JP3981337B2

JP3981337B2 - 光ファイバ−ラジオ混合双方通信装置及び方法

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Publication number: JP3981337B2
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Inventors: ▲俄▼ 正金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
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Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-09-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ−ラジオ混合通信システム（hybrid fiber-radio system）において、光ミリメートル波信号を発して双方通信（duplex communication）を可能ならしめる装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動映像サービスが可能な無線インターネットなどインターネットの集中的な使用及び無線接続の増加に伴う現存する無線周波数資源の枯渇が進行している状況下で、より向上した広帯域サービスが可能な第４世代の無線通信に対する必要性が高まりつつある。そのため、従来、衛星や軍事用など特定の限られた分野で開発が進められてきた、３０〜３００ＧＨｚ帯域の周波数資源を用いるミリメートル波通信が、広帯域通信システムとして関心を集めて多角度の研究が進められている。
【０００３】
ミリメートル波信号を用いた通信も、基幹網は光ファイバを通じた有線通信の形が好適である。基幹通信網は、外部の変化に関係なく通信経路としての機能を果たさなければならないためであり、広帯域、低損失の光ファイバを通じた有線通信が既存の光ファイバ基幹通信網を活用できるというさらなる長所をも有するからである。技術的な側面でも、光ファイバ増幅器の常用化により広帯域の光信号の増幅が容易になされるだけではなく、電気的な増幅に比べて経済的である。さらに、光増幅器の出現により光損失が最小である１５５０ｎｍ波長帯域において多数の光チャネルを介して伝送を行う波長分割多重伝送方式であるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式の通信が実用化するに伴い、伝送容量が画期的に増え、光ファイバを用いた通信方式及び通信網の経済性及び有用性が高められている。かかる技術発展の傾向に照らしてみるとき、光ファイバを通じたミリメートル波信号の伝送にＷＤＭ方式を結合することは、ミリメートル波技術及び光通信方式の長所を同時に実現できる重要な契機になるであろう。
【０００４】
前述の如く、ミリメートル波を用いた無線通信技術は、ＩＭＴ−２０００後の広帯域通信を可能ならしめる４世代の無線通信の基盤技術であるが、高周波無線システムにおける伝送距離の制限及び広帯域の要求などを満たすために既存の広帯域の有線通信網との連繋が必要である。したがって、光ファイバとミリメートル波無線装置との接続技術及び光ミリメートル波の発生技術などが要素技術として必要となりつつある。
【０００５】
このような光ファイバ−ラジオ混合システムにおいて、光ミリメートル波を生じさせて伝送する方式は優れた利点を有している。これは、中央基地局において光を用いて所望のミリメートル波ソースを形成し、その光源を変調して信号を、単に光電変換及びアンテナのみ備える遠距離基地局に送信する方式であって、ピコセル概念の通信網上の数多くの遠距離基地局の負荷を減らすことから、経済的で且つ効率的である。チャネル割当制御機能などの負荷をある程度中央基地局に負わせることにより、中央集中化したシステムを構築することができる。電波は変復調を行わずに伝送されるので、無線基地局が各種の電波形式に対する汎用性に備え易くなり、電波形式の変更及び新設に対して柔軟に対応することができる。また、チャネル割当制御が可能になるだけではなく、ハンド−オーバ制御の簡易化及び高度化も可能になり、加入者収容能力の向上を期待することができる。さらに、移動通信用のアンテナ制御に必要な多くの機能を中央基地局に集中させるので、アンテナ位置の選定及びメンテナンスなどの問題を解決することができる。
【０００６】
前述の如く、設備の中央集中化を通じたシステム構築費用の節減とシステムの効率良い構築及び管理という利点から、光ミリメートル波の発振伝送方式は、移動通信や光無線加入者回線（Ｂ−ＷＬＬ：Broad-Wireless Local Loop）などの無線加入者網への適用が試みられている。
【０００７】
従来の高周波光ファイバ−ラジオ伝送システムにおける最も大きい問題は、搬送周波数への変換である。無線周波数搬送周波数への上昇／下降変換には高価な装備が必要とされる。これに関するシステムオプションとしては、光搬送周波数による、ベースバンド信号伝送、中間周波数（ＩＦ）信号伝送及び光ミリメートル波伝送がある。
【０００８】
すなわち、（ａ）ベースバンドそのものを振幅変調直接検出方式（Intensity Modulation Direct Detection: IMDD）により直接的に遠距離基地局に送り、遠距離基地局において既存の方式のようにミリメートル波を生じさせて処理する方式、（ｂ）低い周波数帯の無線周波数信号をレーザにおいて電気的に変調された信号で直接的に変調して送信した後、遠距離基地局において光電変換のみを行い、変調抜きで上昇変換のみを行って処理する方式、（ｃ）中央基地局において光を用いて所望のミリメートル波ソースを形成し、その光源を変調して送信する方式であって、遠距離基地局においては単に光電変換及びアンテナのみ備えるものである。
【０００９】
