JP2008206064A

JP2008206064A - 光伝送装置及び方法

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Publication number: JP2008206064A
Application number: JP2007042579A
Authority: JP
Inventors: Lars Jansen Sander; ラースヤンセンサンダー; Itsuro Morita; 逸郎森田
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP4735567B2

Abstract

【課題】複数のサブキャリアを含む電気信号を、アナログ光変調により伝送する場合において、相互混合ノイズの影響を抑える光伝送装置を提供する。
【解決手段】光伝送装置は、光キャリア信号を、複数のサブキャリアを含む電気信号でアナログ変調して生成された、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を受信し、受信する光信号に含まれる側波帯の波形整形後に、電気信号へ変換するが、波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数のサブキャリアを含む電気信号を、アナログ光変調により伝送する光伝送装置及び方法に関する。

光信号を、無線周波数帯の電気信号の振幅に応じて、例えば、強度変調して伝送するシステムが提案されている（例えば、非特許文献１、参照。）。

非特許文献１は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いたものであり、光伝送装置は、まず、高速フーリエ逆変換処理及びデジタルアナログ変換処理により実数部及び虚数部のベースバンド信号を生成し、実数部及び虚数部のベースバンド信号、それぞれを、互いに直交する同一周波数の正弦波信号により周波数変換して加算することで、レーザダイオードからの連続光を変調するための、変調電気信号を生成している。

変調電気信号により強度変調された光信号は、レーザダイオードの発光周波数である光キャリア信号を対称軸とし、情報を搬送する側波帯が高周波側と低周波側に配置された光スペクトラムを有するが、非特許文献１に記載の光伝送装置は、一方の側波帯をフィルタで除去、つまり、片側側波帯（ＳＳＢ：ＳｉｎｇｌｅＳｉｄｅＢａｎｄ）方式にて光信号を送信している。

また、上記光信号を受信した光伝送装置は、まず、フォトダイオードにより、受信光信号を、変調電気信号に変換し、変調電気信号と同相及び直交する正弦波を、それぞれ、変調電気信号に乗じて、実数部及び虚数部のベースバンド信号に変換し、デジタルアナログ変換処理及び高速フーリエ変換処理により、実数部及び虚数部のベースバンド信号を、周波数領域の複素信号に変換している。

ＪａｍｅｓＬｏｗｅｒｙｅｔａｌ、"Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｆｏｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇ−ｈａｕｌｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ"、ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．６、ｐｐ．２０７９−２０８４、２００６年３月

図６は、非特許文献１に記載の光伝送装置が送信する光信号の概略的な光スペクトラムを示す図である。なお、ベースバンド信号を周波数変換するための正弦波信号の周波数をｆ_ＴＸ、変調電気信号に含まれる一番低いサブキャリアと、一番高いサブキャリアの周波数差、つまり、変調電気信号の帯域をｆ_ＳＩＧとする。図６によると、複数のサブキャリアを含む上側側波帯３０の中心周波数は、光キャリア２０から、周波数変換に使用した正弦波信号の周波数ｆ_ＴＸだけ離れている。ここで、光キャリア２０の周波数は、外部光変調器に入力されるレーザダイオードの発光周波数に等しい。

非特許文献１にも記載されている様に、ＯＦＤＭといった、複数のサブキャリアを含む側波帯３０を有する光信号を、フォトダイードにより変調電気信号に変換した場合、相互変調（Ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）とも呼ばれる、各サブキャリア間の相互混合（Ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）により相互混合ノイズが発生する。図７は、フォトダイードに対して、図６に示す光信号を入力した場合に出力される電気信号の概略的な周波数スペクトルを示す図である。図７によると、変調電気信号５０の中心周波数は、光キャリア２０と側波帯３０の中心との周波数差に等しくｆ_ＴＸであり、相互混合ノイズ４０が、直流からほぼ周波数ｆ_ＳＩＧまで発生している。なお、この相互混合ノイズ４０の外挿ノイズ（Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）が、周波数ｆ_ＳＩＧより高い周波数領域にまで漏れ込むため、周波数ｆ_ＳＩＧより高い領域に存在する信号も、実際には影響を受けることになる。

非特許文献１によると、相互混合ノイズ４０は、キャリア対信号比（ＣＳＲ：ＣａｒｒｉｅｒｔｏＳｉｇｎａｌＲａｔｉｏ）が小さくなる程大きくなる。つまり、光伝送に使用できる光パワーの多くを光キャリア２０に割り振ることで、相互混合ノイズ４０を小さくできるが、これは、側波帯３０、つまり、伝送する情報を有している信号に割り振れる光パワーが小さくなることを意味し、信号対雑音比（ＳＮＲ：ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）が劣化してしまう。このため、非特許文献１においては、光キャリア２０と側波帯３０には同一光パワーを配分し、相互混合ノイズ４０を避けるため、ｆ_ＴＸをｆ_ＳＩＧの１．５倍とし、光キャリア２０と側波帯３０との間に、周波数幅ｆ_ＳＩＧのガード帯域を確保することとしている。

