JP2005277712A - 光伝送システムとその光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット信号を用いることなく一定の伝送信号利得を得ることができるようにし、これにより装置構成を簡易化し得る光伝送システムとその光受信装置を提供する。
【解決手段】移動通信システムの無線区間通信に使用される無線周波数帯域の主信号１によりアナログ変調された光信号を光ファイバ３を介して伝送する光伝送システムにおいて、光受信機ＯＲ１に光／電気変換部４と、レベルモニタ７と、制御回路８とを備える。また、光受信機ＯＲ１において再生された無線周波数信号の利得を制御するための可変アッテネータ５を出力端子７０の前段に設ける。そして、光ファイバ３を介して伝送された光信号の受光レベルをレベルモニタ７によりモニタし、その結果に基づいて、制御回路８により可変アッテネータ５の減衰量を制御する。このようにして光伝送区間における伝送利得を一定値に安定化させるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線信号などのアナログ信号で変調した光信号を光ファイバを介して伝送する光伝送システムと、この光伝送システムに用いられる光受信装置に関する。特に本発明は、ＩＭＴ−２０００などの移動通信システムの無線区間に使用される無線周波数信号により光信号を強度変調して伝送する光伝送システムに関する。

近年、アナログの信号をアナログのまま伝送する通信システムが見直されている。なかでも光ファイバを用いた光アナログ伝送システムが注目されており、ＣＡＴＶ（Cable Television）ネットワークや移動通信網における中継システムとして適用されている。特に、携帯電話網に応用されるシステムはＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムと称される。

ＲＯＦシステムは、ＩＭＴ−２０００に代表されるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式、あるいは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式などの種々の規格に基づく移動通信網への適用が検討されている。ＲＯＦシステムは、無線帯域（例えば２ＧＨｚ帯）のアナログ信号により変調される光信号を伝送することで長距離伝送を実現する。

この種のシステムにおいては、基地局との間でアナログ信号を授受する装置を親局装置と称する。また光ファイバを介して遠隔の不感地帯などに設置され、親局装置との間でアナログ信号を授受する装置を子局装置と称する。親局装置から子局装置への伝送方向をダウンリンクと称し、その逆をアップリンクと称する。

ところで、親局装置と子局装置とを繋ぐ光ファイバの長さ、品質、および中継器やコネクタの数などは敷設箇所に応じて異なるため、光信号に生じる損失も一定ではない。これに対して安定した伝送品質を得るためには、損失の変動によらず、伝送信号の入力端と出力端との間で一定の信号利得を得られるようにする必要がある。

送信側において主信号にパイロット信号を重畳し、受信側においてパイロット信号の受信レベルをモニタすることにより一定の信号利得を得られるようにしたシステムがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながらこのような形態ではパイロット信号の合成回路、および分離回路が必要となるために、装置構成が複雑になるという不具合が有る。また、パイロット信号を生成するために発振器などの回路も必要になる。また、パイロット信号の振幅を一定に保つための回路も必要になる。さらには、パイロット信号が主信号に干渉し、伝送特性を劣化させるという不具合も有る。

また特許文献２には、発光素子や受光素子等の劣化により受信側における受信レベルの低下による異常の仮復旧を行う光伝送装置、および、この光伝送装置を用いた光伝送システムが開示される。この文献に記載のシステムは、受信側におけるレベル低下を送信側に通知して送信側の送信レベルを制御することにより、受信側における受信レベルを安定化させるようにしている。
特開平０９−２７０７４８号公報 特開平０９−１３５２０９号公報

上記したように既存の光伝送システムは、伝送信号の入力端と出力端との間で一定の信号利得を得るためにパイロット信号を必要とする。よって部品点数の増大を余儀なくされ、親局装置および子局装置の構成の複雑化、およびシステムコストの上昇を招くという不具合が有る。また伝送特性が劣化するという不具合も有る。

本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、パイロット信号を用いることなく一定の伝送信号利得を得ることができるようにし、これにより装置構成を簡易化し得る光伝送システムとその光受信装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明の一態様によれば、移動通信システムの無線区間通信に使用される無線周波数信号（例えば主信号１）によりアナログ変調された光信号を光伝送路（例えば光ファイバ３）を介して伝送する光伝送システムにおいて、前記光信号を生成して前記光伝送路に送出する光送信装置（例えば光送信機ＯＴ１）と、前記光伝送路を介して前記光信号を受信する光受信装置（例えば光受信機ＯＲ１）とを具備し、前記光受信装置は、前記光伝送路を介して到来する光信号の受光レベルを検出するモニタ手段（例えばレベルモニタ７）と、前記到来する光信号を光／電気変換手段して前記無線周波数信号を再生する再生手段（例えば光／電気変換部４）と、この再生手段により再生された無線周波数信号のレベルを調整するレベル調整手段（例えば可変アッテネータ５）と、前記再生された無線周波数信号のレベルを規定値とすべく、前記レベル調整手段の調整量を前記モニタ手段により検出される受光レベルに基づいて制御する制御手段（例えば制御回路８）とを備えることを特徴とする光伝送システムが提供される。

