JP4164570B2

JP4164570B2 - 無線光融合通信システムおよび無線光融合通信方法

Info

Publication number: JP4164570B2
Application number: JP2002238195A
Authority: JP
Inventors: 洋二荘司; 博世小川
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: JP2004080409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線変調信号を基地局からリモートアンテナ局まで光ファイバ伝送し、前記リモートアンテナ局において、前記受信した光信号を光電気変換することで、アンテナより端末機に無線送信する無線光融合通信システムおよび無線光融合通信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速なデジタル信号あるいは広帯域なアナログ信号等を伝送する無線装置は、一般的に、中間周波数帯信号（ＩＦ）と、局部発振信号（ＬＯ）を乗積し、アップコンバートすることにより無線変調信号（ＲＦ）を生成する変調器と、前記変調器によって変調された無線変調信号（ＲＦ）を送信する機能を有する送信機と、無線変調信号（ＲＦ）を受信し、局部発振信号（ＬＯ）を乗積し、ダウンコンバートすることにより中間周波数帯信号（ＩＦ）を生成する機能を有する受信機とから構成される。
【０００３】
前記送受信機における伝送信号の品質を保持するためには、送信機に入力される中間周波数帯信号（ＩＦ）と、受信機で生成される中間周波数帯信号（ＩＦ）とが、所定の周波数差の関係であり、位相差の時間変動が十分に小さいことが要求される。このため、送受信機内で局部発振信号（ＬＯ）を発生させる局部発振器として、周波数安定性に優れ、位相雑音が低いものが必要とされている。特に、周波数が高いマイクロ波の領域では、誘電体共振器またはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ
ＬｏｃｋＬｏｏｐ）回路により安定化、低雑音化される。
【０００４】
しかしながら、使用周波数が更に高くなるにつれて（たとえば、３０ＧＨｚ
以上のミリ波帯）、安定度の高い低雑音の発振器の実現が困難になると共に、製造コストが上昇する。たとえば、誘電体共振器においては、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ）値が低くなり、性能が発揮できない、前記ＰＬＬ回路では、特に、分周器の構成が困難になる、といった問題が発生した。
【０００５】
前記問題を解決する方法には、低い周波数の発振器からの信号を周波数逓倍して、局部発振信号（ＬＯ）を得る方法もあるが、一般に信号強度を上げるための増幅器が必要となり、高価になること、サイズが大きくなること、消費電力が大きくなることなどの問題が併せて発生した。
【０００６】
これらの前記問題を解決するために、図４に示す特開２００１−５３６４０号公報に記載された無線通信装置および無線通信方法が提案されている。図４（ａ）ないし（ｃ）は従来例における無線通信システムを説明するための概略図および中間周波数帯信号（ＩＦ）、局部発振信号（ＬＯ）、無線変調信号（ＲＦ）の関係を説明するための図である。
【０００７】
図４（ａ）において、基地局における無線通信装置４１は、局部発振信号（ＬＯ）と中間周波数帯信号（ＩＦ）と乗積するミクサ４３と、不要信号を除去する帯域濾波器４４と、前記局部発振信号（ＬＯ）を発生させる局部発振信号発生器４５と、前記局部発振信号発生器４５によって発生した局部発振信号（ＬＯ）を分配する分配器４６と、前記帯域濾波器４４を通過した無線変調信号（ＲＦ）と前記分配器４６で分配された一部の局部発振信号（ＬＯ）とを加算する電力合成器４７と、前記電力合成器４７によって加算された無線信号を増幅する増幅器４８と、前記増幅器４８によって増幅された無線信号を放射するアンテナ４９とから構成されている。
