特許 7704549 増幅装置、伝送モジュール、及び、伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-30

(45)【発行日】2025-07-08

(54)【発明の名称】増幅装置、伝送モジュール、及び、伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/564 20130101AFI20250701BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20250701BHJP

   H04B 10/2575 20130101ALI20250701BHJP

【ＦＩ】

H04B10/564

H03F1/32

H04B10/2575

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021043655

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022143235

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2024-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】相葉 孝充

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏訓

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０７０８３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１２２８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５４０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１７３９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

Ｈ０３Ｆ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数が増加すると利得が減衰していく周波数領域を有する伝送経路の前段に配置される増幅装置であって、
前記増幅装置は、前記周波数領域の周波数成分を含む信号を入力し、前記周波数成分の前記伝送経路における減衰量を低減する増幅度で前記信号を増幅し、増幅された前記信号を前記伝送経路に出力し、前記伝送経路における前記信号のＳＮＲの劣化を低減し、
前記増幅度は、前記伝送経路において前記増幅された信号が歪みを発生させない範囲で、前記増幅された信号のノイズ成分の電力が、前記伝送経路におけるノイズの電力よりも大きくなる増幅度である増幅装置。

【請求項2】

前記歪みは、前記伝送経路に使用されるデバイスの非線形特性によって発生する歪みであり、前記信号はミリ波帯以上の周波数を有する搬送波を含む無線信号である請求項１に記載の増幅装置。

【請求項3】

前記歪みは、前記伝送経路に使用されるデバイスのクリッピングによって発生する歪みである請求項１または２に記載の増幅装置。

【請求項4】

前記信号はＯＦＤＭによって生成されたＯＦＤＭ信号であり、前記ＯＦＤＭ信号の少なくとも一部のサブキャリア信号が前記周波数領域に含まれる請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の増幅装置と、
前記伝送経路における前記周波数領域における歪みが発生する前に減衰指示情報を出力するフィードバック部と、
前記減衰指示情報に対応して、前記増幅装置に入力される前記信号を減衰させる減衰部と、を備える伝送モジュール。

【請求項6】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の増幅装置と、
前記増幅装置の後段に配置される送信装置と、
前記送信装置の出力信号を入力する伝送媒体と、
前記伝送媒体の出力信号を入力する受信装置と、を備える伝送システム。

【請求項7】

請求項５に記載の伝送モジュールと、
前記伝送モジュールの後段に配置される送信装置と、
前記送信装置の出力信号を入力する伝送媒体と、
前記伝送媒体の出力信号を入力する受信装置と、を備える伝送システム。

【請求項8】

前記伝送媒体は光ファイバであり、前記送信装置は電気／光変換部を含み、前記受信装置は光／電気変換部を含む請求項６または７に記載の伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、増幅装置、伝送モジュール、及び、伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、低雑音、高出力、及び、高線形性のデバイスを用いて、雑音の増加と３次相互変調歪み等の歪みを抑制したＲＦ伝送技術の開発が進められている。

【0003】

例えば、特許文献１のＴＶ光伝送システム構成では、ＴＶ－ＲＦ信号を光ファイバ伝送するためのＴＶ光伝送システムにおける電気光変換装置において、半導体レーザダイオード光源の電流を変更する電流調整器を備える。また、ＴＶ－ＲＦ信号を光ファイバ伝送するためのＴＶ光伝送システムにおける電気光変換装置において、ＴＶ－ＲＦ信号振幅を調整するＲＦ振幅調整器を備える。

【0004】

具体的には、特許文献１は、線形性の良いポイントを調整するための電流調整器により電気光変換装置に対して線形性の良い電流値を設定し、受信状態を最良に調整できる特徴を有する。また、変調振幅もＲＦ信号振幅調整量を１デシベル単位で調整できるＲＦ振幅可変ステップスイッチにより最適に範囲設定することにより、受信状態を最良に調整できる特徴を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－０５３８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術では、デバイスの高周波帯域の少なくとも一部における線形性が高い部分を利用して低雑音化し、また、振幅を最適なエラーレートが得られる当該線形性が高い領域に合わせて調整し、高出力の信号にも対応できるようにしている。しかし、上記構成を用いない場合には、高周波数帯域において周波数応答特性が不足する市販のデバイスを用いて、高周波数信号を劣化させずに伝送することが困難であった。また、雑音が比較的大きい光ファイバ等の伝送システムでは、雑音を抑制することが困難であり、ＳＮＲが低い信号を伝送することが困難になる場合があった。

【0007】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能な増幅装置等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様に係わる、周波数が増加すると利得が減衰していく周波数領域を有する伝送経路の前段に配置される増幅装置は、前記周波数領域の周波数成分を含む信号を入力し、前記周波数成分の前記伝送経路における減衰量を低減する増幅度で前記信号を増幅し、増幅された前記信号を前記伝送経路に出力し、前記伝送経路における前記信号のＳＮＲの劣化を低減することが好ましい。

【0009】

本発明の他の態様に係わる伝送モジュールは、上記態様の増幅装置と、前記伝送経路における前記周波数領域における歪みが発生する前に減衰指示情報を出力するフィードバック部と、前記減衰指示情報に対応して、前記増幅装置に入力される前記信号を減衰させる減衰部と、を備えることが好ましい。

