JP3918249B2

JP3918249B2 - Broadband FM modem

Info

Publication number: JP3918249B2
Application number: JP26167297A
Authority: JP
Inventors: 優布施
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JPH11103276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザと光ヘテロダイン検波を利用して、より広帯域な周波数変調信号（以下、ＦＭ変調信号）を発生し、これを復調する変復調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のＦＭ変復調装置の構成を示したブロック図である。この構成のＦＭ変復調装置は、例えば文献（K.Kikushima, et al, "Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Muti-Channel AM Video Transmission Systems", IOOC'95 Technical Digest, Vol.5 PD2-7, pp.33-34）に示されている。図６において、本ＦＭ変復調装置は、信号源６００と、周波数変調用レーザ（以下、ＦＭレーザ）６０１と、局発光源６０２と、光検波部６０３と、伝送部６０４と、識別部６０５と、分岐部６０６と、遅延部６０７と、論理演算部６０８と、フィルタ６０９とを備えている。なお、ＦＭレーザ６０１から光検波部６０３に至る部位を、ＦＭ変調装置６００１とし、識別部６０５から論理演算部６０８に至る部位を、ＦＭ復調装置６００２とする。
【０００３】
上記のように構成されたＦＭ変復調装置において、信号源６００はＦＭ変調すべき元信号となる電気信号を出力する。ＦＭレーザ６０１は、半導体レーザで構成され、注入電流一定の条件では一定波長λ1の光を発振し、注入電流を振幅変調すると、光強度と共に発振波長（光周波数）も変調を受け、波長λ1を中心とした光周波数変調信号を出力する。局発光源６０２は、一定波長λ0の無変調光を出力する。ＦＭレーザ６０１からの出力光信号、および局発光源６０２からの出力光は合波され、光検波部６０３に入力される。光検波部６０３は、自乗検波特性を有するフォトダイオードなどで構成され、ＦＭレーザ６０１からの出力光信号と局発光源６０２からの出力光の波長差△λに相当する周波数ｆcにおいて当該２つの光のビート信号を出力する（この動作を、光ヘテロダイン検波と呼ぶ）。このようにして得られたビート信号は、信号源６００からの電気信号を元信号としたＦＭ変調信号となる。識別部６０５は、伝送部６０４によって伝送されたＦＭ変調信号について、予め定められた閾値で識別、パルス化し、分岐部６０６は、識別部６０５からのパルス化ＦＭ変調信号を２分岐する。遅延部６０７は、分岐部６０６からの一方の出力信号に所定の伝搬遅延量を付与し、論理演算部６０８は、遅延部６０７からの出力信号と、分岐部６０６からのもう一方の出力信号との論理積（または排他的論理和）を作成し、出力する。フィルタ６０９は、論理演算部６０８からの出力信号について、前記信号源６００からの電気信号が占有する当該周波数帯域の信号成分のみを透過する。
【０００４】
以上のように、従来のＦＭ変復調装置では、ＦＭレーザ６０１と局発光源６０２に適当なものを使用することによって、一般の電気回路によるＦＭ変調装置では実現困難な高周波かつ広帯域なＦＭ変調信号を容易に生成し、また、論理演算部６０８などに高速ディジタル論理素子を用いた遅延検波系によって、これを容易に復調する。
【０００５】
但し、半導体レーザは、チャープ効率（注入電流の振幅変化に対する光周波数の変化率）が高く、発振安定性などの点で取り扱いが容易で、ＦＭレーザとして最適であるが、その構造上、出力光強度も変調を受けるため、光検波部６０３において得られる広帯域ＦＭ変調信号は、同時に振幅変調を受けたものとなる（図７(a)参照）。このようなＦＭ変調信号を遅延検波すると、その瞬時振幅に応じて復調効率が変動し、復調信号に歪が生じる。そこで、識別部６０５が、ＦＭ変調信号をパルス化し（図７(b)参照）、振幅変調成分を除去することによって、安定なＦＭ復調を実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成を有する従来のＦＭ変調装置では、ＦＭレーザ６０１に半導体レーザを使用するため、広帯域ＦＭ変調信号に振幅変調成分を有するが、遅延検波系（分岐部６０６〜論理演算部６０８）への入力前に、識別部６０５でＦＭ変調信号をパルス化することにより、これを除去している。しかしながら、図７(b)に示すように、識別部６０５における識別レベルに最適値（ＦＭ変調信号の中心レベル）からのズレａがあると、パルス化後のＦＭ変調信号の立ち上がりタイミングにズレが生じ、このズレ量（ｔ1、ｔ2）は、ＦＭ変調信号の瞬時周波数または瞬時振幅に依存し一定でないため（ｔ1≠ｔ2）、復調信号の直線歪となる。あるいは、これを防ぐために、識別レベルを高精度に調整する必要があるという課題を有していた。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、ＦＭ復調時におけるＦＭ変調信号の識別精度を緩和し、直線歪の発生を抑圧することのできるＦＭ変復調装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光ヘテロダイン方式により、電気信号を広帯域周波数変調信号（以下、広帯域ＦＭ変調信号）に変換し、さらに再変換するためのＦＭ変復調装置であって、
入力電気信号の振幅変化を光強度および光周波数の変化に一意に変換する所定の性質を備え、所定の中心波長λ1の光信号を出力する周波数変調用レーザ（以下、ＦＭレーザ）と、
所定の波長λ0の光を出力する局部発振光源（以下、局発光源）と、
