JP6609864B2 - 高周波変調信号発生装置及び位相揺らぎ抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、高周波変調信号発生装置に関する。

１００ＧＨｚ以上の周波数の搬送波を用いるテラヘルツ通信では、従来の無線通信より高い周波数を用いる。そのため、既存システムとの干渉がない点や同じ比帯域でも非常に広帯域な通信が可能であるため、将来の伝送システムとしての検討が広く進められている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、このような高周波の信号を電気回路で直接生成することは現状の半導体デバイスの性能では難しく、光技術を併用したシステムが多く検討されている。

図６は、光技術を用いたテラヘルツ通信用送信回路１０の構成例を示す図である。テラヘルツ通信用送信回路１０は、信号発生器１１、光周波数コム発生器１２、光分波器１３、光データ変調器１４、光合波器１５及び光検波器１６を備える。信号発生器１１は、周波数Δｆの無線（ＲＦ）信号を発生させる。光周波数コム発生器１２は、信号発生器１１が発生させた無線（ＲＦ）信号に基づいて、Δｆ間隔の光周波数コムを生成する。光分波器１３は、生成された光周波数コムを２つの周波数成分ｆ_０、ｆ_０＋ｎΔｆ（ｎは１以上の整数）に分波する。光分波器１３は、分波した周波数成分ｆ_０の信号を光データ変調器１４に出力し、周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を光合波器１５に出力する。光データ変調器１４は、周波数成分ｆ_０の信号を変調して変調信号を光合波器１５に出力する。光合波器１５は、光分波器１３から出力された信号と、光データ変調器１４から出力された信号とを合波して光検波器１６に出力する。光検波器１６は、光合波器１５から出力された信号を用いて、光ヘテロダイン検波によりそれらの差周波ｎΔｆの信号を生成する。

このように構成することによって、電気的には生成の難しい高周波の信号を生成することが可能となる。また、この信号の品質はもとのＲＦ信号の品質と同等であり、高品質の信号が生成可能である。しかし、光ヘテロダイン検波に用いる２つの光波の光路長は温度や振動によって変動し、変動はそれぞれの光路に対して同一ではない。そのため、概ね１ｋＨｚ以下の低周波の位相揺らぎが生じる。位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）を受信側に置くことによりこの位相揺らぎの影響を受けずに受信することは可能であるが、位相揺らぎそのものは伝達されてしまう。そのため、無線信号の搬送波が揺らぐこととなり、無線端末側で受信信号を基に基準周波数信号を発生させる場合等において無線信号品質に影響を与える。また、複数の高周波信号を生成して、アレイアンテナを構成したり、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple-Input and Multiple-Output）による通信容量の増大を図ったり、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）のような高度な変調方式を用いる場合には、高周波信号間の位相を同期させる必要があり、位相揺らぎがある場合には十分な性能が発揮できない。

位相揺らぎの抑制手法として、図７のように、光ヘテロダイン検波後の信号を搬送波周波数の基準信号と同期検波することで位相揺らぎを検出し、位相揺らぎを打ち消すように２つの光波の一方に位相変調を行う方法がある。図７は、位相揺らぎの抑制手法を可能とするテラヘルツ通信用送信回路２０の構成例を示す図である。テラヘルツ通信用送信回路２０は、光周波数コム発生器２１、光分波器２２、位相変調器２３、光データ変調器２４、合波器２５、光検波器２６、乗算器２７、ＬＰＦ２８及び制御回路２９を備える。光周波数コム発生器２１は、Δｆ間隔の光周波数コムを生成する。光分波器２２は、生成された光周波数コムを２つの周波数成分ｆ_０、ｆ_０＋ｎΔｆに分波する。光分波器２２は、分波した周波数成分ｆ_０の信号を位相変調器２３に出力し、周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を合波器２５に出力する。

