(57)【要約】【課題】パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳し、一本の伝送路で重畳信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムを提供すること。【解決手段】搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、パルス信号を生成するパルス信号生成部と、パルス信号を変調周波数ｆｍで変調し、変調されたパルス信号をインパルス化したデジタル信号を生成するパルス信号変調部と、デジタル信号の周波数成分を周波数帯域幅ＢＷに制限する周波数帯域制限部と、デジタル信号、および、アナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、を含み、デジタル信号の周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、アナログ信号の搬送波周波数とは重ならないことを特徴とする。【選択図】図１
2020113810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号を変調周波数ｆｍで変調し、変調された前記パルス信号をインパルス化したデジタル信号を生成するパルス信号変調部と、
前記デジタル信号の周波数成分を周波数帯域幅ＢＷに制限する周波数帯域制限部と、
前記デジタル信号、および、前記アナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、
前記重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、を含み、
前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、前記アナログ信号の搬送波周波数とは重ならないことを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記アナログ信号生成部は、異なる搬送波周波数を有する搬送波によってそれぞれが変調された少なくとも２個以上のアナログ信号を生成し、
前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、前記少なくとも２個以上のアナログ信号の隣接する前記搬送波周波数の間にあることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記デジタル信号の周波数帯域幅ＢＷは、前記デジタル信号の時間領域における前記デジタル信号間の干渉レベルが、前記デジタル信号の最大振幅の１／ｋ（ｋは１０以上の正の実数）以下になるように規定されることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記パルス信号変調部は、前記デジタル信号のパルス幅をｐｗとした場合に、ｐｗ＝１／（ｎ（ｎは１０以上の正の実数）×ｆｍ）となるようにインパルス化された前記デジタル信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送信装置。
【請求項５】
前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、ｆｃ＜ｎ×ｆｍの関係を満たすように、前記周波数帯域幅ＢＷを設定することを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置と、
前記送信装置から出力された前記伝送信号を伝送する伝送路と、
前記伝送路で伝送された前記伝送信号を分岐する分岐部と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からデジタル信号を復調するデジタル信号復調装置と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からアナログ信号を復調するアナログ信号復調装置と、を含むことを特徴とする信号伝送システム。
【請求項７】
前記デジタル信号復調装置は、前記アナログ信号の信号レベルを減衰させる周波数帯域制限部を含むことを特徴とする請求項６に記載の信号伝送システム。
【請求項８】
前記伝送路は光ファイバであることを特徴とする請求項６または７に記載の信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳した後に光信号に変換し、一本の伝送路で当該光信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送路として光ファイバを用いた光通信にはデジタル化したパルス波形(以下デジタル信号と総称する場合がある)を用いて伝送するデジタル通信システムと、ＣＡＴＶや無線信号の様に搬送波を用いた連続波形信号(以下アナログ信号と総称する場合がある)を伝送するアナログ通信システムがある。
【０００３】
従来技術ではデジタル信号を周波数が干渉しない搬送波信号へ変換し、所望の複数の周波数信号をそれぞれ抽出する際には専用のフィルタを用いて検出を行っている場合がある。
【０００４】
また、デジタル信号とアナログ信号を光ファイバ1本で送る方法として波長の異なる複数の光源を用いて1本の光ファイバで伝送する波長多重化による伝送方法がある。この方法では複数の光源と波長間隔に応じた波長フィルタを用いて伝送を行っている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、マルチキャリア重畳伝送方式を用いて送信された所望無線波と、所望無線波に干渉を与える１以上の干渉無線波とが重畳された信号を受信する無線受信機において、所望無線波に重畳された干渉無線波を、干渉無線波の帯域や数に関わらずに検出することができる無線受信装置が開示されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、衛星系のデジタルサービス信号を変調変換方式によりケーブル伝送用のデジタルサービス信号に変換してケーブルネットワークに再送出する方法の技術が開示されている。
