(57)【要約】      （修正有）【課題】デジタル信号と振幅に情報を有するアナログ信号を重畳し、重畳信号を任意の増幅度で増幅して、デジタル通信とアナログ通信を両立させるための増幅器ユニットを提供する。【解決手段】信号伝送システム１０００は、デジタル信号生成部１２０と、アナログ信号生成部１３０、デジタル信号とアナログ信号の重畳部ＣＳ１と、重畳信号を増幅する増幅部３２１と、を備える。増幅部に入力される入力信号の入力電圧と出力電圧との関係は、入力電圧が増加するにつれて出力電圧が増加する領域から、出力電圧があらかじめ定められた一定値になるように増幅度が変化する領域を有する関係を有し、デジタル信号の入力電圧は、増幅されたデジタル信号の出力電圧が一定値になる電圧であり、アナログ信号の入力電圧は、増幅されたアナログ信号の出力電圧が増幅度に比例した値になる電圧である。【選択図】図５
2020043488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数ｆｍのデジタル信号を生成し、前記デジタル信号を出力するデジタル信号生成部と、
振幅に情報を有する周波数ｆｃのアナログ信号を生成し、前記アナログ信号を出力するアナログ信号生成部と、
前記デジタル信号と前記アナログ信号とを重畳した重畳信号を生成し、前記重畳信号を出力する重畳部と、
前記重畳信号を増幅した増幅信号を生成し、前記増幅信号を出力する増幅部と、
前記増幅信号の電圧に関する情報を検知する検知部と、
前記検知部が検知した前記情報に基づいて、前記増幅部の増幅度を決定する増幅度決定部と、を備え、
前記増幅部に入力される入力信号の入力電圧と、前記増幅部から出力される出力信号の出力電圧との関係は、前記入力電圧が増加するにつれて前記出力電圧が増加する領域から、前記出力電圧があらかじめ定められた一定値になるように前記増幅度が変化する領域を有する関係を有し、
前記増幅部に入力される前記デジタル信号の入力電圧は、前記増幅度で増幅された前記デジタル信号の出力電圧が前記一定値になる電圧であり、
前記増幅部に入力される前記アナログ信号の入力電圧は、前記増幅度で増幅された前記アナログ信号の出力電圧が前記増幅度に比例した値になる電圧であることを特徴とする増幅器ユニット。
【請求項２】
前記デジタル信号生成部と、前記重畳部との間にはローパスフィルタ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の増幅器ユニット。
【請求項３】
前記ローパスフィルタ部は、前記デジタル信号の前記変調周波数ｆｍの０．７〜１．０倍の周波数が遮断周波数であり、前記アナログ信号の周波数領域において２０ｄＢ以上の減衰特性を有することを特徴とする請求項２に記載の増幅器ユニット。
【請求項４】
前記デジタル信号の変調周波数ｆｍと、振幅に情報を有する前記アナログ信号の周波数ｆｃとの間の関係はｆｃ＝ｎ×ｆｍ±α×ｆｍ（ｎは２以上の自然数、αは０以上０．４以下の実数）の式を満足し、前記周波数ｆｃにおける前記アナログ信号の電力は前記周波数ｆｃにおける前記デジタル信号の電力よりも大きい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増幅器ユニット。
【請求項５】
前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれるデジタル信号の電力は前記増幅信号に含まれるアナログ信号の電力よりも１５ｄＢ以上大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の増幅器ユニット。
【請求項６】
前記増幅部、前記検知部および前記増幅度決定部は、トランスインピーダンスアンプまたはリミッティングアンプに含まれることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の増幅器ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の増幅器ユニットと、
前記重畳部と前記増幅部との間に、前記重畳信号を伝送する伝送路を有することを特徴とする信号伝送システム。
【請求項８】
前記伝送路は光ファイバであり、前記重畳部と前記光ファイバとの間に電気光変換機能を有する送信部を備え、前記光ファイバと前記増幅部との間に光電気変換機能を有する受信部を備えることを特徴とする請求項７に記載の信号伝送システム。
【請求項９】
前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれる前記デジタル信号の情報から前記デジタル信号を復調するデジタル信号復調部と、
前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれる前記アナログ信号の情報から前記アナログ信号を復調するアナログ信号復調部と、
を有することを特徴とする請求項７または８に記載の信号伝送システム。
【請求項１０】