（ａ）及び（ｂ）は現在個人無線移動通信に用いられている方法であって、低周波無線周波数においては簡単な方法であるが、高周波の場合には無線周波数の上昇／下降変換時に多数のサブ無線周波数オシレータが必要となる。このために複雑となり、且つ、遠距離基地局にフル同期デジタル階層（synchronous digital hierarchy: SDH）に適した装備が必要となる。周波数が高くなるほど直接変調方式の効率が低下してしまう。また、無線高周波通信においては、遠距離基地局に高価な高周波ミキサー及びローカルオシレータが必要となるが、各セルが小さいため遠距離基地局が多数存在することになることから、非経済的なシステム構築になりうる。
【００１０】
（ｃ）は、中央基地局と第１の遠距離基地局とが光ファイバにより接続され、遠距離基地局において受信された無線信号がその電波形式を保存したままで中央基地局に送られる。そして、チャネル割当制御機能などの負荷をある程度中央基地局に負わせて中央集中化したシステムを構築する。電波は、変復調を行わずにそのまま伝送されるので、無線基地局が様々な電波形式に対する汎用性に備え易くなり、電波形式の変更及び新設に対して柔軟に対応可能である。また、チャネル割当制御が可能になるだけではなく、ハンド−オーバ制御の簡易化及び高度化も可能になり、加入者収容能力の向上が期待できる。
【００１１】
しかし、（ｃ）の光ミリメートル波に対するアップストリーム伝送の場合、遠距離基地局で光ミリメートル波を発生させる必要があるため、双方通信に適用し難いという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、前記光ファイバ−ラジオ混合システムであって、光ミリメートル波の発振伝送方式により光ミリメートル波信号を発して双方通信を行う装置及び方法を提供することである。特に、無線周波数への変換が可能であり、発生したモード（ここで、モードとは、光パルスがクラッド層にある特定の角度をもってぶつかったとき、位相が一致する波が生じて消滅されずに送られるパルスのグループのことを言う。）のうちいずれか一つをダイプレクサを用いて周波数分離し、逆方向通信の下降変換時に用いて高価な高周波帯域のミキサーやローカルオシレータの使用を排除した効率良い方法を提供するところにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信装置は、無線周波数ソース信号を発する無線周波数ソースと、前記無線周波数ソース信号により直接変調された光信号を出力するマスタレーザと、中間周波数信号を発するローカルオシレータと、ユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換するＱＰＳＫ変調部と、前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのデータソースを含む混合信号とするミキサーと、外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザと、前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可すると同時に、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送するサーキュレータと、前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する受信光検出部と、を備え、前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を前記サーキュレータを介して、前記伝送路の光ファイバへ出力する、ものであることを特徴としている。
【００１４】
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信装置は、光ファイバから送られてきた、請求項１に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を電気的な送信信号に変換する光電変換部と、前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離するダイプレクサと、前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する無線送信部と、無線で受信された信号を電気的な受信信号に変換する無線受信部と、前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合するミキサーと、前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する送信レーザと、を備えることを特徴としている。
【００１５】
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法は、（ａ）無線周波数ソースにより無線周波数ソース信号を発する段階と、（ｂ）マスタレーザを前記無線周波数ソース信号により直接変調して光信号を出力する段階と、（ｃ）ローカルオシレータにより中間周波数信号を発する段階と、（ｄ）ＱＰＳＫ変調部によりユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換する段階と、（ｅ）ミキサーにより前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのデータソースを含む混合信号とする段階と、（ｆ）サーキュレータによって、外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザに、前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可するとともに、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送する段階と、（ｇ）受信光検出部により、前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する段階と、を含み、前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を、前記サーキュレータを介して前記伝送路の光ファイバへ出力するものであることを特徴としている。