【０００７】
さらに、例えば、特許文献３には、複数の予め定められた周波数成分から成る参照信号が与えられる入力部と、参照信号の予め定められた周波数成分を通過させる複数のフィルタと、前記複数のフィルタを通じて出力される、それぞれの周波数成分を混合して出力する出力部とを含む装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−０３４３３８号公報
【特許文献２】特開２０００−２７８２２９号公報
【特許文献３】特開２００９−０１５４６７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「マルチモード光ファイバを用いた光給電型光ファイバ伝送のための波長・モード分割多重技術」久保木駿、庄司尚生、松浦基晴、信学技報、vol.117、no.54,OFT2017-4,pp.17-20,2017年5月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記従来技術によれば、高速なデジタル信号は広帯域に渡り周波数成分を有するため、無線信号などの搬送波によって伝送されるアナログ信号の周波数成分と重なり、それぞれが雑音成分となり同時に伝送することが困難となる場合がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、請求項１に係る発明は、
搬送波によって変調されたアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号を変調周波数ｆｍで変調し、変調された前記パルス信号をインパルス化したデジタル信号を生成するパルス信号変調部と、
前記デジタル信号の周波数成分を周波数帯域幅ＢＷに制限する周波数帯域制限部と、
前記デジタル信号、および、前記アナログ信号を重畳して重畳信号を生成する重畳部と、
前記重畳信号を伝送信号として送信する送信部と、を含み、
前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、前記アナログ信号の搬送波周波数とは重ならないことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の送信装置において、前記アナログ信号生成部は、異なる搬送波周波数を有する搬送波によってそれぞれが変調された少なくとも２個以上のアナログ信号を生成し、
前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、前記少なくとも２個以上のアナログ信号の隣接する前記搬送波周波数の間にあることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、搬送波周波数を複数使用する無線通信においても、アナログ信号の隣接する搬送波周波数の間の周波数領域にデジタル信号の周波数帯域幅ＢＷをシフトさせることができるので、重畳可能な条件が緩和される。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の送信装置において、前記デジタル信号の周波数帯域幅ＢＷは、前記デジタル信号の時間領域における前記デジタル信号間の干渉レベルが、前記デジタル信号の最大振幅の１／ｋ（ｋは１０以上の正の実数）以下になるように規定されることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、デジタル信号間の干渉レベルがデジタル信号の復調に影響を及ばさないレベルに抑制されるようにデジタル信号の周波数帯域幅ＢＷを選定できるので、アナログ信号との干渉を抑制した重畳信号が可能となる。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送信装置において、前記パルス信号変調部は、前記デジタル信号のパルス幅をｐｗとした場合に、ｐｗ＝１／（ｎ（ｎは１０以上の正の実数）×ｆｍ）となるようにインパルス化された前記デジタル信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、デジタル信号が充分にインパルス化されるので、デジタル信号の周波数分布が広がり、デジタル信号の周波数スペクトルのＤＣに最も近い極小点を充分に高い周波数まで上げることができる。したがって、デジタル信号の中心周波数ｆｃの選択の幅を広げることが可能となる。
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の送信装置において、前記デジタル信号の前記周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃは、ｆｃ＜ｎ×ｆｍの関係を満たすように、前記周波数帯域幅ＢＷを設定することを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、送信装置は、周波数帯域幅ＢＷの中心周波数ｆｃをデジタル信号の周波数スペクトルのＤＣに最も近い極小点を避けるようにするので、デジタル信号間の干渉レベルがデジタル信号の復調に影響を及ばさないレベルに抑制されるデジタル信号の周波数帯域幅ＢＷを適切に選定することが可能になる。
【００２１】
上記課題を解決するために、請求項６に係る信号伝送システムの発明は、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置と、
前記送信装置から出力された前記伝送信号を伝送する伝送路と、
