JP2005340898A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を達成すると同時に光強度雑音発生による伝送品質低下を軽減して伝送品質の良好な光伝送システムを提供する。
【解決手段】送信側である親局１１０では、ＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートし、電気光変換器１５としてのレーザダイオードで変調すると同時に、ＬＯ信号もレーザダイオードに入力し直接強度変調を行うようにしている。特に、ＬＯ信号を、ＩＦ信号よりも高い変調度で、レーザダイオードに入力するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信側から受信側に対して光伝送路を介して光信号が伝送される光伝送システムにおいて、光強度雑音を低減させることのできる光伝送システムに関する。

送信側から受信側に対して光伝送路を介して光信号が伝送される光伝送システムは、ＣＡＴＶや携帯電話の不感地対策用等に実用化されており、近年では、５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮやＩＴＳ（高度道路交通システム）におけるＤＳＲＣ（専用狭域通信）やミリ波無線システム等により、超高周波を利用する無線システムへの応用が注目されている。

このような光伝送システムにおいては、送信側で無線周波数信号である電気信号が光信号に変換され、これが光伝送路としての光ファイバケーブルを介して送信側に伝送され、受信側で光信号が電気信号に戻された後、無線周波数信号が再生されるようになっている。

そして、上述のような５ＧＨｚ帯、或いは、これ以上の超高周波の無線周波数帯の信号を光伝送システムで伝送する場合、これまでは高価な外部変調器や高速のレーザダイオード、フォトダイオードを使用しなくてはならなかった。そこで、できるだけ低コストで実現するために、上記の超高周波の無線周波数帯の信号を低い周波数（中間周波数信号）へ周波数変換することで安価な低速のレーザダイオード、フォトダイオードを使用でき低コスト化が可能になる。また、送信側での電気光変換器として、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、高調波信号と局発信号とから中間周波数信号を生成し、これを光ファイバケーブルを介して送信側に伝送するシステムも本出願人により提案されている（特許文献１）。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特願２００３−３００９０７号 特開平８−７９１６２号公報 特開平６−３５０５３７号公報 特開平６−１６４４２７号公報 特開２００２−９７３８号公報 特開平７−１０７０７０号公報 特開平１０−２２９２３１号公報 特開平１１−８５９３号公報 特開２０００−８２９９３号公報 岡田他著「移動通信用マイクロ波光伝送システムの検討」電子情報通信学会 ＯＭＩ９５−３ １９９５年 渋谷他著「移動無線用光ファイバフィーダにおける光反射雑音の影響の検討」電子情報通信学会 ＯＣステップＳ９１−７８ １９９２年 油川他著「ＳＣＭ技術を適用した無線通信における雑音、歪低減技術の一検討」電子情報通信学会 ＯＭＩ９５−２１ １９９６年 瀬戸他著「過変調により強度雑音を抑圧したＱＰＳＫ光ＳＣＭＡ伝送特性」電子情報通信学会 ＭＷＰ９９−６ １９９９年 "Operation of a subcarrir multiple-access passive optical network multimode lasers in the presence of optical beat interference",TuQ5,pp.90-91,in OFC'95 田口他著「ＦＰ−ＬＤの非線形性性を利用した周波数変換方式によるＲＯＦシステムの検討」ＩＥＩＣＥソサイエティ大会 Ｃ−１４−１ ２００３年

また、上述のように光伝送システムにおいては光ファイバケーブルが用いられており、この光ファイバケーブル用のコネクタには接続点が存在する。このため、コネクタ接続点やコネクタ間に多重反射光が発生することがあり、この多重反射光が本来の光信号と共に受信側の光受信器に入射すると、光強度雑音（光ビート雑音と呼ばれることもある）となってあらわれることになる。この結果、伝送品質が劣化するという問題があった。

特に、光強度雑音は、周波数特性を持ち、低周波数になるほど顕著になる。すなわち、上述のように超高周波数帯を利用する上記構成の光伝送システムに、周波数変換方式を用いることによる低コスト化と、光強度雑音の発生による伝送品質の低下とは、相反するものであり、これらを同時に解決するアイディアは未だ提案されていないのが現状であった。

