JP7026353B2

JP7026353B2 - 無線送信装置

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Publication number: JP7026353B2
Application number: JP2018220286A
Authority: JP
Inventors: 正満藤原; 法子飯山; 淳一可児; 忠夫永妻
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Osaka University NUC
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Osaka University NUC
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2022-02-28
Anticipated expiration: 2038-11-26
Also published as: JP2020088598A

Description

本発明は、無線送信技術に関する。

無線通信の伝送速度は増加の一途を辿っており、近い将来、要求帯域が数１０Ｇｂ／ｓから１００Ｇｂ／ｓに達することも予想されている。周波数が１００ＧＨｚを超える電波はテラヘルツ（ＴＨｚ）波と呼ばれ、比帯域幅を一定とすれば、現在のスマートフォン等の携帯端末が利用する１ＧＨｚ近辺の電波と比較して１００倍以上の広帯域を有する。今後の要求帯域の増加に対応するため、近年、この新しい周波数帯域であるＴＨｚ波帯を用いた高速の無線通信が注目を集めている。

現在、ＴＨｚ波帯のうち最も重点的に研究開発が行われているのは２００ＧＨｚから４００ＧＨｚまでの約２００ＧＨｚの帯域幅を有する周波数領域である。この帯域を利用すれば、１００ＧＨｚの帯域幅を有する送受信デバイスを用いて、簡易な強度変調方式（もしくは振幅変調方式）により１００Ｇｂ／ｓ程度の通信は十分に実現可能であると考えられる。しかしながら、１００ＧＨｚの帯域幅を有する送受信デバイスの実現は現時点では困難である。そのため、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の多値位相変調信号を利用して送信信号のシンボルレートを低減し、送受信デバイスの実現に要求される帯域を削減する必要がある。

図６は、ＴＨｚ波帯信号を生成する無線送信装置の構成例を示す図である。ＴＨｚ波帯の電波を、電子デバイスを用いて直接生成することは困難であるため、例えば図６に示す無線送信装置９は、光ファイバ通信で用いられる１．５μｍ帯の光キャリアを用いて間接的に生成する構成を有する。具体的には、無線送信装置９は、光周波数コム発生器９１、波長分波器９２、データ変調器９３、データ発生器９４、光結合器９５及びフォトミキサ９６を備える。光周波数コム発生器９１は、レーザ光源９１１、発振器９１２及びサイドモード発生器９１３を備える。

まず、無線送信装置９は、光周波数コム発生器９１により一定の周波数間隔を有する多波長光キャリアを生成する。多波長光キャリアを生成する一つの方法として、１．５μｍ帯の単一のレーザ光源９１１から出力された連続光をサイドモード発生器９１３に入力し、発振器９１２から出力された正弦波信号でサイドモード発生器９１３を駆動することにより、正弦波信号の周波数と同じ周波数間隔で周波数軸上に並んだ多数のサイドモードを生成する方法がある。通常、サイドモード発生器としてはＬｉＮｂＯ_３変調器が用いられ、サイドモードはＬｉＮｂＯ_３変調器の変調により生成される。

光周波数コム発生器９１の出力は波長分波器９２に入力され、波長分波器９２によって多波長光キャリアから所望の二波長が切り出される。具体的には、波長分波器９２は、切り出された二波長の周波数差が、生成するＴＨｚ波の周波数となるように切り出す光キャリアを選択する。うち一方を、データ変調器９３においてデータ発生器９４から送信されたデジタルデータ信号で変調する。この変調光キャリアと他方の無変調光キャリアとを光結合器９５で結合し、フォトミキサ９６に入力してＴＨｚ波帯における無線信号を生成する。フォトミキサ９６としては、ＴＨｚ波帯においても光電気変換帯域を有するＵＴＣ－ＰＤ（Uni-Travelling-Carrier Photodiode）が用いられることが多い。無線区間の伝播は、フォトミキサ９６の後段のアンテナ（図示せず）を用いて行う。

