタル変換器２３６は、ディジタル電気信号に変換されたピーク信号Ｅ１を出力する。

【0028】

図６は、図１のピーク信号検出部の第３の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、本構成例のピーク信号検出部２３０ｂは、広帯域バランス型光検出器２４１と、利得設定部２３５と、アナログ・ディジタル変換器２３６と、終端部２３７とを具備する。広帯域バランス型光検出器２４１は、広帯域光電変換器２４２ａおよび２４２ｂと、広帯域差動検出部２４３と、広帯域信号増幅部２４４とを具備する。

【0029】

ピーク信号検出部２３０ｂに、光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号が入力される。ピーク信号検出部２３０ｂに入力された２つの光信号は、広帯域バランス型光検出器２４１に入力され、それぞれ広帯域光電変換器２４２ａおよび広帯域光電変換器２４２ｂに入力される。広帯域光電変換器２４２ａおよび広帯域光電変換器２４２ｂは、それぞれに入力された光信号を光電変換した電気信号を広帯域差動検出部２４３に出力する。広帯域差動検出部２４３は、入力された２つの電気信号の差動検出を行い、主信号Ｏ３およびＯ４を広帯域信号増幅部２４４に出力する。広帯域信号増幅部２４４は、例えば、トランスインピーダンスアンプである。広帯域信号増幅部２４４は、主信号Ｏ３およびＯ４を、利得設定部２３５に設定されている利得で増幅して終端部２３７を出力する。広帯域信号増幅部２４４の利得は、光受信機１０が受信する光位相変調信号の光入力パワーの範囲内において光入力パワーに対し広帯域信号増幅部２４４が出力する主信号Ｏ３およびＯ４が線形領域で変化するような利得に設定されている。広帯域信号増幅部２４４で増幅された主信号Ｏ３’およびＯ４’は、終端部２３７で終端される。

【0030】

また広帯域信号増幅部２４４は、主信号Ｏ３およびＯ４を、アナログ電気信号のピーク信号Ｅ０’に変換して、アナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。広帯域信号増幅部２４４は、例えば主信号Ｏ３をピーク信号Ｅ０’として出力してもよい。アナログ・ディジタル変換器２３６は、入力されたピーク信号Ｅ０’をディジタル電気信号に変換してピーク信号Ｅ１を出力する。

【0031】

利得設定部２３５に設定する、広帯域信号増幅部２４４の利得は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0032】

図７は、図１のピーク信号検出部の第４の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、本構成例のピーク信号検出部２３０ｃは、広帯域バランス型光検出器２４１ａと、利得設定部２３５と、アナログ・ディジタル変換器２３６と、終端部２３７とを具備する。広帯域バランス型光検出器２４１ａは、広帯域光電変換器２４２ａおよび２４２ｂと、広帯域差動検出部２４３ａと、広帯域信号増幅部２４４とを具備する。

【0033】

ピーク信号検出部２３０ｃには、光遅延干渉計２１０で干渉させた２つの光信号が入力される。ピーク信号検出部２３０ｃに入力された２つの光信号は、広帯域バランス型光検出器２４１ａに入力され、それぞれ広帯域光電変換器２４２ａおよび広帯域光電変換器２４２ｂに入力される。広帯域光電変換器２４２ａおよび広帯域光電変換器２４２ｂは、それぞれに入力された光信号を光電変換した電気信号を広帯域差動検出部２４３ａに出力する。広帯域差動検出部２４３ａは、入力された２つの電気信号の差動検出を行い、主信号Ｏ３およびＯ４を広帯域信号増幅部２４４に出力する。また広帯域差動検出部２４３ａは、入力された２つの電気信号の差動信号であるピーク信号Ｅ０をアナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。広帯域信号増幅部２４４は、入力された主信号Ｏ３およびＯ４を、利得設定部２３５に設定されている利得で増幅して終端部２３７に出力する。広帯域信号増幅部２４４で増幅された主信号Ｏ３’およびＯ４’は、終端部２３７で終端される。また広帯域差動検出部２４３ａは、入力された２つの電気信号をアナログ電気信号のピーク信号Ｅ０に変換してアナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。広帯域差動検出部２４３ａは、入力された２つの電気信号の差動信号をピーク信号Ｅ０としてアナログ・ディジタル変換器２３６に出力してもよい。アナログ・ディジタル変換器２３６は、アナログ電気信号のピーク信号Ｅ０をディジタル電気信号に変換したピーク信号Ｅ１を出力する。

【0034】

利得設定部２３５に設定する、広帯域信号増幅部２４４の利得は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0035】

図１にもどり光受信機１０の構成について説明する。ディジタル信号処理部１２０に入力された主信号Ｏ１および主信号Ｏ２は、データ復元部３１０に入力される。データ復元部３１０は、例えばクロックデータ再生器であり、主信号Ｏ１およびＯ２を元に、クロックリカバリを行い、リカバリされたクロックでデータをラッチすることで出力データＤ１およびＤ２を復元して出力する。

【0036】

またディジタル信号処理部１２０に入力されたピーク信号Ｅ１は、レベル変動周波数抑圧部３２０に入力される。レベル変動周波数抑圧部３２０は、ピーク信号Ｅ１のピークレベルの変動する周波数を検出し、その周波数のピーク変動成分を抑圧して光遅延干渉制御部３３０にピーク信号Ｅ２を出力する。なお上記のピーク変動成分は、以下、レベル変動周波数成分という。

【0037】

図８は、図１のレベル変動周波数抑圧部の第１の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、本構成例のレベル変動周波数抑圧部３２０は、フィルタ帯域設定部３２１と、フィルタ処理部３２２とを具備する。

【0038】

フィルタ帯域設定部３２１は、ピーク信号Ｅ１のレベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定する。

【0039】

レベル変動周波数抑圧部３２０に、ピーク信号Ｅ１が入力される。フィルタ処理部３２２は、ピーク信号Ｅ１に対し、フィルタ帯域設定部３２１に設定されているフィルタ帯域でレベル変動周波数成分を抑圧するためのフィルタ処理を行う。これにより、レベル変動周波数抑圧部３２０から、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２が出力される。

【0040】

図９は、図１のレベル変動周波数抑圧部の第２の構成例を示すブロック図である。図９に示すように、本構成例のレベル変動周波数抑圧部３２０ａは、フィルタ帯域設定部３２１ａと、フィルタ処理部３２２と、周波数領域変換部３２３と、レベル変動周波数検出部３２４とを具備する。

【0041】

レベル変動周波数抑圧部３２０ａに、ピーク信号Ｅ１が入力され、入力されたピーク信号Ｅ１は、周波数領域変換部３２３に入力される。周波数領域変換部３２３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等を行ってピーク信号Ｅ１を周波数スペクトルに変換し、ピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルをレベル変動周波数検出部３２４及びフィルタ帯域設定部３２１ａに出力する。レベル変動周波数検出部３２４は、ピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルから、レベル変動周波数成分を検出する。フィルタ帯域設定部３２１ａは、周波数領域変換部３２３からの出力であるピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルと、レベル変動周波数検出部３２４にて検出したレベル変動周波数成分を元に、レベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定する。フィルタ処理部３２２は、ピーク信号Ｅ１に対し、フィルタ帯域設定部３２１ａにより設定されたフィルタ帯域で、レベル変動周波数成分を抑圧するためのフィルタ処理を行う。これによりレベル変動周波数抑圧部３２０ａは、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２を出力する。

【0042】

図１０は、レベル変動周波数抑圧部の第３の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、本構成例のレベル変動周波数抑圧部３２０ｂは、周波数領域変換部３２３と、レベル変動周波数検出部３２４と、時間領域変換部３２５とを具備する。

【0043】

レベル変動周波数抑圧部３２０ｂに、ピーク信号Ｅ１が入力される。ピーク信号Ｅ１は、周波数領域変換部３２３に入力され、周波数領域変換部３２３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等を行ってピーク信号Ｅ１を周波数スペクトルに変換し、ピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルをレベル変動周波数検出部３２４に出力する。レベル変動周波数検出部３２４は、ピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルから、レベル変動周波数成分を検出する。レベル変動周波数検出部３２４は、ピーク信号Ｅ１の周波数スペクトルから、検出したレベル変動周波数成分のみを除去して時間領域変換部３２５に出力する。時間領域変換部３２５は、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等を行って、レベル変動周波数検出部３２４からの周波数スペクトルをピーク信号Ｅ２に変換して、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２を出力する。これにより、レベル変動周波数抑圧部３２０ｂは、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２を出力する。

【0044】

図１１は、図１のレベル変動周波数抑圧部の第４の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、本構成例のレベル変動周波数抑圧部３２０ｃは、平均化数設定部３２６と、平均化処理部３２７とを具備する。

【0045】

レベル変動周波数抑圧部３２０ｃに、ピーク信号Ｅ１が入力される。平均化処理部３２７は、平均化数設定部３２６に設定されている平均化処理部３２７の平均化数情報を元に、ピーク信号Ｅ１に対しレベル変動周波数成分を抑圧するための平均化処理を行う。これにより、レベル変動周波数抑圧部３２０ｃは、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２を出力する。

【0046】

図１に戻り、光受信機１０の構成についてさらに説明する。光遅延干渉制御部３３０は、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２の出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０からの情報を元に、光遅延干渉計２１０における遅延量を制御する、オーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１を生成する。光遅延干渉制御部３３０は、ピーク信号Ｅ２の出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０からの情報を元に、ピーク信号Ｅ２のピークを高くするよう設定された一定レベルの信号を瞬間的にオーバドライブ増幅した波形の光遅延干渉制御信号Ｃ１を生成する。光遅延干渉制御部３３０からの出力である光遅延干渉制御信号Ｃ１は、光遅延干渉計２１０に印加される。

