JP2003051810A - 光直交周波数分割多重伝送方式及び伝送方法 - Google Patents
光直交周波数分割多重伝送方式及び伝送方法Info
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- JP2003051810A JP2003051810A JP2001238078A JP2001238078A JP2003051810A JP 2003051810 A JP2003051810 A JP 2003051810A JP 2001238078 A JP2001238078 A JP 2001238078A JP 2001238078 A JP2001238078 A JP 2001238078A JP 2003051810 A JP2003051810 A JP 2003051810A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】帯域利用効率が良い波長多重光伝送方式及び伝
送方法を提供する。 【解決手段】変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の
整数）の光信号を発生する光送信器１−１0〜１−１N-1
と、光信号を合波する合波器１−３とを有する光送信部
と、光周波数間隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の
光離散フーリエ変換回路１−５を備えた光受信部と、光
離散フーリエ変換回路１−５の入力における各波長信号
のビット位相を一致させるためのビット位相調整手段１
−２0〜１−２N-1とを備えている。
送方法を提供する。 【解決手段】変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の
整数）の光信号を発生する光送信器１−１0〜１−１N-1
と、光信号を合波する合波器１−３とを有する光送信部
と、光周波数間隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の
光離散フーリエ変換回路１−５を備えた光受信部と、光
離散フーリエ変換回路１−５の入力における各波長信号
のビット位相を一致させるためのビット位相調整手段１
−２0〜１−２N-1とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野における
波長多重光伝送方式及び伝送方法に関する。
波長多重光伝送方式及び伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信の伝送容量を増大させるために、
多数の波長を用いて信号を伝送する波長多重光伝送方式
が用いられている。
多数の波長を用いて信号を伝送する波長多重光伝送方式
が用いられている。
【０００３】図１１は従来の波長多重光伝送方式の構成
図である。送信部では、波長（＝光周波数）の異なる複
数の光送信器１−１の出力信号を波長合波器８−１によ
り合波する。合波された多数の光信号は、１つの光伝送
媒体１−４を共用して伝送される。受信部では波長分波
器８−２により、受信光信号が、波長ごとに分波され、
各波長の光信号は複数の光受信器１−６で受信される。
以上のような構成で波長分割多重光伝送方式が実現され
ていた。
図である。送信部では、波長（＝光周波数）の異なる複
数の光送信器１−１の出力信号を波長合波器８−１によ
り合波する。合波された多数の光信号は、１つの光伝送
媒体１−４を共用して伝送される。受信部では波長分波
器８−２により、受信光信号が、波長ごとに分波され、
各波長の光信号は複数の光受信器１−６で受信される。
以上のような構成で波長分割多重光伝送方式が実現され
ていた。
【０００４】光の波長域の有効利用の点から、光の波長
間隔を近接させた高密度な波長多重伝送が望まれてい
る。光周波数間隔をΔｆ［Ｈｚ］、伝送速度をＢ［ｂｉ
ｔ／ｓ］とするとＢ／Δｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］を帯域
利用効率（Spectral Efficiency）という。両側帯波の
ＯＮ／ＯＦＦ変調方式の帯域利用効率の理論限界は１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］である。
間隔を近接させた高密度な波長多重伝送が望まれてい
る。光周波数間隔をΔｆ［Ｈｚ］、伝送速度をＢ［ｂｉ
ｔ／ｓ］とするとＢ／Δｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］を帯域
利用効率（Spectral Efficiency）という。両側帯波の
ＯＮ／ＯＦＦ変調方式の帯域利用効率の理論限界は１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］である。
【０００５】従来の波長多重伝送方式では、受信部では
アレイ導波路型回折格子などの波長分波器を用いた波長
選択フィルタで所望の信号光を取り出していた。しかし
ながら、高密度で多数の信号を伝送しようとすると、隣
り合う波長の信号が重なり合うため、波長選択フィルタ
では所望の信号の分離ができないという問題点があっ
た。隣接周波数との干渉を防ぐため波長間隔を広げると
帯域利用効率は低下し、従来の波長多重伝送方式では帯
域利用効率は通常０．４［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］程度以下
であった。
アレイ導波路型回折格子などの波長分波器を用いた波長
選択フィルタで所望の信号光を取り出していた。しかし
ながら、高密度で多数の信号を伝送しようとすると、隣
り合う波長の信号が重なり合うため、波長選択フィルタ
では所望の信号の分離ができないという問題点があっ
た。隣接周波数との干渉を防ぐため波長間隔を広げると
帯域利用効率は低下し、従来の波長多重伝送方式では帯
域利用効率は通常０．４［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］程度以下
であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】高密度で多数の信号を
伝送しようとすると、隣り合う波長の信号が重なり合う
ため従来の波長多重伝送方式で用いる波長選択フィルタ
では信号の分離ができないという問題点があった。一
方、波長間隔を広げると従来の波長多重伝送方式は帯域
利用効率が悪いという課題があった。本発明の目的は帯
域利用効率が良い波長多重光伝送方式及び伝送方法を提
供することにある。
伝送しようとすると、隣り合う波長の信号が重なり合う
