JP6594585B2 - 光マイクロ波伝送装置及び周波数変換装置並びに位相制御装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本実施の形態による周波数変換装置の構成図である。
本実施の形態による周波数変換装置は、送信信号源101、クロック信号源102、出力制御回路103、カプラ104、デジタル通信用光源105、光ファイバ106、フォトダイオード107、フィルタ108を備える。送信信号源101は、伝送対象とするRF送信信号を生成する信号源である。クロック信号源102は、RF送信信号とは異なる周波数を持ち、かつ、RF送信信号よりレベルの大きいRFクロック信号を生成する信号源である。出力制御回路103は、クロック信号源102から出力されたRFクロック信号のレベルを制御するための制御回路である。カプラ104は、送信信号源101からのRF送信信号とクロック信号源102からのRFクロック信号とを合波するカプラである。デジタル通信用光源105は、カプラ104からの電気信号を取得し、光信号に変換して出力する装置であり、リミッタアンプ105aとE/O変換部105bとを備えている。リミッタアンプ105aは、入力レベルに対応してその利得を制御し、出力レベルを一定値に保持する増幅器である。E/O変換部105bは、電気信号を光信号に変換する変換部である。デジタル通信用光源105としては、例えば、SFP+(Small−Form−factor−Pluggable−plus)の送信部を使用する。また、これら送信信号源101〜デジタル通信用光源105で、周波数変換装置における送信側の構成である光マイクロ波伝送装置が構成されている。光ファイバ106は、デジタル通信用光源105とフォトダイオード107とを接続するための光伝送路を構成している。フォトダイオード107は、光信号を電気信号に変換する変換素子である。フィルタ108は、設定された周波数の信号を取り出すためのフィルタである。
本実施の形態では、図1に示す通り、周波数fDATAのRF送信信号に加えて、このRF送信信号の周波数fDATAとは異なる周波数fαxで、RF送信信号のレベルより高いレベルを持つRFクロック信号をデジタル通信用光源105に対してマルチトーン入力することを特徴としている。
この構成下では、デジタル通信用光源105中のリミッタアンプ105aの効果により、送信信号の入力レベルにかかわらずフォトダイオード107からのRF出力信号レベルは一定値となり、図3Aに示す通り、RF送信信号の振幅情報は含ませることができない。すなわち、アナログ信号伝送不可となってしまう。図3A中、−10dBmのRF送信信号を点線で示し、−20dBmのRF送信信号を実線で示しているがほとんど重なっている。また、図3A及び図3Bは、RF送信信号が1GHzにおける出力スペクトルを示している。
送信信号源101は、RF送信信号として周波数fDATAの送信信号を出力する。また、クロック信号源102は、RFクロック信号として、周波数fαxのクロック信号を出力する。ここで、fαx≠fDATAである。また、RF送信信号とRFクロック信号の高調波の差ビート周波数が送信信号周波数と一致しないよう、(2n+1)×fαx−fDATA≠fDATAとする。さらに、RFクロック信号の出力レベルPαxは、RF送信信号の出力レベルPDATAより大きい(Pαx>PDATA)。
デジタル通信用光源105は、RF送信信号とRFクロック信号を光信号に変換する。デジタル通信用光源105の出力スペクトルを図4Bに示す。fcはデジタル通信用光源105の光キャリア周波数である。なお、ここでは光変調信号はOOK変調信号であることを仮定しているが、QPSK信号やBPSK信号などの位相偏移変調信号も伝送可能である。
図5は実施の形態2の周波数変換装置を示す構成図である。実施の形態2の周波数変換装置は、受信側の経路を分岐させるようにしたものである。図中、光マイクロ波伝送装置の構成すなわち送信信号源101〜デジタル通信用光源105の構成と、光ファイバ106については、図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
送信信号源101〜デジタル通信用光源105からなる光マイクロ波伝送装置の動作については、実施の形態1の光マイクロ波伝送装置の動作と同様であるため、ここでの説明は省略する。カプラ104の出力スペクトルを図6Aに示し、デジタル通信用光源105の出力スペクトルを図6Bに示す。fcはデジタル通信用光源105の光キャリア周波数である。実施の形態2においても、RF送信信号とRFクロック信号との関係は次の通りである。すなわち、fαx≠fDATAであり、また、RF送信信号とRFクロック信号の奇数倍の高調波の差ビート周波数がRF送信信号の周波数と一致しないよう、(2n1+1)×fαx−fDATA≠fDATAとする。さらに、RFクロック信号の出力レベルPαxはRF送信信号の出力レベルPDATAより大きくする(Pαx>PDATA)。なお、ここでは光変調信号はOOK変調信号であることを仮定しているが、QPSK信号やBPSK信号などの位相偏移変調信号も伝送可能である。
