JP2005073066A - 光−無線融合通信システム用光送信器 - Google Patents

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Abstract

【課題】光−無線融合通信システムにおける無線加入者端末の構成を安価かつ簡易にできる光送信器を提供すること。
【解決手段】第１の電気発振器７で発生した無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を用いて、第１の光変調器４により単一スペクトル光源３からの出力光に搬送波抑圧両側波帯光変調を施し、第２の電気発振器８で発生した任意の中間周波数信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を用いて、第２の光変調器５により第１の光変調器４からの出力光に搬送波抑圧両側波帯光変調を施し、入力された電気ディジタル信号を用いて、第３の光変調器６により第２の光変調器５からの出力光に光強度変調を施す。
【選択図】図５

Description

本発明は、広帯域信号光を利用した光−無線融合通信システムにおける光送信器、特に無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器に関する。
図１、図２、図３はそれぞれ従来の光−無線融合通信システムにおける光送信器、無線基地局、無線加入者端末の一例を示したものであり、図４は従来の光−無線融合通信システムにおける電気周波数及び光周波数のスペクトルの一例を示したものである。
光送信器１０１により光信号（１ｅ）が光伝送路を経て無線基地局１０７へ伝送される。ここで、電気発振器１０６からの出力信号が無線信号の周波数の半値に等しい周波数の電気搬送波信号（１ｃ）となるようにし、単一スペクトル光源１０３の出力光（１ｂ）に対して第１の光変調器１０４で搬送波抑圧両側波帯光変調を施す。さらに、第２の光変調器により、第１の光変調器の出力光（１ｄ）に対して入力端子１０２に入力されたディジタル信号（１ａ）で光強度変調を施して送信する。
無線基地局１０７においては、このような光信号（１ｅ）を１つの受光素子１０８で同時に自乗検波することにより差周波数成分（１ｆ）が得られ、必要に応じて増幅した後にアンテナ１０９から電波として送出することで、ミリ波帯の電気信号を直接伝送せず、また無線基地局にミリ波帯の電気発振器を用意することなくミリ波帯無線信号を伝送することが可能となる。
ここで、伝送する光信号（１ｅ）の電界Ｅoptは次の数式で表すことできる。
Ｅopt＝ａiｃｏｓ｛２π（ｆc＋ｆRF／２）ｔ＋φ（ｔ）｝
＋ａiｃｏｓ｛２π（ｆc−ｆRF／２）ｔ＋φ（ｔ）｝ ……（１）
但し、ここで、ａiは振幅変調成分、ｆｃは光周波数、ｆRFは無線信号周波数、φ（ｔ）は単一スペクトル光源の位相雑音を表すものとする。
この光信号（１ｅ）を受光素子で自乗検波して得られる信号（１ｆ）の電界ＥRFは次の数式で表すことができる。
ＥRF∝ａi 2ｃｏｓ（２πｆRFｔ） ……（２）
（２）式においては、（１）式の光信号電界において存在していた単一スペクトル光源の位相雑音成分が相殺されており、周波数安定性の高い無線信号が得られることとなる。
前記無線基地局１０７から送出された電波（１ｆ）を受信する無線加入者端末１１０においては、アンテナ１１１で受信した無線信号（１ｆ）と電気発振器１１２から出力された無線信号の周波数より中間周波数信号の周波数の分だけ高い周波数を有する電気搬送波信号（１ｇ）とを乗算器１１３に入力し、乗算器１１３の出力をフィルタ１１４に通すことで、中間周波数信号（１ｉ）を得る（例えば、非特許文献１参照）。
Ｈ．Ｓｃｈｍａｃｋ ａｎｄ Ｒ．Ｈｅｉｄｅｍａｎｎ，"Ｈｙｂｒｉｄ ｆｉｂｒｅ−ｒａｄｉｏ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｒｉｍｅｎｔ ａｔ ６０ＧＨｚ"，ＥＣＯＣ’９６，ｐｐ４．５９−４．６２
図１、図２、図３及び図４に挙げた従来例の場合は、各無線加入者端末において、中間周波数信号を得るため、局部発振器として電気発振器を用意する必要がある。広帯域信号を伝送する場合は、広い信号帯域が確保できるミリ波帯を用いることが予想されるが、ミリ波帯の電気発振器は高価である他、発振器の出力信号の周波数安定度を向上させるために構成が複雑になる。
本発明は、このような背景に行われたものであって、無線加入者端末の構成を安価かつ簡易にできる光送信器を提供することを目的とする。
本発明では、前記目的を達成するため、請求項１では、無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、任意の中間周波数信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えたことを特徴とする光送信器をもって解決手段とする。
また、請求項２では、無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、任意の中間周波数信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えたことを特徴とする光送信器をもって解決手段とする。
請求項１あるいは２の発明によれば、光送信器から４つの光信号を送信することで、無線基地局の受光素子の出力として、所望の無線信号周波数帯において周波数間隔がそれぞれ中間周波数信号の周波数分だけ異なる３波の無線信号を得ることができる。
無線加入者端末では、これらの高周波無線信号電波をアンテナで受信した後、ダイオードなどの非線形素子により自乗検波し、フィルタを通すことで、局部発振器、つまり無線信号の周波数帯の電気発振器を用意することなく、中間周波数信号を得ることができる。
また、請求項３では、無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、前記無線信号の周波数と任意の中間周波数信号の周波数との差の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えたことを特徴とする光送信器をもって解決手段とする。
また、請求項４では、無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、前記無線信号の周波数と任意の中間周波数信号の周波数との差の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えたことを特徴とする光送信器をもって解決手段とする。
請求項３あるいは４の発明によれば、光送信器から４つの光信号を送信することで、無線基地局の受光素子の出力として、所望の無線信号周波数帯において周波数間隔が中間周波数信号の周波数分だけ異なる２波の無線信号を得ることができる。
無線加入者端末では、これらの高周波無線信号電波をアンテナで受信した後、ダイオードなどの非線形素子により自乗検波し、フィルタを通すことで、局部発振器、つまり無線信号の周波数帯の電気発振器を用意することなく、中間周波数信号を得ることができる。
以上説明したように、本発明の光送信器により、無線基地局に光信号を送信する広帯域光−無線融合通信システムの無線加入者端末において、無線信号の周波数帯の電気発振器を用意することなく中間周波数信号を得ることが可能となる。
これにより、無線加入者端末を安価かつ単純なハードウェア構成にすることが可能となる。