なお、上記特許文献２〜特許文献４は、RFの周波数変換器を用いて、周波数変換する手法を用いた光伝送システムを例示するものである。また、特許文献５は、送信側でＩＦ信号への周波数変換に利用した局発信号をＩＦ信号と共に伝送して、これを受信側でのＲＦ信号の再生に利用する伝送システムを例示するものである。また、特許文献６〜特許文献８は、光ビート雑音の改善方法を例示するものである。また、特許文献９は、ＬＤを１より大きい変調度で直接変調して光信号化することにより、発光スペクトル幅を拡大し、コヒーレンスを低下させ、光ビート雑音を低減させ、更に過変調することにより、悪化する歪を抑制させる方法を例示するものである。

また、非特許文献１は、送信側のＬＯ発生回路にＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）を用いた光伝送システムの例を示すものである。また、非特許文献２〜非特許文献５は、光ビート雑音は、光源の発光スペクトル幅に依存し、これが大きいほどコヒーレンスが低下し、光強度雑音が低減されるということを示すものである。そして、非特許文献６は、レーザダイオードの非線形性を利用した周波数変換の検討例を示すものである。

すなわち、これら特許文献及び非特許文献は、本発明に関連する個々の独立した技術を示すのみであり、低コスト化及び伝送品質を同時に満足させるような技術思想を示すものではない。

よって本発明は、上述した現状に鑑み、低コスト化を達成すると同時に光強度雑音発生による伝送品質低下を軽減して伝送品質の良好な光伝送システムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の光伝送システムは、送信側では、無線周波数帯信号を局発信号を用いて中間周波数信号に変換し、この中間周波数信号と前記局発信号とを電気光変換器にて光信号に変換して、これら信号を光伝送路を介して送信し、受信側では、前記光伝送路からの前記光信号を受信し、この光信号を光電気変換器にて電気信号に変換し、この電気信号から前記中間周波数信号と前記局発信号とを取り出し、取り出した中間周波数信号と局発信号を用いて、前記無線周波数帯信号を再生する光伝送システムであって、前記局発信号を、前記中間周波数信号よりも高い変調度で、前記電気光変換器に入力する、ことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、送信側では、無線周波数帯信号を局発信号を用いて中間周波数信号に変換し、この中間周波数信号と局発信号とを電気光変換器にて光信号に変換して、これら信号を光伝送路を介して送信し、受信側では、光伝送路からの光信号を受信し、この光信号を光電気変換器にて電気信号に変換し、この電気信号から中間周波数信号と局発信号とを取り出し、取り出した中間周波数信号と局発信号を用いて、無線周波数帯信号を再生するようにしている。このような信号の流れにおいて、特に、局発信号を、中間周波数信号よりも高い変調度で、電気光変換器に入力することにより、希望周波数における雑音が抑圧され、Ｃ／Ｎが改善される。したがって、伝送品質が良好で低コストの光伝送システムを得ることができるようになる。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の光伝送システムは、請求項１記載の光伝送システムにおいて、送信側では、前記局発信号の周波数を設定するためのＰＬＬ、を含むことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、送信側では局発信号の周波数を設定するためのＰＬＬを備えているので、局発信号及び中間周波数信号の周波数設定の自由度が広がる。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の光伝送システムは、請求項１又は請求項２記載の光伝送システムにおいて、前記電気光変換器として、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードを含み、このレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、前記無線周波数帯信号と前記局発信号とから前記中間周波数信号を生成する、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、電気光変換器として、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードを含み、このレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、無線周波数帯信号と局発信号とから中間周波数信号を生成するようにしているので、直接無線周波数帯信号を伝送するよりも伝送品質が良好になる。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の光伝送システムは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光伝送システムにおいて、送信側では、前記再生される前記無線周波数帯信号のレベルを調整するための調整手段、を含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、送信側では、再生される無線周波数帯信号のレベルを調整するための調整手段を備えているので、更に伝送品質が良好になる。

請求項１記載の発明によれば、局発信号を、中間周波数信号よりも高い変調度で、電気光変換器に入力することにより、希望周波数における雑音が抑圧され、Ｃ／Ｎが改善される。したがって、伝送品質が良好で低コストの光伝送システムを得ることができるようになる。

