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JP2003069507A - 空間分割多重／空間分割多元接続ワイヤレス光通信システム - Google Patents

空間分割多重／空間分割多元接続ワイヤレス光通信システム

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Publication number
JP2003069507A
JP2003069507A JP2002167142A JP2002167142A JP2003069507A JP 2003069507 A JP2003069507 A JP 2003069507A JP 2002167142 A JP2002167142 A JP 2002167142A JP 2002167142 A JP2002167142 A JP 2002167142A JP 2003069507 A JP2003069507 A JP 2003069507A
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cell
angle
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JP2002167142A
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Takuma Hiramatsu
卓磨 平松
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速で、コストパフォーマンスの優れた空間
分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムを提
供する。 【解決手段】 情報を搬送する複数のダウンリンク信号
光２０１７を送信する基地局１００２とともに用いられ
る端末装置１００３は、複数のダウンリンク信号光２０
１７のうち、少なくとも１つが入射する受信回路１０４
を備えている。受信回路１０４は、少なくとも１つのダ
ウンリンク信号光２０１７が入射し、少なくとも１つの
ダウンリンク信号光２０１７の強度を示す電気信号１１
１４を出力する光電変換増幅部１１１３と、電気信号１
１１４のピーク値１１１６およびボトム値１１１７を検
出する検出部１１３と、ピーク値１１１６とボトム値１
１１７と電気信号１１１４とに基づいて、少なくとも１
つのダウンリンク信号光２０１７のうち強度振幅が最大
であるダウンリンク信号光が搬送する情報を取得する、
取得部１１６とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤレス光通信
機能を備えた端末装置を基地局を介して高速の通信イン
ターフェイスを備えた機器あるいはそれら機器で構成さ
れた有線ネットワークにワイヤレスアクセスさせるため
のシステムに関する。特に、家庭内やオフィス内あるい
は店舗内等での特定のスペースにおいて、データ転送を
高速に行うことのできる空間分割多重／空間分割多元接
続ワイヤレス光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＲＦ通信技術、デジタル圧縮技
術、半導体メモリ技術等の進展に伴い、携帯電話や、携
帯電話に接続された携帯情報端末装置がモバイル形態で
インターネットに接続されるようになってきている。こ
のようなモバイルインターネット接続において、比較的
大容量のコンテンツをワイヤレス送受信するアプリケー
ションの可能性が模索されている。例えば、携帯電話や
ＰＨＳ端末に１曲単位で音楽を配信するシステムの可能
性が模索されている。
【０００３】また、デジタル音楽プレーヤとして機能す
る携帯端末装置に、圧縮されたコンテンツをＰＣからシ
リアル接続あるいはＵＳＢ接続を介して転送することも
行われている。このような圧縮されたコンテンツは、例
えば、ユーザがＣＤに録音された音楽をＰＣ（パーソナ
ルコンピュータ）を用いて圧縮符号化したり、あるい
は、既に圧縮されたコンテンツをインターネット経由で
ＰＣにダウンロードすることによって得られる。
【０００４】このような携帯型の音楽プレーヤの普及の
ためには、著作権保護機能が実現される必要があるとと
もに、データの転送速度を高くする必要がある。現状の
システムでは端末装置へのデータ転送速度が遅いため、
一定時間内に転送可能なコンテンツの量が制限される。
このため、このような端末装置を携帯型の音楽プレーヤ
として使うことは不便である。
【０００５】また一方で、オフィス等では、より対線や
光ファイバを用いた１００Ｍｂ／ｓあるいは１Ｇｂ／ｓ
の高速ネットワークをＩＥＥＥ８０２．３規格群に準拠
する機器によって構築することが標準的になり、家庭内
においてはＰＣや周辺機器およびデジタル家電製品の間
を接続するネットワークが実用に供されようとしてい
る。このようなネットワークとしては、ＩＥＥＥ８０
２．３規格群のほか、４８０Ｍｂ／ｓのデータ転送速度
を実現するユニバーサルシリアルバス規格（ＵＳＢ２．
０）や、１００／２００／４００／８００／１６００Ｍ
ｂ／ｓ等のデータ転送速度を実現するＰ１３９４ｂやＩ
ＥＥＥ１３９４−１９９５、Ｐ１３９４ａを含むＩＥＥ
Ｅ１３９４規格群に準じるネットワークが有望視されて
いる。さらにｘＤＳＬやＣＡＴＶ網、ＦＴＴＨ等の高速
の加入者アクセス系通信インフラ構築が進むと、ユーザ
は比較的大容量のデータが過剰な待ち時間なく伝送でき
るようになる。このようにオフィスや家庭で、有線系高
速ネットワークが構築されてきている。
【０００６】従来、室内での近距離高速ワイヤレス通信
においては、常にＲＦシステムの競合対象として、赤外
線を用いたシステムが研究対象とされてきた。赤外線に
よるＩＭ／ＤＤ（強度変調／直接検波）方式ではマルチ
パスフェージングは問題にならないため、マルチパス歪
が問題とならない範囲の高速化においては、ＲＦシステ
ムよりもコスト面で有利なはずである。しかしながら現
実には、ＲＦシステムを凌駕する通信速度を有する赤外
線通信システムは実現していない。これは、受光パワー
が距離の２乗に反比例する減衰特性と主に背景光雑音に
よる受信感度の低下および送受信機の消費電力の増大を
克服することが実際に容易ではなく、従来の赤外線通信
システムは基本的に複数の端末が１つの空間（赤外線媒
体）を共有することを前提にしているからである。
【０００７】数１０Ｍｂ／ｓ以上の高速リンクで広範囲
なカバーエリアを達成するために、放射角の広い光源や
視野角の広い受信機を利用したり、天井や壁で反射され
た光を利用する非見通し（Ｎｏｎ−ＬＯＳ）の通信形態
が提案されている。このような通信形態ではマルチパス
歪の影響が避けられない。マルチパス歪による悪影響を
取り除くために、送受信機が高コスト化してしまう。一
般に、赤外線通信システムに関する従来の技術は、ＲＦ
無線システムに似た使い勝手を実現するために無指向性
を必要以上に追求していた。また、そのような使い勝手
が要求される用途に上述のような通信形態の赤外線通信
システムを適用することに固執する傾向があった。 一
方、Ｎｏｎ−ＬＯＳに限らず、ＬＯＳの通信形態の赤外
線通信システムにおいても、スループットを向上させる
ために、１つの基地局でカバーするセルのサイズを小さ
くして、１つの基地局内に複数の端末を収容する、いわ
ゆるセルラー方式が提案されている。しかし、このよう
なセルラー方式では、セル内、セル間で周波数や時間、
符号等の分割多重化方式および後述するキャリアセンス
方式とを組み合わせる必要がある。このため通信システ
ムのコストが増加したり、通信速度が制限されたりす
る。
【０００８】従来の赤外線通信システムの場合、その目
的が既存の有線系通信システムの置き換えに偏っている
ことも問題を難しくする一因である。すなわち、既存の
有線系通信システムに用いられているキャリアセンスに
よる衝突検知あるいは回避の手続き、すなわちＭＡＣ
（メディアアクセス制御）を赤外線通信システムにも導
入する必要があった。例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）
（イーサネット（Ｒ））あるいはＩＥＥＥ８０２．３規
格完全準拠の赤外線ＬＡＮ製品では、比較的大型の送受
信機を採用し、送受信を光学的に分離して全２重化およ
び高速化を図っている。
【０００９】有線ＬＡＮにおいては、スイッチングハブ
によってパケット衝突を非常に低減させて帯域占有型ネ
ットワークを構築することが可能になっているが、光Ｌ
ＡＮおよびＲＦ無線ＬＡＮにおいては、多元接続による
スループット低下を回避する有効な方策が提案されてい
なかった。特にＲＦ無線ＬＡＮでは、その帯域に関する
法規制が存在するため、多元接続によるスループット低
下を回避することはより困難である。ＭＡＣを行うこと
によるオーバーヘッドに加え、アクセスポイント間のチ
ャンネル競合を回避する必要があるので、ＲＦ無線ＬＡ
Ｎや光ＬＡＮの普及が進んで端末の数が多くなるにつ
れ、スループットが低下してしまうというジレンマがあ
る。
【００１０】逆に半２重通信のまま低速シリアルインタ
ーフェイスの代替を狙ったＩｒＤＡ規格では、物理的に
は完全な１対１通信の場合においても、周到な衝突回避
メカニズムを採用しているので、ターンアラウンドタイ
ムが増加し、スループットが大きく制限されている。
【００１１】携帯電話等のＲＦ無線通信システムにおい
ては、基地局にアダブティブアレイアンテナを用いて移
動局をトラッキングすることにより加入者容量を飛躍的
に高める技術が知られている。このような空間分割多元
接続（ＳＤＭＡ）システムは、ＲＦ帯や準ミリ波、ミリ
波を媒体とする大規模で公共性の高いネットワークシス
テムにおいては高いコストパフォーマンスを示す。しか
し、これらＲＦ帯や準ミリ波／ミリ波帯のＳＤＭＡシス
テムは、家庭内やオフィスの一角で用いられる小規模な
ネットワークとしては安価な解決策ではない。
【００１２】ワイヤレス光通信分野では、通信の高速化
にあたって帯域占有型のチャンネルを実現する純粋な空
間分割多重／空間分割多元接続方式は特に有望である。
上述のように、ワイヤレス光通信ではマルチパスフェー
ジングは生じないため、基地局に無線ＳＤＭＡシステム
のような複雑なアレイ信号処理アルゴリズムを用いる必
要はなく、小規様なシステムでも高いコストパフォーマ
ンスが期待できる。
【００１３】基地局の光送受信機に、ともにアレイ素子
を用いて端末装置をトラッキングし、電気的な多重化を
用いない空間多重システムの提案がなされている。この
ような空間多重システムは、例えば、特開平３−１０９
８３７号公報やＰｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ， Ｉｎｄｏｏｒ ａｎｄ Ｍｏｂｉ
ｌｅ ＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎ．，１９９７，ＶＯｌ．
３，Ｐ．９６４〜８に開示されている。これらの提案に
おいては、チャンネル間干渉（Ｃｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＣＣＩ）はあまり重要視さ
れてこなかった。なぜなら、マルチビーム送信機の発光
素子アレイと角度分解型の受信機の受光素子アレイの各
要素がレンズ系を通して空間に張る角度を、アレイ素子
の配列密度を上げることで狭くすることができ、端末装
置と基地局の間をピンポイントでトラッキングするから
である。これによって、空間に送出される光出力が比較
的小さくとも相手受信機の受光面上に十分な照射強度が
得られ、マルチパス信号成分はアレイ素子上で完全に分
離されて高速通信時のマルチパス歪によるシンボル間干
渉も十分抑制される。
【００１４】しかしながら、これらの従来技術の空間多
重システムでは、以下の（１）〜（３）に示される問題
点があった。
【００１５】（１）現実的なシステムとして、１つの基
地局で、例えば、家庭内の１部屋全体をカバーしようと
すれば、必然的に素子数の多い、すなわちダイサイズの
大きなアレイ素子を用いることとなり、基地局のコスト
が高くなる。
【００１６】（２）基地局を低コスト化するためには、
Ｓｉを材料とする受光アレイ素子を用いることが望まし
く、そのためには基地局送信機の光源として、近赤外領
域から可視光領域のＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）アレイ
を用いるのが現実的である。しかしながら、ＶＣＳＥＬ
各素子から１０ｍＷ以上の光出力を安定に得ることは技
術的に容易ではない。その上、μｍオーダーの領域で発
光するアレイ素子の各要素がレンズシステムを通して直
接空間に投影されるため、ＩＥＣ６０８２５−１規格に
従ってアイセーフティを考慮すれば、現状では、家庭内
の１部屋をカバーするといった実用的な通信距離を得る
光出力を送出することは事実上困難である。１．２μｍ
以上の波長帯を使用してアイセーフティを確保した場合
には、近い将来ホームネットワーク等に適用できるほど
安価な解決策とはならない。
【００１７】（３）さらに、特に送信機光源にアレイ素
子を用いる場合、所望の空間セルサイズに対して、セル
間隔はレンズシステムの設計とアレイ素子間隔で調整で
きるものの、実際のビーム形状、すなわち、放射角度特
性を制御することは容易ではない。従って、上述した問
題点（１）および（２）を解決するために、ある程度セ
ルサイズを大きくしたとしても、端末装置が受信を行う
際に、隣接するセル間の干渉問題は避けがたく、実空間
のほとんどが正しく受信できないデッドゾーンとなる。
【００１８】このように、従来技術では、コストパフォ
ーマンスの優れた空間多重システムを実現することがで
きなかった。
【００１９】ここまでの説明で明らかなように、有線で
接続される高速ネットワークやそれに接続される機器の
通信インターフェイスと、いわゆるモバイル端末装置の
ワイヤレスインターフェイスとの間には、両者の市場が
如何に発展を続けようとも、従来技術の延長線上では解
消しがたい通信速度のギャップが存在する。これは端末
装置のマルチメディア化あるいはアプリケーションの開
発にとって大きな障害となり得るものである。このギャ
ップの原因としては、上述した各無線通信媒体が抱える
物理的／技術的困難に加えて、携帯端末装置の処理能力
や消費電力、不揮発性メモリ媒体の読み書き動作速度の
制約等が挙げられる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本願は、主として、携
帯端末装置と、有線系高速ネットワークに接続された機
器とを最も効率よく接続するためのワイヤレス通信シス
テムを提供する。すなわち、携帯端末装置として許容で
きるサイズおよび消費電力を実現し、かつ、有線ネット
ワークに多元接続した場合でも、データ転送速度が十分
に高速なワイヤレスインターフェイスを提供する。本明
細書では、現在、標準化活動が活発に行われている次世
代携帯電話や、２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯のＲＦ無線
システムよりもさらに高速な、端末装置一台当たり１０
０Ｍｂ／ｓ以上のスループットを低コストに実現できる
帯域占有型のワイヤレスチャンネルのシステム構成と使
用形態とが開示される。
【００２１】本願の主旨は、ネットワーク機器と携帯端
末装置のシームレスな接続を実現するにあたって、未だ
明らかとされていない、コストパフォーマンスに優れ、
特に携帯端末装置に適した高速ワイヤレス通信インター
フェイスおよび高速ワイヤレス通信システムの構成およ
びそのその利用シーンを開示することである。
【００２２】本発明は、ワイヤレス光通信システムが現
在直面している下記（１）〜（４）の問題を考慮してな
された。
【００２３】（１）本来高速通信に好適なはずのワイヤ
レス光通信においても、媒体（光）が伝播する空間を共
有した上で、カバーエリアの拡大および使い勝手を向上
させることと通信速度を高速化することとは本質的に両
立しがたい。
【００２４】（２）さらに、空間を共有した上で有線ネ
ットワークや無指向性のＲＦ通信と同等の衝突検知ある
いは回避手続き等のアクセス制御を実現するために、小
型軽量／低消費電力／低コストといったワイヤレス光通
信本来の特質が損なわれており、高速化へのポテンシャ
ルが活かされる余地がなくなっている。
【００２５】（３）新たなチャンネル間の直交性を生み
出しワイヤレス通信の高速化／大容量化を可能にする空
間分割多重／空間分割多元技術をホームネットワークや
ＳＯＨＯ環境で安価に適用し実用化するための技術開発
が不足している。
【００２６】（４）携帯端末装置において、従来に比べ
格段に高速のワイヤレスインターフェイスを利用するシ
ーンが明らかではなく、上記問題点（３）との悪循環を
生んでいる。
【００２７】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、高速で、コストパフォーマン
スの優れた空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通
信システムを提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明の端末装置は、情
報を搬送する複数のダウンリンク信号光を送信する基地
局とともに用いられるワイヤレス光インターフェイスを
備えた端末装置であって、前記ワイヤレス光インターフ
ェイスは、前記複数のダウンリンク信号光のうち、少な
くとも１つが入射する受信回路を含み、前記受信回路
は、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射
し、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を
示す電気信号を出力する光電変換増幅部と、前記電気信
号のピーク値およびボトム値を検出する検出部と、前記
ピーク値と前記ボトム値と前記電気信号とに基づいて、
前記少なくとも１つのダウンリンク信号光のうち強度振
幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する前記情報
を取得する、取得部とを含む。これにより上記目的が達
成される。
【００２９】前記光電変換増幅部は、前記少なくとも１
つのダウンリンク信号光のクロック周波数以下の帯域に
おいて、実質的に群遅延平坦な特性を有する帯域制限フ
ィルタを含み、前記光電変換増幅部と前記検出部と前記
取得部とは直流結合されてもよい。
【００３０】前記複数のダウンリンク信号光のそれぞれ
は、所定の波長を有するレーザ光であり、前記端末装置
は、前記受信回路の受信視野半値全角の範囲内に入射す
る前記所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性を
有する光学的バンドパスフィルタをさらに備え、前記光
電変換増幅部には、前記光学的バンドパスフィルタを介
して前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射し
てもよい。
【００３１】前記受信回路の受信視野半値全角は、１０
°以上３０°以下であってもよい。
【００３２】前記端末装置は、不可逆的に圧縮符号化さ
れたデジタルオーディオ・ビデオデータを記憶する不揮
発性記憶媒体と、前記デジタルオーディオ・ビデオデー
タを再生する再生部とをさらに備えていてもよい。
【００３３】前記端末装置は、不可逆的に圧縮符号化さ
れたデジタルオーディオ・ビデオデータを生成するデー
タ生成部と、前記デジタルオーディオ・ビデオデータを
記憶する不揮発性記憶媒体とをさらに備えていてもよ
い。
【００３４】前記端末装置は、携帯電話網にアクセス可
能に構成された接続部をさらに備え、前記接続部は、前
記携帯電話網を介してデータベースセンターに、前記基
地局から前記端末装置に送信されることが所望されるコ
ンテンツの購入申し込みを送信する機能を有していても
よい。
【００３５】前記基地局が送信するトレーニングシーケ
ンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスを有する端
末装置のユーザ認証および課金処理に関する情報を含
み、該情報に基づいて前記端末装置のユーザが所望する
コンテンツの購入申し込みが送信されてもよい。
【００３６】本発明の基地局は、ワイヤレス光インター
フェイスを備える端末装置とともに用いられ、前記端末
装置を基地局を介してデジタル機器に接続するための基
地局であって、複数のビーム光源を含むマルチビーム送
信機と、角度分解型の光受信機と、前記デジタル機器に
接続するための第１のインターフェイスとを備え、前記
複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定めら
れた大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに
異なる特定の方向に設定されている。これにより、上記
目的が達成される。
【００３７】前記基地局は、前記複数の空間セルの配置
を反映して構成される少なくとも１つの表示要素を含む
表示装置をさらに備え、前記少なくとも１つの表示要素
は、前記複数の空間セルの１つの空間セルに前記端末装
置が収容されているか否かを表示してもよい。
【００３８】前記マルチビーム送信機は、前記複数の空
間セルの少なくとも１つに向けてトレーニングシーケン
スを送信し、前記端末装置は、前記トレーニングシーケ
ンスの受信結果に基づいて、前記端末装置の現在の位置
において前記基地局との双方向通信を開始することの適
否を判定してもよい。
【００３９】前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半
値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間
セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦１．３の範囲の定数
Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記
トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの全て
に向けて送信されてもよい。
【００４０】前記複数の空間セルは、前記端末装置が収
容されている第１の空間セルと、前記端末装置が収容さ
れていない空間セルであって、前記第１の空間セルに隣
接する第２の空間セルとを含み、前記マルチビーム送信
機は、前記第１の空間セルに向けて前記トレーニングシ
ーケンスを第１の光出力で送信し、前記第２の空間セル
に向けて前記トレーニングシーケンスを前記第１の光出
力よりも低い第２の光出力で送信してもよい。
【００４１】前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半
値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間
セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦０．９の範囲の定数
Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記
トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルのう
ち、前記端末装置が収容されている空間セルのみに向け
て送信されてもよい。
【００４２】前記複数のビーム光源のそれぞれの指向半
値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する空間
セルの広がり角θと、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲の定数
Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、前記
トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの全て
に向けて送信され、前記トレーニングシーケンスは、デ
ューティー比が実質的に５０％に等しい矩形周期波を含
み、前記矩形周期波は、前記複数の空間セルのうち、互
いに隣接する２つの空間セルに向けて互いに逆相で送信
される部分と同相で送信される部分とを含んでもよい。
【００４３】前記第１のインターフェイスの通信速度
は、前記端末装置が備える前記ワイヤレス光インターフ
ェイスの通信速度よりも高くてもよい。
【００４４】前記複数の空間セルの数ｊは２≦ｊ≦１６
の範囲であり、前記基地局は、前記端末装置が有する前
記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度と実質的に
等しい通信速度を有する第２のインターフェイスをさら
に備え、前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度
のｊ倍と、前記第２のインターフェイスの通信速度との
合計は、前記第１のインターフェイスの通信速度と実質
的に等しいか、より小さくてもよい。
【００４５】前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ
１３９４規格群のいずれかに準拠し、前記マルチビーム
送信機は、予め定められた周期で前記トレーニングシー
ケンスを送信し、前記一定周期Ｔｃは、Ｔｃ＝１２５／
Ｚ（μｓ）（Ｚは自然数または自然数の逆数）を満たし
てもよい。
【００４６】前記第１のインターフェイスは、ＩＥＥＥ
８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ規格に準拠しても
よい。
【００４７】前記基地局は、前記角度分解型の光受信機
とは独立にワイヤレス通信を介して所定の起動信号を受
け取る起動部をさらに備え、前記基地局は、前記起動部
が前記所定の起動信号を受け取ることに応答して起動し
てもよい。
【００４８】前記トレーニングシーケンスは、前記ワイ
ヤレス光インターフェイスが提供する帯域幅を動的に前
記端末装置および前記基地局に割り当てるための制御情
報を含んでもよい。
【００４９】前記トレーニングシーケンスは、前記ワイ
ヤレス光インターフェイスを通じて、前記端末装置のユ
ーザ認証および課金に関する情報を含み、該情報に基づ
いて該端末装置のユーザが所望するコンテンツの購入申
し込みが送信されてもよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下の説明では、従来の光無線Ｌ
ＡＮシステム、ＲＦワイヤレスＬＡＮシステムやその派
生技術、また空間多重型光通信システムとは異なる、新
たな空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信シス
テムが開示される。この空間分割多重／空間分割多元ワ
イヤレス光通信システムは、物理層での高速性のみなら
ず、メディアアクセス制御に伴うオーバーヘッドが極め
て少なく、高いスループットを発揮することができ、ホ
ームネットワーク等にも適用可能な十分に低いコストで
実現することができる。
【００５１】また、空間分割多重／空間分割多元ワイヤ
レス光通信システムの可能性を最大限に発揮するため
の、空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信シス
テムの適用の広範な具体例が開示される。
【００５２】以下、図面を参照しながら本発明による帯
域占有型の空間分割多重／空間分割多元接続ワイヤレス
光通信システムの実施の形態を説明する。
【００５３】図１は、本発明の空間分割多重（Ｓｐａｃ
ｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、Ｓ
ＤＭ）／空間分割多元接続（Ｓｐａｃｅ−Ｄｉｖｉｓｉ
ｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＳＤＭＡ）ワイ
ヤレス光通信システム１００１の構成を示す。ワイヤレ
ス光通信システム１００１は、基地局１００２と端末装
置１００３とを備える。
【００５４】基地局１００２は、マルチビーム送信機１
００４と、角度分解型受信機１００５と、インターフェ
イス１００７とを備える。基地局１００２は、基地局１
００２を中心として予め定められた広がり角を有する複
数の空間セル１００６を形成する。１つの空間セル１０
０６には、最大で１つの端末装置１００３が収容され
る。従って、１つの空間セル１００６の内部では、端末
装置１００３は、各々が備える帯域幅を占有する。本明
細書中で、端末装置１００３が空間セルに収容されると
は、基地局１００２が形成する複数の空間セルのうちの
１つの内部に端末装置１００３が存在し、その端末装置
１００３と基地局１００２との間で通信が行われるか、
あるいは、通信を行い得る状態で基地局および／または
端末装置の内部システムが待機していることをいう。な
お、図１には基地局１００２が形成する空間セルが３個
示されているが、基地局１００２が形成する空間セルの
個数は３に限定されない。
【００５５】端末装置１００３から基地局１００２に向
けては、アップリンク信号光２０１６が送信される。ア
ップリンク信号光２０１６は、端末装置１００３から基
地局１００２に伝送されるべき情報を搬送する。基地局
１００２から端末装置１００３に向けては、ダウンリン
ク信号光２０１７が送信される。ダウンリンク信号光２
０１７は、基地局１００２から端末装置１００３に伝送
されるべき情報を搬送する。
【００５６】本明細書中において、「アップリンク」と
は、端末装置１００３から基地局１００２に向かう通信
リンクをいい、「ダウンリンク」とは、基地局１００２
から端末装置１００３に向かう通信リンクをいう。
【００５７】このように、基地局１００２と端末装置１
００３との間のインターフェイスには、ワイヤレス光イ
ンターフェイスが用いられる。すなわち、端末装置１０
０３は、基地局１００２と通信するためのワイヤレス光
インターフェイス（図１には示されていない、図１３を
参照して後述される）を備える。また、基地局１００２
のマルチビーム送信機１００４と角度分解型受信機１０
０５とは、全体として、空間セル１００６の数に等しい
（複数の）ワイヤレス光インターフェイスとして機能す
る。
【００５８】基地局１００２は、インターフェイス１０
０７（第１のインターフェイス）と接続線１０１０とに
よって外部のデジタル機器１０１２に接続される。接続
線１０１０は、例えば、イーサネット（Ｒ）ケーブル等
の高速ネットワークに対応した接続線である。基地局１
００２は、端末装置１００３を基地局１００２を介して
デジタル機器１０１２に接続する機能を有する。インタ
ーフェイス１００７の通信速度は、典型的には、端末装
置１００３のワイヤレス光インターフェイスの通信速度
よりも高速である。但し、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス
光通信システムの導入の初期段階等において、基地局と
同時に双方向通信を行い得る端末装置数を最大１つに限
定し、システムの簡略化を図る場合には、インターフェ
イス１００７の通信速度と端末装置１００３のワイヤレ
ス光インターフェイスの通信速度は実質的に等しくても
よい。
【００５９】デジタル機器１０１２は、任意のデジタル
機器である。デジタル機器１０１２は、ワイヤレス光イ
ンターフェイスよりも転送能力の高いインターフェイス
を備えたＨＤＤ等の大容量記憶装置を内蔵することが望
ましい。そのようなデジタル機器１０１２の典型例とし
て、デスクトップコンピュータやセットトップボックス
が挙げられる。また、基地局１００２は、デジタル機器
１０１２と一体化されるか、デジタル機器１０１２に内
蔵されてもよい。その場合、そのような大容量記憶装置
と基地局機能との間のインターフェイスが、インターフ
ェイス１００７として機能する。
【００６０】なお、デジタル機器１０１２は、単一の機
器であることに限定されない。デジタル機器１０１２
は、例えば、複数の機器によって構成されたネットワー
クであってもよい。
【００６１】基地局１００２は、インターフェイス１０
０８を随意に（省略可能に）備える。インターフェイス
１００８は、デジタル機器１０１３を基地局１００２に
接続するためのインターフェイス（第２のインターフェ
イス）であり、インターフェイス１００８の通信速度
は、典型的には、ワイヤレス光インターフェイスの通信
速度に実質的に等しい。基地局１００２がインターフェ
イス１００８を備える場合、基地局１００２は、インタ
ーフェイス１００８と接続線１０１１とによって、デジ
タル機器１０１３に接続され得る。この場合、基地局１
００２は、基地局１００２を介してデジタル機器１０１
３とデジタル機器１０１２とを接続する機能を有する。
このように、デジタル機器１０１３は、基地局１００２
を介してデジタル機器１０１２に接続されるという点に
おいて、端末装置１００３と同様に扱われる。デジタル
機器１０１３と端末装置１００３との相違点は、基地局
１００２が通信を行う際のインターフェイスである。基
地局１００２は、端末装置１００３とはワイヤレス光イ
ンターフェイスを介して通信を行う一方、デジタル機器
１０１３とはインターフェイス１００８を介して（例え
ば、有線の形態で）通信を行う。基地局１００２とデジ
タル機器１０１３とのこのような接続形態は、デジタル
機器１０１３が携帯性を重視されない機器である場合に
好適に用いられ得る。デジタル機器１０１３は、例え
ば、デスクトップコンピュータである。空間セル１００
６の「予め定められた広がり角」とは、空間セル１００
６が張る角をいい、空間セル１００６の大きさが、ユー
ザサイズ（１人のユーザを収容するのに適したサイズ）
であるように設定される。ワイヤレス光通信システム１
００１では、端末装置１００３は携帯型の端末装置であ
ることを前提としている。すなわち、端末装置１００３
は、典型的には、ユーザの手に保持された状態で使用さ
れる。このため、端末装置１００３のユーザが、端末装
置１００３のそれぞれと基地局１００２との間の通信リ
ンクを初期化する際に、端末装置１００３を適した位置
へ移動させることが可能である。複数の空間セル１００
６の１つには、最大で１つの端末装置１００３しか収容
されないように、ユーザは端末装置１００３を移動させ
る。
【００６２】マルチビーム送信機１００４は、空間セル
１００６の個数に等しい数のビーム光源７２０を含む。
ビーム光源７２０のそれぞれは、空間セル１００６に向
けてダウンリンク信号光２０１７を送信する。ダウンリ
ンク信号光２０１７は、その空間セル１００６に収容さ
れる端末装置１００３に受信される。基地局１００２が
予め定められた広がり角を有する（すなわち、予め定め
られた大きさの）複数の空間セル１００６を形成するた
めに、ビーム光源７２０の指向方向は、互いに異なる特
定の方向に設定されている。
【００６３】角度分解型受信機１００５は、複数の空間
セル１００６のそれぞれに収容された端末装置１００３
から送信されるアップリンク信号光２０１６を受信す
る。角度分解型受信機１００５は、受信されたアップリ
ンク信号光２０１６が送信された角度を区別する。すな
わち、複数の空間セル１００６のうち、どの空間セルに
収容された端末装置１００３からのアップリンク信号光
２０１６であるかを区別する。このように、角度分解型
受信機１００５は、角度分解機能を有する光受信機であ
る。
【００６４】このような基地局１００２の構成によっ
て、端末装置１００３は、収容された空間セル１００６
に割り当てられたチャンネル（空間チャンネル）の帯域
を占有して基地局１００２と双方向通信を行うことが可
能になる。このため、高速なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレ
ス光通信システムが実現される。
【００６５】また、基地局１００２は送信機にアレイ素
子を用いずに、マルチビーム送信機１００４によって複
