光空间通信收发终端和光空间通信系统的制作方法

1.本公开涉及光空间通信收发终端和光空间通信系统。


背景技术：

2.由于光空间通信具有能够期待收发器的小型化并且也能够期待低耗电这样的特征，因此，正在研究应用于下一代的卫星通信网络中的馈线链路(例如参照非专利文献1)。对于光空间通信中的收发器，为了提高接收灵敏度而使用光纤放大器。光纤放大器是将与光纤耦合的光信号放大的放大器。由光纤放大器放大后的光信号被输出到光收发器。光收发器从由光纤放大器放大后的光信号中提取与符号率对应的时钟信号，与提取出的时钟信号同步地对接收光信号进行采样，由此，进行接收光信号的解调处理。
3.现有技术文献
4.非专利文献
5.非专利文献1：h.hauschildt et al.，“hydron：high throughput optical network，”2019ieee international conference on space optical systems and applications(icsos)，portland，or，usa，2019.


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在使用光纤放大器时，需要通过会聚在大气中传播来的光信号而与光纤耦合。但是，在大气中传播的光信号受到大气波动的影响而导致波面畸变，因此，与光纤耦合时产生损耗。其结果是，由光纤放大器放大的接收光信号的snr(signal noise ratio：信噪比)下降。此外，与光纤耦合时产生的光信号的损耗伴随着大气的波动而发生变动，因此，接收光信号的snr也随时间变动。
8.在由于接收光信号的snr随时间变动而低于提取时钟信号所需的snr的情况下，光收发器无法从接收光信号中提取时钟信号，成为不能通信的状态。在该情况下，以往的光空间通信系统存在以下的问题：无法恢复通信，直到在接收光信号的snr恢复后从由光纤放大器放大的接收光信号中提取时钟信号为止。另外，光空间通信的通信容量与恢复通信所耗费时间的程度相应地下降。
9.本公开用于解决上述问题，其目的在于，得到一种光空间通信收发终端和光空间通信系统，在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信时，能够提取时钟信号而不等待接收光信号的snr的恢复。
10.用于解决问题的手段
11.本公开的光空间通信收发终端与相同结构的、并与其成对的光空间通信收发终端之间进行双向通信，具备：光收发器，其将发送数据转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的发送光信号并输出，针对以与接收时钟信号同步的周期对接收光信号进行采样得到的信号进行解调和解码，由此生成接收数据；强度调制部，其将发送时钟信号重叠于
从光收发器输出的发送光信号从而生成进行了强度调制的发送光信号，输出所生成的发送光信号；发送时钟源，其向光收发器和强度调制部供给共同的发送时钟信号；光纤耦合部，其将进行了强度调制的发送光信号作为准直光而输出，将所输入的光信号与光纤耦合；光纤放大器，其将通过光纤耦合部而与光纤耦合的光信号放大，将放大后的光信号作为接收光信号向光收发器输出；跟踪反射镜，其向光纤耦合部侧输出在空间中传播来的光信号，将由光纤耦合部设为准直光的发送光信号输出到空间，在输入传播角度误差时，输出基于所输入的传播角度误差对传播角度进行校正后的光信号；分束器，其对在跟踪反射镜与光纤耦合部之间传播的光信号的一部分进行分配；以及角度传感器，其将根据由分束器分配的光信号而检测出的传播角度误差输出到跟踪反射镜，将从由分束器分配的光信号中提取出的时钟信号作为接收时钟信号输出到光收发器。
12.发明的效果
13.根据本公开，角度传感器从与光纤耦合之前的光信号中提取时钟信号。由此，本公开的光空间通信收发终端在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信时，能够提取时钟信号而不等待接收光信号的snr的恢复。由此，相比于等待接收光信号的snr的恢复而提取时钟信号的情况，能够缩短直至使通信恢复为止的时间。
附图说明
14.图1是示出实施方式1的光空间通信系统的结构的框图。
15.图2是示出实施方式1的光空间通信收发终端的结构的框图。
16.图3是示出强度调制部的结构例的框图。
17.图4是示出角度传感器的例(1)的结构的框图。
18.图5是示出角度传感器的例(2)的结构的框图。
19.图6是示出实施方式2的光空间通信收发终端的结构的框图。
20.图7是示出arq控制部的结构的框图。
21.图8是示出arq控制部的动作的流程图。
22.图9是示出实现arq控制部的功能的硬件结构的框图。
23.图10是示出执行实现arq控制部的功能的软件的硬件结构的框图。
24.图11是示出实施方式3的光空间通信收发终端具备的光收发器的结构的框图。
25.图12是示出实施方式3中的光收发器具备的发送部和接收部的动作的流程图。
26.图13是示出实现实施方式3中的光收发器具备的发送部和接收部的功能的硬件结构的框图。
27.图14是示出执行实现实施方式3中的光收发器具备的发送部和接收部的功能的软件的硬件结构的框图。
具体实施方式
28.实施方式1
29.图1是示出实施方式1的光空间通信系统1的结构的框图。在图1中，光空间通信系统1是使用在空间中传播的光进行通信的系统，具备光空间通信收发终端1a的对。在光空间
通信系统1中，如图1所示，光空间通信收发终端1a在与成对的相同结构的光空间通信收发终端1a之间进行双向通信。
30.图2是示出光空间通信收发终端1a的结构的框图。光空间通信收发终端1a具备光收发器2、发送时钟源3、强度调制部4、光纤耦合部5、跟踪反射镜6、分束器7、角度传感器8以及光纤放大器9。光收发器2、强度调制部4、光纤耦合部5以及光纤放大器9通过光纤相互连接。此外，光收发器2、发送时钟源3、跟踪反射镜6以及角度传感器8相互通过信号线而连接。
31.光收发器2将发送数据(1)转换成以与发送时钟信号(5)同步的符号率进行了调制的发送光信号(3)并输出。此外，光收发器2以与接收时钟信号(8)同步的周期对接收光信号(4)进行采样，对采样后的信号进行解调和解码，由此，生成接收数据(2)。
32.发送时钟源3向光收发器2和强度调制部4供给共同的发送时钟信号(5)。在通过发送时钟源3输出了频率为100mhz的发送时钟信号(5)的情况下，光收发器2通过将发送时钟信号(5)的频率例如倍增为20倍而生成以2ghz的符号率调制后的发送光信号(3)。
33.强度调制部4将发送时钟信号(5)重叠于从光收发器2输出的发送光信号(3)而生成进行了强度调制的发送光信号(3)，将强度调制后的发送光信号(6)输出到光纤耦合部5。例如，强度调制部4是将发送时钟信号(5)作为调制信号而重叠于发送光信号(3)的强度调制器。在发送光信号的强度调制处理中，强度调制部4的调制振幅小，并且发送光信号(3)的强度不会大幅变动。由此，能够降低强度调制后的发送光信号(3)的强度的变动对由光收发器2进行的光信号的调制解调处理造成的影响。
34.强度调制部4例如具有图3所示的结构。图3是示出强度调制部4的结构例的框图。强度调制部4具备电光转换器41和光合波器42。电光转换器41是图3中的“e/o”。电光转换器41将从发送时钟源3供给的发送时钟信号(5)从电信号转换成光信号。
