JP2007329888A - 光中継伝送装置および信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの端面反射に起因するノイズや歪の発生を防いだ光中継伝送装置および信号処理方法を提供する
【解決手段】Ｅ／Ｏ部１の入力アンプ１１から出力されるキャリア信号とノイズジェネレータ１２が発生するホワイトノイズとが多重部１４で混合された送信信号をドライバアンプ１５に出力してレーザダイオード１６を駆動する。レーザダイオード１６が出力する光信号は、光ファイバ３を介してＯ／Ｅ部２で受信され、受信光信号は、光検出器２１で電気信号に変換されプリアンプ２２へ出力される。プリアンプ２２で増幅された電気信号は、フィルタ２３へ入力され、フィルタ２３は、キャリア信号の占有帯域のみの信号を通過して出力アンプ２４へ出力することにより端面反射に起因するノイズや歪の発生を防いだ信号を伝送することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、アナログ電気信号を光強度信号に変換して伝送する光中継伝送装置および信号処理方法に関する。

広帯域、超高周波の電気信号を光強度変調した光信号にして伝送する光中継伝送装置の携帯電話システムへの応用が進んでいる。

多くの携帯電話の基地局は、カバーエリア半径１〜３Ｋｍにして設置される。携帯電話の普及に伴って携帯電話端末数が増えるに従い、カバーエリアがマイクロセルと呼ばれる小さい小出力の小型基地局が導入されている。この小型基地局は、交換機能や、トラフィック制御等を備えないもので、通常の携帯電話基地局（以下、単に基地局と称する。）または、センター装置等に付随して設置されるヘッドエンドの無線装置である。

そして、従来の基地局からは、本来アンテナから送信する電波に相当する周波数のキャリアの電波信号がＥ／Ｏ（電気−光）変換器によって光信号に変換され、小型基地局まで光ファイバによって伝送される。小型基地局では、受信した光信号がＯ／Ｅ（光−電気）変換器により再度電気信号に復調され、そのキャリア信号がアンテナから送信される。小型基地局からは、同様にアンテナが受信した電波がＥ／Ｏ変換器によって光信号に変換され、基地局に光ファイバケーブルを介して送信される。

携帯電話の基地局との間で光信号を変換された信号を送受信する小型基地局は、光信号を送受信される電波のキャリアで直接光強度変調すれば良いので、無線装置が小型で済む特徴がある。そのため、基地局と通信できないビル影、または、アクセスが頻繁に発生する繁華街の多くのスポットに設置されるか、もしくは、市街地から離れた農村集落等に携帯電話の基地局のカバーエリアをスポット的に延長する場合等に使用される。

ところで、この基地局と小型基地局との間で光信号を送受信する場合、光ファイバケーブルの端面、例えば、光送信器、又は光受信器と接続する光コネクタ部分や受光素子、又は発光素子と光ファイバの間では、光ファイバ端面で反射が発生する。特に高い直線性や分解能を必要とするアナログ信号を伝送する場合、この反射信号成分により、歪みやノイズが発生する。

この様な端面反射の影響を避ける方法として、光ファイバを斜めにカットしたり、発光、又は受光素子と光ファイバの間の光学的結合を端面反射光を避ける形状や構造にする方法がある（例えば、特許文献１。）。

しかしながら、これらの精密な機械構造をとる方法は、コストが高くなると共に、例えば、光端子板、光Ｕリンクと呼ばれるような、光ファイバコードを脱着して調整試験ルートを設けなければならない場合には脱着が困難か、不便で適さない問題があった。
特許第３５３１４５６号公報 （第１２頁、第６図）

光ファイバの端面反射に起因する歪みやノイズを避けるため、光信号が入出力する光ファイバの端面又は、コネクタ部分を端面反射が発生しない形状や構造にする方法は、コストが高く、また脱着に適さない問題があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、光ファイバ端面やコネクタ部分を特殊にすること無くすることなく、光ファイバの端面反射に起因するノイズや歪の発生を防いだ光中継伝送装置および信号処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光中継伝送装置は、搬送波が変調されたキャリア信号を光信号に変換して光ファイバを介して通信し、受信側で再び電気信号のキャリア信号に復調する光中継伝送装置において、前記キャリア信号の周波数よりも低く、所定の周波数の帯域のホワイトノイズを生成して出力するノイズジェネレータと、所定の占有帯域の前記キャリア信号と、前記出力されたホワイトノイズが入力され、前記入力された前記キャリア信号とホワイトノイズとが重畳された送信信号を生成して出力する多重部と、前記送信信号を光信号に変換して前記光ファイバへ出力するレーザダイオードとを備えるＥ／Ｏ部と、前記光ファイバを介して受信した前記光信号を電気信号に復調する光検出器と、前記復調された電気信号が入力され前記占有帯域の周波数に通過特性を有するフィルタと、前記フィルタから出力される電気信号をキャリア信号として出力する出力アンプとを備えるＯ／Ｅ部とを具備することを特徴とする。

