JP3782599B2 - Ｆｍ信号光伝送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信やＣＡＴＶ、光計測、移動体通信等に用いられる、ＦＭ信号光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像監視システム，ＣＡＴＶ，加入者系，移動体通信等においては、光ファイバの低損失、広帯域特性を活かして、多チャンネルの映像や音声あるいはデータの光伝送を行うことが実用化されている。このような光伝送装置においては、多チャンネルの信号を各々周波数の異なる複数のサブキャリア（副搬送波）によって電気的に多重化してＡＭ信号としたうえで、このＡＭ信号によって半導体レーザ等を直接変調して光信号に変換し光ファイバで伝送している。ＡＭ信号の光伝送は、特に映像信号の伝送において変復調器の構成が簡単で低コストとなるという特徴がある。
【０００３】
しかしながら、このような光伝送装置では次のような不都合があった。すなわち、映像光伝送においては、所望の信号特性（映像品質等）を確保するためには十分なるＣ／Ｎ（キャリア対雑音比）を確保する必要があるが、ＡＭ信号の映像光伝送において、高いＣ／Ｎを得るためには受信器側で高い光入力パワーがどうしても必要となる。
【０００４】
また、移動体通信においては、伝送する音声やデータ信号の強度レベルが端末の移動によって大きく変動するため、信号変動に対する高いダイナミックレンジが必要となる。さらに、半導体レーザでの光変換時や光ファイバ伝送途中の反射波によって生じる歪みの影響を受けやすい。さらにまた、ＡＭ信号の増幅器にも直線性の良好な増幅器が必要になる。
【０００５】
このような不都合を解消して耐歪み、耐雑音性を高めるために、従来から、サブキャリア多重されたＡＭ信号を一括してＦＭ信号に変換して光伝送する光伝送装置が提案されている。さらには、提案装置においてさらに変調指数を大きくして所望のＣ／Ｎを得るようにするために、半導体レーザの周波数を直接変調して変調指数の高いＦＭ信号を得ることも提案されている。このように改良された光伝送装置の構造を図１７に示す。
【０００６】
この光伝送装置は、光送信機８１が有するＡＭ／ＦＭ変換部８２において、多チャンネルのＡＭ信号（例えば、ＡＭ映像信号）３０によって半導体レーザ４１を直接変調することで光周波数変調信号を出力している。このとき、半導体レーザ４１をＡＭ信号３０で直接変調することによって光の振幅変調と同時にその発振周波数にも変調をかけている。このようにして作成した光周波数変調信号に対してわずかに発信周波数の異なる光を局部発振光源４２で作成し、この光と前記光周波数変調信号とを合波器４３で合波した後、合波した光をフォトダイオード４４に入力して光ヘテロダイン検波することによって２つのレーザのビート信号として広帯域な（例えば１〜６ＧＨｚ）ＦＭ変調信号を作成して、電気／光変換部８３に出力する。
【０００７】
電気／光変換部８３においてはＦＭ変調信号を半導体レーザ駆動アンプ８８に入力し、この半導体レーザ駆動アンプ８８の出力によって送信用半導体レーザ８９を直接変調してＦＭ光信号を作成して光ファイバーケーブル９２に伝送する（以上の構成としては、例えば特許第２７００６２２号参照）。
【０００８】
光ファイバーケーブル９２に伝送されたＦＭ光信号は光ファイバーケーブル９２の中途部に設けられた増幅器（図示省略）等により増幅された後、同じく光ファイバーケーブル９２の中途部に設けられた光分岐器（図示省略）を介して各光受信部９３に光ファイバ伝送される。
【０００９】
光受信部９３においては、まず、光／電気変換部９５を構成する光／電気変換器９６および前置増幅器９７によりＦＭ光信号を電気信号に変換して増幅した後、ＦＭ／ＡＭ復調部９４によってＡＭ信号３１に復調する。ＦＭ／ＡＭ復調部９４は遅延型の復調回路で、リミッタアンプ５０を介して高速の論理ＩＣ５１、５３（例えばＡＮＤゲート）と遅延部５２並びにローパスフィルタ５４により構成されており、広帯域な復調が可能である。
【００１０】
しかしながら、この様な従来のＦＭ伝送システムでは、半導体レーザ４１によりＡＭ映像多重信号をＦＭ光信号に変換する際、半導体レーザ４１の位相雑音がＦＭ光信号に付加されるためにＣＮＲ（キャリア対雑音比）が大幅に劣化する。従って、光受信機９３への光受信強度を高くしてもある一定のＣＮＲ値以上の感度の改善は得られない。光受信機９３において所望のＣＮＲを得るためには、上記従来のシステムに比べて、１／１０程度の線幅を持つ半導体レーザが必要であり、外部共振器構造を有する半導体レーザなどを使用する必要がある。従って、これら半導体レーザ自体が高価であり、しかも複数個の半導体レーザを使用しなければならないという課題が有った。
【００１１】
又、ＡＭ信号を、低い周波数帯において直接電気的なＦＭ信号に変換する方法も考えられるが、ＦＭ変調器での変調指数を大きくする（変調度≧１０％）とＦＭ変調器で歪みが発生し、この歪みにより信号品質が劣化し、良好な光伝送はできないという課題を有していた。
【００１２】
一方、従来の光伝送装置においては、１〜６ＧＨｚまでの広帯域なＦＭ信号を伝送するために、信号の各周波数帯の位相の均一性が、光送信機８１内のアンプや、光ファイバーケーブル９２などの部品の遅延特性等によって崩れてしまい、光受信部９３で復調したＡＭ信号３１には位相遅れに起因する歪みが発生するという課題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の光伝送装置の課題に鑑み、構成が簡単で、低コストで、従来に比べて信号品質の良好なＦＭ信号光伝送装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明（請求項１記載の発明に対応）は、複数の信号を副搬送波多重してなる多重信号を、所定の搬送波周波数を有するＦＭ信号に変換する変調手段と、 前記変調手段により変換されたＦＭ信号を、前記搬送波周波数に比べて低周波数側にシフトさせる周波数変換手段と、
光信号を、上記周波数変換手段から出力されるＦＭ信号に基づいて変調することによりＦＭ光信号に変換し、そのＦＭ光信号を光ファイバケーブルを介して送信する光変調手段とを備えたＦＭ信号光伝送装置である。
【００１５】
又、第２の本発明（請求項２記載の発明に対応）は、上記搬送波周波数は、前記複数の信号の周波数よりも十分に高く、
前記ＦＭ信号への変換は、前記搬送波周波数を有する搬送波信号を、実質的に第１側波帯のみを発生する程度の変調指数によりＦＭ変調することにより狭帯域ＦＭ信号に変換することであり、
前記狭帯域ＦＭ信号の前記低周波数側へのシフトは、前記狭帯域ＦＭ信号を前記搬送波周波数よりも十分に低い周波数を有する低域変換狭帯域ＦＭ信号に変換することである上記第１の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００１６】
上記構成によれば、例えば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号を用いているので、上記変調手段でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。
【００１７】
又、第３の本発明（請求項３記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号を複数逓倍して逓倍信号を出力する逓倍手段と、
前記逓倍手段から出力される逓倍信号のうち所望の狭帯域ＦＭ信号を帯域ろ波して前記周波数変換手段に出力する第１の帯域ろ波手段とをさらに備えた上記第１の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００１８】
上記構成によれば、例えば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号を用いているので、上記変調手段でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。さらに、狭帯域ＦＭ信号を逓倍しているので、従来例に比較してより大きな変調指数を有するＦＭ信号を得ることができ、光受信機で所望のＣＮＲを得ることができる。
【００１９】
又、第４の本発明（請求項４記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号の第１側波帯に含まれる第１上側波帯及び第１下側波帯の内、いずれか一方のみを帯域ろ波する第２の帯域ろ波手段をさらに備えた上記第１又は第３の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００２０】
上記構成によれば、例えば、より狭い帯域で送信することができるので、伝送効率を高くすることができ、送信駆動する消費電力も少なくて済む。
【００２１】
又、第５の本発明（請求項５記載の発明に対応）は、上記変調手段は、電圧制御型発振器、又は弛緩発振器である上記第１〜４の本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２２】
上記構成によれば、例えば、従来例に比較して回路構成を簡単にすることができ、安価な装置を提供することができる。
【００２３】
又、第６の本発明（請求項６記載の発明に対応）は、上記変調手段は、前記多重信号を位相変調して位相変調信号に変換した後、前記搬送波信号と合波することにより狭帯域ＦＭ信号に変換して出力する上記第１〜４の本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２４】
上記構成によれば、例えば、従来例に比較して回路構成を簡単にすることができ、安価な装置を提供することができる。
【００２５】
又、第７の本発明（請求項７記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧する抑圧手段を備え、前記抑圧手段からの出力が、前記周波数変換手段に入力され、前記シフトの対象となる上記本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２６】
上記構成によれば、簡単な構成でありながら伝送信号の品質を従来に比べてより一層良好なものにすることが出来る。
【００２７】
又、第９の本発明（請求項９記載の発明に対応）は、上記送信されるＦＭ光信号に対して分散補償もしくは群遅延補償を行う補償手段を備えた上記本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２８】
上記構成によれば、伝送時の位相特性の優れた光伝送装置を安価に実現することが出来る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態であるＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態のＦＭ光伝送システムは、光ファイバケーブル９２で接続された光送信機１と光受信機２とを備えて構成される。ここで、光送信機１は、狭帯域ＦＭ変調器３と、周波数変換器４と、電気／光変換部８とを備え、光受信機２は、光／電気変換部１０と、ＦＭ復調器１１と、低域通過フィルタ１２とを備える。
【００３２】
図１において、狭帯域ＦＭ変調器３に入力される信号は、例えば、図２（ａ）に示すように、多チャンネルのＡＭ映像信号が副搬送波多重されたＡＭ多重映像信号２０であり、狭帯域ＦＭ変調器３は、ＡＭ多重映像信号２０の周波数帯に比較して十分に高い、例えばミリ波帯の高周波の搬送波信号を内部で発生して、入力されるＡＭ多重映像信号２０に従って上記搬送波信号を、実質的にＦＭ信号の搬送波及び第１側波帯（第１側波帯は、第１上側波帯と第１下側波帯を含む。）のみが発生するような比較的小さい変調指数（変調指数に対応する変調度が１０％以下）で周波数変調することにより、図２（ｂ）に示す狭帯域ＦＭ信号２７に変換して周波数変換器４の混合器４ａに出力する。ここで、狭帯域ＦＭ信号２７の搬送波信号の周波数が、元の入力信号に比較して十分に高いので、光伝送に必要な大きな変調指数を得ることができるという利点がある。