一方、多値位相変調信号は、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信を行うことが原理的に可能である。しかしながら、これを実現するためには、変調光キャリアと無変調光キャリアとが光結合器９５において結合される際の光位相を合致させるとともに、波長分波器９２と光結合器９５との間の光路長の伸縮により生じる光位相の揺らぎを抑えて安定化させる必要がある。この光位相を安定化させる手法の一例として、前記光路を通過する光キャリアの光位相をディザリングする手法（以下「第１の手法」という。）が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、ディザリングを用いない光位相安定化手法（以下「第２の手法」という。）も提案されている（例えば非特許文献１参照）。第２の手法による無線送信装置は、波長分波器を用いて切り出された二波長が光結合器により結合された後、フォトミキサにおいて二波長の差周波数に相当する無線信号を生成するという無線送信装置の基本的構成にディザリングを用いない光位相安定化回路が取り付けられた構成を有する。

特開２０１６－４５４４３号公報

佐熊一輝他，疑似マッハ・ツェンダ型位相安定化法による１００ＧＨｚ帯１１Ｇｂｉｔ／ｓエラーフリー伝送，２０１５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ－１４－２．

第１の手法では、光電気変換の後に検出したディザリング信号を基に、目標値に対する誤差信号（制御信号）を生成し、この制御信号を用いてフィードバック制御により光位相を安定化させる。この第１の手法を実現する光位相安定化回路は、変調光キャリアと無変調光キャリアとが通過する光路に各々取り付けられる。第１の手法によれば、光位相の安定化を実現できるが、ディザリングにより光位相に積極的に揺らぎを与えることになる。例えば、ＱＰＳＫ信号を例にとると、理想的には図７（Ａ）に示す受信信号のコンスタレーションのように、Ｉ－Ｑ平面上の４点に収束したＱＰＳＫ信号が得られる。これに対して第１の手法では、ディザリングの影響により、図７（Ｂ）に示されるように４点のＱＰＳＫ信号が滲んでしまう。この結果、信号点間距離が縮まり、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信を行った際、受信感度が劣化する可能性があった。

また、第２の手法による無線送信装置は、一見、図６に示した無線送信装置９と同様の無線送信装置に対してディザリングを用いない手法で光位相安定化が実現されているように見受けられる。しかしながら、第２の手法では、その特性上、データ変調器を波長分波器と光結合器の間に配置することができないことから、データ変調器が光結合器の出力側に配置されることになる。そのため、切出された二波長は、光結合器の出力側に配置されたデータ変調器により同じデジタルデータ信号で一括して変調されることになる。ここで位相変調を用いると、フォトミキサで生成された電波から位相変調データが消えてしまい、デジタルデータ信号を伝達することができない。そのため、第２の手法で適用可能な変調方式は強度変調（もしくは振幅変調）に限られ、ＱＰＳＫ等の位相変調に比べて原理的に受信感度が劣化する可能性があった。

上記事情に鑑み、本発明は、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信によって受信されるテラヘルツ帯の位相変調信号を、その受信感度の劣化が抑制されるように調整して送信することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する第１光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、前記参照光と、前記第１光結合分岐器の第２出力光と、を結合して二分岐出力する第２光結合分岐器と、前記第２光結合分岐器の第１出力光を第１の電気信号に変換する第１光電気変換器と、前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１フィルタと、前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、前記第１フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、前記第２光結合分岐器の第２出力光から無変調光キャリアと同じ光周波数の光キャリア成分を抜き出す第２フィルタと、前記第２フィルタの出力光を第２の電気信号に変換する第２光電気変換器と、無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、前記第２の電気信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、を備える無線送信装置である。

本発明の一態様は、光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する第１光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、前記参照光と、前記第１光結合分岐器の第２出力光とを結合する第２光結合分岐器と、前記第２光結合分岐器の出力光を電気信号に変換する光電気変換器と、前記電気信号を第１の電気信号と第２の電気信号とに分岐して出力する分岐器と、前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１フィルタと、前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、前記第１フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、前記第２の電気信号から無変調光キャリアと同じ光周波数の光キャリア成分を抜き出す第２フィルタと、無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、前記第２フィルタの出力信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、を備える無線送信装置である。

本発明の一態様は、光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する第１光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、前記参照光と、前記第１光結合分岐器の第２出力光とを結合して二分岐出力する第２光結合分岐器と、前記第２光結合分岐器の第１出力光及び第２出力光をそれぞれ電気信号に変換して出力するバランス型受信器と、前記電気信号を第１の電気信号と第２の電気信号とに分岐して出力する分岐器と、前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１フィルタと、前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、前記第１フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、前記第２の電気信号から無変調光キャリアと同じ光周波数の光キャリア成分を抜き出す第２フィルタと、無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、前記第２フィルタの出力信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、を備える無線送信装置である。

