JP2016025395A - 光送信装置、無線送信装置及び無線受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号劣化を抑えることができるＲｏＦ伝送システムの光送信装置を提供する。
【解決手段】光送信装置は、第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆ、ここで、ｎはｍとは異なる自然数、である第３連続光と、を生成する生成手段と、前記第３連続光を送信情報に応じて変調して光変調信号を生成する変調手段と、前記第１連続光、前記第２連続光及び前記光変調信号を合波する合波手段と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本開示は、ＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ−ｏｖｅｒ−Ｆｉｂｅｒ）伝送システムに関する。

ＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ-ｏｖｅｒ-Ｆｉｂｅｒ）は、有線と無線のシームレスな通信を実現する技術であり、ＲｏＦ伝送システム内の無線送信装置は、受信する光変調信号を光電変換して得た電気変調信号を無線信号として無線受信装置に送信する。

非特許文献１及び非特許文献２並びに特許文献１及び特許文献２は、２つの異なる周波数の連続光を生成して使用するＲｏＦ伝送システム（以下、２トーン方式）を開示している。２トーン方式において、光送信装置は生成した２つの連続光の一方を送信情報で変調して光変調信号とし、他方の連続光をトーン信号として光変調信号と共に送信する。無線送信装置は、この光変調信号とトーン信号を光電変換して、その周波数差を周波数成分とする電気変調信号（ビート信号）を得る。

非特許文献１は、２つの周波数の連続光を生成するために２つの光源を用いる構成を開示している。一方、１つの光源により２つの周波数の連続光を生成するため、特許文献１は、光周波数コム発生器を用いる構成を、非特許文献２及び特許文献２は、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）を用いる構成を開示している。

特開２０１０−２４５７５２号公報 特開２０１２−０３７４９３号公報

Ａ. Ｋａｎｎｏ ｅｔ ａｌ．， Ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ １０−Ｇｂａｕｄ ＱＰＳＫ ＲｏＦ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ ９０ＧＨz ｗｉｔｈ ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ＬＯ ｓｉｇｎａｌ"， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ （ＭＴＴ），ｐｐ．１−３，２０１２年 Ｘ. Ｐａｎｇ ｅｔ ａｌ．，"Ａ １５−ｍｅｔｅｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｇｉｇａｂｉｔ Ｗ−ｂａｎｄ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"、Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ２０１３ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ'ｌ． Ｔｏｐｉｃ. Ｍｅｅｔ． ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗ． Ｐｈｏｔｏｎ．（ＭＷＰ２０１３），ｐｐ．３７−４０，２０１３年

２トーン方式において、無線送信装置は、光電変換で得た電気変調信号を無線信号として無線受信装置に送信し、無線受信装置は、受信した電気変調信号を局部発振器により周波数変換して中間周波数帯の信号（以下、ＩＦ信号）又はベースバンド信号を得る。ここで、２トーン方式において、無線受信装置における局部発振器は光送信装置で使用する発振器や光源とは同期しておらず、信号劣化の要因となり得る。

本発明は、信号劣化を抑えることができるＲｏＦ伝送システムの光送信装置、無線送信装置及び無線受信装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、光送信装置は、第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆ、ここで、ｎはｍとは異なる自然数、である第３連続光と、を生成する生成手段と、前記第３連続光を送信情報に応じて変調して光変調信号を生成する変調手段と、前記第１連続光、前記第２連続光及び前記光変調信号を合波する合波手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の一側面によると、第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆ、ここで、ｎはｍとは異なる自然数、である第３連続光を変調した光変調信号と、を含む光信号を受信する無線送信装置は、前記光信号を光電変換して、周波数がｍ×ｆである第１トーン信号と、周波数がｎ×ｆである電気変調信号を含む電気信号を出力する変換手段と、前記電気信号を無線信号として送信するアンテナと、を備えていることを特徴とする。

本発明の一側面によると、周波数がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第１トーン信号と、周波数がｎ×ｆ、ここでｎはｍとは異なる自然数、である電気変調信号を含む無線信号を受信する無線受信装置は、前記無線信号を電気信号に変換するアンテナと、前記第１トーン信号と前記電気変調信号を乗じて周波数が｜ｎ−ｍ｜×ｆの電気変調信号を出力する第１変換手段と、を備えていることを特徴とする。

