JP2020043405A - 送信装置および信号伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳し、一本の伝送路で重畳信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムを提供すること。【解決手段】搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、パルス信号を生成するパルス信号生成部と、パルス信号の変調周波数をｆｍとし、搬送波の搬送波周波数をｆｃとした場合に、ｆｃ≧（２×ｆｍ）・・・式（１）を満たすようにパルス信号を変調するパルス信号変調部と、パルス信号がパルス信号変調部によって変調されて生成されたデジタル信号、および、アナログ信号生成部によって生成されたアナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、搬送波周波数において前記重畳信号の利得を減衰させ、減衰した重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳した後に光信号に変換し、一本の伝送路で当該光信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムに関する。

伝送路としてファイバを用いた光通信にはデジタル化したパルス波形(以下デジタル信号と総称する場合がある)を用いて伝送するデジタル通信システムと、ＣＡＴＶや無線信号の様に搬送波を用いた連続波形信号(以下アナログ信号と総称する場合がある)を伝送するアナログ通信システムがある。

従来技術ではデジタル信号を周波数が干渉しない搬送波信号へ変換し、所望の複数の周波数信号をそれぞれ抽出する際には専用のフィルタを用いて検出を行っている。

また、デジタル信号とアナログ信号を光ファイバ1本で送る方法として波長の異なる複数の光源を用いて1本の光ファイバで伝送する波長多重化による伝送方法がある。この方法では複数の光源と波長間隔に応じた波長フィルタを用いて伝送を行っている。

例えば、特許文献１では、マルチキャリア重畳伝送方式を用いて送信された所望無線波と、所望無線波に干渉を与える１以上の干渉無線波とが重畳された信号を受信する無線受信機において、所望無線波に重畳された干渉無線波を、干渉無線波の帯域や数に関わらず検出することができる無線受信装置が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、衛星系のデジタルサービス信号を変調変換方式によりケーブル伝送用のデジタルサービス信号に変換してケーブルネットワークに再送出する方法の技術が開示されている。

さらに、例えば、特許文献３には、複数の予め定められた周波数成分から成る参照信号が与えられる入力部と、参照信号の予め定められた周波数成分を通過させる複数のフィルタと、前記複数のフィルタを通じて出力される、それぞれの周波数成分を混合して出力する出力部とを含む装置が開示されている。

特開２０１７−０３４３３８号公報 特開２０００−２７８２２９号公報 特開２００９−０１５４６７号公報

「マルチモード光ファイバを用いた光給電型光ファイバ伝送のための波長・モード分割多重技術」久保木駿、庄司尚生、松浦基晴、信学技報、vol.117、no.54,OFT2017-4,pp.17-20,2017年5月

しかし、上記従来技術によれば、高速なデジタル信号は広帯域に渡り周波数成分を有するため、無線信号などの搬送波によって伝送されるアナログ信号の周波数成分と重なり、それぞれが雑音成分となり同時に伝送することが困難となる場合がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、請求項１に係る発明は、搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号の変調周波数をｆｍとし、前記搬送波の搬送波周波数をｆｃとした場合に、以下の式（１）を満たすように前記パルス信号を変調するパルス信号変調部と、
前記パルス信号が前記パルス信号変調部によって変調されて生成されたデジタル信号、および、前記アナログ信号生成部によって生成された前記アナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、
前記搬送波周波数において前記重畳信号の利得を減衰させ、減衰した前記重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、
を含むことを特徴とする。
ｆｃ≧（２×ｆｍ）・・・式（１）

上記構成によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。
また、アナログ信号の搬送波周波数がデジタル信号の変調周波数の２倍以上の周波数であればよいので、搬送波周波数を変調周波数の整数倍にあわせる必要がなくなり、重畳可能な条件が緩和される。

上記課題を解決するために、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の送信装置において、前記パルス信号変調部は、ｎを３以上の自然数、Ｃ１およびＣ２を０．５未満の正の小数とした場合に、以下の式（２）または（３）を満たすように前記パルス信号を変調することを特徴とする。
（ｎ×ｆｍ）×（１―（Ｃｌ／ｎ））≦ｆｃ≦（ｎ×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／ｎ））・・・式（２）
（２×ｆｍ）≦ｆｃ≦（２×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／２））・・・式（３）

