(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号に変換して送信する装置であって、
それぞれがＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を発生する複数の要素信号発生手段と、
各前記要素信号同士を掛け合わせて、累積信号を出力する乗算手段と、
前記累積信号を光強度変調信号に変換する光変調手段とを備え、
前記ＲＦ信号のそれぞれの占有周波数は、互いに重ならずかつ各ＲＦ信号同士の掛け合わせで生じる高調波の周波数に重ならないように配置されており、
各前記要素信号に含まれるＲＦ信号の最大振幅値は、前記直流信号の大きさ以下に設定されていることを特徴とする、光送信装置。
【請求項２】
各前記要素信号に含まれるＲＦ信号は、搬送波周波数が互いに異なる変調信号で構成され、
各前記変調信号の振幅値の２乗和に対する平方根の値が、前記直流信号の大きさ以下に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
複数の光送信装置から出力された複数の光変調信号を多重して共通の光伝送路を介して伝送する光伝送システムであって、
各前記光送信装置は、
それぞれがＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を発生する複数の要素信号発生手段と、
各前記要素信号同士を掛け合わせて、累積信号を出力する乗算手段と、
前記累積信号を光強度変調信号に変換する光変調手段とを備え、
前記ＲＦ信号のそれぞれの占有周波数は、互いに重ならずかつ各ＲＦ信号同士の掛け合わせで生じる高調波の周波数に重ならないように配置されており、
各前記要素信号に含まれるＲＦ信号の最大振幅値は、前記直流信号の大きさ以下に設定されていることを特徴とする、光伝送システム。
【請求項４】
各前記光送信装置における要素信号発生手段は、
低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生手段と、
高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生手段とを含み、
各前記光送信装置における前記第１のＲＦ信号の周波数は、全ての光送信装置間で等しく、かつ全ての光送信装置で扱う前記第２のＲＦ信号の周波数帯域幅の最大値よりも大きく設定されており、
各前記光送信装置における前記第２のＲＦ信号の中心周波数の間隔は、前記第１のＲＦ信号の周波数の２倍以上の間隔に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の光伝送システム。
【請求項５】
各前記光送信装置における要素信号発生手段は、
低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生手段と、
高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生手段とを含み、
各前記光送信装置における前記第１のＲＦ信号の周波数は、全ての光送信装置間で等しく、かつ全ての光送信装置で扱う前記第２のＲＦ信号の最大周波数と最小周波数との差よりも大きい値に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の光伝送システム。
【請求項６】
各前記光送信装置における要素信号発生手段は、
低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生手段と、
高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生手段とを含み、
各前記光送信装置における前記第２のＲＦ信号の周波数は、各光送信装置間で等しくなるように設定されており、
各前記光送信装置における前記第１のＲＦ信号の占有周波数は、各光送信装置間で互いに異なるように設定されており、
各前記光送信装置における前記第２のＲＦ信号の中心周波数は、全ての光送信装置で扱う前記第１のＲＦ信号の最大周波数の２倍以上に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムに関し、より特定的には、複数の光送信装置から出力された複数の光変調信号を多重して共通の光伝送路を介して伝送する光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電気信号を一括して光伝送する方式として、副搬送波周波数分割多重（ＳＣＭ：Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式が知られている。このＳＣＭ伝送方式は、同時に複数の電気信号を伝送することができるので、ＣＡＴＶ、映像監視システム、移動体通信用無線基地局間伝送等、様々な分野で用いられている。
【０００３】
（第１のＳＣＭ伝送方式）
従来から提案されている第１のＳＣＭ伝送方式は、伝送すべき電気信号で、周波数がそれぞれ異なる副搬送波信号を振幅変調（ＡＭ），周波数変調（ＦＭ）または位相変調（ＰＭ）し、これらの変調された電気信号を多重し、多重した電気信号を光強度変調信号に変換して光ファイバ等の光伝送路へ送出する方式である。