光分配器202は受信系を第1の受信経路と第2の受信経路の2系統に分岐させる。なお、本実施の形態においては分岐させる受信系統を2系統としているが、系統を増やしてもいい。その場合、系統数に対応したフォトダイオードとフィルタを追加する。
図7は実施の形態3の周波数変換装置を示す構成図である。実施の形態3の周波数変換装置は、第1のRFクロック信号源に加えて第2のRFクロック信号源を備え、周波数変換可能な範囲を拡大するようにしたものである。
第2のフォトダイオード306b及び第2のフィルタ307bは、第2のRFクロック信号の周波数の奇数倍の高調波の電気信号に変換する第2の受信信号変換部を構成している。ここで、第2のフォトダイオード306bは、第2のRFクロック信号の周波数fαx_2の奇数倍の高調波(2n2+1)×fαx_2(nは整数)の電気信号に変換し、第2のフィルタ307bは、設定された周波数帯域の信号を第2の周波数の電気信号として出力する。
送信信号源101、第1のクロック信号源102、出力制御回路103、カプラ104、第1のデジタル通信用光源105の動作については、実施の形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。カプラ104の出力スペクトルを図8Aに示す。実施の形態3においても、RF送信信号とRFクロック信号との関係は次の通りである。すなわち、fαx_1≠fDATAであり、また、送信信号周波数fDATAと第1のクロック信号源102からのクロック信号の奇数倍の高調波(2n1+1)×fαx_1の差ビート周波数が送信信号周波数と一致しないよう、(2n1+1)×fαx_1−fDATA≠fDATAとする。さらにクロック信号の出力レベルPαx_1は送信信号の出力レベルPDATAより大きくする(Pαx>PDATA)。なお、ここでは光変調信号はOOK変調信号であることを仮定しているが、QPSK信号やBPSK信号などの位相偏移変調信号も伝送可能である。
なお、ここでは光変調信号はOOK変調信号であることを仮定しているが、QPSK信号やBPSK信号などの位相偏移変調信号も伝送可能である。
WDMカプラ303は、第1のデジタル通信用光源105及び第2のデジタル通信用光源302からのそれぞれの出射光を合波し、光ファイバ106を介して受信側に送出する。
なお、本実施の形態においては分岐する受信系統を2系統としているが、系統を増やしてもいい。その場合、系統数に対応したフォトダイオードとフィルタを追加する。WDMカプラ305の出力スペクトルを図8Cと図8Dに示す。
図9は実施の形態4の位相制御装置を示す構成図である。実施の形態4の位相制御装置は、第1のRF信号と第2のRF信号とから生成される第3のRF信号の位相を第1のRF信号と同期させるようにしたものである。
実施の形態4においては、図10に示す通り、RF伝送信号に加えて、伝送信号周波数fDATAとは異なる周波数(fDATA≠fα)及び伝送信号レベルより高いレベルを持つ(Pα>PDATA)、RFクロック信号をデジタル通信用光源410に対してマルチトーン入力を行い、デジタル通信用光源410内蔵のリミッタアンプ410a,410dをアナログ駆動させること。また、伝送信号とクロック信号の差ビート信号の位相誤差成分φ0(t)+Δθα(t)−ΔθDATA(t)を送信端において検出し、VCO401にフィードバックすることにより、伝送信号とクロック信号の差ビート信号の位相を同期していることを特徴とする。ここで、φ0(t)をクロック信号の出力位相変動量、Δθα(t)をクロック信号が受ける光路中の位相変動量、ΔθDATA(t)を伝送信号が受ける光路中の位相変動量とする。
また、伝送信号とクロック信号の差ビート信号と、図13に示すスペクトルのうち第2のアナログフィルタ416の出力信号とを第3のミキサ417でミキシングし、アップコンバージョンする。そして、分周器418で出力位相を1/2倍とした後、位相比較器419でクロック基準信号と位相を比較し、誤差成分φ0(t)+Δθα(t)−ΔθDATA(t)を検出し、ループフィルタ420で誤差信号を生成し、VCO401にフィードバックする。
図14は実施の形態5の位相制御装置を示す構成図である。実施の形態5の位相制御装置は、実施の形態4の構成に加えて、第3のRF信号として、前記第2のRF信号のn倍波(nは任意の整数)と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成するようにしたものである。
実施の形態5では、伝送信号の周波数fDATEとクロック信号の奇数倍の高調波(2n+1)×fαの差ビート周波数が送信信号周波数と一致しないよう、(2n+1)×fα−fDATA≠fDATAとする。また、VCO401の出力周波数fαと伝送信号源403の出力周波数fDATAはfα≠fDATAとすることと、クロック信号の出力レベルPαは送信信号の出力レベルPDATAより大きくすること(Pα>PDATA)は実施の形態4と同様である。
図15は実施の形態6の位相制御装置を示す構成図である。実施の形態6の位相制御装置は、実施の形態5の構成に加えて、第3のRF信号を抽出するためのRFフィルタのフィルタ特性を決定するフィルタ特性演算部を備えたものである。