【００３３】
狭帯域ＦＭ変調器３としては、例えば、バラクタ又はリアクタンストランジスタを用いた電圧制御型発振器を用いてもよいし、もしくは、マルチバイブレータによるデジタル的な弛緩発振器であってもよい。また、ＡＭ多重映像信号２０を積分した後位相変調し、さらに、上記位相変調信号に平衡変調器により搬送波信号を合波して狭帯域ＦＭ信号を発生してもよい。
【００３４】
狭帯域ＦＭ変調器３から出力される狭帯域ＦＭ信号２７は、例えば非線形の電圧−電流特性を有するｐｉｎ型ダイオードなどの非線形素子を備えた混合器４ａで、局部信号発振器４ｂからの局部発振信号と混合した後、低域通過フィルタ５により低域ろ波することにより、図３に示すように、例えば中心周波数（搬送波周波数）が２５ＧＨｚの狭帯域ＦＭ信号２７は、例えば中心周波数（搬送波周波数）が５ＧＨｚの低周波の低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａにダウンコンバート（より低い周波数への周波数変換）される。
【００３５】
尚、この様にＦＭ信号２７をＦＭ信号２７ａにダンウンコンバートする理由は次の通りである。即ち、一般に、電気信号と光信号との間での信号変換が可能な周波数の上限は、変換素子の周波数応答速度の限界により制限される。通常、搬送波周波数が１０ＧＨｚ以下でないと周波数応答が不可能となり、信号変換が行えないので、上記の様なダンウンコンバートが必要となる。
【００３６】
次に、上記の様にダウンコンバートされた低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａは、電気／光変換器８において、駆動増幅器６により増幅された後、レーザダイオードを備えた半導体レーザ７に入力される。
【００３７】
半導体レーザ７は、入力された低域変換狭帯域ＦＭ信号に従って、内部で発生した光信号を強度変調することにより強度変調された光信号に変換して、変換した光信号を光ファイバケーブル９２を介して相手方の光受信機２に送信する。
【００３８】
ここで、半導体レーザ７は、好ましい実施の形態において、例えば、波長１．２〜１．６μｍ帯のＩｎＰ系材料の長波長半導体レーザ、０．９８μｍ帯の半導体レーザ、発振波長０．７８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ系材料の半導体レーザなどを用いる。また、光ファイバケーブル９２は、好ましい実施の形態において、例えば、コア径１０〜３００μｍ程度の光ファイバケーブル、もしくは、マルチモード光ファイバケーブル又はシングルモード光ファイバケーブルなどを用いる。
【００３９】
光ファイバケーブル９２を介して光受信機２に受信された光信号は、光／電気変換部１０に入力され、フォトダイオード又はアバランシェフォトダイオードを備えた光電変換器１３により電気信号に光電変換された後、低雑音増幅器１４により所望の信号強度の電気信号に増幅される。増幅後の電気信号は、ＦＭ復調器１１で周波数復調されて元のＡＭ多重映像信号２０に戻される。ここで、ＦＭ復調器１１としては、広帯域で直線性の良好な遅延線型又はパルスカウント型のものが望ましく、図１においては遅延線型について示す。
【００４０】
本実施の形態において、狭帯域ＦＭ変調器３は、搬送波信号を、実質的にＦＭ信号の搬送波及び第１側波帯のみが発生するような比較的小さい変調指数で周波数変調して、狭帯域ＦＭ信号２７を得ているので、狭帯域ＦＭ信号２７は、実質的にＡＭ信号に近い信号となっているので、狭帯域ＦＭ信号２７の第１上側波帯と第１下側波帯のうちの一方のみを帯域通過フィルタでろ波して伝送するように構成してもよい。この場合、光受信機２では、光電変換後に振幅制限器（リミッタ）を通過させることにより元の狭帯域ＦＭ信号２７を再生することができる。従って、より狭い帯域で送信することができるので、伝送効率を高くすることができ、送信駆動する消費電力も少なくて済む。
【００４１】
尚、本実施の形態では、図１に示す通り、遅延線型について示しており、高速のデジタル素子である２出力素子１６、及び論理積素子１７、遅延回路１６０を用いたものである。又、ＦＭ復調器１１としては、上記構成に限定されるものではなく、複同調周波数弁別器、フォスター・シーレーの弁別器、比率検波器等の周波数弁別機能を有する回路を用いても良い。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後半導体レーザ７で強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号２７を用いているので、狭帯域ＦＭ変調器３でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。
（第２の実施の形態）
図４は、本発明に係る第２の実施の形態であるＦＭ光伝送システムの光送信機１ａの構成を示すブロック図であり、図４において図１と同様のものについては同一の符号を付している。なお、光受信機２は、第１の実施の形態の図１のものを使用する。この第２の実施の形態は、図１の第１の実施の形態と比較して、狭帯域ＦＭ変調器３と周波数変換器４との間に、逓倍器２１及び低域通過フィルタ２２を挿入したことを特徴とし、狭帯域ＦＭ信号２７を逓倍器２１により複数逓倍して、帯域通過フィルタ２２により所望の帯域の信号を帯域ろ波した後、周波数変換器４により、より低周波の周波数に周波数変換することを特徴としている。以下、第１の実施の形態との相違点について特に詳述する。
【００４３】
図４において、多チャンネルのＡＭ映像信号を副搬送波多重してなるＡＭ多重映像信号２０は、狭帯域ＦＭ変調器３に入力され、狭帯域ＦＭ変調器３は、元のＡＭ映像信号周波数（５００ＭＨｚ程度）に比較して高い搬送波周波数（ｆ0＝５ＧＨｚ）を有する搬送波信号を、入力されるＡＭ多重映像信号２０に従って狭帯域ＦＭ変調を行って狭帯域ＦＭ信号２７に変換する。狭帯域ＦＭ変換器３では、歪みによる信号劣化が発生せず、かつ多チャンネルの副搬送波多重信号の各チャンネルに対するＦＭ変換スペクトルが第１側波帯以外の側波帯が顕著に現れない程度の変調指数の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。
【００４４】
狭帯域ＦＭ信号２７は逓倍器２１に入力されて複数Ｎ逓倍され、狭帯域ＦＭ信号２７の変調指数を増大させる。これにより元のＡＭ多重映像信号２０に比較して、図５に示すように、十分高い搬送波周波数（逓倍数Ｎ＝５のとき、２５ＧＨｚ）を有し、かつ、信号帯域の広いＦＭ信号に変換されることになる。従って、この逓倍作用によって、当該ＦＭ光伝送システムの光受信機２において必要となるＣＮＲが得られるための変調指数を有するＦＭ信号を得ることができる。
【００４５】
次いで、このＦＭ信号は帯域通過フィルタ２２に入力されて、ＦＭ信号帯域以外の不要帯域のスペクトルを除去するように１つの狭帯域ＦＭ信号２７が取り出された後、周波数変換器４により第１の実施の形態と同様に、図５に示すように、低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａにダウンコンバートされる。以下の処理は第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭帯域ＦＭ信号２７を逓倍しているので、従来例に比較してより大きな変調指数を有するＦＭ信号を得ることができ、光受信機２で所望のＣＮＲを得ることができる。
【００４７】
この様に、第１の実施の形態で述べた狭帯域ＦＭ変調器３が、元のＡＭ多重映像信号２０に比較して、十分高い周波数の搬送波信号を発生できない構成である場合でも、図４に示す様に逓倍器２１を付加することにより、第１の実施の形態と同様の効果を発揮する。
（第３の実施の形態）
図６は、本発明に係る一実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成図である。
【００４８】
以下に、同図を用いて本実施の形態の構成を説明する。
【００４９】
同図に示す様に、ＦＭ光伝送システムは、光送信機１００１と光受信機１０１９から構成される。光送信機１００１はＦＭ変調器１００４ａ、帯域除去フィルタ１００５ａ、逓倍器１００６ａ、帯域透過フィルタ１００７ａ、周波数変換器１００８ａからなるＦＭ変換部１００２と、広帯域増幅器１００９と半導体レーザ１０１０からなる電気／光変換部１００３で構成される。光送信機１００１からの光信号は光ファイバ９２で伝送され光受信機１０１９に入力する。光受信機１０１９は光／電気変換器１０１４、前置増幅器１０１５からなる光／電気変換部１０１２とＦＭ復調器１０１３、フィルタ１０１８によって構成される。本発明の抑圧手段は、帯域除去フィルタ１００５ａに対応する。
【００５０】
以上のような構成により、以下、本実施の形態の動作を説明する。
【００５１】
即ち、図７（ａ）のような多チャンネルの副搬送波多重された映像信号であるＡＭ信号２０はＦＭ変調器１００４ａによって、図７（ｂ）に示すＦＭ信号３００に変換される。
【００５２】
又、ＦＭ変調器１００４ａは、歪みが発生せず、かつ変調度の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。ここで、変調度の程度は、多チャンネル副搬送波多重信号２０の各チャンネルに対するＦＭ変換信号１３００のスペクトルとして、第１側帯波１０３２以外の側帯波が顕著に現れない程度の低い値である。
【００５３】
従って、図７（ｂ）の様に第１側帯波１０３２はＦＭ搬送波１０３１（周波数ｆ0）か ら各々ｆ1離れた領域に現れる。このＦＭ信号１３００が帯域除去フィルタ１００５ａを 通過した後の信号１３０１を図７（ｃ）に示す。帯域除去フィルタ１００５ａの中心周波数は図７（ｂ）のＦＭ搬送波１０３１の周波数ｆ0に調整されており、かつ中心周波 数での抑圧度は大きくない。従って帯域除去フィルタ１００５ａ通過後はＦＭ搬送波１０３１からレベル差１０３５だけ下がったＦＭ搬送波１０３４となる。また側帯波１０３２はＦＭ搬送波１０３４から周波数がｆ1離れているため、位相変化やレベル変動の影響が帯域除去フィルタ１００５ａによっておこらないようになっている。従って帯域除去フィルタ１００５ａによりＦＭ搬送波１０３４の部分だけを選択的にレベル差１０３５だけ抑制することになる。これによりＦＭ変調器１００４ａで狭帯域ＦＭ変調された信号は搬送波と側帯波とのレベル差１０３６が帯域除去フィルタ１００５ａ通過前のレベル差１０３３よりも小さくなったことから帯域除去フィルタ１００５ａによってＦＭ変調度が見かけ上、増大したことになる。
【００５４】
この信号１３０１は逓倍器１００６ａに入力しＮ逓倍され、さらに変調度を増大させる。これにより元のＡＭ信号に比べ、図８（ｂ）に示すように十分高いＦＭ搬送波（例えばＮ×ｆ0＝２５ＧＨｚ）を有し信号帯域の広いＦＭ信号１３０２に変換さ れることになる。従ってこの逓倍作用によって光伝送において光受信機で必要なＣ／Ｎが得られるための変調度を有するＦＭ信号１３０２を得ることができる。そして、ＦＭ信号帯域以外の不要帯域のスペクトルを帯域透過フィルタ１００７ａで除去した後、周波数変換器１００８ａ、たとえばミキサーなどによって信号成分は低周波側にダウンコンバートされる。このようにして図８（ｃ）のようなＦＭ変換信号１０２７を得る。このＦＭ変換信号１０２７を広帯域増幅器１００９を介して半導体レーザ１０１０で光信号とし、光ファイバーケーブル９２を伝搬する。
【００５５】
