JP6642154B2 - 光送信器および光信号を送信する方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送信器および光信号を送信する方法に係わる。

無線通信システムを構築するためのコストを削減する技術の１つとして、分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Distributed Antenna System）が実用化されている。分散アンテナシステムにおいては、送信信号を処理する信号処理装置と無線信号を出力する無線装置とが分離されている。以下の記載においては、信号処理装置を「デジタル処理ユニット」と呼ぶことがある。無線装置を「遠隔無線ユニット（ＲＲＵ：Remote Radio Unit）」または「遠隔無線ヘッド（ＲＲＨ：Remote Radio Head）」と呼ぶことがある。

デジタル処理ユニットと遠隔無線ユニットとの間の伝送は、たとえば、光ファイバ無線（ＲｏＦ：Radio over Fiber）により実現される。光ファイバ無線においては、光ファイバを介して無線周波数信号または中間周波数信号が伝送される。光ファイバを介して中間周波数信号が伝送される構成は、ＩＦｏＦ（Intermediate Frequency over Fiber）と呼ばれることがある。ＩＦｏＦは、ＲｏＦの１つの形態である。なお、ＲｏＦまたはＩＦｏＦは、例えば、非特許文献１〜２に記載されている。

図１は、光ファイバ無線システムの一例を示す。デジタル処理ユニットＤＵは、データ信号をアップコンバートして無線周波数信号（以下、ＲＦ信号）を生成する。この場合、デジタル処理ユニットは、Ｅ／Ｏ（Electrical-to-Optical）回路１を用いてＲＦ信号を光信号に変換し、光ファイバリンク２を介して光信号を遠隔無線ユニットＲＲＵへ送信する。遠隔無線ユニットＲＲＵは、受信した光信号をＯ／Ｅ（Optical-to-Electrical）回路３を用いて電気ＲＦ信号に変換して増幅する。そして、遠隔無線ユニットＲＲＵは、増幅したＲＦ信号を無線リンクを介して移動端末へ送信する。

上述の信号伝送においては、相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）、ショット雑音、熱雑音等により信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-Noise Ratio）またはＳＦＤＲ（Spurious Free Dynamic Range）が劣化する。例えば、デジタル処理ユニットＤＵにおける入力信号ＲＦinのＳＦＤＲが７０〜８０ｄＢであっても、遠隔無線ユニットＲＲＵにおける出力信号ＲＦoutのＳＦＤＲが４５〜５０ｄＢまで低下することがある。

上述の要因のうち、相対強度雑音がＳＮＲ／ＳＦＤＲの低下に大きく寄与する。このため、ＳＮＲ／ＳＦＤＲを改善するためには、相対強度雑音の抑制が求められる。なお、相対強度雑音は、レーザ光の強度のゆらぎ（即ち、強度雑音）を表すパラメータであり、単位周波数当たりの光強度雑音を平均光パワーで割算することにより得られる。また、相対強度雑音は、レーザのキャビティの振動、レーザの利得媒体の変動などに起因して発生する。なお、図１に示す光ファイバ無線システムにおいては、相対強度雑音は、Ｅ／Ｏ回路１において発生する。

相対強度雑音は、レーザの入力電流に依存する。具体的には、レーザの入力電流が小さいときは、相対強度雑音が大きくなる。したがって、例えば、図１に示す光ファイバ無線システムにおいては、Ｅ／Ｏ回路１が備えるレーザの入力電流を大きくすれば、遠隔無線ユニットＲＲＵにおける出力信号ＲＦoutのＳＮＲ／ＳＦＤＲが改善する。

なお、関連技術は、例えば、特許文献１〜６および非特許文献３に記載されている。

特開平３−１５６３７９号公報 特開２００１−５３６８８号公報 特表２００２−５０３０５５号公報（ＷＯ９９／４０６９６、米国特許第６８１９８７７号） 特開２００３−２２４５２２号公報 米国公開２００５／０００２４６９号 米国公開２００８／００５７８８１号