前記伝送路で伝送された前記伝送信号を分岐する分岐部と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からデジタル信号を復調するデジタル信号復調装置と、
前記分岐部で分枝された前記伝送信号からアナログ信号を復調するアナログ信号復調装置と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。
【００２３】
上記課題を解決するために、請求項７に係る発明は、請求項６に記載の信号伝送システムにおいて、前記デジタル信号復調装置は、前記アナログ信号の信号レベルを減衰させる周波数帯域制限部を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、周波数帯域制限部のバンドパス特性を最適にすることでデジタル信号に対するアナログ信号が抑制され、デジタル信号を適切に復調することが可能となる。
【００２５】
上記課題を解決するために、請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の信号伝送システムにおいて、前記伝送路は光ファイバであることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、高速なパルス状のデジタル信号と無線信号の様な連続波形のアナログ信号を電気の段階で重畳した信号を光信号に変換し、変換された光信号を１本の光ファイバ等の伝送路で伝送することが可能になる。したがって、伝送路を細くし、軽量化することが可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、デジタル信号とアナログ信号を重畳して伝送することで、これまで別々に配線した線路を1本にまとめることができるので配線数を削減し、低コスト化、省線化することが可能となる。特にギガビットを超えるデジタルパルス信号は広帯域な周波数特性を有するため、周波数の低い搬送波信号と同時に伝送することが不可能であった。しかし、本発明を用いることで低周波数の搬送波信号と高速なデジタルパルス信号を同時に伝送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】信号伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）パルス波形の一例を示す図である。（ｂ）（ａ）のパルス波形の周波数スペクトルの模式図である。
【図３】変調されたパルス信号であってインパルス化される前のデジタル信号の周波数スペクトルの一例を示す模式図である。
【図４】（ａ）アナログ信号の一例を示す図である。（ｂ）（ａ）のアナログ信号の周波数スペクトルの模式図である。
【図５】（ａ）インパルス変調されたデジタル信号の周波数スペクトルを示す図である。（ｂ）インパルス変調されたデジタル信号のパルス波形を示す図である。
【図６】バンドパスフィルタの周波数特性の一例を示す模式図である。
【図７】（ａ）バンドパスフィルタを通過後のデジタル信号の周波数スペクトルを示す図である。（ｂ）バンドパスフィルタを通過後のデジタル信号のパルス波形を示す図である。
【図８】アナログ信号とデジタル信号が重畳された重畳信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図９】重畳信号のパルス波形を示す図である。
【図１０】包絡線検波によってデジタル信号を復調するイメージを示す図である。
【図１１】復調されたアナログ信号のコンステレーション（６４ＱＡＭ）を示す図である。
【図１２】パルス変調周波数が１ＧＨｚ（１Ｇｂｐｓ）であって、デユーティ比を１０％としたときのインパルス化されたデジタル信号のパルス波形を示す図である。
【図１３】図１１のデジタル信号において、中心周波数を４ＧＨｚとした場合の帯域制限デジタル信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図１４】図１３の帯域制限デジタル信号のパルス波形を示す図である。
【図１５】図１１のデジタル信号において、中心周波数を６ＧＨｚとした場合の帯域制限デジタル信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図１６】図１７の帯域制限デジタル信号のパルス波形を示す図である。
【図１７】帯域制限デジタル信号の−４０ｄＢの周波数帯域幅とパルス変調周波数との相関を示す図である。
【図１８】帯域制限デジタル信号の−６０ｄＢの周波数帯域幅とパルス変調周波数との相関を示す図である。
【図１９】バンドパスフィルタを２回透過することを考慮した帯域制限デジタル信号の−４０ｄＢの周波数帯域幅とパルス変調周波数との相関を示す図である。
【図２０】バンドパスフィルタを２回透過することを考慮した帯域制限デジタル信号の−６０ｄＢの周波数帯域幅とパルス変調周波数との相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（信号伝送システムの概要）
本実施形態は、パルス波形のようなデジタル信号と無線信号のような連続波形伝送であるアナログ信号を電気段で重畳した後に光信号に変換し、当該光信号で伝送を行うものである。宅内や車内などではＬＡＮのデジタル信号およびアンテナから受信した無線信号をそれぞれ別の信号線を用いて配線を行っている。そのため、配線数が多くなりコストの増加や省線化が困難となっている。また無線信号は搬送波により高周波化されているため、同軸ケーブル等で伝送する場合はＩＦ(Intermediate Frequency:中間周波数)等で周波数を落とす場合もある。本実施形態では、デジタル信号に帯域幅を限定したパルス信号を用いて広帯域なデジタル信号を連続波形伝送の搬送波信号の空いている周波数領域ヘシフトさせ、デジタル信号と搬送波信号のような波形信号を重畳させ、複数の信号を1本の光ファイバで伝送する。