【0010】

本発明のその他の態様に係わる伝送システムは、上記態様の伝送モジュールと、前記伝送モジュールの後段に配置される送信装置と、前記送信装置の出力信号を入力する伝送媒体と、前記伝送媒体の出力信号を入力する受信装置と、を備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能な増幅装置等を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係わる伝送システムの一例を示す模式図である。

【図2】本実施形態に係わる伝送経路に含まれるデバイスの周波数応答特性の一例を示した模式図である。

【図3】（ａ）本実施形態に係わる発光素子の適正な動作の一例を示す模式図である。（ｂ）本実施形態に係わる発光素子においてクリッピングが発生する動作の一例を示す模式図である。

【図4】本実施形態に係わる発光素子における３次相互変調歪みの周波数依存特性の一例を示す模式図である。

【図5】本実施形態に係わる伝送システムの周波数応答特性の一例を示す模式図である。

【図6】本実施形態に係わるＯＦＤＭ信号の３次相互変調歪みの影響によるスペクトルの変化の一例を示す模式図である。

【図7】本実施形態に係わる伝送システムの周波数応答特性の一例の特徴を説明するための模式図である。

【図8】（ａ）本実施形態に係わるＯＦＤＭ信号を増幅する前のスペクトル分布の一例を示す模式図である。（ｂ）本実施形態に係わるＯＦＤＭ信号を増幅した後のスペクトル分布、及び、増幅されたＯＦＤＭ信号のノイズレベルと伝送経路のノイズレベルとの比較例を示す模式図である。

【図9】本実施形態に係わる、増幅されたＯＦＤＭ信号のノイズレベルと伝送経路のノイズレベルとの差と、伝送経路の雑音指数との関係例を示すグラフである。

【図10】本実施形態に係わる伝送システムのその他の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本実施形態に係わる増幅器、伝送モジュール、及び、伝送システムの一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の設置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示に限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。さらに、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

【0014】

また、以下の実施形態及びその変形例には、同様の構成要素が含まれている場合があり、同様の構成要素には共通の符号を付与し、重複する説明を省略する。

【0015】

（増幅装置、伝送モジュール、及び、当該伝送モジュールを含む伝送システムの構成及び動作原理の説明）
図１は、本実施形態に係わる伝送システム１０００ａのイメージを示す模式図である。伝送システム１０００ａは、ＳＮＲが抑制されているＲＦ信号ＳＩａが入力される増幅装置１２０ａ、送信装置２００、伝送媒体３００ａ、及び、受信装置４００を備える。ＲＦ信号ＳＩａはミリ波帯等の高周波数領域に搬送波を含む無線信号であることが好ましいが、当該無線信号に限定されるわけではない。本実施形態に係わる増幅装置１２０ａを配置しない送信装置２００、伝送媒体３００ａ、及び、受信装置４００を含む伝送経路において、ＲＦ信号ＳＩａが入力されると、ＲＦ信号ＳＩａの当該高周波数領域において利得が減衰するものとする。当該形態の周波数応答特性を示す測定結果を図２に示す。

【0016】

図２の横軸はＲＦ信号ＳＩａの入力電力（ｄＢｍ）であり、縦軸は受信装置４００の出力信号ＳＯａにおけるＥＶＭ（Error Vector Magnitude）を示す。ＲＦ信号ＳＩａに周波数６ＧＨｚ成分を含む場合の６ＧＨｚ成分は、約-１２ｄＢｍから約-３２ｄＢｍまでの約２０ｄＢｍのダイナミックレンジにおいてＥＶＭは約３％未満の良好な周波数応答特性を有する。周波数６ＧＨｚ成分は、当該ダイナミックレンジにおいて、良好な周波数応答特性を有するので、利得損失がほとんどないものと想定される。しかし、約-１２ｄＢｍ以上の入力電力を伝送経路に入力として入れると、ＥＶＭは急速に悪化することから、約-１２ｄＢｍ以上の入力電力の６ＧＨｚ成分に対しては伝送経路において歪みが影響していることが想定される。

【0017】

一方、ＲＦ信号ＳＩａの周波数２８ＧＨｚ成分に対しては、入力電力が約-３２ｄＢｍから約-２０ｄＢｍまでの範囲において、ＥＶＭが約８％以上に劣化した周波数応答特性を伝送経路は有する。すなわち、周波数２８ＧＨｚ成分に対しては、入力電力が-３２ｄＢｍから約-２０ｄＢｍまでの範囲においても、利得損失が発生し、十分な振幅の入力信号が得られないために、ＥＶＭが劣化していることが想定される。また、十分な振幅の入力信号が得られないために、伝送経路の雑音電力によってＥＶＭが劣化していることが想定される。特に光ファイバ無線では雑音電力が大きいために周波数応答特性不足によってＳＮＲが大きく劣化するので、従来は、周波数応答特性が良好な周波数領域、例えば、図１では６ＧＨｚ程度までの周波数領域を含む信号で、伝送経路が使用されていた。また、２８ＧＨｚ成分を含む信号を伝送するためには、周波数応答特性が２８ＧＨｚにおいても不足しない高価な線形性の高いデバイスを含むことによって伝送経路を構成していた。

