JPH08511929A - 低中間周波数を有するヘテロダイン受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 送信機（２）を備える光伝送システムにおいて、電光変換器（４）が送信信号を光搬送波に変調する。この変調信号は、光ファイバ（６）によってヘテロダイン型受信機（８）に転送される。この受信機（８）において、変調信号は、局部レーザ（１６）、結合素子（１４）および光電変換器（１１）によって中間周波数信号に変換される。この中間周波数信号は、直角位相転送方式を有する復調器によって復調信号に変換される。低い値の中間周波数を選択するために、受信信号は２つの直角位相信号に変換され、２個の下位復調器（２２、２４）が使用されており、それらの出力信号が結合される。

Description

【発明の詳細な説明】 低中間周波数を有するヘテロダイン受信機 本発明は、入力信号から変調信号を導出するための送信機と、前記変調信号を 受信機へ搬送するためのチャネルとを含む伝送システムに関し、前記受信機は前 記変調信号を中間周波数信号に変換するための変換器を含み、また、前記受信機 は前記中間周波数信号から前記変調信号の複製を導出するための直角位相振幅転 送方式を有する手段を備える。 また、本発明は、当該伝送システム用の受信機に関する。 冒頭に明示した伝送システムは米国特許第５、１４０、２７７号により公知で ある。 入力信号をチャネルを介して搬送するには、多くの場合、その入力信号から、 当該チャネルによる搬送に適する高周波数変調信号を導出する必要がある。こう したチャネルの実例には、無線通信路、光ファイバ、同軸ケーブルがある。受信 機端では、変調信号は、その変調信号の周波数よりも低い周波数を有する中間周 波数信号へ変換器によって変換される。この変換器は、例えば局部発振器および 混合器段を含むものとしてよい。その際、中間周波数信号の周波数は、変調信号 の周波数と局部発振器によって生成される信号の周波数との差に等しい。こうし て得られた中間周波数信号は、復調手段によって入力信号の複製に変換される。 前述の特許に従った復調手段は、入力信号の振幅と出力信号の振幅との関係が 直角分を有することを含意する、直角位相振幅転送方式を有する。その結果、復 調信号は、入力信号の（低周波数の）複製、および、中間周波数の２倍に等しい 中心周波数を有する成分を含む。この不要な成分はたいていローパスフィルタに よって除去される。 受信機の入力信号が広い帯域幅を持っている場合、入力信号の複製の周波数ス ペクトルと不要成分の周波数スペクトルとが重なり合ってしまうことがある。そ の場合には、不要成分をフィルタによって除去することはできない。こうした重 なり合いを避けるためには、受信機の中間周波数が十分に高く選択されなければ ならない。高中間周波数の不利な点は、それが良好な高周波数特性を有する成分 を必要とすることである。 本発明の目的は、冒頭で述べたような、中間周波数を著しく低下することがで きる伝送システムを提供することである。 そのため、本発明は、中間周波数信号が第１の直角位相信号および第２の直角 位相信号を含むこと、および、復調手段が第１の直角位相信号から第１の復調信 号を導出するための第１の下位復調器および第２の直角位相信号から第２の復調 信号を導出するための第２の下位復調器を含み、前記第１の下位復調器および第 ２の下位復調器は直角位相振幅転送方式を有しており、さらに、前記第１の復調 信号および第２の復調信号の結合によって入力信号の複製を導出するための結合 手段を含むことを特徴とする。 前記復調手段の直角位相振幅転送方式は、前記２個の下位復調器の出力に２つ の正信号を供給し、それらの正信号は送信機の入力信号を表現する。変調信号は ９０°の位相差を持っているので、２個の下位復調器の出力の不要な直角成分は １８０°の位相差を有する。送信機の入力信号の複製は、その動作の間に２個の 下位復調器の出力信号における２つの不要成分が相互に打ち消し合う、結合手段 によって決定される。