JP2010021868A - 光伝送リンク、光送信器及び光信号伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで中継装置が送信する光信号の出力を高めることが可能な光伝送リンク、光送信器及び光信号伝送方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光送信器１は、波長λ１の光信号を出力するレーザダイオードＬＤ１とλ２の光信号を出力するレーザダイオードＬＤ２とを同じ信号で駆動し、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の各送信する光信号が波長多重カプラ１４に入力され、波長多重カプラ１４はそれらを多重して加算した光信号を光ファイバケーブル２を介して光受信器３へ送信し、光受信器３は、前記加算された光信号をλ１、λ２の両波長に感度を持つ光検出器３１で電気信号に復元して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送リンク、光送信器及び光信号伝送方法に関する。

携帯電話基地局と小カバーエリヤのミニセル送信局との間を光信号により携帯電話基地局と携帯電話端末との間の通信信号を中継するＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｖｅｒ Ｆｉｂｅｒ）システムの導入が進んでいる。この中継に用いる光信号は、周波数の広帯域性と共に光ファイバの低損失特性を生かしているものであるが、携帯電話基地局とミニセル送信局（以下、子局と呼ぶ。）との間の距離が長いものでは数１０Ｋｍになり、受信側での受信信号レベルが不足し信号品質が劣化する場合も生じて来ている。

また、ＲＯＦシステムの様な中継装置に加え、ＬＡＮを光ファイバによる伝送路で構成する場合光カプラ等で送信光信号を分岐し、複数の端末で受信するような場合も分配損を補う為に送信出力を高く取る事が必要となる。

出力レベルを増加する為に高出力のレーザダイオードを用い、出力光レベルを高くすることにより受信側での受信電力を高くすることができるが、高出力レーザダイオードは、例えば、最大出力が２倍になると価格が２倍以上の３倍になる等、出力の増加割合に比べ更に高価になる問題がある。更にレーザダイオードを高出力で動作させると消費発熱電力も大きくなり、レーザダイオードの寿命に好ましくない問題がある。

また、別の方法として光増幅器を伝送路に挿入することによって受信レベルを上げることは可能であるが、ＲＯＦシステムの様な出力の改善要求レベルが数ｄＢ程度である場合、光増幅器を用いるのは、過剰性能、かつ高価になり過ぎ現実的ではない。

また、同一仕様の半導体レーザを２つ（複数）並列に接続し、その出力光をカプラで合波することにより出力を加算する方法が考えられるが、ファイバカプラは入力が同一波長の場合、出力側では、入力に対して３ｄｂの分岐損失が生じる為に合波しても、反対に光レベルが下がってしまう欠点がある。

光導波路型方向性結合器を用いて、結合効率を改善するとともに挿入損失を下げる方法も考えられるが、光ファイバと分合波する機構との結合効率を良くする精密な光学部品や加工によりカプラを制作する為（例えば、特許文献１。）カプラが高価となる。そして、高価格な高出力レーザを購入するよりもカプラが高コストになるのでレーザダイオードを並列接続してそれらからの出力光を合波して出力を高くする方法は用いられなかった。
特開２００１−３１８２５３号公報 （第１１頁、第２図）

従来のＲＯＦシステム等で光信号の送信出力を増加させる為には、高価な高出力レーザダイオードが必要となりコストが急増する問題が有った。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、低コストで中継装置が送信する光信号の出力を高めることが可能な光伝送リンク及び光信号伝送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、本発明の光伝送リンクは、光ファイバケーブルと、同じ信号が、第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードとに入力され、入力された前記信号を前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号が波長多重カプラに入力され、前記波長多重カプラで多重して加算された光信号を光ファイバケーブルへ送信する光送信器と、
前記光ファイバケーブルを介して前記送信された光信号を受信し、前記第１、第２の波長に感度を持つ光検出器で受信することにより前記加算された光信号を電気信号に復元して出力する光受信器とを具備することを特徴とする。

また本発明の光伝送リンクの光信号伝送方法は、光ファイバケーブルと、光送信器と光受信器とを備える光伝送リンクの光信号伝送方法において、前記光送信器は、レーザダイオードを駆動するための同じ信号を第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードとに入力し、前記駆動信号により前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号を波長多重手段に入力することにより前記各光信号を加算して前記光ファイバケーブルを介して前記光受信器へ送信し、前記光受信器は、前記光ファイバケーブルを介して前記送信された光信号を受信し、前記第１、第２の波長に感度を持つ光検出器で受信することにより前記加算された光信号を電気信号に復元して出力することを特徴とする。