【0018】

しかし、図１のＲＦ信号ＳＩａの周波数応答特性において、２８ＧＨｚのリンク利得が減衰し、ＥＶＭが劣化している領域においても、リンク利得の減衰量の少なくとも一部を補うように２８ＧＨｚ成分を増幅することで、ＥＶＭの向上が期待される。

【0019】

図５は、図１の伝送システム１０００ａにおいて、増幅装置１２０ａに入力する２８ＧＨｚ信号成分の電力を増幅した結果を示す。２８ＧＨｚ信号成分の電力を増幅しない場合には、図２からは伝送経路に入力する２８ＧＨｚ信号成分は、６ＧＨｚ成分と同様に０ｄＢｍからＥＶＭの悪化が予想される。しかし、図５からは２８ＧＨｚ信号成分を増幅するとＥＶＭの良好な状態を維持できる範囲が広がることが理解される。

【0020】

上記のように、２８ＧＨｚ信号成分の入力電力を増加しても２８ＧＨｚ信号成分のダイナミックレンジが下がらないことが想定される具体例について発光素子を用いて図６において説明する。図６における黒丸記号は６ＧＨｚ成分の３次相互変調歪み信号であり、黒四角記号は２８ＧＨｚ成分の３次相互変調歪み信号である。２８ＧＨｚ成分は５ｄＢｍ前後の大きい電力を入力しても、-４０ｄＢｍ程度の出力電力しか出力できないが、６ＧＨｚ成分は-１５ｄＢｍ前後の小さい電力を入力しても、-４５ｄＢｍ程度の出力電力を出力できる。また、同じレベル前後の出力電力を得られる６ＧＨｚ成分の信号と２８ＧＨｚ成分の信号とは約１７ｄＢの差がある。この結果を、図５に当てはめれば、図５における２８ＧＨｚ成分のダイナミックレンジは、６ＧＨｚ成分のダイナミックレンジを約１７ｄＢだけ低電力側にシフトしたレンジとなることが妥当な推定であることが理解される。実際、図５における入力電力が小さい側のＥＶＭ劣化領域の６ＧＨｚ成分と２８ＧＨｚ成分との差は、約１８ｄＢあるので、図６の結果と論理的な整合性を取ることが可能な範囲であると考えられる。

【0021】

すなわち、ミリ波等の高周波数の搬送波を用いたＲＦ信号を伝送する場合には、伝送経路の周波数応答特性が不足すると、リンク利得が減衰し、ＳＮＲが劣化し、ＥＶＭが上昇する。従来の伝送経路だけでは、６ＧＨｚの入力信号に対して、８％以下のＥＶＭにおいて、約３０ｄＢｍ以上の範囲のダイナミックレンジを有する。しかし、２８ＧＨｚの入力信号に対しては、８％以下のＥＶＭにおいて、半分ほどのダイナミックレンジしか取ることができなくなっている。しかし、図１のように従来の伝送経路の前段に増幅装置１２０ａを配置し、２８ＧＨｚの入力信号を増幅すると、図５のように、８％以下のＥＶＭにおいて、約３０ｄＢｍ以上のダイナミックレンジを取ることが可能になる場合がある。また、図６から推察されるように、２８ＧＨｚの入力信号においても、６ＧＨｚの入力信号のＥＶＭが良好な領域と同程度のダイナミックレンジを有することが想定される。

【0022】

次に、入力信号が増幅され過ぎる場合の伝送経路によって生じる歪みの一例について説明する。伝送経路によって生じる歪みは変調器、復調器、検波器等の非線形特性によって生じることが多いが、伝送媒体に光ファイバを使用した場合の発光素子（電気／光変換部）によって発生する歪みについて、図３を用いて説明する。

【0023】

図３（ａ）の横軸は発光素子に入力する入力信号の電流値（ｍＡ）を示し、縦軸は発光素子から出力される出力光の強度を電力（ｍＷ）で示している。入力信号ＳＩｃの電流値が小さい場合には、Ｉ-Ｌ特性が線形になっているので、入力信号ＳＩｃに歪みが生じずに出力光ＳＯｃは歪まずに線形に増幅されて光ファイバに入力される。しかし、図３（ｂ）に示すように、増幅度が大きい入力信号ＳＩｄを入力すると、クリッピングが発生し、出力信号ＳＯｄの振幅は入力信号ＳＩｄと同様の正弦波ではなくなる。すなわち、出力信号ＳＯｄの振幅の下限方向が飽和した状態、すなわちクリッピングされ、出力信号ＳＯｄに大きな歪みが発生する。クリッピングされた出力信号ＳＯｄは、３次相互変調歪みを急激に増加させ、ＥＶＭを急激に悪化させる。したがって、従来技術によれば、ＲＦ信号ＳＩａの増幅度はクリッピング等の歪みが発生しない領域に出力信号が収まるように設定する必要があるために、送信可能な信号電力領域が限定されていた。しかし、本実施形態に係わる増幅装置１２０ａは、例えば、発光素子の周波数応答特性が不足する領域に対して、リンク不足を補うように増幅するので、信号電力領域を広げることが可能になる。すなわち、拡大された信号電力領域において、ＳＮＲの劣化を抑制し、良好なＥＶＭを維持することが可能になる。具体的には、上述したように、図４に示すように、２８ＧＨｚ信号の大電力入力に対しても、３次相互変調歪みは抑制され、ＥＶＭの良好な領域を拡大することが可能になる。