しかし、送信機の入力信号を表現する２つの正信号は共に 加えられ、従って、復調手段の出力に存在することになる。 本発明の実施例は、変調信号が光信号を含むこと、および、変換器が変調信号 を変調電気信号に変換するための光電変換器と、変調電気信号を第１の直角位相 信号および第２の直角位相信号に変換するための直角位相信号生成手段とを含む ことを特徴とする。 ヘテロダイン受信機が使用される光伝送システムでは、２個の光直角位相信号 を生成することはかなり複雑になると思われる。光信号を電気中間周波数信号に 変換し、この電気中間周波数信号から２個の直角位相信号を生成することによっ て、光直角位相信号を生成する必要はまったくなくなる。電気直角位相信号の生 成ははるかに単純である。これは例えば、９０°ハイブリッド結合器によって、 または、電気中間周波数信号を局部発振器により生成され、相互に９０°移相さ れた２つの信号と混合することによって実施できよう。 電気直角位相信号生成手段を使用するこの実施例のさらなる利点は、この場合 、光ファイバの分散を補償するために使用する何らかの等化器をただ１個だけ備 えればよいということである。その際、この等化器は、光電変換器と直角位相信 号生成手段との間に挿入されるはずである。それぞれ対応する電気直角位相信号 に変換される光直角位相信号を使用する場合は、２個の同一の等化器を必要とす るであろう。 本発明を添付図面によってさらに詳述する。図面中、同じ参照文字は同じ構成 要素を示す。 図１は、本発明に従った伝送システムの第１の実施例を示す。 図２は、本発明の第２の実施例を示す。 図３は、本発明の第３の実施例を示す。 図４は、図１、図２または図３に示した受信機８で使用される周波数復調手段 ３０の第１の実施例を示す。 図５は、図１、図２または図３に示した受信機８で使用される周波数復調手段 ３０の第２の実施例を示す。 図１に示す伝送システムでは、入力信号が送信機２の入力に供給される。この 入力信号は、この場合電光変換器４より成る変調器によって変調信号に変換され る。変調信号をその出力信号として伝える送信機２の出力は、この場合光ファイ バ６より成るチャネルの入力に接続されている。 光ファイバ６の出力は受信機８の入力に接続されている。この入力は、受信機 ８の内部で、変換器手段１０の入力に接続されている。この変換器手段はこの場 合、直角位相信号生成手段ともなっている。変換器手段１０の入力は結合素子１ ４の第１の入力に接続されている。ここではレーザ１６である局部発振器の入力 は、結合素子１４の第２の入力に接続されている。結合素子１４の第１、第２お よび第３の出力は、光電変換器１１の入力に接続されている。結合素子１４の第 １の出力はホトダイオード１３の入力に接続されており、結合素子１４の第２の 出力はホトダイオード１７に接続されており、そして、結合素子１４の第３の出 力はホトダイオード１９に接続されている。 第１の直角位相信号をその出力信号として伝えるホトダイオード１３の出力は 、等化器１８の入力に接続されている。ホトダイオード１７および１９の出力は 、それらの出力信号が相互に減算し合えるように、相互接続されている。ホトダ イオード１７および１９の結合された出力信号は第２の直角位相信号を形成する 。この第２の直角位相信号は等化器２０に供給される。等化器１８の出力は復調 手段３０の第１の入力に接続されており、等化器２０の出力は復調手段３０の第 ２の入力に接続されている。 復調手段３０の第１の入力は下位復調器２２の入力に接続されており、他方、 復調手段３０の第２の入力は下位復調器２４の入力に接続されている。第１の下 位復調器２２の出力は結合手段２６の第１の入力に接続されている。第２の下位 復調器２４の出力は結合手段２６の第２の入力に接続されている。結合手段２６ の出力は受信機８の出力ともなっている。 光電変換器４は、光搬送波の変調によって入力信号から変調信号を導出する。 この光搬送波は、振幅変調、周波数変調または位相変調することができる。変調 信号は光ファイバ８によって受信機８に搬送される。 受信機８では、レーザ１６によって生成された光局部発振器信号が結合素子１ ４において受信変調信号と結合される。