自乗検波特性により、ＦＭレーザからの光信号と、局発光源からの光とを光ヘテロダイン検波して、両光信号の波長差△λ（＝｜λ1−λ0｜）に相当する中心周波数ｆc（＝１／｜λ1−λ0｜）においてビート信号（ＦＭ変調信号）を発生する光検波部と、
光検波部からのＦＭ変調信号を伝送する伝送部と、
伝送部からの平均振幅ＡcのＦＭ変調信号をパルス化する識別部と、
識別部からの出力信号を分岐する分岐部と、
分岐部からの一方の出力信号に所定の伝搬遅延量を付与する遅延部と、
遅延部からの出力信号と、分岐部からのもう一方の出力信号との論理積（または排他的論理和）を出力する論理演算部と、
ＦＭ変調信号について、当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように、かつＦＭ変調信号の中心周波数ｆcが所定値になるように、ＦＭレーザまたは局発光源を制御する制御部とを備える。
【０００９】
第２の発明は、光ヘテロダイン方式により、電気信号を広帯域周波数変調信号（以下、広帯域ＦＭ変調信号）に変換し、さらに再変換するためのＦＭ変復調装置であって、
入力電気信号の振幅変化を光強度および光周波数の変化に一意に変換する所定の性質を備え、所定の中心波長λ1の光信号を出力する周波数変調用レーザ（以下、ＦＭレーザ）と、
所定の波長λ0の光を出力する局部発振光源（以下、局発光源）と、
自乗検波特性により、ＦＭレーザからの光信号と、局発光源からの光とを光ヘテロダイン検波して、両光信号の波長差△λに相当する中心周波数ｆc（＝１／｜λ1−λ0｜）においてビート信号（ＦＭ変調信号）を発生する光検波部と、
光検波部からのＦＭ変調信号を伝送する伝送部と、
伝送部からのＦＭ変調信号の平均振幅Ａcを所定値に調整する振幅調整部と、
振幅調整部からのＦＭ変調信号をパルス化する識別部と、
識別部からの出力信号を分岐する分岐部と、
分岐部からの一方の出力信号に所定の伝搬遅延量を付与する遅延部と、
遅延部からの出力信号と、分岐部からのもう一方の出力信号との論理積（または排他的論理和）を出力する論理演算部と、
ＦＭ変調信号について、当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように、かつＦＭ変調信号の中心周波数ｆcが所定値になるように、ＦＭレーザまたは局発光源を制御する制御部とを備える。
【００１０】
第３の発明は、前記第１または第２の発明において、
ＦＭレーザは、当該瞬時光周波数の上昇と共に当該瞬時光強度が減少する性質を備え、
制御部は、ＦＭレーザの中心波長λ1が、局発光源の波長λ0に対して小さくなるように制御する。
【００１１】
第４の発明は、前記第１または第２の発明において、
ＦＭレーザは、当該瞬時光周波数の上昇と共に当該瞬時光強度が増大する性質を備え、
制御部は、ＦＭレーザの中心波長λ1が、局発光源の波長λ0に大して大きくなるように制御する。
【００１２】
第５の発明は、前記第１または第２の発明において、
ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の変化に対す当該瞬時振幅の１次の変化率α（αは整数、α＞０）と、ＦＭ変調信号の中心周波数ｆcと、識別部に入力されるＦＭ変調信号の平均振幅Ａcが、（数１）を満足する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係るＦＭ変調装置について、図１にその構成をブロック図を示すと共に、以下に説明する。図１において、本実施形態のＦＭ変調装置は、信号源１００と、周波数変調用レーザ（以下、ＦＭレーザ）１０１と、局部発振光源（以下、局発光源）１０２と、光検波部１０３と、伝送部１０４と、識別部１０５と、分岐部１０６と、遅延部１０７と、論理演算部１０８と、フィルタ１０９と、制御部１１０を備えている。さらに、制御部１１０は、第２の光検波部１１０１と、ＦＭ復調部１１０２と、動作条件制御部１１０３とを備えている。
【００１４】
次に、図１に示す実施形態の動作を説明する。ＦＭレーザ１０１は、半導体レーザで構成され、信号源１００から出力される電気信号によって注入電流を振幅変調することにより、光強度変調成分を伴った中心波長λ1の光周波数変調信号を出力する。光検波部１０３は、自乗検波特性を有し、ＦＭレーザ１０１からの光周波数変調信号と、局発光源１０２から出力される波長λ0の光とを光ヘテロダイン検波することによって、当該波長差△λ（＝｜λ1−λ0｜）に相当する中心周波数ｆcに、光周波数変調信号をダウンコンバートしたＦＭ変調信号を出力する。識別部１０５は、伝送部１０４によって伝送されたＦＭ変調信号を、予め定められた閾値において識別、パルス化する（図２参照）。分岐部１０６が、パルス化されたＦＭ変調信号を分岐した後、その一方について遅延部１０７が所定の伝搬遅延量を付与し、論理演算部１０８は、遅延部１０７からの出力信号と、分岐部１０６からのもう一方の出力信号との論理積（または排他的論理和）を生成する。フィルタ１０９は、論理演算部１０８からの出力信号について、信号源１００からの電気信号が占有する当該周波数帯域の成分のみを透過する。
【００１５】
制御部１１０は、識別部１０５におけるＦＭ変調信号のパルス化に際して発生する直線歪を抑圧するために、ＦＭレーザ１０１または局発光源１０２の動作条件を制御して、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように調整し、かつＦＭ変調信号の中心周波数ｆcを所定値に設定する。その動作を詳しく説明する。図２は、識別部１０５に入力されるＦＭ変調信号とパルス化後のＦＭ変調信号の波形を、異なる瞬時時間（Ｔ1、Ｔ2）において、模式的に示している。ＦＭ変調信号は、上述したように、周波数変調成分と共に振幅変調成分を有しており、瞬時周波数の変化に対する瞬時振幅の変化率を−α（αは整数、α＞０）とし、識別部１０５に入力するＦＭ変調信号の平均振幅（瞬時周波数ｆcの場合における瞬時振幅）をＡc（Ａc＞０）とすると、識別部１０５に入力されるＦＭ変調信号の瞬時周波数ｆと、対応する瞬時振幅Ａ（ｆ）は、以下の式（数２）のように関係付けられる。
【００１６】
【数２】