【０００４】
図９は、上記第１のＳＣＭ伝送方式を用いた光伝送システムの構成を示すブロック図である。図９において、この光伝送システムは、それぞれが異なる周波数ｆ1 〜ｆN の副搬送波信号を入力信号で振幅変調する変調器１０1 〜１０N と、合成器２０と、半導体レーザ３０と、光ファイバ４０とを備えている。
【０００５】
図９に示す光伝送システムの動作を以下に簡単に説明する。変調器１０1 〜１０N には、映像信号，音声信号あるいはデータ信号等の電気信号が入力される。各変調器１０1 〜１０N は、入力された電気信号で副搬送波信号を振幅変調する。なお、この例では、変調方式として振幅変調を採用しているが、周波数変調や位相変調を採用しても良い。
【０００６】
ここで、変調器１０1 〜１０N の出力信号の電流波形ｉ1 〜ｉN は、それぞれ、次式（１1 ）〜（１N ）で与えられる。
0003759287.tif 000002
【０００７】
なお、上式（１1 ），（１2 ），…，（１N ）において、Ｉ01（ｔ），Ｉ02（ｔ），…，Ｉ0N（ｔ）は電流振幅を示し、φ1 ，φ2 ，…，φN は位相を示す。変調器１０1 〜１０N の出力信号は、合成器２０で多重される。多重された信号電流ｉS は、次式（２）で与えられる。
ｉs （ｔ）＝ｉ1 （ｔ）＋ｉ2 （ｔ）＋…＋ｉN （ｔ）  …（２）
【０００８】
上記信号電流ｉS は、半導体レーザ３０に入力される。これによって、半導体レーザ３０から出力される光信号が直接光強度変調される。半導体レーザ３０のしきい値電流およびバイアス電流をそれぞれＩthおよびＩb とし、単位電流当たりの光パワーの変換効率をξ［Ｗ／Ａ］とすると、半導体レーザ３０から出力される光信号ＰS （ｔ）は、次式（３）で与えられる。
0003759287.tif 000003
【０００９】
ただし、上式（３）において、ｍ01（ｔ），ｍ02（ｔ），…，ｍ0N（ｔ）は、それぞれ、次式（４1 ），（４2 ），…，（４N ）で、Ｐ0 は次式（５）で表されるものとする。
0003759287.tif 000004
【００１０】
上式（４1 ）〜（４N ）のｍ01〜ｍ0Nは、それぞれ光変調度と呼ばれる。式（３）で与えられる光信号ＰS （ｔ）は、光ファイバ４０に送出される。図示しない光受信装置は、光ファイバ４０によって伝送されてきた光信号を電気信号に変換し、周波数がｆ1 〜ｆN のうちの一つの周波数の信号を、バンドパスフィルタで抽出し復調する。このようにＳＣＭ方式は、一本の光ファイバで同時に複数の電気信号を伝送することができる。
【００１１】
（第２のＳＣＭ伝送方式）
従来から提案されている第２のＳＣＭ伝送方式として、特開平１−２７３４４４号公報に開示された“多チャンネル信号光伝送装置”がある。この第２のＳＣＭ伝送方式では、複数の光送信装置が、それぞれ伝送すべき情報を含む電気信号で副搬送波を変調し、変調された副搬送波信号を光信号に変換する。そして、各光送信装置からの光信号を光結合器を用いて１本の光ファイバに集めて、光受信装置に同時に伝送する。この第２のＳＣＭ伝送方式は、道路監視や移動体通信用無線基地局間伝送等に適している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
（第１のＳＣＭ伝送方式における課題）
前述した第１のＳＣＭ伝送方式では、半導体レーザ３０に入力される多重信号ｉS の信号数Ｎを増やそうとした場合に、次のような問題が生じる。すなわち、前述の式（２）に示すように、信号数Ｎを増やしていくと、信号電流ｉS の振幅値は、次第に増加する。この振幅値が(Ｉb −Ｉth)以上になると、半導体レーザ３０では、ｉS の時間波形のうち、Ｉth以下の部分が非発光状態になる。この現象は、一般にクリッピングと呼ばれる。クリッピングが起こると、相互変調歪が急激に増加することが知られている（参考文献１：田辺他、“８０チャネルＡＭ−ＦＤＭ  ＴＶ信号光伝送装置”、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．６、Ｄｅｃ．１９９０参照）。
【００１３】
クリッピングの現象を簡単なモデルを用いてもう少し詳しく説明する。
図９において、副搬送波信号のみを光伝送する場合について考える。変調器１０1〜１０Nにおいて、入力信号がない無変調状態で副搬送波信号のみが出力された場合の光変調度を、それぞれｍ1，ｍ2，…，ｍNとする。このとき、半導体レーザ３０から出力される光信号ＰS（ｔ）は、次式（６）で与えられる。
ＰS（ｔ）＝ＰO・｛１＋ｍ1（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ1ｔ＋φ1）
＋ｍ2（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ2ｔ＋φ2）
＋…
＋ｍN（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆNｔ＋φN）｝
…（６）
【００１４】
図１０に半導体レーザ３０の入力電流対光パワーの関係を示す。バイアス電流Ｉb 、信号電流ｉS を半導体レーザ３０に入力すると、半導体レーザ３０からは、光信号ＰS が出力される。式（６）における交流成分