相互混合ノイズ４０による信号への影響は低いことが好ましく、かつ、そのことは、確保すべきガード帯域を減少させ周波数帯域を有効に利用することにつながる。

したがって、本発明は、複数のサブキャリアを含む電気信号を、アナログ光変調により伝送する場合において、従来技術より確保すべきガード帯域を狭くすることができる、いいかえると、同一ガード帯域においては、相互混合ノイズの影響を抑えることができる光伝送装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の光伝送装置によれば、
複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を受信する光伝送装置であって、前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行う手段と、波形整形後の光信号を電気信号に変換する手段とを備えており、波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させることを特徴とする。

本発明の光伝送方法によれば、
送信側伝送装置において、光キャリア信号を、複数のサブキャリアを含む電気信号で変調し、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を生成するステップと、生成した光信号を送信するステップと、受信側光伝送装置において、前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行うステップと、波形整形後の光信号を電気信号に変換するステップとを備えており、波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させることを特徴とする。

また、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号は、片側側波帯光信号であることも好ましく、更に、隣接するサブキャリアにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度は、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上であることも好ましい。

相互混合ノイズは、各サブキャリアの周波数差をその周波数成分とするため、光電気変換後に、低周波側となるサブキャリアの光パワーは、あまり減少させず、相互混合ノイズの影響を受けない、高周波側となるサブキャリアの光パワーを減少させることで、相互混合ノイズを抑え信号対雑音比を改良することができ、よって、従来技術より、ガード帯域を減少させることが可能になる。更に、隣接するサブキャリアにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度を、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上とすることを波形整形と組み合わせることで、信号対雑音比を更に改良することができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による光伝送装置の送信側のブロック図である。図１によると、光伝送装置は、変調部１と、周波数変換部２と、光信号生成部３と、光変調部４と、光フィルタ５とを備えている。

変調部１は、複数のサブキャリアを含むベースバンド信号を周波数変換部２に入力し、周波数変換部２は、ベースバンド信号を無線周波数（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の電気信号に周波数変換し、複数のサブキャリアを含む変調電気信号５０を出力する。なお、複数のサブキャリアを含む変調電気信号５０の例としては、ＯＦＤＭ信号や、副搬送波多重（ＳＣＭ：Ｓｕｂ−ＣａｒｒｉｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式で光信号により伝送される信号があるが、これらに限定されるものではない。また、以下の説明において、変調電気信号５０の帯域をｆ_ＳＩＧ、その中心周波数をｆ_ＴＸとする。

光信号生成部３は、例えば、分布帰還型レーザダイオードであり、連続光を光変調部４に出力する。光変調部４は、例えば、マッハツェンダ変調器といった連続光を変調する外部光変調器であり、変調電気信号５０で連続光を変調し、光フィルタ５は、光変調部４が出力する光信号の一方の側波帯、本実施形態においては、下側側波帯を抑圧して、図２に示す、光キャリア２０及び上側側波帯３０を含む光信号、つまり、光ＳＳＢ信号を、光伝送路に送信する。なお、以下、上側側波帯３０を利用する実施形態で説明を行うが、下側側波帯を利用することも可能であり、また、両側側波帯方式であっても良い。

図３は、本発明による光伝送装置の受信側のブロック図である。図３によると、光伝送装置は、光フィルタ６と、光電気変換部７と、周波数変換部８と、復調部９とを備えている。

光フィルタ６は、光伝送路から受信する光ＳＳＢ信号の側波帯３０に対して、周波数軸上で、光キャリア２０から離れるに従いその光パワーが減少する様に波形整形を行う。具体的には、使用している側波帯３０が上側側波帯である場合には、周波数が高いほど減衰量を強くし、下側側波帯である場合には、周波数が低いほど減衰量を強くして波形整形を行う。図４に、光フィルタ６が出力する光ＳＳＢ信号の概略的なスペクトラムを示す。以後、側波帯の光キャリア２０に最も近いサブキャリアの光パワーと、最も遠いサブキャリアの光パワーとの差、つまり、図４でＸにて示す量を、チルト量と呼ぶ。