前記増幅部と前記デジタル信号復調部との間に前記アナログ信号の電力を１５ｄＢ以上減衰させるローパスフィルタ部を含むことを特徴とする請求項９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振幅に情報を有するアナログ信号を重畳し、重畳信号を一本の伝送路で伝送し、伝送後の重畳信号を増幅器において任意の増幅度で増幅して、デジタル通信とアナログ通信を両立させるための増幅器ユニットおよび信号伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信で主に利用される自動利得調整(AGC: Automatic Gain Contro1)機能が付いた増幅器(アンプ:Amplifier)は、例えば０ビットと１ビットで表現されるデジタル通信と親和性があり大量に用いられている事から入手性が良く安価である。これに対して振幅に情報を持つ無線通信などのアナログ通信では入力に対する出力の比が一定である（すなわち利得が固定されている）線形性が良い増幅器が必要となる。
【０００３】
また、無線通信などのアナログ通信では、送信端末と受信端末の距離および時間変化によって、電波の強度が変化するフェージング現象に対応するために、アナログ通信の利得を任意に設定する構成が用いられている。したがって、自動利得調整機能が付いた増幅器の利得を任意に設定する構成が必要となる。
【０００４】
近年、光通信に利用されるＴＩＡ(Trans Impedance Amplifier：トランスインピーダンスアンプ)にはＡＧＣ機能を有することが一般的となっている。従来技術ではＴＩＡが利得を生成するための帰還抵抗がいくつか設定されており、抵抗値を外部から切り替えられるようにすることで利得を可変できるようになっている（図８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６６２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術によれば、入手性が良く安価なデジタル通信向けの自動利得調整機能付き増幅器の利得を所望の値に簡易かつ容易に設定することが困難であった。また、デジタル通信向けの自動利得調整機能付き増幅器をアナログ通信にも利用し、安価にデジタル通信とアナログ通信を両立する構成が想定されていなかった。
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】
【０００７】
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に係る発明の増幅器ユニットは、
変調周波数ｆｍのデジタル信号を生成し、前記デジタル信号を出力するデジタル信号生成部と、
振幅に情報を有する周波数ｆｃのアナログ信号を生成し、前記アナログ信号を出力するアナログ信号生成部と、
前記デジタル信号と前記アナログ信号とを重畳した重畳信号を生成し、前記重畳信号を出力する重畳部と、
前記重畳信号を増幅した増幅信号を生成し、前記増幅信号を出力する増幅部と、
前記増幅信号の電圧に関する情報を検知する検知部と、
前記検知部が検知した前記情報に基づいて、前記増幅部の増幅度を決定する増幅度決定部と、を備え、
前記増幅部に入力される入力信号の入力電圧と、前記増幅部から出力される出力信号の出力電圧との関係は、前記入力電圧が増加するにつれて前記出力電圧が増加する領域から、前記出力電圧があらかじめ定められた一定値になるように前記増幅度が変化する領域を有する関係を有し、
前記増幅部に入力される前記デジタル信号の入力電圧は、前記増幅度で増幅された前記デジタル信号の出力電圧が前記一定値になる電圧であり、
前記増幅部に入力される前記アナログ信号の入力電圧は、前記増幅度で増幅された前記アナログ信号の出力電圧が前記増幅度に比例した値になる電圧であることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、入手性が良く安価なデジタル通信向けの自動利得調整機能付き増幅器をアナログ通信にも利用することができ、安価にデジタル通信とアナログ通信を両立し、通信容量の増大が可能となる。
【０００９】
また、ＡＧＣ付き増幅器においてアナログ信号に対する利得を一定にすることができ、抵抗などの外付け部品が不要となる。さらに、デジタル信号の振幅を変えることでＡＧＣ付き増幅器の利得を容易に選択できアナログ通信の自由度が向上し、通信環境の変化に対する適応性が高くなる。
【００１０】
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に記載の増幅器ユニットにおいて、デジタル信号生成部と、重畳部との間にはローパスフィルタ部を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、デジタル信号に含まれる高調波成分が減衰されるので、アナログ信号を重畳させることができる周波数領域の許容度が向上する。
【００１２】