Charles H. Cox III et. al. "Limits on the Performance of RF-Over-FiberLinks and Their Impact on Device Design," IEEE Translations On Microwave Theory and Techniques, vol. 54, no 2, pp.906-920, Feb. 2006. Changyo Han, Seung-Hyun Cho, Hwan Seok Chung, Sang Soo Lee and Jonghyun Lee, "Experimental Comparison of the Multi-IF Carrier Generation Methods in IF-over-Fiber System Using LTE Signals," MWP 2014, Sapporo, Japan. M. Vasic, O. Garcia, J. A. Oliver, P. Alou, D. Diaz, J. A. Cobos, et al. "High Efficiency Power Amplifier Based on Envelope Elimination and Restoration Technique", 2010IEEE

上述のように、レーザの入力電流を大きくすれば、相対強度雑音は抑制され得る。ここで、レーザの入力電流は、そのレーザを駆動する電気信号（以下、駆動信号）の振幅に比例する。すなわち、駆動信号の振幅を大きくすれば、相対強度雑音は抑制され得る。

ところが、伝送信号の変調方式によっては、駆動信号の振幅が大きく変動することがある。例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、Ｍ−ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、またはＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）等を利用して信号が伝送される通信システムにおいては、駆動信号の振幅の変動が大きく、駆動信号の振幅が瞬間的に小さくなることがある。この場合、光送信器において発生する相対強度雑音が大きくなり、その光送信器から出力される変調光信号および光受信器において再生されるＲＦ電気信号のＳＮＲ／ＳＦＤＲが劣化する。

なお、この問題は、光ファイバ無線システムにおいて使用される光送信器のみにおいて発生するものではなく、レーザを駆動する電気信号の振幅が変動する光送信器において発生し得る。

本発明の１つの側面に係わる目的は、振幅が変動する電気信号から生成される変調光信号の信号対雑音比を改善することである。

本発明の１つの態様の光送信器は、入力電気信号の振幅を制御して定振幅電気信号を生成する振幅制御回路と、直接変調により前記定振幅電気信号から変調光信号を生成するＥ／Ｏ回路と、前記入力電気信号の振幅変調成分を検出する検出器と、前記検出器により検出される振幅変調成分に基づいて前記変調光信号のパワーを制御する光パワー制御回路と、を有する。

上述の態様によれば、振幅が変動する電気信号から生成される変調光信号の信号対雑音比が改善する。

光ファイバ無線システムの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光送信器が使用される通信システムの一例を示す図である。 第１の実施形態に係わる光送信器の一例を示す図である。 Ｅ／Ｏ回路の等価回路の一例を示す図である。 レーザダイオードの特性の一例を示す図である。 入力電流に対する相対強度雑音の一例を示す図である。 第１の実施形態の光送信器の動作を示す図（その１）である。 第１の実施形態の光送信器の動作を示す図（その２）である。 相対強度雑音の改善についてのシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施形態に係わる光送信器の一例を示す図である。 信号対雑音比の抑制の一例を示す図である。 第３の実施形態に係わる光送信器の一例を示す図である。

図２は、本発明の実施形態に係わる光送信器が使用される通信システムの一例を示す。この通信システムは、デジタル処理ユニット１００、遠隔無線ユニット２００、およびデジタル処理ユニット１００と遠隔無線ユニット２００との間に設置される光ファイバリンク３００を備える。そして、光ファイバ無線（ＲｏＦ：Radio over Fiber）を使用してデジタル処理ユニット１００から遠隔無線ユニット２００へ光ファイバリンク３００を介してデータが伝送される。

デジタル処理ユニット１００は、複数の変調器１１−１〜１１−ｎ、複数の発振器１２−１〜２−ｎ、コンバイナ１３、および光送信器１４を備える。変調器１１−１〜１１−ｎには、それぞれベースバンド領域のデータ信号ＣＨ１〜ＣＨｎが与えられる。また、変調器１１−１〜１１−ｎには、それぞれ対応する発振器１２−１〜１２−ｎにより生成される発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎが与えられる。発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎの周波数は、互いに異なっている。また、発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎは、この実施例では、中間周波数帯に配置されている。ただし、発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎは、互いに周波数の異なる無線周波数信号であってもよい。