【００１７】
図２では、瞬時周波数ｆ1（＝ｆc−△ｆ）およびｆ2（＝ｆc＋△ｆ）において、それぞれ以下の式（数３）、（数４）で表される瞬時振幅Ａ1およびＡ2を有している（Ａ1＞Ａ2）。但し、図２に示すように、瞬時振幅Ａ1およびＡ2は、実際の瞬時振幅（Ａ1’およびＡ2’）に対し近似的に表したものとする。
【００１８】
【数３】

【００１９】
【数４】

【００２０】
このＦＭ変調信号を、識別部１０５が、ＦＭ変調信号の中心レベル（Ｖ0）からのズレａの閾値Ｖref で識別すると、パルス化ＦＭ変調信号の立ち上がりタイミング（パルスの発生時間）の各ズレ量ｔ1、ｔ2は、以下の式（数５）、（数６）で表される。
【００２１】
【数５】

【００２２】
【数６】

【００２３】
さらに、パルス発生時間のズレの偏差△ｔは、（数７）と表される。
【００２４】
【数７】
Δｔ＝ｔ２−ｔ１
＝（ａ／４）・２Δｆ（αｆ_c−Ａ_c）／（（ｆ_c−Δｆ²）（Ａ_c−α²Δｆ²））
【００２５】
上式は、パルス発生時間のズレの偏差△ｔが、周波数偏差△ｆの１次式で表現されており、このようなＦＭ変調信号を復徴すると、２次の直線歪が発生することを示している。上式より、（数１）の条件を満たすように、制御部１１０は、ＦＭ変調信号の中心周波数ｆcを設定することによって、識別部１０５における識別用閾値のズレａの大きさに関わらず、瞬時周波数の差異によるパルス発生時間のズレの偏差を抑圧し（△ｔ＝０）、ＦＭ変調信号のパルス化に際して発生する直線歪を低減することができる。
【００２６】
以上説明したように、第１の発明によれば、ＦＭレーザまたは局発光源を最適に制御することによって、ＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和することができる。
【００２７】
本発明の別の実施形態に係るＦＭ変調装置について、図３にその構成をブロック図を示すと共に、以下に説明する。図３において、本実施形態のＦＭ変調装置は、図１の制御部１１０に代えて、振幅調整部３０１を備える。
【００２８】
次に、図３に示す実施形態の動作を説明する。本実施の形態の構成は、前述の第１の実施の形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。その構成において、ＦＭレーザ１０１または局発光源１０２は、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の上昇に対して当該瞬時振幅が減少するように、各動作条件を設定される。振幅調整部３０１は、識別部１０５に入力するＦＭ変調信号の振幅を調整して、ＦＭレーザ変調信号の当該瞬時周波数の変化に対する当該瞬時振幅の変化率−α、ＦＭ変調信号の中心周波数ｆcに対して、識別部１０５への入力時の平均振幅Ａcが、（数１）を満たすように設定する。
【００２９】
以上説明したように、第２の発明によれば、識別部に入力するＦＭ変調信号の振幅を最適に制御することによって、任意の中心周波数ｆcのＦＭ変調信号に対し、その識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和することができる。
【００３０】
本発明の第３の実施形態に係るＦＭ変調装置について、図４にその構成をブロック図を示すと共に、以下に説明する。図４において、本実施形態のＦＭ変調装置は、図１に加えて、振幅調整部３０１を備える。
【００３１】
次に、図４に示す実施形態の動作を説明する。本実施の形態の構成は、前述の第１の実施の形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。その構成において、制御部１１０が、ＦＭレーザ１０１または局発光源１０２の動作条件を制御して、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の上昇に対して当該瞬時振幅が減少し、かつＦＭ変調信号の中心周波数ｆcを調整すると共に、振幅調整部３０１が、識別部１０５に入力するＦＭ変調信号の振幅を調整して、ＦＭ変調信号の瞬時周波数の変化に対する瞬時振幅の変化率−αに対して、ＦＭ変調信号の中心周波数ｆc、および識別部１０５への入力時の平均振幅Ａcが、（数１）を満たすようにする。
【００３２】
以上説明したように、第３の発明によれば、ＦＭレーザまたは局発光源を最適に制御し、かつ識別部に入力するＦＭ変調信号の振幅を最適に制御することによって、より柔軟にＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和することができる。
【００３３】
本発明の第４および第５の実施形態に係るＦＭ変調装置について、以下に説明する。本実施の形態の構成は、前述の第１、第２または第３の実施の形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。その構成において、第４の実施の形態では、ＦＭレーザ１０１は、当該瞬時光周波数の上昇と共に当該瞬時光強度が減少する性質を備えた半導体レーザであり、制御部１１０は、ＦＭレーザ１０１の波長λ1が局発光源１０２の波長λ0に対して小さくなるように、すなわち、図５(a)に示すようにＦＭレーザ１０１の光周波数が局発光源１０２の光周波数より高周波になるように、ＦＭレーザ１０１または局発光源１０２の動作条件を制御する。
【００３４】
また、第５の実施の形態では、ＦＭレーザ１０１は、当該瞬時光周波数の上昇と共に当該瞬時光振幅が増大する性質を備えた半導体レーザであり、制御部１１０は、ＦＭレーザ１０１の波長λ1が局発光源１０２の波長λ0に対して大きくなるように、すなわち、図５(b)に示すようにＦＭレーザ１０１の光周波数が局発光源１０２の光周波数より低周波になるように、ＦＭレーザ１０１または局発光源１０２の動作条件を制御する。
【００３５】
以上説明したように、第４または第５の発明によれば、ＦＭレーザとして、当該注入電流の増大に対して、当該発振波長が、長波長側に変化するタイプ、あるいは短波長側に変化するタイプのどちらを採用した場合においても、ＦＭレーザと局発光源の各発振波長の相対的な関係を適切に制御することによって、（数２）に示した関係を実現し、これによって、ＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和することができる。なお、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の変化に対する当該瞬時振幅の変化率αは、ＦＭレーザの当該瞬時光周波数の変化に対する当該瞬時光強度の変化率βと、以下のように関係付けられる。
【００３６】
すなわち、第４の発明においては、（数８）であり、
【００３７】
【数８】