【0024】

すなわち。伝送経路に光ファイバを用いた場合に、電気信号を光信号に変換する発光素子において、３次相互変調歪みが増加する場合がある。図３（ｂ）は、過大に増幅された電気入力信号が、発光素子のＩ－Ｐ特性の下限値を超えるために、出力された光信号の下部がクリッピングされ、大きな歪みが発生している様子を示している。クリッピングが発生すると３次相互変調歪みが急激に増加し、ＥＶＭが劣化してしまう。図３における高入力電力の６ＧＨｚのＥＶＭの悪化は、このような３次相互変調歪み等による歪みに起因して発生することが想定される。しかし、図４において説明したように、２８ＧＨｚ等の高周波数の入力信号に対しては、リンク利得が下がっている。したがって、２８ＧＨｚ等の高周波数の入力信号を増幅して、リンク利得による不足分を十分満たすまでは、ＥＶＭの劣化を引き起こさずに増幅度を増加することが可能になる。

【0025】

図４は、増幅器や発光素子においてＯＦＤＭ信号に３次相互変調歪みが発生する前後の周波数特性を示すグラフである。図４のグラフの横軸は周波数を示し、図４のグラフの縦軸は出力電力の絶対的な値をｄＢｍ単位で示している。図４の左側のグラフは、２８ＧＨｚ周辺の２つのサブキャリア信号ｆ１及びｆ２によるＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルを示し、暗雑音とＯＦＤＭ信号の周波数成分が明確に区分されている状態が確認できる。図４の右側のグラフは、２８ＧＨｚ周辺の２つのサブキャリア信号ｆ１及びｆ２によるＯＦＤＭ信号に３次相互変調歪みを発生させた場合のグラフである。周波数が（２ｆ１―ｆ２）及び（２ｆ２―ｆ１）である３次相互変調歪み信号によって発生する雑音帯域及び雑音レベルを示している。サブキャリア信号ｆ１及びｆ２のＯＦＤＭ信号に対して、（２ｆ１―ｆ２）及び（２ｆ２―ｆ１）の３次相互変調歪み信号がノイズとなって重畳されるために、ＳＮＲが低下し、ＥＶＭの値が大きくなることが理解される。また、３次相互変調歪み信号のノイズにおける、隣接チャネルへ漏洩する電力も大きくなるために隣接するサブキャリア信号も大きく影響を受けることが理解できる。

【0026】

次に、周波数応答特性の応答が不足する不足領域の増幅度を増幅装置１２０ａで歪み発生限界まで増幅することによって、入力信号のＳＮＲの劣化を抑制する構成について図７から図９を参照して説明する。

【0027】

図７は、入力信号の電力を下げていくと伝送経路において発生している雑音等によってＥＶＭが悪化する状況と、入力信号の電力を上げていくと伝送経路において発生する歪み等によってＥＶＭが悪化する状況を示したグラフの一例である。図７の横軸は入力電力（ｄＢｍ）であり、測定系によって示される相対的な値である。また、図７の縦軸はＥＶＭであり、ＥＶＭが９％を超える領域は省略している。上述したように、入力信号の電力を約-８ｄＢｍよりも下げると、伝送経路において発生している雑音の影響が現れてきて、ＥＶＭの悪化傾向が顕著になる。入力信号の電力を-２０ｄＢｍよりも下げると、ＥＶＭが８％を超える状況に達してしまう。また、入力信号の電力を６ｄＢｍよりも上げると、伝送経路において発生している歪みの影響が現れてきて、ＥＶＭが悪化傾向になり、入力信号の電力を１４ｄＢｍよりも上げると、ＥＶＭが８％を超える状況に達してしまう。

【0028】

すなわち、図７において、入力信号の電力が低下すると、伝送経路が有する雑音指数によってＥＶＭが急速に劣化する領域が発生する。この領域を伝送経路の雑音指数によるペナルティ領域とも称する。また、入力信号の電力が増加すると、上述したような歪みが発生し、ＥＶＭが急速に劣化する。したがって、入力信号は、雑音指数によるペナルティ領域と、歪みによるＥＶＭ劣化領域の間で増幅させることが好ましい。このような入力電力に範囲において、本実施形態の増幅装置は、伝送経路において発生している雑音の影響を低減することが可能になる場合がある。次に、そのような場合について説明する。

【0029】

入力信号のノイズ成分レベルが伝送経路において発生している雑音レベルよりも小さく、当該ノイズ成分の増幅によっても信号成分に歪みが発生せずに、増幅されたノイズ成分レベルが雑音レベルよりも大きくなる場合に本実施形態の増幅装置は有効である。上記のような入力信号のＳＮＲは相対的に小さいことが多い。例えば、第４世代移動通信システムに用いられているＯＦＤＭ信号では、ＯＦＤＭ信号のＳＮＲが約４０ｄＢ前後に限られているために、本実施形態に係わる増幅装置１２０ａによって、上記効果を発揮しやすい。図８（ａ）は、増幅装置１２０ａに入力される前のＯＦＤＭ入力信号のパワースペクトルを示した模式図である。ＯＦＤＭでは複数のサブキャリアのそれぞれにおいて情報を伝送するので、図８（ａ）の凸状部分が信号成分のパワーを示している。また、凸状部分の両側の周波数帯域部分がノイズ成分のパワーを示している。図８（ｂ）は、増幅装置１２０ａから出力された増幅後のＯＦＤＭ出力信号のパワースペクトルを示した模式図である。増幅後のＯＦＤＭ出力信号のノイズレベルと伝送経路において発生している雑音レベルとの差をΔＰで示す。ＯＦＤＭ出力信号の信号成分が歪まない範囲でΔＰが大きくなるように増幅すると、伝送経路において発生している雑音レベルの影響が抑制されることが理解される。