35.光合波器42对从光收发器2输出的发送光信号(3)与由电光转换器41转换成光信号的发送时钟信号进行合波。由此，通过重叠发送时钟信号(5)而对发送光信号(3)进行强度调制。另外，转换成光信号的发送时钟信号(5)是与发送光信号(3)不同的波长的光信号。即，由光合波器42进行了强度调制的发送光信号(6)是波长相互不同的信号被波长复用而得到的信号。发送光信号(6)从光合波器42被输出到光纤耦合部5。
36.光纤耦合部5将由强度调制部4进行了强度调制的发送光信号(6)作为准直光(平行光)而输出，将从跟踪反射镜6侧输入的光信号与光纤耦合。例如，光纤耦合部5具备会聚来自跟踪反射镜6的光信号的聚光透镜、以及保持该聚光透镜和光纤的光学系统支架。由光学系统支架保持的光纤与光纤放大器9的输入侧连接。来自跟踪反射镜6的光信号由聚光透镜会聚后入射到该光纤。
37.跟踪反射镜6在入射了从成对的相同结构的光空间通信收发终端1a发送并在空间中传播来的光信号时，将入射的光信号输出到光纤耦合部5侧。例如，跟踪反射镜6至少具备向光纤耦合部5侧反射入射光的反射镜部、以及使反射镜部的角度变化的反射镜驱动部。
38.跟踪反射镜6在从角度传感器8输入光信号的传播角度误差(7)时，输出基于输入的传播角度误差(7)对传播角度进行校正后的光信号。传播角度误差(7)是与和光轴一致的光束之间的传播角度的差分。例如，反射镜驱动部以消除传播角度误差(7)的方式使反射镜部的角度变化，从而对入射到跟踪反射镜6的光信号的传播角度进行校正。校正了传播角度后的光信号经由分束器7被输出到光纤耦合部5侧。
39.在由光纤耦合部5设为准直光的发送光信号经由分束器7入射到跟踪反射镜6时，跟踪反射镜6将所入射的准直光输出到空间。由此，发送光信号被发送到成对的光空间通信收发终端1a。此外，跟踪反射镜6基于由角度传感器8检测到的传播角度误差(7)，对由光纤耦合部5设为准直光的发送光信号(6)的传播角度进行校正，将校正了传播角度的光信号输出到空间。由此，发送到成对的光空间通信收发终端1a的光信号的传播方向被补偿。
40.分束器7将在光纤耦合部5与跟踪反射镜6之间传播的光信号的一部分分配给角度传感器8。例如，分束器7将从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的发送光信号的一部分分配给角度传感器8，将从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的发送光信号的一部分分配给角度传感器8。
41.角度传感器8检测由分束器7分配的光信号的传播角度误差(7)，将检测到的传播角度误差(7)输出到跟踪反射镜6。此外，角度传感器8从由分束器7分配的光信号中提取时钟信号，将提取出的时钟信号作为接收时钟信号(8)输出到光收发器2。接收时钟信号(8)是时钟频率的正弦波信号、或者由0(低)值与1(高)值的重复构成的信号，仅将其频率用作时钟。
42.角度传感器8例如具有图4所示的结构。图4是示出角度传感器8的例(1)的结构的框图。在图4中，角度传感器8具备透镜81、4分割受光元件82(以下记载为4分割pd82。)以及带通滤波器83(以下记载为bpf83。)。
43.透镜81将由分束器7分配的光信号会聚于4分割pd82的受光面的中心。4分割pd82是具有被分别分割为4个受光区域的受光面的分割型受光元件。bpf83是将成对的光空间通信收发终端1a中的发送时钟信号(5)的频带设为通带的带通滤波器。
44.4分割pd82的受光面的中心是与4个受光区域全部相邻的位置。4分割pd82例如具备运算部，该运算部基于在4个受光区域中接收的光的强度来计算会聚于受光面的光信号的传播角度误差(7)。在光信号的聚光位置相对于受光面的中心偏移的情况下，在受光区域之间接收的光的强度产生差。4分割pd82的上述运算部基于在4个受光区域分别接收的光的强度差、以及在4个受光区域中接收的光的合计强度，来计算聚光位置相对于受光面的中心的偏移。进而，上述运算部基于聚光位置相对于受光面的中心的偏移，来检测聚光于受光面的光信号的传播角度误差(7)。
45.在光空间通信系统1中，从发送侧的光空间通信收发终端1a向接收侧的光空间通信收发终端1a发送的光信号是强度与发送时钟信号(5)同步地变动的光信号。即，在4分割pd82的受光面中的4个受光区域中接收的光的合计强度的变动对应于从发送侧的光空间通信收发终端1a发送的光信号的强度的变动。
46.bpf83使从4分割pd82输出的强度变动的频带中的发送侧的光空间通信收发终端1a的发送时钟信号(5)的频带通过，由此能够提取时钟信号。由bpf83提取出的时钟信号作为接收时钟信号(8)被输出到光收发器2。
47.图5是示出角度传感器8的例(2)的结构的框图。在图5中，角度传感器8具备分束器84、透镜85、4分割受光元件86(以下记载为4分割pd86。)、光电转换器87以及带通滤波器88(以下记载为bpf88。)。光电转换器87是图5中的“o/e”。分束器84将由分束器7分配的光信号分配给4分割pd86和光电转换器87。透镜85将由分束器7分配的光信号会聚于4分割pd86的受光面的中心。
48.4分割pd86与4分割pd82同样，是具有被分别分割为4个受光区域的受光面的受光元件。受光面的中心是与4个受光区域全部相邻的位置。4分割pd86具备运算部，该运算部基于在4个受光区域中接收的光的强度，来计算会聚于受光面的光信号的传播角度误差(7)。
49.在光信号的聚光位置相对于受光面的中心偏移的情况下，在受光区域之间接收的光的强度产生差。4分割pd86的上述运算部基于在4个受光区域中分别接收的光的强度差、以及在4个受光区域中接收的光的合计强度，来计算聚光位置相对于受光面的中心的偏移。进而，上述运算部基于聚光位置相对于受光面的中心的偏移，来检测会聚于受光面的光信号的传播角度误差(7)。
50.光电转换器87将由分束器7分配的光信号转换成电信号。bpf88是将成对的光空间通信收发终端1a中的发送时钟信号(5)的频带设为通带的带通滤波器。
51.在光空间通信收发终端1a中，例如使用单模光纤。单模光纤通常是模式色散的影响低的光纤，纤芯直径受到制约。与此相对，在图4和图5所示的4分割pd82、4分割pd86以及光电转换器87的受光面不受制约，具有比光纤的纤芯直径大的受光区域。由此，即便所输入的光的波面发生畸变，相比于与光纤耦合时的光信号的强度，角度传感器8也能够抑制检测到的光信号的强度的下降。即，角度传感器8能够根据与光纤耦合之前的光信号来检测强度变动，因此，即便在受到大气波动的影响而导致光的波面发生了畸变的情况下，也能够从接收光信号稳定地提取时钟信号，并且能够持续供给到光收发器2。
52.由角度传感器8从接收光信号提取的时钟信号是与来自成对的相同结构的光空间通信收发终端1a的发送光信号的符号率同步的时钟信号。因此，光收发器2通过与由角度传感器8提取出的时钟信号同步地对接收光信号进行采样，能够实现与接收光信号同步的采样。在接收光信号(4)的snr受到大气波动的影响而下降到不能通信的状态之后再恢复到能够通信的状态时，光收发器2能够使用由角度传感器8提取出的时钟信号，直接进行信号的解调和解码。由此，能够缩短直至通信恢复为止的时间，能够防止通信容量的下降。
53.从发送侧的光空间通信收发终端1a向接收侧的光空间通信收发终端1a发送的光信号是强度与发送时钟信号(5)同步地变动的被实施了强度调制的光信号。即，由光电转换器87从光信号转换后的电信号的强度变动对应于从发送侧的光空间通信收发终端1a发送的发送光信号的强度的变动。