上記構成によれば、アナログ信号の搬送波周波数がデジタル信号の変調周波数の２倍以上の周波数であって、搬送波周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍の近傍の周波数にあわせることで、アナログ信号の品質が良好になるとともに、搬送波周波数の重畳可能な条件が緩和される。

上記課題を解決するために、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の送信装置において、前記送信部は、前記重畳信号を光信号に変換する発光素子を含み、前記発光素子の前記搬送波周波数ｆｃ以上の周波数における利得はー１０ｄＢ以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、デジタル信号の高調波成分をアナログ信号の搬送波周波数領域において、雑音レベル付近まで減衰させることができるので、アナログ信号との干渉を抑制した重畳信号が可能となる。

上記課題を解決するために、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の送信装置において、前記重畳部と、前記アナログ信号生成部との間に前記アナログ信号を増幅する増幅部を含み、前記増幅部は前記搬送波周波数ｆｃにおいて１０ｄＢ以上の周波数利得を有することを特徴とする。

上記構成によれば、アナログ信号を重畳させる伝送経路に、周波数利得の減衰分以上の増幅器を挿入することで、アナログ信号の減衰を抑制可能となる。

上記課題を解決するために、請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送信装置において、前記パルス信号変調部と、前記重畳部との間に設けられるローパスフィルタ部を含み、前記ローパスフィルタ部は、前記デジタル信号の周波数成分の中の前記変調周波数ｆｍより高い周波数成分を減衰させることを特徴とする。

上記構成によれば、送信装置は、デジタル信号の変調周波数より高い周波数成分を減衰させることができるので、重畳信号においてデジタル信号とアナログ信号との干渉をさらに抑制することができる。

上記課題を解決するために、請求項６に係る信号伝送システムの発明は、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置と、
前記送信装置から出力された前記伝送信号を伝送する伝送部と、
前記伝送路で伝送された前記伝送信号を分岐する分岐部と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からデジタル信号を復調するデジタル信号復調装置と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からアナログ信号を復調するアナログ信号復調装置と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項７に係る発明は、請求項６に記載の信号伝送システムにおいて、前記デジタル信号復調装置は、デジタル信号増幅部を含み、前記デジタル信号増幅部は遮断周波数が前記変調周波数の０．６倍〜０．７倍となるローパスフィルタ特性を有することを特徴とする。

上記構成によれば、デジタル信号はデジタル信号復調のローパスフィルタ特性を最適にすることでアナログ信号が雑音レベルへと抑制され、デジタル信号の復調が可能なアイパターンが得られる。

上記課題を解決するために、請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の信号伝送システムにおいて、前記分岐部は、前記伝送信号を電力の比で、（前記アナログ信号復調装置に入力される電力）：（前記デジタル信号復調装置に入力される電力）＝Ｐ：１（Ｐは９以上の実数）になるように分割することを特徴とする。

上記構成によれば、アナログ信号の変動に対して信号品質を保つために、アナログ信号に要求される信号品質を確保可能なダイナミックレンジを広げることができる。

上記課題を解決するために、請求項９に係る発明は、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の信号伝送システムにおいて、前記伝送路は光ファイバであることを特徴とする。

上記構成によれば、高速なパルス状のデジタル信号と無線信号の様な連続波形のアナログ信号を電気の段階で重畳した信号を光信号に変換し、変換された光信号を１本の光ファイバ等の伝送路で伝送することが可能になる。したがって、伝送路を細くし、軽量化することが可能になる。

本発明によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。

信号伝送システムの構成例を示すブロック図である。 （ａ）パルス波形の一例を示す図である。（ｂ）（ａ）のパルス波形の周波数スペクトルの模式図である。 変調されたパルス信号であるデジタル信号の周波数スペクトルの一例を示す模式図である。 アナログ信号の一例を示す図である。 図４のアナログ信号の周波数スペクトルの模式図である。 ローパスフィルタにより減衰したデジタル信号の周波数スペクトルの模式図である。 伝送路を通過した後のアナログ信号とデジタル信号が重畳された伝送信号の周波数スペクトルの一例を示す模式図である。 復調後のデジタル信号のアイパターンを示す図である。 復調後のアナログ信号のコンスタレーションを示す図である。 送信装置に増幅部が追加された信号伝送システムの構成例を示すブロック図である。 デジタル信号を重畳したアナログ信号の品質の変化を示す図である。 アナログ信号を重畳したデジタル信号の品質の変化を示す図である。