【００３８】
第５の発明においては、（数９）である。
【００３９】
【数９】

【００４０】
【発明の効果】
第１の発明では、制御部が、ＦＭレーザまたは局発光源の動作条件（バイアス電流値または環境温度）を制御することによって、光検波部で得られるＦＭ変調信号について、当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように設定し、かつ、ＦＭ変調信号の中心周波数（搬送波周波数）ｆcを所定値に調整する。すなわち、ＦＭレーザの瞬時光周波数の変化に対する瞬時光強度の１次の変化率と、識別部へ入力するＦＭ変調信号の平均振幅Ａcに対して、ＦＭレーザまたは局発光源の発振波長を最適に制御することによって、ＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和できる。
【００４１】
第２の発明では、制御部が、ＦＭレーザまたは局発光源の動作条件（バイアス電流値または環境温度）を制御することによって、光検波部で得られるＦＭ変調信号について、当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように設定し、かつ、ＦＭ変調信号の中心周波数（搬送波周波数）ｆcを所定値に調整する。また、振幅調整部が、識別部へ入力するＦＭ変調信号の平均振幅Ａcを所定値に調整する。すなわち、ＦＭレーザの瞬時光周波数の変化に対する瞬時光強度の１次の変化率に対して、ＦＭレーザまたは局発光源の発振波長を最適に制御し、ＦＭ変調信号の振幅を最適に設定することによって、より柔軟にＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和できる。
【００４２】
第３および第４の発明では、ＦＭレーザとして、当該注入電流の増大に対して、当該発振波長が、長波長側に変化するタイプ、あるいは短波長側に変化するタイプのどちらを採用した場合においても、ＦＭレーザと局発光源の各発振波長の相対的な関係を適切に制御することによって、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の上昇と共に当該瞬時振幅が減少するように設定し、ＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪を抑圧し、その識別精度を緩和できる。
【００４３】
第５の発明では、ＦＭ変調信号の当該瞬時周波数の変化に対する瞬時振幅の１次の変化率αと、ＦＭ変調信号の中心周波数ｆcと、識別部に入力されるＦＭ変調信号の平均振幅Ａcが、（数１）の関係を満足することによって、ＦＭ変調信号の識別時に発生する直線歪をより正確に抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＦＭ変復調装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＦＭ変調信号の識別動作を説明するための模式図
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＦＭ変復調装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施形態に係るＦＭ変復調装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第４および第５の実施形態に係るＦＭ変復調装置におけるＦＭレーザおよび局発光源の動作条件を説明するための模式図
【図６】従来のＦＭ変調装置の構成を示すブロック図
【図７】ＦＭ変調信号の識別時における直線歪の発生を説明するための模式図
【符号の説明】
１００信号源
１０１ＦＭレーザ
１０２局発光源
１０３光検波部
１０４伝送部
１０５識別部
１０６分岐部
１０７遅延部
１０８論理演算部
１０９フィルタ
１１０制御部
１１０１第２の光検波部
１１０２ＦＭ復調部
１１０３動作条件制御部
２０１振幅調整部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a modulation / demodulation apparatus that generates and demodulates a wider frequency modulation signal (hereinafter referred to as FM modulation signal) using a semiconductor laser and optical heterodyne detection.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a conventional FM modem. An FM modulation / demodulation apparatus having this configuration is described in, for example, literature (K. Kikushima, et al, “Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Muti-Channel AM Video Transmission Systems”, IOOC'95 Technical Digest, Vol. 5 PD2. -7, pp.33-34). In FIG. 6, this FM modulation / demodulation apparatus includes a signal source 600, a frequency modulation laser (hereinafter referred to as FM laser) 601, a local light source 602, an optical detection unit 603, a transmission unit 604, an identification unit 605, A branching unit 606, a delay unit 607, a logical operation unit 608, and a filter 609 are provided. A part from the FM laser 601 to the optical detection unit 603 is referred to as an FM modulation device 6001, and a part from the identification unit 605 to the logical operation unit 608 is referred to as an FM demodulation device 6002.
[0003]
In the FM modulation / demodulation apparatus configured as described above, the signal source 600 outputs an electrical signal which is an original signal to be FM modulated. The FM laser 601 is composed of a semiconductor laser and oscillates light having a constant wavelength λ1 under the condition of constant injection current. When the injection current is amplitude-modulated, the oscillation wavelength (optical frequency) is also modulated along with the light intensity, and the wavelength λ1 The optical frequency modulation signal centered is output. The local light source 602 outputs unmodulated light having a constant wavelength λ0. The output optical signal from the FM laser 601 and the output light from the local light source 602 are combined and input to the optical detection unit 603. The optical detection unit 603 includes a photodiode having a square detection characteristic, and the two light beams at a frequency fc corresponding to the wavelength difference Δλ between the output optical signal from the FM laser 601 and the output light from the local light source 602. (This operation is called optical heterodyne detection). The beat signal obtained in this way becomes an FM modulation signal using the electric signal from the signal source 600 as an original signal. The identifying unit 605 identifies and pulses the FM modulated signal transmitted by the transmitting unit 604 with a predetermined threshold, and the branching unit 606 branches the pulsed FM modulated signal from the identifying unit 605 in two. The delay unit 607 gives a predetermined propagation delay amount to one output signal from the branch unit 606, and the logic operation unit 608 outputs the output signal from the delay unit 607 and the other output signal from the branch unit 606. Create and output the logical product (or exclusive OR) of. The filter 609 transmits only the signal component in the frequency band occupied by the electrical signal from the signal source 600 with respect to the output signal from the logic operation unit 608.
[0004]
As described above, in the conventional FM modulation / demodulation apparatus, by using appropriate ones for the FM laser 601 and the local light source 602, it is possible to generate a high-frequency and wide-band FM modulation signal that is difficult to realize with an FM modulation apparatus using a general electric circuit. It is easily generated and demodulated easily by a delay detection system using a high-speed digital logic element for the logic operation unit 608 or the like.
