JP2000349560A - 電圧制御発振器、fm信号光送信器、fm信号光受信器及びfm信号光伝送システム - Google Patents

電圧制御発振器、fm信号光送信器、fm信号光受信器及びfm信号光伝送システム

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JP2000349560A
JP2000349560A JP2000093868A JP2000093868A JP2000349560A JP 2000349560 A JP2000349560 A JP 2000349560A JP 2000093868 A JP2000093868 A JP 2000093868A JP 2000093868 A JP2000093868 A JP 2000093868A JP 2000349560 A JP2000349560 A JP 2000349560A
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harmonic
controlled oscillator
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JP2000093868A
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Masanori Iida
正憲 飯田
Hiroyuki Asakura
宏之 朝倉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 FM信号光伝送を実現するには、構成が複雑
でコストが高くなり、また信号品質が劣化する。 【解決手段】 副搬送波多重された複数のAM信号30
を入力して、出力として基本搬送波と共に高次高調波を
含む電圧制御発振器4で狭帯域FM変調を行い、帯域通
過フィルタ5で基本搬送波の高次高調波のFM搬送波成
分を選択的に取り出し、周波数変換器7で低周波側にシ
フトさせ、電気/光変換部3で光信号に変換して伝送す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信やCAT
V、光計測、移動体通信等に用いられる光伝送装置及び
それに用いる電圧制御発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、映像監視システムやCATV、加
入者系、あるいは移動体通信等において光ファイバの低
損失、広帯域特性を活かした多チャンネルの映像や音声
あるいはデータの光伝送が、実用化している。これらに
おいては多チャンネルの信号を各々周波数の異なる複数
のサブキャリア(副搬送波)によって電気的に多重して
AM信号とし、半導体レーザ等を直接変調して光信号に
変換し光ファイバで伝送するものである。AM信号の映
像光伝送は変復調器の構成が簡単で低コストではある
が、所望の映像品質を確保するためのC/N(キャリア
対雑音比)を得るために受信器では高い光入力パワーが
必要である。また移動体通信においては伝送する音声や
データ信号の強度レベルが端末の移動によって大きく変
動するため、信号変動に対する高いダイナミックレンジ
が要求される。さらに半導体レーザでの光変換時や光フ
ァイバ伝送途中の反射波によって生じる歪みの影響を受
けやすい問題点があった。またAM信号の増幅器にも直
線性の良好な増幅器が必要になる。
【0003】そこで、耐歪み、耐雑音性を高めるために
サブキャリア多重されたAM信号を一括してFM信号に
変換して光伝送する方式が提案されている。光伝送にお
いて所望のC/Nを得るためには変調指数を大きくする
必要がある。そこで半導体レーザの周波数を直接変調し
て変調指数の高いFM信号を得る方式が提案されてい
る。
【0004】図6に従来のFM信号光伝送装置の構成図
を示す。送信部61のAM/FM変換部62では、多チ
ャンネルのAM映像信号により半導体レーザ41を直接
変調することによって光周波数変調信号を出力する。半
導体レーザ41をAM信号30で直接変調することによ
って光の振幅変調と同時にその発振周波数にも変調がか
かる。この光信号をわずかに発信周波数の異なる局発光
源42の光と合波器43で合波後、フォトダイオード4
