JP4728275B2 - 光ssb送信装置 - Google Patents

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本発明は、電気信号によって変調された光信号を得る光送信装置に関する。特に、片側の側波帯を抑圧して出力する光SSB(Single Sideband)信号送信技術に関する。
光送信装置に備わる光変調器には、光の強度を変調する強度変調方式が広く知られている。この強度変調方式には、両側の側波帯を出力する方式、いわゆる光DSB(Double Sideband)変調方式と、片側の側波帯を抑圧して出力する光SSB変調方式とがある(非特許文献1及び2参照。)。
光DSB変調方式では、光信号伝送を行うと、光ファイバの分散(Chromatic Dispersion)によって、波形が劣化し、また、その振幅が増減してしまい、伝送距離に制限を受けてしまうという問題があった。一方、光SSB変調方式では、光信号伝送を行っても、光ファイバの分散によっては、波形は劣化せず、また、その振幅が一定となり、伝送距離に制限を受けないという利点がある。
これまでに、光SSB変調を得るには、LN−MZ(Lithium Niobate Mach−Zehndar)変調器による方法が知られている。このLN−MZ変調器には、片側の側波帯と併せて光キャリアを抑圧して、光キャリアは出力せずに、抑圧しない他方の片側の側波帯のみを出力するタイプがある。一方、片側の側波帯のみを抑圧し、光キャリアを抑圧しないで、光キャリアと片側の側波帯を出力するタイプがある。ここでは、前者をキャリア抑圧光SSB変調器と呼び、後者をキャリア非抑圧光SSB変調器と呼ぶ。
図8は、従来のキャリア抑圧光SSB送信装置の一例を示す概略構成図である。図9は、従来のキャリア抑圧光SSB送信装置の出力する変調信号光の一例を示す光スペクトルである。DFB−LD(Distributed feedback laser diode)31からの波長1559nmのキャリア光を、キャリア抑圧光SSB変調器36に入力する。また、マルチキャリア信号発生器32で発生させたマルチキャリア電気信号(8キャリア、周波数帯fs=11.727GHz〜11.996GHz)をカプラ37で分岐した後、2つの信号にフェーズシフタ34a、34bであらかじめ定められた周波数成分の位相をシフトさせて位相を調整し、キャリア抑圧光SSB変調器36に入力する。キャリア抑圧光SSB変調器36は、片側の側波帯52bと併せて光キャリア50の波長1559nmの成分を抑圧して、光キャリア50は出力せずに、抑圧しない他方の片側の側波帯52aのみを出力する。キャリア抑圧光SSB変調器36で得た変調された変調信号光を、光ファイバを用いて光伝送する。この場合には、受信者側では、光キャリア50を注入することによって、復調を可能とする。
図10は、従来のキャリア非抑圧光SSB送信装置の一例を示す概略構成図である。図11は、従来のキャリア非抑圧光SSB送信装置の出力する変調信号光の一例を示す光スペクトルである。DFB−LD31からの波長1559nmのキャリア光を、キャリア非抑圧光SSB変調器35に入力する。また、衛星(BS、Broadcast Satellite)信号キャリア52a、52b用のマルチキャリア電気信号をマルチキャリア信号発生器32で発生させ、カプラ33で分岐した後、2つの信号にフェーズシフタ34a、34bで位相を調整してキャリア非抑圧光SSB変調器35に入力する。キャリア非抑圧光SSB変調器35は、片側の側波帯52bのみを抑圧し、光キャリア50の波長成分を抑圧しないで、光キャリア50と抑圧しない他方の片側の側波帯52aとを出力する。キャリア非抑圧光SSB変調器35で得た変調された変調信号光には、光キャリア50と、長波長側の側波帯52aによって生成された衛星信号キャリアと、が含まれている。このため、キャリア非抑圧光SSB変調器35で得た変調された変調信号光を送信信号として、光ファイバを用いて光伝送すると、受信者側では、光キャリア50を注入することなく復調できる。
D.Fonseca,A.V.T.Cartaxo and P.Monteiro,"Optical single−sideband transmitter for various electrical signaling formats," J.Lightwave Tech., vol.24,no.5,pp.2059−2069,May.2006 J.Park,W.V.T.Sorin and K.Y.Lau,"Elmination of the fibre chromatic dispersion penalty 1550nm milimetre−wave optical transmission,"Electron.Lett.,vol.33,no.6,pp.512−513,Mar.1997
