JP4067673B2 - 光アナログ伝送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アナログ伝送装置にかかわり、光源としてファブリー・ペロー型半導体レーザ素子を用いると共に、無線信号などのアナログ信号を、当該ファブリー・ペロー型半導体レーザ素子の直接変調方式で変調して光ファイバにより伝送するようにした光アナログ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ｌｏｏｐ）、移動通信及びＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）においては、加入者である端末は広く分布することになり、従って、当該端末と無線信号で送受信を行うための無線基地局（子局）は、種々の場所に配置されている必要があり、広域な場所に離散して多数配置することが必要となる。
従って、無線基地局は、小型化できる簡易な構成であることが求められる。
【０００３】
そこで、小型化できる簡易な構成の無線基地局を実現する方策の一つとして、無線信号を光ファイバでフィードするアナログ光伝送技術が注目されている。この技術によれば、無線信号の変復調器／回線制御部を、集中局（親局）に一括して備えることができるようなるため、各無線基地局の構成を簡易化することができる。
【０００４】
ところで、アナログ光伝送技術で、伝送特性及びコストに大きく関与するコンポーネントは、電気／光変換部の光源である。そして、このような光源には、分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ ＬＤ）とファブリー・ペロー型半導体レーザ素子（ＦＰ−ＬＤ：Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ ＬＤ）の採用が考えられる。
【０００５】
これらのうち、ＤＦＢ−ＬＤは、歪特性に優れ、しかも、出力レーザ光の相対強度雑音（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）が小さいため、高いＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；キャリア対雑音比）を達成できる。
しかし、単体コストが数十万円／個と高いのが欠点である。
【０００６】
一方、ＦＰ−ＬＤは、歪特性が劣り、ＲＩＮが大きいため、ＤＦＢ−ＬＤほどの高いＣＮＲはとれないが、単体コストが数万円／個と安い。子局は、多数必要であるため、低コスト化への要望は強く、伝送特性のキャリア対雑音比（ＣＮＲ：Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）などの仕様を満たすことが可能であれば、ＦＰ−ＬＤの適用が望まれる。
【０００７】
ＦＰ−ＬＤの発振特性は、ＤＦＢ−ＬＤと大きく異なる。すなわち、ＤＦＢ−ＬＤは、スペクトル幅が０．００１［ｎｍ］以下のシングルモード発振であるのに対し、ＦＰ−ＬＤはマルチモード発振であり、スペクトル幅は数［ｎｍ］と広がっている。
【０００８】
さらに、図２３に示されるように、発振モードの総和である光パワーが揺らいでなくても、個々の発振モードのパワー比、いわゆるモード分配が高速に変動している。この現象により、ＦＰ−ＬＤでは、伝送路である光ファイバの群速度分散の影響が、顕在化されて現れる。この影響は、文献“『高速光ファイバ伝送における半導体レーザのモード分配雑音の影響』（電子通信学会論文誌７９／３、Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｂ、ｎｏ．３、ｐｐ．１９９−２０６）”によれば、モード分配雑音（ＭＰＮ：Ｍｏｄｅ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ）と呼ばれ、受信器において、強 度ゆらぎの大きさを示す相対強度雑音（Ｒ ＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）の増加として現れる。
【０００９】
また、図２４に示されるように、雑音レベルが不規則に振動し、ガウス分布では表せない雑音分布となる。信号が無線信号のようなアナログ信号である場合、ＲＩＮの増加は、信号のＣＮＲを劣化させる要因となる。ＭＰＮの影響は、群速度分散１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］と光ファイバの伝送距離［ｋｍ］の積である遅延量１［ｐｓ／ｎｍ］に応じて、ＲＩＮを増加させる。ＦＰ−ＬＤに対して、ＭＰＮの影響を回避するためには、光信号が被る遅延量を 小さくすればよい。
【００１０】
光信号が被る光ファイバの遅延量を低減するには、次の２通りの方法がある。
［１］第１には、分散補償ファイバを挿入し、伝送路自体が持つ群速度分散値を低減する方法である。
しかし、分散補償ファイバによる分散補償は、個々の光信号に対して、各伝送路長に応じた補償が必要となり、装置構成が複雑化する。そのため、子局／親局の高コスト化を招く。
【００１１】
［２］遅延量を低減するもう一つの方法は、ＦＰ−ＬＤの周辺温度をペルチェ素子等で安定化し、群速度分散値の小さい波長に制御する方法である。
【００１２】
しかし、波長制御は、波長を検出してフィードバックさせる制御構成が必要となり、レーザの駆動回路が複雑化する。また、ＷＬＬや、ＩＴＳ等の子局は屋外に設置されることとなるため、外気温の変動にも耐え得る温度安定装置は、大掛かりとなり、消費電力も大きくなる。
【００１３】
以上のように、光信号が伝送路から被る遅延量を低減させる方法は、装置構成が複雑化し高コスト化を招くため、低コストであるＦＰ−ＬＤを使用する利点をなくしてしまう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＬＬやＩＴＳ等に適用が期待されている光アナログ伝送技術において、光源へのファブリー・ペロー型半導体レーザ素子（ＦＰ−ＬＤ）の使用は、子局及び親局を低コストに構築できる利点を有する。
【００１５】
しかし、ＦＰ−ＬＤに特有のモード分配の現象により、伝送路である光ファイバの群速度分散によるモード分配雑音の影響が避けられず、これが大きな課題となっている。
【００１６】
この課題に対し、伝送路の分散補償、あるいは光源の波長制御の方法が考えられる。
しかし、いずれの方法も、伝送装置の構成が複雑化し、大掛かりとなる。
【００１７】
また、伝送装置が高コスト化するため、光源にＦＰ−ＬＤを使用する利点が損なわれる。
【００１８】
そこで、この発明の目的とするところは、無線信号のようなアナログ信号で直接変調されたＦＰ−ＬＤからの光信号を、光ファイバで伝送する光アナログ伝送装置において、光ファイバの群速度分散によるモード分散雑音の影響を低減し、良好なキャリア対雑音比 （ＣＮＲ）の受信信号を得られるようにした光アナログ伝送装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００２０】
光アナログ伝送で、信号の伝送特性を示すパラメータは、受信信号のキャリア対雑音比（ＣＮＲ）である。受信信号のＣＮＲを決める主な要因は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換するための光電検出器であるフォトデテクタ（ＰＤ）におけるショット雑音、ＰＤ、及び、ＰＤ後段のトランスインピーダンスアンプを含む受信系の熱雑音、光信号が含むＲＩＮがある。
【００２１】
本発明では光ファイバの伝送距離を、最大で１５［ｋｍ］とする。通常、分散ファイバの伝搬損失は、ＪＩＳ規格のＣ６８２１によると、０．８［ｄＢ／ｋｍ］である。伝搬路の最大損失は、送信器、受信器側のコネクタ損失１［ｄＢ］ずつを加えて、およそ１４ ［ｄＢ］となる。光送信器側のＦＰ−ＬＤにおいて、平均出力の典型値は０［ｄＢｍ］である。
【００２２】
そのため、光受信器への光入力パワーは、−１４［ｄＢｍ］以上となる。
【００２３】
図４に、熱雑音の大きさを基準として、ショット雑音及びＲＩＮの相対雑音量を示す。各雑音パラメータには、典型値を用いた。光入力パワーが最小の−１４［ｄＢｍ］の場合、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満であればショット雑音量が一番大きく、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上となるとＲＩＮの雑音量が一番大きくなる。そのため、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満の範囲で劣化しても、受信信号のＣＮＲには大きく影響しない。
【００２４】
しかし、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上に劣化すると、その劣化量に依存して、ＣＮＲ値も劣化する。そのため、モード分散雑音の影響が現れる伝送路系では、モード分散雑音の影響を抑え、ＲＩＮを−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満に抑えておくことが重要である。
【００２５】
図５に、遅延量に対してＲＩＮが劣化する様子を示す。遅延量が０［ｐｓ／ｎｍ］の場合、ＲＩＮは、ＦＰ−ＬＤの典型値である−１５０［ｄＢ／Ｈｚ］である。
【００２６】
そして、光ファイバを伝送していき、遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］を超えると、ＲＩＮは−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上になる。そのため、遅延量１０［ｐｓ／ｎｍ］以上においては、モード分配雑音の影響を“抑圧することが重要となる。
【００４３】
信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは２以上の整数）で構成されている場合、本発明で定義している信号の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］と変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］を、図１０に示す。
【００４４】
ｎチャネルで占有している帯域全体をＢＷとし、ｆｍはその占有帯域の中心の周波数である。
［１］本第１の発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側にレーザ素子としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを設け、信号にて当該レーザ素子を直接変調することにより得られた光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送するものであって、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であって、 前記光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調し、前記ｆｍと前記ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立ち、前記ｆｍと前記ｆｃは、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち一つを満足することを特徴とする。
【００４５】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【００４６】
但し、重畳信号の光変調度を大きくすると、ＦＰ−ＬＤの直接変調の際に、２次高調波などの高次歪や相互変調歪が発生量が大きくなり、その歪が信号帯域内に落ちてくる。
【００４７】
そのため、重畳する正弦波信号の周波数ｆｃを、信号帯域ＢＷに対して、最適に選択する必要がある。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。まず、自己の高調波が変調帯域内におちてこないために、中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの間に、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立つ必要がある。
【００４８】
そして、２次歪、３次歪、ｆｃの高調波が変調帯域ＢＷ内に落ちてこない関係に、ｆｍとｆｃを配置する。ｆｃ＞ｆｍの場合、ｆｃの高調波の影響は回避できるが周波数帯ｆｍ−ｆｃに現れる２次歪と、周波数帯｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪が問題となる。これらが常に、ｆｍまわりの変調帯域ＢＷに重ならないようにする必要がある。
【００４９】
その関係は、以下のようになる。
【００５０】
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｃ−ｆｍ、 （２次歪）
ｆｍ−ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｃ＜ｆｍの場合においては、ｆｃの高調波の影響を考慮する必要がある。高調波の大きさは、光変調度に依存して発生量が変わるが、光変調度４０〜９０［％］の間では、２次高調波までが大きな影響を及ぼすと考えられる。そのため、ｆｃの２次高調波がｆｍに影響を及ぼさず、また、３次歪み｜２ｆｍ−ｆｃ｜及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜がｆｍまわりの変調帯域ＢＷ内に落ちないようにする。
【００５１】
よって、以下のような条件となる。
【００５２】
２×ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）、ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｃ （２次高調波）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｍ＋ｆｃ （２次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｍ−ｆｃ （３次歪）
これらをまとめると、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
となり、これらの条件のうち一つを満足することで、レーザ素子を直接変調した際に、高調波及び相互変調歪等が、変調帯域ＢＷに影響を及ぼすことを回避できる。
［２］本第２の発明に係わる光アナログ伝送装置は、請求項１に記載の光アナログ伝送装置であり、前記伝送する信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎ、光変調度ＯＭＩ［％］を｛（ｍ１） 2 ＋（ｍ２） 2 ＋…＋（ｍｎ） 2 ｝ １／２ と定義すると、前記ファブリー・ぺロー型半導体レーザダイオードからの光信号の前記信号に対する光変調度ＯＭＩ［％］が、４０．０≦ＯＭＩ≦９０．０であり、前記信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］に、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０ ９ の関係があることを特徴とする。
【００５３】
本発明によれば、正弦波信号を重畳して、モード分配雑音の影響を低減する方法においても、光変調度の最適値及び変調周波数の最適値の両者を考慮することで、モード分配雑音の影響を回避して、ＣＮＲ劣化をより効果的に抑えられる。
［３］本第３の発明に係わる光アナログ伝送装置は、請求項２に記載の光アナログ伝送装置であり、前記信号は、アンテナで送受信する無線信号が周波数変換された中間周波の無線信号であることを特徴とする。
【００５４】
アンテナで送受信する無線信号の周波数は、８００［ＭＨｚ］、１．５［ＧＨｚ］、１．９［ＧＨｚ］帯が使用されており、将来的には２．０［ＧＨｚ］、５．８［ＧＨｚ］、ミリ波帯の使用が考えられる。
【００５５】
ＦＰ−ＬＤを光源に使用する場合、無線信号がＦＰ−ＬＤの変調帯域外の可能性がある。また、モード分配雑音の影響を回避するためには、変調周波数を１［ＧＨｚ］以下とする等の必要がある。
【００５６】
そこで無線信号を周波数変換して、低域の中間周波の無線信号として使用すれば、モード分配雑音の影響に強い、低コストなアナログ光伝送系を構成することができる。
【００５７】
以上より、モード分配雑音の影響に対し、装 置規模が大きく、高コストである光ファ イバの群速度分散制御及び光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。そのため、光アナログ伝送装置の全体にわたり、装置規模を小型化でき、低コストで提供することが可能となる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を説明する。本発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側に光源となるレーザ素子としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）を用い、伝送する信号によりＦＰ−ＬＤを直接変調すると共に、当該ＦＰ−ＬＤからの光信号を、群速度分散を有する伝送路である光ファイバで伝送する構成であって、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置を対象としている。
【００５９】
（第１の実施例）
ここでは、上記対象としての光アナログ伝送装置において、ＦＰ−ＬＤのモード分配雑音による受信信号のＣＮＲ劣化を抑制する技術を提供する。
【００６０】
