JP2004509554A - Method and system for transmitting a signal via a non-linear transmission unit - Google Patents
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Abstract
本発明は、非線形伝送ユニットを経由して信号を伝送するシステムおよび方法に関し、このシステムは、相互変調積によって生じさせられる伝送後の信号の歪みを減少させることを目的とする。出力信号における相互変調積の減少を実現するために、このシステムは、信号を主信号と補助信号とに分割するためのパワースプリッタ110を含む。このシステムは、さらに、前記補助信号におけるパワー変動を検出するための、および、前記パワー変動を表す制御信号を生成するためのパワー変動検出器120を含む。さらに、このシステムは、入力信号の前記パワーが予め決められた基準パワー値Prefを超える場合にだけ、前記非線形伝送線路200aに入力される主信号のパワーが一定に保たれるように、前記制御信号に応答して前記主信号のパワーを減衰させる可変減衰器130を含む。伝送後に、前記制御信号に応答して第1の可変利得増幅器310によって主信号を増幅することによって、信号が復元される。The present invention relates to a system and method for transmitting a signal via a non-linear transmission unit, the system aiming at reducing the distortion of the transmitted signal caused by the intermodulation products. To achieve intermodulation product reduction in the output signal, the system includes a power splitter 110 for splitting the signal into a main signal and an auxiliary signal. The system further includes a power fluctuation detector 120 for detecting power fluctuations in the auxiliary signal and for generating a control signal representing the power fluctuation. Further, the system is configured to maintain the power of the main signal input to the nonlinear transmission line 200a constant only when the power of the input signal exceeds a predetermined reference power value P ref. A variable attenuator for attenuating the power of the main signal in response to a control signal; After transmission, the signal is restored by amplifying the main signal by first variable gain amplifier 310 in response to the control signal.
Description
【0001】
〔発明の分野〕
本発明は、非線形伝送ユニット、特に光ファイバリンクを経由して信号を伝送するための、準備ユニットと復元ユニットとを含む方法およびシステムとに関する。
〔発明の背景〕
このシステムは、例えば衛星または遠隔通信用途において公知である。これらの用途は、一般的に、伝送ユニットに関しては、好ましくは数MHzの帯域幅との組合せにおいて、高ダイナミックレンジを必要とするが、これは典型的な入力信号のパワーが例えば100dBのダイナミックレンジ内で変化する可能性があるからである。
【0002】
この要件を満たすための従来のアプローチは、図8に示すような光ファイバリンクを使用することである。このような光ファイバリンクは、低損失、高帯域幅、および、軽量という利点を有する。図8に示すように、光ファイバリンクは、前記信号を受け取ってその信号を変調光学信号に変換するためのレーザダイオード850からなる。光ファイバリンクは、さらに、フォトダイオード870に前記光学信号を伝送するためのファイバ860からなり、このフォトダイオード870は、伝送後に、前記変調光学信号から、前記レーザダイオード850に入力された信号を復元する。こうした伝送ユニットに必要とされる高ダイナミックレンジは、その伝送ユニットの線形伝送特性を要求する。しかし、光ファイバリンクは、特にレーザダイオードの非線形的な挙動のために、非線形伝送ユニットである。前記非線形伝送ユニットの出力信号は、前記非線形装置における相互変調によって生じさせられた不要な歪みからなっている。
【0003】
相互変調は、非線形装置の出力信号における周波数成分の生成を意味する。前記周波数成分は、必要とされるチャネルからの(必要とされる)信号と、システム入力に到来する隣接チャネルからの(不要な)信号との合計周波数および差周波数に相当する。
【0004】
さらに、相互変調積が、前記周波数成分の中の特定の1つの周波数成分を意味する。
【0005】
さらに明確に述べると、2次相互変調積が、前記非線形装置の「入力パワー」対「出力パワー」図における「f1−f2」または「f2−f1」の周波数と2の勾配とを特徴とする。さらに、3次相互変調積が「2f1−f2」または「2f2−f1」の周波数を特徴とし、この場合に「入力パワー」対「出力パワー」図においてその曲線が3の勾配を有する。
【0006】
前記相互変調積の不要な影響を減少させかつ光ファイバリンクにおいて高ダイナミックレンジを実現するためのアプローチの1つが、非常に高品質のレーザダイオードおよび/または外部変調器を使用することであってもよい。しかし、この両方の方法は非常に高コストである。
【0007】
米国特許第5,321,849号および同第5,457,811号と、IEEE刊行物からの記事である“A dynamic range enhancement technique for fiber optic microcell radio systems”,Cheng,F.,Lemson,P.,Reed,J.H.,Jacobs,I.Vehicular Technology Confernece,1995 IEEE 45th,Volume 2,1995 pages 774−778には、伝送リンクのダイナミックレンジを増大させるためのシステムがそれぞれに開示されている。これらの従来技術のシステムのすべてに共通している特徴が、伝送信号から制御信号が生成されるということと、伝送信号が非線形伝送ユニットに入る前にその制御信号が伝送信号を調整するということである。
〔発明の目的〕
従来の技術から始めて、本発明の目的は、非線形伝送ユニットを経由して信号を伝送するためのシステムおよび方法のダイナミックレンジを改善することである。
