JP2010041210A - 信号送信装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＳ／Ｎを有する高品質な、広帯域光マルチキャリア信号をリアルタイムに生成して送信する。
【解決手段】マルチキャリア変調部５−ｉ〜ｎでは、パラレル変換された入力信号それぞれについて、サブキャリアへの変調を行い、オーバーサンプリングとなるように帯域外の周波数に０の周波数成分を挿入した後、逆フーリエ変換を施し、同期したアナログ信号に変換し、さらに、アナログ信号の周波数帯域の中心周波数が、サブキャリア群の周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換した後に、サブキャリア群の周波数帯域の信号を抽出して干渉部分を除去したサブキャリア群のマルチキャリア信号を生成する。これらシリアルに生成されたサブキャリア群のマルチキャリア信号は合成され、光分波部３により分波された多波長光源１の光キャリアにより変調される。光合波部９は、位相調整部７−ｉ〜ｎにより光路長差が補正された光マルチキャリア信号を合波する。
【選択図】図５

Description

本発明は、マルチキャリア信号の信号送信装置及び方法に関する。

従来、高速フーリエ変換などの信号処理によって、電気領域でマルチキャリア信号を生成し、光直交変調器（光ＩＱ変調器）を用いて光の周波数に周波数変換を行っていた（例えば、非特許文献１参照）。
W. Shieh, X. Yi, Y. Ma, and Y. Tang, "Theoretical and experimental study on PMD-supported transmission using polarization diversity in coherent optical OFDM systems," Opt. Express vol.15, no.16 9936-9947, 2007 T. Kobayashi, A. Sano, E. Yamada, Y. Miyamoto, H. Takara and A. Takada, "Electro-optically multiplexed 110 Gbit/s optical OFDM signal transmission over 80 km SMF without dispersion compensation", Electronics Letters, Vol.44, no.3 pp. 225-226, January, 2008

近年、光通信のような広帯域伝送においてマルチキャリアを用いることが検討されている。しかし、従来の技術では、サブキャリア毎に変調を行った後に一括して逆フーリエ変換を行っていたため、変調回路・逆フーリエ変換・ＧＩ（ガードインターバル）挿入回路の処理速度や、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータ・周波数変換回路の動作速度によってデータレートが制限されてしまい、それ以上に高速な処理をリアルタイムに行うことはできなかった。
そこで、伝送帯域を分割して複数のサブキャリア群に分け、複数の高速逆フーリエ変換器を用いて変調信号を生成することが考えられるが、このような方法では、周波数変換した後に他サブキャリアへの干渉が生じてしまい、伝送品質の劣化を招いてしまう。また干渉を避けるためにはサブキャリア群の周波数間隔を十分離す必要があり、周波数利用効率が低下する。また、非特許文献２に記載の技術のように、多波長光源を用いる構成の場合、多波長光源で発生させる光のキャリアの数と各キャリアの光ＳＮＲ（Signal vs. Noise Ratio：信号対雑音比、Ｓ／Ｎ）とはトレードオフの関係にある。そのため、高速のマルチキャリア信号を合成するときに、合成されたマルチキャリア信号のＳ／Ｎが低くなるという問題もある。
図１７は、送信キャリア数と光ＳＮＲの関係を示す図である。同図に示すように、送信キャリアの数が多くなるに従って、光ＳＮＲは低下している。つまり、多波長光源の送信キャリア数を少なくできれば、光ＳＮＲを大きくできるため、長距離伝送が可能となる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高いＳ／Ｎを有する高品質な、広帯域光マルチキャリア信号をリアルタイムに生成して送信する信号送信装置及び方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、位相がそろった異なる周波数の連続光を発生する多波長光源と、前記多波長光源から発生させた光キャリアを分波する光分波部と、前記光分波部により分波された、自身に対応する光キャリアを用いて光マルチキャリア信号を生成する複数のマルチキャリア変調部と、前記複数のマルチキャリア変調部により生成された光マルチキャリア信号を合波し、出力する光合波部とを備え、前記マルチキャリア変調部は、入力信号を複数のパラレル信号へ変換するシリアルパラレル変換部と、それぞれがマルチキャリア信号のサブキャリア群に対応し、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するサブキャリア群の信号を生成する複数の処理部と、前記複数の処理部によって生成された各サブキャリア群の信号を合成してマルチキャリア信号を生成する合成部と、前記光分波部により分波された、当該マルチキャリア変調部に対応する光キャリアにより、前記合成部により生成された電気のマルチキャリア信号を変調して光信号のマルチキャリア信号を生成し、出力する光変調部とを備え、前記複数の各処理部は、各パラレル信号をサブキャリアへ変調する入力信号変調部と、前記入力信号変調部によって変調された信号の周波数帯域外の周波数に０の周波数成分を挿入するゼロ挿入部と、前記ゼロ挿入部により０の周波数成分が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換部と、前記逆フーリエ変換部により逆フーリエ変換が行われた信号を、他の処理部と同期したアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換部と、前記デジタルアナログ変換部によりアナログ信号に変換された信号を、当該信号の周波数帯域の中心周波数が、当該処理部に対応するサブキャリア群の周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部により周波数変換された信号から、当該処理部に対応するサブキャリア群が使用する周波数帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタとを備え、前記合成部は、前記バンドパスフィルタにより抽出された信号を合成して前記マルチキャリア信号を生成する、ことを特徴とする信号送信装置である。

