JP3845047B2 - High frequency signal transmission system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を光伝送路を介して伝送するための高周波信号伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ミリ波等の高周波信号を1km程度以上伝送する場合、無線伝送路、同軸ケーブル、導波管などの伝送路を用いる技術はいずれも損失が大きく、曲げられない等の大きな課題がある。そこで、低損失で広帯域な光ファイバケーブルを利用して高周波信号を長距離伝送する技術としてRadio on Fiber (ROF)に関する研究が行なわれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なROFでは、伝送したいミリ波信号に従って光信号を強度変調し、光ファイバケーブルを用いて長距離伝送した後、高速フォトダイオードで光電変換することにより元のミリ波信号を取り出している。このようなシステムの性能改善の1つとしてフォトダイオードからの出力ミリ波信号の強度を大きくすることを考えた場合、強度変調は振幅変調(AM)とほぼ等価なため、以下の2つの方法が考えられる。
(1)搬送波である光の強度を大きくする。
(2)入力ミリ波信号の強度を大きくして変調指数を高める。
しかしながら、(1)の方法はフォトダイオードの飽和入力光強度によって制限され、(2)の方法は変調器の非線形歪みにより制限されるという問題点があった。
【0004】
例えば、従来技術文献1「E. Ackerman et al., "Maximum Dynamic Range Operation of a Microwave External Modulation Fiber-Optic Link", IEEE Transaction on Microwave Theory Technique, Vol. 41, No. 8, pp.1299-1306, August 1993」において、マッハ・ツェンダー型光強度変調器(以下、MZ型光強度変調器という。)を用いたROFに関して詳細な解析が行われており、3次相互変調歪みで制限され、スプリアスが無い状態のダイナミックレンジ(SFDR)を最大化するためのバイアス電圧が明らかにされている。しかしながら、上述の問題点を解決するための手段を開示していない。
【0005】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、ミリ波等の高周波信号を低損失であって、しかも従来技術に比較して信号対雑音電力比を大幅に向上して伝送することができる高周波信号伝送システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波信号伝送システムは、光信号送信機と光信号受信機とが光伝送路を介して接続されてなる高周波信号伝送システムであって、
上記光信号送信機は、
入力される光搬送波を伝送する1つの光導波路から分岐した第1と第2の光導波路を有し、入力される高周波信号に従って第2の光導波路を伝送する光搬送波を所定のバイアス電圧を用いて変調し、第1と第2の光導波路からの光信号を合成することにより上記高周波信号に従って強度変調された光信号を出力するマッハ・ツェンダ型光強度変調器と、
上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器から出力される強度変調された光信号のうち光搬送波と一方の第1側波帯を帯域ろ波して上記光伝送路に出力する光ろ波手段とを備え、
上記光信号受信機は、
上記光伝送路を介して受信される光信号を所定の正の増幅度で増幅して出力する光増幅手段と、
上記光増幅手段から出力される光信号を高周波信号に光電変換して出力する光電変換手段とを備え、
上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器のバイアス電圧を、上記光増幅手段から出力される光搬送波と第1側波帯の電力比が実質的に1となるように調整したことを特徴とする。
【0007】
上記高周波信号伝送システムにおいて、好ましくは、上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器に入力される高周波信号は入力されるデータ信号に従って変調されたことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【0009】
図1は、本発明に係る一実施形態である高周波信号伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る高周波信号伝送システムは、光信号送信機100と光信号受信機200とが光伝送路である光ファイバケーブル300を介して接続されてなり、特に、従来技術に比較して、光信号送信機10において光バンドパスフィルタ5を備え、光信号受信機200において光アンプ31を備え、MZ型光強度変調器10のバイアス電圧を、光アンプ31から出力される光搬送波と第1側波帯の電力比が実質的に1となるように調整したことを特徴としている。すなわち、従来技術文献1においては、光バンドパスフィルタ5や光アンプ31を用いて2つの光信号のみとする変調方式や、フォトダイオード32への入力光電力が制限されている条件下で高周波信号出力を最大化する方法については検討されていないが、本実施形態では、図1の構成を用いることにより、フォトダイオード32から出力される高周波信号の信号電力を最大化することができ、ミリ波等の高周波信号を低損失で、従来技術に比較して信号対雑音電力比を大幅に向上して伝送することができる。