【0030】

図９は、伝送経路における雑音レベルと入力信号の増幅後の雑音レベルとの差であるΔＰと伝送経路における雑音レベルの変化の様子をプロットしたものである。伝送経路の雑音指数（ＮＦ）は下の式（２）によってｄｂ単位で示される。
ＮＦ＝１０ｌｏｇ（（Ｓ_ｉｎ／Ｎ_ｉｎ）／（Ｓ_ｏｕｔ／Ｎ_ｏｕｔ））-----（２）
（Ｓ_ｉｎは伝送システム１０００ａへの入力信号、Ｎ_ｉｎは伝送システム１０００ａへの入力雑音である。Ｓ_ｏｕｔは伝送システム１０００ａからの出力信号、Ｎ_ｏｕｔは伝送システム１０００ａからの出力雑音である。）
またＦ＝（Ｓ_ｉｎ／Ｎ_ｉｎ）／（Ｓ_ｏｕｔ／Ｎ_ｏｕｔ）とすると、
Ｆ＝（Ｓ_ｉｎ／Ｎ_ｉｎ）／（Ｇ×Ｓ_ｉｎ／（Ｎ_ａｄｄ＋Ｇ×Ｎ_ｉｎ））（Ｎ_ａｄｄは伝送経路の雑音量、Ｇは増幅装置１２０ａの増幅度）であるので、
Ｆ＝（Ｎ_ａｄｄ＋Ｇ×Ｎ_ｉｎ）／Ｇ×Ｎ_ｉｎ
Ｆ＝（（Ｎ_ａｄｄ／Ｇ）＋Ｎ_ｉｎ）／Ｎ_ｉｎ
Ｆ＝（Ｎ_ａｄｄ／（Ｇ×Ｎ_ｉｎ）＋１

【0031】

したがって、（Ｇ×Ｎ_ｉｎ）が（Ｎ_ａｄｄ）よりも大きくなると、伝送経路の雑音指数が低減されることが理解される。すなわち、ＯＦＤＭ信号のようにＳＮＲが制限されている場合に、伝送経路に入力する入力信号を伝送経路の前段に配置された増幅装置で増幅し、増幅された入力雑音電力が、伝送経路の雑音電力以上になると、伝送経路の雑音指数を抑制することが可能になる。

【0032】

ただし、前述したように、増幅装置の増幅度を上げすぎると、増幅された信号は伝送経路の歪み特性によって、ＥＶＭが急激に悪化することがあるので、伝送経路の歪み特性による影響を受けない程度の増幅度で増幅装置１２０ａを動作させる必要がある。

【0033】

上述の知見に基づいて、本実施形態に係わる増幅装置の増幅度にフィードバックをかける構成を有する本実施形態に係わる伝送モジュール１００および当該伝送モジュールを含む本実施形態に係わる伝送システム１０００ｂについて図１０を参照して説明する。

【0034】

図１０は、本実施形態に係わる伝送システム１０００ｂのイメージを示す模式図である。伝送システム１０００ｂは、ＳＮＲが抑制されているＲＦ信号ＳＩｂが入力される伝送モジュール１００、発光素子等の電気／光変換部６００を駆動するための駆動部５００、電気／光変換部６００、伝送媒体３００ｂ、及び、光／電気変換部７００を備える。なお、伝送媒体３００ｂは光ファイバである。光ファイバ無線における雑音は-１５０ｄＢｍ／Ｈｚから-１４０ｄＢｍ／Ｈｚと非常に大きな値を有するが、本実施形態における伝送システム１０００ｂにおいては、ＳＮＲを効果的に抑制することが可能になる。なお、伝送媒体３００ａ及び伝送媒体３００ｂを総称して伝送媒体３００と称する場合がある。また、伝送システム１０００ａ及び伝送システム１０００ｂを総称して伝送システム１０００と称する場合がある。

【0035】

伝送モジュール１００は、可変減衰部１１０、可変減衰部１１０によって減衰された、または、減衰されていない信号を増幅する増幅部１２１ｂ、増幅部１２１ｂの出力信号の伝送経路における歪みの発生を事前に報知するフィードバック部１３０を備える。なお、増幅部１２１ｂを備える増幅装置１２０ｂ及び増幅装置１２０ａを総称して増幅装置１２０と称する場合がある。

【0036】

従来技術においては、駆動部５００、電気／光変換部６００、伝送媒体３００ｂとしての光ファイバ及び光／電気変換部７００を含む伝送系において、伝送系の応答限界である遮断周波数以下の周波数を有する信号を伝送していた。何故なら、遮断周波数以上の周波数成分は伝送系の周波数応答特性が不足するために、リンク利得が低下し、ＳＮＲの劣化が大きくなるためである。特に、光ファイバ無線では、伝送系の雑音が相対的に大きいために、周波数応答特性が不足すると、ＳＮＲが大きく劣化する場合がある。したがって、伝送系の周波数応答特性を充分に享受可能な領域の周波数において、当該伝送系が使用されてきた。または、遮断周波数を広域に遷移させた高価なデバイスを使用した伝送系を構築していた。

