JP2020155939A - 光送信装置及び光送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線信号のクリッピング処理に加えて、光送信装置全体の特性も含めた非線形雑音の抑圧を行うことができる光送信装置を得る。【解決手段】多重化された無線信号が入力されるデジタル信号処理部２と光変調器４を備えた光送信装置において、デジタル信号処理部２は、無線信号に対して所定の閾値を設定してクリッピング処理を行うデジタルクリッピング部２１と、無線信号の信号帯域内のクリッピングノイズを除去してクリッピング雑音のみを抽出するクリッピングノイズ除去部２２と、無線信号とクリッピング雑音とを合成して光変調器に入力する信号を出力する信号合成部２３と、光変調器４への入力電流の値を設定する出力電流変化部２４と、出力電流変化部２４による電流変化と光変調器４からの光強度との対応関係を計測する特性取得部２５とを備え、デジタルクリッピング部２１は、特性取得部２５で取得した入出力特性を考慮してクリッピング処理を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式を用いた光送信に関し、特に、中間周波数帯に多重される無線信号の伝送時におけるピークパワー及び非線形性を低減する光送信装置及び光送信方法に関する。

無線通信においては、スマートフォンやタブレット等の急速な普及により、トラフィックが急激に増大して高速大容量化が求められ、使用無線周波数帯域の広帯域化が必要となってきている。
無線信号を中間周波数帯に複数多重して光伝送する技術に関しては、多重信号のピークパワーを低減しつつ、信号帯域内にクリッピング雑音を生じさせない手法が非特許文献１に開示されている。

非特許文献１には、図２に示すように、ＩＦ多重器１で中間周波数（ＩＦ）帯に多重される複数の無線信号に対して、デジタル信号処理部２において、ピークパワー低減に関する信号処理が行われ、光変調器４に出力される。この際、無線信号に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式が採用されていると、時間領域で高いピーク値が出現する確率が高くなることが知られている。

デジタル信号処理部２においては、デジタル信号処理（ＤＳＰ）を用いて、無線信号に対してある一定の閾値を設定してクリッピングを適用する。すなわち、無線信号（信号波形Ａ）に対して、デジタルクリッピング部２１でのクリッピング処理によりクリッピング雑音が信号帯域内外に発生する信号波形Ｂが出力される。
次に、クリッピングノイズ除去部２２において、元々の無線信号（信号波形Ａ）が存在していた帯域をフィルタで抜き取り、帯域外のクリッピング雑音のみを抽出した信号波形Ｃを得る。その後、信号合成部２３において、帯域外のクリッピング雑音（信号波形Ｃ）と元のＩＦ多重信号（信号波形Ａ）を合成した出力波形（信号波形Ｄ）を得る。これらの処理により、出力信号（信号波形Ｄ）の信号成分には帯域内のクリッピング雑音は重畳されない。

しかしながら、元の信号を合成した時点でクリッピング処理によるピークパワー低減効果は薄れ、再度高いピーク値が出現する可能性がある。これを防止するため、一連の処理について複数回繰り返すことが行われる。
すなわち、上述した合成信号は、帯域外のクリッピング雑音を残しているので、完全には元のピーク値を持つ信号とならず、複数回繰り返しを行った後においては、この処理から出力される信号は、帯域外のピーク信号が元の信号のピーク値をキャンセルするように作用することで、帯域内にクリッピング雑音を含まず、かつピーク値が十分に小さくなるように収束していくことが、非特許文献１に記載されている。

Minkyu Sung, Changyo Han, Seung-Hyun Cho, Hwan Seok Chung, and Jong Hyun Lee, "Improvement of the transmission performance in multi-IF-over-fiber mobile fronthaul by using tone-reservation technique," Opt. Express 23, 29615-29624 (2015)

しかしながら上述した構成によれば、デジタル信号処理部２の出力側（信号多重直後）においては、低いピークパワー、及び、信号帯域内のクリッピング雑音の除去が達成されているが、出力側に接続されるＲＦアンプの非線形性や光変調器４の非線形な電流−光強度特性によって、再度雑音が帯域内に生じる可能性が懸念される。
仮に出力側のＲＦアンプや光変調の特性に非線形性が含まれている場合、非線形雑音が再度帯域内に発生し、デジタル信号処理部２による処理の効果が薄まることになる。