光受信機１０１９の動作に関しては、上記実施の形態１で説明した光受信機２と同様である（図１参照）。尚、本実施の形態では、図６に示す通り、遅延線型について示しており、高速のデジタル素子である２出力素子１０１６、及び論理積素子１０１７、遅延回路１１６０を用いたものである。又、ＦＭ復調器１０１３としては、上記構成に限定されるものではなく、複同調周波数弁別器、フォスター・シーレーの弁別器、比率検波器等の周波数弁別機能を有する回路を用いても良い。
【００５６】
以上のような構成により、ＦＭ変調度が小さいＦＭ変調器を用いてＦＭ変換を行い、帯域除去フィルタで１次的なＦＭ変調度増大を図り、その後の逓倍による２次的なＦＭ変調度増大によって、所望のＦＭ変調度を得ることにより、逓倍器の逓倍数を大きくすることなく、簡単な構成の電気回路による信号処理で副搬送波多重されたＡＭ多チャンネル信号を一括してＦＭ信号に変換できる。
（第４の実施の形態）
図９は、本発明に係る一実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成図である。以下、図７〜図９を用いて、本実施の形態の構成を説明する。
【００５７】
図９において、光送信機１００１は、ＦＭ変調器１００４ｂ、周波数変換器１００８ｂ、帯域除去フィルタ１００５ｂ、逓倍器１００６ｂ、帯域透過フィルタ１００７ｂ、周波数交換器１００８ａからなるＦＭ変換部１００２と、上記実施の形態３と同様の電気／光交換部１００３により構成される。尚、光受信機１０１９に関しては、実施の形態３と同様のため説明は省略する。
【００５８】
以上のような構成により、以下、本実施の形態の動作を説明する。
【００５９】
即ち、多チャンネルの副搬送波多重されたＡＭ信号２０は、元のＡＭ信号周波数に比べ十分高いＦＭ搬送波（例えばｆh＝２５ＧＨｚ）を有する狭帯域ＦＭ変 調器１００４ｂによって図８（ａ）のＦＭ信号１３００ａに変換される。
【００６０】
狭帯域ＦＭ変調器１００４ｂでは歪みによる信号劣化が発生せず、かつ多チャンネル副搬送波多重信号の各チャンネルに対するＦＭ変換スペクトルとして、第１側帯波１０３２ａ以外の側帯波が顕著に現れない程度の変調度の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。この信号を周波数変換器１００８ｂにより低周波側にダウンコンバートし、スペクトル１３００ｂを得る。ここでは説明の便宜上、周波数変換器１００８ｂでダウンコンバートした際の中心周波数をｆ0 としておく。
【００６１】
以下、帯域除去フィルタ１００５ｂによりＦＭ搬送波１０３１ｂのみを選択的にレベル差１０３５だけ抑圧し、図８（ｂ）のスペクトル１３０１の信号を得る。以後の動作は第３の実施例と同様である。
【００６２】
このように本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加えて、ＦＭ変調器として十分高いＦＭ搬送波を有するものを用いることにより周波数可変範囲を拡大し、ＦＭ変調器に入力する信号の帯域をより広帯域にする事ができる。
【００６３】
ところで、上述した各実施の形態におけるＦＭ変調器での変調度は、１０％以下であることが望ましい。変調度が１０％以下であれば、図７（ｂ）の多チャンネルの副搬送波多重された信号のＦＭ変調スペクトル１３００の周波数ｆ0−ｆ2からｆ0＋ｆ2までの周波数域で信号エネルギーの９８％以上を確保することが出来、狭帯域ＦＭが可能となる。
【００６４】
以上の様に、上記実施の形態によれば、例えば、副搬送波多重された複数の信号をＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、帯域除去フィルタでＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、前記中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号を周波数逓倍器によって逓倍し、前記周波数逓倍信号の所望の変調度の信号を周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせて光信号に変換して伝送する。
【００６５】
又、上記実施の形態によれば、副搬送波多重された複数のＡＭ信号を、被変調波であるＡＭ信号に比べ十分に周波数の高いミリ波帯の高周波の搬送波信号を発生するＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、前記ＦＭ信号を周波数変換器にて低周波側にシフトさせ、帯域除去フィルタでそのシフトされたＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、所望の変調度を見かけ上高めた後、前記信号を周波数逓倍器によって逓倍し、所望の変調度の前記周波数逓倍信号を周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせ、光信号に変換して伝送するものである。
【００６６】
尚、以上述べた実施の形態では、ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧した後、中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号を逓倍し、低周波側にシフトする構成について述べたがこれに限らず例えば、ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧するのみの構成でもよい。この場合、単一の副搬送波を用いた信号、又は複数の副搬送波により多重化された複数の信号をＦＭ変調手段を利用してＦＭ信号に変換し、抑圧手段により前記ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、前記中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号に基づいて光信号を生成し、前記光信号を伝送する構成となる。これにより、ＡＭ信号を直接電気的なＦＭ信号に変換する場合に、ＦＭ変調器での変調指数が見かけ上大きくとれるので、ＦＭ変調器で歪みを大きくすることなく、より一層Ｃ／Ｎ値の改善が出来るという効果を発揮する。
【００６７】
又、上記実施の形態では、帯域抑圧フィルタは、例えば、ＦＭ変換する際の中心周波数付近のスペクトルを選択的に抑圧するフィルタであり、抑圧度は１０ｄＢ程度あればよい。
【００６８】
又、本発明の抑圧手段は、上記実施の形態では、帯域除去フィルタであり、第１周波数変換手段（上記実施の形態では、図９の周波数変換器１００８ｂに対応する）により低周波側にシフトされたＦＭ信号の中心周波数成分を抑圧する場合について述べたが、これに限らず例えば、抑圧手段は、ＦＭ変調手段により変換されたＦＭ信号の中心周波数成分を、上記シフトがなされる前の段階で抑圧し、その後、上記の様に低周波側にシフトさせる構成でもよい。この場合の構成としては、例えば、次のようになる。即ち、副搬送波多重された複数のＡＭ信号をキャリア周波数が被変調波であるＡＭ信号に比べ十分に周波数の高いミリ波帯においてＦＭキャリアを有するＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、帯域除去フィルタでＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、所望の変調度を見かけ上高めた後、前記信号を第１周波数変換器にて低周波側にシフトさせ、前記信号を周波数逓倍器によって逓倍し、所望の変調度の前記周波数逓倍信号を第２周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせ、光信号に変換して伝送するものである。この場合の構成図としては、図９において、周波数除去フィルタ１００５ｂと周波数変換器１００８ｂの配置の順番を入れ替えたものと同じである。
【００６９】
又、上記実施の形態では、副搬送波多重された複数の信号、即ち、複数の副搬送波により多重化された複数のチャンネルの信号をＦＭ変調手段を利用してＦＭ信号に変換する場合を中心に述べたが、これに限らず例えば、ＦＭ信号に変換される信号は、単一の副搬送波を用いた単一のチャンネルの信号でも勿論良い。この場合でも、上記と同様の効果を発揮する。
（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の実施の形態５のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。同図を参照しながら、以下に本実施の形態の構成を説明する。
【００７０】
同図に示す様に、本ＦＭ光伝送システムは光送信機２００１と光受信機２０１３とを備えており、光送信機２００１と光受信機２０１３とは光ファイバーケーブル９２により接続されている。光送信機２００１はＡＭ／ＦＭ変換部２００２と、電気／光変換部２００３とを備えている。ＡＭ／ＦＭ変換部２００２は、ＡＭ／ＦＭ変換器２００４と、逓倍器２００５と、帯域透過フィルタ２００６と、周波数変換器２００７とを備えている。電気／光変換部２００３は、広帯域増幅器２００８と、半導体レーザ２００９と、光ファイバグレーティング２０１１と、光サーキュレータ２０１０とを備えている。
【００７１】
本ＦＭ光伝送システムは、上述した実施の形態の構成とほぼ同様であるが、光ファイバグレーティング２０１１を備えたことに特徴を有している。
【００７２】
図１１，図１２はこのＦＭ光伝送システムの動作を説明するための信号スペクトルの概念図であり、図１３は光ファイバグレーティング２０１１から構成される群遅延補償手段の構成図であり、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は光ファイバグレーティング２０１１の動作を示すための概念図である。
【００７３】
これらの図を参照しながら、次に、本実施の形態の光ファイバグレーティング２０１１の動作を中心に説明する。
【００７４】
尚、図１１（ａ）〜図１２（ｂ）に示す内容は、上記実施の形態で説明したものと基本的に同じである。即ち、図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、２０は上述した元のＡＭ信号（帯域ｆ1〜ｆ2）であり、２０６１はＡＭ／ＦＭ変換器２００４によって変換されたＦＭ信号である。２０６２はＦＭ信号２０６１のスペクトルにおける第１側波帯であり、ＦＭ搬送波２０６３（周波数ｆ0）を中心にして、それぞれｆ1離れた領域に現れる。又、図１２（ａ）、図１２（ｂ）において、２０６４は、ＦＭ信号２０６１が逓倍器２００５によりＮ倍に逓倍されて得られた搬送波２０６３’を有する、信号帯域の広いＦＭ逓倍信号である。搬送波２０６３’の周波数は、例えば、ＮＦ0（ＮＸｆ0）=２５ＧＨｚであり、元のＡＭ信号２０に比べて、十分周波数が高い。
【００７５】
即ち、上記実施の形態と同様にして得られたＦＭ周波数変換信号２０６５を広帯域増幅器２００８を介して半導体レーザ２００９に入力し、ここでＦＭ光信号２０６６に変換する。そして、作成したＦＭ光信号２０６６を光サーキュレータ２０１０を介して光ファイバグレーティング２０１１に入力する。
【００７６】
光ファイバグレーティング２０１１は、図１３に示すように、長尺方向で屈折率分布の間隔を変えることにより光ファイバグレーティング２０１１で反射する光信号内の群遅延特性を任意に設定できるように構成されている。
【００７７】
ここで、光ファイバグレーティング２０１１を通過させない場合のＦＭ光信号２０６６の群遅延特性の例を図１４（ａ）に示す。ＦＭ光信号２０６６は、光送信機２００１ならびに光ファイバ９２を通過することにより、群遅延特性が周波数によって不揃いとなる。図１４（ａ）に示した例では、周波数が高くなるほど群遅延量が小さくなっている。