〔発明の概要〕
前記目的は、独立請求項1および9のそれぞれの主題によって解決される。
【0008】
請求項1によって、前記目的は、信号を主信号と補助信号とに分割するパワースプリッタと、前記補助信号のパワー変動を検出し、前記パワー変動を表す制御信号を生成するパワー変動検出器と、前記非線形伝送ユニット(200a)に入力される前記主信号のパワーが一定不変に保たれるように、前記制御信号に応答して前記主信号のパワーを減衰させる可変減衰器と、信号を再び復元するために前記伝送された制御信号に応答し前記非線形伝送ユニットを経由した伝送の後に主信号を増幅する増幅器とによって解決される。
【0009】
可変減衰器によって出力されかつ前記非線形伝送ユニットに入力される主信号のパワーが一定なので、基本信号と前記伝送ユニットによって出力される相互変調積との比率も一定である。したがって、提案するこのシステムは、2次および3次相互変調積を減少させることによって、非常に高いダイナミックレンジを有する信号を非線形伝送ユニットを経由して伝送することを十分に可能にする。
【0010】
したがって、このシステムの線形性、および、特に伝送ユニットの線形性が改善され、このシステムによって出力される信号の歪みが低減させられる。改善された線形性を有する高コストの伝送ユニットの代わりに、低コストの伝送ユニットを使用することが可能である。
【0011】
第1の実施態様では、前記システムは、前記補助信号のパワーを予め決められた基準パワー値と比較するための、および、前記比較の結果を表す制御信号を生成するための比較器を含む。前記比較器が前記パワー変動の検出を可能にすることが有利である。
【0012】
このシステムが、前記主伝送装置を経由してまたは前記他の伝送ユニットを経由して制御信号が伝送された後に、しかし、その制御信号が第1の増幅器に入力される前に、その制御信号を増幅するための第2の増幅器からなることが有利である。前記第2の増幅器は、制御された第1の増幅器に与えられる制御信号が前記可変減衰器に対する入力と同一であるように、前記他の伝送ユニットにおける損失を補償する。このようにして、前記制御された第1の増幅器による減衰の正確な復元が確実にされる。
【0013】
別の実施態様では、このシステムは、有利には、制御信号を第1の増幅器に伝送するための別の伝送ユニットからなる。前記他の伝送ユニットに関しては高度の線形性特性は不要であり、その結果として、低コストの部品、特に低コストのディジタルレーザダイオードまたは安価な発光ダイオードLEDが使用されることが可能である。このシステムは、広帯域符号分割多元アクセス(W−CDMA)または移動通信用グローバルシステム(global system for mobile communications)(GSM)伝送のような大半のセルラプロトコルの場合には、入力/出力パワーの変動がより遅い時間スケールで生じるという着想に基づいている。したがって、位相調整装置は不要である。
【0014】
あるいは、制御信号は、前記他の伝送線路を経由して伝送されずに、波長分割多重(WDM)方式を使用することによって、主信号用に使用される伝送線路と同じ伝送線路を経由して伝送される。この方式を行うために、このシステムの非線形伝送ユニットは、主信号を第1の光学信号に変換するレーザダイオードと、制御信号を第2の光学信号に変換する発光ダイオードと、第1の光学信号と第2の光学信号とを多重化することによって多重信号を生成するマルチプレクサと、前記多重信号を前記マルチプレクサからデマルチプレクサに伝送する光ファイバとからなり、このデマルチプレクサは、前記光ファイバを経由した伝送の後に前記伝送された多重信号から前記第1の光学信号と前記第2の光学信号とを復元し、そして、主信号と制御信号をそれぞれに復元するための2つの別々のフォトダイオードに対してこれらの光学信号を出力する働きをする。
【0015】
本発明の目的は、さらに、請求項8に記載の方法によって解決される。前記方法の利点は上述の通りのシステムの利点に一致する。
【0016】
制御信号が、入力信号のパワーが前記予め決められた基準パワー値を超える場合だけ主信号のパワーが一定に保たれるように有利に具体化される。
【0017】
本発明の目的は、さらに、パワースプリッタとパワー変動検出器と可変減衰器とを含む上述の通りのシステムで使用される準備ユニットによって解決される。この準備ユニットが、入力信号のパワーが予め決められた基準パワー値Prefを超える場合に、何らかの設定パワーの後に主信号のパワーが一定に保たれるように、入力信号から主信号を生成することを有利に確実にする。主信号は前記非線形伝送線路を経由して伝送される。
【0018】
本発明の目的は、さらに、上述の通りのシステムで使用される、増幅器からなる復元ユニットによって解決される。前記復元ユニットが、伝送された主信号から信号を適正に復元することを有利に可能にする。
〔発明の好ましい実施形態の説明〕
次では、本発明を、図1から図7を参照することによってさらに詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明によるシステムの第1の実施形態を示す。このシステムは、準備ユニット100と、伝送ユニット200と、復元ユニット300とを含む。
【0020】
準備ユニット100は、以下では入力信号と呼ぶ信号を主信号と補助信号とに分割するためのパワースプリッタ110を含み、主信号のパワーと補助信号のパワーの比率が例えば1:10である。補助信号は、前記補助信号のパワー変動を検出するための、および、前記パワー変動を表す制御信号を生成するためのパワー変動検出器120に送られる。これを実現するために、パワー変動検出器120はパワー検出器124からなり、このパワー検出器124は、フィルタリングによって前記補助信号からパワー信号を取り出して、前記パワー変動検出器120内に同様に含まれている比較器126に前記パワー信号を出力する。前記比較器126は、前記パワー信号のパワーを、基準電圧Vrefによって表される予め決められた基準パワー値Prefと比較する。このようにして、比較器126は補助信号のパワー変動を検出して、前記パワー変動を表す制御信号を生成する。
【0021】
前記制御信号は、前記制御信号に対応して前記主信号のパワーを減衰させるために可変減衰器130に伝送される。
【0022】
制御信号を可変減衰器130に送り込むことによって、準備ユニット100は、補助信号のパワーP1が前記基準パワー値を超える時に主信号のパワーを一定に保つことを確実にする。
【0023】
図1に示すように、主信号と制御信号は、準備ユニット100から、第1の実施形態の伝送ユニット200を経由して、すなわち、個別の伝送ユニット200a、200bをそれぞれに経由して、復元ユニット300に伝送される。伝送ユニット200a、200bは両方とも、例えば、当業で公知でありかつ図8を参照して上述した通りの光ファイバリンクである。特に、主信号を伝送するための伝送ユニット200aは、レーザダイオード250の非線形特性により非線形伝送ユニットであると想定されている。
【0024】
レーザダイオード250は、特定用途向け特有の線形性要件を持たないあらゆるタイプのレーザダイオードであってよい。したがって、ディジタル用途(ディジタルレーザ)用に一般的に使用されているFabry−Perot−Laserのような安価なレーザであってもよく、または、アナログ用途に一般的に使用されているDFBレーザのような高線形性の高価なレーザであってもよい。しかし、主信号を伝送するための伝送ユニット200a内のレーザダイオード250が特定用途向けの十分な線形性を持たないと想定されているということを、もう一度強調しておかなければならない。