｛ｍ1（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ1 ｔ＋φ1 ）
＋ｍ2（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ2 ｔ＋φ2 ）
＋…
＋ｍN（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆN ｔ＋φN ）｝
の最大振幅値が１を越え、
｛１＋ｍ1（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ1 ｔ＋φ1 ）
＋ｍ2（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ2 ｔ＋φ2 ）
＋…
＋ｍN（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆN ｔ＋φN ）｝
の値が負になると、半導体レーザ３０は非発光状態になる。すなわち、クリッピングが起こり、ＰS の波形はカットされる。φ1 ＝φ2 ＝φ3 ＝…＝φN ＝０の場合、クリッピングを起こさないようにするためには、ｍ1 ＋ｍ2 ＋…＋ｍN が１以下でなければならない。多重後の信号電流ｉS では、副搬送波信号間に時間的相関が無いことから、総合的な光変調度ｍa は、交流成分の実効値によって定義される。すなわち、次式（７）で表される。
ｍa ＝√（ｍ12＋ｍ22＋…＋ｍN2）  …（７）
【００１５】
上式（７）で示されるｍa は、総合実効変調度とも呼ばれる。前述の参考文献１によれば、総合実効変調度ｍa が０．４５以上になると、クリッピングの影響で、相互変調歪は急激に増加する。
【００１６】
クリッピングを起こさないで信号数Ｎを増やすためには、バイアス電流Ｉb を大きくする、光変調度を小さくする、などの方策がある。しかし、半導体レーザ３０における出力光の相対強度雑音（ＲＩＮ）特性や相互変調歪特性は、バイアス電流Ｉb に依存し、ＲＩＮや相互変調歪が最小となるバイアス電流Ｉb が存在する。そのため、バイアス電流Ｉb は、ある固定値に設定される。また、光変調度を小さくすると、受信後の信号のＳＮ比が悪くなるので、あまり小さくすることはできない。以上のことから、クリッピングを発生させない範囲で伝送できる信号数Ｎには限りがあった。
【００１７】
（第２のＳＣＭ伝送方式における問題点）
第２のＳＣＭ伝送方式では、各光送信装置に、発光素子として半導体レーザが用いられる。これらの半導体レーザの発光波長が同一波長帯の場合、各光送信装置から出力された光信号を光結合器で多重する際に、複数の光信号が相互に干渉し、いわゆるビート雑音が発生する。
【００１８】
また、発光素子は、入力される電気信号で光強度変調信号を生成する。しかしながら、光強度変調信号では、電気信号の電流値の変化で光の周波数変調が同時にかかる。この現象は、一般的にチャーピングと呼ばれている。例えば、発光素子に周波数ｆの副搬送波のみを入力すると、その光強度変調信号の光波長のスペクトルは、搬送波である光信号の光周波数からｆの整数倍の位置に分布する。これらのスペクトルが相互に干渉し合うことによってもビート雑音は生じる。
【００１９】
上記のようなビート雑音の周波数が副搬送波の周波数の近傍に分布すると、受信信号のＳＮ比が悪くなり、高品質な情報の伝送を妨げるという問題点があった。この問題点に関しては、特開平６−１７７８４０号公報、特開平６−２５２８５０号公報などで解決策が提案されている。
【００２０】
特開平６−１７７８４０号公報に開示されている“光通信方式”では、送信端の光源素子から出力される光信号のキャリヤ波長を、周期的にかつ各送信端において独立的に変動させることによって、ビート雑音がサブキャリヤの周波数近傍に分布することを低減させている。なお、光信号の中心光周波数を変動させる方法としては、発光素子である半導体レーザの温度あるいはバイアス電流を変動させる構成を採っている。バイアス電流を変動させる方法としては、具体的には、伝送すべき信号に変調信号を重畳して、半導体レーザに入力している。
【００２１】
ビート雑音の大きさは、互いに干渉する２つの光信号の電界強度と、２つの光信号が有するそれぞれの偏波面がなす角度とに依存する。特開平６−２５２８５０号公報に開示されている“多局型光伝送方法”では、発光端局から発せられる光信号の偏波面を時間的に変動させることによって、ビート雑音の影響を分散させている。
【００２２】
上記のように、特開平６−１７７８４０号公報または特開平６−１０４８４３号公報の方式によると、伝送すべき信号に変調信号またはチャープ信号を重畳するようにしているため、半導体レーザに入力される電気信号の振幅値が大きくなり、そのままでは半導体レーザでの総合実効変調度が大きくなる。当該総合実効変調度を一定に保ちクリッピングを起こさないようにするためには、伝送すべき信号の光変調度を下げなければならない。しかし、光変調度を小さくすると、受信後の信号のＳＮ比が悪くなるという別の問題が生じる。
【００２３】
それ故に、本発明の目的は、クリッピングを起こさずに副搬送波信号の信号数を増やす、あるいは各副搬送波信号の光変調度を上げることが可能な光送信装置およびそれを用いた光伝送システムを提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、電気信号を光信号に変換して送信する装置であって、
それぞれがＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を発生する複数の要素信号発生部と、
各要素信号同士を掛け合わせて、累積信号を出力する乗算部と、
累積信号を光強度変調信号に変換する光変調部とを備え、
ＲＦ信号のそれぞれの占有周波数は、互いに重ならずかつ各ＲＦ信号同士の掛け合わせで生じる高調波の周波数に重ならないように配置されており、
各要素信号に含まれるＲＦ信号の最大振幅値は、直流信号の大きさ以下に設定されていることを特徴とする。
【００２５】
上記第１の発明によれば、ＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を複数個掛け合わせて累積信号を生成し、この累積信号を光強度変調信号に変換しているので、光変調度を変えずかつクリッピングを起こさずに、ＲＦ信号の信号数を増やすことができる。
【００２６】
上記第１の発明において、好ましい実施形態では、各要素信号に含まれるＲＦ信号は、搬送波周波数が互いに異なる変調信号で構成され、各変調信号の振幅値の２乗和に対する平方根の値が、直流信号の大きさ以下に設定されている。このように、複数の変調信号に対して一つの要素信号を生成すれば、個々の変調信号に対して要素信号を生成する場合に比べて、累積信号の帯域を狭くすることができる。
【００２７】
第２の発明は、複数の光送信装置から出力された複数の光変調信号を多重して共通の光伝送路を介して伝送する光伝送システムであって、
各光送信装置は、
それぞれがＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を発生する複数の要素信号発生部と、
各要素信号同士を掛け合わせて、累積信号を出力する乗算部と、
累積信号を光強度変調信号に変換する光変調部とを備え、
ＲＦ信号のそれぞれの占有周波数は、互いに重ならずかつ各ＲＦ信号同士の掛け合わせで生じる高調波の周波数に重ならないように配置されており、
各要素信号に含まれるＲＦ信号の最大振幅値は、直流信号の大きさ以下に設定されていることを特徴とする。
【００２８】
上記第２の発明によれば、ＲＦ信号に直流信号を加算した要素信号を複数個掛け合わせて累積信号を生成し、この累積信号を光強度変調信号に変換しているので、光変調度を変えずかつクリッピングを起こさずにＲＦ信号の信号数を増やすことができる。また、光強度変調信号のスペクトルが拡散するので、ビート雑音の影響を低減することができる。
【００２９】
上記第２の発明において、好ましい実施形態では、各光送信装置における要素信号発生部は、低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生部と、高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生部とを含み、各光送信装置における第１のＲＦ信号の周波数は、全ての光送信装置間で等しく、かつ全ての光送信装置で扱う第２のＲＦ信号の周波数帯域幅の最大値よりも大きく設定されており、各光送信装置における第２のＲＦ信号の中心周波数の間隔は、第１のＲＦ信号の周波数の２倍以上の間隔に設定されている。
【００３０】
上記第２の発明において、他の好ましい実施形態では、各光送信装置における要素信号発生部は、低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生部と、高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生部とを含み、各光送信装置における第１のＲＦ信号の周波数は、全ての光送信装置間で等しく、かつ全ての光送信装置で扱う第２のＲＦ信号の最大周波数と最小周波数との差よりも大きい値に設定されている。
【００３１】
上記第２の発明において、さらに他の好ましい実施形態では、各光送信装置における要素信号発生部は、低周波側に配置された第１のＲＦ信号に直流信号を加算した第１の要素信号を発生する第１の要素信号発生部と、高周波側に配置された第２のＲＦ信号に直流信号を加算した第２の要素信号を発生する第２の要素信号発生部とを含み、各光送信装置における第２のＲＦ信号の周波数は、各光送信装置間で等しくなるように設定されており、各光送信装置における第１のＲＦ信号の占有周波数は、各光送信装置間で互いに異なるように設定されており、各光送信装置における第２のＲＦ信号の中心周波数は、全ての光送信装置で扱う第１のＲＦ信号の最大周波数の２倍以上に設定されている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。図１において、この光送信装置は、乗算器１１２〜１１Ｎと、半導体レーザ１２０とを備えている。なお、図１において、ｅ1 〜ｅN はＲＦ信号を示し、Ｖ1 〜ＶN は直流信号を示す。また、ｇ1 〜ｇN は、それぞれ、ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN と直流信号Ｖ1 〜ＶN とを加算した信号を示し、ここでは要素信号と呼ぶことにする。また、ｈ2 〜ｈN は、それぞれ、乗算器１１２〜１１Ｎの出力信号を示し、ここでは累積信号と呼ぶことにする。