【００７８】
これに対して、上述した光ファイバグレーティング２０１１の遅延調整量を、図１４（ｂ）に示すように、図１４（ａ）の群遅延特性とは逆相の関係になるように設定する。これにより、図１４（ａ）に示す群遅延特性と図１４（ｂ）に示す群遅延調整量とが相殺されて図１４（ｃ）に示すように、周波数に関係なく群遅延特性が均一化される。
【００７９】
以上のような光ファイバグレーティング２０１１の作用により群遅延特性が調整されたＦＭ光信号２０６６は、光サーキュレータ２０１０を介して光ファイバーケーブル９２に伝送される。
【００８０】
一方、光ファイバーケーブル９２から光受信機２０１３に入力されたＦＭ光信号２０６６は、光／電気変換部２０１５（フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードからなる光／電気変換器２０１６と前置増幅器２０１７から構成されている）によって電気信号に変換された後、ＦＭ／ＡＭ復調部２０１４（リミッタアンプ２０１８、分岐素子２０１９、遅延回路２０２０、ミキサ２０２１，ローパスフィルタ２０２２から構成されている）に入力され、ここで、所望の信号強度に増幅されて元のＡＭ信号２１に復調される。復調されたＡＭ信号２１は光ファイバグレーティング２０１１により伝送系での群遅延が相殺され位相特性の良好な信号となっている。
【００８１】
以上のような構成により、ＦＭ変調度が小さいＡＭ／ＦＭ変換器２００４を用いてＡＭ／ＦＭ変換を行い、その後の逓倍操作による２次的なＦＭ変調度増大によって、所望のＦＭ変調度を得ることができる。これにより、逓倍器２００５の逓倍数を大きくすることなく、簡単な構成の電気回路による信号処理で副搬送波多重されたＡＭ多チャンネル信号を一括してＦＭ信号に変換できると共に、変復調系並びに伝送系での群遅延を光ファイバグレーティング２０１１及び光サーキュレータ２０１０で構成される群遅延補償手段によって、位相特性の優れたＡＭ信号２１に復調することができる。
【００８２】
なお、一般に、図１４（ａ）に示す群遅延特性は所要帯域で数十〜百数十ｐｓｅｃ程度である。そのため、光ファイバグレーティング２０１１で補償する群遅延量は半導体レーザ２００９の波長拡がり（数〜十数ＧＨｚ）を考慮すれば、光ファイバグレーティング２０１１で数百ｐｓｅｃ／ｎｍオーダーの屈折率分布を逆相で形成して図１４（ｂ）の補償特性となるようにすればよい。
【００８３】
このような群遅延補償機能を実施して伝送系全体で群遅延補償を行うことにより、群遅延特性の必ずしも良くない安価な回路素子を用いても、全体としての群遅延特性の優れたＦＭ光伝送システムを構成すれことができた。これにより、低コスト化を促進できて、加入者系を含むアクセス網に対して導入が容易な構成を実現できる。
（第６の実施の形態）
図１５は本発明の実施の形態６のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。このＦＭ光伝送システムは、基本的には実施の形態５のＦＭ光伝送システムの構成と同様の構成を備えており、同一ないし同様の構成には同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。
【００８４】
このＦＭ光伝送システムは、光ファイバグレーティング２０１１に温度制御部２０２５を備えたことに特徴がある。温度制御部２０２５は、例えば、ヒーター及びサーモスタットといった構成を備えて任意に光ファイバグレーティング２０１１の雰囲気温度を可変させるものであって、雰囲気温度を変動させることで光ファイバグレーティング２０１１の線膨張を調整してその長尺方向寸法を伸縮させることができるようになっている。光ファイバグレーティング２０１１の長尺方向寸法を伸縮させることで、このＦＭ光伝送システムでは、光ファイバグレーティング２０１１の屈折率分布の間隔を変えることが可能となっている。
【００８５】
なお、上述した各実施の形態では、群遅延補償素子として光ファイバグレーティング２０１１を用いたが、伝送系の群遅延特性が線形的に変化する場合には分散補償ファイバを用いても良いのはいうまでもない。さらには、上述した各実施の形態では、副搬送波多重された複数の信号を、ＦＭ変換→逓倍処理→低周波周波数変換処理→光信号変換といった処理を施した後、送信するＦＭ光伝送システムにおいて本発明を実施したが、本発明は、このようなＦＭ光伝送システムに対してのみ実施できるものではなく、副搬送波多重された複数の信号を一括してＦＭ光信号に変換して送信する光送信機を備えたＦＭ光伝送システムであれば、どのような構成を備えたものであっても同様に実施できるのはいうまでもない。
【００８６】
このような構成（温度制御部２０２５）を備えることにより、実施の形態５の効果に加えて光ファイバグレーティング２０１１によって生じる群遅延補償特性を可変することができ、システム上の伝送遅延の変動に応じて、群遅延補償程度を微調整することができるうえに、光ファイバグレーティング２０１１の設置環境温度の変動により分散補償の程度が変動することを回避することもできる。
【００８７】
なお、本実施の形態では温度制御部２０２５を光ファイバグレーティング２０１１に設けたが、この限りではなくファイバの長尺方向の張力を可変する事によっても同様な作用効果を得ることができる。
【００８８】
また光ファイバグレーティング２０１１の屈折率分布のある範囲の中で局所的に加熱・冷却する機能又は、張力を可変する機能を有すれば所定の周波数域のみの群遅延補償特性を変更することもできる。
（第７の実施の形態）
図１６は本発明の実施の形態７のＦＭ光伝送システムの構成図である。
【００８９】
本ＦＭ光伝送システムは、基本的には実施の形態５と同様の構成を備えており、同一ないし同様の部分には同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。
【００９０】
このＦＭ光伝送システムは、光ファイバグレーティング２０１１及び光サーキュレータ２０１０を光受信機２０１３内の光／電気変換部２０１５に設けた点に特徴がある。このような構成を備えることにより、実施の形態５における効果に加えて、光ファイバーケーブル９２および光受信機２０１３で生じる群遅延のばらつき（位相のずれ）をさらに補償することができるようになっている。
【００９１】
尚、上記実施の形態の周波数逓倍器は、例えば、入力周波数に対してｎ倍の周波数に高めるもので、トランジスターやＦＥＴ、可変容量ダイオードなどの非直線性を利用して高調波を発生するものである。
【００９２】
又、上記実施の形態の周波数変換器は、周波数逓倍器と同様に非線形回路素子の周波数混合作用を利用して、周波数を高周波側もしくは低周波側に変換するものである。
【００９３】
尚、上記実施の形態では、補償手段は、上記の通り１つの半導体レーザを有する光送信装置に設けられた場合について述べたが、これに限らず例えば、図１７で述べた従来のＦＭ信号光伝送システムの送信側又は受信側に設ける構成でも勿論良い。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、従来に比べて回路構成が簡単でありながら、安定性、信頼性に優れ、信号品質が良好であるという長所を有する。
【００９５】
又、本発明は、伝送時の位相のずれに起因する歪みを抑制出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】（ａ）：図１の狭帯域ＦＭ変調器３の入力信号であるＡＭ多重映像信号２０の周波数特性を示すスペクトル図
（ｂ）：狭帯域ＦＭ変調器３の出力信号である狭帯域ＦＭ信号２７の周波数特性を示すスペクトル図
【図３】図１の周波数変換器４による周波数変換処理を示すスペクトル図
【図４】本発明の第２の実施の形態のＦＭ光伝送システムの光送信機１ａの構成を示すブロック図
【図５】図４の光送信機１ａの処理を示すスペクトル図
【図６】本発明の第３実施の形態のＦＭ信号光伝送装置の構成図
【図７】（ａ）：従来及び本発明により伝送されるＡＭ信号の説明図
（ｂ）：本実施の形態のＦＭ変調器通過後のＦＭ信号の説明図
（ｃ）：本実施の形態の帯域除去フィルタ通過後の信号のスペクトル図
【図８】（ａ）〜（ｃ）：本発明の第３及び第４の実施の形態におけるＦＭ信号の各部位での機能を説明するための周波数変換図
【図９】本発明の第４の実施の形態のＦＭ信号光伝送装置の構成図
【図１０】本発明の第５の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を記すブロック図
【図１１】（ａ）：本発明の伝送されるＡＭ信号を示す図
（ｂ）：ＡＭ／ＦＭ変換器通過後のＦＭ信号のスペクトル図
【図１２】（ａ）、（ｂ）：本発明におけるＦＭ信号の各部位での機能を説明するための周波数変換図
【図１３】本発明の第５の実施の形態の光ファイバグレーティングを用いた群遅延補償手段の構成を示す図
【図１４】（ａ）〜（ｃ）：本実施の形態５における伝送系の群遅延特性の概念図
【図１５】本発明の第６の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第７の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図１７】従来例のＦＭ光伝送システムの全体の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１，１ａ…光送信機
２…光受信機
３…狭帯域ＦＭ変調器
４…周波数変換器
４ａ…混合器
４ｂ…局部信号発振器
５…低域通過フィルタ
６…駆動増幅器
７…半導体レーザ
８…電気／光変換部
９２…光ファイバケーブル
１０…光／電気変換部
１１…ＦＭ復調器
１２…低域通過フィルタ
１３…光電変換器
１４…低雑音増幅器
２０，２０ａ…ＡＭ多重映像信号
２１…逓倍器
２２…帯域通過フィルタ
２７…狭帯域ＦＭ信号
２７ａ…低域変換狭帯域ＦＭ信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信やＣＡＴＶ、光計測、移動体通信等に用いられる、ＦＭ信号光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像監視システム，ＣＡＴＶ，加入者系，移動体通信等においては、光ファイバの低損失、広帯域特性を活かして、多チャンネルの映像や音声あるいはデータの光伝送を行うことが実用化されている。このような光伝送装置においては、多チャンネルの信号を各々周波数の異なる複数のサブキャリア（副搬送波）によって電気的に多重化してＡＭ信号としたうえで、このＡＭ信号によって半導体レーザ等を直接変調して光信号に変換し光ファイバで伝送している。ＡＭ信号の光伝送は、特に映像信号の伝送において変復調器の構成が簡単で低コストとなるという特徴がある。
【０００３】
しかしながら、このような光伝送装置では次のような不都合があった。すなわち、映像光伝送においては、所望の信号特性（映像品質等）を確保するためには十分なるＣ／Ｎ（キャリア対雑音比）を確保する必要があるが、ＡＭ信号の映像光伝送において、高いＣ／Ｎを得るためには受信器側で高い光入力パワーがどうしても必要となる。
【０００４】
また、移動体通信においては、伝送する音声やデータ信号の強度レベルが端末の移動によって大きく変動するため、信号変動に対する高いダイナミックレンジが必要となる。さらに、半導体レーザでの光変換時や光ファイバ伝送途中の反射波によって生じる歪みの影響を受けやすい。さらにまた、ＡＭ信号の増幅器にも直線性の良好な増幅器が必要になる。
【０００５】
このような不都合を解消して耐歪み、耐雑音性を高めるために、従来から、サブキャリア多重されたＡＭ信号を一括してＦＭ信号に変換して光伝送する光伝送装置が提案されている。さらには、提案装置においてさらに変調指数を大きくして所望のＣ／Ｎを得るようにするために、半導体レーザの周波数を直接変調して変調指数の高いＦＭ信号を得ることも提案されている。このように改良された光伝送装置の構造を図１７に示す。