ＦＰ−ＬＤはマルチモード発振であり、スペクトル幅が数ｎｍと広く、モード分配比が変動している。この現象により、シングルモード発振では見られないモード分配雑音が発生する。モード分配雑音は、光信号が伝送路から被る遅延量に依存して大きくなり、受信信号のＣＮＲを急激に劣化させる。
【００６１】
第１の実施例では、光源としてのレーザ素子７としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを用いる場合に、当該レーザ素子７の後段に光アイソレータ２０を設けてこれを改善する。
【００６２】
図１，図２は、本発明における第１の実施例としての光伝送装置の構成を示すブロック図である。図１は下り系統を示しており、図２は上り系統を示している。
【００６３】
はじめに図１の構成を説明する。図１の構成の場合、変復調器部３およびドライバアンプ４およびバイアスティ５およびバイアス電流源６および光源であるレーザ素子７および光アイソレータ２０とを備えた親局１ａと、フォトデテクタ９およびトランスインピーダンスアンプ１０および局部発振器１１および乗算器１２およびバンドパスフィルタ１３およびパワーアンプ１４およびアンテナ１７とを備えて端末と無線通信を行う子局２ａとからなる。
【００６４】
また、親局１ａと子局２ａとの間は、光ファイバ８で接続して構成する。
【００６５】
ここで、変調器３は親局１ａにおいて端末側ヘ伝える信号５１を中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号５２に変調するものであり、ドライバアンプ４はこの変調された無線信号５２を増幅するものである。また、バイアスティ５はこの増幅された無線信号５２をバイアス電流を供給するためのバイアス電流源６からの当該バイアス電流と加算してレーザ素子７に出力するものであり、レーザ素子７はこのバイアスティ５からの出力を受けて当該出力対応にレーザ光を発振するものである。
【００６６】
光アイソレータ２０は送り出す光を通し、戻り光を阻止する機能を有するものであって、レーザ素子７の発振出力はこの光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力され、子局２ａへ伝送される構成である。
【００６７】
子局２ａのフォトデテクタ（ＰＤ）９は、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を受信して電気信号に変換する光電変換器であり、トランスインピーダンスアンプ１０はこの電気信号を増幅して受信信号５３を得るためのものである。
【００６８】
局部発振器１１は正弦波信号を発振するものであり、乗算器１２前記受信信号５３と局部発振器１１からの正弦波信号とをミキシングして高周波帯に信号を周波数変換するものである。
【００６９】
バンドパスフィルタ１３は高周波帯への周波数変換（周波数アップコンバージョン）により得た信号５３から所望信号のみを抽出するものであり、パワーアンプ１４はこの信号５４を電力増幅してアンテナ１７に与えるものであり、アンテナ１７はこの信号を空中へと送信するものである。
【００７０】
ここで、光フアイバ８を伝送する光信号が、光ファイバ８から被る遅延量は１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である。また、光源であるレーザ素子７は、ファブリー・ぺロー型半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ）を用いている。
【００７１】
図１における親局１ａでは、端末側ヘ伝える信号５１は、親局１ａにおいて変調器３により中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号５２に変調される。
【００７２】
変調された信号は、ドライバアンプ４を介し、バイアスティ５でバイアス電流源６からのバイアス電流と加算され、レーザ素子７に注入される。
【００７３】
レーザ素子７から出力された光信号６１は、光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力される。子局２ａでは、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１をフォトデテクタ９で受信し、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅して、受信信号５３を得る。
【００７４】
受信信号５３は、乗算器１２で、局部発振器１１からの正弦波信号とミキシングされ、高周波帯に周波数変換される。周波数アップコンバージョンされた受信信号５３は、バンドパスフィルタ１３で所望信号のみが抽出されて、無線周波信号５４となる。
【００７５】
そして、無線周波信号５４は、パワーアンプ１４を通して、無線信号５５として、アンテナ１７から端末へ送信される。
次に図２の構成を説明する。図２の構成の場合、アンテナ１７およびアンプ１７および局部発振器１１および乗算器１２および変復調器部３およびドライバアンプ４およびバイアスティ５およびバイアス電流源６および光源であるレーザ素子７および光アイソレータ２０とを備えて端末と無線通信を行う子局２ｂと、フォトデテクタ９およびトランスインピーダンスアンプ１０およびバンドパスフィルタ１３および復調器１６とを備えた親局１ｂとからなる。
【００７６】
また、親局１ｂと子局２ｂとの間は、光ファイバ８で接続して構成する。
【００７７】
ここで、アンテナ１７は端末からの無線信号５６を受信するものであり、ローノイズアンプ１５はこの受信した信号を増幅するためのものである。局部発振器１１は所要の周波数の局部発振信号を発振するためのものであり、乗算器１２はローノイズアンプ１５で増幅された信号を、局部発振器１１の信号と乗算して低周波帯へ周波数変換（中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号に変換）するためのものであり、バンドパスフィルタ１３はこの乗算器１２からの出力を帯域濾波して中間周波信号５７を得るものである。
【００７８】
ドライバアンプ４はこの中間周波信号５７を増幅するためのものであり、バイアスティ５はバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算して、レーザ素子７を直接変調するためのものである。
【００７９】
光アイソレータ２０は送り出す光を通し、戻り光を阻止する機能を有するものであって、レーザ素子７の発振出力はこの光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力され、親局１ａへ伝送される構成である。
【００８０】
親局１ｂのフォトデテクタ（ＰＤ）９は、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を受信して電気信号に変換する光電変換器であり、トランスインピーダンスアンプ１０はこの電気信号を増幅して受信信号を得るためのものである。
【００８１】
バンドパスフィルタ１３はトランスインピーダンスアンプ１０を介して得られた信号から所望信号５８のみを抽出するものであり、復調器１６はこの信号５８を復調するものである。
【００８２】
このような図２に示す構成のシステムにおける子局２ｂでは、端末からの無線信号５６を、アンテナ１７で受信し、ローノイズアンプ１５で増幅する。受信した無線信号５６は、必要とあれば、局部発振器１１と乗算器１２により、低周波帯へ周波数変換されて、バンドパスフィルタ１３を通って、中間周波信号５７となる。中間周波信号５７は、ドライバアンプ４でアンプされ、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、レーザ素子７を直接変調する。
【００８３】
レーザ素子７からの出力光信号６２は、光アイソレータ２０を介して、光ファイバ８に入力される。親局１ｂでは、光信号６２を受信して受信信号５８を得、これを復調器１６に入力して、信号５９を得る。
【００８４】
コネクタやスプライス等の光ファイバ８の不連続点からの反射戻り光、またはレーリー散乱による戻り光が、ＦＰ−ＬＤに再結合していると、レーザ素子の発振状態が不安定となり、モード分配が大きく現れる。
【００８５】
通常、ＦＰ−ＬＤは、ＤＦＢ−ＬＤと違って、戻り光の再結合を防ぐための光アイソレータが、レーザモジュール内に内蔵されていない。
【００８６】
そこで、この発明では、ＦＰ−ＬＤによるレーザ素子７の出力段側に光アイソレータ２０を挿入して、戻り光のレーザ素子７への再結合を抑圧することでＦＰ−ＬＤの発振状態を安定化させ、モード分配雑音の影響を低減させる。
【００８７】
＜光アイソレータ２０の挿入方法＞
図６に、光アイソレータ２０の挿入方法について、詳細な構成例を示す。図６は、図１および図２中における、レーザ素子７と光ファイバ８との接続部分における構造を示している。
【００８８】
本システムでは、光アイソレータ２０まわりの構成は例えば、図６（ａ）に示す如きであり、レーザ素子７を構成するレーザチップ１８からの出力光を、レンズ１９で平行光にし、偏光子やファラデー回転素子などで構成された光アイソレータ２０を介して、レンズ２１により、伝送路である光ファイバ８に入力すると云った構造を採用する。
【００８９】
光アイソレータ２０の配置位置は、レーザチップ１８ヘの戻り光が最小となるように、できるだけ半導体レーザ素子７の出力側端面に近いところがよい。そのため、図６（ａ）のような、レーザモジュール２２に内蔵できる形態が望ましい。
【００９０】
光アイソレータ２０を内蔵していないＦＰ−ＬＤに対しては、図６（ｂ）に示す如く、ピッグテールファイバ２４と伝送路用光ファイバ８を接続する箇所に、光アイソレータを挿入しても構わない。
【００９１】
ピッグテールファイバ２４と光アイソレータ２０を接続する不連続点で反射を起こると、戻り光がレーザチップ１８へ再結合してしまうため、その不連続点ではより反射が小さい融着スプライスが望ましい。
【００９２】
コネクタ接続も、ＳＰＣ（ｓｕｐｅｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）研磨されて、反射が−４０［ｄＢ］以下と小さければ問題はない。なお、図６ （ａ），図６（ｂ）において、レーザチップ１８と光ファイバ８の結合に際し、光学系のレンズ１９，２３の配置、数量等は、図６に準じる必要はない。また、レーザモジュール２２，２５に装着される光ファイバ８、ピッグテール光ファイバ２４の端面８ａは、端面反射を低減すべく、斜めに研磨されているのが良い。
【００９３】
光アイソレータを挿入した場合（Ｗ ｉｓｏｌａｔｏｒと表記）と、挿入していない場合（Ｗ／Ｏ ｉｓｏｌａｔｏｒと表記）の、遅延量とＲＩＮの関係を図７（ａ），（ｂ）に示す。
【００９４】
ＲＩＮ特性は、スペクトルのピーク値で求める最悪値のＲＩＮ＿WORSTを図７ （ａ）に、また、通常の雑音平均パワーで求めるＲＩＮを図７（ｂ）にそれぞれ示す。ここでは図に示す如く、中心周波数ｆｍは５００［ＭＨｚ］とし、変調度を２０［％］、５０［％］とした。
【００９５】
図７（ａ）に示されるように、光アイソレータを挿入した場合のＲＩＮ＿WORSTは、挿入しない場合に比べて、劣化量が低減される。
【００９６】
特に光変調度２０［％］においては、大きく改善されており、非ガウス分布の付加雑音の発生が大きく抑圧されたことによる。
【００９７】
光変調度５０［％］においても、ＲＩＮ＿WORSTでは改善度が小さいが、図７ （ｂ）からわかるように、平均雑音パワーによるＲＩＮは、大きく改善されている。
これは、非ガウス分布の付加雑音の発生確率が大きく低減されたことによる。
【００９８】
傾向としては、光信号の光変調度が大きくなると、非ガウス分布の付加雑音のピーク値の抑圧度は小さくなるが、発生確率を低減する効果はあるため、ＲＩＮ全体の劣化量は低減できる。
【００９９】
上記図１、図２に示した光アナログ伝送系は、対象として信号として、携帯電話、ＷＬＬ、ＩＴＳなどの無線信号を想定したものであるが、図３に示されるような、映像信号６０等の光アナログ伝送系においても、同様の効果がある。なお、図３において、図１、図２の符号と同一の符号を付したものは、同一物を指している。
【０１００】
以上、本第１の実施例に示した発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側において、信号により直接変調されたファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードからの光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送し、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であり、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードの出力側端面と、伝送路である光ファイバの間に、光アイソレータを備えることを特徴とするものである。
【０１０１】
ＦＰ−ＬＤは、マルチモード発振でありスペクトル幅が数ｎｍと広く、モード分配比が変動している。この現象により、シングルモード発振では見られないモード分配雑音が発生する。モード分配雑音は、光信号が伝送路から被る遅延量に依存して大きくなり、受信信号のＣＮＲを急激に劣化させる。
【０１０２】
但し、光信号が被る遅延量がそれほど大きくなければ、モード分配の不安定性のＣＮＲへの影響は現れない。
【０１０３】
しかし、遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上となる伝送 系においては、モード 分配雑音の影響が顕在化し、受信信号のＣＮＲが急激に劣化する。このモード分配雑音を顕在化させる原因は、ＦＰ−ＬＤに伝送路からの戻り光が再結合し、モード分配を不安定にするためである。
【０１０４】
この実施例によれば、ＦＰ−ＬＤの出力端に光アイソレータ２０を挿入したことにより、ＦＰ−ＬＤへの戻り光の再結合を抑圧できるようにした。そのため、ＦＰ−ＬＤのモードモード分配変動が抑えられ、光信号が遅延量１０［ｐｓ／ｎｍ］以上の遅延を被っても、モード分配雑音の影響の顕在化を回避し、ＲＩＮの劣化を低減できる。
【０１０５】
また、モード分配雑音にみられる、非ガウス分布の付加雑音のピーク値及び発生確率を抑圧する効果が得られ、バーストエラーを回避できる。
【０１０６】
以上から、光受信器側において、安定したＣＮＲをもつ受信信号が得られ、高信頼の光アナログ伝送系を提供できる。
（第２の実施例）
以下に、第２の実施例について述べる。光アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。図８には、図１中のレーザ素子７の駆動回路部分を抽出してその構成を示した。図において、２９はゲイン可変アンプ、５はバイアスティ、６はバイアス電流源、７は半導体レーザ素子、８は光ファイバ、２０は光アイソレータである。
【０１０７】
ゲイン可変アンプ２９はゲインを可変できる増幅器であり、中間周波の無線信号５２は、このゲイン可変アンプ２９により、振幅を任意に可変される。そして、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、半導体レーザ素子７を変調する構成である。
【０１０８】
ここでは、光信号の光変調度ＯＭＩは、無線信号５２のチャンネル数にかかわりなく、４０［％］以上９０［％］以下であるように設定する。但し、信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎとして、光変調度ＯＭＩ［％］は、
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
と定義する。
【０１０９】
光変調度ＯＭＩは、可変ゲインアンプ２９の増幅率を制御することで設定する以外には、可変アッテネータをアンプの前または後ろに使用し、アッテネーションを制御する構成としてもよい。
【０１１０】
図９に、光信号が被る遅延量が３４［ｐｓ／ｎｍ］の場合の光変調度ＯＭＩとＣＮＲの関係を示す。変調周波数は５００［ＭＨｚ］であり、ＣＮＲは変調帯域１０［ＭＨｚ］における値である。光変調度ＯＭＩが０［％］から７０［％］まではＣＮＲが大きくなり、ＯＭＩが７０［％］以上になると、ＣＮＲが飽和状態に近付く。そして、ＯＭＩが８０［％］を超えると、ＣＮＲが急激に劣化していくことがわかる。
【０１１１】
通常、半導体レーザ素子７は、光信号の平均パワーを変動させないために、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を備える。そのため、直流バイアス値が周辺温度に追従して変化する。その場合、光変調度ＯＭＩは、直流バイアス値と信号振幅に応じて決定されるため、光変調度ＯＭＩも変化する。
【０１１２】
光変調度ＯＭＩを最大値のＣＮＲを与える８０［％］近傍に設定してもよいが、バイアス値の変動によってＯＭＩが一時的に大きくなると、ＣＮＲが急激に劣化し、バースト誤りを引き起こすことが考えられる。
【０１１３】
そのため、ＯＭＩはＣＮＲの変動がなるべく小さくなり、かつ最大のＣＮＲ値を与え得るよう、範囲内に設定する。
【０１１４】
以上から、周辺温度の平均値に対する光変調度ＯＭＩを６０［％］近傍に設定し、ＯＭＩの変動に対してＣＮＲの急激な劣化がないようにする。そして、ＣＮＲの変動を±３［ｄＢ］以下に抑えるために、光変調度ＯＭＩが、
４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］
に収まるようにする。
【０１１５】