[0005]
However, a semiconductor laser has a high chirp efficiency (change rate of optical frequency with respect to an amplitude change of injection current), is easy to handle in terms of oscillation stability and the like, and is optimal as an FM laser. Since the intensity is also modulated, the broadband FM modulation signal obtained in the optical detection unit 603 is subjected to amplitude modulation at the same time (see FIG. 7A). When such an FM modulation signal is delayed, the demodulation efficiency varies depending on the instantaneous amplitude, and the demodulated signal is distorted. Therefore, stable FM demodulation can be realized by the identification unit 605 pulsing the FM modulation signal (see FIG. 7B) and removing the amplitude modulation component.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional FM modulation apparatus having the above-described configuration, a semiconductor laser is used as the FM laser 601. Therefore, the broadband FM modulation signal has an amplitude modulation component, but a delay detection system (branching unit 606 to logic operation unit 608). Prior to the input, the identification unit 605 pulses the FM modulated signal to remove it. However, as shown in FIG. 7B, if the discriminating level in the discriminating unit 605 is shifted from the optimum value (the center level of the FM modulated signal), the rising timing of the FM modulated signal after pulsing is shifted. This amount of deviation (t1, t2) depends on the instantaneous frequency or amplitude of the FM modulated signal and is not constant (t1 ≠ t2), resulting in linear distortion of the demodulated signal. Or in order to prevent this, it had the subject that it was necessary to adjust an identification level with high precision.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an FM modulation / demodulation apparatus that can relax the accuracy of FM modulation signal identification during FM demodulation and suppress the occurrence of linear distortion.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is an FM modulation / demodulation device for converting an electric signal into a wideband frequency modulation signal (hereinafter referred to as a wideband FM modulation signal) by an optical heterodyne method, and further reconverting the signal.
A frequency modulation laser (hereinafter referred to as FM laser) having a predetermined property for uniquely converting an amplitude change of an input electric signal into a change in light intensity and optical frequency, and outputting an optical signal having a predetermined center wavelength λ 1;
A local oscillation light source (hereinafter referred to as a local light source) that outputs light having a predetermined wavelength λ0;
Due to the square wave detection characteristic, the optical signal from the FM laser and the light from the local light source are subjected to optical heterodyne detection, and the center frequency fc (= λ (= | λ1−λ0 |)) corresponding to the wavelength difference Δλ (= | λ1−λ0 |) of both optical signals. = 1 / | λ1-λ0 |), a light detection unit that generates a beat signal (FM modulation signal);
A transmission unit for transmitting an FM modulated signal from the optical detection unit;
An identification unit for pulsing an FM modulated signal having an average amplitude Ac from the transmission unit;
A branching unit for branching the output signal from the identification unit;
A delay unit that gives a predetermined propagation delay amount to one output signal from the branch unit;
A logical operation unit that outputs a logical product (or exclusive OR) of the output signal from the delay unit and the other output signal from the branch unit;
The FM modulation signal includes a control unit that controls the FM laser or the local light source so that the instantaneous amplitude decreases as the instantaneous frequency increases and the center frequency fc of the FM modulation signal becomes a predetermined value. .
[0009]
A second invention is an FM modulation / demodulation device for converting an electric signal into a wideband frequency modulation signal (hereinafter referred to as a wideband FM modulation signal) by an optical heterodyne method, and further reconverting the signal.
A frequency modulation laser (hereinafter referred to as FM laser) having a predetermined property for uniquely converting an amplitude change of an input electric signal into a change in light intensity and optical frequency, and outputting an optical signal having a predetermined center wavelength λ 1;
A local oscillation light source (hereinafter referred to as a local light source) that outputs light having a predetermined wavelength λ0;
Due to the square detection characteristic, the optical signal from the FM laser and the light from the local light source are optically heterodyne detected, and the center frequency fc (= 1 / | λ1−λ0 |) corresponding to the wavelength difference Δλ between the two optical signals. ) In which a beat signal (FM modulation signal) is generated,
A transmission unit for transmitting an FM modulated signal from the optical detection unit;
An amplitude adjustment unit for adjusting the average amplitude Ac of the FM modulation signal from the transmission unit to a predetermined value;
