JPH11234244A - 光信号多重変調伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光損を生じることなく新たな信号を重畳する
光信号多重変調伝送システムを提供する。 【解決手段】 振幅変調された光波を発生する半導体レ
ーザ１１１を含む送信機１０１と、伝送用光ファイバ１
０３と、中継器Ｘ１〜Ｘｎと、受信機１０２とを設け
る。中継器Ｘ１〜Ｘｎは、光ファイバ１０３から入力さ
れる光波を増幅する半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎと、半導
体光増幅器Ａ１〜Ａｎの利得を制御するバイアス回路Ｂ
１〜Ｂｎ、直流電源Ｃ１〜Ｃｎ、信号増幅器Ｄ１〜Ｄ
ｎ、信号変調器Ｅ１〜Ｅｎ、搬送波発生器Ｆ１〜Ｆｎ、
信号源Ｇ１〜Ｇｎとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光信号多重変調伝
送システムに関し、さらに詳しくは、伝送される光信号
を直接多重変調する光信号多重変調伝送システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】伝送路上に点在する情報発信地点からの
信号を重畳して受信地点へ伝送する光信号多重伝送シス
テムにおける各情報発信地点での信号重畳方法として、
各情報発信地点からの信号をディジタル化し、その各々
の信号に個別のタイムスロットを割当てる方法がある。
この方法は光通信が開発される以前から同軸線路を用い
た通信においても多用されている。

【０００３】各情報発信地点からの電気信号を周波数領
域でお互いに重ならないように周波数変換してから光信
号に変換する方法がある。これはサブキャリア多重方式
と呼ばれている。サブキャリア多重方式を用いて各情報
発信地点での信号重畳を行なう方法の一例として、各情
報発信地点へ到達した光信号を一旦電気信号に変換した
後各情報発信地点からの新たな電気信号を多重化し、そ
の多重化された信号と半導体レーザによって新たな光信
号を光伝送路へ送出する方法がある。

【０００４】サブキャリア多重方式を用いて各情報発信
地点での信号重畳を行なう方法の第２の例として、各情
報発信地点から発生する光信号を電気信号に変換するこ
となく伝送路の光信号に重畳する方法がある。図２は、
情報発信地点から発生する光信号を電気信号に変換する
ことなく伝送路の光信号に重畳する方法を用いた光信号
多重伝送システムの構成を示すブロック図である。

【０００５】図２を参照して、この光信号多重変調伝送
システムは、第１の送信機２０１と、第２の送信機２０
６と、受信機２１２と、第１の光伝送路２１７と、第２
の光伝送路２１８とを備える。第１の送信機２０１は、
第１の信号発生部２０２と、第１のキャリア発生部２０
３と、第１の電気信号変調部２０４と、第１の光源部２
０５とを含む。第２の送信機２０６は、第２の信号発生
部２０７と、第２のキャリア発生部２０８と、第２の電
気信号変調部２０９と、第２の光源部２１０と、光結合
部２１１とを含む。受信機２１２は、光−電気変換部２
１３と、ディマルチプレクサ２１４と、第１の復調器２
１５と、第２の復調器２１６とを含む。

【０００６】信号源が信号周波数帯域幅４ＭＨｚ程度の
テレビ信号で、残留側波帯変調（以下ＶＳＢという）を
行なって信号を多重化する場合、第１のキャリア発生部
２０３は周波数９１．２５ＭＨｚの発振器であり、第２
のキャリア発生部２０８は周波数９７．２５ＭＨｚの発
振器である。ＶＳＢ信号の占有周波数帯域幅は４．５Ｍ
Ｈｚであり、キャリア周波数間隔が６ＭＨｚであるの
で、２つのテレビ信号は周波数帯域で重ならない。

【０００７】このような電気信号が光源部２０５、２１
０に含まれる半導体レーザ（以下ＬＤという）に印加さ
れると、電流変化に比例した強度変化を持つ光が得られ
る。第１の光源部２０５の発振波長と第２の光源部２１
０の発振波長とは、その差が０．１ｎｍ以上であること
が必要であり、１０ｎｍ以下であることが望ましい。光
結合部２１１は、２つの光源から発せられた光を１本の
光ファイバに入射するためのもので、通常光ファイバを
加工して作製される光ファイバカプラが用いられる。