光局部発振器信号と変調信号との和に各 々比例する３個の光信号が、結合素子１４の３個の出力に現れる。さらに、これ らの３個の光信号は１２０°の位相差を示している。 これらの３個の光信号を対応するホトダイオード１３、１７および１９に供給 し、ホトダイオード１７および１９の出力信号を結合することによって、振幅比 １：√３および９０°の位相差を有する、第１および第２の（電気）直角位相信 号が得られる。これらの信号は、等化器１８および２０を経て復調手段３０に供 給される。 これらの等化器は光ファイバの分散を補償することを目的としている。光信号 が光ファイバによって伝送される時、群伝搬時間は、周波数が高くなると周波数 の関数としてわずかに減少するようである。ディジタル伝送の場合、特に高伝送 速度時には、それは符号間干渉をもたらすことがあり、その結果、個々の符号が 重なり始め、受信機における検波を困難にする。 その群伝搬時間が周波数の関数として増加する等化器を光電変換器と復調手段 ３０との間に挿入することによって、光ファイバの減少する群伝搬時間を補償す ることができる。その際、スペクトル反転がいっさい生じないように、局部発振 器周波数は変調信号の周波数よりも低くしなければならない。このような等化器 は、そのＴＥ10モードのカットオフ周波数が中間周波数信号の周波数をわずかに 上回るようなマイクロ波ストリップ線路によって容易に実施できるであろう。そ のストリップ線路の長さは、最適な分散補償を得るために光ファイバ６の長さに 応じて選択される。 あるいはまた、受信機が、等化器手段に加えて、伝送チャネルにおける非直線 効果を補償するための補償手段を含むことも原理的に可能であることを指摘でき る。 下位復調器２２および２４はこの場合、２つの等化直角位相信号の復調を行う のに対して、結合手段２６は下位復調器２２および２４の出力信号から入力信号 の複製を求める。この過程において不要な直角分は抑制される。復調手段のある 種の実施例の場合、第１の直角位相信号と第２の直角位相信号の振幅が同一であ ることが必要であることがわかる。しかし、第１の直角位相信号と第２の直角位 相信号の振幅が同一でなくてもよい復調手段３０の実施例もある。 図２に示す伝送システムは、図１の結合素子１４と異なる結合素子３２が使用 されている点、および、図１の光電変換器１１と異なる光電変換器３４が使用さ れている点で、図１に示した伝送システムとは異なっている。 結合手段の４個の出力は、相互に９０°ずつ移相された出力信号を伝える。こ れらの光信号の各々は、各自のホトダイオード２１、２３、２５および２７にそ れぞれ供給されるが、２個のホトダイオードの２つの出力信号間には差が必ず取 られ、その対応する光信号は９０°ずつ移相されている。９０°移相された２個 の信号ではなく、９０°ずつ相互に移相された４個の出力信号を使用することは 、局部発振器光信号の振幅の変動が光電変換器の出力で認められないという点で 有利である。この効果を得るためには、４個の出力信号の各々の位相と変調信号 または入力信号の位相との関係が、それぞれ、以下の表に一致しなければならな い。 光電変換器３４の２個の出力には、この時、同一振幅を有する第１および第２の 直角位相信号が現れる。復調手段３０の動作は図１のものと同じであり、以下で 詳述する。周波数復調手段を使用する場合、中間周波数が所定の値を持つように 、信号ｖ_uによって局部レーザ発振器周波数を調整することができる。 図３に示した受信機８では、受信された変調信号は変換器手段４１の入力に供 給される。この変換器手段４１の内部で、変調信号は結合素子１５の第１の入力 に供給される。局部レーザ１６の出力は結合素子１５の第２の入力に接続されて いる。結合素子の第１の出力はホトダイオード４５に接続されており、結合素子 １５の第２の出力はホトダイオード４３に接続されている。ホトダイオード４５ および４３は、この２個のダイオードによって生成される信号が相互に減算し合 えるように、相互接続されている。