また、本発明は、上述した信号送信装置であって、前記複数のマルチキャリア変調部それぞれに対応し、自身に対応するマルチキャリア変調部によって生成された光マルチキャリア信号の光路長差を補正する複数の位相調整部をさらに備え、前記光合波部は、前記複数の位相調整部により光路長差が補正された光マルチキャリア信号を合波し、出力する、ことを特徴とする。

また、本発明は、上述した信号送信装置であって、前記複数の各処理部は、逆フーリエ変換部により逆フーリエ変換された信号にガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入部をさらに備える、ことを特徴とする。

また、本発明は、上述した信号送信装置であって、前記複数の各処理部は、前記ガードインターバル挿入部によりガードインターバルが挿入された信号のフーリエ変換ブロック間のつなぎ目にスムージング処理を行うスムージング部をさらに備える、ことを特徴とする。

また、本発明は、上述した信号送信装置であって、前記光変調部は、前記合成部によって生成されたマルチキャリア信号のＩ成分及びＱ成分の信号を駆動信号として光信号のマルチキャリア信号を生成することを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明は、マルチキャリア信号を送信する信号送信装置に用いられる信号送信方法であって、光分波部が、多波長光源が発生させた位相がそろった光キャリアを分波する光分波過程と、複数のマルチキャリア変調部が、前記光分波過程において分波された、自身に対応する光キャリアを用いて光マルチキャリア信号を生成するマルチキャリア変調過程と、光合波部が、前記マルチキャリア変調過程において複数の前記マルチキャリア変調部により生成された光マルチキャリア信号を合波し、出力する光合波過程とを有し、前記複数のマルチキャリア変調部によるマルチキャリア変調過程は、シリアルパラレル変換部が、入力信号を複数のパラレル信号へ変換するシリアルパラレル変換過程と、マルチキャリア信号のサブキャリア群それぞれに対応する複数の処理部が、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するサブキャリア群の信号を生成する信号処理過程と、合成部が、前記信号処理過程において前記複数の処理部により生成された各サブキャリア群の信号を合成してマルチキャリア信号を生成する合成過程と、光変調部が、前記光分波過程において分波された、当該マルチキャリア変調部に対応する光キャリア信号により、前記合成過程において生成された電気のマルチキャリア信号を変調して光信号のマルチキャリア信号を生成し、出力する光変調過程とを有し、前記複数の各処理部による処理過程は、入力信号変調部が、各パラレル信号をサブキャリアへ変調する入力信号変調過程と、ゼロ挿入部が、前記入力信号変調過程において変調された信号の周波数帯域外の周波数に０の周波数成分を挿入するゼロ挿入過程と、逆フーリエ変換部が、前記ゼロ挿入過程において０の周波数成分が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換過程と、デジタルアナログ変換部が、前記逆フーリエ変換過程において逆フーリエ変換された信号を、他の処理部と同期したアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換過程と、周波数変換部が、前記デジタルアナログ変換過程においてアナログ信号に変換された信号を、当該信号の周波数帯域の中心周波数が、当該処理部に対応するサブキャリア群の周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換する周波数変過程と、バンドパスフィルタが、前記周波数変換過程において周波数変換された信号から、当該処理部に対応するサブキャリア群が使用する周波数帯域の信号を抽出する抽出過程とを有し、前記合成過程においては、前記合成部が、前記抽出過程において抽出された信号を合成して前記マルチキャリア信号を生成する、ことを特徴とする信号送信方法である。

本発明によれば、デジタルアナログ変換器の帯域や分解能、デジタル信号処理回路の演算速度などの電気回路の速度や、光変調回路の帯域に制限されず、また、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア信号と多波長光源の組み合わせによって、多波長光源により発生させるキャリア数を抑えて高いＳ／Ｎを有する光キャリアを使用し、高速な広帯域の光マルチキャリア信号を合成することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による信号送信装置の構成を示すブロック図である。同図において、信号送信装置は、固定の周波数間隔にて複数の光キャリアを発生させる多波長光源１と、多波長光源１から発せられた波長λｉ（ｉ＝１〜ｎ）の光キャリアを各波長ごとに分波する光分波部３と、光キャリアλｉに対応し、電気のマルチキャリア信号を光キャリアλｉに重畳するマルチキャリア変調部５−ｉと、マルチキャリア変調部５−ｉにより変調されたマルチキャリア信号の光路長差を補正する位相調整部７−ｉと、位相調整部７−ｉにより光路長差が補正されたマルチキャリア信号を合波し、出力する光合波部９からなる。なお、マルチキャリア信号には、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号を用いることができる。

