JP2006174217A - 角度変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホモダイン検波を利用した光信号処理により角度変調信号を発生する。
【解決手段】光源の出力を第１及び第２の光に分岐する第１の光分岐部と、前記第１の光に対して第１の信号源からの所定周波数の電気信号により光強度変調又は光振幅変調を施し第１の光信号を出力する光強度変調部と、前記第１の光信号を分岐して第３及び第４の光信号を出力する第２の光分岐部と、前記変調信号を出力する第２の信号源と前記第２の光に対して前記第２の信号源からの前記変調信号により光角度変調を施し第２の光信号を出力する光角度変調部と、前記第２の光信号と前記第４の光信号とを合波し第５の光信号を出力する光合波部と、自乗検波特性を有し第５及び第３の光信号をそれぞれ第１及び第２の電気信号に変換する第１及び第２の光検波部と、前記第１の電気信号から前記第２の電気信号成分を相殺する残留キャリア相殺部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域な角度変調信号（位相変調信号または周波数変調信号）を発生させる変調装置に関し、より特定的には、ホモダイン検波を利用した光信号処理によって、広帯域な角度変調信号を発生させる変調装置に関する。

近年、各家庭にまで光ファイバを敷設し、高速かつ大容量サービスの展開を図るＦＴＴＨシステムが急速に普及しつつある。このような光伝送システムにおいては、伝送路中で生じる反射戻り光が品質劣化の大きな要因となるが、ＦＭ一括変調方式は所望の伝送信号で広帯域のＦＭ変調を施すことを特徴としており、反射戻り光に対して耐性のある方式であることが知られている。
特開２００１−１３３８２４号公報

図１３に、１台の光源を用いたＦＭ一括変調システムの送信機構成図を示す。光源１０から出力された光は、光分岐部２０に入力され、第１及び第２の光として出力される。第１の光は、光強度変調部４０に入力され、第１の信号源３０から出力される所定周波数ｆｃの強度変調或いは振幅変調が施され、第１の光信号として出力される。一方で、第２の光は、光角度変調部５０に入力され、第２の信号源３１から出力される伝送すべき変調信号によって角度変調が施され、第２の光信号として出力される。第１及び第２の光信号は、光合波部６０において合波され、第５の光信号として出力される。当該第５の光信号は、自乗検波特性を有し、光信号を電気信号に変換する光検波部７０に入力され、第１の電気信号として出力される。

図１４、図１５にはそれぞれ、第１及び第２の光信号のスペクトル（模式図）を示す。なお、光源１０から出力される光の振動周波数をν０とする。この場合、光検波部７０から出力される第２の電気信号のスペクトルは、図１６に示すように、復調すべき信号である搬送周波数ｆｃの角度変調信号に、周波数ｆｃの無変調キャリア（残留キャリア）が重畳される。

当該残留キャリアは、角度変調信号の搬送波レベルを変化させるため、実効的にＦＭ（ＰＭ）変調指数が変化し、ＦＭ（ＰＭ）復調後に所望の信号品質を損なう可能性がある。つまり、周波数ｆｃに残留キャリアが現れないようにすることが望ましい。

この問題に対処すべく、特許文献１では、光強度変調部において光搬送波（周波数ν０の成分）が抑圧された光強度変調または光搬送波が抑圧された光振幅変調を施すことによって、この問題に対処している。

しかし、上記特許文献１の方法において、光搬送波を抑圧するためには通常、マッハツェンダー干渉計等のように一般的には高価な光学デバイスを利用する必要がある。さらに、搬送波を時間的に安定して抑圧し続けるためには、上記干渉計の駆動バイアス電圧を精度良く制御する必要があるが、直流ドリフト現象などにより、最適なバイアス電圧値も時々刻々変化することから、搬送波の安定した抑圧には限界がある。

