JP2010206473A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】直接受信方式を使用した光通信システムにおいて、光搬送波の偏波面が、情報を搬送している光信号の偏波面に対して回転することにより生じるフェージングを、簡易に、かつ、低コストで抑制する光通信システムを提供する。
【解決手段】光通信システムは、光送信装置と、光送信装置から受信する受信光信号を、直接受信方式により電気信号に変換する光受信装置とを備えており、光送信装置は、第１の光搬送波、第１の光搬送波と同一周波数で偏波面が直交する第２の光搬送波及び第１の光搬送波と同一偏波面の側波帯信号を含む光信号を送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接受信方式を使用する光通信システムにおいて、光搬送波の偏波面が回転することにより生じるフェージングを低減するための技術に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）技術は、送信データを複数のサブキャリアを用いて並列に伝送する方式であり、各サブキャリアのシンボルレートが比較的低くなるためシンボル間干渉に強く、デジタル地上波放送や、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｅｒａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムで既に使用されており、光通信システムへの適用についても検討されている（例えば、非特許文献１、参照。）。

光ＯＦＤＭ通信は、光受信装置における処理によりコヒーレント方式と直接受信方式に分類することができる。コヒーレント方式とは、光受信装置に局発光源を設け、局発光と受信光信号を干渉させた信号をフォトダイードで電気信号に変換する方式であり、直接受信方式とは、光受信装置のフォトダイオードが受信光信号を電気信号に直接変換、より詳しくは、受信光信号中の光搬送波と情報に対応する光信号の干渉信号を電気信号に変換する方式である。

コヒーレント方式は、直接受信方式に比べ、信号対雑音比等の信号特性の点で優れているが、局発光と受信光信号を干渉させるための部品に加え、光受信装置における偏波制御が必要となるため装置コストは高くなる。このため、長距離伝送を必要としない光通信システムにおいては、装置コストの低い直接受信方式が有利となる。

直接受信方式において、光送信装置は、光搬送波５０をＯＦＤＭ信号で変調することで、図５（ａ）に示す様に、光搬送波５０と、情報に対応する側波帯である光ＯＦＤＭ信号５１を含む光信号を出力する。光ＯＦＤＭ信号５１は、光搬送波５０を変調した結果生じたものであるため、その偏波面は光搬送波５０の偏波面と一致している。しかしながら、光伝送路の偏波モード分散の影響等により、光受信装置が受信する光信号に含まれる光搬送波５０の偏波面と光ＯＦＤＭ信号５１の偏波面は、図５（ｂ）に示す様に、ずれが生じることになる。さらに、光伝送路の偏波モード分散は時間と共に変化するため、光搬送波５０の偏波面と、光ＯＦＤＭ信号５１の偏波面とのずれも時間と共に変動することになる。

ここで、直接受信方式において、光受信装置のフォトダイオードにより電気信号に変換されるのは、光ＯＦＤＭ信号５１と、光搬送波５０の、光ＯＦＤＭ信号５１の偏波方向成分との干渉信号である。つまり、光搬送波５０の偏波面と光ＯＦＤＭ信号５１の偏波面のずれが時間と共に変動することは、光ＯＦＤＭ信号５１の偏波面を基準とした場合、干渉相手である光搬送波５０の振幅が時間と共に変動することと等価であり、これは得られる電気信号のフェージングを誘発し、結果、安定した信号特性が得られないという問題がある。

このため、光受信装置において偏波分離器により信号を２分岐し、それぞれを個別に電気信号に変換した後、受信信号を合成することでフェージングの影響を避ける構成が提案されている（例えば、非特許文献２、参照。）

Ａｒｔｈｕｒ Ｊａｍｅｓ Ｌｏｗｅｒｙ、ｅｔ ａｌ．、"Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｆｏｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ"、２００６ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ２０７９、Ｖｏｌ．１４ Ｎｏ．６、２００６年３月 Ｍａｒｋｕｓ Ｍａｙｒｏｃｋ、ｅｔ ａｌ．、"ＰＭＤ Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｄｉｒｅｃｔ−Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ Ｓｙｓｔｅｍ"、ＥＣＯＣ ２００７、８．２．５、２００７年９月

しかしながら、非特許文献２等に記載の従来技術では、分岐後のそれぞれの経路に対して光電気変換処理や復調処理を行わなければならず、構成が複雑で高コストとなってしまう。さらに、非特許文献２の従来技術では、偏波分離器への入力光信号の光搬送波の偏波面を制御する必要があるが、偏波面は時間と共に変化すため、その変化に追随する偏波制御が必要となり、その実現は難しい。

したがって、本発明は、直接受信方式を使用した光通信システムにおいて、光搬送波の偏波面が、情報を搬送している光信号の偏波面に対して回転することにより生じるフェージングを、従来技術と比較して、簡易に、かつ、低コストで抑制する光通信システムを提供することを目的とする。

本発明における光通信システムによれば、
光送信装置と、光送信装置から受信する受信光信号を、直接受信方式により電気信号に変換する光受信装置とを備えている光通信システムであって、光送信装置は、第１の光搬送波、第１の光搬送波と同一周波数で偏波面が直交する第２の光搬送波及び第１の光搬送波と同一偏波面の側波帯信号を含む光信号を送信することを特徴とする。

本発明における光通信システムの他の形態によれば、
光送信装置は、連続光を第１の連続光と第２の連続光に分岐する分波手段と、第１の連続光を変調する変調手段と、変調手段の出力光信号及び第２の連続光を入力とし、一方の偏波面を９０度だけ回転させて他方の光信号と合波して出力する偏波合成手段とを備えていることも好ましい。

本発明における光通信システムの他の形態によれば、
光送信装置は、連続光を生成する光源と、連続光の偏波の第１の方向の成分を変調し、第１の方向とは直交する第２の方向の成分は変調しない変調手段とを備えており、前記連続光の偏波の方向は、第１の方向に対して４５度となるように設定されていることも好ましい。

同一周波数で、偏波面が直交する２つの光搬送波を含む光信号を生成して送信することで、光受信装置側において特別な処理を施すことなくフェージングを抑制することが可能になる。

本発明による光送信装置の構成図である。 本発明による光送信装置の各部が出力する光信号の光スペクトラムの概略を示す図である。 本発明による光通信システムを説明する図である。 本発明による光通信システムの他の実施形態を説明する図である。 直接受信方式における問題点を説明する図である。

本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による光送信装置の構成図である。図１によると、光送信装置は、光源１と、分波器２と、光変調器３と、偏波合成器４とを備えている。光源１は、連続光を生成して出力し、分波器２は、この連続光を２分岐して、それぞれの出力端子から出力する。光変調器３は、分波器２の一方の出力信号をＯＦＤＭ変調された電気信号で変調を行う変調器である。図１に示す様に、分波器２の他方の出力信号と、変調器３で変調された信号は、それぞれ、偏波合成器４に入力され、偏波合成器４は、一方の入力信号の偏波面を９０度だけ回転させた後、偏波面を変化させない他方の入力信号と合波して出力する。

図２に、図１の分波器２、光変調器３及び偏波合成器４が出力する光信号の光スペクトラムの概略をそれぞれ示す。図２（ａ）は、光変調器３の出力信号の光スペクトラムであり、符号６０は光搬送波、符号６２は、光ＯＦＤＭ信号である。なお、図２（ａ）に示す様に、本実施形態において、送信データに対応する光ＯＦＤＭ信号６２は、光搬送波６０のいずれかの側、本実施形態においては周波数の高い側、にのみ存在し、光搬送波６０との間には所定の未使用帯域を設けている。つまり、光ＯＦＤＭ信号６２は、未使用帯域に等しい周波数より高い周波数のサブキャリアのみを使用している。

図２（ｂ）は、分波器２から偏波合成器４に直接入力される光信号のスペクトラムであり、連続光に対応する光搬送波６１のみを含んでいる。なお、光搬送波６０及び６１は、同じ光源１からの連続光を分岐したものであるため、偏波合成器４の前の段階において、光搬送波６０、６１及び光ＯＦＤＭ信号６２の偏波面は一致している。

偏波合成器４は、一方の入力信号の偏波面を９０度だけ回転させて他方の入力信号と合波するため、偏波合成器４の出力信号の光スペクトラムは図２（ｃ）に示す様に、偏波面が一致している光搬送波６０及び光ＯＦＤＭ信号６２と、これら光信号の偏波面と直交する偏波面を有する光搬送波６１を含むものとなる。