ため従来の波長多重伝送方式で用いる波長選択フィルタ
では信号の分離ができないという問題点があった。一
方、波長間隔を広げると従来の波長多重伝送方式は帯域
利用効率が悪いという課題があった。本発明の目的は帯
域利用効率が良い波長多重光伝送方式及び伝送方法を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、変調素子により光周波数間
隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ
／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎ
は２以上の整数）の光信号を発生する光送信器と、前記
光信号を合波する手段とを有する光送信部と、光周波数
間隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の光離散フーリ
エ変換回路を備えた光受信部と、前記光離散フーリエ変
換回路の入力における各波長信号のビット位相を一致さ
せるためのビット位相調整手段とを備えたことを特徴と
する。
め、請求項１記載の発明は、変調素子により光周波数間
隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ
／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎ
は２以上の整数）の光信号を発生する光送信器と、前記
光信号を合波する手段とを有する光送信部と、光周波数
間隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の光離散フーリ
エ変換回路を備えた光受信部と、前記光離散フーリエ変
換回路の入力における各波長信号のビット位相を一致さ
せるためのビット位相調整手段とを備えたことを特徴と
する。
【０００８】請求項２の発明は、前記光離散フーリエ変
換回路は、信号をＮ分岐する分岐手段と、該分岐した信
号に対してそれぞれｋ／Ｎ／Δｆ［ｓ］（ここで、ｋは
０からＮ−１までの整数）で定まる時間のビット位相を
遅延させる遅延手段と、ビット位相をｋ／Ｎ／Δｆ
［ｓ］だけ遅延された信号Ｅkをｌ番目（ここで、ｌは
０からＮ−１までの整数）の出力端子へ以下の式
換回路は、信号をＮ分岐する分岐手段と、該分岐した信
号に対してそれぞれｋ／Ｎ／Δｆ［ｓ］（ここで、ｋは
０からＮ−１までの整数）で定まる時間のビット位相を
遅延させる遅延手段と、ビット位相をｋ／Ｎ／Δｆ
［ｓ］だけ遅延された信号Ｅkをｌ番目（ここで、ｌは
０からＮ−１までの整数）の出力端子へ以下の式
【０００９】
【数２】
【００１０】で定まる位相関係をもって合波し出力する
合波手段と、該合波されたＮ個のそれぞれの信号中か
ら、最も遅延の少ない信号を基準として（Ｎ−１）／Ｎ
／Δｆ［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時
間）の時間の信号を取り出す時間ゲート手段とから構成
されることを特徴とする。
合波手段と、該合波されたＮ個のそれぞれの信号中か
ら、最も遅延の少ない信号を基準として（Ｎ−１）／Ｎ
／Δｆ［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時
間）の時間の信号を取り出す時間ゲート手段とから構成
されることを特徴とする。
【００１１】請求項３の発明は、前記分岐手段、遅延手
段、及び合波手段はそれぞれ、１×Ｎ分岐素子、光路長
がΔＬ＝ｃ／（ＮｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎcは
導波路の等価屈折率）ずつ異なるＮ本の遅延導波路、及
びＮ×Ｎ合波素子がこの順に光学的に結合されて構成さ
れることを特徴とする。請求項４の発明は、前記１×Ｎ
分岐素子が、多モード干渉型１×Ｎ分岐素子であり、前
記Ｎ×Ｎ合波素子が、多モード干渉型Ｎ×Ｎ合波素子で
あることを特徴とする。請求項５の発明は、前記分岐手
段、遅延手段、及び合波手段は、２m≧Ｎとなる整数ｍ
に対して、△Ｌ＝ｃ／（２mｎcΔｆ）（ここで、ｃは光
速、ｎcは導波路の等価屈折率）とおくと、光路長差が
２m-1ΔＬ、２m-2ΔＬ、…、ΔＬである非対称マッハツ
ェンダカップラを光学的に多段に結合して構成されるこ
とを特徴とする。
段、及び合波手段はそれぞれ、１×Ｎ分岐素子、光路長
がΔＬ＝ｃ／（ＮｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎcは
導波路の等価屈折率）ずつ異なるＮ本の遅延導波路、及
びＮ×Ｎ合波素子がこの順に光学的に結合されて構成さ
れることを特徴とする。請求項４の発明は、前記１×Ｎ
分岐素子が、多モード干渉型１×Ｎ分岐素子であり、前
記Ｎ×Ｎ合波素子が、多モード干渉型Ｎ×Ｎ合波素子で
あることを特徴とする。請求項５の発明は、前記分岐手
段、遅延手段、及び合波手段は、２m≧Ｎとなる整数ｍ
に対して、△Ｌ＝ｃ／（２mｎcΔｆ）（ここで、ｃは光
速、ｎcは導波路の等価屈折率）とおくと、光路長差が
２m-1ΔＬ、２m-2ΔＬ、…、ΔＬである非対称マッハツ
ェンダカップラを光学的に多段に結合して構成されるこ
とを特徴とする。
【００１２】請求項６の発明は、前記ビット位相調整手
段は、前記光送信部における変調素子への電気的変調信
号のビット位相を制御するものであることを特徴とす
る。請求項７の発明は、前記ビット位相調整手段は、前
記光送信部から光受信部の間に配置された光伝送経路に
おいて、光信号の光路長を制御するものであることを特
徴とする。請求項８の発明は、前記時間ゲート手段は、
光ゲートスイッチであることを特徴とする。請求項９の
発明は、前記時間ゲート手段は、光受信器における電気
ゲート回路であることを特徴とする。
段は、前記光送信部における変調素子への電気的変調信
号のビット位相を制御するものであることを特徴とす
る。請求項７の発明は、前記ビット位相調整手段は、前
記光送信部から光受信部の間に配置された光伝送経路に
おいて、光信号の光路長を制御するものであることを特
徴とする。請求項８の発明は、前記時間ゲート手段は、
光ゲートスイッチであることを特徴とする。請求項９の
発明は、前記時間ゲート手段は、光受信器における電気
ゲート回路であることを特徴とする。
【００１３】そして、請求項１０の発明は、変調素子に
より光数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］
（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調し
たＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を発生し、該光信