数の空間セル１００６を形成している。このため、本発
明のワイヤレス光通信システム１００１は、基地局の送
信機と受信機との両方にアレイ素子を用いる従来技術の
空間多重システムに比較して、基地局のコストを大幅に
低減することが可能になる。このようにして、コストパ
フォーマンスに優れたＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通
信システムが実現される。
【００６６】ワイヤレス光通信システム１００１では、
ユーザからの要求、すなわち、端末装置１００３からの
コマンドの発行に従って、端末装置１００３から基地局
１００２へ、あるいはその逆向きに、可能な限り高スル
ープットで大容量の転送を行うことを重要視する。すな
わち、通信パケット／フレーム単位の伝送レイテンシを
低減することを目的とするものではなく、スループット
向上のための基地局１００２におけるフレーム変換やア
ドレス解決、基地局／端末装置双方での効率的なバッフ
ァリング等がより重視される。
【００６７】これにより、従来の携帯端末装置が備える
各種外部インターフェイスと比べ格段に高速な帯域占有
型のワイヤレス光通信システムが実現される。蓄積交換
あるいは回線交換方式と最適な伝送制御手順やフロー制
御手順を組み合わせて、大量のデータ転送に適したシス
テムが構成される。ワイヤレス光通信システム１００１
において基地局１００２と端末装置１００３との間の通
信路は、帯域占有型の高速チャンネルであるため、半２
重モードの場合であってもＭＰＥＧ２符号化されたＨＤ
ＴＶレベルのＡＶコンテンツを擬似的に全２重化してリ
アルタイムで双方向通信したり、ストリーミングに対応
することも可能である。本願において開示されるのは、
物理層レベルから、低レベルのリンク確立に係る部分で
あって、種々のパケット／フレーム構成やビット指向／
バイト指向のプロトコル、手順等を適宜用いることがで
きる。
【００６８】なお、ワイヤレス光通信システム１００１
においては基地局１００２と端末装置１００３との間の
通信は半２重モードに限定されない。基地局１００２と
端末装置１００３との間の通信は全２重モードであって
もよい。
【００６９】図２は、基地局１００２を中心とした３つ
の空間セル１００６の配置を示す。各空間セル１００６
が３次元空間に対して張る角は、Θ方向とΨ方向とにつ
いて定義される。各空間セルの軸は、Θ方向に間隔θで
並列されている。
【００７０】ワイヤレス光通信システム１００１では、
端末装置１００３の間隔が、ある一定の距離（概ね１人
のユーザが占める空間の大きさ）よりも短くなる程度に
端末装置１００３が密集することは想定していない。こ
のため、複数の空間セル１００６のそれぞれのサイズ
は、基地局１００２と端末装置１００３とが通信するこ
とが可能な最大の距離において、空間セル１００６の中
心軸を法線とする平面上で直径５０〜２００ｃｍ程度が
想定される。この値は、基地局の送信機と受信機との両
方にアレイ素子を用いる従来技術の空間多重システムよ
りも大きく、１つのセルに複数の端末装置を収容し得る
セルラーシステム（一般的にはその直径が３〜５ｍ程
度）よりも小さい。
【００７１】基地局１００２と端末装置１００３とが通
信することが可能な最大の距離は、例えば、５〜７ｍに
設定される。この距離は、一般的な赤外線リモートコン
トロールの到達距離と同程度であり、ワイヤレス光通信
システム１００１が家庭の１部屋やオフィスや店舗等に
設置された場合に適切な距離である。なお、このような
状況では、基地局１００２と端末装置１００３とが通信
することが可能な最小の距離は、１ｍ以上に設定されて
も支障はない。
【００７２】空間セル１００６の大きさや配置、最大通
信距離および、最小通信距離は、本発明のワイヤレス光
通信システム１００１の用途に応じて適切に設定され
る。
【００７３】図３は、基地局１００２のマルチビーム送
信機１００４の周辺回路および角度分解型受信機１００
５の周辺回路の構成の例を示す。なお、図３は、空間セ
ル１００６の個数が５である場合の構成を示す。
【００７４】角度分解型受信機１００５は、直径３０ｍ
ｍの開口部を備えたレンズシステム７１０と、２５個の
２．５ｍｍピッチの要素素子７５１を有する５×５の２
次元光電変換アレイ素子（フォトダイオードアレイ素
子）７１１とを含む。レンズシステム７１０と、フォト
ダイオードアレイ素子７１１とは、インデックスマッチ
ングを確保するために、通常の光学設計に基づいて、レ
ンズシステム７１０の材質の屈折率とフォトダイオード
アレイの屈折率との間の屈折率を有する熱硬化樹脂等の
接着剤によって接着されている。レンズシステム７１０
は、例えば、トリプレットレンズシステムである。
【００７５】フォトダイオードアレイ素子７１１は、ド
ーターボード７１２を介してマザーボード７３０に搭載
されている。ドーターボード７１２の裏面には、フォト
ダイオードアレイ素子７１１の要素と同じ数のプリアン
プバンク７１３が実装されている。プリアンプバンク７
１３により、全てのフォトダイオードアレイ要素７５１
からの電気（電流）信号が電圧信号として増幅され、増
幅された電圧信号がマザーボード７３０上に引き出され
る。プリアンプバンク７１３の実装形態としては、複数
のプリアンプバンク７１３がマザーボード７３０上に個
別に配置されていてもよいし、プリアンプアレイとして
１チップに形成されてもよい。複数のプリアンプバンク
７１３が形成されたチップは、フォトダイオードアレイ
素子７１１とフリップチップボンディングされてマザー
ボード７３０に搭載されてもよい。
【００７６】空間セル１００６内の端末装置１００３
（図１）から送信されたアップリンク信号光２０１６
は、空間セル１００６に対応する１つの単位ピクセル上
に集光する。単位ピクセルは、複数の要素素子７５１を
含み得る。レンズシステム７１０のトータル視野角の範
囲内の端末装置１００３から送信されたアップリンク信
号光は、フォトダイオードアレイ素子７１１の受光面上
に光スポット（信号光スポット）を形成する。角度分解
型受信機１００５の分解能は、この光スポットの高コン
トラスト領域が常に１つの単位ピクセル内に収まるよう
に設計される。
【００７７】フォトダイオードアレイ素子７１１は、空
間が空間セルに分割される方向（Θ方向）に配列する５
つの単位ピクセルを含む。具体的には、空間が空間セル
に分割されない方向（Ψ方向）に配列する５つの要素素
子７５１が１つにグループ化されて１つの単位ピクセル
を形成し、それぞれのグループがアナログコンバイナバ
ンク７１４で束ねられて後段の比較回路バンク７１５に
接続される。信号光スポットが、Ψ方向に配列する複数
の要素素子にまたがって形成された場合、プリアンプバ
ンク７１３の各要素からの電気信号は、アナログコンバ
イナバンク７１４によって重み付けして合成されるか、
または最大の電気信号が選択（Ｓｅｌｅｃｔ Ｂｅｓ
ｔ）され、得られた電圧信号が比較回路バンク７１５に
入力される。
【００７８】重み付けの処理には、例えば、ＭＲＣ（Ｍ
ａｘｉｍａｌ−Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）また
はＥＧＣ（Ｅｑｕａｌ−Ｇａｉｎ Ｃｏｍｂｉｎｉｎ
ｇ）が用いられ得る。比較回路バンク７１５は、ＰＬＬ
および重み付けのための誤差算出回路等（図示せず）を
含む。比較回路バンク７１５の出力は、ポストアンプバ
ンク７１６に入力される。このようにして、最大５チャ
ンネルのデジタルデータが復号化される。フォトダイオ
ードアレイ７１１〜ポストアンプバンク７１６は、全体
として、角度分解型受信機１００５の受信回路７１７を
構成する。
【００７９】図３に示される例では、フォトダイオード
アレイ素子７１１は、２次元アレイである。しかし、図
２示されるように空間セルが１次元的に配置される場
合、例えば、フォトダイオードアレイ素子７１１に代え
て１０個の１ｍｍ角の要素素子を含む１×１０の１次元
フォトダイオードアレイを用い、レンズシステム７１０
に代えて２軸で非対称な特性を有するレンズシステムを
用いてもよい。フォトダイオードアレイ素子に含まれる
要素素子の数が増えた場合には、２次元アレイを用いる
よりも１次元アレイを用いた方がコストを低減すること
ができる。
【００８０】なお、角度分解型受信機においては、フォ
トダイオードアレイ素子７１１を用い、フォトダイオー
ドアレイ素子７１１の全アレイ要素に共通のレンズシス
テムを備えるのが望ましい。本発明の主旨から外れない
限りにおいては、ディスクリートの受光素子を並列に用
いてもよい。しかし、ディスクリートの受光素子を用い
た場合には、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システ
ムに適した特性は得がたい。従って、ＳＤＭ／ＳＤＭＡ
ワイヤレス光通信システム１００１（図１）は、フォト
ダイオードアレイ素子を含む角度分解型受信機を備える
ことが好ましい。
【００８１】マルチビーム送信機１００４は、ビーム光
源７２０を有する。図３に示される例では、１つの空間
セル当たり２個のビーム光源７２０が対（つい）にして
設けられており、これにより、空間セルが張るΨ方向の
十分大きな角度が実現される。ビーム光源７２０は、例
えば、レーザダイオード光源である。
【００８２】光源ドライババンク７２１およびＡＰＣ
（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）バ
ンク７２２は、ＳＤＭ／ＳＤＭＡコントローラ７２３に
より制御される。ＳＤＭ／ＳＤＭＡコントローラ７２３
は、各空間セルに対応するビーム光源７２０の光出力を
ほぼ同一レベルに摘えたり、全てのビーム光源７２０の
光出力レベルを一斉に変更したり、個別にコントロール
する機能を有していることが望ましい。なお、ドライバ
バンク７２２および／またはＡＰＣバンク７２１は、ビ
ーム光源７２０が装着されたブロック２３０１に内蔵さ
れてもよい。
【００８３】マルチビーム送信機１００４は、複数のビ
ーム光（ダウンリンク信号光）を送信することにより、
ダウンリンク空間セルを形成する。一方、角度分解型受
信機１００５の各単位ピクセルは、１つのアップリンク
空間セルを見込む。
【００８４】基地局１００２においてマルチビーム送信
機１００４の各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ
（ｉ）および角度分解型受信機１００５の各単位ピクセ
ルが見込む視野角φｒ（ｉ）を１対１に対応させて設定
して、予め定めた広がり角θ（ｉ）（空間セル（ｉ）が
張る角）を有する空間セル（ｉ）を形成する。すなわ
ち、ダウンリンク空間セルのそれぞれとアップリンク空
間セルのそれぞれとが一致して、これが１つの空間セル
となる。ここで添字ｉは複数存在する空間セルに便宜的
に付与される番号である。以下の説明では、特に断らな
い限りφｔ（ｉ）およびφｒ（ｉ）は全ての空間セルに
ついて（すなわち、全ての添字ｉについて）等しいもの
とし、（ｉ）を省略する場合がある。ただし、本発明の
適用は、φｔ（ｉ）およびφｒ（ｉ）が全ての空間セル
について等しいことには限定されない。
【００８５】マルチビーム送信機１００４と、角度分解
型受信機１００５とは、基地局１００２のワイヤレス光
インターフェイス部（５つのワイヤレス光インターフェ
イス）として機能する。図３に示される構成によれば、
ワイヤレス光インターフェイス部の後段には、バックエ
ンドデジタル回路を直接接続することができる。ワイヤ
レス光インターフェイス部には、光ファイバを媒体とす
るデジタル通信インターフェイスと整合性の高い符号化
方式（例えば４Ｂ５Ｂ ＮＲＺＩや８Ｂ１０ＢＮＲＺ）
が使用されるのが好ましい。
【００８６】ワイヤレス光通信システム１００１におい
ては、基地局１００２よって形成される個々の空間セル
に端末装置１００３を収容し帯域を占有させる。このよ
うな空間セルの配置の具体例を以下に説明する。
【００８７】図４は、本発明のワイヤレス光通信システ
ム１００１を家庭内で使用する場合に好適に採用され得
る空間セルの配置例を示す。
【００８８】図４には、基地局１００２からの距離Ｄ＝
５ｍの場所における幅ｄが１．５ｍ（θ＝１７°）であ
る５つの空間セル１００６が示されている。５つの空間
セルによって、Θ方向に約９０°のカバーエリアが確保
されている。この場合、基地局１００２の角度分解型受
信機１００５（図４には示されていない、図３参照）
は、Θ方向に約９０°の視野角（Ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖ
ｉｅｗ、ＦＯＶ）を有することが必要である。Ψ方向の
視野角は、ユーザが手に端末装置１００３を保持して立
ちあがった状態で、端末装置１００３と基地局１００２
との間で通信が可能な程度のカバーエリアが確保できる
ように設定されれば十分である。
【００８９】図４に示されるような１次元的な空間セル
の配置例は、基地局１００２が、カバーエリアとなる空
間領域において端末装置１００３をユーザが保持する高
さと同じかまたは若干高い位置に設置される場合に有効
な配置例である。基地局１００２が天井に設置されなく
てもよいので、設置が簡便に行えるというメリットがあ
る。
【００９０】１次元的な空間セルの配置が好適に採用さ
れ得る場面として、家庭内やオフィスあるいはデジタル
コンテンツを販売する店舗等の場面が想定される。
【００９１】ワイヤレス光通信システム１００１が家庭
内で利用される場合、基地局１００２は、例えば、ＩＥ
ＥＥ１３９４規格に従ってネットワーク化されたデジタ
ル家電機器、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）およびＰ
Ｃの周辺機器に接続される。すなわち、これらのデジタ
ル家電機器、ＰＣおよびＰＣの周辺機器が、図１に示さ
れる外部のデジタル機器１０１２として機能する。
【００９２】これにより、端末装置１００３から基地局
１００２を介してこれらのデジタル家電機器、ＰＣおよ
びＰＣの周辺機器にワイヤレスアクセスする環境が提供
される。ＴＶ等のディスプレイ機器が備えられた部屋は
ワイヤレスアクセス環境としてより好適である。このよ
うなディスプレイ機器と基地局１００２を接続すること
により、基地局１００２とユーザとの間のユーザインタ
ーフェイスを提供することができるからである。このよ
うな部屋でワイヤレス光通信システム１００１が用いら
れる場合、基地局１００２は、例えば、ＴＶ機器の上に
置かれるセットトップボックスに組込まれ得る。
【００９３】ワイヤレス光通信システム１００１が家庭
内で利用される場合には、基地局１００２に常時複数の
ユーザが端末装置１００３を用いて通信を行うという場
面は、あまり発生しないと考えられる。むしろ、散発的
に各ユーザが好みに応じて通信を行うという利用形態が
想定される。従って、同時に使用される空間セル（空間
チャンネル）の最大数は２〜４程度であり、通常は１つ
の空間チャンネルだけが使用されるという利用形態（ユ
ーザモデル）が想定される。
【００９４】基地局１００２から通信可能な最大の距離
における空間セルの広がりｄが数ｍ以上に広がると、ワ
イヤレス光通信の高速性のメリットを十分に活かすこと
ができなくなる。上述したように、ワイヤレス光通信で
は、受光パワーが距離の２乗に反比例するからである。
【００９５】ワイヤレス光通信システム１００１におい
て、空間を空間セルに分割する目的は、空間チャンネル
の高速性を確保するためにユーザサイズの空間セルを形
成すると同時に、カバーエリアとなる３次元空間のあら
ゆる場所から端末装置１００３のアクセスを許容するこ
とである。従って、空間チャンネル数は、上述したユー
ザモデルにおいて想定されるユーザの最大数よりも多い
ことが好ましく、３〜４程度に設定される。
【００９６】基地局１００２と端末装置１００３との間
の最大通信距離Ｄは、ユーザが実際に利用する場合の最
頻値を考慮して３〜５ｍに設定されることが実用的であ
る。また、実際に利用され得る通信の最小距離Ｄ＿ｍｉ
ｎは、１ｍ程度に設定することが妥当である。この場
合、静的なダイナミックレンジは１３〜１７ｄＢ程度の
範囲となる。静的なダイナミックレンジの算出方法は、
図２３を参照して後述される。
【００９７】なお、ワイヤレス光通信システム１００１
（図１）において、異なる端末装置どうしが互いに通信
する機能を備えていてもよい。この場合、異なる端末装
置どうしの最大通信距離と、基地局１００２と端末装置
１００３との間の最小通信距離との間には、直接の関連
性はない。例えば、基地局１００２と端末装置１００３
との間の最小通信距離を１ｍに設定した場合でも、端末
装置−端末装置間の通信距離は、１ｃｍ〜１ｍ以内に設
定され得る。これは、例えば受信機のレンズの直径や送
信機光源の光出力、およびそれらの角度特性等の物理的
条件を、基地局１００２と端末装置１００３との間で非
対称にすることにより容易に実施され得る。
【００９８】基地局１００２と端末装置１００３との間
のアップリンクの最大通信距離Ｄは、基地局１００２の
角度分解型受信機１００５の受信感度に応じて角度分解
型受信機１００５のレンズシステム７１０（図３）の口
径を適切に設計することにより、適切に設定される。
【００９９】最大通信距離Ｄ＝３〜５ｍとした場合に、
基地局１００２から距離Ｄだけ離れた場所における空間
セルの広がりｄを０．５〜２ｍであるとすると、空間セ
ルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（ｄ／２Ｄ）は、概
ね６°≦θ≦４０°となる。従って、基地局１００２の
角度分解型受信機１００５のトータルの視野全角を±４
５°（中心から両方向に４５°ずつ）確保した場合、形
成される空間セル１００６の数は最大１５個、最小２個
となる。
【０１００】図５Ａおよび図５Ｂは、オフィスやデジタ
ルコンテンツの店舗等において複数のユーザが頻繁に同
時にアクセスする環境における空間セルの配置の例を示
す。図５Ａおよび図５Ｂに示される例でも、空間セルは
１次元的に配置されている。
【０１０１】例えば、ＰＣおよび周辺機器やストレージ
装置がイーサネット（Ｒ）でネットワーク化されたＬＡ
Ｎ環境を備えたオフィスにおいてワイヤレス光通信シス
テム１００１が使用される場合、これらのネットワーク
化された機器が全体として図１に示されるデジタル機器
１０１２として機能する。すなわち、これらのＰＣおよ
び周辺機器やストレージ装置に、端末装置１００３から
基地局１００２を介してワイヤレスにアクセスすること
が可能な環境が提供される。ユーザインターフェイスと
して端末１００３が有するディスプレイ画面を利用して
もよいし、図４を参照して説明した利用形態と同様に、
ＴＶ機器等の他のディスプレイ機器を利用してもよい。
このようなディスプレイ画面あるいはディスプレイ機器
によってユーザの操作を補助することは、ワイヤレスア
クセス環境として望ましい。ケーブル接続によるアクセ
スとは異なり、ワイヤレスアクセスでは、基地局と端末
装置との間が有形物によって接続されないため、ユーザ
は基地局と端末装置との間のリンクが正常に確立されて
いるか否かについてしばしば不安になるからである。
【０１０２】ユーザの利用形態としては、１つの基地局
に複数のユーザが頻繁に入れ替わって多元接続するよう
な利用形態が想定される。従って、最小でも４つ程度、
最大では１０チャンネル以上の空間チャンネルが同時に
使用されるユーザモデルが想定される。このため、図５
Ａに示される例では、図４に示される例と比較して、１
つの空間セルが張るΘ方向の角度をより狭くすることに
より、空間セルの数より多くし、カバーエリアとなる３
次元空間のあらゆる場所から多数の端末装置１００３が
アクセスすることを可能にしている。
【０１０３】図５Ａおよび図５Ｂに示される例では、最
大通信距離Ｄは、ユーザが実際に利用する場合の最頻値
を考慮して、Ｄ＝５〜７ｍに設定される。実際に利用さ
れ得る最小距離Ｄ＿ｍｉｎは、１ｍよりも大きな値に設
定されてもよい。ユーザの位置を限定することにより、
最小距離Ｄ＿ｍｉｎを大きく設定した場合であってもワ
イヤレス光通信システム１００１の使い勝手を損なうこ
とはない。例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示される例
は、ユーザは、基地局１００２に関してカウンター１０
８１よりも遠い位置で基地局１００２との通信を行うこ
とを前提としている。このため、最小距離Ｄ＿ｍｉｎ
（図５Ｂ）は、カウンター１０８１と基地局１００２と
の距離よりもわずかに小さい程度に設定されればよい。
【０１０４】図５Ａおよび図５Ｂに示される例では、基
地局１００２を設置する場所の自由度も高い。なお、最
大通信距離Ｄ＝５〜７ｍ、最小距離Ｄ＿ｍｉｎ＝１ｍに
設定した場合、静的なダイナミックレンジは１７〜２０
ｄＢ程度の範囲である。
【０１０５】最大通信距離Ｄ＝５〜７ｍに設定した場合
に、基地局１００２から最大通信距離Ｄだけ離れた場所
における空間セルのΘ方向の広がりｄ＝０．５〜２ｍと
すると、空間セル広がり角θは、概ね４°≦θ≦２３°
となる。基地局１００２の角度分解型受信機１００５の
トータルな視野角を±４５°確保する場合、形成される
空間セルの数は最大２０、最小４である。
【０１０６】図６Ａおよび図６Ｂは、空間セルが２次元
的に配置されている例を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示
される例では、空間セル１００６は格子状に配置されて
いる。このような配置例は、基地局１００２が、カバー
エリアとなる空間領域内において、ユーザや端末装置よ
りも比較的高い位置に設置される場合に好適な配置例で
ある。このような配置例は、学校や会議室等の公共のス
ペース等での利用に最適であり、図４、図５Ａおよび図
５Ｂを参照して説明した配置例と同様に、種々の利用形
態が想定される。基地局１００２は、例えば天井や璧の
高い位置に設置される。２次元的に空間セルを配置する
ことにより、２次元的に端末装置１００３を収容するこ
とができ、空間チャンネル数を増大させることができ
る。２次元的に空間セルを配置する際に、空間セルの列
を列毎にずらせて蜂の巣状の空間セル配置としてもよ
い。このように空間セルを配置すれば、基地局に近いユ
ーザがより遠い位置のユーザに対する遮蔽物となること
が回避されやすくなる。 図６Ａおよび図６Ｂから理解
される２次元的配置の特徴の１つは、実際にユーザが利
用するエリアは、床面上や机上あるいはユーザの身長程
度の面的な空間であって、静的なダイナミックレンジが
狭いことである。図２３を参照して後述されるように、
静的なダイナミックレンジが狭いと、アップリンクおけ
る空間チャンネルの干渉の問題が回避されやすい。この
ため、空間セルの構成は比較的設計し易い。
【０１０７】第２の特徴は、ユーザに対する空間セルの
大きさ、すなわち利用エリア面上における空間セルの直
径を各ユーザに対して同等に揃えた場合に、基地局１０
０２に相対的に近い空間セルと遠い空間セルとで広がり
角が大きく異なり得ることである。すなわち、マルチビ
ーム送信機１００４（図３）の各ビーム光源７２０の指
向半値全角φｔ（ｉ）と角度分解型受信機１００５の各
単位ピクセルが見込む視野角φｒ（ｉ）とはそれぞれ、
添字ｉによって大きく異なり得る。
【０１０８】第３の特徴として、基地局１００２のマル
チビーム送信機１００４のビーム光源が単峰で２軸対称
な緩やかな放射角度分布特性を持ったもので構成される
場合も、各ビーム光源の光軸の配向と光出力の設定に従
って、あらゆる形状の空間セル配置を構成することがで
きる。例えば、４角形の空間セルを図６Ａに示されるよ
うに格子状に配置した場合や、６角形の空間セルを蜂の
巣状に稠密配置した場合においても、空間セルの間のデ
ッドリーンの発生を十分抑制することができる。
【０１０９】上述した第２および第３の特徴を有する２
次元的な空間セルの配置も、本発明のワイヤレス光通信
システム１００１では採用することができる。
【０１１０】このように、ワイヤレス光通信システム１
００１（図１）では空間セル１００６の配置は、ワイヤ
レス光通信システム１００１が使用される状況に応じて
適宜設定される。基地局１００２が形成する空間セルの
広がり角やサイズは、基地局１００２のマルチビーム送
信機１００４の構成と種々のパラメータから決定され
る。具体的には、マルチビーム送信機１００４の各ビー
ム光源７２０（図３）の光軸が配向される角度間隔か
ら、空間セルの広がり角が決定され、各ビーム光源７２
０の放射角度特性と光出力とから、最大通信距離や空間
セルのサイズが決定される。
【０１１１】各ビーム光源の光軸の角度間隔や放射角度
特性、各光出力（光出力マージン）が互いに等しくない
場合であっても、各空間セルの広がり角やサイズは実験
的にあるいは理論的に算出され得る。
【０１１２】実際に形成される空間セルの広がり角は、
各ビーム光源７２０の光軸がなす角度間隔のみに依存す
る。各ビーム光源７２０の放射角度特性が、空間セルの
広がり角について決まる望ましい設定値からずれていて
も、空間セルのサイズは変化せず、各空間セルの境界に
おけるダウンリンクのデッドゾーンの割合が変化する。
【０１１３】図２、図４、図５Ａおよび図５Ｂに示され
るように、空間セル１００６が１次元的に配置される場
合には、複数の光源を束ねて１つのダウンリンク空間セ
ルを形成してもよいし、Θ方向およびΨ方向の２方向に
ほぼ２軸対称な角度分布を持つ光源と、シリンドリカル
レンズ等の光学系とを組み合わせることにより、Θ方向
とΨ方向とで非対称な角度分布特性を実現してもよい。
上述したように、図３に示されるマルチビーム送信機１
００４では、Ψ方向に配列された２つのビーム光源７２
０を束ねて１つのダウンリンク空間セルを形成してい
る。
【０１１４】空間セルの境界付近でデッドゾーンの割合
が大きくならないように空間セルの配置を決定するため
には、特にマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源
７２０のΘ方向（隣接する空間セル１００６が境界を接
して配置される方向）の放射角度分布特性を適切に設定
する必要がある。一方、Ψ方向の放射角度分布特性は、
ユーザの使い勝手を損なわない範囲で自由に設定されて
よい。すなわち、Ψ方向に空間セル１００６が張る角度
が極端に小さくなりすぎないようにすれば十分であり、
厳密にΨ方向の放射角度分布特性を調節する必要はな
い。
【０１１５】図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、空
間セル１００６が２次元的に配置される場合には、Θ方
向およびΨ方向の２方向について放射角度分布特性が規
定されるべきであることは言うまでもない。
【０１１６】マルチビーム送信機１００４のビーム光源
７２０の出力は、所定の空間セルをカバーするために、
所望の通信距離を確保しつつ、隣接する空間セルに向け
て送信されるビーム光との干渉が起こらないように設定
される。
【０１１７】図７Ａおよび図７Ｂは、マルチビーム送信
機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布特性を示
す。放射角度分布特性は、典型的には、ビーム光の強度
の、光軸からの隔たり角度に対する関係（遠視野像パタ
ーン）として表現される。図７Ａおよび図７Ｂでは、通
常の遠視野像パターンの表現と同様に、横軸は光源光軸
に対する角度Θ、縦軸は見かけ上の光源サイズの変化分
（ｃｏｓΘ）を考慮した輝度、すなわち、光度で示され
ている。
【０１１８】図７Ａに示されるパターン２１は、逆井戸
型のヘビサイド関数で表される遠視野像パターンを示
す。マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０が
パターン２１に示される放射角度分布特性を有している
場合に、各ビーム光源７２０のパターンの境界が互いに
接するように空間セルを並列すれば、ダウンリンクにお
いてデッドゾーンが発生する問題や干渉が発生する問題
は起こらない。しかし、パターン２１に示される放射角
度分布特性を実現するためには、ビーム光源７２０に複
雑な光学系を用いなければならず、コストを考慮すると
現実的ではない。ビーム光源７２０は、通常、単峰では
あるが裾を引いた遠視野像パターンにより示される放射
角度分布特性を有する。図７Ａに示されるパターン２２
および２５、図７Ｂに示されるパターン２３および２４
は、このような遠視野像パターンの例を示す。
【０１１９】パターン２２は、遠視野像パターンが一般
化ランバーシアン関数でよく近似される場合の放射角度
分布特性を示す。
【０１２０】パターン２３は、パターン２２と比較し
て、メインローブ以外への散乱成分が多く含まれる場合
の放射角度分布特性を示す。
【０１２１】パターン２４は、例えば、２つのビーム光
源７２０をΘ方向に並列することにより１つのチャンネ
ルとして駆動する場合のように、遠視野像パターンがタ
ブルピークを有する場合の放射角度分布特性を示す。複
数の光源の重なり具合に応じて、パターン２４には種々
の変形例があり得る。
【０１２２】パターン２５は、メインローブとは別に狭
い角度範囲に遠視野像パターンにサブピークがある場合
の放射角度分布特性を示す。ゲインガイドあるいはブロ
ードエリアのレーザダイオード等をビーム光源７２０と
して用いた場合に、遠視野像パターンにこのようなサブ
ピークが現れることがある。
【０１２３】上述したパターン２２〜２５のいずれに対
しても、光軸周りのメインローブにおける光強度のピー
ク値、あるいは単峰ではない場合には、メインローブ内
での平均光強度ピーク値に対して、放射角度分布特性の
指向半値全角を適宜定義することができる。以下の説明
では、マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０
として、一般化ランバーシアンのビーム光源が用いられ
るものとするが、本発明はこれに限定されない。
【０１２４】ビーム光源７２０の光出力は、予め定めら
れた広がり角θを持つ空間セルを１つのビーム光源７２
０からのビーム光によって形成するために要求される最
低限の光出力以上でなければならない。
【０１２５】図８は、ビーム光源７２０として指向半値
全角がφｔである一般化ランバーシアン光源を用いて単
独の空間セルにビーム光を照射する例を示す。図８に
は、図２に示される平面Ｈ上において、ビーム光源７２
０から照射されるビーム光の等照射強度線が示されてい
る。ビーム光源７２０からの距離Ｄにおけるθ方向の空
間セルの広がり（直径）をｄとすれば、θ＝２・ａｒｃ
ｔａｎ（ｄ／２Ｄ）である。ビーム光源７２０の光出力
は、直径ｄの両端の点（点１０２６および点１０２７）
において所定の照射強度が得られるように、すなわち２
等辺３角形１０２５の領域内で所定値以上の照射強度が
得られるように、決定される。直径ｄの両端の点におい
て、端末装置の受信機におけるトータルの入力換算雑音
と所望のビット誤り率（ＢＥＲ）に対し、必要最低限の
信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏＮｏｉｓｅ Ｒａｔ
ｉｏ、ＳＮＲ）が確保されるような光出力を光出力のマ
ージン＝０ｄＢと定義する。曲線２６は、この時の等照
射光強度線を示す。ビーム光源７２０の放射角度分布特
性が、パターン２２〜２５（図７Ａおよび図７Ｂ）に示
される場合、単独のダウンリンク空間セルは、ビーム光
源７２０からの距離が距離Ｄよりも小さい場所におい
て、指向半値全角φｔに依存して予め定められた空間セ
ル（平面Ｈ上の２等辺３角形１０２５）よりも外側にふ
くらむ。
【０１２６】ビーム光源７２０の指向半値全角φｔは、
定数Ｃを用いて、φｔ＝Ｃ・θと表される。定数Ｃの値
が大きいことは、空間セルの広がり角θと比較して指向
半値全角φｔが大きいことを示す。定数Ｃは、ビーム光
源７２０の放射角度分布特性を代表するパラメータの１
つである。
【０１２７】図９は、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通
信システム１００１の１つのビーム光源７２０に要求さ
れる光出力と、定数Ｃとの関係を示す。図９の縦軸は、
１つのビーム光源７２０に要求される光出力の最小値を
１とした相対値を示す。図９に示されるように、定数Ｃ
＝φｔ／θが０．８の近傍において、１つのビーム光源
７２０に要求される光出力が最小化される。また、定数
Ｃが０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内である場合に、１つの
ビーム光源７２０に要求される光出力は、最小値から３
ｄＢ以内の上昇にとどまる、すなわち、最小値の約２倍
以内にとどまることが分かる。従って、１つのビーム光
源７２０に要求される光出力を考慮した場合に、定数Ｃ
は、０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内に設定されることが好
ましい。
【０１２８】１つのビーム光源７２０に要求される光出
力を最小化するような定数Ｃの値をＣ＿ｍｉｎとする。
【０１２９】図１０は、１つのビーム光源７２０に要求
される光出力を最小化するＣ＿ｍｉｎの値と、空間セル
の広がり角θとの関係を示す。Ｃ＿ｍｉｎの値は、空間
セルの広がり角θに依存して多少変化する。Ｃ＿ｍｉｎ
の値は、通信距離には依存しない。従って、通信距離が
変化した場合でも、図９に示される関係は変化せず、定
数Ｃは、０．５≦Ｃ≦１．８の範囲内に設定されること
が好ましい。
【０１３０】このような定数Ｃの好ましい範囲は、単独
の空間セルにおいて１つのビーム光源７２０に要求され
る光出力のみを考慮して決められた値であった。しか
し、定数Ｃは隣接する複数の空間セル間でのチャンネル
間干渉をさらに考慮して、適切に設定される。既に述べ
たように、ビーム光源７２０は、遠視野像パターンが裾
を引いた形状である放射角度分布特性を有するために、
１つの空間セルに向けて送信されたダウンリンク信号光
の裾の部分が、隣接する空間セルに位置する端末装置に
も干渉信号光として受光されてしまう。
【０１３１】このように、本発明のワイヤレス光通信シ
ステム１００１では、端末装置１００３は、複数のダウ
ンリンク信号光を受光し得る。端末装置１００３は、受
光された複数のダウンリンク信号光のうち、光強度振幅
が最大の１つのダウンリンク信号光が搬送する情報を取
得する機能（分離機能）を備えている。このような分離
機能により、端末装置１００３は、干渉信号光の存在下
でも、その端末装置が収容されている空間セルに向けて
送信されたダウンリンク信号光（所定のダウンリンク信
号光）が搬送する情報を取得する、すなわち、ダウンリ
ンク通信を正常に行うことができる。本発明のＳＤＭ／
ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１において
は、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ
ｎｃｅ Ｒａｔｉｏ、信号光対全干渉信号光強度比）お
よびＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏＮｏｉｓｅ Ｒａｔｉ
ｏ）を、予め十分に制御してシステムを設計できるから
である。ここで、ＳＩＲは、端末装置１００３に入射す
る複数のダウンリンク信号光のうち、所定のダウンリン
ク信号光の光強度と、他のダウンリンク信号光（干渉信
号光）のトータルの光強度との比として定義される。
【０１３２】しかし、端末装置１００３がこのような分
離機能を備える場合であっても、ダウンリンク通信を正
常に行うことができない場合が発生し得る。例えば、所
定のダウンリンク信号光の光強度振幅が、受光された全
てのダウンリンク信号光の光強度振幅（トータルの光強
度振幅）の半分程度であり、なおかつ、所定のダウンリ
ンク信号光の光強度振幅の信号対雑音強度比が十分では
ない場合である。このような状況は、例えば、通信距離
が遠く、かつ空間セルの境界近傍に端末装置１００３が
位置する場合に発生し得る。
【０１３３】従って、隣接する空間セルの境界付近で