【００３０】
（信号伝送システム）
実施形態に係る信号伝送システム１０００について図１を参照して説明する。信号伝送システム１０００は、例えば、図１に示すように、送信装置１００、伝送路２００、および、受信装置３００を含む。
【００３１】
送信装置１００は、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１の周波数帯域幅が制限された帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１を重畳して送信する装置である。送信装置１００は、アナログ信号生成部１１１、パルス信号生成部１２１およびパルス信号変調部１２２を含むデジタル信号生成部１２０、周波数帯域制限部１２３、重畳部１３０、並びに、送信部１４０を含んで構成される。
【００３２】
アナログ信号生成部１１１は、搬送波によって変調されたアナログ信号ＡＳ１を生成する機能を有する。アナログ信号ＡＳ１には、一例として、ＣＡＴＶや無線信号等の搬送波を用いた連続波形信号が挙げられる。図４（ａ）は、搬送波の波形の一例を示す図であり、縦軸は電圧を示し横軸は時間を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の搬送波の周波数スペクトルを示す図であり、縦軸はスペクトル強度としての電力を示し横軸は周波数を示している。
【００３３】
図４（ａ）では、搬送波の搬送波周波数ｆｃｃを用いて変調を行っているために、図４（ｂ）の周波数スペクトルでは、搬送波周波数ｆｃｃを中心にベースバンド信号の帯域が観測されている。本実施形態では、変調方法には、位相変調、周波数変調等の変調方式も含まれるので、図４（ｂ）の周波数スペクトルが、搬送波周波数ｆｃｃから上下方向の周波数を周波数バンドとして含む場合がある。以下の説明ではアナログ信号ＡＳ１として、図４（ｂ）のように搬送波周波数ｆｃｃを中心にベースバンド信号の帯域を有する信号について主に説明する。アナログ信号生成部１１１は重畳部１３０に接続され、アナログ信号生成部１１１で生成されたアナログ信号ＡＳ１を重畳部１３０に出力する。
【００３４】
なお、アナログ信号生成部１１１は、異なる搬送波周波数ｆｃｃを有する搬送波によってそれぞれが変調された少なくとも２個以上のアナログ信号を生成する機能も有する。
【００３５】
パルス信号生成部１２１は、パルス信号を生成する。パルス信号は、例えば、図２（ａ）に示すように、一定の幅を持った矩形波である。図２（ａ）は、パルス信号の１つのパルス波形を示す図であり、縦軸は振幅（電圧または電流）であり横軸は時間を示している。パルス信号は、デジタル情報の「１」と「０」に対応して、振幅が特定の値を持ったり、振幅が０になったりする。特定の値は信号伝送システム１０００が任意の値に設定することができる。
【００３６】
図２（ｂ）は、パルス信号が高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）された後の周波数スペクトルの模式図を示す。パルス信号の周波数成分は直流であるＤＣから０．４５／ΔＴ（ΔＴ：パルス幅）以上の広帯域な周波数成分を有する。図２（ｂ）のパルス信号の周波数スペクトルを示す図では、縦軸はスペクトル強度としての電力であり横軸は周波数を示している。
【００３７】
パルス信号生成部１２１は、パルス信号変調部１２２に接続され、生成したパルス信号をパルス信号変調部１２２に出力する。
【００３８】
パルス信号変調部１２２は、パルス信号生成部１２１で生成されたパルス信号を変調し、デジタル信号ＤＳ１を生成する。変調周波数がｆｍである場合の、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルを図３に示す。図３に示す周波数スペクトルは、変調周波数ｆｍの整数倍の周波数で極小点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４等が存在する。本実施形態のパルス信号変調部１２２は、パルス信号の変調周波数をｆｍとした場合に、パルス信号の幅（１／ｆｍ）の１／ｎ（ｎは１０以上の正の実数）となるようにインパルス化したデジタル信号ＤＳ１を生成する。
【００３９】
図５（ｂ）は変調周波数ｆｍが１ＧＨｚであるパルス信号の幅を１／１０にインパルス化したデジタル信号ＤＳ１である。図５（ｂ）の縦軸は、デジタル信号ＤＳ１の振幅の最大値を１とした任意単位（ａ．ｕ．：arbitrary unit)であり、横軸は時間（ｎｓ）であり、横軸の１目盛りが１ｎ秒である。図５（ａ）は図５（ｂ）のデジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルを示す図である。図５（ａ）の縦軸は電力（ｄＢｍ）であり、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、横軸の１目盛りが２ＧＨｚである。図５（ａ）ではデジタル信号ＤＳ１のパルス幅の逆数の周波数である１０ＧＨｚに極小点が存在している。
【００４０】
周波数帯域制限部１２３は、パルス信号変調部１２２において変調周波数ｆｍで変調され、パルス信号のパルス幅を１／１０として生成されたデジタル信号ＤＳ１の高周波数成分および低周波数成分を減衰させるフィルタである。例えば、周波数帯域制限部１２３の一例として、バンドバスフィルタが挙げられる。バンドバスフィルタはバンドバスフィルタの中心周波数よりも周波数が高い高周波数成分、および、バンドバスフィルタの中心周波数よりも周波数が低い周波数成分をバンドバスフィルタの周波数特性にしたがって減衰させる特徴を有する。
【００４１】