光電気変換部７は、例えば、フォトダイオードであり、光フィルタ６が出力する光信号を変調電気信号５０に変換し、周波数変換部８は、周波数ｆ_ＴＸの正弦波信号により変調電気信号５０をベースバンド信号に変換し、復調部９は、ベースバンド信号の復調を行う。

相互混合ノイズ４０は、各サブキャリアの周波数差をその周波数成分とするため、変調電気信号５０に近い位置に発生する相互混合ノイズ４０は、主に、両端のサブキャリアに基づき発生したものである。このため、相互混合ノイズ４０の発生位置近傍となる、光キャリア２０に近いサブキャリアの光パワーは、あまり減少させず、相互混合ノイズ４０の影響を受けない、光キャリア２０から遠い位置にあるサブキャリアの光パワーを減少させることで、相互混合ノイズ４０を抑え、変調電気信号５０の信号対雑音比を改良することができる。また、これにより、従来技術より、ガード帯域を減少させることが可能になる。

図５は、光フィルタ６で波形整形して電気信号に変換した場合と、波形整形せずに電気信号に変換した場合、それぞれの、キャリア対信号比（ＣＳＲ）に対する誤り率（ＢＥＲ：ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｉｏ）を示す図である。なお、シミュレーションの条件は変調電気信号５０としてＦＦＴサイズを５１２、帯域７ＧＨｚ、各サブキャリアの変調フォーマットがＱＰＳＫのＯＦＤＭ信号を使用し、自然放出光雑音（ＡＳＥ：ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）を印加する場合には、信号対雑音比（ＳＮＲ）を１１ｄＢとした。

ＣＳＲが大きい領域においては、相互混合ノイズ４０は小さく、ＡＳＥの影響が支配的となる。図６からも明らかなように、ＣＳＲが増大するに従い、信号のパワーも減少するため、誤り率が劣化し、波形整形による差は見られない。

しかしながら、ＣＳＲが小さい領域においては、相互混合ノイズ４０が増大し、相互混合ノイズ４０の影響が支配的となる。図６から、ＡＳＥを印加した場合と印加しない場合の両方において、波形整形を行うことによりＢＥＲが改善することが分かる。また、チルト量によってもＢＥＲが変動することが分かる。

なお、シミュレーション結果において、２０ｄＢのチルト量は、１０ｄＢのチルト量より低いＢＥＲを示しているが、チルト量を大きくすることは、光キャリア２０から遠い位置にあるサブキャリの光パワーを光フィルタ６において、強く減少させることを意味し、チルト量を大きくしすぎると、これら、光キャリア２０から遠い位置にあるサブキャリのＢＥＲが大きく劣化することになる。したがって、最適なチルト量は、相互混合ノイズ４０のパワー、光電気変換部７の感度、復調部９におけるアナログデジタル変換処理の分解能等に応じて決定することになる。

また、チルト量を大きくしすぎることによる信号品質の劣化を避けるため、サブキャリアごとの変調フォーマットを異なるものとすることも好ましい。具体的には、隣接するサブキャリにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度を、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上とする。光キャリア２０から近い位置にあるサブキャリは、相互混合ノイズ４０及びその外挿ノイズにより影響を受ける為、光キャリア２０から近い位置にあるサブキャリ程、多値度の低い変調フォーマットを使用することで、更に、ＳＮＲが改善される。

本発明による光伝送装置の送信側のブロック図である。光伝送装置が送信する光信号の概略的な光スペクトルを示す図である。本発明による光伝送装置の受信のブロック図である。受信側の光フィルタが出力する光信号の概略的なスペクトラムを示す図である。キャリア対信号比に対する誤り率を示す図である。光ＳＳＢ−ＯＦＤＭ信号の概略的なスペクトラム図である。図６に示す光信号を電気信号に変換した場合の概略的なスペクトラム図である。

符号の説明

１変調部
２、８周波数変換部
３光信号生成部
４光変調部
５、６光フィルタ
７光電気変換部
９復調部
２０光キャリア
３０側波帯
４０相互混合ノイズ
５０変調電気信号

Claims

複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を受信する光伝送装置であって、
前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行う手段と、
波形整形後の光信号を電気信号に変換する手段と、
を備えており、
波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させる、
光伝送装置。
前記光信号は、片側側波帯光信号である、請求項１に記載の光伝送装置。
送信側光伝送装置において、
光キャリア信号を、複数のサブキャリアを含む電気信号で変調し、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を生成するステップと、
生成した光信号を送信するステップと、
受信側光伝送装置において、
前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行うステップと、
波形整形後の光信号を電気信号に変換するステップと、
を備えており、
波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させる、
光伝送方法。
隣接するサブキャリアにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度は、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上である、
請求項３に記載の方法。