本発明による光送信装置は、図２（ｃ）に示す光スペクトラムを持つ光信号を光伝送路に送信するが、この光信号は光伝送路において偏波モード分散の影響を受けるため、光受信装置の位置においては、光搬送波６０と光ＯＦＤＭ信号６２の偏波面には時間と共に変動するずれが生じる。しかしながら、本発明においては、光搬送波６０に直交する光搬送波６１を送信側にて追加して送信を行っているため、偏波面が回転することにより生じる各光搬送波の光ＯＦＤＭ信号６２の偏波方向の成分の変動は、光搬送波６１のみを使用する場合より小さくなり、よって、偏波面の回転量が変動することにより生じるフェージングを抑制することができる。

図３は、本発明によりフェージングを抑制できることを説明する図である。図３において、符号７０は光ＯＦＤＭ信号６２の偏波面の方向であり、偏波モード分散により、受信装置の位置において、光搬送波６０と光ＯＦＤＭ信号６２の偏波面にはθの角度差が生じている。光搬送波６０及び６１の光伝送路中での伝送損失はほぼ同一であるため、光搬送波６０及び６１の振幅を共にＡとすると、光搬送波６０の、光ＯＦＤＭ信号６２と干渉して電気信号への変換に寄与する成分は、｜Ａｃｏｓθ｜であり、光搬送波６１の、光ＯＦＤＭ信号６２と干渉して電気信号への変換に寄与する成分は、｜Ａｓｉｎθ｜である。｜Ａｃｏｓθ｜と｜Ａｓｉｎθ｜は、互いに相補的、つまり、一方が小さいときには他方が大きくなり、一方が小さいときには他方が大きくなる関係にあるため、フェージングが抑制される。

以上、送信側において、同一周波数で、偏波面が直交する２つの光搬送波を含む光信号を生成して送信することで、光受信装置側において特別な処理を施すことなくフェージングを抑制することが可能になる。本発明による光送信装置に追加する光部品は、分波器２及び偏波合成器４のみであり、従来技術の様に複雑な偏波面の制御を行う必要はなく、よって、コストを増大させることなくフェージングを抑制することが可能になる。

続いて、本発明の他の実施形態について、図４を用いて説明する。光変調器として主に使用されるＬｉＮｂＯ_３光変調器には基準偏波面７１が存在し、ＬｉＮｂＯ_３光変調器は、入力される連続光７３のうち、その基準偏波面７１に一致した成分のみを変調し、基準偏波面に直交する偏波面７２方向の成分については変調することなく出力する。図４に示す様に、連続光７３の偏波面を光変調器の基準偏波面に対して４５度に設定することで、図２（ｃ）と同じ光スペクトラムを持つ光信号が生成され、よって、上述したのと同じくフェージングを抑制することができる。

１ 光源
２ 分波器
３ 光変調器
４ 偏波合成器
５０、６０、６１ 光搬送波
５１、６２ 光ＯＦＤＭ信号
７０ 光ＯＦＤＭ信号の偏波面
７１ 変調器の基準偏波面
７２ 変調器の基準偏波面に直交する偏波面
７３ 連続光の偏波面

Claims (3)

1. 光送信装置と、
   光送信装置から受信する受信光信号を、直接受信方式により電気信号に変換する光受信装置と、
   を備えている光通信システムであって、
   光送信装置は、
   第１の光搬送波、第１の光搬送波と同一周波数で偏波面が直交する第２の光搬送波及び第１の光搬送波と同一偏波面の側波帯信号を含む光信号を送信する、
   光通信システム。
2. 光送信装置は、
   連続光を第１の連続光と第２の連続光に分岐する分波手段と、
   第１の連続光を変調する変調手段と、
   変調手段の出力光信号及び第２の連続光を入力とし、一方の偏波面を９０度だけ回転させて他方の光信号と合波して出力する偏波合成手段と、
   を備えている請求項１に記載の光通信システム。
3. 光送信装置は、
   連続光を生成する光源と、
   連続光の偏波の第１の方向の成分を変調し、第１の方向とは直交する第２の方向の成分は変調しない変調手段と、
   を備えており、
   前記連続光の偏波の方向は、第１の方向に対して４５度となるように設定されている、
   請求項１に記載の光通信システム。

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