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JP-2026077083-A - 光通信器、人工衛星、光通信方法、プログラム

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Abstract

【課題】光信号の出力パワーを変化させても光信号に含まれる各波長の出力パワーのバランスが崩れてしまうことを防ぐ光通信器を提供する。 【解決手段】空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する。複数の波長を含む光信号の利得を少なくとも２つの光増幅手段で調整する。少なくとも２つの光増幅手段における光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させる。空間距離に基づいて光信号の減衰量を２つの光増幅手段の間で調整する。 【選択図】図１

Inventors

  • 石井 大貴

Assignees

  • ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (10)

  1. 空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する距離取得手段と、 複数の波長を含む光信号の利得を調整する少なくとも２つの光増幅手段と、 前記光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させる前記少なくとも２つの光増幅手段に対応する利得制御手段と、 前記空間距離に基づいて前記光信号の減衰量を前記２つの光増幅手段の間で調整する減衰手段と、 を備える光通信器。
  2. 前記光増幅手段として第一光増幅手段と第二光増幅手段とを備え、 前記減衰手段は前記第一光増幅手段から前記第二光増幅手段へ出力される前記光信号の減衰量を調整する 請求項１に記載の光通信器。
  3. 前記利得制御手段として前記第一光増幅手段の利得を調整する第一利得制御手段と前記第二光増幅手段の利得を調整する第二利得制御手段とを備える 請求項２に記載の光通信器。
  4. 空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を計測する距離計測手段と、 を備える請求項３に記載の光通信器。
  5. 前記相手方の通信装置は宇宙空間を移動する複数の移動体である請求項４に記載の光通信器。
  6. 前記光信号に２つ以上の波長に乗せた信号を含む請求項５に記載の光通信器。
  7. 宇宙空間を移動する移動体に備わる請求項６に記載の光通信器。
  8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光通信器を備えた人工衛星。
  9. 空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得し、 複数の波長を含む光信号の利得を少なくとも２つの光増幅手段で調整し、 前記少なくとも２つの光増幅手段における前記光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させ、 前記空間距離に基づいて前記光信号の減衰量を前記２つの光増幅手段の間で調整する 光通信方法。
  10. 空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する距離取得手段と、 複数の波長を含む光信号の利得を調整する少なくとも２つの光増幅手段と、を備えた光通信器のコンピュータを、 前記光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させる前記少なくとも２つの光増幅手段に対応する利得制御手段、 前記空間距離に基づいて前記光信号の減衰量を前記２つの光増幅手段の間で調整する減衰手段、 として機能させるプログラム。