変調器１１−１〜１１−ｎは、それぞれデータ信号ＣＨ１〜ＣＨｎで発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎを変調することによってＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを生成する。なお、ＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎは、それぞれデータ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを伝送する変調信号である。コンバイナ１３は、ＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを足し合わせる。そして、光送信器１４は、コンバイナ１３の出力信号を光信号に変換する。この実施例では、光送信器１４は、直接変調によりコンバイナ３の出力信号から変調光信号を生成する。なお、光送信器１４は、レーザ素子を含んで構成される。光送信器１４から出力される変調光信号は、光ファイバリンク３００を介して遠隔無線ユニット２００へ伝送される。すなわち、データ信号ＣＨ１〜ＣＨｎは、ＲｏＦ／ＩＦｏＦにより遠隔無線ユニット２００へ伝送される。

遠隔無線ユニット２００は、Ｏ／Ｅ変換回路２１、複数の復調器２２−１〜２２−ｎ、複数の発振器２３−１〜２３−ｎ、複数のミキサ２４−１〜２４−ｎ、複数の増幅器２５−１〜２５−ｎ、複数のアンテナ２６−１〜２６−ｎを備える。そして、遠隔無線ユニット２００は、デジタル処理ユニット１００から出力される変調光信号を光ファイバリンク３００を介して受信する。

Ｏ／Ｅ変換回路２１は、受信した変調光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、ＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを含んでいる。なお、Ｏ／Ｅ変換回路２１は、フォトダイオードを含んで構成される。復調器２２−１〜２２−ｎは、それぞれ、発振器２３−１〜２３−ｎにより生成される発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎを利用して、Ｏ／Ｅ変換回路２１の出力信号に含まれているＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを復調する。なお、デジタル処理ユニット１００の発振器１２−１〜１２−ｎにより生成される発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎの周波数と、遠隔無線ユニット２００の発振器２３−１〜２３−ｎにより生成される発振信号ＩＦ１〜ＩＦｎの周波数とは、それぞれ実質的に同じである。よって、復調器２２−１〜２２−ｎによりベースバンド領域のデータ信号ＣＨ１〜ＣＨｎが再生される。

ミキサ２４−１〜２４−ｎは、それぞれ再生されたデータ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを無線周波数の発振信号ＬＯを用いてアップコンバートしてＲＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを生成する。増幅器２５−１〜２５−ｎは、それぞれＲＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを増幅する。アンテナ２６−１〜２６−ｎは、それぞれ増幅器２５−１〜２５−ｎにより増幅されたＲＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを出力する。

＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の第１の実施形態に係わる光送信器の一例を示す。第１の実施形態の光送信器１４は、図３に示すように、リミッタ増幅器３１、Ｅ／Ｏ回路３２、ＡＭ成分検出器３３、減衰制御回路３４、光減衰器３５を備える。なお、光送信器１４は、例えば、図２に示す光ファイバ無線システムのデジタル信号処理ユニット１００に設けられる。ただし、光送信器１４は、光ファイバ無線システム以外の通信システムにおいて使用されるようにしてもよい。

光送信器１４には、データ信号に基づいて生成される電気信号ｘ(t)が入力される。例えば、光送信器１４が図２に示すデジタル処理ユニット１００に実装される場合、コンバイナ１３から出力される駆動信号が光送信器１４に導かれる。

リミッタ増幅器３１は、入力電気信号ｘ(t)の振幅を制御して定振幅電気信号を生成する。すなわち、リミッタ増幅器３１は、入力電気信号ｘ(t)から振幅変調成分を除去して定振幅電気信号を生成する。定振幅電気信号の振幅は、例えば、Ｅ／Ｏ回路３２の特性に基づいて指定される。一例としては、定振幅電気信号の振幅は、Ｅ／Ｏ回路３２において発生する相対強度雑音に基づいて指定される。具体的には、定振幅電気信号の振幅は、Ｅ／Ｏ回路３２において発生する相対強度雑音が所望のレベルよりも小さく抑制されるように指定される。

Ｅ／Ｏ回路３２は、リミッタ増幅器３１から出力される定電圧電気信号を光信号に変換する。このとき、Ｅ／Ｏ回路３２は、直接変調により、定振幅電気信号から変調光信号を生成する。

図４は、Ｅ／Ｏ回路３２の等価回路の一例を示す。なお、図４では、バイアスを制御するための回路は省略されている。Ｅ／Ｏ回路３２は、レーザダイオードＬＤを含む。そして、抵抗Ｒ_sおよびＲ_matchを介して電気信号ｘ(t)がレーザダイオードＬＤに印加される。なお、Ｒ_LDは、レーザダイオードＬＤの内部抵抗を表す。したがって、レーザダイオードＬＤの入力電流は、電気信号ｘ(t)の振幅に比例する。

