Signal processing method and apparatus of the modulated light

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信等を含む光アクセス網技術に用いることのできる変調された光の信号処理方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に用いられる信号処理方法には各種方法がある。 例えば、簡単な方法として、光源として用いられるレーザダイオードを変調信号で直接変調するか、あるいはレーザダイオードからの光を光変調器を用いて変調して変調された光信号を得、その光信号を光ファイバにより伝送して、受信側ではその光信号を受信し、光検出器を用いて直接電気信号に変換する、という方法がある。 また、受信側で、光検出器により直接電気信号に変換するのではなく、送信側と同じもしくは異なる光源からの変調を受けていない光信号と受信した光信号とを混合して検波する光ホモダイン検波も用いられている。 また、受信した光信号に受信側で発生した局部発振光を混合する光ヘテロダイン検波も用いられている。 また、光通信の広帯域性を活用するために、変調信号としては、周波数分割多重化された信号が用いられる場合がある。
【０００３】
より具体的に説明するために、従来の光ファイバ無線伝送方式の構成図の一例を図１に示す。 図１の構成では、単一モード発振光源１０１からの光波は、光変調器１０２に於いてデータの重畳された無線信号１０３によって光変調される。 光変調器１０２から出力される変調光は光伝送路１０４を通じて伝送される。 受信信号光は光増幅器１０５によって光増幅された後、光フィルタ１０６によって不要な帯域の雑音成分を除去される。 １１１に示される光フィルタ出力信号を、光検波器１０７において光検波し、光検波された信号を電気ミキサ１０８と電気局部発振器１０９を用いて周波数変化し、所望の帯域に周波数変換された中間周波数帯信号１１０を得る。
【０００４】
このため、従来の光通信に用いられる信号処理方法では、光検波の際、搬送波と側帯波とが関わるため、無線信号と同等の高周波応答特性を有する光検波器を用意しなければならないほか、光検波信号の処理のためにも、高周波電気ミキサや電気局部発振器を用いなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光通信に用いられる信号処理方法では、搬送波と側帯波が周波数的に離間している場合でも、光検波の際、無線信号の搬送波周波数と同等の高周波応答特性を有する光検波器を用意しなければならないほか、光検波信号の処理のためにも、高周波電気ミキサや電気局部発振器を用いなければならなかった。 そのため、光受信感度の向上が困難であった。 さらに，光検波後の信号において，無線信号の搬送波周波数の自乗に比例した光ファイバの波長分散の影響を受けることが問題であった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みて提案されたものであり、搬送波と側帯波が周波数的に離間している場合に、それらより近接するように変換して、光検波後の電気的処理の容易な中間周波数帯に光学的に変換し、光受信感度を向上させることができ、また、光ファイバの波長分散の影響を軽減することができる変調された光の信号処理方法およびその装置を提案している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、伝送された光搬送波（ｆ _C ）と第１の高周波電気信号（ｆ _RF ）が重畳されたその光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを入力するステップと、上記の入力された光搬送波と光側帯波とを予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調するステップと、この変調により得られる低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された側波帯成分と高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数分よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを光学的に選択するステップと、上記選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって電気信号に変換し、前記電気信号から入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力するステップと、を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、第１の高周波電気信号（ｆ _RF ）で単一モードの光を変調するステップと、その変調によって得られた光搬送波（ｆ _C ）と光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを含む光信号を伝送するステップと、その伝送された光信号を入力するステップと、その入力された光信号を予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調するステップと、この変調により得られる高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された側波帯成分と低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを、光学的に選択するステップと、その選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって電気信号に変換し、前記電気信号から入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力するステップと、を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、第１の高周波電気信号（ｆ _RF ）で単一モードの光を発する光源を変調するステップと、その変調によって得られた光搬送波（ｆ _C ）とその光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを含む光信号を伝送するステップと、その伝送された光信号を入力するステップと、その入力された光信号を予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調するステップと、この変調により得られる高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された側波帯成分と低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを、光学的に選択するステップと、その選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって電気信号に変換し、前記電気信号から入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、伝送された光搬送波（ｆ _C ）と第１の高周波電気信号（ｆ _RF ）が重畳されたその光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを含む光信号を入力する手段と、その入力された光信号を予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調する変調器と、この変調により得られる低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された側波帯成分と高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数分よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを光学的に選択する光フィルタと、その光フィルタにより選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって、入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択的して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力する手段と、を含む事を特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、単一モードの光を発生する光源と、前記光源からの光を、第１の高周波電気信号（ｆ _RF ）で変調する変調器と、その変調によって得られた光搬送波（ｆ _C ）と光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを含む光信号を伝送する光路と、その伝送された光信号を入力する手段と、その入力された光信号を予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調する変換器と、この変調により得られる高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された側波帯成分と低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数分よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを、光学的に選択する光フィルタと、その光フィルタにより選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって、入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力する手段と、を含む事を特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、光波を副搬送波信号を含む高周波電気信号（ｆ _RF ）で変調し、光搬送波（ｆ _C ）と光側帯波（ｆ _C ＋ｆ _RF 、または、ｆ _C −ｆ _RF ）とを含む光信号を発生する手段と、上記光信号を伝送する光路と、その伝送された光信号を入力する手段と、その入力された光信号を、予め決められた周波数をもった第２の高周波電気信号（ｆ _LO ／２）で変調する変調器と、この変調により得られる高周波数側（あるいは低周波数側）に周波数変換された側波帯成分と低周波数側（あるいは高周波数側）に周波数変換された光搬送波成分との組み合わせで、第１の高周波電気信号の周波数分よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の組み合わせを、光学的に選択する光フィルタと、その光フィルタにより選択された組み合わせの光搬送波と光側帯波の光検波を光検波器で行なって、入力された時点での光搬送波と光側帯波との周波数差よりも低い周波数を持った電気信号を選択して低周波数側に周波数変換された中間周波数帯信号 （ｆ _RF −ｆ _LO ）を出力する手段と、を含む事を特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、具体的には、単一モードの光波を電波周波数帯の副搬送波信号を含む高周波信号で変調し、該変調によって得られた副搬送波による変調光を伝送し、該副搬送波による変調光を受信し、その変調光の搬送波成分と側帯波成分との位置が周波数変換されるように、変調光の周波数成分の一部を光学的に取り出して光検波して復号することにより所望の中間周波数帯に周波数変換している。 本発明では、受信した信号光の一部の周波数成分で必要最小限しか復調処理に使われないため、光ファイバ分散による著しい信号劣化の問題を抑制できるという利点がある。 以下に、本発明の実施の形態の構成を示す図面に沿って説明する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態であるミリ波を副搬送波として含む変調された光の信号処理装置の構成図である。 図２において、単一モード発振光源２０１からの光波（周波数＝ｆ _c ）は、光変調器（ＥＡＭ）２０２に於いてデータの重畳された無線信号２０３（周波数＝ｆ _RF ）によって光変調される。 光変調器２０２から出力される変調光は光伝送路２０４を通じて伝送される。 受信信号光は光増幅器２０５によって光増幅された後、光フィルタ（ＢＰＦ）２０６によって不要な帯域の雑音成分を除去される。 スペクトル２１３に示される光フィルタ出力信号を、偏光補償器２０７で偏光方向を整えた後、光変調器（ＥＯＭ）２０８において電気局部発振器２０９からの電気信号（周波数＝ｆ _LO ／２）により両側帯波変調して、搬送波と側帯波をともに左右にｆ _LO ／２だけシフトする。 ここで、光変調器（ＥＯＭ）２０８の出力は、周波数シフトされてスペクトル２１４に示すようになる。 ここで、偏光補償器２０７については、光変調器（ＥＯＭ）２０８に偏光依存性を無視できるものを用いることができれば、これを省略することができる。
【００１５】
上記の説明では両側帯波変調の場合であるが、変調は搬送波あるいは側帯波を移動させるためのものであり、その他に、位相変調、両側帯波変調、片側帯波変調あるいは周波数変調あるいはそれらを用いた周波数変換であってもよい。
【００１６】
このスペクトル２１４のうち、スペクトル２１３の第一側波帯成分と搬送波成分がシフトされた、例えば周波数が、ｆ _c +ｆ _RF ‐ｆ _LO ／２の成分のものと、ｆ _c +ｆ _LO ／２の成分のもののみを含む光信号を光フィルタ（ＢＰＦ）２１０で取り出し、光検波器２１１において光検波することで、所望の周波数帯に変換された中間周波数帯信号２１２（周波数＝ｆ _lF ）を得る。 ここで、ｆ _lF ＝ｆ _RF ‐ｆ _{LO 、}である。 また、光フィルタ（ＢＰＦ）２１０を、周波数がｆ _c ‐ｆ _RF +ｆ _LO ／２の成分のものと、ｆ _c ‐ｆ _LO ／２の成分のものとの組みあわせを選択するように設定した場合にも上記と同じ中間周波数帯の信号を得られることは明かである。
【００１７】
さらに、図２のスペクトル２１４において、光変調器（ＥＯＭ）２０８での変調を強度変調とすることによって元の周波数ｆ _cの成分とｆ _RFの成分とを元の位置に残したまま、例えば、周波数ｆ _c +ｆ _RF ‐ｆ _LO ／２の成分を発生させることができる。 この際、ｆ _RFをｆ _LO ／２より大きく取ることによって、周波数ｆ _cの成分と周波数ｆ _c +ｆ _RF ‐ｆ _LO ／２の成分との周波数的距離をｆ _RFより小さくすることができることは明らかである。 従って、この場合には、周波数ｆ _cの成分と周波数ｆ _c +ｆ _RF ‐ｆ _LO ／２の成分とを光フィルタ（ＢＰＦ）２１０で選択する。
【００１８】
図３は、上記の構成の実施例において測定された受信信号光のスペクトルの一例を示している。 具体的には、単一モードの光波の波長は１５５４．２ｎｍ，無線信号の周波数（ｆ _RF ）は５９．６ＧＨｚである。 また、変調した光信号は、２５ｋｍの標準の単一モード光ファイバを伝送させている。