【０００８】
入力された中間周波数帯信号（ＩＦ）は、ミクサ４３で局部発振信号（ＬＯ）に乗積され、帯域濾波器４４を通過することによって、不要信号を濾波して、必要な無線変調信号（ＲＦ）が生成される。前記無線変調信号（ＲＦ）は、局部発振信号発生器４５によって生成された局部発振信号（ＬＯ）の一部が電力合成器４７によって加算されて無線信号となる。前記無線信号は、増幅器４８で信号レベルを大きくした後、アンテナ４９より送信される。
【０００９】
一方、図４（ｂ）に示す受信機４２は、基地局から送信された前記無線信号を受信するアンテナ４１０と、雑音等を前記無線信号から除去する帯域濾波器４１１と、前記無線信号を増幅する増幅器４１２と、無線信号を復調して中間周波数帯信号（ＩＦ）とする二乗器４１３とから構成されている。
【００１０】
アンテナ４１０で受信された無線信号は、受信機４２内の帯域濾波器４１１で不要信号が濾波され、増幅器４１２で信号レベルを大きくした後、二乗検波器４１３で中間周波数帯信号（ＩＦ）へと復調される。前記方法では、無線変調信号（ＲＦ）の生成に用いたと同じ局部発振信号（ＬＯ）を、無線信号とし伝送している。したがって、局部発振信号（ＬＯ）源となる局部発振信号発生器４５の位相雑音の影響が復調時にはキャンセルされる。復調された中間周波数帯信号（ＩＦ）は、送信機に入力された元の中間周波数帯信号（ＩＦ）の周波数へ復調されるという利点がある。
【００１１】
近年、無線光融合通信を用いた研究開発分野では、光ファイバの低伝送損失特性と広域特性を利用して、無線信号を光ファイバで伝送する無線アクセスポイントの低コスト化と簡素化・小型化を図ろうとする努力がなされている。さらに、単に無線変調信号を光ファイバ伝送するだけでなく、たとえば、ミリ波帯などの非常に高い周波数の無線信号を光ファイバを上手に利用して生成させる機能を同時に実現する手法などが検討されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
光デバイスを利用してミリ波帯などの高い周波数の無線信号を生成すると同時に、前記無線信号を光ファイバ伝送する手段としては、たとえば、図５に示すものがある。図５は従来例であり、高い周波数の無線信号を生成すると同時に当該無線信号を光ファイバ伝送する例を説明するための図である。図５において、無線通信装置は、基地局と、光ファイバ伝送路５２１と、リモートアンテナ局と、図示されていない端末機とから構成されている。
【００１３】
前記基地局は、異なる波長のレーザ光を発生する第１の光源５１４および第２の光源５１５と、前記第１の光源５１４および第２の光源５１５のレーザ光からそれぞれ一部分岐された信号を混合する混合器５１６、前記混合器５１６によって混合された光信号を光検波する検波器５１７、前記検波器５１７の出力を入力信号として前記第１の光源５１４と、第２の光源５１５の発振周波数と位相を制御する制御器５１８と、前記第１の光源５１４からの光信号が変調器５１９によって変調された光信号と、前記第２の光源５１５からの光信号とを混合する混合器５２０とから構成されている。
【００１４】
前記第１の光源５１４におけるレーザ光は、変調器５１９を用いて、情報信号ＤＡＴＡで変調される。その後、前記変調器５１９によって変調された光信号と、前記第２の光源５１５によって発生した光信号は、混合器５２０で混合され、光ファイバ伝送路５２１によって伝送される。受信側、すなわち、リモートアンテナ局において、前記光信号は、広帯域な光検波器５２２によって検波されて、二つの光源の波長の差異に応じた無線変調信号（ＲＦ）を得ることができる。
【００１５】
以上のように、前記無線光融合通信システムは、電気回路で生成することが困難な非常に高い周波数の無線信号であっても、比較的容易に無線変調信号（ＲＦ）を生成することができる。しかしながら、前記得られた無線変調信号（ＲＦ）を周波数特性および位相特性において、安定なものとするためには、用いる二つのレーザ光源が周波数的に厳密に安定化されていると同時に、相対的位相関係が固定されている必要がある。