【００１６】
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法は、（ａ）光ファイバから送られてきた、請求項３に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を光電変換部により電気的な送信信号に変換する段階と、（ｂ）ダイプレクサによって前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離する段階と、（ｃ）無線送信部により前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する段階と、（ｄ）無線受信部で受信された信号を電気的な受信信号に変換する段階と、（ｅ）ミキサーで前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合する段階と、（ｆ）送信レーザにより前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する段階と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムは、請求項１に記載の装置と、請求項２に記載の装置とを有することを特徴としている。
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法は、請求項５に記載の光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムにより光ファイバ−ラジオ混合双方通信を行う光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、（ａ）無線周波数ソースにより無線周波数ソース信号を発する段階と、（ｂ）マスタレーザを前記無線周波数ソース信号により直接変調して光信号を出力する段階と、（ｃ）ローカルオシレータにより中間周波数信号を発する段階と、（ｄ）ＱＰＳＫ変調部によりユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換する段階と、（ｅ）ミキサーにより前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのデータソースを含む混合信号とする段階と、（ｆ）サーキュレータによって、外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザに、前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可するとともに、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送する段階と、（ｇ）受信光検出部により、前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する段階と、を含み、前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を、前記サーキュレータを介して前記伝送路の光ファイバへ出力するものであることを特徴としている。
前記課題を達成するために、本発明による光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法は、請求項５に記載の光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムにより光ファイバ−ラジオ混合双方通信を行う光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、（ａ）光ファイバから送られてきた、請求項３に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を光電変換部により電気的な送信信号に変換する段階と、（ｂ）ダイプレクサによって前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離する段階と、（ｃ）無線送信部により前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する段階と、（ｄ）無線受信部で受信された信号を電気的な受信信号に変換する段階と、（ｅ）ミキサーで前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合する段階と、（ｆ）送信レーザにより前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する段階と、を備えることを特徴としている。
前記の方法は、コンピュータにて実行するためのプログラムとして提供可能であり、コンピュータで読取可能な記録媒体に格納しあるいは伝送媒体を経て提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、光ファイバ−ラジオ双方通信システムにおける中央基地局装置の構成図である。図１に示すように、中央基地局装置は、マスタレーザ１２及びスレーブレーザ１６を有する。中間周波数帯の無線周波数を生じさせる無線周波数ソース１１は、マスタレーザ１２に連結されて直接変調方式によりマスターレーザダイオードを変調させる。この時、マスタレーザから発せられた光信号は、光サーキュレータ１７のルーティングによりスレーブレーザ１６に印加されて、スレーブレーザダイオードを変調させる。ＱＰＳＫ変調部１４の変調信号とローカルオシレータ１３の発生信号とをミキサー１５において混合する。