JP7173544B6 - radio signal reception system - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 平成30年5月13日~18日に開催されたCLEO2018にて、平成30年5月15日に発表した。Application of
本発明は、無線信号受信システムに関し、特に、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができる無線信号受信システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a radio signal receiving system, and more particularly to a radio signal receiving system capable of receiving a radio signal in a wide frequency band such as a millimeter wave band or a terahertz band by filtering in the optical domain.
光通信システムの一つの変調方式として、半導体レーザを連続的に発光させて、この光を外部変調器でオン/オフする外部変調器方式が採用されている。外部変調器として最も一般的なものがマッハツェンダ型光変調器である。 As one modulation method for an optical communication system, an external modulator method is employed in which a semiconductor laser is caused to continuously emit light and this light is turned on/off by an external modulator. The most popular external modulator is the Mach-Zehnder optical modulator.
上記のようなマッハツェンダ型光変調器は、温度変化または経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン/オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。しかして、このような問題を解決してマッハツェンダ型光変調器の動作点を安定に制御するためには、駆動電圧に対する光出力特性において、曲線の変動に応じて、駆動信号によるバイアス電圧を変化させる動作点の制御が必要である。 The Mach-Zehnder optical modulator described above has a problem that the optical output characteristics relative to the drive signal drift with time due to changes in temperature or aging, and inter-symbol interference occurs in the on/off level of the optical output. there were. In order to solve this problem and stably control the operating point of the Mach-Zehnder optical modulator, it is necessary to change the bias voltage by the drive signal in accordance with the variation of the curve of the optical output characteristic with respect to the drive voltage. It is necessary to control the operating point that causes
このようなバイアス電圧を変化させる動作点の制御の好適なものとして、一般的に直交バイアスが使用されている(例えば、特許文献1)。 A quadrature bias is generally used as a suitable method for controlling the operating point that changes the bias voltage (for example, Patent Document 1).
しかしながら、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信する際、光変調器にて直交バイアス設定を使用すると、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができないという問題があった。 However, when receiving a wide frequency band wireless signal in the millimeter wave band or terahertz band by filtering in the optical domain, if the orthogonal bias setting is used in the optical modulator, the wide frequency band wireless signal in the millimeter wave band or terahertz band was not able to be received by filtering in the optical domain.
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができる無線信号受信システムを提供することを目的としている。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a radio signal receiving system capable of receiving radio signals in a wide frequency band such as the millimeter wave band or the terahertz band by filtering in the optical domain.
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。 The above objects of the present invention are achieved by the following means. In addition, although the inside of parenthesis is attached with the reference code|symbol of embodiment mentioned later, this invention is not limited to this.
請求項1に係る無線信号受信システムは、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の無線信号を受信する受信部(受信アンテナ部2)と、
前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信された無線信号を電気信号に変換する電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)と、
前記電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて変換された電気信号を光信号に変換する光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)と、
前記光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)にて変換した光信号を、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信した無線信号の周波数帯域に等しい帯域に分離する光フィルタ部(第1光フィルタ7A、第2光フィルタ7B)と、を有し、
前記光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)には、前記電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて変換された電気信号を光信号に変換するにあたって、ヌルバイアス設定を用いてなることを特徴としている。
A radio signal receiving system according to
an electric signal conversion unit (first electric
An optical conversion unit (first
The optical signal converted by the optical conversion section (first
The electric signal converted by the electrical signal conversion section (first electrical
また、請求項2に係る無線信号受信システムは、上記請求項1に記載の無線信号受信システムにおいて、前記電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)は、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信された無線信号と、局発信号との差分を取ることによって、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信された無線信号の搬送波周波数を、中間周波数にダウンコンバートした電気信号に変換し、
前記ミリ波帯又はテラヘルツ帯の無線信号の周波数帯域をΔft0、前記中間周波数をfRFとした際、
前記無線信号の周波数帯域は、Δft0≦2fRFの条件を満たすものであることを特徴としている。
A radio signal receiving system according to
When the frequency band of the radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band is Δf t0 and the intermediate frequency is f RF ,
The frequency band of the radio signal is characterized by satisfying the condition of Δf t0 ≦2f RF .