このような手段を講じることにより、光受信装置において、光信号それ自体の受光レベルが検出される。これによりパイロット信号が不要となる。そして、検出された受光レベルに基づいてレベル調整手段の調整量が制御手段により制御される。よって、光受信装置側で再生された無線周波数信号のレベルは規定値に安定化される。これにより、パイロット信号を用いる必要なく、伝送区間における信号利得を一定化することが可能になる。従って光送信装置および光受信装置の構成を簡易化でき、ひいては親局装置および子局装置の構成簡易化を促進することが可能になる。

本発明によれば、パイロット信号を用いることなく一定の伝送信号利得を得ることができるようになり、これにより装置構成を簡易化し得る光伝送システムとその光受信装置を提供することができる。

図１は、本発明に係わる光伝送システムの実施の形態を示すシステム図である。図１のシステムは、例えば携帯電話網などの移動通信システムを補助するために設けられ、基地局４０の展開するサービスエリアを光ファイバ３を用いて拡大するものである。この種のシステムはＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムと称して知られている。この種の光アナログ伝送システムにおいては、光ファイバは、ネットワークベンダ（システム提供者など）からユーザ（通信事業者など）に規定の料金で貸し出される。ユーザは光ファイバに支線ファイバを接続して独自のネットワークを構築する。光ファイバは、融着、あるいはコネクタなどの光部品による接合により互いに接続される。

図１において、基地局４０は同軸ケーブルＣを介して親局装置２０に接続される。親局装置２０は、基地局４０から送信される無線周波数信号の一部を同軸ケーブルＣを介して取得する。親局装置２０は光ファイバ３を介して子局装置３０に接続される。なお親局装置２０と子局装置３０との間に光中継装置５０を設けても良い。無線周波数信号は、移動通信システムの無線区間通信に使用される帯域を有し、例えばＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの方式に基づいて変調される。その波形は時間とともにアナログ的に変動する。

基地局４０および移動局Ｔ１，Ｔ２は、例えばＩＭＴ−２０００に基づく移動通信システムに属する。基地局４０は例えば見晴らしの良いビル（ビル１００）の屋上などに設置されて無線ゾーンを展開する。無線ゾーン内に在圏する移動局Ｔ１は、このシステムに割り当てられたキャリア帯域の無線チャネルを介して基地局４０に接続される。

ビル１００の傍に高層ビル（ビル２００）が建設されたとすると、その直下などにおいては基地局４０からの無線周波数信号が届かず、不感地帯が形成されることがある。そこで子局装置３０を設け、光ファイバ３を介して基地局４０と子局装置３０との間に情報通信路を開設することにより不感地帯を解消することができる。このほか子局装置３０は、ビルの中などにも設置され、不感地帯の解消に役立てられる。

親局装置２０と子局装置３０とを繋ぐ光ファイバ３の長さはまちまちであり、光信号の減衰量も様々に異なる。伝送信号の入力端と出力端との間で、光信号の損失の変動によらず一定の信号利得を確保できれば、安定した伝送品質を得ることができる。次に、本発明の実施の形態をより詳細に説明する。

図２は、本発明に係わる光送信装置および光受信装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。図２の光送信機ＯＴ１は図１の親局装置２０に備えられ、光受信機ＯＲ１は子局装置３０に備えられるとする。すなわち図２はダウンリンクにおける構成を示す。アップリンクにおいては光送信機ＯＴ１は子局装置３０に備えられ、光受信機ＯＲ１は親局装置２０に備えられることになる。通常のシステムではアップリンクおよびダウンリンクの双方向通信を実現するため、親局装置２０および子局装置３０のいずれも光送信機ＯＴ１および光受信機ＯＲ１を備える。

図３は、図２の光送信機ＯＴ１の一構成例を示すブロック図である。光送信機ＯＴ１はＬＤモジュールを備える。ＬＤモジュールはレーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子３１を備える。発光素子３１に印加されるバイアス電流には、図１の基地局４０から親局装置２０に導入される無線周波数信号（ＲＦｉｎ）が重畳される。これにより無線周波数信号の波形に応じてアナログ的に強度変調された光信号ＰＬＤが生成される。光信号ＰＬＤは図２の光ファイバ３に出力される（ＰＯＵＴ）。