位相変調器２３は、周波数成分ｆ_０の信号を制御回路２９から出力された信号で位相変調する。光データ変調器２４は、位相変調された信号を変調して変調信号を光合波器２５に出力する。光合波器２５は、光分波器２２から出力された信号と、光データ変調器２４から出力された信号とを合波して光検波器２６に出力する。光検波器２６は、光合波器２５から出力された信号を用いて、光ヘテロダイン検波によりそれらの差周波ｎΔｆの信号を生成する。その後、乗算器２７は、差周波ｎΔｆの信号と基準信号とを乗算し、乗算値を出力する。ＬＰＦ２８は、乗算器２７から出力された乗算値で表される信号の周波数成分のうち低周波成分を抽出して制御回路２９に出力する。制御回路２９は、抽出された低周波成分の信号に基づいて位相変調器２３を制御する。しかしながら、このような方法では、安定な基準信号を得ることが難しいこと、および高価な高周波回路が追加となることから現実的ではない。

このような問題に対して、図８に示すように、２つの光波それぞれを位相揺らぎより高い周波数の小振幅の正弦波で位相変調し、元の光周波数コムと合波して光検波することで、位相揺らぎを比較的低周波数の搬送波ゆらぎとして検出することが検討されている。この手法を用いたフィードバックループにより位相揺らぎを抑圧できることが確認されている（例えば、非特許文献２参照）。

図８は、フィードバックループを用いたテラヘルツ通信用送信回路３０の構成例を示す図である。テラヘルツ通信用送信回路３０は、光周波数コム発生器３１、光分波器３２、位相変調器３３、光データ変調器３４、位相変調器３５、光合波器３６、光分岐回路３７、第１の光検波器３８、合波器３９、第２の光検波器４０、ＢＰＦ４１、乗算器４２、低周波信号発生器４３、ＬＰＦ４４、制御回路４５、加算器４６、ＢＰＦ４７、低周波信号発生器４８、乗算器４９、ＬＰＦ５０、制御回路５１及び加算器５２を備える。

光周波数コム発生器３１は、Δｆ間隔の光周波数コムを生成する。光分波器３２は、生成された光周波数コムの２つの周波数成分ｆ_０、ｆ_０＋ｎΔｆに分波する。光分波器３２は、分波した周波数成分ｆ_０の信号を位相変調器３５に出力し、周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を位相変調器３３に出力する。位相変調器３３は、周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を加算器４６から出力された信号で位相変調する。光データ変調器３４は、位相変調された信号を変調して変調信号を光合波器３６に出力する。位相変調器３５は、周波数成分ｆ_０の信号を加算器５２から出力された信号で位相変調する。光合波器３６は、光データ変調器３４から出力された信号と、位相変調器３５から出力された信号とを合波して光分岐回路３７に出力する。

光分岐回路３７は、光合波器３６から出力された信号を第１の光検波器３８及び合波器３９に出力する。第１の光検波器３８は、光分岐回路３７から出力された信号を用いて、光ヘテロダイン検波によりそれらの差周波ｎΔｆの信号を生成する。合波器３９は、光分岐回路３７から出力された信号と、光周波数コム発生器３１から出力された信号とを合波する。第２の光検波器４０は、合波器３９から出力された信号を用いて、光ヘテロダイン検波によりそれらの差周波の信号を生成する。ＢＰＦ４１は、第２の光検波器４０から出力された信号から周波数成分ｆ_ｍの信号を抽出する。乗算器４２は、ＢＰＦ４１から出力された周波数成分ｆ_ｍの信号と、低周波信号発生器４３が発生させる周波数成分ｆ_ｍの低周波信号とを乗算し、乗算値を出力する。ＬＰＦ４４は、乗算器４２から出力された乗算値で表される信号の周波数成分のうち低周波成分の信号を抽出する。制御回路４５は、低周波成分の信号と、低周波信号発生器４３が発生させる周波数成分ｆ_ｍの低周波信号とを加算器４６で加算して位相変調器３３に印加する。

ＢＰＦ４７は、第２の光検波器４０から出力された信号から周波数成分ｆ_ｎの信号を抽出する。乗算器４９は、ＢＰＦ４７から出力された周波数成分ｆ_ｎの信号と、低周波信号発生器４３が発生させる周波数成分ｆ_ｎの低周波信号とを乗算し、乗算値を出力する。ＬＰＦ５０は、乗算器４９から出力された乗算値で表される信号の周波数成分のうち低周波成分の信号を抽出する。制御回路５１は、低周波成分の信号と、低周波信号発生器４８が発生させる周波数成分ｆ_ｎの低周波信号とを加算器５２で加算して位相変調器３５に印加する。
以上のような処理によって、フィードバックループにより位相揺らぎを抑圧できる。

H.J. Song and T. Nagatsuma, "Present and Future of Terahertz Communications," IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY, VOL.1, NO.1, pp.256-263, 2011. Y. Yoshimizu, et al., "Wireless transmission using coherent terahertz wave with phase stabilization," IEICE Electronics Express, Vol. 10, no. 18, pp.1-8, 2013.