バンドバスフィルタの一例には図６に示すガウシアンフィルタが挙げられる。図６に示すように、ガウシアンフィルタは、ガウシアンフィルタの中心周波数ｆＧＣから中心周波数ｆＧＣと同等のバンド幅ＢＷＧとなる周波数において４０ｄＢダウンとなる周波数特性を有する。また、図６に示すように、バンド幅ＢＷＧ＝１．３７５×ｆＧＣで６０ｄＢダウンとなる周波数特性を有する。ガウシアンフィルタの中心周波数ｆＧＣは任意の周波数に設定することが可能である。
【００４２】
図７（ａ）は、周波数帯域制限部１２３を通過したデジタル信号ＤＳ１（周波数帯域制限部１２３によって帯域幅が制限されたデジタル信号ＤＳ１を、以下、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１と称する）の周波数スペクトルを示す図である。図７（ａ）の縦軸は電力を示し、横軸は周波数を示している。図７（ａ）に示すように、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１はデジタル信号ＤＳ１から、ガウシアンフィルタの中心周波数ｆＧＣよりも周波数が高い高周波数成分、および、中心周波数ｆｃよりも周波数が低い周波数成分が減衰したスペクトルを有する。当該減衰したスペクトルは、ガウシアンフィルタの周波数特性に対応する。
【００４３】
図７（ｂ）は、周波数帯域制限部１２３を通過した帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の時間軸におけるパルス波形を示す図である。図７（ｂ）の縦軸は、デジタル信号ＤＳ１の振幅の最大値を１とした任意単位（ａ．ｕ．）であり、横軸は時間である。隣接するパルス波形の干渉が充分に抑制されているが、詳細については後述する。
【００４４】
周波数帯域制限部１２３は、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１を重畳部１３０に出力する。
【００４５】
重畳部１３０は、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１と、アナログ信号生成部１１１で生成された搬送波周波数ｆｃｃを有するアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号を生成する機能を有する。重畳部１３０の一例として、方向性結合器が挙げられる。なお、上述したようにアナログ信号ＡＳ１は、異なる搬送波周波数を有する搬送波によってそれぞれが変調された複数のアナログ信号を含む場合がある。
【００４６】
重畳部１３０は、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１とアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号を送信部１４０に出力する。
【００４７】
図８は、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１とアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号の周波数スペクトルを示す図である。図８の縦軸は電力を示し、横軸は周波数を示している。アナログ信号ＡＳ１は、アナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃｃにおいて、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１よりも４０ｄＢ以上高い信号レベルを有する。
【００４８】
図８のアナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃｃは１０ＧＨｚよりも高く、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の変調周波数ｆｍは１ＧＨｚである。帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１は１Ｇｂｐｓの伝送速度を有する。図８のアナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃｃの周辺領域で、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の周波数成分が雑音レベル付近まで減衰している。したがって、アナログ信号ＡＳ１の周波数成分、および、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の周波数成分がお互いに干渉することなく重畳信号に含まれている。
【００４９】
なお、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１に重畳されたアナログ信号ＡＳ１は、後述するデジタル信号復調装置３２０の周波数帯域制限部３２３によって減衰させることが可能である。なお、周波数帯域制限部３２３は周波数帯域制限部１２３と同一の周波数特性を有していてもよい。例えば、周波数帯域制限部３２３および周波数帯域制限部１２３は、図６に示す周波数特性を有するガウシアンフィルタであってもよい。
【００５０】
送信部１４０は、重畳信号を伝送路２００に出力する機能を有する。送信部１４０の一例として、発光素子が挙げられる。発光素子は重畳信号を光信号に変換し、変換された光信号を伝送路２００に出力する素子である。送信部１４０が発光素子の場合には、伝送路２００は光ファイバとなる。
【００５１】
伝送路２００は、送信装置１００と受信装置３００とを接続する１本の通信線である。伝送路２００の一例としては、光ファイバが挙げられる。光ファイバは、例えば、ガラス製又は樹脂製である。光ファイバは、例えば、光信号が伝搬するコア層及びコア層の周囲を覆うクラッド層等を含んで構成される。光ファイバは、光信号がコア層とクラッド層との境界面において所定の角度で全反射することにより光信号がコア層内を伝搬する。光ファイバは、当該光ファイバの線径をメタル線よりも小さくすることができると共に軽量化を実現することができる。