【0047】

このように光遅延干渉計２１０がフィードバック制御されることより、光遅延干渉計２１０で分岐した２つの光信号間の遅延が制御され、ピーク信号の出力レベルを高くすることができる。

【0048】

オーバドライブ係数設定部３４０に設定する情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0049】

図１２は、図１の光遅延干渉制御部の構成例を示すブロック図である。図１２に示すように、本構成例の光遅延干渉制御部３３０は、制御信号生成部３３１と、ディジタル・アナログ変換器３３２とを具備する。

【0050】

レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２が、光遅延干渉制御部３３０に入力され、制御信号生成部３３１に入力される。制御信号生成部３３１は、入力されたピーク信号Ｅ２の出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０からの情報を元に、まず、ピーク信号Ｅ２の出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０からの情報を元にピーク信号Ｅ２のピークを高くするようディジタル・アナログ変換器３３２に出力する光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを設定する。

【0051】

例えば、制御信号生成部３３１は、所定の周期で、入力されたピーク信号Ｅ２を基に、記憶しているピーク信号Ｅ２のレベルと光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルの履歴を参照して、前回のステップでのレベルよりピーク信号が増える方向に所定のレベルだけ変更したレベルに決定する。なお制御信号生成部３３１は、光遅延干渉制御信号Ｃ０を設定するとき、ピーク信号Ｅ２のレベルと光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを対応させて記憶している。

【0052】

制御信号生成部３３１は、今回のピーク信号Ｅ２のレベルが前回より上がった場合、前回のステップで光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを上げていたときは、前回のレベルより所定のレベルだけ上げたレベルに光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを設定する。また制御信号生成部３３１は、今回のピーク信号Ｅ１のレベルが前回より下がった場合、前回のステップで光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを上げていたときは、前回のレベルより所定のレベルだけ下げたレベルに光遅延干渉制御信号Ｃ０のレベルを設定する。

【0053】

その後、制御信号生成部３３１は、設定したレベルの信号を、オーバドライブ係数設定部３４０からの情報を元に瞬間的にプッシュアンドプルでオーバドライブ増幅した波形の、ディジタル電気信号の光遅延干渉制御信号Ｃ０を生成し、ディジタル・アナログ変換器３３２に出力する。ディジタル・アナログ変換器３３２は、入力されたディジタル電気信号の光遅延干渉制御信号Ｃ０をアナログ電気信号に変換した光遅延干渉制御信号Ｃ１を出力する。

【0054】

図１３は、オーバドライブ増幅有りおよび無しの場合の、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１と、真空中でオーバドライブ増幅有りおよび無しの場合のピーク信号Ｅ１である。図１３で示す通り、真空中の場合、オーバドライブ増幅無しの場合の、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１を、光遅延干渉計内部の光位相調整部２１２に印加すると、オーバドライブ増幅によってピーク信号Ｅ１は持ち上がるようになる。そのため、オーバドライブ増幅有りのピーク信号Ｅ１は、オーバドライブ増幅無しのピーク信号Ｅ１と比較して、収束時間が改善される。

【0055】

図１４は、オーバドライブ増幅有りおよび無しの場合の、下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１と、真空中でオーバドライブ増幅有りおよび無しの場合のピーク信号Ｅ１である。図１４で示す通り、真空中の場合、オーバドライブ増幅無しの場合の、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１を、光遅延干渉計内部の光位相調整部２１２に印加すると、オーバドライブ増幅によってピーク信号Ｅ１は持ち上がるようになる。そのため、オーバドライブ増幅有りのピーク信号Ｅ１は、オーバドライブ増幅無しのピーク信号Ｅ１と比較して、収束時間が改善される。

【0056】

図１５は、オーバドライブ増幅された、上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１に係る設定条件を示した図である。ｎ段目のステップ電圧値はＶｎであり、ｎ段目のオーバドライブ電圧値はＯＶｎである。Ｔ１ｎは電圧値がＶｎ－１からＯＶｎへと立上る時刻であり、Ｔ２ｎはＯＶｎからＶｎ－１へと立下る時刻であり、Ｔ３ｎは電圧値がＶｎ－１からＶｎへと立上る時刻である。１ステップ幅ＰＷ１は、
ＰＷ１＝Ｔ１ｎ＋１－Ｔ１ｎ
である。
パルス幅ＰＷ２は、
ＰＷ２＝Ｔ２ｎ－Ｔ１ｎ
である。
パルス幅ＰＷ３は、
ＰＷ３＝Ｔ３ｎ－Ｔ２ｎ
である。
オーバドライブ増幅率Ａ１は、
Ａ１＝｛（ＯＶｎ）^２－（Ｖｎ－１）^２｝／｛（Ｖｎ）^２－（Ｖｎ－１）^２｝
である。
オーバドライブ係数設定部３４０に設定する条件は、例えば、パルス幅ＰＷ２と、パルス幅ＰＷ３と、オーバドライブ増幅率Ａ１である。オーバドライブ増幅率Ａ１は、個々の光遅延干渉計内部ヒータの応答性にバラツキがあるため、個々の光遅延干渉計毎に設定する必要がある。

【0057】

オーバドライブ係数設定部３４０に設定する情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0058】

図１６は、オーバドライブ増幅された、下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１に係る設定条件を示した図である。ｎ段目のステップ電圧値はＶｎであり、ｎ段目のオーバドライブ電圧値はＯＶｎである。Ｔ１ｎは電圧値がＶｎ－１からＯＶｎへと立下る時刻であり、Ｔ２ｎはＯＶｎからＶｎ－１へと立上る時刻であり、Ｔ３ｎは電圧値がＶｎ－１からＶｎへと立下がる時刻である。１ステップ幅ＰＷ１は、
ＰＷ１＝Ｔ１ｎ＋１－Ｔ１ｎ
である。
パルス幅ＰＷ２は、
ＰＷ２＝Ｔ２ｎ－Ｔ１ｎ
である。
パルス幅ＰＷ３は、
ＰＷ３＝Ｔ３ｎ－Ｔ２ｎ
である。
オーバドライブ増幅率Ａ１は、
Ａ１＝｛（ＯＶｎ）^２－（Ｖｎ－１）^２｝／｛（Ｖｎ）^２－（Ｖｎ－１）^２｝
である。
オーバドライブ係数設定部３４０に設定する条件は、例えば、パルス幅ＰＷ２と、パルス幅ＰＷ３と、オーバドライブ増幅率Ａ１である。オーバドライブ増幅率Ａ１は、個々の光遅延干渉計内部ヒータの応答性にバラツキがあるため、個々の光遅延干渉計毎に設定する必要がある。

【0059】

オーバドライブ係数設定部３４０に設定する情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。
＜第１の実施形態の効果＞
図３３は、図１の光受信機との比較のための比較例の光受信機の構成図である。図３３において、比較例の光受信機１６は、ディジタル信号処理部１２６に、レベル変動周波数抑圧部３２０及びオーバドライブ係数設定部３４０を備えていない。また比較例のディジタル信号処理部１２６においては、ピーク信号検出部２３０から出力されるピーク信号Ｅ１は、直接、光遅延干渉制御部３３４に入力される。すなわち、光補足追尾装置の制御によって生じる光擾乱や、大気等の媒質による光ビーム伝搬変動などといった外的レベル変動要因によるピーク信号Ｅ１のレベル変動が抑圧されることなく、ピーク信号検出部２３０から出力されるピーク信号Ｅ１が光遅延干渉制御部３３４に入力される。また比較例の光遅延干渉制御部３３４は、光遅延干渉制御信号Ｃ１’をオーバドライブ増幅せず、各ステップの期間中、一定のレベルとする。

【0060】

このような比較例の構成では差動位相変復調方式を衛星搭載用として適用するにあたり、以下の問題点がある。

【0061】

第１の問題点は、真空環境になることで、光遅延干渉計２１０内部のヒータの応答性が悪くなることである。これにより、大気中の環境と比較し、光位相調整部２１２の光分岐路への熱伝達特性が悪くなる。図３４は、比較例において上昇する光遅延干渉制御信号Ｃ１’を光遅延干渉計２１０内部の光位相調整部に印加した場合の、大気中の場合と真空中の場合のピーク信号Ｅ１を示す図である。図３５は、比較例において下降する光遅延干渉制御信号Ｃ１’を光遅延干渉計内部の光位相調整部に印加した場合の、大気中の場合と真空中の場合のピーク信号Ｅ１を示す図である。図３４と図３５に示す通り、真空中の場合は熱伝達特性が悪くなることにより、大気中と比較してピーク信号収束まで時間がかかるようになる。そのため、光遅延干渉制御部３３４を介した、光遅延干渉計２１０内部の光位相調整部２１２のヒータ調整において、受信側での波長トラッキングが安定しなくなり、波長トラッキングの収束に時間がかかるようになる。また、光遅延干渉計２１０内部の光位相調整部２１２のヒータの応答性も、個体によってバラツキが存在する。

【0062】

第２の問題点は、広帯域バランス型光検出器２４０内部のトランスインピーダンスアンプが、入力が所定のパワー以上になると出力レベルが飽和する非線形特性を持つ場合、ピーク信号においても非線形特性の影響が見られ、波長トラッキングが不可能になることである。波長トラッキングを行うには、広帯域バランス型光検出器からのピーク信号を、広帯域バランス型光検出器２４０または光遅延干渉計２１０が受信する光位相変調信号の光信号のパワーに対して広帯域バランス型光検出器２４０の出力振幅が線形に変化する線形領域で検出する必要がある。

【0063】

第３の問題点は、光捕捉追尾装置の制御によって生じる光擾乱や、大気等の媒質による光ビーム伝搬変動などといった外的レベル変動要因により、広帯域バランス型光検出器２４０からのピーク信号Ｅ１がレベル変動することである。広帯域バランス型光検出器２４０からのピーク信号Ｅ１を参照し、光遅延干渉制御信号Ｃ１’のレベルとの対応関係に基づいて光遅延干渉計２１０内部の光位相調整部２１２にて波長トラッキングを行うので、ピーク信号レベルの変動が生じると、干渉させる２つの光信号間の遅延量の調整が不安定になり、１ビット分の遅延量に収束しなくなる。