54.bpf88使从光电转换器87输出的电信号的强度变动的频带中的发送侧的光空间通信收发终端1a中的发送时钟信号(5)的频带通过，由此能够提取时钟信号。由bpf88提取出的时钟信号作为接收时钟信号(8)被输出到光收发器2。
55.光纤放大器9与光纤耦合部5所保持的光纤连接。光纤放大器9是使通过光纤耦合部5与光纤耦合的光信号的强度放大而提高受光灵敏度的光学元件。使入射到光纤的接收光的光束的强度与激励光相应地放大，将放大了强度的接收光信号(4)向光收发器2射出。
56.光空间通信收发终端1a的具体动作如下所述。
57.光收发器2以与从发送时钟源3供给的发送时钟信号(5)同步的符号率对从外部输入的发送数据(1)进行调制，将调制后的发送光信号(3)输出到强度调制部4。
58.强度调制部4将从发送时钟源3供给的发送时钟信号(5)重叠于发送光信号(3)而生成进行了强度调制的发送光信号(3)，将强度调制后的发送光信号(6)输出到光纤耦合部5。另外，可能由于在光收发器2对光信号进行调制时产生的光信号的强度变动而产生对接
收时钟信号(8)的串扰。于是，通过将与发送光信号(3)重叠的发送时钟信号(5)的频率例如设为符号率的10分之1以下的频率，从而图4和图5所示的bpf83或88能够抑制对接收时钟信号(8)的串扰。
59.光纤耦合部5将由强度调制部4进行了强度调制的发送光信号(6)设为准直光，向分束器7输出发送光信号(6)的准直光。分束器7将从光纤耦合部5输出的发送光信号(6)的准直光输出到跟踪反射镜6，将发送光信号(6)的一部分分配给角度传感器8。角度传感器8检测由分束器7分配的光信号的传播角度误差(7)，将检测到的传播角度误差(7)输出到跟踪反射镜6。
60.跟踪反射镜6基于由角度传感器8检测到的传播角度误差(7)，对由光纤耦合部5设为准直光的发送光信号(6)的传播角度进行校正。将校正了传播角度的光信号输出到空间。由此，补偿向成对的光空间通信收发终端1a发送的光信号的传播方向。
61.当从成对的光空间通信收发终端1a发送并在空间中传播来的光信号入射到跟踪反射镜6时，跟踪反射镜6将入射的光信号经由分束器7输出到光纤耦合部5侧。分束器7将从跟踪反射镜6输出的光信号向光纤耦合部5输出，将该光信号的一部分分配给角度传感器8。
62.从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光配置在同一光轴上。光纤耦合部5具备按照每个波长对输入的光进行分离的波长滤波器。光纤耦合部5使用波长滤波器将上述两个方向的光分离而与光纤耦合。由此，即便在成对的光空间通信收发终端1a之间发送了波长互不相同的光信号的情况下，也能够在光纤耦合部5中分离收发光。此外，也可以在光纤耦合部5中设置将两个方向的光分离的光环行器。
63.使从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光平行。角度传感器8对两个方向的光中的、从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光的传播角度误差(7)进行检测。跟踪反射镜6也可以使用根据从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光而检测到的传播角度误差(7)，来校正从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光双方的传播角度。
64.光纤耦合部5将从跟踪反射镜6输出的光信号与光纤耦合。光纤放大器9将通过光纤耦合部5而与光纤耦合的接收光信号(4)的强度放大，将放大了强度的接收光信号(4)通过光纤输出到光收发器2。角度传感器8从由分束器7分配的光信号的一部分中提取接收时钟信号(8)，将提取出的接收时钟信号(8)输出到光收发器2。
65.光收发器2以与接收时钟信号(8)同步的周期对在光纤中传播来的接收光信号(4)进行采样，并对所采样的信号进行解调和解码，由此，生成接收数据(2)并输出到外部。
66.另外，在图3所示的光合波器42将波长与发送光信号(3)不同的发送时钟信号(5)作为调制信号进行波长复用的情况下，光收发器2对接收光信号(4)(从成对的光空间通信收发终端1a发送的发送光信号(6))进行相干检波。由此，光收发器2能够根据接收光信号(4)(强度调制后的发送光信号(6))，对波长与发送时钟信号不同的发送光信号进行解调和解码。
67.另外，在图4和图5中，示出了4分割pd82或4分割pd86对光信号的传播角度误差进行检测的结构，但角度传感器8具备的受光元件是具有被分割为多个区域的受光面的受光元件即可，不限定于分割为4个。例如，是能够检测受光面的中心位置与光信号的聚光位置之间的偏移的受光元件即可，也可以是受光面被分割为2个区域的受光元件或者受光面被
分割为5个区域以上的受光元件。
68.如以上那样，在实施方式1的光空间通信收发终端1a中，角度传感器8从与光纤耦合之前的光信号中提取时钟信号。由此，光空间通信收发终端1a在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信时，能够提取时钟信号而不等待接收光信号的snr的恢复。由此，相比于等待接收光信号的snr的恢复而提取时钟信号的情况，能够缩短直至使通信恢复为止的时间。
69.在实施方式1的光空间通信收发终端1a中，角度传感器8具备在被分割为4个区域的受光面中接收光信号的4分割pd82或86、在4分割pd82或86的受光面的中心位置会聚光信号的透镜81或85、以及将来自成对的相同结构的光空间通信收发终端1a的发送时钟信号(5)的频带设为通带的bpf83或88。角度传感器8基于光信号的聚光位置与4分割pd82或86的中心位置之间的偏移，来检测光信号的传播角度误差。将由bpf83或88提取出的时钟信号作为接收时钟信号输出到光收发器2。例如，4分割pd82或86具有比光纤的纤芯直径大的受光区域，因此，角度传感器8能够根据与光纤耦合之前的光信号来检测强度变动。由此，即便光信号受到大气波动的影响，角度传感器8也能够从接收光信号稳定地提取时钟信号，并且能够持续供给到光收发器2。
70.在实施方式1的光空间通信系统1中，具备成对的相同结构的光空间通信收发终端1a，在成对的相同结构的光空间通信收发终端1a之间进行双向通信。由此，在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信时，能够提取时钟信号而不等待接收光信号的snr的恢复。由此，相比于等待接收光信号的snr的恢复而提取时钟信号的情况，能够缩短直至使通信恢复为止的时间。
71.实施方式2
72.图6是示出实施方式2的光空间通信收发终端1b的结构的框图。在图6中，针对与图2相同的结构要素标注相同的标号并省略说明。光空间通信收发终端1b在图1所示的光空间通信系统1中，在与成对的相同结构的光空间通信收发终端1b之间进行双向通信。
73.如图6所示，光空间通信收发终端1b具备光收发器2、发送时钟源3、强度调制部4、光纤耦合部5、跟踪反射镜6、分束器7、角度传感器8a、光纤放大器9、arq(automatic repeat request)控制部10、低速接收器11以及低速发送器12。
74.在光空间通信收发终端1b中，光收发器2、强度调制部4、光纤耦合部5以及光纤放大器9通过光纤相互连接。此外，光收发器2、发送时钟源3、跟踪反射镜6、角度传感器8a、arq控制部10、低速接收器11以及低速发送器12相互通过信号线而连接。