【００１６】
すなわち、たとえば、図５に示すように、二つのレーザ光源からの信号は、それぞれ一部分岐して混合器５１６で混合され、これが検波器５１７で検波され、その出力が制御器５１８でモニタリングされる。すなわち、第１の光源５１４と第２の光源５１５の二つのレーザ光源は、その周波数と位相を外部より逐次調整するフィードバック機構を持たせるなど、いわゆる光フェイズロックドループ（ＰＬＬ）機構を持たせて、位相的に同期させている。したがって、前記基地局は、装置が非常に高価でかつ大型になってしまうという問題があった。
【００１７】
本発明は、以上のような問題を解決するためのものであり、利用無線周波数帯が高周波数になっても、周波数が安定し、かつ安価な局部発振器を得ることができる無線光融合通信システムおよび無線光融合通信方法を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明は、無線周波数に生じる周波数変動や位相雑音が通信品質に影響を与えず、かつ構成の簡単な無線光融合通信システムおよび無線光融合通信方法を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明は、従来の無線送受信機において発生する、局部発振信号に含まれる位相雑音による信号品質の劣化を防止する無線光融合通信システムおよび無線光融合通信方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
（第１発明）
第１発明の無線光融合通信システムは、無線変調信号を基地局で生成し、前記無線変調信号を電気光変換を介することで変調形態を維持したまま光信号に変換してリモートアンテナ局まで光ファイバ伝送し、前記リモートアンテナ局では、前記伝送された光信号を光電気変換することで、前記無線変調信号を取り出してアンテナよりミリ波帯高周波を無線送信するものであり、異なる波長からなる単一モードで発振すると同時に所望の無線周波数帯だけ離れた周波数からなる第１の光信号および第２の光信号を発生する第１および第２のレーザ光源１２４、１２５と、情報信号で変調された中間周波数帯信号を生成する中間周波数帯信号発生手段１２６と、前記中間周波数帯信号発生手段１２６で発生した中間周波数帯信号で前記第１の光信号をキャリア非抑圧型の単側波帯（ＳＳＢ）光変調信号、もしくは両側波帯（ＤＳＢ）光変調信号に変調する変調器１２７と、前記光変調信号に対して前記無線周波数帯だけ周波数の離れた無変調光源である前記第２の光信号と前記光変調信号とを混合して光送信する光混合器１２８と、から構成される基地局１２３と：
前記基地局１２３が送信する光信号を伝送する光ファイバ伝送路１２９と：
前記光ファイバ伝送路１２９より伝送された光信号を光電気変換して無変調キャリアと無線変調信号を生成し、アンテナ１３３より放射するリモートアンテナ局１３０と：
前記リモートアンテナ局１３０より送信した無変調キャリアと無線変調信号を受信し、これら２信号の乗積成分を生成することで、中間周波数帯信号を取り出して信号を復調する無線端末機１３４：
を備えていることを特徴とする。
【００２１】
（第２発明）
第２発明の無線光融合通信システムは、前記基地局１２３で得られた光信号を分岐して複数のリモートアンテナ局１３０へ供給することを特徴とする。
【００２２】
（第３発明）