【0064】

上記の比較例における問題点に対し、第１の実施形態によれば、レベル変動周波数抑圧部３２０を備え、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２が光遅延干渉制御部３３０に入力されることにより、ピーク信号の検出能力を向上できる。さらにオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１により光遅延干渉計２１０をフィードバック制御することにより、真空環境における光遅延干渉計２１０での波長トラッキングの応答性を改善することができる。これらによって差動位相変復調方式の光受信機及び光空間通信システムにおいて１ビット遅延干渉計から出力される光信号の差動信号のピーク変動を抑え、差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することが可能となる。
＜第１の実施形態の変形例＞
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。図１７は、本変形例に係る、差動４値位相変復調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式の光受信機の構成図である。なお本変形例に係る光空間通信システムの構成は、図２と同様である。本変形例の光位相変調信号は、単一偏波の４値位相変調信号（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）である。

【0065】

図１７に示すように、本変形例の光受信機１１は、差動光検出部１１１と、ディジタル信号処理部１２１とを有する。差動光検出部１１１は、光位相変調信号を光遅延検波で光位相変調信号の位相情報を検出する機能部である。差動光検出部１１１は、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂと、光分岐部２２０ａおよび２２０ｂおよび２２０ｃおよび２２０ｄおよび２２０ｅと、ピーク信号検出部２３０ｄおよび２３０ｅと、広帯域バランス型光検出器２４０ａおよび２４０ｂ、温度制御部２５０ａおよび２５０ｂを具備する。

【0066】

ディジタル信号処理部１２１は、主信号Ｏ１ａ、Ｏ２ａ、Ｏ１ｂおよびＯ２ｂと、ピーク信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂに対しディジタル信号処理を行う機能部であり、データ復元部３１０ａおよび３１０ｂと、レベル変動周波数抑圧部３２０ｄおよび３２０ｅと、光遅延干渉制御部３３０ａと、オーバドライブ係数設定部３４０ａを具備する。

【0067】

光受信機１１に入力された光位相変調信号は、差動光検出部１１１に入力され、差動光検出部１１１に入力された光位相変調信号は、光分岐部２２０ｅで分岐される。分岐された光位相変調信号は、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂに入力される。光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂは、それぞれ干渉させた光信号の組を出力する。したがって、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂから、２組の干渉させた光信号が出力される。なお本変形例の光遅延干渉計２１０ａは、入力された光位相変調信号を２分岐し、２分岐した２つの光信号の遅延量を１ビット分に制御した後、一方の信号についてはπ／４位相シフトを行い、これらを干渉させて光信号の組（２つの光信号）を出力する。また本変形例の光遅延干渉計２１０ｂは、入力された光位相変調信号を２分岐し、２分岐した２つの光信号の遅延量を１ビット分に制御した後、一方の信号については－π／４の位相シフトを行い、これらを干渉させて光信号の組（２つの光信号）を出力する。

【0068】

光遅延干渉計２１０ａから出力された２つの光信号は、それぞれ第１の実施形態と同様な光分岐部２２０ａ、光分岐部２２０ｂで分岐される。光分岐部２２０ａで分岐された光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０ｄと、第１の実施形態の広帯域バランス型光検出器２４０と同様な広帯域バランス型光検出器２４０ａに入力される。光分岐部２２０ｂで分岐された光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０ｄと、広帯域バランス型光検出器２４０ａに入力される。ピーク信号検出部２３０ｄは、光遅延干渉計２１０ａで干渉させた２つの光信号をピーク信号Ｅ１ａに変換して出力し、広帯域バランス型光検出器２４０ａは、光遅延干渉計２１０ａで干渉させた２つの光信号を主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａに変換して出力する。このとき、主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａは、光位相変調信号のＩ相成分に相当する主信号である。なお本変形例のピーク信号検出部２３０ｄは、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかに、π／４位相シフトされた一方の光信号を－π／４位相シフトする位相シフト部を追加した構成としてよい。ピーク信号検出部２３０ｄは、π／４位相シフトされた一方の光信号を－π／４位相シフトした後、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかによって、２つの光信号の差動光の強度を示すピーク信号Ｅ１をディジタル信号処理部１２１に出力する構成としてよい。

【0069】

光遅延干渉計２１０ｂから出力された２つの光信号は、それぞれ光分岐部２２０ｃ、光分岐部２２０ｄで分岐される。光分岐部２２０ｃで分岐された２つの光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０ｅと、第１の実施形態の広帯域バランス型光検出器２４０と同様な広帯域バランス型光検出器２４０ｂに入力される。光分岐部２２０ｄで分岐された光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０ｅと、広帯域バランス型光検出器２４０ｂに入力される。ピーク信号検出部２３０ｅは、光遅延干渉計２１０ｂで干渉された２つの光信号をピーク信号Ｅ１ｂに変換して出力し、広帯域バランス型光検出器２４０ｂは、光遅延干渉計２１０ｂで干渉された２つの光信号を主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂに変換して出力する。このとき、主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂは、光位相変調信号のＱ相成分に相当する主信号である。なお本変形例のピーク信号検出部２３０ｅは、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかに、－π／４位相シフトされた一方の光信号をπ／４位相シフトする位相シフト部を追加した構成としてよい。ピーク信号検出部２３０ｅは、－π／４位相シフトされた一方の光信号をπ／４位相シフトした後、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかによって、２つの光信号の差動光の強度を示すピーク信号Ｅ１をディジタル信号処理部１２１に出力する構成としてよい。また、温度制御部２５０ａおよび温度制御部２５０ｂは、第１の実施形態の温度制御部２５０と同様な構成であり、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂの温度を一定に維持するように温度調整を行う。

【0070】

ディジタル信号処理部１２１に入力された、Ｉ相に相当する主信号Ｏ１ａおよび主信号Ｏ２ａは、第１の実施形態のデータ復元部３１０と同様な構成のデータ復元部３１０ａに入力される。データ復元部３１０ａは、主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａを元に、クロックリカバリを行い、リカバリされたクロックでデータをラッチすることで出力データＤ１ａおよびＤ２ａを復元して出力する。ディジタル信号処理部１２０に入力された、Ｑ相に相当する主信号Ｏ１ｂおよび主信号Ｏ２ｂは、第１の実施形態のデータ復元部３１０と同様な構成のデータ復元部３１０ｂに入力される。データ復元部３１０ｂは、主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂを元に、クロックリカバリを行い、リカバリされたクロックでデータをラッチすることで出力データＤ１ｂおよびＤ２ｂを復元して出力する。

【0071】

ディジタル信号処理部１２１に入力されたピーク信号Ｅ１ａおよびピーク信号Ｅ１ｂは、それぞれレベル変動周波数抑圧部３２０ｄおよび３２０ｅに入力される。レベル変動周波数抑圧部３２０ｄは、入力されたピーク信号Ｅ１ａのレベル変動周波数成分を抑圧してピーク信号Ｅ２ａを光遅延干渉制御部３３０ａに出力し、レベル変動周波数抑圧部３２０ｅは、入力されたピーク信号Ｅ１ｂのレベル変動周波数成分を抑圧してピーク信号Ｅ２ｂを光遅延干渉制御部３３０ａに出力する。なおレベル変動周波数抑圧部３２０ｄおよびレベル変動周波数抑圧部３２０ｅは、上述の第１の実施形態のレベル変動周波数抑圧部３２０のいずれかの構成としてよい。光遅延干渉制御部３３０ａは、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂの出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０ａからの情報を元にオーバドライブ増幅された、光遅延干渉制御信号Ｃ１ａおよびＣ１ｂを出力する。オーバドライブ係数設定部３４０ａは、光遅延干渉制御信号Ｃ１ａと光遅延干渉制御信号Ｃ１ｂのそれぞれについて、第１の実施形態の光遅延干渉制御部３３０が設定する光遅延干渉制御信号Ｃ１に係る設定条件と同様な設定条件を設定するとしてよい。オーバドライブ係数設定部３４０ａに設定する情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。また光遅延干渉制御部３３０ａは、第１の実施形態の光遅延干渉制御部３３０と同様な構成により、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２ａの出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０ａからの情報を元にオーバドライブ増幅された、光遅延干渉制御信号Ｃ１ａを出力する。また光遅延干渉制御部３３０ａは、第１の実施形態の光遅延干渉制御部３３０と同様な構成により、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２ｂの出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４０ａからの情報を元にオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１ｂを出力するとしてよい。光遅延干渉制御部３３０ａは光遅延干渉制御部３３０ａからの出力であるオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１ａおよびＣ１ｂにより光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂをフィードバック制御する。

【0072】

以上説明した本変形例により、ＤＱＰＳＫ方式の光受信機においても第１の実施形態と同様、ピーク信号の検出能力を向上でき、真空環境における光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂでの波長トラッキングの応答性を改善することができる。これらによって差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することが可能となる。

【0073】

なおＱＰＳＫ信号に対して例を示したが、Ｍが４値以上のＭ－ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や、Ｍ－ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、Ｍ－ＡＰＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の光信号の受信にも適用可能である。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る、ＤＰＳＫ方式の光受信機について説明する。図１８は、本発明の第２の実施形態に係る、ＤＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。本実施形態に係る光空間通信システムの構成は、図２と同様である。本実施形態においては、光位相変調信号は、単一偏波のＢＰＳＫ信号である。光受信機１２は、第１の実施形態と同様な構成の差動光検出部１１０と、第１の実施形態と異なるディジタル信号処理部１２２とを有する。

【0074】

差動光検出部１１０は、上述のように光位相変調信号を光遅延検波で光位相変調信号の位相情報を検出する機能部であり、光遅延干渉計２１０と、光分岐部２２０ａおよび２２０ｂと、ピーク信号検出部２３０と、広帯域バランス型光検出器２４０、温度制御部２５０を具備する。

