JP7252873B2

JP7252873B2 - 光送信装置及び無線装置

Info

Publication number: JP7252873B2
Application number: JP2019187932A
Authority: JP
Inventors: 昇太石村
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2023-04-05
Anticipated expiration: 2039-10-11
Also published as: JP2021064861A

Description

本発明は、アンテナサイトとは異なるサイトからビームを制御する技術に関する。

アンテナの指向性を動的に制御するビームフォーミング技術が無線通信において使用されている。ビームフォーミングは、アンテナの複数のアンテナ素子に供給する同じ信号の位相及び振幅を制御することで行われる。また、アンテナを設置するアンテナサイトとは異なる地理的位置の中央サイトから、複数のアンテナ素子に供給する同じ信号の位相及び振幅を制御することで、中央サイトからビームを制御する構成が提案されている。

非特許文献１は、中央サイトとアンテナサイトとを接続する光伝送路で生じる波長分散を利用することで、アンテナサイトの複数のアンテナ素子に供給する同じ信号の位相を制御する構成を開示している。また、非特許文献２は、光位相シフタを使用することで、アンテナサイトの複数のアンテナ素子に供給する同じ信号の位相を制御する構成を開示している。

Ｓ．Ａｋｉｂａ，ｅｔ．ａｌ．，"ＰｈｏｔｏｎｉｃＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇｏｆＲＦＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＡｎｔｅｎｎａ"，ｉｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，２０１４，ｐａｐｅｒＷ２ａ．５１．Ｈ．Ｌｕ，ｅｔａｌ．，"ｍｍＷａｖｅＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｕｓｉｎｇＰｈｏｔｏｎｉｃＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒＦｕｔｕｒｅ５ＧＭｏｂｉｌｅＳｙｓｔｅｍｓ"，２０１８ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＯＦＣ)，ＳａｎＤｉｅｇｏ，ＣＡ，２０１８，ｐｐ．１-３．

非特許文献１及び非特許文献２の構成では、アンテナサイトの複数のアンテナ素子に供給する同じ信号の位相を制御することができるが、振幅を制御することができない。また、いずれも、追加の光学素子を必要とし、光通信システムのコストが増加する。

本発明は、簡易な構成で中央サイトからビームを制御する技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、光送信装置は、情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重して多重信号を生成する多重手段と、前記多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行う変調手段と、前記複数のトーン信号を生成する生成手段と、を備え、前記生成手段は、前記複数のトーン信号の位相及び振幅を制御することにより、前記第１電気信号を無線周波数帯の信号に変換して無線送信する際のビームを制御することを特徴とする。

本発明によると、簡易な構成で中央サイトからビームを制御することができる。

一実施形態による光送信装置の構成図。一実施形態による多重信号の説明図。一実施形態による光変調器の構成図。一実施形態による光変調器の動作の説明図。一実施形態による変調光の説明図。一実施形態による無線装置の構成図。一実施形態による光電変換部が出力する電気信号の説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本実施形態による光送信装置の構成図である。光送信装置は、中央サイトに配置される。光送信装置の周波数変換部１１は、ベースバンド信号（ＢＢ信号）を受信し、当該ＢＢ信号を中間周波数（ＩＦ）信号に周波数変換し、ＩＦ信号を多重部１３に出力する。ＢＢ信号、ＩＦ信号は、情報を搬送する電気信号である。ビーム制御部１２は、正弦波状の複数のトーン信号＃１～＃Ｎ（Ｎは２以上の整数）を生成して多重部１３に出力する。なお、トーン信号＃ｋ（ｋは１からＮ－１までの整数）の周波数は、トーン信号＃ｋ＋１の周波数より低いものとする。また、トーン信号＃ｎ（ｎは１からＮまでの整数）の振幅及び位相は、形成したいビームに応じて決定される。つまり、トーン信号＃１～＃Ｎは、形成されるビームを制御する制御信号である。多重部１３は、ＩＦ信号とトーン信号＃１～＃Ｎを周波数多重した多重信号を光変調器１４に出力する。