上記の手法は、当初振幅変調された信号を対象に検討されてきたが、より大容量の伝送を行うためには、位相変調等により多値化を行う必要がある。しかしながら、正弦波による位相変調により多値化された信号の位相が揺らいでしまう。そのため、位相変調された信号に対して上記の技術をそのまま適用することができないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、位相変調された信号への適用を可能にする技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波する分波器と、分波された前記第１の周波数の信号を変調する第１の光位相変調器と、分波された前記第２の周波数の信号を変調する第２の光位相変調器と、前記第１の光位相変調器の後段に接続され、前記第１の周波数の信号を変調する光データ変調器と、前記光データ変調器に印加されるデータ信号を生成する伝送路符号化器と、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐する光分岐回路と、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力する光検波器と、前記光分岐回路の他方の出力を変調する第３の光位相変調器と、前記第３の光位相変調器に印加される周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生する低周波信号発生器と、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器に印加することにより前記第１の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する第１の制御回路と、前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第２の光位相変調器に印加することにより前記第２の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する第２の制御回路と、を備える高周波変調信号発生装置である。
本発明の一態様は、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波する分波器と、分波された前記第１の周波数の信号を変調する第１の光位相変調器と、分波された前記第２の周波数の信号を変調する第２の光位相変調器と、前記第１の光位相変調器の後段に接続され、前記第１の周波数の信号を変調する光データ変調器と、前記光データ変調器に印加されるデータ信号を生成する伝送路符号化器と、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐する光分岐回路と、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力する光検波器と、前記光分岐回路の他方の出力を変調する第３の光位相変調器と、前記第３の光位相変調器に印加される周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生する低周波信号発生器と、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器に分配して印加することにより前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との位相揺らぎの差を抑圧する制御回路と、を備える高周波変調信号発生装置である。

本発明の一態様は、分波器が、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波し、第１の光位相変調器が、分波された前記第１の周波数の信号を変調し、第２の光位相変調器が、分波された前記第２の周波数の信号を変調し、伝送路符号化器が、データ信号を生成し、前記第１の光位相変調器の後段に接続される光データ変調器が、前記データ信号で前記第１の周波数の信号を変調し、光分岐回路が、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐し、光検波器が、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力し、低周波信号発生器が、周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生し、第３の光位相変調器が、前記低周波信号で前記光分岐回路の他方の出力を変調し、光電変換回路が、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換し、第１の制御回路が、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器に印加することにより前記第１の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧し、第２の制御回路が、前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第２の光位相変調器に印加することにより前記第２の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する位相揺らぎ抑制方法である。
本発明の一態様は、分波器が、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波し、第１の光位相変調器が、分波された前記第１の周波数の信号を変調し、第２の光位相変調器が、分波された前記第２の周波数の信号を変調し、伝送路符号化器が、データ信号を生成し、前記第１の光位相変調器の後段に接続される光データ変調器が、前記データ信号で前記第１の周波数の信号を変調し、光分岐回路が、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐し、光検波器が、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力し、低周波信号発生器が、周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生し、第３の光位相変調器が、前記低周波信号で前記光分岐回路の他方の出力を変調し、光電変換回路が、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換し、制御回路が、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器に分配して印加することにより前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との位相揺らぎの差を抑圧する位相揺らぎ抑制方法である。