２個のホトダイオード４５および４７の出力 は等化器４２に接続されている。等化器４２の出力は、この場合９０°方向性結 合器４４より成る直角位相信号生成手段の入力に接続されている。９０°方向性 結合器４４の第１の出力は復調手段３０の第１の入力に接続されている。９０° 方向性結合器４４の第２の出力は９０°方向性結合器４４の特性インピーダンス と等しいインピーダンスを有する成端抵抗器２９に接続されており、また、９０ °方向性結合器４４の第３の出力は復調手段３０の第２の入力に接続されている 。復調手段３０の構造は図１および図２に示した復調手段３０の構造と同じであ る。 図３に示した受信機８では、結合素子１５は、変調信号をレーザ１６から来る 局部発振器信号と混合する。その出力信号が相互に減算し合える２個のホトダイ オード４３および４５を使用することは、結合素子１５の出力信号が、局部発振 器信号の振幅変動による影響を受けない振幅を有する中間周波数信号に変換され ることを要する。これを実現するためには、２個の出力信号の位相と変調信号ま たは入力信号の位相との関係が、それぞれ、以下の表に一致する必要がある。 伝送システムにおける光ファイバの分散を補償するために、等化器４２が光電変 換器と９０°方向性結合器との間に挿入されている。図３に示した受信機では、 ただ１個の等化器だけが必要であるのに対して、図１および図２に示した受信機 ８では、２個の同一の等化器が必要である点が注目される。９０°方向性結合器 ４４の２つの出力信号ｖ_iおよびｖ_qについては、以下の式が記述できよう。 式（１）および式（２）において、ｋは９０°方向性結合器の結合係数、Ａは振 幅定数、ω_cは光信号の角周波数、ω_L0は局部レーザ信号の角周波数である。 ｋが１／２√２であれば、２つの直角位相信号の振幅は同一である。ｋの値が １／２√２でなければ、２つの直角位相信号の振幅は異なる。復調手段３０は、 ２つの直角位相信号を、送信機によって伝送された入力信号の単一の複製に変換 する。計算の容易さのために無変調信号で計算するが、これらの計算が変調信号 にも当てはまることは明らかであることが指摘される。例えば、周波数変調の場 合、ω_cは送信機の入力信号に依存するが、これは式（１）もしくは式（２）ま たはそれらから導びかれた公式の妥当性に影響しない。 図４に示した周波数復調手段３０では、第１の直角位相信号ｖ_iは乗算器５０ の第１の入力および遅延素子５２に供給される。第２の直角位相信号ｖ_qは乗算 器５６の第１の入力および遅延素子５４の入力に供給される。遅延素子５４の出 力は乗算器５０の第２の入力に接続されており、また、遅延素子５２の出力は乗 算器５６の第２の入力に接続されている。 乗算器５０の出力は減算回路２６の第１の入力に接続されている。乗算器５６ の出力は減算回路２６の第２の入力に接続されている。乗算器５０と遅延素子５ ２との組合せは第１の下位復調器を形成する。乗算器５６と遅延素子５４との組 合せは第２の下位復調器を形成する。 信号ｖ_iおよびｖ_qがそれぞれ式（１）または式（２）に等しいとすれば、遅延 素子５２の出力信号ｖ_i,τには次式が当てはまる。 遅延素子５４の出力信号ｖ_q,τについては次式が当てはまる。 乗算器５０の出力信号ｖ_x,1については次式が得られる。 乗算器５６の出力信号ｖ_x,2は次式に等しい。 減算回路２６の出力信号については次式が得られる。 式（７）より、出力信号ｖ_x,1およびｖ_x,2における不要な直角分はもはや出力信 号ｕには存在しないことがわかる。不要な二次項の削除によって、技術的現状の 伝送システムに比べて中間周波数を著しく低下させることができる。さらに、こ の場合、２つの直角位相信号の振幅が同一である必要もないことがわかる。 （電気）直角位相信号生成手段を使用せずに、光直角位相信号を生成する光結 合素子を使用する場合、信号ｖ_iおよびｖ_qについて、以下の式が適用される。 復調手段３０の出力信号ｖ_uは、次式が当てはまる。 式（１０）と式（７）との相違は、式（１０）では、変調信号の周波数と局部発 振器信号の周波数との差の符号が復調手段３０の出力信号の符号で表されるとい う点である。 