（信号伝送システムの概要）
本実施形態は、パルス波形の様なデジタル信号と無線信号の様な連続波形伝送であるアナログ信号を重畳して光信号で伝送を行うものである。宅内や車内などではＬＡＮのデジタル信号およびアンテナから受信した無線信号をそれぞれ別の信号線を用いて配線を行っている。そのため、配線数が多くなりコストの増加や省線化が困難となっている。また無線信号は搬送波により高周波化されているため、同軸ケーブル等で伝送する場合はＩＦ(Intermediate Frequency:中間周波数)等で周波数を落とす場合もある。本実施形態ではパルス波形の様なデジタル信号と無線信号の様な連続波形伝送であるアナログ信号を電気の段階で重畳した信号を光に変換し、1本の光ファイバ等の伝送路で伝送する。

（信号伝送システム）
実施形態に係る信号伝送システム１０００について図１を参照して説明する。信号伝送システム１０００は、例えば、図１に示すように、送信装置１００、伝送路２００、および、受信装置３００を含む。

送信装置１００は、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１を重畳して送信する装置である。送信装置１００は、アナログ信号生成部１１１、パルス信号生成部１２１およびパルス信号変調部１２２を含むデジタル信号生成部１２０、ローパスフィルタ部１２３、重畳部１３０、並びに、送信部１４０を含んで構成される。

アナログ信号生成部１１１は、搬送波によって変調されたアナログ信号を生成する機能を有する。アナログ信号には、一例として、ＣＡＴＶや無線信号等の搬送波を用いた連続波形信号が挙げられる。図４は、搬送波の波形の一例を示す図であり、縦軸は電圧を示し横軸は時間を示している。図５は、図４の搬送波の周波数スペクトルを示す図であり、縦軸はスペクトル強度としての電力を示し横軸は周波数を示している。

図４では、搬送波の搬送波周波数ｆｃを用いて振幅変調を行っているために、図５の周波数スペクトルでは、搬送波周波数ｆｃだけが観測されている。しかし、本実施形態では、変調方法には、位相変調、周波数変調等の変調方式も含まれるので、図５の周波数スペクトルが、搬送波周波数ｆｃから上下方向の周波数を周波数バンドとして含む場合もある。以下の説明ではアナログ信号として、図５のように単一の搬送波周波数ｆｃを有する信号について主に説明する。アナログ信号生成部１１１は重畳部１３０に接続され、アナログ信号生成部１１１で生成されたアナログ信号を重畳部１３０に出力する。

パルス信号生成部１２１は、パルス信号を生成する。パルス信号は、例えば、図２（ａ）に示すように、一定の幅を持った矩形波である。図２（ａ）は、パルス信号の１つのパルス波形を示す図であり、縦軸は振幅（電圧または電流）であり横軸は時間を示している。パルス信号は、デジタル情報の「１」と「０」に対応して、振幅が特定の値を持ったり、振幅が０になったりする。特定の値は信号伝送システム１０００が任意の値に設定することができる。

図２（ｂ）は、パルス信号が高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）された後の周波数スペクトルの模式図を示す。パルス信号の周波数成分は直流であるＤＣから０．４５／ΔＴ（ΔＴ：パルス幅）以上の広帯域な周波数成分を有する。図１（ｂ）のパルス信号の周波数スペクトルを示す図では、縦軸はスペクトル強度としての電力であり横軸は周波数を示している。

パルス信号生成部１２１は、パルス信号変調部１２２に接続され、生成したパルス信号をパルス信号変調部１２２に出力する。

パルス信号変調部１２２は、パルス信号生成部１２１で生成されたパルス信号を変調し、デジタル信号ＤＳ１を生成する。変調周波数がｆｍである場合の、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルを図３に示す。図３に示す周波数スペクトルは、変調周波数ｆｍの整数倍の周波数で極小点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４等が存在する。本実施形態のパルス信号変調部１２２は、パルス信号の変調周波数をｆｍとし、搬送波の搬送波周波数をｆｃとすると、ｆｃ≧２ｆｍとなるようにパルス信号を変調し、デジタル信号ＤＳ１を生成する。