さらに、請求項3に係る無線信号受信システムは、上記請求項1又は2に記載の無線信号受信システムにおいて、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信された無線信号を分岐する分岐部(3)をさらに有し、
前記ミリ波帯又はテラヘルツ帯の無線信号は、少なくとも2チャネルのサブキャリア信号を有する分割多重信号であって、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信され、
前記分岐部(3)は、前記受信部(受信アンテナ部2)にて受信された無線信号を分岐し、
前記電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)は、前記分岐部(3)にて分岐された無線信号を、それぞれ異なる局発信号を用いて差分を取ることによって、前記分岐部(3)にて分岐された無線信号の搬送波周波数を、中間周波数にダウンコンバートした電気信号に変換し、
前記光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)は、前記電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて変換された電気信号を光信号に変換し、
前記光フィルタ部(第1光フィルタ7A、第2光フィルタ7B)は、前記光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)にて変換した光信号を、前記チャネル毎に分離してなることを特徴としている。
Further, the radio signal receiving system according to
The millimeter wave band or terahertz band radio signal is a division multiplexed signal having at least two channels of subcarrier signals, and is received by the receiving unit (receiving antenna unit 2),
The branching unit (3) branches the radio signal received by the receiving unit (receiving antenna unit 2),
The electric signal converter (first
The optical conversion section (first
The optical filter section (first
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, the effects of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although the inside of parenthesis is attached with the reference code|symbol of embodiment mentioned later, this invention is not limited to this.
請求項1に係る発明によれば、光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)は、電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて変換された電気信号を光信号に変換するにあたって、ヌルバイアス設定を用いているから、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができる。
According to the first aspect of the invention, the optical conversion section (the first
また、ヌルバイアス設定を用いるにあたっては、請求項2に係る発明に示すΔft0≦2fRFの条件を満たす際に用いられるのが好適である。 In using the null bias setting, it is preferable to use it when the condition of Δf t0 ≦2f RF shown in the second aspect of the invention is satisfied.
さらに、請求項3に係る発明によれば、少なくとも2チャネルのサブキャリア信号を有する分割多重信号である無線信号を受信部(受信アンテナ部2)にて受信し、受信した無線信号を分岐部(3)にて分岐し、それぞれ異なる局発信号を用いて差分を取ることによって、分岐部(3)にて分岐された無線信号の搬送波周波数を、電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて中間周波数にダウンコンバートした電気信号に変換し、電気信号変換部(第1電気信号変換部4A、第2電気信号変換部4B)にて変換された電気信号を光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)にて光信号に変換し、光変換部(第1光変換部6A、第2光変換部6B)にて変換した光信号を、光フィルタ部(第1光フィルタ7A、第2光フィルタ7B)を用いてチャネル毎に分離している。これにより、少なくとも2チャネルのサブキャリア信号を有する分割多重信号である無線信号であっても、受信することが可能となる。
Furthermore, according to the third aspect of the invention, a radio signal that is a division multiplexed signal having at least two channel subcarrier signals is received by the receiving section (receiving antenna section 2), and the received radio signal is sent to the branching section ( 3), and by taking the difference using different local oscillator signals, the carrier wave frequency of the radio signal branched by the branching unit (3) is converted to an electric signal conversion unit (first electric
以下、本発明に係る無線信号受信システムを、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。 Hereinafter, a radio signal receiving system according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the following description, when the directions of up, down, left, and right are indicated, they refer to up, down, left, and right when viewed from the front of the drawing.