4に入力して光ヘテロダイン検波することによって、2
つのレーザのビート信号として広帯域な(例えば1〜6
GHzまでの)FM変調信号を得る。電気/光変換部6
3においては、そのFM変調信号を半導体レーザ駆動ア
ンプ68によって送信用半導体レーザ69を直接変調
し、光信号に変換して光ファイバ72で伝送するもので
ある(例えば特許2700622号)。
【0005】その後、光増幅器等により光信号を増幅し
た後、光分岐器により各受信部に伝送される。ここで
は、1つの受信部73のみ図示している。受信部73に
おいては、光/電気変換部75でフォトデテクター76
により光信号を電気信号に変換しプリアンプ77で増幅
した後、FM復調部74によってもとのAM信号31に
復調する。このFM復調部74は遅延型の復調回路で、
リミッタアンプ50を介して高速の論理IC51、53
(例えばANDゲート)と遅延部52並びにローパスフ
ィルタ54により構成され、広帯域な復調が可能であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方式ではAM信号をFM信号に変換する際、半導
体レーザの位相雑音がFM信号に付加されるためにC/
Nが劣化する。従って光受信強度を高くしてもある一定
のC/N値以上の感度改善は得られない。所望のC/N
を得るためには従来の1/10程度の線幅を持つ半導体
レーザが必要で、外部共振器構造の半導体レーザなどが
使用されている。しかし半導体レーザ自体が高価であ
り、しかも複数個使用しなければならない。低雑音で光
ヘテロダインを行うためには半導体レーザの温度や駆動
電流を高精度に制御、安定化しなければならず、構成が
複雑になり装置全体のコストが高くなってしまう。また
電源投入後、装置全体が安定動作するまで時間がかかる
という課題がある。
【0007】さらにAM信号を直接電気的なFM信号に
変換することも考えられるが、FM変調器での変調指数
を大きくする(変調度≧10%)とFM変調器で歪みが
発生し、この歪みにより信号品質が劣化し、良好な光伝
送はできない。
【0008】また、復調部も高価な高速の論理ICを複
数個使用するため、加入者系で使用する事を想定する場
合、実用性が大きな課題となる。
【0009】本発明は、従来のこのようなFM信号光伝
送装置の課題に鑑み、構成が簡単で低歪みで受信感度の
良いFM信号光伝送装置及びFM信号光送信器とこれを
実現するための電圧制御発振器を低コストで提供するこ
とを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第1の本発明は、入力電圧に基づいて出力信号の
発振周波数が制御される電圧制御発振器において、変調
電圧を入力し、基本発振周波数と共にその基本発振周波
数の複数の高次高調波成分を含む帯域のFM信号を出力す
ることを特徴とする電圧制御発振器である。
【0011】また、第2の本発明は、出力段において、
所定の高次高調波成分のみを含む周波数帯域をフィルタ
リングさせたことを特徴とする請求項1記載の電圧制御
発振器である。
【0012】また、第3の本発明は、基本発振周波数と
共にその基本発振周波数の複数の高次高調波成分を含む
帯域のFM信号を出力する信号処理器と、その信号処理器
から出力されるFM信号のうち所定の次数の高調波信号
成分のみを取り出す帯域通過フィルタと、その取り出し
た高調波信号成分を低周波側又は高周波側にシフトさせ
る周波数変換器と、その周波数変換器の出力信号を光信
号に変換する電気/光変換部とを備えたことを特徴とす
るFM信号光送信器である。
【0013】また、第4の本発明は、基本発振周波数と
共にその基本発振周波数の複数の高次高調波成分を含む
帯域のFM信号を出力する信号処理器と、その信号処理器
から出力されるFM信号のうち所定の次数の高調波信号
成分のみを取り出す帯域通過フィルタと、その取り出し
た高調波信号成分をそのまま、あるいは低周波側若しく
は高周波側にシフトさせた信号を逓倍する周波数逓倍器
と、その周波数逓倍信号をそのまま、あるいは低周波側
若しくは高周波側にシフトさせた信号を光信号に変換す
る電気/光変換部とを備え、前記周波数逓倍信号は、逓
倍される際に所定の変調度に高められていることを特徴
