JP2010212835A - 光送信装置及び光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術より周波数利用効率の高い直接受信を行う光通信システムを提供する。
【解決手段】通信システムは、同一偏波の第１の側波帯及び第１の光搬送波、及び、これらと直交する偏波の第２の側波帯及び第２の光搬送波を含む光信号を生成する光送信装置と、前記光信号を受信して第１又は第２の光搬送波を除去後に電気信号に変換する光受信装置とを含み、第１の光搬送波の周波数は、第１の側波帯の最低周波数及び第２の光搬送波の周波数より低く、第２の光搬送波の周波数は、第２の側波帯の最高周波数より高く、第１の側波帯の最高周波数は、第２の側波帯の最低周波数より高く、第１の光搬送波は、第２の側波帯の帯域外であり、第２の光搬送波は、第１の側波帯の帯域外である。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接受信を行う光受信装置を使用する光通信システムの周波数利用効率を改善するための技術に関する。特に、直交周波数分割多重変調を使用する光通信システムの様に、光搬送波と側波帯との間に未使用帯域を設ける必要がある光通信システムの周波数利用効率を改善する技術に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調は、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。）。

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

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する、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側波帯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。

上述した様に、直接受信方式は、光搬送波と情報に対応する側波帯信号の干渉信号を電気信号に変換するものであるが、光ＯＦＤＭ通信において、側波帯信号は多数のサブキャリアを含むため、このサブキャリア同士の干渉信号も電気信号に変換されることになる。つまり、図３（ａ）に示す様に、光搬送波８０と、帯域Ｂ_１（Ｈｚ）の光側波帯信号８１を含む光信号を電気信号に変換すると、図３（ｂ）に示す様に、光側波帯信号８１に対応する電気のＯＦＤＭ信号８２に加え、サブキャリア同士の干渉によるノイズ成分８３がＢ_１（Ｈｚ）まで生じることになる。このノイズ成分を避ける最も簡易な方法は、図３（ｃ）に示す様に、光搬送波８０と光側波帯信号８１の間に、少なくとも光側波帯信号８１の帯域と同じ帯域の未使用帯域を設けることであるが、未使用帯域を設けることで周波数利用効率が低下する。なお、この未使用帯域を小さくする方法も提案されてはいるが、所定の未使用帯域を設ける必要があることには変わりなく周波数利用効率が低下する。

また、周波数利用効率を改善するため、コヒーレント方式においては偏波多重の使用が提案されている。これに対して、直接受信方式において、同一周波数の光搬送波及び同一周波数の光側波帯信号を含む２つの光信号を偏波多重した場合、受信側においては、偏波の方向に関する情報が得られないため、偏波分離ができないという問題がある。つまり、たとえ、必要な未使用帯域を限りなく零に近づけたとしても、コヒーレント方式の様に偏波多重を利用して、さらに、周波数利用効率を高めることができないという問題がある。

したがって、本発明は、従来技術より周波数利用効率の高い直接受信を行う光通信システムと、この光通信システムのための光送信装置を提供することを目的とする。

本発明による光通信システムは、
第１の側波帯、第２の側波帯、第１の光搬送波及び第２の光搬送波を含む光信号を生成して光伝送路に送信する光送信装置と、前記光伝送路から前記光信号を受信する光受信装置とを含む光通信システムであって、第１の側波帯及び第１の光搬送波の偏波面は同一であり、第２の側波帯及び第２の光搬送波とは直交し、第１の光搬送波の周波数は、第１の側波帯の最低周波数より低く、第２の光搬送波の周波数は、第２の側波帯の最高周波数より高く、第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より低く、第１の側波帯の最高周波数は、第２の側波帯の最低周波数より高く、第１の光搬送波は、第２の側波帯の帯域外であり、第２の光搬送波は、第１の側波帯の帯域外であり、光受信装置は、前記光信号の第１の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、前記光信号の第２の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段とを備えていることを特徴とする。

本発明による光通信システムによると、
第１の側波帯の最高周波数が、第２の側波帯の最高周波数以上であること、さらに、第１の側波帯の最低周波数が、第２に側波帯の最高周波数以上であることも好ましい。

本発明による光通信システムの他の実施形態によると、
第１の側波帯、第２の側波帯、第１の光搬送波及び第２の光搬送波を含む光信号を生成して光伝送路に送信する光送信装置と、前記光伝送路から前記光信号を受信する光受信装置とを含む光通信システムであって、第１の側波帯及び第１の光搬送波の偏波面は同一であり、第２の側波帯及び第２の光搬送波とは直交し、第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最低周波数より低い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最低周波数より低く、第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最高周波数より高い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最高周波数より高く、第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より高く、かつ、第２の側波帯の最低周波数より低く、光受信装置は、前記光信号の第１の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、前記光信号の第２の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段とを備えていることを特徴とする。