【0010】
ところで、従来のROFの場合、フォトダイオードは光強度に比例する高周波電流を出力する包絡線検波器として用いられているが、原理的には(光強度)=(光電界の2乗)に比例した高周波電流を出力する2乗検波器である。そこで、一旦強度変調方式から離れて、フォトダイオードへの入力光強度が制限されている場合に出力の高周波電流が最大となる変調方式を考えると、強度が等しく差周波数が伝送したい入力ミリ波信号となっている2つの光信号のみを伝送する、ということになる。またこの変調方式では、3つの光信号以上を伝送する場合に比べて、光ファイバケーブルの分散によるフェージングの影響を受けない、占有帯域幅が狭いため波長多重伝送時の多重数を多くできる、という利点もある。
【0011】
本実施形態は、発明者らが着目した上記の変調方式を用いることにより、従来の強度変調方式に比べて、フォトダイオードの入力光強度及び変調器への入力信号強度が制限されている条件下であっても、より大きな出力高周波電流を得ることができるROFを用いた高周波信号伝送システムの構成を提供するものである。
【0012】
次いで、図1を参照して、本実施形態に係る高周波信号伝送システムの構成について説明する。
【0013】
図1において、レーザ光源1は、光搬送波を供給するために安定な単一モードで発振しており、温度制御された、例えばDFB型レーザ光源などを用いる。レーザ光源1により発生された光搬送波は、MZ型光強度変調器10の光導波路14に入射される。
【0014】
MZ型光強度変調器10においては、LiNbO基板20上に光導波路11,12,14,15、光分配器16及び光合成器17が形成されるとともに、光導波路11に対して電界を印加することができるように1対の電極ライン13aが光導波路11に近接して形成されるとともに、光導波路12に対して電界を印加することができるように1対の電極ライン13bが光導波路12に近接して形成される。レーザ光源1からの光搬送波は光導波路14を介して光分配器16に入射し、光分配器16により2分配され、一方の光搬送波は光導波路11を介して光合成器17に出力される一方、他方の光搬送波は光導波路12を介して光合成器17に出力される。光合成器17は入力される2つの光搬送波を合成して光導波路15を介して光バンドパスフィルタ5に出力する。
【0015】
ここで、電極ライン13aには可変バイアス電圧源4が接続される。また、電極ライン13bの一端には同軸ケーブル6を介して変調器3が接続され、その他端には終端用抵抗7が接続される。なお、各電極ライン13a,13bの一方のラインは接地されている。高周波信号発生器2からの高周波信号は、変調器3により入力されるデータ信号に従って、例えばQPSKなどの所定のデジタル変調され、変調された高周波信号は上記電極ライン13bに出力される。
【0016】
従って、当該MZ型光強度変調器10の電気光学効果により、光導波路11を伝搬する光搬送波は可変バイアス電圧源4によるバイアス電圧に比例した一定の位相変化を受けた後、光合成器17に出力される一方、光導波路12を伝搬する光搬送波は変調器3から出力される高周波信号の電圧に比例した位相変化で位相変調された後、光合成器17に出力され、光合成器17では位相が変化した2つの光搬送波が合成されることで、光強度変調されることになる。
【0017】
図2は図1のMZ型光強度変調器10の入出力特性の一例を示すグラフである。MZ型光強度変調器10は、図2に示すように、入力されるバイアス電圧に対して出力光強度が正弦波状に変化するという入出力特性を有する。なお、MZ型光強度変調器10は伝送したい高周波信号で変調可能な周波数特性を備えている必要があり、例えば、電極ライン13bのインピーダンスが外部回路と整合するとともに、そこを伝搬する変調信号の速度と光導波路12中を伝搬する光波の速度も整合した進行波型のものなどを用いる。このMZ型光強度変調器10への入力信号として、伝送したい高周波信号とバイアス電圧を与えるが、バイアス電圧は、一般的に用いられる入力信号電圧に比例した出力光強度変化が最大となる点(図2のV0)ではなく、以下に説明するような値に設定する。
【0018】
図3に示すように、光導波路12では、入力される高周波信号による位相変調のために、光搬送波周波数fcの光搬送波50の上下に多数の変調側波帯(51a−53a及び51b−53bなど)が生じる。なお、図3乃至図7の光スペクトラム図では、光周波数領域の周波数fを横軸にとり、それと互いに直交するI軸とQ軸のIQ平面内での長さにより、各スペクトラムの振幅を、I軸からの角度により各スペクトル間の相対位相を表している。
【0019】
一方、図4に示すように、光導波路11では、光搬送波60はバイアス電圧により所定の遅延位相φで遅延され、遅延後の光搬送波60aが変調されることなく出力される。これらの2つの光信号を合成すると、同じ波長である光搬送波は、バイアス電圧で決まる位相差で干渉して強度が変化するが、変調側波帯は変化しない。
【0020】
そこで、光合成器17の出力端において、本実施形態では、図5に示すように、光搬送波70の強度が第1側波帯71aの強度と同一になるようにバイアス電圧を調節する。MZ型光強度変調器10では、多数の変調側波帯(71a−73a及び71b−73bなど)が生じるが、図6に示すように、光バンドパスフィルタ5により光搬送波70と第1上側波帯71aのみ(あるいは、第1下側波帯71bのみであってもよい。)を通過させ、他の変調側波帯を除去する。
【0021】