【００３３】
この例では、ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN は、周波数がそれぞれｆ1 〜ｆN の正弦波とし、次式（８1 ）〜（８N ）で与えられるものとする。
0003759287.tif 000005
【００３４】
ここで、上式（８1 ）〜（８N ）において、φ1 〜φN は、各ＲＦ信号の位相を示す。要素信号ｇ1 〜ｇN は、次式（９1 ）〜（９N ）で与えられる。
0003759287.tif 000006
【００３５】
ただし、上式（９1 ）〜（９N ）において、ｍX1〜ｍXNは、次式（１０1 ）〜（１０N ）で与えられる。
0003759287.tif 000007
【００３６】
乗算器１１２には、要素信号ｇ1 とｇ2 が入力される。乗算器１１２の出力である累積信号ｈ2 は、次式（１１）で与えられる。
0003759287.tif 000008
【００３７】
乗算器１１２は、具体的にはミキサなどによって実現することができる。要素信号ｇ1 およびｇ2 の時間波形の一例を、それぞれ、図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示す。なお、
Ｖ1 ＝Ｖ2 ＝１
ｍX1＝ｍX2＝１
ｆ1 ＝１００［ＭＨｚ］
ｆ2 ＝２８０［ＭＨｚ］
φ1 ＝φ2 ＝０
とした。図２（ｃ）は、累積信号ｈ2 の時間波形である。累積信号ｈ2 の最小値、最大値および平均値は、それぞれ、０、４および１である。
【００３８】
乗算器１１３には、累積信号ｈ2 および要素信号ｇ3 が入力される。乗算器１１３の出力である累積信号ｈ3 は、次式（１２）で与えられる。
0003759287.tif 000009
【００３９】
要素信号ｇ3の時間波形の一例を図２（ｄ）に示す。なお、
Ｖ3 ＝１
ｍX3＝１
ｆ3 ＝７６０［ＭＨｚ］
φ3 ＝０
とした。累積信号ｈ3 の時間波形は、図２（ｅ）に示すようになる。累積信号ｈ3 の最小値、最大値および平均値は、それぞれ、０、８および１である。
【００４０】
要素信号を順次掛け合わせていく操作を行うことにより、最終的に乗算器１１Ｎの出力である累積信号ｈN は、次式（１３）のようになる。
0003759287.tif 000010
【００４１】
なお、上式（１３）において、
ｍX1＝ｍX2＝ｍX3＝…＝ｍXN＝１
φ1＝φ2＝φ3＝…＝φN＝０
Ｖ1＝Ｖ2＝Ｖ3＝…＝ＶN＝１
のとき、累積信号ｈN の最小値、最大値および平均値は、それぞれ、０、２N および１となる。
【００４２】
このように、要素信号の数Ｎが増えても、累積信号ｈN の最小値および平均値は、それぞれ０および１で変わらない。すなわち、ｈN の最大値だけが増加していく。
【００４３】
累積信号ｈN は、電流信号に変換され、バイアス電流が加算された後、半導体レーザ１２０に入力される。半導体レーザ１２０は、入力された電流信号に応じて強度変調された光信号を出力する。半導体レーザ１２０のバイアス電流およびしきい値電流を、それぞれＩb およびＩthとし、式（１３）におけるＶ1 ・Ｖ2 ・Ｖ3 …・ＶN が（Ｉb −Ｉth）になるように設定する。このとき、半導体レーザ１２０から出力される光信号ＰS （ｔ）は、次式（１４）で与えられる。
0003759287.tif 000011
【００４４】
上式（１４）において、Ｐ0 は、光信号の時間平均光パワーであり、前述の式（５）で与えられる。式（１４）のｍX1〜ｍXNを、以下、ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN における光変調度と呼ぶことにする。
【００４５】
φ1 ＝φ2 ＝φ3 ＝…＝φN ＝０のとき、ＰS （ｔ）の最小値Ｐmin および最大値Ｐmax は、それぞれ、次式（１５）および（１６）で与えられる。
0003759287.tif 000012
【００４６】
光変調度ｍX1〜ｍXNがすべて１以下であれば、半導体レーザ１２０では、クリッピングを起こさない。光信号の平均パワーが従来技術の場合と本実施形態の場合で等しいとすると、従来技術ではクリッピングを起こさないようにするために光変調度ｍ1 〜ｍN の加算値が１以下でなければならないが、本実施形態では各光変調度が１以下であればよい。すなわち、
ｍ1 ＝ｍ2 ＝…＝ｍN
ｍX1＝ｍX2＝…＝ｍXN
とすると、ｍk （ｋ＝１，２，…，Ｎ）およびｍXk（ｋ＝１，２，…，Ｎ）の値は、それぞれ、次式（１７）および（１８）で与えられる。
ｍk ≦１／Ｎ  …（１７）
ｍXk≦１      …（１８）
【００４７】
以上のように、本実施形態では、クリッピングを起こさずに、副搬送波信号の信号数を増やす、あるいは各副搬送波信号の光変調度を上げることが可能である。
【００４８】
次に、ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN の周波数配置について説明する。
ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN の占有周波数は、互いに重ならない配置に設定する。また、ＲＦ信号同士の掛け合わせであるｅ1 ・ｅ2 、…、ｅ1 ・ｅ2 …ｅN 等の周波数に重ならない配置に設定する。そのように設定するには、ＲＦ信号ｅ1 〜ｅN の周波数帯域をいずれもＢ［Ｈｚ］とすると、それぞれの中心周波数ｆ1 〜ｆN は、次式（１９）〜（２１）の条件を満たせばよい。ただし、