ＲｏＦ伝送システムにおいて信号劣化を抑えることができる。

一実施形態によるシステム構成図。 一実施形態による光送信装置の構成図。 一実施形態による無線送信装置及び無線受信装置の構成図。 一実施形態によるシステム内の信号を示す図。 一実施形態による無線受信装置の構成図。 一実施形態によるシステム内の信号を示す図。 一実施形態によるシステム構成図。 一実施形態による無線送信装置の構成図。 一実施形態による無線受信装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、以下の実施形態は例示であり本発明を実施形態の内容に限定するものではない。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態によるＲｏＦ伝送システムの構成図である。光送信装置１は、３つの連続光を生成し、その内の１つを送信データで変調して光変調信号とし、残りの２つの連続光をトーン信号として光変調信号と共に無線送信装置２に送信する。無線送信装置２は、光送信装置１から受信する光信号を光電変換して得た電気変調信号とトーン信号を無線信号として無線受信装置３に送信する。無線受信装置３は、受信した電気変調信号の復調のため、或いは、受信した電気変調信号を下流側の他の装置に送信するため、受信した電気変調信号を、受信したトーン信号により中間周波数（ＩＦ）信号に周波数変換する。

図２は、本実施形態による光送信装置１の構成図である。光源１１は、所定周波数の連続光を生成し、発振器１２は、周波数ｆ１の正弦波を生成する。マルチトーン生成部１３は、光源１１が生成する連続光の周波数を含み、隣り合う周波数の間隔がｆ１となる複数の連続光（マルチトーン光）を生成する。マルチトーン光は、非特許文献２並びに特許文献１及び特許文献２に記載されている様に、光周波数コム発生器やＭＺＭを用いることで生成できる。フィルタ部１４は、複数の連続光の内、所定の周波数関係を有する３つの連続光を通過させ、残りの連続光を除去する。そして、３つの連続光の１つを変調部１５に出力し、残りの２つの連続光を合波部１６に出力する。なお、フィルタ部１４は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）や、光カプラと光バンドパスフィルタを併用することで実現できる。

図４（Ａ）は、フィルタ部１４が取り出す３つの連続光の関係を示している。図４（Ａ）においてフィルタ部１４は周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃ（ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃ）の３つの連続光を取り出しているが、周波数ｆａとｆｂとの周波数差はｍｆ１（ｍは自然数）であり、周波数ｆａとｆｃとの周波数差はｎｆ１（ｎはｍより大きい自然数）である。本例では、周波数ｆｃの連続光を変調部１５に出力し、周波数ｆａとｆｂの連続光をトーン信号として合波部１６に出力する。変調部１５は、周波数ｆｃの連続光を送信情報である送信データで変調して光変調信号を合波部１６に出力する。合波部１６は、変調部１５からの中心周波数ｆｃの光変調信号と、フィルタ部１４から２つのトーン信号を合波して無線送信装置２に送信する。図４（Ｂ）は、合波部１６が無線送信装置２に送信する光信号のスペクトラムを示している。

図３（Ａ）は、本実施形態による無線送信装置２の構成図である。無線送信装置２の光電気変換部２１は、例えば、フォトダイオードであり、光送信装置１から受信する図４（Ｂ）に示す光信号を電気信号に変換する。ここで、フォトダイオードといった光電気変換部２１による光電変換では、光信号に含まれる２つのトーン信号と１つの光変調信号との周波数差に応じた電気信号が得られるので、光電気変換部２１が出力する電気信号は、図４（Ｃ）に示す様に周波数ｍｆ１のトーン信号、つまり、無変調の信号と、中心周波数をｎｆ１とする電気変調信号を含んでいる。なお、実際には中心周波数を（ｎ−ｍ）ｆ１とする電気変調信号等も含まれるが、それらはフィルタ部２２により除去する。例えば、ｆ１＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝１０、ｍ＝９とすると、電気信号は、周波数が９０ＧＨｚのトーン信号と、中心周波数が１００ＧＨｚの電気変調信号を含んでいる。フィルタ部２２は、図４（Ｃ）に示す電気信号をアンテナ２３に出力し、アンテナ２３は、入力される電気信号を無線信号に変換して無線受信装置３に送信する。