本発明により、位相変調された信号への適用が可能となる。

第１の実施形態における高周波変調信号発生装置１００の機能構成を表す概略ブロック図である。 伝送路符号として６４ｂ／６６ｂ符号を用いた際のＱＰＳＫ信号のスペクトル（シミュレーション）を示す図である。 図２におけるある特定の範囲の拡大図である。 周波数成分と位相揺らぎ量との関係を表す図である。 第２の実施形態における高周波変調信号発生装置１００ａの機能構成を表す概略ブロック図である。 光技術を用いたテラヘルツ通信用送信回路１０の構成例を示す図である。 位相揺らぎの抑制手法を可能とするテラヘルツ通信用送信回路２０の構成例を示す図である。 フィードバックループを用いたテラヘルツ通信用送信回路３０の構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における高周波変調信号発生装置１００の機能構成を表す概略ブロック図である。高周波変調信号発生装置１００は、光周波数コム発生器１０１、光分波器１０２、位相変調器１０３、伝送路符号化回路１０４、光データ変調器１０５、位相変調器１０６、合波器１０７、光分岐回路１０８、第１の光検波器１０９、低周波信号発生器１１０、位相変調器１１１、合波器１１２、第２の光検波器１１３、ＢＰＦ１１４、乗算器１１５、ＢＰＦ１１６、乗算器１１７、ＬＰＦ１１８、制御回路１１９、ＢＰＦ１２０、乗算器１２１、ＬＰＦ１２２及び制御回路１２３を備える。

光周波数コム発生器１０１は、Δｆ間隔の光周波数コムを生成する。光周波数コム発生器１０１は、生成した光周波数コムを光分波器１０２と、合波器１１２とに出力する。以下、光分波器１０２に出力される光周波数コムを変調用信号と記載し、合波器１１２に出力される光周波数コムをリファレンス用信号と記載する。
光分波器１０２は、光周波数コム発生器１０１から出力された変調用信号を入力とする。光分波器１０２は、入力された変調用信号を分波し、２つの異なる周波数成分ｆ_０、ｆ_０＋ｎΔｆの信号を取り出す。光分波器１０２は、周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を位相変調器１０３に出力し、周波数成分ｆ０の信号を位相変調器１０６に出力する。

位相変調器１０３は、光分波器１０２から出力された周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号と、制御回路１１９から出力された直流信号とを入力とする。ここで、直流信号は、位相揺らぎを補正するための信号である。位相変調器１０３は、入力された周波数成分ｆ_０＋ｎΔｆの信号を直流信号で位相変調する。これにより、位相変調器１０３の位相が補正される。位相変調器１０３は、位相変調後の信号を光データ変調器１０５に出力する。
伝送路符号化回路１０４は、基準周波数ｆ_Ｆの送信対象のデータ信号を符号化する。伝送路符号化回路１０４は、符号化されたデータ信号を光データ変調器１０５に出力する。また、伝送路符号化回路１０４は、基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数の正弦波Ｎｆ_Ｆ（Ｎは１以上の整数）を乗算器１１５に出力する。

光データ変調器１０５は、位相変調器１０３から出力された位相変調後の信号と、伝送路符号化回路１０４から出力された符号化されたデータ信号とを入力とする。光データ変調器１０５は、入力された位相変調後の信号を符号化されたデータ信号で位相変調する。光データ変調器１０５は、位相変調後の信号を合波器１０７に出力する。
位相変調器１０６は、光分波器１０２から出力された周波数成分ｆ_０の信号と、制御回路１２３から出力された直流信号とを入力とする。位相変調器１０６は、入力された周波数成分ｆ_０の信号を直流信号で位相変調する。位相変調器１０６は、位相変調後の信号を合波器１０７に出力する。

合波器１０７は、光データ変調器１０５から出力された位相変調後の信号と、位相変調器１０６から出力された位相変調後の信号とを入力とする。合波器１０７は、入力された複数の信号を合波する。合波器１０７は、合波後の信号を光分岐回路１０８に出力する。
光分岐回路１０８は、合波器１０７から出力された合波後の信号を入力とする。光分岐回路１０８は、入力された合波後の信号を第１の光検波器１０９及び位相変調器１１１に出力する。

第１の光検波器１０９は、光分岐回路１０８から出力された合波後の信号を入力とする。第１の光検波器１０９は、入力された合波後の信号を用いて、光ヘテロダイン検波により光波の周波数差の成分を抽出し、抽出した成分を高周波信号として出力する。
低周波信号発生器１１０は、低周波信号を発生させる。低周波信号発生器１１０は、低周波信号を位相変調器１１１、乗算器１１７及び乗算器１２１に出力する。

