JP4002048B2 - 光ファイバ伝送用信号の発生装置およびアップコンバートシステムならびに高周波信号の光ファイバ伝送システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送用信号の発生装置およびアップコンバートシステムならびに高周波信号の光ファイバ伝送システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ケーブル敷設が困難な建物等に対してミリ波など高い周波数帯の無線を利用してCATVサービスを提供する検討が進められている(参考文献1:電通技審一部答申23GHz帯固定局無線設備の技術的条件98.6.29)。ミリ波の電波を長距離伝送することは難しいため、多数の中継点(有線系から無線系への変換地点)が必要となる。CATVの信号(伝送すべき情報を持った信号)を中継点まで低い周波数帯のまま伝送し、中継点でアップコンバートする方法が一般的な既知の技術である。
【0003】
この場合、局発(ミリ波など高い周波数の信号を生成し、出力する手段であって、伝送すべき低い周波数帯の信号にミックスすることによって当該伝送すべき低い周波数帯の信号をアップコンバートする)に屋外での使用を想定した厳しい位相雑音特性や周波数安定度が要求されたアップコンバータが中継装置毎に必要となるため、ミリ波帯の信号を光ファイバで中継点に分配する技術が提案されている(参考文献2:H.Schmuck, R.Heidemann and Hofstetter :"Distribution of 60GHz signals to more than 1000 base stations", Electon. Lett., Vol.30, No.1, pp.59-60,1994.)。ミリ波等の高い周波数を通常の光強度変調により光ファイバ伝送する場合、光ファイバに波長分散があると、光上側波、光搬送波、光下側波に到着時間差が生じ、特定の伝送距離で受光すると干渉によりミリ波信号を受信できないという問題がある。これを解決するために、干渉の原因となる側波帯の一方、あるいは搬送波を送信しない方法が考えられている。前者は単一側波帯変調(SSB:Single Side Band)(参考文献3:G. H. Smith, D. Novak and Z. Ahmed :"Novel technique for generation of optical SSB with carrier using a single MZM to overcome fiber chromatic dispersion“,MWP96, PDP-2,1996)、後者は両側波帯抑圧搬送波変調(DSB−SC:Doub1e Side Band−Suppressed Carrier)と呼ばれている。
【0004】
光伝送系にアップコンバータの機能を持たせた本発明の伝送方式と類似する方式として、非線形動作をするようにバイアスを設定したMach −Zehnder変調器に正弦波とRF(無線周波数)変調波を加え、非線形特性により得られた高調波成分を受光器で得るという方式がある(参考文献4:T.Young, J.Conadi and W.R. Tinga:“BER chractristics of π/4 DQPSK Microwave subcarrier signals on optical fiber using Mach-Zehnder modulator nonlinear upconversion"IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.8, No.11, pp.1552-1554, 1996)。また、レーザ光源からの光にIF信号と正弦波を加え、非線形特性を利用して、正弦波の高調波となる周波数にアップコンバージョンする方式も報告されている(参考文献5:D.Mathoorasing at el:" High speed optical mixer for distribution of 16QAM or QPSK data signals over 38GHz“ Electron. Lett.,, Vol.33, No.8, pp.695-696 1997.)。これらの報告は希望信号の近傍周波数に不要成分が発生する。すなわち、一般的に、周波数faのIF(中間周波数)信号をアップコンバートするには、IF信号と共に周波数fsの局発(局部発振手段)からの正弦波信号をミキサなどの非線形素子に導き、fs+faあるいはfs−faの周波数成分を希望信号としてBPF(バンドパスフィルタ)で抽出すればよいが、例えば周波数fs−fa成分を希望信号とする場合には、非線形素子で発生するfs+fa成分やfs成分が不要成分となり、これらは除去する必要がある。
【0005】
不要成分が発生しない方法として、ひとつの光源を2分し、それぞれを周波数シフタでfsとfaずらして合成した後に、受光器でfs+fa、あるいはfs−fa成分を得る方法が提案されている(参考文献6:西山,土屋,“光電イメージリジェクションミキサの提案", 信学技報,MWP98-10,pp.13-18,1999.)が、この方法は、合成をする前で、既に光搬送波がない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