75.角度传感器8a输入由分束器7分配的光信号，生成所输入的光信号的强度调制信号(8a)。强度调制信号(8a)是表示光信号的强度变动的电信号。例如，强度调制信号(8a)是由0(高)值和1(低)值的排列构成的数字信号，是包含帧的重发请求等的信号。在强度调制信号(8a)中包含接收时钟信号(8)这样的正弦波成分，低速接收器11能够从强度调制信号(8a)中取出上述正弦波成分。此外，角度传感器8a与角度传感器8同样，例如具有图4和图5所示的结构要素。4分割pd82或86检测所入射的光的传播角度误差，检测所入射的光的强度变动。此外，bpf83或88是将从成对的光空间通信收发终端1b具备的低速发送器12输出的信号的频带设为通带的带通滤波器。
76.表示由4分割pd82或86检测到的强度变动的信号中的通过了bpf83或88的信号作
为强度调制信号(8a)被输出。从角度传感器8a输出的强度调制信号(8a)被输出到低速接收器11。低速接收器11通过对强度调制信号(8a)进行解调和解码而再现与符号率同步的时钟信号。由低速接收器11再现的时钟信号被输出到光收发器2。
77.arq控制部10将从外部输入的发送帧(1a)作为发送数据(1)输出到光收发器2。此外，arq控制部10将与从低速接收器11输出的重发请求信号(9)所表示的序号对应的发送帧作为发送数据输出到光收发器2。此外，arq控制部10存储从光收发器2输出的接收数据(2)作为接收帧(2a)，在接收帧(2a)的序号存在丢失的情况下，将与丢失的序号对应的接收帧(2a)的重发请求信号(10)输出到低速发送器12。
78.低速接收器11通过对从角度传感器8a输出的强度调制信号(8a)进行解调和解码而再现与符号率同步的时钟信号，将再现的时钟信号作为接收时钟信号(8)输出到光收发器2。此外，低速接收器11在通过对强度调制信号(8a)进行解调和解码而再现了重发请求信号(9)的情况下，将再现的重发请求信号(9)输出到arq控制部10。重发请求信号(9)是表示存在丢失的通信帧的重发请求的信号，包含与相应帧对应的序号。另外，序号被存储在通信帧的报头等中。
79.低速发送器12将从arq控制部10输出的重发请求信号(10)转换成以与发送时钟信号(5)同步的符号率调制出的信号，将转换后的信号输出到强度调制部4。符号率设为与发送时钟信号(5)的频率相同或相同程度。低速发送器12即便在不存在来自arq控制部10的重发请求信号(10)的情况下，也将以与发送时钟信号(5)同步的符号率调制出的随机信号连续地输出到强度调制部4。在强度调制部4的强度调制处理中，强度调制部4的调制振幅小且发送光信号(3)的强度不大幅变动。由此，能够降低强度调制后的发送光信号(3)的强度的变动对由光收发器2进行的光信号的调制解调处理造成的影响。通过使用相对于光收发器(2)的调制速度为低速的调制速度，即便减小强度变动，也能够通过低速接收器进行解调。
80.图7是示出arq控制部10的结构的框图。在图7中，arq控制部10具备发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106。发送缓冲器101是按照序号的顺序存储从外部输入的发送帧(1a)的内部缓冲器。发送数据输出部102将从发送缓冲器101按照序号的顺序读出的发送帧(1a)作为发送数据(1)输出到光收发器2。
81.接收缓冲器103是将从光收发器2输出的接收数据(2)按照序号的顺序作为接收帧(2a)而存储的内部缓冲器。接收帧输出部104是将接收缓冲器103所存储的接收帧(2a)按照序号的顺序输出到外部。
82.序列丢失判定部105是判定接收缓冲器103所存储的接收帧(2a)的序号是否发生了丢失的判定部。重发请求输出部106在由序列丢失判定部105判定为序号发生了丢失的情况下，将与丢失的序号对应的接收帧(2a)的重发请求信号(10)输出到低速发送器12。
83.光空间通信收发终端1b的具体动作如下所述。
84.arq控制部10将外部输入的发送帧(1a)作为发送数据(1)输出到光收发器2。光收发器2以与从发送时钟源3供给的发送时钟信号(5)同步的符号率对从arq控制部10输入的发送数据(1)进行调制，将调制后的发送光信号(3)输出到强度调制部4。
85.低速发送器12向强度调制部4输出以与发送时钟信号(5)同步的符号率进行了调制的信号。低速发送器12在存在来自arq控制部10的重发请求信号(10)的情况下，向强度调
制部4输出以与发送时钟信号(5)同步的符号率对重发请求信号(10)进行了调制的信号。
86.强度调制部4通过将从低速发送器12输出的信号重叠于发送光信号(3)而生成强度调制后的发送光信号(6)，将强度调制后的发送光信号(6)输出到光纤耦合部5。另外，可能由于在光收发器2对光信号进行了调制时产生的光信号的强度变动而产生对强度调制信号(8a)的串扰。于是，通过将与发送光信号(3)重叠的强度调制信号(8a)的频率例如设为符号率的10分之1以下的频率，从而图4和图5所示的bpf83或88能够抑制对强度调制信号(8a)的串扰。
87.光纤耦合部5将由强度调制部4进行了强度调制的发送光信号(6)设为准直光，向分束器7输出发送光信号(6)的准直光。分束器7将从光纤耦合部5输出的发送光信号(6)的准直光输出到跟踪反射镜6，将发送光信号(6)的一部分分配给角度传感器8a。角度传感器8a检测由分束器7分配的光信号的传播角度误差(7)，将检测到的传播角度误差(7)输出到跟踪反射镜6。
88.跟踪反射镜6基于由角度传感器8a检测到的传播角度误差(7)，对由光纤耦合部5设为准直光的发送光信号(6)的传播角度进行校正。将校正了传播角度的光信号输出到空间。由此，补偿向成对的光空间通信收发终端1b发送的的光信号的传播方向。
89.当从成对的光空间通信收发终端1b发送并在空间中传播来的光信号入射到跟踪反射镜6时，跟踪反射镜6将入射的光信号经由分束器7输出到光纤耦合部5侧。分束器7将从跟踪反射镜6输出的光信号向光纤耦合部5输出，将该光信号的一部分分配给角度传感器8a。
90.从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光配置在同一光轴上。光纤耦合部5具备按照每个波长对输入的光进行分离的波长滤波器。光纤耦合部5使用波长滤波器将上述两个方向的光分离而与光纤耦合。由此，即便在成对的光空间通信收发终端1b之间发送了波长互不相同的光信号的情况下，也能够在光纤耦合部5中分离收发光。此外，也可以在光纤耦合部5中设置将两个方向的光分离的光环行器。
91.使从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光平行。角度传感器8a对两个方向的光中的、从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光的传播角度误差(7)进行检测。跟踪反射镜6也可以使用根据从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光而检测到的传播角度误差(7)，来校正从光纤耦合部5向跟踪反射镜6输出的光和从跟踪反射镜6向光纤耦合部5输出的光双方的传播角度。
92.光纤耦合部5将从跟踪反射镜6输出的光信号与光纤耦合。光纤放大器9将通过光纤耦合部5而与光纤耦合的接收光信号(4)的强度放大，将放大了强度的接收光信号(4)通过光纤输出到光收发器2。角度传感器8a从由分束器7分配的光信号的一部分生成强度调制信号(8a)，将强度调制信号(8a)输出到低速接收器11。