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２に記載の増幅器ユニットにおいて、ローパスフィルタ部は、デジタル信号の変調周波数ｆｍの０．７〜１．０倍の周波数が遮断周波数であり、アナログ信号の周波数領域において２０ｄＢ以上の減衰特性を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、デジタル信号による雑音成分の増加量以上が減衰されるので、アナログ信号を重畳させることができる周波数領域の許容度が向上する。
【００１４】
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増幅器ユニットにおいて、前記デジタル信号の変調周波数ｆｍと、振幅に情報を有する前記アナログ信号の周波数ｆｃとの間の関係はｆｃ＝ｎ×ｆｍ±α×ｆｍ（ｎは２以上の自然数、αは０以上０．４以下の実数）の式を満足し、前記周波数ｆｃにおける前記アナログ信号の電力は前記周波数ｆｃにおける前記デジタル信号の電力よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、アナログ信号の周波数をデジタル信号の変調周波数の整数倍の周波数にあわせることで、アナログ信号とデジタル信号の干渉を抑制し、アナログ信号の品質を良好にすることができる。また、アナログ信号の周波数はデジタル信号の変調周波数の整数倍の周波数とは一致しないことが許容される周波数領域を有するので、設計の許容度が向上する。
【００１６】
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１乃至４のいずれか一項に記載の増幅器ユニットにおいて、前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれるデジタル信号の電力は前記増幅信号に含まれるアナログ信号の電力よりも１５ｄＢ以上大きいことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、増幅度のリニアリティを維持することができるので、増幅後のアナログ信号の歪みを抑制することが可能となる。また、デジタル信号を良好に復調することが可能になる。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の増幅器ユニットにおいて、前記増幅部、前記検知部および前記増幅度決定部は、トランスインピーダンスアンプまたはリミッティングアンプに含まれることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、今まで利用が難しかった安価なデジタル通信向けＴＩＡや光トランシーバをアナログ通信にも利用可能となる。
【００２０】
上記課題を解決するために、請求項７に係る信号伝送システムの発明は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の増幅器ユニットと、
前記重畳部と前記増幅部との間に、前記重畳信号を伝送する伝送路を有することを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、パルス信号等のデジタル信号と振幅に情報を有するアナログ信号を重畳し、重畳信号を一本の伝送路で伝送し、伝送後の重畳信号を増幅器において任意の増幅度で増幅して、デジタル通信とアナログ通信を両立させることができる。
【００２２】
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り、前記重畳部と前記光ファイバとの間に電気光変換機能を有する送信部を備え、前記光ファイバと前記増幅部との間に光電気変換機能を有する受信部を備えることを特徴とする。
【００２３】
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。
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項９に係る発明は、請求項７または８に記載の信号伝送システムにおいて、前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれる前記デジタル信号の情報から前記デジタル信号を復調するデジタル信号復調部と、前記増幅部から出力された前記増幅信号に含まれる前記アナログ信号の情報から前記アナログ信号を復調するアナログ信号復調部と、を有することを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、重畳されたアナログ信号およびデジタル信号から、アナログ信号およびデジタル信号のそれぞれの信号を適切に復調することができる。
上記課題を解決するために、請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の信号伝送システムにおいて、前記増幅部と前記デジタル信号復調部との間に前記アナログ信号の電力を１５ｄＢ以上減衰させるローパスフィルタ部を含むことを特徴とする。