【０００６】
この光伝送装置は、光送信機８１が有するＡＭ／ＦＭ変換部８２において、多チャンネルのＡＭ信号（例えば、ＡＭ映像信号）３０によって半導体レーザ４１を直接変調することで光周波数変調信号を出力している。このとき、半導体レーザ４１をＡＭ信号３０で直接変調することによって光の振幅変調と同時にその発振周波数にも変調をかけている。このようにして作成した光周波数変調信号に対してわずかに発信周波数の異なる光を局部発振光源４２で作成し、この光と前記光周波数変調信号とを合波器４３で合波した後、合波した光をフォトダイオード４４に入力して光ヘテロダイン検波することによって２つのレーザのビート信号として広帯域な（例えば１〜６ＧＨｚ）ＦＭ変調信号を作成して、電気／光変換部８３に出力する。
【０００７】
電気／光変換部８３においてはＦＭ変調信号を半導体レーザ駆動アンプ８８に入力し、この半導体レーザ駆動アンプ８８の出力によって送信用半導体レーザ８９を直接変調してＦＭ光信号を作成して光ファイバーケーブル９２に伝送する（以上の構成としては、例えば特許第２７００６２２号参照）。
【０００８】
光ファイバーケーブル９２に伝送されたＦＭ光信号は光ファイバーケーブル９２の中途部に設けられた増幅器（図示省略）等により増幅された後、同じく光ファイバーケーブル９２の中途部に設けられた光分岐器（図示省略）を介して各光受信部９３に光ファイバ伝送される。
【０００９】
光受信部９３においては、まず、光／電気変換部９５を構成する光／電気変換器９６および前置増幅器９７によりＦＭ光信号を電気信号に変換して増幅した後、ＦＭ／ＡＭ復調部９４によってＡＭ信号３１に復調する。ＦＭ／ＡＭ復調部９４は遅延型の復調回路で、リミッタアンプ５０を介して高速の論理ＩＣ５１、５３（例えばＡＮＤゲート）と遅延部５２並びにローパスフィルタ５４により構成されており、広帯域な復調が可能である。
【００１０】
しかしながら、この様な従来のＦＭ伝送システムでは、半導体レーザ４１によりＡＭ映像多重信号をＦＭ光信号に変換する際、半導体レーザ４１の位相雑音がＦＭ光信号に付加されるためにＣＮＲ（キャリア対雑音比）が大幅に劣化する。従って、光受信機９３への光受信強度を高くしてもある一定のＣＮＲ値以上の感度の改善は得られない。光受信機９３において所望のＣＮＲを得るためには、上記従来のシステムに比べて、１／１０程度の線幅を持つ半導体レーザが必要であり、外部共振器構造を有する半導体レーザなどを使用する必要がある。従って、これら半導体レーザ自体が高価であり、しかも複数個の半導体レーザを使用しなければならないという課題が有った。
【００１１】
又、ＡＭ信号を、低い周波数帯において直接電気的なＦＭ信号に変換する方法も考えられるが、ＦＭ変調器での変調指数を大きくする（変調度≧１０％）とＦＭ変調器で歪みが発生し、この歪みにより信号品質が劣化し、良好な光伝送はできないという課題を有していた。
【００１２】
一方、従来の光伝送装置においては、１〜６ＧＨｚまでの広帯域なＦＭ信号を伝送するために、信号の各周波数帯の位相の均一性が、光送信機８１内のアンプや、光ファイバーケーブル９２などの部品の遅延特性等によって崩れてしまい、光受信部９３で復調したＡＭ信号３１には位相遅れに起因する歪みが発生するという課題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の光伝送装置の課題に鑑み、構成が簡単で、低コストで、従来に比べて信号品質の良好なＦＭ信号光伝送装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明（請求項１記載の発明に対応）は、複数の信号を副搬送波多重してなる多重信号を、所定の搬送波周波数を有するＦＭ信号に変換する変調手段と、 前記変調手段により変換されたＦＭ信号を、前記搬送波周波数に比べて低周波数側にシフトさせる周波数変換手段と、
光信号を、上記周波数変換手段から出力されるＦＭ信号に基づいて変調することによりＦＭ光信号に変換し、そのＦＭ光信号を光ファイバケーブルを介して送信する光変調手段とを備えたＦＭ信号光伝送装置である。
【００１５】
又、第２の本発明（請求項２記載の発明に対応）は、上記搬送波周波数は、前記複数の信号の周波数よりも十分に高く、
前記ＦＭ信号への変換は、前記搬送波周波数を有する搬送波信号を、実質的に第１側波帯のみを発生する程度の変調指数によりＦＭ変調することにより狭帯域ＦＭ信号に変換することであり、
前記狭帯域ＦＭ信号の前記低周波数側へのシフトは、前記狭帯域ＦＭ信号を前記搬送波周波数よりも十分に低い周波数を有する低域変換狭帯域ＦＭ信号に変換することである上記第１の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００１６】
上記構成によれば、例えば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号を用いているので、上記変調手段でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。
【００１７】
又、第３の本発明（請求項３記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号を複数逓倍して逓倍信号を出力する逓倍手段と、
前記逓倍手段から出力される逓倍信号のうち所望の狭帯域ＦＭ信号を帯域ろ波して前記周波数変換手段に出力する第１の帯域ろ波手段とをさらに備えた上記第１の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００１８】
上記構成によれば、例えば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号を用いているので、上記変調手段でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。さらに、狭帯域ＦＭ信号を逓倍しているので、従来例に比較してより大きな変調指数を有するＦＭ信号を得ることができ、光受信機で所望のＣＮＲを得ることができる。
【００１９】
又、第４の本発明（請求項４記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号の第１側波帯に含まれる第１上側波帯及び第１下側波帯の内、いずれか一方のみを帯域ろ波する第２の帯域ろ波手段をさらに備えた上記第１又は第３の本発明のＦＭ信号光伝送装置である。
【００２０】
上記構成によれば、例えば、より狭い帯域で送信することができるので、伝送効率を高くすることができ、送信駆動する消費電力も少なくて済む。
【００２１】
又、第５の本発明（請求項５記載の発明に対応）は、上記変調手段は、電圧制御型発振器、又は弛緩発振器である上記第１〜４の本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２２】
上記構成によれば、例えば、従来例に比較して回路構成を簡単にすることができ、安価な装置を提供することができる。
【００２３】
又、第６の本発明（請求項６記載の発明に対応）は、上記変調手段は、前記多重信号を位相変調して位相変調信号に変換した後、前記搬送波信号と合波することにより狭帯域ＦＭ信号に変換して出力する上記第１〜４の本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２４】
上記構成によれば、例えば、従来例に比較して回路構成を簡単にすることができ、安価な装置を提供することができる。
【００２５】
又、第７の本発明（請求項７記載の発明に対応）は、上記変調手段から出力される前記ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧する抑圧手段を備え、前記抑圧手段からの出力が、前記周波数変換手段に入力され、前記シフトの対象となる上記本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２６】
上記構成によれば、簡単な構成でありながら伝送信号の品質を従来に比べてより一層良好なものにすることが出来る。
【００２７】
又、第９の本発明（請求項９記載の発明に対応）は、上記送信されるＦＭ光信号に対して分散補償もしくは群遅延補償を行う補償手段を備えた上記本発明の何れか一つのＦＭ信号光伝送装置である。
【００２８】
上記構成によれば、伝送時の位相特性の優れた光伝送装置を安価に実現することが出来る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態であるＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態のＦＭ光伝送システムは、光ファイバケーブル９２で接続された光送信機１と光受信機２とを備えて構成される。ここで、光送信機１は、狭帯域ＦＭ変調器３と、周波数変換器４と、電気／光変換部８とを備え、光受信機２は、光／電気変換部１０と、ＦＭ復調器１１と、低域通過フィルタ１２とを備える。
【００３２】
図１において、狭帯域ＦＭ変調器３に入力される信号は、例えば、図２（ａ）に示すように、多チャンネルのＡＭ映像信号が副搬送波多重されたＡＭ多重映像信号２０であり、狭帯域ＦＭ変調器３は、ＡＭ多重映像信号２０の周波数帯に比較して十分に高い、例えばミリ波帯の高周波の搬送波信号を内部で発生して、入力されるＡＭ多重映像信号２０に従って上記搬送波信号を、実質的にＦＭ信号の搬送波及び第１側波帯（第１側波帯は、第１上側波帯と第１下側波帯を含む。）のみが発生するような比較的小さい変調指数（変調指数に対応する変調度が１０％以下）で周波数変調することにより、図２（ｂ）に示す狭帯域ＦＭ信号２７に変換して周波数変換器４の混合器４ａに出力する。ここで、狭帯域ＦＭ信号２７の搬送波信号の周波数が、元の入力信号に比較して十分に高いので、光伝送に必要な大きな変調指数を得ることができるという利点がある。
【００３３】
狭帯域ＦＭ変調器３としては、例えば、バラクタ又はリアクタンストランジスタを用いた電圧制御型発振器を用いてもよいし、もしくは、マルチバイブレータによるデジタル的な弛緩発振器であってもよい。また、ＡＭ多重映像信号２０を積分した後位相変調し、さらに、上記位相変調信号に平衡変調器により搬送波信号を合波して狭帯域ＦＭ信号を発生してもよい。
【００３４】
狭帯域ＦＭ変調器３から出力される狭帯域ＦＭ信号２７は、例えば非線形の電圧−電流特性を有するｐｉｎ型ダイオードなどの非線形素子を備えた混合器４ａで、局部信号発振器４ｂからの局部発振信号と混合した後、低域通過フィルタ５により低域ろ波することにより、図３に示すように、例えば中心周波数（搬送波周波数）が２５ＧＨｚの狭帯域ＦＭ信号２７は、例えば中心周波数（搬送波周波数）が５ＧＨｚの低周波の低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａにダウンコンバート（より低い周波数への周波数変換）される。
【００３５】
尚、この様にＦＭ信号２７をＦＭ信号２７ａにダンウンコンバートする理由は次の通りである。即ち、一般に、電気信号と光信号との間での信号変換が可能な周波数の上限は、変換素子の周波数応答速度の限界により制限される。通常、搬送波周波数が１０ＧＨｚ以下でないと周波数応答が不可能となり、信号変換が行えないので、上記の様なダンウンコンバートが必要となる。
【００３６】
次に、上記の様にダウンコンバートされた低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａは、電気／光変換器８において、駆動増幅器６により増幅された後、レーザダイオードを備えた半導体レーザ７に入力される。