は、端末装置が基地局１００２とのダウンリンク通信を
正常に行うことができない領域（デッドゾーン）が発生
する。各々のビーム光源７２０からは、少なくとも光出
力マージン０ｄＢ以上でビーム光（ダウンリンク信号
光）が送信されるのを前提としても、チャンネル間干渉
によるデッドソーンが実際の３次元空間に占める割合
は、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの設定（す
なわち、定数Ｃの設定）に応じて大きく変化する。
【０１３４】図１１Ａは、各空間セルの広がり角θと比
較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が大
きい場合（φｔ＞＞θ）のデッドゾーンを示す。ハッチ
ング領域２０２１は、図２に示される平面Ｈ上でのデッ
ドゾーンを示す。
【０１３５】図１１Ｂは、各空間セルの広がり角θと比
較して各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔの値が小
さい場合（φｔ＜＜θ）のデッドゾーンを示す。ハッチ
ング領域２０２２は、図２に示される平面Ｈ上でのデッ
ドゾーンを示す。
【０１３６】図１１Ａおよび図１１Ｂは、ともに、各ビ
ーム光源７２０（図３）の光出力マージンを０ｄＢに設
定した場合のデッドゾーンを示す。図１１Ａに示される
ように、相対的に広いビーム光源（φｔ＞＞θ）を用い
ればほとんどの空間領域がデッドゾーンとなる。つま
り、ほとんどの空間領域で、端末装置１００３は基地局
１００２との間でダウンリンク通信を正常に行うことが
できなくなる。逆に、図１１Ｂに示されるように、相対
的に狭いビーム光源（φｔ＜＜θ）を用いれば、ほとん
どの空間領域で、端末装置１００３は基地局１００２と
の間でダウンリンク通信を正常に行うことができるよう
になる。
【０１３７】φｔ＞＞θの場合、ＳＩＲの空間での変化
が緩慢なため、光出力のマージンを０ｄＢに設定するこ
とによりＳＮＲが十分確保できた場合でも、所定のビッ
ト誤り率が達成される領域が狭くなり、チャンネル間干
渉の影響が顕在化する。要求されるＳＮＲはＳＩＲが低
いほど大きくなるので、通信距離が大きくなるほど（端
末装置１００３が基地局１００２から離れるほど）、等
ＢＥＲ面が空間セル境界面から離れて空間セル内部に侵
入する。また、一般的に、干渉信号光の数が多くＳＩＲ
が低い場合には、ＳＮＲを高めてもＢＥＲフロアが生じ
て所望のＢＥＲを達成することができない。ワイヤレス
光通信システム１００１においては、ビーム光源７２０
の放射角度分布特性を適切に設定することにより、干渉
チャンネル数（干渉光信号となるダウンリンク光信号の
数）を空間セルが１次元的に配置される場合で通常１
つ、２次元的に配置されるワーストケースでも最大３つ
までに抑えることができる。これにより、ＢＥＲフロア
レベルは所望のＢＥＲよりも十分低いレベルに抑制され
る。
【０１３８】発明者は、種々のビーム光源の特性、すな
わち光出力マージンと放射角度分布特性に対して、ダウ
ンリンク空間チャンネルの望ましい設計を実験的、理論
的に評価した。
【０１３９】図１２は、空間セルが１次元的あるいは２
次元的に配置された種々の場合について、ＢＥＲが１０
−８以下でが受信可能な領域が３次元空間のカバーエリ
アに対して占める割合と、空間セル１００６の広がり角
θに対するビーム光源７２０の指向半値全角φｔの比
（定数Ｃ）との関係を示す。光出力マージンは０〜３ｄ
Ｂの範囲で変化させた。
【０１４０】図１２より、カバーエリアとなる３次元空
間において、その９０％以上が受信可能領域となるＳＤ
Ｍダウンリンクを実現するためには、ビーム光源７２０
の指向半値全角φｔをＣ≦１．０の範囲で設定すること
が必要であり、Ｃ≦０．８の範囲で設定することがより
好ましいことが分かる。また受信可能領域の割合を８０
％程度まで許容すれば、ビーム光源７２０の指向半値全
角φｔをＣ≦１．３の範囲で設定することが必要であ
り、Ｃ≦１．１の範囲で設定することがより好ましいこ
とが分かる。
【０１４１】また、定数Ｃをこのように設定した場合に
は、これまでの説明から明らかなように、端末装置１０
０３がある空間セル１００６内の境界近くに存在して
も、境界を接する他の空間チャンネルのダウンリンク信
号に引き込まれないよう、ワイヤレス光通信システム１
００１を設計することができる。ここで、他の空間チャ
ンネルのダウンリンク信号への引き込みとは、端末装置
１００３の受信回路が、境界を接する他の空間セルに送
信されているダウンリンク信号光を受光して復号化して
しまうことをいう。全ての空間セルのそれぞれにダウン
リンク信号が送信されている場合には、端末装置１００
３に入射する複数のダウンリンク信号光のうち、端末装
置１００３が存在する空間セルに向けて送信されるダウ
ンリンク信号光の光強度振幅が最大となるので他の空間
チャンネルのダウンリンク信号への引き込みは発生しな
い。しかし、その空間セルにダウンリンク信号が送信さ
れない期間（例えば、ＮＲＺ信号で‘０’が続いている
間）がある場合、その期間において、端末装置１００３
の受信回路は、境界を接する他の空間セルに送信されて
いるダウンリンク信号光のみを受光し、復号化してしま
うことがあり得る。
【０１４２】一般に、パケット通信においては、常に送
信先アドレスや送信元アドレスが明示されるため、他の
空間チャンネルのダウンリンク信号への引き込みによっ
て、必ずしも通信自体が不可能になるわけではない。し
かし、他の空間チャンネルのダウンリンク信号への引き
込みが発生すると、パケット再送等を行う必要があり、
スループットが低下し得る。本発明のワイヤレス光通信
システムにおいては、上述した定数Ｃを適切に設定する
ことにより、また、後述する基地局１００２のシステム
設計および端末装置１００３の受信回路の設計を適切に
行うことにより、この問題を回避することができる。
【０１４３】このように、予め定められた広がり角θを
持つダウンリンク空間セルを形成するビーム光源におい
て、要求される光出力とダウンリンクのチャンネル間干
渉とを考慮すると、定数Ｃは少なくとも０．５≦Ｃ≦
１．３の範囲内で設定され、最も好ましくは、０．５≦
Ｃ≦０．８の範囲を満たして設定されるべきである。
【０１４４】アイセーフティの観点からは、ビーム光源
７２０の指向半値全角φｔを小さくするに従って、ビー
ム光源７２０の光源サイズを大きくする必要がある。光
源サイズが大きくなりすぎると実装が困難であるので、
実質的にφｔの下限が制約され得る。上述した定数Ｃの
好ましい範囲は、アイセーフティが確保されるか否かに
かかわらず、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システ
ム１００１に本質的に要求される範囲である。ＳＤＭ／
ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１の端末装置
１００３に、近赤外領域においてＩｒＤＡ規格と同程度
の最低受信感度を有する受信機を使用した場合、ビーム
光源７２０の光源サイズを８ｍｍ程度まで許容してＩＥ
Ｃ６０８２５−１規格に従えば、ダウンリンクの最大通
信距離は７ｍ程度に制限される。現在、ＡＥＬ（Ａｌｌ
ｏｗｅｄ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）の見直し作
業が進められている。ＡＥＬ見直し作業に伴って、ダウ
ンリンクの最大通信距離の制限が緩和されれば、本発明
の原理をより大規模なＳＤＭ／ＳＤＭＡ）ワイヤレス光
通信システムにも適用し得る。
【０１４５】次に、図１に示される端末装置１００３の
構成を説明する。
【０１４６】図１３は、端末装置１００３の主要部分の
構成の例を示す。
【０１４７】端末装置１００３は、光送信機光源１００
と、光送信機光源１００を駆動する駆動回路１０３と、
受光部（レンズ系）１０１と、受信回路１０４とを含
む。駆動回路１０３と、受信回路１０４とは、制御部１
０５により制御される。省略可能に設けられる光学的バ
ンドパスフィルタ１０２は、パスバンド幅が約３０ｎｍ
の光学的特性を有している。光学的バンドパスフィルタ
１０２は、基地局１００２（図１）のマルチビーム送信
機１００４が半導体レーザ素子を光源として用いた場合
に好適に使用され得る。光送信機光源１００と、受光部
１０１と、光学的バンドパスフィルタ１０２と、駆動回
路１０３と、受信回路１０４と、制御部１０５とは、端
末装置１００３において、ワイヤレス光通信トランシー
バ（ワイヤレスインターフェイス）として機能する。こ
のうち、光送信機光源１００と、駆動回路１０３と、制
御部１０５とは送信機として機能し、受光部１０１と、
光学的バンドパスフィルタ１０２と、受信回路１０４
と、制御部１０５とは、受信機として機能する。
【０１４８】上記送信機および受信機は、制御部１０５
とＦＩＦＯバッファ１１０１またはＤＲＡＭ等の高速メ
モリとともに高速バス１１０２に接続され、端末装置１
００３（ホストシステム）の広帯域ペリフェラルＩ／Ｏ
２１０４として機能する。広帯域ペリフェラルＩ／Ｏ２
１０４と、高速バス１１０２との間の通信プロトコルお
よびインターフェイスには任意の通信プロトコルおよび
インターフェイスが採用され得る。しかし、端末装置１
００３のコストの低減を考慮すると、既存の通信プロト
コル（例えばＩＥＥＥ８０２．３ｕ）および既存のカー
ド型ホストインターフェイス（例えばＰＣ Ｃａｒｄ）
が採用されることが好ましい。広帯域ペリフェラルＩ／
Ｏ２１０４がカード型ワイヤレス光インターフェイスと
して端末装置１００３に搭載されることは、端末装置１
００３の製造コストを低減することに非常に有効であ
る。この場合、カードに内蔵される制御部１０５は、Ｉ
ＥＥＥ８０２．３コントローラおよびワイヤレスインタ
ーフェイス用のコントローラの２部構成としてもよい。
端末装置１００３は、さらに、ディスプレイ１０８お
よび操作部１０９を備える。これにより、端末装置１０
０３を基地局１００２（図１）に対する、または、端末
装置１００３が基地局１００２を介して接続されるデジ
タル機器１０１２（図１）に対する双方向リモートコン
トローラとして用いることも可能になる。
【０１４９】ワイヤレス光通信システム１００１におい
て、端末装置１００３は、主にユーザに携帯されるモバ
イル端末装置が想定される。端末装置１００３は、例え
ば、携帯音楽プレーヤ等の専用機や、ＰＤＡ、ノートＰ
ＣやＢ５サイズ以下のウルトラポータブルＰＣ、高機能
のモバイルフォン（携帯電話またはＰＨＳ）等、あらゆ
る携帯端末装置の形態を取り得る。このような携帯端末
装置と同様のワイヤレス光インターフェイス（またはそ
の変形）を備える据置型の情報通信機器が基地局に収容
されてもよい。そのような据置型の情報通信機器は、例
えば、図１において、接続線１０１１とインターフェイ
ス１００８（第２のインターフェイス）とを介して基地
局１００２に接続されている、デジタル機器１０１３で
ある。
【０１５０】携帯端末装置は、典型的には、フラッシュ
メモリーや１〜２．５インチ程度のＨＤＤ、ＭＲＡＭや
強誘電体メモリ等を用いた大容量の不揮発性記憶媒体を
備えている。このような携帯端末装置が端末装置１００
３として機能する場合、ワイヤレス光通信システム１０
０１の用途として、他の情報通信機器（デジタル機器）
から大容量のデジタルコンテンツを携帯端末装置に転送
してユーザが携帯するための用途、あるいは逆に携帯端
末装置で生成されたデジタルコンテンツを他の情報通信
機器（デジタル機器）に伝送するための用途が想定され
る。このような場合、先に述べたような端末装置１００
３のワイヤレスインターフェイス用コントローラの構成
に加え、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃ
ｅｓｓ）コントローラ及び例えば６４ＭＢ乃至２５６Ｍ
Ｂ以上のＤＲＡＭを備えることで、より一層、大容量フ
ァイルの一括転送に適した構成とすることができる。特
に、一度のファイル転送でＤＲＡＭ容量を使い切った
り、ＤＲＡＭから前記不揮発性記憶媒体への大量の書き
込みを繰り返すなど、負荷の高い使い方が想定される場
合は、ワイヤレス光インターフェイス自身もバスマスタ
方式のＤＭＡ転送に対応し、専用ＤＭＡコントローラを
用意するのが好ましい。
【０１５１】既に述べたように、端末装置１００３は、
受光された複数のダウンリンク信号光のうち、光強度振
幅が最大の１つのダウンリンク信号光が搬送する情報を
取得する機能（分離機能）を備えている。これにより、
ダウンリンク通信における干渉の問題が最小限に抑制さ
れる。本発明のワイヤレス光通信システム１００１の端
末装置１００３の分離機能の原理を説明する。
【０１５２】図１４Ａは、基地局１００２のマルチビー
ム送信機１００４から送信されるダウンリンク信号光の
平面Ｖ上での等光強度線を示す。マルチビーム送信機１
００４は、ダウンリンク信号光１３〜１５を送信する。
平面Ｖは、ダウンリンク信号光１４を送信するビーム光
源の光軸１０１４に直交する平面である。
【０１５３】ダウンリンク信号光１３〜１５のそれぞれ
は、同時に異なる情報（デジタルシーケンス）を搬送す
る。従って、端末装置で受信される信号光はビット時間
単位で変動する複数のレベル値を取る。
【０１５４】図１４Ｂは、ダウンリンク信号光１３〜１
５に対応する空間セルの内部の点Ｐにおける光強度を示
す。波形１０１５〜１０１７はそれぞれ、点Ｐにおい
て、ダウンリンク信号光１３〜１５が搬送するデジタル
シーケンスに対応する光強度を示す。波形１０１８は、
点Ｐに位置する端末装置１００３に受信される、複数の
ダウンリンク信号光１３〜１５の光強度（トータルの光
強度）を示す。
【０１５５】端末装置１００３の受信回路１０４（図１
３）は、波形１０１８のレベル値に影響を及ぼし得る主
要な空間セルに向けて送信されるダウンリンク信号光の
全てが値「１」のデータを搬送する場合の受信信号光ピ
ーク値１６と、全てが値「０」のデータを搬送する場合
の受信信号光ボトム値１７との中間値１８（平均値）に
実質的に等しい値を最適な閾値として設定する。端末装
置１００３の受信回路１０４は、基地局１００２が送信
する複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つ
を受信し、受信された少なくとも１つのダウンリンク信
号光に対してこの閾値を用いて閾値処理を行うことによ
り、所定の空間セル（端末装置１００３が収容されてい
る空間セル）に向けて送信されるダウンリンク信号光１
４が搬送する情報を取得（分離）することができる（分
離機能）。すなわち、波形１０１８によって示される信
号光の強度が閾値１８よりも大きいか否かを判定するこ
とによって、波形１０１６によって示される信号光が搬
送する情報が取得される。
【０１５６】受信信号光ピーク値１６と受信信号光ボト
ム値１７との差２０１８は、端末装置１００３に受光さ
れた複数のダウンリンク信号光のトータルの光強度振幅
である。また、波形１０１６のピーク値とボトム値との
差２０１９は、ダウンリンク信号光１４の光強度振幅で
ある。端末装置１００３は、理論的には、光強度振幅２
０１９が光強度振幅２０１８の半分よりも大きい場合
（すなわち、所望のダウンリンク信号光１４の光強度振
幅が、干渉信号光のトータルの光強度振幅よりも大きい
場合）に、複数のダウンリンク信号光１３〜１５の光強
度振幅のうち最大の光強度振幅を有するダウンリンク信
号光１４を分離することができる。
【０１５７】ダウンリンク信号光が搬送する情報が任意
のバイナリ符号化方式を用いて符号化される場合にも、
空間分割多重化された全てのチャンネルを反映するピー
ク値とボトム値とから、同様に最適な閾値を求めて空間
多重化されたダウンリンク信号光が搬送する情報を分離
することができる。また、このようにして最適な閾値を
求める方法は、基地局１００２と端末装置１００３とが
パスバンド信号を用いたデジタル通信を行う場合におい
ても、そのベースバンド信号に対して同様に有効であ
る。しかしながら、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔ
ｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒ
ａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）のように信号振幅が多値化される場合には、原理的
に空間多重化された信号を分離することはできない。
【０１５８】ビット時間単位のレベル変動の振幅は、信
号対全干渉信号比ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）に依存して、各空間チャン
ネルに送信されるデータシーケンスによって決定され
る。信号対全干渉信号比ＳＩＲは、重なり合う空間セル
の数、各空間セル内での端末装置１００３の位置、基地
局１００２のマルチビーム送信機１００４のビーム光源
７２０の放射角度分布特性および各ビーム光の光出力の
均一性等から決まる。
【０１５９】ビット時間単位のレベル変動の振幅は、ダ
ウンリンク空間チャンネル間のビット同期ずれがあれば
その影響を受ける。しかし、ワイヤレス光通信システム
１００１では、基地局１００２と端末装置１００３とが
見通し通信を行うことを前提としているので、空間セル
の境界領域のある１点に存在する端末装置１００３に対
して複数の干渉信号光がある場合でも、同期ずれは発生
しない。
【０１６０】信号対全干渉信号比ＳＩＲを算出するのは
複雑ではあるが、既に述べたようにＳＩＲは、重なり合
う空間セルの数、各空間セル内での端末装置１００３の
位置、基地局１００２のマルチビーム送信機１００４の
ビーム光源７２０の放射角度分布特性および各ビーム光
の光出力の均一性等のパラメータから決まる。これらの
パラメータは何れも、予め設定されるものであり、ワイ
ヤレス光通信システム１００１の動作時には、空間座標
のみの関数として表される。従って、端末装置１００３
が空間内で移動するか、あるいは基地局１００２のビー
ム光源７２０が急激に劣化しない限り、最適閾値は変わ
らない。このため、基地局１００２および端末装置１０
０３のいずれにも、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）の
負荷が軽いワイヤレス光通信システム１００１が実現さ
れる。
【０１６１】また、特にＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のように、各シンボ
ル毎に一定振幅のチップパルスが必ず送出され、さらに
それらが空間多重化される場合、受信信号シンボル期間
における振幅最大のチップを選択することにより信号光
強度が最大であるダウンリンク信号光（空間チャンネル
成分）が分離され得る。しかしながら、あるシンボル期
間における信号強度が最大のダウンリンク信号光と、所
望の空間チャンネル（端末装置が収容されている空間セ
ルに対応するチャンネル）のダウンリンク信号光とは異
なる場合がある。例えば、所望の空間チャンネルに信号
が送出されていない場合である。このような場合には、
分離された光強度振幅最大のダウンリンク信号光が所望
の空間チャンネル以外の空間チャンネルのダウンリンク
信号光であることを知る手段として、ＮＲＺの場合と同
様に、空間分割多重化された全てのチャンネルを反映す
るピーク値に対して最適化された閾値を用いて硬判定す
ることにより、端末装置１００３の受信回路が不所望な
空間チャンネルに引き込まれるのが防止される。
【０１６２】以上の説明から明らかなように、本発明の
ワイヤレス光通信システム１００１においては、基地局
１００２から複数のダウンリンク信号光２０１７が必ず
しも同じ符号化を用いて情報を搬送する必要はない。そ
れぞれのビット時間幅（例えばＮＲＺやＮＲＺＩ符号化
の場合）あるいはチップ時間幅（例えばＰＰＭ符号化の
場合）が等しければ、端末装置１００３の受信回路にお
いて、それらを分離し、端末装置１００３がその端末装
置に向けられた（例えばＮＲＺ符号化されている）情報
を取得することが可能である。 ここで、端末装置１０
０３の受信機における判定閾値の最適化は、従来の加入
者系光ファイバー通信におけるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｖｏｒｋ）−ＦＴＴＨシステ
ムのような、時間領域で多重化されたチャンネルに対し
てガード時間で区切られたバースト毎に閾値を最適化し
て受信する、いわゆるバーストモードレシーバとは本質
的に異なるものである。
【０１６３】従来技術と対比させて本発明の端末装置１
００３の受信機における判定閾値の最適化の特徴をより
明らかにするため、従来のＰＯＮ−ＦＴＴＨシステムの
簡単なシステム構成とＮＲＺ符号化を用いた場合の受信
信号の例をそれぞれ図３７Ａおよび図３７Ｂに示す。
【０１６４】図３７Ａは、各家庭を接続するＯＮＵ（Ｏ
ｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の構成を示
す。
【０１６５】図３７Ｂは、各家庭を接続するＯＮＵにお
いて、各家庭から送出された光バースト信号の信号波形
（信号波形１２６１〜１２６３）と、それらの光バース
ト信号がスターカプラを経て時分割多重化され、局側の
ＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎ
ｉｔ）あるいはＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ ＬｉｎｅＴｅ
ｒｍｉｎａｌ）で受信された場合の受信信号の信号波形
１２６４とを示す。ＯＳＵにおいては、ガードタイムで
区切られた各バースト毎に先頭数ビット以内に光受信機
の判定閾値が最適化され、アップリンクチャンネルが分
離される。各バースト期間における最適閾値は一定であ
る。図３７Ｂに示されるように、光バースト信号１２６
１〜１２６３は時分割多重化されているので、同じ時間
において強度が重畳されることはない。
【０１６６】これに対して、本発明のワイヤレス光通信
システム１００１においては、複数の空間チャンネルの
ダウンリンク信号光およびアップリンク信号光は、時分
割多重化されない。信号光が時分割多重化された場合に
は、帯域を占有することができなくなり、チャンネル数
が増えるに従ってスループットが低下してしまい、通信
の高速化が阻害される。
【０１６７】ワイヤレス光通信システム１００１におい
ては、閾値自体を受信ベースバンド信号に追従させて最
適化するのが望ましい。原理的には、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ
ｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を経たフ
ィードバックによって、端末装置１００３の受信回路に
影響を与える空間チャンネルの全てを反映したピーク値
を所定レベルに揃えた上で、固定閾値に基づいて識別を
行う受信回路によっても、所望のダウンリンク信号光
（空間チャンネル成分）を分離することは可能である。
しかしながら、各バースト毎にベースバンド光信号のピ
ーク値およびボトム値が一定であるＰＯＮシステム（図
３７Ａおよび図３７Ｂ）とは異なり、このようなＡＧＣ
回路を用いた受信回路を端末装置１００３に適用するに
は、ＡＧＣのタイミング抽出や高速応答性に相応の工夫
が必要となる。
【０１６８】図１５は、図１３に示される端末装置１０
０３の受信回路１０４（受信フロントエンド）のブロッ
ク図を示す。
【０１６９】以下、受信回路１０４の動作を説明する。
【０１７０】フォトダイオード１１０は、空間分割多重
化されたダウンリンク信号光（少なくとも１つのダウン
リンク信号光２０１７）を電流信号に変換する。プリア
ンプ１１１は、この電流信号を線形領域で増幅し、少な
くとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号
（電圧信号）に変換する。
【０１７１】図１４Ｂから容易に理解されるように、受
信回路１０４において波形が歪むと、その歪みによって
ピーク値１６およびボトム値１８に誤差が生じ得、空間
多重化されたダウンリンク信号光を誤りなく分離するこ
とができなくなる。また、判定閾値の最適化過程におけ
る精確性が極めて重要である。従って、プリアンプ１１
１の直後に設けられるローパスフィルタ１１２（帯域制
限フィルタ）は、ダウンリンク信号光の信号帯域に対し
て、実質的に波形歪みやリンギングの生じ難い帯域制限
機能を果たすために、ダウンリンク信号光のクロック周
波数以下の帯域において、実質的に群遅延平坦な特性を
有することが好ましい。なお、「ある帯域において実質
的に群遅延平坦」であるとは、その帯域内で、遅延時間
が周波数によって変化しないか、または、その変化によ
り引き起こされる波形歪みやリンギングが、通常の受信
回路１０４の設計において、複数のダウンリンク信号光
から１つの（強度振幅が最大の）ダウンリンク信号光を
分離することを不可能にするほど大きくないことをい
う。
【０１７２】具体的には、ローパスフィルタ１１２は、
以下で説明する特性を有することが好ましい。
【０１７３】発明者の実験によれば、ワイヤレス光通信
システム１００１が１２５Ｍｂ／ｓの８Ｂ１０Ｂ ＮＲ
ＺＩ符号化（１ビット時間８ｎｓ、正味のデータレート
１００Ｍｂ／ｓ）を採用し、ダウンリンク信号光の１０
％〜９０％立ち上がり／立ち下がり時間が約１〜２ｎｓ
で高速駆動されている場合、端末装置１００３の受信回
路において、ローパスフィルタ１１２として、約１４０
ＭＨｚの−３ｄＢ帯域を有する５次のベッセルローパス
フィルタを用いることが好ましかった。
【０１７４】ローパスフィルタ１１２が、比較的高次の
ベッセル特性あるいは比較的低次のバタワース特性を備
え、クロック周波数（上述した例では１２５ＭＨｚ）以
下の帯域においては、ほぼその全域にわたって群遅延時
間が平坦な位相特性を有するように、−３ｄＢ周波数ｆ
ｃを設定することが好ましい。これにより、多重化され
たダウンリンク信号光に対して実質的に波形歪みの生じ
ない特性が実現され、判定閾値設定の精確性を向上させ
ることができる。
【０１７５】ここで、遅延時間が１ビット時間よりも十
分に短い許容値上限（上述した例では、１ｎｓ）に至
る、クロック周波数の上限をｆｄとすると、ローパスフ
ィルタ１１２がフィルタ次数ｎのベッセル特性を有する
場合、ｎの増大に伴い、比ｆｄ／ｆｃが単調に増加す
る。例えば、フィルタ次数ｎが２、３、５および８の場
合に、それぞれ、比ｆｄ／ｆｃは０．４、０．７、０．
９および１．３となる。ローパスフィルタ１１２が５次
のベッセル特性を有する場合、ｆｃ＝１２５ＭＨｚ／
０．９となり、これは約１４０ＭＨｚであるので、上述
した実験結果と符合する。ある周波数ｆｄについて、ｆ
ｃを低減し、ＳＮＲを向上させる観点からは、構成は複
雑となるが比較的高次のベッセルフィルタを用いること
が好ましい。これにより、最良の遅延特性を有する受信
回路を実現することができる。
【０１７６】一方、ローパスフィルタ１１２がバタワー
ス特性を有する場合、次数ｎの増大に伴い、比ｆｄ／ｆ
ｃは、わずかずつ単調に減少する。例えば、フィルタ次
数ｎが２、３および８の場合に、それぞれ、比ｆｄ／ｆ
ｃは０．５、０．５および０．３となる。ローパスフィ
ルタ１１２がバタワース特性を有する場合、あるｆｄに
ついては、ローパスフィルタ１１２がベッセル特性を有
する場合よりも相対的にｆｃを大きくとる必要が生じ
る。このため、ＳＮＲの観点からは不利となる。
【０１７７】しかしながら、本発明のＳＤＭ／ＳＤＭＡ
ワイヤレス光通信システムのダウンリンクにおいては、
基地局マルチビーム送信機１００４のビーム光源に比較
的発光サイズの大きいディスクリート素子を用いること
が可能である。従って、基地局側でアイセーフティの確
保されたレーザダイオードを用いて送信光パワーの増大
を図るのは比較的容易である。すなわち、端末装置１０
０３の受信回路においては波形歪みの低減に設計の重点
を置き、比較的低次のバタワースフィルタを用いてコス
トパフォーマンスに優れる受信回路を構成することが可
能である。もちろん、上述したベッセルフィルタを用い
る場合も同様に、コスト低減を優先して基地局側でパワ
ーペナルティを補い比較的低次のものを採用することが
できる。
【０１７８】最適な次数ｎは、ダウンリンク信号光の符
号化速度／波形（周波数成分）と受信回路の非白色雑音
等にも依存するが、ＮＲＺ系の信号に対しては一般的に
比ｆｄ／ｆｃ≧０．５程度を目安とし、３次以上のベッ
セル特性あるいは３次以下のバタワース特性を備え、ク
ロック周波数以下の帯域においては、ほぼその全域にわ
たって群遅延時間平坦な位相特性を有するように、−３
ｄＢ周波数ｆｃを拡大して設定することにより、ダウン
リンク信号光に対して、実質的に波形歪みやリンギング
歪みの生じ難い帯域制限機能を設けることができる。
【０１７９】ローパスフィルタ１１２の出力である電気
信号（受信電圧信号１１１４）は、フォトダイオード１
１０が受け取った少なくとも１つのダウンリンク信号光
の強度（光強度）を示す。
【０１８０】このように、フォトダイオード１１０、プ
リアンプ１１１およびローパスフィルタ１１２は、少な
くとも１つのダウンリンク信号光が入射し、入射した少
なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信
号（受信電圧信号１１１４）を出力する光電変換増幅部
１１１３として機能する。
【０１８１】なお、フォトダイオード１１０とプリアン
プ１１１とは一体に形成されていてもよい。フォトダイ
オード１１０は、例えば、ｐ（ｉ）ｎフォトダイオード
であるが、ｐ（ｉ）ｎフォトダイオードに替えて、アバ
ランシェフォトダイオード、ショットキフォトダイオー
ド、フォトトランジスタ等の任意の光電変換素子が使用
され得る。
【０１８２】閾値設定回路ブロック１１３（検出部）
は、受信電圧信号のピーク値検出・保持回路１１４およ
びボトム値検出・保持回路１１５を含む。閾値設定回路
ブロック１１３は、ピーク値検出・保持回路１１４の出
力（ピーク値１１１６）とボトム値検出・保持回路１１
５との出力（ボトム値１１１７）とのほぼ中間値に最適
化された判定閾値１１１５を比較回路１１６に出力す
る。
【０１８３】ピーク値検出・保持回路１１４およびボト
ム値検出・保持回路１１５においては、例えば、各々の
回路に備えられた容量成分に、ピーク値１１１６および
ボトム値１１１７のレベルに応じた電荷をチャージする
ことによって、各電圧レベルが生成・保持され得る。電
圧レベルの安定性を確保するためには、容量成分が大容
量であることが要求され、一方で、レベル生成における
高速応答性を確保するには小容量であることが要求され
る。従って、ピーク値検出・保持回路１１４およびボト
ム値検出・保持回路１１５は、少なくとも、判定閾値レ
ベル１１１５の最適化が行われる繰り返し周期にわたっ
て、ピーク値１１１６およびボトム値１１１７の安定性
が確保されるような容量を持つことを前提として、チャ
ージアップの高速化を図るために様々な回路構成上の工
夫がなされ得る。あるいは、ピーク値およびボトム値の
検出機能にはサンプルホールド回路を、保持機能には高
速Ａ／Ｄコンバータを使用してもよい。これにより、よ
り精確な閾値レベル設定回路が実現され得る。
【０１８４】さらに、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通
信システム１００１では、一定の周期Ｔｃ毎に、端末装
置１００３が閾値の最適化を実行できるように、基地局
からのダウンリンクフレーム（パケット）のシーケンス
が設計される。この一定の周期Ｔｃは、閾値設定回路ブ
ロック１１３における閾値レベルの最大保持時間よりも
短い。また、ピーク値およびボトム値の検出・保持回路
１１４および１１５は、制御部１０５（図１３）から一
定の周期Ｔｃに合わせた適切なタイミングでリセット端
子２１０２および２１０３に送られるリセット信号によ
ってリセットされ、新たな最適閾値レベルを生成・保持
することができる。
【０１８５】ローパスフィルタ１１２の出力である受信
電圧信号１１１４と、閾値設定回路ブロック１１３から
出力される判定閾値１１１５とが、比較回路１１６にお
いて比較される。これにより、所望のチャンネル成分
（フォトダイオード１１０が受け取った少なくとも１つ
のダウンリンク信号光のうち、強度振幅が最大であるダ
ウンリンク信号光）が分離される（搬送する情報が取得
される）。
【０１８６】このように、比較回路１１６は、ピーク値
１１１６と、ボトム値１１１７と、受信電圧信号１１１
４とに基づいて、強度振幅が最大であるダウンリンク信
号光が搬送する情報を取得する取得部として機能する。
【０１８７】受信回路１０４がこのような構成を有する
ことにより、空間分割多重化された複数のダウンリンク
信号光から所望の空間チャンネルのダウンリンク信号光
を受信回路１０４において誤りなく分離（ｄｅｍｕｌｔ
ｉｐｌｅｘｉｎｇ）することができる。これにより、１
つの端末装置は、１つの空間セルにおいて、その空間セ
ルに割り当てられた帯域を占有して基地局との通信を行
うことができ、高速なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通
信システムが実現される。
【０１８８】また、端末装置１００３がこのような分離
機能を有していることに起因して、基地局１００２（図
１）のマルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２
０（図３）に要求される放射角度分布特性への要求条件
が緩和される。すなわち、マルチビーム送信機１００４
に、遠視野像パターンが裾を引いた形状（例えば、一般
化ランバーシアン分布でよく近似される形状）である放
射角度分布特性を有するビーム光源を用いることができ
る。このために、基地局のコストが低減され、コストパ
フォーマンスに優れたＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通
信システムが実現される。マルチビーム送信機１００４
にこのようなビーム光源を用いた場合であっても、ダウ
ンリンク通信におけるチャンネル間干渉によるデッドゾ
ーンが十分に抑圧され、通信距離範囲内のほとんどの領
域で基地局との双方向通信が正しく行われ、３次元的
な、実用的なカバーエリアが達成される。なお、端末装
置１００３の受信回路１０４が影響を受ける全ての空間
チャンネルが多重化されたバースト状の受信信号が端末
装置１００３に受信された場合、閾値の最適化は数ビッ
ト程度のごく短時間に完了する。
【０１８９】受信回路１０４においては、光電変換を行
うフォトダイオード１１０から比較回路１１６までの回
路は直流結合される。すなわち、光電変換部１１１３
と、閾値設定回路ブロック１１３と、比較回路１１６と
は直流結合される。受信回路１０４にＡＣ結合が含まれ
る場合、ビット時間単位で変動する空間多重化された受
信信号光のピーク値およびボトム値に対して、安定かつ
精確に比較判定の閾値を最適化するのは困難である。受
信回路１０４にＡＣ結合が含まれる場合、ピーク値およ
びボトム値を検出、保持した上で、いずれか一方を比較
回路１１６の判定閾値に対するバイアス電圧とし、さら
に両者の差から最適な比較閾値を設定しなければなら
ず、比較回路の動作を安定で、精確性、信頼性の高いも
のにすることが困難だからである。
【０１９０】比較回路１１６から出力される２値の判定
出力は、差動増幅ポストアンプ１１７によって、後段の
デジタル信号処理に十分な一定振幅の電圧レベルに増幅
される。このようなリミティングアンプとしての機能
は、比較回路１１６が備えてもよい。しかし、十分なゲ
インを得るためには、通常、差動増幅ポストアンプ１１
７によってこの機能が実現されることが好ましい。差動
増幅ポストアンプ１１７は、フォトダイオード１１０か
ら差動増幅ポストアンプ１１７までの各素子のオフセッ
ト補償や入力ダイナミックレンジと必要なゲイン等を考
慮して適切に設計される。
【０１９１】さらに、ワイヤレス光通信システムに特有