【0025】
さらに、制御信号を準備ユニット100から復元ユニット300に伝送するための第2の伝送ユニット200bに関する線形性要件も非常に低く、したがって、光ファイバリンク200b内のレーザダイオードが安価なFabry−Perotレーザによって置き換えられても、単なる発光ダイオードLEDで置き換えられてもよい。
【0026】
非線形伝送ユニット200aを経由して伝送の後に、入力信号のパワーがPrefを超えた時に一定のパワーを有する主信号が、復元ユニット300内の増幅器310によって受け取られて増幅される。前記増幅器310の増幅、したがって受け取られた主信号の増幅は、前記第2の伝送ユニット200bを経由して復元ユニットに伝送された制御信号によって制御される。
【0027】
伝送ユニット200bまたは復元ユニット300が、前記制御信号が伝送された後でかつ制御信号が前記制御された第1の増幅器310に入力される前に前記制御信号を増幅するための第2の増幅器200cからなることが好ましい。前記第2の増幅器200cの利得が前記第2の伝送ユニット200b内での損失を補償するようになっていることが好ましい。この場合には、可変減衰器130に与えられる制御信号と、制御される第1の増幅器310に与えられる制御信号は、互いに同一である。このようにして、本発明によるシステム、および、さらに明確に述べると、制御される第1の増幅器310は、第1の増幅器310の出力における主信号をその初期値(すなわち入力信号)に回復するようになっている。言い換えると、制御された第1の増幅器310は、前記可変減衰器130によって与えられる減衰を補償するようになっている。
【0028】
一般的に、第2の増幅器200cの利得G2は次のように計算されることが可能であり、
【0029】
【数1】
【0030】
ここで、
L2は、第2の光リンクにおける損失を表し、
a1は、可変減衰器に関する比例係数であり、
a2は、可変増幅器に関する比例係数である。
【0031】
図2は、図1に示されている本発明によるシステムの伝送ユニットの第2の実施形態を示す。図2によれば、両方の信号、すなわち、主信号と補助信号とがそれぞれに、WDM方式を使用して同一の光ファイバ260を経由して伝送される。
【0032】
第2の実施形態200′でこれを実現するために、伝送ユニットは、主信号を第1の光学信号に変換するためのレーザダイオード250と、制御信号を第2の光学信号に変換するための発光ダイオード250′からなる光ファイバリンクとして具体化されている。前記第1および第2の光学信号は両方とも、前記2つの光学信号を多重化することによって多重信号を生成するためのマルチプレクサ210に伝送される。多重信号も光学信号であり、前記マルチプレクサから出力されて光ファイバ260を経由してデマルチプレクサ220に伝送される。デマルチプレクサ220は、前記第1および第2の光学信号を前記伝送された多重信号から分離させて、光学信号を主信号と制御信号にそれぞれ変換するための2つの別個のフォトダイオード270、270′に対してその分離させた光学信号を出力する働きをする。
【0033】
制御信号が、第1の増幅器310に伝送される前に第2の増幅器200cによって増幅されることが好ましい。前記第2の増幅器200cの動作に関しては、図1の説明を参照されたい。
【0034】
上述のように、本発明によるシステムでは、第1および第2の実施形態による前記非線形伝送ユニットを経由して伝送される主信号は、入力信号のパワーが予め決められた基準パワー値Prefを超える時に、一定のパワーを有する。
【0035】
前記非線形伝送ユニット200aまたは200′の一方を経由した伝送における主信号のパワーの定常性が、前記非線形伝送ユニット200aまたは200′から主信号が出力される時にその主信号における3次相互変調積IM3の減少を生じさせる。したがって、IM3積は、前記主信号からの回復の後に、すなわち、復元ユニット300の前記制御された第1の増幅器310によって出力された後に、入力信号においても減少させられる。IM3積の前記減少によって、非線形伝送ユニット200aまたは200′の第1または第2の実施形態によって引き起こされる主信号の歪みが減少させられ、このようにして、線形化、すなわち、言い換えると、システムのより高いダイナミックレンジが実現される。したがって、本発明によるシステムを、線形化回路と呼ぶことも可能である。
【0036】
次に、本発明の前記要点を詳細に具現する。図8および図9を参照することによって、上述したように、相互変調積はあらゆる非線形装置において生じる可能性がある。図1または図2によるシステムでは、可変減衰器は、相互変調積を全く発生させない受動要素と見なされなければならない。しかし、さらに別の具体例では、伝送ユニット200aと制御された第1の増幅器310は両方とも、その出力信号において相互変調積をそれぞれに発生させる非線形装置と見なされなければならない。
【0037】
したがって、図1または図2によるシステム全体を考察する時には、制御された第1の増幅器によって出力される主信号を、第1の伝送ユニット200aによって生じさせられた相互変調積と、制御された第1の増幅器310自体によって生じさせられた相互変調積との重ね合せと見なすことができる相互変調積成分からなるということが想定される。しかし、本発明では、前記非線形伝送ユニット200aによって生じさせられた相互変調積が減少させられ、したがって、制御された第1の増幅器の出力信号における相互変調積も減少させられる。
【0038】
次では、この着想を図3から図7を参照して説明する。
【0039】
図3は、特定の入力パワーP1の場合の、典型的な非線形装置の出力信号における3次相互変調積のパワーに対する基本信号成分のパワーの比率を示す。
【0040】
例えば、こうした非線形装置の出力信号は、基本信号成分に加えて、3次相互変調積IM3を含む。前記装置に入力される信号がP1=−40 dBmの入力パワーを有すると想定すると、出力信号中の基本信号成分は−25 dBmのパワーP_fundを有し、出力信号中のIM3は約−110 dBmのパワーP_IM3を有する。
【0041】
しかし、図3から理解できるように、基本信号成分P_fundに関する曲線と、前記システムの出力信号中の3次相互変調積P_IM3に関する曲線とが、「入力パワー」対「出力パワー」図において互いに異なる勾配を有する。さらに明確に述べると、基本信号成分は1の勾配を有し、一方、3次相互変調積は前記図において3の勾配を有する。
【0042】
したがって、各々の非線形装置に関して、個々のIM3阻止点(interception point)が、基本信号成分P_fundの曲線と3次相互変調積P_IM3の曲線との交差点によって定義されることが可能である。各々の交差点は、さらに、図3による「入力パワー」対「出力パワー」図におけるその座標によって、すなわち、その出力−入力3次阻止点によって定義される。
【0043】
図1と図2との参照において、非線形伝送ユニット200aの伝送特性と、制御された第1の非線形増幅器310の伝送特性とを、図3の個別の線図によってそれぞれに表すことが可能である。
【0044】
