JPH04117035A - 並列光結合を用いた改善ダイナミックレンジ伝送システム - Google Patents
並列光結合を用いた改善ダイナミックレンジ伝送システムInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
を改善することに関しRF入力信号を複数の中間信号に
分割し、それらの信号が終端受信部で個々に検出されそ
して結合されるに先立って、それら信号をそれぞれの光
フアイバ結合を経て並列に伝送することにより実現され
る。終端受信部での信号の結合はRF電力結合器によっ
て達成され、単一の光学的結合のS/N比に比較して向
上したS/N比を有するRF出力信号を提供するもので
ある。 [0001]
ナミックレンジは根本的にショットノイズ(散弾雑音)
によって制限される。ショットノイズあるいは量子雑音
によって検出が制限される場合、S/N比したがってダ
イナミックレンジは、受信された光学的パワーの平方根
の値とともに増加することはよく知られている。アンテ
ナから受信機への無線周波数(RF)結合のような、あ
る応用においては、そのダイナミックレンジの要件は、
光学的なソースの要求されるパワーがレーザーダイオー
ドから得られる有効な値を越えるようなものとなる。実
際的な光学的結合に存在するその他のノイズソースはS
/N比をさらに劣化させる[0002] 本発明の1つの側面においては、光学的伝送システムは
終端送信部においてスプリッタ手段を含み、RF入力信
号を複数の中間信号に分配し、その各信号がそれぞれの
光学的結合(リンク)に割り当てられる。各光学的結合
は、それぞれの中間RF倍信号表す光学的信号を生成す
るための生成手段と、その光学的信号を導通させるため
の光学的通路手段と、終端受信部において光学的検出を
なすための検出手段とを含む。各光学的結合から検出さ
れた信号は、向上したダイナミックレンジを有するRF
出力信号を提供する結合手段で結合される。 [0003] 本発明のもう1つの側面においては、光学的結合のそれ
ぞれが、検出された信号の時間遅延と他の検出された信
号の時間遅延とを等化するために、前記のそれぞれの光
学的結合の検出手段に結合された閉ループ遅延等化制御
回路を含む。制御システムの動作ではRF入力信号にパ
イロットトーン(pilot tone)を付加するた
めの手段を必要とする。閉ループシステムは、パイロッ
トトーンと共通位相基準信号との間の位相差に比例した
制御電圧を生成するために、各パイロットトーンに応答
する位相検出回路を含む。コントローラが設けられてい
て、このコントローラが制御電圧に応答し、電気的遅延
制御手段を調整して位相検出器の出力電圧を最小限にし
、検出された信号間の遅延変動が等化せしめられるよう
になされている。 [0004]
を改善することに関しRF入力信号を複数の中間信号に
分割し、それらの信号が終端受信部で個々に検出されそ
して結合されるに先立って、それら信号をそれぞれの光
フアイバ結合を経て並列に伝送することにより実現され
る。終端受信部での信号の結合はRF電力結合器によっ
て達成され、単一の光学的結合のS/N比に比較して向
上したS/N比を有するRF出力信号を提供する。本発
明はさらに、検出された信号の時間遅延と他の並列光学
的結合で検出された信号の時間遅延を等化するために、
各並列結合の終端受信部に新規の遅延制御回路を含む。 [0005] 第1図は、本発明によって構成された光学的伝送システ
ムの概略ブロック図であり、システムの動作を説明する
ための適例となる2つの並列結合を示すものである。図
示されるように、RF入力信号9が電力スプリッタ10
に入力し、中間信号11および12に等しく分割される
。中間信号11は、電気的信号を表わす光学的信号を生
成するレーザー発振器13に結合される。光学的信号は
、光ファイバのような光学的通路手段14に送出され、