号を合波して送信し、送信された光信号を、光周波数間
隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の光離散フーリエ
変換回路を用いて受信するとともに、受信の際に、前記
光離散フーリエ変換回路の入力における各波長信号のビ
ット位相を一致させるようにビット位相の調整を行うこ
とを特徴とする。
より光数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］
（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調し
たＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を発生し、該光信
号を合波して送信し、送信された光信号を、光周波数間
隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の光離散フーリエ
変換回路を用いて受信するとともに、受信の際に、前記
光離散フーリエ変換回路の入力における各波長信号のビ
ット位相を一致させるようにビット位相の調整を行うこ
とを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１に本発明の実施の第１
の形態を示す。送信部において、光周波数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］で並ぶＮ個の光送信器１−１0〜１−１N-1は、変調
速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］で変調しており、帯域利用効率Ｂ
／Δｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］が１以下且つ１に近い値に
なるように変調速度が設定されている。すなわち、各送
信器１−１0〜１−１N-1は、光周波数ｆ0、ｆ1＝ｆ0＋
Δｆ、ｆ2＝ｆ0＋２Δｆ、…、ｆN-1＝ｆ0＋（Ｎ−１）
Δｆの周波数の光信号を発生するとともに、これを変調
速度Ｂでそれぞれ変調している。
施の形態について説明する。図１に本発明の実施の第１
の形態を示す。送信部において、光周波数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］で並ぶＮ個の光送信器１−１0〜１−１N-1は、変調
速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］で変調しており、帯域利用効率Ｂ
／Δｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］が１以下且つ１に近い値に
なるように変調速度が設定されている。すなわち、各送
信器１−１0〜１−１N-1は、光周波数ｆ0、ｆ1＝ｆ0＋
Δｆ、ｆ2＝ｆ0＋２Δｆ、…、ｆN-1＝ｆ0＋（Ｎ−１）
Δｆの周波数の光信号を発生するとともに、これを変調
速度Ｂでそれぞれ変調している。
【００１５】光送信器１−１0〜１−１N-1は電気的なビ
ット位相調整手段１−２0〜２−１N-1によって光送信器
における変調素子への電気的変調信号のビット位相を制
御できるようになっており、ある一つのビットに注目し
て信号処理ができるように、光離散フーリエ変換回路１
−５の入力端において全光周波数（＝波長）の信号のビ
ット位相が一致するように位相シフタなどを用いて電気
信号のビット位相を調整する。送信部の最後ではＮ個の
光送信器からの光信号が合波器１−３により合波され、
一括して一つの光伝送媒体１−４を伝送される。
ット位相調整手段１−２0〜２−１N-1によって光送信器
における変調素子への電気的変調信号のビット位相を制
御できるようになっており、ある一つのビットに注目し
て信号処理ができるように、光離散フーリエ変換回路１
−５の入力端において全光周波数（＝波長）の信号のビ
ット位相が一致するように位相シフタなどを用いて電気
信号のビット位相を調整する。送信部の最後ではＮ個の
光送信器からの光信号が合波器１−３により合波され、
一括して一つの光伝送媒体１−４を伝送される。
【００１６】ここで、光信号が等しい光周波数間隔Δｆ
［Ｈｚ］で並ぶとき、標本化周波数Δｆの離散フーリエ
変換回路により各波長に分離できることを説明する。
［Ｈｚ］で並ぶとき、標本化周波数Δｆの離散フーリエ
変換回路により各波長に分離できることを説明する。
【００１７】波長多重信号は光伝送媒体１−４を伝送さ
れた後、光受信部において、光離散フーリエ変換回路１
−５によって標本化周波数Δｆで離散フーリエ変換さ
れ、Ｎ個の出力端子からフーリエ変換の結果が出力され
る。Ｎ個の出力端子から出力される離散フーリエ変換の
結果はそれぞれ、周波数０、Δｆ、２Δｆ、…、（Ｎ−
１）Δｆの係数であり、送信器１−１0〜１−１N-1の光
周波数も基準となる光周波数ｆ0に対して０、△ｆ、２
△ｆ、…、（Ｎ−１）Δｆの差を有しているので、離散
フーリエ変換回路により各光周波数（＝波長）の信号成
分が得られることがわかる。すなわち、離散フーリエ変
換回路は光周波数分離回路の働きをする。
れた後、光受信部において、光離散フーリエ変換回路１
−５によって標本化周波数Δｆで離散フーリエ変換さ
れ、Ｎ個の出力端子からフーリエ変換の結果が出力され
る。Ｎ個の出力端子から出力される離散フーリエ変換の
結果はそれぞれ、周波数０、Δｆ、２Δｆ、…、（Ｎ−
１）Δｆの係数であり、送信器１−１0〜１−１N-1の光
周波数も基準となる光周波数ｆ0に対して０、△ｆ、２
△ｆ、…、（Ｎ−１）Δｆの差を有しているので、離散
フーリエ変換回路により各光周波数（＝波長）の信号成
分が得られることがわかる。すなわち、離散フーリエ変
換回路は光周波数分離回路の働きをする。
【００１８】各波長に分離された光信号は光受信器１−
６0〜１−６N-1により受信され、高密度な波長多重光伝
送が実現される。
６0〜１−６N-1により受信され、高密度な波長多重光伝
送が実現される。
【００１９】光離散フーリエ変換回路１−５の出力端子
からみると、フーリエ変換により所望以外の他の周波数
成分はすべて打ち消しあう。すなわち、入力側の光周波
数成分が互いに直交しているということである。したが
って、類似の無線通信方式の呼び名を取って、本発明の
波長多重光伝送方式を光直交周波数分割多重伝送方式
（光ＯＦＤＭ伝送方式）と呼ぶことにする。
からみると、フーリエ変換により所望以外の他の周波数
成分はすべて打ち消しあう。すなわち、入力側の光周波
数成分が互いに直交しているということである。したが
って、類似の無線通信方式の呼び名を取って、本発明の