多波長光源１により生成される光キャリア群は、各々の位相が高い精度で同期しており、各周波数に分波し変調をかけた後、合波しても各キャリアの位相が高い精度で同期を保っているため、ブロック間の位相雑音が低く、広帯域なマルチキャリア信号を生成できる。従来は、マルチキャリア変調部の演算回路やＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、増幅器の動作速度などの要因により、高速なマルチキャリア信号を合成するためには多波長光源で発生させる光のキャリア数を増やす必要があった。本実施形態ではマルチキャリア変調部５−ｉにおいて電気回路による多重を行うため、従来技術よりも多波長光源で発生させる波長数を抑えることができ、送信マルチキャリア信号のＳ／Ｎ比を良好なものにすることができる。

以下に、多波長光源１の構成について説明する。多波長光源１は、（１）〜（５）のように構成することができる。

（１）強度変調器を用いた構成；
多波長光源１として、マッハツェンダー型光変調器を用い、バイアス点ミニマムで正弦波駆動する。光源から出力され、マッハツェンダー型光変調器に入力される光の周波数をｆｃ、マッハツェンダー型変調器を駆動する正弦波の周波数をΔｆとすると、マッハツェンダー型変調器から出力される光キャリアｓ（ｔ）は、以下のようになる。つまり、光源から出力された周波数ｆｃの光は、周波数ｆｃを中心とした側波帯ｆｃ＋Δｆ、ｆｃ−Δｆのバンドに変調される。

ｓ（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆｃｔ）×ｃｏｓ（２πΔｆｔ）
＝ｃｏｓ（２π（ｆｃ＋Δｆ）ｔ）＋ｃｏｓ（２π（ｆｃ−Δｆ）ｔ）

（２）位相変調器を用いた構成；
多波長光源１として、光の位相変調器を用い、当該位相変調器を正弦波駆動する。光源の周波数をｆｃ、位相変調器の駆動周波数をΔｆとすると、位相変調器により、周波数ｆｃ，ｆｃ＋Δｆ，ｆｃ−Δｆの３つのキャリアが生成できる。また、変調指数を変化させれば、周波数ｆｃを中心にｎ本の光キャリアを生成することができる。

（３）強度変調器及び位相変調器を用いた構成；
図２は、多波長光源１を、強度変調器及び位相変調器を用いて構成した場合の例を示している。同図において、光マッハツェンダー型光変調器などの強度変調器（ＩＭ）１２は、周波数Δｆの正弦波により駆動され、光源１１からの光を変調し、２本の光キャリアを生成する。位相変調器（ＰＭ）１３は、強度変調器１２から出力された２本の光キャリアを周波数Δｆにより位相変調して、各光キャリアから３本のキャリアを生成する。

（４）高非線形ファイバを用いた構成；
図３は、多波長光源１を、高非線形ファイバを用いて構成した場合の例を示している。同図においては、複数の波長で位相をそろえて同時に発振させるモード同期レーザー１６からの光キャリアを、光増幅器１７により増幅し、高非線形ファイバ１８内で、非線形光学効果である自己位相変調を発生させ、モード同期レーザー１６から出力された複数の波長の光を種光として、さらに多くの光キャリアを生成する。

（５）位相変調器と分散媒質を用いた構成；
図４に、多波長光源１を位相変調器と分散媒質により構成した場合の例を示している。
同図において、位相変調器２２は、光源２１からの光キャリアを周波数Δｆの正弦波により位相変調し、分散付加部２３は、分散媒質により、位相変調器２２から出力された光キャリアに分散を付加し、さらに、位相変調器２５は、位相シフタ２４により位相が調整された周波数Δｆの正弦波により、分散付加部２３から出力された光キャリアを変調する。

次に、マルチキャリア変調部５−ｉの構成について説明する。
図５は、図１に示すマルチキャリア変調部５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の詳細な構成を示すブロック図である。なお、ここでは、多波長光源１として、上記の（３）のように、強度変調器及び位相変調器を用いた場合を例にしている。
同図において、Ｓ／Ｐ（シリアルパラレル）変換回路５１−ｉは、入力されたバイナリデータの入力信号をパラレル信号に変換して変調回路５２−ｉ−ｊ（ｊ＝１〜ｋ）へ出力する。変調回路５２−ｉ−ｊはそれぞれ、光キャリアλｉに対応したマルチキャリア信号のサブキャリアを所定数毎にまとめたサブキャリア群に対応しており、所定の変調方式により、Ｓ／Ｐ変換回路５１−ｉから入力された信号をサブキャリアに変調する。なお、以下では、変調回路５２−ｉ−ｊそれぞれに対応したサブキャリア群をそれぞれサブキャリア群ｉｊと記載する。このサブキャリア群ｉ１〜ｉｋは、光キャリアλｉに対応する。