また、バイアス値の変化が大きくなり、ＯＭＩが４０［％］≦ＯＭＩ≦９０ ［％］の範囲に収まらない環境下においては、ＡＰＣ制御器に、信号振幅値もバイアス値と同様に制御する機能を備えるようにして、光変調度ＯＭＩを４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］内に収めるようにする。
【０１１６】
その構成を図２１に示す。
すなわち、半導体レーザ素子７を備えるレーザモジュール２２内に、例えば、内蔵型のＰＤ（光電変換素子）９を備える。ＰＤ９は半導体レーザ素子７から光ファイバ８に入力される光信号６１以外の、光ファイバ８に入力されない光信号を検波する。
【０１１７】
ＰＤ９にて検波された信号６７を、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅して、ＡＰＣ制御器３３へ入力する。ＡＰＣ制御器３３は、検波信号６７から、光平均パワーを求め、それが一定値となるように、直流バイアス源６の直流バイアス値を制御するものである。
【０１１８】
従って、ＡＰＣ制御器３３は、検波信号６７から光平均パワーを求め、それが一定値となるように、直流バイアス源６の直流バイアス値を制御することになる。そして、それと同時に、光信号６１の光変調度が一定となるように、ゲイン可変アンプ２９の増幅率を制御する。
【０１１９】
以上、本第２の実施例で説明した発明に係わる光アナログ伝送装置は、第１の実施例に記載の光アナログ伝送装置において、伝送する信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎ、光変調度ＯＭＩ［％］を
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
と定義すると、ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）からの光信号の前記信号に対する光変調度ＯＭＩ［％］を、４０．０≦ＯＭＩ≦９０．０とすることを特徴としている。
【０１２０】
本件発明者らの実験により、ＦＰ−ＬＤからの光信号を光ファイバで伝送した場合、モード分配雑音の影響によるＲＩＮの劣化量が、光変調度に応じて大きくなり、特に、光変調度が８０［％］以上では、ＲＩＮの劣化量が顕著に大きくなることが判明した。
【０１２１】
しかし、光受信器側において、受信信号のＣＮＲを大きくするためには、光変調度を大きくして、信号強度を大きくする必要がある。そのため、モード分配雑音に依存するＲＩＮと光変調度の間には、トレードオフの関係が発生し、最適な変調度が存在すると考えられる。光変調度ＯＭＩとＣＮＲの関係は以下の通りである。
【０１２２】
光変調度ＯＭＩが０［％］から７０［％］までは、信号強度の利得量がＲＩＮ劣化量を上回り、ＣＮＲが改善される。ＯＭＩが７０［％］以上になると、ＲＩＮ劣化量が大きくなりはじめ、ＣＮＲ値が飽和状態になる。そして、ＯＭＩが８０［％］以上になると、ＲＩＮの劣化のためＣＮＲが急激に劣化し、ＯＭＩが１００［％］までＣＮＲは小さくなる。
【０１２３】
本発明によれば、光変調度を、ＣＮＲの最大値を与える最適な光変調度を含む４０［％］以上で９０［％］以下の範囲とすることで、ＣＮＲの変動幅を±３ ［ｄＢ］以内に抑えることができ、安定して大きなＣＮＲを持つ受信信号が得られる。
【０１２４】
本発明で定義している光変調度は、レーザ素子ヘ注入する信号全体の光変調度を指している。そのため、信号が１チャンネルであれば、その信号１波の光変調度が、４０［％］以上、９０［％］以下である。信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは正整数）で構成されていれば、１波当たりの光変調度をｍｎとして、
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
で定義される光変調度ＯＭＩ［％］が４０［％］以上、９０［％］以下とする。このようにすることで、ＣＮＲの変動幅を±３［ｄＢ］以内に抑えることができ、安定して大きなＣＮＲを持つ受信信号が得られる光アナログ伝送装置が提供できる。
次に、信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］との関係を、工夫した例を第３の実施例として説明する。
【０１２５】
（第３の実施例）
以下に、第３の実施例について述べる。なお、光アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じであり、図１中のレーザ７の駆動回路部分について述べる。
【０１２６】
変調器３から出力される中間周波の無線信号５２は、アンプ４で増幅され、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、レーザ素子７を変調する。
【０１２７】
このとき、光受信器側の受信信号において安定したＣＮＲを確保するために、無線信号５２の変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］とすると、中心周波数ｆｍを、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の範囲内に設定する。
【０１２８】
図１１に、中心周波数ｆｍ＝６００［ＭＨｚ］、９００［ＭＨｚ］、１．０ ［ＧＨｚ］、１．２［ＧＨｚ］における遅延量５０［ｐｓ／ｎｍ］を被った受信信号スペクトルの様子を示す。横軸に中心周波数ｆｍ、縦軸にスペクトルパワー密度をリニア軸で示した。光変調度はいずれも５０［％］とした。
【０１２９】
図１１（ａ），（ｂ）と図１１（ｃ），（ｄ）とで、受信信号スペクトルの下部に大きな違いが発生していることがわかる。図１１（ｃ），（ｄ）では、モード分配雑音の影響により、受信信号スペクトルが大きく広がり、ＲＩＮが劣化する。
【０１３０】
ＪＩＳ規格のＣ６８２１によれば、通常、分散ファイバの規定は、群速度分散値は、３．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］以下となっており、遅延量５０［ｐｓ／ｎｍ］は、通常、分散光ファイバ長の１５［ｋｍ］に相当する。つまり、加入者アクセス系等で考えられている光ファイバの伝送距離において、ｆｍ＞１［ＧＨｚ］となると、光アイソレータ２０を挿入しても、モード分配雑音の影響が顕著に現れる。
【０１３１】
また、変調帯域をＢＷとすると、中心周波数ｆｍが低過ぎた場合には信号帯域内に自己の歪成分が落ちてきて、ＣＮＲを劣化させる。
【０１３２】
そのため、図１２に示した変調信号のスペクトルにおいて、最も低域の（ｆｍ−ＢＷ／２）の成分の２次高調波（２×ｆｍ＋ＢＷ）が、最も高域の（ｆｍ＋ＢＷ／２）の成分よりも大きくなるように中心周波数ｆｍを設定する。
【０１３３】
例えば、変調帯域が４０［ＭＨｚ］であれば、中間周波の無線信号５２、５７の中心周波数ｆｍは、６０［ＭＨｚ］≦ｆｍ≦１［ＧＨｚ］に設定する。
【０１３４】
このように、本第３の実施例に係わる光アナログ伝送装置は、信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］に、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせることを特徴としている。
【０１３５】
変調信号帯域を高域に配置すると、高調波歪の影響を被らない連続した帯域を大きく確保することができ、多重できるチャンネル数を増やせる利点がある。そのため、信号の総伝送容量を大きくすることができる。
【０１３６】
しかし、発明者等の実験によれば、中心周波数ｆｍが高くなると、伝送路から被るモード分配雑音の影響も大きくなり、ＲＩＮの劣化量が増えることが判明した。また、ＷＬＬやＩＴＳで考えられている１０［ｋｍ］を超える光ファイバ長では、ｆｍ＞１［ＧＨｚ］で、光アイソレータを挿入しても、モード分配雑音の影響が顕著に現れることが判明した。
【０１３７】
そのため、中心周波数ｆｍは、モード分配雑音の影響が急激に現われる１［ＧＨｚ］の周波数以下に設定する必要がある。また、必要とされる伝送容量を得られるならば、伝送する信号の中心周波数ｆｍは低い方が、モード分配雑音の影響を抑圧できることが考えられる。
【０１３８】
しかし、中心周波数ｆｍが低すぎると、信号帯域内に自己の歪成分が落ちてきて、伝送特性が劣化する。そのため、変調帯域をＢＷとすると、最も低域の（ｆｍ−ＢＷ／２）の成分の高調波が、最も高域の（ｆｍ＋ＢＷ／２）の成分よりも大きくなる、（ｆｍ−ＢＷ／２）×２≧ｆｍ＋ＢＷ／２、の関係が必要である。
【０１３９】
本発明によれば、占有変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］に対して、占有帯域の中心周波数ｆｍに、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせることで、安定したＣＮ Ｒをもつ受信信号を得ることができる。
【０１４０】
信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは２以上の整数）で構成されている場合、本発明で定義している信号の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］と変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］を、図１０に示す。ｎチャネルで占有している帯域全体をＢＷとし、ｆｍはその占有帯域の中心の周波数である。
【０１４１】
このように、占有変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］に対して、占有帯域の中心周波数ｆｍに、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせるようにしたことで、安定し たＣＮＲを持つ受信信号を得ることができる。
（第４の実施例）
以下に、第２の実施例と第３の実施例を組み合わせることにより、ＣＮＲ劣化をより効果的に抑えられる第４の実施例を述べる。
【０１４２】
第４の実施例の構成も、図８と同じである。この実施例では、変調器３から出力される中間周波の無線信号５２の中心周波数ｆｍを、無線信号５２の変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］とすると、１．５×Ｂｗ≦ｆｍ≦１０9の範囲内に設定する。
【０１４３】
無線信号５２は、ゲイン可変アンプ２９で増幅されて、レーザ素子７に注入される。この際、半導体レーザ素子７から出力される光信号６１の光変調度ＯＭＩが、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］となるように、ゲイン可変アンプ２９の増幅率を設定する。
【０１４４】
レーザ変調時のＲＩＮは、変調周波数と光変調度に依存している。
【０１４５】
図１３に、遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］における、光変調度とＲＩＮの関係を示す。変調信号の周 波数は、５００［ＭＨｚ］と１．５［ＧＨｚ］である。
【０１４６】
図１３からわかるように、周波数帯が高くなると、光変調度に依存したＲＩＮ劣化も大きくなる。遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］におけるＲＩＮが小さい方が、光ファイバを伝送していく上で、モード配分雑音に対する許容度も大きくなる。そのため、光ファイバの伝送距離を伸ばすことができる。
（第５の実施例）
図１４に、第５の実施例を示す。第５の実施例は、ＦＰ−ＬＤのモード分配雑音の大きくする戻り光に対して、光源の干渉性を低減する方法を用いた例である。
【０１４７】
ここでは、光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調するようにする。
【０１４８】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。この実施例ではこのことを利用する。
【０１４９】
本発明では重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【０１５０】
具体的に説明する。この実施例での光アナログ伝送装置全体の構成は、光アイソレータ２０を取り除いた点、そして、加算器２６を設けた点、および局部発振器１１に周波数制御器３１を設けてこの周波数制御器３１により重畳信号用の所望の周波数ｆｃなる重畳信号６４を発生させ、加算器２６に与えることができる構成とした点以外は、図１の構成と同様である。なお、アンプ４はゲイン可変アンプ２９としてある。また、図１４には、図１中の半導体レーザ素子７の駆動回路部分を抽出して示した。
【０１５１】
この構成においては、局部発振器１１からの周波数ｆｃなる重畳信号６４を占有帯域ＢＷ［Ｈｚ］、占有帯域の中心周波数ｆｍの信号５２に、加算器２６で重畳する。そして、重畳信号が加算された信号６３で、半導体レーザ素子７を直接変調する。
【０１５２】
このとき、信号の中心周波数ｆｍと信号帯域ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍが成り立ち、重畳信号の周波数ｆｃは、信号の中心周波数ｆｍに対して、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち、１つを満足するように、周波数制御器３１で重畳周波数ｆｃを設定する。
【０１５３】
図１５に、重畳周波数ｆｃとＲＩＮの関係を示す。図１５に示すように、変調信号は、ｆｍ＝５００［ＭＨｚ］であり、ＯＭＩ＝５０［％］でレーザ素子７を変調した。また、光信号は、光ファイバ８により遅延量２０［ｐｓ／ｎｍ］を被る。
【０１５４】
この構成においては、重畳周波数ｆｃを１０［ｋＨｚ］から２［ＧＨｚ］まで変化させた場合の全てにおいて、ＲＩＮは改善される。重畳周波数ｆｃの光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなる。
【０１５５】
図１５と同条件で重畳周波数ｆｃ＝２［ＧＨｚ］とした場合での雑音のピーク値で求めたＲＩＮworstを、重畳周波数ｆｃの光変調度に対して示した特性図を 図１６に示す。
【０１５６】
図１６からわかるように、ＲＩＮが、重畳周波数ｆｃの光変調度に対して、改善される。このとき、重畳周波数ｆｃの光変調度を大きくしても、重畳周波数ｆｃ、中心周波数ｆｍ、信号帯域ＢＷの関係は上記のように保つようにすると、レーザ素子７の直接変調の際に発生する２次高調波などの高調波歪や２次、３次の相互変調歪が信号帯域内に落ちてくることを回避することができる。
【０１５７】
図１７（ａ）〜（ｃ）に、変調帯域ＢＷである信号の中心周波数ｆｍと重畳周波数としての正弦波信号の周波数ｆｃの関係を示す。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。
【０１５８】
ｆｃ＞ｆｍのとき、占有帯域近辺に発生する歪は、周波数ｆｃ−ｆｍに現れる２次歪と、周波数｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪である。
【０１５９】
これらが、常に、変調帯域ＢＷに重ならないように、図１７（ａ）〜（ｃ）のように周波数ｆｃを設定する。
【０１６０】
また、ｆｃ＜ｆｍのときは、ｆｃの高調波及び｜２ｆｍ−ｆｃ｜、及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜に発生する３次歪が、変調帯域ＢＷ内におちてこないように、図１８（ａ），（ｂ）の如く、ｆｃを設定する。
【０１６１】
第５の実施例において、重畳信号ｆｃの光周波数変調の効果により、モード分配雑音の顕在化は抑えられる。しかし、さらに信号へのモード分配雑音の影響を低減するためには、信号の中心周波数ｆｍ及び光変調度ＯＭＩを最適に設定することが望まれる。
（第６の実施例）
以下に、第６の実施例を述べる。第５の実施例と同様に、アナログ伝送装置の全体の構成は、図１４と同じである。この実施例では変調器３は、信号５２の中心周波数ｆｍがｆｍ≦１０9である信号５２を出力するようにしてある。
【０１６２】
局部発振器１１からの重畳信号６４は、第４の実施例に記した信号５２の占有変調帯域ＢＷと占有帯域の中心周波数ｆｍとの関係を保つように、周波数制御器３１により周波数ｆｃを制御する。
【０１６３】
加算器２６で、信号５２と重畳信号６４を加算して、信号６３を得る。信号６３は、ゲイン可変アンプ２９により増幅率を制御され、バイアスティ５を介してレーザ素子７に注入される。
【０１６４】
ここで、レーザ素子７から出力される光信号の光変調度ＯＭＩは、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］に設定する。レーザ素子７から出力される光信号の光変調度ＯＭＩは、ゲイン可変アンプ２９の増幅率で制御しているが、ゲインが固定されているアンプと、アッテネーションを可変できるアッテネータを組み合わせて制御してもよい。
【０１６５】
ここで、信号５２が、副搬送波の周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍnとして、光変調度ＯＭＩ ［％］は、 ｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２ と定義する。
【０１６６】
このように、本実施例の光アナログ伝送装置は、光送信器側において、信号により直接変調されたファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードからの光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送し、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であって、前記光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調するものである。そして、前記占有帯域の中心周波数ｆｍと前記占有変調帯域ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立ち、前記ｆｍと前記ｆｃは、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち一つを満足することを特徴とするものである。