上記構成によれば、デジタル信号を良好に復調することが可能になる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、入手性が良く安価なデジタル通信向けの自動利得調整機能付き増幅器をアナログ通信にも利用することができ、安価にデジタル通信とアナログ通信を両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】自動利得制御機能を有する増幅器の入力電力と出力電力との関係を示す模式図である。
【図２】自動利得制御機能を有する増幅器の入力電力と利得との関係を示す模式図である。
【図３】アナログ信号用の増幅器の入力電力と出力電力との関係を示す模式図である。
【図４】アナログ信号用の増幅器の入力電力と利得との関係を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係わる信号伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係わるデジタル信号で利得を固定した状態でのアナログ信号の入力電力と出力電力との関係を測定した図である。
【図７】本実施形態に係わるデジタル信号で利得を固定しない状態と固定した状態でのアナログ信号の入力電力と出力電力との関係を測定した図である。
【図８】シミュレーションによる重畳周波数の誤差の一例を示す図である。
【図９】従来技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（増幅器ユニットの原理）
デジタル信号用の増幅器は微弱な信号から一定のレベルを超えた信号まで幅広い入力信号を受信するとともに、出力信号には一定のレベルの出力振幅が求められる。この機能は自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）と呼ばれ、一般的なＡＧＣ機能が付いた増幅器の入力電力に対する出力電力の特性を示す入出力特性は図1のようになる。なお、同一条件であれば、ｄＢで表示した電力利得と電圧利得は同じであるので、入力電力に対する出力電力の特性を示す図では、入力電力を入力電圧、出力電力を出力電圧と読み替えて利得を説明する場合もある。ここで、利得とは増幅器の増幅度も意味する。
【００２９】
図１におけるＡ領域では、増幅器であらかじめ定められた既定値以下の入力電力を有する入力信号は、増幅器であらかじめ定められた最大の利得で増幅されるので、入力電力を増加させると出力電力も増加する。したがって、入力信号の電圧が増加すると、出力信号の電圧も増加する。
【００３０】
また、図１におけるＢ領域では、増幅器であらかじめ定められた既定値以上の入力電力を有する入力信号に対する出力電力は一定の値に制限されて出力される。したがって、入力信号の電圧が増加すると、出力信号の電圧は一定の値になる。
【００３１】
図１の入出力特性を、入力電力に対する利得の関係で示した図が図２である。説明が重複するが、Ａ領域では増幅器であらかじめ定められた既定値以下の入力電力を有する入力信号は、増幅器であらかじめ定められた最大の利得で増幅される。Ｂ領域では増幅器であらかじめ定められた既定値以上の入力電力を有する入力信号に対する出力信号が一定の値となるように、利得は減少する。
【００３２】
したがって、例えば、図１および図２の入出力特性を持つ増幅器に、振幅に情報を持つアナログ信号を入力すると、増幅器であらかじめ定められた既定値以上の入力信号に対する出力信号は一定の値となって出力される。したがって、出力された後の振幅は情報を失ってしまう。すなわち、アナログ信号に対応する増幅器には、アナログ信号の入力電力が増加しても利得を可変ではなく一定に保つことが求められる。
【００３３】
以上の説明から、振幅に情報を持つアナログ信号に用いる理想的な増幅器の入力電力と出力電力の関係を図３に示し、入力電力と利得の関係を図４に示す。
【００３４】
図３を参照すると入力電力に対する出力電力は線形な関係になり、図４を参照すると入力電力に対する利得は一定の関係になる。すなわち、図３および図４から以下の式（１）の関係が満足される。
（出力電力）＝Ｇ（利得）×（入力電力）―――（式１）
ここで、Ｇ（利得）は一定値である。
【００３５】
式（１）の関係を満足する領域を持つ増幅器であれば、振幅に情報を持つアナログ信号の振幅を線形に増幅できるので、増幅された後のアナログ信号の振幅の情報も失われることはない。
【００３６】
このような問題を解決するために、デジタル信号は図１及び図２のＢ領域で入力電力を一定にして利得を固定させて増幅させ、振幅に情報を持つアナログ信号に対しては図１及び図２のＡ領域で、当該利得で線形に増幅させることが必要になる。そのためには、デジタル信号でＡＧＣの利得を固定しつつ、当該デジタル信号にアナログ信号を重畳し、当該利得でアナログ信号を飽和しないように増幅する増幅器ユニットの構成が必要になる。当該増幅器ユニットの詳細については、図５の信号伝送システム１０００において説明する。