また、本発明の光中継伝送装置の信号処理方法は、Ｅ／Ｏ部とＯ／Ｅ部とを備え、搬送波が変調されたキャリア信号を光信号に変換して光ファイバを介して通信し、受信側で再び電気信号のキャリア信号に復調する光中継伝送装置の信号処理方法において、前記Ｅ／Ｏ部は、所定の占有帯域の前記キャリア信号と前記キャリア信号の周波数よりも低い所定の周波数の帯域のホワイトノイズとを重畳した送信信号を生成し、前記生成された送信信号を光信号に変換して前記光ファイバを介して前記Ｏ／Ｅ部へ向けて送信し、前記光信号を前記光ファイバを介して受信する前記Ｏ／Ｅ部は、受信した前記光信号を電気信号に復調し、前記復調された電気信号から前記占有帯域の周波数に通過特性を有するフィルタを通した電気信号を復調されたキャリア信号として出力することを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバの端面反射に起因する反射雑音や歪の発生を防いだ光中継伝送装置および光信号伝送方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る光中継伝送装置の機能構成を説明するブロック図である。
図１において、光中継伝送装置は、光ファイバ３を介して光信号をそれぞれ送信、受信するＥ／Ｏ（電気−光変換）部１と、Ｏ／Ｅ（光−電気変換）部２とを備える。Ｅ／０部１は、入力アンプ１１、ノイズジェネレータ１２、フィルタ１３、多重部１４、ドライバアンプ１５と、レーザダイオード１６とを備え、Ｏ／Ｅ部２は、光検出器２１、プリアンプ２２、フィルタ２３と、出力アンプ２４とを備える。

携帯電話の基地局と小型基地局との間では、光信号の伝送については同様の形態でアップリンク、ダウンリンクが対向して構築されるのでダウンリンクについてのみ説明し、他方のアップリンクについての説明は省略する。

さて、携帯電話の基地局から小型基地局へ送信する、例えば、約２ＧＨｚのキャリア信号が入力アンプ１１へ入力され、所要のレベルに設定されて出力される。またノイズジェネレータ１２は、従来のサブキャリアの発信器に代わりＥ／Ｏ部１に備えられる。このノイズジェネレータは、例えば、ダイオードに電圧を印加して発生するホワイトノイズを出力するものである。

ここで言うホワイトノイズは、当該光中継伝送装置の信号通過帯域の全般、又は、その通過帯域中で後述の如く、キャリア信号帯域以外の所要の帯域で、概ね一様なスペクトラム強度で分布する雑音である。

そして出力されたホワイトノイズは、フィルタ１３を通過することにより、主信号である２ＧＨｚのキャリア信号が通過する帯域（占有帯域、ここでは１０ＭＨｚとする。）の周波数では抑圧、除去される。そしてこのフィルタ１３から出力されたホワイトノイズは、入力アンプ１１が出力したキャリア信号と重畳するために多重部１４へ入力される。

多重部１４は、キャリア信号とホワイトノイズとを重畳（多重）した送信信号をドライバアンプ１５に出力し、ドライバアンプ１５は、入力された送信信号を増幅して、レーザダイオード１６を駆動する。

レーザダイオード１６が出力する光信号は、光ファイバ３に入力されるが、このファイバ３の端面で発生する反射信号により受信側の光信号にノイズ（反射雑音）や歪み成分が発生する。この反射信号は、光ファイバケーブル長が短いほど大きく受信される。また、反射雑音の発生状況は、ケーブル長に依存する定在波的なもの、信号の変調波形と距離に関係するなど様々な要素によって変化する。

しかし、反射雑音成分は、送信する光信号にホワイトノイズ成分を印加することによりスクランブルされ影響を抑えることが出来る。ホワイトノイズは、ダイオードに電圧を印可するだけで容易に生成出来、また安定性の制御などは不要であるため回路を小さくて済ませることが出来る。

さて、このホワイトノイズが重畳された光信号は、光ファイバ３を介してＯ／Ｅ部２の光検出器２１入力され、光検出器２１によって電気信号に復調される。復調された電気信号はプリアンプ２２へ入力されて増幅後、フィルタ２３へ入力される。フィルタ２３は、入力された電気信号をキャリア信号の帯域（占有帯域１０ＭＨｚ）のみを通過して出力アンプ２４へ出力する。

図２は、光ファイバ３で伝送される光信号のキャリア周波数と雑音成分を示す図である。
図２において、出力アンプ２４が出力するキャリア信号ＣＳは、例えば、２ＧＨｚの非常に高い周波数で、占有帯域は、例えば、５〜１０ＭＨｚ程度である。重畳されたホワイトノイズｗｎは、ベースバンドからキャリア周波数よりも高い周波数にわたる雑音周波数成分を持つ。