前記ＱＰＳＫは一種のデジタル周波数変調技術であって、２値化したデジタル信号の０及び１の２ビットを集めて搬送波の４位相に対応づけて伝送する方式であり、本発明においては、ユーザが光ファイバ−ラジオシステムを介して伝送しようとするソースデータを本発明に適用可能な形式のデータに変調する役割を果たす。ベースバンドの前記混合信号もスレーブレーザ１６に印加されてスレーブレーザダイオードを変調する。前記レーザダイオードを変調することにより、スレーブレーザ１６から発せられた信号は無線データソース信号による非データモード信号と、ユーザソースデータによるデータモード信号とより構成され、これらは光サーキュレータ１７のルーティングを経て光ファイバに伝送される。すなわち、マスタレーザ１２ら発せられた光信号は光サーキュレータ１７を介してスレーブレーザ１６にフィードバックされるように設けられている。マスタレーザ１２から発せられた光信号はスレーブレーザ１６に印加されるが、印加装置としては、光サーキュレータ１７の他にアイソレータ付きカップラーを用いることができる。前述したような動作をおこなうスレーブレーザ１６としては、外部よりの光信号の印加が可能にとなるような、内部アイソレータ無しにパッケージングされたファブリペロ型レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）や分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を用いることができる。マスタレーザから内部的に分離されたＤＦＢ−ＬＤ、あるいは選択度の高いＦＰ−ＬＤを用いる。特に、インターネットなどの付加サービスを実現するためには、必ず双方向装備（duplex apparatus）を備えなければならないが、送信器には上向き信号を送信できる上向き送信モジュールを取り付けなければならない。上向き送信モジュールとしては、レーザダイオード（ＬＤ）が用いられるが、一般に、ＬＤには、ＦＰタイプ及びＤＦＢタイプがある。インターネットなどデジタル信号のみ送出する場合にはＦＰ−ＬＤを用いるが、生中継のようにアナログ放送信号などを送出する場合にはＤＦＢ−ＬＤを用いなければならない。
【００２０】
これらに加えて、中央基地局装置は、光ファイバから送られてきた受信信号を検出する受信光検出部１８を構成要素として有する。
【００２１】
図２は、光ファイバ−ラジオ双方通信システムのうち遠距離基地局装置の構成図である。
【００２２】
前記スレーブレーザ１６から発せられた光信号は光ファイバを通って遠距離基地局から光電変換部２１を経て電気的な送信信号となった後、一種の周波数分離器であるダイプレクサ２２を用いて無線周波数ソース信号を含む非データモード信号と、ユーザのソースデータを含むデータモード信号とに周波数分離し、前記データモードの信号は無線送信部２３に送って無線送信信号に変換した後、電波をブロードキャストする。
【００２３】
アップリンクの通信はアンテナにより受信された信号を無線受信部２４において電気的な受信信号に変換した後、前記ダイプレクサ２２を用いて周波数分離した非データモードの信号を、ローカルオシレータの代わりに下降変換時に周波数遷移混合信号に基づき、ミキサー２５において前記電気的な受信信号と混合する。前記混合された中間周波数信号は、Ｔｘ（送信器）に該当する送信レーザ２６に印加して変調させて光ファイバに送る。そして、中央基地局のＲｘ（受信器）に該当する受信光検出部１８において受信する。アップリンク及びダウンリンクの光信号分離には、ＷＤＭカップラー（単一の光ファイバに多数の相異なる波長の光信号を同時に送って伝送容量を増やすことをＷＤＭと言い、前記ＷＤＭカップラーは光信号を多数に分岐して出力端の光ファイバに分配または結合する機能を行う部品であって、主として光増幅器やＷＤＭ伝送システムに活用されている。）を用いることができる。
【００２４】
構成要素のうち最前端の電気的な無線周波数ソース１１は発生信号の安定化のための装置である。自乗法則に従う直接検出方式の受信光検出器１８においては、入力信号であるマスタレーザ信号、スレーブレーザ信号、四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing、多数の光信号が一本の光ファイバを介して伝播する時に光信号間の混合により好ましくない光信号が発せられること。）信号の他にこれらの信号がビーティングを起こして発せられるビート信号が測定されるが、これらのビット信号は相異なるソースから発せられて相関性（coherency：干渉性）が弱いため、安定性や純粋性に劣っている。このようなビート信号の安定化及び位相雑音の低減のために、マスタレーザ１２は、無線周波数ソース１１に接続されていて同時に電気的に直接変調されるように取り付けられている。このような段階により、マスタレーザ１２においては、周波数変調によりレージング周波数を中心としてサイドバンドが形成され、これらのモードがスレーブレーザ１６の空洞内に注入されつつスレーブレーザ１６と結合されてロッキング（相関性により安定化する）効果を生じる。その結果、スレーブレーザ１６の基本モードだけではなく、ＦＷＭなどの衛星モードもマスタレーザ１２のサイドバンドに重なるように移動しつつ波動及び位相雑音がより少ない信号を得ることができる。
【００２５】
本発明は、無線周波数ソース信号への直接変調時に、レーザに生じるＦＭサイドバンドを用いて他のレーザをロッキングさせて高周波数を生じさせ、中間周波数のローカルオシレータ及びユーザソースデータ入りのＱＰＳＫ変調信号を混合してバンドが遷移した信号はダウンリンク伝送信号として送り、無線周波数ソースから変調された信号はダイプレックスさせてアップリンク信号伝送時に、ローカルオシレータの代わりに信号の下降変換にも用い得ることに基づく。
【００２６】