本発明による光送信装置は、
上記光通信システムで使用されるものであり、第１の連続光を変調して第１の光搬送波及び第１の側波帯を含む光信号を出力する第１の変調手段と、第２の連続光を変調して第２の光搬送波及び第２の側波帯を含む光信号を出力する第２の変調手段と、第１の変調手段の出力光信号と、第２の変調手段の出力光信号を互いに直交する偏波の光信号として多重する手段とを備えていることを特徴とする。

簡易な構成で周波数利用効率を改善することができる。

本発明による光通信システムのシステム構成図である。 図１の各部における光スペクトラムの概略を示す図である。 従来技術を説明する図である。 本発明の他の形態を説明する図である。 本発明のさらに他の形態を説明する図である。 本発明のさらに他の形態を説明する図である。 本発明のさらに他の形態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、本発明による光通信システムのシステム構成図である。図１によると、光通信システムは、光送信装置１及び光受信装置２を含み、光送信装置１及び光受信装置２は、光ファイバで構成される光伝送路により接続されている。なお、光伝送路は１つ以上の光増幅器を含むものであっても良い。

また、光送信装置１は、光源１１と、光位相変調器１２と、波長分離器１３と、光変調器１４及び１５と、偏波合成器１６と、光フィルタ１７と、発振器１８とを備えており、光受信装置２は、分波器２１と、光フィルタ２２及び２３と、光受信機２４及び２５とを備えている。

以下に、本発明による光通信システムでの信号処理について説明する。光源１１は周波数ｆ_０の連続光を生成して出力し、発振器１８は周波数（ｆ_２−ｆ_１）／２の正弦波電気信号を生成して出力し、光位相変調器１２は、光源１１からの連続光を、発振器１８からの電気信号で位相変調する。なお、ここではｆ_２＞ｆ_１とする。したがって、光位相変調器１２は、図２（ａ）に示す様に、周波数ｆ_１、ｆ_２に線スペクトラムを有する光信号を出力することになる。

波長分離器１３は、図２（ａ）に示す光信号を波長分離して、周波数ｆ_１の連続光を光変調器１４に、周波数ｆ_２の連続光を光変調器１５に、それぞれ、出力する。光変調器１４及び１５は、入力される連続光を、ＯＦＤＭ変調された電気信号で変調を行う変調器である。したがって、光変調器１４の出力光信号の概略的な光スペクトラムは、図２（ｂ）に示す様に、光搬送波５１、下側側波帯６１及び上側側波帯６２を含むものになり、光変調器１５の出力光信号の概略的な光スペクトラムは、図２（ｃ）に示す様に、光搬送波５２、下側側波帯７１及び上側側波帯７２を含むものになる。なお、本実施形態においては、光搬送波５１／５２と側波帯の間には未使用帯域Ｂ_Ｕ＝（ｆ_２−ｆ_１）／２（Ｈｚ）を設け、側波帯の帯域、つまり、ＯＦＤＭ信号の帯域は、未使用帯域Ｂ_Ｕからガード帯域Ｂ_Ｇを引いた値とする。

偏波合成器１６は、一方の入力端子に入力される光信号の偏波面を９０度だけ回転させて、偏波面を回転させない他方の入力端子に入力される光信号と合波して出力するものであり、光フィルタ１７は、光搬送波５１から光搬送波５２までの周波数帯域の信号を通過させ、下側側波帯６１と、上側側波帯７２を除去する光フィルタである。よって、光フィルタ１７の出力光信号は、図２（ｄ）に示す様に、偏波面が同一である光搬送波５１及び情報に対応する上側側波帯６２と、光搬送波５１及び上側側波帯６２とは直交する偏波面の光搬送波５２及び情報に対応する下側側波帯７１とを含むものとなる。

光受信装置２の分波器２１は、図２（ｄ）の光スペクトラムを有する光信号を２分岐して出力する。また、光フィルタ２２は、図２（ｄ）の光スペクトラムを有する光信号の光搬送波５２を除去するフィルタであり、光フィルタ２３は、図２（ｄ）の光スペクトラムを有する光信号の光搬送波５１を除去するフィルタである。したがって、光フィルタ２２の出力光信号の光スペクトラムは、図３（ｅ）に示すものとなり、光フィルタ２３の出力光信号の光スペクトラムは、図３（ｆ）に示すものとなる。なお、ガード帯域Ｂ_Ｇは、光搬送波５１又は５２を除去する際の、側波帯６２及び７１への影響を抑えるためのものであるが、例えば、ノッチフィルタを使用することで、ガード帯域Ｂ_Ｇについては、ほぼ零とすることができる。