An identification unit for pulsing the FM modulation signal from the amplitude adjustment unit;
A branching unit for branching the output signal from the identification unit;
A delay unit that gives a predetermined propagation delay amount to one output signal from the branch unit;
A logical operation unit that outputs a logical product (or exclusive OR) of the output signal from the delay unit and the other output signal from the branch unit;
The FM modulation signal includes a control unit that controls the FM laser or the local light source so that the instantaneous amplitude decreases as the instantaneous frequency increases and the center frequency fc of the FM modulation signal becomes a predetermined value. .
[0010]
According to a third invention, in the first or second invention,
The FM laser has the property that the instantaneous light intensity decreases as the instantaneous light frequency increases.
The control unit controls the center wavelength λ1 of the FM laser to be smaller than the wavelength λ0 of the local light source.
[0011]
According to a fourth invention, in the first or second invention,
The FM laser has the property that the instantaneous light intensity increases as the instantaneous light frequency increases .
The control unit controls the center wavelength λ1 of the FM laser to be larger than the wavelength λ0 of the local light source.
[0012]
According to a fifth invention, in the first or second invention,
The primary change rate α (α is an integer, α> 0) of the instantaneous amplitude with respect to the change of the instantaneous frequency of the FM modulated signal, the center frequency fc of the FM modulated signal, and the FM modulated signal input to the identification unit The average amplitude Ac satisfies (Equation 1).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An FM modulation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, an FM modulation apparatus according to the present embodiment includes a signal source 100, a frequency modulation laser (hereinafter referred to as FM laser) 101, a local oscillation light source (hereinafter referred to as local light source) 102, an optical detection unit 103, A transmission unit 104, an identification unit 105, a branching unit 106, a delay unit 107, a logical operation unit 108, a filter 109, and a control unit 110 are provided. Furthermore, the control unit 110 includes a second optical detection unit 1101, an FM demodulation unit 1102, and an operation condition control unit 1103.
[0014]
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. The FM laser 101 is composed of a semiconductor laser, and outputs an optical frequency modulation signal having a center wavelength λ 1 accompanied by a light intensity modulation component by amplitude-modulating an injection current with an electric signal output from the signal source 100. The optical detection unit 103 has a square detection characteristic, and performs optical heterodyne detection on the optical frequency modulation signal from the FM laser 101 and the light with the wavelength λ0 output from the local light source 102, thereby detecting the wavelength difference Δλ. An FM modulation signal obtained by down-converting the optical frequency modulation signal is output to a center frequency fc corresponding to (= | λ1-λ0 |). The identification unit 105 identifies and pulses the FM modulated signal transmitted by the transmission unit 104 with a predetermined threshold (see FIG. 2). After the branching unit 106 branches the pulsed FM modulated signal, the delay unit 107 gives a predetermined propagation delay amount to one of them, and the logic operation unit 108 outputs the output signal from the delay unit 107 and the branching unit. A logical product (or exclusive OR) with the other output signal from 106 is generated. The filter 109 transmits only the component of the frequency band occupied by the electrical signal from the signal source 100 with respect to the output signal from the logic operation unit 108.
[0015]
The control unit 110 controls the operating conditions of the FM laser 101 or the local light source 102 in order to suppress the linear distortion that occurs when the FM modulation signal is pulsed in the identification unit 105, and controls the instantaneous frequency of the FM modulation signal. Adjustment is made so that the instantaneous amplitude decreases with increasing, and the center frequency fc of the FM modulation signal is set to a predetermined value. The operation will be described in detail. FIG. 2 schematically shows waveforms of the FM modulation signal input to the identification unit 105 and the pulsed FM modulation signal at different instantaneous times (T1, T2). As described above, the FM modulation signal has an amplitude modulation component in addition to the frequency modulation component, and the change rate of the instantaneous amplitude with respect to the change of the instantaneous frequency is set to −α (α is an integer, α> 0), and the identification unit 105 Assuming that the average amplitude (instantaneous amplitude in the case of the instantaneous frequency fc) of the FM modulation signal input to AC is Ac (Ac> 0), the instantaneous frequency f of the FM modulation signal input to the identification unit 105 and the corresponding instantaneous amplitude A (F) is related as in the following equation (Equation 2).
[0016]
[Expression 2]