図1に示すように、無線信号受信システム1は、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を受信可能な受信アンテナ部2と、受信アンテナ部2にて受信された無線信号を分岐する分岐部3と、分岐部3にて分岐された一方の無線信号を電気信号に変換する第1電気信号変換部4Aと、分岐部3にて分岐された他方の無線信号を電気信号に変換する第2電気信号変換部4Bと、第1電気信号変換部4Aにて変換された電気信号の電圧を増幅する第1線形増幅器5Aと、第2電気信号変換部4Bにて変換された電気信号の電圧を増幅する第2線形増幅器5Bと、第1線形増幅器5Aにて電圧が増幅された電気信号を光信号に変換する第1光変換部6Aと、第2線形増幅器5Bにて電圧が増幅された電気信号を光信号に変換する第2光変換部6Bと、第1光変換部6Aにて変換された光信号を分離する第1光フィルタ7Aと、第2光変換部6Bにて変換された光信号を分離する第2光フィルタ7Bと、で構成されている。
As shown in FIG. 1, a radio
ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号は、図2(a)に示すように、ナイキストWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)方式を用いたものである。より詳しく説明すると、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号は、図2(a)に示すように、搬送波周波数fT、各チャネルの周波数帯域Δf,総周波数帯域Δft0=2Δfからなるもので、複数のチャネルのサブキャリア信号(図2(a)では、第1チャネルCH1,第2チャネルCH2の2つのチャネルのサブキャリア信号を図示)を有するものである。そして、この複数のチャネルのサブキャリア信号の間隔は、Δfとなっている。 Broadband radio signals in the millimeter wave band or the terahertz band use the Nyquist WDM (Wavelength Division Multiplexing) method, as shown in FIG. 2(a). More specifically, as shown in FIG. 2(a), a millimeter-wave or terahertz-band wide frequency band radio signal has a carrier frequency f T , a frequency band Δf of each channel, and a total frequency band Δf t0 =2Δf. It has subcarrier signals of a plurality of channels (FIG. 2(a) shows subcarrier signals of two channels, a first channel CH1 and a second channel CH2). The interval between subcarrier signals of the plurality of channels is Δf.
なお、上記無線信号のミリ波帯は、30GHz~100GHz又は300GHzの範囲をいい、テラヘルツ帯は、100GHz又は300GHz~10THzの範囲をいうものである。また、広周波数帯域とは、25GHz以上をいうものである。 Note that the millimeter wave band of the radio signal refers to the range of 30 GHz to 100 GHz or 300 GHz, and the terahertz band refers to the range of 100 GHz or 300 GHz to 10 THz. Moreover, a wide frequency band means 25 GHz or more.
かくして、上記のようなミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号は、図示しない基地局や移動局等から送信され、図1に示す受信アンテナ部2にて受信されることとなる。そして、受信アンテナ部2にて受信されたミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号は、図1に示す分岐部3にて電圧が分配されて分岐されることとなる。そして、この分岐されたミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の一方は、第1電気信号変換部4Aにて電気信号に変換され、分岐されたミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の他方は、第2電気信号変換部4Bにて電気信号に変換されることとなる。
Thus, a radio signal in a wide frequency band such as the millimeter wave band or the terahertz band is transmitted from a base station, a mobile station, or the like (not shown) and received by the receiving
第1電気信号変換部4Aは、図1に示すように、第1局発信号発生器4Aaと、第1逓倍器4Abと、第1ミキサ4Acとで構成されている。この第1局発信号発生器4Aaは、局発信号を発生させるもので、この発生させた局発信号は、第1逓倍器4Abにて逓倍され、もって、図2(b-1)に示すように、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTに近い局発信号fL2が生成されることとなる。具体的な値を例示すると、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTが300GHz、周波数帯域Δfが40GHzとした場合、局発信号fL2は350GHzが生成されることとなる。
The first
かくして、上記のように生成された局発信号fL2は、第1ミキサ4Acによって、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTとで差分が取られ、もって、図2(c-1)に示すような、中間周波数|fT-fL2|にダウンコンバートした電気信号に変換されることとなる。具体的な値を例示すると、中間周波数|fT-fL2|は、50GHzとなる。 Thus, the local oscillator signal fL2 generated as described above is subtracted from the carrier wave frequency fT of the wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band by the first mixer 4Ac . 2(c-1), it is converted into an electric signal down-converted to the intermediate frequency |f T −f L2 |. As an example of a specific value, the intermediate frequency |f T −f L2 | is 50 GHz.