【0037】

しかし、周波数応答特性が不足する領域における不足利得を補う増幅度を有する増幅装置１２０ｂを、伝送系の前段に設けることによって、伝送系のリンク利得の低下を補うことが可能になる。特に、光ファイバ無線においては、電気／光変換部６００の周波数応答特性の不足に相当する増幅度を有する増幅装置１２０ｂを伝送系の前段に配置することによって、リンク利得の低下を補うことが可能になる。すなわち、従来は、電気／光変換部６００の遮断周波数に適合する周波数成分を有する信号、または、遮断周波数を広域に遷移させた高価な発光部を使用していた。しかし、本実施形態では、電気／光変換部６００の遮断周波数以上の周波数において増幅度を有する増幅装置１２０ｂを使用する。したがって、遮断周波数以上の周波数成分を有する信号のＳＮＲを適切に制御して伝送可能な伝送システム１０００ｂを構築することが可能になる場合がある。

【0038】

すなわち、増幅装置１２０ｂは、駆動部５００、電気／光変換部６００、伝送媒体３００ｂ及び光／電気変換部７００を含む伝送経路における周波数に対する利得が減衰する領域におけるＲＦ信号ＳＩｂの信号成分を増幅する機能を有する。したがって、従来技術では、平坦な高周波数特性が要求される当該伝送経路、特に、電気／光変換部６００における信号の不足利得を補うように増幅装置１２０ｂは機能する。

【0039】

また、従来技術では、ＳＮＲが小さい信号を入力信号として使用する場合には、伝送系が有するノイズによって、出力信号のＳＮＲが劣化して、正確な情報が一度では転送できない場合が発生する可能性があった。しかし、ＳＮＲが小さい入力信号を増幅し、伝送系が有するノイズよりも増幅された信号のノイズ成分が大きくなるように増幅することによって、出力信号のＳＮＲの劣化を抑制し、入力信号に対してＳＮＲが適切に制御された出力信号を伝送することも可能になる。

【0040】

増幅装置１２０ｂの設置によって、上述したような効果を本開示によって奏することが可能になるが、増幅された後に信号が伝送系で歪んでは適切な出力信号を得ることが困難になる。そこで、伝送システム１０００ｂでは、増幅信号が伝送系において歪む直前まで入力信号を増幅し、上記効果を最大限発揮できる構成とした。すなわち、フィードバック部１３０は増幅信号が伝送経路の歪みの影響を受けるレベルを検知するようにし、増幅信号に歪みが発生する可能性を検知または推定した場合に、増幅装置１２０ｂに入力される入力信号を減衰させるようにした。このような構成によれば、本実施形態による伝送モジュール１００を伝送信号に歪みが発生しないように抑制可能な最大の入力電力によってフィードバックさせるように構成することで、ＳＮＲが適切に制御された信号を伝送することが可能になる。

【0041】

フィードバック部１３０は、増幅装置１２０ｂによって増幅された増幅信号が、増幅されすぎて電気／光変換部６００においてクリッピング等の歪みが発生するレベルに達したか否かを検出する。例えば、フィードバック部１３０は、出力信号が当該レベルに達していない場合には、可変減衰部１１０に減衰度を下げる指示情報を出力し、出力信号が当該レベルに達する可能性がある場合には、可変減衰部１１０に減衰度を上げる指示情報を出力する。このように、フィードバック部１３０が、可変減衰部１１０を制御することによって、増幅部１２１ｂが一定の増幅度で、伝送経路の不足利得を補うように動作することが可能になる。

【0042】

また、ＳＮＲが低いＲＦ信号ＳＩｂの場合には、駆動部５００、電気／光変換部６００、伝送媒体３００ｂとしての光ファイバ及び光／電気変換部７００を含む伝送経路に存在する雑音によって、ＳＮＲの劣化が懸念される。しかし、本実施形態では、増幅装置１２０ｂの増幅度を伝送経路の雑音電力以上に設定することによって、ＲＦ信号ＳＩｂのＳＮＲの低下を抑制することが可能になる。

【0043】

上記構成によれば、高周波数帯域の周波数応答特性が不足するデバイスを含んでいても、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には雑音を抑制可能な伝送モジュール及び伝送システムを提供することが可能となる。

【0044】

（補足説明）
上述してきたように、ＲＦ信号を伝送する伝送経路の周波数応答特性が不足する場合、図１及び図１０に示すように、不足利得分を補う増幅装置１２０を伝送経路の前段に配置すると、伝送システムのリンク利得を補うことが可能となる。入力信号をＳｉ（ｔ）とし、伝送経路の伝達係数をＨ（ｎ）と置くと、出力信号Ｓｏ（ｔ）は式（１）であらわされる。
Ｓｏ（ｔ）＝Ｈ（ｎ）＊Ｓｉ（ｔ）----------------（１）
したがって、Ｈ（ｎ）の周波数応答特性が不足するだけのＳｉ（ｔ）を入力すれば、Ｓｏ（ｔ）を得ることが可能である。従来は、高価なデバイスを使用することでＨ（ｎ）の周波数応答特性を改善してきた。しかし、伝送経路に変復調回路を加えたシステムで考えると、Ｈ（ｎ）の周波数応答特性が不足するだけのＳｉ（ｔ）を入力すればよいことが理解される。