[0017]
In FIG. 2, the instantaneous frequencies f1 (= fc−Δf) and f2 (= fc + Δf) have instantaneous amplitudes A1 and A2 expressed by the following equations (Equation 3) and (Equation 4), respectively. (A1> A2). However, as shown in FIG. 2, it is assumed that the instantaneous amplitudes A1 and A2 are approximated with respect to the actual instantaneous amplitudes (A1 ′ and A2 ′).
[0018]
[Equation 3]

[0019]
[Expression 4]

[0020]
When the discriminating unit 105 discriminates this FM modulation signal by the threshold value Vref of the deviation a from the center level (V0) of the FM modulation signal, each deviation amount t1 of the rising timing (pulse generation time) of the pulsed FM modulation signal. , T2 are expressed by the following equations (Equation 5) and (Equation 6).
[0021]
[Equation 5]

[0022]
[Formula 6]

[0023]
Further, the deviation Δt of the deviation of the pulse generation time is expressed as (Equation 7).
[0024]
[Expression 7]
Δt = t2−t1
= (A / 4) · 2Δf (αf _c −A _c ) / ((f _c −Δf ² ) (A _c −α ² Δf ² ))
[0025]
In the above equation, the deviation Δt of the deviation of the pulse generation time is expressed by a linear expression of the frequency deviation Δf. When such an FM modulated signal is recollected, a second-order linear distortion is generated. Show. From the above equation, the control unit 110 sets the center frequency fc of the FM modulation signal so as to satisfy the condition of (Equation 1), regardless of the size of the discrimination threshold deviation a in the discrimination unit 105. The deviation of the pulse generation time deviation due to the difference in the instantaneous frequency can be suppressed (Δt = 0), and the linear distortion generated when the FM modulated signal is pulsed can be reduced.
[0026]
As described above, according to the first invention, by controlling the FM laser or the local light source optimally, it is possible to suppress the linear distortion that occurs during the identification of the FM modulation signal and to relax the identification accuracy. it can.
[0027]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an FM modulation apparatus according to another embodiment of the present invention, and will be described below. In FIG. 3, the FM modulation apparatus of this embodiment includes an amplitude adjustment unit 301 instead of the control unit 110 of FIG. 1.
[0028]
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be described. Since the configuration of this embodiment conforms to that of the first embodiment described above, only the differences will be described below. In the configuration, each operating condition is set so that the FM laser 101 or the local light source 102 decreases the instantaneous amplitude with respect to the increase in the instantaneous frequency of the FM modulation signal. The amplitude adjustment unit 301 adjusts the amplitude of the FM modulation signal input to the identification unit 105 so that the change rate of the instantaneous amplitude with respect to the change of the instantaneous frequency of the FM laser modulation signal is −α and the center frequency fc of the FM modulation signal. On the other hand, the average amplitude Ac at the time of input to the identification unit 105 is set so as to satisfy (Equation 1).
[0029]
As described above, according to the second invention, a straight line generated at the time of discriminating an FM modulated signal having an arbitrary center frequency fc by optimally controlling the amplitude of the FM modulated signal input to the discriminating unit. Distortion can be suppressed and the identification accuracy can be relaxed.
[0030]
A configuration of an FM modulation apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 4, the FM modulation apparatus of this embodiment includes an amplitude adjustment unit 301 in addition to FIG. 1.
[0031]
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 4 will be described. Since the configuration of this embodiment conforms to that of the first embodiment described above, only the differences will be described below. In the configuration, the control unit 110 controls the operating conditions of the FM laser 101 or the local light source 102, the instantaneous amplitude decreases with respect to the increase of the instantaneous frequency of the FM modulation signal, and the center of the FM modulation signal In addition to adjusting the frequency fc, the amplitude adjusting unit 301 adjusts the amplitude of the FM modulated signal input to the identifying unit 105, so that the FM changes with respect to the instantaneous amplitude change rate −α with respect to the instantaneous frequency change of the FM modulated signal. The center frequency fc of the modulation signal and the average amplitude Ac at the time of input to the identification unit 105 are set to satisfy (Equation 1).
[0032]
As described above, according to the third invention, the FM laser or the local light source is optimally controlled, and the amplitude of the FM modulation signal input to the identification unit is optimally controlled, so that the FM modulation can be performed more flexibly. It is possible to suppress the linear distortion that occurs at the time of signal identification and to relax the identification accuracy.
[0033]
The FM modulators according to the fourth and fifth embodiments of the present invention will be described below. Since the configuration of the present embodiment conforms to the first, second, or third embodiment described above, only the differences will be described below. In this configuration, in the fourth embodiment, the FM laser 101 is a semiconductor laser having a property that the instantaneous light intensity decreases as the instantaneous light frequency increases, and the control unit 110 uses the wavelength of the FM laser 101. FM so that λ1 is smaller than the wavelength λ0 of the local light source 102, that is, the optical frequency of the FM laser 101 is higher than the optical frequency of the local light source 102 as shown in FIG. The operating conditions of the laser 101 or the local light source 102 are controlled.
[0034]
In the fifth embodiment, the FM laser 101 is a semiconductor laser having a property that the instantaneous light amplitude increases as the instantaneous light frequency increases, and the controller 110 determines that the wavelength λ1 of the FM laser 101 is The FM laser is set so as to be larger than the wavelength λ0 of the local light source 102, that is, so that the optical frequency of the FM laser 101 is lower than the optical frequency of the local light source 102 as shown in FIG. 101 or the operating conditions of the local light source 102 are controlled.
[0035]
As described above, according to the fourth or fifth invention, as the FM laser, the oscillation wavelength changes to the long wavelength side or the short wavelength side with respect to the increase of the injection current. Regardless of which type is used, the relationship shown in (Equation 2) is realized by appropriately controlling the relative relationship between the oscillation wavelengths of the FM laser and the local light source, thereby achieving FM modulation. It is possible to suppress the linear distortion that occurs at the time of signal identification and to relax the identification accuracy. The change rate α of the instantaneous amplitude with respect to the change in the instantaneous frequency of the FM modulation signal is related to the change rate β of the instantaneous light intensity with respect to the change in the instantaneous light frequency of the FM laser as follows.
[0036]
That is, in the fourth invention, (Equation 8)
[0037]
[Equation 8]

[0038]
In the fifth invention, (Equation 9).
[0039]
[Equation 9]