次では、非線形伝送ユニット200aの基本信号成分と第1の制御された増幅器310の基本信号成分ではなく、3次相互変調積IM3だけに言及するが、これは基本信号が制御信号にしたがって可変利得増幅器AMP1 310によって復元されるからである。
【0045】
非線形伝送ユニット200aの3次相互変調積P_IM3の(出力)パワー、さらに明確に述べると、光ファイバリンクfolの3次相互変調積P_IM3の(出力)パワーを、次のように計算することが可能であり、
P_IM3fol=3×Pout−2×OIP3fol (2)
ここで、
Poutは、前記非線形伝送ユニット200aの出力信号のパワーを表し、
OIP3folは、前記非線形伝送ユニット200aの3次阻止点の出力パワー成分を表す。
【0046】
式(2)は、OIP3folが一般的に利得に依存しないので、3次相互変調積のパワーに関する容易な計算を可能にする。
【0047】
パワーP_IM3folは概略的に(すなわち、基準化なしに)図4に示されている。
【0048】
図4では、P_IM3folの曲線の2つの領域を区別することが可能である。
【0049】
1. 図1を参照することによって説明される通りの基準パワーPref、例えばPref=−45 dBmよりも低い入力パワーPinの場合に、P_IM3folを表す曲線は3の勾配を有する通常の挙動を示す。
【0050】
2. Pref=−45 dBmを超える入力パワーPinの場合に、P_IM3fol曲線は水平であり、このことはP_IM3がPinとは無関係であることを意味する。
【0051】
Pin>Prefの場合のIM3のパワーの定常性は、前記光ファイバリンクの出力信号におけるIM3の減少を意味する。これは、図1と図2を参照して説明したように、本発明による光ファイバリンクに入力される主信号のパワーの定常性を原因とする。
【0052】
上述のP_IM3folとは反対に、制御された第1の増幅器310のP_IM3amp1を次のように計算することが可能であり、
P_IM3AMP1=3×Pout_AMP1−2×OIP3AMP1 (3)
ここで、
P_IM3AMP1は、第1の制御された増幅器310の出力信号における3次相互変調積のパワーを表し、
Pout_AMP1は、第1の増幅器310の出力信号における基本信号成分の出力パワーを表し、
OIP3AMP1は、第1の増幅器310の3次阻止点の出力パワー成分を表す。
【0053】
式(3)から、パラメータOIP3AMP1が高い時には、非線形増幅器(例えば、第1の増幅器310)の出力信号におけるIM3のパワーが小さいということが明らかである。
【0054】
振幅の適正な復元のために、可変光ファイバリンク利得GTOTALが一定でなければならない。これは次の通りに計算され、
GTOTAL=−Latt+Glink+GAMP1 (4)
ここで、
Lattは、減衰器における損失(dB単位)であり、
Glinkは、第1のリンク利得(dB単位)であり、
GAMP1は、AMP1パワー利得(dB単位)である。
【0055】
Lattは、図1に示すOPAM 126からのフィードバックによって、入力パワーPinに依存し、次のように記述でき、
Latt=L0+(Pin−Pref)+al (5)
ここで、
L0は、初期減衰(dB単位)であり、
alは、可変減衰器に関する比例係数である。
【0056】
Glinkは飽和まではPinに依存せず、定数と見なすことが可能である。
【0057】
GAMP1は入力パワーPinに依存し、
GAMP1=G0+(Pin−Pref)+a2+Glink2+GAMP2 (6)
であり、ここで、
G0は、AMP1に関する初期パワー利得であり、
a2は、可変増幅器に関する比例変数であり、
Glink2とGAMP2はそれぞれに第2のリンクと第2の増幅器の利得である。
【0058】
振幅復元GAMP1はLattに等しくなければならず、または、Pinに依存しない一定の差を持たなければならない。
【0059】
図5は、例えば第1の増幅器310自体のような非線形増幅器の出力信号におけるIM3の挙動を示す。式(3)によって3次相互変調積P_IM3AMP1のパワーが3の勾配を有するということが明らかである。
【0060】
上述のように、図1における制御された第1の増幅器310によって出力される信号出力の3次相互変調積P_IM3TOTALのパワーを、非線形伝送ユニット200aの各々すなわち光ファイバリンクによって生じさせられた3次相互変調積P_IM3folと、第1の増幅器310自体によって生じさせられた3次相互変調積P_IM3AMP1との重ね合せと見なすことが可能である。したがって、P_IM3TOTALを次のように計算することが可能である。
【0061】
P_IM3TOTAL=P_IM3fol+P_IM3AMP1 (7)
図6は、図1又は図2におけるシステムに対する前記重ね合せの結果を示す。さらに明確に述べると、図6は、入力信号のパワーに応答した、図1または図2によるシステムに関する第1の増幅器310の出力信号における3次相互変調積P_IM3TOTALのパワーを示す。
【0062】
基準パワーPref=−45 dBmを超える入力パワーの場合に、P_IM3TOTAL曲線の勾配が、基準パワーPrefよりも小さい入力パワーの場合の勾配に比較して小さいということが明らかである。この勾配の減少は、Pref=−45 dBmを超える入力パワーの場合の、第1の増幅器310の出力信号における3次相互変調積合計の減少を意味する。前記減少は、図4を参照して上述した通りに、非線形伝送ユニット200aに入力される時の主信号のパワーの定常性を原因とする。
【0063】
P_IM3TOTALと関係なく第1の増幅器310の出力信号である基本信号成分P_fundにさらに示す図6によるシミュレーションを、次のパラメータを使用して行った。
【0064】
光ファイバリンク利得GTOTAL=−15 dB、
光ファイバリンクの3次阻止点の出力パワーOIP3fol=20 dBm、および、
第1の増幅器の3次阻止点の出力パワーOIP3AMP1=100 dBm(理想的な第1の増幅器)。
【0065】
図6に示されているシミュレーション結果から理解できるように、第1の増幅器310の出力パワーにおける基本信号パワーの3次相互変調積合計に対する比率は、入力パワーPin>−45 dBmの場合に一定である(基本信号成分の曲線とIM3積の曲線は互いにほぼ平行である)。
【0066】
−45 dBmよりも大きいパワーを有する入力信号に応答したシステムの出力信号におけるIM3の減少のせいで、前記IM3による前記出力信号の歪みが(入力パワー範囲全体にわたる3の連続的な勾配に比較して)減少している。したがって、本発明によるシステムは線形化回路のように動作し、高ダイナミックレンジを有する信号を伝送することが可能である。
【0067】
最後に、図7は、次のパラメータが設定されている図1または図2によるシステムの別のシミュレーションの結果を示す。
【0068】
光ファイバリンク利得GTOTAL=−15 dB、
OIP3fol=20 dBm、および、
OIP3AMP1=35 dBm。
【0069】
図6とは違って、図7によるシミュレーションは、理想的ではない増幅器310に関して行われた。この場合には、システム全体の3次阻止点、特に非線形伝送ユニット200aと第1の増幅器310との直列接続の3次阻止点を、図7に見ることができる。基準パワーPref=−45 dBを超える入力パワーの場合に、システムの最終出力信号のIM3、すなわち、増幅器310の出力信号のIM3が約20dB減少している。したがって、システム全体すなわち図1または図2による線形化回路の3次阻止点の出力パワーOIP3TOTALが、約10dB増加している。