前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載される角度変調装置は、入力された変調信号をホモダイン検波によって角度変調信号に変換するための角度変調装置であって、光源と、前記光源から出力される光を分岐して、第１及び第２の光として出力する第１の光分岐部と、第１の信号源と、前記第１の光に対して、第１の信号源から出力された所定周波数ｆｃの電気信号を源信号とした光強度変調または光振幅変調を施し、第１の光信号として出力する光強度変調部と、前記第１の光信号を分岐して、第３及び第４の光信号として出力する第２の光分岐部と、前記変調信号を出力する第２の信号源と、前記第２の光に対して、前記第２の信号源から出力された前記変調信号を源信号とした光角度変調を施し、第２の光信号として出力する光角度変調部と、前記第２の光信号と前記第４の光信号とを合波し、第５の光信号として出力する光合波部と、自乗検波特性を有し、第５及び第３の光信号をそれぞれ第１及び第２の電気信号に変換する第１及び第２の光検波部と、前記第１の電気信号から前記第２の電気信号成分を相殺する残留キャリア相殺部とを備え、ＦＭ（ＰＭ）復調時に信号品質の劣化要因となる残留キャリアを抑圧することが可能となる。

請求項２に記載される角度変調装置は、請求項１の特徴に加えて、前記残留キャリア相殺部が、前記第２の電気信号の位相を反転する位相反転部と、前記位相反転部により位相が反転された前記第２の電気信号と、前記第１の電気信号とを加算する電気合波部とによって構成されることを特徴とする。

請求項３に記載される角度変調装置は、請求項１の特徴に加えて、前記残留キャリア相殺部が、前記第２の電気信号に対して遅延時間を与える遅延部と、前記遅延部により遅延された前記第２の電気信号と、前記第１の電気信号とを加算する電気合波部とによって構成されることを特徴とする。

請求項４に記載される角度変調装置は、請求項３の特徴に加えて、前記遅延部から出力された信号に対して、相殺すべき残留キャリア周波数を主に通過させるフィルタ部を設けることを特徴とする。

請求項５に記載される角度変調装置は、請求項１の特徴に加えて、前記残留キャリア相殺部が、前記第３及び第５の光信号をそれぞれ自乗検波した後、逆位相で加算するバランス型ＰＤを用いることを特徴とする。

請求項６に記載される角度変調装置は、入力された変調信号をホモダイン検波によって角度変調信号に変換するための角度変調装置であって、光源と、前記光源から出力される光を分岐して、第１及び第２の光として出力する第１の光分岐部と、第１の信号源と、前記第１の光に対して、第１の信号源から出力された所定周波数ｆｃの電気信号を源信号とした光強度変調または光振幅変調を施し、第１の光信号として出力する光強度変調部と、前記変調信号を出力する第２の信号源と、前記第２の光に対して、前記第２の信号源から出力された前記変調信号を源信号とした光角度変調を施し、第２の光信号として出力する光角度変調部と、前記第１の信号源から出力された電気信号の制御を行う信号制御部と、前記信号制御部からの出力信号により強度変調された第６の光信号を出力する第２の光源と、前記第１の光信号と、前記第２の光信号と、前記第６の光信号とを合波し、第７の光信号として出力する光合波部と、自乗検波特性を持ち、第７の光信号を電気信号に変換する光検波部とを備え、ＦＭ（ＰＭ）復調時に信号品質の劣化要因となる残留キャリアを抑圧することが可能となる。

請求項７に記載される角度変調装置は、請求項６の特徴に加えて、前記信号制御部が、第１の信号源から出力された電気信号の位相を反転する位相反転部であることを特徴とする。

請求項８に記載される角度変調装置は、請求項６の特徴に加えて、前記信号制御部が、第１の信号源から出力された電気信号に対して遅延時間を与える遅延部であることを特徴とする。

本発明の角度変調装置によれば、光強度変調部において完全にキャリア成分を抑圧できない場合においても、光検波後の残留キャリアを効果的に抑圧することが可能となり、ＦＭ（ＰＭ）復調後の信号品質を維持することが可能となる。また、従来のように光搬送波を抑圧するためのデバイス（マッハツェンダー干渉計など）を必要としないため、ＦＭ一括変調光送信機のコストを大幅に抑えることが可能となる。

以下に本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施形態は、以下に示すものに限定されない。

（実施の形態１）
図１は、本発明における請求項１の実施形態に係る角度変調装置の構成を示す図である。

図１において、本実施例の角度変調装置は、光源１０と、第１の光分岐部２０と、第２の光分岐部２１と、第１の信号源３０と、第２の信号源３１と、光強度変調部４０と、光角度変調部５０と、光合波部６０と、第１の光検波部７０と、第２の光検波部７１と、残留キャリア相殺部８０とを備えている。

