JP2006345287A - Radio wave receiving optical transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調器を利用して電界を検出あるいは測定するセンシング装置や、光変調器を利用して電波を受信して光信号に変換した後、伝送して、再び電気信号に変換する装置に係り、特に、放送用、通信用などの電波の中継装置に用いるのに適した分岐干渉型光導波路による光変調器を備えた電波受信・光伝送システムに関する。 The present invention is a sensing device that detects or measures an electric field using an optical modulator, or receives an electric wave using an optical modulator, converts it into an optical signal, transmits it, and then converts it again into an electrical signal. More particularly, the present invention relates to a radio wave reception / transmission system including an optical modulator using a branching interference type optical waveguide suitable for use in a radio wave relay apparatus for broadcasting and communication.
従来の分岐干渉型光導波路による光変調器を備えた電波受信・光伝送装置には、いくつかのタイプがある。例えば、特許文献1〜5などに示されている。最も基本的な従来の構成例を図4に示す。図4において、41は電波を受信するアンテナ、42は分岐干渉型光導波路による光変調器、43aは偏波保持光ファイバ、43bはシングルモード光ファイバ、44は無変調光を出射する光源、45はO/E変換器である。アンテナ41で受信した電気信号が光変調器42に印加される。光源44から出射し偏波保持光ファイバ43aを伝送され光変調器42に入射した光が前記受信信号により変調される。その変調された光は、シングルモード光ファイバ43bを伝送されてO/E変換器45に入射し、受信された信号が検出される。
There are several types of radio wave receiving / optical transmission devices provided with a conventional optical modulator based on a branched interference type optical waveguide. For example, it is shown in patent documents 1-5. The most basic conventional configuration example is shown in FIG. In FIG. 4, 41 is an antenna for receiving radio waves, 42 is an optical modulator using a branched interference optical waveguide, 43a is a polarization maintaining optical fiber, 43b is a single mode optical fiber, 44 is a light source that emits unmodulated light, 45 Is an O / E converter. An electric signal received by the
このような構成により、電波を受信して光信号に変換した後、伝送して、再び電気信号に変換する装置は、電波の中継装置や電界のセンシング装置として使用されている。 With such a configuration, a device that receives radio waves, converts them into optical signals, transmits them, and converts them back into electric signals is used as a radio wave relay device or an electric field sensing device.
上記のような電波受信・光伝送装置では、受信信号が弱い場合に必要な感度を得る為に光変調器の入力部に電気的アンプ等が挿入されている。しかしながら、上記のように感度を高める為に電気的アンプを用いると、受信信号強度が大きくなったときに3次相互変調等の歪みを発生する。その結果、強い電波を受信する際に、その歪みの影響で、受信信号を大きな劣化なしに伝送することができなくなる。 In the radio wave reception / optical transmission apparatus as described above, an electric amplifier or the like is inserted in the input portion of the optical modulator in order to obtain the necessary sensitivity when the received signal is weak. However, when an electric amplifier is used to increase sensitivity as described above, distortion such as third-order intermodulation occurs when the received signal strength increases. As a result, when a strong radio wave is received, the received signal cannot be transmitted without significant deterioration due to the distortion.
そこで、本発明は、感度を高めながら、かつ強い電波信号にも対応できる広いダイナミックレンジを持った電波受信・光伝送システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a radio wave reception / optical transmission system having a wide dynamic range that can cope with a strong radio wave signal while increasing sensitivity.
本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、複数の光変調器を用い、アンテナからの受信信号を分配器で分配し、電気的アンプを通して印加することにより、上記の光変調器に互いに異なる強度の受信信号が印加されるように設定される。それらの変調された光信号はO/E変換器で検出され、その中から歪の少ない最適な信号が選択され出力される。 In the radio wave reception / optical transmission system of the present invention, a plurality of optical modulators are used, the received signals from the antenna are distributed by the distributor, and applied through an electric amplifier, whereby different intensities are applied to the optical modulators described above. The received signal is set to be applied. These modulated optical signals are detected by an O / E converter, and an optimum signal with less distortion is selected and output.
また、上記分配器により分配される受信信号の分配比率が大きく異なるように設定し、分配比率が高く強い信号については電気的アンプを通し、より強い信号にして光変調へ入力することにより高感度化を達成し、他方分配比率が低く弱い信号については直接光変調器に入力することにより過大な電波信号が入力されたときでも、歪み無く信号を伝送することができる。 Also, the distribution ratio of the received signal distributed by the distributor is set so as to be greatly different, and a strong signal with a high distribution ratio is passed through an electric amplifier and input to the optical modulation by making it a stronger signal. On the other hand, a weak signal with a low distribution ratio can be transmitted without distortion even when an excessive radio wave signal is input by directly inputting it to the optical modulator.