波長多重光伝送方式を光直交周波数分割多重伝送方式
（光ＯＦＤＭ伝送方式）と呼ぶことにする。
【００２０】図２に本発明の実施の第２の形態を示す。
ここで、図１に示すものに対応する構成には同一の参照
符号を付けている（以下、同じ）。第１の実施の形態と
の差はビット位相調整手段の違いである。ビット位相調
整手段として、光送信器１−１ 0〜１−１N-1の各出力と
合波器１−３との間に設けたものである可変遅延線など
の光学的なビット位相調整手段２−１0〜２−１N-1を用
い、光路長を調整して、光離散フーリエ変換回路１−５
の入力端における全波長の信号のビット位相を一致させ
る。
ここで、図１に示すものに対応する構成には同一の参照
符号を付けている（以下、同じ）。第１の実施の形態と
の差はビット位相調整手段の違いである。ビット位相調
整手段として、光送信器１−１ 0〜１−１N-1の各出力と
合波器１−３との間に設けたものである可変遅延線など
の光学的なビット位相調整手段２−１0〜２−１N-1を用
い、光路長を調整して、光離散フーリエ変換回路１−５
の入力端における全波長の信号のビット位相を一致させ
る。
【００２１】また、図２では送信部で光学的なビット位
相調整手段を用いているが、光送信部から受信部の間の
光伝送経路１−４において、任意の地点で波長分散媒質
など波長によって光路長が変化する素子による光学的な
ビット位相調整手段を用いて、各波長のビット位相を一
致させても良いもよい。
相調整手段を用いているが、光送信部から受信部の間の
光伝送経路１−４において、任意の地点で波長分散媒質
など波長によって光路長が変化する素子による光学的な
ビット位相調整手段を用いて、各波長のビット位相を一
致させても良いもよい。
【００２２】図３に本発明の実施の第３の形態を示す。
図３は、図１および図２を参照して説明した光離散フー
リエ変換回路１−５（１−５ａとする。）の具体例を示
したものである。図は波長数Ｎ＝４の場合を示してい
る。この発明の構成および動作を図を用いて説明する。
送信部は本発明の実施の第１の形態と同じであるので構
成および動作の説明を省略する。
図３は、図１および図２を参照して説明した光離散フー
リエ変換回路１−５（１−５ａとする。）の具体例を示
したものである。図は波長数Ｎ＝４の場合を示してい
る。この発明の構成および動作を図を用いて説明する。
送信部は本発明の実施の第１の形態と同じであるので構
成および動作の説明を省略する。
【００２３】受信部の光離散フーリエ変換回路１−５ａ
は、１×Ｎ分岐素子３−１、Ｎ本の遅延導波路３−２0
〜３−２3、およびＮ×Ｎ合波素子３−４、ならびに光
時間ゲートスイッチ３−５0〜３−５3から構成される。
この構成がなぜ離散フーリエ変換回路になるかという説
明は後で説明することにして、まず、各素子の動作を説
明する。
は、１×Ｎ分岐素子３−１、Ｎ本の遅延導波路３−２0
〜３−２3、およびＮ×Ｎ合波素子３−４、ならびに光
時間ゲートスイッチ３−５0〜３−５3から構成される。
この構成がなぜ離散フーリエ変換回路になるかという説
明は後で説明することにして、まず、各素子の動作を説
明する。
【００２４】光伝送媒体１−４を伝送された後、波長多
重信号は、まず、１×Ｎ分岐素子３−１によりＮ分岐さ
れる。遅延導波路３−２0〜３−２3はそれぞれ光路長が
ΔＬ＝ｃ／（ＮｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎc導波
路の等価屈折率）だけ異なっており、分岐された信号は
最も短い導波路を基準にして、それぞれ０、１／Ｎ／△
ｆ、２／Ｎ／Δｆ、…、（Ｎ−１）／Ｎ／Δｆの時間だ
け遅延される。それぞれの信号をＥｉｎk（ｋ＝０...Ｎ
−１）とすると、Ｎ×Ｎ合波素子３−４により、それぞ
れ以下の式
重信号は、まず、１×Ｎ分岐素子３−１によりＮ分岐さ
れる。遅延導波路３−２0〜３−２3はそれぞれ光路長が
ΔＬ＝ｃ／（ＮｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎc導波
路の等価屈折率）だけ異なっており、分岐された信号は
最も短い導波路を基準にして、それぞれ０、１／Ｎ／△
ｆ、２／Ｎ／Δｆ、…、（Ｎ−１）／Ｎ／Δｆの時間だ
け遅延される。それぞれの信号をＥｉｎk（ｋ＝０...Ｎ
−１）とすると、Ｎ×Ｎ合波素子３−４により、それぞ
れ以下の式
【００２５】
【数３】
【００２６】で定まる位相関係をもって合波され、Ｎ個
の端子に出力される。一般に波長の長さ以下の光路長差
は位相差に相当する。位相シフタ３−３1〜３−３3は製
造の誤差を調整するためのものである。製造の誤差が充
分小さい場合は、式（１）にしたがって、遅延導波路の
光路長差を波長の長さ以下の精度まで制御することによ
り、位相シフタは省略できる。このことは、他の実施例
の位相シフタについても同じである。式（１）では位相
の符号は後の数学的説明に合わせるためにマイナス符号
を取ったが、プラスでもマイナスでも良い。
の端子に出力される。一般に波長の長さ以下の光路長差
は位相差に相当する。位相シフタ３−３1〜３−３3は製
造の誤差を調整するためのものである。製造の誤差が充
分小さい場合は、式（１）にしたがって、遅延導波路の
光路長差を波長の長さ以下の精度まで制御することによ
り、位相シフタは省略できる。このことは、他の実施例
の位相シフタについても同じである。式（１）では位相
の符号は後の数学的説明に合わせるためにマイナス符号
を取ったが、プラスでもマイナスでも良い。
【００２７】１×Ｎ分岐素子３−１は、より具体的に
は、多モード干渉型１×Ｎ分岐素子、１×Ｎスターカッ
プラなど光を直接Ｎ分岐する様々な手段、あるいは、１
×２カップラの多段接続など多段接続によりＮ分岐する
様々な手段によって実現できる。
は、多モード干渉型１×Ｎ分岐素子、１×Ｎスターカッ
プラなど光を直接Ｎ分岐する様々な手段、あるいは、１
×２カップラの多段接続など多段接続によりＮ分岐する
様々な手段によって実現できる。
【００２８】Ｎ×Ｎ合波素子３−４は、より具体的に
は、図４に示すようにＮ本（この場合Ｎ＝４）の遅延導
波路の出力をそれぞれ１×Ｎ分岐素子３−１0〜３−１3
で分岐した後に位相調整用の位相シフタ３−３、３−
３、…を介してＮ個のＮ×１合波素子４−１0〜４−１3
（１×Ｎ分岐素子の入出力を逆にしたものによって実現
できる）で合波する方法や単一素子としては多モード干
渉型Ｎ×Ｎ合波素子など、Ｎ本の遅延導波路の出力を式
（１）の位相関係で合波する様々な手段によって実現で
きる。多モード干渉型Ｎ×Ｎ合波素子を用いる場合は、
多モード干渉型合波素子内の位相変化を考慮して式
（１）の位相項を補正する必要があるが、その補正値つ
いては学術論文「L.O.Lierstuen et al. IEEE Photon.