０挿入回路５３−ｉ−ｊは、変調回路５２−ｉ−ｊにより変調された信号の周波数帯域の外の周波数帯域に０の周波数成分を挿入する。逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊは、０挿入回路５３−ｉ−ｊにより０の周波数成分が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う。ＧＩ（ガードインターバル）挿入回路５５−ｉ−ｊは、逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊによって逆フーリエ変換された信号にガードインターバルを挿入する。スムージング回路５６−ｉ−ｊは、フーリエ変換ブロック間のつなぎ目に対して、デジタル信号処理によりスムージングをかける。Ｄ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊは、共通クロック６１によるクロックを用いて、デジタル信号を同期したアナログ信号に変換する。なお、共通クロック６１は、強度変調器１２及び位相変調器１３へもクロックを出力し、同期をとっている。

周波数変換回路５８−ｉ−ｊは、局部発振器６２からの発振信号を用いて、アナログ信号の周波数を変換する。この局部発振器６２は、強度変調器１２及び位相変調器１３へも発信信号を入力しており、同期がとられている。周波数変換回路５８−ｉ−ｊが、アナログ信号の周波数を変換する際、Ｄ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊから出力されたアナログ信号の周波数帯域において中心となる周波数（以下、周波数帯域において中心となる周波数を「周波数帯域の中心周波数」と記載）が、サブキャリア群により使用される周波数帯域の中心周波数となるように、周波数変換を行う。ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）５９−ｉ−ｊは、周波数変換された信号から、サブキャリア群が使用する周波数帯域の信号を抽出する。合成回路６０−ｉは、ＢＰＦ５９−ｉ−１〜５９−ｉ−ｋそれぞれから出力されたサブキャリア群ｉ１〜ｉｋを合成して広帯域マルチキャリア信号のベースバンド信号を生成し、出力する。光変調器６３−ｉは、光分波部３から出力された光キャリアλｉに、合成回路６０−ｉから出力された電気のマルチキャリア信号をのせて光マルチキャリア信号を生成する。

次に、上述したマルチキャリア変調部５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を用いた場合の信号処理について説明する。まず、Ｓ／Ｐ変換回路５１−ｉは、送信データとして入力されたバイナリ信号を、シリアル信号から所定のデータ長のパラレル信号に変換して、変調回路５２−ｉ−１〜５２−ｉ−ｋへ出力する。変調回路５２−ｉ−ｊ（ｊ＝１〜ｋ）は、所定の変調方式、例えば、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）、６４ＱＡＭ、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調）等によりＳ／Ｐ変換回路５１−ｉから入力されたデータの変調を行い、サブキャリア群ｉｊのサブキャリアのうち、データに割り当てられたサブキャリアにマッピングして０挿入回路５３−ｉ−ｊに出力する。具体的には、データに割り当てられたサブキャリア毎に、同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とからなる信号を出力する。また、データとして割り当てられていないサブキャリアに固定のＩ成分とＱ成分の信号を出力することもできる。データや固定の信号を割り当てるサブキャリアは、例えばサブキャリア群ｉｊの内側に設定することもでき、また、サブキャリア群ｉｊの外側の周波数帯域に対応する一つもしくは複数のサブキャリアには信号を割り当てないようにすることができる。また、受信側においてサブキャリア群ｉｊを複数のブロックに分割して信号処理を行う場合には、サブキャリア群ｉｊの外側の周波数帯域に対応する一つもしくは複数のサブキャリアと、分割したブロックの外側の周波数帯域に対応する一つもしくは複数のサブキャリアに信号を割り当てないようにすることができる。また、サブキャリア群ｉｊの中心周波数帯域に対応する一つもしくは複数のサブキャリア、または、分割したブロックの中心周波数帯域に対応する一つもしくは複数のサブキャリアに信号を割り当てないようにすることができる。

０挿入回路５３−ｉ−ｊは、変調回路５２−ｉ−ｊによってデータや信号が出力されていないサブキャリアに０の周波数成分を挿入し、逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊへ出力する。図６は、サブキャリア群ｉｊの外側に対応する周波数帯域に信号を割り当てない場合における、０挿入回路５３−ｉ−ｊの出力を示す図である。同図において、変調回路５２−ｉ−ｊから入力されたサブキャリア群ｉｊの送信シンボルの外の周波数帯域には０が挿入されている。また、予め全てのサブキャリアに０を指定しておき、変調回路５２−ｉ−ｊにより対応するサブキャリアに信号を出力することで、この０挿入回路５３−ｉ−ｊを介さずに同様の効果を得ることもできる。

逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊは、０挿入回路５３−ｉ−ｊから入力されたデータに逆フーリエ変換を施すことにより、周波数領域でマッピングされた伝送信号を時間領域の信号に変換して、マルチキャリア信号への変調を行う。これにより、各サブキャリア群ｉｊでは、０が挿入された信号系列に逆フーリエ変換を動作させる。

ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊは、逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊから入力された信号に対して、ガードインターバルを挿入する。
図７は、ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊにおけるガードインターバル挿入方法を示す図である。ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊは、本来のマルチキャリア信号１シンボル分であるフーリエ変換ブロックの後半の一部分と同じ信号を、ガードインターバルとして当該フーリエ変換ブロックの前半に付加する。

スムージング回路５６−ｉ−ｊは、ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊから入力された信号のフーリエ変換ブロック間のつなぎ目に対して、デジタル信号処理によりスムージングをかけ、Ｄ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊに出力する。
図８は、スムージング回路５６−ｉ−ｊにおけるスムージング処理を示す図である。単純にフーリエ変換ブロックを連続して並べた場合、フーリエ変換ブロック間は信号が不連続となってしまう。そこで、スムージング回路５６−ｉ−ｊは、フーリエ変換ブロック間のつなぎ目が滑らかに変化するよう処理し、急峻な周波数成分の存在を除去する。

Ｄ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊは、共通クロック６１によるクロックを用いて、スムージング回路５６−ｉ−ｊから入力されたデジタル信号を、他のＤ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊのものと同期したアナログ信号に変換し、周波数変換回路５８−ｉ−ｊに出力する。周波数変換回路５８−ｉ−ｊは、局部発振器６２からの発振信号を用いて、Ｄ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊから入力されたサブキャリア群ｉｊのアナログ信号の周波数帯域を、周波数帯域ｆｉｊに周波数変換し、ＢＰＦ５９−ｉ−ｊに出力する。この周波数帯域ｆｉｊの中心周波数は、サブキャリア群ｉｊが使用する周波数帯域の中心周波数と一致しており、つまり、周波数変換回路５８−ｉ−ｊは、入力されたアナログ信号の周波数帯域の中心周波数が、サブキャリア群ｉｊの周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換する。

図９は、周波数変換回路５８−１−１における周波数変換を示す図である。同図において、周波数変換回路５８−１−１は、Ｄ／Ａ変換回路５７−１−１から出力された信号を、周波数帯域ｆ１１に周波数変換している。なお、周波数帯域ｆｉｊは、当該周波数帯域ｆｉｊの一部（後述する周波数帯域δｆｉｊの一部または全部）が、隣接する周波数帯域ｆｉ（ｊ−１）、ｆｉ（ｊ＋１）と重なるように連続した周波数帯域である。

ＢＰＦ５９−ｉ−ｊは、周波数変換された周波数帯域ｆｉｊの信号から、サブキャリア群ｉｊの周波数帯域に対応した周波数帯域Δｆｉｊの信号を抽出するが、このとき、周波数帯域Δｆｉｊに隣接する周波数帯域δｆｉｊ分の信号も抽出される。
図１０は、ＢＰＦ５９−１−１における処理を示す図である。同図において、ＢＰＦ５９−１−１は、周波数帯域ｆ１１の信号から、周波数帯域Δｆ１１の信号を抽出しているが、ＢＰＦ５９−１−１が周波数帯域Δｆ１１を抽出する際、その周波数帯域Δｆ１１に隣接する周波数帯域δｆ１１の信号が同時に抽出されてしまう。しかし、周波数帯域Δｆ１１の外側部分は、０挿入回路５３−１−１により０挿入が行われた周波数部分に相当するため、実現困難な急峻な（δｆ１１が０に近い）ＢＰＦを用いることなく、サブキャリア群ｉｊの周波数帯域の外側からの干渉を除去し、逆フーリエ変換の動作クロックを落とすことが可能となる。

合成回路６０−ｉは、ＢＰＦ５９−ｉ−１〜５９−ｉ−ｋそれぞれから出力されたサブキャリア群ｉ１〜ｉｋを合成した信号を生成し、出力する。
図１１は、合成回路６０−１からの出力を示す図である。同図に示すように、合成回路６０−１は、ＢＰＦ５９−１−１〜５９−１−ｋそれぞれから出力された、周波数帯域ｆ１１〜ｆ１ｋまでのサブキャリア群１１〜１ｋを合成し、電気の広帯域マルチキャリア信号を生成する。

光変調器６３−ｉは、光分波部３から分波された周波数λｉの光キャリアに、合成回路６０−ｉから出力された電気のマルチキャリア信号をのせて光マルチキャリア信号を生成する。例えば、マッハツェンダー型変調器に合成回路６０−ｉの出力を入力することにより、周波数λｉを中心としたＤＳＢ（ダブルサイドバンド）の光マルチキャリア信号を生成した後、光ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）によりＳＳＢ（シングルサイドバンド）化する。また、合成回路６０−ｉの出力を光直交変調器のＩｃｈ駆動信号とし、合成回路６０−ｉの出力のヒルベルト変換をＱｃｈの駆動信号とすることで、光ＢＰＦを用いずにＳＳＢ化することができる。