以上のように入力されるさまざまな電波信号強度に対応した光変調器およびそこへの入力信号強度の設定により広ダイナミックレンジ化を行う。 As described above, a wide dynamic range is achieved by setting an optical modulator corresponding to various radio wave signal intensities inputted and setting the input signal intensity thereto.
即ち、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも1つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも1つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するO/E変換器を備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器に互いに異なる強度の電気信号が印加されるように設定されている。 That is, in the radio wave reception / optical transmission system of the present invention, a light source that generates unmodulated light, an optical fiber that transmits the unmodulated light, and a plurality of optical modulators that modulate the unmodulated light with an electrical signal; An antenna that receives radio waves, an input filter that passes a target frequency component of the received electrical signal, a distributor that distributes the signal that has passed through the input filter into a plurality, and at least one of the distributed At least one electric amplifier for amplifying and inputting two signals to the optical modulator, an optical fiber for transmitting the modulated light modulated by the optical modulator, and converting the transmitted modulated light into an electrical signal In the radio wave reception / optical transmission system including the O / E converter, the electrical signals having different intensities are applied to the plurality of optical modulators.
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも1つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも1つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するO/E変換器を備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器の少なくとも1つには前記の電気的アンプを通して電気信号が印加され、前記複数の光変調器の少なくとも1つには前記の分配器から直接電気信号が印加されるように設定してもよい。 In the radio wave reception / optical transmission system of the present invention, a light source that generates unmodulated light, an optical fiber that transmits the unmodulated light, and a plurality of optical modulators that modulate the unmodulated light with an electrical signal; An antenna that receives radio waves, an input filter that passes a target frequency component of the received electrical signal, a distributor that distributes the signal that has passed through the input filter into a plurality, and at least one of the distributed At least one electric amplifier for amplifying and inputting two signals to the optical modulator, an optical fiber for transmitting the modulated light modulated by the optical modulator, and converting the transmitted modulated light into an electrical signal In the radio wave reception / optical transmission system including the O / E converter, an electrical signal is applied to at least one of the plurality of optical modulators through the electrical amplifier, At least one of the number of light modulators may be set so that an electrical signal is directly applied from the distributor.
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記分配器により2つ以上の互いに異なる強度の電気信号が分配されるように設定してもよい。 Further, in the radio wave reception / optical transmission system of the present invention, it may be set such that two or more electric signals having different strengths are distributed by the distributor.
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、光ファイバによって伝送された無変調光を前記複数の光変調器に分配するための偏波カップラを備えてもよい。 The radio wave reception / optical transmission system of the present invention may further include a polarization coupler for distributing unmodulated light transmitted by an optical fiber to the plurality of optical modulators.
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記電気的アンプを駆動する電力は光給電によって供給することができる。 In the radio wave reception / optical transmission system of the present invention, the power for driving the electric amplifier can be supplied by optical power feeding.
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記複数の光変調器によって変調され、光ファイバを伝送後、O/E変換器によって検出された複数の受信信号の中から1つの最適な受信信号を選択して出力する機能を備えてもよい。 In the radio wave reception / optical transmission system according to the present invention, an optimum signal is selected from a plurality of received signals modulated by the plurality of optical modulators and detected by the O / E converter after being transmitted through the optical fiber. A function of selecting and outputting a received signal may be provided.
以上説明したように、本発明によれば、高い感度を維持しながら、かつ強い電波信号にも対応でき、受信可能電力の許容幅を拡大した広いダイナミックレンジを持った電波受信・光伝送システムを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, there is provided a radio wave reception / light transmission system having a wide dynamic range in which a permissible range of receivable power is expanded while maintaining high sensitivity and capable of dealing with strong radio wave signals. It becomes possible to provide.
以下に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明による電波受信・光伝送システムの一構成例を示すブロック図である。11は電波を受信するアンテナ、12はフィルタ、13は分配器、14aと14bは電気的アンプ、15aと15bは光変調器などから構成されるセンサヘッド、16は光給電部、17は偏波カップラ、18a,18b,18c,および18dはシングルモード光ファイバ、19は光給電用の光源、20aと20bは無変調光を発生する光源、21は偏光プリズム、22aと22bはO/E変換器、23aと23bは電気的アンプ、24aと24bは分配器、25aと25bは検波器、26は制御回路、27はRF切り替えスイッチである。なおここで、ブロック間を結ぶ線のうち太い線が光ファイバからなる光の経路を表し、その付近に示された円の中の矢印は偏光方向を表している。また、普通の太さの線は電気信号が通る経路を示している。そして、これらの経路に沿って示された一方向の矢印は、電気または光の流れる方向を表している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a radio wave reception / optical transmission system according to the present invention. 11 is an antenna that receives radio waves, 12 is a filter, 13 is a distributor, 14a and 14b are electrical amplifiers, 15a and 15b are sensor heads composed of optical modulators, 16 is an optical power feeding unit, and 17 is polarization.