実施の形態6では、伝送信号の周波数fDATEとクロック信号の奇数倍の高調波(2n+1)×fαの差ビート周波数が送信信号周波数と一致しないよう、(2n+1)×fα−fDATA≠fDATAとし、また、VCO401の出力周波数fαと伝送信号源403の出力周波数fDATAはfα≠fDATAとすると共に、クロック信号の出力レベルPαは送信信号の出力レベルPDATAより大きくすること(Pα>PDATA)は実施の形態5と同様である。
Claims (19)
- 伝送対象のRF送信信号を生成する送信信号源と、
前記RF送信信号とは異なる周波数を持ち、かつ当該RF送信信号よりレベルが大きいRFクロック信号を出力するクロック信号源と、
前記RF送信信号と前記RFクロック信号とを合波した信号を光信号に変換するデジタル通信用光源とを備えたことを特徴とする光マイクロ波伝送装置。 - 前記デジタル通信用光源は、前記RF送信信号の周波数の信号と、前記RFクロック信号の周波数の奇数倍の周波数の信号とを光信号に変換することを特徴とする請求項1記載の光マイクロ波伝送装置。
- 前記クロック信号源から出力される前記RFクロック信号のレベルを制御する出力制御回路を備えると共に、前記デジタル通信用光源は、入力信号に応じて利得を変化させるリミッタアンプを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の光マイクロ波伝送装置。
- 請求項3の光マイクロ波伝送装置を用い、
前記デジタル通信用光源から送出された光信号を取得し、前記RF送信信号の周波数と前記RFクロック信号の周波数の奇数倍の高調波との和周波数及び差周波数の電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで変換された電気信号から設定された周波数の電気信号を取り出すフィルタとを備えたことを特徴とする周波数変換装置。 - 伝送対象のRF送信信号を生成する送信信号源と、
前記RF送信信号とは異なる周波数を持ち、かつ当該RF送信信号よりレベルが大きいRFクロック信号を出力するクロック信号源と、
前記RF送信信号の周波数の信号と、前記RFクロック信号の周波数の奇数倍の周波数の信号とを光信号に変換するデジタル通信用光源と、
前記デジタル通信用光源から送出された光信号の伝送経路を第1の受信経路と第2の受信経路とに分岐させる光分配器を備え、
前記第1の受信経路は、前記デジタル通信用光源から送出された光信号を取得し、前記RF送信信号の周波数と前記RFクロック信号の周波数の奇数倍の高調波との和周波数及び差周波数の電気信号に変換する第1のフォトダイオードと、前記第1のフォトダイオードで変換された電気信号から設定された第1の周波数の電気信号を取り出す第1のフィルタとからなり、
前記第2の受信経路は、前記デジタル通信用光源から送出された光信号を取得し、前記RF送信信号の周波数と前記RFクロック信号の周波数の奇数倍でかつ前記第1のフォトダイオードの周波数とは異なる高調波との和周波数及び差周波数の電気信号に変換する第2のフォトダイオードと、前記第2のフォトダイオードで変換された電気信号から設定された第2の周波数の電気信号を取り出す第2のフィルタとからなることを特徴とする周波数変換装置。 - 前記第1の周波数の電気信号と前記第2の周波数の電気信号との差周波数の電気信号を取り出すミキサを備えたことを特徴とする請求項5記載の周波数変換装置。
- 前記クロック信号源から出力される前記RFクロック信号のレベルを制御する出力制御回路を備えると共に、前記デジタル通信用光源は、入力信号に応じて利得を変化させるリミッタアンプを有することを特徴とする請求項5または請求項6記載の周波数変換装置。
- 伝送対象のRF送信信号を生成する送信信号源と、
前記RF送信信号とは異なる周波数を持ち、かつ当該RF送信信号よりレベルが大きい第1のRFクロック信号を出力する第1のクロック信号源と、
前記RF送信信号と前記第1のRFクロック信号とを合波した信号を取得し、前記RF送信信号の周波数の信号と、前記第1のRFクロック信号の周波数の奇数倍の周波数の信号とを含む光信号に変換する第1のデジタル通信用光源と、
前記RF送信信号及び前記第1のRFクロック信号とは異なる周波数を持つ第2のRFクロック信号を出力する第2のクロック信号源と、
前記第2のRFクロック信号を光信号に変換する第2のデジタル通信用光源と、
前記第1のデジタル通信用光源から出力される光信号と、前記第2のデジタル通信用光源から出力される光信号とを合波する光合波器とを備えたことを特徴とする光マイクロ波伝送装置。 - 前記第1のクロック信号源から出力される前記第1のRFクロック信号のレベルを制御する出力制御回路を備えると共に、前記第1のデジタル通信用光源は、入力信号に応じて利得を変化させるリミッタアンプを有することを特徴とする請求項8記載の光マイクロ波伝送装置。
- 請求項8または請求項9に記載の光マイクロ波伝送装置を用い、
前記光合波器で合波された光信号の伝送経路を分岐させる光分配器と、
前記光分配器で分岐された光信号を取得し、前記RF送信信号の周波数と前記第1のRFクロック信号の周波数の奇数倍の高調波との和周波数または差周波数の電気信号を第1の周波数の電気信号として変換する第1の受信信号変換部と、