【００３７】
半導体レーザ７は、入力された低域変換狭帯域ＦＭ信号に従って、内部で発生した光信号を強度変調することにより強度変調された光信号に変換して、変換した光信号を光ファイバケーブル９２を介して相手方の光受信機２に送信する。
【００３８】
ここで、半導体レーザ７は、好ましい実施の形態において、例えば、波長１．２〜１．６μｍ帯のＩｎＰ系材料の長波長半導体レーザ、０．９８μｍ帯の半導体レーザ、発振波長０．７８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ系材料の半導体レーザなどを用いる。また、光ファイバケーブル９２は、好ましい実施の形態において、例えば、コア径１０〜３００μｍ程度の光ファイバケーブル、もしくは、マルチモード光ファイバケーブル又はシングルモード光ファイバケーブルなどを用いる。
【００３９】
光ファイバケーブル９２を介して光受信機２に受信された光信号は、光／電気変換部１０に入力され、フォトダイオード又はアバランシェフォトダイオードを備えた光電変換器１３により電気信号に光電変換された後、低雑音増幅器１４により所望の信号強度の電気信号に増幅される。増幅後の電気信号は、ＦＭ復調器１１で周波数復調されて元のＡＭ多重映像信号２０に戻される。ここで、ＦＭ復調器１１としては、広帯域で直線性の良好な遅延線型又はパルスカウント型のものが望ましく、図１においては遅延線型について示す。
【００４０】
本実施の形態において、狭帯域ＦＭ変調器３は、搬送波信号を、実質的にＦＭ信号の搬送波及び第１側波帯のみが発生するような比較的小さい変調指数で周波数変調して、狭帯域ＦＭ信号２７を得ているので、狭帯域ＦＭ信号２７は、実質的にＡＭ信号に近い信号となっているので、狭帯域ＦＭ信号２７の第１上側波帯と第１下側波帯のうちの一方のみを帯域通過フィルタでろ波して伝送するように構成してもよい。この場合、光受信機２では、光電変換後に振幅制限器（リミッタ）を通過させることにより元の狭帯域ＦＭ信号２７を再生することができる。従って、より狭い帯域で送信することができるので、伝送効率を高くすることができ、送信駆動する消費電力も少なくて済む。
【００４１】
尚、本実施の形態では、図１に示す通り、遅延線型について示しており、高速のデジタル素子である２出力素子１６、及び論理積素子１７、遅延回路１６０を用いたものである。又、ＦＭ復調器１１としては、上記構成に限定されるものではなく、複同調周波数弁別器、フォスター・シーレーの弁別器、比率検波器等の周波数弁別機能を有する回路を用いても良い。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭帯域ＦＭ変調し低域変換した後半導体レーザ７で強度変調することにより、送信用の光信号を得ているので、付加回路及び光ヘテロダイン検波回路が不要であって、それ故、従来例に比較して回路構成が簡単でありかつ安定性と信頼性に優れ、安価なＦＭ信号伝送システムを提供することができる。また、狭帯域ＦＭ信号２７を用いているので、狭帯域ＦＭ変調器３でほとんど変調歪を発生することがないので、信号品質が劣化することがない。
（第２の実施の形態）
図４は、本発明に係る第２の実施の形態であるＦＭ光伝送システムの光送信機１ａの構成を示すブロック図であり、図４において図１と同様のものについては同一の符号を付している。なお、光受信機２は、第１の実施の形態の図１のものを使用する。この第２の実施の形態は、図１の第１の実施の形態と比較して、狭帯域ＦＭ変調器３と周波数変換器４との間に、逓倍器２１及び低域通過フィルタ２２を挿入したことを特徴とし、狭帯域ＦＭ信号２７を逓倍器２１により複数逓倍して、帯域通過フィルタ２２により所望の帯域の信号を帯域ろ波した後、周波数変換器４により、より低周波の周波数に周波数変換することを特徴としている。以下、第１の実施の形態との相違点について特に詳述する。
【００４３】
図４において、多チャンネルのＡＭ映像信号を副搬送波多重してなるＡＭ多重映像信号２０は、狭帯域ＦＭ変調器３に入力され、狭帯域ＦＭ変調器３は、元のＡＭ映像信号周波数（５００ＭＨｚ程度）に比較して高い搬送波周波数（ｆ0＝５ＧＨｚ）を有する搬送波信号を、入力されるＡＭ多重映像信号２０に従って狭帯域ＦＭ変調を行って狭帯域ＦＭ信号２７に変換する。狭帯域ＦＭ変換器３では、歪みによる信号劣化が発生せず、かつ多チャンネルの副搬送波多重信号の各チャンネルに対するＦＭ変換スペクトルが第１側波帯以外の側波帯が顕著に現れない程度の変調指数の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。
【００４４】
狭帯域ＦＭ信号２７は逓倍器２１に入力されて複数Ｎ逓倍され、狭帯域ＦＭ信号２７の変調指数を増大させる。これにより元のＡＭ多重映像信号２０に比較して、図５に示すように、十分高い搬送波周波数（逓倍数Ｎ＝５のとき、２５ＧＨｚ）を有し、かつ、信号帯域の広いＦＭ信号に変換されることになる。従って、この逓倍作用によって、当該ＦＭ光伝送システムの光受信機２において必要となるＣＮＲが得られるための変調指数を有するＦＭ信号を得ることができる。
【００４５】
次いで、このＦＭ信号は帯域通過フィルタ２２に入力されて、ＦＭ信号帯域以外の不要帯域のスペクトルを除去するように１つの狭帯域ＦＭ信号２７が取り出された後、周波数変換器４により第１の実施の形態と同様に、図５に示すように、低域変換狭帯域ＦＭ信号２７ａにダウンコンバートされる。以下の処理は第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭帯域ＦＭ信号２７を逓倍しているので、従来例に比較してより大きな変調指数を有するＦＭ信号を得ることができ、光受信機２で所望のＣＮＲを得ることができる。
【００４７】
この様に、第１の実施の形態で述べた狭帯域ＦＭ変調器３が、元のＡＭ多重映像信号２０に比較して、十分高い周波数の搬送波信号を発生できない構成である場合でも、図４に示す様に逓倍器２１を付加することにより、第１の実施の形態と同様の効果を発揮する。
（第３の実施の形態）
図６は、本発明に係る一実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成図である。
【００４８】
以下に、同図を用いて本実施の形態の構成を説明する。
【００４９】
同図に示す様に、ＦＭ光伝送システムは、光送信機１００１と光受信機１０１９から構成される。光送信機１００１はＦＭ変調器１００４ａ、帯域除去フィルタ１００５ａ、逓倍器１００６ａ、帯域透過フィルタ１００７ａ、周波数変換器１００８ａからなるＦＭ変換部１００２と、広帯域増幅器１００９と半導体レーザ１０１０からなる電気／光変換部１００３で構成される。光送信機１００１からの光信号は光ファイバ９２で伝送され光受信機１０１９に入力する。光受信機１０１９は光／電気変換器１０１４、前置増幅器１０１５からなる光／電気変換部１０１２とＦＭ復調器１０１３、フィルタ１０１８によって構成される。本発明の抑圧手段は、帯域除去フィルタ１００５ａに対応する。
【００５０】
以上のような構成により、以下、本実施の形態の動作を説明する。
【００５１】
即ち、図７（ａ）のような多チャンネルの副搬送波多重された映像信号であるＡＭ信号２０はＦＭ変調器１００４ａによって、図７（ｂ）に示すＦＭ信号３００に変換される。
【００５２】
又、ＦＭ変調器１００４ａは、歪みが発生せず、かつ変調度の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。ここで、変調度の程度は、多チャンネル副搬送波多重信号２０の各チャンネルに対するＦＭ変換信号１３００のスペクトルとして、第１側帯波１０３２以外の側帯波が顕著に現れない程度の低い値である。
【００５３】
従って、図７（ｂ）の様に第１側帯波１０３２はＦＭ搬送波１０３１（周波数ｆ0）か ら各々ｆ1離れた領域に現れる。このＦＭ信号１３００が帯域除去フィルタ１００５ａを 通過した後の信号１３０１を図７（ｃ）に示す。帯域除去フィルタ１００５ａの中心周波数は図７（ｂ）のＦＭ搬送波１０３１の周波数ｆ0に調整されており、かつ中心周波 数での抑圧度は大きくない。従って帯域除去フィルタ１００５ａ通過後はＦＭ搬送波１０３１からレベル差１０３５だけ下がったＦＭ搬送波１０３４となる。また側帯波１０３２はＦＭ搬送波１０３４から周波数がｆ1離れているため、位相変化やレベル変動の影響が帯域除去フィルタ１００５ａによっておこらないようになっている。従って帯域除去フィルタ１００５ａによりＦＭ搬送波１０３４の部分だけを選択的にレベル差１０３５だけ抑制することになる。これによりＦＭ変調器１００４ａで狭帯域ＦＭ変調された信号は搬送波と側帯波とのレベル差１０３６が帯域除去フィルタ１００５ａ通過前のレベル差１０３３よりも小さくなったことから帯域除去フィルタ１００５ａによってＦＭ変調度が見かけ上、増大したことになる。
【００５４】
この信号１３０１は逓倍器１００６ａに入力しＮ逓倍され、さらに変調度を増大させる。これにより元のＡＭ信号に比べ、図８（ｂ）に示すように十分高いＦＭ搬送波（例えばＮ×ｆ0＝２５ＧＨｚ）を有し信号帯域の広いＦＭ信号１３０２に変換さ れることになる。従ってこの逓倍作用によって光伝送において光受信機で必要なＣ／Ｎが得られるための変調度を有するＦＭ信号１３０２を得ることができる。そして、ＦＭ信号帯域以外の不要帯域のスペクトルを帯域透過フィルタ１００７ａで除去した後、周波数変換器１００８ａ、たとえばミキサーなどによって信号成分は低周波側にダウンコンバートされる。このようにして図８（ｃ）のようなＦＭ変換信号１０２７を得る。このＦＭ変換信号１０２７を広帯域増幅器１００９を介して半導体レーザ１０１０で光信号とし、光ファイバーケーブル９２を伝搬する。
【００５５】
光受信機１０１９の動作に関しては、上記実施の形態１で説明した光受信機２と同様である（図１参照）。尚、本実施の形態では、図６に示す通り、遅延線型について示しており、高速のデジタル素子である２出力素子１０１６、及び論理積素子１０１７、遅延回路１１６０を用いたものである。又、ＦＭ復調器１０１３としては、上記構成に限定されるものではなく、複同調周波数弁別器、フォスター・シーレーの弁別器、比率検波器等の周波数弁別機能を有する回路を用いても良い。
【００５６】
以上のような構成により、ＦＭ変調度が小さいＦＭ変調器を用いてＦＭ変換を行い、帯域除去フィルタで１次的なＦＭ変調度増大を図り、その後の逓倍による２次的なＦＭ変調度増大によって、所望のＦＭ変調度を得ることにより、逓倍器の逓倍数を大きくすることなく、簡単な構成の電気回路による信号処理で副搬送波多重されたＡＭ多チャンネル信号を一括してＦＭ信号に変換できる。
（第４の実施の形態）
図９は、本発明に係る一実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成図である。以下、図７〜図９を用いて、本実施の形態の構成を説明する。
【００５７】
図９において、光送信機１００１は、ＦＭ変調器１００４ｂ、周波数変換器１００８ｂ、帯域除去フィルタ１００５ｂ、逓倍器１００６ｂ、帯域透過フィルタ１００７ｂ、周波数交換器１００８ａからなるＦＭ変換部１００２と、上記実施の形態３と同様の電気／光交換部１００３により構成される。尚、光受信機１０１９に関しては、実施の形態３と同様のため説明は省略する。
【００５８】
以上のような構成により、以下、本実施の形態の動作を説明する。
【００５９】
即ち、多チャンネルの副搬送波多重されたＡＭ信号２０は、元のＡＭ信号周波数に比べ十分高いＦＭ搬送波（例えばｆh＝２５ＧＨｚ）を有する狭帯域ＦＭ変 調器１００４ｂによって図８（ａ）のＦＭ信号１３００ａに変換される。
【００６０】