【0045】

また、例えば、ＲＦ信号を地上デジタルテレビ放送や無線ＬＡＮ等で広く採用されているＯＦＤＭで検討する。ＯＦＤＭにおいては、送信シンボルの一部にあらかじめ値が決められたパイロットシンボルが配置されている。ＱＡＭシンボルＡ０,ｎが伝送経路を伝搬すると受信シンボルはｒｎ＝Ｈｎ＊Ａ０,ｎとなり、振幅変動及び位相回転が生じる場合がある。パイロットシンボル部では入力のＱＡＭシンボルＡ０,ｎが既知であるので、復調シンボルからＨｎを推定することでデータ部分の伝送経路周波数応答Ｈ’ｎを推定する。次に、Ａ’０,ｎ＝ｒｎ/Ｈ’ｎでデータ部の受信シンボルを等価する。得られた等価後のＱＡＭシンボルＡ’０,ｎによりＱＡＭの復調を実行できる。しかし、従来は、伝送経路のデバイスの高周波数側のレベルが減衰し、ＥＶＭが悪化するために、デバイスの高周波数応答特性を改良していた。しかし、伝送経路の前段で高周波数側のレベルを増幅することによって、データ部分の伝送経路周波数応答Ｈ’ｎを推定可能とし、結果的により伝送経路の周波数応答特性の遮断周波数よりも高周波の信号のＥＶＭを悪化させずに伝送することが可能になる。

【0046】

なお、ＳＮＲが抑えられている信号、例えばＯＦＤＭ信号、に対しては伝送経路によるＳＮＲの劣化である雑音指数を、増幅器によって抑制可能である。図８は約４０ｄＢにＳＮＲが抑制されたＯＦＤＭ信号において、伝送経路における雑音指数が低減される様子を示した模式図である。図８は、入力信号としてのＯＦＤＭ信号のノイズレベルを、伝送経路における雑音レベルよりも大きなレベルになるように増幅することで、伝送経路における雑音の影響が低減されることが理解される。ここで、伝送経路における雑音レベルと入力信号の増幅後の雑音レベルとの差をΔＰとしている。

【0047】

（変形例１）
上記実施形態における説明では、信号の伝送媒体として、光ケーブル、同軸ケーブル等のケーブルの固体による伝送媒体について中心に説明した。しかし、本実施形態に係わる伝送媒体は固体に限定されるわけではない。すなわち、送信局から有線で接続された伝送媒体だけではなく、無線信号として空中に放射される信号を中継伝送する場合にも適用可能である。具体的には、中継装置に本実施形態に係わる機能を発揮可能な増幅装置または伝送モジュールを使用することも可能である。

【0048】

（変形例２）
また、本実施形態に係わる伝送システム１０００に入力される入力信号は、ＯＦＤＭ信号を例に説明してきたが、入力信号はＯＦＤＭ信号に限定されるわけではない。特に、ＳＮＲの劣化を抑制することに高い効果を発揮することが予想されるＳＮＲが限定された無線信号を入力信号とすることも可能である。すなわち、本実施形態による増幅装置によって増幅したノイズ成分が伝送系のノイズ成分よりも大きくなり、その場合の増幅度によって信号成分が歪まない程度のＳＮＲを有する無線信号を含む信号に本実施形態を適用することが効果的である。また、周波数応答特性を平坦にすると高価になってしまうデバイスを有する伝送経路において、周波数応答特性が平坦ではない周波数領域を周波数成分に有する信号に、本実施形態を適用することが可能である。なお、無線信号の搬送波の周波数はマイクロ波帯、ミリ波帯以上の周波数帯域であってもよい。

【0049】

以下に、本実施形態に係わる増幅装置、伝送モジュールおよび伝送システム１０００の特徴について記載する。

【0050】

本開示の第１の態様に係わる、周波数が増加すると利得が減衰していく周波数領域を有する伝送経路の前段に配置される増幅装置１２０は、当該周波数領域の周波数成分を含む信号を入力することが好ましい。増幅装置１２０は、当該周波数成分の伝送経路における減衰量を低減する増幅度で当該信号を増幅し、増幅された当該信号を当該伝送経路に出力し、当該伝送経路における信号のＳＮＲの劣化を低減することが好ましい。

【0051】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる。

【0052】

本開示の第２の態様に係わる増幅装置１２０の増幅度は、伝送経路において増幅された信号が歪みを発生させない増幅度であることが好ましい。

【0053】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させることが可能になる。例えば非線形特性による歪みが伝送経路において発生していると３次相互変調歪みなどによって、当該信号のＳＮＲが著しく劣化する。しかし、当該歪みが発生しない最大限のレベルまで、増幅装置１２０の増幅度を高めることによって、利得不足の信号のＥＶＭを向上させることも可能となる。