より好ましくは、搬送波周波数ｆｃが、ｆｃ≧２ｆｍの条件を維持すると共に、変調周波数ｆｍの極小点の前後に位置するように、パルス信号を変調し、デジタル信号ＤＳ１を生成する。

一例として、搬送波周波数ｆｃが図３におけるＭＰ２、ＭＰ３、ＭＰ４等の極大点を避けるためには、パルス信号変調部１２２は、ｎを３以上の自然数、Ｃ１およびＣ２を０．５未満の正の小数とした場合に、以下の式（２）または（３）を満たすように前記パルス信号を変調する。
（ｎ×ｆｍ）×（１―（Ｃｌ／ｎ））≦ｆｃ≦（ｎ×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／ｎ））・・・式（２）
（２×ｆｍ）≦ｆｃ≦（２×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／２））・・・式（３）

式（３）は、変調周波数ｆｍの２倍の周波数における極小点ＳＰ２から、高周波数側にＣ２×変調周波数ｆｍまでの周波数領域に搬送波周波数ｆｃが位置することを示す。Ｃ２＝０．５の場合には、図３において、搬送波周波数ｆｃはＳＰ２〜ＭＰ２未満の間に位置することを示す。

式（２）は、例えば、ｎ＝３の場合には、極小点ＳＰ３を中心に極大点ＭＰ２よりも大きく、極大点ＭＰ３未満の周波数が搬送波周波数ｆｃになることを示す。なお、Ｃ１およびＣ２の値を０．５未満の正の小数であって、０に近い値に変更していくと、極小点からの周波数範囲が狭まるので、アナログ信号とデジタル信号の干渉が減少していく。Ｃ１およびＣ２の値は信号伝送システム１０００が任意の０．５未満の正の小数値に設定することができる。

ローパスフィルタ部１２３は、パルス信号変調部１２２において変調周波数ｆｍで変調されて生成されたデジタル信号ＤＳ１の高周波数成分を減衰させるフィルタである。例えば、ローパスフィルタ部１２３は、変調周波数ｆｍより高い周波数成分を減衰させる。つまり、図３における変調周波数ｆｍを示す極小点ＳＰ１よりも高い周波数成分を減衰させる。したがって、搬送波周波数ｆｃに位置するアナログ信号ＡＳ１と干渉する周波数成分が減衰する。一方、デジタル信号ＤＳ１を復調させるには、主として、変調周波数ｆｍを示す極小点ＳＰ１よりも低い周波数成分が必要である。したがって、ローパスフィルタ部１２３は、変調周波数ｆｍを示す極小点ＳＰ１以下の周波数成分の減衰を防ぐように機能する。一例として、ローパスフィルタ部１２３の遮断周波数はｆｍＨｚであり、傾きは−６ｄＢ／オクターブである。なお、デジタル信号の復調時にトランスインピーダンスアンプの特性でデジタル信号の主成分がある程度減少することから、ローパスフィルタ部１２３では極端に大きな減衰を与えないことが好ましい。したがって、ローパスフィルタ部１２３を使用しないで、デジタル信号ＤＳ１をアナログ信号ＡＳ１と重畳させる構成にすることも可能である。

図６は、ローパスフィルタ部１２３を通過したデジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルを示す図であり、縦軸が電力を示し横軸が周波数を示している。図８から分かるように、変調周波数ｆｍを示す極小点ＳＰ１以下の周波数成分は減衰せず、変調周波数ｆｍを示す極小点ＳＰ１よりも高い周波数成分が減衰している。

ローパスフィルタ部１２３は、変調周波数ｆｍより高い周波数成分が減衰したデジタル信号ＤＳ１を重畳部１３０に出力する。

重畳部１３０は、変調周波数ｆｍより高い周波数成分が減衰したデジタル信号ＤＳ１またはデジタル信号ＤＳ１と、アナログ信号生成部１１１で生成された搬送波周波数ｆｃを有するアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号を生成する機能を有する。重畳部１３０の一例として、方向性結合器が挙げられる。

重畳部１３０は、変調周波数ｆｍより高い周波数成分が減衰したデジタル信号ＤＳ１またはデジタル信号ＤＳ１とアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号を送信部１４０に出力する。