従来の光SSB送信装置では、図8及び図10に示すように、フェーズシフタ34a及び34bによって、キャリア光を変調する電気信号の位相を調整し、最大のサイドバンド抑圧度を得る。ところが、そのサイドバンド抑圧度の程度が、キャリア抑圧光SSB変調器又はキャリア非抑圧光SSB変調器の電極に入力する電気信号の振幅と位相の精度に依存し、高いサイドバンド抑圧度を得るのは困難であった。
高いサイドバンド抑圧度を光SSB送信装置によって得ることができれば、光信号伝送を行っても、光ファイバの分散によっては、波形は劣化せず、また、波形の振幅が一定となり、伝送可能な距離に制限を受けないという理想的な伝送ができる。しかし、高いサイドバンド抑圧度を光SSB送信装置によって得ることができずに、光信号伝送を行うと、光ファイバの分散によって、波形が若干劣化し、また、その振幅が一定とならずに増減し、その振幅の増減の程度によって、伝送可能な距離に制限を受けてしまう。
本発明は、受信者側において光キャリアを注入することなく復調が可能であり、さらに、高いサイドバンド抑圧度を得ることができる光SSB送信装置の提供を目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係る光SSB送信装置は、周波数foを有する振幅が一定のシングルキャリア電気信号と、周波数帯fsを有するマルチキャリア電気信号との周波数多重信号によって、キャリア光を、キャリア抑圧光SSB変調器で変調して、変調された光信号を出力する。
具体的には、本発明に係る光SSB送信装置は、予め定められた周波数帯のマルチキャリア電気信号を発生させるマルチキャリア信号発生器と、前記マルチキャリア電気信号の周波数帯と異なる予め定められた周波数のシングルキャリア電気信号を発生させるシングルキャリア信号発生器と、前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯を、前記シングルキャリア電気信号の周波数だけ高くなるよう周波数変換する周波数変換器と、波長が一定のキャリア光を、前記周波数変換器の周波数変換したマルチキャリア電気信号及び前記シングルキャリア信号発生器の発生させたシングルキャリア電気信号で強度変調し、側波帯の一方の波長成分及び前記キャリア光の波長成分を抑圧するキャリア抑圧光SSB変調器と、を備えることを特徴とする。
キャリア抑圧光SSB変調器は、強度変調により生じた側波帯の片側のみを変調信号光として出力する。出力される変調信号光には、シングルキャリア電気信号による側波帯と、マルチキャリア電気信号による側波帯と、が含まれている。マルチキャリア電気信号による側波帯を新たな衛星信号キャリアとして利用し、シングルキャリア電気信号による側波帯を新たな光キャリアとして利用することができる。新たな光キャリアと衛星信号キャリアによる側波帯との周波数差は、元の衛星信号キャリアの周波数に等しい。このため、受信側では光キャリアを注入することなく復調を行うことができる。さらに、新たな光キャリアを中心とした衛星信号キャリアの周波数帯にはマルチキャリア電気信号による片方の側波帯しか存在しないため、高いサイドバンド抑圧度を得ることができる。
本発明に係る光SSB送信装置では、前記周波数変換器は、前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号を、前記シングルキャリア信号発生器の発生させるシングルキャリア電気信号で振幅変調する振幅変調器であることが好ましい。シングルキャリア電気信号の周波数成分の信号と、マルチキャリア電気信号のキャリアそれぞれの周波数とシングルキャリア電気信号の周波数とを加算した周波数成分の信号と、同時に発生させることができる。
本発明に係る光SSB送信装置では、前記周波数変換器は、前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯を、前記シングルキャリア信号発生器の発生させるシングルキャリア電気信号の周波数だけ高周波数側にシフトさせる周波数アップコンバータであることが好ましい。マルチキャリア電気信号の周波数帯を高周波数側にシフトさせることで、シングルキャリア電気信号の周波数成分の信号に加え、マルチキャリア電気信号のそれぞれのキャリアの周波数とシングルキャリア電気信号の周波数とを加算した周波数成分の信号を発生させることができる。さらに、マルチキャリア電気信号のキャリアそれぞれの周波数とシングルキャリア電気信号の周波数とを減算した周波数成分の信号などの不要な周波数の信号が発生しないため、光信号伝送時における信号の劣化を防ぐことができる。