【0070】
したがって、図7は、本発明による現実のシステムでは、3次相互変調積の減少と、したがって伝送後の出力信号における歪みの減少とが実現されることも可能であるということを示す。
【0071】
図9は、図1によるシステムの変型を示す。図9のシステムに示されている全ての特徴は、追加の形でマルチプレクサ127が含まれていることを除いて、図1の特徴に一致する。マルチプレクサ127はその第1の入力信号として基準電圧Vrefを有し、および、その第2の入力信号として、ベースバンド(BB)プロセッサから生成される信号を有する。信号SBBは、従来のやり方でベースバンドプロセッサから生成される。
【0072】
基準パワーPrefは、信号対雑音比(SNRspec)に関する要件にしたがって設定されることが好ましい。
【0073】
前記システムが基地局のダウンリンクのために使用される場合には、最小のPrefが次のように計算されることが可能であり、
Pref=SNRspec+NFlink+Nfloor+10*log(BW)
ここで、
NFlinkは、光リンクの雑音値(dB単位)であり、
Nfloorは、伝送器のノイズフロア(noise floor)(dBm/Hz)であり、および、
BWは、伝送信号の周波数帯域幅(Hz単位)である。
【0074】
前記システムがアップリンク伝送に使用される場合には、Prefの設定はより一層複雑である。この場合には、同一の周波数帯域内に、必要とされる信号よりも強い不要信号が存在している可能性がある。したがって、到来信号合計のSNRではなくPrefは必要とされる信号のSNRにしたがって設定されなければならない。これは、図9ではマルチプレクサ127によって実現されているベースバンド(BB)プロセッサからの応答を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1の実施形態によるシステムを示したブロック図である。
【図2】
図1に示されているシステムの伝送ユニットの第2の実施形態を示したブロック図である。
【図3】
非線形装置の出力信号における基本信号成分と3次相互変調積とのパワー比率を示す図である。
【図4】
本発明による光ファイバリンクにおける3次相互変調積のパワーの減少を示す図である。
【図5】
入力パワーに応答した典型的な非線形装置の出力信号における3次相互変調生成物のパワーを示す「入力パワー」対「出力パワー」図である。
【図6】
第1の組のシミュレーションパラメタの場合の、本発明によるシステムの出力信号における3次相互変調積の減少を示す「入力パワー」対「出力パワー」図である。
【図7】
第2の組のシミュレーションパラメータの場合の、本発明によるシステムにおいて実現される3次相互変調積の減少を示す「入力パワー」対「出力パワー」図である。
【図8】
当業で公知の非線形伝送装置の実施形態としての光ファイバリンクを示したブロック図である。
【図9】
図1による変型のブロック図である。[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a method and system for transmitting a signal via a non-linear transmission unit, in particular a fiber optic link, including a preparation unit and a restoration unit.
[Background of the Invention]
This system is known for example in satellite or telecommunications applications. These applications generally require a high dynamic range for the transmission unit, preferably in combination with a bandwidth of a few MHz, which typically means that the power of the input signal has a dynamic range of, for example, 100 dB. Because it may change within.
[0002]
The conventional approach to meeting this requirement is to use fiber optic links as shown in FIG. Such fiber optic links have the advantages of low loss, high bandwidth, and light weight. As shown in FIG. 8, the fiber optic link comprises a
[0003]
Intermodulation refers to the generation of frequency components in the output signal of a nonlinear device. Said frequency components correspond to the sum and difference frequencies of the (required) signal from the required channel and the (unwanted) signal from adjacent channels arriving at the system input.
[0004]
Further, the intermodulation product means a specific one of the frequency components.
[0005]
More specifically, the second-order intermodulation product is characterized by a frequency of "f1-f2" or "f2-f1" and a slope of 2 in the "input power" vs. "output power" diagram of the nonlinear device. . Furthermore, the third-order intermodulation product is characterized by a frequency of "2f1-f2" or "2f2-f1", where the curve has a slope of 3 in the "input power" vs. "output power" diagram.
[0006]
One approach to reducing the unwanted effects of the intermodulation products and achieving high dynamic range in fiber optic links is to use very high quality laser diodes and / or external modulators. Good. However, both of these methods are very expensive.