前述の通り重畳されるホワイトノイズｗｎは、送信側のフィルタ１３でキャリア信号の占有帯域のスペクトラム（雑音）成分が抑えられ、復調された電気信号は、受信側でキャリア信号の占有帯域のみ信号を通過するフィルタ２３を通過するので、出力アンプ２４が出力するキャリア信号は、ホワイトノイズによるＳ／Ｎ比の劣化の影響は抑えられる。従って、ホワイトノイズを重畳しても本来の通信に支障なく、キャリア信号の占有帯域外のホワイトノイズによって端面反射による雑音発生を抑えることが可能になる。

また、雑音重畳の第２の方法として、送信側では、ホワイトノイズの出力レベルを許容レベルに設定してホワイトノイズの主信号であるキャリア信号の占有帯域に当たる雑音成分をフィルタ１３を省略して除去せずそのまま、光信号に変換して送信する。そして、受信側では、光信号を電気信号に復調後、この主信号の占有帯域のみをフィルタで抽出するようにしても良い。この方法であっても、キャリア信号の占有帯域での信号エネルギーはその中に含まれるホワイト雑音成分よりも大きく、また占有帯域外のホワイトノイズによって端面反射の影響を抑えることができる。この第２の方法は、第１の方法に比べて更に光中継伝送装置の小型化が可能な効果がある。

また、第３の方法として、フィルタ１３をキャリア信号の占有周波数帯域の周波数よりも離れたところに、バンドパス特性を有するものを用いる様にしても良い。

図３は、本発明の実施例に係わる光中継伝送装置が伝送する光信号のキャリア周波数とサブキャリアの第２の周波数関係の例を示す図である。
この方法では、図３の示される如く、例えば、５０ＭＨｚに中心を持つ１０ＭＨｚにも減衰特性を有するフィルタ１３を用いて雑音ｚｎをキャリア信号に重畳して送信する。受信側、即ちＯ／Ｅ部のフィルタ２３は、キャリア信号２ＧＨｚを中心に１０ＭＨｚに通過帯域を持つフィルタを使用することは、前述の方法と同じであるので、受信側でこの雑音は除去される。なお、フィルタ１３が雑音を通過する周波数、および帯域は、この周波数に限ることはなく、適宜運用上、最適と思われる値を設定して良いことは言うまでもない。

第３の方法では光変調されて送信される雑音は、５０ＭＨｚを中心とする１０ＭＨｚ帯域の雑音だけに制限され、前述の方法に比べて、キャリア信号の占有帯域に漏れ込む雑音成分が更に少なくなる。従って端面反射に起因するノイズや歪みの発生を更に改善する効果が有り、部品点数や回路規模も小さいままで抑えられる利点がある。

図４は、中心周波数が約２ＧＨｚの高周波信号と約１２０ＭＨｚのキャリヤのパルスとを多重して光強度変調した信号にホワイトノイズを印加しないで伝送する場合の観測波形の例である。
図４（ａ）は、中心２ＧＨｚの周波数のスペクトラムであって、キャリア周波数の上下の２つの凸状の雑音波形「ｐ１」、「ｐ２」等が観測されている。

また、図４（ｂ）は、この時の出力波形の時間変化を表示した波形の例であって、約１２０ＭＨｚのキャリヤ信号をＯＮ−ＯＦＦさせている。図４（ｂ）において、「ＯＮ」区間のピーク部分は、本来一定のピーク値になるが、端面の反射雑音によって「ｑ１」、「ｑ２」の様にピーク値が下がって観測されている。

また、図４（Ｃ）は、１２０ＭＨｚのキャリア信号付近のスペクトラムを示しており、１２０ＭＨｚ以下の数１０ＭＨｚに亘る周波数で、ブロードな雑音が生じていることが観測されている。

これらの「ｐ１」、「ｐ２」、「ｑ１」、「ｑ２」は、歪み成分であり２ＧＨｚのキャリアの高周波信号や、１２０ＭＨｚキャリアのパルス信号の信号品質が劣化する。

図５は、図４に対応しているが、図５（ｃ）に示す如く５０ＭＨｚを中心に１０ＭＨｚ程度の広がりを持つホワイトノイズを印加した場合の観測波形である。

その結果、図５（ａ）では、中心２ＧＨｚのキャリア周波数の上下に合ったノイズのピークが除去され、また図５（ｂ）でも「ＯＮ」区間のピーク部分は、本来一定のピーク値になっており、ホワイトノイズ印加により歪み成分が除去されていることが分かる。