本発明に係る光SSB送信装置では、前記シングルキャリア電気信号は、振幅が一定であることが好ましい。新たなキャリア光の振幅が一定となるので、伝送距離の制限を受けずに新たな光キャリア及び衛星信号キャリアの伝送をすることができる。
本発明により、受信者側において光キャリアを注入することなく復調が可能であり、さらに、高いサイドバンド抑圧度を得ることができる光SSB送信装置を提供することができる。高いサイドバンド抑圧度を得ることにより、光SSB送信装置を用いて光信号伝送を行っても、光ファイバの分散による波形の劣化を防ぐことができる。
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
(実施形態1)
図1は、本実施形態に係る光SSB送信装置の概略構成図である。本実施形態に係る光SSB送信装置は、マルチキャリア信号発生器11と、シングルキャリア信号発生器12と、周波数変換器17と、合波器13と、分岐器18と、フェーズシフタ19a、19bと、光源16と、キャリア抑圧光SSB変調器20と、を備える。
マルチキャリア信号発生器11は、予め定められた周波数帯fsのマルチキャリア電気信号を発生させる。マルチキャリア電気信号のキャリア数は、情報を伝送することの可能な数であり、例えば、8又は64である。マルチキャリア電気信号の周波数帯fsは、例えば、衛星信号キャリアの周波数帯である。衛星信号キャリアの周波数帯は、例えば、11.727GHz〜11.996GHzである。図2に、図1に示すA点でのマルチキャリア電気信号の一例を示すスペクトルを示す。キャリア数8のマルチキャリア電気信号が、11.727GHz〜11.996GHzの周波数帯に現れている。
シングルキャリア信号発生器12は、マルチキャリア電気信号の周波数帯と異なる予め定められた周波数foのシングルキャリア電気信号を発生させる。一定の周波数foは、マルチキャリア電気信号の周波数帯fsと異なる周波数である。一定の周波数foは、マルチキャリア電気信号の周波数帯fsとは異なる周波数であり、周波数帯fsよりも高くてもよいし、低くてもよい。例えば、衛星信号キャリアの周波数帯の低周波数側が11.727GHzであれば、周波数foは10GHz程度である。図3に、図1に示すB点でのシングルキャリア電気信号の一例を示すスペクトルを示す。10GHzのシングルキャリア電気信号が現れている。
シングルキャリア電気信号は、振幅が一定であることが好ましい。例えば、シングルキャリア信号発生器12は、振幅が一定のシングルキャリア電気信号を発生させる。また、振幅を一定にする増幅器を備えていてもよい。シングルキャリア電気信号の振幅が一定であることで、シングルキャリア電気信号によって発生させる新たな光キャリアの振幅が一定となる。光キャリアの振幅が一定であることで、新たな光キャリア及び信号キャリアの高いサイドバンド抑圧度が得られるので、伝送距離の制限を受けずに光信号の伝送をすることができる。
周波数変換器17は、マルチキャリア信号発生器11の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯を、シングルキャリア電気信号の周波数foだけ高くなるよう周波数変換する。周波数変換器17は、例えば、マルチキャリア信号発生器11の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯fsを、シングルキャリア信号発生器12の発生させるシングルキャリア電気信号の周波数foだけ高周波数側にシフトさせる周波数アップコンバータである。本実施形態では、マルチキャリア電気信号の周波数帯fsが11.727GHz〜11.996GHzであり、シングルキャリア電気信号の周波数foが10GHzであるので、周波数変換器17は、マルチキャリア電気信号の周波数帯fsを21.727GHz〜21.996GHzに変換する。
図4に、図1に示すC点でのマルチキャリア電気信号の一例を示すスペクトルを示す。本実施形態では、キャリア数8のマルチキャリア電気信号が21.727GHz〜21.996GHzの周波数帯に現れる。マルチキャリア電気信号による側波帯を衛星信号キャリアとして利用する。