請求項２記載の発明によれば、送信側では局発信号の周波数を設定するためのＰＬＬを備えているので、局発信号及び中間周波数信号の周波数設定の自由度が広がる。したがって、より伝送品質が良好な光伝送システムを得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、電気光変換器として、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードを含み、このレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、無線周波数帯信号と局発信号とから中間周波数信号を生成するようにしているので、直接無線周波数帯信号を伝送するよりも伝送品質が良好で、より低コストの光伝送システムを得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、送信側では、再生される無線周波数帯信号のレベルを調整するための調整手段を備えているので、更に伝送品質が良好な光伝送システムを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、光スペクトル幅が拡大する様子を説明するための図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、光強度変調及び光周波数変調を説明するための図である。

図１に示すように、この実施形態は、この光伝送システムは、例えば、携帯電話端末等の移動局（不図示）と無線回線を介して通信する子局１２０と、この子局１２０と光ファイバケーブル１６を介して通信を行う親局１１０とを含んで構成される、光伝送システムに適用されるものとする。

親局１１０は、周波数変換器１１、局部発信器１２、増幅器１３、１４及び電気光変換器１５を含んで構成される。なお、親局１１０は請求項中の送信側に対応する。

子局１２０は、光電気変換器１７、分配器１８、バンドパスフィルタ１９、２０、増幅器２１、２３及び周波数変換器２２を含んで構成される。光電気変換器１７としては、フォトダイオードが用いられているものとする。そして、親局１１０と子局１２０とは、光ファイバケーブル１６でリンクされている。なお、子局１２０は請求項中の受信側に対応する。

なお、現実的には、親局１１０と子局１２０とは、双方向通信するために、上り用及び下り用の光ファイバケーブルでリンクされているが、本発明の特徴を簡潔に示すために上り用の光ファイバケーブルは省略している。同様に、一部の増幅器、アンテナ、共用器、無線機等も省略している。

このような構成において、局部発信器１２からの局発信号（ＬＯ信号）は、周波数変換器１１に入力され、図示しない基地局に装備される変調器にて変調された無線周波数帯信号（ＲＦ信号）が中間周波数信号（ＩＦ信号）に周波数変換される。ＩＦ信号及びＬＯ信号はそれぞれ、増幅器１４及び増幅器１３で増幅され、電気光変換器１５にて電気／光変換される。

電気光変換器１５からの光信号は、光ファイバケーブル１６を介して、子局１２０に向けて伝送され、子局１２０の光電気変換器１７によって受信検波され、電気信号に変換される。この電気信号は、分配器１８、バンドパスフィルタ２０及び１９をそれぞれ経て、ＩＦ信号及びＬＯ信号に分離される。ＬＯ信号は、増幅器２１によって最適なレベルに調整された後、周波数変換器２２に入力され、周波数変換器２２に入力するＩＦ信号がＲＦ信号に再変換され、すなわち、親局１１０で入力されたＲＦ信号が再生されて、増幅器２３によって最適なレベルに調整される。この後は、図示しない共用器、無線機及びアンテナを介して、移動局に向けて無線送信される。

このような基本的な信号の流れにおいて、送信側である親局１１０では、ＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートし、電気光変換器１５としてのレーザダイオードで変調すると同時に、ＬＯ信号もレーザダイオードに入力し直接強度変調を行うようにしている。これにより、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ｆ１で示す希望波だけでなく、Ｐｃで示すＬＯ信号を比較的高い変調度でレーザダイオード（ＬＤ）に入力することで、図３（Ａ）に示すようにレーザダイオードは直接強度変調されると同時に、図３（Ｂ）に示すような光領域での周波数変調もかかる。このため、発光スペクトル幅は広がり、コヒーレンスが低下し、光多重反射による光強度雑音が低減される。

図５〜図７を用いて、ＬＯ信号の変調度について補足説明する。図５は、ＬＯ信号の入力がない場合の雑音特性を示すグラフである。図６は、ＬＯ信号の変調度が１０％の場合の雑音特性を示すグラフである。図７は、ＬＯ信号の変調度が６０％の場合の雑音特性を示すグラフである。なお、いずれの場合も、ＩＦ信号として、４００ＭＨｚのπ／４ＱＰＳＫ信号を変調度１０％でレーザダイオードに入力するものとする。このときの反射光は−３２ｄＢである。