本発明の一態様は、上記の無線送信装置であって、前記第１の電気信号は、モニタ光に含まれる変調光キャリアと、参照光に含まれる無変調光キャリアと、の干渉により生じる第１ビート信号を含み、前記第１制御器は、前記第１フィルタの出力信号が最大値と最小値との間で単調に変化する区間に対応する前記第１ビート信号に関する位相差を誤差信号として前記第１位相シフタを制御することにより、前記変調光キャリアの光位相を安定化させる。

本発明の一態様は、上記の無線送信装置であって、前記第１ビート信号に関する位相差は、前記第１ビート信号の生成に寄与した変調光キャリアと参照光に含まれる無変調光キャリアとの光位相差である。

本発明の一態様は、上記の無線送信装置であって、前記第２の電気信号は、モニタ光から切り出された無変調光キャリアと、参照光から切り出された無変調光キャリアと、の干渉により生じる第２ビート信号を含み、前記第２制御器は、前記第２フィルタの出力信号が最大値と最小値との間で単調に変化する区間に対応する前記第２ビート信号に関する位相差を誤差信号として前記第２位相シフタを制御することにより、前記無変調光キャリアの光位相を安定化させる。

本発明の一態様は、上記の無線送信装置であって、前記第２ビート信号に関する位相差は、前記第２ビート信号の生成に寄与した無変調光キャリアであって、モニタ光から切り出された無変調光キャリアと、参照光から切り出された無変調光キャリアと、の光位相差である。

本発明により、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信によって受信されるテラヘルツ帯の位相変調信号を、その受信感度の劣化が抑制されるように調整して送信することが可能となる。

第１実施形態の無線送信装置の構成例を示す図である。第１実施形態の無線送信装置において、変調光キャリア及び無変調光キャリアの光位相が、第２光結合分岐器の出力に基づいて安定化される様子を示す図である。第２実施形態の無線送信装置の構成例を示す図である。第２実施形態の無線送信装置において、変調光キャリア及び無変調光キャリアの光位相が、第２光結合分岐器の出力に基づいて安定化される様子を示す図である。第３実施形態における無線送信装置の構成例を示す図である。従来の無線送信装置の構成例を示す図である。従来の無線送信装置によるコンスタレーションを示す図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の無線送信装置の構成例を示す図である。図１に示す無線送信装置１は第１実施形態における無線送信装置の一例である。無線送信装置１は、無線送信装置の基本的構成として、光周波数コム発生器２１、波長分波器２２、データ変調器２３、データ発生器２４、第１光結合分岐器２５及びフォトミキサ２６を備える。これらの構成は、図６に示す従来の無線送信装置９が備える各構成と同様である。具体的には、光周波数コム発生器２１は光周波数コム発生器９１と同様であり、波長分波器２２は波長分波器９２と同様である。また、データ変調器２３はデータ変調器９３と同様の位相変調器であり、データ発生器２４はデータ発生器９４と同様である。また、第１光結合分岐器２５及びフォトミキサ２６は光結合器９５及びフォトミキサ９６と同様である。

このような基本的構成に加えて、無線送信装置１は、第１位相シフタ３１１、第１制御器３１２、第１ＬＰＦ（Low Pass Filter）３１３、第１光電気変換器３１４、ミキサ３１５及び発振器３１６と、第２位相シフタ３２１、第２制御器３２２、第２光電気変換器３２３及び光ＢＰＦ（Band Pass Filter）３２４と、光分岐器３０１及び第２光結合分岐器３０２と、をさらに備える。

第１位相シフタ３１１、第１制御器３１２、第１ＬＰＦ３１３、第１光電気変換器３１４、ミキサ３１５及び発振器３１６は、変調光キャリアの位相安定化に用いられ、第２位相シフタ３２１、第２制御器３２２、第２光電気変換器３２３及び光ＢＰＦ３２４は、無変調光キャリアの位相安定化に用いられる。また、光分岐器３０１及び第２光結合分岐器３０２は、変調光キャリア及び無変調光キャリアの両方の位相安定化に共通して用いられる。無線送信装置１では上記の各機能部が以下のように動作することにより、受信感度の劣化が抑制されるテラヘルツ帯の位相変調信号を生成することができる。