【０００８】２つの光信号は光伝送路２１８を伝搬し、
受信機２１２の光−電気変換部２１３で電気信号に変換
される。ディマルチプレクサ２１４は、周波数帯域によ
って信号を分離して出力する機能を有しているので、９
１．２５ＭＨｚと９７．２５ＭＨｚのキャリア信号を持
つ２つの電気信号は、別々に出力される。ディマルチプ
レクサ２１４より取出された２つの信号は、第１の復調
器２１５と第２の復調器２１６でそれぞれ元の電気信号
に復調される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のタイムスロット
を割当てる方法により各情報発信地点での信号重畳を行
なう方法では、情報発信地点が点在する場合には各々の
情報発信地点で自己に割当てられたタイムスロットを特
定する必要があるため装置が複雑になるという欠点があ
り実用になっていない。

【００１０】サブキャリア方式を用いて各情報発信地点
での信号重畳を行なう方法の第１の例では、情報発信地
点ごとに電気−光変換装置や半導体レーザを必要とする
ため必ずしも経済的な方式ではない。また途中の光−電
気変換装置や半導体レーザが故障した場合には、その地
点までのすべての信号が断線状態になるという欠点がが
ある。

【００１１】上記サブキャリア方式を用いて各情報発信
地点での信号重畳を行なう方法の第２の例では、使用す
る光源の波長に関して波長を周波数に換算したときの周
波数差が、キャリア周波数の差より十分大きくなければ
ならないので光源を選択する場合に制約が加わる。光フ
ァイバカプラは安価であるが、たとえば３デシベル程度
のかなりの光損を伴うため、多くの信号を多重化する場
合には遠方の光信号の減衰が大きくなるため伝送可能な
距離が短くなる。光損を補うために光増幅器を用いる方
法は有効であるが、光増幅器は雑音を発生する。雑音は
通常光フィルタで除去できるが、図２に示すような装置
では多数の波長の光を同時に増幅する必要があるため簡
単には光フィルタを構成することができない。

【００１２】多数の光源を用いる方法の欠点を克服する
ために、光源を送信地点に設置し、各情報発信地点では
送信地点より伝搬してきた光を直接変調することにより
新たな信号を重畳する方式が提案されている。すなわ
ち、各情報発信地点には光変調器を設置し、その地点の
電気信号で光変調器を駆動することにより到達した光の
強度をその地点の信号によって変調するというものであ
る。この方式では、光−電気変換装置は受信地点にのみ
あればよく、光源も送信地点にのみあればよいため、上
記方式の欠点が克服される。

【００１３】しかし、光の変調器として利用できる適切
なものは存在しない。たとえば、実用に供されている唯
一の光変調器であるリチウムナイオベートを用いた変調
器であっても、強い偏光依存性や４ｄＢ以上もの光損が
あり実用的ではない。

【００１４】この発明は上記のような問題を解決するた
めになされたもので、その目的は、光損を生じることな
く信号発信地点での信号の重畳が可能な光信号多重変調
伝送システムを提供することである。

【００１５】この発明のもう１つの目的は、使用する光
源が１つである光信号多重変調伝送システムを提供する
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に従うと、光信
号多重変調伝送システムは、送信機と、１または２以上
の中継機と、受信機と、光ファイバとを備える。送信機
は、振幅変調された光波を発生する光源を含む。中継機
は、半導体光増幅器と、利得制御手段とを含む。半導体
光増幅器は、送信機からの光波を増幅する。利得制御手
段は、半導体光増幅器の利得を変化させる。光ファイバ
は、送信機から送出される光波を中継機を介して受信機
へ伝送する。

【００１７】好ましくは、上記送信機は、第１の変調手
段を含む。第１の変調手段は、第１の搬送波を第１の信
号に応じて変調する。

【００１８】好ましくは、上記光源が発生する光波は、
上記第１の搬送波に応じて振幅変調される。

【００１９】好ましくは、上記利得制御手段は、第２の
変調手段を含む。第２の変調手段は、第２の搬送波を第
２の信号に応じて変調する。

【００２０】好ましくは、上記半導体光増幅器の利得
は、上記変調された第２の搬送波に応じて変化される。

【００２１】好ましくは、上記送信機および上記中継機
における複数の搬送波のうち少なくともいずれか２つの
搬送波の周波数の和および差は、上記複数の搬送波のう
ちいずれの搬送波の周波数とも異なる。