このシステムの動作に関し、まず、光給電の方式について説明する。送信点に設置される光給電用の光源19で発生した光は、シングルモード光ファイバ18aによって、電波の受信点まで送られ、光給電部16において、電力に変換され、電気的アンプ14aと14bに供給される。ここで、光給電用の光源19は波長1.48μm、出力200mWの半導体レーザである。また、光給電部16はフォトダイオードと昇圧回路を用いて構成されている。
Regarding the operation of this system, first, an optical power feeding method will be described. The light generated by the
次に、電波による光変調、光伝送および電気信号の再生について説明する。アンテナ11で受信された電波は受信帯域の信号を通過させるフィルタ12を通り、分配器13に入り、その受信電力の大半を有する信号と受信電力の一部しか有しない信号の2つの信号へ電力が分配される。この分配器13としては方向性結合器などを使用することができる。
Next, optical modulation by radio waves, optical transmission, and electrical signal reproduction will be described. A radio wave received by the
その後、電波の受信電力の大半を有する信号は電気的アンプ14aに入力され増幅されてセンサヘッド15aへ入力される。一方、受信電力の一部しか有しない信号は増幅度の小さい電気的アンプ14bを介してセンサヘッド15bへ入力される。このとき電気的アンプに利得可変アンプを用いてもよい。
Thereafter, a signal having most of the received power of the radio wave is input to the
次に、図2を用いてセンサヘッド15aおよび15bの構成について説明する。図2(a)は、センサヘッドの構成を示すブロック図であり、センサヘッド15aおよび15bはそれぞれ共振回路37とLiNbO3結晶による分岐干渉型光導波路を用いた光変調器38からなる。この光変調器38の構造を図2(b)に斜視図で示す。31aと31bは偏波保持光ファイバまたはシングルモード光ファイバのいずれからなる光ファイバ、35はLiNbO3基板、32aと32bは入出射光導波路、33aと33bは位相シフト光導波路、そして34aと34bは変調電極であり、ここに共振回路を介して、電気信号が印加される。入力した無変調光はこの光変調器38を通過することにより、変調電極34a、34bに印加された電気信号により強度変調される。
Next, the configuration of the
続いて、無変調光を、センサヘッド15aと15bに供給する方式を図1に基づいて説明する。光源20aと20bは、半導体レーザであり、波長およそ1.55μmの直線偏波を出力する。ここで、2つの波長間のビートによる周波数成分が受信帯域外に出るように、2つの波長は、わずかに異なっている。また、光出力は100mWであり、これらの光出力は偏光プリズム21で偏波合成された後、シングルモード光ファイバ18bにより電波の受信点へ伝送されて、偏波カップラ17に入力される。
Next, a method of supplying unmodulated light to the
この偏波カップラ17は、入力された光を直交する2つの偏光成分に分離する作用を行う。このとき出力される2つ偏光成分の光強度は等しい。この理由は、偏波カップラ17から出射されるひとつの偏光成分に着目するとき、シングルモード光ファイバ18bの屈折率が変化することにより、その中の光源20aで生成された波長を持つ成分の強度が変化しても、もう一方の光源20bで生成された波長を持つ成分の強度が逆方向に等量だけ変化するからである。これは、シングルモード光ファイバ18bに入力されるとき、光源20aからの直線偏光と光源20bからの直線偏光が直交していることによる。
The
このようにして、得られた偏波カップラ17の2つの出力は、センサヘッド15aおよび15bへ偏波保持ファイバによって導かれる。センサヘッド15aにおいては、分配器13により分配された受信電力の大半を有する信号が電気的アンプ14aで増幅されて得られた電気信号により光強度変調が行われ、また、センサヘッド15bにおいては、分配器13により分配された受信電力の一部しか有しない信号が電気的アンプ14bで増幅されて得られた電気信号により光強度変調が行われる。
In this way, the two outputs of the obtained
センサヘッド15aおよび15bの光出力は、それぞれシングルモード光ファイバ18cおよび18dにより伝送されて、送信点において、それぞれO/E変換器22aおよび22bで電気信号に変換される。
The optical outputs of the sensor heads 15a and 15b are transmitted through the single mode
変換された電気信号は電気的アンプ23aおよび23bにより増幅された後それぞれ分配器24aおよび24bに入力される。
The converted electrical signals are amplified by the
分配器24aおよび24bに入力された電気信号はそれぞれ分配され、それぞれ一方の出力は検波器25aおよび25bへ、他方の電気信号はRF切り替えスイッチ27へ入力される。
The electric signals input to the
検波器25aおよび25bにより検波された信号は制御回路26へ入力され、制御回路26はそれぞれの検波出力から受信電力を測定し、分配器24aおよび24bの出力のどちらが適しているかを判断しRF切り替えスイッチ27を切り替える。また、切り替えの判定にはヒステリシスを持たせるとチャタリングを抑制でき効果的である。
The signals detected by the
なお、上記の光給電により電気的アンプを給電する手段、直交する偏光光源を無変調光源とする手段、偏波カップラにより無変調光を分波する手段は、それぞれ特許文献2、3、4に示されている。 The means for feeding an electric amplifier by the above-described optical power feeding, the means for using an orthogonal polarized light source as an unmodulated light source, and the means for demultiplexing unmodulated light by a polarization coupler are disclosed in Patent Documents 2, 3, and 4, respectively. It is shown.