の問題を解決するために、端末装置１００３の受信回路
１０４が備えることが望ましい特徴を図１６、図１７、
図１８Ａおよび図１８Ｂを参照して説明する。ワイヤレ
ス光通信に特有の問題とは、背景光が非常に強く、端末
装置１００３の置かれた状況に応じて、背景光自体の強
度と、それに伴う雑音レベルが大きく変動することであ
る。背景光レベル自体の変動は通信動作中の短期間にお
いては大きくはないが、利用される状況を広く考慮する
と大変大きな幅となり得る。これを解決するための周知
の技術として、受信信号を交流結合して前記ボトムレベ
ルのオフセットの影響を除去し、同時に背景光による低
周波雑音成分を低減することが行われている。しかし、
図１５を参照して説明したように、受信回路１０４にＡ
Ｃ結合を用いてＤＣ信号成分を低減する構成は、端末装
置１００３には採用し難い。
【０１９２】従って、端末装置１００３は、端末装置１
００３の受信回路１０４から発生する雑音成分の他、背
景光のＤＣ成分によってフォトダイオード１１０（図１
５）から生じるショット雑音や、端末装置１００３の周
囲のインバータを用いた蛍光灯からの１ＭＨｚ以下程度
の雑音成分を低減することが必要である。
【０１９３】端末装置１００３の受信機視野角は、受光
素子であるフォトダイオード１１０に備えられたレンズ
系１０１（図１３）の視野と、光学的バンドパスフィル
タ１０２の透過率入射角度依存性との両方によって決定
される。
【０１９４】基地局１００２のマルチビーム送信機１０
０４のビーム光源７２０として、単色性の高い（すなわ
ち、所定の波長を有するレーザ光を発光する）レーザダ
イオードを用いた場合には、端末装置１００３に必要と
される視野角内において光学的バンドパスフィルタ１０
２がビーム光源７２０の光束（レーザ光）を遮断しない
ことが望ましい。
【０１９５】図１６は、フォトダイオード１１０および
レンズ系１０１からなる受光部が本来有する受光感度と
波長との関係を示す。曲線１２１〜１２３のそれぞれ
は、端末装置１００３の受信機の光軸（図１３に示され
る光軸１１０４）に対する入射角が０°、１０°および
２０°の場合の関係を示す。
【０１９６】図１７は、光学的バンドパスフィルタ１０
２として平板の誘電体多層膜を用いた場合の、透過率と
波長との関係を示す。曲線１２４〜１２６のそれぞれ
は、端末装置１００３の受信機の光軸に対する入射角が
０°、１０°および２０°である場合の、光学的バンド
パスフィルタ１０２の透過率と、波長との関係を示す。
【０１９７】図１６および図１７に示される特性を有す
る受光部を備える端末装置１００３の視野角は、実際に
は図１６に示される特性と図１７に示される特性との積
でよく表現される。従って、基地局１００２のマルチビ
ーム送信機１００４のレーザ光源の発振波長は、図１７
に矢印１１２１で示した範囲、すなわち、入射角０°で
の短波長側の５０％透過波長１１２２と、想定する受信
視野半値半角（例えば、１０°とする）である入射角１
０°での長波長側の５０％透過波長１１２３との間であ
れば許容される。受信視野半値半角が１０°である場
合、受信視野半値全角は２０°である。
【０１９８】このように、光学的バンドパスフィルタ１
０２は、受信回路１０４のフォトダイオード１１０の受
信視野半値全角１１０３の範囲内で受信回路１０４に入
射する所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性を
有することが好ましい。図１５に示される光電変換部１
１１３には、この光学的バンドパスフィルタ１０２を介
してダウンリンク信号光２０１７が入射する。
【０１９９】図１３に示されるレンズ系１０１と光学的
バンドパスフィルタ１０２とは、一体として形成されて
もよい。例えば、半球レンズの表面あるいは内面に波長
選択性を有する樹脂を接着したり、多層膜を蒸着するこ
とによって、透過波長範囲において入射角依存性が低減
された光学的バンドパスフィルタ１０２が実現されるこ
とが好ましい。この場合にはレンズ系１０１の設計によ
って端末装置１００３の受信機の視野が制限される。
【０２００】上述した特性を有する光学的バンドパスフ
ィルタ１０２を端末装置１００３がさらに備えることに
よって、端末装置１００３の受信機で受信される背景光
の波長範囲を限定し、ワイヤレス光ＳＤＭ／ＳＤＭＡシ
ステムに特有の問題が総合に解決されて、より優れた帯
域占有型のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム
１００１が実現される。
【０２０１】また、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信
システム１００１においては、基地局１００２のビーム
光源７２０の放射角度分布特性が主要な役割を果たす。
すなわち、既存の製品として存在しない発光素子光源の
開発が必要となるが、その際、端末装置１００３に用い
られる受光素子（図１５に示されるフォトダイオード１
１０）の受光感度や周波数応答特性、既存規格との整合
性等を鑑みて、ビーム光源７２０のレーザダイオードの
発振波長が設定されるとよい。端末装置１００３を特に
コンシューマ向けの低コストな構成にするためには、端
末装置１００３の受光素子にＳｉが用いられ得る。さら
に、アイセーフティを比較的容易に確保することを考慮
すれば、基地局１００２のビーム光源７２０としては、
７８０〜９２０ｎｍ程度の範囲で発振する、ＧａＡｓ基
板上のＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ等から成る活性層材料を備えたレーザダイオー
ドを用いるのが好ましい。
【０２０２】端末装置１００３の受信機においては、そ
の視野角の設定値がワイヤレス光通信システム１００１
の使い勝手に大きく影響し、アプリケーションにおける
重要な指標となる。発明者は、端末装置１００３の受信
機の視野角の好ましい値を求めるために、人間が手動で
光軸合わせをする場合の誤差の分布を測定する実験を行
った。
【０２０３】図１８Ａおよび図１８Ｂは、標準的な人間
が、ある軸を有する物体を意図的に標的に差し向ける際
の角度ずれの確率密度分布の測定例を示す。図１８Ａ
は、複数の被験者が各々１００回ずつ、１秒程度の瞬時
に光軸合わせを行った場合の角度ずれの確率密度分布を
示し、図１８Ｂは、同様のことが１０秒程度かけて注意
深く行われた場合の角度ずれの確率密度分布を示す。
【０２０４】図１８Ａおよび図１８Ｂから、光軸合わせ
が瞬時に行われた場合には、角度ずれの確率密度分布は
分散σ≒５°相当のレーリー分布に従い、注意深く行わ
れた場合には、角度ずれの確率密度分布は分散σ≒２°
相当のレーリー分布に従うことが分かる。
【０２０５】端末装置１００３の受信機が有するべき視
野角としては、角度ずれの確率密度分布の分散σの３倍
程度、すなわち、受信視野半値半角が５°以上１５°以
下であればよい。これは、受信視野半値全角（図１３に
示される角度１１０３）で表わすと、１０°以上３０°
以下となる。
【０２０６】端末装置１００３の受信機がこのような視
野角を有する場合、端末装置１００３は、ユーザが端末
装置１００３を意識的に基地局１００２に指向させるこ
とが自然なアプリケーションにおいて、背景光雑音の影
響を最小限にとどめ、使い勝手を損なうことなく、好適
に使用することができる。ユーザは、ワイヤレス光通信
システム１００１のパフォーマンスを最大限に享受する
ことができる。
【０２０７】なお、端末装置１００３の送信機は、端末
装置１００３の受信機の視野角と同程度の放射角度分布
特性を有することが好ましい。端末装置１００３の送信
機として、周知のＩｒＤＡ規格と同様またはより低出力
の光送信機を用いた場合でも、基地局１００２にはより
大口径の角度分解型受信機１００５が備えられているの
で十分な信号強度と極めて低い背景光レベルが達成され
る。このため、一定の通信距離に対しては、アップリン
クの方がダウンリンクよりも容易に達成される。従っ
て、端末装置１００３の送信機は、基地局１００２にア
ップリンク信号光を送信することが可能な任意の構成を
有し得る。
【０２０８】図１９は、基地局１００２の角度分解型受
信機１００５において用いられ得るフォトダイオードア
レイ素子５００（アレイ素子）を示す。フォトダイオー
ドアレイ素子５００は、例えば、ワイヤレス光通信シス
テム１００１が、図２に示される空間セル配置を採用す
る場合に、図３に示されるフォトダイオードアレイ素子
７１１として用いられ得る。フォトダイオードアレイ素
子５００は、３×３のｐｉｎフォトダイオードアレイ素
子であり、図１９には、光照射面となるｐ側から見た図
が示されている。
【０２０９】フォトダイオードアレイ素子５００は、複
数のアレイ要素５０１（要素素子）を含む。複数のアレ
イ要素５０１のそれぞれは、個別にアドレス可能なアノ
ード電極５０２で囲まれている。アレイ要素５０１のそ
れぞれに対応する電流信号は、端子５０３から取り出さ
れる。アレイ要素５０１は、少なくともｐ＋＋層を貫通
するギャップ領域５０４により互いに仕切られている。
これにより、クロストークが低減される。
【０２１０】フォトダイオードアレイ素子５００は、図
１９に示される構成に限定されず、例えば、ｐ側をコモ
ンとし，ｎ側にギャップ領域を形成して個別アドレス可
能とする構成を有していても十分に実用的である。フォ
トダイオードアレイ素子５００がｐ（ｉ）ｎ構造を含む
場合には、いずれの形態においても、ｐ側を光照射面と
することが好ましい。フォトダイオードの応答速度が速
くなるからである。また、フォトダイオードアレイ素子
５００が、ｐ側をコモンとし，ｎ側にギャップ領域を形
成して個別アドレス可能とする構成を有している場合に
は、プリアンプアレイチップをフォトダイオードアレイ
素子５００とフリップチップボンディングしたり、ドー
ターボードを介して各プリアンプ部を個別に実装するこ
とによって配線容量を小さくすることが可能である。配
線容量を小さくすることは、高速化の観点から、有利で
ある。例えば、図３に示されるフォトダイオードアレイ
素子７１１は、ｐ側をコモンとする構成を有しており、
ドーターボード７１２に搭載されている。
【０２１１】図２０は、アレイ素子５００とトリプレッ
トレンズシステム５０５との位置関係を示す。トリプレ
ットレンズシステム５０５は、図３に示されるレンズシ
ステム７１０として用いられ得る。
【０２１２】図２０には、アレイ素子５００とトリプレ
ットレンズシステム５０５とは別々の部材として示され
ているが、実際にはアレイ素子５００とトリプレットレ
ンズシステム５０５とはインデックスマッチングを取っ
て接着されている。図２０の説明において、ワイヤレス
光通信システム１００１が、図２に示される空間セル配
置を採用しているものとする。
【０２１３】１つ以上のアレイ要素５０１（図１９）が
単位ピクセルを構成する。図２０に示される例では、３
つのアレイ要素５０１が単位ピクセル５０６を構成して
いる。単位ピクセル５０６の形状は、予め定めた空間セ
ル１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投
影した像と概ね一致するように定められる。単位ピクセ
ル５０６毎に、各アレイ要素からの信号出力が束ねら
れ、比較回路バンク７１５に接続される（図３参照）。
【０２１４】通常、アレイ要素５０１の形状は、不感領
域を低減するために、６角形または４角形の形状を有す
る。単位ピクセル５０６の形状と、予め定めた空間セル
１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投影
した像との一致は、近似的に成り立てばよい。単位ピク
セル５０６の形状は、基地局１００２において、マルチ
ビーム送信機１００４と角度分解型受信機１００５との
取り付け位置の違いによって生じる微小な視差を補正す
るように決定される。
【０２１５】１つの端末装置１００３からの信号光スポ
ットがΘ方向に２つの単位ピクセル５０６にまたがる場
合、基地局１００２からその端末装置１００３に、マル
チビーム送信機１００４の対応する光源を用いて、いず
れか１つの単位ピクセル５０６に信号光スポットが収ま
るように、端末装置１００３を移動させるべき方向をユ
ーザに指示することができる。このような移動方向の指
示は、例えば、端末装置１００３の表示画面にユーザが
移動すべき方向を示す矢印を表示することによって行わ
れ得る。
【０２１６】しかしながら、例えば図４に示されるよう
な、空間セル数が比較的少ない家庭内におけるユーザモ
デルでは、必ずしもこのような移動方向の指示を行う必
要はない。すなわち、単に最大信号強度が得られる単位
ピクセル５０６あるいはアレイ要素５０１（図２０）を
選択して空間チャンネルを形成すれば、実用上十分な場
合が多い。
【０２１７】図２０を参照して説明した角度分解型受信
機１００５の構成により、各単位ピクセルピクセルが見
込む視野角φｒ（ｉ）が、空間セルの広がり角θ（ｉ）
に概ね等しく設定され、アップリンク空間チャンネルが
形成される。ここで、“概ね”とは、角度分解型受信機
１００５の分解能に依存するという意味である。角度分
解型受信機１００５のレンズシステム７１０において
は、各種の収差が合成されて像のコントラストや解像力
が影響を受ける。
【０２１８】本発明のワイヤレス光通信システム１００
１は、各種の収差が合成されて解像力が影響を受けるこ
とにより分解能が低下することを前提として設計され
る。単位ピクセル５０６の形状と、予め定めた空間セル
１００６（図２）の境界を主光線として受光面上に投影
した像との一致が近似的に成り立てばよいのも、この理
由による。本発明のワイヤレス光通信システム１００１
では、予めある一定レベルまで分解能が低下することを
許容することにより、現実的でコストパフォーマンスに
優れたシステムが実現される。
【０２１９】図２１は、端末装置１００３からの信号光
が、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７１０
の開口に入射し、アレイ受光素子５００の表面（平面
Ａ）に形成するスポット５０８を示す。図２１に示され
る例では、端末装置１００３からの信号光は、ほぼ平行
光とみなせるような距離から入射するものとする。平面
Ａは、レンズシステム７１０の焦点面である。
【０２２０】スポット（あるいは設計上のスポットダイ
アグラム）５０８は、アレイ要素５０７内に収まるよう
に設計される。なお、アレイ要素５０７は、図１９に示
される複数のアレイ要素５０１のうちの１つである。角
度分解型受信機１００５（図１）の分解能は、高コント
ラスト領域（いわゆる“芯”の部分）５０９の大きさに
よって定義される。アレイ要素５０１（図２０）あるい
は単位ピクセル５０６の視野角および角度分解型受信機
１００５の分解能は、空間セル１００６（図１）および
送信機ビーム光源７２０（図３）の特性と比較し易くす
るため角度領域において表現すると都合がよい。ここ
で、単位ピクセル５０６の視野角をφｒ（ｉ）とし、角
度分解型受信機１００５の分解能をΔφｒ（ｉ）とす
る。
【０２２１】図２２は、単位ピクセル５０６の視野角を
φｒ（ｉ）と、角度分解型受信機１００５の分解能Δφ
ｒ（ｉ）との関係を示す。図２２に示されるように、あ
る単位ピクセルの視野角φｒは、空間セルの広がり角θ
（ｉ）内の全方向から入射した信号光が形成するスポッ
ト５１０（分解能をΔφｒ（ｉ）の広がりを有する）の
重ねあわせとして定義される。図２２から明らかなよう
に、φｒ（ｉ）＝θ（ｉ）＋Δφｒ（ｉ）である。これ
は、単位ピクセル５０６の視野角φｒ（ｉ）が空間セル
の広がり角θ（ｉ）よりも大きいことを示す。すなわ
ち、アレイ受光素子を用いて角度分解型受信機１００５
を構成すれば、隣接するアップリンク空間セルは分解能
が０でないことに起因してオーバーラップする。
【０２２２】アップリンクのチャンネル間干渉が十分に
低減される場合、単位ピクセル毎のフロントエンド受信
回路として、既に説明したＡＧＣフィードバック回路に
よる等価的な閾値最適化を行う受信回路も好適に用いる
ことができる。ただし、Δφｒ（ｉ）＜θ（ｉ）を満た
さない低分解能のレンズシステムや、コントラストの低
いレンズシステムを用いる場合にも対応するためには、
図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して説明した、判定閾値
自体を最適化する受信回路を基地局１００２の角度分解
型受信機１００５にも適用することにより、角度分解型
受信機１００５が所望のアップリンク信号光の分離機能
を有することがより好ましい。
【０２２３】しかし、角度分解型受信機１００５が分離
機能を有するだけでは、アップリンク通信における遠近
問題を完全に解決することはできない。遠近問題とは、
端末装置１００３が基地局１００２に近づくほど、他の
空間セルのアップリンク信号光（空間チャンネル）に干
渉するという問題をいう。特に、基地局１００２と、端
末装置１００３とのリンク初期化プロセスにおいて、端
末装置１００３が基地局１００２への最初の送信を行う
際に、アップリンク通信を行っている他の空間チャンネ
ルに干渉する可能性が高い。
【０２２４】図２３は、遠近問題が起こり得る状況を説
明する図である。図２３において、図１に示される構成
要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その
説明を省略する。空間セル（ｎ）内で、基地局１００２
から最大通信距離ｄ１（例えば、５ｍ）に位置する端末
装置１００３−１が基地局へのアップリンクを行ってい
る最中に、別の端末装置１００３−２が空間セル（ｎ＋
１）内の、セル（ｎ）側の境界近傍の最小通信距離ｄ２
（例えば１ｍ）からアップリンクを開始する場合を考え
る。端末装置１００３−１の信号スポットが単位ピクセ
ル（ｎ）に完全に収まっているとし、端末装置１００３
−１の送信機光源の光軸１２７１が、端末装置１００３
−１と基地局１００２（の角度分解型受信機１００５）
とを結ぶ直線１２７２となす角δを端末装置１００３−
１の送信機の角度ずれとする。遠近問題が発生しがちな
ワーストケースは、図２３に示されるように、端末装置
１００３−１の送信機の角度ずれが、その端末装置１０
０３−１の送信機の光源半値半角に等しく、端末装置１
００３−２の角度ずれが０の場合である。この場合に
は、角度分解型受信機１００５の開口部における端末装
置１００３−１からのアップリンク信号光のパワーと、
端末装置１００３−２からのアップリンク信号光のパワ
ーとの大きさのダイナミックレンジ（静的なダイナミッ
クレンジ）は、通信距離の２乗比と３ｄＢの角度ずれマ
ージンとが加算された値である。
【０２２５】図２３に示される例では、アップリンクに
おける静的なダイナミックレンジＤは、（数１）により
求められる。
【０２２６】 Ｄ＝１０・ｌｏｇ１０（５２／１２）＋３≒１７［ｄＢ］ （数１） 図２４は、図２３に示される状況において、基地局から
遠い位置にある端末装置１００３−１と、基地局から近
い位置にある端末装置１００３−２とからのアップリン
ク信号光によって、角度分解型受信機１００５のアレイ
素子７１１の受光面上に形成される光スポットを示す。
【０２２７】アレイ素子７１１（図３）に含まれる単位
ピクセルである単位ピクセル５１３は、図２３に示され
る空間セル（ｎ＋１）に対応している。単位ピクセル５
１１は、図２３に示される空間セル（ｎ）に対応してい
る。光スポット５１４は、基地局１００２から近い位置
にある端末装置１００３−２からのアップリンク信号光
によって形成される。光スポット５１２は、基地局１０
０２から遠い位置にある端末装置１００３−１からの信
号光によって形成される。図２４に示されるように、光
スポット５１２の単位ピクセル５１１内部における強度
の積分値よりも、光スポット５１４の単位ピクセル５１
１内部における強度の積分値の方が大きくなる場合があ
る。このような場合には、単位ピクセル５１１におい
て、所望のアップリンク信号光の強度よりも、干渉信号
光の強度の方が大きくなり、所望のアップリンク信号光
（所望の空間セルに収容された端末装置１００３からの
アップリンク信号光）が搬送する情報を取得できなくな
る。このような遠近問題は、主に、角度分解型受信機１
００５のレンズシステム７１０（図３）の分解能に依存
する。また、所望のアップリンク信号光よりも干渉信号
光の方が大きくなった場合には、角度分解型受信機１０
０５が図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して説明した分離
機能を備えていたとしても、所望のアップリンク信号光
を分離することはできない。所望のアップリンク信号光
の光強度振幅が、干渉信号光の光強度振幅以下になって
しまうからである。
【０２２８】このような遠近問題の解決策として、以下
の（１）〜（３）が想定され得る。 （１）角度分解型受信機１００５の分解能を高める。こ
れにより、複数の端末装置１００３−１および１００３
−２（図２３）が空間セルの境界近傍で同時にアップリ
ンク送信を行っても、各々の端末装置からのアップリン
ク信号光が角度分解型受信機１００５のアレイ素子の受
光面上で１つの単位ピクセル内に集光するようになる。 （２）端末装置が出力パワーコントロールを行う。すな
わち、基地局１００２から近い距離に位置する端末装置
１００３−２は、低い光出力でアップリンク信号光を送
信することによりアップリンク通信を行い、遠い距離に
位置する端末装置１００３−１は、高い光出力でアップ
リンク信号光を送信することによりアップリンク通信を
行うようにする。 （３）チャンネル間干渉を発生させ得る３次元空間座標
に端末装置を位置させないようにする。すなわち、図２
３に示される端末装置１００３−２の位置のように、基
地局１００２に近く、かつ、空間セルの境界１２７３に
近い位置は、チャンネル間干渉を発生させ得る３次元空
間座標であるので、このような位置にいるユーザにはそ
の場所からの移動を促し、端末装置の位置制御を行う。
【０２２９】上記（１）に示される方法を採用し、角度
分解型受信機１００５の分解能を高くすると、光スポッ
トが単位ピクセル間のギャップ領域（例えば、図２４に
示されるギャップ領域１５５１）に入り、信号光が受信
できない場合が生じ得る。また、角度分解型受信機１０
０５のアレイ要素（図１９に示されるアレイ要素５０
１）よりも小さい光スポットをそれ以上に絞ってもＤＣ
ゲインは得られない。それどころか、キャリア発生領域
がアレイ要素における微小領域に集中することにより、
受光素子の帯域幅が実効的に減少し、高速応答に適さな
くなることがある。さらに、高い分解能を有するレンズ
システムを受光素子の感度のある波長領域の少なくとも
一部に対して、トータルでの広視野角を確保しながら設
計することは大変困難であるという問題点もある。
【０２３０】上記（２）に示される出力パワーコントロ
ールの方法は、メディアアクセス制御の負担が増加す
る、スループットが低くなるという問題点がある。ま
た、端末装置１００３が最初に送信を開始する際におい
て遠近問題を解決することができず、出力パワーコント
ロールの方法だけでは遠近問題を本質的に解決すること
はできないという問題点もある。
【０２３１】結局、上記（３）に示されるように、チャ
ンネル間干渉を発生させ得る３次元空間座標に端末装置
１００３を位置させないようにすることが、遠近問題を
解決する最も合理的な方法であることが発明者により見
出された。
【０２３２】上記（３）の方法を採用した場合には、角
度分解型受信機１００５のレンズシステムの分解能に対
する要求は、それほど厳しいものでなくてもよい。従っ
て、角度分解型受信機に対する要求が単純化されて設計
に自由度が生じる。この結果、角度分解型受信機１００
５のレンズシステムの設計と協調して受光アレイ素子の
ダイサイズを小さくし、アレイ素子の各要素間のピッチ
や各要素の形状に自由度を与えることができるというメ
リットが得られる。また一律に製造されるアレイ素子を
仕様の異なるシステムで使用することができるというメ
リットが得られる。従って、基地局１００２を低コスト
化することができ、ワイヤレス光通信システム１００１
のコストパフォーマンスを高めることができる。
【０２３３】さらに、上記（３）の方法を採用した場合
には、端末装置１００３におけるメディアアクセス制御
の負担が低減する。従って、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレ
ス光通信システム１００１のコストパフォーマンスを高
くすることができる。特に、端末装置１００３が複雑な
構成を有さなくてもよくなるので、端末装置１００３の
コストを低減することができる。これにより端末装置１
００３を所有するユーザが増え、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイ
ヤレス光通信システム１００１の普及が促進されるとい
うメリットが得られる。
【０２３４】これにより、予め定められたユーザサイズ
の空間セルを形成し、ＳＤＭダウンリンクおよびＳＤＭ
Ａアップリンクにおけるチャンネル間干渉あるいは衝突
を回避して、コストパフォーマンスに優れた帯域占有型
のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１００１
が実現される。
【０２３５】端末装置１００３がアップリンク送信を開
始しても差し支えないように、その位置を物理的に制御
することは、メディアアクセス制御を物理層レベルにお
いても積極的に取り込むことを意味している。これが可
能であるのは、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信シス
テム１００１において、媒体が空間分割多重化された光
であるという特徴と端末装置１００３が携帯型の端末装
置であるという特徴とに起因している。メディアアクセ
ス制御を物理層レベルで行うことにより、物理層レベル
よりも上層におけるメディアアクセス制御の負荷が非常
に少なくなる。このため、従来の無線通信システムに比
べて格段にスループットの高い、帯域占有型のＳＤＭ／
ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムシステムが実現され
る。
【０２３６】ワイヤレス光通信システム１００１（図
１）において、上記（３）に示される方法に従って遠近
問題を避けるためには、端末装置１００３の側で、端末
装置１００３の望ましい場所（その場所で基地局へのア
ップリンクを開始しても遠近問題が生じない場所）を知
る必要がある。ワイヤレス光通信システム１００１にお
いて、端末装置１００３の望ましい場所を知る（あるい
は、逆に望ましいくない場所を知る）方法として、下記
の（３−１）または（３−２）の方法が用いられ得る。 （３−１）端末装置１００３のユーザの視覚に基づく方
法 （３−２）端末装置１００３でのダウンリンク信号光の
受信結果に基づく方法 以下、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを
参照して、上記（３−１）の方法が説明され、図２７〜
図３２を参照して、上記（３−２）の方法が説明され
る。
【０２３７】図２５Ａは、端末装置の望ましい場所をユ
ーザに視覚的に示すための表示装置を備えた基地局１４
０の使用形態を示す。基地局１４０は、図１に示される
基地局１００２として使用され得る。図２５Ａに示され
る例では、３個の空間セル１００６−１〜１００６−３
が１次元的に配置され、全体として３次元的なカバーエ
リアが実現されている。空間セル１００６−１には新規
に端末装置１００３−１およびそのユーザが参入しよう
としており、空間セル１００６−２には既に端末装置１
００３−２が収容されている。端末装置１００３−１お
よび１００３−２のそれぞれは、例えば、図１３に示さ
れる端末装置１００３であり得る。
【０２３８】図２５Ｂは、基地局１４０の前面を示す。
図２５Ｂにおいて、図１に示される構成要素と同一の構
成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略す
る。
【０２３９】基地局１４０は、表示装置１４３を備え
る。表示装置１４３は、表示要素１４４、１４６および
１４８（第１の表示要素）と、表示要素１４５および１
４７（第２の表示要素）とを含む。表示要素１４４〜１
４８のそれぞれは、空間セル１００６−１〜１００６−
３（図２５Ａ）の空間的配置を反映している。具体的に
は、第１の表示要素１４４、１４６および１４８はそれ
ぞれ、空間セル１００６−１〜１００６−３に対応して
いる。第２の表示要素１４５および１４７はそれぞれ、
空間セル１００６−１と空間セル１００６−２との境界
および空間セル１００６−２と空間セル１００６−３と
の境界に対応している。表示要素１４４〜１４８のそれ
ぞれは、例えば、ＬＥＤであり得る。
【０２４０】第１の表示要素は、例えば、対応する空間
セルに端末装置が収容されている場合に点灯し、そうで
ない場合には消灯する。図２５Ａに示される例では、第
１の表示要素１４４（空間セル１００６−１に対応）は
消灯し、第１の表示要素１４６（空間セル１００６−２
に対応）は点灯している。第１の表示要素１４８も、空
間セル１００６−３の状況に応じて同様に点灯／消灯す
る。
【０２４１】第２の表示要素１４５は、互いに境界を接
する空間セル１００６−１または１００６−２に収容さ
れている端末装置（端末装置１００３−１および１００
３−２）と基地局１４０との間の通信状況を表示する。
図２５Ａに示される例では、表示要素１４５は、例え
ば、基地局１４０が端末装置１００３−２または基地局
１４０のいずれかからの何らかの処理の応答待ちの場合
（あるいはバースト的なトラヒックがある場合）に点灯
し、空間セル１００６−２に収容された端末装置１００
３−２と基地局１４０とが継続的に通信を行っている場
合（大量データ転送時）には点滅するように動作させ得
る。
【０２４２】あるいは、他の実施の形態において、第２
の表示要素１４５は、端末装置１００３−２と基地局１
４０との間の通信帯域が主にダウンリンクに使用されて
いる場合には点灯し、主にアップリンクに使用されてい
る場合には点滅するようにしてもよい。さらに、端末装
置１００３−２は空間セル１００６−２の占有権を破棄
しないが一旦基地局１４０とのリンクを切断する場合に
は消灯するようにしてもよい。これらの動作アルゴリズ
ムや表示機能は全て、基地局１４０が備える機能として
予め組み込んだり、適宜変更し得るように設計すること
が可能である。第２の表示要素１４５（および１４７）
により、既に端末装置１００３−２を収容している空間
セル１００６−２に隣接する他の空間セル１００６−１
（および１００６−３）に参入しようとする端末装置の
ユーザ自身に対して、端末装置１００３−２から基地局
１４０への通信状態（アップリンクパケットの送信頻
度）に応じた、より詳細なアップリンクチャンネル間干
渉を警告する表示を行うことができる。第２の表示要素
１４７も第２の表示要素１４５と同様に機能する。
【０２４３】図２５Ｂに示される表示要素１４４〜１４
８として用いられるＬＥＤは、比較的広い放射角度分布
特性を有していることが好ましい。この場合、ユーザが
所定の空間セルの外部にいる場合にも表示要素を視認す
ることができるからである。
【０２４４】このように、基地局１４０は、複数の空間
セル１００６−１〜１００６−３の配置を反映して構成
される少なくとも１つの表示要素１４４〜１４８を含む
表示装置１４３を備える。少なくとも１つの表示要素１
４４、１４６および１４８のそれぞれは、複数の空間セ
ル１００６−１〜１００６−３の１つの空間セルに端末
装置が収容されているか否かを表示する。
【０２４５】これにより、新たに参入する端末装置のユ
ーザが、使用されていない空間セルを認識し、他のアッ
プリンクチャンネルに干渉し得る境界領域を避けて、基
地局への通信を開始することができる。すなわち、端末
装置の位置制御が実現される。また、端末装置自体はキ
ャリアセンスを行う必要がない。また、基地局１４０の
構成が簡単であるため、小規模なシステムで定常的に複
数の端末装置の同時アップリンクを考慮する必要がない
場合に、最も高いコストパフォーマンスのＳＤＭ／ＳＤ
ＭＡワイヤレス光通信システムを構築することができ
る。
【０２４６】図２６Ａは、図２５Ｂに示される基地局１
４０のバリエーションである基地局１４０ａの前面を示
す。基地局１４０ａは、基地局１４０の代わりに用いら
れ得る。図２６Ａにおいて、図２５Ｂに示される構成要
素と同一の構成要素には、同一の参照番号を付し、その
説明を省略する。
【０２４７】基地局１４０ａは、基地局１４０の表示装
置１４３に代えて、表示装置１５３を備える。表示装置
１５３は、表示要素１５４〜１５６を含む。表示要素１
５４〜１５６は、空間セル１００６−１〜１００６−３
（図２５Ａ）にそれぞれ対応している。表示装置１５３
においては、表示要素の数は空間セルの数と等しい（３
個）。表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、例えば、
ＬＥＤである。
【０２４８】図２６Ｂは、表示要素１５４〜１５６とし
て用いられ得るＬＥＤの放射角度分布特性を示す。図２
６Ｂに示されるように、表示要素１５４〜１５６に用い
られるＬＥＤは、指向半値全角φが空間セルの広がり角
θの半分程度であり、かつ減衰が急峻な放射角度分布特
性を有する。マルチビーム送信機１００４のビーム光源
７２０の各光軸と、表示要素１５４〜１５６の光軸と
は、空間セルを配置する方向（図２５Ａに示される例で
は、空間セルの１次元配置方向Θ）に関してほぼ一致し
ている。表示要素１５４〜１５６のそれぞれは、対応す
るビーム光源７２０と近接させて配置することが好まし
い。
【０２４９】表示要素１５４〜１５６の配置および放射
角度分布特性をこのように設定することにより、表示要
素１５４〜１５６のそれぞれは、対応する空間セル（図
２５Ａに示される空間セル１００６−１〜１００６−
３）の内部にユーザがいる場合にしか視認することがで
きない。また、ユーザが空間セルの境界付近（他のアッ
プリンクチャンネルに干渉するおそれのある領域）にい
る場合にも視認することができない。従って、基地局１
４０ａは、ユーザに空間セルのサイズが予め知られてい
ない場合にも好適に使用され得る。表示要素１５４〜１
５６のそれぞれは、対応する空間セルに端末装置１００
３が収容されていない場合に、点灯（または点滅）する
ことが好ましい。これにより、点灯（または点滅）する
表示要素を視認することができたユーザは、いかなるタ
イミングで基地局に対して端末装置１００３からの送信
を開始しても、アップリンク空間セル内で干渉を起こす
ことがない。表示要素を視認することができないユーザ
は、視認することができる位置に移動することによっ
て、基地局に対して端末装置１００３からの送信を開始
することができるようになる。このように、端末装置の
位置制御が行われ、アップリンクのチャンネル間干渉を
完全に抑止して完全にランダムな多元接続を行うことが
可能になる。
【０２５０】また、表示要素１５４〜１５６のＬＥＤの
指向半値全角φが、空間セルの広がり角θと同程度（あ
るいはそれ以上）である場合には、他のアップリンクチ
ャンネルに干渉するおそれのある領域にいるユーザにも
表示要素１５４〜１５６の１つが視認され得る。このよ
うな場合には、遠近問題を完全に解決するために、表示
装置１５３に、図２５Ｂを参照して説明した第２の表示
要素１４５および１４７を設けてもよい。この場合、表
示装置１５３に設けられる第２の表示要素には、表示要
素１５４〜１５６に要求されるほど減衰が急峻な放射角
度分布特性は必要ではない。
【０２５１】図２６Ａに示される表示装置１５３は、予
め空間セルのサイズがユーザに知られている場合に有効
である。
【０２５２】このように、基地局１４０ａは、複数の空
間セルの配置を反映して構成される少なくとも１つの表
示要素１５４〜１５６を含む表示装置１５３を備える。
少なくとも１つの表示要素１５４〜１５６のそれぞれ
は、複数の空間セルの１つの空間セルに端末装置が収容