送信部１４０は、重畳信号を伝送路２００に出力する機能を有する。送信部１４０の一例として、発光素子が挙げられる。発光素子は重畳信号を光信号に変換し、変換された光信号を伝送路２００に出力する素子である。送信部１４０が発光素子の場合には、伝送路２００は光ファイバとなる。

送信部１４０が発光素子の場合には、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１を重畳させる光伝送システム１０００において、アナログ信号の搬送波周波数ｆｃに対して、発光素子の周波数利得は−１０ｄＢ以下になる特性を有する。したがって、デジタル信号ＤＳ１の高調波成分をアナログ信号の搬送波周波数領域において、雑音レベル付近まで減衰させることができる。その結果、図７のようなアナログ信号ＡＳ１との干渉を抑制した重畳信号が可能となる。一例として、発光素子の遮断周波数は１８Ｈｚであり、傾きは−２０ｄＢ／オクターブである。

図７のアナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃは２８ＧＨｚであり、デジタル信号ＤＳ１の変調周波数ｆｍは１０ＧＨＺである。デジタル信号ＤＳ１は１０Ｇｂｐｓの伝送速度を有する。図７のアナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃである２８ＧＨｚの周辺領域で、デジタル信号ＤＳ１の周波数成分が雑音レベル付近まで減衰している。したがって、２８ＧＨｚのアナログ信号ＡＳ１、および、変調周波数ｆｍ以下のデジタル信号成分がお互いに干渉することなく重畳信号に明確に含まれている。

また、アナログ信号ＡＳ１を重畳させる信号経路には、図１２に示すように周波数利得減衰分以上の増幅器１１２を挿入することで、アナログ信号ＡＳ１の減衰を抑制することが可能となる。

伝送路２００は、送信装置１００と受信装置３００とを接続する１本の通信線である。伝送路２００の一例としては、光ファイバが挙げられる。光ファイバは、例えば、ガラス製又は樹脂製である。光ファイバは、例えば、光信号が伝搬するコア層及びコア層の周囲を覆うクラッド層等を含んで構成される。光ファイバは、光信号がコア層とクラッド層との境界面において所定の角度で全反射することにより光信号がコア層内を伝搬する。光ファイバは、当該光ファイバの線径をメタル線よりも小さくすることができると共に軽量化を実現することができる。

受信装置３００は、伝送路２００を伝送した伝送信号を受信する装置である。受信装置３００は、分岐部３３０、アナログ信号復調装置３１０およびデジタル信号復調装置３２０を含んで構成される。分岐部３３０の一例として、光分岐器が挙げられ、光分岐器は光信号を分岐する分岐器である。光分岐器は、光ファイバを介して送信装置１００に接続され、当該送信装置１００から送信された伝送信号としての光信号を分岐する。

光分岐器は、伝送路２００によって伝送された光信号を一定の比率（例えば1対1の比率）で分岐する。なお、分岐する比率は、1対1に限定されず、その他の比率で光信号を分岐してもよい。分岐する比率の詳細については後述する。光分岐器は、アナログ信号受信部３１１およびデジタル信号受信部３２１に接続される。光分岐器は、送信装置１００から送信された伝送信号としての光信号を一定の比率で分岐し、分岐された光信号をそれぞれアナログ信号受信部３１１およびデジタル信号受信部３２１に出力する。

アナログ信号復調装置３１０は、アナログ信号受信部３１１、アナログ信号増幅部３１２、アナログ信号復調部３１３を含んで構成される。

アナログ信号受信部３１１は、分岐部３３０で一定の比率で分岐された伝送信号を入力する。伝送信号が光信号の場合には、アナログ信号受信部３１１はフォトダイオード等の受光素子である。受光素子は、光信号を電流信号等の電気信号に変換する素子であり、変換された電流信号をアナログ信号増幅部３１２に出力する。

アナログ信号増幅部３１２は、受光素子で光信号から変換された電流信号を増幅して電圧信号として出力する。アナログ信号増幅部３１２の一例としてローノイズアンプが挙げられる。ローノイズアンプは低雑音増幅器で、放送や通信など高周波の送受信回路に多く使われている。ローノイズアンプは、アナログ信号受信部３１１から入力した信号を増幅して、増幅信号をアナログ信号復調部３１３に出力する。