【0075】

ディジタル信号処理部１２２は、主信号Ｏ１およびＯ２と、ピーク信号Ｅ１に対しディジタル信号処理を行う機能部であり、データ復元部３１０と、レベル変動周波数抑圧部３２０と、光遅延干渉制御部３３０と、オーバドライブ係数設定部３４１と、信号分岐部３５０と、オーバドライブ増幅率調整部３６０を具備する。データ復元部３１０と、レベル変動周波数抑圧部３２０と、光遅延干渉制御部３３３は第１の実施形態と同様な構成であるが、オーバドライブ係数設定部３４１は、第１の実施形態と異なる。また本実施形態のディジタル信号処理部１２２は、信号分岐部３５０と、オーバドライブ増幅率調整部３６０を具備する点でも第１の実施形態と異なっている。

【0076】

光受信機１２に入力された光位相変調信号は、第１の実施形態と同様、差動光検出部１１０に入力され、差動光検出部１１０に入力された光位相変調信号は、光遅延干渉計２１０に入力される。光遅延干渉計２１０は、第１の実施形態と同様、光位相変調信号を隣り合うビット間で干渉させ、光遅延干渉計２１０から干渉させた第１の光信号および第２の光信号が出力される。干渉させた第１の光信号および第２の光信号は、第１の実施形態と同様、光分岐部２２０ａおよび光分岐部２２０ｂで分岐され、光分岐部２２０ａおよび光分岐部２２０ｂで分岐された光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０と、広帯域バランス型光検出器２４０に入力される。第１の実施形態と同様、ピーク信号検出部２３０は、ピーク信号Ｅ１を出力し、広帯域バランス型光検出器２４０は主信号Ｏ１およびＯ２を出力する。また、温度制御部２５０は、第１の実施形態と同様、光遅延干渉計２１０の温度を一定に維持するように温度調整を行う。

【0077】

ディジタル信号処理部１２２に入力された主信号Ｏ１および主信号Ｏ２は、第１の実施形態と同様、データ復元部３１０に入力され、データ復元部３１０は、主信号Ｏ１およびＯ２を元に、クロックリカバリを行い、リカバリされたクロックでデータをラッチすることで出力データＤ１およびＤ２を復元して出力する。

【0078】

またディジタル信号処理部１２２に入力されたピーク信号Ｅ１は、第１の実施形態と同様なレベル変動周波数抑圧部３２０に入力され、レベル変動周波数抑圧部３２０は、入力されたピーク信号Ｅ１のレベル変動周波数成分を抑圧してピーク信号Ｅ２を出力する。ピーク信号Ｅ２は、信号分岐部３５０に入力されて分岐され、光遅延干渉制御部３３０とオーバドライブ増幅率調整部３６０に入力される。

【0079】

オーバドライブ係数設定部３４１に当初、設定される情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0080】

オーバドライブ増幅率調整部３６０は、例えばオーバドライブ係数設定部３４１に設定する条件である、オーバドライブ増幅率Ａ１を徐々に変化させ、信号分岐部３５０で分岐されたピーク信号Ｅ２の収束時間を計測し、計測した収束時間を元に、オーバドライブ増幅率Ａ１ａを決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０は、例えば収束時間が予め定められた目標時間以内に収まるようにオーバドライブ増幅率Ａ１を決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０は、決定したオーバドライブ増幅率Ａ１を、オーバドライブ係数設定部３４１に設定する。光遅延干渉制御部３３０は、信号分岐部３５０で分岐されたピーク信号Ｅ２の出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４１からの情報を元にオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１を出力する。光遅延干渉制御部３３０は、オーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号Ｃ１により、光遅延干渉計２１０をフィードバック制御する。

【0081】

以上説明した本実施形態によっても、第１の実施形態およびその変形例と同様、ピーク信号の検出能力を向上でき、真空環境における光遅延干渉計２１０での波長トラッキングの応答性を改善することができる。これらによって差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することが可能となる。
＜第２の実施形態の変形例＞
本発明の第２の実施形態に係る光受信機の変形例について説明する。図１９は、本変形例に係る、ＤＱＰＳＫ方式の光受信機の構成図である。なお本変形例に係る光空間通信システムの構成は、図２と同様である。本変形例において光位相変調信号は、上述の第１の実施形態の変形例と同様、単一偏波のＱＰＳＫ信号である。光受信機１３は、上述の第１の実施形態の変形例と同様な差動光検出部１１１と、上述の第１の実施形態、その変形例、及び第２の実施形態とは異なるディジタル信号処理部１２３とを具備する。

【0082】

差動光検出部１１１は、上述の第１の実施形態の変形例と同様、光位相変調信号を光遅延検波で光位相変調信号の位相情報を検出する機能部である。差動光検出部１１１は、上述の第１の実施形態の変形例と同様な光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂと、光分岐部２２０ａおよび２２０ｂおよび２２０ｃおよび２２０ｄおよび２２０ｅと、ピーク信号検出部２３０ｄおよび２３０ｅと、広帯域バランス型光検出器２４０ａおよび２４０ｂ、温度制御部２５０ａおよび２５０ｂを具備する。

【0083】

ディジタル信号処理部１２３は、主信号Ｏ１ａ、Ｏ１ｂ、Ｏ２ａおよびＯ２ｂと、ピーク信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂに対しディジタル信号処理を行う機能部である。ディジタル信号処理部１２３は、データ復元部３１０ａおよび３１０ｂと、レベル変動周波数抑圧部３２０ｄおよび３２０ｅと、光遅延干渉制御部３３０ａと、オーバドライブ係数設定部３４１ａと、信号分岐部３５０ａおよび３５０ｂと、オーバドライブ増幅率調整部３６０ａ及び３６０ｂを具備する。データ復元部３１０ａおよび３１０ｂと、レベル変動周波数抑圧部３２０ｄおよび３２０ｅと、光遅延干渉制御部３３０ａは、上述の第１の実施形態の変形例と同様であるが、オーバドライブ係数設定部３４１ａは、第１の実施形態の変形例のオーバドライブ係数設定部３４０ａと異なる。また本実施形態のディジタル信号処理部１２３は、信号分岐部３５０ａおよび３５０ｂと、オーバドライブ増幅率調整部３６０ａおよび３６０ｂを具備する点でも第１の実施形態の変形例と異なっている。

【0084】

光受信機１３に入力された光位相変調信号は、第１の実施形態の変形例と同様、差動光検出部１１１に入力され、差動光検出部１１１に入力された光位相変調信号は、光分岐部２２０ｅで分岐され、分岐された光位相変調信号は、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂに入力される。光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂは、第１の実施形態の変形例と同様、それぞれ干渉させた光信号の組（２つの光信号）を出力する。したがって、第１の実施形態の変形例と同様、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂから、２組の干渉させた光信号が出力される。光遅延干渉計２１０ａは、第１の実施形態の変形例と同様、入力された光位相変調信号を２分岐し、一方の信号については１ビット分遅延させ、他方の信号についてはπ／４位相シフトを行い、これらを干渉させて光信号の組（２つの光信号）を出力する。また光遅延干渉計２１０ｂは、第１の実施形態の変形例と同様、入力された光位相変調信号を２分岐し、一方の信号については１ビット分遅延させ、他方の信号については－π／４の位相シフトを行い、これらを干渉させて光信号の組（２つの光信号）を出力する。

【0085】

光遅延干渉計２１０ａから出力された２つの光信号は、それぞれ第１の実施形態の変形例と同様、光分岐部２２０ａ、光分岐部２２０ｂで分岐される。光分岐部２２０ａで分岐された光信号は、それぞれ、第１の実施形態の変形例と同様なピーク信号検出部２３０ｄと、第１の実施形態の広帯域バランス型光検出器２４０と同様な広帯域バランス型光検出器２４０ａに入力される。光分岐部２２０ｂで分岐された光信号は、それぞれピーク信号検出部２３０ｄと、広帯域バランス型光検出器２４０ａに入力される。ピーク信号検出部２３０ｄは、第１の実施形態の変形例と同様、光遅延干渉計２１０ａで干渉された２つの光信号をピーク信号Ｅ１ａに変換して出力し、広帯域バランス型光検出器２４０ａは光遅延干渉計２１０ａで干渉された２つの光信号を主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａに変換して出力する。このとき、主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａは、第１の実施形態の変形例と同様、光位相変調信号のＩ相成分に相当する主信号である。なお本変形例のピーク信号検出部２３０ｄは、第１の実施形態の変形例と同様、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかに、π／４位相シフトされた一方の光信号を－π／４位相シフトする位相シフト部を追加した構成としてよい。

【0086】

光遅延干渉計２１０ｂから出力された２つの光信号は、それぞれ第１の実施形態の変形例と同様、光分岐部２２０ｃ、光分岐部２２０ｄで分岐される。光分岐部２２０ｃで分岐された２つの光信号は、第１の実施形態の変形例と同様、それぞれピーク信号検出部２３０ｅと、第１の実施形態の広帯域バランス型光検出器２４０と同様な広帯域バランス型光検出器２４０ｂに入力される。光分岐部２２０ｄで分岐された光信号は、第１の実施形態の変形例と同様、それぞれピーク信号検出部２３０ｅと、広帯域バランス型光検出器２４０ｂに入力される。ピーク信号検出部２３０ｅは、第１の実施形態の変形例と同様、光遅延干渉計２１０ｂで干渉された２つの光信号をピーク信号Ｅ１ｂに変換して出力し、広帯域バランス型光検出器２４０ｂは、光遅延干渉計２１０ｂで干渉された２つの光信号を主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂに変換して出力する。このとき、主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂは、第１の実施形態の変形例と同様、光位相変調信号のＱ相成分に相当する主信号である。なお本変形例のピーク信号検出部２３０ｅは、第１の実施形態の変形例と同様、上述の第１の実施形態のピーク信号検出部の構成のいずれかに、－π／４位相シフトされた一方の光信号をπ／４位相シフトする位相シフト部を追加した構成としてよい。また、温度制御部２５０ａおよび温度制御部２５０ｂは、第１の実施形態の変形例と同様、第１の実施形態の温度制御部２５０と同様な構成であり、光遅延干渉計２１０ａおよび２１０ｂの温度を一定に維持するように温度調整を行う。