とするFM信号光送信器である。
【0014】また、第5の本発明は、前記FM信号を出力
する信号処理器は、請求項1又は2記載の電圧制御発振
器であり、前記変調電圧は、副搬送波多重された複数の
信号であることを特徴とする請求項3又は4記載のFM
信号光送信器である。
【0015】また、第6の本発明は、前記信号処理器の
出力におけるいくつかの高調波成分から所定の高調波搬
送波成分を抽出し、その抽出した高調波搬送波成分を、
前記周波数変換器で周波数変換する場合に必要とされる
基準周波数源として用いることを特徴とする請求項3記
載のFM信号光送信器である。
【0016】また、第7の本発明は、前記周波数のシフ
トは周波数変換器で行われ、前記信号処理器の出力にお
けるいくつかの高調波成分から所定の高調波搬送波成分
を抽出し、その抽出した高調波搬送波成分を、前記周波
数変換器で周波数変換する場合に必要とされる基準周波
数源として用いることを特徴とする請求項4記載のFM
信号光送信器である。
【0017】また、第8の本発明は、請求項3から7の
いずれかの前記FM信号光送信器から伝送される光信号
を受信して電気信号に変換する光/電気変換部と、その
電気信号に変換されたFM信号を復調するFM復調器と
を備えたことを特徴とするFM信号光受信器である。
【0018】また、第9の本発明は、請求項3から7の
いずれかの前記FM信号光送信器と、そのFM信号光送
信器から伝送される光信号を受信して電気信号に変換す
る光/電気変換部及びその電気信号に変換されたFM信
号を復調するFM復調器と、を備えたことを特徴とする
FM信号光伝送システムである。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。
【0020】一般にFM変調器は、AM信号をFM信号
に変換するもので、電圧制御発振器や位相変調器が用い
られる。直接FM信号に変換しなくてもAM信号や位相
変調信号から間接的に合成してもかまわない。
【0021】電気/光変換部としては半導体レーザが用
いられる。本発明においては、例示すると、たとえば、
波長1.2〜1.6μm帯のInP系材料の長波長レー
ザ、0.98μm帯の半導体レーザ、発振波長0.78
μm帯のGaAlAs系材料のレーザなどが利用できる。
【0022】さらに、本発明において、光ファイバに
は、通常の光ファイバが使用される。これには、例え
ば、コア径10〜300μm程度の通常の光ファイバが
ある。マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファ
イバいずれも使用可能である。
【0023】周波数変換器は周波数逓倍器と同様に非線
形回路素子の周波数混合作用を利用して、周波数を高周
波側もしくは低周波側に変換するものである。 (第1の実施の形態)図1は、本発明にかかる第1の実
施の形態のFM信号光伝送装置の構成図である。図1に
おいて、本光伝送装置は送信部1と受信部13から構成
される。送信部1は、電圧制御発振器4、帯域通過フィ
ルタ5及び、周波数変換器7からなるFM変換部2と、
広帯域増幅器8及び半導体レーザ9からなる電気/光変
換部3で構成される。また、受信部13は光検出器(P
D)16及びプリアンプ17からなる光/電気変換部1
5と、リミッタアンプ50、分岐素子51、遅延回路5
2、ミキサ53及び、ローパスフィルタ54からなるF
M復調器14によって構成される。送信部1からの光信
号は光ファイバ12で伝送され受信部13に入力する。
尚、送信部1が本発明のFM信号光送信器に該当する。
このことは以下の実施の形態についても同様である。
【0024】次に、上記第1の実施の形態のFM信号光
伝送装置の動作について、図面を参照しながら説明す
る。
【0025】図2は、本実施の形態の光伝送装置におけ
る動作を説明するための信号スペクトルの概念図であ
る。
【0026】上記の電圧制御発振器4としては、バラク
タあるいはリアクタンストランジスタを用いた発振器
や、マルチバイブレータによるデジタル的な発振器であ
ってもよい。なお、AM信号を一度積分し位相変調信号
にした後、平衡変調器によって狭帯域FM信号を作り出
してもよい。たとえば図2(a)のような多チャンネル
の副搬送波多重された映像信号であるAM信号20は、