されているか否かを表示する。
【０２５３】これにより、新たに参入する端末装置のユ
ーザが、使用されていない空間セルを認識し、他のアッ
プリンクチャンネルに干渉し得る境界領域を避けて、基
地局への通信を開始することができる。また、端末装置
自体はキャリアセンスを行う必要がない。また、基地局
１４０ａの構成が簡単であるため、小規模なシステムで
定常的に複数端末装置の同時アップリンクを考慮する必
要がない場合に、最も高いコストパフォーマンスのＳＤ
Ｍ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システムを構築すること
ができる。
【０２５４】このように、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６
Ａおよび図２６Ｂを参照して説明した、空間セルの空間
的な配置を反映して構成される表示要素を含む表示装置
を用いれば、基地局から（端末装置にではなく）端末装
置を保持するユーザ自身に与えられる信号に基づいて、
ユーザはアップリンク開始の可否を判断することができ
る。
【０２５５】表示要素には、対応する空間セルが端末装
置１００３を収容しているか否か、また、その空間セル
においてアップリンク通信が行われているか否か、また
はアップリンク待ちであるか否か等の、チャンネル間干
渉に関係する空間セルの状態が表示される。このような
表示要素には可視光ＬＥＤを用いることが望ましい。数
ｍ程度の距離での使用であれば非常に微弱な光出力（μ
Ｗ〜ｍＷ程度）で十分であるため、アイセーフティの観
点からの放射角度分布特性の制限は緩和される。従っ
て、このような可視光ＬＥＤは、数°以下の広がり乃至
は平行光に近い放射角度分布特性を有し得る。これによ
り、ＬＥＤからの可視光信号がユーザに目視で確認され
る方向からアップリンク送信を行わないように警告する
ことができる。あるいは、ユーザに目視で確認される方
向からであれば、いかなるタイミングで基地局に対して
アップリンク送信を開始してもチャンネル間干渉が生じ
ないように、空間セルおよび表示装置を構成することも
できる。特に後者の場合、完全にランダムな多元接続を
行うことが可能であり、基地局１００２のマルチビーム
送信機１００４（図３）の各ビーム光源７２０の放射角
度分布特性と、角度分解型受信機１００５の角度分解能
に対する要求を最大限に緩和することができる。
【０２５６】基地局１００２が空間チャンネルの空間的
配置を反映して構成される表示要素からなる表示装置を
備えることによって、新たに参入する端末装置１００３
のユーザが、占有されていない空間セルを認識してその
空間セルの付近に移動し、他のアップリンクチャンネル
に干渉し得る境界領域を避けて基地局への通信を開始す
ることができる。また、ユーザ自身がアップリンク開始
可否の判断を行うため、端末装置はキャリアセンスを行
う必要がない。
【０２５７】表示要素としてはＬＥＤ以外の光源を用い
ることもできる。液晶画面を備えたディスプレイ装置に
よって、図２５Ｂに示される表示装置１４３または図２
６Ａに示される表示装置１５３と同様に、空間セルの配
置を反映した複数の要素を表示してもよい。基地局から
の音声ガイダンス信号を用いたり、視覚と聴覚とを併用
したガイダンス信号によって、ユーザにとってより分か
りやすく端末装置の位置を指示してもよい。
【０２５８】また、実際の空間セルを実寸大で床や壁等
に表示してもよい。このような実寸大の表示と、図２５
Ｂに示される表示装置１４３または図２６Ａに示される
表示装置１５３とを併用してもよい。カメラによって端
末装置の位置認識を行った結果をディスプレイ上に表示
するようにしてもよい。
【０２５９】また、一旦端末装置１００３と基地局１０
０２とが双方向の通信を開始した後に、端末装置１００
３が移動すべき方向をその端末装置１００３の表示画面
に表示し、端末装置１００３を最適な空間位置へ導くこ
とができる。端末装置１００３が移動すべき方向は、基
地局１００２の角度分解型受信機１００５において、そ
の端末装置１００３が収容された空間セルに対応する単
位ピクセルの他には同一の信号成分が現れる単位ピクセ
ルが存在しないように決定されればよい。
【０２６０】図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２
６Ｂを参照して説明した、表示装置およびそれらのバリ
エーションは、構成が非常に簡便であるため、比較的空
間セルの数が少ない場合あるいは空間セルの広がり角が
大きい場合に有効である。特に、ワイヤレス光通信シス
テム１００１の規模が小さく、基地局１００２には一度
に１つの端末装置１００３しか収容されない場合、すな
わち、定常的な複数の同時アップリンクを考慮する必要
がない場合に、基地局１００２が端末装置を収容してい
るか否かを新規に参入する端末装置のユーザに視覚的に
示すことは有効である。この場合も、端末のワイヤレス
光インターフェイスはその帯域幅を占有することができ
る。
【０２６１】ここで、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａお
よび図２６Ｂを参照して説明した、表示装置を用いた端
末装置の位置制御は、あくまでもユーザ自身の判断に基
づくものである。表示装置を用いた端末装置の位置制御
を行うか否かに関連して、基地局１００２のビーム光源
７２０の放射角度分布特性が設定される必要はない。ビ
ーム光源７２０の放射角度分布特性は、要求される光出
力とダウンリンクチャンネル間干渉を考慮して導出され
た０．５≦Ｃ≦１．３の転囲、最も望ましくは０．５≦
Ｃ≦０．８の範囲を満たして適宜設定され、かつ、端末
装置１００３は図１５を参照して詳しく説明した受信回
路を備えていればよい。ただし、特に、ワイヤレス光通
信システム１００１の規模が小さく、基地局１００２に
は一度に１つの端末装置１００３しか収容されない場
合、端末装置１００３には、図１５における検出部１１
３を省略して固定閾値で判定を行う受信回路や、あるい
はＡＧＣ機能を備える一般的な受信回路を使用してもよ
い。 しかしながら、比較的空間セルの構成規模が大き
い、あるいは空間セルの広がり角が狭い場合には、図２
５Ａおよび図２５Ｂ、図２６Ａおよび図２６Ｂを参照し
て説明した、端末装置の望ましい場所をユーザに視覚的
に示すための表示装置は、遠近問題の解決に不十分であ
り得る。
【０２６２】そのような場合には、上記（３−２）の方
法（端末装置１００３でのダウンリンク信号光の受信結
果に基づく方法）による端末装置の位置制御が行われ
る。すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明
した、マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７２
０の指向半値角φｔを適切に設定することにより、ダウ
ンリンク信号光を用いた端末装置の位置制御がなされ
る。
【０２６３】端末装置１００３が図１４Ａおよび図１４
Ｂに示される判定閾値の最適化処理を行う場合、図１１
Ａと図１１Ｂとから分かるように、ダウンリンクにおけ
る隣接空間セルからの干渉が起こる領域（デッドゾー
ン）は、ビーム光源７２０の指向半値全角φｔに依存し
て変化する。この性質を利用して、ビーム光源７２０の
指向半値全角φｔを適切に制御すれば、ダウンリンク信
号光の受信状態に応じて、端末装置が空間セル中のどの
位置にいるか（すなわち、アップリンク通信を開始して
よいか否か）を判定することができる。
【０２６４】また、端末位置制御のためのダウンリンク
信号（端末位置制御信号）に、各空間セルが端末装置１
００３を収容しているか否かという「空き情報」や、収
容されるべき空間セルに隣接する空間セルにおいて既に
他の端末装置１００３がアップリンク中であるか否か、
あるいはアップリンク送信の待機中であるか否かといっ
た「ビジー情報」が含められ得る。新規に参入しようと
する端末装置は、そのような情報に基づいて、アップリ
ンク通信を開始してよいか否かを判定することができ
る。アップリンク通信の開始は、端末装置と基地局との
間の双方向通信の開始を意味する。
【０２６５】端末位置制御信号が、全ての空間チャンネ
ルに対して同時に送信されれば、端末装置１００３の有
する判定閾値の最適化の機能により、カバーエリアとし
て想定される３次元空間のほとんど至るところで、新た
に参入する端末装置１００３がアップリンクを開始する
ことが可能か否かをその場で判定し、問題があればユー
ザに移動を促すことができる。
【０２６６】また、ＢＥＲが１０−２程度と高い場合に
は、予め知られた特定のシーケンスを端末装置１００３
が受信し、発生する誤りを直接カウントするか、間接的
にクロック抽出が可能か否か、あるいは受信ＳＮＲを見
積もる処理を行うことによって、その特定のシーケンス
が受信不可能であったと判定することができる。従っ
て、図１１Ｂに示される場合（全ての空間セルに向けて
端末位置制御信号が送信される場合）とは対照的に、新
規参入する端末装置１００３が位置すべきではない空間
セル（すなわち、既に他の端末装置が収容されている空
間セル）に向けて、予め知られたシーケンスを送信する
ことにより、当該空間セルとユーザが参入しようとして
いる空間セルとの境界近傍のチャンネル間干渉を起こし
得る空間領域から離れるように、新規参入する端末装置
１００３のユーザに促すことができる。
【０２６７】上述した端末位置制御信号は、端末装置１
００３の位置を制御するだけでなく、端末位置制御信号
の先頭の一部分または全部が端末装置１００３の受信回
路１０４（図１５）における判定閾値の最適化処理（閾
値のトレーニング）のために使用され得る。空間セルの
全てに向けて同一のシーケンスが送信されることによ
り、閾値の最適化が全ての端末装置において、その同一
のシーケンスの時間程度のごく短時間に完了される。な
お、そのような同一のシーケンスを含む端末位置制御信
号は、全体として、端末装置１００３に対するトレーニ
ングシーケンスとみなされる。言いかえると、トレーニ
ングシーケンスが端末位置制御信号としても機能する。
【０２６８】基地局は、トレーニングシーケンスを送信
すべき空間セルを選択して、一定の周期Ｔｃ毎に同期し
てトレーニングシーケンスを送信する。端末装置１００
３が基地局１００２と通信を開始する際における初期状
態は、常にトレーニングシーケンスの受信から開始され
る。また、上述の閾値最適化のトレーニングシーケンス
に使用される、端末位置制御信号の先頭の一部分は、一
定周期Ｔｃ毎にごく短時間送出されてもよいし、パケッ
トの一部として送出されてもよい。また、イーサネット
（Ｒ）やＩＥＥＥ８０２．３、ＩＥＥＥ１３９４規格等
の光ファイバリンクで採用されているアイドリング信号
のような、リンク形成後は常時送出されている信号をト
レーニングシーケンスとして利用してもよい。この場
合、基地局は、所定のアルゴリズムに従って、このよう
なアイドリング信号を送信すべき空間チャンネルの全て
に同期して送出する。リンク形成後は常時送出されてい
るアイドリング信号としては、例えば、「０１０１０１
…」のように値が繰り返し変化する信号が挙げられる。
【０２６９】上述したように、基地局マルチビーム送信
機１００４のビーム光源の指向半値全角φｔ（ｉ）の設
定とトレーニングシーケンスが送信される空間セルの選
択方法、リンク初期化手順を規定することによって、端
末装置１００３がアップリンクを開始する以前に位置制
御が完遂され、端末装置１００３の側で基地局への送信
可否を判断することができる。特に、基地局１００２が
一定の周期Ｔｃ毎に同期してトレーニングシーケンスを
送信することにより、端末装置１００３がユーザによっ
て移動される状況下にあってもリンク初期化プロセスが
継続される。さらに、ワイヤレス光通信システム１００
１では、端末装置１００３と基地局１００２との間は見
通し距離での通信を行うため、同期ずれが発生しないの
で、端末装置の受信回路に要求される帯域幅が最小化さ
れる。
【０２７０】以下、図２７〜図３０を参照しながら、各
空間セルの指向半値全角φｔ（ｉ）を制御しつつ、リン
ク初期化手順において、トレーニングシーケンスによっ
て端末制御の位置制御を行うことにより、遠近問題を解
決する具体的な方法を説明する。このようなリンク初期
化手順は、新規に基地局と通信を開始しようとする端末
（新規参入端末）について行われる。また、一旦基地局
と双方向通信をした端末装置がそのリンクを維持した
り、より良好な通信状態を得るために、このようなリン
ク初期化手順が用いられてもよい。以下の説明では、基
地局の送信機ビーム光源７２０の放射角度分布特性や角
度分解型受信機１００５の分解能に対する要求と、実現
可能な通信距離範囲のトレードオフの関係が明確にされ
る。ワイヤレス光通信システム１００１の設計において
は、通信距離範囲と、端末装置１００３の送信機の角度
ずれによる基地局角度分解型受信機１００５での静的な
ダイナミックレンジを考慮しつつ、ワイヤレス光通信シ
ステム１００１を最適に設計することによって遠近問題
が解決される。
【０２７１】図２７は、トレーニングシーケンスによっ
て端末装置の位置制御が行われる例を示す。図２７に
は、基地局一端末装置間の通信距離を１〜５ｍとした場
合、すなわち、１７ｄＢの静的ダイナミックレンジを考
慮した場合に、基地局の角度分解型受信機１００５にお
ける既存アップリンク（空間セル（ｎ−１））が、隣接
する空間セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉
を受けながらも、１０− ８以下のＢＥＲで受信可能な範
囲（ハッチング領域１１６０）が示されている。図２７
〜図３０に示されるハッチング領域の境界は、端末装置
の光軸角度ずれの確率密度分布を考慮して、９５％以上
の確率で既存アップリンクのＢＥＲが１０ −８以下とな
るＣＤＦ（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）から求められたものであ
る。すなわち、このハッチング領域よりも上側（縦軸Ｙ
座標が大きい領域）に存在する新規参入端末装置は、空
間セル（ｎ−１）の既存アップリンクに干渉しない（既
存アップリンクのＢＥＲが影響を受けない）とみなすこ
とができる。ここでは、基地局１００２の角度分解型受
信機１００５は、分解能Δφｒが空間セルの広がり角θ
の１／５程度のレンズシステムを用いるものとした。
【０２７２】図２７の横軸Ｘは、基地局１００２と端末
装置１００３間を結ぶ各空間セル光軸上の距離（軸方向
距離）であり、空間セルのそれぞれに対して定義され
る。縦軸Ｙは、各空間セルの光軸（各ビーム光源の光
軸）に垂直な径方向において、広がり角θ（ｉ）で定め
られる空間セルの半径に対する比率（％）である。すな
わちＹ軸は各ビーム光源の光軸に対する角度に１対１に
対応させることができる。空間セルのサイズとしては、
最大通信距離５ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち
各空間セルの広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．５／
５）≒１１．５°とした。基地局１００２のマルチビー
ム送信機１００４の各ビーム光源７２０は、Ｃ＝０．８
とし、指向半値全角φｔ＝２・０．８・ａｒｃｔａｎ
（０．５／５）≒９°である。各ビーム光源７２０は、
最大通信距離５ｍにおける空間セル境界上でＢＥＲが１
０−８を満たす光出力にマージン＋３ｄＢを加えて駆動
されている。
【０２７３】図２７には、実際に空間チャンネル毎に発
生させた２７−１擬似ランダムパターンが空間セル（ｎ
−１）、（ｎ）および（ｎ＋１）に向けて同一の光出力
で各々送信された場合に、空間セル（ｎ）内部に存在す
る端末装置１００３が判定閾値を最適化し、空間セル
（ｎ）に対する擬似ランダム信号をＢＥＲが１０−８以
下で分離して受信し得た空間座標（○印）およびＢＥＲ
がｌ０−８の境界線１１６１が示されている。
【０２７４】空間セル（ｎ）の内部で、○印を含む領域
（２本の曲線１１６１に挟まれた領域）内のほとんどの
領域は、ハッチング領域１１６０と重複していない。こ
のため、基地局１００２がトレーニングシーケンスを一
定時間Ｔｃ毎に各空間セル（ｎ−１）、（ｎ）および
（ｎ＋１）に向けて同一の光出力で送信し、空間セル
（ｎ）の内部から新規参入する端末装置１００３がその
トレーニングシーケンスを受信できた場合に、端末装置
１００３はその情報内容から送信開始の可否を判断する
ことができる。
【０２７５】空間セル（ｎ）に送信されるトレーニング
シーケンスは、空間セル（ｎ）と、空間セル（ｎ）に瞬
接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）に端末装置
１００２が収容されているか否かの情報を含むとよい。
空間セル（ｎ一１）と反対側に位置する空間セル（ｎ＋
１）は、基地局において区別され得る。上述したよう
に、ワイヤレス光通信システム１００１では、主に、最
近接の空間セルからのみチャンネル間干渉を受けるもの
とする。１つの空間セルに端末装置が収容されているか
否かの情報（「空き情報」）は、１ビットで表わすこと
ができる。空間セル配置が１次元的である場合、空間チ
ャンネルの「空き情報」は３ビットで表わすことができ
る。空間チャンネル（ｎ）に新規に参入しようとする端
末装置は、この「空き情報」に基づいて、その空間チャ
ンネル（ｎ）が空いていることを知ってアップリンクを
開始し得る。
【０２７６】また、空間セル（ｎ）に新規参入しようと
する端末装置のユーザは、例えば、「空き情報」により
「隣接する空間セル（ｎ−１）に別の端末装置が収容さ
れている」旨を知ることができる。このような場合、そ
のユーザは、アップリンク通信の開始を自粛したり、基
地局から離れた位置へ移動してからアップリンク通信を
行うことにより、既存の空間セル（ｎ−１）のアップリ
ンクへの干渉を回避することができる。すなわち、端末
装置の位置制御がなされる。
【０２７７】トレーニングシーケンスが含む他の情報
は、空間セル（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）また
は（ｎ＋１）に端末装置が収容されている場合に、それ
らの空間セルに収容される端末装置がアップリンク中か
否か、あるいは、当該空間セルの状態を表す「ビジー情
報」である。当該空間セルの状態とは、例えば、収容さ
れた端末装置は、以後１０Ｔｃサイクルの期間はダウン
ロードモードに入り、収容された端末装置は、各サイク
ルの特定の時間領域においてのみＡＣＫまたはＮＡＫ
（ｎｅｇａｔｉｖｅ ＡＣＫ）をアップリンクし得ると
いう状態である。
【０２７８】トレーニングシーケンスに含み得る情報、
あるいはその情報に基づく新規端末装置における判定基
準の詳細は、ワイヤレス光通信システム１００１のイン
プリメンテーション毎に適宜設計されるべきであり、本
明細書により限定されない。
【０２７９】基地局と端末装置間のワイヤレス光インタ
ーフェイスは、任意のプロトコルに従い得る。本発明の
ワイヤレス光通信システムにおいては、基地局と端末装
置間のワイヤレス光インターフェイスが従うプロトコル
が何であっても、上述した原理に基づいてアップリンク
の遠近問題を回避することができる。基地局と端末装置
間のワイヤレス光インターフェイスは、例えば、基地局
が備える第１のインターフェイス１００７（図１）ある
いは第２のインターフェイス（図１）が準拠する規格の
プロトコルに従ってもよい。この場合、「空き情報」や
「ビジー情報」等のトレーニングシーケンスが含む情報
は、基地局と端末装置間のワイヤレス光インターフェイ
スが従うプロトコルが用いる制御信号中に、その制御信
号の一部を変更して格納されてもよいし、各々個別に定
義された上で連結されてもよい。また、トレーニングシ
ーケンスが含む情報は、伝送されるパケットのデータ部
分（ペイロード部分）に拡張して格納されてもよいが、
この場合は、当然ながら転送効率が落ちる。
【０２８０】トレーニングシーケンスに含まれる情報
は、ワイヤレス光通信システム１００１が採用するプロ
トコルに応じて変化し得る。どのようなプロトコルを採
用した場合でも、端末装置１００３において予め設けら
れた一定の判定基準に基づいてアップリンク通信の開始
の適否を判定することができる。
【０２８１】図２７から、空間セル構成とリンク初期化
手続きによって、基地局との通信距離約２ｍ以上であれ
ば、○印を含む領域（２本の曲線１１６１に挟まれた領
域）とハッチング領域１１６０とは重複しないので、遠
近問題が回避されることが理解される。角度分解型受信
機１００５の分解能Δφｒをより小さくすれば、この通
信距離は短距離側に拡張される。
【０２８２】一旦端末装置１００３と基地局１００２と
が双方向通信を開始した後は、基地局１００２の側で端
末装置１００３を適切な空間位置へ導くことが可能であ
る。すなわち、基地局１００２の角度分解型受信機１０
０５において、端末装置１００３が収容された空間セル
に対応する単位ピクセルの以外には、その単位ピクセル
と同一成分の信号が現れないように、端末装置１００３
を誘導することができる。端末装置１００３の誘導は、
例えば、トレーニングシーケンスが、端末装置１００３
が移動すべき方向を示した「移動情報」を含むことによ
って実現され得る。
【０２８３】また、トレーニングシーケンスの先頭に
は、全空間チャンネルに共通の同一シーケンス（プリア
ンブルまたはフラグ）を設け、そのような共通部分に引
き続いて、上述した各種の情報が付加されることが好ま
しい。既に述べたように、共通部分として、アイドリン
グ信号のような常時送信される信号を用い、このアイド
リング信号を全チャンネルで同期させてもよい。また、
場合によっては、一旦上述した手続によってリンクを最
適に形成した後は、トレーニングシーケンスから上述し
た各種の情報を削除して共通部分のみとすることもでき
る。
【０２８４】図２７を参照して説明した端末装置の位置
制御、すなわち、各空間セルに向けて同一の光出力でト
レーニングシーケンスを送信することによる端末装置の
位置制御では、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ
（ｉ）＝Ｃ・θ（ｉ）を０．５≦Ｃ≦１．３の範囲内で
設定することにより、基地局受信機の分解能Δφｒは概
ね、θ（ｉ）の１／５程度まで許容し得ることが見出さ
れた。これにより、実用的なＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレ
ス光通信システムを構築しつつ基地局送信機のビーム光
源の角度特性に対する要求は最大限緩和される。すなわ
ち、各ビーム光源７２０の指向半値全角φｔ（ｉ）は、
図９を参照して説明したＣの範囲と同程度に設定し得
る。あるいはまた、基地局と端末装置との間の通信距離
を１〜３ｍ等の比較的短距離に設定することによって、
分解能Δφｒの許容範囲をθ（ｉ）の半分程度にまで拡
大することが可能である。 図２７を参照して説明した
例では、基地局マルチビーム送信機１００４のビーム光
源７２０の放射角度特性に対する要求は最大限緩和され
るが、端末制御の位置制御に関しては、トレーニングシ
ーケンスに含まれる情報に頼っている。例えば、端末装
置が新規に参入しようとする空間セルに隣接する空間セ
ルにおいて、アップリンク通信が行われていることがト
レーニングシーケンスに含まれる「ビジー情報」によっ
て分かると、新規に参入しようとする端末のユーザはア
ップリンクの開始を自粛したり、基地局１００２から遠
ざかった位置に移動する。このような方法は、ベストエ
フォート型の遠近問題回避手段と言うことができる。と
はいうものの、もし、既存アップリンクが、新規に参入
した端末装置の干渉を受けＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅ
ｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）等によって誤りを検知
した場合、基地局は自動的に再送することもできる。こ
の場合にも、本発明のワイヤレス光通信システムにおい
ては、空間チャンネルの帯域が各端末装置に占有されて
いるので、スループットはほとんど低下しない。実際に
は、２〜４ｍの通信距離において遠近問題を防止できれ
ば十分に実用的である。
【０２８５】このように、図２７を参照して説明した端
末装置の位置制御では、基地局１００２のマルチビーム
送信機１００４のビーム光源の放射角度特性に対する要
求が穏やかで、ダウンリンク空間セルのデッドゾーンを
抑制し、アップリンクにおけるチャンネル間干渉を十分
実用的に防止することができる。
【０２８６】トレーニングシーケンスはカバーエリア内
の３次元空間のほとんど至るところで端末装置に受信さ
れる。トレーニングシーケンスの構成として、全空間チ
ャンネルに共通の同一シーケンス（いわゆるプリアンブ
ルあるいはフラグ）を設けて、受信信号に全ての空間チ
ャンネルを反映させて、端末装置受信機が最適閾値の設
定に要する時間を最小化する。
【０２８７】基地局１００２で受信する端末装置からの
アップリンク信号の強度を端末装置にトレーニングシー
ケンスあるいはデータとしてフィードバックし、ユーザ
が手動で端末装置送信機の光軸合わせ行うことを補助す
ることもできる。
【０２８８】次に、トレーニングシーケンスにおいて、
基地局１００２のマルチビーム送信機１００４から送出
する信号光のパワーコントロールを行うことによって遠
近問題を解決する方法を説明する。
【０２８９】図２８は、トレーニングシーケンスによっ
て端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。
【０２９０】図２８には、基地局と端末装置との間の通
信距離を１〜５ｍ、すなわち１７ｄＢの静的ダイナミッ
クレンジを考慮した場合に、基地局受信機における既存
アップリンク（空間セル（ｎ−１））が、隣接する空間
セル（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けな
がらもＢＥＲが１０−８以下で受信することが可能な範
囲（ハッチング領域１１７０）が示されている。
【０２９１】図２８に示される例では、基地局１００２
の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セ
ルの広がり角θの半分程度になるようなレンズシステム
を用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離５
ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち各空間セルの広
がり角θは約１１°とした。マルチビーム送信機１００
４の各ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝
０．７、指向半値全角φｔ＝２・０．７・ａｒｃｔａｎ
（０．５／５）≒８°である。
【０２９２】図２８に示される例では、基地局１００２
のマルチビーム送信機１００４において、トレーニング
シーケンスを送信する際にパワーコントロールを行い、
リンク初期化手順を開始する端末装置をアップリンクで
干渉し得る空間領域から移動するようにユーザに促すこ
とを可能にする。ここで、空間セル（ｎ）には端末装置
が収容されておらず、空間セル（ｎ）に隣接する空間セ
ル（ｎ−１）および（ｎ＋１）には端末装置が収容され
ているものとする。空間セル（ｎ）に新規に参入しよう
とする端末装置が空間セル（ｎ）からアップリンクを開
始しようとする場合について説明する。
【０２９３】各ビーム光源は、空間セル（ｎ）に対して
は、光出力マージンが０ｄＢで駆動され、空間セル（ｎ
−１）および（ｎ＋１）に対しては、光出力マージン＋
３ｄＢで駆動される。このように、各ビーム光源のパワ
ーコントロールは、図３に示されるＳＤＭ／ＳＤＭＡコ
ントローラ７２３によって行われる。
【０２９４】図２８には、上記の構成で擬似ランダムパ
ターンが空間多重化されて送信された場合に、空間セル
（ｎ）の内部に存在する端末装置が空間セル（ｎ）に対
するダウンリンク信号光を分離してＢＥＲがｌ０−８以
下で受信し得た位置（○印）およびＢＥＲが１０−８の
境界線１１７１が示されている。図２８から明らかなよ
うに、新規参入端末装置が、空間多重化されたトレーニ
ングシーケンスから空間セル（ｎ）へのダウンリンク信
号光を分離して、低ＢＥＲで受信し得る境界線１１７１
は、図２７に示される境界線１１６１のと比較して、空
間セル（ｎ）の内部に移動している。ハッチング領域１
１７０は、トレーニングシーケンスを低ＢＥＲで受信し
得る境界線１１７１の内部に入りこまないので、遠近問
題は確実に防止される。
【０２９５】端末装置の位置制御は、図２７を参照して
説明した位置制御と同様に行われる。トレーニングシー
ケンスには、図２７を参照した説明と同様に、例えば、
空間チャンネルの「空き情報」が含まれる。空間チャン
ネル（ｎ）に新規に参入しようとする端末装置は、この
「空き情報」に基づいて、その空間チャンネル（ｎ）が
空いていることを知ってアップリンクを開始し得る。
【０２９６】図２８を参照して説明した端末装置の位置
制御、すなわち、端末装置が収容されている空間セルと
端末装置が収容されていない空間セルとでトレーニング
シーケンスを送信する光出力を変えてトレーニングシー
ケンスを送信することによる端末装置の位置制御では、
マルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の指向
半値全角φｔ（ｉ）を０．５≦Ｃ≦１．３の範囲で設定
することにより、基地局１００２の角度分解型受信機１
００５の分解能Δφｒの目安として概ねθ（ｉ）の半分
程度まで許容することができる。また、想定される様々
なケースの遠近問題が確実に防止される。
【０２９７】空間セル（ｎ）のように、相対的に低い光
出力で信号光が送信される空間チャンネルにおいても、
一定の通信距離を確保するため、光出力マージンは最低
限０ｄＢに設定される。空間セル（ｎ−１）および（ｎ
＋１）のように、相対的に高い光出力で信号光が送信さ
れる空間チャンネルにおける光出力の増大分は、１．５
〜５ｄＢの範囲に設定されることが好ましい。特に、マ
ルチビーム送信機１００４のビーム光源７２０の指向半
値全角φｔ（ｉ）＝Ｃ・θを０．５≦Ｃ≦０．８の範囲
とし、光出力の増大分を２ｄＢ以上とすることが好まし
い。これにより、端末装置を収容していない空間チャン
ネルに対する光出力マージンを０ｄＢとした場合におい
ても、遠近問題を完全に防止しつつ、基地局全体の送信
光パワーが最小化され、かつ、基地局１００２の角度分
解型受信機１００５の分解能Δφｒをθ（ｉ）以下の程
度まで許容し得ることが見出された。
【０２９８】図２８を参照して説明した端末装置の位置
制御によれば、マルチビーム送信機１００４のビーム光
源７２０の放射角度分布特性に対する要求を最大限緩和
しつつ、角度分解型受信機１００５の分解能に対する要
求も緩和される。角度分解型受信機１００５の分解能を
高くすると、双方向通信可能な範囲は拡大する。遠近問
題を完全に排除しつつ双方向通信可能な範囲を拡張する
か、または角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒへ
の要求を緩和するかは、ワイヤレス光通信システム１０
０１のインプリメンテーションに際して適宜選択され得
る。
【０２９９】また、図２８を参照して説明した端末装置
の位置制御では、ダウンリンクカバーエリアも広い。ト
レーニングシーケンスはカバーエリア内の３次元空間の
ほとんど至るところで端末装置に受信される。端末装置
が基地局との双方向通信の開始の可否を判定する方法
は、図２７を参照して説明した端末装置の位置制御にお
ける場合と同様である。
【０３００】トレーニングシーケンスには、図２７を参
照した説明と同様に、「移動情報」を含めてもよい。ま
た、ペイロード部分（基地局１００２と端末装置１００
３との間で実質的なデータの送受信が行われる部分）に
おいては、基地局１００２におけるパワーコントロール
は必ずしも行う必要がない。また、移動情報により端末
位置制御が完了した後のトレーニングシーケンスについ
ても同様である。すなわち、いずれかの段階で空間セル
（ｎ）に端末装置が収容されたとみなされれば、他の使
用中の空間セルと同様に、空間セル（ｎ）にも増大され
た光出力でビーム光源が駆動される。これにより、ダウ
ンリンクの通信品質は、図２７を参照して説明した場合
と同様に、確保される。
【０３０１】パワーコントロールを行うことによって制
御された端末装置の位置において端末装置と基地局１０
０２とが双方向通信を開始した後で、パワーコントロー
ルを中止して全空間セルに向けて等しいマージンの光出
力でダウンリンク信号光が送信されれば、受信ＢＥＲは
常に低減される。
【０３０２】上述したように、図２８を参照して説明し
た端末装置の位置制御では、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦
１．３の範囲、より好ましくは、０．５≦Ｃ≦０．８の
範囲とし、トレーニングシーケンスは、基地局が形成す
る全ての空間セルに向けて送信される。すなわち、端末
装置が収容されている空間セル（第１の空間セル）に向
けて第１の光出力でトレーニングシーケンスが送信さ
れ、端末装置が収容されていない空間セル（第２の空間
セル）に向けては第２の光出力でトレーニングシーケン
スが送信される。第２の光出力は、第１の光出力よりも
１．５〜５ｄＢ高くなるように、コントロールされる。
【０３０３】トレーニングシーケンスの構成として、全
空間セルに向けて共通の同一シーケンスが送信され、こ
れにより端末装置受信機において最適閾値の設定に要す
る時間が最小化される。また、トレーニングシーケンス
には、空き情報やビジー情報が含められる。また、一旦
リンクが張られた後に、端末装置が移動すべき方向を示
す移動情報を含めるのも望ましい。
【０３０４】次に、トレーニングシーケンスを端末装置
を収容している空間チャンネルに対してのみ送信する端
末装置の位置制御を説明する。
【０３０５】図２９は、トレーニングシーケンスによっ
て端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。
【０３０６】図２９には、基地局一端末装置間の通信距
離を１〜７ｍ、すなわち１９ｄＢの静的ダイナミックレ
ンジを考慮した場合に、基地局受信機における既存アッ
プリンク（空間セル（ｎ一１））が、隣接する空間セル
（ｎ）内の端末装置からチャンネル間干渉を受けながら
もＢＥＲが１０の−８以下で受信することが可能な範囲
（ハッチング領域１１８０）が示されている。
【０３０７】図２９に示される例では、基地局１００２
の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セ
ルの広がり角θの半分程度になるようなレンズシステム
を用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離７
ｍにおける空間セル幅を１．５ｍ、すなわち各空間セル
の広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．７５／７）≒１
２°とした。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光
源７２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝０．６、指向半値
全角φｔ＝２・０．６・ａｒｃｔａｎ（０．７５／７）
≒７°である。
【０３０８】基地局１００２のマルチビーム送信機１０
０４において、トレーニングシーケンスは、端末装置を
収容している空間セルにのみ送信される。ここで、空間
セル（ｎ）には端末装置が収容されておらず、空間セル
（ｎ）に隣接する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）
には端末装置が収容されているものとする。空間セル