位相調整部７−ｉは、光変調器６３−ｉから出力されたマルチキャリア信号の位相を調整して出力し、光合波部９は、位相調整部７−１〜７−ｎから出力された光マルチキャリア信号を合成し、出力する。
図１２は、光合波部９からの出力を示す図である。同図に示すように、光合波部９から出力されるマルチキャリア信号は、光キャリアλ１〜λｎを変調した光マルチキャリア信号を並べたものとなる。同図においては、各光キャリアがλｉを用いて変調された周波数帯域ｆｉ１〜ｆｉｋのｋが３の場合を例にしている。

なお、０挿入回路５３−ｉ−ｊは、変調回路５２−ｉ−ｊにより該当する周波数帯域に０の周波数成分を挿入しているが、略０の値であって、逆離散フーリエ変換時に信号成分に対して影響を与えない値の周波数成分を挿入することでもよい。

次に、他のマルチキャリア変調部５−ｉの構成について説明する。
図１３は、他のマルチキャリア変調部５−ｉの構成を示すブロック図であり、図５に示す構成と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉでは、合成回路６０−ｉから出力された電気のマルチキャリア信号を光変調器６３−ｉの駆動信号としているが、図１４に示すマルチキャリア変調部５−ｉでは、Ｉｃｈ信号及びＱｃｈ信号を光変調器６３−ｉへ出力する点が異なる。

同図において、スムージング回路５６−ｉ−ｊまでのデジタル信号処理部では、図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉと同様に、複素信号によって演算を行っている。そこで、図１３に示すマルチキャリア変調部５−ｉのＤ／Ａ変換回路５７ａ−ｉ−ｊは、アナログの複素信号（Ｉｃｈ、Ｑｃｈ）を出力する。これにより、合成回路６０ａ−ｉからは、図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉが出力する信号のＩｃｈ信号及びＱｃｈ信号が出力されることになる。

図１４は、さらに他のマルチキャリア変調部５−ｉの構成を示すブロック図である。同図において、ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊまでのデジタル信号処理部は、図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉの構成と同様である。図１４に示すスムージング回路５６ａ−ｉ−ｊは、図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉのスムージング回路５６−ｉ−ｊと同様の処理を行うが、Ｄ／Ａ変換回路への出力を、Ｉｃｈ、Ｑｃｈに分けて出力しており、ＩｃｈはＤ／Ａ変換回路５７ｂ−ｉ−ｊへ、ＱｃｈはＤ／Ａ変換回路５７ｃ−ｉ−ｊへ出力される。そして、Ｄ／Ａ変換回路５７ｂ−ｉ−ｊ、周波数変換回路５８ｂ−ｉ−ｊ、ＢＰＦ５９ｂ−ｉ−ｊ、合成回路６０ｂ−ｉはＩｃｈについて、Ｄ／Ａ変換回路５７ｃ−ｉ−ｊ、周波数変換回路５８ｃ−ｉ−ｊ、ＢＰＦ５９ｃ−ｉ−ｊ、合成回路６０ｃ−ｉはＱｃｈについて、図５に示すマルチキャリア変調部５−ｉのＤ／Ａ変換回路５７−ｉ−ｊ、周波数変換回路５８−ｉ−ｊ、ＢＰＦ５９−ｉ−ｊ、合成回路６０−ｉと同様の処理を行う。このように、スムージング回路５６ａ−ｉ−ｊから以降の回路を、Ｉｃｈ、Ｑｃｈで分けて処理することで、Ｄ／Ａ変換回路のクロック数を下げることができる。

図１５は、図１３または図１４に示すマルチキャリア変調部５−ｉの光変調器６３ａ−ｉの構成を示す図である。同図に示すように、光変調器６３ａ−ｉは、マッハツェンダー型変調器を並列に並べ、それぞれに合成回路６０ａ−ｉ、または、合成回路６０ｂ−ｉ及び６０ｃ−ｉから出力されるＩｃｈ駆動信号、Ｑｃｈ駆動信号を入力する。そして、Ｑｃｈ信号が入力される片方の枝に位相シフトπ／２を与えることにより、光のｓｉｎ（Ｑｃｈ）、ｃｏｓ（Ｉｃｈ）の波に変調を与えることができる。

図１６は、光変調器６３ａ−ｉから出力される光マルチキャリア信号のスペクトルを示す図である。合成回路６０ａ−ｉ、または、合成回路６０ｂ−ｉ及び６０ｃ−ｉから出力されたＩｃｈ信号及びＱｃｈ信号により光変調器６３ａ−ｉを駆動することで、図１６に示すスペクトル遷移に示されるように、光源の周波数λｉを中心とした、広帯域な光マルチキャリア信号を生成できる。このとき、光変調器６３ａ−ｉのバイアス点をＮＵＬＬ点とすれば光キャリアを抑制できる。本構成の場合、強度変調器を用いる構成と比べて、帯域の利用効率が上昇する。