【0087】

ディジタル信号処理部１２３に入力された、Ｉ相に相当する主信号Ｏ１ａおよび主信号Ｏ２ａは、第１の実施形態の変形例と同様、データ復元部３１０ａに入力される。データ復元部３１０ａは、主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａを元にクロックリカバリを行い、リカバリされたクロックで主信号Ｏ１ａおよびＯ２ａをラッチすることで出力データＤ１ａおよびＤ２ａを復元して出力する。ディジタル信号処理部１２３に入力された、Ｑ相に相当する主信号Ｏ１ｂおよび主信号Ｏ２ｂは、第１の実施形態の変形例と同様、データ復元部３１０ｂに入力される。データ復元部３１０ｂは、主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂを元にクロックリカバリを行い、リカバリされたクロックで主信号Ｏ１ｂおよびＯ２ｂをラッチすることで出力データＤ１ｂおよびＤ２ｂを復元して出力する。

【0088】

第１の実施形態の変形例と同様、ディジタル信号処理部１２３に入力されたピーク信号Ｅ１ａは、レベル変動周波数抑圧部３２０ｄに入力され、ディジタル信号処理部１２３に入力されたピーク信号Ｅ１ｂは、レベル変動周波数抑圧部３２０ｅに入力される。第１の実施形態の変形例と同様、レベル変動周波数抑圧部３２０ｄは、入力されたピーク信号Ｅ１ａのレベル変動周波数成分を抑圧してピーク信号Ｅ２ａを、信号分岐部３５０ａに出力し、レベル変動周波数抑圧部３２０ｅは、入力されたピーク信号Ｅ１ｂのレベル変動周波数成分を抑圧してピーク信号Ｅ２ｂを、信号分岐部３５０ｂに出力する。信号分岐部３５０ａはピーク信号Ｅ２ａを分岐して、光遅延干渉制御部３３３ａと、オーバドライブ増幅率調整部３６０ａに入力する。信号分岐部３５０ｂは、ピーク信号Ｅ２ｂを分岐して光遅延干渉制御部３３３ａと、オーバドライブ増幅率調整部３６０ｂに入力する。オーバドライブ係数設定部３４１ａに当初、設定される情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。オーバドライブ増幅率調整部３６０ａは、オーバドライブ係数設定部３４１ａに設定する条件である、オーバドライブ増幅率Ａ１ａを徐々に変化させ、信号分岐部３５０ａで分岐されたピーク信号Ｅ２ａの収束時間を計測し、計測した収束時間を元に、オーバドライブ増幅率Ａ１ａを決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０ａは、例えば収束時間が予め定められた目標時間以内に収まるようにオーバドライブ増幅率Ａ１ａを決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０ｂは、オーバドライブ係数設定部３４１ａに設定する条件である、オーバドライブ増幅率Ａ１ｂを徐々に変化させ、信号分岐部３５０ｂで分岐されたピーク信号Ｅ２ｂの収束時間を計測し、計測した収束時間を元に、オーバドライブ増幅率Ａ１ｂを決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０ｂは、例えば収束時間が予め定められた目標時間以内に収まるようにオーバドライブ増幅率Ａ１ｂを決定する。オーバドライブ増幅率調整部３６０ａおよび３６０ｂは、決定したオーバドライブ増幅率Ａ１ａおよびＡ１ｂを、オーバドライブ係数設定部３４１ａに設定する。

【0089】

光遅延干渉制御部３３０ａは、レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂの出力レベルとオーバドライブ係数設定部３４１ａからの情報を元にオーバドライブ増幅された、光遅延干渉制御信号Ｃ１ｃおよびＣ１ｄを出力する。光遅延干渉制御部３３０ａは、光遅延干渉制御信号Ｃ１ｃにより光遅延干渉計２１０ａをフィードバック制御し、光遅延干渉制御信号Ｃ１ｄにより光遅延干渉計２１０ｂをフィードバック制御する。

【0090】

以上説明した本変形例によっても、第１の実施形態、その変形例、及び第２の実施形態と同様、ピーク信号の検出能力を向上でき、真空環境における光遅延干渉計２１０での波長トラッキングの応答性を改善することができる。これらによって差動位相変復調方式を衛星搭載用として宇宙環境に適用することが可能となる。

【0091】

なおＱＰＳＫ信号に対して例を示したが、Ｍが４値以上のＭ－ＰＳＫや、Ｍ－ＱＡＭ、Ｍ－ＡＰＳＫの光信号の受信にも適用可能である。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る光空間通信システムについて説明する。本実施形態に係る光空間通信システムの構成図は、図２と同じである。

【0092】

図２０は、本発明の第３の実施形態に係る、光空間通信システムを構成する光送信機の構成図である。本実施形態の光送信機５０から出力される光位相変調信号は、単一偏波のゼロ復帰符号（ＲＺ：Ｒｅｔｕｒｎ－ｔｏ－Ｚｅｒｏ）のＢＰＳＫ信号である。光送信機５０は、光送信部５１０と、ディジタル信号処理部５２０とを有する。また、制御装置６０は、衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値を、光送信機５０に入力する。

【0093】

光送信部５１０は、レーザ駆動電流制御部５１１と、レーザ温度制御部５１２と、送信レーザ部５１３と、光位相変調部５１４と、光強度変調部５１５とを有する。

【0094】

ディジタル信号処理部５２０は、ドップラー周波数制御部５２１と、信号生成部５２２と、クロック生成部５２３とを有する。

【0095】

光送信機５０に、制御装置６０から衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値が入力される。制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ディジタル信号処理部５２０に入力され、ディジタル信号処理部５２０に入力された衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に入力される。ドップラー周波数制御部５２１は、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を、光送信部５１０に出力し、光送信部５１０に出力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に設定される。レーザ駆動電流制御部５１１は、送信レーザ部５１３に、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を設定し、送信レーザ部５１３からのレーザ光を出力させる。一方で、レーザ温度制御部５１２は、送信レーザ部５１３の温度を一定に制御する。

【0096】

光送信機５０に、入力データＩ１が入力される。入力データＩ１は、ディジタル信号処理部５２０に入力され、ディジタル信号処理部５２０に入力された入力データＩ１は、信号生成部５２２に入力される。信号生成部５２２は、入力データＩ１に沿った入力信号を生成する。入力信号は、光送信部５１０を介して光位相変調部５１４に入力される。光位相変調部５１４は、信号生成部５２２からの入力信号を元にして、送信レーザ部５１３から出力されるレーザ光に対し変調を行う。光位相変調部５１４からは、非ゼロ復帰符号（ＮＲＺ：Ｎｏｎ－Ｒｅｔｕｒｎ－ｔｏ－Ｚｅｒｏ）の２値位相変調信号が出力される。ディジタル信号処理部５２０を構成するクロック生成部５２３から生成されたクロック信号は、光送信部５１０に入力され、光送信部５１０に入力されたクロック信号は、光強度変調部５１５に入力される。光強度変調部５１５は、クロック生成部５２３からのクロック信号を元にして、光位相変調部５１４から出力されるＮＲＺのＢＰＳＫ信号に対し、ＲＺの変調を行う。光強度変調部５１５からは、ＲＺの２値位相変調信号が出力される。

【0097】

図２１は、図２０の制御装置とドップラー周波数制御部の第１の構成例を示すブロック図である。図２１に示すように、制御装置６０は、衛星軌道情報設定部６１０と、ドップラー周波数算出部６２０と、レーザ駆動電流算出部６３０とを有し、ドップラー周波数制御部５２１は、レーザ駆動電流設定部５２１１を有する。

【0098】

制御装置６０を構成する衛星軌道情報設定部６１０は、衛星軌道情報設定部６１０に格納されている衛星軌道情報をドップラー周波数算出部６２０に入力する。ドップラー周波数算出部６２０は、衛星軌道情報を元にして、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数算出部６２０で算出されたドップラー周波数は、レーザ駆動電流算出部６３０に入力される。レーザ駆動電流算出部６３０は、ドップラー周波数算出部６２０で算出されたドップラー周波数を元にして、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を算出する。このとき、レーザ駆動電流値は、レーザ温度制御部５１２で一定に制御される温度の場合でのレーザ駆動電流値と光波長の関係から、算出される。レーザ駆動電流算出部６３０で算出されたレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に出力され、ドップラー周波数制御部５２１に出力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流設定部５２１１に設定される。レーザ駆動電流設定部５２１１に設定されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に受け渡される。

【0099】

なお制御装置６０を構成するドップラー周波数算出部６２０およびレーザ駆動電流算出部６３０は、ドップラー周波数制御部５２１に含めるような構成にしても良い。また、制御装置６０を構成するレーザ駆動電流算出部６３０のみがドップラー周波数制御部５２１に含まれるような構成にしても良い。

【0100】

制御装置６０に設定する衛星軌道情報設定部６１０に設定される衛星軌道情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0101】

図２２は、衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、細かい時間間隔でレーザ駆動電流制御部５１１を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機１０が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示している。簡単化のため、ドップラー周波数変動速度は、一定としている。このとき、細かい時間間隔は、１秒以下である。周波数誤差ＷＥ１は、
ＷＥ１＝｜Ｗ１－Ｌ１｜
である。
０≦ＷＥ１≦＋Ｂ／４
上記の関係が成立する場合、光受信機１０は、周波数誤差ＷＥ１が残留する光位相変調信号を受信できる。なおＢは光位相変調信号のシンボルレートを示す。
なお、図２２は、Ｗ１がＬ１よりも波長が長い場合の制御を示しているが、Ｌ１がＷ１よりも波長が長い場合で、波長を制御してもよい。

