JP2013183455A - ナイキスト波長分割多重システム - Google Patents

Abstract

【課題】信号を伝送するためにナイキストＷＤＭを利用し、長距離にわたり高いスペクトル効率を実現する。
【解決手段】
本発明は、通信システムの信号を送受信するための装置および方法を含む。ビームスプリッタは、光信号を複数の信号に分割する。少なくとも一つのＱＰＳＫ変調器は、上記複数の信号から複数のＱＰＳＫ変調された信号を生成する。光合波器は、上記複数のＱＰＳＫ変調された信号を重ね合せて多重信号を生成する。そして上記多重信号は、送信される。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信システム、とくにナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）波長分割多重システム（ＷＤＭ）に関する。

通信システムにおける、とくに映像、モバイルデータ、およびクラウドサービスについてのトラフィック（ｔｒａｆｆｉｃ）が急速に増加するにつれて、たとえば１６ＱＡＭのようなより高いスペクトル効率（ＳＥ）を提供する先進的な変調フォーマットが全体的なファイバ容量を増加させて需要を満たすと考えられてきた。

しかしながら、高い変調次数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）は、実装するためのペナルティ（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｅｎａｌｔｙ）を増加させ、受信機の感度を低下させ、結果的により高い光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が要求される。

この高い要求を回避するため、ＷＤＮシステムにおけるＳＥのもう一つのアプローチは、周波数領域（コヒーレント光学ＯＦＤＭ）あるいは時間領域（ナイキストＷＤＭ）における隣接チャネルの直交性によって個々のチャネルの間隔を狭めることである。

ＣＯ−ＯＦＤＭ（コヒーレント光学ＯＦＤＭ）は、広い受信機帯域幅を必要とし、かつナイキストＷＤＭよりも高いＡＤコンバーター（ＡＤＣ）サンプリング・レートを必要とする。

しかしながら、ナイキストＷＤＭは、実用的な実装についてより粗い性能を示す。図１は、上記２つの技術を示す。コヒーレント検波を備えたナイキストＷＤＭ伝送システムを実装することが有利であろう。

本発明は、信号を伝送するためにナイキストＷＤＭを利用し、長距離にわたり高いスペクトル効率を実現する。

本発明の一つの態様は、通信システムの信号を送受信する装置および方法を含む。ビームスプリッタは、光信号を複数の信号に分割する。少なくとも１つのＱＰＳＫ変調器は、前記複数の信号から複数のＱＰＳＫ変調信号を生成する。光合波器は、前記複数のＱＰＳＫ変調信号を重ね合せて多重信号にする。そして、前記多重信号は、送信される。

本発明によれば、長距離にわたり高いスペクトル効率を実現できる。

コヒーレント光直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）およびナイキストＷＤＭを例示する図である。 本発明の実施形態による、コヒーレント検波を備えたナイキストＷＤＭ伝送システムを示す。 本発明の実施形態による、ディジタル信号処理工程を示す。 フィルタ処理前後における信号のスペクトルを示す。 ２５ＧＨｚの光学的間隔にわたる２８Ｇｂａｕｄ ＰＤＭ ＱＰＳＫ信号におけるコヒーレント検波のための１２〜１３ＧＨｚバンド幅ほど小さいＡＤＣを説明する実験検証結果を示す。 本発明の実施形態による、ディジタルフィルタ、ＭＬＳＥ復号、および反転チャネル応答を示す。

本発明の実施形態は、長距離にわたり高スペクトル効率を実現するためにナイキストＷＤＭを使用する。

図２は、本実施形態の送信機および受信機のブロック構成図である。レーザ１０１は連続的な光波を生成する。レーザ１０１は、広い線幅を有する分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔｙｐｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）でありうる。１００Ｇｂｉｔ／ｓ ＱＰＳＫには２ＭＨｚよりも小さい線幅で十分である。しかしながら、２ＭＨｚよりも大きい線幅でも十分である。あるいは、レーザ光源１０１は、高レベルの変調フォーマット信号に対して好適である、細い線幅で低い位相ノイズを有する調節可能な外部レーザでありうる。

上記光波は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）によって分割され、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）によって変調される。

これらの変調光波は、その後、偏光多重ＱＰＳＫ変調信号を実現するため偏波ビーム結合器（ＰＢＣ）によって重ね合される。

この非リターンゼロ（ＮＲＺ）ＱＰＳＫ変調は、カスケード接続された直列または並列変調器によって実現されうる。

たとえば８ＰＳＫ、８ＱＡＭ、またはさらに高いレベルの異なる変調フォーマットの変調器も使用されうる。

そして、積極的なスペクトル成形および多重化を実施するために狭帯域の光学フィルタ機能を備えた光合波器１０３が使用されて、ナイキスト（シンボルバンド幅＝チャネル間隔）またはナイキストＷＤＭ信号より高速（シンボルバンド幅＜チャネル間隔）を得る。

この光合波器１０３は、いくつかのチャネルに使用されうる波長選択スイッチ（ＷＳＳ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）フィルタ、１つのチャネルに使用されうる調節可能な光学フィルタ、ＷＤＭチャネルに使用されうる光インターリーバ（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、１つのチャネルに使用されうるファイバブラッグ回折格子（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）でありうる。伝送リンク１０４は、各々の期間において光増幅器（ＯＡ）およびファイバを含む波長分散（ＣＤ：ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を補償できない可能性がある。

上記光増幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ラマン増幅器などである。光ファイバは、たとえばＧ．６５２ またはＧ．６５５ファイバなどのどのような種類でもよい。

信号の伝送の後、光分波器１０５はＷＤＭチャネルを逆多重化（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）し、コヒーレント検波のための経路を決める。