アナログ信号復調部３１３は、増幅信号に含まれるアナログ信号ＡＳ１を復調する復調器である。一例として、アナログ信号増幅部３１２から出力された増幅信号に対して搬送波周波数ｆｃと同じ周波数の復調用信号を乗算してアナログ信号ＡＳ１を復調する。アナログ信号復調部３１３は、復調用信号を増幅信号に乗算することにより、搬送波周波数ｆｃ以下の周波数成分を消失させる。また、アナログ信号ＡＳ１に高調波成分がある場合にはＬＰＦで減衰させることができる。この結果、復調されたアナログ信号ＡＳ１は、図９に示すように、コンスタレーションの各信号点の分散が相対的に抑制され、信号品質の劣化が抑制されていることが分かる。図９は、復調後のアナログ信号ＡＳ１のコンスタレーション（６４ＱＡＭ）を示す図であり、縦軸がＱ値を示し横軸が１値を示している。

デジタル信号復調装置３２０は、デジタル信号受信部３２１、デジタル信号増幅部３２２、デジタル信号復調部３２３を含んで構成される。

デジタル信号受信部３２１は、分岐部３３０で一定の比率で分岐された伝送信号を入力する。伝送信号が光信号の場合には、デジタル信号受信部３２１はフォトダイオード等の受光素子である。受光素子は、光信号を電流信号等の電気信号に変換する素子であり、変換された電流信号をデジタル信号増幅部３２２に出力する。

デジタル信号増幅部３２２は、受光素子で光信号から変換された電流信号を増幅して電圧信号として出力する。デジタル信号増幅部３２２の一例としてトランスインピーダンスアンプが挙げられる。トランスインピーダンスアンプはローパスフィルタ特性を有する。当該ローパスフィルタ特性を最適にすることで、アナログ信号ＡＳ１の周波数成分が雑音レベルに減衰することが可能になる。その結果、図８に示すようにデジタル信号ＤＳ１の復調が可能なアイパターンが得られる。最適なローパスフィルタ特性の遮断周波数の値は搬送波周波数ｆｃに対するデジタル信号ＤＳ１の変調周波数ｆｍによって変化する。当該遮断周波数の最大値は、変調周波数ｆｍの０．６倍〜０．７倍となる。トランスインピーダンスアンプは、デジタル信号受信部３２１から入力した信号を増幅させるとともに高周波数成分を減衰させ、高周波数成分を減衰した増幅信号をデジタル信号復調部３２３に出力する。

デジタル信号復調部３２３は、増幅信号に含まれるデジタル信号ＤＳ１を復調する復調器である。デジタル信号ＤＳ１を復調することによって、パルス信号生成部１２１で生成されたパルス信号を取得し、パルス信号の信号パターンに対応する情報を取得し、外部に出力する、

無線信号などのアナログ信号ＡＳ１を重畳する際には、アナログ信号ＡＳ１の変動に対して信号品質を保つことが必要となる。その場合に、アナログ信号ＡＳ１に要求される信号品質を確保可能なダイナミックレンジは電気信号入力レベルと受光素子の受光電力に依存する。そのため、伝送信号の分岐時に伝送信号を分岐する比率を変えることでアナログ信号ＡＳ１、デジタル信号ＤＳ１の両方の信号品質を確保した状態で伝送が可能になる。

図１１は受光電力＋３ｄＢｍにおいて、デジタル信号ＤＳ１を重畳させたアナログ信号ＡＳ１の品質の変化を示したグラフである,アナログ信号ＡＳ１には６４ＱＡＭ ＯＦＤＭ信号を用いており、アナログ信号ＡＳ１に要求される信号品質は、ＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が８％以下の領域となる。ＥＶＭは、ＩＱコンスタレーションにおいて理想変調信号と測定変調信号の位置ずれを理想変調信号で正規化したものである。