【００５２】
受信装置３００は、伝送路２００を伝送した伝送信号を受信する装置である。受信装置３００は、分岐部３３０、アナログ信号復調装置３１０およびデジタル信号復調装置３２０を含んで構成される。分岐部３３０の一例として、光分岐器が挙げられ、光分岐器は光信号を分岐する分岐器である。光分岐器は、光ファイバを介して送信装置１００に接続され、当該送信装置１００から送信された伝送信号としての光信号を分岐する。
【００５３】
光分岐器は、伝送路２００によって伝送された光信号を一定の比率（例えば1対1の比率）で分岐する。なお、分岐する比率は、1対1に限定されず、その他の比率で光信号を分岐してもよい。光分岐器は、アナログ信号受信部３１１およびデジタル信号受信部３２１に接続される。光分岐器は、送信装置１００から送信された伝送信号としての光信号を一定の比率で分岐し、分岐された光信号をそれぞれアナログ信号受信部３１１およびデジタル信号受信部３２１に出力する。
【００５４】
アナログ信号復調装置３１０は、アナログ信号受信部３１１、アナログ信号増幅部３１２、アナログ信号復調部３１３を含んで構成される。
【００５５】
アナログ信号受信部３１１は、分岐部３３０で一定の比率で分岐された伝送信号を入力する。伝送信号が光信号の場合には、アナログ信号受信部３１１はフォトダイオード等の受光素子である。受光素子は、光信号を電流信号等の電気信号に変換する素子であり、変換された電流信号をアナログ信号増幅部３１２に出力する。
【００５６】
アナログ信号増幅部３１２は、受光素子で光信号から変換された電流信号を増幅して電圧信号として出力する。アナログ信号増幅部３１２の一例としてローノイズアンプが挙げられる。ローノイズアンプは低雑音増幅器で、放送や通信など高周波の送受信回路に多く使われている。ローノイズアンプは、アナログ信号受信部３１１から入力した信号を増幅して、増幅信号をアナログ信号復調部３１３に出力する。
【００５７】
アナログ信号復調部３１３は、増幅信号に含まれるアナログ信号ＡＳ１を復調する復調器である。一例として、アナログ信号増幅部３１２から出力された増幅信号に対して搬送波周波数ｆｃｃと同じ周波数の復調用信号を乗算してアナログ信号ＡＳ１を復調する。アナログ信号復調部３１３は、復調用信号を増幅信号に乗算することにより、搬送波周波数ｆｃｃ以下の周波数成分を消失させる。また、アナログ信号ＡＳ１に高調波成分がある場合にはＬＰＦ（Low Pass Filter）で減衰させることができる。この結果、復調されたアナログ信号ＡＳ１は、図１１に示すように、コンスタレーションの各信号点の分散が相対的に抑制され、信号品質の劣化が抑制されていることが分かる。図１１は、復調後のアナログ信号ＡＳ１のコンスタレーション（６４ＱＡＭ）を示す図であり、縦軸がＱ値を示し横軸が１値を示している。
【００５８】
デジタル信号復調装置３２０は、デジタル信号受信部３２１、デジタル信号増幅部３２２、周波数帯域制限部３２３およびデジタル信号復調部３２４を含んで構成される。
【００５９】
デジタル信号受信部３２１は、分岐部３３０で一定の比率で分岐された伝送信号を入力する。伝送信号が光信号の場合には、デジタル信号受信部３２１はフォトダイオード等の受光素子である。受光素子は、光信号を電流信号等の電気信号に変換する素子であり、変換された電流信号をデジタル信号増幅部３２２に出力する。
【００６０】
デジタル信号増幅部３２２は、受光素子で光信号から変換された電流信号を増幅して電圧信号として出力する。デジタル信号増幅部３２２の一例としてトランスインピーダンスアンプが挙げられる。
【００６１】
周波数帯域制限部３２３は、デジタル信号増幅部３２２から出力される電圧信号に含まれるアナログ信号ＡＳ１の周波数成分を減衰させる機能を有する。一例として、周波数帯域制限部３２３はバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタは帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の隣接するパルス間の干渉レベルがあらかじめ定められたレベル以下になるように定められた周波数帯域を通過させる機能を有する。したがって、周波数帯域制限部３２３は、当該周波数帯域の外側および内側にあるアナログ信号ＡＳ１の周波数成分を帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の復調にほとんど影響がないレベルまで減衰させる。なお、前述したように、周波数帯域制限部３２３は周波数帯域制限部１２３と同一の周波数特性を有してもよい。
【００６２】
デジタル信号復調部３２４は、増幅信号に含まれるデジタル信号ＤＳ１を復調する復調器である。デジタル信号ＤＳ１を復調することによって、パルス信号生成部１２１で生成されたパルス信号を取得し、パルス信号の信号パターンに対応する情報を取得し、外部に出力する。
【００６３】
一例として、デジタル信号復調部３２４は包絡線検波器を含む。包絡線検波器の包絡線検波の動作イメージを図１０に示す。包絡線検波器は、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の包絡線を抽出する。デジタル信号復調部３２４は、抽出された包絡線をあらかじめ定められた閾値で二値化し、二値化された信号のデューティー比を調節し、デューティー比が調節された信号を復調し、パルス信号を生成する。
【００６４】
（帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の帯域幅とビットレート（変調周波数ｆｍ）の関係）
帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の帯域幅とビットレート（変調周波数ｆｍ）の関係はシミュレーションにより導出することが可能である。図１２はデューティー比１０％のパルスを１ＧＨｚで変調したシミュレーションに用いたデジタル信号ＤＳ１のパルス列である。図１１のデジタル信号ＤＳ１のビットレートは１Ｇｂｐｓとなる。
【００６５】
図１３は図１２のデジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルと、図１２のデジタル信号ＤＳ１の周波数帯域をバンドパスフィルタで限定した帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の周波数スペクトルを重ねて示したグラフである。バンドパスフィルタは図６に示す周波数特性を有するガウシアンフィルタである。バンドパスフィルタの中心周波数ｆＧＣは、パルス変調周波数（ビットレート）の４倍の周波数である４ＧＨｚである。したがって、バンドパスフィルタを通過した帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の周波数帯域の中心周波数も４ＧＨｚである。
【００６６】
図１３を参照すると、限定した帯域幅は４０ｄＢ、６０ｄＢダウンレベルでそれぞれ４ＧＨｚ、６ＧＨｚとなっており、帯域幅の中心周波数はバンドパスフィルタの中心周波数ｆＧＣでもあり、パルス変調周波数の４倍である４ＧＨｚとなっている。帯域幅に関しては重畳する搬送波信号との干渉抑制を考慮し、同レベルの信号強度と、デジタル信号よりも２０ｄＢ低い電力においても、搬送波信号が４０ｄＢ以上のＳＮＲを保つことが可能であることを想定している。
【００６７】
図１４は、図１３の周波数スペクトルを有する帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１のパルス列である。図１４から帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１のパルス列の隣接パルス間の干渉は１０％以下に抑制されている。したがって、帯域を限定した状態においても帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の良好な閾値判定が可能となる。
【００６８】
帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１に用いる周波数成分は、デジタル信号ＤＳ１のパルスが有する基本逓倍の周波数までとする。そのため、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の最大帯域幅ＢＷｍａｘは中心周波数ｆｃに依存し、以下の関係を有する。
【００６９】
ＢＷｍａｘ＝２×ｆｃ（ｆｃ≦ｆｍ／２の場合）
ＢＷｍａｘ＝２×（ｆｍ―ｆｃ）（ｆｃ＞ｆｍ／２の場合）
【００７０】
図１５は図１２のデジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルと、図１２のデジタル信号ＤＳ１の周波数帯域をバンドパスフィルタで限定した帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の周波数スペクトルを重ねて示したグラフである。バンドパスフィルタの中心周波数は、パルス変調周波数（ビットレート）の６倍の周波数である６ＧＨｚである。したがって、図１５は帯域幅の中心周波数をパルス変調周波数の６倍とした時の周波数スペクトルである。図１５の帯域幅は４０ｄＢ、６０ｄＢダウンレベルでそれぞれ５．４ＧＨｚ、６．９ＧＨｚである。
【００７１】
図１６は帯域幅の中心周波数をパルス変調周波数の６倍とした時の帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１のパルス列である。図１４と比較すると、図１６の帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の帯域幅の中心周波数が高くなったことによって、図１６のパルス波形は図１４のパルス波形に比べてパルス間隔が密になっているが、パルス波形間の干渉は１０％以下に抑制されている。また、パルス波形間の干渉を１０％以下に抑制するのに要求される帯域幅には大きな変化がない。
【００７２】
図１７および図１８は帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の中心周波数をパルス変調周波数ｆｍの３倍（△の記号）、５倍（●の記号）、７倍（□の記号）にした場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１７および図１８の縦軸はパルス変調周波数ｆｍ［ＧＨＺ］を示し、図１７の横軸は４０ｄＢダウン帯域幅ＢＷ４０ｄＢを示し、図１８の横軸は６０ｄＢダウン帯域幅ＢＷ６０ｄＢを示す。プロットされた点は、それぞれのパルス変調周波数ｆｍを中心周波数とした場合においてパルス波形の干渉が１０％以下となる最大の周波数帯域幅となる。
【００７３】
図１７および図１８のシミュレーションの結果より、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１のパルス変調周波数（ビットレート）と帯域幅の関係は、ビットレートをＢ、帯域幅をＢＷ、係数をαとすると以下の関係で表すことができる。
Ｂ＝α×ＢＷ・・・式（１）
【００７４】
αの値は、図１７の４０ｄＢダウン帯域幅４０ｄＢの場合には０．１５以下となり、図１８の６０ｄＢダウン帯域幅６０ｄＢの場合には０．１４以下となる。それぞれの条件において、帯域制限デジタル信号ＬＤＳ１の符号間干渉を抑制することが可能になる。
【００７５】