【０１６７】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【０１６８】
但し、重畳信号の光変調度を大きくすると、ＦＰ−ＬＤの直接変調の際に、２次高調波などの高次歪や相互変調歪が発生量が大きくなり、その歪が信号帯域内に落ちてくる。
【０１６９】
そのため、重畳する正弦波信号の周波数ｆｃを、信号帯域ＢＷに対して、最適に選択する必要がある。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。まず、自己の高調波が変調帯域内におちてこないために、中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの間に、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立つ必要がある。
【０１７０】
そして、２次歪、３次歪、ｆｃの高調波が変調帯域ＢＷ内に落ちてこない関係に、ｆｍとｆｃを配置する。ｆｃ＞ｆｍの場合、ｆｃの高調波の影響は回避できるが周波数帯ｆｍ−ｆｃに現れる２次歪と、周波数帯｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪が問題となる。これらが常に、ｆｍまわりの変調帯域ＢＷに重ならないようにする必要がある。
【０１７１】
その関係は、以下のようになる。
【０１７２】
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｃ−ｆｍ、 （２次歪）
ｆｍ−ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｃ＜ｆｍの場合においては、ｆｃの高調波の影響を考慮する必要がある。高調波の大きさは、光変調度に依存して発生量が変わるが、光変調度４０〜９０［％］の間では、２次高調波までが大きな影響を及ぼすと考えられる。そのため、ｆｃの２次高調波がｆｍに影響を及ぼさず、また、３次歪み｜２ｆｍ−ｆｃ｜及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜がｆｍまわりの変調帯域ＢＷ内に落ちないようにする。
【０１７３】
よって、以下のような条件となる。
【０１７４】
２×ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）、ｆｍ＋Ｂ
Ｗ／２≦２×ｆｃ （２次高調波）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｍ＋ｆｃ （２次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｍ−ｆｃ （３次歪）
これらをまとめると、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
となり、これらの条件のうち一つを満足することで、レーザ素子を直接変調した際に、高調波及び相互変調歪等が、変調帯域ＢＷに影響を及ぼすことを回避できるようになる。
【０１７５】
次に、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、ＦＰ−ＬＤを直接変調する際にＦＰ−ＬＤに与えるバイアス電流を、最適なバイアス電流値に制御することで、より高いＣＮＲ値を達成できるようにした例を第７の実施例として説明する。
【０１７６】
（第７の実施例）
図１９に、第６の実施例を示す。アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。図１９には、図１に示した構成中のレーザ素子７の駆動回路部分を抽出して示した。
【０１７７】
この実施例においては、中間周波の無線信号５２は、アンプ４で増幅されて、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号６５と加算されて、レーザ７を変調する。このとき、バイアス電流源６は、バイアス制御器３０により、直流バイアス信号６５の電流値を制御される。
【０１７８】
レーザ素子７であるＦＰ−ＬＤは、バイアス電流６５の電流値によって、発振モードが依存し、光スペクトル形状が変化し、モード分配雑音の光信号への影響が変化する。
【０１７９】
図２０に、ＦＰ−ＬＤにおいて、変調信号の振幅は一定にし、バイアス電流６５の値を代えた場合のＣＮＲ特性を示す。横軸には、バイアス電流６５の値に依存した、ＬＤ９の平均出力光パワーを示した。
【０１８０】
図３０からわかるように、遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］においては、バイアス電流６５に対するＣＮＲは、ほとんど変化がないが、遅延量が３４［ｐｓ／ｎｍ］となると、ＣＮＲのばらつきが大きくなる。
【０１８１】
レーザ素子７の光出力の最大定格をＡｍＷとする。バイアス電流６５の値がレーザ素子の発振しきい値よりも１０［ｍＡ］以上大きく、レーザ素子７が十分発振しはじめている光出力がＡ／３［ｍＷ］である状態から、光出力が飽和しはじめる２Ａ／３ｍＷまで、ＣＮＲ値が良くなっている。
【０１８２】
この特徴から、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、バイアス電流６５を振って、最適なバイアス電流値に制御して、より高いＣＮＲ値を達成できる。バイアス制御器３０は、図２１で示したＡＰＣ制御機能と併合してもよい。この際、バイアス制御器３０で設定する上記の最適バイアス値は、周辺温度の平均値における設定として、安定したＣＮＲ特性を与えられるバイアス値の範囲を広くとる。
【０１８３】
また、バイアス電流６５を変えることで、ＯＭＩが変化する。このＯＭＩが４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］の範囲を外れるようであれば、アンプ４のゲイン可変アンプに変更して、信号振幅を変えて、ＯＭＩを制御する。
【０１８４】
構成は図２１と同じであり、ＡＰＣ制御器３３の初期バイアス設定を、上述のように周辺温度の平均値において、最適なＣＮＲを与えるようにする。
【０１８５】
第２〜第６の実施例において、信号５２の中心周波数ｆｍ、光信号６１の光変調度ＯＭＩ、重畳信号６４の周波数ｆｃを制御する例を示した。これらの制御器を安定して動作させるためには、光受信器側の受信信号に含まれる雑音量をモニタして、その情報をフィードバックする方法がある。
【０１８６】
このように、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、ＦＰ−ＬＤを直接変調する際にＦＰ−ＬＤに与えるバイアス電流を、最適なバイアス電流値に制御することで、より高いＣＮＲ値を達成できるようになる。
次に、第８の実施例として、光受信器側での雑音量をモニタして調整するようにした例を第８の実施例として説明する。
【０１８７】
（第８の実施例）
図２２に、第８の実施例として、光受信器側での雑音量をモニタする機能を示す。アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。但し、光送信器側１ａに、周波数制御器３１、ゲイン可変アンプ２９等を備えている。
【０１８８】
図２２は、図１中のＰＤ９付近の回路部分を抽出して示してある。光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を、ＰＤ９で受信し、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅し、受信信号５３を得る。
【０１８９】
この受信信号５３は、２つに分岐され、一方は乗算器１２へ入力されて、無線通信用の信号となる。もう一方は、雑音モニタ３２に入力される。雑音モニタ３２では、信号５３の占有帯域ＢＷの雑音量を測定する。雑音量の測定方法は、例えば、受信信号５３に、周波数スイープされた正弦波信号をかけて、特定のバンドパスフィルタ帯域を透過する信号パワーを検出するスペクトルアナライザの機能構成でも良い。
【０１９０】
さらに、信号強度との比をとって、ＣＮＲを検出しても良い。これらの測定により雑音情報を持つ信号６６を得る。そして、雑音情報信号６６を、光送信器側へ送信してゲイン可変アンプ２９等に伝えてＯＭＩを制御し、伝送特性を改善するように動作させる。
【０１９１】
このように、第８の実施例は、光受信器側での雑音量をモニタして雑音情報を得、これを光送信器側へ送信してゲイン可変アンプ等に伝え、ＯＭＩを制御し、伝送特性を改善するように動作させるようにしたものであり、従って、伝送特性を動的に改善させることが可能になる。
【０１９２】
以上、種々の実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に限定することなく種々変形して実施可能である。
【０１９３】
なお、本発明の光アナログ伝送装置は、伝送する信号としてアンテナで送受信する無線信号を対象とする場合、当該無線信号を周波数変換した中間周波の無線信号とすることになる。現状では一般に、アンテナで送受信する無線信号の周波数は、８００［ＭＨｚ］、１．５［ＧＨｚ］、１．９［ＧＨｚ］帯が使用されており、将来的には２．０［ＧＨｚ］、５．８［ＧＨｚ］、ミリ波帯の使用が考えられる。そして、ＦＰ−ＬＤを光源に使用する場合、無線信号がＦＰ−ＬＤの変調帯域外の可能性がある。また、モード分配雑音の影響を回避するためには、変調周波数を１［ＧＨｚ］以下とする等の必要がある。
【０１９４】
そこで、以上から無線信号を周波数変換して、低域の中間周波の無線信号として使用すれば、モード分配雑音の影響に強い、低コストなアナログ光伝送系を構成することができる。
【０１９５】
従って、モード分配雑音の影響に対し、装置規模が大きく、高コストである光ファイバの群速度分散制御及び光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。そのため、本発明のように光アナログ伝送装置の全体にわたり、装置規模を小型化でき、低コストで提供することが可能となる。
【０１９６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明は、光源にファプリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）を用い、光信号が被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送系に係わり、伝送路の光ファイバの持つ群速度分散に依存するモード分配雑音の影響が、ＲＩＮを劣化させ、受信信号のＣＮＲを抑圧する問題を解決するものである。
【０１９７】
本発明によれば、ＦＰ−ＬＤと伝送路用光ファイバの間に光アイソレータを挿入することで、モード分配雑音を低減できる。光アイソレータは、光ファイバの不連続点やレーリー散乱による戻り光が、レーザ素子ヘ再結合することを防止し、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動を低減させる効果がある。さらに、ＦＰ−ＬＤから出力される光信号の光変調度ＯＭＩ、変調する信号の中心周波数帯ｆｍ［Ｈｚ］を、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］、１．５×ＢＷ（占有帯域［Ｈｚ］）≦ｆｍ≦１０9に設定することで、モード分配雑音の影響をより低減することが 可能となる。
【０１９８】
また、本発明は、光アイソレータを挿入する方法以外に、正弦波信号を信号に重畳する方法もあり、このような本発明によれば、重畳信号の周波数ｆｃ［Ｈｚ］と信号の占有帯域ＢＷとその中心周波数ｆｍに、所定の関係をもたせること、信号帯域ＢＷに高次歪及び 変調歪等による劣化を与えることなく、モード分配 雑音を低減できる。
【０１９９】
以上より、モード分配雑音の影響を低減するために、装置規模が大きく、高コストである光ファイバの群速度分散制御や、光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。本発明による光アナログ伝送装置は、構成を簡易化できるため、小型化及び低コスト化することが可能となる。さらにモード分配雑音の低減により、光信号が被る遅延量の許容範囲を広げられる。そのため、伝送できる光信号の波長域が広くなり、ＦＰ−ＬＤの波長を選択をする必要がなくなる、光ファイバの伝送距離を伸ばせる、光アナログ伝送系の信頼度を高める、等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例を示した概略的なブロック構成図である。
【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例の別の例を示した概略的なブロック構成図である。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例を別の例を示した概略的なブロック構成図である。
【図４】ＲＩＮ，ショット雑音、熱雑音の相対雑音量を示した図である。
【図５】遅延量とＲＩＮの関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例を示したブロック構成図。
【図７】アイソレータの有無による遅延量とＲＩＮの特性図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示すブロック構成図である。
【図９】光変調度に対するＣＮＲの特性図である。
【図１０】信号の帯域ＢＷ［Ｈｚ］と中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］を示す図である。
【図１１】信号の中心周波数ｆｍに対する受信信号スペクトル図である。
【図１２】信号の中心周波数ｆｍと帯域ＢＷの関係図である。
【図１３】光ファイバ０［ｋｍ］伝送における光変調度に対するＲＩＮの特性図である。
【図１４】本発明の第５の実施例を示したブロック図である。
【図１５】重畳周波数ｆｃに対するＲＩＮの特性図である。
【図１６】重畳周波数ｆｃの光変調度に対するＲＩＮの特性図である。
【図１７】信号の中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの関係を示す図である。
【図１８】信号の中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの関係を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施例を示したブロック構成図である。
【図２０】レーザ出力に対するＣＮＲの特性図である。
【図２１】本発明の第２の実施例におけるＡＰＣ機能を有した構成を示す図である。
【図２２】本発明の第８の実施例を示したブロック構成図である。
【図２３】光スペクトルを示す図である。
【図２４】モード分配雑音の影響による非ガウス分布の付加雑音を示した図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…親局
２ａ，２ｂ…子局
３…変調器
４…ドライバアンプ
５…バイアステイ
６…バイアス電流源
７…ファプリーベローレーザ
８…光ファイバ
９…フォトデテクタ
１０…プリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）
１１…局部発振器
１２…乗算器
１３…バンドパスフィルタ
１４…パワーアンプ
１５…ローノイズアンプ
１６…復調器
１７…アンテナ
１８…レーザチップ
１９…レンズ
２０…光アイソレータ
２１…レンズ
２２…レーザモジュール
２３…レンズ
２４…ピッグテール光ファイバ
２５…レーザモジュール
２６…加算器
２７…光送信器
２８…光受信器
２９…ゲイン可変アンプ
３０…バイアス制御器
３１…周波数制御器
３２…雑音モニタ
３３…ＡＰＣ制御器
５１…復調前の情報信号
５２…中間周波の無線信号
５３…受信信号
５４…無線信号
５５…アンテナから送信する無線信号
５６…アンテナで受信する無線信号
５７…中間周波の無線信号
５８…受信信号
５９…復調後の情報信号
６０…映像信号
６１…光信号
６２…光信号
６３…信号
６４…重畳信号
６５…直流バイアス電流
６６…雑音情報信号
６７…検波信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アナログ伝送装置にかかわり、光源としてファブリー・ペロー型半導体レーザ素子を用いると共に、無線信号などのアナログ信号を、当該ファブリー・ペロー型半導体レーザ素子の直接変調方式で変調して光ファイバにより伝送するようにした光アナログ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ｌｏｏｐ）、移動通信及びＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）においては、加入者である端末は広く分布することになり、従って、当該端末と無線信号で送受信を行うための無線基地局（子局）は、種々の場所に配置されている必要があり、広域な場所に離散して多数配置することが必要となる。
従って、無線基地局は、小型化できる簡易な構成であることが求められる。
【０００３】