図５は、レーザダイオードＬＤの特性の一例を示す。レーザダイオードＬＤの出力光パワーは、入力電圧に依存する。すなわち、レーザダイオードＬＤの入力電圧（または、入力電流）が増加すると、出力光パワーも高くなる。また、レーザダイオードＬＤは、出力光パワーが入力電圧に比例するリニア領域を有する。ここで、歪の小さい光信号を生成するためには、駆動信号がリニア領域内に制御されていることが好ましい。この場合、例えば、駆動信号がリニア領域の中心（図５では、電圧Ｖb）に調整されるようにバイアス制御が行われる。

ところで、光信号のＳＮＲ／ＳＦＤＲを改善するためには、相対強度雑音の抑制が求められる。相対強度雑音は、図６に示すように、レーザダイオードＬＤの入力電流に依存する。具体的には、レーザダイオードＬＤの入力電流が大きくなると、相対強度雑音は小さくなる。したがって、相対強度雑音を抑制するためには、レーザダイオードＬＤの入力電流を大きくすることが好ましい。ここで、レーザダイオードＬＤの入力電流は、レーザダイオードＬＤに印加される駆動信号の振幅に比例する。したがって、相対強度雑音を抑制するためには、駆動信号の振幅を大きくすることが好ましい。

ただし、図５を参照しながら説明したように、光信号の波形歪を抑制するためには、駆動信号は、レーザダイオードＬＤのリニア領域内に制御されることが要求される。すなわち、駆動信号の振幅は、レーザダイオードＬＤの出力光パワーが入力電圧に比例する電圧範囲の幅よりも小さいことが好ましい。したがって、光信号の波形歪を抑制し、且つ、相対強度雑音を抑制するためには、下記の２つの条件を満足することが好ましい。
（１）駆動信号の振幅は、レーザダイオードＬＤにおいて発生する相対強度雑音が所望のレベルより小さく抑制されように十分に大きい。
（２）駆動信号の振幅は、レーザダイオードＬＤの出力光パワーが入力電圧に比例する電圧範囲の幅よりも小さい。
以下の記載では、このようにして指定される振幅を「Ａmax」と呼ぶことがある。また、駆動信号の振幅がＡmaxであるときのレーザダイオードＬＤの入力電流を「Ｉmax」と呼ぶことがある。なお、図６に示す例では、入力電流Ｉmaxは、５０ｍＡである。

図３の説明に戻る。リミッタ増幅器３１は、レーザダイオードＬＤに入力電流Ｉmaxが与えられるように、入力電気信号ｘ(t)から振幅変調成分を除去して定振幅電気信号を生成する。すなわち、リミッタ増幅器３１は、振幅Ａmaxを有する定振幅電気信号を生成する。そして、Ｅ／Ｏ回路３２は、このようにして生成される定電圧電気信号を光信号に変換する。よって、相対強度雑音が抑制された変調光信号が生成される。

ＡＭ成分検出器３３は、入力電気信号ｘ(t)の振幅変調成分を検出する。なお、入力電気信号ｘ(t)の振幅変調成分は、例えば、包絡線検波により検出される。この場合、ＡＭ成分検出器３３は、ダイオード素子を利用して入力電気信号ｘ(t)の振幅変調成分を検出する。

なお、「振幅変調成分」は、電気信号の振幅の変動を表す。ここで、振幅変調成分は、電気変調器により直接的に生成される振幅変調成分に限定されるものではない。例えば、図２に示すデジタル処理ユニット１００においては、変調器１１−１〜１１−ｎにより生成されるＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎを足し合わせることにより駆動信号が生成される。ここで、ＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎの周波数は互いに異なっている。このため、各ＩＦ信号ＣＨ１〜ＣＨｎの振幅がそれぞれ一定であっても、コンバイナ１３から出力される駆動信号の振幅は変動し得る。この場合、この駆動信号の振幅の変動は、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分である。