一方、第2電気信号変換部4Bは、図1に示すように、第2局発信号発生器4Baと、第2逓倍器4Bbと、第2ミキサ4Bcとで構成されている。この第2局発信号発生器4Baは、局発信号を発生させるもので、この発生させた局発信号は、第2逓倍器4Bbにて逓倍され、もって、図2(b-2)に示すように、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTに近い局発信号fL1が生成されることとなる。具体的な値を例示すると、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTが300GHz、周波数帯域Δfが40GHzとした場合、局発信号fL1は250GHzが生成されることとなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the second
かくして、上記のように生成された局発信号fL1は、第2ミキサ4Bcによって、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の搬送波周波数fTとで差分が取られ、もって、図2(c-2)に示すような、中間周波数|fT-fL1|にダウンコンバートした電気信号に変換されることとなる。なお、具体的な値を例示すると、中間周波数|fT-fL1|は、50GHzとなる。 Thus, the local oscillator signal fL1 generated as described above is subtracted from the carrier wave frequency fT of the wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band by the second mixer 4Bc . 2(c-2), it is converted into an electric signal down-converted to the intermediate frequency |f T −f L1 |. As an example of a specific value, the intermediate frequency |f T −f L1 | is 50 GHz.
第1線形増幅器5Aは、第1電気信号変換部4Aにてダウンコンバートした中間周波数|fT-fL2|の電圧を増幅させるもので、第2線形増幅器5Bは、第2電気信号変換部4Bにてダウンコンバートした中間周波数|fT-fL1|の電圧を増幅させるものである。なお、この第1線形増幅器5A,第2線形増幅器5Bは、中間周波数の電圧を増幅させる必要がなければ不要である。
The first
第1光変換部6Aは、第1線形増幅器5Aにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL2|の電気信号を光信号に変換するものである。具体的に説明すると、第1光変換部6Aは、図1に示すように、第1半導体レーザ6Aaと、第1光変調器6Abとで構成されている。この第1半導体レーザ6Aaにて光が出力され、第1半導体レーザ6Aaにて出力された光は、第1線形増幅器5Aにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL2|の電気信号に応じて第1光変調器6Abにて変調されることとなる。これにより、第1線形増幅器5Aにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL2|の電気信号は、光信号に変換されることとなる。
The first
一方、第2光変換部6Bは、第2線形増幅器5Bにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL1|の電気信号を光信号に変換するものである。具体的に説明すると、第2光変換部6Bは、図1に示すように、第2半導体レーザ6Baと、第2光変調器6Bbとで構成されている。この第2半導体レーザ6Baにて光が出力され、第2半導体レーザ6Baにて出力された光は、第2線形増幅器5Bにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL1|の電気信号に応じて第2光変調器6Bbにて変調されることとなる。これにより、第2線形増幅器5Bにて電圧が増幅された中間周波数|fT-fL1|の電気信号は、光信号に変換されることとなる。
On the other hand, the second optical converter 6B converts the electric signal of the intermediate frequency |f T −f L1 | whose voltage is amplified by the second
第1光フィルタ7Aは、光領域のフィルタリングを行い、第1光変換部6Aにて変換された光信号を分離するものである。これにより、図2(d-1)に示すように、第2チャネルCH2が分離されることとなる。
The first
一方、第2光フィルタ7Bは、光領域のフィルタリングを行い、第2光変換部6Bにて変換された光信号を分離するものである。これにより、図2(d-2)に示すように、第1チャネルCH1が分離されることとなる。
On the other hand, the second
しかして、上記のようなナイキストWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)方式を用いた複数のチャネルのサブキャリア信号を有するミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を受信するにあたっては、第1電気信号変換部4A又は第2電気信号変換部4Bにて、中間周波数にダウンコンバートした上で受信されることとなる。
Thus, in receiving a wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band having subcarrier signals of a plurality of channels using the Nyquist WDM (Wavelength Division Multiplexing) method as described above, The signal is down-converted to an intermediate frequency by the first
しかしながら、第1ミキサ4Ac又は第2ミキサ4Bcの帯域制限によって、高周波ほど振幅が劣化する。そのため、図2(a)に示す第1チャネルCH1,第2チャネルCH2のうち、高周波である第2チャネルCH2の振幅が劣化し、第2チャネルCH2の分離処理が困難となる。これにより、第1チャネルCH1しか受信できないという問題が生じる。 However, the higher the frequency, the more the amplitude deteriorates due to the band limitation of the first mixer 4Ac or the second mixer 4Bc. Therefore, of the first channel CH1 and the second channel CH2 shown in FIG. 2(a), the amplitude of the second channel CH2, which is a high frequency signal, is degraded, making it difficult to separate the second channel CH2. This causes a problem that only the first channel CH1 can be received.