そこで、小型化できる簡易な構成の無線基地局を実現する方策の一つとして、無線信号を光ファイバでフィードするアナログ光伝送技術が注目されている。この技術によれば、無線信号の変復調器／回線制御部を、集中局（親局）に一括して備えることができるようなるため、各無線基地局の構成を簡易化することができる。
【０００４】
ところで、アナログ光伝送技術で、伝送特性及びコストに大きく関与するコンポーネントは、電気／光変換部の光源である。そして、このような光源には、分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ ＬＤ）とファブリー・ペロー型半導体レーザ素子（ＦＰ−ＬＤ：Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ ＬＤ）の採用が考えられる。
【０００５】
これらのうち、ＤＦＢ−ＬＤは、歪特性に優れ、しかも、出力レーザ光の相対強度雑音（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）が小さいため、高いＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；キャリア対雑音比）を達成できる。
しかし、単体コストが数十万円／個と高いのが欠点である。
【０００６】
一方、ＦＰ−ＬＤは、歪特性が劣り、ＲＩＮが大きいため、ＤＦＢ−ＬＤほどの高いＣＮＲはとれないが、単体コストが数万円／個と安い。子局は、多数必要であるため、低コスト化への要望は強く、伝送特性のキャリア対雑音比（ＣＮＲ：Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）などの仕様を満たすことが可能であれば、ＦＰ−ＬＤの適用が望まれる。
【０００７】
ＦＰ−ＬＤの発振特性は、ＤＦＢ−ＬＤと大きく異なる。すなわち、ＤＦＢ−ＬＤは、スペクトル幅が０．００１［ｎｍ］以下のシングルモード発振であるのに対し、ＦＰ−ＬＤはマルチモード発振であり、スペクトル幅は数［ｎｍ］と広がっている。
【０００８】
さらに、図２３に示されるように、発振モードの総和である光パワーが揺らいでなくても、個々の発振モードのパワー比、いわゆるモード分配が高速に変動している。この現象により、ＦＰ−ＬＤでは、伝送路である光ファイバの群速度分散の影響が、顕在化されて現れる。この影響は、文献“『高速光ファイバ伝送における半導体レーザのモード分配雑音の影響』（電子通信学会論文誌７９／３、Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｂ、ｎｏ．３、ｐｐ．１９９−２０６）”によれば、モード分配雑音（ＭＰＮ：Ｍｏｄｅ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ）と呼ばれ、受信器において、強 度ゆらぎの大きさを示す相対強度雑音（Ｒ ＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）の増加として現れる。
【０００９】
また、図２４に示されるように、雑音レベルが不規則に振動し、ガウス分布では表せない雑音分布となる。信号が無線信号のようなアナログ信号である場合、ＲＩＮの増加は、信号のＣＮＲを劣化させる要因となる。ＭＰＮの影響は、群速度分散１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］と光ファイバの伝送距離［ｋｍ］の積である遅延量１［ｐｓ／ｎｍ］に応じて、ＲＩＮを増加させる。ＦＰ−ＬＤに対して、ＭＰＮの影響を回避するためには、光信号が被る遅延量を 小さくすればよい。
【００１０】
光信号が被る光ファイバの遅延量を低減するには、次の２通りの方法がある。
［１］第１には、分散補償ファイバを挿入し、伝送路自体が持つ群速度分散値を低減する方法である。
しかし、分散補償ファイバによる分散補償は、個々の光信号に対して、各伝送路長に応じた補償が必要となり、装置構成が複雑化する。そのため、子局／親局の高コスト化を招く。
【００１１】
［２］遅延量を低減するもう一つの方法は、ＦＰ−ＬＤの周辺温度をペルチェ素子等で安定化し、群速度分散値の小さい波長に制御する方法である。
【００１２】
しかし、波長制御は、波長を検出してフィードバックさせる制御構成が必要となり、レーザの駆動回路が複雑化する。また、ＷＬＬや、ＩＴＳ等の子局は屋外に設置されることとなるため、外気温の変動にも耐え得る温度安定装置は、大掛かりとなり、消費電力も大きくなる。
【００１３】
以上のように、光信号が伝送路から被る遅延量を低減させる方法は、装置構成が複雑化し高コスト化を招くため、低コストであるＦＰ−ＬＤを使用する利点をなくしてしまう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＬＬやＩＴＳ等に適用が期待されている光アナログ伝送技術において、光源へのファブリー・ペロー型半導体レーザ素子（ＦＰ−ＬＤ）の使用は、子局及び親局を低コストに構築できる利点を有する。
【００１５】
しかし、ＦＰ−ＬＤに特有のモード分配の現象により、伝送路である光ファイバの群速度分散によるモード分配雑音の影響が避けられず、これが大きな課題となっている。
【００１６】
この課題に対し、伝送路の分散補償、あるいは光源の波長制御の方法が考えられる。
しかし、いずれの方法も、伝送装置の構成が複雑化し、大掛かりとなる。
【００１７】
また、伝送装置が高コスト化するため、光源にＦＰ−ＬＤを使用する利点が損なわれる。
【００１８】
そこで、この発明の目的とするところは、無線信号のようなアナログ信号で直接変調されたＦＰ−ＬＤからの光信号を、光ファイバで伝送する光アナログ伝送装置において、光ファイバの群速度分散によるモード分散雑音の影響を低減し、良好なキャリア対雑音比 （ＣＮＲ）の受信信号を得られるようにした光アナログ伝送装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００２０】
光アナログ伝送で、信号の伝送特性を示すパラメータは、受信信号のキャリア対雑音比（ＣＮＲ）である。受信信号のＣＮＲを決める主な要因は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換するための光電検出器であるフォトデテクタ（ＰＤ）におけるショット雑音、ＰＤ、及び、ＰＤ後段のトランスインピーダンスアンプを含む受信系の熱雑音、光信号が含むＲＩＮがある。
【００２１】
本発明では光ファイバの伝送距離を、最大で１５［ｋｍ］とする。通常、分散ファイバの伝搬損失は、ＪＩＳ規格のＣ６８２１によると、０．８［ｄＢ／ｋｍ］である。伝搬路の最大損失は、送信器、受信器側のコネクタ損失１［ｄＢ］ずつを加えて、およそ１４ ［ｄＢ］となる。光送信器側のＦＰ−ＬＤにおいて、平均出力の典型値は０［ｄＢｍ］である。
【００２２】
そのため、光受信器への光入力パワーは、−１４［ｄＢｍ］以上となる。
【００２３】
図４に、熱雑音の大きさを基準として、ショット雑音及びＲＩＮの相対雑音量を示す。各雑音パラメータには、典型値を用いた。光入力パワーが最小の−１４［ｄＢｍ］の場合、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満であればショット雑音量が一番大きく、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上となるとＲＩＮの雑音量が一番大きくなる。そのため、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満の範囲で劣化しても、受信信号のＣＮＲには大きく影響しない。
【００２４】
しかし、ＲＩＮが−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上に劣化すると、その劣化量に依存して、ＣＮＲ値も劣化する。そのため、モード分散雑音の影響が現れる伝送路系では、モード分散雑音の影響を抑え、ＲＩＮを−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］未満に抑えておくことが重要である。
【００２５】
図５に、遅延量に対してＲＩＮが劣化する様子を示す。遅延量が０［ｐｓ／ｎｍ］の場合、ＲＩＮは、ＦＰ−ＬＤの典型値である−１５０［ｄＢ／Ｈｚ］である。
【００２６】
そして、光ファイバを伝送していき、遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］を超えると、ＲＩＮは−１４０［ｄＢ／Ｈｚ］以上になる。そのため、遅延量１０［ｐｓ／ｎｍ］以上においては、モード分配雑音の影響を“抑圧することが重要となる。
【００４３】
信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは２以上の整数）で構成されている場合、本発明で定義している信号の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］と変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］を、図１０に示す。
【００４４】
ｎチャネルで占有している帯域全体をＢＷとし、ｆｍはその占有帯域の中心の周波数である。
［１］本第１の発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側にレーザ素子としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを設け、信号にて当該レーザ素子を直接変調することにより得られた光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送するものであって、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であって、 前記光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調し、前記ｆｍと前記ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立ち、前記ｆｍと前記ｆｃは、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち一つを満足することを特徴とする。
【００４５】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【００４６】
但し、重畳信号の光変調度を大きくすると、ＦＰ−ＬＤの直接変調の際に、２次高調波などの高次歪や相互変調歪が発生量が大きくなり、その歪が信号帯域内に落ちてくる。
【００４７】
そのため、重畳する正弦波信号の周波数ｆｃを、信号帯域ＢＷに対して、最適に選択する必要がある。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。まず、自己の高調波が変調帯域内におちてこないために、中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの間に、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立つ必要がある。
【００４８】
そして、２次歪、３次歪、ｆｃの高調波が変調帯域ＢＷ内に落ちてこない関係に、ｆｍとｆｃを配置する。ｆｃ＞ｆｍの場合、ｆｃの高調波の影響は回避できるが周波数帯ｆｍ−ｆｃに現れる２次歪と、周波数帯｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪が問題となる。これらが常に、ｆｍまわりの変調帯域ＢＷに重ならないようにする必要がある。
【００４９】
その関係は、以下のようになる。
【００５０】
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｃ−ｆｍ、 （２次歪）
ｆｍ−ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｃ＜ｆｍの場合においては、ｆｃの高調波の影響を考慮する必要がある。高調波の大きさは、光変調度に依存して発生量が変わるが、光変調度４０〜９０［％］の間では、２次高調波までが大きな影響を及ぼすと考えられる。そのため、ｆｃの２次高調波がｆｍに影響を及ぼさず、また、３次歪み｜２ｆｍ−ｆｃ｜及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜がｆｍまわりの変調帯域ＢＷ内に落ちないようにする。
【００５１】
よって、以下のような条件となる。
【００５２】
２×ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）、ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｃ （２次高調波）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｍ＋ｆｃ （２次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｍ−ｆｃ （３次歪）
これらをまとめると、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
となり、これらの条件のうち一つを満足することで、レーザ素子を直接変調した際に、高調波及び相互変調歪等が、変調帯域ＢＷに影響を及ぼすことを回避できる。
［２］本第２の発明に係わる光アナログ伝送装置は、請求項１に記載の光アナログ伝送装置であり、前記伝送する信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎ、光変調度ＯＭＩ［％］を｛（ｍ１） 2 ＋（ｍ２） 2 ＋…＋（ｍｎ） 2 ｝ １／２ と定義すると、前記ファブリー・ぺロー型半導体レーザダイオードからの光信号の前記信号に対する光変調度ＯＭＩ［％］が、４０．０≦ＯＭＩ≦９０．０であり、前記信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］に、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０ ９ の関係があることを特徴とする。
【００５３】
本発明によれば、正弦波信号を重畳して、モード分配雑音の影響を低減する方法においても、光変調度の最適値及び変調周波数の最適値の両者を考慮することで、モード分配雑音の影響を回避して、ＣＮＲ劣化をより効果的に抑えられる。
［３］本第３の発明に係わる光アナログ伝送装置は、請求項２に記載の光アナログ伝送装置であり、前記信号は、アンテナで送受信する無線信号が周波数変換された中間周波の無線信号であることを特徴とする。
【００５４】
アンテナで送受信する無線信号の周波数は、８００［ＭＨｚ］、１．５［ＧＨｚ］、１．９［ＧＨｚ］帯が使用されており、将来的には２．０［ＧＨｚ］、５．８［ＧＨｚ］、ミリ波帯の使用が考えられる。
【００５５】
ＦＰ−ＬＤを光源に使用する場合、無線信号がＦＰ−ＬＤの変調帯域外の可能性がある。また、モード分配雑音の影響を回避するためには、変調周波数を１［ＧＨｚ］以下とする等の必要がある。
【００５６】
そこで無線信号を周波数変換して、低域の中間周波の無線信号として使用すれば、モード分配雑音の影響に強い、低コストなアナログ光伝送系を構成することができる。
【００５７】
以上より、モード分配雑音の影響に対し、装 置規模が大きく、高コストである光ファ イバの群速度分散制御及び光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。そのため、光アナログ伝送装置の全体にわたり、装置規模を小型化でき、低コストで提供することが可能となる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を説明する。本発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側に光源となるレーザ素子としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）を用い、伝送する信号によりＦＰ−ＬＤを直接変調すると共に、当該ＦＰ−ＬＤからの光信号を、群速度分散を有する伝送路である光ファイバで伝送する構成であって、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置を対象としている。
【００５９】
（第１の実施例）
ここでは、上記対象としての光アナログ伝送装置において、ＦＰ−ＬＤのモード分配雑音による受信信号のＣＮＲ劣化を抑制する技術を提供する。
【００６０】
ＦＰ−ＬＤはマルチモード発振であり、スペクトル幅が数ｎｍと広く、モード分配比が変動している。この現象により、シングルモード発振では見られないモード分配雑音が発生する。モード分配雑音は、光信号が伝送路から被る遅延量に依存して大きくなり、受信信号のＣＮＲを急激に劣化させる。
【００６１】
第１の実施例では、光源としてのレーザ素子７としてファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを用いる場合に、当該レーザ素子７の後段に光アイソレータ２０を設けてこれを改善する。
【００６２】
図１，図２は、本発明における第１の実施例としての光伝送装置の構成を示すブロック図である。図１は下り系統を示しており、図２は上り系統を示している。
【００６３】
はじめに図１の構成を説明する。図１の構成の場合、変復調器部３およびドライバアンプ４およびバイアスティ５およびバイアス電流源６および光源であるレーザ素子７および光アイソレータ２０とを備えた親局１ａと、フォトデテクタ９およびトランスインピーダンスアンプ１０および局部発振器１１および乗算器１２およびバンドパスフィルタ１３およびパワーアンプ１４およびアンテナ１７とを備えて端末と無線通信を行う子局２ａとからなる。