[0040]
【The invention's effect】
In the first invention, the control unit controls the operating condition (bias current value or environmental temperature) of the FM laser or the local light source, thereby increasing the instantaneous frequency of the FM modulation signal obtained by the optical detection unit. The instantaneous amplitude is set to decrease, and the center frequency (carrier frequency) fc of the FM modulation signal is adjusted to a predetermined value. That is, the oscillation wavelength of the FM laser or the local light source is optimized with respect to the primary change rate of the instantaneous light intensity with respect to the change of the instantaneous light frequency of the FM laser and the average amplitude Ac of the FM modulation signal input to the identification unit. By controlling, linear distortion generated at the time of identification of the FM modulation signal can be suppressed, and the identification accuracy can be relaxed.
[0041]
In the second invention, the control unit controls the operating condition (bias current value or environmental temperature) of the FM laser or the local light source, thereby increasing the instantaneous frequency of the FM modulation signal obtained by the optical detection unit. The instantaneous amplitude is set to decrease, and the center frequency (carrier frequency) fc of the FM modulation signal is adjusted to a predetermined value. The amplitude adjustment unit adjusts the average amplitude Ac of the FM modulation signal input to the identification unit to a predetermined value. That is, the oscillation wavelength of the FM laser or the local light source is optimally controlled and the amplitude of the FM modulation signal is optimally set with respect to the primary change rate of the instantaneous light intensity with respect to the change of the instantaneous light frequency of the FM laser. Therefore, it is possible to more flexibly suppress the linear distortion that occurs when the FM modulated signal is identified, and to relax the identification accuracy.
[0042]
In the third and fourth aspects of the invention, as the FM laser, a type in which the oscillation wavelength changes to the long wavelength side or a type that changes to the short wavelength side with respect to the increase of the injection current is employed. In addition, by appropriately controlling the relative relationship between the oscillation wavelengths of the FM laser and the local light source, the instantaneous amplitude of the FM modulation signal is set to decrease with the increase of the instantaneous frequency of the FM modulation signal. Linear distortion that occurs during identification can be suppressed, and the identification accuracy can be relaxed.
[0043]
In the fifth invention, the first-order rate of change α of the instantaneous amplitude with respect to the change in the instantaneous frequency of the FM modulation signal, the center frequency fc of the FM modulation signal, and the average amplitude Ac of the FM modulation signal input to the identification unit are By satisfying the relationship of (Equation 1), it is possible to more accurately suppress the linear distortion that occurs when the FM modulated signal is identified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an FM modulation / demodulation apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an FM modulation signal identification operation according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an FM modem according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an FM modem according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operating conditions of the FM laser and the local light source in the FM modem according to the fourth and fifth embodiments of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a conventional FM modulator. 7] Schematic diagram for explaining the occurrence of linear distortion during identification of FM modulated signals
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Signal source 101 FM laser 102 Local light emission source 103 Optical detection part 104 Transmission part 105 Identification part 106 Branch part 107 Delay part 108 Logic operation part 109 Filter 110 Control part 1101 2nd optical detection part 1102 FM demodulation part 1103 Operation condition control Unit 201 Amplitude adjustment unit

Claims

An FM modulation / demodulation device for converting an electric signal into a wideband frequency modulation signal (hereinafter referred to as a wideband FM modulation signal) by an optical heterodyne method,
A frequency modulation laser (hereinafter referred to as FM laser) having a predetermined property for uniquely converting an amplitude change of an input electric signal into a change in light intensity and optical frequency, and outputting an optical signal having a predetermined center wavelength λ 1;
A local oscillation light source (hereinafter referred to as a local light source) that outputs light having a predetermined wavelength λ0;
A center frequency corresponding to the wavelength difference Δλ (= | λ1−λ0 |) of the optical signal by optical heterodyne detection of the optical signal from the FM laser and the light from the local light source due to square detection characteristics. an optical detector for generating a beat signal (FM modulation signal) at fc (= 1 / | λ1−λ0 |);
A transmission unit for transmitting an FM modulation signal from the optical detection unit;
An identification unit for pulsing an FM modulated signal having an average amplitude Ac from the transmission unit;
A branching unit that branches an output signal from the identification unit;
A delay unit that gives a predetermined propagation delay amount to one output signal from the branch unit;
A logical operation unit that outputs a logical product (or exclusive OR) of the output signal from the delay unit and the other output signal from the branch unit;
Control for controlling the FM laser or the local light source so that the instantaneous amplitude of the FM modulated signal decreases as the instantaneous frequency increases and the center frequency fc of the FM modulated signal becomes a predetermined value. And an FM modulation / demodulation device.

An FM modulation / demodulation device for converting an electric signal into a wideband frequency modulation signal (hereinafter referred to as a wideband FM modulation signal) by an optical heterodyne method,
A frequency modulation laser (hereinafter referred to as an FM laser) having a predetermined property for uniquely converting an amplitude change of an input electric signal into a change in light intensity and optical frequency, and outputting an optical signal having a predetermined center wavelength λ1;
A local oscillation light source (hereinafter referred to as a local light source) that outputs light having a predetermined wavelength λ0;
Based on the square detection characteristic, the optical signal from the FM laser and the light from the local light source are subjected to optical heterodyne detection, and the center frequency fc (= 1 / | λ1− corresponding to the wavelength difference Δλ between the two optical signals is detected. an optical detector for generating a beat signal (FM modulation signal) at λ0 |);
A transmission unit for transmitting an FM modulation signal from the optical detection unit;
An amplitude adjustment unit that adjusts the average amplitude Ac of the FM modulation signal from the transmission unit to a predetermined value;
An identification unit for pulsing the FM modulation signal from the amplitude adjustment unit;
A branching unit that branches an output signal from the identification unit;
A delay unit that gives a predetermined propagation delay amount to one output signal from the branch unit;
A logical operation unit that outputs a logical product (or exclusive OR) of the output signal from the delay unit and the other output signal from the branch unit;
Control for controlling the FM laser or the local light source so that the instantaneous amplitude of the FM modulation signal decreases as the instantaneous frequency increases and the center frequency fc of the FM modulation signal becomes a predetermined value. And an FM modulation / demodulation device.

The FM laser has the property that the instantaneous light intensity decreases as the instantaneous light frequency increases,
The FM modulation / demodulation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the control unit controls the center wavelength λ1 of the FM laser to be smaller than the wavelength λ0 of the local light source.

The FM laser has the property that the instantaneous light intensity increases as the instantaneous light frequency decreases.
The FM modulation / demodulation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the control unit controls the center wavelength λ1 of the FM laser to be larger than the wavelength λ0 of the local light source.

First-order rate of change -α (α is an integer, α> 0) with respect to a change in the instantaneous frequency of the FM modulation signal, a center frequency fc of the FM modulation signal, and an FM input to the identification unit The average amplitude Ac of the modulation signal is (Equation 1)

The FM modem according to claim 1 or 2, wherein: