JP2010124320A - 信号送信装置及び信号送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムかつ高品質の広帯域伝送が可能な信号送信装置を提供する。
【解決手段】本発明の信号送信装置は、多波長光源と、多波長光源の放射する光を設定された波長帯域に分波する光分波部と、それぞれが入力されるシリアル信号をチャネルに対応したパラレル信号に変換して、合成信号を出力する複数のシングルキャリア信号生成部と、波長帯域毎に設けられ、対応するシングルキャリア信号生成部からの合成信号により波長帯域の光を変調して光信号として出力する光変調器と、波長帯域毎に対応する各光変調器の変調した光信号を合波する光合波部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シングルキャリア信号の信号送信装置及び信号送信方法に関する。

従来、シングルキャリアを用いた通信システムにおける無線送信装置では、広帯域の信号をそのまま変調して送信していた（例えば、非特許文献１参照）。
D. Falconer, S. L. Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar, and B. Eidson, "Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems," IEEE Commun. Mag., vol. 40, no. 4, pp. 58-66, Apr. 2002.

近年、光通信のような広帯域伝送においてシングル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、一括して信号処理を行っていたため、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チャネルに分け、複数の高速フーリエ変換器および逆高速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チャネル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チャネル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。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、シングルキャリアを用いた、リアルタイムかつ高品質の広帯域伝送が可能な信号送信装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の信号送信装置は、多波長光源と、前記多波長光源から出力される複数の光キャリアを設定された波長帯域に分波する光分波部と、それぞれが入力されるシリアル信号を、チャネルに対応した複数のパラレル信号に変換し、各チャネルの信号を合成した合成信号を出力する複数のシングルキャリア信号生成部と、前記波長帯域毎に設けられ、対応するシングルキャリア信号生成部からの合成信号により前記波長帯域の光を変調して光信号として出力する複数の光変調器と、前記波長帯域毎に対応する前記各光変調器の変調した前記光信号を合波する光合波部とを有するることを特徴とする。

本発明の信号送信装置は、前記シングルキャリア信号生成部が、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部と、それぞれがチャネルに対応し、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するチャネル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チャネルの信号を合成して信号を生成する合成部とを備え、前記複数の各処理部が、各パラレル信号を自身に対応するチャネル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にフーリエ変換を行うフーリエ変換部と、前記フーリエ変換部によりフーリエ変換が行わ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チャネル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チャネル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信号を生成することを特徴とする。

本発明の信号送信装置は、前記複数の各処理部が、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。

本発明の信号送信装置は、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。

本発明の信号送信装置は、前記光変調器が強度変調器であることを特徴とする。

本発明の信号送信装置は、前記光変調器が光直交変調器であることを特徴とする。

本発明の信号送信方法は、シングルキャリア信号を送信する信号送信装置による信号送信方法であり、多波長光源が複数の光キャリアを出力する過程と、光分波部が前記多波長光源から出力される複数の光キャリアを設定された波長帯域に分波する光分波過程と、複数のシングルキャリア信号生成部それぞれが、入力されるシリアル信号をチャネルに対応したパラレル信号に変換して、合成信号を出力するシングルキャリア信号生成過程と、光変調器が前記波長帯域毎に設けられ、対応するシングルキャリア信号生成部からの合成信号により前記波長帯域の光を前記光変調器により変調して光信号として出力する光変調過程と、光合波部が前記波長帯域毎に対応する前記各光変調器の変調した前記光信号を合波する光合波過程とを有することを特徴とする。

以上説明したように、フーリエ変換が行わ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ことにより、従来のアナログフィルタのみでは実現困難な急峻なバンドパスフィルタを実現して、チャネル毎に分割した帯域の外側からの干渉を除去することが可能となり、この干渉を除去した各チャネルを周波数変換して合成することによって、リアルタイムかつ高品質の広帯域伝送を実現することができる。また、０挿入やガードインターバル挿入、スムージング処理をチャネル毎に並行して行うため、遅いクロックにより動作させることも可能である。

また、本発明によれば、本発明によれば、多波長光源を用いたことによるさらなる効果として、複数の波長帯域を用いることができ、それぞれの波長帯域に対し、それぞれシングルキャリア信号生成部を対応させることにより、シングルキャリア光を送信する帯域を増加させることができ、光ファイバーにおける伝送容量を増加させ、リアルタイムかつ高品質の広帯域伝送を可能とすることもできる。
また、本発明によれば、同一の多波長光源から複数の波長帯域の光を生成するため、各光信号の帯域を重ねさせることもなく、また各光信号の位相を容易に合わせることも可能となり、高品質の広帯域伝送を可能とすることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の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、バイナリデータを広帯域周波数の出力信号に変調する信号生成回路１００と、固定の周波数間隔にて複数の光キャリアを発生する多波長光源１０１と、多波長光源１０１から放射される波長λi（ｉ＝１〜ｎ）の光キャリアを各波長帯域毎に分波する光分波器１０２と、光キャリアλiに対応し、電気信号であるシングルキャリア信号を光キャリアλiに重畳し光信号を出力する光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、各光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）により変調されたシングルキャリア信号の光路長差を補正する位相調整部１０４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、各位相調整部１０４−ｉにより光路長差が補正された光信号を合波する光合波部１０５とを有している。上記信号生成回路１００は、上記各光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応したシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から構成されている。

多波長光源１０１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、広帯域なシングルキャリア信号を生成できる。従来は、シングルキャリア信号生成回路（シングルキャリア信号生成部）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、高速なシングル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。本実施形態ではシングルキャリア信号生成回路１００−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、送信シングルキャリア信号の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１０１の構成例について説明する。多波長光源１０１は、以下に示す（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１０１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、以下の式に示す波長帯域の光信号のようになる。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１０１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（位相変調において，変調周波数と周波数デビエーション（入力周波数）との比を）を変化させることにより、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１０１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。（２）に示したように、変調指数を調整することにより、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。

（４）高非線形ファイバを用いた構成；
図３は、多波長光源１０１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１０１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、図５を用いて、図１に示すシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成について説明する。以下の説明において、多波長光源１０１は、上述した（３）の構成とする。
この図５において、Ｓ／Ｐ（シリアルパラレル）変換回路１１０は、信号生成回路１００における各シングルキャリア信号生成回路１００−ｉへ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１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）へ出力する。

変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）はそれぞれ、シングルキャリア信号のチャネルに対応しており、所定の変調方式により、Ｓ／Ｐ変換回路１１０から入力された信号をチャネル毎に変調する。なお、この変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）はそれぞれ、シングルキャリア信号のチャネルに対応しており、所定のシングルキャリア変調方式により、Ｓ／Ｐ変換回路１１０から入力された信号をチャネル毎に変調する。なお、以下では、変調回路１１１−ｋそれぞれに対応したチャネルをそれぞれチャネルｋと記載する。

フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、変調回路１１１−ｋにより変調された信号にフーリエ変換を行う。０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）によりフーリエ変換された信号の信号伝送周波数帯域の外の周波数帯に「０」の周波数成分を挿入する。なお、この０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）によりフーリエ変換された信号の信号伝送周波数帯域の外の周波数帯であって、信号伝送周波数帯域に隣接する周波数帯に「０」の周波数成分を挿入する。
また、０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）の代わりに、ルートナイキストフィルタのような帯域制限フィルタを用いることにより、隣接するチャネル間における干渉を低減することもできる。

逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、０挿入回路１１３−ｋ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１１５−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ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。受信機の構成に応じて、ＧＩ挿入回路１１５−ｋは省略することができる。スムージング回路１１６−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）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１１７−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、共通クロック２１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１２１は、上記クロックを多波長光源１０１における強度変調器１２及び位相変調器１３に対しても出力し、同期を取っている。

周波数変換回路１１８−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、局部発振器１２２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。なお、この局部発振器１２２は、上記発信信号を多波長光源１０１における強度変調器１２及び位相変調器１３に対しても出力し、同期を取っている。このとき、Ｄ／Ａ変換回路１１７−ｋ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、チャネル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。ＢＰＦ１１９−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、周波数変換された信号から、チャネルが使用する周波数帯域の信号を抽出する。合成回路１２０は、ＢＰＦ１１９−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）それぞれから出力されたチャネルｋを合成してシングルキャリア信号のベースバンド信号を生成し、出力Ａとして出力する。

なお、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）には、フーリエ変換として離散フーリエ変換を用いた場合には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を用いることが可能である。また、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）には、逆フーリエ変換として逆離散フーリエ変換を用いた場合には、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse FFT）を用いることが可能である。このようにフーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）に高速フーリエ変換を用いることにより、また、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）に逆高速フーリエ変換を用いることにより、チャネル毎の演算負荷および演算時間が更に低減される。

次に、図６は、図１に示す光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成例を示す図である。この図６に示すように、光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）それぞれには、本実施形態において、マッハツェンダー型変調器が用いられ、対応するシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）からの出力Ａが入力される。これにより、光変調器１０３−ｉは、光分波部１０２により分波された波長帯域λｉ（ｉ＝１〜ｎ）、すなわち周波数ｆｃの光キャリアを中心にＤＳＢ（ダブルサイドバンド）の光シングルキャリア信号を生成する。この光変調器１０３−ｉを駆動する際、バイアス点を半波長電圧（Ｖ_π）の半分に設定した場合、光キャリアが残り、バイアス点をＮＵＬＬ点に設定した場合、光のキャリアを抑圧できる。

次に、上述したシングルキャリア信号生成回路による信号処理について説明する。
まず、Ｓ／Ｐ変換回路１１０は、信号生成回路１へ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１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）へ出力する。次に、変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）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）等のシングルキャリア変調方式によりＳ／Ｐ変換回路１１０から入力されたデータの変調を行い、チャネルにマッピングしてフーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）に出力する。

具体的には、シングルキャリア信号生成回路１００−ｉにおける変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、データに割り当てられたチャネル毎に、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。なお、いずれかのチャネルｉには、信号を割り当てないようにすることができる。また、チャネルｋの外側であって隣接する周波数帯域に信号を割り当てないようにすることもできる。

なお、上記において、Ｓ／Ｐ変換回路１１０は、たとえば、シリアル信号のうちチャネルｋ（ｋ＝１〜ｍ）で送信するシリアル信号のデータに対して、所定のデータ長のパラレル信号に変換して、対応する変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）へ出力する。

次に、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、変調回路１１１−ｋにより変調された信号にフーリエ変換を行い、０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）に出力する。

次に、０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）によりフーリエ変換された信号の信号伝送周波数帯域の外であって、隣接する周波数帯に０の周波数成分を挿入し、逆フーリエ変換回路１１４−ｋへ出力する。

図７は、チャネルｋ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１１３−ｋの出力を示す図である。この図７において、フーリエ変換回路１１２−ｋを介して入力された変調回路１１１−ｋからのチャネルｋの送信シンボルの外の周波数帯域（λｉ）には、０が挿入されている。また、予め全てのチャネルに０を指定しておき、変調回路１１１−ｋにより対応するチャネルに信号を出力することで、この０挿入回路１１３−ｋを介さずに同様の効果を得ることもできる。ここで、０挿入回路１１３−ｋの代わりにルートナイキストフィルタの様な帯域制限フィルタを用いることにより、隣接チャンネルに対する干渉を低減することができる。

次に、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、０挿入回路１１３−ｋ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、シングルキャリア信号への変調を行う。これにより、チャネルｋにおいて、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ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。

ここで、フーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）、０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）、および、逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）により、変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）で変調された信号に対して、周波数領域でみた場合に、その信号伝送周波数帯域の外側には周波数領域で「０」の周波数が挿入されたことになる。これにより、周波数領域において、チャネル間の干渉が低減される効果がある。

次に、ＧＩ（ガードインターバル）送入回路１１５−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、逆フーリエ変換１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）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８は、ＧＩ挿入回路１１５−ｋにおけるガードインターバル挿入方法を示す図である。ガードインターバル１１５−ｋは、本来のシングルキャリア信号である１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。

次に、スムージング回路１１６−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、ＧＩ挿入回路１１５−ｋ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１１７−ｋに出力する。
図９は、スムージング回路１１６−ｋ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１１６−ｋ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。

次に、Ｄ／Ａ変換回路１１７−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、共通クロック１２１によるクロックを用い、スムージング回路１１６−ｋから入力されたデジタル信号を、他のＤ／Ａ変換回路１１７−ｋ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１１８−ｋに出力する。周波数変換回路１１８−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、局部発振器１２２からの発振信号を用いて、Ｄ／Ａ変換回路１１７−ｋから入力されたチャネルｋのアナログ信号の周波数帯域を、周波数帯域ｆｋに周波数変換し、ＢＰＦ１１９−ｋに出力する。この周波数帯域ｆｋの中心周波数は、チャネルｋ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１１８−ｋ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、チャネルｋ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１０は、周波数変換回路１１８−１における周波数変換を示す図である。この図１０において、周波数変換回路１１８−１は、Ｄ／Ａ変換回路１１７−１から出力された信号を、周波数帯域ｆ１に周波数変換している。なお、周波数帯域ｆ１〜ｆｍは、周波数帯域ｆｋの一部（後述する周波数帯域δｆｋの一部または全部）が、隣接する周波数帯域ｆ（ｋ−１）、ｆ（ｋ＋１）と重なるように連続した周波数帯域である。

次に、ＢＰＦ１１９−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、周波数変換された周波数帯域ｆｋの信号から、チャネルｋの周波数帯域に対応した周波数帯域Δｆｋの信号を抽出するが、このとき、周波数帯域Δｆｋに隣接する周波数帯域δｆｋ分の信号も抽出される。
図１１は、ＢＰＦ１１９−１における処理を示す図である。この図１１において、ＢＰＦ１１９−１は、周波数帯域ｆ１の信号から、周波数帯域Δｆ１の信号を抽出しているが、ＢＰＦ１１９−１は、周波数帯域Δｆ１を抽出する際、その周波数帯域Δｆ１に隣接する周波数帯域δｆ１の信号が同時に抽出されてしまう。しかし、周波数帯域Δｆ１の外側部分は、０挿入回路１１３−１により０挿入が行われた周波数部分に相当するため、従来のアナログフィルタのみでは実現困難な急峻な（δｆ１が０に近い）ＢＰＦを用いることなく、チャネルｋ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。

次に、合成回路１２０は、ＢＰＦ１１９−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）それぞれから出力されたチャネルｋ（ｋ＝１〜ｍ）を合成して出力Ａを生成し、出力する。
図１２は、合成回路１２０から出力される出力Ａを示す図である。この図１２に示すように、合成回路１２０は、ＢＰＦ１１９−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）それぞれから出力された、周波数帯域ｆ１〜ｆｍまでのチャネル１〜ｍを合成し、電気の超広帯域シングルキャリア信号である出力Ａを生成する。

次に、光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に、マッハツェンダー型変調器を用いる場合、対応する信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力Ａを入力することにより、光分波部１０２から出力される周波数帯域λｉにおける周波数ｆｃの光キャリアを中心にＤＳＢの光シングルキャリア信号を生成する。
図１３は、光変調器１０３−ｉから出力される光シングルキャリア信号のスペクトルを示す図である。この図１３に示すように、光変調器１０３−ｉから出力された光シングルキャリア信号は、光キャリア周波数ｆｃを中心として両側のバンドに、周波数ｆｋ（ｋ＝１〜ｍ）に対応した側波帯ができている。強度変調器４を駆動するときに、バイアス点を半波長電圧（Ｖ_π）の半分に設定した場合、光キャリアが残り、バイアス点をＮＵＬＬ点に設定した場合、光のキャリアを抑圧できる。

このように、ＤＳＢでは周波数ｆｃを中心にして両側のバンドに同じシングルキャリア信号が発生するが、帯域の利用効率を上昇させるために、図１４に示すように、光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応させて、光ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を設け、光変調器１０３−ｉから出力されたシングルキャリア信号を、光ＢＰＦ１０６−ｉによりＳＳＢ（シングルサイドバンド）化してもよい。
図１５は、光ＢＰＦ１０６−ｉから出力されるシングルキャリア信号のスペクトルを示す図である。この図１５に示すように、光ＢＰＦ１０６−ｉから出力されるシングルキャリア信号では、光変調器１０３−ｉから出力された光シングルキャリア信号において光キャリア周波数ｆｃを中心として両側のバンドに現われる側波帯の一方のみを取り出している。
また、図示はしないが、光変調器１０３−ｉとして光直交変調器を用いれば、出力ＡをＩｃｈ駆動信号とし、出力Ａ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。

次に、位相調整部１０４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、対応する光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から出力された光シングルキャリア信号の位相を調整して出力する。
そして、光合波部１０５は、位相調整部１０４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から出力される、位相の揃った光シングルキャリア信号を合成して出力する。
図１６は、光合波部１０５から出力される信号を示している。この図１６に示すように、光合波部１０５から出力される光シングルキャリア信号は、光キャリアλｉ（ｉ＝１〜ｎ）を変調した光シングルキャリア信号を並べたものとなる。ここで、図１４の構成にて、側波帯の一方のみを取り出した光シングルキャリア信号を用いている。また、図１６においては、各光キャリアがλｉ（ｉ＝１〜ｎ）を用いて変調された周波数帯域ｆｉｋ（ｋ＝１〜ｍ）のｍが「３」である場合を示している。

上記実施形態によれば、従来技術に比べ、電気の周波数領域で広帯域な信号を変調できるため、多波長光源１０１と、光分波部１０２にて分波された光キャリアλｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、この光キャリアλｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応した光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対して、広帯域で周波数利用効率のよい信号の変調が可能になる。

なお、光シングルキャリア信号生成回路１００−ｉにおける０挿入回路１１３−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、変調回路１１１−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）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ようにしてもよい。

なお、光シングルキャリア信号生成回路１００−ｉにおけるフーリエ変換回路１１２−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）によりフーリエ変換された信号に対して、信号スペクトルをダイナミック（動的）に全帯域にマッピングすることにより、周波数ダイバーシチ効果を得ることや、干渉の影響を低減することも可能である。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による信号送信装置について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態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１７は、本発明の第２の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。第１の実施形態では、信号生成回路１００におけるシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）より生成された広帯域の電気のシングルキャリア信号である信号Ａを光変調器１０３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の駆動信号としているが、本実施形態では、信号生成回路１００ａにおけるシングルキャリア生成回路１００ａ−ｉにより生成された出力ＡのＩｃｈ信号及びＱｃｈ信号を光直交変調器１０７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）へ出力する点が異なる。

図１８に、本実施の形態の信号生成回路１００ａの構成を示すブロック図である。同図において、スムージング回路１１６−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）までのデジタル信号処理部では、図５に示す第１の実施形態の信号生成回路１００におけるシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成と同様に、複素信号によって演算を行っている。そこで、本実施形態のＤ／Ａ変換回路１１７ａ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）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１２０ａからは、図１３に示す出力ＡのＩｃｈ信号及びＱｃｈ信号が出力されることになる。

図１９は、本実施の形態の信号生成回路１００ａの他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１１５−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）までのデジタル信号処理部は、図５に示す第１の実施形態の信号生成回路１００の構成と同様である。スムージング回路１１６ａ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、第１の実施形態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１１７ｂ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）へ、ＱｃｈはＤ／Ａ変換回路１１７ｃ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）へ出力される。そして、Ｄ／Ａ変換回路１１７ｂ−ｋ、周波数変換回路１１８ｂ−ｋ、ＢＰＦ１１９ｂ−ｋ、合成回路１２０ｂはＩｃｈについて、Ｄ／Ａ変換回路１１７ｃ−ｋ、周波数変換回路１１８ｃ−ｋ、ＢＰＦ１１９ｃ−ｋ、合成回路１２０ｃはＱｃｈについて、第１の実施形態に記載のＤ／Ａ変換回路１１７−ｋ、周波数変換回路１１８−ｋ、ＢＰＦ１１９−ｋ、合成回路１２０と同様の処理を行う。このように、スムージング回路１１６ａ−ｋ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２０は、光直交変調部１０７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成を示す図である。この図２０に示すように、光直交変調部１０７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、マッハツェンダー型変調器を並列に並べ、それぞれに信号生成回路１００ａにおけるシングルキャリア信号生成回路１００ａ−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）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２１は、光直交変調部１０７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から出力される光シングルキャリア信号のスペクトルを示す図である。シングルキャリア信号生成回路１００ａ−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から出力された、出力ＡのＩｃｈ信号及びＱｃｈ信号により光直交変調器１０７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を駆動することで、図２１に示すスペクトル遷移に示されるように、光源の周波数ｆｃを中心とした、広帯域な光シングルキャリア信号を生成できる。このとき、光直交変調器１０７−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。

なお、上記においては、光シングルキャリア信号を生成して送信しているが、無線によりシングルキャリア信号を送信するようにしてもよい。この場合、Ｄ／Ａ変換回路１１７ａ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）において無線信号を生成するか、信号生成回路１００からの出力Ａを無線信号の搬送波にのせるようにする。

また、上述した図５、図１８及び図１９の逆フーリエ変換回路１１４−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）、及び、ＧＩ挿入回路１１５−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）は、それぞれ各チャネル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１８及び図１９の共通クロック１２１、局部発振器１２２は、全てのチャネルで共通のものを用いているが、共通とせずにそれぞれ各チャネルで異なるクロック、局部発振器を用いてもよい（この場合、それぞれクロック及び発信信号は多波長光源１０１に出力し同期を取る必要はある）。
また、図５及び図１８の周波数変換回路１１８−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）、ならびに、図１９の１１８ｂ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）及び１１８ｃ−ｋ（ｋ＝１〜ｍ）では、チャネル毎で周波数変換が行われた後、予め設定している全チャネル共通の電力の目標値にレベル調整し、全チャネルの信号電力を一定にすることで全チャネル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、従来のアナログフィルタのみでは実現困難な急峻なバンドパスフィルタ（ＢＦＰ）を実現して、チャネル毎に分割した帯域の外側からの干渉を除去することが可能となり、この干渉を除去した各チャネルを周波数変換して合成することによって、シングルキャリアを用いたリアルタイムかつ高品質の広帯域伝送を実現することができる。また、０挿入やガードインターバル挿入、スムージング処理をチャネル毎に並行して行うため、遅いクロックにより動作させることも可能である。

本発明の第１の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１０１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１０１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１０１のさらに他の構成を示すブロック図である。 同実施形態によるシングルキャリア信号生成回路１００−ｉ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１０３−ｉ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１１３−ｉの出力を示す図である。 同実施形態によるＧＩ挿入回路１１５−ｋ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１１６−ｋ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１１８−ｋの出力を示す図である。 同実施形態によるＢＰＦ１１９−ｋの処理を示す図である。 同実施形態による合成回路１２０の出力を示す図である。 同実施形態による光変調器１０３−ｉからの出力を示す図である。 同実施形態による信号送信装置の他の構成を示すブロック図である。 同実施形態による光ＢＰＦ１０６−ｉからの出力を示す図である。 同実施形態による光合波部１０５からの出力を示す図である。 本発明の第２の実施形態における信号送信装置である。 同実施形態による信号生成回路の構成を示すブロック図である。 同実施形態による信号生成回路の他の構成を示すブロック図である。 同実施形態による光直交変調器１０７−ｉの構成を示すブロック図である。 同実施形態による光直交変調器１０７−ｉからの出力を示す図である。

符号の説明

１１，２１…光源
１２…強度変調器
１３，２２，２５…位相変調器
１６…モード同期レーザー
１７…光増幅器
１８…光非線形ファイバ
２３…分散付加部
２４…位相シフタ
１００，１００ａ…信号生成回路
１００−１〜１００−ｎ…シングルキャリア信号生成回路
１０１…多波長光源
１０２…光分波部１０２
１０３−１〜１０３−ｎ…光変調器
１０４−１〜１０４−ｎ…位相調整部
１０５…光合波部
１０６−１〜１０６−ｎ…光ＢＰＦ（光バンドパスフィルタ）
１０７−１〜１０７−ｎ…光直交変調部
１１０…Ｓ／Ｐ変換回路（シリアルパラレル変換部）
１１１−１〜１１１−ｍ…フーリエ変換回路（フーリエ変換部）
１１２−１〜１１２−ｍ…変調回路（入力信号変調部）
１１３−１〜１１３−ｍ…０挿入回路（ゼロ挿入部）
１１４−１〜１１４−ｍ…逆フーリエ変換回路（逆フーリエ変換部）
１１５−１〜１１５−ｍ…ＧＩ挿入回路（ガードインターバル挿入部）
１１６−１〜１１６−ｍ，１１６ａ−１〜１１６ａ−ｍ…スムージング回路（スムージング部）
１１７−１〜１１７−ｍ，１１７ａ−１〜１１７ａ−ｍ，１１７ｂ−１〜１１７ｂ−ｍ，１１７ｃ−１〜１１７ｃ−ｍ…Ｄ／Ａ変換回路（デジタルアナログ変換回路）
１１８−１〜１１８−ｍ，１１８ｂ−１〜１１８ｂ−ｍ，１１８ｃ−１〜１１８ｃ−ｍ…周波数変換回路（周波数変換部）
１１９−１〜１１９−ｍ，１１９ｂ−１〜１１９ｂ−ｍ，１１９ｃ−１〜１１９ｃ−ｍ…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…合成回路（合成部）

Claims (7)

1. 多波長光源と、
   前記多波長光源から出力される複数の光キャリアを設定された波長帯域に分波する光分波部と、
   それぞれが、入力されるシリアル信号を、チャネルに対応した複数のパラレル信号に変換し、各チャネルの信号を合成した合成信号を出力する複数のシングルキャリア信号生成部と、
   前記波長帯域毎に設けられ、対応するシングルキャリア信号生成部からの合成信号により前記波長帯域の光を変調して光信号として出力する複数の光変調器と、
   前記波長帯域毎に対応する前記各光変調器の変調した前記光信号を合波する光合波部と
   を有することを特徴とする信号送信装置。
2. 前記シングルキャリア信号生成部が、
   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部と、
   それぞれがチャネルに対応し、前記複数のパラレル信号に対して、自身に対応するチャネル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チャネルの信号を合成して信号を生成する合成部と、
   を備え、
   前記複数の各処理部が、
   各パラレル信号を自身に対応するチャネル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にフーリエ変換を行うフーリエ変換部と、
   前記フーリエ変換部によりフーリエ変換が行わ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チャネル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チャネル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信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１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. 前記光変調器が光強度変調器であることを特徴とする請求項１に記載の信号送信装置。
6. 前記光変調器が光直交変調器であることを特徴とする請求項１に記載の信号送信装置。
7. シングルキャリア信号を送信する信号送信装置による信号送信方法であり、
   多波長光源が複数の光キャリアを出力する過程と、
   光分波部が前記多波長光源から出力される複数の光キャリアを設定された波長帯域に分波する光分波過程と、
   複数のシングルキャリア信号生成部それぞれが、入力されるシリアル信号をチャネルに対応したパラレル信号に変換して、合成信号を出力するシングルキャリア信号生成過程と、
   光変調器が前記波長帯域毎に設けられ、対応するシングルキャリア信号生成部からの合成信号により前記波長帯域の光を前記光変調器により変調して光信号として出力する光変調過程と、
   光合波部が前記波長帯域毎に対応する前記各光変調器の変調した前記光信号を合波する光合波過程と
   を有することを特徴とする信号送信方法。

Images