本発明は、無線周波数ソース信号への直接変調時に、レーザに生じるＦＭサイドバンドを用いて他のレーザをロッキングさせて高周波数を生じさせ、中間周波数のローカルオシレータ及びユーザソースデータを含むＰＳＫ変調信号を混合してバンドが遷移した信号はダウンリンク伝送信号として送り、無線周波数ソースから変調された信号はダイプレックスさせてアップリンク信号伝送時に、ローカルオシレータの代わりに信号の下降変換にも用い得ることに基づく。
【００２７】
まず、中央基地局において安定したガイド周波数の役割を果たす無線周波数ソース信号を発し（３０１）、前記無線周波数ソース信号をマスタレーザにおいて光信号に変換し（３０２）、これとは別途に、ローカルオシレータにおいて中間周波数信号を発し（３０３）、ユーザのソースデータをＱＰＳＫ変調された信号に変換し（３０４）、前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合した後（３０５）、スレーブレーザにおいて前記光信号を非データモードの光信号に変換し、前記混合された信号をデータモードの光信号に変換する（３０６）。前記非データモードの光信号及び前記データモードの光信号を光サーキュレータのルーティングを通じて光ファイバに送り（３０７）、前記光ファイバから送られてきた光信号を電気的な送信信号に変換し（３０８）、前記変換された電気的な送信信号をダイプレクサを用いてユーザのソースデータを含むデータモード信号と、無線周波数ソース信号を含む非データモード信号とに分離し（３０９）、前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する（３１０）。
【００２８】
図４は、光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法のうち受信方法に関するフローチャートである。
【００２９】
アンテナにより無線で受信された信号を電気的な受信信号に変換し（４０１）、ダイプレクサにより分離されて残った既存の無線周波数ソース信号を含む非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合し（４０２）、前記混合された信号を送信レーザにおいて光信号に変換して光ファイバに送り（４０３）、前記光ファイバから前記光信号を受信光検出器を用いて受信する（４０４）。
【００３０】
図５は、本発明による光信号のスペクトル図であり、図６は、本発明による無線周波数信号のスペクトル図である。
【００３１】
前述の如く、無線周波数ソースに（ｆ_m）接続されていて電気的に直接変調されたマスタレーザにおいては、周波数変調によりレージング周波数を中心としてＦＭサイドバンドがｆ_m間隔をおいて形成される。このようなモードのうち一つにターゲットをおいたスレーブレーザにマスタレーザの信号を印加すれば、スレーブレーザのレージング周波数がこのようなモードのロッキング範囲内に入る場合、これらのモードがスレーブレーザの空洞内に注入されつつスレーブレーザと結合されてロッキング効果を示す。
【００３２】
この時、ＱＰＳＫ変調されたデータを中間周波数のローカルオシレータに混合してスレーブレーザを変調すれば、スレーブレーザの周波数ｆ_SLからｆ_LOだけ遷移された領域にデータの情報を載せたモードが発生する。これらの信号がＲｘに伝送された時、光検出器においてはビーティングを起こして発せられるビート信号が測定されるが、これらのビート信号は相異なるソースから発せられるものの、ロッキングにより相関性が成り立って安定性や純粋性が向上する。この時、検出された無線周波数信号中にはｆ_ML−ｆ_SLに該当する非データモードの信号及びＱＰＳＫ変調されたｆ_ML−ｆ_LOのデータモードの周波数信号がある。これらの信号のうち後者は無線送信部に送られて無線送信信号に変換されて配分され、前者はダイプレクサを介して周波数分離されて残ることになる。
【００３３】
アップリンク通信に関しては、アンテナにより受信されて電気的な受信信号に変換された信号は、前記周波数分離されたｆ_ML−ｆ_SLに該当する非データモード信号と混合されてバンドが下降変換される。この後、前記下降変換された信号はダウンリンクＴｘに該当する送信レーザを変調させ、この時に発せられた光信号は光ファイバを介して伝送された後にダウンリンクＲｘに該当する光検出器により受信される。
【００３４】
このように、基本モード間のビーティングにより高周波無線周波数信号を発しても良いが、ＦＷＭなどの衛星モードとのビーティングを用いて一層高周波の無線周波数信号を発しても良い。
【００３５】
マスタレーザのレージング周波数をスレーブレーザのレージング周波数より十分に高くしてポジティブデチューニングされるように（ｆ_ML＞ｆ_SL）、作動温度やレーザダイオードバイアスを調節して連続波を生じさせ、スレーブレーザに印加すれば、半導体レーザの非線形性により、ｆ_ML，ｆ_SLの多数の組み合わせの周波数を有したほとんど変質していないＦＷＭ対信号が誘起される。この時、前述の如く、スレーブレーザ空洞内の光子密度がマスタレーザとスレーブレーザとのレージング周波数差ほどの周波数をもって振動するため、自乗法則に従う直接検出器にこれらの信号間のビート信号が観測される。
【００３６】
図７は、前述した方法によりマスタレーザから発せられた連続波をスレーブレーザの連続波と互いに作用させた時に生じた対応ＦＷＭ対ピークのグラフである。
【００３７】
この時、ＦＷＭ対間の周波数間隔はマスタレーザとスレーブレーザとの周波数差と同じである。マスタレーザからの光がスレーブレーザの空洞に印加されれば、スレーブレーザの搬送波密度が低まってｆ_SLが低い周波数に移動する赤色遷移現象を示す。
【００３８】
ここで、スレーブレーザに注入されるマスタレーザはロッキングのためのマスタレーザであるよりは、ＦＷＭを引き起こすポンプレーザの役割を果たすため、このように相異なる２つの光源から誘起されたビート信号は波動や位相雑音が激しい不安定な信号である。実験上では、約数十ＭＨｚのビート信号の周波数波動が観測された。従って、変質していないＦＷＭモード間のロッキングを通じた安定化のためにマスタレーザを電気的に無線周波数変調させて生じたサイドバンドにロッキングをすれば、サイドバンドの延長線上に存在しなかったｆ_SLがマスタレーザのサイドバンドが注入されるに伴い赤色遷移されつつ、ｆ_SLを中心として印加された無線周波数への変調周波数の倍数となる位置ｆ_SL′に移動してロッキングされることが分かる。このような現象は無線周波数変調パワーＰｍが高まるほど一層赤色遷移され、サイドバンド結合によるロッキングの強度も向上した。