図３（Ｂ）は、本実施形態による無線受信装置３の構成図である。無線受信装置３のアンテナ３３は、無線送信装置２から受信する無線信号を電気信号に変換して分離部３１に出力する。なお、この電気信号は、図４（Ｃ）に示す様に周波数ｍｆ１のトーン信号と、中心周波数をｎｆ１とする電気変調信号を含んでいる。分離部３１は、このトーン信号と、電気変調信号を取り出して、それぞれを乗算部３２に出力する。乗算部３２は、中心周波数ｎｆ１の電気変調信号を、周波数ｍｆ１のトーン信号で周波数変換し、図４（Ｄ）に示す様に、中心周波数が（ｎ−ｍ）ｆ１のＩＦ信号を得る。例えば、ｆ１＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝１０、ｍ＝９とすると、１０ＧＨｚのＩＦ信号を得る。

以上の構成により、無線受信装置３における周波数変換のための正弦波を光送信装置１に同期させることができ、周波数安定度の高いＩＦ信号を得ることができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、無線受信装置３においてＩＦ信号に変換していた。本実施形態ではベースバンド信号に変換する。本実施形態のシステム構成図は図１と同じであり、光送信装置１の構成図も基本的には図２に示す通りである。但し、本実施形態において、フィルタ部１４は、４つの連続光を取り出して、その内の１つを変調部１５に出力し、残りの３つの連続光をトーン信号として合波部１６に出力する。従って、合波部１６は、１つの光変調信号と３つのトーン信号を含む光信号を無線送信装置２に送信する。

図６（Ａ）は、本実施形態において光送信装置１が無線送信装置２に送信する光信号のスペクトラムを示している。本実施形態において、フィルタ部１４は、周波数ｆａ、ｆｄ、ｆｂ、ｆｃ（ｆａ＜ｆｄ＜ｆｂ＜ｆｃ）の４つの連続光を取り出し、変調部１５は周波数ｆｃの連続光を変調する。ここで、周波数ｆａとｆｂとの周波数差はｍｆ１（ｍは自然数）であり、周波数ｆａとｆｃとの周波数差はｎｆ１（ｎはｍより大きい自然数）であり、周波数ｆａとｆｄとの周波数差は（２ｍ−ｎ）ｆ１である。言い換えると、周波数ｆｄと周波数ｆｂとの周波数差は（ｎ−ｍ）ｆ１である。

本実施形態による無線送信装置２の構成図は、図３（Ａ）と同様であり、光電気変換部２１及びフィルタ部２２により、図６（Ａ）の光信号は、図６（Ｂ）に示す周波数成分を含む電気信号に変換される。図６（Ｂ）において周波数（２ｍ−ｎ）ｆ１のトーン信号は、周波数ｆａと周波数ｆｄのビート信号に対応し、周波数ｍｆ１のトーン信号は、周波数ｆａと周波数ｆｂのビート信号に対応する。なお、第一実施形態と同様に、例えば、周波数ｆｂと周波数ｆｄのビート信号といった不要な信号はフィルタ部２２で除去する。

図５は、本実施形態による無線受信装置３の構成図である。無線受信装置３のアンテナ３３は、無線送信装置２から受信する無線信号を電気信号に変換して分離部３１に出力する。なお、この電気信号は、図６（Ｂ）に示す様に周波数（２ｍ−ｎ）ｆ１及び周波数ｍｆ１の２つのトーン信号と、中心周波数をｎｆ１とする電気変調信号を含んでいる。分離部３１は、中心周波数ｎｆ１の電気変調信号を乗算部３２に、周波数ｍｆ１のトーン信号を乗算部３２及び３４に、周波数（２ｍ−ｎ）ｆ１のトーン信号を乗算部３４に出力する。乗算部３４は、周波数ｍｆ１のトーン信号と周波数（２ｍ−ｎ）ｆ１のトーン信号を乗じて、周波数（ｎ−ｍ）ｆ１のトーン信号を乗算部３５に出力する。また、乗算部３２は、中心周波数ｎｆ１の電気変調信号を、周波数ｍｆ１のトーン信号で周波数変換して、周波数（ｎ−ｍ）ｆ１の電気変調信号（ＩＦ信号）を乗算部３５に出力する。乗算部３５は、ＩＦ信号を周波数（ｎ−ｍ）ｆ１のトーン信号により周波数変換して、ベースバンド信号を得る。例えば、ｆ１＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝１０、ｍ＝９とすると、無線送信装置２は、８０ＧＨｚ及び９０ＧＨｚのトーン信号と、中心周波数が１００ＧＨｚの電気変調信号を無線受信装置３に送信し、乗算部３２は１０ＧＨｚのＩＦ信号を乗算部３５に出力し、乗算部３４は、１０ＧＨｚのトーン信号を乗算部３５に出力する。