この電圧制御発振器4によって、図2(b)に示すFM
変換信号200に変換される。このFM変換信号200
は、電圧制御発振器4の持つ基本搬送波周波数f0 を中
心とする多チャンネル副搬送波多重信号の各チャンネル
に対するFM信号201が、第1側波帯22、23以外
の側波帯が顕著に現れない程度の変調度の低い狭帯域の
FM変調されたものである。従って、図2(b)の様に
基本搬送波成分の第1側波帯22、23は、FM搬送波
21(周波数f0)から各々f1離れた領域に現れると同
時に、この基本搬送波の高調波スペクトル202、20
3(周波数2f0、3f0、・・・)も同時に出力する特
性を有している。
【0027】また、この場合、電圧制御発振器4の出力
段から出力され帯域通過フィルタ5で選択される高次高
調波成分(例えば、nを整数(n≧2)としてn次高調
波成分)は、(n−1)次及び(n+1)次の高調波成
分と周波数軸上で互いに重ならないような基本発振周波
数、並びに入力変動電圧レベルであると言える。
【0028】このFM信号200は、図2(b)に示す
3次高調波周波数3f0 を中心とする周波数選択特性2
51を有する帯域通過フィルタ5に入力し、この3次高
調波スペクトル203が選択され出力として取り出され
る。なお本実施の形態では、帯域通過フィルタ5として
3次高調波を通過させる例を示しているが選択する高調
波次数はこの限りではなく、電圧制御発振器4からの高
調波の出力レベルと所望の変調度にあわせてどの次数を
選択してもかまわない。この3次高調波スペクトル20
3はFM信号201における変調度の3倍の変調度が得
られている。この3次高調波信号を周波数変換器7、た
とえばミキサーなどによって低周波側、即ち光伝送が可
能な帯域内にダウンコンバートする。この変調度が増大
したFM信号を広帯域増幅器8を介して半導体レーザ9
で光信号とし、光ファイバ12に入力して伝送する。光
ファイバ12で伝送された光信号は受信部13に入力さ
れる。
【0029】受信部13に入力された光信号は、フォト
ダイオードまたはアバランシェフォトダイオードである
受光素子からなる光検出器16及びプリアンプ17から
構成される光/電気変換部15によって電気信号に変換
された後、所望の信号強度に増幅され、FM復調器14
によって元のAM信号31に復調される。FM復調器1
4の構成としてはいくつかのものがあるが、広帯域で直
線性の良好な遅延線型もしくはパルスカウント型のもの
が望ましい。本実施の形態では遅延線型について示して
おり、分岐素子51、ミキサ53及び、遅延回路52を
用いたものである。ミキサ53には広帯域なバランス型
ミキサを用いても良い。また図1のように、必要に応じ
てFM復調器14内にレベル調整用のリミッタアンプ5
0を分岐素子51の前段に、ローパスフィルタ54をミ
キサ53の後段に接続しても良い。FM復調器14とし
ては上記構成に限定されるものではなく、複同調周波数
弁別器、フォスター・シーレーの弁別器、比率検波器等
の周波数弁別機能を有する回路を用いてもよい。
【0030】送信部1において変換されたFM信号の上
側波帯もしくは下側波帯のいずれか一方を伝送してもか
まわない。片側波帯を伝送した場合は、受信部13にお
いてリミッタアンプ50を通すことによってもとのFM
変換信号に再生できる。
【0031】以上のような構成により、小さいFM変調
度で設定した電圧変動を電圧制御発振器を用いてFM変
調を行い、基本搬送波成分ではなくその高調波成分を取
り出すことによってFM変調度を増大させ、所望のFM
変調度を有するFM変換信号を得ることにより、簡単な
構成の電気回路による信号処理で副搬送波多重されたA
M多チャンネル信号を一括してFM信号に変換できると
共に、低周波側にこの高調波成分をシフトさせることに
より光伝送帯域に適した信号とすることができる。 (第2の実施の形態)図3は、本発明にかかる第2の実
施の形態のFM信号光伝送装置における送信部1および
受信部13の構成図である。図1の第1の実施の形態と
異なる点は周波数変換器7の後に周波数逓倍器10並び
に周波数変換器11を設けた点である。なお図中の同一
番号を記したものは図1と同じものである。受信部13
に関しては第1の実施の形態と同様のため説明は略す
る。