（ｎ）に新規に参入使用とする端末装置が空間セル
（ｎ）からアップリンクを開始しようとする場合につい
て説明する。
【０３０９】各ビーム光源７２０は、ダウンリンク送信
を行う場合には、いずれも光出力マージン０ｄＢで駆動
される。
【０３１０】図２９には、上記の構成で擬似ランダムパ
ターンが空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）に対して
のみ送信された場合に、空間セル（ｎ）内部に存在する
端末装置が、その擬似ランダムパターンに対して判定閾
値を最適化してＢＥＲが１０ −８以下で受信し得た境界
線１１８１およびＢＥＲが１０−２を超えて悪化した境
界線１１８２が示されている。図２９から明らかなよう
に、端末装置が参入しようとする空間セル（ｎ）の内部
において、隣接空憫セル（ｎ−１）のトレーニングシー
ケンスがＢＥＲが１０−８以下で受信され得る空間領域
（図２９に○印で示されている）には、短距離側のチャ
ンネル間干渉を生じ得る領域１１８０が完全に含まれ
る。従って、トレーニングシーケンスを誤りなく受信で
きた場合には、隣接する空間セルに端末装置が既に収容
されていることを意味するので、アップリンクを開始す
べきではないと判定される。この場合、ユーザは適切な
場所に移動すればよい。あるいは逆に、端末装置が、参
入しようとする空間セル（ｎ）内部において、隣接空間
セル（ｎ−１）または（ｎ＋１）のトレーニングシーケ
ンスの受信において、予め定められた特定のシーケンス
を高い誤り率で受信した場合には、その位置からは既存
のアップリンクチャンネルに干渉することがないので、
アップリンクを開始することが可能であると判定され
る。すなわち、端末装置の位置制御がなされる。
【０３１１】何れの場合にも、トレーニングシーケンス
の構成としては、実際には全チャンネルに共通である受
信回路が判定閾値のトレーニングに用いるシーケンスの
みとして、「移動情報」や「空き情報」を含まなくても
よい。この場合でも端末装置の位置は制御され、通信範
囲の全域にわたって完全に遠近問題が防止される。誤り
率を検知するための予め知られた特定のシーケンスとし
ては、上述したように直接誤りを計数する以外に、端末
装置の受信機のクロック抽出回路から発生させるクロッ
ク信号と受信信号とをさらに別の位相比較回路に入力し
て、クロックがロックされたことを示す表示信号を生成
し、適切な閾値でモニタすることによっても実現され
る。いすれの検知手段においても、ＳＮＲで３ｄＢ程
度、ＢＥＲで１０−１〜１０−２程度まで動作する。特
定のシーケンスとしては、より単純な繰り返しパターン
が少なくともＢＥＲの逆数程度の長さで連続するシーケ
ンスが使用されるのが好ましい。トレーニングシーケン
スには、必要であれば、図２７を参照して説明したトレ
ーニングシーケンスと同様に、空き情報が含められても
よく、一旦リンクが張られた後に移動情報を含めてもよ
い。
【０３１２】基地局１００２からの距離が、想定する通
信距離範囲の最短距離（図２９に示される例では、１０
０ｃｍ）の位置において、ＢＥＲ＝１０−２の境界線１
１８２は、空間セル（ｎ）の中心軸（５０％）を越えな
いように設定される。これにより、新たに参入する端末
装置に行き場所がなくなる（アップリンク開始可能と判
定される領域がなくなる）という事態が回避される。こ
のためには、想定される空間セルの広がり角θ（ｉ）
が、４°≦θ（ｉ）≦４０°程度の範囲内においては、
定数Ｃの上限を概ね０．９に設定する必要があることが
見出された。また、定数Ｃの下限は、ビーム光源７２０
の消費電力を不必要に増大させないように決定されれば
よい。結局、ビーム光源７２０の放射角度分布特性は、
０．５≦Ｃ≦０．９の関係を満たすように設定されるこ
とが好ましい。
【０３１３】図２９を参照して説明した端末装置の位置
制御では、端末装置１００３の受信回路１０４（図１
５）の判定閾値は、以下のように設定されることが好ま
しい。すなわち、予め受信回路の入力換算雑音成分を想
定し、トレーニングシーケンス受信時に判定閾値を入力
換算雑音成分のｒｍｓ値（平方自乗平均値）の１０倍以
内、より好ましくは、１．５〜３倍の範囲の一定値に設
定される。これにより、発生エラー数のカウント精度は
向上する。このため、トレーニングシーケンスの長さを
最小限に短縮することができる。一旦、端末装置が空間
セルに収容きれた後は、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照
して説明した、受信信号のピーク値に基づく判定閾値の
最適化が行われ、双方向通信が行われる。なお、トレー
ニングシーケンスの受信時に一定値に設定された判定閾
値を受信信号のピーク値に基づく判定閾値の最適化処理
における下限値として用いてもよい。
【０３１４】上述したように、図２９に示される位置制
御では、定数Ｃは、０．５≦Ｃ≦０．９の範囲とし、ト
レーニングシーケンスは、端末装置が収容されている空
間セルのみに向けて送信される。基地局１００２の角度
分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、概ね空間セル
の広がり角θ以下の程度まで許容される。
【０３１５】図２９を参照して説明した端末装置の位置
制御によれば、基地局１００２の角度分解型受信機１０
０５の分解能に対する要求が最も穏やかで、ダウンリン
クカバーエリアが最も広く、アップリンクチャンネル間
干渉も完全に防止することが可能なＳＤＭ／ＳＤＭＡワ
イヤレス光通信システムが実現され得る。また、トレー
ニングシーケンスが含むべき情報も少なくて済む。
【０３１６】図３０は、トレーニングシーケンスによっ
て端末装置の位置制御が行われる他の例を示す。図３０
には、基地局一端末装置間の通信距離を１〜４ｍ、すな
わち１５ｄＢの静的ダイナミックレンジを考慮した場合
に、基地局受信機における既存アップリンク（空間セル
（ｎ−１））が、隣接する空間セル（ｎ）内の端末装置
からチャンネル間干渉を受けながらもＢＥＲが１０−８
以下で受信することが可能な範囲（斜線領域１２００）
が示されている。
【０３１７】図３０に示される例では、基地局１００２
の角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒは、空間セ
ルの広がり角θの１／５程度になるようなレンズシステ
ムを用いた。空間セルのサイズとしては、最大通信距離
４ｍにおける空間セル幅を１ｍ、すなわち各空間セルの
広がり角θ＝２・ａｒｃｔａｎ（０．５／４）≒１４°
とした。マルチビーム送信機１００４の各ビーム光源７
２０の放射角度分布特性は、Ｃ＝０．６、指向半値全角
はφｔ＝２・１．１・ａｒｃｔａｎ（０．５／４）≒１
６°である。
【０３１８】基地局１００２のマルチビーム送信機１０
０４において、トレーニングシーケンスは全ての空間セ
ルに送信される。トレーニングシーケンスは、デューテ
ィー比が実質的に５０％に等しい矩形周期波を含む。こ
の矩形周期波は、互いに隣接する２つの空間セルに向け
て互いに互いに逆相で送信される部分と、同相で送信さ
れる部分とを含む。
【０３１９】図３１は隣り合う空間セル（ｎ）と空間セ
ル（ｎ−１）とに送信される互いに逆相の信号シーケン
スと、それらの信号シーケンスが重畳された信号シーケ
ンスとを示す。
【０３２０】図３１に示される波形１１９１は、空間セ
ル（ｎ）に送信される信号シーケンスを示し、波形１１
９２は、空間セル（ｎ−１）に送信される信号シーケン
スを示す。図３１には、信号シーケンス１１９１と信号
シーケンス１１９２とが互いに逆相で送信されている部
分が示されている。
【０３２１】波形１１９３は、空間セル（ｎ）の内部に
位置し、空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）との境界
付近に位置する端末装置で受信される、空間多重化され
た受信信号の波形を示す。空間分割多重化された受信信
号の波形１１９３も、波形１１９１および波形１１９２
と同一の周期を有する繰り返し波形であり、その振幅は
一定で、［１−１／ＳＩＲ］に比例する。
【０３２２】波形１９９１の振幅は、空間セル（ｎ）の
内部から、空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−１）との境
界に近づくほと減少し、境界上で０（すなわち、ＳＩＲ
＝１）となる。これにより、図２７〜図２９を参照して
説明した、各空間セルに同一のシーケンスが送信される
場合と比較して、境界付近におけるＢＥＲが意図的に高
められる。従って、矩形周期波のうち、隣接する空間セ
ルに逆相で送信される部分（逆相部分）は、空間セルの
境界付近では受信することができない、すなわち、デッ
ドゾーンが発生する。矩形周期波を予め知られた特定の
シーケンスとして受信し、誤りが発生する場合には、そ
の位置（デッドゾーン内）においては端末装置は基地局
との双方向通信を開始することが不適切であると判定さ
れる。端末装置のユーザは、逆相部分の受信時に発生す
るデッドゾーンを避けるように移動する。すなわち、端
末装置の位置制御がなされる。
【０３２３】矩形周期波として、ＮＲＺ信号における
「１０１０１・・・」の繰り返しシーケンスを用いるの
が望ましい。これにより、アップリンクの開始が可能と
判断された後は、同相部分によって端末装置受信機の比
較回路め判定閾値を最適化し、双方向通信を維持するこ
とが容易になる。さらに、逆相部分において端末装置に
受信される信号は、常に周期波の波形と相似の矩形波と
なる。これにより、端末装置の受信機における検出が容
易になる。
【０３２４】再び図３０を参照して、空間セル（ｎ）に
は端末装置が収容されておらず、空間セル（ｎ）に隣接
する空間セル（ｎ−１）および（ｎ＋１）には端末装置
が収容されており、新規に参入使用とする端末装置が空
間セル（ｎ）からアップリンクを開始しようとする場合
について説明する。各ビーム光源７２０はいずれも光出
力マージン＋３ｄＢで駆動される。
【０３２５】図３０には、空間セル（ｎ）の内部に存在
する端末装置が、空間多重化された矩形周期波の逆相部
分を判定閾値を最適化して受信し、ＢＥＲが１０−２以
上に悪化した境界線１２０１が示されている。図３０か
ら明らかなように、想定される通信距離の全域にわたっ
て、逆相部分の受信において発生するデッドゾーン（２
本の境界線１２０１に挟まれた領域）が２つの空間セル
の境界からほぼ一定の割合でふくらんでいる。デッドゾ
ーンよりも上側（Ｙ座標が大きい側）の領域と、ハッチ
ング領域１２００（すなわち空間セル（ｎ−１）におい
てアップリンクチャンネル間干渉が生じる領域）とは、
基地局からの距離が約１．５ｍ〜４ｍの範囲において重
複しない。従って、基地局からの距離が約１．５ｍ〜４
ｍの範囲にある新規に参入する端末装置が逆相部分を誤
りなく受信した場合、アップリンクを開始しても遠近問
題は発生しない。
【０３２６】逆相部分に引き続いて、互いに隣接する２
つの空間セルに向けて矩形周期波が同相で基地局１００
２のマルチビーム送信機１００４から送信される。この
同相部分が、空間分割多重化されたダウンリンク信号光
を受信するための判定閾値のトレーニングに用いられ
る。最適化された閾値は、次のトレーニングシーケンス
を受信する前にリフレッシュされる。トレーニングシー
ケンスのうち、同相部分以降は、図２７〜図２９を参照
して説明したトレーニングシーケンスと同様に考えるこ
とができる。なお、逆相部分における誤りの検知は、直
接誤りを計数する以外に、端末装置受信機のクロック抽
出回路からクロックロック表示のための信号を作り、そ
の信号を適切な閾値でモニタすることによっても実現さ
れる。いずれの検知方法を用いた場合でも、予め知られ
た特定のシーケンスとして矩形周期波を用いることで、
逆相部分において空間多重化された受信信号がその特定
のシーケンスと相似の波形となることに起因して検知が
容易になる。このため、ＳＮＲで３ｄＢ程度、すなわち
ＢＥＲで１０−１〜１０−２程度の領域まで安定に動作
する。逆相部分は、少なくともＢＥＲの逆数程度の長さ
を有していることが好ましい。また、トレーニングシー
ケンスには、空間セルの空き情報、ビジー情報が含めら
れてもよく、一旦リンクが張られた後に移動情報を含め
てもよい。
【０３２７】このように、図３０を参照して説明した端
末装置の位置制御、すなわち、逆相部分と同相部分とを
含む矩形周期波を含むトレーニングシーケンスを用いた
端末装置の位置制御では、各ビーム光源７２０の指向半
値全角φｔ（ｉ）＝Ｃ・θ（ｉ）を１．０≦Ｃ≦１．３
の範囲で設定することにより、端末装置において誤りを
実用的に計数し得るＢＥＲが１０−２程度の境界線と、
実際の通信で要求されるのＢＥＲが１０−８以下程度の
境界線とが空間内で近接し、想定される様々なケースの
遠近問題を防止できることが見出された。この場合、基
地局１００２の角度分解型受信機１００５の分解能Δφ
ｒは、概ねθ（ｉ）の１／５程度まで許容される。ま
た、基地局１００２と端末装置との間の通信距離を比較
的近距離（例えば、１〜３ｍ）に限定すれば、分解能Δ
φｒの許容範囲はθ（ｉ）の半分程度まで拡大される。
【０３２８】ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システ
ム１００１においては、１つの空間セル内の境界近傍の
ある１点において、オーバーラップにより干渉ダウンリ
ンク信号として影響し得る空間セル（干渉空間セル）
は、ほとんどの場合に１つである。特に、空間セルが１
次元的に配置された場合には、干渉空間セルは常に１つ
とみなすことができる。また、空間セルが２次元的に配
置された場合でも、それらの空間セルが正方あるいは長
方の格子状に配置されていれば、ほとんどの空間領域で
干渉空間セルは１つである。従って、基地局１００２が
形成する全ての空間セルに対して、隣接する２つの空間
セルに互いに逆相になるような矩形周期波を送信するこ
とが可能である。図３１および図３０を参照して説明し
た、逆相部分と同相部分とを含む矩形周期波を含むトレ
ーニングシーケンスを用いて端末装置の位置制御を行う
方法は、空間セルが１次元的に配置された場合および空
間セルが格子状に２次元的に配置された場合にも好適に
実施することができる。
【０３２９】上述したように、図３０に示される位置制
御では、定数Ｃは、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲とし、ト
レーニングシーケンスは、基地局１００２が形成する全
ての空間チャンネルに対して送信されるデューティー比
ほぼ５０％の矩形周期波を含み、かつ矩形周期波は隣接
する空間セルで互いに逆相で送信される部分と同相で送
信される部分とを含む。
【０３３０】これにより、逆相部分では、遠近問題を生
じ得る空間領域（空間セルの境界領域）でのＢＥＲを高
め、かつ境界領域におけるＢＥＲの変化を急峻とし遠近
問題が防止される。矩形周期波を用いることにより、逆
相部分に対する誤り発生の検知はより容易に実施され
る。また同相部分においては、端末装置の受信機の判定
閾値の最適化が容易に行われる。
【０３３１】図３０に示される位置制御では、マルチビ
ーム送信機１００４のビーム光源７２０の放射角度分布
特性および角度分解型受信機１００５の分解能の双方に
対する要求が穏やかである。
【０３３２】以上、図２７〜図３０を参照しながら、ア
ップリンクのチャンネル間干渉を抑圧してＳＤＭ／ＳＤ
ＭＡワイヤレス光通信システムを実用的に構成するため
の、端末装置の位置制御方法を説明した。上述した種々
のトレーニングシーケンスは、基地局１００２と端末装
置１００３との間で送受信されるフレーム構造における
一般的なヘッダとして送信することが可能である。冗長
性を有するロバストヘッダを有するフレーム構造や、ヘ
ッダ部分のみ送信光出力を高める等によりペイロード部
分よりもヘッダ部分での誤り発生率を低減したフレーム
構造を採用した場合でも、トレーニングシーケンスをそ
のヘッダ部分として基地局１００２から各空間セルに向
けて送信することができる。ヘッダ部で発生する誤り率
を鑑みて、図２７〜図３０を参照して説明した端末位置
の制御方法のうち、適切な方法を選択してもよい。選択
された方法に応じて、基地局マルチビーム送信機のビー
ム光源の指向半値全角φｔ（ｉ）および光出力マージン
を適宜設定し、ヘッダ（トレーニングシーケンス）を送
信すべき空間セルを基地局が選択して端末装置の位置制
御を行うことができる。
【０３３３】また、トレーニングシーケンス中の、プリ
アンブル部以外の各情報（空き情報やビジー情報等）
は、想定される全ての組み合わせが高々数ビット〜数バ
イト程度のバイナリ符号によっても表現され得る。各情
報をこのようにバイナリ符号によって表現し、情報量を
圧縮することは、プロトコルの軽量化の観点から好まし
い。
【０３３４】図２７〜図３０を参照して説明した、トレ
ーニングシーケンスを用いた端末装置の位置制御では、
マルチビーム送信機１００４は、複数の空間セルの少な
くとも１つに向けてトレーニングシーケンスを送信し、
端末装置は、トレーニングシーケンスの受信結果に基づ
いて、端末装置の現在の位置において基地局へのアップ
リンクを開始することの適否、すなわち、基地局との間
で双方向通信を開始することの適否を判定する。このよ
うな位置制御は、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６Ａおよび
図２６Ｂを参照して説明した、ユーザの視覚に基づく端
末装置の位置制御と比較して、空間セルの構成規模が大
きく空間セルの広がり角が狭い場合にでも好適に用いら
れ、遠近問題が回避される。リンク初期化手順における
端末装置の位置制御は、端末装置がアップリンク通信を
全く行うことなしに完遂される。端末装置の側で基地局
への送信可否が判定される。トレーニングシーケンス
は、好適には予め定められた周期Ｔｃ毎に同期して送信
される。これにより、端末装置がユーザによって移動さ
れる状況下にあっても、リンク初期化手順が継続され
る。また、端末装置受信機の回路に要求される帯域幅が
最小化される。
【０３３５】このようにして、端末装置がトレーニング
シーケンスを受信して、制御情報を取得することによっ
て、空間多重化されたチャンネルを通して多元接続する
際のチャンネル競合あるいはチャンネル間干渉が回避さ
れる。従って各端末装置は、従来の空間を共有する形態
のワイヤレス光通信システムが有しているターンアラウ
ンドタイム等を用いた周到な衝突回避手順によって著し
いスループットの低下を被ることがなくなる。また、上
記諸作用を生み出す主な構成要素の１つである端末装置
受信機の判定閾値最適化機能によって、基地局を介さな
い端末装置間のＰｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒの通信におい
て、仮に複数の端末が通信範囲内にある場合にもまった
く同様に物理層レベルで衝突回避がなされるため、端末
装置に真に高効率なワイヤレス光通信インターフェイス
を提供することができる。
【０３３６】なお、図２７〜図３０を参照して説明した
端末位置の制御原理は、簡単のため空間セルが１次元方
向（図２におけるΘ方向）に配置される場合のみを説明
したが、空間セルの配置が２次元的であっても同様に適
用され得る。
【０３３７】以下、本発明のワイヤレス光通信システム
１００１（図１）において、基地局１００２が形成する
空間セル１００６の数の好ましい値を説明する。
【０３３８】基地局１００２が形成する空間チャンネル
の数（空間セルの数）には、まず角度分解型受信機１０
０５のコスト上の観点から制約が生じる。角度分解型受
信機１００５のレンズシステム７１０を、望ましい波長
範囲および視野角の全域にわたって信号光のスポットサ
イズ５０９（図２１）が１ｍｍよりも十分に小さくなる
ように、角度分解型受信機１００５のレンズシステム７
１０（図３）を設計することは困難である。また、スポ
ットサイズを絞りすぎることは、アレイ素子７１１の特
性上も得策ではない。コスト面からも１０ｍｍ角を大幅
に超えるダイサイズのアレイ素子を用いることは好まし
くない。従って、角度分解型受信機１００５の制約か
ら、基地局１００２が形成する空間チャンネルの数とし
て、１次元的配置の場合で１０チャンネル程度、２次元
的配置の場合で最大１００チャンネル程度が限度とな
る。
【０３３９】また、実装上の理由から、同時に動作させ
得るアップリンク空間チャンネル数の上限が存在する。
すなわち、角度分解型受信機１００５の受信回路７１７
（図３）において、主にプリアンプバンク７１３（プリ
アンプアレイ）に供給されるバイアス電流によるジュー
ル熱によって、同時に動作させ得るアップリンク空間チ
ャンネル数が制限される。動作温度は、同時動作させる
チャンネル数とシステムの放熱特性から決まる。動作温
度が高くなると、特にレンズシステム７１０とアレイ素
子７１１との接着剤の耐熱性が問題になる。このような
接着剤には、レンズシステム７１０とアレイ素子７１１
とのインデックスマッチングの機能を有する熱硬化樹脂
等の接着剤が用いられるからである。発明者らの実験に
よれば、１００Ｍｂ／ｓの受信フロントエンド回路を構
成した場合、同時動作する空間チャンネルの数が１８チ
ャンネルまでであれば、接着剤の耐熱性の問題は生じな
かった。同時動作する空間チャンネルの数が２０チャン
ネル以上になると、接着剤の耐熱性の問題が生じた。し
かし、このような接着剤の耐熱性の問題は、半導体プロ
セス技術等の進歩によって、受信フロントエンド回路の
発熱量が低減されれば改善されるものであり、ワイヤレ
ス光通信システム１００１が本質的に有している問題で
はない。
【０３４０】さらに、ワイヤレス光通信システム１００
１における、より本質的な空間チャンネル数の制限の問
題は、端末装置が占有する通信帯域幅を高める（例え
ば、１００Ｍｂ／ｓ以上に）ことに起因して生じる。
【０３４１】以下、端末装置が占有する通信帯域幅を考
慮した場合に、空間チャンネル数がどのように設定され
るべきかを説明する。
【０３４２】基地局１００２は、通常、複数のワイヤレ
ス光インターフェイス（図１に示されるマルチビーム送
信機１００４および角度分解型受信機１００５）と、こ
れに準ずる通信速度を有するデジタル通信インターフェ
イス（図１に示されるインターフェイス１００８）を備
える。基地局１００２は、さらに、これらのインターフ
ェイスよりも高速のデジタルインターフェイス（図１に
示されるインターフェイス１００７）が別に備えられ
る。端末装置１００３のワイヤレス光インターフェイス
の帯域を最大限に活用することを保証するように、高速
のデジタルインターフェイス１００７の通信速度（例え
ば、ビットレートで表わされる）が決定される。
【０３４３】デジタルインターフェイス１００７の通信
速度がワイヤレス光インターフェイスの通信速度よりも
高いことにより、基地局１００２は、高速のインターフ
ェイスを備えた外部のデジタル機器（あるいは、そのよ
うな機器から構成されたネットワーク）に接続すること
が可能になる。これにより、複数の端末装置に対して帯
域を占有させるワイヤレスネットワークが構築される。
より対線や光ファイバ等を媒体とするより高速なネット
ワーク環境に端末装置からワイヤレスアクセスして、端
末装置のワイヤレスインターフェイスが備える帯域幅を
浪費しない高速のダウンロード／アップロード環境が実
現され、帯域を保証した新規な高速ワイヤレス通信シス
テムのアプリケーション開発が促進される。
【０３４４】このためには、基地局に備えられる、ワイ
ヤレス光インターフェイスを含めた相対的に低速の通信
インターフェイスのビットレートの総計が、基地局が備
えるより高速のデジタル通信インターフェイスのビット
レートと実質的に等しいか、それを下回るものとするこ
とが必要である。同様に、基地局１００２の内部を接続
するバックプレーン２０１４（図１）がボトルネックと
ならないように、バックプレーン２０１４も十分高速に
動作することが必要である。
【０３４５】現在のＬＡＮ環境やホームネットワーク構
築に向けた有線デジタル通信技術の開発状況を鑑みれ
ば、ＩＥＥＥ１３９４．ｂあるいはＩＥＥＥ８０２．３
ｚあるいは８０２．３ａｂ（ギガビットイーサネット
（Ｒ））等のデジタル通信規格が標準化され、普及しつ
つある。これらの規格に従ったネットワークによれば、
あらゆるコンテンツに対して必要かつ十分な帯域幅が提
供され得る。上述した各種デジタル通信規格のうち、Ｉ
ＥＥＥ１３９４．ｂでは、４００Ｍｂ／ｓ、８００Ｍｂ
／ｓ、１Ｇｂ／ｓ等のビットレートがサポートされ、Ｉ
ＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂでは１．６
Ｇｂ／ｓのビットレートがサポートされている。基地局
１００２が備える高速のデジタルインターフェイス１０
０７が、これらの各種デジタル通信規格に従う場合、端
末装置１００３が備えるワイヤレス光インターフェイス
のビットレートを１００Ｍｂ／ｓ、２００Ｍｂ／ｓ、２
５０Ｍｂ／ｓおよび４００Ｍｂ／ｓのうちから選択する
ことは、大変好ましい。
【０３４６】従って、ワイヤレス光通信システム１００
１においては、空間チャンネルの総数ｊを２≦ｊ≦１６
の範囲に設定することが適切である。さらに、端末装置
１００３が備えるワイヤレス光インターフェイスの通信
速度のｊ倍と、ワイヤレス光インターフェイスの通信速
度に実質的に等しいデジタル通信インターフェイス１０
０８（第２のインターフェイス）の通信速度との合計
が、基地局が備えるより高速のデジタルインターフェイ
ス１００７（第１のインターフェイス）の通信速度と実
質的に等しいか、それを下回ることが好ましい。なお、
端末装置１００３が備えるワイヤレス光インターフェイ
スの通信速度のｊ倍は、基地局１００２が備える複数の
ワイヤレス光インターフェイスの通信速度の合計に等し
い。また、基地局１００２がデジタル通信インターフェ
イス１００８を複数備える場合、第２のインターフェイ
スの通信速度とは、複数のデジタル通信インターフェイ
ス１００８のそれぞれの通信速度の和として定義され
る。
【０３４７】インターフェイスの通信速度が「実質的
に」他のインターフェイスの通信速度と等しいとは、ワ
イヤースピードではなく、正味のデータレートによって
表される通信速度が等しいことを意味する。また、イン
ターフェイスの通信速度の和は、単に基地局１００２が
物理的に備える各インターフェイスのポート数に関して
定義されるものではなく、帯域を占有して動作し得るチ
ャンネルの数に関して定義される。例えば、上述した空
間チャンネルの総数ｊは、帯域を占有して動作し得る空
間チャンネルの数である。また、基地局１００２がデジ
タル通信インターフェイス１００８を複数備える場合、
第２のインターフェイスの通信速度は、それらが帯域占
有型の物理層である場合には、複数のデジタル通信イン
ターフェイス１００８のそれぞれの通信速度の和として
定義される。しかし、それらが帯域を共有する物理層で
ある場合、第２のインターフェイスの通信速度は、その
共有帯域全体として定義される。従って、例えば、第２
のインターフェイスとワイヤレス光インターフェイスと
が、同時に第１のインターフェイスを通して他のデジタ
ル機器にアクセスすることを前提としない場合には、第
２のインターフェイスとワイヤレス光インターフェイス
とのうち、占有する帯域幅の広い方に応じて、第１のイ
ンターフェイスの通信速度が設定されればよい。
【０３４８】空間セルの数をこのように設定することに
より、基地局１００２、特に角度分解型受信機１００５
のレンズシステム７１０（図３）、受光アレイ素子７１
１、受信フロントエンド回路７１６、さらには基地局内
部のバックプレーン２０１４（バックプレーンバスある
いはバックプレーンスイッチ）を実用的に構成すること
ができる。また、従来のワイヤレス通信システムでは実
現不可能なために、その開発すら行われてこなかった、
新たな高速ワイヤレス通信のアプリケーションが可能に
なる。
【０３４９】また、端末装置が帯域を占有したまま多元
接続させるワイヤレスネットワークが構築され、基地局
１００２のマルチビーム送信機１００４および角度分解
型受信機１００５の構成がコストパフォーマンスや消費
電力の観点から現実的なものとなる。すなわち、ビーム
光源７２０（図３）や受光アレイ素子７１１の要素数を
必要最低限にとどめて、基地局１００２の内部のシステ
ム構成に、既存の高速バックプレーンやデジタル通信技
術が利用できる。
【０３５０】また、空間セルの数をこのように設定する
ことにより、基地局１００２が動作状態にある場合に、
角度分解型受信機１００５のアップリンクチャンネルの
全てを常時受信可能な状態（スタンバイ状態）に維持し
た場合でも、全体の消費電力をデジタル家電機器として
許容できる範囲に収めることができる。角度分解型受信
機１００５のアップリンクチャンネルの全てを常時受信
可能な状態に維持した場合には、基地局１００２におい
て、新規に参入しようとする端末に応答するために定期
的に（間欠的に）カバーエリアをスキャンすることは不
要になるので、基地局１００２の構成が簡単になるとい
うメリットが得られる。
【０３５１】以下、図３２〜図３６を参照しながら、ワ
イヤレス光通信システム１００１の基地局１００２の内
部構成の具体例と、ワイヤレス光通信システム１００１
の特徴を活かした具体的な利用形態とを説明する。以下
の説明により、チャンネル間の直交性を生み出しワイヤ
レス通活の高速化／大容量化を可能にするＳＤＭ／ＳＤ
ＭＡ技術をホームネットワークやＳＯＨＯ環境で安価に
適用し実用化するため方策が理解される。また、従来に
比べ格段に高速のワイヤレスインターフェイス有する携
帯端末装置の利用するシーンが明らかにされる。
【０３５２】図３２は、ＩＥＥＥ１３９４規格群に従う
デジタル機器と高い親和性で接続し得る基地局２１０を
示す。基地局２１０は、図１に示されるワイヤレス光通
信システム１００１において、基地局１００２として用
いられ得る。
【０３５３】基地局２１０が形成する空間セルは、図４
に示される空間セル１００６と同様に１次元的に配置さ
れる。
【０３５４】基地局２１０では、マルチビーム送信機１
００４と角度分解型受信機１００５とは、空間セルを分
割する方向（図４に示されるΘ方向）に垂直な方向に沿
う１つの軸１２１１上に縦列に設置されている。この構
成によれば、マルチビーム送信機１００４と角度分解型
受信機１００５との間で、空間セルを分割する方向の視
差が生じないので、アップリンク空間セルとダウンリン
ク空間セルとを１対１に対応させて空間セルを形成する
ことが容易になる。
【０３５５】基地局２１０は家庭内のある１部屋内にお
いてＩＥＥＥ１３９４規格に対応したデジタルネットワ
ークへのワイヤレスアクセスポイントとして機能する。
基地局および端末装置が備えるワイヤレス光インターフ
ェイスの正味のデータレートは１００Ｍｂ／ｓであり、
基地局はさらに、ＩＥＥＥ１３９４／Ｓ４００規格に対
応するＤＳポート２１３を２つ備える。基地局２１０と
各端末装置との間の通信距離は１〜５ｍをカバーし、４
つの空間チャンネルを形成する。また、図２８を参照し
て説明したように、基地局２１０の動作中はトレーニン
グシーケンスが４つの空間セルの全てに送信され、既に
端末装置を収容している空間セルに対応するビーム光源
７２０の光出力が３ｄＢ高くなるように、各ビーム光源
７２０がパワーコントロールされる。新規に参入する端
末装置は、まず予め定められたトレーニングシーケンス
を受信する。この時点では、端末装置の送信機は何らの
光信号をも送出していない。端末装置の内部システム
は、図２８を参照して説明したリンク確立プロセスと同
様に、受信回路からの出力と予め定められた判定基準に
基づいて、基地局２１０へのアップリンク送信の可否を
判定する。図２８を参照して詳しく説明したように、上
記パワーコントロール機能を有するＳＤＭ／ＳＤＭＡワ
イヤレス光通信システムにおいては、新規参入する端末
装置が、その端末装置がその時点で存在する空間セルに
は端末装置は未収容であるという情報をトレーニングシ
ーケンスから取得した場合に、その空間位置においてア
ップリンクを開始してもよいと判定され、収容済みとい
う情報を取得すれば開始すべきではないと判定されれば
十分である。
【０３５６】アップリンクを開始してもよいと判定され
た場合、端末装置はそのディスプレイ上に、その端末装
置のユーザに対してアップリンク開始が可能である旨を
表示し、双方向通信の開始を促す。また、この時点で端
末装置送信機のドライバ回路がイネーブル状態になる。
端末装置送信機のドライバ回路がイネーブル状態になる
と、例えばアイドリング信号を用いたリンクの確立や、
基地局２１０に有線接続されたサーバ機器等の検索／表
示等がバックグラウンド処理として開始されるようにし
てもよい。また、端末装置送信機のドライバ回路がイネ
ーブル状態になると、接続するサーバ機器とのユーザ認
証プロセスが開始されるようにしてもよい。上述のよう
なプロセスを経て、例えば端末装置のディスプレイ上
に、ユーザのサーバ機器に対するアクションリストや、
サーバ機器が保持するコンテンツの一覧等がメニュー表
示される。これに応じてユーザがアクション（例えばダ
ウンロードするファイルの選択やダウンロード転送開始
を指示するクリック動作）等を起こすと、各種コマンド
やデータの通信が、基地局２１０、端末装置および基地
局２１０に接続されたデジタル機器との間で行われてい
く。
【０３５７】一方、アップリンクを開始すべきでないと
判定された場合、端末装置はそのディスプレイ上に、そ
の端末装置のユーザに対して端末装置の移動を促す表示
を行う。この時点では、端末装置の送信機は何ら光信号
も送出していないため、基地局２１０の角度分解型受信
機では新規参入端末装置の存在を認識できず、各端末装
置に対して明示的に（例えば端末装置のアドレスを指定
して）移動を指示することはできない。しかしながら、
基地局２１０から全空間セルに対して送出されるトレー
ニングシーケンスには、各空間セルの両隣りも含め、他
の端末装置の有無を示す情報（空き情報）や通信状況を
示す情報（ビジー情報）が含められ得るので、新規参入
端末装置はユーザに対して移動すべき方向を指示するこ
とができる。さらに、ユーザは、他のユーザが近くにい
るか否か、あるいは、ユーザのごく近くにワイヤレス光
インターフェイスを備えた他の端末装置が存在するか否
かを、容易に認識し得る。従って、上述の手続きにおい
て、ユーザが端末装置をアップリンク開始可能と判定さ
れる空間位置に移動することには実用上ほとんど困難は
伴わない。
【０３５８】基地局２１０の内部には、ワイヤレス光イ
ンターフェイスボード２１４と、ＩＥＥＥ１３９４ボー
ド２１５と、メインボード２１６とが設けられる。
【０３５９】ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５は、図１に
示される第１のインターフェイス１００７として機能
し、ＩＥＥＥ１３９４ａ規格に準拠している。実際に
は、２つのＤＳポート２１３のいずれか一方が第１のイ
ンターフェイスとして機能するが、一方に固定して割り
当てられる必要はない。残る一方のＤＳポート２１３は
第２のインターフェイスとして機能し得るが、ワイヤレ
ス光インターフェイスが使用されている際に同時にアク
ティブには動作しないことが想定されている。もちろ
ん、２つのＤＳポート２１３の間で帯域を共有しない
（すなわち、２つのＤＳポート２１３が別々のホストイ
ンターフェイス（ＯＨＣＩ）を備える）構成としてもよ
い。あるいは、ＤＳポート２１３に替えてＰ１３９４ｂ
対応のβポートが用いられてもよい。
【０３６０】メインボード２１６には、基地局２１０の
バックエンドシステムとなるＣＰＵ１２１２および周辺
回路（図示せず）が設けられる。ワイヤレス光インター
フェイスボード２１４と、ＩＥＥＥ１３９４ボード２１
５とは、１．０６ＧＢ／ｓの転送速度を有するＰＣＩ−
Ｘバスを共有してメインボード２１６に接続される。ワ
イヤレス光インターフェイスボード２１４は、４つの空
間チャンネルに対応する角度分解型受信機１００５の受
信回路７１７（図３２には示されていない、図３参照）