【0102】

図２３は、衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、長い時間間隔でレーザ駆動電流制御部を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示している。簡単化のため、ドップラー周波数変動速度は、一定としている。このとき、長い時間間隔は、１秒以上である。周波数誤差ＷＥ１は、
ＷＥ１＝｜Ｗ１－Ｌ１｜
である。
０≦ＷＥ１≦＋Ｂ／４
上記の関係が成立する場合、光受信機１０は、周波数誤差ＷＥ１が残留する光位相変調信号を受信できる。なおＢは光位相変調信号のシンボルレートを示す。
なお、図２３は、Ｗ１がＬ１よりも波長が長い場合の制御を示しているが、Ｌ１がＷ１よりも波長が長い場合で、波長を制御してもよい。

【0103】

図２４は、図２０の制御装置とドップラー周波数制御部の第２の構成例を示すブロック図である。図２４に示すように、制御装置６０は、第１の構成例と同様、衛星軌道情報設定部６１０と、ドップラー周波数算出部６２０と、レーザ駆動電流算出部６３０とを有する。またドップラー周波数制御部５２１ａは、第１の構成例と同様なレーザ駆動電流設定部５２１１と、第１の構成例にはないフィルタ処理部５２１２及びフィルタ帯域設定部５２１３とを有する。

【0104】

第１の構成例と同様、制御装置６０を構成する衛星軌道情報設定部６１０は、衛星軌道情報設定部６１０に格納されている衛星軌道情報をドップラー周波数算出部６２０に入力する。ドップラー周波数算出部６２０は、衛星軌道情報を元にして、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数算出部６２０で算出されたドップラー周波数は、レーザ駆動電流算出部６３０に入力される。レーザ駆動電流算出部６３０は、第１の構成例と同様、ドップラー周波数算出部６２０で算出されたドップラー周波数を元にして、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるような、レーザ駆動電流値を算出する。このとき、レーザ駆動電流値は、第１の構成例と同様、レーザ温度制御部５１２で一定に制御される温度の場合でのレーザ駆動電流値と光波長の関係から、算出される。レーザ駆動電流算出部６３０で算出されたレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１ａに入力され、ドップラー周波数制御部５２１ａに入力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流設定部５２１１に設定される。レーザ駆動電流設定部５２１１に設定されたレーザ駆動電流値は、フィルタ処理部５２１２で、フィルタ処理が行われる。フィルタ処理部５２１２のフィルタ処理によって、ステップ状ではなく滑らかになったレーザ駆動電流値が出力される。フィルタ処理部５２１２のフィルタ帯域は、フィルタ帯域設定部５２１３からのフィルタ帯域情報を元に、設定される。フィルタ処理部５２１２で滑らかになったレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に受け渡される。

【0105】

なお制御装置６０を構成するドップラー周波数算出部６２０およびレーザ駆動電流算出部６３０がドップラー周波数制御部５２１に含まれるような構成にしても良い。また、制御装置６０を構成するレーザ駆動電流算出部６３０のみがドップラー周波数制御部５２１に含まれるような構成にしても良い。

【0106】

制御装置６０に設定する衛星軌道情報設定部６１０に設定される衛星軌道情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。フィルタ帯域設定部５２１３に設定されるフィルタ帯域情報は、予めメモリ等の記録装置に格納してもよいし、地上局から制御装置６０を介して送信されるテレメトリコマンドによって設定されるようにしてもよい。

【0107】

図２５は、衛星軌道上のドップラー周波数の影響を受けた場合の光周波数Ｗ１と、長い時間間隔でレーザ駆動電流制御部を制御した場合の、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１と、光受信機が光位相変調信号を受信するときに残留する周波数誤差ＷＥ１を示している。簡単化のため、ドップラー周波数変動速度は、一定としている。このとき、長い時間間隔は、１秒以上である。また、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺可能にする光周波数Ｌ１は、フィルタ処理部５２１２によって滑らかになったレーザ駆動電流値で送信レーザ部５１３が駆動されているので、光周波数Ｌ１に示すような滑らかな光周波数になる。この滑らかな光周波数Ｌ１によって、図２５の周波数誤差ＷＥ１は、図２３の周波数誤差ＷＥ１よりも小さくすることが可能になる。周波数誤差ＷＥ１は、
ＷＥ１＝｜Ｗ１－Ｌ１｜
である。
０≦ＷＥ１≦＋Ｂ／４
上記の関係が成立する場合、光受信機１０は、周波数誤差ＷＥ１が残留する光位相変調信号を受信できる。なおＢは光位相変調信号のシンボルレートを示す。
なお、図２５は、Ｗ１がＬ１よりも波長が長い場合の制御を示しているが、Ｌ１がＷ１よりも波長が長い場合で、波長を制御してもよい。
＜第３の実施形態の効果＞
衛星軌道上の送信機が一定周波数の光信号を送信した場合、送信機と同じ方向に同じ速度で移動する受信機でない限り、受信機が受信する光信号には、ドップラー効果による周波数変動が発生する。このため受信機は環境温度に応じた遅延量の調整に加えて、ドップラー周波数に応じた遅延量の調整を行う必要があり、受信機において波長トラッキングが収束困難になる要因となる。特に、衛星間光通信のような、軌道上を逆方向に移動する周回衛星同志での光空間通信では、大きなドップラー周波数が生じ、光遅延干渉計２１０による波長トラッキングの負担が大きくなる。
第３の実施形態によれば、衛星軌道情報を元にして、衛星軌道上で発生するドップラー周波数を算出し、これを相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を算出し、レーザ駆動電流設定部５２１１に設定することにより、ドップラー周波数に応じた遅延量調整の負担を軽減し、ドップラー周波数による波長トラッキングへの影響を抑制することが可能となる。
＜第３の実施形態の変形例＞
本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係る光空間通信システムを構成する光送信機について説明する。図２６は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係る光空間通信システムを構成する、光送信機の構成図である。本変形例の光送信機は、単一偏波のＮＲＺのＢＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する。本変形例の光送信機５１は、光送信部５１６と、ディジタル信号処理部５２４とを有する。また、制御装置６０は、第３の実施形態と同様、衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値を、光送信機５１に入力する。

【0108】

本変形例の光送信部５１６は、レーザ駆動電流制御部５１１と、レーザ温度制御部５１２と、送信レーザ部５１３と、光位相変調部５１４とを有するが、第３の実施形態と異なり、光強度変調部５１５を有していない。また本変形例のディジタル信号処理部５２４は、ドップラー周波数制御部５２１と、信号生成部５２２とを有するが、第３の実施形態と異なり、クロック生成部５２３を有していない。

【0109】

光送信機５１に、制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値が入力される。制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ディジタル信号処理部５２４に入力され、ディジタル信号処理部５２４に入力された衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に入力される。ドップラー周波数制御部５２１は、レーザ駆動電流値を、光送信部５１６に入力し、光送信部５１６に入力されたレーザ駆動電流値はレーザ駆動電流制御部５１１に設定される。レーザ駆動電流制御部５１１は、送信レーザ部５１３にレーザ駆動電流値を設定し、送信レーザ部５１３からレーザ光を出力させる。一方で、レーザ温度制御部５１２は、送信レーザ部５１３の温度を一定に制御する。

【0110】

光送信機５１に、入力データＩ１が入力される。入力データＩ１は、ディジタル信号処理部５２４に入力され、ディジタル信号処理部５２４に入力された入力データＩ１は、信号生成部５２２に入力される。信号生成部５２２は、入力データＩ１に沿った入力信号を生成する。入力信号は、光送信部５１６に入力され、光送信部５１６に入力された入力信号は、光位相変調部５１４に入力される。光位相変調部５１４は、信号生成部５２２からの入力信号を元にして、送信レーザ部５１３から出力されるレーザ光に対し変調を行う。光位相変調部５１４からは、ＮＲＺのＢＰＳＫ信号が出力される。

【0111】

本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係る光空間通信システムを構成する光送信機について説明する。図２７は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＲＺのＱＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する光送信機の構成図である。光送信機５２は、光送信部５１７と、ディジタル信号処理部５２５とを有する。また、制御装置６０は、衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値を、光送信機５２に入力する。

【0112】

本変形例の光送信部５１７は、レーザ駆動電流制御部５１１と、レーザ温度制御部５１２と、送信レーザ部５１３と、光ＩＱ変調部５１４ａと、光強度変調部５１５ａとを有する。

【0113】

また本変形例のディジタル信号処理部５２５は、ドップラー周波数制御部５２１と、信号生成部５２６と、クロック生成部５２３とを有する。

【0114】

光送信機５０に、制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値が入力される。制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ディジタル信号処理部５２５に入力され、ディジタル信号処理部５２５に入力された衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に入力される。ドップラー周波数制御部５２１は、レーザ駆動電流値を、光送信部５１７に入力し、光送信部５１７に入力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に設定される。レーザ駆動電流制御部５１１は、送信レーザ部５１３にレーザ駆動電流値を設定し、送信レーザ部５１３からのレーザ光を出力させる。一方で、レーザ温度制御部５１２は、送信レーザ部５１３の温度を一定に制御する。