位相変調器１１１は、光分岐回路１０８から出力された合波後の信号と、低周波信号発生器１１０から出力された低周波信号とを入力とする。位相変調器１１１は、入力された合波後の信号を低周波信号で位相変調する。位相変調器１１１は、位相変調後の信号を合波器１１２に出力する。
合波器１１２は、光周波数コム発生器１０１から出力されたリファレンス用信号と、位相変調器１１１から出力された位相変調後の信号とを入力とする。合波器１１２は、リファレンス用信号と、位相変調後の信号とを合波する。合波器１１２は、合波後の信号を第２の光検波器１１３に出力する。

第２の光検波器１１３は、合波器１１２から出力された合波後の信号を入力とする。第２の光検波器１１３は、入力された合波後の信号を用いて、光ヘテロダイン検波により光波の周波数差の成分を抽出し、抽出した成分の信号をＢＰＦ１１４及びＢＰＦ１２０に出力する。
ＢＰＦ１１４は、第２の光検波器１１３から出力された信号を入力とする。ＢＰＦ１１４は、入力された信号から基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数近辺の信号を抽出する。ＢＰＦ１１４は、抽出した基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数近辺の信号を乗算器１１５に出力する。

乗算器１１５は、伝送路符号化回路１０４から出力された基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数の正弦波Ｎｆ_Ｆと、ＢＰＦ１１４から出力された信号とを入力とする。乗算器１１５は、入力された信号を乗算することによって信号の差周波成分を抽出する。乗算器１１５は、抽出した差周波成分の信号をＢＰＦ１１６に出力する。
ＢＰＦ１１６は、乗算器１１５から出力された信号の周波数成分のうち低周波成分の信号を抽出する。ＢＰＦ１１６は、抽出した低周波成分の信号を乗算器１１７に出力する。

乗算器１１７は、ＢＰＦ１１６から出力された低周波成分の信号と、低周波信号発生器１１０から出力された低周波信号とを入力とする。乗算器１１７は、入力された低周波成分の信号と、低周波信号とを乗算することによって信号の差周波成分を抽出する。乗算器１１７は、抽出した差周波成分の信号をＬＰＦ１１８に出力する。
ＬＰＦ１１８は、乗算器１１７から出力された信号を入力とする。ＬＰＦ１１８は、入力された信号の周波数成分のうち低周波数成分の信号を抽出する。ＬＰＦ１１８は、抽出した低周波成分の信号を制御回路１１９に出力する。

制御回路１１９は、ＬＰＦ１１８から出力された低周波成分の信号を入力とする。制御回路１１９は、入力された低周波成分の信号に基づいて位相揺らぎを検出し、検出した位相揺らぎを補正するように位相変調器１０３に印加する直流信号を生成する。制御回路１１９は、生成した直流信号を位相変調器１０３に印加する。
ＢＰＦ１２０は、第２の光検波器１１３から出力された信号を入力とする。ＢＰＦ１２０は、入力された信号の周波数成分から低周波成分の信号を抽出する。ＢＰＦ１２０は、抽出した低周波成分の信号を乗算器１２１に出力する。

乗算器１２１は、低周波信号発生器１１０から出力された低周波信号と、ＢＰＦ１２０から出力された低周波成分の信号とを入力とする。乗算器１２１は、入力された信号を乗算することによって信号の差周波成分を抽出する。乗算器１２１は、抽出した差周波成分の信号をＬＰＦ１２２に出力する。
ＬＰＦ１２２は、乗算器１２１から出力された差周波成分の信号を入力とする。ＬＰＦ１２２は、入力された信号から低周波成分の信号を抽出する。ＬＰＦ１２２は、抽出した信号を制御回路１２３に出力する。
制御回路１２３は、ＬＰＦ１２２から出力された低周波成分の信号を入力とする。ＬＰＦ１２２は、入力された低周波成分の信号に基づいて位相揺らぎを検出し、検出した位相揺らぎを補正するように位相変調器１０６に印加する直流信号を生成する。制御回路１２３は、生成した直流信号を位相変調器１０６に印加する。

次に、高周波変調信号発生装置１００の具体的な動作について説明する。
まず、光周波数コム発生器１０１が生成する光周波数コムは以下の式１のように表される。

式１において、Ｎは光周波数コムの本数、ａ_ｉはｉ番目の成分の振幅、φ_ｉはｉ番目の成分の位相、Δfは周波数間隔を表す。この中の各成分を光分波器１０２で分波し、そのうち２波を合波器１０７で合波する。その際、各周波数成分に位相変動が付加されるため、合波後の信号は以下の式２のように表される。