更に本発明の光伝送リンクの光送信器は、駆動信号により第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードと、前記第１、第２のレーザダイオードへ、入力される伝送信号から同じ駆動信号を生成して出力するレーザダイオード駆動手段と、前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号が入力され、入力された光信号を多重することにより加算してファイバケーブルへ送信する波長多重カプラとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、低コストで中継装置が送信する光信号の出力を高めることが可能な光伝送リンク、光送信器、及び光信号伝送方法を提供することが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に依る光伝送リンクの構成を説明する系統図である。
図１において、光伝送リンクは、光送信器１と、光信号伝送路である光ファイバケーブル２と、光受信器３とを具備する。そして光送信器１は、信号処理部１１、駆動部１２、出力波長がそれぞれλ１、λ２のレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２と、各レーザダイオードからの出力を合波して光ファイバケーブル３へ出力する波長多重用（以下、ＷＤＭと称する。）カプラ１４とを備える。光受信器３は、光検出器３１、増幅器３２、出力処理部３３とを備える。

ここでは、携帯電話基地局から子局無線送信部への下り回線のＲＯＦシステムの光伝送リンクを例にした信号処理系統を示しているが上り回線でも同様の構成が取られる。

本発明の実施例は、複数（ここでは、２つとする。）の異なる波長の光を送信するレーザダイオードを同一信号で駆動し、その出力光をＷＤＭカプラを用いて合波することにより出力光強度を加算し、受信側では、２つの波長の光の両方に感度を有する光検出器を用いて受信側のＣＮＲ特性を向上するものである。

図１では、携帯電話基地局からの下り回線信号が、信号処理部１１で所定の変調信号、例えば、数百ＭＨｚのＩＦ信号に変換、調整され、駆動部１２へ出力される。駆動部１２には、入力されるＩＦ信号で２つのレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２をそれぞれ直接光強度変調して駆動するドライバアンプが備えられる。

なお、ＩＦ信号の代わりに無線送信される数ＧＨｚのＲＦ信号が光信号として伝送される場合であっても本発明は適用可能であることは言うまでもない。

この実施例では、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２には経済的な価格の出力レベルが通常出力のものが用いられる。

ＷＤＭカプラ１４には、それぞれ出力波長λ１、λ２のレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２からシングルモードの出力光が入力され、それらを多重してシングルモードの光ファイバケーブル３へ出力する。

ＷＤＭカプラは、例えば、沖テクニカルレビュー２００２年４月／第１９０号Ｖｏｌ６９．Ｎｏ．２ Ｐ８８記載のファイバ型ＷＤＭカプラと呼ばれる波長多重を行う場合、偏波面と、波長の違いによる結合特性を利用し、カプラの挿入損失が０．４ｄＢ以下の様な低損失の低価格のＷＤＭカプラが得られる。ファイバ型ＷＤＭカプラは、加えて製造性に優れている為、市場には、挿入損失が０．３ｄＢ以下の製品が安価で供されている。

光ファイバケーブル３を介して光受信器３へ入力される光信号は、ＷＤＭ分離処理を行わず、そのまま光検出器３１へ入力される。両波長の光信号は同じ光強度変調がされているので、光検知器３１では、両光信号が多重、言い換えれば、λ１とλ２の波長の光エネルギーが加算されて受信される。

光検知器に、このλ１とλ２に亘って感度がある場合、１波長の光信号を受信する場合よりもその加算された、より大きい光強度の光信号を受信することになる。例えば、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の発光出力がそれぞれ＋１０ｄＢｍで、ＷＤＭカプラ１４の挿入損失が−０．３ｄＢである場合、ＷＤＭカプラ１４の出力端では、１２．７ｄＢｍの光信号の出力レベルとなる。従って、レーザ１つに比べ２倍弱（２．７ｄＢ）の信号強度となる。

光受信器３は、この光検知器３１で光電変換された信号を増幅器３２で増幅し、出力処理部３３で、所定のＩＦ信号に子局無線送信部へ出力する。従って携帯電話のＲＯＦシステムでは、光ファイバケーブル３の伝送路長、即ち、携帯電話基地局と子局との間をレーザ１個を用いる場合に比べて大幅に延ばすことが出来る。

一例として、波長１３００ｎｍで０．５ｄＢ／ｋｍのファイバを用いる場合、レーザ１つの場合に比べ２．７ｄＢ出力増加していれば、伝送距離を５ｋｍ延長（損失２．５ｄＢ増に相当する。）することが可能である。

図２は、光検知器であるフォトダイオードの波長対感度特性の一例である。
図２において、フォトダイオードは、ＩｎＧａＡｓの波長対感度が、８００ｎｍから１５００ｎｍまでの感度領域を持っている。

光検知器３１にこのフォトダイオードを用い、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の出力波長を、例えば、１２９０ｎｍと１３３０ｎｍに選定すると、両波長に対して光検知器３１は感度を有するので、上記の２．８ｄＢ受信光レベルが改善される。また、上記のレーザダイオードは、所謂、長波長用レーザとして安価に提供されている。