終端受信部でフォトダイオード15によって検出される
。同様に、電気的中間信号12はレーザー発振器13に
よって光学的信号に変換され、光学的通路手段14に結
合され、フォトダイオード15によって検出される。与
えられた信号経路に沿ったレーザー発振器13と、光学
的通路手段14と、およびフォトダイオード15との相
互接続は、以降、並列光学結合と呼称し、ここで各並列
光学結合における要素間の共通番号は結合の同一の構成
要素を表すものである。第1図の論議は2つの並列光学
結合に関するものであるが、このことは本発明に制限を
与えるものでない。なぜなら、システムは複数の並列光
学結合を含むシステムに明らかに拡張可能であるからで
ある。 [0006] 光学的通路手段が等しくない長さの光フアイバ回線であ
るとき、その光学的通路手段に沿って伝達される光学的
信号は、それらのそれぞれの結合の終端受信部に異なっ
た時間に到達する。検出された信号間の時間遅延を等化
するため、そのことはつまり、信号を結合する前にお互
いの信号の位相同期を確立するために、各フォトダイオ
ード15からの出力は、検出された信号に適切な時間遅
延を賦与設定する遅延制御装置16に結合される。遅延
制御装置16のさらに詳しい説明が次の第2図および第
3図の論議でなされるであろう。各並列光学結合におけ
る遅延制御装置16からの遅延信号は、RF電力結合器
17によって結合され向上したS/N比を有する単一の
RF出力信号18として出力される。 [0007] 同期の検出信号の結合によるRF出力信号18は、各並
列結合によって搬送される信号は相関関係を持つので、
信号の振幅において3dBの増加を示す。好都合にも、
相関関係を持たないノイズソースは振幅が増加しない。 このS/N比における向上は、単一の結合によって得ら
れるS/N比より3dB改善される。各個々の光検出器
の出力の増幅の後に、もし抵抗性の(損失性の)結合が
用いられれば、同様のS/N比の向上が発生する。上述
したように、本発明は、単一の光学的結合より向上した
S/N比を提供するため、適切なRFスプリッタと結合
器によって任意の数の並列光学結合を含むように拡張す
ることが可能である。一般に、この向上は次の式で量的
に見積もることができる。 EF = 10 log n ここで、EF = 向上率、n = 並列に結合さ
れた結合数、である。かくして、いかなるS/N比も、
適切な数の並列光学結合を用いることによって得ること
ができるのである。 [0008] 上述したように、各フォトダイオード15からの出力で
ある検出された信号は結合器17で結合される前に、遅
延制御装置16によって遅延せしめられる。 なぜなら、S/N比における向上を達成するためには、
分離した光学的通路手段14のすべてが、対象である信
号の最も高い周波数(F)の何分の−かの短U)期間(
1/F)の範囲内で等しい遅延時間を有する必要がある
からである。本発明のもう1つの側面によると、遅延制
御装置16は新規のパイロットトーン位相検出遅延等価
回路(以下、パイロットトーン等化回路と言う)によっ
て能動的な遅延等化をなし、任意に高い周波数での動作
を可能ならしめる。新規のパイロットトーン等化回路は
第2図に、電気的遅延制御装置21と、パイロットトー
ン位相検出回路22と、コントローラ23とから構成さ
れる閉ループシステムとして示される。 [0009] パイロットトーン等化回路16の動作は、まず、スプリ
ッタ10に結合される複合信号を生成するために入力信
号9にパイロットトーンが付加されることを必要とする
。したがって、各並列結合における光学的通路手段14
からフォトダイオード15へ結合される光学的信号20
のスペクトルは、情報入力信号7とパイロットトーン8
を含む。等化回路16を介しての第1の経路において、
検出された信号は電気的遅延制御装置21によって遅延
せしめられてパイロットトーン位相検出回路22に結合
かれ、ここにおいて、パイロットトーンが複合検出信号