[0007]
U.S. Pat. Nos. 5,321,849 and 5,457,811 and an article from the IEEE publication, "A dynamic range enhancement technology for fiber optic microsystem radiosystems," Feng. , Lemson, P .; Reed, J .; H. Jacobs, I .; Vehicular Technology Conference, 1995 IEEE 45 th ,
[Object of the invention]
Starting from the prior art, it is an object of the present invention to improve the dynamic range of a system and method for transmitting a signal via a non-linear transmission unit.
[Summary of the Invention]
The object is solved by the subject matter of independent claims 1 and 9 respectively.
[0008]
According to claim 1, the object is to provide a power splitter for splitting a signal into a main signal and an auxiliary signal, a power fluctuation detector for detecting a power fluctuation of the auxiliary signal and generating a control signal representing the power fluctuation, A variable attenuator that attenuates the power of the main signal in response to the control signal so that the power of the main signal input to the non-linear transmission unit (200a) is kept constant; An amplifier that responds to the transmitted control signal and amplifies the main signal after transmission through the non-linear transmission unit.
[0009]
Since the power of the main signal output by the variable attenuator and input to the nonlinear transmission unit is constant, the ratio between the basic signal and the intermodulation product output by the transmission unit is also constant. Thus, the proposed system sufficiently enables signals with very high dynamic range to be transmitted via the non-linear transmission unit by reducing the second and third order intermodulation products.
[0010]
Therefore, the linearity of the system, and in particular the linearity of the transmission unit, is improved, and the distortion of the signal output by the system is reduced. Instead of high cost transmission units with improved linearity, it is possible to use low cost transmission units.
[0011]
In a first embodiment, the system includes a comparator for comparing the power of the auxiliary signal with a predetermined reference power value and for generating a control signal representing the result of the comparison. Advantageously, the comparator enables detection of the power fluctuation.
[0012]
The system may be configured to transmit the control signal after the control signal is transmitted via the main transmission device or via the other transmission unit, but before the control signal is input to the first amplifier. Advantageously comprises a second amplifier for amplifying. The second amplifier compensates for losses in the other transmission unit such that the control signal provided to the controlled first amplifier is the same as the input to the variable attenuator. In this way, an exact restoration of the attenuation by the controlled first amplifier is ensured.
[0013]
In another embodiment, the system advantageously comprises a further transmission unit for transmitting the control signal to the first amplifier. A high degree of linearity is not required for the other transmission units, so that low-cost components, in particular low-cost digital laser diodes or inexpensive light-emitting diodes LED, can be used. This system is capable of providing input / output power fluctuations for most cellular protocols, such as wideband code division multiple access (W-CDMA) or global system for mobile communications (GSM) transmission. It is based on the idea that it occurs on a later time scale. Therefore, a phase adjusting device is unnecessary.
[0014]
Alternatively, the control signal is not transmitted via the other transmission line, but is transmitted via the same transmission line as that used for the main signal by using the wavelength division multiplexing (WDM) method. Transmitted. To perform this scheme, the nonlinear transmission unit of the system includes a laser diode that converts a main signal into a first optical signal, a light emitting diode that converts a control signal into a second optical signal, and a first optical signal. A multiplexer that generates a multiplexed signal by multiplexing the second optical signal and the second optical signal; and an optical fiber that transmits the multiplexed signal from the multiplexer to a demultiplexer. The demultiplexer passes through the optical fiber. After the transmission, recover the first optical signal and the second optical signal from the transmitted multiplexed signal, and to two separate photodiodes for recovering the main signal and the control signal respectively. And serves to output these optical signals.
[0015]
The object of the invention is further solved by a method according to claim 8. The advantages of the method are consistent with the advantages of the system described above.
[0016]
The control signal is advantageously embodied such that the power of the main signal is kept constant only if the power of the input signal exceeds the predetermined reference power value.
[0017]
The object of the invention is further solved by a preparation unit for use in a system as described above comprising a power splitter, a power fluctuation detector and a variable attenuator. The preparatory unit is adapted to control the power of the input signal to a predetermined reference power value P ref , Advantageously ensures that the main signal is generated from the input signal such that the power of the main signal is kept constant after some set power. The main signal is transmitted via the non-linear transmission line.
[0018]
The object of the invention is further solved by a restoration unit consisting of an amplifier, used in a system as described above. Said restoration unit advantageously enables to properly restore the signal from the transmitted main signal.
[Description of preferred embodiments of the invention]
In the following, the invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 7.
[0019]
FIG. 1 shows a first embodiment of the system according to the invention. The system includes a
[0020]
The
[0021]
The control signal is transmitted to the
[0022]
By feeding the control signal into the
[0023]
As shown in FIG. 1, the main signal and the control signal are restored from the
[0024]
[0025]
In addition, the linearity requirements for the
[0026]
After transmission via the
[0027]
A
[0028]
Generally, the gain G of the
[0029]
(Equation 1)
[0030]
here,
L2 represents the loss in the second optical link;
a1 is a proportional coefficient relating to the variable attenuator,
a2 is a proportional coefficient for the variable amplifier.
[0031]
FIG. 2 shows a second embodiment of the transmission unit of the system according to the invention shown in FIG. According to FIG. 2, both signals, the main signal and the auxiliary signal, are each transmitted via the same
[0032]
To achieve this in the second embodiment 200 ', the transmission unit comprises a
[0033]
Preferably, the control signal is amplified by the
[0034]
As described above, in the system according to the present invention, the main signal transmitted via the non-linear transmission unit according to the first and second embodiments is such that the power of the input signal is a predetermined reference power value P ref Has a constant power when
[0035]
The continuity of the power of the main signal in transmission via one of the
[0036]
Next, the gist of the present invention will be described in detail. With reference to FIGS. 8 and 9, as described above, intermodulation products can occur in any non-linear device. In the system according to FIG. 1 or FIG. 2, the variable attenuator must be regarded as a passive element which does not generate any intermodulation products. However, in yet another embodiment, both the
[0037]
Thus, when considering the entire system according to FIG. 1 or FIG. 2, the main signal output by the controlled first amplifier is combined with the intermodulation product produced by the
[0038]
Next, this idea will be described with reference to FIGS.