93.低速接收器11通过对从角度传感器8a输出的强度调制信号(8a)进行解调和解码，再现与符号率同步的接收时钟信号(8)。由低速接收器11再现的接收时钟信号(8)被输出到光收发器2。光收发器2以与接收时钟信号(8)同步的周期对在光纤中传播来的接收光信号(4)进行采样。光收发器2通过对采样后的信号进行解调和解码而生成接收数据(2)，将生成的接收数据(2)输出到arq控制部10。
94.arq控制部10存储从光收发器2输出的接收数据(2)作为接收帧(2a)，在存储的接
收帧(2a)中，在存在序号丢失的情况下，将与丢失的序号对应的接收帧(2a)的重发请求信号(10)输出到低速发送器12。
95.另外，在图3所示的光合波器42将波长与发送光信号(3)不同的信号作为调制信号进行波长复用的情况下，光收发器2对接收光信号(4)(从成对的光空间通信收发终端1b发送的发送光信号(6))进行相干检波。由此，光收发器2能够根据接收光信号(4)(强度调制后的发送光信号(6))，对波长与发送时钟信号不同的发送光信号进行解调和解码。
96.图8是示出arq控制部10的动作的流程图。
97.发送数据输出部102确认是否从低速接收器11收到重发请求信号(9)(步骤st1)。在没有收到重发请求信号(9)的情况下(步骤st1；否)，移至步骤st4的处理。此外，发送数据输出部102在收到与特定的序号对应的通信帧的重发请求信号的情况下(步骤st1；是)，确认在发送缓冲器101中是否存储有发送帧(1a)(步骤st2)。在发送缓冲器101中未存储发送帧(1a)的情况下(步骤st2；否)，移至步骤st4的处理。
98.在发送缓冲器101中存储有发送帧(1a)的情况下(步骤st2；是)，发送数据输出部102将发送缓冲器101所存储的发送帧(1a)作为发送数据(1)输出到光收发器2(步骤st3)。发送缓冲器101按照序号的顺序存储从外部输入的发送帧(1a)(步骤st4)。如果发送缓冲器101所存储的发送帧中存在未输出的帧，则发送数据输出部102将该帧输出到光收发器2(步骤st5)。
99.接收缓冲器103将从光收发器2输出的接收数据(2)作为接收帧(2a)，按照序号的顺序进行存储(步骤st6)。接着，序列丢失判定部105判定在存储于接收缓冲器103的接收帧(2a)中是否存在序号的丢失(步骤st7)。这里，在序号存在丢失的情况下(步骤st7；是)，重发请求输出部106将丢失的序号的通信帧的重发请求信号(10)输出到低速发送器12(步骤st8)。
100.此外，在序号不存在丢失的情况下(步骤st7；否)，接收帧输出部104读出接收缓冲器103所存储的接收帧中的未输出的接收帧，将读出的接收帧(2a)输出到外部(步骤st9)。之后，返回步骤st1的处理，重复进行从步骤st1开始的一系列处理。
101.关于序号的丢失，在无法通过光收发器2对与丢失的序号对应的帧进行解调和解码的情况下产生。例如，在空间中传播来的光的波面受到大气波动的影响而发生畸变，当波面畸变的光信号与光纤耦合时，强度下降(损耗)。其结果是，接收光信号(4)的snr低于解调所需的snr，由此，无法对接收帧进行解调和解码。
102.arq控制部10对接收缓冲器103所存储的接收帧的序号的丢失进行插补，之后按照序号的顺序输出帧。另外，发送缓冲器101和接收缓冲器103所存储的帧在经过既定的时间后被废弃。
103.图9是示出实现arq控制部10的功能的硬件结构的框图。图10是示出执行实现arq控制部10的功能的软件的硬件结构的框图。arq控制部10具备的发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的功能由处理电路实现。即，arq控制部10具备执行图8所示的步骤st1至步骤st9的处理的处理电路。处理电路可以是专用的硬件，也可以是执行存储器所存储的程序的cpu(central processing unit)。
104.在上述处理电路是图9所示的专用的硬件的处理电路200的情况下，处理电路200
例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)、fpga(field-programmable gate array)、或者它们的组合。arq控制部10具备的发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的功能可以由不同的处理电路实现，也可以统一由1个处理电路实现这些功能。
105.在上述处理电路是图10所示的处理器201的情况下，arq控制部10具备的发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的功能由软件、固件或软件与固件的组合实现。另外，软件或固件以程序的形式记述，并存储在存储器202中。
106.处理器201通过读出并执行存储器202所存储的程序，来实现arq控制部10具备的发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的功能。例如，arq控制部10具备存储器202，该存储器202用于存储在由处理器201执行时结果上执行图8所示的流程图中的步骤st1至步骤st9的处理的程序。这些程序使计算机执行发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的步骤或方法。存储器202也可以是计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有用于使计算机作为发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106发挥功能的程序。
107.存储器202例如对应于ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、闪存、eprom(erasable programmable rom：可擦可编程只读存储器)、eeprom(electrically-eprom：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘、dvd等。
108.也可以是，arq控制部10具备的发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106的功能的一部分由专用硬件实现，剩余的一部分由软件或固件实现。例如，发送缓冲器101和接收缓冲器103通过作为专用的硬件的处理电路200而实现功能，发送数据输出部102、接收帧输出部104、序列丢失判定部105以及重发请求输出部106通过处理器201读出并执行存储器202所存储的程序而实现功能。这样，处理电路能够通过硬件、软件、固件、或者它们的组合而实现上述功能。