＜実施の形態１＞
本発明の第１の実施の形態について、図５、図６、図７のブロック構成図と、図８の電気周波数及び光周波数のスペクトル図を参照して説明する。
図５は本発明の第１の実施の形態の光送信器１を示すブロック構成図であるが、２は伝送する電気ディジタル信号を入力する入力端子、３は単一スペクトル光源、４は電気発振器７からの出力信号（２ｃ）で単一スペクトル光源３の出力光（２ｂ）を搬送波抑圧両側波帯光変調する第１の光変調器、５は電気発振器８からの出力信号（２ｅ）で第１の光変調器４の出力光（２ｄ）を搬送波抑圧両側波帯光変調する第２の光変調器、６は入力端子２から入力される電気ディジタル信号（２ａ）により第２の光変調器５の出力光（２ｆ）を光強度変調する第３の光変調器である。
この光送信器１において、電気発振器７からの出力信号がミリ波帯などの無線信号の周波数（ｆRF）の半値に等しい周波数（ｆRF／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、さらに、電気発振器８からの出力信号が任意の中間周波数信号の周波数（ｆIF）の半値に等しい周波数（ｆIF／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、第３の光変調器５の出力光変調信号の占有周波数帯域（Ｂ）が中間周波数信号の周波数（ｆIF）よりも小さくなるようにする。
上記のようにして光送信器１から送信された光信号（２ｇ）は、図６に示す無線基地局９で受信される。
無線基地局９は、光信号（２ｇ）を自乗検波して電気信号に変換する受光素子１０と、この受光素子１０の出力電気信号（２ｈ）であるミリ波帯無線信号を電波として送出するアンテナ１１によって構成される。
光送信器１で、電気発振器７からの出力信号が無線信号の周波数（ｆRF）の半値の周波数（ｆRF／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、さらに、電気発振器８からの出力信号が中間周波数信号の周波数（ｆIF）の半値の周波数（ｆIF／２）を有する電気搬送波信号となるようにすることで、無線基地局９において、周波数間隔がそれぞれ中間周波数信号の周波数分だけ異なり、また、周波数安定性の高い３波のミリ波帯無線信号（２ｈ：ｆRF＋ｆIF，ｆRF，ｆRF−ｆIF）を得ることができる。
図７は本発明の第１の実施の形態の無線加入者端末１２を示すブロック構成図である。無線基地局９から送出されたミリ波帯無線信号（２ｈ）はアンテナ１３により受信された後、ミキサダイオードなどの非線形素子を用いた乗算器１４により自乗検波され、さらにこの乗算器の出力電気信号（２ｉ）をフィルタ１５に通すことで、ミリ波帯の電気発振器を用意することなく、中間周波数帯の電気変調信号（２ｊ）を得ることができる。
なお、本実施の形態において、電気発振器７で発生する電気搬送波信号と、電気発振器８で発生する電気搬送波信号とを入れ替えても同様な結果が得られる。
＜実施の形態２＞
本発明の第２の実施の形態について、図９、図１０、図１１のブロック図と、図１２の電気周波数及び光周波数のスペクトル図を参照して説明する。
図９は本発明の第２の実施の形態の光送信器１８を示すブロック構成図であるが、１９は伝送する電気ディジタル信号を入力する入力端子、２０は単一スペクトル光源、２１は電気発振器２４からの出力信号（３ｃ）で単一スペクトル光源２０の出力光（３ｂ）を搬送波抑圧両側波帯光変調する第１の光変調器、２２は電気発振器２５からの出力信号（３ｅ）で第１の光変調器２１の出力光（３ｄ）。を搬送波抑圧両側波帯光変調する第２の光変調器、２３は入力端子１９から入力される電気ディジタル信号（３ａ）により第２の光変調器２２の出力光（３ｆ）を光強度変調する第３の光変調器である。
図９の光送信器１８において、電気発振器２４からの出力信号がミリ波帯などの無線信号周波数（ｆRF）の半値に等しい周波数（ｆRF／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、さらに、電気発振器２５からの出力信号が無線信号の周波数（ｆRF）と任意の中間周波数信号の周波数（ｆIF）との差（ｆIF−ｆIF）の半値に等しい周波数（（ｆRF−ｆIF）／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、第３の光変調器２３の出力光変調信号の占有周波数帯域（Ｂ）が中間周波数信号の周波数（ｆIF）よりも小さくなるようにする。
上記のようにして光送信器１８から送信された光信号（３ｇ）は、図１０に示す無線基地局２６で受信される。
無線基地局２６は、光信号（３ｇ）を自乗検波して電気信号に変換する受光素子２７と、この受光素子２７の出力電気信号（３ｈ）であるミリ波帯無線信号を電波として送出するアンテナ２８によって構成される。
光送信器１８で、電気発振器２４からの出力信号がミリ波帯などの無線信号の周波数（ｆRF）の半値の周波数（ｆRF／２）を有する電気搬送波信号となるようにし、さらに、電気発振２５からの出力信号が無線信号の周波数（ｆRF）と中間周波数信号の周波数（ｆIF）との差（ｆRF−ｆIF）の半値の周波数（（ｆRF−ｆIF）／２）を有する電気搬送波信号となるようにすることで、無線基地局２６において、周波数間隔が中間周波数信号の周波数分だけ異なり、また、周波数安定性の高い２波のミリ波帯無線信号（３ｈ：ｆRF，ｆRF−ｆIF）を得ることができる。
図１１は本発明の第２の実施の形態の無線加入者端末２９を示すブロック構成図である。無線基地局２６から送出されたミリ波帯無線信号（３ｈ）はアンテナ３０により受信された後、ミキサダイオードなどの非線形素子を用いた乗算器３１により自乗検波され、さらにこの乗算器の出力電気信号（３ｉ）をフィルタ３２に通すことで、ミリ波帯の電気発振器を用意することなく、中間周波数帯の電気変調信号（３ｊ）を得ることができる。
なお、本実施の形態において、電気発振器２４で発生する電気搬送波信号と、電気発振器２５で発生する電気搬送波信号とを入れ替えても同様な結果が得られる。
従来の光送信器の一例を示すブロック構成図 従来の無線基地局の一例を示すブロック構成図 従来の無線加入者端末の一例を示すブロック構成図 従来の光−無線融合通信システムにおける信号スペクトルを示す図 本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を示すブロック構成図 本究明の第１の実施の形態に係る無線基地局を示すブロック構成図 本発明の第１の実施の形態に係る無線加入者端末を示すブロック構成図 本究明の第１の実施の形態における信号スペクトルを示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光送信器を示すブロック構成図 本発明の第２の実施の形態に係る無線基地局を示すブロック構成図 本発明の第２の実施の形態に係る無線加入者端末を示すブロック構成図 本究明の第２の実施の形態における信号スペクトルを示す図
符号の説明
１，１８：光送信器、２，１９：入力端子、３，２０：単一スペクトル光源、４，２１：第１の光変調器、５，２２：第２の光変調器、２３：第３の光変調器、７，８，２４，２５：電気発振器、９，２６：無線基地局、１０，２７：受光素子、１１，１３，２８，３０：アンテナ、１２，２９：無線加入者端末、１４，３１：乗算器、１５，３２：フィルタ、１６，３３：検波器、１７，３４：出力端子。