【0032】このような構成により、第1の実施の形態
の効果に加えて、電圧制御発振器4からの高調波成分で
のFM変調度が電圧制御発振器4の入出力段帯域等の要
因で高次高調波成分でのFM変調度が所望のFM変調度
とはなっていない場合に、周波数逓倍器10で図4
(a)の様に搬送波(ここでは便宜上f0 とした)を含
むFM変換信号61をN逓倍(N:整数)して逓倍信号
36とし、FM変調度を増大させて所望の変調度とする
ことができ、次に、このN逓倍した逓倍信号36を周波
数変換器11で図4(b)のように低周波側にシフトさ
せて光伝送可能帯域となったFM信号37とすることが
できる。なお、周波数逓倍器10あるいは周波数変換器
11の後段には必要に応じてスプリアス抑制のための帯
域通過フィルタを挿入しても良い。 (第3の実施の形態)図5は、本発明にかかる第3の実
施の形態のFM信号光伝送装置の構成図である。本発明
の第1の実施の形態(図1)と異なる点は、帯域通過フ
ィルタ6を電圧制御発振器4の出力に帯域通過フィルタ
5と並列に設けた点であり、電圧制御発振器4からの分
岐信号を帯域通過フィルタ6に入力し、その出力信号を
周波数変換器18に入力している点である。帯域通過フ
ィルタ6は帯域通過フィルタ5とは異なり、電圧制御発
振器4からのFM信号200(図2参照)のうち基本搬
送波周波数f0 の高調波周波数の部分のみを選択する狭
帯域な帯域通過特性を有している。例えば2次高調波の
場合、帯域通過フィルタ6で側帯波成分25、26を含
まない2次高調波スペクトル202を選択する。この2
次高調波スペクトル202を周波数変換器18の局部発
振源として利用する。
【0033】このような構成により、周波数変換器に個
別に必要な局部発振源が不要となり、また電圧制御発振
器の高調波成分を有効利用できる構成とすることができ
る。なお、本実施の形態では、帯域通過フィルタ6は2
次高調波を選択する例を述べたがこの限りではなく、光
伝送帯域にシフトするために必要な局部発振周波数付近
の高次高調波を選択する特性とすればよい。
【0034】以上のように本発明は、典型的には、多チ
ャンネルAM信号をFM信号に変換するFM信号光送信
器及びそれを含むFM信号光伝送装置であって、副搬送
波多重された複数の信号を、出力として基本搬送波と共
に高次高調波を含む電圧制御発振器で狭帯域FM変調を
行い、帯域除去フィルタで基本搬送波の高次高調波のF
M搬送波成分を選択的に取り出し周波数変換器にて低周
波側にシフトさせて光信号に変換し伝送する。
【0035】なお、本発明における副搬送波多重された
信号は、AM信号に限らず、位相変調、FM変調、ある
いはディジタル変調など任意の変調信号でかまわない。
【0036】また、周波数逓倍器によって逓倍する実施
の形態の場合、上記実施の形態では、逓倍する前に、低
周波側へシフトしたが、光で処理できるなら、高周波側
へシフトしてもよい。あるいは、光で処理できるなら、
シフトをしなくてもよい。
【0037】さらに、逓倍した後、低周波側へシフトし
たが、光で処理できるなら、高周波側へシフトしてもよ
い。あるいは、光で処理できるなら、シフトをしなくて
もよい。
【0038】
【発明の効果】以上述べ得たところから明らかなように
本発明は、副搬送波多重された複数の信号を、出力とし
て基本搬送波と共に高次高調波を含む電圧制御発振器で
狭帯域FM変調を行い、帯域除去フィルタで基本搬送波
の高次高調波のFM搬送波成分を選択的に取り出し周波
数変換器にて低周波側にシフトさせて光信号に変換し伝
送することによって、簡素な構成で光ファイバ伝送の可
能なFM信号が発生でき、安定性と信頼性に優れ、安価
になるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のFM信号光伝送装
置の構成図である。
【図2】同図(a)は、本発明における伝送されるAM
信号の一例を示す図、同図(b)は、電圧制御発振器通
過後のFM信号のスペクトル図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態のFM信号光伝送装
置の構成図である。
【図4】同図(a)は、同第2の実施の形態におけるF
M信号の逓倍を説明する図、同図(b)は、周波数シフ