第３発明の無線光融合通信方法は、無線変調信号を基地局で生成し、前記無線変調信号を電気光変換を介することで変調形態を維持したまま光信号に変換してリモートアンテナ局まで光ファイバ伝送し、前記リモートアンテナ局では、前記伝送された光信号を光電気変換することで、前記無線変調信号を取り出してアンテナよりミリ波帯高周波を無線送信するものであり、第１のレーザ光源および第２のレーザ光源によって、異なる波長からなる単一モードで発振すると同時に所望の無線周波数帯だけ離れた周波数からなる第１の光信号および第２の光信号を発生し、中間周波数帯の変調信号が生成され、前記変調信号で前記第１の光信号をキャリア非抑圧型の単側波帯（ＳＳＢ）光変調信号、もしくは両側波帯（ＤＳＢ）光変調信号に変調し、前記光変調信号に対して前記無線周波数帯だけ周波数の離れた無変調光源である前記第２の光信号と前記光変調信号とを混合した光信号を基地局から光ファイバ伝送路により伝送し、前記光ファイバ伝送路より伝送された光信号をリモートアンテナ局で受信した後、光電気変換して無変調キャリアと無線変調信号を生成し、リモートアンテナ局のアンテナより放射し、前記リモートアンテナ局より送信された無線変調信号を端末機により受信し、該２成分の乗積成分を生成することで、中間周波数帯信号を取り出して信号を復調することを特徴とする。
【００２３】
（第４発明）
第４発明の無線光融合通信方法は、前記基地局で得られた光信号を分岐して複数のリモートアンテナ局へ供給することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における第１の実施例である無線光融合通信システムの構成を説明するための概略図である。図２（ａ）および（ｂ）は光周波数軸上における発振周波数ｆ₀₁、発振周波数ｆ₀₂、中間周波数ｆ_IF、無線周波数ｆ_RFの関係を説明するための図である。図１において、無線光融合通信システムは、基地局１２３と、リモートアンテナ局１３０と、前記基地局１２３と前記リモートアンテナ局１３０とを接続する光ファイバ伝送路１２９と、無線端末機１３４とから構成されている。
【００２５】
前記基地局１２３は、発振周波数ｆ₀₁で単一モード発振するレーザ光源１２４と、前記レーザ光源１２４の発振周波数ｆ₀₁と所望の間隔となる無線周波数ｆ_RFに対応している発振周波数ｆ₀₂を発振するレーザ光源１２５と、情報信号ＤＡＴＡで変調された中間周波数（ＩＦ）帯変調信号を発生する中間周波数帯信号（ＩＦ）発生器１２６と、変調器１２７と、光混合器１２８とから構成されている。
【００２６】
基地局１２３において、発振周波数ｆ₀₁で単一モード発振するレーザ光源１２４の出力は、キャリア非抑圧型の光単側波帯（光ＳＳＢ）変調器１２７に入力される。また、当該変調器１２７には、中間周波数帯信号発生器１２６によって生成された中間周波数ｆ_IFの中間周波数帯信号（ＩＦ）が変調信号として入力される。この結果、図２（ａ）に示すような、光周波数軸上で光キャリアがＳＳＢ変調された信号光（ｆ₀₁＋ｆ_IF）を得る。
【００２７】
なお、本実施例では、キャリア非抑圧型の光単側帯波（光ＳＳＢ）変調器１２７に中間周波数帯信号を入力することで、キャリア残留型光ＳＳＢ信号を得ているが、光変調器としてキャリア非抑圧型の光両側帯波（光ＤＳＢ）変調器を用いて、キャリア残留型光ＤＳＢ信号を得ても、以降同様の効果が得られる。また、キャリア残留型光ＤＳＢ信号を得る方法としても図１のように光源の外部に変調器を設けるのではなく、直接中間周波数帯信号で光源を変調させることも可能である。
【００２８】
前記信号光（ｆ₀₁＋ｆ_IF）と、前記発振周波数ｆ₀₁とは異なる発振周波数ｆ₀₂で、単一モード発振するレーザ光源１２５の出力光が光混合器１２８に入力されて混合される。前記光混合器１２８の出力は、光ファイバ伝送路１２９によってリモートアンテナ局１３０まで伝送される。この時のリモートアンテナ局１３０で受信された光信号スペクトラムは、図２（ｂ）に示されているように、発振周波数ｆ₀₁と発振周波数ｆ₀₂との間隔は、所望のＲＦ周波数ｆ_RFに対応している。
【００２９】
リモートアンテナ局１３０では、受信信号光を光検波器１３１で検波し、無変調キャリアと無線変調信号を生成した後、増幅器１３２によって増幅し、アンテナ１３３によって空間に放射する。
【００３０】