合波器13は、周波数変換器17が周波数変換したマルチキャリア電気信号及びシングルキャリア信号発生器の発生させたシングルキャリア電気信号を合波して周波数多重信号を出力する。例えば、合波器13は、マルチキャリア電気信号の周波数帯fs及びシングルキャリア電気信号の周波数foの周波数多重信号を出力する。
分岐器18は、合波器13の出力する周波数多重信号を分岐する。フェーズシフタ19a、19bは、分岐器18の分岐する2つの周波数多重信号の位相差を90°に調整する。例えば、分岐器18は、周波数多重信号に含まれる複数の周波数の信号の位相を周波数ごとに選択的に90°ずらして出力する。フェーズシフタ19a及び19bは、位相を90°ずらした信号がキャリア抑圧光SSB変調器20に位相を90°ずらしたまま入力されるように、位相を調整する。分岐器18が周波数多重信号に含まれる信号の位相を90°ずらさずに出力する場合は、フェーズシフタ19a及び19bが周波数多重信号に含まれる信号の位相差が90°ずれた状態でキャリア抑圧光SSB変調器20に同時に入力されるように、位相を調整する。図5に、図1に示すD点での周波数多重信号の一例を示すスペクトルを示す。キャリア数8のマルチキャリア電気信号が21.727GHz〜21.996GHzの周波数帯に、1本のシングルキャリア電気信号が10GHzに現れている。E点でのマルチキャリア電気信号のスペクトルもほぼ同じである。
ここで、フェーズシフタ19a、19bにより、周波数多重信号に含まれる信号の位相を調整する際には、変調信号光のサイドバンド抑圧度が最大になるように調整することが好ましい。キャリア抑圧光SSB変調器の種類にもよるが、例えば、D点とE点で位相がちょうど90°異なるように調整する。また、キャリア抑圧光SSB変調器20に印加するバイアス電圧Vb1、Vb2及びVb3は、変調信号光のサイドバンド抑圧度が最大になる電圧であることが好ましい。サイドバンド抑圧度が最大になっているか否かは、例えば、光スペクトルアナライザでF点での変調信号光の光スペクトルを測定することによって確認することができる。フェーズシフタ19a、19bの出力する周波数多重信号をキャリア抑圧光SSB変調器20に入力して、光源16から出力されるキャリア光を光SSB変調する。
光源16は、波長が一定のキャリア光を発生させる。光源16は、たとえば、DFBレーザなどの半導体レーザである。
キャリア抑圧光SSB変調器20は、波長が一定のキャリア光を2つに分岐し、フェーズシフタの調整する2つの周波数多重信号で強度変調し、強度変調した強度変調光の側波帯の一方の波長成分及びキャリア光の波長成分を抑圧するように合波する。キャリア光は、光源16の出力する光である。フェーズシフタ19a及び19bの出力するそれぞれの周波数多重信号をキャリア抑圧光SSB変調器20に入力して、光源16から出力されるキャリア光を光SSB変調する。キャリア抑圧光SSB変調器20が抑圧する側波帯の一方の波長成分は、長波長側であってもよいし、短波長側であってもよい。例えば、キャリア抑圧光SSB変調器20は、短波長側の側波帯の波長成分と、キャリア光の波長成分と、を抑圧し、長波長側の側波帯の波長成分をキャリア抑圧光SSB変調器20から出力する。
図6は、キャリア抑圧光SSB変調器の出力する変調信号光の一例を示す光スペクトルである。変調信号光の周波数は、フォトダイオードによって受信すれば、衛星信号キャリアの周波数帯fsは、21.727GHzから21.996GHzまでの8つの周波数から、光キャリアの周波数10GHzを差し引いた周波数である11.727GHzから11.996GHzまでの8つの衛星信号キャリアの周波数を含んでいる周波数帯fsとなる。残った10GHz一定のシングルキャリア電気信号により変調された片側の側波帯を、新しい光キャリアとみなせば、もとの衛星信号キャリアの周波数で変調のかかった8つの衛星信号キャリアで変調のかかった片側の側波帯を有する光SSB変調された変調信号光を得ることとなる。受信側では光キャリアを注入することなく復調を行うことができる。
ところで、新しい光キャリアを中心としては、残った8つの衛星信号キャリアで変調のかかった片側の側波帯の反対側には、変調された信号はまったく存在しないことになる。このことから、無限大のサイドバンド抑圧度を得ることとなる。さらに、新たにみなされた光キャリアが光SSB送信装置からの出力光に存在するため、受信者側では、光キャリアを注入することなく復調が可能である。
(実施形態2)