ｆ1 ＜ｆ2 ＜…＜ｆN
ｋ＝３，４，…，Ｎ
とする。
ｆ1 ＞（３／２）・Ｂ              …（１９）
ｆ2 ＞２・ｆ1 ＋（３／２）・Ｂ    …（２０）
ｆk ≧３・ｆk-1 −ｆk-2 ＋Ｂ／２  …（２１）
【００４９】
図３は、Ｂ＝４０［ＭＨｚ］、ｆ1 ＝１００［ＭＨｚ］、ｆ2 ＝２８０［ＭＨｚ］、ｆ3 ＝７６０［ＭＨｚ］としたときのｈ3 （ｔ）の計算結果である。ｆ1 〜ｆ3 の値は、式（１９）〜（２１）を用いて算出している。なお、ＲＦ信号ｅ1 、ｅ2 、ｅ3 の各帯域内には、１０［ＭＨｚ］間隔で５ｃｈの正弦波が存在しているものとした。図３に示すようにｅ1 、ｅ2 、ｅ3 の各信号帯域内には、ｅ1 ・ｅ2 、ｅ2 ・ｅ3 、ｅ3 ・ｅ1 、ｅ1 ・ｅ2 ・ｅ3 の成分は重なっていないことがわかる。
【００５０】
半導体レーザ１２０から出力された光信号ＰS （ｔ）は、光ファイバ等の光伝送路を介して、光受信装置（図示せず）に伝送される。光受信装置では、光信号を電流信号に変換する。光伝送路中の光の損失をα［ｄＢ］、光受信装置における光電変換効率をη［Ａ／Ｗ］、ＰS （ｔ）が式（１４）で与えられるとすると、変換後の電流信号ｉR （ｔ）は次式（２２）で与えられる。
0003759287.tif 000013
【００５１】
上式（２２）に示すように、周波数がｆ1 〜ｆN のうちのいずれかの周波数の近傍の信号をバンドパスフィルタで抽出することにより、所望の信号を得ることができる。すなわち、従来技術で述べた光伝送システムに用いる光受信装置を本実施形態にそのまま適用することができる。
【００５２】
なお、図１ではＲＦ信号ｅ1 〜ｅN は、周波数がそれぞれｆ1 〜ｆN の正弦波としたが、それぞれのＲＦ信号は、搬送波周波数が互いに異なる複数の変調信号から構成されていてもよい。ただし、各変調信号の振幅値の２乗和に対する平方根の値が直流信号の大きさ以下であるとする。この構成の利点は、複数の変調信号に対して一つの要素信号を生成しているので、個々の変調信号に対して要素信号を生成する場合に比べて、累積信号の帯域を狭くすることができることである。
【００５３】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。図４において、本実施形態の光伝送システムは、光送信装置４１１〜４１３と、光伝送路４２０と、光受信装置４３０とを備えている。各光送信装置４１１〜４１３は、それぞれ伝送すべき光信号を出力する。これら光信号は、光結合器等（図示せず）によって多重化された後、光伝送路４２０を介して光受信装置４３０へと伝送される。光受信装置４３０は、伝送されてきた多重化信号を受信して復調する。
【００５４】
光送信装置４１１〜４１３の回路構成は、それぞれ前述した第１の実施形態の光送信装置（図１参照）と同様である。ただし、本実施形態において、光送信装置４１１〜４１３内で用いるＲＦ信号の数は、それぞれ２つであるとする。なお、光送信装置４１１における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ11，ｆ12（ただし、ｆ11＜ｆ12）とし、光送信装置４１２における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ21，ｆ22（ただし、ｆ21＜ｆ22）とし、光送信装置４１３における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ31，ｆ32（ただし、ｆ31＜ｆ32）とする。また、光送信装置４１１、４１２、４１３は、送りたい情報をそれぞれのＲＦ信号ｅ2 に含めているものとする。
【００５５】
図５は、光送信装置４１１、４１２、４１３から出力される光信号のそれぞれの強度変調成分の周波数配置を示している。図５を参照して、光送信装置４１１から出力される光信号における強度変調成分の周波数は、ｆ11、ｆ12、ｆ12−ｆ11、ｆ12＋ｆ11である。また、光送信装置４１２から出力される光信号における強度変調成分の周波数は、ｆ21、ｆ22、ｆ22−ｆ21、ｆ22＋ｆ21である。また、光送信装置４１３から出力される光信号における強度変調成分の周波数は、ｆ31、ｆ32、ｆ32−ｆ31、ｆ32＋ｆ31である。
【００５６】
これらの周波数のうち、ｆ11、ｆ21およびｆ31は、互いに異なるものとする。また、ｆ11、ｆ21およびｆ31は、ｆ12、ｆ12−ｆ11、ｆ12＋ｆ11、ｆ22、ｆ22−ｆ21、ｆ22＋ｆ21、ｆ32、ｆ32−ｆ31、ｆ32＋ｆ31に重ならないものとする。また、ｆ12、ｆ22、ｆ32は、同じ周波数であってもよい。また、ｆ12−ｆ11およびｆ12＋ｆ11は、ｆ11、ｆ21、ｆ31およびｆ12以外の周波数に重なってもよい。また、ｆ22−ｆ21およびｆ22＋ｆ21は、ｆ11、ｆ21、ｆ31およびｆ22以外の周波数に重なってもよい。また、ｆ32−ｆ31とｆ32＋ｆ31は、ｆ11、ｆ21、ｆ31およびｆ32以外の周波数に重なってもよい。
【００５７】
