JP2017152985A - 光通信システム、光送信装置及び光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長多重技術とモード多重技術とを併用して光信号の伝送を行う光通信システムを実現するための技術を提供する。
【解決手段】光送信装置１０が、モード多重化を行った後に波長多重化を行い、光受信装置３０が、モード分離を行った後に波長分離を行うように、光通信システムが構成される。光送信装置１０は、基本モード（ＬＰ０１モード）の複数の光信号を生成し、それらの波長多重化を行い、更にモード多重化を行うことで、光受信装置へ送信すべき光信号を生成する。光受信装置３０は、光送信装置１０から受信した光信号のモード分離を行い、更に波長分離を行うことで、多重化された信号を基本モードの複数の光信号に分離し、分離した複数の光信号の受信処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信技術に関するものであり、特に、モード多重技術及び波長多重技術の両方を適用した光通信システム、光送信装置及び光受信装置に関するものである。

光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する技術として、空間分割多重技術が検討されている。空間分割多重の一つであるモード多重技術では、光ファイバの一つのコアの中を伝搬可能な光信号のモードが複数存在する多モード（マルチモード）ファイバを伝送路として使用し、各モードで異なる情報を伝送することにより、光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する。特許文献１には、それぞれ異なるモードの複数の光信号を生成し、それらが多重化された信号を多モードファイバの一つのコアを通して伝送する技術が開示されている。

上述のようなモード多重技術を用いる光通信システムは、一般に、送信側の装置（光送信装置）と受信側の装置（光受信装置）との間を多モードファイバによって接続することで構成される。光送信装置は、光送信器、光送信器により生成された光信号のモードを基本モードから高次モードに変換する変換器、及び複数のモードを多重化してモード多重信号を生成するモード多重器から構成される。また、光受信装置は、受信したモード多重信号を個別のモードの光信号に分離するモード分離器、分離された各光信号のモードを基本モードに変換するモード変換器、及び光受信器から構成される。

特許第５６６５９６７号公報

D. Soma, et al., "2.05 Peta-bit/s super-nyquist-WDM SDM transmission using 9.8-km 6-mode 19-core fiber in full C band", 2015 European Conference on Optical Communication (ECOC 2015), September 27 2015 - October 1 2015, PDP.3.2

現在商用化されている光通信システムでは、波長多重技術が伝送容量の増大のために使用されている。光通信システムにおける伝送容量の更なる増大のためには、波長多重技術に加えてモード多重技術を使用することが必要となる。非特許文献１には、実験室環境において波長多重技術とモード多重技術との両方を採用した構成及び実験結果が示されている。しかし、非特許文献１には、基本的に同一の情報を多重化して伝送する例が示されているにすぎず、光送信装置及び光送信装置の実用的な構成例は示されていない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、波長多重技術とモード多重技術とを併用して光信号の伝送を行う光通信システムを実現するための技術を提供することを目的としている。

本発明は、例えば、光通信システム、光送信装置及び光受信装置として実現できる。本発明の一態様の係る光通信システムは、光送信装置と、前記光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置と、を備える光通信システムであって、前記光送信装置は、それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、を含む、前記複数の生成ユニットと、前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から受信された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第１の波長分離器と、前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第２の波長分離器と、それぞれ異なる波長に対応しており、前記第１及び第２の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光送信装置は、光受信装置へ光信号を送信するする光送信装置であって、それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、を含む、前記複数の生成ユニットと、前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光受信装置は、光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置であって、前記光送信装置から受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第１の波長分離器と、前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第２の波長分離器と、それぞれ異なる波長に対応しており、前記第１及び第２の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明の他の一態様に係る光通信システムは、光送信装置と、前記光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置と、を備える光通信システムであって、前記光送信装置は、それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、を含む、前記複数の生成ユニットと、前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から受信された光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する波長分離器と、それぞれ異なる波長に対応しており、対応する波長の光信号が前記波長分離器からそれぞれ入力される複数の受信ユニットと、を備え、各受信ユニットが、前記入力された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、を含み、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号、及び前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号の受信処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、波長多重技術とモード多重技術とを併用して光信号の伝送を行う光通信システムを実現可能になる。