次いで、光バンドパスフィルタ5からの光信号を光ファイバケーブル300で長距離伝送した後、図7に示すように、光信号受信機200内の光アンプ31により、フォトダイオード32の飽和光入力近傍まで所定の正の増幅度で増幅する。さらに、増幅後の光信号は、フォトダイオード32に入射されて光電変換され、光電変換された後の高周波信号は復調器23に入力され、データ信号が復調されて出力される。なお、フォトダイオード32は入力光電界の2乗に比例した電流として、直流電流及び光バンドパスフィルタ31で選択した光搬送波と第1上側波帯の積、すなわち入力した高周波信号に比例した電流を出力する。
【0022】
【実施例】
図8は、図1の高周波信号伝送システムの実験結果であって、MZ型光強度変調器10のバイアス電圧に対する、光アンプ31の出力端子における光搬送波に対する第1上側波帯の電力比、及びフォトダイオード32の出力端子における高周波出力電力を示すグラフである。
【0023】
図8の実験では、フォトダイオード32への入力光強度を−6dBmの一定値に保ち、MZ型光強度変調器10のバイアス電圧を変化させながら、第1上側波帯と光搬送波の強度比と、フォトダイオード32からの出力高周波信号強度を測定した。入力した高周波信号は35GHzである。図8から明かなように、強度比が0dB、すなわち1のとき出力高周波強度が最大となっていること、MZ型光強度変調器10の出力端で基本波成分が最大となる通常のバイアス点を用いた場合に比べて17dBもの改善量が得られていること、がわかる。これは通常のバイアス点(V0)では光搬送波強度が強く、フォトダイオード32の飽和のために光アンプの利得を高く設定できないためである。
【0024】
以上説明したように、本実施形態に係る高周波信号伝送システムでは、MZ型光強度変調器10のバイアス電圧を、光アンプ31から出力される光搬送波と第1側波帯の電力比が実質的に1となるように調整したことにより、フォトダイオード32から出力される高周波信号の信号レベルを実質的に最大にすることができる。これにより、ミリ波等の高周波信号を低損失で、従来技術に比較して信号対雑音電力比を大幅に向上して伝送することができる。
【0025】
以上の実施形態においては、可変バイアス電圧源4を電極ライン13aに接続しているが、本発明はこれに限らず、電極ライン13bに接続してもよい。この場合、電極ライン13aを省略でき、装置構成が簡単になる。
【0026】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る高周波信号伝送システムによれば、光信号送信機と光信号受信機とが光伝送路を介して接続されてなる高周波信号伝送システムであって、上記光信号送信機は、入力される光搬送波を伝送する1つの光導波路から分岐した第1と第2の光導波路を有し、入力される高周波信号に従って第2の光導波路を伝送する光搬送波を所定のバイアス電圧を用いて変調し、第1と第2の光導波路からの光信号を合成することにより上記高周波信号に従って強度変調された光信号を出力するマッハ・ツェンダ型光強度変調器と、上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器から出力される強度変調された光信号のうち光搬送波と一方の第1側波帯を帯域ろ波して上記光伝送路に出力する光ろ波手段とを備え、上記光信号受信機は、上記光伝送路を介して受信される光信号を所定の正の増幅度で増幅して出力する光増幅手段と、上記光増幅手段から出力される光信号を高周波信号に光電変換して出力する光電変換手段とを備え、上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器のバイアス電圧を、上記光増幅手段から出力される光搬送波と第1側波帯の電力比が実質的に1となるように調整する。従って、ミリ波等の高周波信号を低損失で、従来技術に比較して信号対雑音電力比を大幅に向上して伝送することができる。
【0027】
上記高周波信号伝送システムにおいて、好ましくは、上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器に入力される高周波信号は入力されるデータ信号に従って変調される。従って、データ信号に従って変調された、ミリ波等の高周波信号を低損失で、従来技術に比較して信号対雑音電力比を大幅に向上して伝送することができる。また、データ信号をエラーフリーで伝送できる距離を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施形態である高周波信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1のマッハ・ツェンダー型光強度変調器(MZ型光強度変調器)の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図3】 図1の光導波路12から出力される光信号のスペクトルをIQ平面で示すスペクトル図である。
【図4】 図1の光導波路11から出力される光信号のスペクトルをIQ平面で示すスペクトル図である。
【図5】 図1の光合成器17から出力される光信号のスペクトルをIQ平面で示すスペクトル図である。
【図6】 図1の光バンドパスフィルタ5から出力される光信号のスペクトルをIQ平面で示すスペクトル図である。
【図7】 図1の光アンプ31から出力される光信号のスペクトルをIQ平面で示すスペクトル図である。
【図8】 図1の高周波信号伝送システムの実験結果であって、MZ型光強度変調器10のバイアス電圧に対する、光アンプ31の出力端子における光搬送波に対する第1上側波帯の電力比、及びフォトダイオード32の出力端子における高周波出力電力を示すグラフである。