そこで、本実施形態においては、上記のようなナイキストWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)方式を用いた複数のチャネルのサブキャリア信号を有するミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を受信するにあたって、分岐部3にて分岐し、分岐部3にて分岐された無線信号を、それぞれ異なる局発信号を用いて差分を取ることによって、分岐部3にて分岐された無線信号の搬送波周波数を、中間周波数にダウンコンバートするようにしている。
Therefore, in the present embodiment, a wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band having subcarrier signals of a plurality of channels using the Nyquist WDM (Wavelength Division Multiplexing) method as described above is used. When receiving, the radio signal is branched by the branching
しかして、このようにすれば、第1電気信号変換部4Aにて、図2(c-1)に示すような、中間周波数|fT-fL2|の電気信号にダウンコンバートした際、高周波である第1チャネルCH1の振幅が劣化するものの、振幅が劣化していない第2チャネルCH2を、第1光フィルタ7Aを用いて分離することが可能となる。そして、第2電気信号変換部4Bにて、図2(c-2)に示すような、中間周波数|fT-fL1|の電気信号にダウンコンバートした際、高周波である第2チャネルCH2の振幅が劣化するものの、振幅が劣化していない第1チャネルCH1を、第2光フィルタ7Bを用いて分離することが可能となる。これにより、図2(a)に示す第1チャネルCH1,第2チャネルCH2を共に受信することが可能となる。また、第1光フィルタ7A,第2光フィルタ7Bを用いることにより、様々な形状を良好な特性(高周波側の特性劣化がない)で得られるため、光処理を導入することでより良いチャネル分離が可能となる。さらに、光処理を導入することで、複雑な受信信号処理を行う電子回路を無くすことができるため、消費電力を削減することができる。
Thus, when the first
ところで、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を受信するにあたっては、第1光変調器6Ab及び第2光変調器6Bbにてヌルバイアス設定を使用する必要がある。この点、以下、詳述する。 By the way, in order to receive a wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band, it is necessary to use the null bias setting in the first optical modulator 6Ab and the second optical modulator 6Bb. This point will be described in detail below.
第1光変調器6Ab及び第2光変調器6Bbは、図3に示すように、入力側の光導波路60に入射した光を2つの光導波路(アーム)61a,61bに1:1の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝播させた後に、再度合波させて、出力側の光導波路62から出力するものである。そして、2つに分岐された光導波路(アーム)61a,61bには、それぞれ、位相変調部61a1,61b1が設けられている。
As shown in FIG. 3, the first optical modulator 6Ab and the second optical modulator 6Bb transmit light incident on an
ここで、入射した光の電界をEin、出力した光の電界をEout、変調器駆動RF信号をφ(t)とすると、以下の数式1,2が成り立つこととなる。
Here, if the electric field of the incident light is E in , the electric field of the output light is E out , and the modulator driving RF signal is φ(t), the following
ここで、φ(t)を以下の数式3に示すように定義する。
Here, φ(t) is defined as shown in
上記のように定義した数式3を数式2に代入すると、以下の数式4が成り立つこととなる。
Substituting
そして、上記数式4の実部は、以下の数式5で表すことができる。 The real part of Equation 4 above can be expressed by Equation 5 below.