【００３９】
ｆ_SLがｆ_SL′にロッキング移動しつつそれに相応する対応ＦＷＭ対もｆ_I′、ｆ_J′などに移動するだけではなく、互いにロッキングされる。ｆ_SLが移動するに伴い、誘起されるＦＷＭ対間の間隔も変調周波数の倍数ｆ_b′に調整され、全体のＦＷＭ対が互いにロッキングされることにより、位相雑音が少なくて周波数が安定化したビート信号を発することができる。
【００４０】
この時、ＱＰＳＫ変調されたデータを中間周波数のローカルオシレータに混合してスレーブレーザを変調すれば、ＦＷＭモードの周波数ｆ_Iからｆ_LOだけ遷移された領域にデータの情報を載せたモードが発生する。従って、ｆ_I−ｆ_MLに該当する変調されていない無線周波数信号はダイプレクサを介して周波数分離されてアップリンク伝送信号と混合され、搬送周波数を下降変換時に用い、ＱＰＳＫ変調されたｆ_I＋ｆ_LO−ｆ_MLの無線周波数信号はアンテナモジュールに送られて無線信号に変換されて配分される。このような方式は、一層高い周波数の双方通信システムを構築するのに採用可能である。
【００４１】
図７及び図８は、前記ＦＷＭモードなどの方式により生じた無線周波数信号の信号品質の向上を検証した実験結果に関する実施の形態である。
【００４２】
マスタレーザの注入下でスレーブレーザ出力をファブリペロ（Fabry-Perot：Ｆ−Ｐ）インタフェロメータにより測った結果は図７に示されており、これを無線周波数スペクトルアナライザにより測定した結果が図８に示されている。（ａ）は無線周波数変調がない場合であり、変調パワーＰｍが（ｂ）５ｄＢｍ、（ｃ）８ｄＢｍ、（ｄ）１０ｄＢｍ、（ｅ）１２ｄＢｍ及び（ｆ）１６ｄＢｍである時の結果を示している。
【００４３】
マスタレーザから連続波を印加した時のスレーブレーザの連続波出力のスペクトルである図７及び図８の（ａ）において、マスタレーザ、スレーブレーザ、対応ＦＷＭ対ピーク及び１３．８ＧＨｚ辺りにおいてビート信号が観測された。
【００４４】
変調周波数ｆ_mが３ＧＨｚである無線周波数変調を連結させて変調パワーを高める場合、図７の（ｂ）及び（ｃ）に見られるように、Ｐｍが高まるに伴い、ｆ_SLが低い周波数側にさらに移動することが分かる。
【００４５】
このようなＰｍの増加によるスレーブレーザのレージング周波数の激しい赤色遷移現象は、図８の（ｂ）及び（ｃ）におけるビート信号周波数の増加によっても検証できる。このような電気的な変調により、１５ＧＨｚ周波数帯域上のビート信号とずれるようにｆ_m３ＧＨｚの間隔だけ隔たって、他のビート周波数も観測されるが、この１５ＧＨｚ帯の信号はｆ_mの高次高調波に該当する。（ｂ）、（ｃ）及び（ｆ）におけるこのようなビット周波数モードが１５ＧＨｚの信号モードと重ならないまま登場したことから見て、この場合の１５ＧＨｚ帯のビート信号はロッキングがなされていないままの単なるｆ_mの倍数に該当する高次高調波であることが分かる。
【００４６】
図８の（ｃ）及び（ｆ）において、ビート信号の周りに見られるサイドモードは内部アイソレータのないスレーブレーザ内のファイバピグテールの表面から起こった逆反射によるものであると解釈される。
【００４７】
Ｐｍを一層高めれば、図７の（ｄ）及び（ｅ）に見られるように、スレーブレーザサイドバンドモードは赤色遷移され、マスタレーザのサイドバンドモードに注入ロッキングされ、ｆ_SLはｆ_m３ＧＨｚの倍数である１５ＧＨｚ上に位置する。
【００４８】
図８の（ｄ）及び（ｅ）は得ようとするビート信号の周りに他のサイドモードなしに安定的で且つ位相雑音も少ないシャープな注入ロッキングされたＦＷＭビート信号の生成を示している。図８の（ｅ）の信号の場合、１５ＧＨｚから１００ｋＨｚのオフセットがあるスペクトル位置上において位相雑音が−９６ｄＢｃ／Ｈｚとして測定され、相当良好な水準の結果を得ることができる。また、図８の（ａ）のロッキングされていないＦＷＭビート信号のライン幅が４ＭＨｚであるのに対し、ロッキングされたＦＷＭビート信号のライン幅は無線周波数スペクトルアナライザの解像度によってのみ制限されてこの方法が信号のライン幅を狭めるにも寄与することが分かる。ビート信号の強度が著しく高まったことから、このビート信号は単にｆ_mの高次高調波ではないロッキングがなされた結果であることが分かる。スレーブレーザサイドバンドがロッキングされている限り、Ｐｍが増加してもｆ_SLは遷移されないことが分かるが、Ｐｍが１０ｄＢｍ〜１３．５ｄＢｍの領域においてスレーブレーザはロッキング行動をそのまま保持した様子を示す。Ｐｍが１３．５ｄＢｍを超えて増加するや否や、図７及び図８の（ｆ）から見られるように、スレーブレーザはロッキングされずに再び赤色となった。
【００４９】
一方、上述した本発明の実施の形態はコンピュータにて実行できるプログラムにて作成可能であり、コンピュータにて読取り可能な記録媒体を用いて前記プログラムを動作させる汎用のディジタルコンピュータにおいて具現できる。
【００５０】
前記コンピュータにて読取り可能な記録媒体は、磁気記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードディスク等）、光学的な判読媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）及びキャリアウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）などの伝送媒体を含む。
【００５１】