【符号の説明】
1…レーザ光源、
2…高周波信号発生器、
3…変調器、
4…可変バイアス電圧源、
5…光バンドパスフィルタ、
6…同軸ケーブル、
7…終端用抵抗、
10…マッハ・ツェンダー型光強度変調器(MZ型光強度変調器)、
11、12,14,15…光導波路、
13a,13b…1対の電極ライン、
16…光分配器、
17…光合成器、
20…LiNbO基板
31…光アンプ、
32…フォトダイオード、
33…復調器、
100…光信号送信機、
200…光信号受信機、
300…光ファイバケーブル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency signal transmission system for transmitting a high-frequency signal via an optical transmission line.
[0002]
[Prior art]
When transmitting a high-frequency signal such as a millimeter wave of about 1 km or more, all the techniques using a transmission path such as a wireless transmission path, a coaxial cable, and a waveguide have a large problem that they are lossy and cannot be bent. Therefore, research on Radio on Fiber (ROF) has been conducted as a technique for transmitting a high-frequency signal over a long distance using a low-loss and broadband optical fiber cable.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a general ROF, an optical signal is intensity-modulated in accordance with a millimeter wave signal to be transmitted, transmitted over a long distance using an optical fiber cable, and then subjected to photoelectric conversion with a high-speed photodiode to extract the original millimeter wave signal. When considering increasing the intensity of the output millimeter wave signal from the photodiode as one of the performance improvements of such a system, the intensity modulation is almost equivalent to amplitude modulation (AM). Conceivable.
(1) Increasing the intensity of light as a carrier wave.
(2) Increasing the intensity of the input millimeter wave signal to increase the modulation index.
However, the method (1) is limited by the saturation input light intensity of the photodiode, and the method (2) is limited by the nonlinear distortion of the modulator.
[0004]
For example, the prior art document “E. Ackerman et al.,“ Maximum Dynamic Range Operation of a Microwave External Modulation Fiber-Optic Link ”, IEEE Transaction on Microwave Theory Technique, Vol. 41, No. 8, pp.1299-1306. , August 1993 ", a detailed analysis is performed on ROF using a Mach-Zehnder type light intensity modulator (hereinafter referred to as an MZ type light intensity modulator), which is limited by third-order intermodulation distortion and spurious. A bias voltage for maximizing the dynamic range (SFDR) in the absence of noise is revealed. However, no means for solving the above-described problems is disclosed.
[0005]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to transmit a high-frequency signal such as a millimeter wave with a low loss and a signal-to-noise power ratio that is greatly improved as compared with the prior art. It is to provide a signal transmission system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A high-frequency signal transmission system according to the present invention is a high-frequency signal transmission system in which an optical signal transmitter and an optical signal receiver are connected via an optical transmission line,
The optical signal transmitter is
An optical carrier that has first and second optical waveguides branched from one optical waveguide that transmits an input optical carrier and uses a predetermined bias voltage for the optical carrier that transmits the second optical waveguide according to the input high-frequency signal A Mach-Zehnder optical intensity modulator that outputs an optical signal that is modulated in accordance with the high-frequency signal by synthesizing optical signals from the first and second optical waveguides;
Optical filtering means for band-filtering an optical carrier and one of the first sidebands of the intensity-modulated optical signal output from the Mach-Zehnder type optical intensity modulator and outputting it to the optical transmission line. Prepared,
The optical signal receiver is
An optical amplifying means for amplifying an optical signal received through the optical transmission line with a predetermined positive amplification and outputting it;
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting the optical signal output from the optical amplification means into a high-frequency signal and outputting it,
The bias voltage of the Mach-Zehnder type optical intensity modulator is adjusted so that the power ratio between the optical carrier wave output from the optical amplification means and the first sideband is substantially 1.
[0007]
In the high-frequency signal transmission system, preferably, the high-frequency signal input to the Mach-Zehnder optical intensity modulator is modulated according to the input data signal.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency signal transmission system according to an embodiment of the present invention. In the high-frequency signal transmission system according to the present embodiment, the optical signal transmitter 100 and the optical signal receiver 200 are connected via an optical fiber cable 300 that is an optical transmission path. The optical signal transmitter 10 includes the optical bandpass filter 5, the optical signal receiver 200 includes the optical amplifier 31, and the bias voltage of the MZ type optical intensity modulator 10 is compared with the optical carrier wave output from the optical amplifier 31 and the first The sideband power ratio is adjusted so as to be substantially 1. That is, in the prior art document 1, a high-frequency signal is used under the condition that the optical bandpass filter 5 and the optical amplifier 31 are used to make only two optical signals, or the optical power input to the photodiode 32 is limited. Although a method for maximizing the output has not been studied, in this embodiment, the signal power of the high-frequency signal output from the photodiode 32 can be maximized by using the configuration of FIG. Thus, it is possible to transmit a high-frequency signal such as a low-loss signal with a significantly improved signal-to-noise power ratio as compared with the prior art.
[0010]
By the way, in the case of the conventional ROF, the photodiode is used as an envelope detector that outputs a high-frequency current proportional to the light intensity, but in principle, proportional to (light intensity) = (square of the optical electric field). It is a square detector that outputs the high frequency current. Therefore, once we move away from the intensity modulation method and consider a modulation method that maximizes the output high-frequency current when the input light intensity to the photodiode is limited, the input millimeter-wave signal whose intensity is equal and the difference frequency is to be transmitted. This means that only the two optical signals are transmitted. In addition, this modulation method is not affected by fading due to dispersion of the optical fiber cable compared to the case of transmitting more than three optical signals, and because the occupied bandwidth is narrow, the number of multiplexing at the time of wavelength multiplexing transmission can be increased. There are also advantages.
[0011]
In this embodiment, by using the above-described modulation method focused by the inventors, the input light intensity of the photodiode and the input signal intensity to the modulator are limited as compared with the conventional intensity modulation method. However, the present invention provides a configuration of a high-frequency signal transmission system using ROF that can obtain a larger output high-frequency current.
[0012]
Next, the configuration of the high-frequency signal transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0013]
In FIG. 1, a laser light source 1 oscillates in a stable single mode to supply an optical carrier, and uses a temperature-controlled, eg, DFB type laser light source. The optical carrier wave generated by the laser light source 1 is incident on the optical waveguide 14 of the MZ type light intensity modulator 10.
[0014]
In the MZ type light intensity modulator 10, optical waveguides 11, 12, 14, 15, an optical distributor 16 and an optical combiner 17 are formed on the LiNbO 3 substrate 20, and an electric field is applied to the optical waveguide 11. A pair of electrode lines 13 a are formed in the vicinity of the optical waveguide 11 so that the electric wave can be applied, and a pair of electrode lines 13 b is formed on the optical waveguide 12 so that an electric field can be applied to the optical waveguide 12. Closely formed. The optical carrier from the laser light source 1 enters the optical distributor 16 via the optical waveguide 14 and is divided into two by the optical distributor 16, and one optical carrier is output to the optical combiner 17 via the optical waveguide 11. The other optical carrier wave is output to the optical combiner 17 via the optical waveguide 12. The optical combiner 17 combines the two input optical carriers and outputs them to the optical bandpass filter 5 via the optical waveguide 15.
[0015]
Here, the variable bias voltage source 4 is connected to the electrode line 13a. The modulator 3 is connected to one end of the electrode line 13b via the coaxial cable 6, and the terminating resistor 7 is connected to the other end. One of the electrode lines 13a and 13b is grounded. The high-frequency signal from the high-frequency signal generator 2 is subjected to predetermined digital modulation such as QPSK according to the data signal input from the modulator 3, and the modulated high-frequency signal is output to the electrode line 13b.
[0016]
Therefore, the optical carrier wave propagating through the optical waveguide 11 is subjected to a certain phase change proportional to the bias voltage by the variable bias voltage source 4 due to the electro-optic effect of the MZ type light intensity modulator 10, and then output to the optical combiner 17. On the other hand, the optical carrier wave propagating through the optical waveguide 12 is phase-modulated with a phase change proportional to the voltage of the high-frequency signal output from the modulator 3, and then output to the optical combiner 17. By combining these two optical carriers, the light intensity is modulated.
[0017]
FIG. 2 is a graph showing an example of input / output characteristics of the MZ light intensity modulator 10 of FIG. As shown in FIG. 2, the MZ light intensity modulator 10 has input / output characteristics such that the output light intensity changes in a sine wave form with respect to the input bias voltage. The MZ type optical intensity modulator 10 needs to have a frequency characteristic that can be modulated with a high-frequency signal to be transmitted. For example, the impedance of the electrode line 13b matches that of an external circuit, and the modulation signal propagating therethrough A traveling wave type in which the velocity and the velocity of the light wave propagating in the optical waveguide 12 are matched is used. A high-frequency signal to be transmitted and a bias voltage are given as an input signal to the MZ type optical intensity modulator 10, and the bias voltage has a maximum output light intensity change proportional to the input signal voltage generally used ( Instead of V0) in FIG. 2, a value as described below is set.
[0018]
As shown in FIG. 3, in the optical waveguide 12, a large number of modulation sidebands (51a-53a, 51b-53b, etc.) are formed above and below the optical carrier 50 of the optical carrier frequency fc for phase modulation by an input high-frequency signal. ) Occurs. In the optical spectrum diagrams of FIGS. 3 to 7, the frequency f in the optical frequency region is taken on the horizontal axis, and the amplitude of each spectrum is expressed by the length of the I axis and the Q axis orthogonal to each other in the IQ plane. The relative phase between the spectra is represented by the angle from the axis.
[0019]
On the other hand, as shown in FIG. 4, in the optical waveguide 11, the optical carrier 60 is delayed by a predetermined delay phase φ by the bias voltage, and the delayed optical carrier 60a is output without being modulated. When these two optical signals are combined, the optical carrier wave having the same wavelength interferes with the phase difference determined by the bias voltage and changes its intensity, but the modulation sideband does not change.
[0020]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the bias voltage is adjusted at the output end of the optical combiner 17 so that the intensity of the optical carrier wave 70 is the same as the intensity of the first sideband 71a. In the MZ type optical intensity modulator 10, a large number of modulation sidebands (71a-73a, 71b-73b, etc.) are generated, but as shown in FIG. Only the band 71a (or only the first lower sideband 71b) may be passed, and the other modulation sidebands are removed.
[0021]
Next, after the optical signal from the optical bandpass filter 5 is transmitted over a long distance by the optical fiber cable 300, as shown in FIG. 7, the optical amplifier 31 in the optical signal receiver 200 is used in the vicinity of the saturated light input of the photodiode 32. Amplify with a predetermined positive amplification degree. Further, the amplified optical signal enters the photodiode 32 and is photoelectrically converted. The high-frequency signal after the photoelectric conversion is input to the demodulator 23, and the data signal is demodulated and output. The photodiode 32 is a current proportional to the square of the input optical electric field, and is a product of the direct current and the optical carrier wave selected by the optical bandpass filter 31 and the first upper side band, that is, a current proportional to the input high frequency signal. Output.
[0022]
【Example】
FIG. 8 is an experimental result of the high-frequency signal transmission system of FIG. 1, wherein the power ratio of the first upper sideband to the optical carrier wave at the output terminal of the optical amplifier 31 with respect to the bias voltage of the MZ type optical intensity modulator 10, and 3 is a graph showing high-frequency output power at an output terminal of a photodiode 32.
[0023]
In the experiment of FIG. 8, while maintaining the input light intensity to the photodiode 32 at a constant value of −6 dBm and changing the bias voltage of the MZ type light intensity modulator 10, The output high-frequency signal intensity from the photodiode 32 was measured. The input high frequency signal is 35 GHz. As apparent from FIG. 8, when the intensity ratio is 0 dB, that is, 1, the output high frequency intensity is maximum, and the normal bias point at which the fundamental wave component is maximum at the output end of the MZ type optical intensity modulator 10. It can be seen that an improvement amount of 17 dB is obtained compared to the case of using. This is because the optical carrier intensity is strong at the normal bias point (V0), and the gain of the optical amplifier cannot be set high due to saturation of the photodiode 32.
[0024]
As described above, in the high-frequency signal transmission system according to this embodiment, the bias voltage of the MZ-type optical intensity modulator 10 is substantially equal to the power ratio between the optical carrier wave output from the optical amplifier 31 and the first sideband. Therefore, the signal level of the high-frequency signal output from the photodiode 32 can be substantially maximized. As a result, a high-frequency signal such as a millimeter wave can be transmitted with low loss and a signal-to-noise power ratio that is significantly improved as compared with the prior art.
[0025]
In the above embodiment, the variable bias voltage source 4 is connected to the electrode line 13a. However, the present invention is not limited to this and may be connected to the electrode line 13b. In this case, the electrode line 13a can be omitted, and the device configuration is simplified.
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail, the high-frequency signal transmission system according to the present invention is a high-frequency signal transmission system in which an optical signal transmitter and an optical signal receiver are connected via an optical transmission line, The transmitter includes first and second optical waveguides branched from one optical waveguide that transmits an input optical carrier wave, and the optical carrier wave that transmits the second optical waveguide according to the input high frequency signal A Mach-Zehnder type optical intensity modulator that modulates using a bias voltage and outputs an optical signal intensity-modulated in accordance with the high-frequency signal by synthesizing optical signals from the first and second optical waveguides; An optical filtering means for band-filtering the optical carrier wave and one first sideband of the intensity-modulated optical signal output from the Zehnder-type optical intensity modulator and outputting it to the optical transmission line; The optical signal receiver is Optical amplifying means for amplifying an optical signal received through the optical transmission line with a predetermined positive amplification and outputting it, and optically converting the optical signal output from the optical amplifying means into a high-frequency signal for output The bias voltage of the Mach-Zehnder optical intensity modulator is adjusted so that the power ratio between the optical carrier wave output from the optical amplification means and the first sideband is substantially 1 To do. Therefore, it is possible to transmit a high-frequency signal such as a millimeter wave with a low loss and a signal-to-noise power ratio that is significantly improved as compared with the prior art.
[0027]
In the high-frequency signal transmission system, preferably, the high-frequency signal input to the Mach-Zehnder optical intensity modulator is modulated according to the input data signal. Therefore, a high-frequency signal such as a millimeter wave modulated according to the data signal can be transmitted with a low loss and a signal-to-noise power ratio greatly improved as compared with the conventional technique. Further, the distance over which the data signal can be transmitted without error can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency signal transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing an example of input / output characteristics of the Mach-Zehnder light intensity modulator (MZ light intensity modulator) of FIG.
3 is a spectrum diagram showing the spectrum of an optical signal output from the optical waveguide 12 of FIG. 1 on an IQ plane. FIG.
4 is a spectrum diagram showing the spectrum of an optical signal output from the optical waveguide 11 of FIG. 1 on an IQ plane. FIG.
FIG. 5 is a spectrum diagram showing the spectrum of an optical signal output from the optical combiner 17 in FIG. 1 on an IQ plane.
6 is a spectrum diagram showing the spectrum of an optical signal output from the optical bandpass filter 5 of FIG. 1 on an IQ plane. FIG.
7 is a spectrum diagram showing the spectrum of an optical signal output from the optical amplifier 31 of FIG. 1 on an IQ plane. FIG.