から分離されかつ位相が検出されて、それぞれの並列光
学結合の遅延時間に比例した制御電圧が生成される。 [0010] コントローラ23は、制御電圧に応答し、そして遅延時
間が最小となるまで電気的遅延制御装置21を連続的に
調整するために、閉ループシステムにおいてフィードバ
ック機構として働く。各並列光学結合においてパイロッ
トトーン等化回路は、個々に検出されるパイロットトー
ンの位相によって測定されるところの個々の並列光学結
合の遅延時間を等化するために、他の回路と協同して動
作する。 コントローラ23は、通常の連続的フィードバック制御
ループとして、あるl、)は各並列光学結合の個々の位
相検出器の出力をサンプルするマイクロプロセ・ノサと
して実施されることができる。電気的遅延制御装置21
は、モーター駆動の線路引き伸ばし装置(line s
tretcher(trombone)) 電気的に
切り替えられる固定長送信線路、あるいは他の電気的に
あるいは電気−機械的に制御される遅延線路でもよい。 [0011] 本発明によるパイロットトーン等化回路の1つの実施例
が第3図に示され、ここで、番号31.32.33およ
び34で示される構成要素は、第2図でのパイロットト
ーン位相検出回路22に機能的に対応した単一の統合さ
れた装置を表す。第3図は、それぞれの並列光学結合に
結合される2つのパイロットトーン等化回路間で遅延等
化がどのようにしてなされるか示す概略図である。図面
間の一貫性を保つために、第2図と第3図で同一の番号
を付された部材は同一の構成要素あるいはサブシステム
を表す。 [0012] 図示されるように、光学的信号20は信号f (入力情
報信号)と信号fp (パイロットトーン)を含む。フ
ォトダイオード15によって信号20が検出された後、
パイロットトーンは、フィルタ回路網31で検出信号か
ら分離され、増幅器32によって増幅され、そしてスプ
リッタ33によって2つの中間パイロットトーン信号に
分配される。図示はされていないが、第1図において信
号f は結合器17を経由する。結合器35は、各並列
光学結合からの一方の中間パイロ・ノドトーン信号を受
信し、結合器の出力36に現れる基準位相信号を生成す
るためにそれらの信号を加算する。もし望むのであれば
、PLL位相同期ループ(phase 1ocked
1oop ) 37が、その位相基準信号からノイズを
除去するのに使用されてもよい。基準位相信号は、スプ
リッタ38によって位相検出器34に分配されここで、
この分配された信号は、スプリッタ33からの他の中間
パイロットトーンとともに入力信号として働く。位相検
出器34は、それぞれの並列光学結合のパイロットトー
ンと基準位相信号との間の位相差に比例した出力電圧を
生成する。コントローラ23は、位相検出器が生成した
電圧に応答し、それに応じて電気的遅延制御装置を調整
し、位相検出器の出力電圧を最小限にする。この方法で
は、種々の光学的通路手段間の遅延差は等化されるので
、各並列光学結合からの情報信号f は他の情報信号と
同位相で結合される。上述の位相基準信号は各画列光学
結合からのパイロットトーンの平均値であるけれど、選
択された1つの並列光学結合からの個々のパイロットト
ーンであってもよい。 [0013] 向上したダイナミックレンジに加えて、第4図に示され
る伝送システムで、複数の並列光学結合を、それぞれが
2つの並列光学結合40 (1)と40 (2)を含む
適例の結合対40にグループ化し、そして各結合対をプ
ッシュプル構成で動作することによって、偶数次歪み(
even order distortion )の値
の相当量の低減が可能である。プッシュプル動作は、対
の一方の結合40 (1)が対の他の結合40(2)に
関して位相が180度ずれてドライブされることをいう
。プッシュプル増幅器設計の数学的モデルが、Proc
eedings of IEEE、 Vol、58.