減衰制御回路３４は、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分に基づいて、光減衰器３５の減衰量を制御する減衰制御信号を生成する。減衰制御信号は、光減衰器３５の減衰量を指示する。１つの実施例としては、減衰制御信号は、光減衰器３５から出力される変調光信号がＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分を有するように、光減衰器３５の減衰量を指示する。換言すれば、減衰制御信号は、光減衰器３５から出力される変調光信号のパワーがＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分に応じて変動するように、光減衰器３５の減衰量を指示する。

光減衰器３５は、減衰制御回路３４から与えられる減衰制御信号に応じて、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号のパワーを制御する。したがって、光減衰器３５から出力される変調光信号のパワーは、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分に応じて変化する。すなわち、リミッタ増幅器３１により入力電気信号ｘ(t)から除去された振幅変調成分が、光減衰器３５において再生される。

次に、光送信器１４の動作を説明する。以下の記載では、説明を簡単にするために、入力電気信号ｘ(t)は下式で表されるものとする。
ｘ(t) ＝ Ａ(t)cos(ωt＋ψ(t))
Ａ(t)は、入力電気信号ｘ(t)の振幅変調成分を表し、時間に対して変動し得る。ωは、角速度を表す。ψ(t)は、位相変調成分であり、データに対応するシンボルの位相を表す。例えば、データがＢＰＳＫで伝送されるときは、ψ(t)はゼロまたはπである。また、データがＱＰＳＫで伝送されるときには、ψ(t)はゼロ、π/2、π、又は3π/2である。

図７（ａ）は、光送信器１４に入力される電気信号ｘ(t)の一例を示す。ここで、入力電気信号ｘ(t)は、振幅変調成分Ａ(t)および位相成分cos(ωt＋ψ(t))により表される。振幅変調成分Ａ(t)は、時間に対して変化している。なお、位相成分は正弦波であるが、図７（ａ）および後述する図７（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）においては、図面を簡単にするために、位相成分は矩形波で描かれている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す電気信号ｘ(t)が光送信器１４に入力されたときにリミッタ増幅器３１から出力される定振幅電気信号を示す。リミッタ増幅器３１は、上述したように、入力電気信号ｘ(t)から振幅変調成分を除去して定振幅電気信号を生成する。定振幅電気信号の振幅は、Ａmaxである。振幅Ａmaxは、上述したように、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号の波形歪を抑制し、且つ、相対強度雑音を抑制するように、Ｅ／Ｏ回路３２の特性に基づいて予め指定される。

図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す電気信号ｘ(t)が光送信器１４に入力されたときにＡＭ検出器３３により検出される包絡線を示す。この包絡線は、電気信号ｘ(t)の振幅変調成分を表す。

図８（ａ）は、図７（ａ）に示す電気信号ｘ(t)が光送信器１４に入力されたときにＥ／Ｏ回路３２により生成される変調光信号を示す。Ｅ／Ｏ回路３２は、リミッタ増幅器３１から出力される定振幅電気信号を光信号に変換する。すなわち、図７（ｂ）に示す定振幅電気信号でレーザダイオードＬＤを駆動することにより、変調光信号が生成される。したがって、この変調光信号の振幅は一定である。ただし、この変調光信号の光パワーは、入力電気信号ｘ(t)の位相変調成分ψ(t)に応じて変動する。

Ｅ／Ｏ回路３２の駆動信号ｙ(t)（すなわち、リミッタ増幅器３１から出力される定振幅電気信号）は、下式で表される。
ｙ(t) ＝ Ａmax×cos(ωt＋ψ(t))
したがって、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤに与えられる電流Ｉ(t)は、下式で表される。
Ｉ(t) ＝ Ｉmax×cos(ωt＋ψ(t))
なお、Ｉmaxは、駆動信号の振幅がＡmaxであるときのレーザダイオードＬＤの入力電流を表す。

Ｅ／Ｏ回路３２は、入力電流Ｉ(t)に応じて変調光信号を生成する。ここで、Ｅ／Ｏ回路３２の駆動信号は、図５に示すリニア領域内に制御されているものとする。この場合、Ｅ／Ｏ回路３２の出力光パワーは、入力電流Ｉmaxに比例する。したがって、Ｅ／Ｏ回路３２の出力光パワーＰ(t)は、下式で表される。
Ｐ(t) ＝ Ｐmax×cos(ωt＋ψ(t))＋Ｎ_RIN(t)
Ｐmaxは、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤに電流Ｉmaxが与えられたときのＥ／Ｏ回路３２の出力光パワーを表す。Ｎ_RIN(t)は、相対強度雑音を表す。なお、他の雑音成分は、省略されている。