光源１０からの出力光（発振周波数ν０）は、第１の光分岐部２０に入力され、第１及び第２の光として出力される。第１の光は、光強度変調部４０に入力され、第１の信号源３０から出力される所定周波数ｆｃの光強度変調或いは光振幅変調が施され、第１の光信号として出力される。当該第１の光信号は、第２の光分岐部２１に入力され、第３及び第４の光信号として出力される。一方で、第２の光は、光角度変調部５０に入力され、第２の信号源３１から出力される伝送すべき変調信号によって光角度変調が施され、第２の光信号として出力される。第２及び第４の光信号は、光合波部６０に入力され、第５の光信号として出力される。第３及び第５の光信号はそれぞれ自乗検波特性を有し、光信号を電気信号に変換する第１及び第２の光検波部に入力され、第１及び第２の電気信号として出力される。

図２には、（ａ）第１、第３、第４の光信号、（ｂ）第２の光信号、（ｃ）第５の光信号のスペクトル（模式図）を示す。また、図３には、（ａ）第１の電気信号、（ｂ）第２の電気信号のスペクトル（模式図）を示す。第１の電気信号のうち、被復調信号は中心周波数ｆｃの角度変調信号となるが、同時に残留キャリア成分が周波数０、ｆｃ、２ｆｃに現れる。一方で、第２の電気信号には、第１の電気信号スペクトルに現れた残留キャリア（周波数０、ｆｃ、２ｆｃ）と同等の成分が現れる。ここで、残留キャリア相殺部８０において、第１の電気信号から、第２の電気信号成分を相殺することにより、光角度変調部５０において施されたＦＭ（ＰＭ）変調信号が中心周波数ｆｃに得られ、復調時の残留キャリアによる信号劣化を防ぐことが可能となる。

また、残留キャリア相殺部の具体的構成として、例えば図４に示すように、位相反転部９０により第１の電気信号の位相を反転した後、電気合波部１００において位相反転された第１の電気信号と、第２の電気信号とを加算する方法がある。

また、図５に示すように、遅延部１１０により第１の電気信号を例えば（２ｎ＋１）／（２ｆｃ）（秒）（ただしｎは整数）だけ遅延させることにより、電気合波部１００において、遅延された第１の電気信号の周波数ｆｃ成分と、第２の電気信号の周波数ｆｃ成分は位相が（２ｎ＋１）πだけずれて加算されるため、周波数ｆｃの残留キャリアを除去することが可能となる。

上記遅延部１１０を利用した残留キャリア相殺方法の場合、周波数０及び２ｆｃの残留キャリア成分は、電気合波部において相殺されるとは限らず、逆に増加する可能性がある。これら周波数０及び２ｆｃの残留キャリアは、ＦＭ（ＰＭ）復調時に何ら寄与するものではないが、少なくとも周波数ｆｃの残留キャリア成分だけを確実に除去するための方法を図６に示す。同図のように、遅延部１１０と電気合波部１００との間に、周波数ｆｃを通過させ、周波数０及び周波数２ｆｃの通過を妨げるフィルタ部１２０を設けることにより、第２の電気信号に現れた周波数ｆｃの残留キャリア成分のみを相殺することが可能となる。なお、フィルタ部１２０は、第１の光検波部７０と遅延部１１０との間に挿入する構成も同様に考えられる。

また、図７に示すように、第３及び第５の光信号をそれぞれ自乗検波した後、逆位相で加算するバランス型ＰＤを用いることにより、残留キャリアを相殺する方法も考えられる。

なお、上記残留キャリア相殺部には、残留キャリアを精度良く相殺するために、第１及び第２の電気信号のレベルを調整手段を設けることも可能である。

また、残留キャリア成分をより低減させるためには、光強度変調部４０が、単一側波帯光強度変調または単一側波帯光振幅変調を施すことが望ましく、さらには、光搬送波が抑圧された光強度変調または光搬送波が抑圧された光振幅変調を施すことが望ましい。