【００３７】
上記のような構成によれば、デジタル信号の入力レベルに応じて利得を自由に選択でき、かつ利得を一定にすることでアナログ信号の線形性を持った増幅を実現することができる。その結果、デジタル通信とアナログ通信を両立する光ファイバ無線通信が可能になる。また利得調整用の外付け抵抗は不要でありコストの増加を最小限に抑える事ができる。
【００３８】
アナログ信号とデジタル信号の測定結果については、図６および図７を用いて説明するが、その前に、アナログ信号とデジタル信号を重畳させて伝送する信号伝送システム１０００について図５を用いて説明する。
【００３９】
（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５を参照して説明する。信号伝送システム１０００は、例えば、図５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。
【００４０】
送信装置１００は、デジタル信号ＤＳ１とアナログ信号ＡＳ１を重畳して送信する装置である。送信装置１００は、デジタル信号生成部１２０、ローパスフィルタ部１２１、アナログ信号生成部１３０、重畳部１４０および送信部１５０を含んで構成される。
【００４１】
デジタル信号生成部１２０は、デジタル信号用情報信号ＤＪ１に含まれる「１」と「０」のビット列からなるデジタル情報を変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］で変調し、ＮＲＺのデジタル信号ＤＳ１を生成する。したがって、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルは、ｎ×ｆｍ（ｎは自然数）［Ｈｚ］に極小値を持つスペクトル分布となる。また、デジタル信号ＤＳ１の基本周波数はｆｍ／２［Ｈｚ］である。なお、図５ではデジタル信号用情報信号ＤＪ１を外部から入力する構成としたが、デジタル信号生成部１２０で生成する構成とすることもできる。デジタル信号生成部１２０は、生成したデジタル信号ＤＳ１をローパスフィルタ部１２１に出力する。
【００４２】
ローパスフィルタ部１２１は、デジタル信号ＤＳ１の変調周波数ｆｍの０．７〜１．０倍の周波数が遮断周波数であり、下記に詳述するアナログ信号ＡＳ１の周波数領域において２０ｄＢ以上の減衰特性を有する。なお、ローパスフィルタ部１２１は省略することも可能である。
【００４３】
アナログ信号生成部１３０は、アナログ信号用情報信号ＡＪ１に含まれる「１」と「０」のビット列からなるデジタル情報等を変調したベースバンド信号を搬送波周波数ｆｃで伝送するアナログ信号ＡＳ１を生成する。アナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数はｆｃ［Ｈｚ］である。変調方式には、振幅変調が含まれるが、位相振幅変調であってもよい。例えば、変調方式はＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)である１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭであってもよい。また、周波数拡散やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）で二次変調を行ってもよい。なお、図５ではアナログ信号用情報信号ＡＪ１を外部から入力する構成としたが、アナログ信号生成部１３０で生成する構成とすることもできる。
【００４４】
重畳部１４０は、デジタル信号ＤＳ１とアナログ信号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１４０の一例として、方向性結合器が挙げられる。
【００４５】
重畳部１４０は、デジタル信号ＤＳ１とアナログ信号ＡＳ１とを重畳させた重畳信号を送信部１５０に出力する。この場合に、デジタル信号ＤＳ１はデジタル情報を変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］で変調したＮＲＺ信号なので、広い範囲に周波数成分を有する。したがって、デジタル信号ＤＳ１の周波数成分とアナログ信号ＡＳ１の周波数成分ができるだけ重ならないことが望ましい。
【００４６】
上述したように、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルは、ｎ×ｆｍ（ｎは自然数）［Ｈｚ］に極小値を持つスペクトル分布となる。そこで、アナログ信号ＡＳ１の搬送波周波数ｆｃ［Ｈｚ］をｎ×ｆｍ（ｎは２以上の自然数）［Ｈｚ］に一致させることで、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１の干渉を最小限に低減することが可能になる。
【００４７】