ここでは、ＩＦ信号を直接光強度変調する場合を例に説明したが、このＩＦ信号を更にＰＦＭ（パルス周波数）等で変調する方式や、ＩＦ信号がデジタル変換された２値のデジタル信号を伝送する変調方式であっても本発明は同様に適用される。

例えば、光のＯＮ−ＯＦＦの２値のデジタル信号を、スターカプラを用いて伝送する光バスのＬＡＮでは、光出力をこの様に増加することによりスターカプラの分岐数を２倍近くまで増やすことが出来、光バスに接続するＬＡＮの端末数を増加することが可能になる。

次に、この実施例の効果をＲＯＦシステムにおいて更に高める方法を説明する。
図３は、光ファイバを伝搬する光の波長と群遅延の特性の一例を示す図である。
図３において、光ファイバを伝搬する光の分散効果によって遅延時間は、短波長側から長波長側に向かい減少し１３１０ｎｍで最小となり再び増加する。例えば、１２９０ｎｍと１３１０ｎｍの場合、２つの光信号間で遅延時間差が生じる。遅延時間差の大小は伝送距離と元の信号の伝送速度に依存するが、伝送される本来の信号速度が高速度（周波数が高い）で伝送距離が長くなり、加算された信号は、波形の広がりや、肩特性が劣化し、受信誤り率が悪くなる時間差が無視できなくなる。

この群遅延の問題を防ぐ為に、送信光の波長は、群遅延時間最小化して１２９０ｎｍと１３３０ｎｍとの２つを選ぶようにすれば良い。また、上記説明では２波長を例に説明したが、３つ以上のレーザダイオードから出力される光信号を加算する場合には、支障のない範囲で３つの波長間での群遅延時間差が少ない波長を選定する。

また、遠距離を目的とした高出力を得るのみでなく、近距離の伝送を行う場合、２つのレーザダイオードをディレーティングして並列動作させる様にしても良い。この場合、各レーザダイオードの許容最大出力の半分以下で動作させそれを加算すれば、レーザダイオードの劣化を防ぐことが可能になる。特に信頼性が重要な携帯電話システムに用いられるＲＯＦシステムでは、中継路での故障を防ぐ上で効果的である。

以上説明した如く、本発明の実施例によれば、高価なレーザダイオードを用いることなく高出力光信号強度の光伝送リンクを提供することが出来る。

本発明の実施例に依る光伝送リンクの機能構成を説明する系統図。 フォトダイオードの波長対感度特性の一例を示す図。 光ファイバを伝搬する光の波長と群遅延の特性の一例を示す図。

符号の説明

１ 光送信器
１１ 信号処理部
１２ 駆動部
１４ ＷＤＭカプラ
２ 光ファイバケーブル
３ 光受信器
３１ 光検出器
３２ 増幅器
３３ 出力処理部
ＬＤ１、ＬＤ２ レーザダイオード

Claims (5)

1. 光ファイバケーブルと、
   同じ信号が、第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードとに入力され、入力された前記信号を前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号が波長多重カプラに入力され、前記波長多重カプラで多重して加算された光信号を光ファイバケーブルへ送信する光送信器と、
   前記光ファイバケーブルを介して前記送信された光信号を受信し、前記第１、第２の波長に感度を持つ光検出器で受信することにより前記加算された光信号を電気信号に復元して出力する
   光受信器とを
   具備することを特徴とする光伝送リンク。
2. 前記第１の波長と前記第２の波長は、前記光ファイバケーブルを伝搬する群遅延時間差が小さい波長が選択されていることを特徴とする請求項１記載の光伝送リンク。
3. 光ファイバケーブルと、光送信器と光受信器とを備える光伝送リンクの光信号伝送方法において、
   前記光送信器は、
   レーザダイオードを駆動するための同じ信号を第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードとに入力し、前記駆動信号により前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号を波長多重手段に入力することにより前記各光信号を加算して前記光ファイバケーブルを介して前記光受信器へ送信し、
   前記光受信器は、
   前記光ファイバケーブルを介して前記送信された光信号を受信し、前記第１、第２の波長に感度を持つ光検出器で受信することにより前記加算された光信号を電気信号に復元して出力する
   ことを特徴とする光伝送リンクの光信号伝送方法。
4. 前記第１の波長と前記第２の波長は、前記光ファイバケーブルを伝搬する群遅延時間差が小さい波長が選択されていることを特徴とする請求項３記載の光伝送リンクの光信号伝送方法。
5. 駆動信号により第１の波長の光信号を送信する第１のレーザダイオードと第２の波長の光信号を送信する第２のレーザダイオードと、
   前記第１、第２のレーザダイオードへ、入力される伝送信号から同じ駆動信号を生成して出力するレーザダイオード駆動手段と、
   前記第１、第２のレーザダイオードが前記各波長で送信する光信号が入力され、入力された光信号を多重することにより加算してファイバケーブルへ送信する波長多重カプラとを
   具備することを特徴とする光伝送リンクの光送信器。

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