【0054】

本開示の第３の態様に係わる増幅装置１２０の増幅度は、信号のノイズ成分の電力が、伝送経路におけるノイズの電力よりも大きくなる増幅度であることが好ましい。

【0055】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる場合がある。例えば、増幅装置１２０の増幅度に反比例して、伝送経路の雑音を抑制可能となる場合がある。

【0056】

本開示の第４の態様に係わる増幅装置１２０の歪みは、伝送経路に使用されるデバイスの非線形特性によって発生する歪みであり、信号はミリ波帯以上の周波数を有する搬送波を含む無線信号であることが好ましい。

【0057】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号が歪まない程度まで増幅することによって、ＥＶＭを改善することが可能になる。特に当該高周波数帯域がミリ波帯以上であれば、ミリ波帯において十分な周波数応答特性を有しない廉価なデバイスを有効活用することが可能になる。

【0058】

本開示の第５の態様に係わる増幅装置１２０の歪みは、伝送経路に使用されるデバイスのクリッピングによって発生する歪みである場合がある。

【0059】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる。

【0060】

本開示の第６の態様に係わる増幅装置１２０に入力される信号はＯＦＤＭによって生成されたＯＦＤＭ信号であり、ＯＦＤＭ信号の少なくも一部のサブキャリア信号が当該周波数領域に含まれることが好ましい。

【0061】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、ＯＦＤＭ信号の一部のサブキャリアの周波数領域が、当該周波数応答特性が不足する領域であっても、少なくとも一部を補償することが可能になる場合がある。当該補償によって、これまでは使用できなかったＯＦＤＭ信号もＥＶＭを改善して伝送することが可能になる場合がある。また、当該ＯＦＤＭ信号のＳＮＲが低い場合には、伝送経路の雑音を抑制することが可能となる場合がある。

【0062】

本開示の第７の態様に係わる伝送モジュール１００は、第１の態様から第６の態様のいずれかの増幅装置１２０と、伝送経路における当該周波数領域における歪みが発生する前に減衰指示情報を出力するフィードバック部１３０と、を備えることが好ましい。また、伝送モジュール１００は、減衰指示情報に対応して、増幅装置に入力される信号を減衰させる可変減衰部１１０をさらに備えることが好ましい。

【0063】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号に歪みが発生しない程度まで増幅度を上げることで、ＥＶＭ等の値を改善することが可能になる場合がある。また当該信号のＳＮＲが低い場合には、当該増幅度によって伝送経路の雑音を抑制することも可能になる場合がある。

【0064】

本開示の第８の態様に係わる伝送システム１０００は、第１の態様から第６の態様のいずれかの増幅装置１２０と、増幅装置の後段に配置される送信装置２００と、送信装置２００の出力信号を入力する伝送媒体３００と、を備えることが好ましい。さらに、伝送システム１０００は、伝送媒体３００の出力信号を入力する受信装置４００を備えることが好ましい。

【0065】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させることが可能になる場合がある。また、信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる場合もある。

【0066】

本開示の第９の態様に係わる伝送システム１０００は、第７の態様に係わる伝送モジュール１００と、伝送モジュール１００の後段に配置される送信装置２００と、送信装置２００の出力信号を入力する伝送媒体３００と、を備えることが好ましい。さらに、伝送システム１０００は、伝送媒体３００の出力信号を入力する受信装置４００を備えることが好ましい。

【0067】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる。

【0068】

本開示の第１０の態様に係わる伝送システム１０００の伝送媒体３００は光ファイバであり、送信装置は電気／光変換部６００を含み、受信装置は光／電気変換部７００を含むことが好ましい。

【0069】

本開示によれば、高周波数帯域において周波数応答特性が不足するデバイスを含む伝送経路に対して、当該高周波数帯域の信号の品質を劣化させずに伝送させ、当該信号のＳＮＲが低い場合には伝送経路の雑音を抑制可能となる。特に、伝送媒体３００が光ファイバである場合には、電線ケーブルに比較して光ファイバ無線の雑音指数が著しく大きいという課題があるが、本開示によれば、光ファイバ無線の雑音指数を効果的に抑制可能となる場合がある。

【0070】

（実施形態の補足）
上述した実施形態の説明に用いたブロック構成図は、機能単位のブロックを示している。各機能ブロックを実現する方法は、特に限定されない。例えば、各機能ブロックは、物理的または論理的に結合した１つのデバイスを用いて実現されてもよいし、物理的または論理的に分離した２つ以上のデバイスを直接的または間接的に接続し、これら複数のデバイスを用いて実現されてもよい。

【0071】

また、本開示において説明した情報、パラメータなどは、絶対値を用いて表されてもよいし、所定の値からの相対値を用いて表されてもよいし、対応する別の情報を用いて表されてもよい。

【0072】

上述したパラメータに使用する名称はいかなる点においても限定的な名称ではない。さらに、これらのパラメータを使用する数式等は、本開示で明示的に開示したものと異なる場合もある。様々な名称は、いかなる点においても限定的な名称ではない。

【0073】

本開示において説明した各態様／実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。

【0074】

実施形態につき、図面を参照して詳細に説明したが、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。

【符号の説明】

【0075】

１００ 伝送モジュール
１１０ 可変減衰部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 増幅装置
１３０ フィードバック部
２００ 送信装置
３００、３００ａ、３００ｂ 伝送媒体
４００ 受信装置
６００ 電気／光変換部
７００ 光／電気変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】