とマルチビーム送信機１００４の駆動回路のバンク（図
３に示される光源ドライババンク７２２およびＡＰＣバ
ンク７２１）に加えて、送受信信号をＩＥＥＥ１３９
４．ｂ規格に準拠したβポートに直結可能な信号に変換
するコンバータのバンク（図示せず）を搭載する。この
構成により、ワイヤレス光インターフェイスを介して行
われる通信は、必ずしもＩＥＥＥ１３９４（Ｐ１３９４
ｂ）で定義される光リンク（βポート）のプロトコル仕
様を完全にサポートする必要はない。例えば、送受信フ
ロントエンド（トランシーバ）部分にはＰ１３９４ｂと
ワイヤレス光インターフェイスとで共通の部品を用いて
もよいし、Ｐ１３９４ｂに対応した物理層ＬＳＩの８Ｂ
１０Ｂの符号化機能を利用して独自の情報系列をワイヤ
レス光インターフェイスのデータレートで生成してもよ
い。
【０３６１】ＩＥＥＥ１３９４ボード２１５は、βポー
トを備える４本のＰＨＹバンクと１３９４スイッチ（図
示せず）とを搭載する。１３９４スイッチは、４本のＰ
ＨＹと２つのＤＳポート２１３との間のブリッジ機能を
有する。すなわち、１３９４スイッチは、基地局２１０
の内部において、プロトコルを端末装置に代わってエミ
ュレートすることができる。これにより、第１のインタ
ーフェイス（２つのＤＳポート２１３のうち一方）を介
して基地局２１０に接続されたデジタル機器は、ワイヤ
レス光インターフェイスを介して基地局２１０に接続さ
れた端末装置があたかもＩＥＥＥ１３９４規格に準じる
デバイスであるかのように、端末装置との通信を行うこ
とができる。 基地局２１０は、必要に応じて、収容さ
れた端末装置から基地局２１０を介して行われるアービ
トレーション（バス調停過程）や応答動作を代行してワ
イヤレスＳｌ００ポートを仮想的にサポートし、端末装
置との間のアドレス解決を行う。また、基地局２１０
は、ワイヤレス区間の伝送データをバッファリングしパ
ケット構成を最適化することで、ワイヤレス区間のメデ
ィアアクセス制御をシンプルに保つ。これにより、ワイ
ヤレス光インターフェイスの帯域は最大限に利用され得
る。逆に、ワイヤレス区間に送信される固有のトレーニ
ングシーケンスが第１あるいは第２のインターフェイス
を通じて有線区間に送信されることもない。
【０３６２】このようにして、基地局２１０は、ＩＥＥ
Ｅ１３９４対応の最大４チャンネルのＳＤＭ／ＳＤＭＡ
ワイヤレススイッチとして機能する。
【０３６３】基地局２１０は、常時、ＩＥＥＥ１３９４
ネットワークのサイクルマスタとして設定されるのが好
ましい。マルチビーム送信機１００４から送信されるト
レーニングシーケンスは、ＩＥＥＥ１３９４ネットワー
クの１２５μｓのアイソクロナスサイクル（あいるは、
アービトレーション動作）に合わせて、サイクルスター
トパケットと同期して、予め定められた周期Ｔｃ＝１２
５μｓ毎に送信される。ここで、上述した基地局２１０
と端末装置の双方向通信開始可否の判断からユーザのア
クション（指示）開始に至るまでの諸手続きは、人間
（ユーザ）が端末装置ディスプレイを見ながら行う等、
何らかの動作を伴うものであり、少なくとも１０ミリ秒
から秒の時間を要する。ユーザにとっては、トレーニン
グシーケンスがＴｃ＝１２５μｓ毎に送信されること
は、実質的に基地局２１０からリアルタイムに応答が返
ってくるのに等しい。さらにワイヤレス区間を含めた通
信路も十分に高速である。従って、ユーザは何らのスト
レスも感じずに端末装置および基地局に接続されたデジ
タル機器を操作することができる。ただし、トレーニン
グシーケンスは、１２５μｓ周期に一度送信されること
に限定されない。基地局２１０は、端末装置の仕様に応
じて、すなわち、端末装置が最適閾値を保持できる時間
仕様に合わせて、１２５μｓのＺ倍（Ｚは自然数）の周
期に一度、あるいは１２５μｓの周期にＺ回トレーニン
グシーケンスを送信（ブロードキャスト）してもよい。
このような周期でトレーニングシーケンスを送信するこ
とにより、ワイヤレス光インターフェイスと、ＩＥＥＥ
１３９４規格に準拠するインターフェイスとの親和性が
高まるとともに、ワイヤレス光インターフェイスの高い
効率化が達成される。
【０３６４】トレーニングシーケンスの先頭部分におけ
る端末装置受信回路の閾値の最適化に関しては、端末装
置を収容しているか否か、あるいは基地局２１０が図２
７〜図３０を参照して説明したいずれの制御方法を採用
するかによらず、Ｐ１３９４．ｂの光リンク（βポー
ト）として規定されるアイドリング信号を、前記先頭部
分に該当する期間だけ、基地局が備える全空間チャンネ
ルに送信するようにすればよい。あるいは、上記アイド
リング信号よりも信号周波数の低いトレーニングシーケ
ンス（例えばＩＥＥＥ８０２．３ｕでのオートネゴシエ
ーションやＩＥＥＥ１３９４でのアービトレーションに
用いられるトレーニングシーケンス）を、前記先頭部分
に該当する期間だけ、基地局が備える全空間チャンネル
に送信することで、閾値最適化の機能を含む端末装置の
受信回路の構成を単純化することもできる。
【０３６５】このような構成により、基地局２１０はＩ
ＥＥＥ１３９４規格に対応するワイヤレススイッチとし
て機能し、有線区間（ＩＥＥＥ１３９４規格群に準拠）
とワイヤレス光インターフェイスの通信区間をシームレ
スに接続して、ホームネットワーク環境を構成する各種
デジタル機器との親和性に優れたアクセスポイントを端
末装置に提供できる。また、端末装置のワイヤレス光イ
ンターフェイスが備える帯域幅を浪費しない、デジタル
コンテンツの高速なダウンロード／アップロード環境が
実現され、新規なワイヤレス通信システムのアプリケー
ションの開発が促進される。
【０３６６】なお、予め定められた周期Ｔｃが短いほど
基地局２１０および端末装置が備えるバッファサイズが
小さくてすむことは言うまでもないが、周期Ｔｃが短か
すぎると、ワイヤレス光通信システムにおいてより重要
視するスループット特性には悪影響を与える。端末装置
受信回路の最適閾値が安定に保持できる時間を延ばし、
周期Ｔｃを大きく取ることが望ましい。
【０３６７】端末装置のユーザが、その端末装置をＩＥ
ＥＥ１３９４対応リモートコントロールとして使用する
ようなアプリケーションにおいては、端末装置と基地局
２１０とのリンクが継続されている期間、基地局がリソ
ースマネージャとしてワイヤレス光インターフェイス経
由のトランザクションを常に優先するマネージメントを
行うことが望ましい。
【０３６８】図３３は、ワイヤレス光通信システム１０
０１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家
庭内ネットワークを構成した例を示す。図３３に示され
る例では、ワイヤレス光通信システム１００１におい
て、図３２に示される基地局２１０が基地局１００２
（図１）として用いられている。図３３において、図１
に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番
号を付す。図３３に示される例では、端末装置１００３
（携帯端末装置）は、デジタル音楽プレーヤの機能を備
える。また、基地局２１０に接続線１０１０により接続
されるデジタル機器１０１２は、ＣＤプレーヤである。
基地局２１０は、基地局２１０を介して端末装置１００
３をＣＤプレーヤ１０１２に接続する機能を有する。
【０３６９】ＣＤプレーヤ１０１２は、数１０ＧＢ以上
の容量を有するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２
２１を備える。ＣＤプレーヤ１０１２は、ＰＣＭ録音さ
れたＣＤ音楽データをリッピングして高圧縮デジタルフ
ァイルに変換するエンコーダ機能を有する。高圧縮デジ
タルファイルの圧縮フォーマットは、例えば、ＭＰ３フ
ォーマットである。ＭＰ３フォーマットは、不可逆的な
圧縮符号化のフォーマットの１つである。ユーザが所有
するＣＤ等のＡＶコンテンツは、このような圧縮フォー
マットでＨＤＤ１２２１に蓄積されている。基地局２１
０は、ＴＶ機器２２３に接続されている。ＴＶ機器２２
３は、端末装置１００３からＣＤプレーヤ１０１２にア
クセスする際の操作性を向上させるユーザインターフェ
イスとして利用される。あるいは、ＣＤプレーヤ１０１
２がＴＶ機器２２３に接続されていてもよい。
【０３７０】ユーザは、端末装置１００３を基地局２１
０を経由してＣＤプレーヤ１０１２のリモートコントロ
ーラとして使用し、ＣＤプレーヤ１０１２のＨＤＤ１２
２１に蓄積された音楽コンテンツ群の中から好みのデジ
タルファイルを選択し、選択されたデジタルファイルを
端末装置１００３にワイヤレスでダウンロードする。
【０３７１】端末装置１００３は、不揮発性記憶媒体１
２２２と、ＭＰ３デコーダ１２２３とを備える。ダウン
ロードされたデジタルファイルは、不揮発性記憶媒体１
２２２に記憶される。ＭＰ３デコーダ１２２３は、不揮
発性記憶媒体１２２２に記憶されたＭＰ３フォーマット
のデジタルファイル（デジタルオーディオデータ）を復
号し、再生する。このように、ＭＰ３デコーダ１２２３
は、不揮発性記憶媒体１２２２に記憶された、不可逆的
に圧縮符号化されたデジタルオーディオデータを再生す
る再生部として機能する。
【０３７２】ワイヤレス光インターフェイスが端末装置
１００３へのダウンロードに使用される際、極めて小さ
くはあるが存在するワイヤレス区間（ＣＤプレーヤ１０
１２〜端末装置１００３の通信パスのうち、基地局２１
０と端末装置１００３との間の区間）のオーバーヘッド
を除いた帯域幅のうち、例えば９５％をダウンリンクに
割り当て、５％を端末装置からのＡＣＫあるいはＮＡＫ
のためのアップリンクに割り当ててＴＤＤ（ｔｉｍｅ
ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）が行われてもよい。
ダウンロード（ファイル転送）時のＡＲＱ（Ａｕｔｏｍ
ａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）としては、
ＧＢＮ（Ｇｏ−Ｂａｃｋ−Ｎ）やＳＥＲＪ（Ｓｅｌｅｃ
ｔｉｖｅ−Ｒｅｊｅｃｔ）を用いることにより再送制御
を効率よく行うことができる。また、ワイヤレス区間の
メディアアクセス制御は、図２７〜図３０を参照して説
明したように、一旦リンクが初期化された後は、ユーザ
が大幅に移動しない限り行う必要がない。端末装置１０
０３の受信機の判定閾値のトレーニングは行う必要があ
るが、これには高々数ビット程度の時間しか要しない。
従って、図３３に示されるワイヤレス光通信システム１
００１によれば、従来にない極めて高いスループットを
有するワイヤレス高速ファイル転送システムが実現され
る。
【０３７３】不揮発性記憶媒体１２２２は、ワイヤレス
光インターフェイスと同等以上の高速な書き込み速度を
有することが好ましい。不揮発性記憶媒体１２２２の容
量は、３２Ｍバイト〜数Ｇバイト程度以上であることが
想定される。高速書き込みが可能で、かつ大容量化が可
能な不揮発性記憶媒体１２２２として、１〜２．５イン
チ程度のＨＤＤが用いられてもよい。あるいは、一旦大
容量のＤＲＡＭ等の高速な揮発性記憶媒体にワイヤレス
光インターフェイスを介して受け取ったデータを格納
し、次いで、格納されたデータをより低速の不揮発性記
憶媒体（例えば、ＨＤＤ）に書きこんでもよい。基地局
２１０においてフレーム構成等のために必要な遅延時間
を考慮しても、６４Ｍバイト程度の容量のファイル転送
は、転送開始後、数秒で完了する。
【０３７４】従って、端末装置１００３へのデータ転送
プロセスの利便性が、統合されたワイヤレス環境におい
て格段に向上し、実質の転送時間も大幅に短縮される。
従来の同種の携帯音楽プレーヤのユーザは、不揮発性記
憶媒体をデジタルＡＶファイルが蓄積されたＰＣ等に直
接接続して長時間の転送を行うことを余儀なくされてい
た。また、ユーザの多くは、記憶媒体の抜き差しによる
煩雑な書き込みプロセスあるいはケーブル接続による長
時間のデータ転送を敬遠して、高価な記憶媒体を複数購
入していた。図３３に示されるワイヤレス光通信システ
ム１００１の利用形態によれば、このような不利益な状
況が打開される。また、デジタルシステムを使用する初
心者にとっても、非ＰＣ機器によるユーザフレンドリな
ワイヤレスアクセス環境が提供される。
【０３７５】図３３に示されるワイヤレス光通信システ
ム１００１の初期的な利用形態としては、ＣＤプレーヤ
１０１２が基地局２１０を内蔵し、端末装置１００３か
ら直接ワイヤレスアクセスするようにしてもよい。ある
いは、ＣＤプレーヤ１０１２の数１０ＧＢ以上の容量の
ＨＤＤ１２２１を単体の外部ストレージ装置として取り
出し、その外部ストレージ装置をＣＤプレーヤ１０１２
と基地局２１０と双方に接続し、端末装置１００３から
基地局２１０を介してその外部ストレージ装置にアクセ
スするようにしてもよい。また、ＣＤプレーヤ１０１２
が、ＣＤやＣＤ−Ｒ／ＲＷに加えて、ＤＶＤファミリー
向けのピックアップを備え、ＡＶコンテンツ全般にわた
るジュークボックスの機能を有していてもよい。この場
合、端末装置１００３は、不可逆的に圧縮符号化された
デジタルオーディオデータを再生する機能を有するＭＰ
３デコーダ１２２３に代えて、あるいは、それに加え
て、不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・
ビデオデータを再生する機能を有するデコーダ（再生
部）を備えることが好ましい。これにより、端末装置１
００３は画像ビューアとして機能し得る。
【０３７６】ＣＤプレーヤ１０１２に代えて、任意のＰ
Ｃ、サーバやストレージ装置が基地局２１０に接続され
てもよい。
【０３７７】ワイヤレス光通信システム１００１では、
通信プロトコルのオーバーヘッドが極めて小さく、さら
に外部のデジタル機器（図３３に示される例では、ＣＤ
プレーヤ１０１２）との親和性にも優れるので、実際の
転送速度は端末装置１００３のワイヤレス光インターフ
ェイスのデータレート速度に近いものとなる。
【０３７８】図３３に示されるワイヤレス光通信システ
ム１００１によれば、基地局２１０が接続されているＰ
Ｃ、サーバやストレージ装置から、例えばＭＰ３に代表
されるデジタル音楽ファイルはアルバム単位あるいは不
揮発性記憶媒体１２２２の容量でワイヤレスにダウンロ
ードされ、ごく短時間に転送を完了することができる。
従って、特に携帯型の音楽プレーヤや、画像ビューアと
して機能する端末装置１００３の利便性が格段に向上す
る。また、カバーエリアが基地局２１０の周辺に限定さ
れ、基地局２１０がユーザサイズの空間セルを形成する
ので、ワイヤレス光通信システム１００１は、第３者の
盗聴やなりすましに対して堅牢である。
【０３７９】また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワ
イヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態
は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等
とは大きく異なっている。すなわち、端末装置１００３
のワイヤレス光インターフェイスが、基地局２１０との
リンクを確立するプロセス、デジタル機器１０１２等に
対するリモートコントロールとして機能するプロセス、
データ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了
する（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）の
で、ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従っ
て、端末装置１００３は、ユーザのアクションあるいは
基地局２１０やデジタル機器１０１２等の応答にあわせ
てワイヤレス光インターフェイスをアクティブにする動
作モードに従って動作し得る。これにより、待機消費電
力を低減することができる。
【０３８０】ワイヤレス光インターフェイスは、ある程
度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレ
ス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計さ
れ得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに
要求される設計条件が緩和される。
【０３８１】図３４は、ワイヤレス光通信システム１０
０１により、ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家
庭内ネットワークを構成した例を示す。図３４に示され
る例では、ワイヤレス光通信システム１００１におい
て、基地局２３０が基地局１００２（図１）として用い
られており、端末装置２３１が端末装置１００３（図
１）として用いられている。図３４において、図１に示
される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を
付す。
【０３８２】端末装置２３１（携帯端末装置）は、デジ
タルカメラあるいはデジタルカムコーダ機能を有する。
端末装置２３１は、撮影部１２３３と、不揮発性記憶媒
体１２３１を備える。端末装置２３１には、不揮発性記
憶媒体１２３１の容量に応じて、撮影部１２３３により
撮影された静止画や動画が蓄積される。撮影部１２３３
は、例えば、撮影した静止画をＪＰＥＧ形式に圧縮符号
化したり、撮影した動画をＭＰＥＧ形式に圧縮符号化す
る機能を有する。ＪＰＥＧおよびＭＰＥＧはそれぞれ、
不可逆的な圧縮符号化方式の１つである。このように、
撮影部１２３３は、不可逆的に圧縮符号化されたデジタ
ルオーディオ・ビデオデータを生成する生成部として機
能する。
【０３８３】基地局２３０は、数１０ＧＢ以上の容量の
ＩＥＥＥ１３９４対応ＨＤＤ１２３２を備え、ストレー
ジ兼サーバ装置（ホームサーバ）としても機能する。
【０３８４】端末装置２３１のユーザが、例えば、屋外
で端末装置２３１を用いて撮影した静止画や動画（デジ
タルオーディオ・ビデオデータ）は、不揮発性記憶媒体
１２３１に記憶される。ユーザが端末装置２３１を家庭
に持ち帰って、デジタルオーディオ・ビデオデータを基
地局２３０のＨＤＤ１２３２にワイヤレス光インターフ
ェイス１２３４を用いて手軽にアップロードすることが
できる。これにより、端末装置２３１が備える不揮発性
記憶媒体１２３１は、繰り返して利用可能となる。基地
局２３０はＴＶ機器２３３に接続されている。ＴＶ機器
２３３は、端末装置２３１から基地局２３０にアクセス
する際に、操作性を向上させるユーザインターフェイス
として利用される。端末装置２３１は、基地局２３０の
リモートコントロール装置として機能し、不揮発性記憶
媒体１２３１に蓄積されたコンテンツ（デジタルオーデ
ィオ・ビデオデータ）を選択して、あるいはその全てを
一括して、基地局２３０にワイヤレスアクセスして送信
（アップロード）する。
【０３８５】また、アップロードされたコンテンツをユ
ーザインターフェイス（ＴＶ機器２３３）を利用して端
末装置２３１から加工編集して、基地局２３０に保存し
たり、加工編集した結果を基地局２３０に接続されてい
るネットワークヘ発信したり、再び端末装置２３１自身
にダウンロードしたりできる。これらの処理は全て、端
末装置２３１からの操作で行うことができるので、これ
らの処理をシームレスに実行することができる。あるい
は、アップロードされるコンテンツをその場でＴＶ機器
２３３の画面で鑑賞することも好ましい利用形態の１つ
である。その際、端末装置２３１は直接、再生装置とし
て利用されてもよい。
【０３８６】ここで、ワイヤレス光インターフェイスが
端末装置２３１からのアップロードに使用される際、極
めて小さくはあるが存在するワイヤレス区間のオーバー
ヘッドを除いた帯域幅のうち、例えば９５％をアップリ
ンクに割り当て、５％を基地局２３０からのＡＣＫある
いはＮＡＫに割り当ててＴＤＤが行われてもよい。ＴＤ
Ｄプロセスは、端末装置２３１が備えるバッファサイズ
に依存して最適化されるのが望ましい。ワイヤレス区間
のメディアアクセス制御は、図２７〜図３０を参照して
説明したように、一旦リンクが初期化された後は、ユー
ザが大幅に移動しない限り行う必要がない。端末装置２
３１の受信機の判定閾値のトレーニングは行う必要があ
るが、これには高々数ビット程度の時間しか要しない。
従って、図３４に示されるワイヤレス光通信システム１
００１によれば、従来にない極めて高いスループットを
有するワイヤレス高速ファイル転送システムが実現され
る。
【０３８７】不揮発性記憶媒体１２３１は、ワイヤレス
光インターフェイスと同等以上の高速な読み出し速度を
有することが好ましい。不揮発性記憶媒体１２３１の容
量は、３２Ｍバイト〜数Ｇバイト程度以上であることが
想定される。高速書き込みが可能で、かつ大容量化が可
能な不揮発性記憶媒体１２３１として、１〜２．５イン
チ程度のＨＤＤが用いられてもよい。
【０３８８】従って、端末装置２３１からのデータ転送
プロセスの利便性が、統合されたワイヤレス環境におい
て格段に向上し、実質の転送時間も大幅に短縮される。
従来の同種のデジタルカメラ／カムコーダ等のユーザ
が、記録媒体の抜き差しによる煩雑な書き込みのプロセ
スあるいは長時間のデータ転送を敬遠して、高価な記録
媒体を複数購入していた。図３４に示されるワイヤレス
光通信システム１００１の利用形態によれば、このよう
な不利益な状況が打開される。また、撮影したデジタル
コンテンツの鑑賞や加工編集作業においても、端末装置
２３１をリモートコントロールとして使用でき、システ
ムの利便性が格段に向上する。さらに、上記のようなデ
ジタルシステムを使用する初心者にとっても、非ＰＣ機
器によるユーザフレンドリなワイヤレスアクセス環境が
提供される。
【０３８９】図３４に示されるワイヤレス光通信システ
ム１００１によれば、デジタルオーディオ・ビデオデー
タを蓄積する機能を備えた端末装置２３１において、不
揮発性記憶媒体２３１に記憶されている任意のデジタル
オーディオ・ビデオデータが、基地局２３０に（あるい
は、基地局２３０を介して他のデジタル機器）に瞬時に
転送・保存される。また、撮影したデジタルコンテンツ
の鑑賞や加工編集作業のために記録媒体を他の機器へ差
し換えたり、ケーブルを接続したりする手間が不要にな
る。これにより、端末装置２３１の利便性が格投に向上
する。
【０３９０】端末装置２３１から基地局２３０を経由し
て蓄積された情報のリアルタイム再生を行うこともでき
る。また、基地局２３０のカバーエリアは、基地局２３
０の周辺に限定され、基地局２３０は、ユーザサイズの
空間セルを形成するので、ワイヤレス光通信システム１
００１は第３者による盗聴やなりすましに対して堅牢で
ある。
【０３９１】また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワ
イヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態
は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等
とは大きく異なっている。すなわち、端末装置２３１の
ワイヤレス光インターフェイス１２３４が、基地局２３
０とのリンクを確立するプロセス、基地局２３０等に対
するリモートコントロールとして機能するプロセス、デ
ータ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了す
る（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）ので、
ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従って、
端末装置２３１は、ユーザのアクションあるいは基地局
２３０や他のデジタル機器の応答にあわせてワイヤレス
光インターフェイスをアクティブにする動作モードに従
って動作し得る。これにより、待機消費電力を低減する
ことができる。
【０３９２】ワイヤレス光インターフェイスは、ある程
度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレ
ス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計さ
れ得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに
要求される設計条件が緩和される。
【０３９３】図３５は、ギガビットイーサネット（Ｒ）
と高い親和性で接続することができる基地局２４０の構
成を示す。基地局２４０は、図１に示すワイヤレス光通
信システム１００１において、基地局１００２として使
用され得る。
【０３９４】基地局２４０が形成する空間セルは、図５
Ａおよび図５Ｂに示される空間セル１００６と同様に、
１次元的に配置される。基地局２４０と端末装置との間
の通信距離は、１〜５ｍであり、空間セルのサイズは、
最大通信距離５ｍでの空間セル幅が１ｍになるように設
定される（空間セルの広がり角θ≒６°）。マルチビー
ム送信機１００４の各ビーム光源の、空間セルの分割方
向についての放射角度分布特性は、指向半値全角φｔ＝
４°である。
【０３９５】基地局２４０は８個の空間セルを形成し、
角度分解型受信機１００５の視野角は±約２５°であ
る。図２９を参照して説明したように、基地局の動作中
はトレーニングシーケンスが端末装置を収容している空
間セルのみに向けて送信される。
【０３９６】基地局２４０は、上述した８個の空間セル
のうち、同時に最大６個まで１００Ｍｂ／ｓのワイヤレ
ス光インターフェイスを備えた端末装置を収容して、６
つのＳＤＭ／ＳＤＭＡチャンネルを提供する。トレーニ
ングシーケンスは、端末装置を収容している空間セル
（最大６つ）にのみ送出されると述べたが、基地局２４
０は８個のワイヤレス光インターフェイスを備えてい
る。従って、６つのＳＤＭ／ＳＤＭＡチャンネルの全て
に端末装置が収容されている場合でも、新規参入端末装
置がトレーニングシーケンスを受信しない（すなわち、
その端末装置がアップリンクを開始することが可能と判
断する）ような空間セル（使用されていない空間セル）
があり得る。このような領域から新規参入端末装置がア
ップリンクを開始しても、図２９を参照して説明したよ
うに、既存のチャンネルへの干渉は発生しない。なお、
このような場合には、基地局２４０は新規参入端末装置
にＡＣＫを送信することができない。新規参入端末装置
は、アップリンクを開始してから所定の時間内に基地局
２４０からのＡＣＫを受信しない場合には、空きチャン
ネルが存在しないと判断することができる。
【０３９７】基地局２４０は、ワイヤレス光インターフ
ェイス部２４１（マルチビーム送信機１００４および角
度分解型受信機１００５）に加えて、４つのファースト
イーサネット（Ｒ）（ＩＥＥＥ８０２．３ｕ／１００Ｂ
ａｓｅ−ＴＸ）ポート２４２（各１００Ｍｂ／ｓ）と１
つのギガビットイーサネット（Ｒ）（ＩＥＥＥ８０２．
３ｚ／１００Ｂａｓｅ−ＳＸ）ポート２４３とを備え
る。
【０３９８】基地局２４０とともに用いられる端末装置
は１００Ｍｂ／ｓのデータレートのワイヤレス光インタ
ーフェイスを備える。基地局２４０は複数の１００Ｍｂ
／ｓのファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４２と、
少なくとも１つの１Ｇｂ／ｓのアップリンクポート２４
３とを備えている。このように、基地局２４０自体がＩ
ＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ対応のレイ
ヤー２または３スイッチとして機能して、ポート２４２
および２４３の一部または全てが、外部のデジタル機器
に基地局２４０を接続するインターフェイス（第１のイ
ンターフェイス）として機能することが好ましい。
【０３９９】基地局２４０の内部の構成としては、メイ
ンボード１２４１上に、ワイヤレス光インターフェイス
部２４１と、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２４
２と、アップリンクポート２４３とが、スイッチングフ
ァブリック１２４０を介して接続されている。
【０４００】基地局２４０には、ワイヤレス光インター
フェイス部２４１として、８個の空間チャンネルに対応
する角度分解型受信機１００５およびマルチビーム送信
機１００４の各々８本のフロントエンドバンクと、受信
回路２４５および駆動回路２４６を各２個と、送受信別
のバッファ２４４および２４７と、ワイヤレス光インタ
ーフェイス部２４１のコントローラ２４８が搭載され
る。
【０４０１】基地局２４０には、さらに、スイッチコン
トローラ２５０と、送受信別に最大６本のチャンネルを
同時に接続することができるフレーマ２４９とがバック
エンド回路として搭載される。
【０４０２】１つの受信回路２４５には、角度分解型受
信機１００５の８本のフロントエンドバンクのうち４本
が接続されている。１つの駆動回路２４６には、マルチ
ビーム送信機１００４の８本のフロントエンドバンクの
うち４本が接続されている。コントローラ２４８は、そ
れぞれの受信回路２４５に接続された４本のフロントエ
ンドバンクのうち３本を選択し、それぞれの駆動回路２
４６に接続された４本のフロントエンドバンクのうち３
本を選択する。
【０４０３】ワイヤレス光インターフェイス部の物理層
符号化方式としては、ファーストイーサネット（Ｒ）
（１００Ｂａｓｅ−ＦＸや−ＳＸ）と同じ４Ｂ５Ｂ Ｎ
ＲＺＩ符号化が用いられ、フレーマ２４９はニブル（４
ビット）単位のシリアライザ／デシリアライザを含む。
【０４０４】ファーストイーサネット（Ｒ）ポート部に
は、４本の１００Ｂａｓｅ−ＴＸポート２４２と、それ
に続く２ポートごとのトランスフォーマと、４ポートＰ
ＨＹと、スイッチコントローラ１２４２とが設けられ
る。ギガビットイーサネット（Ｒ）ポート部には、１つ
の１０００Ｂａｓｅ−ＳＸトランシーバ２４３と、ＰＨ
Ｙと、スイッチコントローラ１２４３とが設けられる。
【０４０５】スイッチングファブリック１２４０は、例
えば、高速スイッチングＡＳＩＣであり得る。スイッチ
ングファブリック１２４０は、ＣＰＵ１２４４およびフ
ォワーディングエンジン１２４５からの制御を受けて、
アドレス解決ユニット１２４６を通してアドレステーブ
ル１２４７を参照しながら、上記各ポート（ワイヤレス
光インターフェイス２４１と、ファーストイーサネット
（Ｒ）ポート２４２およびギガビットイーサネット
（Ｒ）ポート２４３）の間を高速にスイッチ処理する。
【０４０６】なお、扱うチャンネル数が比較的少ない場
合には、基地局２４０の内部構成として、図３２に示し
たような十分高速なバスを共有する形態も使用可能であ
る。また、いずれのバックプレーン構成を採る場合で
も、チャンネル数に応じて、部品が実装されるボードの
枚数を１枚にしてもよい。
【０４０７】図３５に示される基地局２４０は、レイヤ
ー２またはレイヤー３スイッチとして動作し、端末装置
が備えるワイヤレスインターフェイスの帯域を保証した
様々なサービスを構築することができ、有線／無線イン
ターフェイスの混在するシームレスなアクセス環境が実
現される。
【０４０８】トレーニングシーケンスが送信される時間
間隔Ｔｃには、既に説明したように、端末装置が最適閾
値を保持可能な時間の上限やリンク初期化プロセスの応
答性向上のための上限が存在する。一方、ＩＥＥＥ８０
２．３の場合、先頭のプリアンブル（７オクテット）お
よびデリミタ（１オクテット）を除いたフレーム長は、
最小値が６４オクテットであり、最大値が１５１８オク
テットであると定められている。ここで、１オクテット
は８ビットである。従って、ワイヤレス光通信システム
１００１（図１）においては、トレーニングシーケンス
の繰返し周期Ｔｃをフレーム長の最大値よりも長く、か
つできるだけ近い値に設定するのが好ましい。例えば、
４Ｂ５Ｂ符号化を用いる１００Ｍｂ／ｓのワイヤレス光
インターフェイスの場合、１５１８バイトのパケット長
（フレーム長の最大値）は約９７μｓであり、Ｔｃ＝１
００μｓに設定し得る。基地局１００２からのダウンリ
ンクフレーム（パケット）は、それが存在するならば常
に、各空間セルに共通の、周期Ｔｃ毎の基準時刻に送信
が開始される。また、Ｔｃよりも遥かに短いフレームが
Ｔｃ内に複数個送信される場合も、その基準時刻の直前
にはフレームが一旦保留され（基準時刻にフレームがま
たがらないように待ち状態にされ）、基準時刻に再度送
信が開始される。既に説明したように、ＳＤＭ／ＳＤＭ
Ａワイヤレス光通信システム１００１においては、パケ
ット／フレーム単位のレイテンシを低減することより
も、バースト転送時のスループットを向上することが重
要視される。従って、トレーニングシーケンスを短く
し、トレーニングシーケンスの繰返し周期Ｔｃをフレー
ム長の最大値よりも長く、かつできるだけ近い値に設定
するのが特に好ましい。また、より上位のプロトコル層
がＡＣＫを要求する場合、上記の帯域幅（１００Ｍｂ／
ｓ×９７／１００）をＴＤＤで動的に割り当て、バルク
ファイルのダウンロードまたはアップロードに最適化し
たシステム構成をとることができる。既に説明したよう
に、トレーニングシーケンスには端末位置制御情報を付
加し得る。その情報量は小さいため、例えばワイヤレス
区間におけるデリミタ（８ビット）を拡張してこれに割
り当てることができる。
【０４０９】このように、ワイヤレス光通信システム１
００１におけるメディアアクセス制御のためのオーバー
ヘッドは極めて小さく、半２重モードのギガビットイー
サネット（Ｒ）で利用されるフレームバースティング
（数フレームの連続転送）時にも、ワイヤレス区間がボ
トルネックとなるのを回避してイーサネット（Ｒ）ネッ
トワークとの親和性を高めることができる。
【０４１０】基地局２４０において、典型的には、ギガ
ビットイーサネット（Ｒ）のアップリンクポート２４３
は、基地局１００２の第１のインターフェイス１００７
（図１）として機能し、ファーストイーサネット（Ｒ）
ポート２４２は第２のインターフェイス１００８（図
１）として機能する。すなわち、基地局２４０の第１の
インターフェイスは、ＩＥＥＥ８０２．３ｚあるいは８
０２．３ａｂ規格に準拠する。ただし、同時にワイヤレ
スアクセスすることが可能なチャンネル数を１つに設定
する場合には、ファーストイーサネット（Ｒ）ポート２
４２のいずれか１つが第１のインターフェイスとして用
いられ得る。同時にワイヤレスアクセスすることが可能
なチャンネル数が１つであるようなワイヤレス光通信シ
ステムは、例えば、家庭用途に用いられ得る。このよう
なワイヤレス光通信システムでは、複数の空間セルは、
複数の端末が同時にワイヤレスアクセスすることを可能
にする目的のためでなく、広いカバーエリアを達成する
目的のために設けられる。これにより、基地局２４０は
高速なイーサネット（Ｒ）対応のワイヤレススイッチと
して機能して、オフィスやＳＯＨＯにおけるＬＡＮ環境
を構成するサーバシステム、ＰＣ等デジタル機器との親
和性に優れた端末装置のアクセスポイントが提供され
る。従って、端末装置のワイヤレス光インターフェイス
が備える帯域幅を無駄にせずに、高速のダウンロード／
アップロード環境が実現され、新たなワイヤレス通信シ
ステムのアプリケーションの開発が促進される。
【０４１１】ワイヤレス光通信システム１００１におい
ては、実質のデータ転送速度を端末装置のワイヤレス光
インターフェイスのデータレート速度に近いものにする
ことができるという特徴を活かして、新規なコンテンツ
配信システムを構築することができる。このようなコン
テンツ配信システムを図３６を参照して説明する。コン
テンツ配信システムにおいて、基地局を設けるのに好適
な空間としては、デジタルコンテンツを販売する情報キ
オスク等の店舗、あるいは従来のＣＤやＤＶＤソフトパ
ッケージを販売する店舗が想定され、基地局を中心とし
た特定の範囲がサービスエリアとなる。
【０４１２】図３６は、ワイヤレス光通信システム１０
０１を用いたコンテンツ配信システム１２５１の構成を
示す。コンテンツ配信システム１２５１は、ワイヤレス