図５に示すように、希望周波数の整数倍の位置に多数のローレンツ型の雑音ピークが生じていることがわかる。これに対して、基準信号として５００ＭＨｚのキャリア周波数を変調度１０％でレーザダイオードに入力すると、図６に示すように、雑音が広帯域に広がり、希望周波数における雑音が抑圧され、Ｃ／Ｎが改善されていることがわかる。更に、基準信号の変調度を６０％にしてレーザダイオードに入力すると、図７に示すように、更に雑音が広帯域に広がり、希望周波数における雑音が抑圧され、更にＣ／Ｎが改善されていることがわかる。

このような特性を参照すると、実用的には、ＬＯ信号をＩＦ信号よりも高い変調度でレーザダイオードに入力することが好ましいことがわかった。こうすることにより、伝送品質が良好で低コストの光伝送システムを得ることができるようになる。

続いて、図４を用いて、より簡易な構成の本発明の第２実施形態を説明する。図４は、本発明の第２実施形態を示すブロック図である。

この第２実施形態も上記第１実施形態、子局２２０と光ファイバケーブル１１５を介して通信を行う親局２１０とを含んで構成される、光伝送システムに適用されるものとする。

親局２１０は、合成器１１１、局部発信器１１２、増幅器１１３及び電気光変換器１１４を含んで構成される。電気光変換器１１４としては、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードが用いられているものとする。

子局２２０は、光電気変換器１１６、分配器１１７、バンドパスフィルタ１１８、１１９、増幅器１２０、１２２及び周波数変換器１２１を含んで構成される。光電気変換器１１６としては、フォトダイオードが用いられているものとする。そして、親局２１０と子局２２０とは、光ファイバケーブル１１５でリンクされている。なお、ここでも、上り用の光ファイバケーブル、一部の増幅器、アンテナ、共用器、無線機等も省略している。ここで示すシステム構成は、上記特許文献１中でも提案されているものである。

このようなシステム構成において、基本的な信号の流れは、上記第１実施形態と同様となるので繰り返し説明は省略する。但し、この第２実施形態においては、ＲＦ信号と局部発信器１１２からのＬＯ信号とを合成器１１１で合成し、増幅器１１３で増幅した後同時に非線形の電気光変換特性を有する電気光変換器１１４としてのレーザダイオードに入力して、レーザダイオード自体でミキシングしているため、この構成のままでも一定の強度雑音低減効果が得られる。したがって、非常に簡易な構成の光伝送システムを得ることができる。

ところで、上記非特許文献３にも示すように、電気光変換器としてレーザダイオードを使用する場合、レーザダイオードに入力するＬＯ信号のレベルが高いほど、そして、周波数は低いほど光強度雑音の低減に有効であることがわかっている。また、レーザダイオード自体の雑音特性は緩和振動周波数に影響され、雑音のピークは緩和振動周波数に一致するため、変調（光変換）するＩＦ信号は低い周波数のほうがよい。但し、周波数が低すぎると、１／ｆ雑音、熱雑音等で逆に特性が劣化する。

しかしながら、上記図１及び図４に示したようなシステム構成では、ＬＯ周波数を低くするとＩＦ周波数が高くなり、逆に、ＩＦ周波数を低くしようとするとＬＯ周波数が高くなってしまう。

そこで、図８を用いて、上記図１及び図４に示した実施形態のシステムを改善した、本発明のより好ましい実施形態を提案する。図８は、本発明の第３実施形態を示すブロック図である。

この第３実施形態も上記第１実施形態、子局３２０と光ファイバケーブル２１７を介して通信を行う親局３１０とを含んで構成される、光伝送システムに適用されるものとする。但し、この第３実施形態では、局部発信器は、基準信号発生器２１３とＰＬＬ２１２とで構成されている。

すなわち、親局３１０は、周波数変換器２１１、ＰＬＬ２１２、局部信号発生器２１３、増幅器２１４、２１５及び電気光変換器２１６を含んで構成される。

子局３２０は、光電気変換器２１８、分配器２１９、バンドパスフィルタ２２０、２２１、ＰＬＬ２２２、増幅器２２３、２２５及び周波数変換器２２４を含んで構成される。光電気変換器２１８としては、フォトダイオードが用いられているものとする。そして、親局３１０と子局３２０とは、光ファイバケーブル２１７でリンクされている。なお、ここでも、上り用の光ファイバケーブル、一部の増幅器、アンテナ、共用器、無線機等も省略している。