【００２２】上記光信号多重変調伝送システムにおいて
は、半導体光増幅器の利得が第２の信号に応じて変調さ
れた第２の搬送波に応じて変調されることにより、半導
体光増幅器へ入力された光波が振幅変調される。このた
め、光損を生じることなく新たな信号の重畳が可能であ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相
当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。

【００２４】図１は、この発明の実施の形態による光信
号多重変調伝送システムの全体構成を示すブロック図で
ある。

【００２５】図１を参照して、この光信号多重変調伝送
システムは、送信機１０１と、ｎ個の中継機Ｘ１〜Ｘｎ
と、受信機１０２と、光ファイバ１０３とを備える。送
信機１０１は、信号源１１７と、搬送波発生器１１６
と、信号変調器１１５と、信号増幅器１１４と、バイア
ス回路１１２と、直流電源１１３と、半導体レーザ１１
１とを含む。信号源１１７は、帯域幅４．５ＭＨｚのテ
レビ信号を発生する。搬送波発生器１１６は、周波数ｆ
０Ｈｚの搬送波を発生する。信号変調器１１５は、信号
源１１７からのテレビ信号に応じて搬送波発生器１１６
からの搬送波を周波数変調する。信号増幅器１１４は、
信号変調器１１５により周波数変調された高周波信号を
増幅する。直流電源１１３は、一定の直流電流を供給す
る。バイアス回路１１２は、信号増幅器１１４から出力
される高周波信号と直流電源１１３からの直流電流とを
合成する。半導体レーザ１１１は、バイアス回路１１２
から出力される信号を駆動電流とする。このため、半導
体レーザ１１１から送出される光波は、バイアス回路１
１２から出力される信号に応じて振幅変調された光波と
なる。

【００２６】光ファイバ１０３は、半導体レーザ１１１
から送出される光波を各中継機Ｘ１〜Ｘｎを介して受信
機へ伝送する。

【００２７】中継機Ｘ１〜Ｘｎは、それぞれ、信号源Ｇ
１〜Ｇｎと、搬送波発生器Ｆ１〜Ｆｎと、信号変調器Ｅ
１〜Ｅｎと、信号増幅器Ｄ１〜Ｄｎと、バイアス回路Ｂ
１〜Ｂｎと、直流電源Ｃ１〜Ｃｎと、半導体光増幅器Ａ
１〜Ａｎとを含む。信号源Ｇ１〜Ｇｎは、帯域幅４．５
ＭＨｚのテレビ信号を発生する。搬送波発生器Ｆ１〜Ｆ
ｎは、それぞれ周波数ｆ１〜ｆｎの搬送波を発生する。
信号変調器Ｅ１〜Ｅｎは、信号源Ｇ１〜Ｇｎからの信号
に応じて搬送波発生器Ｆ１〜Ｆｎからの搬送波を周波数
変調する。信号増幅器Ｄ１〜Ｄｎは、信号変調器Ｅ１〜
Ｅｎにより周波数変調された高周波信号を増幅する。直
流電源Ｃ１〜Ｃｎは、一定の直流電流を供給する。バイ
アス回路Ｂ１〜Ｂｎは、信号増幅器Ｄ１〜Ｄｎからの高
周波信号と直流電源Ｃ１〜Ｃｎからの直流電流とを合成
する。半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎは、バイアス回路Ｂ１
〜Ｂｎで合成された信号を駆動電流とし、光ファイバ１
０３からの光波を増幅する。

【００２８】受信機１０２は、光フィルタ１２１と、光
−電気変換器１２２と、ディマルチプレクサ１２３と、
復調器Ｈ０〜Ｈｎとを含む。光フィルタ１２１は、光フ
ァイバ１０３から受信機１０２へ送られてくる光波に含
まれる雑音を除去する。光−電気変換器１２２は、受信
機１０２に送られてくる光信号を電気信号に変換する。
ディマルチプレクサ１２３は、光−電気変換器からの電
気信号を各周波数成分の信号に分離する。復調器Ｈ０〜
Ｈｎは、ディマルチプレクサ１２３により周波数帯域ご
とに分離された信号を元の信号に復調する。