【0115】

光送信機５２に、入力データＩ１およびＩ２が入力される。入力データＩ１およびＩ２は、ディジタル信号処理部５２５に入力され、ディジタル信号処理部５２５に入力された入力データＩ１およびＩ２は、信号生成部５２６に入力される。信号生成部５２６は、入力データＩ１およびＩ２に沿った入力信号を生成する。入力信号は、光送信部５１７に入力され、光送信部５１７に入力された入力信号は、光ＩＱ変調部５１４ａに入力される。光ＩＱ変調部５１４ａは、信号生成部５２６からの入力信号を元にして、送信レーザ部５１３から出力されるレーザ光に対し変調を行う。光ＩＱ変調部５１４ａからは、ＮＲＺのＱＰＳＫ信号が出力される。ディジタル信号処理部５２５を構成するクロック生成部５２３から生成されたクロック信号は、光送信部５１７に入力されると同時に、光強度変調部５１５ａに入力される。光強度変調部５１５ａは、クロック生成部５２３からのクロック信号を元にして、光ＩＱ変調部５１４ａから出力されるＮＲＺのＱＰＳＫ信号に対し、ＲＺの変調を行う。光強度変調部５１５ａからは、ＲＺのＱＰＳＫ信号が出力される。

【0116】

図２８は、図２７の光ＩＱ変調部の一例を示す。図２８において、光ＩＱ変調部５１４ａは、光分岐部５１４１と、光合波部５１４２と、光位相変調部５１４３および５１４４と、光位相調整部５１４５とを有する。送信レーザ部５１３からのレーザ光は、光ＩＱ変調部５１４ａに入力され、光ＩＱ変調部５１４ａに入力されたレーザ光は、光分岐部５１４１で分岐される。光分岐部５１４１からのそれぞれの出力光は、光位相変調部５１４３および５１４４に入力される。光位相変調部５１４３および５１４４は、入力データＩ１およびＩ２を元にして、光分岐部５１４１からの出力光に対して変調を行い、２値の光位相変調信号を出力する。光位相変調部５１４４からの２値光位相変調信号は、光位相調整部５１４５に入力される。光位相調整部５１４５は、２値光位相変調信号に対し、π／２の位相シフトを行う。光位相変調部５１４３からの出力である２値光位相変調信号と、光位相調整部５１４５からの出力であるπ／２の位相シフトが行われた２値光位相変調信号は、光合波部５１４２で合波される。これにより、光合波部５１４２から、ＮＲＺの４値光位相変調信号が出力される。

【0117】

ＱＰＳＫ信号に対して例を示したが、Ｍが４値以上のＭ－ＰＳＫや、Ｍ－ＱＡＭ、Ｍ－ＡＰＳＫの光信号の受信にも適用可能である。

【0118】

本発明の第３の実施形態の第３の変形例に係る光空間通信システムを構成する光送信機について説明する。図２９は、本発明の第３の実施形態の第３の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＮＲＺのＱＰＳＫ信号である光位相変調信号を出力する光送信機の構成図である。光送信機５３は、光送信部５１８と、ディジタル信号処理部５２７とを有する。また、制御装置６０は、衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値を、光送信機５３に入力する。

【0119】

本変形例の光送信部５１８は、レーザ駆動電流制御部５１１と、レーザ温度制御部５１２と、送信レーザ部５１３と、光ＩＱ変調部５１４ａとを有する。また本変形例のディジタル信号処理部５２７は、ドップラー周波数制御部５２１と、信号生成部５２６とを有する。

【0120】

光送信機５３に、制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値が入力される。制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ディジタル信号処理部５２７に入力され、ディジタル信号処理部５２７に入力された衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に入力される。ドップラー周波数制御部５２１は、レーザ駆動電流値を、光送信部５１０に入力し、光送信部５１０に入力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に設定される。レーザ駆動電流制御部５１１は、送信レーザ部５１３にレーザ駆動電流値を設定し、送信レーザ部５１３からのレーザ光を出力させる。一方で、レーザ温度制御部５１２は、送信レーザ部５１３の温度を一定に制御する。

【0121】

光送信機５３に、入力データＩ１およびＩ２が入力される。入力データＩ１およびＩ２は、ディジタル信号処理部５２７に入力され、ディジタル信号処理部５２７に入力された入力データＩ１およびＩ２は、信号生成部５２６に入力される。信号生成部５２６は、入力データＩ１およびＩ２にそれぞれ沿った２つの入力信号を生成する。２つの入力信号は、光送信部５１０に入力され、光送信部５１０に入力された２つの入力信号は、光位相変調部５１４に入力される。光ＩＱ変調部５１４ａは、信号生成部５２６からの２つの入力信号を元にして、送信レーザ部５１３から出力されるレーザ光に対し変調を行う。光ＩＱ変調部５１４ａからは、ＮＲＺのＱＰＳＫ信号が出力される。

【0122】

ＱＰＳＫ信号に対して例を示したが、Ｍが４値以上のＭ－ＰＳＫや、Ｍ－ＱＡＭ、Ｍ－ＡＰＳＫの光信号の受信にも適用可能である。

【0123】

本発明の第３の実施形態の第４の変形例に係る光空間通信システムを構成する光送信機について説明する。図３０は、第３の実施形態の第４の変形例に係る光空間通信システムを構成し、単一偏波のＮＲＺまたはＲＺの強度変調信号を出力する光送信機の構成図である。光送信機５４は、光送信部５１９と、ディジタル信号処理部５２４とを有する。また、制御装置６０は、衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値を、光送信機５４に入力する。

【0124】

本変形例の光送信部５１９は、レーザ駆動電流制御部５１１と、レーザ温度制御部５１２と、送信レーザ部５１３と、光強度変調部５１５とを有する。

【0125】

また本変形例のディジタル信号処理部５２４は、ドップラー周波数制御部５２１と、信号生成部５２２とを有する。

【0126】

光送信機５４に、制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値が入力される。制御装置６０からの衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ディジタル信号処理部５２０に入力され、ディジタル信号処理部５２０に入力された衛星軌道情報またはドップラー周波数またはレーザ駆動電流値は、ドップラー周波数制御部５２１に入力される。ドップラー周波数制御部５２１は、レーザ駆動電流値を、光送信部５１０に入力し、光送信部５１０に入力されたレーザ駆動電流値は、レーザ駆動電流制御部５１１に設定される。レーザ駆動電流制御部５１１は、送信レーザ部５１３にレーザ駆動電流値を設定し、送信レーザ部５１３からレーザ光を出力させる。一方で、レーザ温度制御部５１２は、送信レーザ部５１３の温度を一定に制御する。

【0127】

光送信機５４に、入力データＩ１が入力される。入力データＩ１は、ディジタル信号処理部５２４に入力され、ディジタル信号処理部５２４に入力された入力データＩ１は、信号生成部５２２に入力される。信号生成部５２２は、入力データＩ１に沿った入力信号を生成する。入力信号は、光送信部５１９に入力され、光送信部５１９に入力された入力信号は、光強度変調部５１５に入力される。光強度変調部５１５は、信号生成部５２２からの入力信号を元にして、送信レーザ部５１３から出力されるレーザ光に対し変調を行う。光強度変調部５１５からは、ＮＲＺの光強度変調信号が出力される。

【0128】

図３１は、単一偏波のＮＲＺの光強度変調信号を受信し復調する光受信機の一例の構成図である。光受信機１４は、広帯域バランス型光検出器２４１ｃと、データ復元部３１０ｃを備えたディジタル信号処理部１２４とを有する。広帯域バランス型光検出器２４１ｃは主信号Ｏ１を出力する。ディジタル信号処理部１２４に入力された主信号Ｏ１は、データ復元部３１０ｃに入力される。データ復元部３１０ｃは、主信号Ｏ１を元に出力データＤ１を復元して出力する。図３１に示す光受信機１４が、単一偏波のＮＲＺまたはＲＺの光強度変調信号を受信し、データを復元する。

【0129】

上記に示した光送信機５０から出力される、２値位相変調信号やＭが４値以上のＭ－ＰＳＫや、Ｍ－ＱＡＭ、Ｍ－ＡＰＳＫを含む光信号は、ディジタルコヒーレント光通信方式の光受信機１５でも受信できる。図３２は、単一偏波のディジタルコヒーレント光通信方式の光受信機の構成図である。図３２に示すように、光受信機１５は、コヒーレント光検出部１３０と、ディジタル信号処理部１２５を備える。コヒーレント光検出部１３０は、局発光源２６０と、光周波数混合器２７０と、バランス型光検出器２４０ｃと、アナログ・ディジタル変換器２３６を備える。光周波数混合器２７０は、２値位相変調信号を局発光源２６０からのレーザ光（局発光）と干渉させた後、２分岐した２つの光信号の一方を１ビット分遅延させて干渉させて、バランス型光検出器２４０ｃおよび２４０ｄにそれぞれ２つの光信号を出力する。バランス型光検出器２４０ｃは、光周波数混合器２７０から出力された２つの光信号を電気信号に変換し、それらを元に主信号Ｏ１に変換してアナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。バランス型光検出器２４０ｄは、光周波数混合器２７０から出力された２つの光信号を電気信号に変換し、それらを元に主信号Ｏ２に変換してアナログ・ディジタル変換器２３６に出力する。アナログ・ディジタル変換器２３６は、バランス型光検出器２４０ｃおよび２４０ｄから出力された主信号Ｏ１およびＯ２をディジタル信号に変換して出力する。ディジタル信号処理部１２５は、入力された主信号Ｏ１およびＯ２を元に出力データＤ１およびＤ２を復元して出力する。

【0130】

なお光送信機５０を偏波多重構成に適用した場合でも、図３２に示すディジタルコヒーレント光通信方式の光受信機１０を偏波多重用に適用させることで、２値位相変調信号やＭが４値以上のＭ－ＰＳＫや、Ｍ－ＱＡＭ、Ｍ－ＡＰＳＫを含む光信号を受信できる。

【0131】

本発明の第３の実施形態に係る、光空間通信システムは、波長多重構成に適用させることもできる。Ｎ（Ｎは２以上）個の光送信機５０から送信される、Ｎ本の異なる波長の光信号を光合波部で合波させて波長多重光信号にし、波長多重光信号を光分波部で分波させてＮ本の異なる波長の光信号にし、Ｎ本の異なる波長の光信号をＮ個の光受信機１０で受信する構成にすることで、波長多重構成に適用できる。