図7は、本実施形態に係る光SSB送信装置器の概略構成図である。本実施形態に係る光SSB送信装置器は、実施形態1で説明した周波数変換器17に代えて、マルチキャリア信号発生器11の発生させたマルチキャリア電気信号を、シングルキャリア信号発生器12で発生させたシングルキャリア電気信号で振幅変調する振幅変調器21を備える。振幅変調器21は、例えば、周波数帯fsに分布するマルチキャリア電気信号のキャリアのそれぞれを、シングルキャリア電気信号の周波数foの入力信号で振幅変調する。振幅変調により、入力信号の周波数を高周波数側に周波数foだけシフトした信号と、周波数foの信号と、を出力することができる。後から周波数foの信号を重畳する必要がなくなる。なお、この場合、振幅変調器21の出力には、入力信号の周波数を高周波数側に周波数foシフトした信号と、周波数foの信号と、さらに、マルチキャリア電気信号のそれぞれのキャリアの周波数と周波数foとの差の周波数を有する信号も現れる。このため、シングルキャリア電気信号の周波数foよりも低い周波数の信号を遮断し、入力信号の周波数を高周波数側に周波数foシフトした信号及び周波数foの信号を通過させる周波数フィルタ22を、振幅変調器21の後段に接続する必要がある。
本発明は、光伝送信号に利用することができる。
実施形態1に係る光SSB送信装置の概略構成図である。 A点でのマルチキャリア電気信号の一例を示す周波数スペクトルである。 B点でのシングルキャリア電気信号の一例を示す周波数スペクトルである。 C点でのマルチキャリア電気信号の一例を示す周波数スペクトルである。 D点での周波数多重信号の一例を示す周波数スペクトルである。 キャリア抑圧光SSB変調器から出力される変調信号光の波長スペクトルである。 実施形態2に係る光SSB送信装置器の概略構成図である。 従来のキャリア抑圧光SSB送信装置の一例を示す概略構成図である。 従来のキャリア抑圧光SSB送信装置の出力する変調信号光の一例を示す光スペクトルである。 従来のキャリア非抑圧光SSB送信装置の一例を示す概略構成図である。 従来のキャリア非抑圧光SSB送信装置の出力する変調信号光の一例を示す光スペクトルである。
符号の説明
11 マルチキャリア信号発生器
12 シングルキャリア信号発生器
13 合波器
16 光源
17 周波数変調器
18 分岐器
19a、19b フェーズシフタ
20 キャリア抑圧光SSB変調器
21 振幅変調器
22 周波数フィルタ
31 DFBレーザ
32 マルチキャリア信号発生器
33、37 カプラ
34a、34b フェーズシフタ
35 キャリア非抑圧光SSB変調器
36 キャリア抑圧光SSB変調器
50 光キャリア
51a シングルキャリア電気信号により発生した上側側波帯
51b シングルキャリア電気信号により発生した下側側波帯
52a マルチキャリア電気信号により発生した上側側波帯
52b マルチキャリア電気信号により発生した下側側波帯

Claims (4)

  1. 予め定められた周波数帯のマルチキャリア電気信号を発生させるマルチキャリア信号発生器と、
    前記マルチキャリア電気信号の周波数帯と異なる予め定められた周波数のシングルキャリア電気信号を発生させるシングルキャリア信号発生器と、
    前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯を、前記シングルキャリア電気信号の周波数だけ高くなるよう周波数変換する周波数変換器と、
    波長が一定のキャリア光を、前記周波数変換器の周波数変換したマルチキャリア電気信号及び前記シングルキャリア信号発生器の発生させたシングルキャリア電気信号で強度変調し、側波帯の一方の波長成分及び前記キャリア光の波長成分を抑圧するキャリア抑圧光SSB変調器と、を備えることを特徴とする光SSB送信装置。
  2. 前記周波数変換器は、前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号を、前記シングルキャリア信号発生器の発生させるシングルキャリア電気信号で振幅変調する振幅変調器であることを特徴とする請求項1に記載の光SSB送信装置。
  3. 前記周波数変換器は、前記マルチキャリア信号発生器の発生させたマルチキャリア電気信号の周波数帯を、前記シングルキャリア信号発生器の発生させるシングルキャリア電気信号の周波数だけ高周波数側にシフトさせる周波数アップコンバータであることを特徴とする請求項1に記載の光SSB送信装置。
  4. 前記シングルキャリア電気信号は、振幅が一定であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光SSB送信装置。
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