光通信システム１００１と、ストレージ・サーバシステ
ム２５４と、データベースセンター２５５（認証・課金
サイト）とを含む。ワイヤレス光通信システム１００１
においては、図１に示される基地局１００１として、図
３５を参照して説明した基地局２４０が用いられてい
る。また、端末装置１００３として、端末装置２５３が
用いられている。外部のデジタル機器１０１２として、
ストレージ・サーバシステム２５４が用いられている。
【０４１３】基地局２４０は、例えばコンテンツを販売
する店舗に設置される。
【０４１４】コンテンツ配信システム１２５１では、従
来店頭で販売されていたコンテンツは、全てストレージ
・サーバシステム２５４に蓄積され、ギガビットイーサ
ネット（Ｒ）によってネットワーク化されている。ワイ
ヤレスインターフェイスを備えた基地局２４０もストレ
ージ・サーバシステム２５４に接続されており、端末装
置２５３は基地局２４０にワイヤレスアクセスして、購
入したデジタルコンテンツを瞬時にダウンロードする。
【０４１５】端末装置２５３は、例えば、データ通信機
能を有するモバイルフォン（携帯電話またはＰＨＳ）で
ある。端末装置２５３は、データ通信機能を含む電話機
能を内蔵したＰＤＡやノートＰＣ等であってもよい。端
末装置２５３は、携帯電話網２５７に接続することが可
能な接続部１２５４と、不揮発性記憶媒体１２５３とを
含む。端末装置２５３の接続部１２５４は、携帯電話網
２５７および／またはインターネット２５８を介して、
購入コンテンツ（基地局２４０から端末装置２５３に送
信されることが所望されるコンテンツ）のリクエスト
（購入申し込み）（Ａ）をデータベースセンター２５５
に対して送信する。これに応答して、データベースセン
ター２５５はユーザの個人認証および決済／課金を行
う。接続部１２５４は、公知のモバイルフォンの技術に
より、携帯電話網にアクセス可能に構成されている。
【０４１６】ユーザの個人認証および決済／課金ステッ
プの後、データベースセンター２５５から、決済／課金
ステップが完了した旨と、購買されたコンテンツ内容と
を示す情報が、インターネット２５８経由でストレージ
・サーバシステム２５４に送信される（Ｂ）。
【０４１７】ストレージ・サーバシステム２５４から基
地局２４０を介して端末装置２５３にアクセス許可情報
が送信され、ディスプレイ１２５２に表示され、ユーザ
に確認される。あるいは、アクセス許可情報は、端末装
置２５３が有するモバイルフォンのデータ通信機能によ
って、データベースセンター２５５から端末装置２５３
に直接送信されてもよい（Ｂ’）。
【０４１８】アクセス許可情報を確認した後、ユーザは
端末装置２５３から基地局２４０を介してストレージ・
サーバシステム２５４にワイヤレス接続し、さらにスト
レージ・サーバシステム２５４との間で少なくとも個人
認証が再確認（Ｃ）された後、購買手続きの完了したさ
れたデジタルコンテンツが基地局２４０から端末装置２
５３にダウンロードされる（Ｄ）。
【０４１９】ダウンロードされたデジタルコンテンツ
は、端末装置２５３の不揮発性記憶媒体１２５３に記憶
され、ユーザが所望するタイミングで再生され得る。
【０４２０】ワイヤレス光通信システム１００１によれ
ば、同時に複数のユーザに対してダウンロードを行うこ
とが可能であり、そのダウンロードにかかる時間は短
い。例えば、ダウンロードにかかる時間は、音楽ＣＤ１
枚をＭＰ３フォーマットに変換して転送する場合で数秒
程度、ＭＰＥＧ２形式で収録されたＤＶＤ１枚をそのま
ま転送する場合でも１分程度である。販売サイトにおい
ては、カウンター等（図３６には示されていない。図５
Ａ参照）の端末装置２５３のための配置場所を予め空間
セルに適合させて配置することが可能である。これによ
り、ユーザは必ずしも転送時間中に端末装置２５３を保
持し続ける必要はない。従って、ＤＶＤに収録された映
画等の、端末装置２５３で再生することを想定されてい
ない（画面の小さい端末装置２５３で再生して鑑賞する
メリットがあまりない）コンテンツを端末装置２５３に
ダウンロードして家庭に持ち帰り、ホームサーバ（図３
６には示されていない、図３４参照）にアップロードし
て大画面で鑑賞する、といった利用形態を実現すること
ができる。
【０４２１】図３６に示される本発明の配信システムと
は対照的に、いわゆるブロードバンドのインターネット
接続による各家庭へのオンライン配信システム等も検討
されている。本発明の配信システムでは、ダウンロード
が実際の店舗において行なわれるので、ユーザは、例え
ば、店舗内の高精細大画面ディスプレイで実際に試聴し
てからコンテンツを購入するか否かを判断でき、不所望
なコンテンツを購入してしまうというリスクを低減する
ことができる。このように、本発明の配信システムは、
家庭へのオンライン配信システムと比較して、ユーザに
とってのメリットが大きい。
【０４２２】また、店舗床面積とバックボーンネットワ
ークを増強し、設置する基地局数を増加させれば、端末
装置への転送速度を損なうことなくユーザ数の増加に対
処することができる。このような利点は、ワイヤレス光
通信システム１００１において、ワイヤレス区間のサー
ビスエリアが基地局周辺に限定されたユーザサイズの空
間セルであることに起因してもたらされる。
【０４２３】コンテンツを蓄積するストレージ・サーバ
システム２５４は、必ずしも展開される全ての店舗サイ
トに構築する必要はない。店舗間を高速専用線や光ファ
イバ網で接続して、ＲＡＩＤ対応のストレージ・サーバ
システム２５４に格納されるコンテンツを共有して基地
局を設置することによって情報キオスクの販売網を拡張
する利用形態も望ましい。
【０４２４】図３６の例では、データベースセンター２
５５における個人認証／本人認証は、モバイルフォンと
してのデータ通信機能やＳＩＭカード等を利用して行わ
れ得る。この場合、ワイヤレス光通信システム１００１
は、単にストレージ・サーバシステム２５４に直接ワイ
ヤレスアクセスすることが可能な高速インターフェイス
として利用されている。このような認証／課金プロセス
を有するコンテンツ配信システムは容易に構築すること
ができる。なぜなら、既存の認証／課金サイトまたはサ
ービスを利用することができるため、ワイヤレス光通信
システムの詳細にかかわらず実現できるからである。
【０４２５】ところが、ワイヤレス区間のカバーエリア
は基地局周辺に限定され、ワイヤレス光通信システム１
００１はユーザサイズの空間セルを備える空間多重型の
光通信システムであることから、第３者の盗聴またはな
りすましに対して非常に堅牢である。したがって、上記
の認証および課金のプロセスをワイヤレス光インターフ
ェイスを通じて行うことによって、コンテンツ配信シス
テムとしてのセキュリティをより強固に確実なものにで
きる。
【０４２６】このような課金を伴うアプリケーション
を、これまでに詳しく説明してきた本願ＳＤＭ／ＳＤＭ
Ａワイヤレス光通信システムのアクセス制御の枠組みの
上に構築することは比較的容易である。例えば、端末装
置２５３から基地局２４０側に、トレーニングシーケン
スへの応答として送られるパケット／フレームの一部
に、端末装置２５３からのユーザ認証および課金に関す
る情報を含めてもよい。基地局２４０自身、またはセキ
ュアな通信路を介して接続される認証／課金サイト２５
５は、この情報に基づいて処理する。
【０４２７】また、上記処理結果に応じて端末装置２５
３に通知されるべき、アクセスの継続許可および切断要
求などの情報は、基地局２４０から端末装置２５３への
トレーニングシーケンスに含められるのが最も望まし
い。認証および課金に関して予め定められたビットパタ
ーンを含むようトレーニングシーケンスを拡張すること
により、上記処理プロセスの効率さらにはデータ転送の
効率を格段に向上させることができる。尚、上記認証／
課金に関する情報は、前記トレーニングシーケンスまた
は他のプロトコルによるオーバヘッドを除いたペイロー
ド部分に含めて送受信されてもよい。しかしながら、こ
の場合には端末装置が全てのペイロードをフレーム／パ
ケット毎に毎回デコードすることになり、端末装置の処
理能力によっては実際のデータ転送および書込みがそれ
ほど高速には行えなくなる。
【０４２８】このように、ワイヤレス光通信システム、
特にユーザサイズの空間セルを用いるワイヤレス光通信
システムにおいては、仮に暗号化によるセキュリティ強
化を行わないシステムであるとしても、確実に盗聴また
はなりすましを防止することができるため、端末装置も
含めて極めて低いトータルコストでコンテンツ配信シス
テムを構築することができる。
【０４２９】また、上述のように、ＳＤＭ／ＳＤＭＡワ
イヤレス光通信システム１００１の典型的な利用形態
は、従来の光無線ＬＡＮシステムやＲＦ帯無線ＬＡＮ等
とは大きく異なっている。すなわち、端末装置２５３の
ワイヤレス光インターフェイスが、基地局２４０とのリ
ンクを確立し認証等を行うプロセス、基地局２４０等に
対するリモートコントロールとして機能するプロセス、
データ転送等を行うプロセスの全てがごく短時間に終了
する（すなわちユーザの動作等が律則段階となる）の
で、ワイヤレスリンクを常時保持する必要がない。従っ
て、端末装置２５３は、ユーザのアクションあるいはス
トレージ・サーバシステム２５４の応答にあわせてワイ
ヤレス光インターフェイスをアクティブにする動作モー
ドに従って動作し得る。これにより、待機消費電力を低
減することができる。
【０４３０】ワイヤレス光インターフェイスは、ある程
度の指向性を有することが許容される。また、ワイヤレ
ス光インターフェイスは見通し通信を前提として設計さ
れ得る。これにより、ワイヤレス光インターフェイスに
要求される設計条件が緩和される。 コンテンツ配信シ
ステム１２５１において、コンテンツ販売店舗あるいは
情報キオスクのシステム構築に要する初期投資および維
持管理コストは、膨大なディスクパッケージを常に流通
／在庫させる従来の配信システムに比較して非常に低減
される。従って、版権者／著作権者と流通業者とが負担
するコストがともに削減される。コストが削減されるこ
とにより、サービスが向上する等のユーザにとってのメ
リットが生じる。
【０４３１】また、コンテンツ配信システム１２５１に
おいては、デジタルコンテンツがインターネットに直接
流出するわけではないので、版権者／著作権者が不利益
を披る可能性は皆無に等しい。ただし、購入後のコンテ
ンツの不正コピー対策は、不揮発性記憶媒体１２５３の
仕様に依存する。データベースセンター２５５におい
て、コンテンツ購入時にコピー情報を管理することは、
不正コピーに関する問題の望ましい解決手段の１つであ
る。
【０４３２】図３２〜図３６を参照して説明した、空間
セルの構成、基地局が備えるデジタル通信インターフェ
イス（第１のインターフェイス）、端末装置の利用シー
ン等の組み合わせは、現段階あるいは比較的近い将来に
おけるホームネットワークやＳＯＨＯ環境で最適なワイ
ヤレスアクセス手段となる。しかしながら、図３２〜図
３６に示される利用形態によって、本発明のワイヤレス
光通信システム１００１の利用形態が限定されることを
出願人は意図していない。個々の具体例において説明し
た構成要素は、本明細書中の教示に基づいて、適宜変更
され得る。例えば、デジタル通信インターフェイスとし
て、ＦＤＤＩ（Ｆｉｂｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｄａｔａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）やファイバチャネル、
ＦＣ−ＡＬスイッチによるＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ａ
ｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、さらにはＡＴＭスイッチを
基地局に備えたＡＴＭネットワークヘのワイヤレスアク
セス環境など、様々な帯域占有型ワイヤレス光ＳＤＭ／
ＳＤＭＡ通信システムを構成することが可能である。
【０４３３】上述したように、本発明のワイヤレス光通
信システム１００１は、家庭や店舗等のさまざまな場所
で、様々な用途に使用し得る。以下、ワイヤレス光通信
システム１００１を家庭内ネットワークに適用する場合
のオプションについて説明する。
【０４３４】ワイヤレス光通信システム１００１におい
ては、基地局１００２の角度分解型受信機１００５は、
相対的に大口径のレンズシステム７１０とアレイ素子７
１１を用いて構成される（図３）。これは、アップリン
クにおける高いＳＮＲを実現し、端末装置のワイヤレス
光インターフェイスどうしの通信距離の数倍以上にわた
る実用的な広いカバーエリアを実現するためである。し
かしながら、角度分解型受信機１００５は、この構成に
より、動作時の消費電力が大きくなりがちである。ワイ
ヤレス光通信システム１００１が家庭内ネットワークに
適用される場合、ワイヤレス光通信システム１００１を
使用しない時には角度分解型受信機１００５を停止また
は休止状態にすることが省電力化の観点から望ましい。
角度分解型受信機１００５が停止または休止状態にある
場合に、角度分解型受信機１００５を動作状態へと遷移
させるためには（すなわち、基地局１００２を起動させ
るためは）、角度分解型受信機１００５の使用を前提と
せずに、別のリモートコントロール機能が必要である。
【０４３５】従って、基地局１００２および端末装置１
００３（図１）は、ワイヤレス光インターフェイスより
も低速の、端末装置１００３から基地局１００２を起動
する際に使用するリモートコントロール通信機能を備え
ることが好ましい。ここで、起動とは、休止状態からの
復帰も含む。このリモートコントロール通信機能には、
既存の赤外線リモコンの規格が採用されてもよいし、Ｒ
Ｆ帯の無線通信が採用されてもよい。このリモートコン
トロール通信機能に関しては、端末装置１００３が送信
機能だけを有し、基地局１００２は受信機能だけを有し
ていれば十分である。図１に示される起動部２０１５
は、基地局１００２が有するそのような受信機能を実現
する。起動部２０１５はワイヤレス通信（例えば、既存
の赤外線リモコンの規格に従う通信またはＲＦ帯の無線
通信）を介して所定の起動信号を受け取り、基地局１０
０２は、起動部２０１５が所定の起動信号を受け取るこ
とに応答して起動する。
【０４３６】基地局１００２のリモートコントロールと
して専用の端末（基地局１００２を起動させるためにの
み使用される端末）が存在してもよい。しかしながら、
端末装置１００３の送信機光源および光学系（図１３に
示される光送信機光源１００）を共用するソフトウェア
ベースの赤外線リモートコントロール機能が端末装置１
００３に備えられることにより、家庭内において端末装
置１００３にアクセスポイントを提供するワイヤレス光
通信システム１００１の利便性は一段と向上する。
【０４３７】なお、本明細書中に開示され、特許請求の
範囲として規定される数値は、端末装置の受信機視野角
の設定範囲のみならず他の全ての項目において、各部品
等の設計・製造段階における典型値（Ｔｙｐｉｃａｌ
値、Ｔｙｐ．値）に対して求められる範囲を指してい
る。通常、典型値に対して許容される最大値や最小値の
範囲に特性は分布するものである。典型値が本願の特許
請求の範囲として規定される数値範囲に含まれれば、個
別の各部品等が本願の特許請求の範囲として規定される
数値範囲をわずかに逸脱していても本発明に含まれるこ
とは言うまでもない。逆に、実際に使用される各部品は
選別されており、本願の特許請求の範囲として規定され
る数値範囲に含まれる特性を有するが、各部品の典型値
はその数値範囲に含まれない場合等も同様である。
【０４３８】
【発明の効果】本発明の空間分割多重／空間分割多元ワ
イヤレス光通信システムにおいて用いられる端末装置
は、複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つ
が入射する受信回路を備える。受信回路は、少なくとも
１つのダウンリンク信号光が入射し、前記少なくとも１
つのダウンリンク信号光の強度を示す電気信号を出力す
る光電変換増幅部と、電気信号のピーク値およびボトム
値を検出する検出部と、ピーク値とボトム値と電気信号
とに基づいて、少なくとも１つのダウンリンク信号光の
うち強度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送す
る情報を取得する、取得部とを含む。
【０４３９】受信回路１０４がこのような構成を有する
ことにより、端末装置は、複数のダウンリンク信号光か
ら１つのダウンリンク信号光を受信回路１０４において
誤りなく分離することができる。これにより、１つの端
末装置は、１つの空間セルにおいて、その空間セルに割
り当てられた帯域を占有して基地局との通信を行うこと
ができ、高速な空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス
光通信システムが実現される。
【０４４０】また、端末装置１００３がこのような分離
機能を有していることに起因して、基地局が複数のダウ
ンリンク信号光を送信するための光源に要求される放射
角度分布特性への条件が緩和される。このために、基地
局のコストが低減され、コストパフォーマンスに優れた
空間分割多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システム
が実現される。
【０４４１】本発明の空間分割多重／空間分割多元ワイ
ヤレス光通信システムにおいて用いられる基地局は、こ
の基地局を介して端末装置をデジタル機器に接続する。
この基地局は、複数のビーム光源を含むマルチビーム送
信機と、角度分解型の光受信機と、デジタル機器に接続
するための第１のインターフェイスとを備えている。複
数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定められ
た大きさの複数の空間セルを形成するために、互いに異
なる特定の方向に設定されている。このように、空間が
セルに分割されて、１つの空間セルは１つのビーム光源
が割り当てられる。端末装置は、収容された空間セルに
割り当てられたチャンネル（空間チャンネル）の帯域を
占有して基地局と双方向通信を行うことが可能になる。
このため、高速な空間分割多重／空間分割多元ワイヤレ
ス光通信システムが実現される。
【０４４２】また、基地局は送信機にアレイ素子を用い
ずに、マルチビーム送信機によって複数の空間セルを形
成している。このため、基地局のコストを低減すること
が可能になり、コストパフォーマンスに優れた空間分割
多重／空間分割多元ワイヤレス光通信システムが実現さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信シ
ステム１００１の構成を示すブロック図である。
【図２】基地局１００２を中心とした３つの空間セル１
００６の配置を示す図である。
【図３】基地局１００２のマルチビーム送信機１００４
の周辺回路および角度分解型受信機１００５の周辺回路
の構成の例を示す図である。
【図４】本発明のワイヤレス光通信システム１００１を
家庭内で使用する場合に好適に採用され得る空間セルの
配置例を示す図である。
【図５Ａ】オフィスやデジタルコンテンツの店舗等にお
いて複数のユーザが頻繁に同時にアクセスする環境にお
ける空間セルの配置の例を示す図である。
【図５Ｂ】オフィスやデジタルコンテンツの店舗等にお
いて複数のユーザが頻繁に同時にアクセスする環境にお
ける空間セルの配置の例を示す図である。
【図６Ａ】空間セルが２次元的に配置されている例を示
す図である。
【図６Ｂ】空間セルが２次元的に配置されている例を示
す図である。
【図７Ａ】マルチビーム送信機１００４のビーム光源７
２０の放射角度分布特性を示す図である。
【図７Ｂ】マルチビーム送信機１００４のビーム光源７
２０の放射角度分布特性を示す図である。
【図８】ビーム光源７２０として指向半値全角がφｔで
ある一般化ランバーシアン光源を用いて単独の空間セル
にビーム光を照射する例を示す図である。
【図９】ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム１
００１の１つのビーム光源７２０に要求される光出力
と、定数Ｃとの関係を示す図である。
【図１０】１つのビーム光源７２０に要求される光出力
を最小化するＣ＿ｍｉｎの値と、空間セルの広がり角θ
との関係を示す図である。
【図１１Ａ】各空間セルの広がり角θと比較して各ビー
ム光源７２０の指向半値全角φｔの値が大きい場合のデ
ッドゾーンを示す図である。
【図１１Ｂ】各空間セルの広がり角θと比較して各ビー
ム光源７２０の指向半値全角φｔの値が小さい場合のデ
ッドゾーンを示す図である。
【図１２】ＢＥＲが１０−８以下でが受信可能な領域が
３次元空間のカバーエリアに対して占める割合と、定数
Ｃとの関係を示す図である。
【図１３】端末装置１００３の主要部分の構成の例を示
す図である。
【図１４Ａ】基地局１００２のマルチビーム送信機１０
０４から送信されるダウンリンク信号光の平面Ｖ上での
等光強度線を示す図である。
【図１４Ｂ】ダウンリンク信号光１３〜１５に対応する
空間セルの内部の点Ｐにおける光強度を示す図である。
【図１５】図１３に示される端末装置１００３の受信回
路１０４（受信フロントエンド）のブロック図である。
【図１６】フォトダイオード１１０およびレンズ系１０
１からなる受光部が本来有する受光感度と波長との関係
を示す図である。
【図１７】光学的バンドパスフィルタ１０２として平板
の誘電体多層膜を用いた場合の、透過率と波長との関係
を示す図である。
【図１８Ａ】標準的な人間が、ある軸を有する物体を意
図的に標的に差し向ける際の角度ずれの確率密度分布の
測定例を示す図である。
【図１８Ｂ】標準的な人間が、ある軸を有する物体を意
図的に標的に差し向ける際の角度ずれの確率密度分布の
測定例を示す図である。
【図１９】基地局１００２の角度分解型受信機１００５
において用いられ得るフォトダイオードアレイ素子５０
０を示す図である。
【図２０】アレイ素子５００とトリプレットレンズシス
テム５０５との位置関係を示す図である。
【図２１】端末装置１００３からの信号光が、角度分解
型受信機１００５のレンズシステム７１０の開口に入射
し、アレイ受光素子５００の表面に形成するスポット５
０８を示す図である。
【図２２】単位ピクセル５０６の視野角をφｒ（ｉ）
と、角度分解型受信機１００５の分解能Δφｒ（ｉ）と
の関係を示す図である。
【図２３】遠近問題が起こり得る状況を説明する図であ
る。
【図２４】基地局から遠い位置にある端末装置１００３
−１と、基地局から近い位置にある端末装置１００３−
２とからのアップリンク信号光によって、角度分解型受
信機１００５のアレイ素子７１１の受光面上に形成され
る光スポットを示す図である。
【図２５Ａ】端末装置の望ましい場所をユーザに視覚的
に示すための表示装置を備えた基地局１４０の使用形態
を示す図である。
【図２５Ｂ】基地局１４０の前面を示す図である。
【図２６Ａ】図２５Ｂに示される基地局１４０のバリエ
ーションである基地局１４０ａの前面を示す図である。
【図２６Ｂ】表示要素１５４〜１５６として用いられ得
るＬＥＤの放射角度分布特性を示す図である。
【図２７】トレーニングシーケンスによって端末装置の
位置制御が行われる例を示す図である。
【図２８】トレーニングシーケンスによって端末装置の
位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図２９】トレーニングシーケンスによって端末装置の
位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図３０】トレーニングシーケンスによって端末装置の
位置制御が行われる他の例を示す図である。
【図３１】隣り合う空間セル（ｎ）と空間セル（ｎ−
１）とに送信される互いに逆相の信号シーケンスと、そ
れらの信号シーケンスが重畳された信号シーケンスとを
示す図である。
【図３２】ＩＥＥＥ１３９４規格群に従うデジタル機器
と高い親和性で接続し得る基地局２１０を示す図であ
る。
【図３３】ワイヤレス光通信システム１００１により、
ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワ
ークを構成した例を示す図である。
【図３４】ワイヤレス光通信システム１００１により、
ＩＥＥＥ１３９４規格との親和性が高い家庭内ネットワ
ークを構成した例を示す図である。
【図３５】ギガビットイーサネット（Ｒ）と高い親和性
で接続することができる基地局２４０の構成を示す図で
ある。
【図３６】ワイヤレス光通信システム１００１を用いた
コンテンツ配信システム１２５１の構成を示す図であ
る。
【図３７Ａ】各家庭を接続するＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の構成を示すブロック図
である。
【図３７Ｂ】各家庭から送出された光バースト信号の信
号波形と、それらの光バースト信号がスターカプラを経
て時分割多重化され、局側のＯＳＵあるいはＯＬＴで受
信された場合の受信信号の信号波形とを示す図である。
【符号の説明】
７２０ ビーム光源 １００１ ＳＤＭ／ＳＤＭＡワイヤレス光通信システム １００２ 基地局 １００４ マルチビーム送信機 １００５ 角度分解型受信機 １００３ 端末装置 １００６ 空間セル １００７、１００８ インターフェイス １０１２、１０１３ デジタル機器 ２０１６ アップリンク信号光 ２０１７ ダウンリンク信号光 ２０１５ 起動部 ２０１４ バックプレーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｑ 7/38 Ｆターム(参考） 5K022 FF00 5K067 AA21 AA34 BB04 BB21 DD11 DD51 EE02 EE10 EE16 EE32 EE37 FF02 HH11 5K102 AA21 AA27 AB01 AB04 AB09 AC04 AH22 AL11 AL23 AL28 AM02 AM07 MA01 MA02 MB02 MB08 MC23 MH02 MH03 MH13 MH14 MH28 PB02 PC01 RD02 RD05

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報を搬送する複数のダウンリンク信号
    光を送信する基地局とともに用いられるワイヤレス光イ
    ンターフェイスを備えた端末装置であって、 前記ワイヤレス光インターフェイスは、 前記複数のダウンリンク信号光のうち、少なくとも１つ
    が入射する受信回路を含み、前記受信回路は、 前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射し、前
    記少なくとも１つのダウンリンク信号光の強度を示す電
    気信号を出力する光電変換増幅部と、 前記電気信号のピーク値およびボトム値を検出する検出
    部と、 前記ピーク値と前記ボトム値と前記電気信号とに基づい
    て、前記少なくとも１つのダウンリンク信号光のうち強
    度振幅が最大であるダウンリンク信号光が搬送する前記
    情報を取得する、取得部とを含む、端末装置。
  2. 【請求項２】 前記光電変換増幅部は、前記少なくとも
    １つのダウンリンク信号光のクロック周波数以下の帯域
    において、実質的に群遅延平坦な特性を有する帯域制限
    フィルタを含み、前記光電変換増幅部と前記検出部と前
    記取得部とは直流結合される、請求項１に記載の端末装
    置。
  3. 【請求項３】 前記複数のダウンリンク信号光のそれぞ
    れは、所定の波長を有するレーザ光であり、前記端末装
    置は、前記受信回路の受信視野半値全角の範囲内に入射
    する前記所定の波長を有するレーザ光を遮断しない特性
    を有する光学的バンドパスフィルタをさらに備え、前記
    光電変換増幅部には、前記光学的バンドパスフィルタを
    介して前記少なくとも１つのダウンリンク信号光が入射
    する、請求項１に記載の端末装置。
  4. 【請求項４】 前記受信回路の受信視野半値全角は、１
    ０°以上３０°以下である、請求項１に記載の端末装
    置。
  5. 【請求項５】 前記端末装置は、 不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデ
    オデータを記憶する不揮発性記憶媒体と、 前記デジタルオーディオ・ビデオデータを再生する再生
    部とをさらに備えた、請求項１に記載の端末装置。
  6. 【請求項６】 前記端末装置は、 不可逆的に圧縮符号化されたデジタルオーディオ・ビデ
    オデータを生成するデータ生成部と、 前記デジタルオーディオ・ビデオデータを記憶する不揮
    発性記憶媒体とをさらに備えた、請求項１に記載の端末
    装置。
  7. 【請求項７】 前記端末装置は、携帯電話網にアクセス
    可能に構成された接続部をさらに備え、 前記接続部は、前記携帯電話網を介してデータベースセ
    ンターに、前記基地局から前記端末装置に送信されるこ
    とが所望されるコンテンツの購入申し込みを送信する機
    能を有する、請求項１に記載の端末装置。
  8. 【請求項８】 前記基地局が送信するトレーニングシー
    ケンスは、前記ワイヤレス光インターフェイスを有する
    端末装置のユーザ認証および課金処理に関する情報を含
    み、該情報に基づいて前記端末装置のユーザが所望する
    コンテンツの購入申し込みが送信される、請求項１に記
    載の端末装置。
  9. 【請求項９】 ワイヤレス光インターフェイスを備える
    端末装置とともに用いられ、前記端末装置を基地局を介
    してデジタル機器に接続するための基地局であって、 複数のビーム光源を含むマルチビーム送信機と、 角度分解型の光受信機と、 前記デジタル機器に接続するための第１のインターフェ
    イスとを備え、 前記複数のビーム光源のそれぞれの指向方向は、予め定
    められた大きさの複数の空間セルを形成するために、互
    いに異なる特定の方向に設定されている、基地局。
  10. 【請求項１０】 前記基地局は、前記複数の空間セルの
    配置を反映して構成される少なくとも１つの表示要素を
    含む表示装置をさらに備え、 前記少なくとも１つの表示要素は、前記複数の空間セル
    の１つの空間セルに前記端末装置が収容されているか否
    かを表示する、請求項９に記載の基地局。
  11. 【請求項１１】 前記マルチビーム送信機は、前記複数
    の空間セルの少なくとも１つに向けてトレーニングシー
    ケンスを送信し、 前記端末装置は、前記トレーニングシーケンスの受信結
    果に基づいて、前記端末装置の現在の位置において前記
    基地局との双方向通信を開始することの適否を判定す
    る、請求項９に記載の基地局。
  12. 【請求項１２】 前記複数のビーム光源のそれぞれの指
    向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する
    空間セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦１．３の範囲の
    定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、 前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの
    全てに向けて送信される、請求項１１に記載の基地局。
  13. 【請求項１３】 前記複数の空間セルは、前記端末装置
    が収容されている第１の空間セルと、前記端末装置が収
    容されていない空間セルであって、前記第１の空間セル
    に隣接する第２の空間セルとを含み、 前記マルチビーム送信機は、前記第１の空間セルに向け
    て前記トレーニングシーケンスを第１の光出力で送信
    し、前記第２の空間セルに向けて前記トレーニングシー
    ケンスを前記第１の光出力よりも低い第２の光出力で送
    信する、請求項１２に記載の基地局。
  14. 【請求項１４】 前記複数のビーム光源のそれぞれの指
    向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する
    空間セルの広がり角θと、０．５≦Ｃ≦０．９の範囲の
    定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、 前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの
    うち、前記端末装置が収容されている空間セルのみに向
    けて送信される、請求項１１に記載の基地局。
  15. 【請求項１５】 前記複数のビーム光源のそれぞれの指
    向半値全角φｔは、前記複数の空間セルのうち対応する
    空間セルの広がり角θと、１．０≦Ｃ≦１．３の範囲の
    定数Ｃとに対して、φｔ＝Ｃ・θという関係を満たし、 前記トレーニングシーケンスは、前記複数の空間セルの
    全てに向けて送信され、前記トレーニングシーケンス
    は、デューティー比が実質的に５０％に等しい矩形周期
    波を含み、前記矩形周期波は、前記複数の空間セルのう
    ち、互いに隣接する２つの空間セルに向けて互いに逆相
    で送信される部分と同相で送信される部分とを含む、請
    求項１１に記載の基地局。
  16. 【請求項１６】 前記第１のインターフェイスの通信速
    度は、前記端末装置が備える前記ワイヤレス光インター
    フェイスの通信速度よりも高い、請求項９に記載の基地
    局。
  17. 【請求項１７】 前記複数の空間セルの数ｊは２≦ｊ≦
    １６の範囲であり、前記基地局は、 前記端末装置が有する前記ワイヤレス光インターフェイ
    スの通信速度と実質的に等しい通信速度を有する第２の
    インターフェイスをさらに備え、 前記ワイヤレス光インターフェイスの通信速度のｊ倍
    と、前記第２のインターフェイスの通信速度との合計
    は、前記第１のインターフェイスの通信速度と実質的に
    等しいか、より小さい、請求項１６に記載の基地局。
  18. 【請求項１８】 前記第１のインターフェイスは、ＩＥ
    ＥＥ１３９４規格群のいずれかに準拠し、前記マルチビ
    ーム送信機は、予め定められた周期で前記トレーニング
    シーケンスを送信し、 前記一定周期Ｔｃは、Ｔｃ＝１２５／Ｚ（μｓ）（Ｚは
    自然数または自然数の逆数）を満たす、請求項１１に記
    載の基地局。
  19. 【請求項１９】 前記第１のインターフェイスは、ＩＥ
    ＥＥ８０２．３ｚあるいは８０２．３ａｂ規格に準拠す
    る、請求項９に記載の基地局。
  20. 【請求項２０】 前記基地局は、前記角度分解型の光受
    信機とは独立にワイヤレス通信を介して所定の起動信号
    を受け取る起動部をさらに備え、 前記基地局は、前記起動部が前記所定の起動信号を受け
    取ることに応答して起動する、請求項９に記載の基地
    局。
  21. 【請求項２１】 前記トレーニングシーケンスは、前記
    ワイヤレス光インターフェイスが提供する帯域幅を動的
    に前記端末装置および前記基地局に割り当てるための制
    御情報を含む、請求項１１乃至１５に記載の基地局。
  22. 【請求項２２】 前記トレーニングシーケンスは、前記
    ワイヤレス光インターフェイスを通じて、前記端末装置
    のユーザ認証および課金に関する情報を含み、該情報に
    基づいて該端末装置のユーザが所望するコンテンツの購
    入申し込みが送信される、請求項１１乃至１５に記載の
    基地局。
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