相対強度雑音Ｎ_RIN(t)は、図６に示すように、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤの入力電流に依存する。図３に示す光送信器１４においては、相対強度雑音Ｎ_RIN(t)が抑制されるように、入力電気信号ｘ(t)の振幅がＡmaxに制御される。すなわち、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤの入力電流がＩmaxに制御され、相対強度雑音Ｎ_RIN(t)が抑制される。

図８（ｂ）は、光減衰器３５から出力される変調光信号の一例を示す。光減衰器３５には、図８（ａ）に示す変調光信号が入力される。また、光減衰器３５の減衰量は、ＡＭ成分検出器３３および減衰制御回路３４により生成される減衰制御信号により制御される。ここで、減衰制御信号は、上述したように、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分に基づいて生成される。この実施例では、減衰制御信号は、図７（ｃ）に示す包絡線を表す。したがって、光減衰器３５から出力される変調光信号のパワーは、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分に応じて変動する。換言すれば、光減衰器３５から出力される変調光信号は、ＡＭ成分検出器３３により検出される振幅変調成分を含む。すなわち、リミッタ増幅器３１において除去された振幅変調成分Ａ(t)は、光減衰器３５により再生される。

このように、光送信器１４は、入力電気信号ｘ(t)の振幅変調成分Ａ(t)および位相変調成分ψ(t)を表す変調光信号を生成する。このとき、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤの入力電流を制御することにより、相対強度雑音が抑制される。したがって、変調光信号のＳＮＲ／ＳＦＤＲが改善する。さらに、この光送信器１４が図２に示す光ファイバ無線システムにおいて使用されるときは、遠隔無線ユニット２００において再生される電気信号（例えば、Ｏ／Ｅ変換回路２１の出力信号）のＳＮＲ／ＳＦＤＲが改善する。

図９は、相対強度雑音の改善についてのシミュレーション結果を示す。なお、横軸は、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤの入力電流を表す。この入力電流は、入力電気信号x(t)の振幅に比例する。入力電気信号は、10MHzのＯＦＤＭ信号である。このＯＦＤＭ信号のピーク対平均電力比は、8dBである。相対強度雑音の平均パワーは、図６に示す特性に基づいて算出される。

特性Ｂは、入力電気信号の振幅が制御されずにＥ／Ｏ回路３２に与えられる構成において得られる相対強度雑音のパワーを表す。この場合、入力電流が小さいとき（即ち、入力電気信号の振幅が小さいとき）に、相対強度雑音が大きくなる。

特性Ｃは、図３に示す光送信器１４により生成される変調光信号に付加される相対強度雑音のパワーを表す。この場合、レーザダイオードＬＤの入力電流がＩmax（図９においては、50mA）に制御されるので、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号の相対強度雑音はＰ₀である。さらに、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号は、光減衰器３５により減衰される。このとき、雑音成分も光減衰器３５により減衰される。したがって、光減衰器３５から出力される変調光信号の相対強度雑音は、特性Ｃで表される。すなわち、入力電気信号の振幅が小さいとき（レーザダイオードＬＤの入力電流が小さいとき）は、光減衰器３５の減衰量が大きくなるので、相対強度雑音はさらに抑制される。よって、入力電気信号の振幅が小さいほど、相対強度雑音は小さくなることが期待される。

＜第２の実施形態＞
図１０は、第２の実施形態の光送信器の一例を示す。第２の実施形態の光送信器も、図２に示す通信システムで使用することができる。

第２の実施形態においては、光送信器１４は、Ｅ／Ｏ回路３２、ＡＭ成分検出器３３、光減衰器３５、増幅器４１、４２、減衰制御回路４３を備える。なお、Ｅ／Ｏ回路３２、ＡＭ成分検出器３３、光減衰器３５は、第１の実施形態および第２の実施形態において実質的に同じである。

増幅器４１は、ＡＭ成分検出器３３により検出される入力電気信号x(t)の振幅変調成分Ａ(t)から利得制御信号Ｇ(t)を生成する。利得制御信号Ｇ(t)は、「Ａmax／Ａ(t)」で表される。なお、Ａmaxは第１の実施形態および第２の実施形態において実質的に同じである。