トの機能を説明するための図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態のFM信号光伝送装
置の構成図である。
【図6】従来のFM信号光伝送装置の構成図である。
【符号の説明】
1、61 送信部 2 FM変換部 3、63 電気/光変換部 4 電圧制御発振器 5、6 帯域通過フィルタ 7、11 周波数変換器 8 広帯域増幅器 9、41 半導体レーザ 10 周波数逓倍器 12、72 光ファイバ 13、73 受信部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電圧に基づいて出力信号の発振周波
    数が制御される電圧制御発振器において、変調電圧を入
    力し、基本発振周波数と共にその基本発振周波数の複数
    の高次高調波成分を含む帯域のFM信号を出力することを
    特徴とする電圧制御発振器。
  2. 【請求項2】 出力段において、所定の高次高調波成分
    のみを含む周波数帯域をフィルタリングさせたことを特
    徴とする請求項1記載の電圧制御発振器。
  3. 【請求項3】 基本発振周波数と共にその基本発振周波
    数の複数の高次高調波成分を含む帯域のFM信号を出力す
    る信号処理器と、その信号処理器から出力されるFM信
    号のうち所定の次数の高調波信号成分のみを取り出す帯
    域通過フィルタと、その取り出した高調波信号成分を低
    周波側又は高周波側にシフトさせる周波数変換器と、そ
    の周波数変換器の出力信号を光信号に変換する電気/光
    変換部とを備えたことを特徴とするFM信号光送信器。
  4. 【請求項4】 基本発振周波数と共にその基本発振周波
    数の複数の高次高調波成分を含む帯域のFM信号を出力す
    る信号処理器と、その信号処理器から出力されるFM信
    号のうち所定の次数の高調波信号成分のみを取り出す帯
    域通過フィルタと、その取り出した高調波信号成分をそ
    のまま、あるいは低周波側若しくは高周波側にシフトさ
    せた信号を逓倍する周波数逓倍器と、その周波数逓倍信
    号をそのまま、あるいは低周波側若しくは高周波側にシ
    フトさせた信号を光信号に変換する電気/光変換部とを
    備え、前記周波数逓倍信号は、逓倍される際に所定の変
    調度に高められていることを特徴とするFM信号光送信
    器。
  5. 【請求項5】 前記FM信号を出力する信号処理器は、
    請求項1又は2記載の電圧制御発振器であり、前記変調
    電圧は、副搬送波多重された複数の信号であることを特
    徴とする請求項3又は4記載のFM信号光送信器。
  6. 【請求項6】 前記信号処理器の出力におけるいくつ
    かの高調波成分から所定の高調波搬送波成分を抽出し、
    その抽出した高調波搬送波成分を、前記周波数変換器で
    周波数変換する場合に必要とされる基準周波数源として
    用いることを特徴とする請求項3記載のFM信号光送信
    器。
  7. 【請求項7】 前記周波数のシフトは周波数変換器で行
    われ、前記信号処理器の出力におけるいくつかの高調波
    成分から所定の高調波搬送波成分を抽出し、その抽出し
    た高調波搬送波成分を、前記周波数変換器で周波数変換
    する場合に必要とされる基準周波数源として用いること
    を特徴とする請求項4記載のFM信号光送信器。
  8. 【請求項8】 請求項3から7のいずれかの前記FM信
    号光送信器から伝送される光信号を受信して電気信号に
    変換する光/電気変換部と、その電気信号に変換された
    FM信号を復調するFM復調器とを備えたことを特徴と
    するFM信号光受信器。
  9. 【請求項9】 請求項3から7のいずれかの前記FM信
    号光送信器と、そのFM信号光送信器から伝送される光
    信号を受信して電気信号に変換する光/電気変換部及び
    その電気信号に変換されたFM信号を復調するFM復調
    器と、を備えたことを特徴とするFM信号光伝送システ
    ム。
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