一方、ＬＤモジュールにはモニタ用のフォトダイオード（ＰＤ）３３が備えられる。このモニタＰＤ３３はＰＬＤの強度に応じてモニタ電流Ｉｍを発生する。モニタ電流Ｉｍは光出力安定化回路３４に与えられる。光出力安定化回路３４はモニタ電流Ｉｍの値が一定になるように発光素子３１のバイアス電流ＩＬＤを制御する。これにより出力光ＰＯＵＴの強度は一定に保たれる。

図４は、図３の光出力安定化回路３４の作用を説明するための図である。図４のグラフにおける横軸は発光素子３１の駆動電流を示し、縦軸は光出力を示す。縦軸左側はモニタＰＤ３３への入射光強度を示し、縦軸右側は光ファイバ３への出射光強度を示す。図示されるように、発光素子３１は直流バイアス電流に無線周波数信号（ＲＦｉｎ）を交流成分として加える事により駆動される。直流動作点を発光素子３１の電流対光出力特性の直線部分に設定することにより歪みの発生を避けることができる。また発光素子３１の電流対光出力特性は経年変化などにより移動するため、これに追従する機構を設けるようにする。次に、上記構成における作用を詳しく説明する。

図２において、光送信機ＯＴ１から光ファイバ３を介して光受信機ＯＲ１に達した光信号は、光／電気変換部（Ｏ／Ｅ）４に入力される。光／電気変換部４は受光素子３２を備え、受光素子３２は光信号を電気信号に変換する。これにより主信号６が再生される。再生された主信号６は、可変アッテネータ（ＡＴＴ）５を介して出力端子７０から出力される。可変アッテネータ５は例えば電圧制御型であり、与えられる電圧に応じて減衰量が可変制御される。

一方、受光素子３２にはレベルモニタ７が接続される。レベルモニタ７は光ファイバ３を介して到来する光信号の受光レベルを検出する。なお光受信レベルと相関のある信号を用いることができれば必ずしも光信号の受光レベルを検出する必要は無い。検出された受光レベルは制御回路８に通知される。制御回路８は、予め定められた規定値と受光レベルとを比較し、その差に基づいて、無線周波数信号の出力レベルを規定値に安定化させるための制御信号を生成する。特に本実施形態では、制御回路８は変換テーブルＣＴを参照し、その内容に基づいて制御信号を生成する。この制御信号は可変アッテネータ５に与えられ、これにより可変アッテネータ５の減衰量が可変制御される。

図５は、図２の変換テーブルの内容を示す模式図である。変換テーブルＣＴの内容は、レベルモニタ７により検出される入力光レベルに可変アッテネータ５の減衰量を１対１に対応付けることにより予め用意される。すなわち可変アッテネータ５の印加電圧に対する特性は既知であるので、入力高レベルに対する減衰量を予め関数のかたちで容易することができる。また、図示するようなグラフ形式に限らず、入力光レベルを予め段階的に区切り、各入力光レベルに減衰量を示す数値を対応付けた表形式としても良い。

上記構成によれば、光受信機ＯＲ１において光信号の受光レベルが直接的にモニタされ、その結果に基づく制御信号が可変アッテネータ５にフィードフォワードされる。これにより入力端子６０から出力端子７０まで、すなわち光送信機ＯＴ１から光受信機ＯＲ１までの光伝送利得を光ファイバ３の損失によらずに一定に保つことができる。言い換えれば、伝送距離によらず光受信レベルを一定に保つことが可能となる。従って主信号１の利得を一定に保つことが可能となり、安定した伝送品質を得ることが可能になる。

図６は、比較のため既存の光伝送システムにおける光送信装置および光受信装置を示す機能ブロック図である。図６において光送信機ＯＴ１は、主信号１にパイロット信号２３を重畳するための合成回路２２を備える。パイロット信号が重畳された主信号１は光信号に変換されて光受信機ＯＲ１に達する。光受信機ＯＲ１は光信号から主信号６を再生する。再生された主信号６は可変アッテネータ５を介して分離回路２４に入力される。分離回路２４は主信号６からパイロット信号２３を分離する。分離されたパイロット信号２３の平均電力はレベルモニタ２５によりモニタされ、その結果に基づいて、制御回路２６により可変アッテネータ５の減衰量が可変制御される。

図６の構成においては、主信号１にパイロット信号２３を多重するための合成回路２２と、再生された主信号６からパイロット信号を分離するための分離回路２４とが必要となる。このため部品点数が多くなり、親局装置２０および子局装置３０の構成の複雑化やシステムコストの上昇などといった不具合が生じる。またパイロット信号２３と主信号１とが干渉して伝送特性が劣化するという不具合も有る。