増幅器４２は、利得制御信号Ｇ(t)に従って入力電気信号x(t)を増幅する。即ち、増幅器４２は、利得Ｇ(t)で入力電気信号x(t)を増幅する。この結果、駆動信号x(t)Ｇ(t)が生成される。なお、Ｅ／Ｏ回路３２は、直接変調により、この駆動信号を光信号に変換する。このとき、Ｅ／Ｏ回路３２において相対強度雑音Ｎ(t)が発生する。したがって、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号は、「x(t)Ｇ(t)＋Ｎ(t)」で表される。

なお、第１の実施形態と同様に、入力電気信号x(t)は、下式で表されるものとする。
ｘ(t) ＝ Ａ(t)cos(ωt＋ψ(t))
また、利得Ｇ(t)は、Ａmax／Ａ(t)である。したがって、Ｅ／Ｏ回路３２に与えられる駆動信号y(t)は、下式で表される。
ｙ(t) ＝Ａ(t)cos(ωt＋ψ(t))×Ｇ(t) ＝ Ａmax×cos(ωt＋ψ(t))
このように、駆動信号y(t)は、第１の実施形態および第２の実施形態において実質的に同じである。すなわち、増幅器４２は、定振幅電気信号を生成する。

減衰制御回路４３は、利得制御信号Ｇ(t)に基づいて減衰制御信号を生成する。この実施例では 、減衰制御信号は、利得制御信号Ｇ(t)の逆数である。すなわち、減衰制御信号は「１／Ｇ(t)」で表される。そして、光減衰器３５は、Ｅ／Ｏ回路３２から出力される変調光信号を減衰制御信号に従って減衰させる。したがって、光減衰器３５から出力される変調光信号は、「x(t)＋Ｎ(t)／Ｇ(t)」で表される。ここで、ＡmaxはＡ(t)よりも大きいものとする。そうすると、Ｇ(t)は「１」よりも小さい。したがって、光減衰器３５から出力される変調光信号において、相対強度雑音Ｎ(t)が抑制される。

図１１は、信号対雑音比ＳＮＲの改善の一例を示す。特性Ｄおよび特性Ｅは、図２に示す遠隔無線ユニット２００のＯ／Ｅ変換回路２１の出力信号のＳＮＲを表す。なお、特性Ｄは、入力電気信号の振幅が制御されずにＥ／Ｏ回路３２に与えられる構成において得られるＳＮＲを表す。また、特性Ｅは、第２の実施形態の光送信器１４により変調光信号が生成されるときのＳＮＲを表す。特性Ｆは、Ｅ／Ｏ回路３２のレーザダイオードＬＤの入力電流に対する確率分布を表す。

このように、第２の実施形態によれば、遠隔無線ユニット２００においてＳＮＲが改善する。特に、入力電気信号の振幅が小さいときに、ＳＮＲが大幅に改善する。

＜第３の実施形態＞
図１２は、本発明の第３の実施形態の光送信器の一例を示す。第３の実施形態の光送信器５０は、図１２に示すように、信号分解回路５１、Ｅ／Ｏ回路５２、変調再生回路５３を備える。なお、光送信器５０に入力される電気信号x(t)は、少なくとも２つの変調成分を含む。例えば、入力電気信号x(t)は、振幅変調成分、位相変調成分、周波数変調成分のうちの少なくとも２つを含む。以下の記載では、入力電気信号x(t)は、第１の変調成分および第２の変調成分を含む。

信号分解回路５１は、入力電気信号x(t)から第１の変調成分を分離する。すなわち、信号分解回路５１は、入力電気信号x(t)を、第１の変調成分および第１の変調信号が除去された残余信号に分解する。残余信号は、第２の変調成分を含む。入力電気信号x(t)から分離された第１の変調成分は、変調再生回路５３に導かれる。また、残余信号は、Ｅ／Ｏ回路５２に導かれる。

Ｅ／Ｏ回路５２は、残余信号を光信号に変換する。すなわち、Ｅ／Ｏ回路５２は、直接変調により、残余信号から変調光信号を生成する。ここで、残余信号は、第２の変調成分を含む。よって、Ｅ／Ｏ回路５２から出力される変調光信号は、第２の変調成分を含む。