なお、図１のブロック図では、多重部１４が駆動アンプ１５の入力側に設けられているが、図６に示すように多重部１４を駆動アンプ１５の出力側に設けても良い。

図６は、本発明の実施例に係わる光中継伝送装置の第２の機能構成を示すブロック図である。
以上の実施例については、携帯電話システムへの適用例に述べたが、このほかに、路車間通信システムの路側に設置される無線局、また放送電波の送信局等への信号伝送を始めとして各種の応用に本発明を適用して良いことは言うまでもない。

本発明の実施例に係わる光中継伝送装置の機能構成を示すブロック図。 本発明の実施例に係わる光中継伝送装置が伝送する光信号のキャリア周波数とサブキャリアの周波数関係を示す図。 本発明の実施例に係わる光中継伝送装置が伝送する光信号のキャリア周波数とサブキャリアの第２の周波数関係の例を示す図。 本発明の実施例に係わる光中継伝送装置がノイズを印加しないで高周波信号を伝送する場合の観測波形の例。 本発明の実施例に係わる光中継伝送装置がノイズを印加して高周波信号を伝送する場合の観測波形の例。 本発明の実施例に係わる光中継伝送装置の第２の機能構成を示すブロック図。

符号の説明

１ Ｅ／Ｏ部
１１ 入力アンプ
１２ ノイズジェネレータ
１３ フィルタ
１４ 多重部
１５ ドライバアンプ
１６ レーザダイオード
２ Ｏ／Ｅ部
２１ 光検出器
２２ プリアンプ
２３ フィルタ
２４ 出力アンプ
３ 光ファイバ

Claims (4)

1. 搬送波が変調されたキャリア信号を光信号に変換して光ファイバを介して通信し、受信側で再び電気信号のキャリア信号に復調する光中継伝送装置において、
   前記キャリア信号の周波数よりも低く、所定の周波数の帯域のホワイトノイズを生成して出力するノイズジェネレータと、所定の占有帯域の前記キャリア信号と、前記出力されたホワイトノイズが入力され、前記入力された前記キャリア信号とホワイトノイズとが重畳された送信信号を生成して出力する多重部と、前記送信信号を光信号に変換して前記光ファイバへ出力するレーザダイオードとを備えるＥ／Ｏ部と、
   前記光ファイバを介して受信した前記光信号を電気信号に復調する光検出器と、前記復調された電気信号が入力され前記占有帯域の周波数に通過特性を有するフィルタと、前記フィルタから出力される電気信号をキャリア信号として出力する出力アンプとを備えるＯ／Ｅ部とを
   具備することを特徴とする光中継伝送装置。
2. 搬送波が変調されたキャリア信号を光信号に変換して光ファイバを介して通信し、受信側で再び電気信号のキャリア信号に復調する光中継伝送装置において、
   ホワイトノイズを発生するノイズジェネレータと、前記キャリア信号の占有帯域の周波数に減衰特性と前記キャリア信号の周波数よりも低い所定の周波数の帯域に通過特性とを有する第１のフィルタと、前記キャリア信号と前記第１のフィルタを通して前記発生された前記ホワイトノイズとが入力され、前記入力された前記キャリア信号とホワイトノイズとが重畳された送信信号を生成して出力する多重部と、前記送信信号を光信号に変換して前記光ファイバへ出力するレーザダイオードとを備えるＥ／Ｏ部と、
   前記光ファイバを介して受信した前記光信号を電気信号に復調する光検出器と、前記復調された電気信号が入力され前記占有帯域の周波数に通過特性を有する第２のフィルタと、前記第２のフィルタから出力される電気信号をキャリア信号として出力する出力アンプとを備えるＯ／Ｅ部とを
   具備することを特徴とする光中継伝送装置。
3. 前記光中継伝送装置は、
   携帯電話システムの基地局と携帯電話端末との間の通信を中継する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光中継伝送装置。
4. Ｅ／Ｏ部とＯ／Ｅ部とを備え、搬送波が変調されたキャリア信号を光信号に変換して光ファイバを介して通信し、受信側で再び電気信号のキャリア信号に復調する光中継伝送装置の信号処理方法において、
   前記Ｅ／Ｏ部は、所定の占有帯域の前記キャリア信号と前記キャリア信号の周波数よりも低い所定の周波数の帯域のホワイトノイズとを重畳した送信信号を生成し、前記生成された送信信号を光信号に変換して前記光ファイバを介して前記Ｏ／Ｅ部へ向けて送信し、
   前記光信号を前記光ファイバを介して受信する前記Ｏ／Ｅ部は、受信した前記光信号を電気信号に復調し、前記復調された電気信号から前記占有帯域の周波数に通過特性を有するフィルタを通した電気信号を復調されたキャリア信号として出力する
   ことを特徴とする光中継伝送装置の信号処理方法。

Images