図２（Ａ）は、光変調器１４が光単側波帯（ＳＳＢ）信号を出力する場合のトーン信号＃１～＃ＮとＩＦ信号の周波数配置例を示している。また、図２（Ｂ）は、光変調器１４が光両側波帯（ＤＳＢ）信号を出力する場合のトーン信号＃１～＃ＮとＩＦ信号の周波数配置例を示している。光ＳＳＢ信号を利用するか、光ＤＳＢ信号を利用するかに拘わらず、隣接する２つのトーン信号＃ｋとトーン信号＃ｋ＋１の周波数間隔Ｗ_２の最小値は、ＩＦ信号の帯域幅Ｗ_１より大きく設定される。本例においては、総ての隣接する２つのトーン信号間の周波数間隔Ｗ_２を同じとする。しかしながら、総ての隣接するトーン信号間の周波数間隔Ｗ_２を同じにする必要はない。さらに、光ＳＳＢ信号を利用するか、光ＤＳＢ信号を利用するかに拘わらず、ＩＦ信号は、トーン信号＃１～＃Ｎの間に配置しない。

本実施形態では、図２（Ａ）に示す様に、ＩＦ信号の周波数をトーン信号＃Ｎの周波数より高くしている。しかしながら、光ＳＳＢ信号を利用する場合、ＩＦ信号の周波数をトーン信号＃１の周波数より低くすることもできる。また、光ＳＳＢ信号を利用する場合、ＩＦ信号と各トーン信号との周波数差の最小値Ｂ_２を、周波数差Ｂ_１より大きくする。ここで、周波数差Ｂ_１は、図２（Ａ）に示す様にトーン信号＃１とトーン信号＃Ｎの周波数の差である。つまり、周波数差Ｂ_１は、複数のトーン信号の任意の２つのトーン信号の周波数差の最大値である。

光ＤＳＢ信号を利用する場合においては、図２（Ｂ）に示す様に、ＩＦ信号の周波数をトーン信号＃Ｎの周波数より高くする。また、光ＤＳＢ信号を利用する場合、ＩＦ信号と各トーン信号との周波数差の最小値Ｂ_４を、２×Ｂ_３より大きくする。ここで、Ｂ_３は、図２（Ｂ）に示す様に、トーン信号＃１～＃Ｎの内の最も周波数の高いトーン信号＃Ｎの周波数である。

光変調器１４は、多重信号により、連続光の搬送波抑圧振幅変調を行って変調光を出力する。光変調器１４は、例えば、図３に示すマッハツェンダ変調器である。図３によると、入力される連続光は、上側のパスと下側のパスに２分岐される。上側のパスを通る第１連続光は、第１バイアス及び多重信号の電圧に応じて位相変調されて第１位相変調光となる。また、下側のパスを通る第２連続光は、第２バイアス及び多重信号の振幅を反転させた信号の電圧に応じて位相変調されて第２位相変調光となる。光変調器１４は、第１位相変調光及び第２位相変調光を合波し、合波した光を変調光として出力する。

図４は、第１バイアス及び第２バイアスのみが印加され、多重信号が印加されていないとき（振幅が０であるとき）の第１位相変調光３１及び第２位相変調光３２の位相を示している。図４に示す様に、第１バイアス及び第２バイアスのみが印加されている場合、第１位相変調光３１及び第２位相変調光３２の位相が互いに逆相となる様に第１バイアス及び第２バイアスは設定される。したがって、多重信号が印加されていないとき（振幅が０であるとき）、出力光の振幅は０となる。第１位相変調光３１及び第２位相変調光３２は、多重信号の印加により図の点線の矢印の方向にその位相が回転する。なお、下側のパスには多重信号の振幅を反転させた信号が印加されるため、第１位相変調光３１及び第２位相変調光３２の位相の回転方向は互いに逆側となり、よって、光変調器１４は、連続光を多重信号で振幅変調（光ＤＳＢ）した変調光を出力する。但し、上述した様に第１バイアス及び第２バイアスを設定するため搬送波は抑圧される。なお、光ＳＳＢ信号を出力する場合、例えば、図３の回路の後段に設けた変調器１４内の光フィルタでいずれかの側波帯を除去することができる。

図５（Ａ）は、光ＳＳＢ信号を利用する場合の変調光の周波数成分を示し、図５（Ｂ）は、光ＤＳＢ信号を利用する場合の変調光の周波数成分を示している。なお、ｆｃは、搬送波（連続光）の周波数である。