本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、無線信号のクリッピング処理に加えて、光送信装置全体の特性も含めた非線形雑音の抑圧を行うことができる光送信装置及び光送信方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本願発明の光送信装置（請求項１）は、多重化された無線信号が入力されるデジタル信号処理部（２）と、前記デジタル信号処理部（２）で処理された信号を変調する光変調器（４）を備えた装置において、
前記デジタル信号処理部（２）は、前記無線信号に対して所定の閾値を設定してクリッピング処理を行うデジタルクリッピング部（２１）と、前記無線信号の信号帯域内のクリッピングノイズを除去してクリッピング雑音のみを抽出するクリッピングノイズ除去部（２２）と、前記無線信号と前記クリッピング雑音とを合成して前記光変調器に入力する信号を出力する信号合成部（２３）と、を備えるとともに、
前記光変調器（４）への入力電流の値を設定する出力電流変化部（２４）と、
前記出力電流変化部（２４）による電流変化と前記光変調器（４）からの光強度との対応関係を計測する特性取得部（２５）と、を備え、
前記デジタルクリッピング部（２１）は、前記特性取得部（２５）で取得した入出力特性を考慮してクリッピング処理を行うことを特徴としている。

本願発明の光送信方法（請求項２）は、多重化された無線信号に対してデジタル信号処理部（２１）でクリッピング処理を行った後に光変調器（４）で変調して光送信する方法において、
前記光変調器（４）への入力電流の値に対する光強度を計測することで入出力特性を予め取得し、取得した入出力特性を前記デジタル信号処理部（２１）にフィードバックし、
前記無線信号に対して所定の閾値を設定するとともに、取得した入出力特性を考慮してクリッピング処理を行い、前記無線信号の信号帯域内のクリッピングノイズを除去するクリッピング雑音抽出処理を行い、無線信号と抽出されたクリッピング雑音とを合成する信号合成処理を行って前記光変調器（４）に入力する信号を得ることを特徴としている。

請求項３は、請求項２の光送信方法において、前記クリッピング処理、前記クリッピング雑音抽出処理、前記信号合成処理の一連の処理を複数回繰り返して行うことで、光送信時に発生する雑音を収束させることを特徴としている。

本発明の光送信装置及び光送信方法によれば、デジタルクリッピング部（２１）でのクリッピング処理によるピークパワーの低減を図るに際して、特性取得部（２５）で取得した電流変化に対する光強度の入出力特性を考慮してクリッピング処理を行うことで、光送信装置における全ての非線形性も同時に補償可能とすることができる。

本発明に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。 従来の光送信装置の構成を示すブロック図である。

本発明に係る光送信装置について、図１を参照して説明する。図１において、図２と同一構成を採る部分については同一符号を付している。
本発明の光送信装置では、上述した非特許文献１に記載されたクリッピング処理に加えて、光変調器を含む光送信装置全体の特性を考慮して非線形雑音の抑圧を行うことを特徴としている。

光送信装置は、中間周波数（ＩＦ）帯に多重される複数の無線信号を出力するＩＦ多重器１と、無線信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部２と、デジタル信号処理部２からの出力信号を増幅する増幅器３と、光信号に変調する光変調器４と、光信号を伝送する光ファイバ５と、を備えて構成されている。

デジタル信号処理部２は、無線信号に対してある一定の閾値を設定してクリッピング処理を適用するデジタルクリッピング部２１と、元々の無線信号が存在していた帯域をフィルタで抜き取り、帯域外のクリッピング雑音のみを抽出するクリッピングノイズ除去部２２と、帯域外のクリッピング雑音と元のＩＦ多重信号を合成する信号合成部２３と、デジタル信号処理部２の出力側に変化（単純増加）させた入力電流を加える出力電流変化部２４と、出力電流変化部２４による電流変化と光変調器４からの光強度の対応関係を計測する特性取得部２５と、を備えている。
また、光変調器４の出力側には、光信号出力（光強度）をモニタするフォトダイオード６が設けられている。

したがって、出力電流変化部２４により、デジタル信号処理部２の出力線に入力する出力電流を徐々に増加（例えば、０〜１００ｍＡ）させると、出力電流は増幅器３を介して光変調器４に入力され、光信号へと変換される。光信号の一部はモニタ用フォトダイオードでモニタされ、特性取得部２５へ入力される。

特性取得部２５では、フィードバックされた光強度の情報と、出力電流変化部２４の情報を元に、電流−光強度（Ｉ−Ｌ）特性（グラフＸ）を作成し保存する。この電流−光強度特性（グラフＸ）は、光変調器４の特性のみならず、光送信装置全体のＲＦ系統の特性が含まれる。そのため、光送信装置システム全体での特性把握が可能となる。