一方、搬送波信号を重畳した帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１を復調する際には、搬送波信号をＬＰＦ（Low Pass Filter）やＢＰＦ（Band Pass Filter）で除去する必要がある．そのため、復調時の帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１の帯域はフィルタを２回透過した帯域幅となる。
【００７６】
そこで、周波数帯域制限部１２３および周波数帯域制限部３２３に図６の周波数特性を持つＢＰＦを使用した場合について説明する。
【００７７】
図１９および図２０は、ＢＰＦを２回透過した後の帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１の帯域幅とパルス変調周波数ｆｍとの相関を求めたグラフ（傾き記号α’）である。図１９および図２０では、２回目のＢＰＦ透過前のＢＰＦを１回だけ透過した帯域幅のグラフ（傾き記号α）も併せて示している。ＢＰＦは図６の周波数特性を有するガウシアンフィルタである。
【００７８】
図１９および図２０の縦軸はパルス変調周波数ｆｍ［ＧＨＺ］を示し、図１９の横軸は４０ｄＢダウン帯域幅ＢＷ４０ｄＢを示し、図２０の横軸は６０ｄＢダウン帯域幅ＢＷ６０ｄＢを示す。プロットされた点はパルス波形の干渉が１０％以下となる最大の周波数帯域幅となる。
【００７９】
図１９および図２０から、重畳した搬送波信号を除去し、符号間干渉を抑制して帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１を復調するためには、搬送波信号に重畳する帯域限定デジタル信のＬＤＳ１帯域幅はより広い帯域幅が必要となることが分かる。逆の言い方をすれば、復調時のＢＰＦを考慮すると帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１のビットレートは低くする必要がある。
【００８０】
図１９および図２０のシミュレーション結果から、搬送波信号を重畳した帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１を復調する際に、搬送波信号をＢＰＦで除去することを考慮すると、帯域限定デジタル信号ＬＤＳ１の変調速度の限界Ｂｍａｘは（２）式で表すことが可能である。
Ｂｍａｘ＝α’・ＢＷ＝（α／１．３）・ＢＷ・・・（２）式
【００８１】
このように、帯域幅ＢＷと帯域中心周波数ｆｃをパルス変調周波数ｆｍとの関係を用いることで、限定される帯域幅ＢＷと帯域中心周波数ｆｃから、デジタル信号のビットレートを決めることが可能である。
【００８２】
以上、説明したように、本実施形態では、デジタル信号に帯域を限定したパルス信号を用いることで広帯域なデジタル信号を連続波形伝送の搬送波信号の空いている周波数領域ヘシフトさせ、デジタル信号と搬送波信号のような波形信号を重畳させ複数の信号を1本の光ファイバで伝送することが可能になる。
【００８３】
したがって、波長多重による伝送では複数の光源と波長フィルタが必要になり、送信器と受信器の構成が複雑になっていたが、本実施形態によれば、複数の光源と波長フィルタが不要になり、送信器と受信器の構成が簡単になる。
【００８４】
さらに、本実施形態によれば、デジタル信号、無線信号をそれぞれ別々の専用線で伝送を行うための配線が必要なくなる。
【００８５】
さらに、従来技術では、デジタル信号と搬送波信号の干渉を最大限に抑制するためには、搬送波周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍にあわせる必要があり、重畳可能な条件が限られていた。しかし、本実施形態によれば、搬送波周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍にあわせる必要がなくなり、重畳可能な条件が緩和される。
【００８６】
（変形例）
信号伝送システム１０００では、送信装置１００と受信装置３００との間を、光ファイバを介して光信号を伝送する例について説明したが、伝送信号を高品質に伝送することが可能な伝送媒体であれば、光ファイバに限定されない。例えば、信号伝送システム１０００は、送信装置１００と受信装置３００との間をメタル線等の伝送媒体を介して電気信号を伝送してもよい。
【００８７】
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、パルス信号等のデジタル信号と無線信号等のアナログ信号を重畳した後に光信号に変換し、一本の伝送路で当該光信号の伝送を行うための送信装置および信号伝送システムに用いて、極めて有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１００・・・送信装置
１１１・・・アナログ信号生成部
１２０・・・デジタル信号生成部
１２１・・・パルス信号生成部
１２２・・・パルス信号変調部
１２３・・・周波数帯域制限部
１３０・・・重畳部
１４０・・・送信部
２００・・・伝送路
３００・・・受信装置
３１０・・・アナログ信号復調装置
３１１・・・アナログ信号受信部
３１２・・・アナログ信号増幅部
３１３・・・アナログ信号復調部
３２０・・・デジタル信号復調装置
３２１・・・デジタル信号受信部
３２２・・・デジタル信号増幅部
３２３・・・周波数帯域制限部
３２４・・・デジタル信号復調部
３３０・・・分岐部
１０００・・・信号伝送システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020113810.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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