（実施の形態２）
図８に、本発明における請求項６の実施形態に係る角度変調装置の構成を示す図である。

図８において、本実施例の角度変調装置は、第１の光源１０と、第２の光源１１と、光分岐部２０と、第１の信号源３０と、第２の信号源３１と、光強度変調部４０と、光角度変調部５０と、光合波部６０と、光検波部７０と、信号制御部１４０とを備えている。

第１の光源１０からの出力光（発振周波数ν０）は、光分岐部２０に入力され、第１及び第２の光として出力される。第１の光は、光強度変調部４０に入力され、第１の信号源３０から出力される所定周波数ｆｃの光強度変調或いは光振幅変調が施され、第１の光信号として出力される。

また、第１の信号源から出力される所定周波数ｆｃの電気信号は、信号制御部１４０に入力されたのち、第２の光源１１（発振周波数ν１）に入力される。なお、信号制御部１４０の機能については後ほど説明する。第２の光源からは、第６の光信号が出力される。

光分岐部２０から出力された第２の光は、光角度変調部５０に入力され、第２の信号源３１から出力される伝送すべき変調信号によって光角度変調が施され、第２の光信号として出力される。

第１及び第２の光信号は、光合波部６０に入力され、第７の光信号として出力される。当該第７の光信号は、自乗検波特性を有し、光信号を電気信号に変換する光検波部に入力され、第３の電気信号として出力される。

図９には、（ａ）第１の光信号、（ｂ）第２の光信号、（ｃ）第６の光信号、（ｄ）第７の光信号のスペクトル（模式図）を示す。また、図１０には、信号制御部１４０において（ａ）信号制御を行わない場合、（ｂ）信号制御を行う場合のそれぞれについて、周波数ｆｃ付近の第３の電気信号のスペクトル（模式図）を示す。信号制御部１４０において信号制御を行わない場合、つまり、第１の信号源から出力される所定周波数ｆｃの信号によって、第２の光源１１から出力される光が強度変調或いは振幅変調を施される場合には、第７の光信号において、周波数ν０とν０±ｆｃとに現れるキャリアのビート成分（以下第１のビート成分とする）及び、周波数ν１とν１±ｆｃとに現れるキャリアのビート成分（以下第２のビート成分）とが、周波数ｆｃの残留キャリア成分として第３の電気信号中に現れる。上記第１及び第２のビート成分は双方ともに第１の信号源から出力される所定周波数ｆｃの信号によって強度変調或いは振幅変調された光信号から発生するものであるため、ほぼ同一の位相変化を有することになる。そこで、信号制御部１４０において、第１のビート成分と第２のビート成分とがお互いに打ち消しあうように位相及び振幅等を調整することにより、図１０（ｂ）に示すように、第３の電気信号中に現れる周波数ｆｃの残留キャリアを抑圧することが可能となる。

信号制御部の具体的な構成として、例えば図１１に示すように、位相反転部１５０により第１の信号源から出力される信号の位相を反転させた後、第２の光源１１に入力する方法がある。また、図１２に示すように、遅延部１６０により第１の信号源から出力される電気信号を例えば（２ｎ＋１）／（２ｆｃ）（秒）（ただしｎは整数）だけ遅延させることにより、光検波部７０において発生する第１のビート成分と第２のビート成分がお互いに逆位相となるように制御する方法もある。

本発明により、ＦＭ一括変調方式において問題となる、ホモダイン時の残留キャリア成分を低コストかつ効果的に抑圧することが可能となり、ＦＭ（ＰＭ）復調後の受信品質を維持することが可能となる。従って、高い受信品質を要求される映像配信システム等への適用可能性が高いものと考えられる。

本発明の請求項１における角度変調装置の図 実施例１における第１乃至第５の光信号のスペクトル模式図 実施例１における第１及び第２の電気信号のスペクトル模式図 本発明の請求項２における角度変調装置の図 本発明の請求項３における角度変調装置の図 本発明の請求項４における角度変調装置の図 本発明の請求項５における角度変調装置の図 本発明の請求項６における角度変調装置の図 実施例２における第１、第２、第６及び第７の光信号のスペクトル模式図 実施例２における信号制御部の制御がない場合とある場合の第３の電気信号のスペクトル模式図 本発明の請求項７における角度変調装置の図 本発明の請求項８における角度変調装置の図 １つの光源を用いたＦＭ一括変調光伝送システムの送信機構成図 従来の構成における第１の光信号のスペクトル模式図 従来の構成における第２の光信号のスペクトル模式図 従来の構成における第２の電気信号のスペクトル模式図