また、特性取得部２５で取得する電流−光強度（Ｉ−Ｌ）特性は、光送信装置の設定時にのみ取得し、以降は取得した特性をそのまま適用する。新たに別の場所に光送信装置を設定する場合や、接続機器の変更などがあった場合は、特性取得部２５により再度の電流−光強度（Ｉ−Ｌ）特性の取得が行われる。

特性取得部２５で得られた特性（電流−光強度特性）は、デジタルクリッピング部２１にフィードバックされることで、デジタルクリッピング部２１に入力された信号は、単純な閾値設定によるクリッピングのみならず、光送信装置系全体の特性を元に処理をされるので、デジタルクリッピング部２１から出力される信号は、クリッピング雑音及び光送信装置系の非線形性から生ずる雑音も考慮されることになる。
例えば、デジタルクリッピング部２１への入力信号が正弦波形であるような場合、飽和領域を有する電流−光強度（Ｉ−Ｌ）特性（グラフＸ）を考慮すると、その出力特性はグラフＹに示されるように、正弦波形の曲線が全体的に歪んだ出力信号となる。

以降の処理は非特許文献１で説明した処理と同様の処理が行われ、クリッピングノイズ除去部２２により元々無線信号が存在していた帯域を取り除き、この信号に対して信号合成部２３により雑音を含まない元の無線信号を合成する。これによりピーク値の再成長が発生するが、ピーク値が低下するまで一連の処理を複数回（例えば１０回）繰り返すことで、雑音を収束させることができる。

信号合成部２３から出力される合成信号（雑音が収束した無線信号）は、増幅器３を介して光変調器４で光変調されて光ファイバ５に伝送される。
信号合成部２３からの出力信号は、上述したデジタルクリッピング部２１、クリッピングノイズ除去部２２及び信号合成部２３で行われる一連の処理を予め決められた回数行った後に出力してもよいし、また、あるピーク値に対して設定された閾値を下回った時点で出力するようにしてもよい。

上述の光送信装置によれば、複数の無線信号はＩＦ多重器１によりＩＦ帯に多重された後、デジタル信号処理部２へと入力される。入力された信号は、単純な閾値設定によるクリッピングのみならず、特性取得部２５で取得した特性をフィードバックして考慮することで、光送信装置系全体の特性を元に雑音を抑制する処理が行われる。

１…ＩＦ多重器、 ２…デジタル信号処理部、 ３…増幅器、 ４…光変調器、 ５…光ファイバ、 ６…モニタ用フォトダイオード、 ２１…デジタルクリッピング部、 ２２…クリッピングノイズ除去部、 ２３…信号合成部、 ２４…出力電流変化部、 ２５…特性取得部。

Claims (3)

1. 多重化された無線信号が入力されるデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部で処理された信号を変調する光変調器を備えた光送信装置において、
   前記デジタル信号処理部は、前記無線信号に対して所定の閾値を設定してクリッピング処理を行うデジタルクリッピング部と、前記無線信号の信号帯域内のクリッピングノイズを除去してクリッピング雑音のみを抽出するクリッピングノイズ除去部と、前記無線信号と前記クリッピング雑音とを合成して前記光変調器に入力する信号を出力する信号合成部と、を備えるとともに、
   前記光変調器への入力電流の値を設定する出力電流変化部と、
   前記出力電流変化部による電流変化と前記光変調器からの光強度との対応関係を計測する特性取得部と、を備え、
   前記デジタルクリッピング部は、前記特性取得部で取得した入出力特性を考慮してクリッピング処理を行うことを特徴とする光送信装置。
2. 多重化された無線信号に対してデジタル信号処理部でクリッピング処理を行った後に光変調器で変調して光送信する光送信方法において、
   前記光変調器への入力電流の値に対する光強度を計測することで入出力特性を予め取得し、取得した入出力特性を前記デジタル信号処理部にフィードバックし、
   前記無線信号に対して所定の閾値を設定するとともに、取得した入出力特性を考慮してクリッピング処理を行い、前記無線信号の信号帯域内のクリッピングノイズを除去するクリッピング雑音抽出処理を行い、無線信号と抽出されたクリッピング雑音とを合成する信号合成処理を行って前記光変調器に入力する信号を得る
   ことを特徴とする光送信方法。
3. 前記クリッピング処理、前記クリッピング雑音抽出処理、前記信号合成処理の一連の処理を複数回繰り返して行うことで、光送信時に発生する雑音を収束させる請求項２に記載の光送信方法。

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