光送信装置４１１、４１２、４１３から出力された各光信号は、光伝送路４２０を通り光受信装置４３０へ入る。光受信装置４３０では、光信号を電流信号に変換する。そして、周波数がｆ11、ｆ21、ｆ31のうちのいずれかの周波数のＲＦ信号ｅ2 をバンドパスフィルタで抽出して所望の信号を得る。
【００５８】
光送信装置４１１では、周波数がｆ11のＲＦ信号以外に周波数がｆ12、ｆ12−ｆ11、ｆ12＋ｆ11等の信号を半導体レーザに入力している。これによって、半導体レーザから出力される光信号のスペクトル分布は拡散する。光送信装置４１２や４１３についても同様である。本実施形態によれば、伝送すべき信号の光変調度を下げる必要がなく、従って、受信後の信号のＳＮ比が悪くなることはない。
【００５９】
なお、本実施形態では、光送信装置の数を３としたが、それ以上であってもよい。また、各光送信装置におけるＲＦ信号の数をそれぞれ２つとしたが、それ以上であってもよい。
【００６０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る光伝送システムの構成は、上述した第２の実施形態（図４参照）と同様である。また、光送信装置４１１〜４１３の回路構成は、前述した第１の実施形態の光送信装置（図１参照）と同様である。ただし、本実施形態において、光送信装置４１１〜４１３内で用いるＲＦ信号の数は、それぞれ２つであるとする。なお、光送信装置４１１における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ12（ただし、ｆ0 ＜ｆ12）とし、光送信装置４１２における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ22（ただし、ｆ0 ＜ｆ22）とし、光送信装置４１３における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ32（ただし、ｆ0 ＜ｆ32）とする。また、各ＲＦ信号ｅ2 は、光送信装置４１１、４１２、４１３がそれぞれ送りたい情報を含んでいるものとする。また、各ＲＦ信号ｅ2 の帯域を、それぞれＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 とし、占有周波数は互いに重ならないものとする。
【００６１】
図６は、光送信装置４１１、４１２、４１３から出力される光信号のそれぞれの周波数配置を示している。周波数ｆ0 、ｆ12、ｆ22、ｆ32は、次の条件式（２３）、（２４）、（２５）を満たすものとする。ただし、ｆ12＜ｆ22＜ｆ32とする。また、ｋ＝１，２，３とする。
ｆ0 ＞Ｂk                 …（２３）
｜ｆ22−ｆ12｜≧２・ｆ0   …（２４）
｜ｆ32−ｆ22｜≧２・ｆ0   …（２５）
【００６２】
光送信装置４１１、４１２、４１３から出力された各光信号は、光伝送路４２０を通り光受信装置４３０へ入る。光受信装置４３０では、光信号を電流信号に変換する。そして、周波数がｆ12、ｆ22、ｆ32のうちのいずれかの周波数のＲＦ信号ｅ2 をバンドパスフィルタで抽出して所望の信号を得る。なお、本実施形態で得られる効果は、前述した第２の実施形態と同様である。
【００６３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る光伝送システムの構成は、前述した第２の実施形態（図４参照）と同様である。また、光送信装置４１１〜４１３の回路構成は、前述した第１の実施形態の光送信装置（図１参照）と同様である。ただし、本実施形態において、光送信装置４１１〜４１３内で用いるＲＦ信号の数は、それぞれ２つであるとする。なお、光送信装置４１１における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ12（ただし、ｆ0 ＜ｆ12）とし、光送信装置４１２における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ22（ただし、ｆ0 ＜ｆ22）とし、光送信装置４１３における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ0 ，ｆ32（ただし、ｆ0 ＜ｆ32）とする。また、各ＲＦ信号ｅ2 には、光送信装置４１１、４１２、４１３がそれぞれ送りたい情報を含んでいるものとする。また、光送信装置４１１のＲＦ信号ｅ2 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ1aおよびｆ1bとし、光送信装置４１２のＲＦ信号ｅ2 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ2aおよびｆ2bとし、光送信装置４１３のＲＦ信号ｅ2 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ3aおよびｆ3bとする。
【００６４】
図７は、光送信装置４１１、４１２、４１３から出力される光信号のそれぞれの周波数配置を示している。周波数ｆ0 は、次の条件式（２６）を満たすものとする。ただし、ｆ1a＜ｆ1b＜ｆ2a＜ｆ2b＜ｆ3a＜ｆ3bとする。
ｆ0 ＞｜ｆ3b−ｆ1a｜  …（２６）
【００６５】