このようなシステム構成において、基本的な信号の流れは、上記第１実施形態と同様となるので繰り返し説明は省略する。但し、この第３実施形態においては、送信側である親局３１０では局部発信器は基準信号発生器２１３とＰＬＬ２１２とで構成されており、基準信号発生器２１３からの任意の周波数の基準信号を増幅器２１５で増幅し、電気光変換器２１６に入力することによって強度雑音低減を行うようにしている。また、ＰＬＬ２１２でＬＯ周波数を高く設定できるためＩＦ信号を低い周波数に設定することが可能となる。すなわち、上記図１及び図４に示したシステム構成では、ＬＯ周波数及びＩＦ周波数をそれぞれ最適な周波数に設定することが容易ではなかったが、この第３実施形態では、例えば、ＲＦ周波数が、５．８ＧＨｚのとき、基準信号発生器２１３の基準信号を２００ＭＨｚとして、ＬＯ周波数を５．２ＧＨｚ、ＩＦ周波数を６００ＭＨｚに容易に設定することが可能になり、それぞれ雑音低減効果が大きい周波数に設定することが可能となる。なお、非特許文献１ではＰＬＬを周波数安定のために用いる例を示しているが、強度雑音低減のためにＰＬＬを利用しているものではない。

このように、本発明の実施形態によれば、ＬＯ信号を、ＩＦ信号よりも高い変調度で、電気光変換器としてのレーザダイオードに入力することにより、希望周波数における雑音が抑圧され、Ｃ／Ｎが改善される。また、最適なＬＯ信号及びＩＦ信号の周波数を、ＰＬＬを含む局部発信器によって、より簡単に設定できるようにしている。更に、電気光変換器として非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードを用い、このレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、無線周波数帯信号と局発信号とから中間周波数信号を生成するようにして、低価格化を実現している。したがって、低コスト化を達成すると同時に、伝送品質が良好で低コストの光伝送システムを得ることができる。

なお、上記実施形態では下り方向のみの信号の流れを例示して説明したが、本発明は上り方向にも同様に適用可能である。更には、本発明は双方向通信にも適用可能である。本発明は上記実施形態のみに限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、それも含むものである。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、光スペクトル幅が拡大する様子を説明するための図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、光強度変調及び光周波数変調を説明するための図である。 本発明の第２実施形態を示すブロック図である。 ＬＯ信号の入力がない場合の雑音特性を示すグラフである。 ＬＯ信号の変調度が１０％の場合の雑音特性を示すグラフである。 ＬＯ信号の変調度が６０％の場合の雑音特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 周波数変換器
１２ 局部発信器
１３、１４ 増幅器
１５ 電気光変換器
１７ 光電気変換器
１８ 分配器
１９、２０ バンドパスフィルタ
２１、２３ 増幅器
２２ 周波数変換器
１１０ 親局
１２０ 子局

Claims (4)

1. 送信側では、無線周波数帯信号を局発信号を用いて中間周波数信号に変換し、この中間周波数信号と前記局発信号とを電気光変換器にて光信号に変換して、これら信号を光伝送路を介して送信し、
   受信側では、前記光伝送路からの前記光信号を受信し、この光信号を光電気変換器にて電気信号に変換し、この電気信号から前記中間周波数信号と前記局発信号とを取り出し、取り出した中間周波数信号と局発信号を用いて、前記無線周波数帯信号を再生する光伝送システムであって、
   前記局発信号を、前記中間周波数信号よりも高い変調度で、前記電気光変換器に入力する、
   ことを特徴とする光伝送システム。
2. 請求項１記載の光伝送システムにおいて、
   送信側では、
   前記局発信号の周波数を設定するためのＰＬＬ、
   を含むことを特徴とする光伝送システム。
3. 請求項１又は請求項２記載の光伝送システムにおいて、
   前記電気光変換器として、非線形の電気光変換特性を有するレーザダイオードを含み、
   このレーザダイオードの非線形性に起因する歪信号を利用して、前記無線周波数帯信号と前記局発信号とから前記中間周波数信号を生成する、
   ことを特徴とする光伝送システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光伝送システムにおいて、
   送信側では、
   前記再生される前記無線周波数帯信号のレベルを調整するための調整手段、
   を含むことを特徴とする光伝送システム。

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