ここで、変調器駆動バイアスの設定として、ヌルバイアス設定を使用した場合、φ0=πとなるから、以下の数式6が成り立つこととなる。
Here, when the null bias setting is used as the setting of the modulator drive bias, φ 0 =π, so the following
そして、この数式6から、f=f0±fRF,f0±3fRF,f0±5fRF,・・・・の測帯波に信号が発生することが分かる。すなわち、隣接チャネル周波数間隔は、2fRFである。
From
ここで、第1種k次ベッセル関数は、図4に示す特性がある。この図4に示すグラフの縦軸Jnは、光電界出力に対応しており、横軸zは電圧に対応しているものである。これにより、f=f0±fRFでのJ1の振幅特性から、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の総周波数帯域Δftoが2fRF以下(Δfto≦2fRF)であれば、中間周波数信号を光信号にスペクトルの重なりなく、線形変換可能であることが分かる。特に、d(t)の振幅が1.74rad以下であれば、誤差10%以内で線形変換可能である。 Here, the k-order Bessel function of the first kind has the characteristics shown in FIG. The vertical axis Jn of the graph shown in FIG. 4 corresponds to the optical electric field output, and the horizontal axis z corresponds to the voltage. As a result, from the amplitude characteristic of J 1 at f = f 0 ±f RF , when the total frequency band Δf to of the wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band is 2f RF or less (Δf to ≤ 2f RF ) If so, it can be seen that the intermediate frequency signal can be linearly converted into an optical signal without spectral overlap. In particular, if the amplitude of d(t) is 1.74 rad or less, linear conversion can be performed within an error of 10%.
一方、変調器駆動バイアスの設定として、直交バイアス設定を使用した場合、φ0=-π/2となるから、以下の数式7が成り立つこととなる。 On the other hand, when the quadrature bias setting is used as the setting of the modulator drive bias, φ 0 =−π/2, so the following formula 7 holds.
そして、この数式7から、f=f0,f0±fRF,f0±2fRF,・・・・の搬送波、あるいは、測帯波に信号が発生することが分かる。すなわち、隣接チャネル周波数間隔は、fRFである。 From Equation 7, it can be seen that signals are generated in the carrier wave or survey band wave of f=f 0 , f 0 ±f RF , f 0 ±2f RF , . . . . That is, the adjacent channel frequency spacing is fRF .
ここで、f=f0±fRFでのJ1の振幅特性(図4参照)から、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の総周波数帯域ΔftoがfRF以下(Δfto≦fRF)であれば、中間周波数信号を光信号にスペクトルの重なりなく、線形変換可能であることが分かる。ただし、f=f0の搬送波に信号パワーが集中するため、f=f0±fRFの測帯波での信号強度は弱くなるという欠点がある。 Here, from the amplitude characteristics of J 1 at f=f 0 ±f RF (see FIG. 4), the total frequency band Δf to of the wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band is f RF or less (Δf to ≤f RF ), the intermediate frequency signal can be linearly converted into an optical signal without spectral overlap. However, since the signal power concentrates on the carrier wave of f=f 0 , there is a drawback that the signal strength of the band wave of f=f 0 ±f RF becomes weak.
かくして、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号は、総周波数帯域Δfto(例えば、80GHz)が中間周波数fRF(例えば、50GHz)よりも大きい信号であるから、第1光変調器6Ab及び第2光変調器6Bbにて直交バイアス設定を使用すると、上述したように、中間周波数信号を光信号に、スペクトルの重なりなく線形変換できないこととなる。それゆえ、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができないという問題が生じる。 Thus, since the wide frequency band radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band is a signal having a total frequency band Δf to (e.g., 80 GHz) greater than the intermediate frequency f RF (e.g., 50 GHz), the first optical modulator The use of quadrature bias settings in 6Ab and second optical modulator 6Bb results in the inability to linearly convert intermediate frequency signals to optical signals without spectral overlap, as described above. Therefore, there arises a problem that it is impossible to receive radio signals in a wide frequency band such as the millimeter wave band or the terahertz band by filtering in the optical domain.