これに対し本実施形態では、移動通信システムの無線区間通信に使用される無線周波数帯域の主信号１によりアナログ変調された光信号を光ファイバ３を介して伝送する光伝送システムにおいて、光受信機ＯＲ１に光／電気変換部４と、レベルモニタ７と、制御回路８とを備える。また、光受信機ＯＲ１において再生された無線周波数信号の利得を制御するための可変アッテネータ５を出力端子７０の前段に設ける。そして、光ファイバ３を介して伝送された光信号の受光レベルをレベルモニタ７によりモニタし、その結果に基づいて、制御回路８により可変アッテネータ５の減衰量を制御する。このようにして光伝送区間における伝送利得を一定値に安定化させるようにしている。

このようにしたので、パイロット信号を主信号１に重畳する必要無く、信号の伝送利得を既定値に安定化させることが可能になる。従って光送信機ＯＴ１、および光受信機ＯＲ１のいすれも構成を簡易化することができ、ひいては親局装置２０および子局装置３０の構成を簡易化することが可能になる。また、これによりシステムコストの低減にも寄与できる。さらには、パイロット信号が主信号に干渉する虞も無いために、伝送品質の向上を促すことも可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図２の可変アッテネータ５に代えて可変利得増幅器を用いるようにしても良い。また、光受信機ＯＲ１における受光レベルが既定の閾値以下となった場合には、可変アッテネータ５の減衰量を強制的に最大値とし、出力端子７０からの出力信号レベルを０レベル相当となるようにしても良い。

伝送路障害などが生じた場合には受光レベルが過度に低下することが多い。このような場合に利得制御ループを作用させたままにしておくと、障害の復旧時に受信利得が過度に上昇して後段の装置に障害がもたらされる虞が有る。そこで出力端子７０からの出力信号レベルを最低とし、利得制御ループを予め切断しておくことで、システム運用の安全性を高めることが可能になる。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係わる光伝送システムの実施の形態を示すシステム図。 本発明に係わる光送信装置および光受信装置の実施の形態を示す機能ブロック図。 図２の光送信機ＯＴ１の一構成例を示すブロック図。 図３の光出力安定化回路３４の作用を説明するための図。 図２の変換テーブルの内容を示す模式図。 比較のため既存の光伝送システムにおける光送信装置および光受信装置を示す機能ブロック図。

符号の説明

Ｃ…同軸ケーブル、Ｔ１，Ｔ２…移動局、ＣＴ…変換テーブル、ＯＴ１…光送信機、ＯＲ１…光受信機、３…光ファイバ、４…光／電気変換部、５…可変アッテネータ、７…レベルモニタ、８…制御回路、２０…親局装置、２２…合成回路、２４…分離回路、２５…レベルモニタ、２６…制御回路、３０…子局装置、３１…発光素子、３２…受光素子、３３…フォトダイオード、３４…光出力安定化回路、４０…基地局、５０…光中継装置、６０…入力端子、７０…出力端子、１００…ビル

Claims (6)

1. 移動通信システムの無線区間通信に使用される無線周波数信号によりアナログ変調された光信号を光伝送路を介して伝送する光伝送システムにおいて、
   前記光信号を生成して前記光伝送路に送出する光送信装置と、
   前記光伝送路を介して前記光信号を受信する光受信装置とを具備し、
   前記光受信装置は、
   前記光伝送路を介して到来する光信号の受光レベルを検出するモニタ手段と、
   前記到来する光信号を光／電気変換手段して前記無線周波数信号を再生する再生手段と、
   この再生手段により再生された無線周波数信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
   前記再生された無線周波数信号のレベルを規定値とすべく、前記レベル調整手段の調整量を前記モニタ手段により検出される受光レベルに基づいて制御する制御手段とを備えることを特徴とする光伝送システム。
2. 前記制御手段は、前記レベル調整手段の特性に基づいて前記受光レベルに前記調整量を対応付けた変換表を備え、この変換表と前記受光レベルとに基づき前記レベル調整手段の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記受光レベルが既定の閾値以下の場合には、前記制御手段は前記再生された無線周波数信号を０レベル相当とすべく前記レベル調整手段の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
4. 前記レベル調整手段は可変減衰器であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
5. 前記レベル調整手段は可変利得増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
6. 移動通信システムの無線区間通信に使用される無線周波数信号によりアナログ変調された光信号を光伝送路を介して伝送する光伝送システムに用いられ、前記光伝送路を介して前記光信号を受信する光受信装置において、
   前記光伝送路を介して到来する光信号の受光レベルを検出するモニタ手段と、
   前記到来する光信号を光／電気変換手段して前記無線周波数信号を再生する再生手段と、
   この再生手段により再生された無線周波数信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
   前記再生された無線周波数信号のレベルを規定値とすべく、前記レベル調整手段の調整量を前記モニタ手段により検出される受光レベルに基づいて制御する制御手段とを備えることを特徴とする光受信装置。

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