まず、光周波数コム発生器２１により生成された多波長光キャリアが、光分岐器３０１によって２つに分岐される。一方の多波長光キャリアはモニタ光として波長分波器２２に送られ、ＴＨｚ波帯（テラヘルツ波帯）の無線信号の生成に用いられる。また、他方の多波長光キャリアは参照光として第２光結合分岐器３０２に送られる。

第１光結合分岐器２５及び第２光結合分岐器３０２は、ともに２入力２出力の方向性光結合器であり、２つの入力ポートから入力された光キャリア電界の和及び差を２つの異なる出力ポートからそれぞれ出力する。ここで、２つの出力ポートのうち一方を使用しない場合、第１光結合分岐器２５及び第２光結合分岐器３０２は単なる光結合器として機能し、図６に示す従来構成の光結合器９５と同様に動作する。以下、各光結合分岐器が出力する２つの出力光を「第１出力光」及び「第２出力光」という。例えば、第１の入力ポートに光信号Ｅ０が、第２の入力ポートに光信号Ｅ１が、それぞれ入力されたとき、第１の出力ポートから光信号Ｅ０＋Ｅ１が、第２の出力ポートから光信号Ｅ０－Ｅ１が、それぞれ出力される。

第１光結合分岐器２５の第１出力光はフォトミキサ２６に送られＴＨｚ波帯の無線信号の生成に用いられる。一方で、第１光結合分岐器２５の第２出力光は光位相安定化のためのモニタ光として第２光結合分岐器３０２に送られる。第２光結合分岐器３０２は、光分岐器３０１から入力する参照光と第１光結合分岐器２５から入力するモニタ工とを結合し、その結合結果を２分岐して出力する。第２光結合分岐器３０２の第１出力光及び第２出力光は、変調光キャリア及び無変調光キャリアの両方の光位相安定化に用いられる。

なお、データ発生器２４から送信されるデジタルデータ信号のクロック周波数は、データ発生器２４の外部又は内部に配置される発振器により設定されるものとする。図１は、デジタルデータ信号のクロック周波数を設定する発振器が、発振器３１６としてデータ発生器２４の外部に配置された例を示している。発振器３１６は、デジタルデータ信号のクロック周波数に同期したクロック信号を出力する。

図２は、無線送信装置１において、変調光キャリア及び無変調光キャリアの光位相が、第２光結合分岐器３０２の出力に基づいて安定化される様子を示す図である。まず、第２光結合分岐器３０２の第１出力光が、第１光電気変換器３１４で電気信号に変換されミキサ３１５に送られる。以下、ここで変換された電気信号を「電気信号＃１」という。ミキサ３１５にはこの電気信号＃１の他、発振器３１６が出力する正弦波信号が入力される。

図２に示される通り、電気信号＃１は、モニタ光に含まれる変調光キャリアと、参照光に含まれる無変調光キャリアと、の干渉により生じるビート信号（以下「ビート信号＃１」という。）を含む。ここで変調光キャリアと無変調光キャリアとは同じ中心周波数位置を有し、ビート信号＃１にはデジタルデータ信号のクロック成分が含まれる。なお、電気信号＃１は他のビート信号を含むが、他のビート信号には周波数軸上でビート信号＃１のクロック成分に干渉するものはない。ここでクロック周波数をｆ_Ｂとすると、このクロック成分は、例えば次の式（１）で表すことができる。

式（１）において、Ａはクロック成分の振幅を表し、tは時間を表す。また、θ_１はビート信号＃１の生成に寄与した変調光キャリアと、参照光に含まれる無変調光キャリアと、の光位相差を表す。一方、発振器３１６から出力された周波数ｆ_Ｂの正弦波信号は、振幅をＢ、位相をφとすると、例えば次の式（２）によって表される。

これをミキサ３１５において式（１）のクロック成分と乗算することにより、次の式（３）によって表される信号が生成される。

これが第１ＬＰＦ３１３を通過することにより、第二項によって表される直流付近の成分１／２ｃｏｓ（θ_１－φ）が抜き出される。このように、直流付近の成分はθ_１を変数とする余弦関数として表されるため、この関数値が最大値と最小値との間で単調に変化する区間では、関数値はθ_１の値に対して一意に定まる。従って、この区間に対応するθ_１の値を誤差信号（以下「制御信号＃１」という。）として用いれば、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）によって変調光キャリアの光位相を安定化させることができる。