Claims (4)

  1. 無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、
    単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、
    前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、
    任意の中間周波数信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、
    前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、
    前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、
    前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えた
    ことを特徴とする光送信器。
  2. 無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、
    単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、
    任意の中間周波数信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、
    前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、
    前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、
    前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、
    前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えた
    ことを特徴とする光送信器。
  3. 無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、
    単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、
    前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、
    前記無線信号の周波数と任意の中間周波数信号の周波数との差の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、
    前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、
    前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、
    前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えた
    ことを特徴とする光送信器。
  4. 無線基地局に所望の無線信号を光信号で送信する光送信器において、
    単一スペクトルの光信号を発生する単一スペクトル光源と、
    前記無線信号の周波数と任意の中間周波数信号の周波数との差の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第１の電気発振器と、
    前記無線信号の周波数の半値に等しい周波数を有する電気搬送波信号を発生する第２の電気発振器と、
    前記単一スペクトル光源から出力された光信号に対し、第１の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第１の光変調器と、
    前記第１の光変調器から出力された光信号に対し、第２の電気発振器よりの電気搬送波信号にて搬送波抑圧両側波帯光変調を施す第２の光変調器と、
    前記第２の光変調器から出力された光信号に対し、入力された電気ディジタル信号にて光強度変調を施す第３の光変調器とを備えた
    ことを特徴とする光送信器。
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