図５に示した復調手段３０では、信号ｖ_i［ｖ_q］は、ローパスフィルタ６２［ ７０］およびハイパスフィルタ６４［７４］に供給される。ローパスフィルタ６ ２［７０］の出力は乗算器６０［７２］の２つの入力に接続されている。ハイパ スフィルタ６４の出力は乗算器６６［７６］の２つの入力に接続されている。乗 算器６０［７２］の出力は減算回路６８［７８］の第１の入力に接続されており 、乗算器６６［７６］の出力は減算回路６８［７８］の第２の入力に接続されて いる。減算回路６８の出力は、この場合加算回路２７より成る結合手段の第１の 入力に接続されている。減算回路７８の出力は加算回路２７の第２の入力に接続 されている。 ローパスフィルタ６２、ハイパスフィルタ６４、乗算器６０および６６、なら びに減算回路６８は、一体として第１の下位復調器を形成する。ローパスフィル タ７０、ハイパスフィルタ７４、乗算器７２および７６、ならびに減算回路７８ は、一体として第２の下位復調器を形成する。 図５に示した復調手段の場合、信号ｖ_iおよびｖ_qは同一の振幅を有するものと 仮定する。さらに、一次フィルタが同一のカットオフ周波数を有すると考えれば 、信号ｖ_i.Lおよびｖ_i,Hは以下の式で記述できるであろう。 式（１１）および式（１２）において、ω₀はフィルタ６２および６４のカット オフ周波数に一致する角周波数、式（１１）中のφ_Lは次式に等しい。 式（１２）中のφ_Hは次式に等しい。 式（１１）および式（１２）に従って信号を乗算器６０および６６によって平方 し、それらの平方信号を減算回路６８によって減算することにより、第１の下位 復調器２２の出力信号ｖ_u,iは次式となることがわかるはずである。 同様にして、下位復調器２４の出力信号ｖ_u,qについては次式が得られる。 復調手段３０の出力信号ｖ_uについては次式が適用される。 ここでもまた、出力信号は、二次項が存在しないので、現在の中間周波数に依存 する成分のみを含むことを指摘できる。光直角位相信号生成手段を使用する場合 、式（１５）および式（１６）中の絶対値は脱落するが、それは式（１７）にも とづく結果にまったく影響しない。 一次のローパスフィルタとハイパスフィルタだけではなく、高次のフィルタも 使用できることを指摘できる。さらに、前述の米国特許に示されたような伝送線 路フィルタを使用することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｌ 27/34 (72)発明者 バン ギリス，レネ アントニウス ヨハ ネス コルネルス マリア オランダ国アインドーフェン、グレーネバ ブトセベック、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入力信号から変調信号を導出するための送信機と、前記変調信号を受信 機へ搬送するためのチャネルとを含む伝送システムであり、前記受信機は前記変 調信号を中間周波数信号に変換するための変換器手段を含み、また、前記受信機 は前記中間周波数信号から前記変調信号の複製を導出するための直角位相振幅転 送方式を有する復調手段を備える伝送システムであって、前記中間周波数信号が 第１の直角位相信号および第２の直角位相信号を含むこと、および、前記復調手 段が前記第１の直角位相信号から第１の復調信号を導出するための第１の下位復 調器および前記第２の直角位相信号から第２の復調信号を導出するための第２の 下位復調器を含み、前記第１の下位復調器および第２の下位復調器は直角位相振 幅転送方式を有しており、さらに、前記第１の復調信号および第２の復調信号の 結合によって入力信号の複製を導出するための結合手段を含むことを特徴とする 伝送システム。 ２． 請求項１記載の伝送システムであって、前記変調信号が光信号を含むこ と、および、前記変換器手段が前記変調信号を変調電気信号に変換するための光 電変換器と、前記変調電気信号を前記第１の直角位相信号および前記第２の直角 位相信号に変換するための直角位相信号生成手段とを含むことを特徴とする伝送 システム。 ３． 請求項１または２に記載の伝送システムであって、前記第１の下位復調 器（２２）が前記第１の直角位相信号に遅延された第２の直角位相信号を乗じる ための第１の乗算器（５０）を含むこと、および、前記第２の下位復調器（２４ ）が前記第２の直角位相信号に遅延された第１の直角位相信号を乗じるための第 ２の乗算器（５６）を含むことを特徴とする伝送システム。 ４． 請求項１または２に記載の伝送システムであって、前記下位復調器（２ ２；２４）が、前記第１の直角位相信号から第１のろ波信号を導出するための第 １のフィルタ手段（６２；７０）と、前記第２の直角位相信号から第２のろ波信 号を導出するための第２のフィルタ手段（６４；７４）と、前記第１のろ波信号 から第１の平方ろ波信号を導出するための第１の平方手段（６０；７２）と、前 記第２のろ波信号から第２の平方ろ波信号を導出するための第２の平方手段（６ ６；７６）と、前記第１の平方ろ波信号および前記第２の平方ろ波信号から前記 入力信号の複製を導出するための結合手段（６８；７８）とを含むことを特徴と する伝送システム。 ５． 請求項４記載の伝送システムであって、前記第１のフィルタ手段（６２ ；７０）がローパスフィルタ（６２；７０）を含むこと、および、前記第２のフ ィルタ手段（６４；７４）がハイパスフィルタ（６４；７４）を含むことを特徴 とする伝送システム。 ６． 変調信号を受信するための受信機（８）であって、前記受信機（８）は 前記変調信号を中間周波数信号に変換するための変換器手段（１０）を備え、ま た、前記受信機（８）は前記中間周波数信号から復調信号を導出するための直角 位相振幅転送方式を有する復調手段（３０）を備え、前記中間周波数信号が第１ の直角位相信号および第２の直角位相信号を含むこと、および、前記復調手段（ ３０）が前記第１の直角位相信号から第１の復調信号を導出するための第１の下 位復調器（２２）および前記第２の直角位相信号から第２の復調信号を導出する ための第２の下位復調器（２４）を含み、前記第１の下位復調器（２２）および 第２の下位復調器（２４）は直角位相振幅転送方式を有しており、さらに、前記 第１の復調信号および前記第２の復調信号を結合することによって前記入力信号 の複製を導出するための結合手段（２６）を含むことを特徴とする受信機。 ７． 請求項６記載の受信機であって、前記変調信号が光信号を含むこと、お よび、前記変換器手段（１０）が前記変調信号を変調電気信号に変換するための 光電変換器（１１）と、前記変調電気信号を前記第１の直角位相信号および前記 第２の直角位相信号に変換するための直角位相信号生成手段（４４）とを含むこ とを特徴とする受信機。 ８． 請求項６または７に記載の受信機であって、前記第１の復調信号を求め るための前記第１の下位復調器（２２）が前記第１の直角位相信号に遅延された 第２の直角位相信号を乗じるための第１の乗算器（５０）を含むこと、および、 前記第２の復調信号を求めるための第２の下位復調器（２４）が前記第２の直角 位相信号に遅延された第１の直角位相信号を乗じるための第２の乗算器（５６） を含むことを特徴とする受信機。 ９． 請求項６または７に記載の受信機であって、前記下位復調器（２２；２ ４）が、前記第１の直角位相信号から第１のろ波信号を導出するための第１のフ ィルタ手段（６２；７０）と、前記第２の直角位相信号から第２のろ波信号を導 出するための第２のフィルタ手段（６４；７４）と、前記第１のろ波信号から第 １の平方ろ波信号を導出するための第１の平方手段（６０；７２）と、前記第２ のろ波信号から第２の平方ろ波信号を導出するための第２の平方手段（６６；７ ６）と、前記第１の平方ろ波信号および前記第２の平方ろ波信号から前記適切な 復調信号を導出するための結合手段（２６）とを含むことを特徴とする受信機。 １０． 請求項９記載の受信機であって、前記第１のフィルタ手段（６２；７ ０）がローパスフィルタ（６２；７０）を含むこと、および、前記第２のフィル タ手段（６４；７４）がハイパスフィルタ（６４；７４）を含むことを特徴とす る受信機。