上記光分波器１０５は、いくつかのチャネルに使用されうる（ＷＳＳ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）フィルタ、１つのチャネルに使用されうる調節可能な光学フィルタ、ＷＤＭチャネルに使用されうる光インターリーバ、１つのチャネルに使用されうるファイバブラッグ回折格子でありうる。

受信機において、ＰＢＳが、偏光分波され到達した伝送信号を備えた９０度光ハイブリッド（ｏｐｔｉｃａｌ ｈｙｂｒｉｄ）１０６に打ち込まれたのち、コヒーレント検波技術は、局所発振（ＬＯ）信号を採用する。

分散型の信号は、フォトダイオード（ＰＤ）１０７に送信され、アナログ・ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）１０８でディジタル的にサンプリングされる。

図３に示されるように、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）装置１０９が、その後フロントエンド１０６および１０７、およびリタイミング１０８を補償し、静的および動的線形損失を均一にする。

ＤＳＰ装置は、リサンプリング（ｒｅ−ｓａｍｐｌｉｎｇ）およびクロック修復（ｃｌｏｃｋ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）、周波数領域および時間領域における線形波長分散補償、適応性偏光分波用の定包絡線信号用アルゴリズム、残余波長分散（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を含む。

以下の搬送波回復は、周波数オフセットおよび搬送位相ノイズを補償しうる。

ＣＭＡおよび搬送波位相回復にディジタルフィルタが追加されうる。

ディジタルフィルタは、信号スペクトル中の高周波成分の一部を除去する機能を実行し、ＡＤＣおよびＰＤのバンド幅の要求を緩和する。

ノイズやクロストークを抑制してナイキストＷＤＭの強化フィルタリング・チャネルにおける最適検出１１０を実現するため、この追加のディジタルフィルタおよび最尤系列推定（ＭＬＳＥ：ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）が使用される。

要求されたＡＤＣバンド幅は、最適な検出を実現するため縮小される。

図４は、コサイン型フィルタのような通常のＤＳＰ装置の後の反転チャネル応答を有する理想的なフィルタの波形を示す。

フォトダイオードのバンド幅の要件も縮減しうる。フィルタ処理されたスペクトルは図５に示される。

実験結果が図６に示される。十分な性能のためには強いフィルタバンド幅の約半分が必要であることが分かる。これは、ＤＳＰ装置の後にディジタルフィルタを適用することにより、処理されたチャネルの高周波成分が除去されるからである。

本発明の方法および装置が単純および複雑なコンピュータを含む機械および装置を使用して実行されうると理解されなければならない。

さらに、上述したアーキテクチャおよび方法は、一部または全部、機械読取可能な媒体の形に格納されることができる。

例えば、本発明の動作は機械読取可能な媒体（例えば磁気ディスクまたは光ディスク）に保存されることができる。そして、それはディスク駆動装置（またはコンピュータ読取可能の中程度のドライブ）を経てアクセスできる。

あるいは、上述のように動作を実行する論理は、追加的なコンピュータおよび／または機械読取可能媒体、たとえば離散的なハードウェア構成要素としての大規模集積回路（ＬＳＩ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）のようなファームウェアにおいて、実装されることができる。

ある実施形態の実装は、さらに、ウェブ実装、コンピュータ・ソフトウェアを含む機械実装の形を取りうる。

本発明の態様が示され、説明されたが、より多くの変更態様が本願明細書において、発明の概念から逸脱することなく、可能であることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、以下の請求項の精神を除いて、制限されることはない。

Claims (14)

1. 光信号を伝送する方法であって、
   光信号を複数の信号に分割する段階と、
   少なくとも１つの４位相偏移変調器によって、複数のＱＰＳＫ変調信号を生成する段階と、
   光合波器によって、前記複数のＱＰＳＫ変調信号を重ね合せて多重信号にする段階と、
   前記多重信号を伝送する段階と、
   を有する、方法。
2. 前記ＱＰＳＫ変調器は、カスケード接続された変調器を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記重ね合せて多重信号にする段階は、スペクトル成形する段階および前記複数のＱＰＳＫ変調信号を多重化する段階を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記光合波器は、波長選択スイッチフィルタを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 光通信システムにおける受信方法であって、
   受信した多重信号を逆多重信号に逆多重化する段階と、
   前記逆多重信号をコヒーレントに検波する段階と、
   を有する、方法。
6. 前記コヒーレントに検波する段階は、波長分散補償を実現する段階を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記コヒーレントに検波する段階は、均一化信号をポストフィルタリングする段階を有することを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. 前記コヒーレントに検波する段階は、前記ポストフィルタ後の均一化信号を最尤系列推定する段階を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 光信号を伝送する装置であって、
   光信号を複数の信号に分割する手段と、
   複数のＱＰＳＫ変調信号を生成する手段と、
   前記複数のＱＰＳＫ変調信号を重ね合せて多重信号にする手段と、
   前記多重信号を伝送する手段と、
   を有する、装置。
10. 前記重ね合せて多重信号にする手段は、スペクトルを成形する手段および前記複数のＱＰＳＫ変調信号を多重化する手段を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 光信号を伝送するシステムであって、
    光信号を複数の信号に分割するように構成されたビームスプリッタと、
    複数のＱＰＳＫ変調信号を生成するように構成された少なくとも１つの４位相偏移変調器と、
    前記複数のＱＰＳＫ変調信号を重ね合せて多重信号にするように構成された光合波器と、
    前記多重信号を伝送するように構成されたファイバと、
    を有する、システム。
12. 前記ＱＰＳＫ変調器は、カスケード接続された変調器を有することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記光合波器は、スペクトルを成形し、前記複数のＱＰＳＫ変調信号を多重化するように構成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のシステム。
14. 前記光合波器は、波長選択スイッチフィルタであることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のシステム。