No、7.1970のW、HLambertによる「C
ATVプッシュプル増幅器における2次歪み」に発表さ
れている。次に述べることば、フッシュプル動作を実行
するためのいくつかの構成を提案するもので、例示とし
て、第4図に言及するものである。この図では、2つの
並列結合40 (1)と40 (2)は結合対40とし
て働き、また、第4図と第1図で共通の番号は構成要素
あるいはサブシステムの類似性を表している。 [0014] 第1図における2つの結合は、180度のハイブリッド
結合スプリッタ10かあるいは適切な変成器(バラン:
balun )を用いることによってお互いに位相が
ずれてドライブされてもよい。検出された位相のずれた
信号は、180度結合器17で同相に戻されるか、ある
いは、フォトダイオード15の一方の極性を反転させ、
そして同相電力結合器17を用いることによって信号の
反転を行うことにより同期した信号に戻される。その他
の構成では、同相電力スプリッタと、対における他方の
フォトダイオードに関して反転した極性を持つフォトダ
イオードと180度電力結合器とを用いてもよい。上述
の、代替構成のそれぞれにおいてそれぞれの平衡対から
の結合されたRF信号は他の対からのRF出力信号と結
合されて、向上せしめられたダイナミックレンジと改善
された線形性の両方を有する単一の出力信号を提供する
。
ク図であり、ここで、終端受信部において結合される前
に、入力信号は少なくとも2つの並列光ファイバ結合を
経由して進行する。
、遅延制御装置をさらに詳しく示す。
ロットトーン等化回路の概略ブロック図である。
ク図であり、ここで、
Claims (14)
- 【請求項1】S/N比を改善するための光学的伝送シス
テムであって、電気的複合信号を生成するために、パイ
ロットトーンを電気的入力情報信号に付加的に結合する
加算手段と、 前記複合信号を受信し、前記複合信号を、複数の光学的
結合(リンク)のそれぞれの1つに各々結合される複数
の等価中間信号に分離するよう適合せしめられた、スプ
リッタ手段と、 から構成され、かつ、 前記光学的結合のそれぞれが、 前記それぞれの中間信号を受信し、前記それぞれの中間
信号を表す光学的信号を生成するよう適合せしめられた
、生成手段と、前記それぞれの光学的信号を導くために
、前記1つの光学的結合の生成手段に結合され、関連す
る信号伝搬遅延時間を有する、光学的通路手段と、前記
それぞれの光学的結合の光学的通路手段から導れた光学
的信号を受信し、前記導かれた光学的信号を表わしかつ
前記それぞれの光学的通路手段の伝搬遅延時間に比例し
た関連する位相シフト成分をそれぞれ有する電気的検出
信号を生成するよう適合せしめられた、検出手段と、前
記1つの光学的結合の検出手段からの検出された信号を
受信し、前記検出された信号の位相シフト成分と前記複
数の光学的結合の他の残りの各光学的結合における各検
出された信号の位相シフト成分とを等化するするよう適
合せしめられた、遅延等化回路と、 を含み、 かつ、各光学的結合のそれぞれの遅延等化回路からの等
化された検出信号を受信し、前記等化検出信号を単一出
力信号に結合するよう適合せしめられた、結合手段と、 から構成される光学的伝送システム。 - 【請求項2】 前記遅延等化回路のそれぞれにおいて、さらに、前記そ
れぞれの検出手段からの検出された信号を受信するため
の信号入力端子と、前記検出された信号の遅延時間を制
御するための制御信号入力端子と、前記検出された信号
の時間遅延せしめられた信号を供給するための出力端子
と、を有する電気的遅延制御手段と、 前記遅延制御手段に結合され、時間遅延せしめられた検
出された信号を受信し、その検出された信号からパイロ
ットトーンを濾波するフィルタ回路網と、パイロットト
ーンと基準位相信号との間の位相差に比例した出力電圧
を供給するために、前記基準位相信号と前記フィルタ回
路網からの前記パイロットトーンとに応答する位相検出
器と、 前記パイロットトーンと前記基準位相信号との間の位相
差が期待する値になるまで、前記検出された信号の遅延
時間を連続的に調整するための前記電気的遅延制御手段