そこで、本実施形態においては、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を受信するにあたって、第1光変調器6Ab及び第2光変調器6Bbにてヌルバイアス設定を使用するようにしている。しかるに、ヌルバイアス設定を使用するようにすれば、総周波数帯域Δfto(例えば、80GHz)が中間周波数fRF(例えば、50GHz)よりも大きい信号であっても、中間周波数信号を光信号に、スペクトルの重なりなく線形変換できることとなる。特に、ヌルバイアス設定を使用するにあたっては、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号の総周波数帯域Δftoが、Δfto≦2fRFの条件を満たす場合に好適で、さらに好適には、fRF<Δfto≦2fRFの条件を満たす場合である。 Therefore, in the present embodiment, null bias setting is used in the first optical modulator 6Ab and the second optical modulator 6Bb when receiving a radio signal in a wide frequency band such as the millimeter wave band or the terahertz band. . However, if the null bias setting is used, even if the total frequency bandwidth Δf to (eg, 80 GHz) is greater than the intermediate frequency f RF (eg, 50 GHz), the intermediate frequency signal becomes the optical signal, spectrally can be linearly transformed without overlapping. In particular, when using the null bias setting, it is preferable when the total frequency band Δf to of the radio signal in the broad frequency band of the millimeter wave band or the terahertz band satisfies the condition of Δf to ≦2f RF , and more preferably, This is the case where the condition of f RF <Δf to ≦2f RF is satisfied.
しかして、本実施形態によれば、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を光領域のフィルタリングで受信することができることとなる。 Thus, according to this embodiment, it is possible to receive a radio signal in a wide frequency band in the millimeter wave band or the terahertz band by filtering in the optical domain.
なお、本実施形態にて例示した内容は、あくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、ミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号として、複数のチャネルのサブキャリア信号を有するものを例示したが、それに限らず、1チャネルのサブキャリア信号のみを有するものでも良い。なお、この際、分岐部3は不要となる。
It should be noted that the content illustrated in the present embodiment is merely an example, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the invention described in the scope of claims. For example, in the present embodiment, a radio signal of a wide frequency band in the millimeter wave band or the terahertz band is exemplified as having subcarrier signals of a plurality of channels. Anything you have is fine. In this case, the
また、本実施形態において示した第1光フィルタ7A,第2光フィルタ7Bとしては、どのような光フィルタでも良いが、矩形フィルタなどの通常の光フィルタを使用すると、図5(a)に示すように、スペクトルの突起P1が存在する光信号を分離する可能性がある。この場合、図5(b)に示すように、符号間干渉(隣接パルス間の重なり)が発生し、光信号が劣化することとなる。なお、図5に示す信号は、40Gbit/sの2値変調信号である。
Any optical filter may be used as the first
それゆえ、第1光フィルタ7A,第2光フィルタ7Bとしては、グレーティング+LCoS(Liquid crystal on silicon)型光フィルタ、又は、矩形光フィルタに結合率可変非対称マッハツェンダ干渉計型光フィルタを組み合わせた構成を用いて、スペクトルの突起P1を除去し、図5(a)に示す破線P2に示すように、スペクトルの上部を平らにするのが好ましい。このようにすれば、図5(c)に示すように、符号間干渉(隣接パルス間の重なり)を低減させることができ、もって、光信号の劣化を低減することができるため、良好な光信号を分離することが可能となる。
Therefore, as the first
また、本実施形態においては、第1光変換部6A、第2光変換部6Bにそれぞれ、第1半導体レーザ6Aa、第2半導体レーザ6Baを設ける例を示したが、それに限らず、1つの半導体レーザを用いて、その半導体レーザより出力された光を分岐させて、第1光変調器6Ab、第2光変調器6Bbにそれぞれ入射させて変調するようにしても良い。
Further, in the present embodiment, an example in which the first semiconductor laser 6Aa and the second semiconductor laser 6Ba are provided in the first
一方、第1光変換部6A、第2光変換部6Bにそれぞれ、第1半導体レーザ6Aa、第2半導体レーザ6Baを設けた場合、受信したミリ波帯又はテラヘルツ帯の広周波数帯域の無線信号を、別の場所に送信するような場合に好適である。すなわち、第1半導体レーザ6Aa、第2半導体レーザ6Baからそれぞれ波長の異なる光を出力し、第1光フィルタ7Aにて、光領域のフィルタリングを行い、図2(d-1)に示すような第2チャネルCH2を分離し、第2光フィルタ7Bにて、光領域のフィルタリングを行い、図2(d-2)に示すような第1チャネルCH1を分離する。そして、その分離した第1チャネルCH1及び第2チャネルCH2を組み合わせ、別の場所に送信するというものである。
On the other hand, when the first semiconductor laser 6Aa and the second semiconductor laser 6Ba are provided in the first
1 無線信号受信システム
2 受信アンテナ(受信部)
3 分岐部
4A 第1電気信号変換部(電気信号変換部)
4B 第2電気信号変換部(電気信号変換部)
6A 第1光変換部(光変換部)