しかし、ｆｃ＝ｎ×ｆｍ（ｎは自然数）に限定されるわけではない。例えば、ローパスフィルタ部１２１によって、アナログ信号ＡＳ１の周波数領域においてデジタル信号ＤＳ１の周波数成分が２０ｄＢ以上減衰することによって、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１の干渉が抑制される。その結果、ｆｃ＝ｎ×ｆｍからずれても、アナログ信号ＡＳ１とデジタル信号ＤＳ１を重畳させることが可能になる。
【００４８】
さらに、ｆｃ＝ｎ×ｆｍからずれる許容量は、アナログ信号ＡＳ１の変復調方式、変復調性能によっても大きく影響される。例えば、変調方式が１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭによって、それぞれｆｃ＝ｎ×ｆｍからずれる許容量は変化する。これは、前記周波数ｆｃにおけるアナログ信号ＡＳ１に要求されるＳＮＲが変調方式によって変化するからである。
【００４９】
一例として、図８に、ｆｃ＝ｎ×ｆｍからのずれ量のシミュレーション結果を示す。図８は、変調周波数ｆｍが３ＧＨｚの３００ｍＶｐ−ｐのデジタル信号ＤＳ１と搬送波周波数ｆｃが６ＧＨｚのアナログ信号ＡＳ１の周波数スペクトルを示す。アナログ信号ＡＳ１は以下に説明する増幅部３２１の線形増幅領域を確保できる最大電力であって、１００ＭＨｚの帯域幅を有する。また、デジタル信号ＤＳ１は重畳部１４０の損失である３．５ｄＢを考慮して設定してある。
【００５０】
アナログ信号ＡＳ１が、６４ＱＡＭで変調されている場合には、アナログ信号ＡＳ１を良好に復調するためには、必要なＳＮＲが２３ｄＢ以上であるので、６ＧＨｚの極小点かの周波数から許容される変動幅は±２５０ＭＨｚとなる。ただし、重畳されるデジタル信号ＤＳ１のパルス波形によって、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルは変化するので、許容される変動幅も変化する。さらに、上述したように、デジタル信号ＤＳ１をローパスフィルタ部１２１に通過させることでも、デジタル信号ＤＳ１の周波数スペクトルは変化するので、許容される変動幅は変化する。少なくとも周波数ｆｃにおけるアナログ信号の電力はデジタル信号の電力よりも大きいことが必要である。
【００５１】
送信部１５０は、重畳信号を伝送路２００に出力する機能を有する。送信部１５０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。すなわち、発光素子は電気光変換機能を有する。発光素子は、レーザダイオードまたはＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の素子であってもよい。送信部１５０が発光素子の場合には、伝送路２００は光ファイバとなる。
【００５２】
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。
【００５３】
受信装置３００は、伝送路２００を伝送した重畳信号を受信する装置である。受信装置３００は、受信部３１０、ＡＧＣ付き増幅器３２０、ローパスフィルタ部３３１、デジタル信号復調部３３０およびアナログ信号復調部３４０を含んで構成される。
【００５４】
受信部３１０の一例として、フォトダイオードが挙げられ、フォトダイオードは光信号を電気信号である電流に変換する素子である。すなわち、フォトダイオードは光電気変換機能を有する。フォトダイオードは、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から送信された重畳信号としての光信号を電流に変換し、電流となった重畳信号を増幅部３２１に出力する。
【００５５】
ＡＧＣ付き増幅器３２０は、増幅部３２１、検知部３２２および増幅度決定部３２３を含んで構成される。なお、ＡＧＣ付き増幅器３２０は、ＴＩＡ(Trans Impedance Amplifier：トランスインピーダンスアンプ)、ＬＡ（Limiting Amplifier：リミッティングアンプ）等の一般に安価に入手可能な増幅器である。
【００５６】
増幅部３２１は、受信部３１０から出力された電流を電圧に変換し、増幅度決定部３２３で決定された増幅度（利得）で、変換された電圧を増幅する機能を有する。このようにして、重畳部１４０から出力された重畳信号が増幅部３２１で増幅される。
【００５７】
検知部３２２は、増幅部３２１で増幅されて増幅部３２１から出力された増幅信号の電圧に関する情報を検知する。例えば、増幅信号のピーク値、平均値、実効値、さまざまな検波回路から出力される電圧値などが増幅信号の電圧に関する情報に該当する。なお、ＡＧＣ機能のフィードバック回路の一部を構成する検知部３２２は、公知の技術に基づいて構成されることができる。
【００５８】
増幅度決定部３２３は、検知部３２２で検知された電圧に関する情報に基づいて、増幅部３２１の増幅度（利得）を決定する機能を有する。なお、ＡＧＣ機能のフィードバック回路の一部を構成する増幅度決定部３２３は、公知の技術に基づいて構成されることができる。
【００５９】