Tech. Lett., Vol.7, No.9, pp. 1037-1036 (1995)」に
示された方法によって解くことができる。
は、図４に示すようにＮ本（この場合Ｎ＝４）の遅延導
波路の出力をそれぞれ１×Ｎ分岐素子３−１0〜３−１3
で分岐した後に位相調整用の位相シフタ３−３、３−
３、…を介してＮ個のＮ×１合波素子４−１0〜４−１3
（１×Ｎ分岐素子の入出力を逆にしたものによって実現
できる）で合波する方法や単一素子としては多モード干
渉型Ｎ×Ｎ合波素子など、Ｎ本の遅延導波路の出力を式
（１）の位相関係で合波する様々な手段によって実現で
きる。多モード干渉型Ｎ×Ｎ合波素子を用いる場合は、
多モード干渉型合波素子内の位相変化を考慮して式
（１）の位相項を補正する必要があるが、その補正値つ
いては学術論文「L.O.Lierstuen et al. IEEE Photon.
Tech. Lett., Vol.7, No.9, pp. 1037-1036 (1995)」に
示された方法によって解くことができる。
【００２９】さらに、Ｎ×Ｎ合波素子３−４のＮ個の出
力端子から、時間ゲート３−５0〜３−５3によって、最
も遅延の少ない信号を基準として（Ｎ−１）／Ｎ／△ｆ
〜Ｔ（但し、Ｔは１ビットの時間）の時間に於ける信号
が取り出され、各波長（＝光周波数）に分離される。
力端子から、時間ゲート３−５0〜３−５3によって、最
も遅延の少ない信号を基準として（Ｎ−１）／Ｎ／△ｆ
〜Ｔ（但し、Ｔは１ビットの時間）の時間に於ける信号
が取り出され、各波長（＝光周波数）に分離される。
【００３０】前述したように、離散フーリエ変換回路に
より各光周波数（＝波長）の信号成分が得られることか
ら、各波長に分離された信号は光受信器１−６0〜１−
６3により受信され、高密度な波長多重光伝送が実現さ
れる。
より各光周波数（＝波長）の信号成分が得られることか
ら、各波長に分離された信号は光受信器１−６0〜１−
６3により受信され、高密度な波長多重光伝送が実現さ
れる。
【００３１】以下数式をもって、１×Ｎ分岐素子３−
１、Ｎ本の遅延導波路３−２0〜３−２3、およびＮ×Ｎ
合波素子３−４および光時間ゲートスイッチ３−５から
構成される光回路が光離散フーリエ変換回路の動作をす
ることを説明する。
１、Ｎ本の遅延導波路３−２0〜３−２3、およびＮ×Ｎ
合波素子３−４および光時間ゲートスイッチ３−５から
構成される光回路が光離散フーリエ変換回路の動作をす
ることを説明する。
【００３２】ある１つのビットに注目し、時間間隔Δｔ
＝１／Ｎ／Δｆ毎に標本化したと仮定し、ｋ番目の標本
化値をｘk＝ｘ（ｋΔｔ）とすると、離散的フーリエス
ペクトルＸｌ＝Ｘｌ（ｌΔω）（但し、Δω＝２πΔ
ｆ）は離散フーリエ変換の公式により
＝１／Ｎ／Δｆ毎に標本化したと仮定し、ｋ番目の標本
化値をｘk＝ｘ（ｋΔｔ）とすると、離散的フーリエス
ペクトルＸｌ＝Ｘｌ（ｌΔω）（但し、Δω＝２πΔ
ｆ）は離散フーリエ変換の公式により
【００３３】
【数４】
【００３４】と表される。式（１）と式（２）を比較す
ると、０、１／Ｎ／Δｆ、２／Ｎ／Δｆ、…、（Ｎ−
１）／Ｎ／Δｆの時間だけ遅延した信号ｘ（ｋ／（ＮΔ
ｆ））を式（１）のような位相関係で合波したＮ×Ｎ合
波素子の出力が離散フーリエ変換の結果を示すことがわ
かる。以上により、本発明の実施の第３の形態により離
散フーリエ変換が実現されることがわかる。
ると、０、１／Ｎ／Δｆ、２／Ｎ／Δｆ、…、（Ｎ−
１）／Ｎ／Δｆの時間だけ遅延した信号ｘ（ｋ／（ＮΔ
ｆ））を式（１）のような位相関係で合波したＮ×Ｎ合
波素子の出力が離散フーリエ変換の結果を示すことがわ
かる。以上により、本発明の実施の第３の形態により離
散フーリエ変換が実現されることがわかる。
【００３５】注目しているある１つのビットの合波部分
のみを取り出すためには、（Ｎ−１）／Ｎ／Δｆ〜Ｔの
時間の信号を時間ゲートスイッチにより取り出すことが
必要である。以下図５をもって、この光離散フーリエ変
換回路１−５ａの動作のうち、時間ゲートスイッチ３−
５0〜３−５3の動作を説明する。ある一つのビットに注
目すると遅延導波路の出力Ｅｉｎk（ｋ＝０...３）はそ
れぞれ図の様に遅延される。これらを合波すると、３／
（４Δｆ）〜Ｔの時間部分のみが全てのＥｉｎkの合波
になっていることがわかる。この時間部分のみが式
（２）の結果を示すので、時間ゲートスイッチにより３
／（４Δｆ）〜Ｔの時間の時間の信号を取り出すとＥｉ
ｎkの合波成分が取り出せて、光離散フーリエ変換が実
現される。
のみを取り出すためには、（Ｎ−１）／Ｎ／Δｆ〜Ｔの
時間の信号を時間ゲートスイッチにより取り出すことが
必要である。以下図５をもって、この光離散フーリエ変
換回路１−５ａの動作のうち、時間ゲートスイッチ３−
５0〜３−５3の動作を説明する。ある一つのビットに注
目すると遅延導波路の出力Ｅｉｎk（ｋ＝０...３）はそ
れぞれ図の様に遅延される。これらを合波すると、３／
（４Δｆ）〜Ｔの時間部分のみが全てのＥｉｎkの合波
になっていることがわかる。この時間部分のみが式
（２）の結果を示すので、時間ゲートスイッチにより３
／（４Δｆ）〜Ｔの時間の時間の信号を取り出すとＥｉ
ｎkの合波成分が取り出せて、光離散フーリエ変換が実
現される。
【００３６】図３の形態では、時間ゲートとして光時間
ゲートスイッチ３−５〜３−５3を用いている。光時間
ゲートスイッチとして例えば、電界吸収型変調器やマッ
ハツェンダ型の強度変調器をスイッチとして用いたもの