IF信号の周波数faが局発周波数fsに比べてかなり小さい場合にアップコンバータを1個の周波数変換器で構成しようとすると、不要成分を除去するための急峻な減衰特性を持ったBPFの製作が困難になるという問題がある。そこで、GHz帯のFPUの送信機や衛星放送の送信機では、100MHz程度のIF信号を一旦1GHz程度の周波数に変換して希望信号をBPFで抜き出し、これをさらに所望の周波数に変換して希望信号をBPFで抜き出すという2段階以上の周波数変換を行うのが一般的である。これには、ミキサ、局発、BPFや増幅器等の多数の高周波部品が必要となり構成が複雑となる。前述のCATVの信号を中継点でアップコンバートしてミリ波で分配する場合には、中継点毎にアップコンバータが必要であり、しかも、屋外での使用を想定した位相雑音特性や周波数安定度の厳しい局発が各中継点毎のアップコンバータに必要となり、低廉化が図りにくい。図4は、そのようなアップコンバータの一例を示す。アップコンバータは、IF信号をミリ波帯の信号にアップコンバートするために、2つのミキサ20,21と、2つの局発22,23と、2つのBPFとを具えなければならない。
【0007】
参考文献4および5に示した従来技術は光強度変調を基本としているため、受光時に希望信号の他に多数のスプリアス成分が発生する。従って、これらの方式も不要成分を除去するためにミリ波帯のBPFが必要である。
【0008】
ミリ波の周波数多重信号で光SSB変調を行う方法も考えられるが、光変調器に高い周波数での動作と優れた直線性という2つの要求を同時に課することとなり、低廉な実現が難しい。
【0009】
参考文献6に示した従来技術では不要波は発生しないものの、一般的に用いられる音響光学光周波数シフタでは大きな周波数シフトを得ることができない。MZ変調器でDSB−SC変調を施すことで大きな周波数シフトを得ることができるが、もう一方の不要な光側帯波を光フィルタ等で除去する必要がある。
【0010】
そこで、本発明の目的は以上のような問題を解消した光ファイバ伝送用信号の発生装置およびアップコンバートシステムならびに高周波信号の光ファイバ伝送システムを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題を解決するには、受光器をミキサとして動作させる際に不要成分が発生しないように2つの光SSB変調器を用意し、それぞれをIF信号およびミリ波の正弦波で光SSB変調した後に両者を光搬送波成分を打ち消す様に合成すれば良い、という知見を得た。
【0012】
すなわち、本発明は、上記知見に基づくものであって、請求項1の発明は、伝送すべき変調信号と、ミリ波帯のアップコンバート用局発信号とを含む光ファイバ伝送用の信号の発生装置であって、光源からの出射光を、単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号で光SSB変調する第1光SSB変調手段と、前記単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号より高い周波数のアップコンバート用局発信号を生成する高周波数局発信号生成手段と、前記光源からの出射光を前記高周波数局発信号生成手段からの高周波数局発信号で光SSB変調する第2光SSB変調手段と、前記第1光SSB変調手段からの出力光および第2光SSB変調手段からの出力光を光搬送波成分が打ち消し合うように合成し、出力する光合成手段とを具えたことを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明は、請求項1の光ファイバ伝送用信号の発生装置と、前記発生装置からの出力光を受光して、前記高周波数局発信号生成手段からの高周波数局発信号でアップコンバートされた前記単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号を取り出す光電変換手段とを具えたことを特徴とする。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1の光ファイバ伝送用信号の発生装置からの出力光を、光ファイバに供給し、前記光ファイバ上に設けた光電変換手段に前記出力光を分配することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図1に示す。1は単一周波数fcの光源、2は光源1から出射された光を分配する光分配器である。3,4は光SSB変調器であって、光分配器2からの光を後述する各信号でSSB変調し、出力する。5は2つの光SSB変調器3,4の出力光を合成する光合成器であって、2つの光SSB変調器3,4の出力光のうち光搬送波を打ち消せるよう、合成する2つの光の位相差をπに設定する(すなわち、合成する2つの光のいずれかの位相を一方の光SSB変調器に直流バイアスを印加することによって180度シフトさせる)。
【0016】
光SSB変調は、たとえば図2に示すようなMZ(Mach −Zehnder)変調器10において、光合成位相をπ/2に設定しておき、π/2の位相差を持った電気信号を電極11,13間および12,13間に供給して、MZ変調器の2つの光導波路14,15で位相変調を施せば実現できる。