本実施形態においては、デジタル信号ＤＳ１の電圧が図１のＢ領域で動作する電圧に設定され、アナログ信号ＡＳ１の電圧が図１のＡ領域で動作する電圧に設定されている。したがって、検知部３２２はデジタル信号ＤＳ１の電圧に対応する情報を主に検知し、増幅度決定部３２３はデジタル信号ＤＳ１の電圧に対応する情報に主に基づいて増幅度を決定する。
【００６０】
なお、デジタル信号の復調時の性能を考慮して、増幅部３２１から出力された増幅信号に含まれるデジタル信号の電力は増幅信号に含まれるアナログ信号の電力よりも１５ｄＢ以上大きいことが望ましい。増幅信号に含まれるデジタル信号の電力は増幅信号に含まれるアナログ信号の電力よりも１５ｄＢ以上大きいことによって、デジタル信号を良好に復調させることができる。
【００６１】
デジタル信号復調部３３０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。デジタル信号復調部３３０は、デジタル信号ＤＳ１を復調することによってデジタル信号用情報信号ＤＪ１を取得し、デジタル信号用情報信号ＤＪ１を外部に出力する。
【００６２】
なお、ローパスフィルタ部３３１が増幅部３２１とデジタル信号復調部３３０との間に設けられる場合もある。ローパスフィルタ部３３１は、アナログ信号ＡＳ１の電力を１５ｄＢ以上減衰させる特性を有する。ローパスフィルタ部３３１を設けることで、デジタル信号をさらに良好に復調させることができる。ただし、ローパスフィルタ部３３１は省略することもできる。
【００６３】
アナログ信号復調部３４０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、ＡＧＣ付き増幅器３２０から出力された増幅信号に対して搬送波周波数ｆｃ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３４０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ｆｃ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ローパスフィルタ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、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る。復調されたアナログ信号ＡＳ１は、アナログ信号用情報信号ＡＪ１として外部に出力される。
【実施例】
【００６４】
図６は、図５の信号伝送システム１０００において、デジタル信号生成部１２０から出力されるデジタル信号ＤＳ１の出力電圧を変化させたときの、アナログ信号ＡＳ１の入力振幅を電力であらわした入力電力（ｄＢｍ）と出力電力（ｄＢｍ）との測定結果である。デジタル信号ＤＳ１はビットレートが３Ｇｂｐｓ(Bit Per Second)のＮＲＺ（Non Return to Zero）信号であり、アナログ信号ＡＳ１は周波数６ＧＨｚの正弦波信号である。なお、デジタル信号ＤＳ１のビットパターンは疑似ランダムパターンとなっている。
【００６５】
図６の横軸のInput RF amplitude(dBm)は、アナログ信号生成部１３０から出力される周波数６ＧＨｚのアナログ信号ＡＳ１の電圧を電力に換算して表示した軸である。図５の縦軸のOutput RF power(dBm)は、ＡＧＣ付き増幅器３２０から出力されるアナログ信号ＡＳ１の電力である。
【００６６】
デジタル信号ＤＳ１の出力電圧が３００ｍＶの測定点が記号◆で示され、デジタル信号ＤＳ１の出力電圧が２００ｍＶの測定点が記号△で示されている。さらに、デジタル信号ＤＳ１の出力電圧が１２５ｍＶの測定点が記号○で示されている。
【００６７】
図６を参照すると、デジタル信号ＤＳ１の上記の各出力電圧において、アナログ信号ＡＳ１の−３０ｄＢｍ〜０ｄＢｍの入力電力に対してアナログ信号ＡＳ１の出力電力が線形に変化していることが示されている。例えば、デジタル信号ＤＳ１の出力電圧が１２５ｍＶの場合には記号○の測定点が、アナログ信号ＡＳ１の−３０ｄＢｍ〜０ｄＢｍの入力電力に対して傾きが一定になっている。また、デジタル信号ＤＳ１の出力電圧が３００ｍＶの場合には記号◆の測定点が、アナログ信号ＡＳ１の−３０ｄＢｍ〜０ｄＢｍの入力電力に対して傾きが一定になっている。したがって、アナログ信号ＡＳ１の振幅に情報を持たせた場合に、ＡＧＣ付き増幅器３２１でアナログ信号ＡＳ１が線形に増幅され、アナログ信号ＡＳ１の入力電力の変動に対して利得が一定の出力電力が得られることが分かる。
【００６８】
また、デジタル信号ＤＳ１は、１２５ｍＶ〜３００ｍＶまで入力しているが、ＡＧＣ付き増幅器３２０のデジタル信号ＤＳ１の出力は３２０ｍＶの一定の出力になっている。したがって、デジタル信号ＤＳ１が１２５ｍＶの場合の利得は、デジタル信号ＤＳ１が３００ｍＶの場合の利得よりも大きい。その結果、アナログ信号ＡＳ１の入力電力に対する出力電力は、デジタル信号ＤＳ１が３００ｍＶの場合よりもデジタル信号ＤＳ１が１２５ｍＶの場合の方が大きい。