や非線形光学効果を用いた全光スイッチなどで実現でき
る。
ゲートスイッチ３−５〜３−５3を用いている。光時間
ゲートスイッチとして例えば、電界吸収型変調器やマッ
ハツェンダ型の強度変調器をスイッチとして用いたもの
や非線形光学効果を用いた全光スイッチなどで実現でき
る。
【００３７】あるいは、図６の本発明の実施の第４の形
態のように、光受信器５−２0〜５−２3で電気信号に変
換した後、識別回路の識別タイミングを調整して、時間
ゲートとして特定の時間の電圧を検出する方法など、電
気的な時間ゲート回路５−１ 0〜５−１3によっても実現
できる。すなわち、図６に示す光離散フーリエ変換回路
１−５ｂでは、図３に示す光離散フーリエ変換回路１−
５ａにおける光時間ゲートスイッチ３−５0〜３−５3を
省略するとともに、光受信器１−６0〜１−６3に対応す
る光受信器５−２0〜５−２3内に電気的時間ゲート回路
５−１0〜５−１3を設けている。
態のように、光受信器５−２0〜５−２3で電気信号に変
換した後、識別回路の識別タイミングを調整して、時間
ゲートとして特定の時間の電圧を検出する方法など、電
気的な時間ゲート回路５−１ 0〜５−１3によっても実現
できる。すなわち、図６に示す光離散フーリエ変換回路
１−５ｂでは、図３に示す光離散フーリエ変換回路１−
５ａにおける光時間ゲートスイッチ３−５0〜３−５3を
省略するとともに、光受信器１−６0〜１−６3に対応す
る光受信器５−２0〜５−２3内に電気的時間ゲート回路
５−１0〜５−１3を設けている。
【００３８】図７に本発明の実施の第５の形態を示す。
光離散フーリエ変換回路１−５（１−５ｃとする。）の
別の具体例を示したものである。図は波長数Ｎ＝４の場
合を示している。
光離散フーリエ変換回路１−５（１−５ｃとする。）の
別の具体例を示したものである。図は波長数Ｎ＝４の場
合を示している。
【００３９】この発明の構成および動作を図を用いて説
明する。光離散フーリエ変換回路以外の部分は実施の第
１および第３の形態と同でであるので、光離散フーリエ
変換回路１−５ｃのみを説明する。
明する。光離散フーリエ変換回路以外の部分は実施の第
１および第３の形態と同でであるので、光離散フーリエ
変換回路１−５ｃのみを説明する。
【００４０】整数ｍを２m≧Ｎとなるように選び、△Ｌ
＝ｃ／（２mｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎc導波路
の等価屈折率）とおく。光離散フーリエ変換回路１−５
ｃでは周波数多重信号は、まず、非対称マッハツェンダ
カップラ６−１1により２m-1ΔＬの光路長差、即ち１／
２／Δｆの遅延時間差をもって合波される。このとき、
信号波長の一つと非対称マッハツェンダカップラの透過
スペクトルのピークが一致するように位相シフタ３−６
1を調整する。出力のそれぞれは次の非対称マッハツェ
ンダカップラ６−１2〜６−１3に結合され、さらに２
m-2ΔＬの光路長差、即ち１／４／Δｆの遅延時間差を
もって合波される。このとき、信号波長のピークと非対
称マッハツェンダカップラの透過スペクトルのピークが
一致するように位相シフタ３−６2〜３−６3を調整す
る。
＝ｃ／（２mｎcΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎc導波路
の等価屈折率）とおく。光離散フーリエ変換回路１−５
ｃでは周波数多重信号は、まず、非対称マッハツェンダ
カップラ６−１1により２m-1ΔＬの光路長差、即ち１／
２／Δｆの遅延時間差をもって合波される。このとき、
信号波長の一つと非対称マッハツェンダカップラの透過
スペクトルのピークが一致するように位相シフタ３−６
1を調整する。出力のそれぞれは次の非対称マッハツェ
ンダカップラ６−１2〜６−１3に結合され、さらに２
m-2ΔＬの光路長差、即ち１／４／Δｆの遅延時間差を
もって合波される。このとき、信号波長のピークと非対
称マッハツェンダカップラの透過スペクトルのピークが
一致するように位相シフタ３−６2〜３−６3を調整す
る。
【００４１】これらをｍ回繰り返し、最後は２m-1個の
非対称マッハツェンダカップラにより、ΔＬの光路長
差、即ち１／Ｎ／Δｆの遅延時間差をもって合波され、
２m個の出力を得る。このとき、信号波長のピークと非
対称マッハツェンダカップラの透過スペクトルのピーク
が一致するように位相シフタを調整する。このように構
成すると、２m個の出力信号は光路長がそれぞれΔＬだ
け異なる２m個の信号を式（１）の位相関係でもって合
波したことになる。
非対称マッハツェンダカップラにより、ΔＬの光路長
差、即ち１／Ｎ／Δｆの遅延時間差をもって合波され、
２m個の出力を得る。このとき、信号波長のピークと非
対称マッハツェンダカップラの透過スペクトルのピーク
が一致するように位相シフタを調整する。このように構
成すると、２m個の出力信号は光路長がそれぞれΔＬだ
け異なる２m個の信号を式（１）の位相関係でもって合
波したことになる。
【００４２】ここで、非対称マッハツェンダカップラの
結合順序を遅延時間差の大きい順に並べて説明したが、
結合する順序は任意であり、どのような順番で結合して
もよい。
結合順序を遅延時間差の大きい順に並べて説明したが、
結合する順序は任意であり、どのような順番で結合して
もよい。
【００４３】出力された２m個の各端子から、時間ゲー
ト３−５0〜３−５3によって、最も遅延の少ない信号を
基準として（２m−１）／２m／Δｆ〜Ｔの時間の信号を