【0017】
図1において、6は搬送波周波数faの伝送すべき情報を持ったIF信号発生器であり、その出力が光SSB変調器3に供給される。7は周波数fsのミリ波の正弦波信号発生器であり、その出力が光SSB変調器4に供給され、局発として動作する。8は光合成器5から出力された光を伝送するシングルモード光ファィバであって、波長分散があっても良い。
【0018】
図1に示すように、光SSB変調器3からは、周波数fcの光搬送波とその一方の側波帯であるfc+faとが出力され、光SSB変調器4からは、周波数fcの光搬送波とその一方の側波帯であるfc+fsとが出力され、両者が光合成器5で合成され、周波数fcの光搬送波が打ち消され(抑圧され)た一方の側波帯成分fc+faおよびfc+fsが光ファイバ8上を伝送される。
【0019】
9は光ファイバ8上に設けられたミキサとして動作する受光器(光電変換手段)であって、光ファイバ8上を伝送された、側波帯成分fc+faおよびfc+fsのみの信号を受光し、ミリ波帯の信号fs−faを取り出す。尚、2つのSSB変調器では同一光源の光に変調を施こしているため、光源の光波長の変動や位相雑音は受光時にキャンセルされて、希望信号には影響を与えない。
【0020】
本実施例をCATV信号のミリ波分配システムに適用した場合の例を従来の方法と比較して図3に示す。図3の(a)は従来システム、(b)は本発明システムである。従来システムでは、光ファイバ35上の各中継点毎に受光器30と、例えば図4に示すようなアップコンバータ31とを具えなければならない。これに対し、本発明では、図から分かるように、各中継点でアップコンバータを用いなくても、ミリ波帯のfs−faの信号が得られる。
【0021】
本発明は不要成分が希望信号の近傍周波数に発生しないことが特徴で、この点は、従来技術と異なる。従来の光SSB技術では送信信号の周波数と等しい低い(アップコンバートが必要な)周波数の信号が受信されるが、本発明では単一の局発でアップコンバートした信号を伝送し、これを受信することが従来技術と異なる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバ等の伝送路上に高周波数(例えばミリ波)の信号を不要成分を発生させることなく伝送させることができる。また、伝送すべき情報信号の周波数が高周波数(例えばミリ波)帯の信号に対して非常に低くくて電気回路では構成が複雑となるアップコンバータを単一の局発だけで不要成分を発生させることなく実現できる。さらに、高周波信号を光ファイバの波長分散の影響をうげないように伝送、分配できる。
【0023】
本発明は受光後のBPFが不要なので、IF帯で伝送する信号数の増加に伴う帯域幅の拡大やミリ波周波数の変更などに対して容易に対応ができ、高い拡張性がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアップコンバートシステムを示す図である。
【図2】MZ光変調器を用いた光SSB変調器の構成法を示す図である。
【図3】(a)は、CATV分配システムの従来方式を示す図であり、(b)は同システムの本発明方式を示す図である。
【図4】アップコンバータの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 光分配器
3,4 光SSB変調器
5 光合成器
6 IF信号発生器
7 正弦波信号発生器
8 シングルモード光ファィバ
9 受光器
Claims (3)
- 伝送すべき変調信号と、ミリ波帯のアップコンバート用局発信号とを含む光ファイバ伝送用の信号の発生装置であって、
光源からの出射光を、単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号で光SSB変調する第1光SSB変調手段と、
前記単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号より高い周波数のアップコンバート用局発信号を生成する高周波数局発信号生成手段と、
前記光源からの出射光を前記高周波数局発信号生成手段からの高周波数局発信号で光SSB変調する第2光SSB変調手段と、
前記第1光SSB変調手段からの出力光および第2光SSB変調手段からの出力光を光搬送波成分が打ち消し合うように合成し、出力する光合成手段とを具えたことを特徴とする光ファイバ伝送用信号の発生装置。 - 請求項1の光ファイバ伝送用信号の発生装置と、
前記発生装置からの出力光を受光して、前記高周波数局発信号生成手段からの高周波数局発信号でアップコンバートされた前記単一の変調信号または複数の変調信号を周波数多重した周波数多重信号を取り出す光電変換手段とを具えたことを特徴とするアップコンバートシステム。 - 請求項1の光ファイバ伝送用信号の発生装置からの出力光を、光ファイバに供給し、
前記光ファイバ上に設けた光電変換手段に前記出力光を分配することを特徴とする高周波信号の光ファイバ伝送システム。
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