例えば、φをゼロに設定すれば、０≦θ_１≦πの区間を利用することができる。この場合、ビート信号の生成に寄与した変調光キャリアと参照光に含まれる無変調光キャリアとの光位相差は、制御信号＃１がゼロとなる位置、すなわちπ／２に安定化される。

一方、第２光結合分岐器３０２の第２出力光は光ＢＰＦ３２４に送られる。光ＢＰＦ３２４の透過中心周波数は、波長分波器２２で切り出された無変調光キャリアの中心周波数と同じである。光ＢＰＦ３２４は、モニタ光に含まれる無変調光キャリアと周波数位置が同じ無変調光キャリアを参照光から抜き出す。モニタ光及び参照光から抜き出された両無変調光キャリアは、第２光電気変換器３２３によって電気信号に変換される。以下、ここで変換された電気信号を「電気信号＃２」という。

ここで、電気信号＃２には、モニタ光及び参照光から抜き出された両無変調光キャリアの干渉により生じるビート信号（以下「ビート信号＃２」という。）以外のビート信号は含まれない。これは、第２光電気変換器３２３の前段の光ＢＰＦ３２４において、ビート信号＃２以外のビート信号の生成に必要な光キャリアが第２出力光から抜き出されてしまうためである。この電気信号＃２は、例えば次の式（４）によって表される。

式（４）において、Ｃは直流オフセットを表し、Ｄは振幅を表す。また、θ_２は光ＢＰＦ３２４においてモニタ光及び参照光から抜き出された両無変調光キャリアの光位相差を表す。ここで、式（４）の第二項はθ_２を変数とする余弦関数であり、その関数値が単調に変化する区間に対応するθ_２の値を誤差信号（以下「制御信号＃２」という。）として用いれば、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）によって無変調光キャリアの光位相を安定化させることができる。

例えば、０≦θ_２≦πの区間の値を用いることができる。この場合、ビート信号の生成に寄与した両無変調光キャリア（モニタ光及び参照光から抜き出された無変調光キャリア）の光位相差は、制御信号＃２がゼロとなる位置、すなわちπ／２に安定化される。

ただし、この場合、制御信号＃２を生成するためには、その前処理として電気信号＃２から直流オフセットＣに相当する量を減算する処理が必要となる。この前処理は、例えば第２制御器３２２において行われてもよい。

以上、波長分波器２２で切り出された二波長の光位相が、いずれも参照光の光位相に対してπ／２だけずれた位相で安定化される場合を例示した。この場合、切り出された二波長の光キャリアが第１光結合分岐器２５で結合されるときの光位相を合わせるとともに、波長分波器２２と第１光結合分岐器２５との間の光路長の伸縮による光位相の揺らぎに依らず、変調光キャリアと無変調光キャリアとのそれぞれの光位相を安定化させることができる。

このように構成された第１実施形態の無線送信装置１によれば、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信によって受信されるテラヘルツ帯の位相変調信号を、その受信感度の劣化が抑制されるように調整して送信することが可能となる。

なお、上記の実施形態では、モニタ光と参照光との間の光キャリアの位相差がπ／２で安定化される場合を例示したが、この位相差はπ／２以外の位相差で安定化されてもよい。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態の無線送信装置の構成例を示す図である。図２に示す無線送信装置１ａは、第２実施形態における無線送信装置の一例である。無線送信装置１ａは、第１光電気変換器３１４に代えて光電気変換器３０３を備える点、ミキサ３１５に代えてミキサ３１５ａを備える点、第２光電気変換器３２３を備えない点、光ＢＰＦ３２４を備えない点、第２ＬＰＦ３２５及び分岐器３２６をさらに備える点、で第１実施形態における無線送信装置１と異なる。他の構成は第１実施形態と同様のため、同様の構成には図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

光電気変換器３０３は、電気信号＃１をミキサ３１５ａではなく分岐器３２６に出力する点で第１実施形態における第１光電気変換器３１４と異なる。この場合、まず分岐器３２６が、光電気変換器３０３から入力する電気信号（以下「電気信号＃３」という。）を分岐し、一方を第２ＬＰＦ３２５に、他方をミキサ３１５ａに出力する。

ミキサ３１５ａは、モニタ光に含まれる変調光キャリアと、参照光に含まれる無変調光キャリアと、の干渉により生じるビート信号＃１を電気信号＃３から抜き出す。一方、第２ＬＰＦ３２５は、モニタ光及び参照光から抜き出された両無変調光キャリアの干渉により生じるビート信号＃２を電気信号＃３から抜き出する。