【００１９】
図４は、図３の受信信号光を電気信号（周波数＝ｆ _LO ／２）で変調し、光の周波数を変換した後のスペクトルを示している。 ここでは、電気局部発振器の発振周波数（ｆ _LO ／２）は２８．５ＧＨｚである。 この周波数変換に使用したＥＯＭは２電極型ＬｉＮＯ３強度変調器であり、入力光周波数成分に対して、透過率が最小（理想的にはゼロ）となるようにバイアスを設定し、搬送波抑圧両側波帯変調動作をさせることで、図４の信号を得たものである。
【００２０】
図５は、光フィルタ（ＢＰＦ２）２１０で取り出された光周波数成分を測定したスペクトルを示している。 ＢＰＦ２には、６０ＧＨｚの周波数間隔を持ち、ひとつのチャネル当たり３ｄＢ通過帯域がおよそ０．１ｎｍの導波路型アレイ格子（ＡＷＧ）を用いた。
【００２１】
図６は、この実施の形態において測定された光検波後の中間周波数帯信号を示している。 図６の信号は、２．６ＧＨｚであり、これは上記のｆ _lF ＝ｆ _RF ‐ｆ _LOの信号であり、５９．６ＧＨｚ−２８．５ＧＨｚ×２、に相当している。 このように、送信側では、５９．６ＧＨｚであった高周波信号が、受信側では、光変調による操作によって、より周波数の低い２．６ＧＨｚに変換されるので、これを中間周波数として所望信号を処理することができる。 また、スペクトル線幅は３０Ｈｚ以下、ＳＳＢ（単側帯波）位相雑音は１０ｋＨｚ離調で−７３ｄＢｃ／Ｈｚ以下であることも確認されている。
【００２２】
上記の説明においては、無線信号２０３（周波数＝ｆ _RF ）として、変調を受けていない信号を用いた場合を示したが、図７に、上記の実施例に於いて１５５．５２Ｍｂ／ｓの伝送速度をもつ差動位相シフトキーイング変調形式のミリ波無線信号（搬送波無線周波数５９．６ＧＨｚ）を、２５ｋｍの単一モード光ファイバ上を伝送した場合の例として、検出した信号のビット誤り率を光検波器入力における光受信信号電力の関数として示している。 図７より、ビット誤り率１０ ^-9を十分達成できることがわかる。 また、２５ｋｍの単一モード光ファイバを短絡した場合、つまり送受信器突き合わせの場合、と比べても、ビット誤り率は殆ど変化せず、受信感度の劣化がほとんどないことがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、受信側で、入力された光信号を予め決められた周波数をもった高周波電気信号で変調あるいは周波数変換し、この変調あるいは周波数変換により得られた周波数変換されたあるいはされない光搬送波と周波数変換されたあるいはされない光側帯波の中から第１の高周波電気信号の周波数よりも近接して隣り合う光搬送波と光側帯波の例えばひとつの組み合わせを、光学的に選択することにより光搬送波と光側帯波との距離を小さくして、その選択された光信号から電気信号を検出することにより、無線周波数帯からより周波数の低い中間周波数帯への周波数変換を光学的に行っている。 このように、中間周波数としては、もとの高周波電気信号より低い周波数を選択することができるので、電気回路に要求される周波数特性が緩和される。 つまり、高周波応答を有する光検波器や高周波電気素子は、一般に受信感度が低いうえ、雑音指数が比較的大きいが、これらのものを使用する必要がなくなるので、受信感度の高い優れた光通信システムを構成できる。 また、光検波の際には、受信信号光の搬送波とひとつの側帯波との２つの光周波数成分しか用いないため、光路あるいは光路上の装置の分散特性による影響が軽減され、従来用いられていた光分散補償器や光フィルタなどの波長依存性もしくは伝送距離依存性の高い光ファイバ分散補償器を付加的に設けることなく、光ファイバ分散の影響による問題を抑制することができる。 これはすなわち、搬送波に用いる光の波長や、光通信の伝送距離に対してより柔軟なシステム構築が可能であることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光ファイバ無線伝送装置例を示す構成因である。
【図２】本発明におけるミリ波副搬送波変調光の光学的信号処理装置例を示す構成因である。
【図３】本発明における測定された光受信信号光のスペクトル図である。
【図４】本発明における測定された光周波数シフトされた元信号のスペクトル図である。
【図５】本発明における測定された光フィルタによって取り出された元信号のスペクトル図である。
【図６】本発明における測定された光検波された中間周波数帯信号のスペクトル図である。
【図７】本発明における測定されたビット誤り率を示す特性図である。
【符号の説明】
１０１ 単一モード発振光源１０２ 光変調器１０３ 無線信号１０４ 光伝送路１０５ 光増幅器１０６ 光フィルタ１０７ 光検波器１０８ 電気ミキサ１０９ 電気局部発振器１１０ 中間周波数帯信号１１１ スペクトル２０１ 単一モード発振光源２０２ 光変調器２０３ 無線信号２０４ 光伝送路２０５ 光増幅器２０６ 光フィルタ２０７ 偏光補償器２０８ 光変調器２０９ 電気局部発振器２１０ 光フィルタ２１１ 光検波器２１２ 中間周波数帯信号２１３、２１４ スペクトル