前記リモートアンテナ局１３０のアンテナ１３３から放射された信号は、無線端末機１３４のアンテナ１３５によって受信される。前記無線端末機１３４によって受信された無変調キャリアと無線変調信号成分は、増幅器１３６で増幅された後、帯域濾波器１３７によって不要成分が除去される。その後、前記無変調キャリアと無線変調信号成分は、二乗検波器１３８で検波され、これら２成分の乗積成分が生成されることで、中間周波数帯信号（ＩＦ）が再生される。前記再生された中間周波数帯信号（ＩＦ）は、中間周波数帯復調回路１３９に入力された後、復調されて情報信号ＤＡＴＡとなる。
【００３１】
図１に示す本発明の無線光融合通信システムは、非常に高い周波数の無線信号を電気回路による周波数変換を行うことなく、比較的容易に生成することができると同時に、無線信号を光ファイバを使用して遠方のリモートアンテナ局まで伝送することができる。さらに、前記無線光融合通信システムは、レーザ光源等を制御する制御器等が不要になる、もしくは制御するとしても光フェーズロックループ回路にみられるような高度な制御は必要ではなく、低コストでかつ小型化が可能になった。また、本発明の無線光融合通信システムは、低コスト以外に、リモートアンテナ局から無線端末機への高安定・高品質な無線リンクを実現することができるようになった。
【００３２】
図３は本発明における第２の実施例である無線光融合通信システムの構成を説明するための概略図である。図３において、無線光融合通信システムは、基地局１２３と、リモートアンテナ局１３０、２３０、３３０、４３０、・・・と、前記基地局１２３と前記リモートアンテナ局１３０とを接続する光ファイバ伝送路１２９と、無線端末機１３４とから構成されている。
【００３３】
図３に示されている無線光融合通信システムは、リモートアンテナ局が複数に分岐されている点で図１に示されている無線光融合通信システムと異なっている。すなわち、前記リモートアンテナ局１３０、２３０、３３０、４３０、・・・は、光分配器２４０、３４０、４４０、・・・・によって基地局１２３から分配されている。
【００３４】
各リモートアンテナ局１３０、２３０、３３０、４３０、・・・は、第１実施例と同様に、受信した光信号から無線信号を再生してアンテナ１３３から空間に放射する。前記無線信号は、アンテナ１３５で受信された後、増幅機１３６で増幅され、帯域濾波器１３７で濾波され、二乗検波器１３８で検波され、中間周波数帯復調回路１３９によって前記無線信号を情報信号に復調される。
【００３５】
第２実施例の無線光融合通信システムは、光ファイバの低損失性と同じく信号を複数の箇所に分配する能力が高いという性質を生かして、カバーエリアの拡大、もしくは、複数エリアをスポット的に低コストにカバーすることが可能になった。
【００３６】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の実施例におけるブロックは、周知または公知の技術によって達成できるものであり、任意に変えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、非常に高い周波数の無線信号を電気回路による周波数変換を行うことなく、比較的容易に生成することが可能になると同時に、無線信号を光ファイバを使用して遠方のリモートアンテナ局まで低損失かつ高い品質で伝送することが可能になった。
【００３８】
本発明によれば、レーザ光源の周波数を制御する制御装置が不要になったため、小型で低コストなシステムであり、高品質かつ高安定な通信が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施例である無線光融合通信システムの構成を説明するための概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は光周波数軸上における発振周波数ｆ₀₁、発振周波数ｆ₀₂、中間周波数ｆ_IF、無線周波数ｆ_RFの関係を説明するための図である。
【図３】本発明における第２の実施例である無線光融合通信システムの構成を説明するための概略図である。
【図４】（ａ）ないし（ｃ）は従来例における無線通信システムを説明するための概略図および中間周波数帯信号（ＩＦ）、局部発振信号（ＬＯ）、無線変調信号（ＲＦ）の関係を説明するための図である。