【００６４】
また、親局１ａと子局２ａとの間は、光ファイバ８で接続して構成する。
【００６５】
ここで、変調器３は親局１ａにおいて端末側ヘ伝える信号５１を中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号５２に変調するものであり、ドライバアンプ４はこの変調された無線信号５２を増幅するものである。また、バイアスティ５はこの増幅された無線信号５２をバイアス電流を供給するためのバイアス電流源６からの当該バイアス電流と加算してレーザ素子７に出力するものであり、レーザ素子７はこのバイアスティ５からの出力を受けて当該出力対応にレーザ光を発振するものである。
【００６６】
光アイソレータ２０は送り出す光を通し、戻り光を阻止する機能を有するものであって、レーザ素子７の発振出力はこの光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力され、子局２ａへ伝送される構成である。
【００６７】
子局２ａのフォトデテクタ（ＰＤ）９は、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を受信して電気信号に変換する光電変換器であり、トランスインピーダンスアンプ１０はこの電気信号を増幅して受信信号５３を得るためのものである。
【００６８】
局部発振器１１は正弦波信号を発振するものであり、乗算器１２前記受信信号５３と局部発振器１１からの正弦波信号とをミキシングして高周波帯に信号を周波数変換するものである。
【００６９】
バンドパスフィルタ１３は高周波帯への周波数変換（周波数アップコンバージョン）により得た信号５３から所望信号のみを抽出するものであり、パワーアンプ１４はこの信号５４を電力増幅してアンテナ１７に与えるものであり、アンテナ１７はこの信号を空中へと送信するものである。
【００７０】
ここで、光フアイバ８を伝送する光信号が、光ファイバ８から被る遅延量は１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である。また、光源であるレーザ素子７は、ファブリー・ぺロー型半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ）を用いている。
【００７１】
図１における親局１ａでは、端末側ヘ伝える信号５１は、親局１ａにおいて変調器３により中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号５２に変調される。
【００７２】
変調された信号は、ドライバアンプ４を介し、バイアスティ５でバイアス電流源６からのバイアス電流と加算され、レーザ素子７に注入される。
【００７３】
レーザ素子７から出力された光信号６１は、光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力される。子局２ａでは、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１をフォトデテクタ９で受信し、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅して、受信信号５３を得る。
【００７４】
受信信号５３は、乗算器１２で、局部発振器１１からの正弦波信号とミキシングされ、高周波帯に周波数変換される。周波数アップコンバージョンされた受信信号５３は、バンドパスフィルタ１３で所望信号のみが抽出されて、無線周波信号５４となる。
【００７５】
そして、無線周波信号５４は、パワーアンプ１４を通して、無線信号５５として、アンテナ１７から端末へ送信される。
次に図２の構成を説明する。図２の構成の場合、アンテナ１７およびアンプ１７および局部発振器１１および乗算器１２および変復調器部３およびドライバアンプ４およびバイアスティ５およびバイアス電流源６および光源であるレーザ素子７および光アイソレータ２０とを備えて端末と無線通信を行う子局２ｂと、フォトデテクタ９およびトランスインピーダンスアンプ１０およびバンドパスフィルタ１３および復調器１６とを備えた親局１ｂとからなる。
【００７６】
また、親局１ｂと子局２ｂとの間は、光ファイバ８で接続して構成する。
【００７７】
ここで、アンテナ１７は端末からの無線信号５６を受信するものであり、ローノイズアンプ１５はこの受信した信号を増幅するためのものである。局部発振器１１は所要の周波数の局部発振信号を発振するためのものであり、乗算器１２はローノイズアンプ１５で増幅された信号を、局部発振器１１の信号と乗算して低周波帯へ周波数変換（中間周波であるＱＰＳＫ等の無線信号に変換）するためのものであり、バンドパスフィルタ１３はこの乗算器１２からの出力を帯域濾波して中間周波信号５７を得るものである。
【００７８】
ドライバアンプ４はこの中間周波信号５７を増幅するためのものであり、バイアスティ５はバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算して、レーザ素子７を直接変調するためのものである。
【００７９】
光アイソレータ２０は送り出す光を通し、戻り光を阻止する機能を有するものであって、レーザ素子７の発振出力はこの光アイソレータ２０を介して、伝送路である光ファイバ８に入力され、親局１ａへ伝送される構成である。
【００８０】
親局１ｂのフォトデテクタ（ＰＤ）９は、光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を受信して電気信号に変換する光電変換器であり、トランスインピーダンスアンプ１０はこの電気信号を増幅して受信信号を得るためのものである。
【００８１】
バンドパスフィルタ１３はトランスインピーダンスアンプ１０を介して得られた信号から所望信号５８のみを抽出するものであり、復調器１６はこの信号５８を復調するものである。
【００８２】
このような図２に示す構成のシステムにおける子局２ｂでは、端末からの無線信号５６を、アンテナ１７で受信し、ローノイズアンプ１５で増幅する。受信した無線信号５６は、必要とあれば、局部発振器１１と乗算器１２により、低周波帯へ周波数変換されて、バンドパスフィルタ１３を通って、中間周波信号５７となる。中間周波信号５７は、ドライバアンプ４でアンプされ、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、レーザ素子７を直接変調する。
【００８３】
レーザ素子７からの出力光信号６２は、光アイソレータ２０を介して、光ファイバ８に入力される。親局１ｂでは、光信号６２を受信して受信信号５８を得、これを復調器１６に入力して、信号５９を得る。
【００８４】
コネクタやスプライス等の光ファイバ８の不連続点からの反射戻り光、またはレーリー散乱による戻り光が、ＦＰ−ＬＤに再結合していると、レーザ素子の発振状態が不安定となり、モード分配が大きく現れる。
【００８５】
通常、ＦＰ−ＬＤは、ＤＦＢ−ＬＤと違って、戻り光の再結合を防ぐための光アイソレータが、レーザモジュール内に内蔵されていない。
【００８６】
そこで、この発明では、ＦＰ−ＬＤによるレーザ素子７の出力段側に光アイソレータ２０を挿入して、戻り光のレーザ素子７への再結合を抑圧することでＦＰ−ＬＤの発振状態を安定化させ、モード分配雑音の影響を低減させる。
【００８７】
＜光アイソレータ２０の挿入方法＞
図６に、光アイソレータ２０の挿入方法について、詳細な構成例を示す。図６は、図１および図２中における、レーザ素子７と光ファイバ８との接続部分における構造を示している。
【００８８】
本システムでは、光アイソレータ２０まわりの構成は例えば、図６（ａ）に示す如きであり、レーザ素子７を構成するレーザチップ１８からの出力光を、レンズ１９で平行光にし、偏光子やファラデー回転素子などで構成された光アイソレータ２０を介して、レンズ２１により、伝送路である光ファイバ８に入力すると云った構造を採用する。
【００８９】
光アイソレータ２０の配置位置は、レーザチップ１８ヘの戻り光が最小となるように、できるだけ半導体レーザ素子７の出力側端面に近いところがよい。そのため、図６（ａ）のような、レーザモジュール２２に内蔵できる形態が望ましい。
【００９０】
光アイソレータ２０を内蔵していないＦＰ−ＬＤに対しては、図６（ｂ）に示す如く、ピッグテールファイバ２４と伝送路用光ファイバ８を接続する箇所に、光アイソレータを挿入しても構わない。
【００９１】
ピッグテールファイバ２４と光アイソレータ２０を接続する不連続点で反射を起こると、戻り光がレーザチップ１８へ再結合してしまうため、その不連続点ではより反射が小さい融着スプライスが望ましい。
【００９２】
コネクタ接続も、ＳＰＣ（ｓｕｐｅｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）研磨されて、反射が−４０［ｄＢ］以下と小さければ問題はない。なお、図６ （ａ），図６（ｂ）において、レーザチップ１８と光ファイバ８の結合に際し、光学系のレンズ１９，２３の配置、数量等は、図６に準じる必要はない。また、レーザモジュール２２，２５に装着される光ファイバ８、ピッグテール光ファイバ２４の端面８ａは、端面反射を低減すべく、斜めに研磨されているのが良い。
【００９３】
光アイソレータを挿入した場合（Ｗ ｉｓｏｌａｔｏｒと表記）と、挿入していない場合（Ｗ／Ｏ ｉｓｏｌａｔｏｒと表記）の、遅延量とＲＩＮの関係を図７（ａ），（ｂ）に示す。
【００９４】
ＲＩＮ特性は、スペクトルのピーク値で求める最悪値のＲＩＮ＿WORSTを図７ （ａ）に、また、通常の雑音平均パワーで求めるＲＩＮを図７（ｂ）にそれぞれ示す。ここでは図に示す如く、中心周波数ｆｍは５００［ＭＨｚ］とし、変調度を２０［％］、５０［％］とした。
【００９５】
図７（ａ）に示されるように、光アイソレータを挿入した場合のＲＩＮ＿WORSTは、挿入しない場合に比べて、劣化量が低減される。
【００９６】
特に光変調度２０［％］においては、大きく改善されており、非ガウス分布の付加雑音の発生が大きく抑圧されたことによる。
【００９７】
光変調度５０［％］においても、ＲＩＮ＿WORSTでは改善度が小さいが、図７ （ｂ）からわかるように、平均雑音パワーによるＲＩＮは、大きく改善されている。
これは、非ガウス分布の付加雑音の発生確率が大きく低減されたことによる。
【００９８】
傾向としては、光信号の光変調度が大きくなると、非ガウス分布の付加雑音のピーク値の抑圧度は小さくなるが、発生確率を低減する効果はあるため、ＲＩＮ全体の劣化量は低減できる。
【００９９】
上記図１、図２に示した光アナログ伝送系は、対象として信号として、携帯電話、ＷＬＬ、ＩＴＳなどの無線信号を想定したものであるが、図３に示されるような、映像信号６０等の光アナログ伝送系においても、同様の効果がある。なお、図３において、図１、図２の符号と同一の符号を付したものは、同一物を指している。
【０１００】
以上、本第１の実施例に示した発明に係わる光アナログ伝送装置は、光送信器側において、信号により直接変調されたファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードからの光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送し、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であり、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードの出力側端面と、伝送路である光ファイバの間に、光アイソレータを備えることを特徴とするものである。
【０１０１】
ＦＰ−ＬＤは、マルチモード発振でありスペクトル幅が数ｎｍと広く、モード分配比が変動している。この現象により、シングルモード発振では見られないモード分配雑音が発生する。モード分配雑音は、光信号が伝送路から被る遅延量に依存して大きくなり、受信信号のＣＮＲを急激に劣化させる。
【０１０２】
但し、光信号が被る遅延量がそれほど大きくなければ、モード分配の不安定性のＣＮＲへの影響は現れない。
【０１０３】
しかし、遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上となる伝送 系においては、モード 分配雑音の影響が顕在化し、受信信号のＣＮＲが急激に劣化する。このモード分配雑音を顕在化させる原因は、ＦＰ−ＬＤに伝送路からの戻り光が再結合し、モード分配を不安定にするためである。
【０１０４】
この実施例によれば、ＦＰ−ＬＤの出力端に光アイソレータ２０を挿入したことにより、ＦＰ−ＬＤへの戻り光の再結合を抑圧できるようにした。そのため、ＦＰ−ＬＤのモードモード分配変動が抑えられ、光信号が遅延量１０［ｐｓ／ｎｍ］以上の遅延を被っても、モード分配雑音の影響の顕在化を回避し、ＲＩＮの劣化を低減できる。
【０１０５】
また、モード分配雑音にみられる、非ガウス分布の付加雑音のピーク値及び発生確率を抑圧する効果が得られ、バーストエラーを回避できる。
【０１０６】
以上から、光受信器側において、安定したＣＮＲをもつ受信信号が得られ、高信頼の光アナログ伝送系を提供できる。
（第２の実施例）
以下に、第２の実施例について述べる。光アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。図８には、図１中のレーザ素子７の駆動回路部分を抽出してその構成を示した。図において、２９はゲイン可変アンプ、５はバイアスティ、６はバイアス電流源、７は半導体レーザ素子、８は光ファイバ、２０は光アイソレータである。
【０１０７】
ゲイン可変アンプ２９はゲインを可変できる増幅器であり、中間周波の無線信号５２は、このゲイン可変アンプ２９により、振幅を任意に可変される。そして、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、半導体レーザ素子７を変調する構成である。
【０１０８】
ここでは、光信号の光変調度ＯＭＩは、無線信号５２のチャンネル数にかかわりなく、４０［％］以上９０［％］以下であるように設定する。但し、信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎとして、光変調度ＯＭＩ［％］は、
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
と定義する。
【０１０９】
光変調度ＯＭＩは、可変ゲインアンプ２９の増幅率を制御することで設定する以外には、可変アッテネータをアンプの前または後ろに使用し、アッテネーションを制御する構成としてもよい。
【０１１０】
図９に、光信号が被る遅延量が３４［ｐｓ／ｎｍ］の場合の光変調度ＯＭＩとＣＮＲの関係を示す。変調周波数は５００［ＭＨｚ］であり、ＣＮＲは変調帯域１０［ＭＨｚ］における値である。光変調度ＯＭＩが０［％］から７０［％］まではＣＮＲが大きくなり、ＯＭＩが７０［％］以上になると、ＣＮＲが飽和状態に近付く。そして、ＯＭＩが８０［％］を超えると、ＣＮＲが急激に劣化していくことがわかる。
【０１１１】
通常、半導体レーザ素子７は、光信号の平均パワーを変動させないために、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を備える。そのため、直流バイアス値が周辺温度に追従して変化する。その場合、光変調度ＯＭＩは、直流バイアス値と信号振幅に応じて決定されるため、光変調度ＯＭＩも変化する。
【０１１２】
光変調度ＯＭＩを最大値のＣＮＲを与える８０［％］近傍に設定してもよいが、バイアス値の変動によってＯＭＩが一時的に大きくなると、ＣＮＲが急激に劣化し、バースト誤りを引き起こすことが考えられる。
【０１１３】
そのため、ＯＭＩはＣＮＲの変動がなるべく小さくなり、かつ最大のＣＮＲ値を与え得るよう、範囲内に設定する。
【０１１４】
以上から、周辺温度の平均値に対する光変調度ＯＭＩを６０［％］近傍に設定し、ＯＭＩの変動に対してＣＮＲの急激な劣化がないようにする。そして、ＣＮＲの変動を±３［ｄＢ］以下に抑えるために、光変調度ＯＭＩが、
４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］
に収まるようにする。
【０１１５】
また、バイアス値の変化が大きくなり、ＯＭＩが４０［％］≦ＯＭＩ≦９０ ［％］の範囲に収まらない環境下においては、ＡＰＣ制御器に、信号振幅値もバイアス値と同様に制御する機能を備えるようにして、光変調度ＯＭＩを４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］内に収めるようにする。
【０１１６】
その構成を図２１に示す。
すなわち、半導体レーザ素子７を備えるレーザモジュール２２内に、例えば、内蔵型のＰＤ（光電変換素子）９を備える。ＰＤ９は半導体レーザ素子７から光ファイバ８に入力される光信号６１以外の、光ファイバ８に入力されない光信号を検波する。
【０１１７】
ＰＤ９にて検波された信号６７を、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅して、ＡＰＣ制御器３３へ入力する。ＡＰＣ制御器３３は、検波信号６７から、光平均パワーを求め、それが一定値となるように、直流バイアス源６の直流バイアス値を制御するものである。
【０１１８】
従って、ＡＰＣ制御器３３は、検波信号６７から光平均パワーを求め、それが一定値となるように、直流バイアス源６の直流バイアス値を制御することになる。そして、それと同時に、光信号６１の光変調度が一定となるように、ゲイン可変アンプ２９の増幅率を制御する。
【０１１９】
以上、本第２の実施例で説明した発明に係わる光アナログ伝送装置は、第１の実施例に記載の光アナログ伝送装置において、伝送する信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍｎ、光変調度ＯＭＩ［％］を