光受信機２４及び２５は、直接受信方式、つまり、フォトダイオード等の光電気変換部を備えており、受信光信号を電気信号に変換して復調を行う。ここで、電気信号に変換されるのは、光搬送波及び側波帯の同一偏波方向の干渉信号のみであるが、光搬送波５１と下側側波帯７１は直交し、光搬送波５２と上側側波帯６２は直交しているため、光受信機２４内の光電気変換部は、上側側波帯６２のみを電気信号に変換し、光受信機２５内の光電気変換部は、下側側波帯７１のみを電気信号に変換することになる。よって、各光受信機は、一方の偏波の信号のみを取り出して復調することになる。

なお、光受信機２４内の光電気変換部は、上側側波帯６２の各サブキャリア間の干渉によるノイズ成分も出力するが、本実施形態においては、光搬送波５１と上側側波帯６２の間には上側側波帯の帯域以上の未使用帯域Ｂ_Ｕを設けているため、ノイズ成分が復調に影響することはない。光受信機２５についても同様である。

以上、光送信装置において、第１の偏波の第１の光搬送波及び該第１の光搬送波の上側側波帯を含む第１の光信号と、第１の偏波とは直交する第２の偏波の第２の光搬送波及び該第２の光搬送波の下側側波帯を含む光信号であって、周波数軸上において、前記下側側波帯が第１の光搬送波と前記上側側波帯の間に位置し、前記上側側波帯が第２の光搬送波と前記下側側波帯の間に配置された光信号を生成して送信する。この構成により、光受信装置においては、復調する偏波とは直交する偏波の光搬送波を除去するのみで、偏波分離を行うことなく各偏波で送信された信号の復調を行うことが可能となる。

従来技術においては、図３（ｃ）に示す様に、２Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域当たり、Ｂ_１（Ｈｚ）のみを情報伝送に利用可能であったが、本願発明による光通信システムにおいては、図２（ｄ）から明らかな様に、２Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域の殆どを情報伝送に利用することができ、周波数利用効率が約２倍に改善される。

なお、図４に示す様に、上側側波帯６２の最高周波数と下側側波帯７１の最低周波数が一致する状態においては２Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域当たり、Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域を情報伝送に使用することになり、周波数利用効率は従来技術と同じになる。よって、上側側波帯６２の最高周波数を、下側側波帯７１の最低周波数より高くすることで、従来技術より周波数利用効率が改善される。例えば、図５に示す様に、上側側波帯６２の最高周波数と下側側波帯７１の最高周波数が一致する状態においては、３Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域当たり、２Ｂ_１（Ｈｚ）の帯域を情報伝送に使用することになる。さらに、図６に示す様に、光搬送波５２が、光搬送波５１と上側側波帯６２の間であり、光搬送波５１が、光搬送波５２と下側側波帯７１の間である様に配置する形態であっても従来技術よりは周波数利用効率は改善される。

つまり、上側側波帯６２の最高周波数が、下側側波帯７１の最低周波数より高く、光搬送波５２の周波数が、光搬送波５１の周波数より高い状態において従来技術より周波数利用効率が改善されることになる。ただし、光搬送波５１及び上側側波帯６２に影響を与えず光搬送波５２を除去する必要があり、光搬送波５２及び下側波帯７１に影響を与えず光搬送波５１を除去する必要があるため、光搬送波５２が上側側波帯６２の帯域内にある状態と、光搬送波５１が下側側波帯７１の帯域内にある状態は除くものとする。

なお、上述した実施形態においては、側波帯の帯域以上の未使用帯域Ｂ_Ｕを設けているが、必須ではなく、他の方法を併用して、側波帯の帯域未満の未使用帯域とする構成であっても良い。本発明は、直接受信方式で異なる偏波の利用を可能にするものであるため、この場合であっても、従来技術より周波数利用効率は改善される。

また、上述した実施形態においては、一方の偏波については光搬送波とその上側側波帯の片側側波帯信号とし、他方の偏波については、光搬送波とその下側側波帯の片側側波帯信号としているが、共に同じ側の片側側波帯信号としても良い。例えば、図７に示す様に、一方の光搬送波を、他方の光搬送波と他方の側波帯信号の間に配置することで周波数利用効率が改善される。

さらに、上述した実施形態においては、光源１１からの連続光を位相変調することにより２つの搬送波を生成しているが、偏波面及び周波数を制御できる光源を２つ用いる形態であっても良い。また、この場合、各光源の出力光の偏波面を互いに直交状態とし、偏波合成器１６を使用しない形態とすることもできる。また、偏波合成後に光フィルタ１７により不要な側波帯を除去しているが、偏波合成前に除去する構成であっても良い。

１ 光送信装置
１１ 光源
１２ 位相変調器
１３ 波長分離器
１４、１５ 光変調器
１６ 偏波合成器
１７、２２、２３ 光フィルタ
１８ 発振器
２ 光受信装置
２１ 分波器
２４、２５ 光受信機
５１、５２、８０ 光搬送波
６１、６２、７１、７２、８１ 光側波帯信号
８２ 電気ＯＦＤＭ信号
８３ ノイズ成分

Claims (7)

1. 第１の側波帯、第２の側波帯、第１の光搬送波及び第２の光搬送波を含む光信号を生成して光伝送路に送信する光送信装置と、
   前記光伝送路から前記光信号を受信する光受信装置と、
   を含む光通信システムであって、
   第１の側波帯及び第１の光搬送波の偏波面は同一であり、第２の側波帯及び第２の光搬送波とは直交し、
   第１の光搬送波の周波数は、第１の側波帯の最低周波数より低く、第２の光搬送波の周波数は、第２の側波帯の最高周波数より高く、
   第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より低く、
   第１の側波帯の最高周波数は、第２の側波帯の最低周波数より高く、
   第１の光搬送波は、第２の側波帯の帯域外であり、
   第２の光搬送波は、第１の側波帯の帯域外であり、
   光受信装置は、
   前記光信号の第１の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、
   前記光信号の第２の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、
   を備えている光通信システム。
2. 第１の側波帯の最高周波数が、第２の側波帯の最高周波数以上である、
   請求項１に記載の光通信システム。
3. 第１の側波帯の最低周波数が、第２に側波帯の最高周波数以上である、
   請求項２に記載の光通信システム。
4. 第１の側波帯、第２の側波帯、第１の光搬送波及び第２の光搬送波を含む光信号を生成して光伝送路に送信する光送信装置と、
   前記光伝送路から前記光信号を受信する光受信装置と、
   を含む光通信システムであって、
   第１の側波帯及び第１の光搬送波の偏波面は同一であり、第２の側波帯及び第２の光搬送波とは直交し、
   第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最低周波数より低い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最低周波数より低く、第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最高周波数より高い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最高周波数より高く、
   第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より高く、かつ、第２の側波帯の最低周波数より低く、
   光受信装置は、
   前記光信号の第１の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、
   前記光信号の第２の光搬送波をフィルタリングして電気信号に変化する手段と、
   を備えている光通信システム。
5. 光送信装置は、
   第１の連続光を変調して第１の光搬送波及び第１の側波帯を含む光信号を出力する第１の変調手段と、
   第２の連続光を変調して第２の光搬送波及び第２の側波帯を含む光信号を出力する第２の変調手段と、
   第１の変調手段の出力光信号と、第２の変調手段の出力光信号を互いに直交する偏波の光信号として多重する手段と、
   を備えている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の光通信システム。
6. 第１の連続光を変調して第１の光搬送波及び第１の側波帯を含む光信号を出力する第１の変調手段と、
   第２の連続光を変調して第２の光搬送波及び第２の側波帯を含む光信号を出力する第２の変調手段と、
   第１の変調手段の出力光信号と、第２の変調手段の出力光信号を互いに直交する偏波の光信号として多重する手段と、
   を備えている光送信装置であって、
   第１の光搬送波の周波数は、第１の側波帯の最低周波数より低く、第２の光搬送波の周波数は、第２の側波帯の最高周波数より高く、第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より低く、第１の側波帯の最高周波数は、第２の側波帯の最低周波数より高く、第１の光搬送波は、第２の側波帯の帯域外であり、第２の光搬送波は、第１の側波帯の帯域外である、
   光送信装置。
7. 第１の連続光を変調して第１の光搬送波及び第１の側波帯を含む光信号を出力する第１の変調手段と、
   第２の連続光を変調して第２の光搬送波及び第２の側波帯を含む光信号を出力する第２の変調手段と、
   第１の変調手段の出力光信号と、第２の変調手段の出力光信号を互いに直交する偏波の光信号として多重する手段と、
   を備えている光送信装置であって、
   第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最低周波数より低い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最低周波数より低く、第１の光搬送波の周波数が第１の側波帯の最高周波数より高い場合には、第２の光搬送波の周波数も第２の側波帯の最高周波数より高く、第１の光搬送波の周波数は、第２の光搬送波の周波数より高く、かつ、第２の側波帯の最低周波数より低い、
   光送信装置。

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