【００２９】次に、上記のように構成された光信号多重
変調伝送システムの動作を説明する。

【００３０】信号源１１７から送出されたテレビ信号に
応じて、搬送波発生器１１６からの搬送波が信号変調器
１１５により周波数変調される。この変調により信号の
帯域幅は大きくなるが、十分良好な画像を再生できるこ
とを考慮して２７ＭＨｚを占有帯域幅とする。なお、こ
の帯域幅は、信号変調器１１５に内蔵されているバンド
パスフィルタにより決定される。したがって、信号変調
器１１５からは、ｆ０±１３．５ＭＨｚの高周波信号が
送出される。この高周波信号は、信号増幅器１１４で増
幅された後、バイアス回路１１２で一定の直流電流と合
成されて駆動電流として半導体レーザ１１１に供給され
る。駆動電流として半導体レーザ１１１に供給される高
周波電流の強度の時間変化に応じて半導体レーザ１１１
から送出される光の強度が変化するため、振幅変調され
た光波が光ファイバ１０３へ送出される。

【００３１】各中継機Ｘ１〜Ｘｎのそれぞれの信号源Ｇ
１〜Ｇｎから送出されるテレビ信号に応じて、搬送波発
生器Ｆ１〜Ｆｎからの搬送波が信号変調器Ｅ１〜Ｅｎに
より周波数変調される。この変調により信号の帯域幅は
大きくなるが、十分良好な画像を再生できることを考慮
して２７ＭＨｚを占有帯域幅とする。なお、この帯域幅
は信号変調器Ｅ１〜Ｅｎに内蔵されているバンドパスフ
ィルタにより決定される。したがって、信号変調器Ｅ１
〜Ｅｎからは、ｆ１±１３．５ＭＨｚ〜ｆｎ±１３．５
ＭＨｚの高周波信号が送出される。この高周波信号は信
号増幅器Ｄ１〜Ｄｎで増幅された後、バイアス回路Ｂ１
〜Ｂｎで一定の直流電流と合成されて駆動電流として半
導体光増幅器Ａ１〜Ａｎへ供給される。半導体光増幅器
Ａ１〜Ａｎの利得は、半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎへ供給
される駆動電流の大きさに応じて変化する。したがっ
て、半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎの駆動電流を変化させる
ことにより、半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎへ入力される光
波が振幅変調される。

【００３２】上記のようにして各中継機Ｘ１〜Ｘｎにお
いて新たな信号が重畳される。半導体レーザ１１１から
送出された光波は、光ファイバ１０３の伝送損失により
減衰を受けるが、各中継機Ｘ１〜Ｘｎにおいて半導体光
増幅器Ａ１〜Ａｎの利得分だけ増幅されるため、光ファ
イバ１０３伝搬による伝送損失が補償される。より大き
な利得が得られる半導体光増幅器を使用すれば、中継機
間の距離をさらに長くすることが可能である。

【００３３】信号源Ｇ１〜Ｇｎの数は、半導体光増幅器
Ａ１〜Ａｎの変調可能な周波数範囲で可能な限り多くす
ることができる。信号変調器１１５、Ｅ１〜Ｅｎが出力
する信号の周波数ｆ０〜ｆｎから選ばれる任意の周波数
の和および差を周波数に持つ相互変調波の周波数が、ｆ
０〜ｆｎのどれかに一致することがある。変調が浅い場
合、相互変調波は非常に小さいため問題にはならない。
一方、深い変調をかける場合、ｆ０〜ｆｎの任意の和お
よび差の組合せでできる周波数がどの信号変調器から出
力される電気信号の周波数ｆ０〜ｆｎとも一致しないよ
うな搬送波周波数とすれば問題はない。

【００３４】たとえば、監視用テレビの伝送周波数配置
での４信号伝送において、ｆ０＝１１２．５ＭＨｚ、ｆ
１＝１８７．５ＭＨｚ、ｆ２＝３３７．５ＭＨｚ、ｆ３
＝６００．５ＭＨｚとする。このとき、ｆ０〜ｆ３から
選ばれる任意の２つの周波数の和および差を表１に示
す。表１を参照して、ｆ０〜ｆ３から選ばれる任意の２
つの周波数の和および差はｆ０〜ｆ３のいずれとも一致
しない。