式２において、各成分の位相変動はθ_ｍ（ｔ）、θ_ｎ（ｔ）である。第１の光検波器１０９の出力における２波の周波数差の成分は以下の式３のように表される。

式３におけるθ_ｍ（ｔ）−θ_ｎ（ｔ）が、搬送波の位相揺らぎとして信号品質に影響を与える。そこで、高周波変調信号発生装置１００は、合波後の信号を低周波の正弦波で位相変調し、その低周波成分を検出し、フィードバック制御により位相の安定化を図ることを考える。この場合の第２の光検波器１１３の出力の光周波数コム発生器１０１から出力された光周波数コム（リファレンス用信号）との差周波成分は以下の式４のように表される。

ここで、式４の後半部分（ａ_ｎｂ_ｎｃｏｓ（αｓｉｎ２πｆ_ｄｔ＋φ_ｎ＋θ_ｎ（ｔ）））から低周波成分を抽出すると、以下の式５のように表される。

高周波変調信号発生装置１００は、式５で表される低周波成分の信号と、低周波の正弦波を混合することにより、位相変調器１０６の経路の位相揺らぎθ_ｎ（ｔ）を検出できる。制御回路１２３は、検出した位相揺らぎθ_ｎ（ｔ）に基づいて位相変調器１０６に直流信号を印加することにより位相揺らぎを抑圧する。また、式４の前半部分（ａ_ｍｂ_ｍｃｏｓ（αｓｉｎ２πｆ_ｄｔ＋φ_ｍ＋ψ（ｔ）＋θ_ｍ（ｔ）））はψ（ｔ）が基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数の成分を持つことから、ＢＰＦ１１４により基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数周辺成分を抽出し、乗算器１１５にて基準周波数ｆ_Ｆの整数倍の周波数の正弦波Ｎｆ_Ｆと、抽出した周辺成分とを混合し、ＬＰＦ１２２により低周波成分を抽出することができる。この抽出された低周波成分は以下の式６のように表される。

高周波変調信号発生装置１００は、式６で表される信号から、位相揺らぎθ_ｎ（ｔ）眉検出と同様にして位相揺らぎθ_ｍ（ｔ）を検出する。制御回路１１９は、検出した位相揺らぎθ_ｍ（ｔ）に基づいて位相変調器１０３に直流信号を印加することにより位相揺らぎを抑圧する。このようにして、安定した位相の高周波信号を生成することが可能となる。

図２は、上記の式４の前半部分に関して、伝送路符号として６４ｂ／６６ｂ符号を用いた際のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）信号のスペクトル（シミュレーション）を示す図である。また、図２のある特定の範囲の拡大図を図３に示す。６４ｂ／６６符号では、６４ビットのデータの先頭に２ビットの固定パターンを付加しているため、ＱＰＳＫ信号で３３シンボル毎に固定シンボルが挿入されることとなる。図２及び図３より明らかなように、フレーム繰り返し周波数の整数倍に線スペクトルが観測されている。この成分と位相揺らぎ量との関係を図４に示す。図４より、位相揺らぎ量と周波数成分を関連付けられるため、高周波変調信号発生装置１００は、この信号を用いて位相揺らぎの制御を行うことができる。検出された位相ゆらぎから制御回路で位相変調器の位相制御信号を生成するが、生成方法としては、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御が一般的である。

以上のように構成された高周波変調信号発生装置１００では、位相変調された信号への適用を可能にすることができる。具体的には、高周波変調信号発生装置１００において、第１の光検波器１０９から出力される信号には、位相変調器１１１に印加される低周波信号の成分は含まれない。したがって、制御のために用いられる低周波信号が高周波信号に影響を与えることがない。そのため、従来方式では適用が困難であった位相変調信号への適用も可能になる。
また、高周波信号に影響を与えないため、位相変調器１１１で印加する低周波信号の振幅を任意に設定でき、第２の光検波器１１３出力の低周波信号成分の強度を従来方式よりも高めることができ、位相揺らぎの検出精度を高めることができる。