図１１を参照すると、記号□は、アナログ信号ＡＳ１にデジタル信号ＤＳ１が重畳されていない状態を示し、記号△は、アナログ信号ＡＳ１にデジタル信号ＤＳ１が２００ｍＶｐ−ｐから３．５ｄＢダウンしたレベルで重畳された状態を示す。また、記号●は、アナログ信号ＡＳ１にデジタル信号ＤＳ１が３００ｍＶｐ−ｐから３．５ｄＢダウンしたレベルで重畳された状態を示し、記号○は、アナログ信号ＡＳ１にデジタル信号ＤＳ１が４００ｍＶｐ−ｐから３．５ｄＢダウンしたレベルで重畳された状態を示す。以上のように、重畳部１３０の挿入損失によってデジタル信号ＤＳ１は３．５ｄＢレベルダウンして、アナログ信号ＡＳ１に重畳される。図１１を参照すると、ＥＶＭの値が８％以下を満たす領域が存在し、また、当該領域は重畳するデジタル信号ＤＳ１の振幅が大きくなるほど小さくなることが分かる。

また、図１２はアナログ信号ＡＳ１を重畳した場合のデジタル信号ＤＳ１の信号品質特性を示したグラフである。図１２からは、アナログ信号ＡＳ１を重畳させても、デジタル信号ＤＳ１のＢＥＲ（Bit Error Rate）がほとんど変化していないことが示されている。具体的に以下に詳述する。

図１２において、記号●は、４００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１にアナログ信号ＡＳ１が重畳されない場合の受信光電力の変化に対するＢＥＲ（Bit Error Rate）の変化を示す。記号▲は、３００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１にアナログ信号ＡＳ１が重畳されない場合の受信光電力の変化に対するＢＥＲの変化を示す。記号▲は、２００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１にアナログ信号ＡＳ１が重畳されない場合の受信光電力の変化に対するＢＥＲの変化を示す。一般にＢＥＲは１．０Ｅ−１２程度を必要とする。２００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１では、ＢＥＲが１．０Ｅ−１２になる受光感度が大きすぎ、アナログ信号ＡＳ１のダイナミックレンジを大きくとることが困難となる。

また、図１２において、記号○は、４００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１に約１５ｄＢｍのアナログ信号ＡＳ１が重畳された場合の受信光電力の変化に対するＢＥＲの変化を示す。記号○の変化は上記記号●（アナログ信号ＡＳ１が重畳された場合）の変化と比べてほとんど変化がない。すなわち、アナログ信号ＡＳ１を重畳させても、デジタル信号ＤＳ１のＢＥＲがほとんど変化していないことが示されている。

さらに、図１２において、記号△は、３００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１に約１５ｄＢｍのアナログ信号ＡＳ１が重畳された場合の受信光電力の変化に対するＢＥＲの変化を示す。記号△の変化は上記記号▲（アナログ信号ＡＳ１が重畳された場合）の変化と比べてほとんど変化がない。すなわち、アナログ信号ＡＳ１を重畳させても、デジタル信号ＤＳ１のＢＥＲがほとんど変化していないことが示されている。

図１１および図１２から、デジタル信号の振幅を３００ｍＶｐ−ｐにすることでデジタル信号ＤＳ１の信号品質を保ちつつ、無線信号としてのアナログ信号ＡＳ１の信号品質の劣化を抑制することが可能であることがわかる。

図１２におけるデジタル信号ＤＳ１の最小受光感度は−６ｄＢｍである。このとから＋３ｄＢｍでアナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１を重畳伝送している光電力から分岐比１：９程度で９ｄＢダウンした信号を受信してもデジタル信号ＤＳ１の信号品質を保つことが可能であることが図１２から分かる。また、アナログ信号ＡＳ１は分岐比の大きい方の光を受光することで、信号品質の劣化がほぼない状態で伝送が可能となることが図１１から分かる。

以上、説明したように、波長多重による伝送では複数の光源と波長フィルタが必要になり、送信器と受信器の構成が複雑になっていたが、本実施形態によれば、複数の光源と波長フィルタが不要になり、送信器と受信器の構成が簡単になる。

また、波長多重による伝送では波長間隔を広くすると波長フィルタによる分離は容易になるが、波長によって受信感度が異なりリンク設計が困難になっていたが、本実施形態によれば、異なる波長によるリンク設計の問題は解消される。

さらに、本実施形態によれば、デジタル信号、無線信号をそれぞれ別々の専用線で伝送を行うための配線が必要なくなる。

さらに、従来技術では、デジタル信号と搬送波信号の干渉を最大限に抑制するためには、搬送波周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍にあわせる必要があり、重畳可能な条件が限られていた。しかし、本実施形態によれば、搬送波周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍にあわせる必要がなくなり、重畳可能な条件が緩和される。