狭帯域ＦＭ変調器１００４ｂでは歪みによる信号劣化が発生せず、かつ多チャンネル副搬送波多重信号の各チャンネルに対するＦＭ変換スペクトルとして、第１側帯波１０３２ａ以外の側帯波が顕著に現れない程度の変調度の低い狭帯域のＦＭ変調を行う。この信号を周波数変換器１００８ｂにより低周波側にダウンコンバートし、スペクトル１３００ｂを得る。ここでは説明の便宜上、周波数変換器１００８ｂでダウンコンバートした際の中心周波数をｆ0 としておく。
【００６１】
以下、帯域除去フィルタ１００５ｂによりＦＭ搬送波１０３１ｂのみを選択的にレベル差１０３５だけ抑圧し、図８（ｂ）のスペクトル１３０１の信号を得る。以後の動作は第３の実施例と同様である。
【００６２】
このように本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加えて、ＦＭ変調器として十分高いＦＭ搬送波を有するものを用いることにより周波数可変範囲を拡大し、ＦＭ変調器に入力する信号の帯域をより広帯域にする事ができる。
【００６３】
ところで、上述した各実施の形態におけるＦＭ変調器での変調度は、１０％以下であることが望ましい。変調度が１０％以下であれば、図７（ｂ）の多チャンネルの副搬送波多重された信号のＦＭ変調スペクトル１３００の周波数ｆ0−ｆ2からｆ0＋ｆ2までの周波数域で信号エネルギーの９８％以上を確保することが出来、狭帯域ＦＭが可能となる。
【００６４】
以上の様に、上記実施の形態によれば、例えば、副搬送波多重された複数の信号をＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、帯域除去フィルタでＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、前記中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号を周波数逓倍器によって逓倍し、前記周波数逓倍信号の所望の変調度の信号を周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせて光信号に変換して伝送する。
【００６５】
又、上記実施の形態によれば、副搬送波多重された複数のＡＭ信号を、被変調波であるＡＭ信号に比べ十分に周波数の高いミリ波帯の高周波の搬送波信号を発生するＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、前記ＦＭ信号を周波数変換器にて低周波側にシフトさせ、帯域除去フィルタでそのシフトされたＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、所望の変調度を見かけ上高めた後、前記信号を周波数逓倍器によって逓倍し、所望の変調度の前記周波数逓倍信号を周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせ、光信号に変換して伝送するものである。
【００６６】
尚、以上述べた実施の形態では、ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧した後、中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号を逓倍し、低周波側にシフトする構成について述べたがこれに限らず例えば、ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧するのみの構成でもよい。この場合、単一の副搬送波を用いた信号、又は複数の副搬送波により多重化された複数の信号をＦＭ変調手段を利用してＦＭ信号に変換し、抑圧手段により前記ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、前記中心周波数成分の抑圧されたＦＭ信号に基づいて光信号を生成し、前記光信号を伝送する構成となる。これにより、ＡＭ信号を直接電気的なＦＭ信号に変換する場合に、ＦＭ変調器での変調指数が見かけ上大きくとれるので、ＦＭ変調器で歪みを大きくすることなく、より一層Ｃ／Ｎ値の改善が出来るという効果を発揮する。
【００６７】
又、上記実施の形態では、帯域抑圧フィルタは、例えば、ＦＭ変換する際の中心周波数付近のスペクトルを選択的に抑圧するフィルタであり、抑圧度は１０ｄＢ程度あればよい。
【００６８】
又、本発明の抑圧手段は、上記実施の形態では、帯域除去フィルタであり、第１周波数変換手段（上記実施の形態では、図９の周波数変換器１００８ｂに対応する）により低周波側にシフトされたＦＭ信号の中心周波数成分を抑圧する場合について述べたが、これに限らず例えば、抑圧手段は、ＦＭ変調手段により変換されたＦＭ信号の中心周波数成分を、上記シフトがなされる前の段階で抑圧し、その後、上記の様に低周波側にシフトさせる構成でもよい。この場合の構成としては、例えば、次のようになる。即ち、副搬送波多重された複数のＡＭ信号をキャリア周波数が被変調波であるＡＭ信号に比べ十分に周波数の高いミリ波帯においてＦＭキャリアを有するＦＭ変調器においてＦＭ信号に変換し、帯域除去フィルタでＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧し、所望の変調度を見かけ上高めた後、前記信号を第１周波数変換器にて低周波側にシフトさせ、前記信号を周波数逓倍器によって逓倍し、所望の変調度の前記周波数逓倍信号を第２周波数変換器にて低周波側の光伝送帯域にシフトさせ、光信号に変換して伝送するものである。この場合の構成図としては、図９において、周波数除去フィルタ１００５ｂと周波数変換器１００８ｂの配置の順番を入れ替えたものと同じである。
【００６９】
又、上記実施の形態では、副搬送波多重された複数の信号、即ち、複数の副搬送波により多重化された複数のチャンネルの信号をＦＭ変調手段を利用してＦＭ信号に変換する場合を中心に述べたが、これに限らず例えば、ＦＭ信号に変換される信号は、単一の副搬送波を用いた単一のチャンネルの信号でも勿論良い。この場合でも、上記と同様の効果を発揮する。
（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の実施の形態５のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。同図を参照しながら、以下に本実施の形態の構成を説明する。
【００７０】
同図に示す様に、本ＦＭ光伝送システムは光送信機２００１と光受信機２０１３とを備えており、光送信機２００１と光受信機２０１３とは光ファイバーケーブル９２により接続されている。光送信機２００１はＡＭ／ＦＭ変換部２００２と、電気／光変換部２００３とを備えている。ＡＭ／ＦＭ変換部２００２は、ＡＭ／ＦＭ変換器２００４と、逓倍器２００５と、帯域透過フィルタ２００６と、周波数変換器２００７とを備えている。電気／光変換部２００３は、広帯域増幅器２００８と、半導体レーザ２００９と、光ファイバグレーティング２０１１と、光サーキュレータ２０１０とを備えている。
【００７１】
本ＦＭ光伝送システムは、上述した実施の形態の構成とほぼ同様であるが、光ファイバグレーティング２０１１を備えたことに特徴を有している。
【００７２】
図１１，図１２はこのＦＭ光伝送システムの動作を説明するための信号スペクトルの概念図であり、図１３は光ファイバグレーティング２０１１から構成される群遅延補償手段の構成図であり、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は光ファイバグレーティング２０１１の動作を示すための概念図である。
【００７３】
これらの図を参照しながら、次に、本実施の形態の光ファイバグレーティング２０１１の動作を中心に説明する。
【００７４】
尚、図１１（ａ）〜図１２（ｂ）に示す内容は、上記実施の形態で説明したものと基本的に同じである。即ち、図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、２０は上述した元のＡＭ信号（帯域ｆ1〜ｆ2）であり、２０６１はＡＭ／ＦＭ変換器２００４によって変換されたＦＭ信号である。２０６２はＦＭ信号２０６１のスペクトルにおける第１側波帯であり、ＦＭ搬送波２０６３（周波数ｆ0）を中心にして、それぞれｆ1離れた領域に現れる。又、図１２（ａ）、図１２（ｂ）において、２０６４は、ＦＭ信号２０６１が逓倍器２００５によりＮ倍に逓倍されて得られた搬送波２０６３’を有する、信号帯域の広いＦＭ逓倍信号である。搬送波２０６３’の周波数は、例えば、ＮＦ0（ＮＸｆ0）=２５ＧＨｚであり、元のＡＭ信号２０に比べて、十分周波数が高い。
【００７５】
即ち、上記実施の形態と同様にして得られたＦＭ周波数変換信号２０６５を広帯域増幅器２００８を介して半導体レーザ２００９に入力し、ここでＦＭ光信号２０６６に変換する。そして、作成したＦＭ光信号２０６６を光サーキュレータ２０１０を介して光ファイバグレーティング２０１１に入力する。
【００７６】
光ファイバグレーティング２０１１は、図１３に示すように、長尺方向で屈折率分布の間隔を変えることにより光ファイバグレーティング２０１１で反射する光信号内の群遅延特性を任意に設定できるように構成されている。
【００７７】
ここで、光ファイバグレーティング２０１１を通過させない場合のＦＭ光信号２０６６の群遅延特性の例を図１４（ａ）に示す。ＦＭ光信号２０６６は、光送信機２００１ならびに光ファイバ９２を通過することにより、群遅延特性が周波数によって不揃いとなる。図１４（ａ）に示した例では、周波数が高くなるほど群遅延量が小さくなっている。
【００７８】
これに対して、上述した光ファイバグレーティング２０１１の遅延調整量を、図１４（ｂ）に示すように、図１４（ａ）の群遅延特性とは逆相の関係になるように設定する。これにより、図１４（ａ）に示す群遅延特性と図１４（ｂ）に示す群遅延調整量とが相殺されて図１４（ｃ）に示すように、周波数に関係なく群遅延特性が均一化される。
【００７９】
以上のような光ファイバグレーティング２０１１の作用により群遅延特性が調整されたＦＭ光信号２０６６は、光サーキュレータ２０１０を介して光ファイバーケーブル９２に伝送される。
【００８０】
一方、光ファイバーケーブル９２から光受信機２０１３に入力されたＦＭ光信号２０６６は、光／電気変換部２０１５（フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードからなる光／電気変換器２０１６と前置増幅器２０１７から構成されている）によって電気信号に変換された後、ＦＭ／ＡＭ復調部２０１４（リミッタアンプ２０１８、分岐素子２０１９、遅延回路２０２０、ミキサ２０２１，ローパスフィルタ２０２２から構成されている）に入力され、ここで、所望の信号強度に増幅されて元のＡＭ信号２１に復調される。復調されたＡＭ信号２１は光ファイバグレーティング２０１１により伝送系での群遅延が相殺され位相特性の良好な信号となっている。
【００８１】
以上のような構成により、ＦＭ変調度が小さいＡＭ／ＦＭ変換器２００４を用いてＡＭ／ＦＭ変換を行い、その後の逓倍操作による２次的なＦＭ変調度増大によって、所望のＦＭ変調度を得ることができる。これにより、逓倍器２００５の逓倍数を大きくすることなく、簡単な構成の電気回路による信号処理で副搬送波多重されたＡＭ多チャンネル信号を一括してＦＭ信号に変換できると共に、変復調系並びに伝送系での群遅延を光ファイバグレーティング２０１１及び光サーキュレータ２０１０で構成される群遅延補償手段によって、位相特性の優れたＡＭ信号２１に復調することができる。
【００８２】
なお、一般に、図１４（ａ）に示す群遅延特性は所要帯域で数十〜百数十ｐｓｅｃ程度である。そのため、光ファイバグレーティング２０１１で補償する群遅延量は半導体レーザ２００９の波長拡がり（数〜十数ＧＨｚ）を考慮すれば、光ファイバグレーティング２０１１で数百ｐｓｅｃ／ｎｍオーダーの屈折率分布を逆相で形成して図１４（ｂ）の補償特性となるようにすればよい。