変調再生回路５３は、信号分解回路５１から与えられる第１の変調成分を利用して、Ｅ／Ｏ回路５２から出力される変調光信号を変調する。この結果、第１の変調成分および第２の変調成分を含む変調光信号が生成される。すなわち、変調再生回路５３において、第１の変調成分が再生される。

上記構成の光送信器５０において、Ｅ／Ｏ回路３２で発生する相対強度雑音を抑制するためには、残余信号の振幅が第１または第２の実施形態の振幅Ａmaxに制御されることが好ましい。すなわち、残余信号は、振幅変調成分を含んでいないことが好ましい。たとえば、入力電気信号ｘ(t)が振幅変調成分を含んでいるときは、その入力電気信号x(t)から分離される第１の変調成分は強度変調成分であってもよい。この場合、信号分解回路５１は、入力電気信号ｘ(t)から振幅変調成分を分離する。残余信号は、位相変調成分および／または周波数変調成分を含む。

光送信器５０が図３に示す第１の実施形態の光送信器１４として動作する場合は、信号分解回路５１はリミッタ増幅器３１およびＡＭ成分検出器３３により実現され、Ｅ／Ｏ回路５２はＥ／Ｏ回路３２により実現され、変調再生回路５３は減衰制御回路３４および光減衰器３５により実現される。また、光送信器５０が図１０に示す第２の実施形態の光送信器１４として動作する場合は、信号分解回路５１はＡＭ成分検出器３３および増幅器４１、４２により実現され、Ｅ／Ｏ回路５２はＥ／Ｏ回路３２により実現され、変調再生回路５３は減衰制御回路４３および光減衰器３５により実現される。

１４、５０ 光送信器
３１ リミッタ増幅器
３２、５２ Ｅ／Ｏ回路
３３ ＡＭ成分検出器
３４、４３ 減衰制御回路
３５ 光減衰器
４１、４２ 増幅器
５１ 信号分解回路
５３ 変調再生回路

Claims (9)

1. 入力電気信号の振幅を制御して定振幅電気信号を生成する振幅制御回路と、
   直接変調により前記定振幅電気信号から変調光信号を生成するＥ／Ｏ回路と、
   前記入力電気信号の振幅変調成分を検出する検出器と、
   前記検出器により検出される振幅変調成分に基づいて前記変調光信号のパワーを制御する光パワー制御回路と、
   を有する光送信器。
2. 前記定振幅電気信号の振幅は、前記Ｅ／Ｏ回路において発生する相対強度雑音に基づいて指定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
3. 前記定振幅電気信号の振幅は、前記Ｅ／Ｏ回路の出力光パワーが入力電圧に比例する電圧範囲の幅よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載の光送信器。
4. 前記振幅制御回路は、リミッタ増幅器を用いて前記入力電気信号の振幅を制御して前記定振幅電気信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
5. 前記検出器は、包絡線検波により前記入力電気信号の振幅変調成分を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
6. 前記光パワー制御回路は、
   前記検出器により検出される振幅変調成分に基づいて減衰制御信号を生成する減衰制御回路と、
   前記減衰制御信号に応じて前記変調光信号のパワーを制御する光減衰器と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
7. 前記減衰制御回路は、前記光減衰器から出力される変調光信号が前記検出器により検出される振幅変調成分を有するように、前記減衰制御信号に基づいて前記光減衰器の減衰量を制御する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光送信器。
8. 前記入力電気信号の振幅変調成分が時間に対して変化する関数Ａ(t)で表され、Ａmaxが前記定振幅電気信号の目標振幅を表すとき、前記振幅制御回路は、前記入力電気信号を利得Ａmax／Ａ(t)で増幅し、前記光パワー制御回路は、前記Ｅ／Ｏ回路から出力される変調光信号のパワーをＡ(t)／Ａmaxで減衰させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
9. 入力電気信号の振幅を制御して定振幅電気信号を生成し、
   直接変調により前記定振幅電気信号から変調光信号を生成し、
   前記入力電気信号の振幅変調成分を検出し、
   前記入力電気信号から検出される振幅変調成分に基づいて前記変調光信号のパワーを制御して送信する
   ことを特徴とする送信方法。
   

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