6Ab 第1光変調器
6B 第2光変換部(光変換部)
6Bb 第2光変調器
7A 第1光フィルタ
7B 第2光フィルタ
1 Radio
3 branching
4B Second electrical signal converter (electrical signal converter)
6A first optical conversion unit (optical conversion unit)
6Ab First optical modulator 6B Second optical converter (optical converter)
6Bb Second
Claims (3)
前記受信部にて受信された無線信号を電気信号に変換する電気信号変換部と、
前記電気信号変換部にて変換された電気信号を光信号に変換する光変換部と、
前記光変換部にて変換した光信号を、前記受信部にて受信した無線信号の周波数帯域に等しい帯域に分離する光フィルタ部と、を有し、
前記光変換部は、前記電気信号変換部にて変換された電気信号を光信号に変換するにあたって、ヌルバイアス設定を用いてなる無線信号受信システム。 a receiving unit that receives radio signals in the millimeter wave band or the terahertz band;
an electrical signal converter that converts a radio signal received by the receiver into an electrical signal;
an optical conversion unit that converts the electrical signal converted by the electrical signal conversion unit into an optical signal;
an optical filter unit that separates the optical signal converted by the optical conversion unit into bands equal to the frequency band of the radio signal received by the reception unit;
The radio signal receiving system, wherein the optical conversion section uses a null bias setting when converting the electrical signal converted by the electrical signal conversion section into an optical signal.
前記ミリ波帯又はテラヘルツ帯の無線信号の周波数帯域をΔft0、前記中間周波数をfRFとした際、
前記無線信号の周波数帯域は、Δft0≦2fRFの条件を満たすものである請求項1に記載の無線信号受信システム。 The electrical signal converter down-converts the carrier frequency of the radio signal received by the receiver to an intermediate frequency by finding the difference between the radio signal received by the receiver and the local oscillator signal. converted into an electrical signal,
When the frequency band of the radio signal in the millimeter wave band or the terahertz band is Δf t0 and the intermediate frequency is f RF ,
2. The radio signal receiving system according to claim 1, wherein the frequency band of said radio signal satisfies the condition of ?f t0 ≤ 2f RF .
前記ミリ波帯又はテラヘルツ帯の無線信号は、少なくとも2チャネルのサブキャリア信号を有する分割多重信号であって、前記受信部にて受信され、
前記分岐部は、前記受信部にて受信された無線信号を分岐し、
前記電気信号変換部は、前記分岐部にて分岐された無線信号を、それぞれ異なる局発信号を用いて差分を取ることによって、前記分岐部にて分岐された無線信号の搬送波周波数を、中間周波数にダウンコンバートした電気信号に変換し、
前記光変換部は、前記電気信号変換部にて変換された電気信号を光信号に変換し、
前記光フィルタ部は、前記光変換部にて変換した光信号を、前記チャネル毎に分離してなる請求項1又は2に記載の無線信号受信システム。
further comprising a branching unit for branching the radio signal received by the receiving unit;
The millimeter wave band or terahertz band radio signal is a division multiplexed signal having at least two channels of subcarrier signals, and is received by the receiving unit,
The branching unit branches the radio signal received by the receiving unit,
The electrical signal conversion unit converts the carrier frequency of the radio signal branched by the branching unit to an intermediate frequency by taking a difference between the radio signals branched by the branching unit using different local oscillation signals. converted to an electrical signal down-converted to
The optical conversion unit converts the electrical signal converted by the electrical signal conversion unit into an optical signal,
3. The radio signal receiving system according to claim 1, wherein the optical filter section separates the optical signal converted by the optical conversion section for each channel.
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Koichi Takiguchi,Real-time Wireless OFDM Communication in THz-band Using Optical DFT Processing,2017 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP),IEEE,2017年,https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8168726 |
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