【００３５】

【表１】

【００３６】また、ｆ０〜ｆ３から選ばれる任意の３つ
の周波数の和および差を表２に示す。表２を参照して、
ｆ０〜ｆ３から選ばれる任意の３つの周波数の和および
差は、ｆ０〜ｆ３のいずれとも一致しない。

【００３７】

【表２】

【００３８】このように搬送波の周波数を設定すれば、
相互変調波の影響は抑えられる。また、これらの不要な
信号成分は所要の周波数成分ｆ０〜ｆｎと重なっていな
いため受信機１０２で電気信号に変換した後容易に除去
できる。

【００３９】使用する光源は、送信機１０１に含まれる
半導体レーザ１１１のみであるため、受信機１０２にお
いて光フィルタ１２１が使用でき、これにより半導体光
増幅器Ａ１〜Ａｎで発生する雑音が抑制される。

【００４０】また、多くの信号を重畳する場合には、狭
帯域光フィルタを半導体光増幅器Ａ１〜Ａｎの直後に挿
入して信号の和周波数成分を除去することが有効であ
る。

【００４１】なお、半導体レーザ１１１の波長は１．３
μｍであるが、１．５５μｍ帯や０．８μｍ帯であって
もよい。

【００４２】以上のようにこの実施の形態によれば、半
導体光増幅器Ａ１〜Ａｎへの駆動電流に応じて半導体光
増幅器Ａ１〜Ａｎの利得が変化するため、半導体光増幅
器Ａ１〜Ａｎへ入力される光が振幅変調され、これによ
り光損を生じることなく新たな信号を重畳することがで
きる。

【００４３】送信機１０１および各中継機Ｘ１〜Ｘｎよ
り発生する搬送波の周波数（ｆ０〜ｆｎ）の任意の和お
よび差の組合せでできる周波数がどの搬送波の周波数
（ｆ０〜ｆｎ）とも一致しないため、相互変調波による
影響を抑制できる。

【００４４】

【発明の効果】この発明に従った光信号多重変調伝送シ
ステムは、中継機に含まれる半導体光増幅器の利得を制
御することにより、半導体光増幅器へ入力される光波を
直接振幅変調することができるため、各中継機において
光損を生じることなく新たな信号を重畳することができ
る。

【００４５】また、各中継機に含まれる半導体光増幅器
により、中継機に到達するまでに生じた光損を容易に補
償でき、長距離伝送が可能になる。

【００４６】また、必要な光源は１つであり、伝送に要
する光ファイバは１本であるため、経済的かつ効率的な
伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態による光信号多重変調伝
送システムの全体構成を示すブロック図である。

【図２】従来の光信号多重変調伝送システムの一例の全
体構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１ 送信機 １０２ 受信機 １０３ 光ファイバ Ｘ１〜Ｘｎ 中継機 １１１ 半導体レーザ Ａ１〜Ａｎ 半導体光増幅器 １１５、Ｅ１〜Ｅｎ 信号変調器 １１６、Ｆ１〜Ｆｎ 搬送波発生器 １１７、Ｇ１〜Ｇｎ 信号源 １２１ 光フィルタ １２２ 光−電気変換器 １２３ ディマルチプレクサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/152 10/142 10/04 10/06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振幅変調された光波を発生する光源を含
   む送信機と、 １または２以上の中継機と、 受信機と、 前記送信機から送出される光波を前記中継機を介して前
   記受信機へ伝送する光ファイバとを備え、 前記中継機の各々は、前記送信機からの光波を増幅する
   半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の利得を変化さ
   せる利得制御手段とを含む、光信号多重変調伝送システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記送信機はさらに、第１の搬送波を第
   １の信号に応じて変調する第１の変調手段を含み、前記
   光源が発生する光波は前記変調された第１の搬送波に応
   じて振幅変調され、 前記利得制御手段は、第２の搬送波を第２の信号に応じ
   て変調する第２の変調手段を含み、前記半導体光増幅器
   の利得は前記変調された第２の搬送波に応じて変化さ
   れ、 前記送信機および前記中継機における複数の搬送波のう
   ち少なくともいずれか２つの搬送波の周波数の和および
   差は、前記複数の搬送波のうちいずれの搬送波の周波数
   とも異なる、光信号多重変調伝送システム。