Description

本開示は、光通信器、人工衛星、光通信方法、プログラムに関する。 光信号を用いて複数の相手方と通信する場合、通信距離に応じて光信号の出力パワーを変える必要がある。 関連する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１には多重化されている光信号の数が変動しても、適切な強度に光信号を増幅することができる光増幅装置の技術が開示されている。 特開平８－２５５９４４号公報 本開示による光通信器の機能ブロック図である。本開示による光通信器が搭載される複数の人工衛星における光通信の態様を示す図である。関連する光通信器が相手方の光通信器と光通信する際の各波長の出力パワーを示す図である。本開示の光通信器の処理フローを示す図である。本開示に光通信器の制御により出力された光信号に含まれる各波長の出力パワーを示す図である。本開示の光通信器の他の構成を示す図である。本開示の光通信器の他の処理フローを示す図である。本開示の一態様による光通信器のハードウェア構成を示す図である。 以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。 図１は本開示の光通信器の機能ブロック図である。 図で示すように本開示の光通信器１は、第一送信部１１、第二送信部１２、合波部１３、第一光増幅部１４、減衰器１５、第二光増幅部１６、第一利得制御部１７、第二利得制御部１８、強度制御部１９、出力モニタ１００の各機能を発揮する。なお光通信器１は空間において離れて位置する相手方の光通信器１との空間距離を計測する距離計測部２と通信接続する。距離計測部２は光通信器１の構成として含まれてよい。 第一送信部１１は波長ａの光信号を送信する。 第二送信部１２は波長ｂの光信号を送信する。 合波部１３は入力した複数の波長の光信号を合波する。 第一光増幅部１４は合波部１３から出力された光信号を増幅する。 減衰器１５は光信号の減衰量を調整する。 第二信号増幅部１６は減衰器１５から出力された光信号を増幅する。 第一利得制御部１７は第一光増幅部１４の利得を調整する。 第二利得制御部１８は第二光増幅部１６の利得を調整する。 強度制御部１９は減衰器１５における光信号の減衰量を調整する。 出力モニタ１００は第二光増幅部から出力される出力パワーをモニタする。 図１で示す光通信器１は、距離取得手段である強度制御部１９が、空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する。光増幅手段である第一光増幅部１４と第二光増幅部１６とが複数の波長を含む光信号の利得を調整する。利得制御手段である第一利得制御部１７が、第一光増幅器１４における光信号の利得を制御し、もう一つの利得制御手段である第二利得制御部１８が、第二光増幅器１６における光信号の利得を制御して、各波長の出力パワーを一致させる。減衰手段である減衰器１５が、空間距離に基づいて光信号の減衰量を第一光増幅部１４と第二光増幅部１６との間で調整する。 図２は光通信器が搭載される複数の人工衛星における光通信の態様を示す図である。 図２において人工衛星２１、人工衛星２２、人工衛星２３を示す、例えば人工衛星２１は人工衛星２２、人工衛星２３それぞれと光通信により通信を行うことが想定される。一例として人工衛星２１と人工衛星２２の間の通信距離（空間距離）は閾値よりも長く、人工衛星２１の送信する光信号の出力パワーは大きい必要がある。他方、人工衛星２１と人工衛星２３の間の通信距離は、人工衛星２１と人工衛星２２の間の通信距離よりも短く、人工衛星２１と人工衛星２２とが通信する際の光信号の出力パワーよりも、人工衛星２１と人工衛星２３とが通信する際の光信号の出力パワーは小さくてよい。 ここで近年、通信衛星や観測衛星のデータ大容量化に伴って大容量通信の需要が増加している。電波と比べて大容量なだけでなくライセンスフリー（利用周波数帯の電波の利用申請等が不要な点）、高エネルギー効率という点でも優れている光通信器の人工衛星への搭載が行われている。また、多数の人工衛星間で相互に通信し、軌道上で通信ネットワークを構築する衛星コンステレーションと光通信衛星を組わせることで、大容量かつ接続性の高い通信ネットワークが実現できる。さらなる大容量化に向けて軌道上での波長多重通信の適用が必要となる。しかし、衛星コンステレーションにおいて、隣接する人工衛星の故障時や他軌道面との通信時に、通信距離が異なる人工衛星間と通信する必要がある。したがって、複数の波長の光を含む光信号の各波長のパワー比を保ちながら、通信距離に応じて適切な出力パワーを出力する送信器が必要となる。 図３は関連する光通信器が相手方の光通信器と光通信する際の各波長の出力パワーを示す図である。 関連する技術においては図３に示すように波長ａ、波長ｂなどの複数の波長を含む光信号を利得制御によって増幅すると、各波長の光出力パワーが異なってしまう。より具体的には、複数の波長を含む光信号の増幅において、利得を上げるために光増幅器の励起光を増やすと、光増幅器の利得スペクトルが変化するため、各波長での利得が変化し、各波長で出力パワー比が異なってしまう。 このような課題を解決するため、本開示の光通信器１は図１に示すような構成をとる。以下、本開示の光通信器１の処理について順を追って説明する。 図４は本開示の光通信器の処理フローを示す図である。 図５は本開示に光通信器の制御により出力された光信号に含まれる各波長の出力パワーを示す図である。 まず、第一送信部１１が波長ａの光信号を出力する（ステップＳ１０１）。また第二送信部１２が波長ｂの光信号を出力する（ステップＳ１０２）。なお第一送信部１１や第二送信部１２は、各波長の信号光に対して変調を加えて、送信したいデータを信号光に付与する。波長ａの光信号と波長ｂの光信号は合波部１３に入力する。合波部１３は波長ａの光信号と波長ｂの光信号を合波して第一光増幅部１４へ出力する（ステップＳ１０３）。