【００８３】
このような群遅延補償機能を実施して伝送系全体で群遅延補償を行うことにより、群遅延特性の必ずしも良くない安価な回路素子を用いても、全体としての群遅延特性の優れたＦＭ光伝送システムを構成すれことができた。これにより、低コスト化を促進できて、加入者系を含むアクセス網に対して導入が容易な構成を実現できる。
（第６の実施の形態）
図１５は本発明の実施の形態６のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。このＦＭ光伝送システムは、基本的には実施の形態５のＦＭ光伝送システムの構成と同様の構成を備えており、同一ないし同様の構成には同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。
【００８４】
このＦＭ光伝送システムは、光ファイバグレーティング２０１１に温度制御部２０２５を備えたことに特徴がある。温度制御部２０２５は、例えば、ヒーター及びサーモスタットといった構成を備えて任意に光ファイバグレーティング２０１１の雰囲気温度を可変させるものであって、雰囲気温度を変動させることで光ファイバグレーティング２０１１の線膨張を調整してその長尺方向寸法を伸縮させることができるようになっている。光ファイバグレーティング２０１１の長尺方向寸法を伸縮させることで、このＦＭ光伝送システムでは、光ファイバグレーティング２０１１の屈折率分布の間隔を変えることが可能となっている。
【００８５】
なお、上述した各実施の形態では、群遅延補償素子として光ファイバグレーティング２０１１を用いたが、伝送系の群遅延特性が線形的に変化する場合には分散補償ファイバを用いても良いのはいうまでもない。さらには、上述した各実施の形態では、副搬送波多重された複数の信号を、ＦＭ変換→逓倍処理→低周波周波数変換処理→光信号変換といった処理を施した後、送信するＦＭ光伝送システムにおいて本発明を実施したが、本発明は、このようなＦＭ光伝送システムに対してのみ実施できるものではなく、副搬送波多重された複数の信号を一括してＦＭ光信号に変換して送信する光送信機を備えたＦＭ光伝送システムであれば、どのような構成を備えたものであっても同様に実施できるのはいうまでもない。
【００８６】
このような構成（温度制御部２０２５）を備えることにより、実施の形態５の効果に加えて光ファイバグレーティング２０１１によって生じる群遅延補償特性を可変することができ、システム上の伝送遅延の変動に応じて、群遅延補償程度を微調整することができるうえに、光ファイバグレーティング２０１１の設置環境温度の変動により分散補償の程度が変動することを回避することもできる。
【００８７】
なお、本実施の形態では温度制御部２０２５を光ファイバグレーティング２０１１に設けたが、この限りではなくファイバの長尺方向の張力を可変する事によっても同様な作用効果を得ることができる。
【００８８】
また光ファイバグレーティング２０１１の屈折率分布のある範囲の中で局所的に加熱・冷却する機能又は、張力を可変する機能を有すれば所定の周波数域のみの群遅延補償特性を変更することもできる。
（第７の実施の形態）
図１６は本発明の実施の形態７のＦＭ光伝送システムの構成図である。
【００８９】
本ＦＭ光伝送システムは、基本的には実施の形態５と同様の構成を備えており、同一ないし同様の部分には同一の符号を付し、それらについての説明は省略する。
【００９０】
このＦＭ光伝送システムは、光ファイバグレーティング２０１１及び光サーキュレータ２０１０を光受信機２０１３内の光／電気変換部２０１５に設けた点に特徴がある。このような構成を備えることにより、実施の形態５における効果に加えて、光ファイバーケーブル９２および光受信機２０１３で生じる群遅延のばらつき（位相のずれ）をさらに補償することができるようになっている。
【００９１】
尚、上記実施の形態の周波数逓倍器は、例えば、入力周波数に対してｎ倍の周波数に高めるもので、トランジスターやＦＥＴ、可変容量ダイオードなどの非直線性を利用して高調波を発生するものである。
【００９２】
又、上記実施の形態の周波数変換器は、周波数逓倍器と同様に非線形回路素子の周波数混合作用を利用して、周波数を高周波側もしくは低周波側に変換するものである。
【００９３】
尚、上記実施の形態では、補償手段は、上記の通り１つの半導体レーザを有する光送信装置に設けられた場合について述べたが、これに限らず例えば、図１７で述べた従来のＦＭ信号光伝送システムの送信側又は受信側に設ける構成でも勿論良い。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、従来に比べて回路構成が簡単でありながら、安定性、信頼性に優れ、信号品質が良好であるという長所を有する。
【００９５】
又、本発明は、伝送時の位相のずれに起因する歪みを抑制出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】（ａ）：図１の狭帯域ＦＭ変調器３の入力信号であるＡＭ多重映像信号２０の周波数特性を示すスペクトル図
（ｂ）：狭帯域ＦＭ変調器３の出力信号である狭帯域ＦＭ信号２７の周波数特性を示すスペクトル図
【図３】図１の周波数変換器４による周波数変換処理を示すスペクトル図
【図４】本発明の第２の実施の形態のＦＭ光伝送システムの光送信機１ａの構成を示すブロック図
【図５】図４の光送信機１ａの処理を示すスペクトル図
【図６】本発明の第３実施の形態のＦＭ信号光伝送装置の構成図
【図７】（ａ）：従来及び本発明により伝送されるＡＭ信号の説明図
（ｂ）：本実施の形態のＦＭ変調器通過後のＦＭ信号の説明図
（ｃ）：本実施の形態の帯域除去フィルタ通過後の信号のスペクトル図
【図８】（ａ）〜（ｃ）：本発明の第３及び第４の実施の形態におけるＦＭ信号の各部位での機能を説明するための周波数変換図
【図９】本発明の第４の実施の形態のＦＭ信号光伝送装置の構成図
【図１０】本発明の第５の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を記すブロック図
【図１１】（ａ）：本発明の伝送されるＡＭ信号を示す図
（ｂ）：ＡＭ／ＦＭ変換器通過後のＦＭ信号のスペクトル図
【図１２】（ａ）、（ｂ）：本発明におけるＦＭ信号の各部位での機能を説明するための周波数変換図
【図１３】本発明の第５の実施の形態の光ファイバグレーティングを用いた群遅延補償手段の構成を示す図
【図１４】（ａ）〜（ｃ）：本実施の形態５における伝送系の群遅延特性の概念図
【図１５】本発明の第６の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第７の実施の形態のＦＭ光伝送システムの構成を示すブロック図
【図１７】従来例のＦＭ光伝送システムの全体の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１，１ａ…光送信機
２…光受信機
３…狭帯域ＦＭ変調器
４…周波数変換器
４ａ…混合器
４ｂ…局部信号発振器
５…低域通過フィルタ
６…駆動増幅器
７…半導体レーザ
８…電気／光変換部
９２…光ファイバケーブル
１０…光／電気変換部
１１…ＦＭ復調器
１２…低域通過フィルタ
１３…光電変換器
１４…低雑音増幅器
２０，２０ａ…ＡＭ多重映像信号
２１…逓倍器
２２…帯域通過フィルタ
２７…狭帯域ＦＭ信号
２７ａ…低域変換狭帯域ＦＭ信号
Claims (14)
- 複数の信号を副搬送波多重してなる多重信号を、所定の搬送波周波数を有するＦＭ信号に変換する変調手段と、
前記変調手段により変換されたＦＭ信号を、前記搬送波周波数に比べて低周波数側にシフトさせる周波数変換手段と、
光信号を、上記周波数変換手段から出力されるＦＭ信号に基づいて変調することによりＦＭ光信号に変換し、そのＦＭ光信号を光ファイバケーブルを介して送信する光変調手段と、
を備えたことを特徴とするＦＭ信号光伝送装置。 - 前記搬送波周波数は、前記複数の信号の周波数よりも十分に高く、
前記ＦＭ信号への変換は、前記搬送波周波数を有する搬送波信号を、実質的に第１側波帯のみを発生する程度の変調指数によりＦＭ変調することにより狭帯域ＦＭ信号に変換することであり、
前記狭帯域ＦＭ信号の前記低周波数側へのシフトは、前記狭帯域ＦＭ信号を前記搬送波周波数よりも十分に低い周波数を有する低域変換狭帯域ＦＭ信号に変換することであることを特徴とする請求項１記載のＦＭ信号光伝送装置。 - 前記変調手段から出力される前記ＦＭ信号を複数逓倍して逓倍信号を出力する逓倍手段と、
前記逓倍手段から出力される逓倍信号のうち所望の狭帯域ＦＭ信号を帯域ろ波して前記周波数変換手段に出力する第１の帯域ろ波手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のＦＭ信号光伝送装置。 - 前記変調手段から出力される前記ＦＭ信号の第１側波帯に含まれる第１上側波帯及び第１下側波帯の内、いずれか一方のみを帯域ろ波する第２の帯域ろ波手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は３記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記変調手段は、電圧制御型発振器、又は弛緩発振器であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記変調手段は、前記多重信号を位相変調して位相変調信号に変換した後、前記搬送波信号と合波することにより狭帯域ＦＭ信号に変換して出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記変調手段から出力される前記ＦＭ信号中の中心周波数成分を抑圧する抑圧手段を備え、
前記抑圧手段からの出力が、前記周波数変換手段に入力され、前記シフトの対象となることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載のＦＭ信号光伝送装置。 - 前記抑圧手段が帯域除去フィルタであり、その帯域除去フィルタを通過後のＦＭ信号の上側帯波もしくは下側帯波のいずれか一方が前記ＦＭ光信号として伝送されることを特徴とする請求項７記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記送信されるＦＭ光信号に対して分散補償もしくは群遅延補償を行う補償手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記補償手段は、前記ＦＭ信号光伝送装置内の電気回路部、及び／又は前記光ファイバー内で生じる、前記ＦＭ光信号の群遅延の逆相特性を補償するものであることを特徴とする請求項９記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記補償手段は、光ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項９又は１０記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記光ファイバグレーティングの補償特性を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１１記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記光ファイバグレーティングを構成する光ファイバの張力を制御する張力制御部を備えることを特徴とする請求項１１記載のＦＭ信号光伝送装置。
- 前記補償手段は、分散補償ファイバであることを特徴とする請求項９又は１０記載のＦＭ信号光伝送装置。
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