符号の説明

１０，１１ 光源
２０，２１ 光分岐部
３０，３１ 信号源
４０ 光強度変調部
５０ 光角度変調部
６０ 光合波部
７０，７１ 光検波部
８０ 残留キャリア相殺部
９０ 位相反転部
１００ 電気合波部
１１０ 遅延部
１２０ フィルタ部
１３０ バランス型ＰＤ
１４０ 信号制御部
１５０ 位相反転部
１６０ 遅延部

Claims (8)

1. 入力された変調信号をホモダイン検波によって角度変調信号に変換するための角度変調装置であって、
   光源と、
   前記光源から出力される光を分岐して、第１及び第２の光として出力する第１の光分岐部と、
   第１の信号源と、
   前記第１の光に対して、第１の信号源から出力された所定周波数ｆｃの電気信号を源信号とした光強度変調または光振幅変調を施し、第１の光信号として出力する光強度変調部と、
   前記第１の光信号を分岐して、第３及び第４の光信号として出力する第２の光分岐部と、
   前記変調信号を出力する第２の信号源と、
   前記第２の光に対して、前記第２の信号源から出力された前記変調信号を源信号とした光角度変調を施し、第２の光信号として出力する光角度変調部と、
   前記第２の光信号と前記第４の光信号とを合波し、第５の光信号として出力する光合波部と、
   自乗検波特性を有し、第５及び第３の光信号をそれぞれ第１及び第２の電気信号に変換する第１及び第２の光検波部と、
   前記第１の電気信号から前記第２の電気信号成分を相殺する残留キャリア相殺部とを備えることを特徴とする角度変調装置。
2. 前記残留キャリア相殺部が、
   前記第２の電気信号の位相を反転する位相反転部と、
   前記位相反転部により位相が反転された前記第２の電気信号と、前記第１の電気信号とを加算する電気合波部とによって構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の角度変調装置。
3. 前記残留キャリア相殺部が、
   前記第２の電気信号に対して遅延時間を与える遅延部と、
   前記遅延部により遅延された前記第２の電気信号と、前記第１の電気信号とを加算する電気合波部とによって構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の角度変調装置。
4. 前記遅延部から出力された信号に対して、相殺すべき残留キャリア周波数を主に通過させるフィルタ部を設けることを特徴とする、
   請求項３に記載の角度変調装置。
5. 前記残留キャリア相殺部が、
   前記第３及び第５の光信号をそれぞれ自乗検波した後、逆位相で加算するバランス型ＰＤを用いることを特徴とする、
   請求項１に記載の角度変調装置。
6. 入力された変調信号をホモダイン検波によって角度変調信号に変換するための角度変調装置であって、
   光源と、
   前記光源から出力される光を分岐して、第１及び第２の光として出力する第１の光分岐部と、
   第１の信号源と、
   前記第１の光に対して、第１の信号源から出力された所定周波数ｆｃの電気信号を源信号とした光強度変調または光振幅変調を施し、第１の光信号として出力する光強度変調部と、
   前記変調信号を出力する第２の信号源と、
   前記第２の光に対して、前記第２の信号源から出力された前記変調信号を源信号とした光角度変調を施し、第２の光信号として出力する光角度変調部と、
   前記第１の信号源から出力された電気信号の制御を行う信号制御部と、
   前記信号制御部からの出力信号により強度変調された第６の光信号を出力する第２の光源と、
   前記第１の光信号と、前記第２の光信号と、前記第６の光信号とを合波し、第７の光信号として出力する光合波部と、
   自乗検波特性を持ち、第７の光信号を電気信号に変換する光検波部とを備えることを特徴とする角度変調装置。
7. 前記信号制御部が、第１の信号源から出力された電気信号の位相を反転する位相反転部であることを特徴とする、
   請求項６に記載の角度変調装置。
8. 前記信号制御部が、第１の信号源から出力された電気信号に対して遅延時間を与える遅延部であることを特徴とする、
   請求項６に記載の角度変調装置。

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