本実施の形態では、電波の信号が弱いときには受信信号が大きく増幅されて光変調器の電極に印加されるセンサヘッド15aで変調された光信号を選択することにより高感度が得られ、一方、電波の信号が強いときには受信信号があまり増幅されないで光変調器の電極に印加されるセンサヘッド15bで変調された光信号を選択することにより3次相互変調等の歪みの発生を抑えることができる。
In the present embodiment, when the signal of the radio wave is weak, the received signal is greatly amplified and high sensitivity is obtained by selecting the optical signal modulated by the
また、分配器13の分配比率、電気的アンプ14a、14bの増幅度は目的とする電波信号強度範囲に対応して設定することができる。また、電気的アンプの給電方法としては上記形態のような光給電だけでなく、電池や太陽電池などを使用することもできる。
Further, the distribution ratio of the
(実施の形態2)
図3は、本発明による電波受信・光伝送システムのもう一つの実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示した実施の形態と基本的構成は同じであり、唯一異なる部分は分配器13から出力される受信電力の一部しか有しない信号に対して図1で挿入されている電気的アンプ14bが挿入されていないことである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the radio wave reception / optical transmission system according to the present invention. The basic configuration is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the only difference is the electric amplifier inserted in FIG. 1 for a signal having only a part of the received power output from the
このようにセンサヘッド15bの前段の電気的アンプを無くすことにより、受信点の小電力化が可能となり、かつ、より大電力の電波信号にも対応でき、電気的アンプの歪みの影響を無くすことができる。
In this way, by eliminating the electrical amplifier at the front stage of the
なお、本発明の電波受信・光電送システムにおいては、電力線により受信点に電力を伝送することがないので、受信点での雷害を効果的に防止することが可能である。また、受信点と送信点の間は、光伝送によって結ばれているので、伝送による信号の劣化は無視できる程度であり、受信点と送信点間の距離を大きくとることも容易である。 In the radio wave reception / photoelectric transmission system according to the present invention, power is not transmitted to the reception point through the power line, and lightning damage at the reception point can be effectively prevented. In addition, since the reception point and the transmission point are connected by optical transmission, signal degradation due to the transmission is negligible, and it is easy to increase the distance between the reception point and the transmission point.
さらに、本発明の電波受信・光電送システムにおいては、シングルモード光ファイバを使用することによって必要となる偏光変動の補償方式、すなわち2台の光源の偏光を直交させて合成し使用する方法と、異なる信号強度で動作する光変調器を2台使用して偏波カップラで分離された2つの光を有効利用する方法とを組み合わせることにより、実用性の高いシステムを実現している。 Furthermore, in the radio wave reception / photoelectric transmission system of the present invention, a compensation method for polarization fluctuations required by using a single mode optical fiber, that is, a method of combining and using the polarization of two light sources orthogonally, and A highly practical system is realized by combining two optical modulators that operate with different signal intensities and a method that effectively uses two lights separated by a polarization coupler.
一例として、地上デジタルTV放送電波の中継に好適であることが、フィールド実験の結果から判明している。 As an example, it has been found from field experiment results that it is suitable for relaying terrestrial digital TV broadcast radio waves.
11 アンテナ
12 フィルタ
13 分配器
14a,14b 電気的アンプ
15a,15b センサヘッド
16 光給電部
17 偏波カップラ
18a,18b,18c,18d シングルモード光ファイバ
19 光給電用の光源
20a,20b 光源
21 偏光プリズム
22a,22b O/E変換器
23a,23b 電気的アンプ
24a,24b 分配器
25a,25b 検波器
26 制御回路
27 RF切り替えスイッチ
31a,31b 光ファイバ
32a,32b 入出射光導波路
33a,33b 位相シフト光導波路
34a,34b 変調電極
35 LiNbO3基板
37 共振回路
38 光変調器
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JP2008275334A (en) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Takuwa Corp | Optical power supply type quartz water level device |
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JP2003107418A (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Nec Tokin Corp | Radio wave receiving and optical transmission system |
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