＜第三実施形態＞
本実施形態においては、ＲｏＦ伝送技術を応用し、光伝送路の障害を無線により救済する。図７は、本実施形態による伝送システムの構成図である。光送信装置１が送信した光信号を、通常時、無線送信装置２及び無線受信装置３は単にスルーし、光送信装置１が送信した光信号はそのまま光受信装置４が受信する。一方、無線送信装置２及び無線受信装置３との間の光伝送路に障害が生じると、無線送信装置２は、光送信装置１からの光信号を光電変換して電気信号とし、その後、この電気信号を無線信号に変換して無線受信装置３に送信する。無線受信装置３は、無線送信装置２から受信する無線信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号で連続光を変調して光受信装置４に送信する。

本実施形態による光送信装置１は、第二実施形態と同様である。但し、ｍ＝ｎ−１とする。したがって、周波数ｆａと周波数ｆｄとの差は、（ｎ−２）ｆ１となり、周波数ｆａと周波数ｆｂとの差は、（ｎ−１）ｆ１となる。図８は、本実施形態による無線送信装置２の構成図であり、図３（Ａ）に示す第二実施形態の無線送信装置２とは、切替部２４が追加されている点で異なる。切替部２４は、光送信装置１から受信する光信号を、光電気変換部２１に出力するか、そのまま無線受信装置３に送信するかの選択を行う。つまり、通常時、切替部２３は、光送信装置１から受信した光信号を単に無線受信装置３に送信する。一方、無線送信装置２と無線受信装置３との間の光伝送路が障害になると、切替部２３は、受信した光信号を光電気変換部２１に出力し、光電気変換部２１は、図６（Ｂ）に示す無線信号を無線受信装置３に送信する。なお、本実施形態においてはｍ＝ｎ−１であるため、無線送信装置２が送信する無線信号は、周波数（ｎ−２）ｆ１及び周波数（ｎ−１）ｆ１の２つのトーン信号と、中心周波数をｎｆ１とする変調信号を含んでいる。

図９は、本実施形態による無線受信装置３の構成図である。乗算部３５がベースバンド信号を出力するまでの構成は、ｎ＝ｍ−１とする以外は、図５に示す第二実施形態と同様であるためその説明については省略する。なお、乗算部３４は、トーン信号ｆ１をマルチトーン生成部１３に出力する。本実施形態の無線受信装置３は、光送信装置１と同様に、光源１１と、マルチトーン生成部１３と、フィルタ部１４と、光変調部１５と、合波部１６と、を備えている。これら機能ブロックによる光信号の生成は、図２の構成における発振器１２が出力する周波数ｆ１の正弦波を、乗算部３４が出力する周波数ｆ１のトーン信号と読み替え、図２の送信データを、乗算部３５が出力するベースバンド信号と読み替える以外は同様であるため、その説明を省略する。

切替部３６は、光受信装置４に送信する光信号を、無線送信装置２からの光信号とするか、合波部１６が出力する光信号とするかを選択する。つまり、切替部３６は、通常時、無線送信装置２から受信する光信号を、そのまま、光受信装置４に送信する。一方、無線送信装置２と無線受信装置３との間の光伝送路に障害が生じると、切替部３６は、合波部１６が出力する光信号を光受信装置４に送信する。

なお、本実施形態においては、図７に示す様に、無線送信装置２と無線受信装置３の組を１つだけ設けていたが、無線送信装置２と無線受信装置３との組を直列に複数設ける構成とすることができる。つまり、光伝送路を複数の区間に分割し、区間毎に無線送信装置２と無線受信装置３の組を対向させ、光伝送路を区間単位で救済する構成とすることもできる。

また、上記各実施形態においては、ｎ＞ｍであったが、ｎ＜ｍとすることもできる。つまり、光変調を行う周波数については、生成する３又は４の連続光の内の最も低いものとすることもできる。したがって、上記各実施形態において、フィルタ部や乗算部が出力する電気信号の周波数の内、ｍとｎの差で表されるものは、差の絶対値の周波数となる。さらに、生成する連続光の周波数の関係は、ｆａ＜ｆｄ＜ｆｂ＜ｆｃであったが、各実施形態で示す周波数差であれば、光変調を行う周波数については、トーン信号とする連続光の間の周波数であっても良い。