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
と定義すると、ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）からの光信号の前記信号に対する光変調度ＯＭＩ［％］を、４０．０≦ＯＭＩ≦９０．０とすることを特徴としている。
【０１２０】
本件発明者らの実験により、ＦＰ−ＬＤからの光信号を光ファイバで伝送した場合、モード分配雑音の影響によるＲＩＮの劣化量が、光変調度に応じて大きくなり、特に、光変調度が８０［％］以上では、ＲＩＮの劣化量が顕著に大きくなることが判明した。
【０１２１】
しかし、光受信器側において、受信信号のＣＮＲを大きくするためには、光変調度を大きくして、信号強度を大きくする必要がある。そのため、モード分配雑音に依存するＲＩＮと光変調度の間には、トレードオフの関係が発生し、最適な変調度が存在すると考えられる。光変調度ＯＭＩとＣＮＲの関係は以下の通りである。
【０１２２】
光変調度ＯＭＩが０［％］から７０［％］までは、信号強度の利得量がＲＩＮ劣化量を上回り、ＣＮＲが改善される。ＯＭＩが７０［％］以上になると、ＲＩＮ劣化量が大きくなりはじめ、ＣＮＲ値が飽和状態になる。そして、ＯＭＩが８０［％］以上になると、ＲＩＮの劣化のためＣＮＲが急激に劣化し、ＯＭＩが１００［％］までＣＮＲは小さくなる。
【０１２３】
本発明によれば、光変調度を、ＣＮＲの最大値を与える最適な光変調度を含む４０［％］以上で９０［％］以下の範囲とすることで、ＣＮＲの変動幅を±３ ［ｄＢ］以内に抑えることができ、安定して大きなＣＮＲを持つ受信信号が得られる。
【０１２４】
本発明で定義している光変調度は、レーザ素子ヘ注入する信号全体の光変調度を指している。そのため、信号が１チャンネルであれば、その信号１波の光変調度が、４０［％］以上、９０［％］以下である。信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは正整数）で構成されていれば、１波当たりの光変調度をｍｎとして、
｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２
で定義される光変調度ＯＭＩ［％］が４０［％］以上、９０［％］以下とする。このようにすることで、ＣＮＲの変動幅を±３［ｄＢ］以内に抑えることができ、安定して大きなＣＮＲを持つ受信信号が得られる光アナログ伝送装置が提供できる。
次に、信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］との関係を、工夫した例を第３の実施例として説明する。
【０１２５】
（第３の実施例）
以下に、第３の実施例について述べる。なお、光アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じであり、図１中のレーザ７の駆動回路部分について述べる。
【０１２６】
変調器３から出力される中間周波の無線信号５２は、アンプ４で増幅され、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号と加算されて、レーザ素子７を変調する。
【０１２７】
このとき、光受信器側の受信信号において安定したＣＮＲを確保するために、無線信号５２の変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］とすると、中心周波数ｆｍを、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の範囲内に設定する。
【０１２８】
図１１に、中心周波数ｆｍ＝６００［ＭＨｚ］、９００［ＭＨｚ］、１．０ ［ＧＨｚ］、１．２［ＧＨｚ］における遅延量５０［ｐｓ／ｎｍ］を被った受信信号スペクトルの様子を示す。横軸に中心周波数ｆｍ、縦軸にスペクトルパワー密度をリニア軸で示した。光変調度はいずれも５０［％］とした。
【０１２９】
図１１（ａ），（ｂ）と図１１（ｃ），（ｄ）とで、受信信号スペクトルの下部に大きな違いが発生していることがわかる。図１１（ｃ），（ｄ）では、モード分配雑音の影響により、受信信号スペクトルが大きく広がり、ＲＩＮが劣化する。
【０１３０】
ＪＩＳ規格のＣ６８２１によれば、通常、分散ファイバの規定は、群速度分散値は、３．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］以下となっており、遅延量５０［ｐｓ／ｎｍ］は、通常、分散光ファイバ長の１５［ｋｍ］に相当する。つまり、加入者アクセス系等で考えられている光ファイバの伝送距離において、ｆｍ＞１［ＧＨｚ］となると、光アイソレータ２０を挿入しても、モード分配雑音の影響が顕著に現れる。
【０１３１】
また、変調帯域をＢＷとすると、中心周波数ｆｍが低過ぎた場合には信号帯域内に自己の歪成分が落ちてきて、ＣＮＲを劣化させる。
【０１３２】
そのため、図１２に示した変調信号のスペクトルにおいて、最も低域の（ｆｍ−ＢＷ／２）の成分の２次高調波（２×ｆｍ＋ＢＷ）が、最も高域の（ｆｍ＋ＢＷ／２）の成分よりも大きくなるように中心周波数ｆｍを設定する。
【０１３３】
例えば、変調帯域が４０［ＭＨｚ］であれば、中間周波の無線信号５２、５７の中心周波数ｆｍは、６０［ＭＨｚ］≦ｆｍ≦１［ＧＨｚ］に設定する。
【０１３４】
このように、本第３の実施例に係わる光アナログ伝送装置は、信号の占有変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］と占有帯域の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］に、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせることを特徴としている。
【０１３５】
変調信号帯域を高域に配置すると、高調波歪の影響を被らない連続した帯域を大きく確保することができ、多重できるチャンネル数を増やせる利点がある。そのため、信号の総伝送容量を大きくすることができる。
【０１３６】
しかし、発明者等の実験によれば、中心周波数ｆｍが高くなると、伝送路から被るモード分配雑音の影響も大きくなり、ＲＩＮの劣化量が増えることが判明した。また、ＷＬＬやＩＴＳで考えられている１０［ｋｍ］を超える光ファイバ長では、ｆｍ＞１［ＧＨｚ］で、光アイソレータを挿入しても、モード分配雑音の影響が顕著に現れることが判明した。
【０１３７】
そのため、中心周波数ｆｍは、モード分配雑音の影響が急激に現われる１［ＧＨｚ］の周波数以下に設定する必要がある。また、必要とされる伝送容量を得られるならば、伝送する信号の中心周波数ｆｍは低い方が、モード分配雑音の影響を抑圧できることが考えられる。
【０１３８】
しかし、中心周波数ｆｍが低すぎると、信号帯域内に自己の歪成分が落ちてきて、伝送特性が劣化する。そのため、変調帯域をＢＷとすると、最も低域の（ｆｍ−ＢＷ／２）の成分の高調波が、最も高域の（ｆｍ＋ＢＷ／２）の成分よりも大きくなる、（ｆｍ−ＢＷ／２）×２≧ｆｍ＋ＢＷ／２、の関係が必要である。
【０１３９】
本発明によれば、占有変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］に対して、占有帯域の中心周波数ｆｍに、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせることで、安定したＣＮ Ｒをもつ受信信号を得ることができる。
【０１４０】
信号が、副搬送波で周波数多重されたｎチャネル（ｎは２以上の整数）で構成されている場合、本発明で定義している信号の中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］と変調帯域ＢＷ［Ｈｚ］を、図１０に示す。ｎチャネルで占有している帯域全体をＢＷとし、ｆｍはその占有帯域の中心の周波数である。
【０１４１】
このように、占有変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］に対して、占有帯域の中心周波数ｆｍに、１．５×ＢＷ≦ｆｍ≦１０9の関係を持たせるようにしたことで、安定し たＣＮＲを持つ受信信号を得ることができる。
（第４の実施例）
以下に、第２の実施例と第３の実施例を組み合わせることにより、ＣＮＲ劣化をより効果的に抑えられる第４の実施例を述べる。
【０１４２】
第４の実施例の構成も、図８と同じである。この実施例では、変調器３から出力される中間周波の無線信号５２の中心周波数ｆｍを、無線信号５２の変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］とすると、１．５×Ｂｗ≦ｆｍ≦１０9の範囲内に設定する。
【０１４３】
無線信号５２は、ゲイン可変アンプ２９で増幅されて、レーザ素子７に注入される。この際、半導体レーザ素子７から出力される光信号６１の光変調度ＯＭＩが、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］となるように、ゲイン可変アンプ２９の増幅率を設定する。
【０１４４】
レーザ変調時のＲＩＮは、変調周波数と光変調度に依存している。
【０１４５】
図１３に、遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］における、光変調度とＲＩＮの関係を示す。変調信号の周 波数は、５００［ＭＨｚ］と１．５［ＧＨｚ］である。
【０１４６】
図１３からわかるように、周波数帯が高くなると、光変調度に依存したＲＩＮ劣化も大きくなる。遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］におけるＲＩＮが小さい方が、光ファイバを伝送していく上で、モード配分雑音に対する許容度も大きくなる。そのため、光ファイバの伝送距離を伸ばすことができる。
（第５の実施例）
図１４に、第５の実施例を示す。第５の実施例は、ＦＰ−ＬＤのモード分配雑音の大きくする戻り光に対して、光源の干渉性を低減する方法を用いた例である。
【０１４７】
ここでは、光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調するようにする。
【０１４８】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。この実施例ではこのことを利用する。
【０１４９】
本発明では重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【０１５０】
具体的に説明する。この実施例での光アナログ伝送装置全体の構成は、光アイソレータ２０を取り除いた点、そして、加算器２６を設けた点、および局部発振器１１に周波数制御器３１を設けてこの周波数制御器３１により重畳信号用の所望の周波数ｆｃなる重畳信号６４を発生させ、加算器２６に与えることができる構成とした点以外は、図１の構成と同様である。なお、アンプ４はゲイン可変アンプ２９としてある。また、図１４には、図１中の半導体レーザ素子７の駆動回路部分を抽出して示した。
【０１５１】
この構成においては、局部発振器１１からの周波数ｆｃなる重畳信号６４を占有帯域ＢＷ［Ｈｚ］、占有帯域の中心周波数ｆｍの信号５２に、加算器２６で重畳する。そして、重畳信号が加算された信号６３で、半導体レーザ素子７を直接変調する。
【０１５２】
このとき、信号の中心周波数ｆｍと信号帯域ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍが成り立ち、重畳信号の周波数ｆｃは、信号の中心周波数ｆｍに対して、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち、１つを満足するように、周波数制御器３１で重畳周波数ｆｃを設定する。
【０１５３】
図１５に、重畳周波数ｆｃとＲＩＮの関係を示す。図１５に示すように、変調信号は、ｆｍ＝５００［ＭＨｚ］であり、ＯＭＩ＝５０［％］でレーザ素子７を変調した。また、光信号は、光ファイバ８により遅延量２０［ｐｓ／ｎｍ］を被る。
【０１５４】
この構成においては、重畳周波数ｆｃを１０［ｋＨｚ］から２［ＧＨｚ］まで変化させた場合の全てにおいて、ＲＩＮは改善される。重畳周波数ｆｃの光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなる。
【０１５５】
図１５と同条件で重畳周波数ｆｃ＝２［ＧＨｚ］とした場合での雑音のピーク値で求めたＲＩＮworstを、重畳周波数ｆｃの光変調度に対して示した特性図を 図１６に示す。
【０１５６】
図１６からわかるように、ＲＩＮが、重畳周波数ｆｃの光変調度に対して、改善される。このとき、重畳周波数ｆｃの光変調度を大きくしても、重畳周波数ｆｃ、中心周波数ｆｍ、信号帯域ＢＷの関係は上記のように保つようにすると、レーザ素子７の直接変調の際に発生する２次高調波などの高調波歪や２次、３次の相互変調歪が信号帯域内に落ちてくることを回避することができる。
【０１５７】
図１７（ａ）〜（ｃ）に、変調帯域ＢＷである信号の中心周波数ｆｍと重畳周波数としての正弦波信号の周波数ｆｃの関係を示す。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。
【０１５８】
ｆｃ＞ｆｍのとき、占有帯域近辺に発生する歪は、周波数ｆｃ−ｆｍに現れる２次歪と、周波数｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪である。
【０１５９】
これらが、常に、変調帯域ＢＷに重ならないように、図１７（ａ）〜（ｃ）のように周波数ｆｃを設定する。
【０１６０】
また、ｆｃ＜ｆｍのときは、ｆｃの高調波及び｜２ｆｍ−ｆｃ｜、及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜に発生する３次歪が、変調帯域ＢＷ内におちてこないように、図１８（ａ），（ｂ）の如く、ｆｃを設定する。
【０１６１】
第５の実施例において、重畳信号ｆｃの光周波数変調の効果により、モード分配雑音の顕在化は抑えられる。しかし、さらに信号へのモード分配雑音の影響を低減するためには、信号の中心周波数ｆｍ及び光変調度ＯＭＩを最適に設定することが望まれる。
（第６の実施例）
以下に、第６の実施例を述べる。第５の実施例と同様に、アナログ伝送装置の全体の構成は、図１４と同じである。この実施例では変調器３は、信号５２の中心周波数ｆｍがｆｍ≦１０9である信号５２を出力するようにしてある。
【０１６２】
局部発振器１１からの重畳信号６４は、第４の実施例に記した信号５２の占有変調帯域ＢＷと占有帯域の中心周波数ｆｍとの関係を保つように、周波数制御器３１により周波数ｆｃを制御する。
【０１６３】
加算器２６で、信号５２と重畳信号６４を加算して、信号６３を得る。信号６３は、ゲイン可変アンプ２９により増幅率を制御され、バイアスティ５を介してレーザ素子７に注入される。
【０１６４】
ここで、レーザ素子７から出力される光信号の光変調度ＯＭＩは、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］に設定する。レーザ素子７から出力される光信号の光変調度ＯＭＩは、ゲイン可変アンプ２９の増幅率で制御しているが、ゲインが固定されているアンプと、アッテネーションを可変できるアッテネータを組み合わせて制御してもよい。
【０１６５】
ここで、信号５２が、副搬送波の周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１波当たりの光変調度をｍnとして、光変調度ＯＭＩ ［％］は、 ｛（ｍ１）2＋…＋（ｍｎ）2｝１ ／ ２ と定義する。
【０１６６】
このように、本実施例の光アナログ伝送装置は、光送信器側において、信号により直接変調されたファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードからの光信号を群速度分散を有する光ファイバで伝送し、前記光信号が光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置であって、前記光送信器側で、占有変調帯域がＢＷ［Ｈｚ］で、占有帯域の中心周波数がｆｍ［Ｈｚ］の前記信号に、周波数ｆｃ［Ｈｚ］の正弦波信号を重畳して、前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを直接変調するものである。そして、前記占有帯域の中心周波数ｆｍと前記占有変調帯域ＢＷに、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立ち、前記ｆｍと前記ｆｃは、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
の関係のうち一つを満足することを特徴とするものである。
【０１６７】
周波数ｆｃの正弦波信号を重畳すると、光源の可干渉性が下がり、戻り光がレーザ素子へ再結合した際に、レーザ素子ヘ及ぼす影響が低減する。そのため、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動が低減されて、モード分配雑音の影響を抑えられる。重畳信号の光変調度を大きくすると、光周波数変調量が大きくなるため、ＲＩＮをより改善する効果が得られる。
【０１６８】
但し、重畳信号の光変調度を大きくすると、ＦＰ−ＬＤの直接変調の際に、２次高調波などの高次歪や相互変調歪が発生量が大きくなり、その歪が信号帯域内に落ちてくる。
【０１６９】
そのため、重畳する正弦波信号の周波数ｆｃを、信号帯域ＢＷに対して、最適に選択する必要がある。変調信号に影響を及ぼす歪成分は、２次高調波、２次歪、３次歪である。まず、自己の高調波が変調帯域内におちてこないために、中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの間に、１．５×ＢＷ≦ｆｍの関係が成り立つ必要がある。