取り出す。以上のようにして光離散フーリエ変換が実現
される。
ト３−５0〜３−５3によって、最も遅延の少ない信号を
基準として（２m−１）／２m／Δｆ〜Ｔの時間の信号を
取り出す。以上のようにして光離散フーリエ変換が実現
される。
【００４４】図８〜図１０に本発明の実施の第３の形態
の構成を用いたシミュレーション結果を示す。波長間隔
５［ＧＨｚ］、ビットレート５［Ｇｂ／ｓ］、Ｎ＝４と
した。帯域利用効率は１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］となる。
光離散フーリエ変換回路の前、および後、そして光ゲー
トの後のアイダイアグラムを示す。十分なアイダイアグ
ラムが開いていることがわかる。したがって、本発明に
より帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式が実現でき
る。
の構成を用いたシミュレーション結果を示す。波長間隔
５［ＧＨｚ］、ビットレート５［Ｇｂ／ｓ］、Ｎ＝４と
した。帯域利用効率は１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］となる。
光離散フーリエ変換回路の前、および後、そして光ゲー
トの後のアイダイアグラムを示す。十分なアイダイアグ
ラムが開いていることがわかる。したがって、本発明に
より帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式が実現でき
る。
【００４５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明により、
帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式及び伝送方法が
実現できる。これにより、従来と同じ波長帯域幅で、よ
り多くの波長数を有する波長多重伝送方式を実現でき、
光通信の伝送容量の増大に貢献することができる。
帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式及び伝送方法が
実現できる。これにより、従来と同じ波長帯域幅で、よ
り多くの波長数を有する波長多重伝送方式を実現でき、
光通信の伝送容量の増大に貢献することができる。
【００４６】また、帯域の狭い光伝送路は帯域の広い光
伝送路に比べて安価に構築できるため、伝送路の構築コ
ストが光伝送方式のコストの多くを占めるような光伝送
方式においては、本発明によりコストの削減が可能とな
る。
伝送路に比べて安価に構築できるため、伝送路の構築コ
ストが光伝送方式のコストの多くを占めるような光伝送
方式においては、本発明によりコストの削減が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック
図
図
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック
図
図
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック
図
図
【図４】図３のＮ×Ｎ合波素子３−４の構成例を示すブ
ロック図
ロック図
【図５】図３の光時間ゲートスイッチ３−５0〜３−５3
の動作を説明するためのタイミングチャート
の動作を説明するためのタイミングチャート
【図６】本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック
図
図
【図７】本発明の第５の実施形態の構成を示すブロック
図
図
【図８】本発明の第３の実施形態によるシミュレーショ
ン結果を示すアイダイアグラム（光離散フーリエ変換回
路１−５ａ前の波形）
ン結果を示すアイダイアグラム（光離散フーリエ変換回
路１−５ａ前の波形）
【図９】本発明の第３の実施形態によるシミュレーショ
ン結果を示すアイダイアグラム（光離散フーリエ変換回
路１−５ａ後の波形）
ン結果を示すアイダイアグラム（光離散フーリエ変換回
路１−５ａ後の波形）
【図１０】本発明の第３の実施形態によるシミュレーシ
ョン結果を示すアイダイアグラム（光時間ゲート回路３
−５0〜３−５3の後の波形）
ョン結果を示すアイダイアグラム（光時間ゲート回路３
−５0〜３−５3の後の波形）
【図１１】従来の波長多重光伝送方式の構成を示すブロ
ック図
ック図
１−１0〜１−１N-1 光送信器
１−２0〜１−２N-1 電気的ビット位相調整手段
１−４ 光伝送媒体
１−５，１−５ａ〜１−５ｃ 光離散フーリエ変換回路
１−６0〜１−６N-1，５−２0〜５−２3 光受信器
２−１0〜２−１N-1 光学的ビット位相調整手段
３−１，３−１0〜３−１3 １×Ｎ分岐素子
３−２0〜３−２3 遅延導波路
３−３1〜３−３3，３−６1〜３−６3 位相シフタ
３−４ Ｎ×Ｎ合波素子
３−５0〜３−５3 光時間ゲートスイッチ
４−１0〜４−１3 Ｎ×１合波素子
５−１0〜５−１3 電気的時間ゲートスイッチ
６−１1〜６−１3 非対称マッハツェンダカップラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 三条 広明
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB18
5K002 AA01 AA03 BA02 BA04 BA05
BA06 CA14 DA02 DA05 FA01
Claims (10)