合波部１３は波長ごとに集光角度が異なるＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating)の手法を用いて各波長の光を１つのファイバに合波するようにしてよい。なお光信号に乗せる各信号に対応する波長は３つ以上であってもよい。 第一光増幅部１４は所定の初期の第一利得制御部１７から得た利得制御信号に基づいて光信号を増幅して減衰器１５へ光信号を出力する（ステップＳ１０４）。 減衰器１５は所定の強度制御部１９から得た初期の減衰信号に基づいて入力した光信号の減衰量を調整して出力する（ステップＳ１０５）。 第二光増幅部１６は減衰器１５から光信号を入力し、第二利得制御部１８から得た所定の初期の利得制御信号に基づいてその光信号を増幅して出力する（ステップＳ１０６）。 この段階で、第一利得制御部１７が第一光増幅部１４へ出力する利得制御信号と、第二利得制御部１８が第二増幅部１６へ出力する利得制御信号とにより、予め図５の（４１）に示すように第二光増幅部１６の出力した光信号における波長ａと波長ｂの出力パワーが等しくなるよう制御しておく。具体的には、人工衛星に光通信器１が搭載される前に、第二光増幅部１６の出力した光信号における波長ａと波長ｂの出力パワーが等しくなるよう第一利得制御部１７と第二利得制御部１８の利得制御信号の値を事前に調整しておく。第一利得制御部１７と第二利得制御部１８利得制御信号の値の調整により各光増幅部における利得を相互に変化させることで、第二光増幅部１６の出力した光信号における波長ａと波長ｂの出力パワーが等しくなるよう調整することができる。 距離計測部２は通信相手となる光通信器２の距離を計測する（ステップＳ１０７）。例えば光通信器１が人工衛星２１，２２，２３に含まれる場合には、地上局からの受信した信号に含まれる通信の相手方人工衛星までの距離の情報を用いてもよい。または距離計測部２が人工衛星間の光信号の送受信のタイミングに基づいて光の速さと当該タイミングより距離を計算してもよい。距離計測部２は通信相手までの通信距離（空間距離）を強度制御部１９へ出力する。なお、通信相手となる光通信器２は地上局からその光通信器２の座標を受信するようにしてよい。 強度制御部１９は通信距離に応じた減衰量を特定する（ステップＳ１０８）。例えば強度制御部１９は所定の減衰量算出式に通信距離を入力して減衰量を算出してよい。または強度制御部１９はデータテーブルに記録されている通信距離と減衰量の関係に基づいて、取得した通信距離に応じた減衰量を補間計算により算出してもよい。または強度制御部１９はデータテーブルに記録されている通信距離と減衰量の関係に基づいて、取得した通信距離に応じた減衰量を読み取ってもよい。 強度制御部１９は特定した減衰量を含む制御信号を減衰器１５へ出力する。減衰器１５は制御信号に含まれる減衰量に基づいて第一光増幅部１４から出力された光信号を減衰して第二光増幅部１６へ出力する（ステップＳ１０９）。これにより第二光増幅部１６から出力される光信号の出力パワーが相手方との通信距離に応じた出力パワーとなる。なお減衰器１５が減衰量を大きくした場合には光信号の出力パワーは減少し、減衰量を小さくした場合には光信号の出力パワーは増大する。 減衰器１５の減衰量が相手方との通信距離に応じて制御される際、第一光増幅部１４と第二光増幅部１６の利得は、第一利得制御部１７と第二利得制御部１８とによって減衰器１５による減衰量の変更前と同様に制御される。このとき利得制御に基づく光信号に含まれる各波長の出力パワーのバランス（各波長のパワー比）は変動せずに、光信号に含まれる各波長の出力パワーの絶対値のみが変化するため、図５の（４２）に示すように減衰量の調整後も各波長の出力パワー比は一定のまま、各波長の出力パワーを相手方の通信距離に応じて増減させることができる。 以上の光通信器１の処理によれば、光信号の出力パワーを変化させても光信号に含まれる各波長の出力パワー比のバランスが崩れてしまうことを防ぐことができる。 図６は光通信器の他の構成を示す図である。 図７は光通信器の他の処理フローを示す図である。 光通信器１は、距離取得手段６１、光増幅手段６２、利得制御手段６３、減衰手段６４、を備えればよい。 距離取得手段６１は、空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する。 光増幅手段６２は、複数の波長を含む光信号の利得を少なくとも２つの光増幅手段で調整する。 利得制御手段６３は、少なくとも２つの光増幅手段における光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させる。 減衰手段６４は、空間距離に基づいて光信号の減衰量を２つの光増幅手段の間で調整する。 図８は本開示の一態様による光通信器のハードウェア構成を示す図である。 光通信器１は、図８で示すように、一部の処理部（手段）がＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１がプログラムを実行することによってその機能を発揮してもよい。この場合、光通信器１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、記憶装置１０４、通信モジュール１０５、入力装置１０６等を備えたコンピュータが内部に実装されてよい。 以上、実施形態を参照して本開示を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、本開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限らない。 （付記１） 空間において離れて位置する相手方の通信装置との空間距離を取得する距離取得手段と、 複数の波長を含む光信号の利得を調整する少なくとも２つの光増幅手段と 前記光信号の利得を制御して各波長の出力パワーを一致させる前