上述した図５、図１３及び図１４の逆フーリエ変換回路５４−ｉ−ｊ、及び、ＧＩ挿入回路５５−ｉ−ｊは、それぞれ各サブキャリア群で異なる逆フーリエ変換ポイント数、ガードインターバル長にすることもできる。
また、図５、図１３及び図１４の共通クロック６１、局部発振器６２は、マルチキャリア変調部５−１〜５−ｎで共通のものを用いているが、共通せずに、マルチキャリア変調部５−ｉ、あるいは、サブキャリア群ｉｊで異なるクロック、局部発振器を用いてもよい。
また、図５及び図１３の周波数変換回路５８−ｉ−ｊ、ならびに、図１４の周波数変換回路５８ｂ−ｉ及び５８ｃ−ｉでは、サブキャリア群毎で周波数変換が行われた後、予め設定している全サブキャリア共通の電力の目標値にレベル調整し、全サブキャリアの信号電力を一定にすることで全サブキャリアの伝送品質を同じにすることもできる。

本実施の形態によれば、デジタルアナログ変換器の帯域や分解能、デジタル信号処理回路の演算速度などの電気回路の速度や、光変調回路の帯域に制限されず、また、多波長光源により発生させるキャリア数を抑えて高いＳ／Ｎを有する光キャリアを使用し、高速な広帯域の光マルチキャリア信号を合成することができる。

本発明の一実施形態における信号送信装置である。 同実施形態による多波長光源の構成を示すブロック図である。 同実施形態による多波長光源の他の構成を示すブロック図である。 同実施形態による多波長光源のさらに他の構成を示すブロック図である。 同実施形態によるマルチキャリア変調部の構成を示すブロック図である。 同実施形態による０挿入回路の出力を示す図である。 同実施形態によるＧＩ挿入回路の出力を示す図である。 同実施形態によるスムージング回路の出力を示す図である。 同実施形態による周波数変換回路の出力を示す図である。 同実施形態によるＢＰＦの処理を示す図である。 同実施形態による合成回路の出力を示す図である。 同実施形態による光合波部からの出力を示す図である。 同実施形態による周波数変換回路の他の構成を示すブロック図である。 同実施形態による周波数変換回路のさらに他の構成を示すブロック図である。 同実施形態による光変調器の構成を示すブロック図である。 同実施形態による光変調器からの出力を示す図である。 送信キャリア数と光Ｓ／Ｎの関係を示す図である。

符号の説明

１…多波長光源
３…光分波部
５−１〜５−ｎ…マルチキャリア変調部
７−１〜７−ｎ…位相調整部
９…光合波部
５１−ｉ…Ｓ／Ｐ変換回路（シリアルパラレル変換部）
５２−ｉ−１〜５２−ｉ−ｋ…変調回路（入力信号変調部）
５３−ｉ−１〜５３−ｉ−ｋ…０挿入回路（ゼロ挿入部）
５４−ｉ−１〜５４−ｉ−ｋ…逆フーリエ変換回路（逆フーリエ変換部）
５５−ｉ−１〜５５−ｉ−ｋ…ＧＩ挿入回路（ガードインターバル挿入部）
５６−ｉ−１〜５６−ｉ−ｋ、５６ａ−ｉ−１〜５６ａ−ｉ−ｋ…スムージング回路（スムージング部）
５７−ｉ−１〜５７−ｉ−ｋ、５７ａ−ｉ−１〜５７ａ−ｉ−ｋ、５７ｂ−ｉ−１〜５７ｂ−ｉ−ｋ、５７ｃ−ｉ−１〜５７ｃ−ｉ−ｋ…Ｄ／Ａ変換回路（デジタルアナログ変換部）
５８−ｉ−１〜５８−ｉ−ｋ、５８ｂ−ｉ−１〜５８ｂ−ｉ−ｋ、５８ｃ−ｉ−１〜５８ｃ−ｉ−ｋ…周波数変換回路（周波数変換部）
５９−ｉ−１〜５９−ｉ−ｋ、５９ｂ−ｉ−１〜５９ｂ−ｉ−ｋ、５９ｃ−ｉ−１〜５９ｃ−ｉ−ｋ…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
６０−ｉ、６０ａ−ｉ、６０ｂ−ｉ、６０ｃ−ｉ…合成回路（合成部）
６１…共通クロック
６２…局部発振器
６３−ｉ、６３ａ−ｉ、６３ｂ−ｉ、６３ｃ−ｉ…光変調器（光変調部）

Claims (6)