図６は、アンテナサイトに設置される無線装置の構成図である。光電変換部２１は、光送信装置が送信した変調光を二乗検波により光電変換して電気信号を出力する。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、光電気変換部２１が出力する電気信号に含まれる各信号を示している。なお、図７（Ａ）は、変調光が光ＳＳＢ信号である場合であり、図７（Ｂ）は、変調光が光ＤＳＢ信号である場合を示している。

光電変換部２１が出力する電気信号に含まれる各信号は、図５に示す光信号に含まれる各信号間のビート信号である。光ＳＳＢ信号を使用する場合と、光ＤＳＢ信号を使用する場合の両方において、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す様に、ＩＦ信号とトーン信号＃１～＃Ｎそれぞれとのビート信号であるＩＦ信号＃１～＃Ｎが出力される。なお、ＩＦ信号＃ｎの中心周波数は、ＩＦ信号の中心周波数とトーン信号＃ｎの周波数との差である。また、ＩＦ信号＃ｎの振幅及び位相は、トーン信号＃ｎの振幅及び位相に応じて調整される。

分離部２２は、光電変換部２１が出力する電気信号からＩＦ信号＃１～＃Ｎを分離して、それぞれを、周波数変換部２３に出力する。周波数変換部２３は、ＩＦ信号＃１～＃Ｎそれぞれを、同じ中心周波数のＲＦ（無線周波数）信号に周波数変換してＲＦ信号＃１～＃Ｎを生成し、ＲＦ信号＃１～＃Ｎをアレイアンテナ２４に出力する。アレイアンテナ２４は、Ｎ個のアンテナ素子を有し、ｎ番目のアンテナ素子は、ＲＦ信号＃ｎに基づく無線信号を送信する。各アンテナ素子が送信する無線信号の合成により、ＲＦ信号＃１～＃Ｎの振幅及び位相に応じたビームが形成される。

以上、中央サイトにおいて、１つのＩＦ信号と複数のトーン信号により連続光を変調し、変調光をアンテナサイトに送信する。なお、変調は、搬送波抑圧振幅変調とする。そして、アンテナサイトでは、変調光の光電変換により、複数のＩＦ信号を生成する。なお、搬送波抑圧振幅変調を行っているため、強いノイズとなる搬送波と、ＩＦ信号やトーン信号とのビート信号は生じない。また、複数のＩＦ信号の振幅及び位相はトーン信号の振幅及び位相により制御できる。したがって、トーン信号＃１～＃Ｎの振幅及び位相を制御することで、中央サイトからビームを制御することができる。

なお、光電変換部２１は、ＩＦ信号とトーン信号＃１～＃Ｎのビート信号に加えて、トーン信号間のビート信号も出力する。これらトーン信号間のビート信号もノイズとなる。しかしながら、以下に説明する様に、図２に示す周波数配置とすることでトーン信号間のビートに起因するノイズの影響を抑えることができる。まず、光ＳＳＢ信号の場合、トーン信号間の周波数差の最大値がＢ_１であるため、トーン信号間のビート信号は図７（Ａ）に示す様に周波数０から周波数Ｂ_１の範囲内の信号となる。図２（Ａ）で説明した様に、ＩＦ信号とトーン信号との周波数差の最小値はＢ_２であるためＩＦ信号＃１～＃Ｎの最も低い周波数はＢ_２となる。ここで、図２（Ａ）に示す様に、Ｂ_２＞Ｂ_１であるため、トーン信号間のビートによるノイズの影響は少ない。

また、光ＤＳＢ信号の場合、図５（Ｂ）に示す様に、上側波帯のトーン信号＃Ｎと下側波帯のトーン信号＃Ｎの周波数差が２×Ｂ_３であるため、トーン信号間のビート信号は図７（Ｂ）に示す様に周波数０から周波数２×Ｂ_３の範囲内の信号となる。図２（Ｂ）で説明した様に、ＩＦ信号とトーン信号との周波数差の最小値はＢ_４であるため、ＩＦ信号＃１～＃Ｎの最も低い周波数はＢ_４となる。ここで、図２（Ｂ）に示す様に、Ｂ_４＞２×Ｂ_３であるため、トーン信号間のビートによるノイズの影響は少ない。