【０１７０】
そして、２次歪、３次歪、ｆｃの高調波が変調帯域ＢＷ内に落ちてこない関係に、ｆｍとｆｃを配置する。ｆｃ＞ｆｍの場合、ｆｃの高調波の影響は回避できるが周波数帯ｆｍ−ｆｃに現れる２次歪と、周波数帯｜２ｆｍ−ｆｃ｜に現れる３次歪が問題となる。これらが常に、ｆｍまわりの変調帯域ＢＷに重ならないようにする必要がある。
【０１７１】
その関係は、以下のようになる。
【０１７２】
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｃ−ｆｍ、 （２次歪）
ｆｍ−ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦｜２×ｆｍ−ｆｃ｜、（３次歪）
ｆｃ＜ｆｍの場合においては、ｆｃの高調波の影響を考慮する必要がある。高調波の大きさは、光変調度に依存して発生量が変わるが、光変調度４０〜９０［％］の間では、２次高調波までが大きな影響を及ぼすと考えられる。そのため、ｆｃの２次高調波がｆｍに影響を及ぼさず、また、３次歪み｜２ｆｍ−ｆｃ｜及び｜２ｆｃ−ｆｍ｜がｆｍまわりの変調帯域ＢＷ内に落ちないようにする。
【０１７３】
よって、以下のような条件となる。
【０１７４】
２×ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）、ｆｍ＋Ｂ
Ｗ／２≦２×ｆｃ （２次高調波）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦ｆｍ＋ｆｃ （２次歪）
ｆｍ＋ＢＷ／２≦２×ｆｍ−ｆｃ （３次歪）
これらをまとめると、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２）、
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ、
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２、
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２）、
となり、これらの条件のうち一つを満足することで、レーザ素子を直接変調した際に、高調波及び相互変調歪等が、変調帯域ＢＷに影響を及ぼすことを回避できるようになる。
【０１７５】
次に、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、ＦＰ−ＬＤを直接変調する際にＦＰ−ＬＤに与えるバイアス電流を、最適なバイアス電流値に制御することで、より高いＣＮＲ値を達成できるようにした例を第７の実施例として説明する。
【０１７６】
（第７の実施例）
図１９に、第６の実施例を示す。アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。図１９には、図１に示した構成中のレーザ素子７の駆動回路部分を抽出して示した。
【０１７７】
この実施例においては、中間周波の無線信号５２は、アンプ４で増幅されて、バイアスティ５でバイアス電流源６からの直流バイアス信号６５と加算されて、レーザ７を変調する。このとき、バイアス電流源６は、バイアス制御器３０により、直流バイアス信号６５の電流値を制御される。
【０１７８】
レーザ素子７であるＦＰ−ＬＤは、バイアス電流６５の電流値によって、発振モードが依存し、光スペクトル形状が変化し、モード分配雑音の光信号への影響が変化する。
【０１７９】
図２０に、ＦＰ−ＬＤにおいて、変調信号の振幅は一定にし、バイアス電流６５の値を代えた場合のＣＮＲ特性を示す。横軸には、バイアス電流６５の値に依存した、ＬＤ９の平均出力光パワーを示した。
【０１８０】
図３０からわかるように、遅延量０［ｐｓ／ｎｍ］においては、バイアス電流６５に対するＣＮＲは、ほとんど変化がないが、遅延量が３４［ｐｓ／ｎｍ］となると、ＣＮＲのばらつきが大きくなる。
【０１８１】
レーザ素子７の光出力の最大定格をＡｍＷとする。バイアス電流６５の値がレーザ素子の発振しきい値よりも１０［ｍＡ］以上大きく、レーザ素子７が十分発振しはじめている光出力がＡ／３［ｍＷ］である状態から、光出力が飽和しはじめる２Ａ／３ｍＷまで、ＣＮＲ値が良くなっている。
【０１８２】
この特徴から、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、バイアス電流６５を振って、最適なバイアス電流値に制御して、より高いＣＮＲ値を達成できる。バイアス制御器３０は、図２１で示したＡＰＣ制御機能と併合してもよい。この際、バイアス制御器３０で設定する上記の最適バイアス値は、周辺温度の平均値における設定として、安定したＣＮＲ特性を与えられるバイアス値の範囲を広くとる。
【０１８３】
また、バイアス電流６５を変えることで、ＯＭＩが変化する。このＯＭＩが４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］の範囲を外れるようであれば、アンプ４のゲイン可変アンプに変更して、信号振幅を変えて、ＯＭＩを制御する。
【０１８４】
構成は図２１と同じであり、ＡＰＣ制御器３３の初期バイアス設定を、上述のように周辺温度の平均値において、最適なＣＮＲを与えるようにする。
【０１８５】
第２〜第６の実施例において、信号５２の中心周波数ｆｍ、光信号６１の光変調度ＯＭＩ、重畳信号６４の周波数ｆｃを制御する例を示した。これらの制御器を安定して動作させるためには、光受信器側の受信信号に含まれる雑音量をモニタして、その情報をフィードバックする方法がある。
【０１８６】
このように、光アナログ伝送装置を立ち上げる際に、ＦＰ−ＬＤを直接変調する際にＦＰ−ＬＤに与えるバイアス電流を、最適なバイアス電流値に制御することで、より高いＣＮＲ値を達成できるようになる。
次に、第８の実施例として、光受信器側での雑音量をモニタして調整するようにした例を第８の実施例として説明する。
【０１８７】
（第８の実施例）
図２２に、第８の実施例として、光受信器側での雑音量をモニタする機能を示す。アナログ伝送装置の全体の構成は、第１の実施例と同じである。但し、光送信器側１ａに、周波数制御器３１、ゲイン可変アンプ２９等を備えている。
【０１８８】
図２２は、図１中のＰＤ９付近の回路部分を抽出して示してある。光ファイバ８を伝送されてきた光信号６１を、ＰＤ９で受信し、トランスインピーダンスアンプ１０で増幅し、受信信号５３を得る。
【０１８９】
この受信信号５３は、２つに分岐され、一方は乗算器１２へ入力されて、無線通信用の信号となる。もう一方は、雑音モニタ３２に入力される。雑音モニタ３２では、信号５３の占有帯域ＢＷの雑音量を測定する。雑音量の測定方法は、例えば、受信信号５３に、周波数スイープされた正弦波信号をかけて、特定のバンドパスフィルタ帯域を透過する信号パワーを検出するスペクトルアナライザの機能構成でも良い。
【０１９０】
さらに、信号強度との比をとって、ＣＮＲを検出しても良い。これらの測定により雑音情報を持つ信号６６を得る。そして、雑音情報信号６６を、光送信器側へ送信してゲイン可変アンプ２９等に伝えてＯＭＩを制御し、伝送特性を改善するように動作させる。
【０１９１】
このように、第８の実施例は、光受信器側での雑音量をモニタして雑音情報を得、これを光送信器側へ送信してゲイン可変アンプ等に伝え、ＯＭＩを制御し、伝送特性を改善するように動作させるようにしたものであり、従って、伝送特性を動的に改善させることが可能になる。
【０１９２】
以上、種々の実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に限定することなく種々変形して実施可能である。
【０１９３】
なお、本発明の光アナログ伝送装置は、伝送する信号としてアンテナで送受信する無線信号を対象とする場合、当該無線信号を周波数変換した中間周波の無線信号とすることになる。現状では一般に、アンテナで送受信する無線信号の周波数は、８００［ＭＨｚ］、１．５［ＧＨｚ］、１．９［ＧＨｚ］帯が使用されており、将来的には２．０［ＧＨｚ］、５．８［ＧＨｚ］、ミリ波帯の使用が考えられる。そして、ＦＰ−ＬＤを光源に使用する場合、無線信号がＦＰ−ＬＤの変調帯域外の可能性がある。また、モード分配雑音の影響を回避するためには、変調周波数を１［ＧＨｚ］以下とする等の必要がある。
【０１９４】
そこで、以上から無線信号を周波数変換して、低域の中間周波の無線信号として使用すれば、モード分配雑音の影響に強い、低コストなアナログ光伝送系を構成することができる。
【０１９５】
従って、モード分配雑音の影響に対し、装置規模が大きく、高コストである光ファイバの群速度分散制御及び光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。そのため、本発明のように光アナログ伝送装置の全体にわたり、装置規模を小型化でき、低コストで提供することが可能となる。
【０１９６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明は、光源にファプリー・ペロー型半導体レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）を用い、光信号が被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送系に係わり、伝送路の光ファイバの持つ群速度分散に依存するモード分配雑音の影響が、ＲＩＮを劣化させ、受信信号のＣＮＲを抑圧する問題を解決するものである。
【０１９７】
本発明によれば、ＦＰ−ＬＤと伝送路用光ファイバの間に光アイソレータを挿入することで、モード分配雑音を低減できる。光アイソレータは、光ファイバの不連続点やレーリー散乱による戻り光が、レーザ素子ヘ再結合することを防止し、ＦＰ−ＬＤのモード分配の変動を低減させる効果がある。さらに、ＦＰ−ＬＤから出力される光信号の光変調度ＯＭＩ、変調する信号の中心周波数帯ｆｍ［Ｈｚ］を、４０［％］≦ＯＭＩ≦９０［％］、１．５×ＢＷ（占有帯域［Ｈｚ］）≦ｆｍ≦１０9に設定することで、モード分配雑音の影響をより低減することが 可能となる。
【０１９８】
また、本発明は、光アイソレータを挿入する方法以外に、正弦波信号を信号に重畳する方法もあり、このような本発明によれば、重畳信号の周波数ｆｃ［Ｈｚ］と信号の占有帯域ＢＷとその中心周波数ｆｍに、所定の関係をもたせること、信号帯域ＢＷに高次歪及び 変調歪等による劣化を与えることなく、モード分配 雑音を低減できる。
【０１９９】
以上より、モード分配雑音の影響を低減するために、装置規模が大きく、高コストである光ファイバの群速度分散制御や、光源の波長安定化などの方式を用いる必要がなくなる。本発明による光アナログ伝送装置は、構成を簡易化できるため、小型化及び低コスト化することが可能となる。さらにモード分配雑音の低減により、光信号が被る遅延量の許容範囲を広げられる。そのため、伝送できる光信号の波長域が広くなり、ＦＰ−ＬＤの波長を選択をする必要がなくなる、光ファイバの伝送距離を伸ばせる、光アナログ伝送系の信頼度を高める、等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例を示した概略的なブロック構成図である。
【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例の別の例を示した概略的なブロック構成図である。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施例を別の例を示した概略的なブロック構成図である。
【図４】ＲＩＮ，ショット雑音、熱雑音の相対雑音量を示した図である。
【図５】遅延量とＲＩＮの関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例を示したブロック構成図。
【図７】アイソレータの有無による遅延量とＲＩＮの特性図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示すブロック構成図である。
【図９】光変調度に対するＣＮＲの特性図である。
【図１０】信号の帯域ＢＷ［Ｈｚ］と中心周波数ｆｍ［Ｈｚ］を示す図である。
【図１１】信号の中心周波数ｆｍに対する受信信号スペクトル図である。
【図１２】信号の中心周波数ｆｍと帯域ＢＷの関係図である。
【図１３】光ファイバ０［ｋｍ］伝送における光変調度に対するＲＩＮの特性図である。
【図１４】本発明の第５の実施例を示したブロック図である。
【図１５】重畳周波数ｆｃに対するＲＩＮの特性図である。
【図１６】重畳周波数ｆｃの光変調度に対するＲＩＮの特性図である。
【図１７】信号の中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの関係を示す図である。
【図１８】信号の中心周波数ｆｍと変調帯域ＢＷの関係を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施例を示したブロック構成図である。
【図２０】レーザ出力に対するＣＮＲの特性図である。
【図２１】本発明の第２の実施例におけるＡＰＣ機能を有した構成を示す図である。
【図２２】本発明の第８の実施例を示したブロック構成図である。
【図２３】光スペクトルを示す図である。
【図２４】モード分配雑音の影響による非ガウス分布の付加雑音を示した図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…親局
２ａ，２ｂ…子局
３…変調器
４…ドライバアンプ
５…バイアステイ
６…バイアス電流源
７…ファプリーベローレーザ
８…光ファイバ
９…フォトデテクタ
１０…プリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）
１１…局部発振器
１２…乗算器
１３…バンドパスフィルタ
１４…パワーアンプ
１５…ローノイズアンプ
１６…復調器
１７…アンテナ
１８…レーザチップ
１９…レンズ
２０…光アイソレータ
２１…レンズ
２２…レーザモジュール
２３…レンズ
２４…ピッグテール光ファイバ
２５…レーザモジュール
２６…加算器
２７…光送信器
２８…光受信器
２９…ゲイン可変アンプ
３０…バイアス制御器
３１…周波数制御器
３２…雑音モニタ
３３…ＡＰＣ制御器
５１…復調前の情報信号
５２…中間周波の無線信号
５３…受信信号
５４…無線信号
５５…アンテナから送信する無線信号
５６…アンテナで受信する無線信号
５７…中間周波の無線信号
５８…受信信号
５９…復調後の情報信号
６０…映像信号
６１…光信号
６２…光信号
６３…信号
６４…重畳信号
６５…直流バイアス電流
６６…雑音情報信号
６７…検波信号
Claims (2)
- 移動通信網の無線基地局から放射される無線信号を光ファイバを介してフィードするアナログ光伝送システムに使用され、光信号が前記光ファイバから被る遅延量が１０［ｐｓ／ｎｍ］以上である光アナログ伝送装置において、
前記無線信号により駆動され、アナログ変調された光信号を前記光ファイバに出力するファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードと、
前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードの出力側端面と前記光ファイバとの間に設けられ、前記光ファイバからの戻り光の再結合を抑圧する光アイソレータと、
前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを駆動する前記無線信号に正弦波信号を重畳する重畳部と、を具備し、
前記無線信号が副搬送波周波数多重されたｎチャネル（ｎは正の整数）で構成されている場合、１チャネル当たりの光変調度をｍｎとし、
光変調度ＯＭＩ［％］を｛（ｍ１） 2 ＋（ｍ２） 2 ＋…＋（ｍｎ） 2 ｝ １／２ と定義すると、
前記レーザ素子からの光信号の前記信号に対する光変調度ＯＭＩ［％］が
４０．０≦ＯＭＩ≦９０．０
であり、
前記無線信号の占有変調帯域をＢＷ［Ｈｚ］とし、この占有帯域の中心周波数をｆｍ［Ｈｚ］とし、前記正弦波信号の周波数をｆｃ［Ｈｚ］としたとき、
ＢＷおよびｆｍにつき次式（１）の関係を満足し、
１．５ＢＷ≦ｆｍ≦１０ ９ ・・・ （１）
ｆｍおよびｆｃにつき次式（２）乃至（５）の少なくとも１つの式の関係を満足する、
２×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ≦３×ｆｍ−（ＢＷ／２） ・・・ （２）
３×ｆｍ＋（ＢＷ／２）≦ｆｃ ・・・ （３）
ＢＷ／２≦ｆｃ≦（ｆｍ−ＢＷ／２）／２ ・・・ （４）
（ｆｍ＋ＢＷ／２）／２≦ｆｃ≦ｆｍ−（ＢＷ／２） ・・・ （５）
ことを特徴とする光アナログ伝送装置。 - 前記無線信号を周波数変換した中間周波の無線信号により前記ファブリー・ペロー型半導体レーザダイオードを駆動することを特徴とする請求項１に記載の光アナログ伝送装置。
Priority Applications (1)
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| JP37153198A JP4067673B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 光アナログ伝送装置 |
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| JP37153198A JP4067673B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 光アナログ伝送装置 |
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