（変形例）
信号伝送システム１０００および２０００では、送信装置１００と受信装置３００との間を、光ファイバを介して光信号を伝送する例について説明したが、伝送信号を高品質に伝送することが可能な伝送媒体であれば、光ファイバに限定されない。例えば、信号伝送システム１０００および２０００は、送信装置１００と受信装置３００との間をメタル線等の伝送媒体を介して電気信号を伝送してもよい。

実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

本発明は、パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳した後に光信号に変換し、一本の伝送路で当該光信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムに用いて、極めて有用である。

１００・・・送信装置
１１１・・・アナログ信号生成部
１２０・・・デジタル信号生成部
１２１・・・パルス信号生成部
１２２・・・パルス信号変調部
１２３・・・ローパスフィルタ部
１３０・・・重畳部
１４０・・・送信部
２００・・・伝送路
３００・・・受信装置
３１０・・・アナログ信号復調装置
３１１・・・アナログ信号受信部
３１２・・・アナログ信号増幅部
３１３・・・アナログ信号復調部
３２０・・・デジタル信号復調装置
３２１・・・デジタル信号受信部
３２２・・・デジタル信号増幅部
３２３・・・デジタル信号復調部
１０００、２０００・・・信号伝送システム

Claims (9)

1. 搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
   パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
   前記パルス信号の変調周波数をｆｍとし、前記搬送波の搬送波周波数をｆｃとした場合に、以下の式（１）を満たすように前記パルス信号を変調するパルス信号変調部と、
   前記パルス信号が前記パルス信号変調部によって変調されて生成されたデジタル信号、および、前記アナログ信号生成部によって生成された前記アナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、
   前記搬送波周波数において前記重畳信号の利得を減衰させ、減衰した前記重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、
   を含むことを特徴とする送信装置。
   ｆｃ≧（２×ｆｍ）・・・式（１）
2. 前記パルス信号変調部は、ｎを３以上の自然数、Ｃ１およびＣ２を０．５未満の正の小数とした場合に、以下の式（２）または（３）を満たすように前記パルス信号を変調することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
   （ｎ×ｆｍ）×（１―（Ｃｌ／ｎ））≦ｆｃ≦（ｎ×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／ｎ））・・・式（２）
   （２×ｆｍ）≦ｆｃ≦（２×ｆｍ）×（１＋（Ｃ２／２））・・・式（３）
3. 前記送信部は、前記重畳信号を光信号に変換する発光素子を含み、前記発光素子の前記搬送波周波数ｆｃ以上の周波数における利得はー１０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
4. 前記重畳部と、前記アナログ信号生成部との間に前記アナログ信号を増幅する増幅部を含み、前記増幅部は前記搬送波周波数ｆｃにおいて１０ｄＢ以上の周波数利得を有することを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
5. 前記パルス信号変調部と、前記重畳部との間に設けられるローパスフィルタ部を含み、
   前記ローパスフィルタ部は、前記デジタル信号の周波数成分の中の前記変調周波数ｆｍより高い周波数成分を減衰させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送信装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置と、
   前記送信装置から出力された前記伝送信号を伝送する伝送路と、
   前記伝送路で伝送された前記伝送信号を分岐する分岐部と、
   前記分岐部で分枝された前記伝送信号からデジタル信号を復調するデジタル信号復調装置と、
   前記分岐部で分枝された前記伝送信号からアナログ信号を復調するアナログ信号復調装置と、を含むことを特徴とする信号伝送システム。
7. 前記デジタル信号復調装置は、デジタル信号増幅部を含み、前記デジタル信号増幅部は遮断周波数が前記変調周波数の０．６倍〜０．７倍となるローパスフィルタ特性を有することを特徴とする請求項６に記載の信号伝送システム。
8. 前記分岐部は、前記伝送信号を電力の比で、（前記アナログ信号復調装置に入力される電力）：（前記デジタル信号復調装置に入力される電力）＝Ｐ：１（Ｐは９以上の実数）になるように分割することを特徴とする請求項６または７に記載の信号伝送システム。
9. 前記伝送路は光ファイバであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の信号伝送システム。