光通信システムの構成を示すブロック図。 光送信装置１０の構成を示すブロック図。 光受信装置３０の構成を示すブロック図。 光受信装置３０の実際の装置構成の例を示す図。 光送信装置１０のアップグレードの例の説明図。 光受信装置３０のアップグレードの例の説明図。 光受信装置３０のアップグレードの例の説明図。 光受信装置３０の構成の変形例を示すブロック図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

［実施例１］
図１は、実施例１に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、光通信システムは、光送信装置１０と、光伝送路５０を介して光送信装置１０と通信可能な光受信装置３０とを備える。光送信装置１０と光受信装置３０との間の光伝送路５０は、多モード光ファイバ５１、及び光信号の中継増幅用の多モード光増幅器５２によって構成される。

以下では、図１に示す光送信装置１０及び光受信装置３０の構成について詳細に説明する。光送信装置１０は、基本モード（ＬＰ０１モード）の複数の光信号を生成し、それらのモード多重化を行い、更に波長多重化を行うことで、光受信装置へ送信すべき光信号を生成する。光受信装置３０は、光送信装置１０から受信した光信号のモード分離を行い、更に波長分離を行うことで、多重化された信号を基本モードの複数の光信号に分離し、分離した複数の光信号の受信処理を行う。本実施例では、このように、光送信装置１０が、モード多重化を行った後に波長多重化を行い、光受信装置３０が、モード分離を行った後に波長分離を行う光通信システムの構成例を示す。

＜光送信装置１０＞
図２を参照して、本実施例に係る光送信装置１０の構成について詳細に説明する。光送信装置１０は、波長多重器１７、及び生成ユニット２０（２０−１，２０−２，２０−３，...）を備える。各生成ユニット２０は、単一の光源１１、光分岐回路１２、光変調器１３（１３ａ，１３ｂ，...）、光増幅器１４（１４ａ，１４ｂ，...）、モード変換器１５（１５ｂ，１５ｃ，...）、及びモード多重器１６を含む。生成ユニット２０は、最大で、波長多重器１７で多重化可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、モード多重器１６は、最大で、波長多重器１７で多重化可能な波長の数に等しい数だけ設けられる。各生成ユニット２０において、光変調器１３及び光増幅器１４は、最大で、モード多重器１６で多重可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。また、モード変換器１５は、高次モード（例えば、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード、ＬＰ０２モード等）に対応する光変調器１３及び光増幅器１４の数に等しい数だけ設けられる。

複数の生成ユニット２０は、それぞれ異なる単一の波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）に対応し、それぞれ対応する波長を有する光信号を生成する。例えば、生成ユニット２０−１，２０−２，２０−３は、波長λ₁，λ₂，λ₃を有する光信号をそれぞれ生成する。以下では主に生成ユニット２０−１について説明するが、それ以外の各生成ユニット２０は、光源１１が発生する光の波長λが異なる点を除き、生成ユニット２０−１と同様に構成することが可能である。

生成ユニット２０−１は、単一の光源１１、光分岐回路１２、光変調器１３（１３ａ，１３ｂ，...）、光増幅器１４（１４ａ，１４ｂ，...）、モード変換器１５（１５ｂ，１５ｃ，...）、及びモード多重器１６を含む。光源１１は、波長λ₁を有する基本モードの光を発生して出力する。複数の光変調器１３は、それぞれ異なるモードに対応しており、光源１１から出力された光をそれぞれ独立して変調する（即ち、それぞれ異なる入力信号で変調する）ことで、基本モードの光信号をそれぞれ生成する。本実施例では、一例として、光変調器１３ａは基本モード（ＬＰ０１モード）に対応し、光変調器１３ｂは高次モード（ＬＰ１１ａモード）に対応し、光変調器１３ｃは高次モード（ＬＰ１１ｂモード）に対応している。

各光変調器１３の後段には、各光変調器１３によって生成された光信号のパワーを調整するための光増幅器１４が設けられる。本実施例では、同じ１つのモードに対応する光変調器１３及び光増幅器１４のセットは、当該１つのモードに対応する光送信器（図４）として機能する。なお、光増幅器１４に代えて、光減衰器が用いられてもよいし、あるいは、光増幅器及び光減衰器の両方が用いられてもよい。