＜変形例＞
本実施形態では、伝送路符号化として６４ｂ／６６ｂ符号を用いた場合の例を示したが、他の伝送路符号化についても周期的なフレームを使用するものであれば同様に適用することができる。例えば、誤り訂正符号としてリードソロモン符号を用いるシステムでは、フレーム同期用のシンボルがスペクトル上で線スペクトルとなるため、この成分を用いて制御することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における高周波変調信号発生装置１００ａの機能構成を表す概略ブロック図である。高周波変調信号発生装置１００ａは、光周波数コム発生器１０１、光分波器１０２、位相変調器１０３、伝送路符号化回路１０４、光データ変調器１０５、位相変調器１０６、合波器１０７、光分岐回路１０８、第１の光検波器１０９、低周波信号発生器１１０、位相変調器１１１、合波器１１２、第２の光検波器１１３、ＢＰＦ１１４、乗算器１１５、ＢＰＦ１１６、乗算器１１７ａ、ＬＰＦ１１８及び制御回路１１９ａを備える。

高周波変調信号発生装置１００ａは、乗算器１１７及び制御回路１１９に代えて乗算器１１７ａ及び制御回路１１９ａを備える点、ＢＰＦ１２０、乗算器１２１、ＬＰＦ１２２及び制御回路１２３を備えない点で高周波変調信号発生装置１００と構成が異なる。高周波変調信号発生装置１００ａのその他の構成については、高周波変調信号発生装置１００の構成と同様である。そのため、高周波変調信号発生装置１００ａ全体の説明は省略し、乗算器１１７ａ及び制御回路１１９ａについてのみ説明する。

乗算器１１７ａは、ＢＰＦ１１６から出力された低周波成分の信号と、ＢＰＦ１２０から出力された低周波成分の信号とを入力とする。乗算器１１７ａは、入力された信号を乗算することによって信号の差周波成分を抽出する。乗算器１１７ａは、抽出した差周波成分の信号をＬＰＦ１１８に出力する。
制御回路１１９ａは、ＬＰＦ１１８から出力された低周波成分の信号を入力とする。制御回路１１９ａは、入力された低周波成分の信号に基づいて位相揺らぎを検出し、検出した位相揺らぎを補正するように位相変調器１０３及び位相変調器１０６に印加する直流信号を生成する。制御回路１１９ａは、生成した直流信号を位相変調器１０３及び位相変調器１０６に印加する。

ここで、第２の実施形態と第１の実施形態との違いは、制御回路が、光分波器１０２の出力先である２つの経路の位相揺らぎを独立に制御するのではなく、位相揺らぎの差を誤差信号として制御する点である。上記式５及び式６の信号を乗積検波した信号から抽出された低周波信号は、以下の式７のように表される。

制御回路１１９ａは、上記式７に基づいて、位相変調器１０３及び位相変調器１０６に印加する直流信号を生成し、生成した直流信号を位相変調器１０３及び位相変調器１０６に印加することで位相揺らぎの差を抑圧する。具体的には、制御回路１１９ａは、生成した直流信号を、位相変調器１０３及び位相変調器１０６に制御位相の和が直流信号と一致するように印加する。上記式３に示すように、最終的に高周波信号に影響を与えるのは位相揺らぎの差であるため、本実施形態における制御で十分高周波信号への影響を抑制することができる。

以上のように構成された高周波変調信号発生装置１００によれば、誤差信号から２つのパスに共通する位相揺らぎがキャンセルされる。そのめ、位相変調器１０３及び位相変調器１０６に印加する信号を第１の実施形態よりも小さくすることができる。すなわち、より大きな位相揺らぎがあった場合にも追従が可能となる。さらに、位相変調器１０３及び位相変調器１０６の位相変化量の差が制御量となるため、逆相で信号を印加することにより制御量を抑えることができ、その割合は任意に調整できる。

＜変形例＞
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に変形されてもよい。

なお、高周波変調信号発生装置１００及び高周波変調信号発生装置１００ａの全部又は一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００…高周波変調信号発生装置， １０１…光周波数コム発生器， １０２…光分波器， １０３…位相変調器， １０４…伝送路符号化回路， １０５…光データ変調器， １０６…位相変調器， １０７…合波器， １０８…光分岐回路， １０９…第１の光検波器， １１０…低周波信号発生器， １１１…位相変調器， １１２…合波器， １１３…第２の光検波器， １１４、１１６、１２０…ＢＰＦ， １１５、１１７、１２１…乗算器， １１８、１２２…ＬＰＦ， １１９、１２３…制御回路