[0039]
FIG. 3 shows the ratio of the power of the fundamental signal component to the power of the third-order intermodulation product in the output signal of a typical nonlinear device for a specific input power P1.
[0040]
For example, the output signal of such a nonlinear device includes a third-order intermodulation product IM3 in addition to the fundamental signal component. Assuming that the signal input to the device has an input power of P1 = −40 dBm, the fundamental signal component in the output signal has a power P_fund of −25 dBm, and IM3 in the output signal is approximately −110 dBm. Power P_IM3.
[0041]
However, as can be seen from FIG. 3, the curves for the fundamental signal component P_fund and for the third-order intermodulation product P_IM3 in the output signal of the system have different slopes in the "input power" vs. "output power" diagram. Having. More specifically, the fundamental signal component has a slope of one, while the third-order intermodulation product has a slope of three in the figure.
[0042]
Thus, for each nonlinear device, an individual IM3 interruption point can be defined by the intersection of the curve of the fundamental signal component P_fund and the curve of the third-order intermodulation product P_IM3. Each intersection is further defined by its coordinates in the “input power” vs. “output power” diagram according to FIG. 3, ie by its output-input tertiary stop.
[0043]
Referring to FIGS. 1 and 2, the transmission characteristics of the
[0044]
In the following, not the fundamental signal component of the
[0045]
The (output) power of the third-order intermodulation product P_IM3 of the
P_IM3 fol = 3 x P out -2 x OIP3 fol (2)
here,
P out Represents the power of the output signal of the
OIP3 fol Represents the output power component of the third-order stop point of the
[0046]
Equation (2) is expressed as OIP3 fol Is generally independent of gain, which allows for easy calculation of the power of the third-order intermodulation product.
[0047]
Power P_IM3 fol Is shown schematically (ie, without scaling) in FIG.
[0048]
In FIG. 4, P_IM3 fol It is possible to distinguish two regions of the curve
[0049]
1. Reference power P as described with reference to FIG. ref , For example, P ref = Input power P lower than -45 dBm in , P_IM3 fol Shows the normal behavior with a slope of 3.
[0050]
2. P ref = Input power P exceeding -45 dBm in , P_IM3 fol The curve is horizontal, which means that P_IM3 in Has nothing to do with.
[0051]
P in > P ref The continuity of the power of the IM3 in the case of means the reduction of the IM3 in the output signal of the optical fiber link. This is due to the stationarity of the power of the main signal input to the optical fiber link according to the present invention, as described with reference to FIGS.
[0052]
P_IM3 described above fol In contrast, P_IM3 of controlled
P_IM3 AMP1 = 3 x P out_AMP1 -2 x OIP3 AMP1 (3)
here,
P_IM3 AMP1 Represents the power of the third order intermodulation product in the output signal of the first controlled
P out_AMP1 Represents the output power of the fundamental signal component in the output signal of the
OIP3 AMP1 Represents the output power component of the
[0053]
From equation (3), the parameter OIP3 AMP1 It is clear that when is high, the power of IM3 in the output signal of the non-linear amplifier (eg, first amplifier 310) is small.
[0054]
To properly restore the amplitude, the variable fiber link gain G TOTAL Must be constant. This is calculated as:
G TOTAL = -L att + G link + G AMP1 (4)
here,
L att Is the loss (in dB) at the attenuator;
G link Is the first link gain (in dB),
G AMP1 Is the AMP1 power gain (in dB).
[0055]
L att Is the input power P due to the feedback from
L att = L 0 + (P in −P ref ) + Al (5)
here,
L 0 Is the initial decay (in dB),
al is a proportionality factor for the variable attenuator.
[0056]
G link Is P until saturation in And can be regarded as a constant.
[0057]
G AMP1 Is the input power P in Depends on
G AMP1 = G 0 + (P in −P ref ) + A2 + G link2 + G AMP2 (6)
Where
G 0 Is the initial power gain for AMP1;
a2 is a proportional variable for the variable amplifier,
G link2 And G AMP2 Is the gain of the second link and the second amplifier, respectively.
[0058]
Amplitude restoration G AMP1 Is L att Must be equal to or P in Must have a certain difference that does not depend on
[0059]
FIG. 5 shows the behavior of IM3 in the output signal of a non-linear amplifier, for example, the
[0060]
As described above, the third order intermodulation product P_IM3 of the signal output output by the controlled
[0061]
P_IM3 TOTAL = P_IM3 fol + P_IM3 AMP1 (7)
FIG. 6 shows the result of the superposition for the system in FIG. 1 or FIG. More specifically, FIG. 6 shows a third-order intermodulation product P_IM3 in the output signal of the
[0062]
Reference power P ref = _45 dBm for input powers above P_IM3 TOTAL The slope of the curve is the reference power P ref It is clear that the slope is small compared to the slope for smaller input powers. This decrease in slope is due to P ref == − 45 dBm means a reduction in the sum of the third-order intermodulation products in the output signal of the
[0063]
P_IM3 TOTAL Regardless of this, the simulation according to FIG. 6 further illustrated for the basic signal component P_fund, which is the output signal of the
[0064]
Optical fiber link gain G TOTAL = −15 dB,
Output power OIP3 at tertiary stop point of optical fiber link fol = 20 dBm, and
Output power OIP3 of third-order stop point of first amplifier AMP1 = 100 dBm (ideal first amplifier).
[0065]
As can be understood from the simulation results shown in FIG. 6, the ratio of the fundamental signal power to the sum of the third-order intermodulation products at the output power of the
[0066]
Due to the decrease in IM3 in the output signal of the system in response to the input signal having a power greater than -45 dBm, the distortion of the output signal by the IM3 (compared to 3 continuous slopes over the entire input power range) T) is decreasing. Thus, the system according to the invention operates like a linearization circuit and is capable of transmitting signals with a high dynamic range.