8 is an experimental result of the high-frequency signal transmission system of FIG. 1, wherein the ratio of the power of the first upper sideband to the optical carrier wave at the output terminal of the optical amplifier 31 with respect to the bias voltage of the MZ type optical intensity modulator 10; 3 is a graph showing high-frequency output power at an output terminal of a photodiode 32.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser light source,
2. High frequency signal generator,
3 ... Modulator,
4 ... Variable bias voltage source,
5 ... Optical bandpass filter,
6 ... Coaxial cable,
7: Resistance for termination,
10: Mach-Zehnder light intensity modulator (MZ light intensity modulator),
11, 12, 14, 15 ... optical waveguide,
13a, 13b ... a pair of electrode lines,
16: Optical distributor,
17 ... photosynthesizer,
20 ... LiNbO 3 substrate 31 ... Optical amplifier,
32 ... Photodiode,
33 ... demodulator,
100: optical signal transmitter,
200: optical signal receiver,
300: Optical fiber cable.

Claims (2)

光信号送信機と光信号受信機とが光伝送路を介して接続されてなる高周波信号伝送システムであって、
上記光信号送信機は、
入力される光搬送波を伝送する1つの光導波路から分岐した第1と第2の光導波路を有し、入力される高周波信号に従って第2の光導波路を伝送する光搬送波を所定のバイアス電圧を用いて変調し、第1と第2の光導波路からの光信号を合成することにより上記高周波信号に従って強度変調された光信号を出力するマッハ・ツェンダ型光強度変調器と、
上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器から出力される強度変調された光信号のうち光搬送波と一方の第1側波帯を帯域ろ波して上記光伝送路に出力する光ろ波手段とを備え、
上記光信号受信機は、
上記光伝送路を介して受信される光信号を所定の正の増幅度で増幅して出力する光増幅手段と、
上記光増幅手段から出力される光信号を高周波信号に光電変換して出力する光電変換手段とを備え、
上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器のバイアス電圧を、上記光増幅手段から出力される光搬送波と第1側波帯の電力比が実質的に1となるように調整することにより、上記光信号受信機の光電変換手段への入力信号強度が制限されている条件下であっても、上記電力比が実質的に1となる以外のときに比較して上記高周波信号の損失を低減しかつ信号対雑音電力比を増大させることを特徴とする高周波信号伝送システム。
A high-frequency signal transmission system in which an optical signal transmitter and an optical signal receiver are connected via an optical transmission line,
The optical signal transmitter is
An optical carrier that has first and second optical waveguides branched from one optical waveguide that transmits an input optical carrier and uses a predetermined bias voltage for the optical carrier that transmits the second optical waveguide according to the input high-frequency signal A Mach-Zehnder optical intensity modulator that outputs an optical signal that is modulated in accordance with the high-frequency signal by synthesizing optical signals from the first and second optical waveguides;
Optical filtering means for band-filtering an optical carrier and one of the first sidebands of the intensity-modulated optical signal output from the Mach-Zehnder type optical intensity modulator and outputting it to the optical transmission line. Prepared,
The optical signal receiver is
An optical amplifying means for amplifying an optical signal received through the optical transmission line with a predetermined positive amplification and outputting it;
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting the optical signal output from the optical amplification means into a high-frequency signal and outputting it,
By adjusting the bias voltage of the Mach-Zehnder optical intensity modulator so that the power ratio between the optical carrier wave output from the optical amplification means and the first sideband is substantially 1 , the optical signal Even under conditions where the input signal strength to the photoelectric conversion means of the receiver is limited, the loss of the high-frequency signal is reduced and the signal is lower than when the power ratio is not substantially 1. A high-frequency signal transmission system characterized by increasing a noise-to-noise ratio .
上記マッハ・ツェンダ型光強度変調器に入力される高周波信号は入力されるデータ信号に従って変調されたことを特徴とする請求項1記載の高周波信号伝送システム。  2. The high-frequency signal transmission system according to claim 1, wherein the high-frequency signal input to the Mach-Zehnder optical intensity modulator is modulated in accordance with the input data signal.
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JP2016092491A (en) 2014-10-30 2016-05-23 富士通株式会社 Radio transmission system and distortion compensation method
CN106788756A (en) * 2016-12-22 2017-05-31 中国电子科技集团公司第二十七研究所 Ultra wide band Larger Dynamic frequency conversion channel based on Microwave photonics
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