109.如以上那样，在实施方式2的光空间通信收发终端1b中，角度传感器8a从与光纤耦合之前的光信号中提取强度调制信号。低速接收器11通过对从角度传感器8a输出的强度调制信号进行解调和解码，再现与符号率同步的时钟信号，将再现的时钟信号作为接收时钟信号(8)输出到光收发器2。即便在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信的情况下，角度传感器8a也能够稳定地提取强度调制信号。因此，低速接收器11与光收发器2相比，能够稳定地对重发请求信号进行解调和解码，并且，也能够将接收时钟信号稳定地供给到光收发器2。由此，光空间通信收发终端1b相比于等待接收光信号的snr的恢复而提取时钟信号的情况，能够缩短直至使通信恢复为止的时间，能够防止通信容量的下降。此外，低速接收器11能够对通信帧的重发请求信号稳定地进行解调和解码并输出到arq控制部10。由此，能够不延迟地应对重发请求，抑制传输延迟。
110.在实施方式2的光空间通信收发终端1b中，arq控制部10具备发送缓冲器101、发送数据输出部102、接收缓冲器103、接收帧输出部104、序列丢失判定部105、以及重发请求输出部106。通过具有这些结构要素，即便存储于接收缓冲器103的帧的序号存在丢失，arq控制部10也能够不延迟地针对相应的帧进行重发请求。
111.在实施方式2的光空间通信系统1中，具备成对的相同结构的光空间通信收发终端1b，在成对的相同结构的光空间通信收发终端1b之间进行双向通信。由此，在由于在将光信号与光纤耦合时产生的损耗所引起的接收光信号的snr的下降而无法通信时，能够提取时钟信号而不等待接收光信号的snr的恢复。由此，相比于等待接收光信号的snr的恢复而提取时钟信号的情况，能够缩短直至使通信恢复为止的时间。
112.实施方式3
113.图11是示出实施方式3的光空间通信收发终端1a或1b具备的光收发器2a的结构的框图。光收发器2a是代替图1所示的光空间通信收发终端1a或图6所示的光空间通信收发终端1b中的光收发器2而设置的。如图11所示，光收发器2a具备发送部21、光调制器22、多普勒频移估计器23、接收部24以及相干检波器25。
114.发送部21输出以与发送时钟信号(5)同步的符号率对发送数据(1)进行了调制的信号。发送部21具备调制信号转换部211。发送部21例如是dsp(digital signal processor：数字信号处理器)。调制信号转换部211将输入的发送数据(1)转换成以与发送时钟信号(5)同步的符号率进行了调制的信号。
115.光调制器22将从发送部21输出的调制信号转换成发送光信号(3)并输出到强度调制部4。多普勒频移估计器23估计从角度传感器8或低速接收器11输入的接收时钟信号(8)的多普勒频移量。多普勒频移量是将通过多普勒频移而产生的频率差除以频移前的频率而得到的值。例如，多普勒频移估计器23检测接收时钟信号(8)与标称频率跟该接收时钟信号(8)相同的内部时钟信号之间的频率差，并除以上述标称频率，由此计算多普勒频移量。此外，接收时钟信号(8)也被输入到接收部24。
116.相干检波器25对从光纤放大器9输出的接收光信号(4)进行相干检波。接收部24使用相干检波后的接收光信号(4)、接收时钟信号(8)中的多普勒频移量的估计值和接收时钟信号(8)，对接收数据(2)进行解码。接收部24例如是dsp。
117.如图11所示，接收部24具备采样部241、自适应均衡部242、snr估计部243、频率差估计部244、频率差补偿部245、相位差估计部246、相位差补偿部247以及解码部248。采样部241以与接收时钟信号(8)同步的符号率对相干检波后的接收光信号(4)进行采样。例如，采样部241以与接收时钟信号(8)同步的符号率或符号率的有理数倍对相干检波后的信号进行采样。
118.自适应均衡部242自适应地对由采样部241采样得到的信号进行均衡。自适应均衡部242以输出的信号点与理想的信号点之间的误差在一定时间内的平均成为最小的方式进行均衡。例如，在调制方式是qpsk(quadraphase-shift keying：四相移键控)的情况下，能够通过恒包络算法来实现自适应的均衡。
119.snr估计部243估计进行了自适应均衡的信号的snr。例如，snr估计部243通过在一定时间内对均衡后的信号与理想的信号点之间的误差进行平均来估计误差量，从而估计snr。
120.频率差估计部244使用由自适应均衡部242进行了自适应均衡的信号、snr的估计值以及多普勒频移量的估计值，来估计进行了自适应均衡的信号的频率差。例如，在频率差的估计处理中，为了抑制噪声的影响而使用了多个样本，进行使用了多个样本的逐次计算，将估计值平均化。在光信号受到大气波动的影响而导致snr下降的期间内、基于该多普勒频移的频率差发生变化的情况下，频率差的估计中的逐次计算的初始值相对于真实值偏移，到收敛为止需要时间。在该情况下，无法补偿频率差，即便接收光信号的snr恢复，到通信恢复为止也需要时间。
121.于是，光收发器2a根据不容易受到由大气波动的影响造成的波面的畸变的影响而稳定地被供给的接收时钟信号(8)来估计多普勒频移量，由此，接收部24能够稳定地计算基于多普勒频移的频率差的变化。但是，关于频率差，除了多普勒频移以外，光源的波长本身例如也由于温度的影响而发生变化，因此，根据对接收时钟信号(8)进行了自适应均衡的信号来估计频率差。在接收光信号的snr恢复时，将使用多普勒频移量的估计值而计算出的频率差作为初始值，根据对接收时钟信号(8)进行了自适应均衡的信号来估计频率差，由此，估计值的收敛加快，缩短了直至通信恢复为止的时间。
122.频率差估计部244在由snr估计部243估计出的snr的估计值为阈值以上的情况下，估计进行了自适应均衡的信号的频率差。在snr的估计值低于阈值之后再次成为阈值以上的情况下，频率差估计部244将snr的估计值刚低于阈值紧前的频率差的估计值、以及基于snr的估计值低于阈值之后的多普勒频移量的估计值的推移而计算出的频率差的估计值作为初始值，来估计进行了自适应均衡的信号的频率差。
123.例如，在以下情况下频率差的估计值的初始值由f0+fc(d1-d0)得到：在根据进行了自适应均衡的信号而估计出的频率差的估计值为f0(hz)、且多普勒频移量的估计值为d0时snr的估计值低于阈值之后，多普勒频移量的估计值为d1时snr的估计值成为阈值以上。这里，fc是发送光信号的频率。
124.频率差补偿部245基于由频率差估计部244估计出的频率差，来补偿进行了自适应均衡的信号的频率差。相位差估计部246对由频率差补偿部245补偿了频率差的信号的相位差进行估计。相位差补偿部247基于由相位差估计部246估计出的相位差，来补偿进行了自适应均衡的信号的相位差。例如，在调制方式为qpsk的情况下，例如，能够通过使用维特比算法，按照参考文献1所记载的方法进行相位差的估计和补偿。此外，频率差估计部244能够按照参考文献2所记载的方法来估计进行了自适应均衡的信号的频率差，也能够通过计算qpsk信号的4次方而去除相位调制成分。解码部248对补偿了相位差的信号进行解码。
125.(参考文献1)
126.a.viterbi，“nonlinear estimation of psk-modulated carrier phase with application to burst digital transmission，”in ieee transactions on information theory，vol.29，no.4，pp.543-551，july 1983.
127.(参考文献2)
128.a.leven，et al.，“frequency estimation in intradyne reception，”ieee photonics technology letters，vol.19，no.6，pp.366-368(2007).