以上、本発明について、その好適な実施の形態を中心として調べてみた。本発明が属する技術分野における当業者であれば、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲において変形された形に具現できることが理解できるであろう。よって、開示された実施の形態は限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく、特許請求の範囲に開示されており、それと同等な範囲内にある全ての違いは本発明に含まれていると解釈されなければならない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ−ラジオ伝送システムにおいて、光ミリメートル／マイクロ波を伝送する時、２つのレーザ及び安価な中間周波数ローカルオシレータを用いて発した信号のうち近接衛星サイドモードをダイプレックスしてアップストリーム信号に変調させて用いることにより、双方通信が可能になる効果がある。ダイプレクサを用いることにより、高価な高周波帯域のミキサーやローカルオシレータの使用を排除した経済的な効果もある。また、本発明は光源の安定化を図ることができ、非線形性を減らして信号の変質を減らし、且つ、周波数可変レーザを用いる場合、無線周波数への周波数変換が可能であるという点など、さらなる効果も得ることができる。
【００５３】
前記基本的な効果に加えて、遠距離基地局に高周波数／多数のサブ中間周波数オシレータが必要ない簡単で且つ効率良い両方向伝送システムによりＢ−ＷＬＬなどの広帯域無線通信システムの可変性を向上させ、産業への応用範囲が広く、ＦＷＭモードなどの衛星モードを用いる場合に生じるミリメートル波の周波数に対して広帯域の高周波無線周波数信号が可能であるため、安定した超高周波数の伝送システムが具現可能であり、強いパワーのマスタレーザをフィードする時に安定したロッキング範囲が広くて（３０ＧＨｚオフセット）制御、チューニングが容易であり、光源の位相雑音を減らし発生周波数の波動を低減できるなど、光源の安定化に寄与でき、３次内部変調歪みを向上させてＳＦＤＲ（Spurious-Free Dynamic Range）が向上して高品質の通信が可能であり、光源のチャープ（chirp）が減って伝送分散が減るので、伝送時に信号の変質が少なく、無線基地局のアンテナの負荷を減らしてピコセル概念の通信網上の数多くの基地局や携帯装置の小型化及び単純化に寄与し、それによる経済的な効果もあり、無線基地局が色々な電波形式に対する汎用性に備え易くて電波形式の変更及び新設に対して柔軟性を有し、移動通信用アンテナの制御に必要な多くの機能及び設備を中央基地局に集中させた中央化したシステムが構築でき、アンテナ位置の選定及びメンテナンスなどの問題を解決でき、チャネル割当制御が可能になるだけではなく、ハンド−オーバ制御の簡易化、高度化も可能になり、加入者収容能力の向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による中央基地局装置の構成図である。
【図２】本発明による遠距離基地局装置の構成図である。
【図３】本発明による送信方法に関するフローチャートである。
【図４】本発明による受信方法に関するフローチャートである。
【図５】本発明による光信号のスペクトル図である。
【図６】本発明による無線周波数信号のスペクトル図である。
【図７】本発明による無線周波数信号に対する試験結果であって、Ｆ−Ｐインフェロメータの出力図である。
【図８】本発明による無線周波数信号に対する試験結果であって、スペクトルアナライザの出力図である。

Claims

光ファイバ−ラジオ混合双方通信装置であって、
無線周波数ソース信号を発する無線周波数ソースと、
前記無線周波数ソース信号により直接変調された光信号を出力するマスタレーザと、
中間周波数信号を発するローカルオシレータと、
ユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換するＱＰＳＫ変調部と、
前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのデータソースを含む混合信号とするミキサーと、
外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザと、
前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可すると同時に、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送するサーキュレータと、
前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する受信光検出部と、
を備え、
前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を前記サーキュレータを介して前記伝送路の光ファイバへ出力するものであることを特徴とする装置。
光ファイバ−ラジオ混合双方通信装置であって、
光ファイバから送られてきた、請求項１に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を電気的な送信信号に変換する光電変換部と、
前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離するダイプレクサと、
前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する無線送信部と、
無線で受信された信号を電気的な受信信号に変換する無線受信部と、
前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合するミキサーと、
前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する送信レーザと、を備えることを特徴とする装置。