1. 位相がそろった異なる周波数の連続光を発生する多波長光源と、
   前記多波長光源から発生させた光キャリアを分波する光分波部と、
   前記光分波部により分波された、自身に対応する光キャリアを用いて光マルチキャリア信号を生成する複数のマルチキャリア変調部と、
   前記複数のマルチキャリア変調部により生成された光マルチキャリア信号を合波し、出力する光合波部とを備え、
   前記マルチキャリア変調部は、
   入力信号を複数のパラレル信号へ変換するシリアルパラレル変換部と、
   それぞれがマルチキャリア信号のサブキャリア群に対応し、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するサブキャリア群の信号を生成する複数の処理部と、
   前記複数の処理部によって生成された各サブキャリア群の信号を合成してマルチキャリア信号を生成する合成部と、
   前記光分波部により分波された、当該マルチキャリア変調部に対応する光キャリアにより、前記合成部により生成された電気のマルチキャリア信号を変調して光信号のマルチキャリア信号を生成し、出力する光変調部とを備え、
   前記複数の各処理部は、
   各パラレル信号をサブキャリアへ変調する入力信号変調部と、
   前記入力信号変調部によって変調された信号の周波数帯域外の周波数に０の周波数成分を挿入するゼロ挿入部と、
   前記ゼロ挿入部により０の周波数成分が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換部と、
   前記逆フーリエ変換部により逆フーリエ変換が行われた信号を、他の処理部と同期したアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換部と、
   前記デジタルアナログ変換部によりアナログ信号に変換された信号を、当該信号の周波数帯域の中心周波数が、当該処理部に対応するサブキャリア群の周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部により周波数変換された信号から、当該処理部に対応するサブキャリア群が使用する周波数帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタとを備え、
   前記合成部は、前記バンドパスフィルタにより抽出された信号を合成して前記マルチキャリア信号を生成する、
   ことを特徴とする信号送信装置。
2. 前記複数のマルチキャリア変調部それぞれに対応し、自身に対応するマルチキャリア変調部によって生成された光マルチキャリア信号の光路長差を補正する複数の位相調整部をさらに備え、
   前記光合波部は、前記複数の位相調整部により光路長差が補正された光マルチキャリア信号を合波し、出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号送信装置。
3. 前記複数の各処理部は、
   逆フーリエ変換部により逆フーリエ変換された信号にガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号送信装置。
4. 前記複数の各処理部は、
   前記ガードインターバル挿入部によりガードインターバルが挿入された信号のフーリエ変換ブロック間のつなぎ目にスムージング処理を行うスムージング部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の信号送信装置。
5. 前記光変調部は、前記合成部によって生成されたマルチキャリア信号のＩ成分及びＱ成分の信号を駆動信号として光信号のマルチキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の信号送信装置。
6. マルチキャリア信号を送信する信号送信装置に用いられる信号送信方法であって、
   光分波部が、多波長光源が発生させた位相がそろった光キャリアを分波する光分波過程と、
   複数のマルチキャリア変調部が、前記光分波過程において分波された、自身に対応する光キャリアを用いて光マルチキャリア信号を生成するマルチキャリア変調過程と、
   光合波部が、前記マルチキャリア変調過程において複数の前記マルチキャリア変調部により生成された光マルチキャリア信号を合波し、出力する光合波過程とを有し、
   前記複数のマルチキャリア変調部によるマルチキャリア変調過程は、
   シリアルパラレル変換部が、入力信号を複数のパラレル信号へ変換するシリアルパラレル変換過程と、
   マルチキャリア信号のサブキャリア群それぞれに対応する複数の処理部が、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するサブキャリア群の信号を生成する信号処理過程と、
   合成部が、前記信号処理過程において前記複数の処理部により生成された各サブキャリア群の信号を合成してマルチキャリア信号を生成する合成過程と、
   光変調部が、前記光分波過程において分波された、当該マルチキャリア変調部に対応する光キャリア信号により、前記合成過程において生成された電気のマルチキャリア信号を変調して光信号のマルチキャリア信号を生成し、出力する光変調過程とを有し、
   前記複数の各処理部による処理過程は、
   入力信号変調部が、各パラレル信号をサブキャリアへ変調する入力信号変調過程と、
   ゼロ挿入部が、前記入力信号変調過程において変調された信号の周波数帯域外の周波数に０の周波数成分を挿入するゼロ挿入過程と、
   逆フーリエ変換部が、前記ゼロ挿入過程において０の周波数成分が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換過程と、
   デジタルアナログ変換部が、前記逆フーリエ変換過程において逆フーリエ変換された信号を、他の処理部と同期したアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換過程と、
   周波数変換部が、前記デジタルアナログ変換過程においてアナログ信号に変換された信号を、当該信号の周波数帯域の中心周波数が、当該処理部に対応するサブキャリア群の周波数帯域の中心周波数となるように周波数変換する周波数変過程と、
   バンドパスフィルタが、前記周波数変換過程において周波数変換された信号から、当該処理部に対応するサブキャリア群が使用する周波数帯域の信号を抽出する抽出過程とを有し、
   前記合成過程においては、前記合成部が、前記抽出過程において抽出された信号を合成して前記マルチキャリア信号を生成する、
   ことを特徴とする信号送信方法。

Images