【図５】従来例であり、高い周波数の無線信号を生成すると同時に当該無線信号を光ファイバ伝送する例を説明するための図である。
【符号の説明】
１２３・・・基地局
１２４・・・レーザ光源
１２５・・・レーザ光源
１２６・・・中間周波数帯信号発生器
１２７・・・変調器
１２８・・・光混合器
１２９・・・光ファイバ伝送路
１３０・・・リモートアンテナ局
１３１・・・光検波器
１３２・・・増幅器
１３３・・・アンテナ
１３４・・・無線端末機
１３５・・・アンテナ
１３６・・・増幅器
１３７・・・帯域濾波器
１３８・・・二乗検波器
１３９・・・中間周波数帯復調回路
２３０、３３０、４３０・・・リモートアンテナ局
２４０、３４０、４４０・・・光分配器

Claims

無線変調信号を基地局で生成し、前記無線変調信号を電気光変換を介することで変調形態を維持したまま光信号に変換してリモートアンテナ局まで光ファイバ伝送し、前記リモートアンテナ局では、前記伝送された光信号を光電気変換することで、前記無線変調信号を取り出してアンテナよりミリ波帯高周波を無線送信する無線光融合通信システムにおいて、
異なる波長からなる単一モードで発振すると同時に所望の無線周波数帯だけ離れた周波数からなる第１の光信号および第２の光信号を発生する第１のレーザ光源および第２のレーザ光源と、
情報信号で変調された中間周波数帯信号を生成する中間周波数帯信号発生手段と、
前記中間周波数帯信号発生手段で発生した中間周波数帯信号で前記第１の光信号をキャリア非抑圧型の単側波帯（ＳＳＢ）光変調信号、もしくは両側波帯（ＤＳＢ）光変調信号に変調する変調器と、
前記光変調信号に対して前記無線周波数帯だけ周波数の離れた無変調光源である前記第２の光信号と前記光変調信号とを混合して光送信する光混合器と、
から構成される基地局と：
前記基地局から送信された光信号を伝送する光ファイバ伝送路と：
前記光ファイバ伝送路より伝送された光信号を光電気変換して無変調キャリアと無線変調信号を生成し、アンテナより放射するリモートアンテナ局と：
前記リモートアンテナ局より送信した無変調キャリアと無線変調信号を受信し、これら２信号の乗積成分を生成することで、中間周波数帯信号を取り出して信号を復調する端末機：
を備えていることを特徴とする無線光融合通信システム。
前記基地局で得られた光信号を分岐して複数のリモートアンテナ局へ供給することを特徴とする請求項１に記載された無線光融合通信システム。
無線変調信号を基地局で生成し、前記無線変調信号を電気光変換を介することで変調形態を維持したまま光信号に変換してリモートアンテナ局まで光ファイバ伝送し、前記リモートアンテナ局では、前記伝送された光信号を光電気変換することで、前記無線変調信号を取り出してアンテナよりミリ波帯高周波を無線送信する無線光融合通信方法において、
第１および第２のレーザ光源によって、異なる波長からなる単一モードで発振すると同時に所望の無線周波数帯だけ離れた周波数からなる第１の光信号および第２の光信号を発生し、
中間周波数帯の変調信号が生成され、
前記変調信号で前記第１の光信号をキャリア非抑圧型の単側波帯（ＳＳＢ）光変調信号、もしくは両側波帯（ＤＳＢ）光変調信号に変調し、
前記光変調信号に対して前記無線周波数帯だけ周波数の離れた無変調光源である前記第２の光信号と前記光変調信号とを混合した光信号を基地局から光ファイバ伝送路により伝送し、
前記光ファイバ伝送路より伝送された光信号をリモートアンテナ局で受信した後、光電気変換して無変調キャリアと無線変調信号を生成し、リモートアンテナ局のアンテナより放射し、
前記リモートアンテナ局より送信された無変調キャリアと無線変調信号を端末機により受信し、これら２信号の乗積成分を生成することで、中間周波数帯信号を取り出して信号を復調する、
ことを特徴とする無線光融合通信方法。
前記基地局で得られた光信号を分岐して複数のリモートアンテナ局へ供給することを特徴とする請求項３に記載された無線光融合通信方法。