図４は、第２実施形態の無線送信装置１ａにおいて、変調光キャリア及び無変調光キャリアの光位相が、第２光結合分岐器３０２の出力に基づいて安定化される様子を示す図である。この場合、変調光キャリアが位相変調によって生成されるため、変調光キャリアは、図４に示されるように、変調前の無変調キャリアの中心周波数位置と異なる周波数位置に存在することになる。このため、ビート信号＃１に直流成分が生成されなくなる。これにより、ビート信号＃１とビート信号＃２とが周波数軸上で干渉することがなくなるため、第２ＬＰＦ３２５において電気信号＃３からビート信号＃２を抜き出すことが可能になる。

このように抜き出されたビート信号＃１及びビート信号＃２を用いれば、第１実施形態と同様の方法で変調光キャリア及び無変調光キャリアの光位相を安定化させることができる。このように構成された第２実施形態の無線送信装置１ａによれば、光電気変換器や光ＢＰＦといった高価な光部品の代わりに、分岐器やＬＰＦといった安価な電気部品を用いることにより、無線送信装置の低コスト化を実現することができる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態における無線送信装置の構成例を示す図である。図５に示す無線送信装置１ｂは、第３実施形態における無線送信装置の一例である。無線送信装置１ｂは、光電気変換器３０３に代えてバランス型受信器３０４を備える点で第２実施形態における無線送信装置１ａと異なる。他の構成は第２実施形態と同様のため、同様の構成には図３と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

バランス型受信器３０４は、２つの入力ポートに入力された光信号を個別に電気信号に変換し、変換した２つの電気信号の差を出力する。具体的には、バランス型受信器３０４は、第２光結合分岐器３０２が２つの出力ポートから出力する光信号を入力し、入力した２つの光信号を個別に電気信号に変換する。この結果、位相が反転した２つのビート信号が生成されるため、これらの信号の差をとって振幅の大きなビート信号を得ることにより、より高感度に制御信号を生成することができる。

＜変形例＞
上述した実施形態における無線送信装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、こ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、実行することによって実現してもよい。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んでもよい。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よく、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く、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

なお、上記の実施形態において波長分波器２２によって多波長光キャリアから切り出される２つの光キャリアのうち、変調光キャリアとして用いられる光キャリアが本発明における第１の光キャリアの一例であり、無変調光キャリアとして用いられる光キャリアが本発明における第２の光キャリアの一例である。また、第１ＬＰＦ３１３が本発明における第１フィルタの一例であり、光ＢＰＦ３２４及び第２ＬＰＦ３２５が本発明における第２フィルタの一例である。また、電気信号＃１が本発明における第１の電気信号の一例であり、電気信号＃２が本発明における第２の電気信号の一例である。また、ビート信号＃１が本発明における第１ビート信号の一例であり、ビート信号＃２が本発明における第２ビート信号の一例である。

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。

本発明は、アナログ電気回路を用いたホモダイン受信によって受信されるテラヘルツ帯の位相変調信号を送信する無線送信装置に適用可能である。

１，１ａ，１ｂ…無線送信装置、２１…光周波数コム発生器、２２…波長分波器、２３…データ変調器、２４…データ発生器、２５…第１光結合分岐器、２６…フォトミキサ、３０１…光分岐器、３０２…第２光結合分岐器、３０３…光電気変換器、３０４…バランス型受信器、３１１…第１位相シフタ、３１２…第１制御器、３１３…第１ＬＰＦ（Low Pass Filter）、３１４…第１光電気変換器、３１５，３１５ａ…ミキサ、３１６…発振器、３２１…第２位相シフタ、３２２…第２制御器、３２３…第２光電気変換器、３２４…光ＢＰＦ（Band Pass Filter）、３２５…第２ＬＰＦ、３２６…分岐器、９…従来構成の無線送信装置、９１…光周波数コム発生器、９１１…レーザ光源、９１２…発振器、９１３…サイドモード発生器、９２…波長分波器、９３…データ変調器、９４…データ発生器、９５…光結合器、９６…フォトミキサ