の制御入力端子に制御信号を供給するために、前記位相
検出器の出力電圧に応答するフィードバックコントロー
ラと、を備えた閉ループ制御システムを含む請求項1の
光学的伝送システム。 - 【請求項3】 前記遅延等化回路のそれぞれにおいて、さらに、前記パ
イロットトーンを2つの中間パイロットトーンに分離す
るための、前記それぞれのフィルタ回路網に結合された
スプリッタ手段と、前記各遅延等化回路のフィルタ回路
網からの前記中間パイロットトーンの1つを受信し、そ
れぞれの前記1つの中間パイロットトーンの和算として
前記基準位相信号を供給するための結合器と、 を備えた請求項2の光学的伝送システム。 - 【請求項4】 前記基準位相信号が前記光学的結合の選択されたものの
対応するフィルタ回路網からのパイロットトーンである
請求項2の光学的伝送システム。 - 【請求項5】 S/N比を改善するための光学的伝送システムであって
、電気的複合信号を生成するために、パイロットトーン
を電気的入力情報信号に付加的に結合する加算手段と、 前記複合信号を受信し、前記複合信号を複数の等価中間
複合信号に分離するするよう適合せしめられた、入力ス
プリッタ手段と、それぞれの前記等価中間複合信号の1
つを受信し、前記等価中間複合信号を関連する第1信号
と第2信号に分離するようそれぞれが適合せしめられた
複数の信号スプリッタ手段と、 複数光学的結合対であって、関連する第1光学的結合辺
(ブランチ)と第2光学的結合辺とをそれぞれが備え、
第1の辺がそれぞれの前記第1信号の1つに結合される
入力端と出力端とを有し、同時に、関連する第2の辺が
前記それぞれの第1信号の1つに関連する第2光学信号
に結合される入力端と出力端とを有する、複数の光学的
結合対と、 前記それぞれの第1の辺の第1信号を前記関連する第2
の辺の第2信号に関し180度位相をずらして駆動する
プッシュプル技法で動作する各光学的結合対と、 それぞれの光学結合対における前記第1と第2の関連す
る光学的結合辺の各々が、 前記辺に関連する信号を受信し、前記信号を表す光学的
信号を生成するするよう適合せしめられた信号生成手段
と、 前記生成された光学的信号を導通させるために前記信号
生成手段に結合され、かつ関連する信号伝搬遅延時間を
有する、光学的通路手段と、前記導通せしめられた信号
を受信し、前記導通せしめられた光学的信号を表わし、
かつ前記それぞれの光学的通路手段の伝搬遅延時間に比
例した関連する位相シフト成分を有する電気的検出信号
を生成するよう適合せしめられた、検出手段と、 前記検出された信号の位相シフト成分を、前記複数の光
学的結合辺の残りの光学的結合辺それぞれにおいて検出
される信号のそれぞれに等化するため、前記検出手段に
結合された遅延等化回路と、 を備え、かつ、 前記光学的結合対のそれぞれにおいて、それぞれの光学
的結合対出力信号を受信し、前記等化された検出信号を
結合して結合対出力信号を生成するするよう適合せしめ
られた、結合手段と、 各光学的結合対のそれぞれの結合手段からの結合対出力
信号を受信し、前記結合対出力信号を結合して前記光学
的伝送システムの出力信号とするよう適合せしめられた
、出力結合手段と、 を備えた光学的伝送システム。 - 【請求項6】 前記信号スプリッタ手段のそれぞれが180度電力スプ
リッタを含み、前記結合手段のそれぞれが180度電力
結合器を含む、請求項5の光学的伝送システム。 - 【請求項7】 前記信号スプリッタ手段のそれぞれが180度スプリッ
タを含み、各光学的結合辺における検出手段がフォトダ
イオードを含んでおり、それぞれの光学的結合対におけ
るそれぞれの第1と第2の関連する光学的結合辺に対し
ては、前記第1の辺のフォトダイードが前記関連する第
2の辺のフォトダイオードに関して反転した極性を有し
、 前記結合手段のそれぞれが0度電力結合器を含む、請求
項5の光学的伝送システム。 - 【請求項8】 前記信号スプリッタ手段のそれぞれが0度電力スプリッ
タを含み、各光学的結合辺における検出手段がフォトダ
イオードを含んでおり、それぞれの光学的結合対におけ
るそれぞれの第1と第2の関連する光学的結合辺に対し