なお、ＩＦ信号とトーン信号との周波数和のビート信号も生じるが、周波数が大きく異なり、分離部２２で除去できるため影響はない。また、２つのトーン信号の周波数和を周波数とするビート信号も生じ、これは、ＩＦ信号＃１～ＩＦ信号＃Ｎに対してノイズとなり得るがその影響は少ない。

なお、本実施形態において、光送信装置はビーム制御部を有するものとした。しかしながら、ビーム制御部を、光送信装置の外部のビーム制御装置とする構成であっても良い。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims

情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重して多重信号を生成する多重手段と、
前記多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行う変調手段と、
前記複数のトーン信号を生成する生成手段と、
を備え、
前記生成手段は、前記複数のトーン信号の位相及び振幅を制御することにより、前記第１電気信号を無線周波数帯の信号に変換して無線送信する際のビームを制御することを特徴とする光送信装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重して多重信号を生成する多重手段と、
前記多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行う変調手段と、
を備え、
前記搬送波抑圧振幅変調は、単側波帯変調であり、
前記第１電気信号と前記複数のトーン信号との周波数差の最小値は、前記複数のトーン信号の内の２つのトーン信号の周波数差の最大値より大きいことを特徴とする光送信装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重して多重信号を生成する多重手段と、
前記多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行う変調手段と、
を備え、
前記搬送波抑圧振幅変調は、両側波帯変調であり、
前記第１電気信号の周波数は、前記複数のトーン信号の周波数の最大値より大きく、かつ、前記第１電気信号と前記複数のトーン信号との周波数差の最小値は、前記複数のトーン信号の周波数の最大値の２倍より大きいことを特徴とする光送信装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重して多重信号を生成する多重手段と、
前記多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行う変調手段と、
を備え、
前記第１電気信号の帯域幅は、前記複数のトーン信号の内の隣接する２つのトーン信号の周波数間隔の最小値より小さいことを特徴とする光送信装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重した多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行うことで生成された変調光を二乗検波により光電変換して、前記複数のトーン信号それぞれと前記第１電気信号とのビート成分である複数のビート信号を含む第２電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第２電気信号から前記複数のビート信号それぞれを分離して出力する分離手段と、
前記分離手段が分離した前記複数のビート信号それぞれを同じ無線周波数の複数の無線周波数信号に変換する変換手段と、
前記複数の無線周波数信号それぞれを無線信号として送信するアンテナと、
を備え、
前記搬送波抑圧振幅変調は、単側波帯変調であり、
前記第１電気信号と前記複数のトーン信号との周波数差の最小値は、前記複数のトーン信号の内の２つのトーン信号の周波数差の最大値より大きいことを特徴とする無線装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重した多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行うことで生成された変調光を二乗検波により光電変換して、前記複数のトーン信号それぞれと前記第１電気信号とのビート成分である複数のビート信号を含む第２電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第２電気信号から前記複数のビート信号それぞれを分離して出力する分離手段と、
前記分離手段が分離した前記複数のビート信号それぞれを同じ無線周波数の複数の無線周波数信号に変換する変換手段と、
前記複数の無線周波数信号それぞれを無線信号として送信するアンテナと、
を備え、
前記搬送波抑圧振幅変調は、両側波帯変調であり、
前記第１電気信号の周波数は、前記複数のトーン信号の周波数の最大値より大きく、かつ、前記第１電気信号と前記複数のトーン信号との周波数差の最小値は、前記複数のトーン信号の周波数の最大値の２倍より大きいことを特徴とする無線装置。
情報を搬送する第１電気信号と、それぞれが正弦波状の複数のトーン信号とを周波数多重した多重信号で連続光の搬送波抑圧振幅変調を行うことで生成された変調光を二乗検波により光電変換して、前記複数のトーン信号それぞれと前記第１電気信号とのビート成分である複数のビート信号を含む第２電気信号を出力する光電変換手段と、
前記第２電気信号から前記複数のビート信号それぞれを分離して出力する分離手段と、
前記分離手段が分離した前記複数のビート信号それぞれを同じ無線周波数の複数の無線周波数信号に変換する変換手段と、
前記複数の無線周波数信号それぞれを無線信号として送信するアンテナと、
を備え、
前記第１電気信号の帯域幅は、前記複数のトーン信号の内の隣接する２つのトーン信号の周波数間隔の最小値より小さいことを特徴とする無線装置。