Claims (14)

1. 第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆ、ここで、ｎはｍとは異なる自然数、である第３連続光と、を生成する生成手段と、
   前記第３連続光を送信情報に応じて変調して光変調信号を生成する変調手段と、
   前記第１連続光、前記第２連続光及び前記光変調信号を合波する合波手段と、
   を備えていることを特徴とする光送信装置。
2. 前記生成手段は、前記第２連続光との周波数差が｜ｎ−ｍ｜×ｆである第４連続光をさらに生成し、
   前記合波手段は、前記第１連続光、前記第２連続光、前記第４連続光及び前記光変調信号を合波する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. ｍとｎの差は１であることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
4. 前記生成手段は、
   所定周波数の連続光を生成する光源と、
   周波数ｆの正弦波を生成する発振手段と、
   前記連続光及び前記周波数ｆの正弦波から、前記所定周波数を含み、周波数間隔がｆの複数の連続光を生成するマルチトーン生成手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光送信装置。
5. 第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆ、ここで、ｎはｍとは異なる自然数、である第３連続光を変調した光変調信号と、を含む光信号を受信する無線送信装置であって、
   前記光信号を光電変換して、周波数がｍ×ｆである第１トーン信号と、周波数がｎ×ｆである電気変調信号を含む電気信号を出力する変換手段と、
   前記電気信号を無線信号として送信するアンテナと、
   を備えていることを特徴とする無線送信装置。
6. 前記光信号は、前記第２連続光との周波数差が｜ｎ−ｍ｜×ｆである第４連続光をさらに含み、
   前記電気信号は、前記第１トーン信号との周波数差が｜ｎ−ｍ｜×ｆである第２トーン信号をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線送信装置。
7. ｍとｎの差は１であることを特徴とする請求項６に記載の無線送信装置。
8. 受信する前記光信号を前記変換手段に出力するか、前記無線送信装置の送信信号として出力するかを選択する選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の無線送信装置。
9. 周波数がｍ×ｆ、ここで、ｍは自然数、かつ、ｆは所定数、である第１トーン信号と、周波数がｎ×ｆ、ここでｎはｍとは異なる自然数、である電気変調信号を含む無線信号を受信する無線受信装置であって、
   前記無線信号を電気信号に変換するアンテナと、
   前記第１トーン信号と前記電気変調信号を乗じて周波数が｜ｎ−ｍ｜×ｆの電気変調信号を出力する第１変換手段と、
   を備えていることを特徴とする無線受信装置。
10. 前記無線信号は、前記第１トーン信号との周波数差が｜ｎ−ｍ｜×ｆである第２トーン信号をさらに含み、
    前記無線受信装置は、
    前記第１トーン信号と前記第２トーン信号を乗じて周波数が｜ｎ−ｍ｜×ｆの第３トーン信号を出力する第２変換手段と、
    前記第３トーン信号と前記第１変換手段が出力する電気変調信号を乗じてベースバンド信号を出力する第３変換手段と、
    をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の無線受信装置。
11. 第１連続光と、前記第１連続光との周波数差がｍ×ｆである第２連続光と、前記１連続光との周波数差がｎ×ｆである第３連続光と、前記第２連続光との周波数差が｜ｎ−ｍ｜×ｆである第４連続光と、を生成する生成手段と、
    前記第３連続光を前記ベースバンド信号で変調して光変調信号を生成する変調手段と、
    前記第１連続光、前記第２連続光、前記第４連続光及び前記光変調信号を合波する合波手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の無線受信装置。
12. ｍとｎの差は１であることを特徴とする請求項１１に記載の無線受信装置。
13. 前記生成手段は、
    所定周波数の連続光を生成する光源と、
    前記連続光及び前記第３トーン信号から、前記所定周波数を含み、周波数間隔がｆの複数の連続光を生成するマルチトーン生成手段と、
    前記複数の連続光から前記１連続光、前記第２連続光、前記第３連続光及び前記第４連続光を取り出すフィルタ手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の無線受信装置。
14. 受信する光信号と、前記合波部が出力する光信号のいずれを前記無線受信装置の送信信号とするかを選択する選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の無線受信装置。

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