光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、
（ａ）無線周波数ソースにより無線周波数ソース信号を発する段階と、
（ｂ）マスタレーザを前記無線周波数ソース信号により直接変調して光信号を出力する段階と、
（ｃ）ローカルオシレータにより中間周波数信号を発する段階と、
（ｄ）ＱＰＳＫ変調部によりユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換する段階と、
（ｅ）ミキサーにより前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのソースデータを含む混合信号とする段階と、
（ｆ）サーキュレータによって、外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザに、前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可するとともに、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送する段階と、
（ｇ）受信光検出部により、前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する段階と、
を含み、
前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を、前記サーキュレータを介して前記伝送路の光ファイバへ出力するものであることを特徴とする方法。
光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、
（ａ）光ファイバから送られてきた、請求項３に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を光電変換部により電気的な送信信号に変換する段階と、
（ｂ）ダイプレクサによって前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離する段階と、
（ｃ）無線送信部により前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する段階と、
（ｄ）無線受信部で受信された信号を電気的な受信信号に変換する段階と、
（ｅ）ミキサーで前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合する段階と、
（ｆ）送信レーザにより前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する段階と、
を備えることを特徴とする方法。
光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムであって、請求項１に記載の装置と、請求項２に記載の装置とを有することを特徴とする光ファイバ−ラジオ混合双方通信システム。
請求項５に記載の光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムにより光ファイバ−ラジオ混合双方通信を行う光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、
（ａ）無線周波数ソースにより無線周波数ソース信号を発する段階と、
（ｂ）マスタレーザを前記無線周波数ソース信号により直接変調して光信号を出力する段階と、
（ｃ）ローカルオシレータにより中間周波数信号を発する段階と、
（ｄ）ＱＰＳＫ変調部によりユーザのソースデータを直交位相遷移変調（ＱＰＳＫ）された信号に変換する段階と、
（ｅ）ミキサーにより前記中間周波数信号と前記ＱＰＳＫ変調された信号とを混合してユーザのソースデータを含む混合信号とする段階と、
（ｆ）サーキュレータによって、外部より光信号の印可が可能となるような、内部アイソレータのないファブリペロー型レーザダイオード又は分布帰還型レーザダイオードから構成されるスレーブレーザに、前記マスタレーザからの光信号を前記スレーブレーザへ印可するとともに、前記スレーブレーザからの光信号を伝送路の光ファイバに伝送する段階と、
（ｇ）受信光検出部により、前記伝送路の光ファイバから光信号を受信する段階と、
を含み、
前記スレーブレーザは、前記マスタレーザから発せられた光信号が前記サーキュレータのルーティングにより印可されて変調されるとともに、前記混合信号も印可されて変調され、前記無線データソース信号による非データモード信号と、前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される光信号を、前記サーキュレータを介して前記伝送路の光ファイバへ出力するものであることを特徴とする方法。
請求項５に記載の光ファイバ−ラジオ混合双方通信システムにより光ファイバ−ラジオ混合双方通信を行う光ファイバ−ラジオ混合双方通信方法であって、
（ａ）光ファイバから送られてきた、請求項３に記載の前記無線データソース信号による非データモード信号と前記ユーザソースデータによるデータモード信号とにより構成される前記光信号を光電変換部により電気的な送信信号に変換する段階と、
（ｂ）ダイプレクサによって前記変換された電気的な送信信号を前記ユーザソースデータによるデータモード信号と、無線周波数ソース信号から構成されユーザのデータソースを含まない前記無線データソース信号による非データモード信号とに分離する段階と、
（ｃ）無線送信部により前記データモード信号を無線送信信号に変換して無線で送信する段階と、
（ｄ）無線受信部で受信された信号を電気的な受信信号に変換する段階と、
（ｅ）ミキサーで前記非データモード信号と前記電気的な受信信号とを混合する段階と、
（ｆ）送信レーザにより前記混合された信号を光信号に変換して光ファイバに伝送する段階と、
を備えることを特徴とする方法。
請求項３、４、６または７に記載の方法をコンピュータにて実行するためのプログラムを記録したコンピュータにて読取り可能な記録媒体。