【００６９】
例えば、アナログ信号ＡＳ１の入力電力が−３０ｄＢｍの場合のアナログ信号ＡＳ１の出力電力は、デジタル信号ＤＳ１が１２５ｍＶ（○）で約−５６ｄＢｍであるが、デジタル信号ＤＳ１が３００ｍＶ（◆）で約−４８ｄＢｍに上昇している。このように、デジタル信号ＤＳ１の電圧を変化させることで、ＡＧＣ付き増幅器３２１の利得を調整し、アナログ信号ＡＳ１の利得を調整することが可能になる。
【００７０】
以上、説明したように、図５の信号伝送システム１０００を用いて、ビットレート３ＧｂｐｓのＮＲＺ信号であるデジタル信号ＤＳ１と基本周波数６ＧＨｚのアナログ信号ＡＳ１を重畳した重畳信号をＡＧＣ付き増幅器３２１に入力した結果が図６のグラフである。デジタル信号ＤＳ１を１２５ｍＶから３００ｍＶまで入力する事でデジタル信号ＤＳ１の出力電圧はＡＧＣ機能により３２０ｍＶの一定の出力となったが、アナログ信号ＡＳ１は図６のように各入力電力に対して利得が一定となる出力が得られた。
【００７１】
なお、図６において、アナログ信号ＡＳ１の入力電力が０ｄＢｍである場合のアナログ信号ＡＳ１の電力は１ｍＷであり、アナログ信号ＡＳ１の入力電力が−３０ｄＢｍである場合のアナログ信号ＡＳ１の電力は０．００１ｍＷである。したがって、アナログ信号ＡＳ１の入力電力範囲が１ｍＷから０．００１ｍＷの範囲でＡＧＣ付き増幅器３２１においてアナログ信号ＡＳ１の影響がほぼ除かれた線形増幅が可能となる。
【００７２】
図６および図７においては、アナログ信号ＡＳ１のＡＧＣ付き増幅器３２１の出力電力と、デジタル信号ＤＳ１のＡＧＣ付き増幅器３２１の出力電圧は、出力電力と出力電圧の測定装置が異なり、測定装置の入力インピーダンス等の回路定数が異なるので単純に変換して比較することはできない。
【００７３】
図７は、図６のグラフに、デジタル信号ＤＳ１を重畳させずに、アナログ信号ＡＳ１だけをＡＧＣ付き増幅器３２１に入力し、アナログ信号ＡＳ１が増幅された測定点を記号◇で加えたグラフである。アナログ信号ＡＳ１だけをＡＧＣ付き増幅器３２１に入力すると、アナログ信号ＡＳ１の入力電力が微弱であるために、ＡＧＣ付き増幅器３２１の最大利得でアナログ信号ＡＳ１を増幅する。アナログ信号ＡＳ１が増幅された測定点の記号◇は図１のＡ領域に相当する。なお、測定に使用した図５の信号伝送システム１０００の回路定数が図６と図７の測定で異なるために、出力電力の値が図６と図７では異なる。
【００７４】
図７からも、デジタル信号ＤＳ１を１２５ｍＶから３００ｍＶまで入力する事でデジタル信号ＤＳ１の出力電圧はＡＧＣ機能により３２０ｍＶの一定の出力となったが、アナログ信号ＡＳ１は各入力電力に対して利得が一定となる出力が得られた。
【００７５】
以上、説明したように、本実施形態によれば、デジタル通信とアナログ通信を両立でき、通信容量の増大が可能となる。また、今まで利用が難しかった安価なデジタル通信向けＴＩＡや光トランシーバをアナログ通信にも利用可能となる。さらに、ＡＧＣ付き増幅器においてアナログ信号に対する利得を一定にすることができ、抵抗などの外付け部品が不要となる。さらに、デジタル信号の振幅を変えることでＡＧＣ付き増幅器の利得を容易に選択できアナログ通信の自由度が向上し、通信環境の変化に対する適応性が高くなる。さらに、市販されている安価なＡＧＣ付き増幅器を利用可能となる。
【００７６】
（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、光ファイバで伝送される光信号の波長は特定の波長に限定されるものではない。
【００７７】
また、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で伝送してもよい。
【００７８】
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】
【００７９】
本発明は、パルス信号等のデジタル信号と振幅に情報を有するアナログ信号を重畳し、重畳信号を一本の伝送路で伝送し、伝送後の重畳信号を増幅器において任意の増幅度で増幅して、デジタル通信とアナログ通信を両立させるための増幅器ユニット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】
【００８０】
１００・・・送信装置
１２０・・・デジタル信号生成部
１２１・・・ローパスフィルタ部
１３０・・・アナログ信号生成部
１４０・・・重畳部
１５０・・・送信部
２００・・・伝送路
３００・・・受信装置
３２０・・・ＡＧＣ付き増幅器３２０
３２１・・・増幅部
３２２・・・検知部
３２３・・・増幅度決定部
３３０・・・デジタル信号復調部
３３１・・・ローパスフィルタ部
３４０・・・アナログ信号復調部
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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