Claims (4)

1. 光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波する分波器と、
   分波された前記第１の周波数の信号を変調する第１の光位相変調器と、
   分波された前記第２の周波数の信号を変調する第２の光位相変調器と、
   前記第１の光位相変調器の後段に接続され、前記第１の周波数の信号を変調する光データ変調器と、
   前記光データ変調器に印加されるデータ信号を生成する伝送路符号化器と、
   前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐する光分岐回路と、
   前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力する光検波器と、
   前記光分岐回路の他方の出力を変調する第３の光位相変調器と、
   前記第３の光位相変調器に印加される周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生する低周波信号発生器と、
   前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、
   前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器に印加することにより前記第１の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する第１の制御回路と、
   前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第２の光位相変調器に印加することにより前記第２の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する第２の制御回路と、
   を備える高周波変調信号発生装置。
2. 光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波する分波器と、
   分波された前記第１の周波数の信号を変調する第１の光位相変調器と、
   分波された前記第２の周波数の信号を変調する第２の光位相変調器と、
   前記第１の光位相変調器の後段に接続され、前記第１の周波数の信号を変調する光データ変調器と、
   前記光データ変調器に印加されるデータ信号を生成する伝送路符号化器と、
   前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐する光分岐回路と、
   前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力する光検波器と、
   前記光分岐回路の他方の出力を変調する第３の光位相変調器と、
   前記第３の光位相変調器に印加される周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生する低周波信号発生器と、
   前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、
   前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器に分配して印加することにより前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との位相揺らぎの差を抑圧する制御回路と、
   を備える高周波変調信号発生装置。
3. 分波器が、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波し、
   第１の光位相変調器が、分波された前記第１の周波数の信号を変調し、
   第２の光位相変調器が、分波された前記第２の周波数の信号を変調し、
   伝送路符号化器が、データ信号を生成し、
   前記第１の光位相変調器の後段に接続される光データ変調器が、前記データ信号で前記第１の周波数の信号を変調し、
   光分岐回路が、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐し、
   光検波器が、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力し、
   低周波信号発生器が、周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生し、
   第３の光位相変調器が、前記低周波信号で前記光分岐回路の他方の出力を変調し、
   光電変換回路が、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換し、
   第１の制御回路が、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器に印加することにより前記第１の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧し、
   第２の制御回路が、前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号と前記低周波信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第２の光位相変調器に印加することにより前記第２の周波数の信号の位相揺らぎを抑圧する
   位相揺らぎ抑制方法。
4. 分波器が、光周波数コム生成装置で生成された光周波数コムを互いに異なる第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とに分波し、
   第１の光位相変調器が、分波された前記第１の周波数の信号を変調し、
   第２の光位相変調器が、分波された前記第２の周波数の信号を変調し、
   伝送路符号化器が、データ信号を生成し、
   前記第１の光位相変調器の後段に接続される光データ変調器が、前記データ信号で前記第１の周波数の信号を変調し、
   光分岐回路が、前記光データ変調器の出力と前記第２の光位相変調器の出力とを合波した光信号を２つに分岐し、
   光検波器が、前記光分岐回路の一方の出力を光ヘテロダイン検波し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との周波数差の成分を高周波信号として出力し、
   低周波信号発生器が、周波数ｆ _ｄ の低周波信号を発生し、
   第３の光位相変調器が、前記低周波信号で前記光分岐回路の他方の出力を変調し、
   光電変換回路が、前記第３の光位相変調器の出力と前記光周波数コムとを合波した光信号を電気信号に変換し、
   制御回路が、前記伝送路符号化器のフレームの基準周波数ｆ _Ｆ の整数Ｎ倍の周波数Ｎｆ _Ｆ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数Ｎｆ _Ｆ ＋ｆ _ｄ の信号と前記光電変換回路の出力から抽出された周波数ｆ _ｄ の信号との乗算結果の低周波成分に基づいて生成した位相制御信号を前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器に分配して印加することにより前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との位相揺らぎの差を抑圧する
   位相揺らぎ抑制方法。

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