Claims

光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する第１光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、
前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、
前記参照光と、前記第１光結合分岐器の第２出力光と、を結合して二分岐出力する第２光結合分岐器と、
前記第２光結合分岐器の第１出力光を第１の電気信号に変換する第１光電気変換器と、
前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、
前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１電気フィルタと、
前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、
前記第１電気フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、
前記第２光結合分岐器の第２出力光から前記無変調光キャリアと同じ光周波数の光キャリア成分を抜き出す光フィルタと、
前記光フィルタの出力光を第２の電気信号に変換する第２光電気変換器と、
前記無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、
前記第２の電気信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、
を備える無線送信装置。
光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、
前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、
前記参照光と、前記光結合分岐器の第２出力光とを結合する光結合器と、
前記光結合器の出力光を電気信号に変換する光電気変換器と、
前記電気信号を第１の電気信号と第２の電気信号とに分岐して出力する電気分岐器と、
前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、
前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１電気フィルタと、
前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、
前記第１電気フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、
前記第２の電気信号から直流付近の成分を抜き出す第２電気フィルタと、
前記無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、
前記第２電気フィルタの出力信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、
を備える無線送信装置。
光周波数コム発生器により生成された多波長光キャリアであるモニタ光から第１の光キャリア及び第２の光キャリアを切り出し、前記第１の光キャリアをデジタルデータ信号で変調した変調光キャリアと、前記第２の光キャリアである無変調光キャリアと、を結合して二分岐出力する第１光結合分岐器の第１出力光をフォトミキサに入力することにより、テラヘルツ波帯における無線信号を生成する無線送信装置であって、
前記モニタ光から参照光を分岐する光分岐器と、
前記参照光と、前記第１光結合分岐器の第２出力光とを結合して二分岐出力する第２光結合分岐器と、
前記第２光結合分岐器の第１出力光及び第２出力光をそれぞれ電気信号に変換して出力するバランス型受信器と、
前記電気信号を第１の電気信号と第２の電気信号とに分岐して出力する電気分岐器と、
前記第１の電気信号と、前記デジタルデータ信号に同期したクロック信号とを乗算するミキサと、
前記ミキサの出力信号から直流付近の成分を抜き出す第１電気フィルタと、
前記変調光キャリアの位相を変化させる第１位相シフタと、
前記第１電気フィルタの出力信号に基づいて前記第１位相シフタを制御する第１制御器と、
前記第２の電気信号から直流付近の成分を抜き出す第２電気フィルタと、
前記無変調光キャリアの位相を変化させる第２位相シフタと、
前記第２電気フィルタの出力信号に基づいて前記第２位相シフタを制御する第２制御器と、
を備える無線送信装置。
前記第２の電気信号は、前記無変調光キャリアと、前記参照光に含まれる、前記第２の光キャリアと同じ光周波数の光キャリアと、の干渉により生じる第２ビート信号を含み、
前記第２制御器は、前記第２光電気変換器の出力信号が最大値と最小値との間で単調に変化する区間に対応する前記第２ビート信号に関する位相差を誤差信号として前記第２位相シフタを制御することにより、前記無変調光キャリアの光位相を安定化させる、
請求項１に記載の無線送信装置。
前記第２の電気信号は、前記無変調光キャリアと、前記参照光に含まれる、前記第２の光キャリアと同じ光周波数の光キャリアと、の干渉により生じる第２ビート信号を含み、
前記第２制御器は、前記第２電気フィルタの出力信号が最大値と最小値との間で単調に変化する区間に対応する前記第２ビート信号に関する位相差を誤差信号として前記第２位相シフタを制御することにより、前記無変調光キャリアの光位相を安定化させる、
請求項２または３に記載の無線送信装置。
前記第２ビート信号に関する位相差は、前記無変調光キャリアと、前記参照光に含まれる、前記第２の光キャリアと同じ光周波数の光キャリアと、の光位相差である、
請求項４または５に記載の無線送信装置。
前記第１の電気信号は、前記変調光キャリアと、前記参照光に含まれる、前記第１の光キャリアと同じ光周波数の光キャリアと、の干渉により生じる第１ビート信号を含み、
前記第１制御器は、前記第１電気フィルタの出力信号が最大値と最小値との間で単調に変化する区間に対応する前記第１ビート信号に関する位相差を誤差信号として前記第１位相シフタを制御することにより、前記変調光キャリアの光位相を安定化させる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の無線送信装置。
前記第１ビート信号に関する位相差は、前記変調光キャリアと、前記参照光に含まれる、前記第１の光キャリアと同じ光周波数の光キャリアと、の光位相差である、
請求項７に記載の無線送信装置。