129.图12是示出发送部21和接收部24的动作的流程图。
130.调制信号转换部211将从外部或arq控制部10输入的发送数据(1)转换成以与发送
时钟信号(5)同步的符号率进行了调制的信号(步骤st1a)。从发送部21输出的调制信号由光调制器22转换成发送光信号(3)后输出到强度调制部4。
131.通过相干检波器25，对由成对的光空间通信收发终端1a或1b接收的接收光信号(4)进行相干检波。采样部241以与接收时钟信号(8)同步的符号率对相干检波后的接收光信号(4)进行采样。自适应均衡部242对由采样部241采样得到的信号进行自适应均衡(步骤st2a)。
132.snr估计部243估计由自适应均衡部242进行了自适应均衡的信号的snr(步骤st3a)。接下来，频率差估计部244使用由自适应均衡部242进行了自适应均衡的信号、snr的估计值以及多普勒频移量的估计值，来估计进行了自适应均衡的信号中的频率差(步骤st4a)。频率差补偿部245基于由频率差估计部244估计出的频率差，来补偿进行了自适应均衡的信号的频率差(步骤st5a)。
133.接着，相位差估计部246估计由频率差补偿部245补偿了频率差的信号的相位差(步骤st6a)。相位差补偿部247基于由相位差估计部246估计出的相位差，来补偿进行了自适应均衡的信号的相位差(步骤st7a)。最后，解码部248对补偿了相位差的信号进行解码，将解码后的数据作为接收数据(2)输出到外部或arq控制部10(步骤st8a)。
134.图13是示出实现发送部21和接收部24的功能的硬件结构的框图。图14是示出执行实现发送部21和接收部24的功能的软件的硬件结构的框图。在图13和图14中，光调制器300是图11所示的光调制器22。光调制器300经由da转换器(dac)301而与处理电路305、处理器306以及存储器307连接。dac301将向光调制器300输入的信号从数字信号转换成模拟信号。多普勒频移估计器302是图11所示的多普勒频移估计器23。相干检波器303是图11所示的相干检波器25。相干检波器303经由ad转换器(adc)304而与处理电路305、处理器306以及存储器307连接。adc304将从相干检波器303输出的信号从模拟信号转换成数字信号。
135.光收发器2a具备的发送部21和接收部24的功能由处理电路实现。即，光收发器2a具备执行图12所示的步骤st1a至步骤st8a的处理的处理电路。处理电路可以是专用的硬件，也可以是执行存储器所存储的程序的cpu。
136.在上述处理电路是图13所示的专用的硬件的处理电路305的情况下，处理电路305例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic、fpga或它们的组合。光收发器2a具备的发送部21和接收部24的功能可以由不同的处理电路实现，也可以统一由1个处理电路实现这些功能。
137.在上述处理电路是图14所示的处理器306的情况下，光收发器2a具备的发送部21和接收部24的功能通过软件、固件或软件与固件的组合来实现。另外，软件或固件以程序的形式记述，并存储在存储器307中。
138.处理器306通过读出并执行存储器307所存储的程序，来实现光收发器2a具备的发送部21和接收部24的功能。例如，光收发器2a具备存储器307，该存储器307用于存储在由处理器306执行时结果上执行图12所示的流程图中的步骤st1a至步骤st8a的处理的程序。这些程序使计算机执行发送部21和接收部24的步骤或方法。存储器307也可以是计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有用于使计算机作为发送部21和接收部24发挥功能的程序。
139.存储器307例如对应于ram、rom、闪存、eprom、eeprom等非易失性或易失性的半导
体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘、dvd等。
140.也可以是，光收发器2a具备的发送部21和接收部24的功能的一部分由专用硬件实现，剩余的一部分由软件或固件实现。例如，发送部21通过作为专用的硬件的处理电路305来实现功能，接收部24通过处理器306读出并执行存储器307所存储的程序来实现功能。这样，处理电路能够通过硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述功能。
141.如以上那样，在实施方式3的光空间通信收发终端1a或1b中，接收部24以与接收时钟信号同步的符号率对相干检波后的接收光信号进行采样，对采样得到的信号进行自适应均衡，估计进行了自适应均衡的信号中的snr，使用进行了自适应均衡的信号、snr的估计值、以及多普勒频移量的估计值，估计进行了自适应均衡的信号中的频率差，基于估计出的频率差，补偿进行了自适应均衡的信号的频率差，估计补偿了频率差的信号的相位差，基于估计出的相位差，补偿进行了自适应均衡的信号的相位差，将对补偿了相位差的信号进行解码而得到的数据作为接收数据而输出。
142.通过光空间通信收发终端1a或1b具备光收发器2a，得到实施方式1或2所示的效果。此外，如上所述，由于缩短了估计接收时钟信号(8)的频率差的时间，因此，缩短了在接收光信号的snr恢复时直至通信恢复为止的时间。
143.在实施方式3的光空间通信收发终端1a或1b中，频率差估计部244在snr为阈值以上的情况下，估计进行了自适应均衡的信号中的频率差，在snr低于阈值之后再次成为阈值以上的情况下，将snr刚低于阈值紧前的频率差的估计值、以及基于snr低于阈值之后的多普勒频移量的估计值的推移而计算出的频率差的估计值作为初始值，估计进行了自适应均衡的信号中的频率差。由此，由于缩短了估计接收时钟信号(8)的频率差的时间，因此，缩短了在接收光信号的snr恢复时直至通信恢复为止的时间。
144.另外，在各实施方式的组合或实施方式各自的任意的结构要素的变形或者各个实施方式中，能够省略任意的结构要素。
145.产业上的可利用性
146.本公开的光空间通信收发终端例如能够用于卫星通信网络中的馈线链路。
147.附图标记说明
148.1光空间通信系统，1a、1b光空间通信收发终端，2、2a光收发器，3发送时钟源，4强度调制部，5光纤耦合部，6跟踪反射镜，7分束器，8、8a角度传感器，9光纤放大器，10arq控制部，11低速接收器，12低速发送器，21发送部，22、300光调制器，23、302多普勒频移估计器，24接收部，25、303相干检波器，41电光转换器，42光合波器，81、85透镜，83、88带通滤波器(bpf)，84分束器，87光电转换器，101发送缓冲器，102发送数据输出部，103接收缓冲器，104接收帧输出部，105序列丢失判定部，106重发请求输出部，200、305处理电路，201、306处理器，202、307存储器，211调制信号转换部，241采样部，242自适应均衡部，243snr估计部，244频率差估计部，245频率差补偿部，246相位差估计部，247相位差补偿部，248解码部。

技术特征：