ては、前記第1の辺のフォトダイードが前記関連する第
2の辺のフォトダイオードに関して反転した極性を有し
、 前記結合手段のそれぞれが180度電力結合器を含む、
請求項5の光学的伝送システム。 - 【請求項9】 前記遅延等化回路のそれぞれにおいて、さらに、前記そ
れぞれの検出手段からの検出された信号を受信するため
の信号入力端子と、前記検出された信号の遅延時間を制
御するための制御信号入力端子と、前記検出された信号
の時間遅延せしめられた信号を供給するための出力端子
と、を有する電気的遅延制御手段と、 前記遅延制御手段に結合され、時間遅延せしめられた信
号を受信し、その検出された信号からパイロットトーン
を濾波するフィルタ回路網と、パイロットトーンと基準
位相信号との間の位相差に比例した出力電圧を供給する
ために、前記基準位相信号と前記関連するフィルタ回路
網からの前記パイロットトーンとに応答する位相検出器
と、 前記パイロットトーンと前記基準位相信号との間の位相
差が期待する値になるまで、前記検出された信号の遅延
時間を連続的に調整するための前記電気的遅延制御手段
の制御入力端子に制御信号を供給するために、前記位相
検出器の出力電圧に応答するフィードバックコントロー
ラと、を備えた請求項5の光学的伝送システム。 - 【請求項10】 前記遅延等化回路のそれぞれにおいて、さらに、前記パ
イロットトーンを2つの中間パイロットトーンに分離す
るための、前記それぞれのフィルタ回路網に結合された
トーンスプリッタ手段と、それぞれの前記遅延等化回路
のトーンスプリッタ手段からの前記中間パイロットトー
ンの1つを受信し、それぞれの前記1つの中間パイロッ
トトーンを結合して前記基準位相信号を発生するための
、結合器と、を備えた請求項9の光学的伝送システム。 - 【請求項11】 前記基準位相信号が前記遅延等化回路の選択されたもの
の対応するフィルタ回路網からのパイロットトーンであ
る請求項9の光学的伝送システム。 - 【請求項12】 閉ループ制御回路システムのそれぞれの閉ループ制御回
路が複数の並列光学的通路のそれぞれに結合され、それ
ぞれの通路が、情報信号とパイロットトーンとを含む複
合信号を提供する、閉ループ制御回路システムにおいて
、前記制御回路のそれぞれが、 前記それぞれの通路からの複合信号を受信するための信
号入力端子と、前記複合信号の遅延時間を制御するため
の制御信号入力端子と、前記複合信号の時間遅延せしめ
られた信号を供給するための出力端子と、を有する電気
的遅延制御手段と、 前記遅延制御手段に結合され、時間遅延せしめられた複
合信号を受信し、その複合信号からパイロットトーンを
濾波するフィルタ回路網と、前記パイロットトーンと基
準位相信号との間の位相差に比例した出力電圧を発生す
るために、前記基準位相信号と前記フィルタ回路網から
の前記パイロットトーンとに応答する位相検出器と、 前記パイロットトーンと前記基準位相信号との間の位相
差が期待する値になるまで、前記複合信号の遅延時間を
連続的に調整するための前記電気的遅延制御手段の制御
入力端子に制御信号を供給するために、前記位相検出器
の出力電圧に応答するフィードバックコントローラと、 を備えた閉ループ制御回路システム。 - 【請求項13】 前記制御回路のそれぞれにおいて、さらに、前記パイロ
ットトーンを2つの中間パイロットトーンに分離するた
めの、前記それぞれのフィルタ回路網に結合されたスプ
リッタ手段と、それぞれの前記制御回路からの前記中間
パイロットトーンの1つを受信し、かつ、前記中間パイ
ロットトーンを結合して前記基準位相信号を生成するた
めの、結合器と、 を備えた請求項12の閉ループ制御回路システム。 - 【請求項14】 前記基準位相信号が、選択された1つの前記光学的結合
からのパイロットトーンである請求項12の閉ループ制
御回路システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US454679 | 1989-12-21 | ||
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