前記光分配器で分配された光信号を取得し、前記第2のRFクロック信号の周波数の奇数倍の高調波の電気信号を第2の周波数の電気信号として変換する第2の受信信号変換部と、
前記第1の周波数の電気信号と前記第2の周波数の電気信号の差周波の電気信号を第3の周波数の電気信号として発生させるミキサとを備えた周波数変換装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号とを合波した第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源とを備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第2のRF信号として、前記第1のRF信号より信号レベルの高い信号であり、かつ、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 前記第3のRF信号は、前記第2のRF信号の基本波と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号であることを特徴とする請求項11記載の位相制御装置。
- 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第2のRF信号生成部は、前記デジタル通信用光源から出力された光信号を折り返した信号を用いて前記第2のRF信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第3のRF信号生成部は、前記第3のRF信号として、前記第2のRF信号の基本波と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成し、
前記第2のRF信号生成部は、前記デジタル通信用光源から出力された光信号を折り返した信号を用いて前記第2のRF信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第3のRF信号生成部は、前記第3のRF信号として、前記第2のRF信号の(2n+1)倍波(nは任意の整数)と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第3のRF信号生成部は、前記第3のRF信号として、前記第2のRF信号の(2n+1)倍波(nは任意の整数)と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成し、
前記第2のRF信号生成部は、前記第2のRF信号として、前記第1のRF信号より信号レベルの高い信号を生成すると共に、前記デジタル通信用光源から出力された光信号を折り返した信号を用いて前記第2のRF信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第3のRF信号を抽出するための特定の周波数以外の周波数成分を阻止するRFフィルタのフィルタ特性を前記第2のRF信号の(2n+1)倍波(nは任意の整数)と前記第1のRF信号の差周波数を検出することで決定するフィルタ特性演算部を備え、
前記第3のRF信号生成部は、前記第3のRF信号として、前記第2のRF信号の(2n+1)倍波と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 伝送対象となる第1のRF信号を生成する第1のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号とは異なる周波数の第2のRF信号を生成する第2のRF信号生成部と、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号を合波した第3のRF信号を生成する第3のRF信号生成部と、
前記第3のRF信号を光信号に変換するデジタル通信用光源を備え、
前記第2のRF信号生成部は、前記第1のRF信号と前記第3のRF信号の位相を同期させる前記第2のRF信号を生成し、
前記第3のRF信号を抽出するための特定の周波数以外の周波数成分を阻止するRFフィルタのフィルタ特性を前記第2のRF信号の(2n+1)倍波(nは任意の整数)と前記第1のRF信号の差周波数を検出することで決定するフィルタ特性演算部を備え、
前記第3のRF信号生成部は、前記第3のRF信号として、前記第2のRF信号の(2n+1)倍波と前記第1のRF信号の差周波数を持つ信号を生成し、
前記第2のRF信号生成部は、前記第2のRF信号として、前記第1のRF信号より信号レベルの高い信号を生成すると共に、前記デジタル通信用光源から出力された光信号を折り返した信号を用いて前記第2のRF信号を生成することを特徴とする位相制御装置。 - 前記第2のRF信号生成部は、前記第2のRF信号として、前記第1のRF信号より信号レベルの高い信号を生成することを特徴とする請求項13から請求項15、請求項17のうちのいずれか1項記載の位相制御装置。
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