光送信装置４１１、４１２、４１３から出力された各光信号は、光伝送路４２０を通り光受信装置４３０へ入る。光受信装置４３０では、光信号を電流信号に変換する。そして、周波数がｆ12、ｆ22、ｆ32のうちのいずれかの周波数のＲＦ信号ｅ2 をバンドパスフィルタで抽出して所望の信号を得る。なお、本実施形態において得られる効果は、前述した第２の実施形態と同様である。
【００６６】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る光伝送システムの構成は、前述した第２の実施形態（図４参照）と同様である。また、光送信装置４１１〜４１３の回路構成は、前述した第１の実施形態の光送信装置（図１参照）と同様である。ただし、本実施形態において、光送信装置４１１〜４１３内で用いるＲＦ信号の数は、それぞれ２つであるとする。なお、光送信装置４１１における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ11 ，ｆ0（ただし、ｆ11 ＜ｆ0）とし、光送信装置４１２における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ21 ，ｆ0（ただし、ｆ21 ＜ｆ0）とし、光送信装置４１３における２つのＲＦ信号ｅ1 ，ｅ2 のそれぞれの中心周波数をｆ31 ，ｆ0（ただし、ｆ31＜ｆ0 ）とする。また、各ＲＦ信号ｅ1 には、光送信装置４１１、４１２、４１３がそれぞれ送りたい情報を含んでいるものとする。また、光送信装置４１１のＲＦ信号ｅ1 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ1aおよびｆ1bとし、光送信装置４１２のＲＦ信号ｅ1 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ2aおよびｆ2bとし、光送信装置４１３のＲＦ信号ｅ1 の最小周波数および最大周波数をそれぞれｆ3aおよびｆ3bとする。
【００６７】
図８は、光送信装置４１１、４１２、４１３から出力される光信号のそれぞれの周波数配置を示している。周波数ｆ0 は、次の条件式（２７）を満たすものとする。ただし、ｆ1a＜ｆ1b＜ｆ2a＜ｆ2b＜ｆ3a＜ｆ3bとする。
ｆ0 ＞２・ｆ3b  …（２７）
【００６８】
光送信装置４１１、４１２、４１３から出力された各光信号は、光伝送路４２０を通り光受信装置４３０へ入る。光受信装置４３０では、光信号を電流信号に変換する。そして、周波数がｆ11、ｆ21、ｆ31のうちのいずれかの周波数のＲＦ信号ｅ1 をバンドパスフィルタで抽出して所望の信号を得る。なお、本実施形態で得られる効果は、前述した第１０の実施形態と同様である。
【００６９】
なお、図１の実施形態（図１参照）では、累積信号ｈ2〜ｈNを発生するために乗算器１１２〜１１Ｎを用いたが、このような乗算器に代えて図６に示す信号処理回路１１３と同様の回路を用いてもよい。また、第２〜第５の実施形態においても同様に、各光送信装置４１１〜４１３内の乗算器に代えて図６に示す信号処理回路１１３と同様の回路を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光伝送システムで用いられる光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光送信装置の各部の信号波形を示す図である。
【図３】図１に示す光送信装置の要部における出力信号のスペクトル分布を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの要部における出力信号のスペクトル分布を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光伝送システムの要部における出力信号のスペクトル分布を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光伝送システムの要部における出力信号のスペクトル分布を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る光伝送システムの要部における出力信号のスペクトル分布を示す図である。
【図９】ＳＣＭ伝送方式を用いた従来の光伝送システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す光伝送システムの動作原理を示す図である。
【符号の説明】
１１２〜１１Ｎ…乗算器
１２０…半導体レーザ
４１１〜４１３…光送信装置
４２０…光伝送路
４３０…光受信装置
【図１】
0003759287.tif 000014
【図２】
0003759287.tif 000015
【図３】
0003759287.tif 000016
【図４】
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【図５】
0003759287.tif 000018
【図６】
0003759287.tif 000019
【図７】
0003759287.tif 000020
【図８】
0003759287.tif 000021
【図９】
0003759287.tif 000022
【図１０】
0003759287.tif 000023