- 【請求項１】 変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の
整数）の光信号を発生する光送信器と、前記光信号を合
波する手段とを有する光送信部と、 光周波数間隔に等しい標本化周波数Δｆ［Ｈｚ］の光離
散フーリエ変換回路を備えた光受信部と、 前記光離散フーリエ変換回路の入力における各波長信号
のビット位相を一致させるためのビット位相調整手段と
を備えたことを特徴とする光直交周波数分割多重伝送方
式。 - 【請求項２】 前記光離散フーリエ変換回路は、 信号をＮ分岐する分岐手段と、 該分岐した信号に対してそれぞれｋ／Ｎ／Δｆ［ｓ］
（ここで、ｋは０からＮ−１までの整数）で定まる時間
のビット位相を遅延させる遅延手段と、 ビット位相をｋ／Ｎ／Δｆ［ｓ］だけ遅延された信号Ｅ
kをｌ番目（ここで、ｌは０からＮ−１までの整数）の
出力端子へ以下の式 【数１】 で定まる位相関係をもって合波し出力する合波手段と、 該合波されたＮ個のそれぞれの信号中から、最も遅延の
少ない信号を基準として（Ｎ−１）／Ｎ／Δｆ［ｓ］か
らＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時間）の時間の信号
を取り出す時間ゲート手段とから構成されることを特徴
とする請求項１に記載の光直交周波数分割多重伝送方
式。 - 【請求項３】 前記分岐手段、遅延手段、及び合波手段
はそれぞれ、 １×Ｎ分岐素子、光路長がΔＬ＝ｃ／（ＮｎcΔｆ）
（ここで、ｃは光速、ｎcは導波路の等価屈折率）ずつ
異なるＮ本の遅延導波路、及びＮ×Ｎ合波素子がこの順
に光学的に結合されて構成されることを特徴とする請求
項２に記載の光直交周波数分割多重伝送方式。 - 【請求項４】 前記１×Ｎ分岐素子が、多モード干渉型
１×Ｎ分岐素子であり、 前記Ｎ×Ｎ合波素子が、多モード干渉型Ｎ×Ｎ合波素子
であることを特徴とする請求項３に記載の光直交周波数
分割多重伝送方式。 - 【請求項５】 前記分岐手段、遅延手段、及び合波手段
は、 ２m≧Ｎとなる整数ｍに対して、△Ｌ＝ｃ／（２mｎcΔ
ｆ）（ここで、ｃは光速、ｎcは導波路の等価屈折率）
とおくと、 光路長差が２m-1ΔＬ、２m-2ΔＬ、…、ΔＬである非対
称マッハツェンダカップラを光学的に多段に結合して構
成されることを特徴とする請求項２に記載の光直交周波
数分割多重伝送方式。 - 【請求項６】 前記ビット位相調整手段は、前記光送信
部における変調素子への電気的変調信号のビット位相を
制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の
光直交周波数分割多重伝送方式。 - 【請求項７】 前記ビット位相調整手段は、前記光送信
部から光受信器の間に配置された光伝送経路において、
光信号の光路長を制御するものであることを特徴とする
請求項１に記載の光直交周波数分割多重伝送方式。 - 【請求項８】 前記時間ゲート手段は、光ゲートスイッ
チであることを特徴とする請求項２に記載の光直交周波
数分割多重伝送方式。 - 【請求項９】 前記時間ゲート手段は、光受信部におけ
る電気ゲート回路であることを特徴とする請求項２に記
載の光直交周波数分割多重伝送方式。 - 【請求項１０】 変調素子により光数間隔Δｆ［Ｈ
ｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１
［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の
整数）の光信号を発生し、該光信号を合波して送信し、 送信された光信号を、光周波数間隔に等しい標本化周波
数Δｆ［Ｈｚ］の光離散フーリエ変換回路を用いて受信
するとともに、 受信の際に、前記光離散フーリエ変換回路の入力におけ
る各波長信号のビット位相を一致させるようにビット位
相の調整を行うことを特徴とする光直交周波数分割多重
伝送方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001238078A JP3789784B2 (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 光直交周波数分割多重伝送方式及び伝送方法 |
| US10/214,487 US7113702B2 (en) | 2001-08-06 | 2002-07-31 | Wavelength division multiplexing optical transmission system and transmission method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001238078A JP3789784B2 (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 光直交周波数分割多重伝送方式及び伝送方法 |
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|---|---|
| JP2003051810A true JP2003051810A (ja) | 2003-02-21 |
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ID=19069058
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