【0132】

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。この出願は、２０１８年１１月２９日に出願された日本出願特願２０１８－２２３１３３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【0133】

＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本発明における光受信機などの概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。
（付記１）
光位相変調信号を受信する光受信機であって、
前記光位相変調信号を分岐した２つの光信号間の遅延を１ビット分に制御して干渉させた第１の光信号および第２の光信号を出力する光遅延干渉計と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光検出を行い、第１の主信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の光信号と前記第２の光信号との差動光の強度を示すピーク信号を出力するピーク信号検出部と、を有する差動光検出部と、
前記ピーク信号のレベル変動周波数成分を抑圧するレベル変動周波数抑圧部と、前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号を元にオーバドライブ増幅された光遅延干渉制御信号を生成し前記光遅延干渉計に印加する光遅延干渉制御部と、前記光検出器からの前記第１の主信号を元に出力データを復元するデータ復元部と、を有するディジタル信号処理部と、
を有する光受信機。
（付記２）
前記光遅延干渉制御信号におけるオーバドライブ増幅のパルス幅とオーバドライブ増幅率を設定するオーバドライブ係数設定部を有する付記１記載の光受信機。
（付記３）
前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号の信号分岐を行う信号分岐部と、
前記信号分岐部で分岐された前記レベル変動周波数成分が抑圧されたピーク信号の収束時間を元に前記オーバドライブ増幅率を調整するオーバドライブ増幅率調整部と、
を有する付記２に記載の光受信機。
（付記４）
前記ピーク信号検出部は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換器と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動信号を出力する差動検出部と、
前記差動信号を増幅して前記ピーク信号を出力する信号増幅部と、
を有する光検出器と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し線形領域で前記ピーク信号を出力する利得値を、前記信号増幅部に設定する利得設定部と、
を有する付記１から３のいずれかに記載の光受信機。
（付記５）
前記ピーク信号検出部は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換器と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動信号を前記ピーク信号として出力する差動検出部と、
を有する光検出器を有する付記１から３のいずれかに記載の光受信機。
（付記６）
前記ピーク信号検出部は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換器と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動検出を行い第２の主信号を出力する差動検出部と、
前記第２の主信号を増幅し、前記第２の主信号を元に前記ピーク信号を出力する信号増幅部と、
を有する光検出器と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し出力が線形に変化する線形領域で前記信号増幅部が動作する利得値を、前記信号増幅部に設定する利得設定部と、
を有する付記１から３のいずれかに記載の光受信機。
（付記７）
前記ピーク信号検出部は、
前記第１の光信号および前記第２の光信号を光電変換した第１の電気信号および第２の電気信号を出力する光電変換器と、
前記第１の電気信号および前記第２の電気信号の差動検出を行い第２の主信号を出力し、前記第１の電気信号と第２の電気信号との差動信号を前記ピーク信号として出力する差動検出部と、
前記第２の主信号を増幅する信号増幅部と、
を有する光検出器と、
前記光位相変調信号の光入力パワーの範囲内で、前記光入力パワーに対し出力が線形に変化する線形領域で前記信号増幅部が動作する利得値を、前記信号増幅部に設定する利得設定部と、
を有する付記１から３のいずれかに記載の光受信機。
（付記８）
前記レベル変動周波数抑圧部は、
前記ピーク信号の前記レベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定するフィルタ帯域設定部と、
前記ピーク信号に前記フィルタ帯域のフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
を有する付記１から７のいずれかに記載の光受信機。
（付記９）
前記レベル変動周波数抑圧部は、
前記ピーク信号を周波数スペクトルに変換する周波数領域変換部と、
前記周波数スペクトルから前記レベル変動周波数成分を検出するレベル変動周波数検出部と、
前記レベル変動周波数検出部が検出した前記レベル変動周波数成分を元にして、前記レベル変動周波数成分を抑圧するフィルタ帯域を設定するフィルタ帯域設定部と、
前記ピーク信号に前記フィルタ帯域でフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
を有する付記１から７のいずれかに記載の光受信機。
（付記１０）
前記レベル変動周波数抑圧部は、
前記ピーク信号を前記周波数スペクトルに変換する周波数領域変換部と、
前記周波数スペクトルから前記レベル変動周波数成分を検出し、検出した前記レベル変動周波数成分の除去を行う前記レベル変動周波数検出部と、
前記レベル変動周波数成分が除去された前記周波数スペクトルを時間領域に変換し、前記レベル変動周波数成分が抑圧された前記ピーク信号を出力する時間領域変換部と、
を有する付記１から７のいずれかに記載の光受信機。
（付記１１）
前記レベル変動周波数抑圧部は、
前記ピーク信号の前記レベル変動周波数成分を抑圧するための平均化数情報を設定する平均化数設定部と、
前記平均化数情報を元に平均化処理を行う平均化処理部と、
を有する付記１から７のいずれかに記載の光受信機。
（付記１２）
付記１から付記１１のいずれかの光受信機を有する光受信装置と、前記光位相変調信号を送信する光送信装置と、を有する光空間通信システムにおいて、
前記光送信装置は、前記光位相変調信号を出力する光送信機と、前記光位相変調信号の捕捉追尾を行う捕捉追尾装置と、を有し、
前記光送信機は、
衛星軌道上で発生するドップラー周波数を相殺する光波長になるレーザ駆動電流値を出力する送信制御部と、入力データを元にして入力信号を生成する信号生成部と、クロック信号を生成するクロック生成部と、を備えるディジタル信号処理部と、
前記レーザ駆動電流値に基づいてレーザ駆動電流の制御を行うレーザ駆動電流制御部と、前記レーザ駆動電流でレーザ光を出力する送信レーザ部と、前記レーザ光に対して、前記入力信号および前記クロック信号を元にして変調を行い、前記光位相変調信号を出力する光変調部と、を備える光送信部と、
を有する光空間通信システム。
（付記１３）
前記レーザ駆動電流値にフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有し、
前記レーザ駆動電流制御部は、前記フィルタ処理により滑らかになったレーザ駆動電流値に基づいてレーザ駆動電流の制御を行う、
付記１２に記載の光空間通信システム。
（付記１４）
前記送信制御部は、
衛星軌道情報を格納する衛星軌道情報設定部と、
前記衛星軌道情報を元にして、前記ドップラー周波数を算出するドップラー周波数算出部と、
前記ドップラー周波数を元にして前記レーザ駆動電流値を算出するレーザ駆動電流算出部と、
を有する付記１２または１３に記載の光空間通信システム。

【産業上の利用可能性】

【0134】

本発明は、例えば、衛星間の光空間通信システムや、地上衛星間の光空間通信システム、地上の光空間通信システムに利用可能である。

【符号の説明】

【0135】

１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６ 光受信機
２０ 低雑音光増幅器
３０ａ、３０ｂ 光捕捉追尾装置
４０ 高出力光増幅器
５０、５１、５２、５３、５４ 光送信機
６０、６０ａ、６０ｂ 制御装置
７０ 光空間通信用光送信装置
８０ 光空間通信用光受信装置
１００ 光空間通信システム
１１０、１１１ 差動光検出部
１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ ディジタル信号処理部
１３０ コヒーレント光検出部
２１０ 光遅延干渉計
２１０ａ、２１０ｂ 光遅延干渉計
２１１ 光遅延素子
２１２ 光位相調整部
２１３ 温度調整素子
２１４ 温度モニタ素子
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ 光分岐部
２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ ピーク信号検出部
２３１、２３１ａ バランス型光検出器
２３２ａ、２３２ｂ 光電変換器
２３３ 差動検出部
２３４ 信号増幅部
２３５ 利得設定部
２３６ アナログ・ディジタル変換器
２３７ 終端部
２４０、２４０ａ、２４０ｂ 広帯域バランス型光検出器
２４０ｃ、２４０ｄ バランス型光検出器
２４１、２４１ａ、２４１ｃ 広帯域バランス型光検出器
２４２ａ、２４２ｂ 広帯域光電変換器
２４３、２４３ａ 広帯域差動検出部
２４４ 広帯域信号増幅部
２５０、２５０ａ、２５０ｂ 温度制御部
２６０ 局発光源
２７０ 光周波数混合器
３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ データ復元部
３２０、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、３２０ｅ レベル変動周波数抑圧部
３２１、３２１ａ フィルタ帯域設定部
３２２ フィルタ処理部
３２３ 周波数領域変換部
３２４ レベル変動周波数検出部
３２５ 時間領域変換部
３２６ 平均化数設定部
３２７ 平均化処理部
３３０、３３０ａ、３３３、３３３ａ、３３４ 光遅延干渉制御部
３３１ 制御信号生成部
３３２ ディジタル・アナログ変換器
３４０、３４０ａ、３４１、３４１ａ オーバドライブ係数設定部
３５０、３５０ａ、３５０ｂ 信号分岐部
３６０、３６０ａ、３６０ｂ オーバドライブ増幅率調整部
５１０ 光送信部
５１１ レーザ駆動電流制御部
５１２ レーザ温度制御部
５１３ 送信レーザ部
５１４ 光位相変調部
５１４ａ 光ＩＱ変調部
５１５、５１５ａ 光強度変調部
５１６、５１７、５１８、５１９ 光送信部
５２０ ディジタル信号処理部
５２１、５２１ａ ドップラー周波数制御部
５２２ 信号生成部
５２３ クロック生成部
５２４、５２５、５２７ ディジタル信号処理部
５２６ 信号生成部
６１０ 衛星軌道情報設定部
６２０ ドップラー周波数算出部
６３０ レーザ駆動電流算出部
５１４１ 光分岐部
５１４２ 光合波部
５１４３、５１４４ 光位相変調部
５１４５ 光位相調整部
５２１１ レーザ駆動電流設定部
５２１２ フィルタ処理部
５２１３ フィルタ帯域設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】