[0067]
Finally, FIG. 7 shows the result of another simulation of the system according to FIG. 1 or 2 with the following parameters set:
[0068]
Optical fiber link gain G TOTAL = −15 dB,
OIP3 fol = 20 dBm, and
OIP3 AMP1 = 35 dBm.
[0069]
Unlike FIG. 6, the simulation according to FIG. 7 was performed for a
[0070]
Thus, FIG. 7 shows that in a real system according to the invention, it is also possible to achieve a reduction of the third-order intermodulation products and thus of the distortion in the output signal after transmission.
[0071]
FIG. 9 shows a variant of the system according to FIG. All features shown in the system of FIG. 9 correspond to those of FIG. 1 except that
[0072]
Reference power P ref Is the signal-to-noise ratio (SNR) spec ) Is preferably set according to the requirements for
[0073]
If the system is used for base station downlink, the minimum P ref Can be calculated as:
P ref = SNR spec + NF link + N floor + 10 * log (BW)
here,
NF link Is the noise value (in dB) of the optical link;
Nf lower Is the noise floor of the transmitter (dBm / Hz), and
BW is the frequency bandwidth (in Hz) of the transmission signal.
[0074]
If the system is used for uplink transmission, P ref Is more complicated. In this case, there is a possibility that an unnecessary signal stronger than a required signal exists in the same frequency band. Therefore, instead of the SNR of the total incoming signal, ref Must be set according to the required signal SNR. This requires a response from a baseband (BB) processor implemented in FIG. 9 by
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the transmission unit of the system shown in FIG.
FIG. 3
FIG. 7 is a diagram illustrating a power ratio between a fundamental signal component and a third-order intermodulation product in an output signal of a nonlinear device.
FIG. 4
FIG. 4 is a diagram illustrating a reduction in the power of the third-order intermodulation product in the optical fiber link according to the present invention.
FIG. 5
FIG. 4 is an “input power” versus “output power” diagram illustrating the power of a third-order intermodulation product in the output signal of a typical nonlinear device in response to input power.
FIG. 6
FIG. 4 is an “input power” vs. “output power” diagram showing the reduction of the third order intermodulation product in the output signal of the system according to the invention for a first set of simulation parameters.
FIG. 7
FIG. 3 is an “input power” vs. “output power” diagram illustrating the reduction of the third-order intermodulation product realized in the system according to the invention for a second set of simulation parameters.
FIG. 8
1 is a block diagram illustrating an optical fiber link as an embodiment of a nonlinear transmission device known in the art.
FIG. 9
FIG. 2 is a block diagram of a modification according to FIG. 1.
Claims (12)
前記信号を主信号と補助信号とに分割するパワースプリッタ(110)と、
前記補助信号におけるパワー変動を検出して、前記パワー変動を表す制御信号を生成するパワー変動検出器(120)と、
前記非線形伝送ユニット(200a、200′)に入力される前記主信号のパワーが一定に保たれるように、前記制御信号に応答して前記主信号のパワーを減衰させる可変減衰器(130)と、
前記信号を再び復元するために、前記伝送された制御信号に応答して、前記非線形伝送ユニット(200a、200′)を経由した伝送の後に前記主信号を増幅する増幅器(310)
とを有することを特徴とするシステム。In a system for transmitting a signal via a non-linear transmission unit (200a, 200 '), especially an optical fiber link,
A power splitter (110) for dividing the signal into a main signal and an auxiliary signal;
A power fluctuation detector (120) for detecting a power fluctuation in the auxiliary signal and generating a control signal representing the power fluctuation;
A variable attenuator (130) for attenuating the power of the main signal in response to the control signal so that the power of the main signal input to the nonlinear transmission units (200a, 200 ') is kept constant; ,
An amplifier for amplifying the main signal after transmission via the non-linear transmission unit in response to the transmitted control signal to recover the signal again;
And a system comprising:
前記主信号を第1の光学信号に変換するレーザダイオード(250)と、
前記制御信号を第2の光学信号に変換する発光装置(250′)と、
前記第1の光学信号と前記第2の光学信号とを多重化することによって多重信号を生成するマルチプレクサ(210)と、
前記多重信号を、前記マルチプレクサ(210)から、光ファイバ(260)を経由して伝送した後にその伝送された前記多重信号から第1の光学信号と第2の光学信号とを復元して2つの別々のフォトダイオード(270、270′)に対して前記第1および第2の光学信号をそれぞれ出力するデマルチプレクサ(220)に伝送する光ファイバ(260)
とからなる
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。The nonlinear transmission unit (200 ') comprises:
A laser diode (250) for converting the main signal into a first optical signal;
A light emitting device (250 ') for converting the control signal into a second optical signal;
A multiplexer (210) for generating a multiplexed signal by multiplexing the first optical signal and the second optical signal;
After transmitting the multiplexed signal from the multiplexer (210) via an optical fiber (260), a first optical signal and a second optical signal are restored from the transmitted multiplexed signal to obtain two signals. Optical fiber (260) for transmission to a demultiplexer (220) for outputting the first and second optical signals respectively to separate photodiodes (270, 270 ')
The system of claim 1, comprising:
前記信号を主信号と補助信号とに分割する段階と、
前記補助信号におけるパワー変動を検出して、前記パワー変動を表す制御信号を生成する段階と、
前記非線形伝送ユニット(200a)に入力される前記主信号のパワーが一定に保たれるように、前記制御信号に応答して前記主信号のパワーを減衰させる段階と、
前記主信号を前記非線形伝送ユニット(200a)を経由して伝送する段階と、
前記伝送された制御信号に応答して前記伝送された主信号を増幅することによって、前記伝送された主信号から前記信号を復元する段階と
を有することを特徴とする方法。In a method for transmitting a signal via a non-linear transmission unit (200a), in particular a fiber optic link,
Splitting the signal into a main signal and an auxiliary signal;
Detecting power fluctuations in the auxiliary signal and generating a control signal representing the power fluctuations;
Attenuating the power of the main signal in response to the control signal such that the power of the main signal input to the non-linear transmission unit (200a) is kept constant;
Transmitting the main signal via the non-linear transmission unit (200a);
Recovering the signal from the transmitted main signal by amplifying the transmitted main signal in response to the transmitted control signal.
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