1.一种光空间通信收发终端，其与相同结构的、并与其成对的光空间通信收发终端之间进行双向通信，其特征在于，所述光空间通信收发终端具备：光收发器，其将发送数据转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的发送光信号并输出，针对以与接收时钟信号同步的周期对接收光信号进行采样得到的信号进行解调和解码，由此生成接收数据；强度调制部，其将发送时钟信号重叠于从所述光收发器输出的发送光信号从而生成进行了强度调制的发送光信号，输出所生成的发送光信号；发送时钟源，其向所述光收发器和所述强度调制部供给共同的发送时钟信号；光纤耦合部，其将进行了强度调制的发送光信号作为准直光而输出，将所输入的光信号与光纤耦合；光纤放大器，其将通过所述光纤耦合部而与光纤耦合的光信号放大，将放大后的光信号作为接收光信号向所述光收发器输出；跟踪反射镜，其向所述光纤耦合部侧输出在空间中传播来的光信号，将由所述光纤耦合部设为准直光的发送光信号输出到空间，在输入了传播角度误差时，输出基于所输入的传播角度误差对传播角度进行校正后的光信号；分束器，其对在所述跟踪反射镜与所述光纤耦合部之间传播的光信号的一部分进行分配；以及角度传感器，其将根据由所述分束器分配的光信号而检测出的传播角度误差输出到所述跟踪反射镜，将从由所述分束器分配的光信号中提取出的时钟信号作为接收时钟信号输出到所述光收发器。2.根据权利要求1所述的光空间通信收发终端，其特征在于，所述角度传感器具备：分割型受光元件，其在被分割为多个部分的受光面中接收光信号；透镜，其将光信号会聚于所述分割型受光元件的所述受光面的中心位置；以及带通滤波器，其将来自成对的相同结构的光空间通信收发终端的发送时钟信号的频带设为通带，所述角度传感器基于光信号的聚光位置与所述分割型受光元件的中心位置之间的偏移，来检测光信号的传播角度误差，所述角度传感器将由所述带通滤波器提取出的时钟信号作为接收时钟信号输出到所述光收发器。3.一种光空间通信收发终端，其与相同结构的、并与其成对的光空间通信收发终端之间进行双向通信，其特征在于，所述光空间通信收发终端具备：光收发器，其将发送数据转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的发送光信号并输出，针对以与接收时钟信号同步的周期对接收光信号进行采样得到的信号进行解调和解码，由此生成接收数据；低速发送器，其将通信帧的重发请求信号转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的信号并输出；
发送时钟源，其向所述光收发器和所述低速发送器供给共同的发送时钟信号；强度调制部，其将从所述低速发送器输出的信号重叠于从所述光收发器输出的发送光信号从而生成进行了强度调制的发送光信号，输出所生成的发送光信号；光纤耦合部，其将进行了强度调制的发送光信号作为准直光而输出，将所输入的光信号与光纤耦合；光纤放大器，其将通过所述光纤耦合部而与光纤耦合的光信号放大，将放大后的光信号作为接收光信号向所述光收发器输出；跟踪反射镜，其向所述光纤耦合部侧输出在空间中传播来的光信号，将通过所述光纤耦合部设为准直光的发送光信号输出到空间，在输入了传播角度误差时，输出基于所输入的传播角度误差对传播角度进行校正后的光信号；分束器，其对在所述跟踪反射镜与所述光纤耦合部之间传播的光信号的一部分进行分配；角度传感器，其输出表示由所述分束器分配的光信号的强度变动的电信号；低速接收器，其通过对从所述角度传感器输出的所述电信号进行解调和解码来再现与符号率同步的时钟信号，将再现的时钟信号作为接收时钟信号输出到所述光收发器，在通过对所述电信号进行解调和解码而再现了所述重发请求信号的情况下，输出所再现的所述重发请求信号；以及arq控制部，其将从外部输入的发送帧作为发送数据输出到所述光收发器，将与从所述低速接收器输出的所述重发请求信号所表示的序号对应的发送帧作为发送数据输出到所述光收发器，存储从所述光收发器输出的接收数据作为接收帧，在接收帧的序号存在丢失的情况下，将与丢失的序号对应的接收帧的所述重发请求信号输出到所述低速发送器。4.根据权利要求3所述的光空间通信收发终端，其特征在于，所述arq控制部具备：发送缓冲器，其按照序号的顺序存储所输入的发送帧；发送数据输出部，其将按照序号的顺序从所述发送缓冲器中读出的发送帧作为发送数据输出到所述光收发器；接收缓冲器，其按照序号的顺序将从所述光收发器输出的接收数据作为接收帧进行存储；接收帧输出部，其按照序号的顺序输出所述接收缓冲器中存储的接收帧；判定部，其判定所述接收缓冲器中存储的接收帧的序号是否发生了丢失；以及重发请求输出部，其在所述判定部判定为序号发生了丢失的情况下，将与丢失的序号对应的接收帧的重发请求信号输出到所述低速发送器。5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光空间通信收发终端，其特征在于，所述光收发器具备：发送部，其将发送数据转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的信号并输出；光调制器，其将从所述发送部输出的调制信号转换成发送光信号并输出到所述强度调制部；多普勒频移估计器，其估计接收时钟信号的多普勒频移量；
相干检波器，其对接收光信号进行相干检波；以及接收部，其使用相干检波后的接收光信号、接收时钟信号的所述多普勒频移量的估计值以及接收时钟信号，对接收数据进行解码，所述接收部具备：采样部，其以与接收时钟信号同步的符号率对相干检波后的接收光信号进行采样；自适应均衡部，其对采样得到的信号进行自适应均衡；snr估计部，其估计进行了自适应均衡的信号的信噪比；频率差估计部，其使用由所述自适应均衡部进行了自适应均衡的信号、所述信噪比的估计值、以及所述多普勒频移量的估计值，来估计进行了自适应均衡的信号的频率差；频率差补偿部，其基于由所述频率差估计部估计出的频率差来补偿进行了自适应均衡的信号的频率差；相位差估计部，其估计补偿了频率差的信号的相位差；相位差补偿部，其基于由所述相位差估计部估计出的相位差来补偿进行了自适应均衡的信号的相位差；以及解码部，其对补偿了相位差的信号进行解码，将解码后的数据作为接收数据而输出。6.根据权利要求5所述的光空间通信收发终端，其特征在于，所述频率差估计部在所述信噪比为阈值以上的情况下，估计进行了自适应均衡的信号的频率差，在所述信噪比低于所述阈值之后再次成为所述阈值以上的情况下，将所述信噪比刚低于所述阈值紧前的频率差的估计值、以及基于所述信噪比低于所述阈值之后的所述多普勒频移量的估计值的推移而计算出的频率差的估计值作为初始值，来估计进行了自适应均衡的信号中的频率差。7.一种光空间通信系统，其特征在于，所述光空间通信系统具备权利要求1或3所述的光空间通信收发终端，在成对的相同结构的光空间通信收发终端之间进行双向通信。

技术总结
光空间通信收发终端(1A)具备：光收发器(2、2A)，其转换成以与发送时钟信号同步的符号率进行了调制的发送光信号并输出，根据接收时钟信号而生成接收数据；强度调制部(4)，其生成进行了强度调制的发送光信号；发送时钟源(3)，其向光收发器(2、2A)和强度调制部(4)供给共同的发送时钟信号；光纤耦合部(5)，其将强度调制后的发送光信号作为准直光而输出，将输入的光信号与光纤耦合；光纤放大器(9)，其将与光纤耦合的光信号放大；跟踪反射镜(6)，其向光纤耦合部(5)输出光信号，将发送光信号输出到空间；分束器(7)，其分配光信号的一部分；以及角度传感器(8)，其将从由分束器(7)分配的光信号中提取出的时钟信号输出到光收发器(2、2A)。2A)。2A)。


技术研发人员：松田惠介 吉田刚
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2020.12.09
技术公布日：2023/8/9