生成ユニット２０−１において、それぞれ異なるモードに対応する複数の光送信器に対して、個別に光源を設けることも可能である。しかし、それら全ての光源が出力する光の波長を同一の波長に維持することには技術的な困難が伴いうる。このため本実施例では、単一の光源１１から出力された光を光分岐回路１２によって分岐させ、分岐した（分割された）光を各光変調器１３で変調することで、複数の光変調器１３で共通の光源１１を使用している。

基本モードに対応する光変調器１３ａによって生成され、光増幅器１４ａを通過した基本モードの光信号（第１の光信号）は、モード多重器１６へ入力される。また、高次モードに対応する光変調器１３（１３ｂ，１３ｃ，...）によって生成され、光増幅器１４（１４ｂ，１４ｃ，...）を通過した基本モードの光信号（第２の光信号）は、モード変換器１５（１５ｂ，１５ｃ，...）へそれぞれ入力される。

モード変換器１５は、入力された単一の波長λ₁の光信号を、基本モードから高次モードに変換し、変換後の光信号をモード多重器１６へ出力する。例えば、モード変換器１５ｂは、入力された光信号を、基本モードから高次モード（ＬＰ１１ａモード）に変換し、モード変換器１５ｃは、入力された光信号を、基本モードから高次モード（ＬＰ１１ｂモード）に変換する。

モード多重器１６には、光増幅器１４ａを通過した、単一の波長λ₁を有する基本モードの光信号と、モード変換器１５（１５ｂ，１５ｃ，...）から出力された、単一の波長λ₁を有する高次モードの光信号とが入力される。モード多重器１６は、入力されたそれらの光信号を多重化（モード多重化）することで、単一の波長λ₁を有するモード多重信号を生成し、波長多重器１７へ出力する。

波長多重器１７には、複数の生成ユニット２０から出力される、それぞれ異なる波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）を有するモード多重信号が、並列に入力される。波長多重器１７は、入力された複数のモード多重信号を多重化（波長多重化）することで、光受信装置３０へ送信すべき光信号を生成する。なお、波長多重器１７は、処理対象がモード多重信号であるため、波長多重器１７にはできるだけモード依存性が小さいデバイスが採用される。

上述の構成によれば、モード変換器１５及びモード多重器１６は、単一の波長にのみ対応していればよい。一般的に、モード変換器及びモード多重器は波長依存性を有するため、広い波長帯域をカバーすることは技術的な困難が伴いうる。しかし、本実施形態の構成によれば、モード変換器及びモード多重器は特定の一波長にのみ対応していればよく、その設計及び製造が容易になりうる利点がある。なお、本実施例では、図２に示すように、モード変換器１５及びモード多重器１６を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。

＜光受信装置３０＞
次に図３を参照して、本実施例に係る光受信装置３０の構成について詳細に説明する。光受信装置３０は、モード分離器３２、モード変換器３３（３３ｂ，３３ｃ，...）、波長分離器３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，...）、及び受信ユニット４０（４０−１，４０−２，４０−３，...）を備える。各受信ユニット４０は、光ハイブリッド回路３４、受光素子３５、サンプリング処理部３６、ＭＩＭＯ処理部３７、キャリア推定部３８、及び符号再生部３９を含む。

波長分離器３１は、最大で、モード分離器３２で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。モード変換器３３は、高次モード（例えば、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード、ＬＰ０２モード等）に対応する波長分離器３１（３１ｂ，３１ｃ，...）の数に等しい数だけ設けられる。また、受信ユニット４０は、最大で、波長分離器３１で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、光ハイブリッド回路３４及びそれより後段の各デバイスは、最大で、モード分離器３２で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。ただし、受光素子３５については、モードごとに、Ｉチャネル及びＱチャネルに対応する２つの受光素子が設けられる。また、ＭＩＭＯ処理部３７は、全モードにまたがって処理を行うので、各受信ユニットに１つだけ設けられる。

モード分離器３２は、光送信装置１０から光伝送路５０を介して受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モード（ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード等）の光信号とに分離して出力する。基本モードの光信号は、基本モードに対応する波長分離器３１ａに入力される。また、高次モードに対応する各光信号は、対応するモード変換器３３（３３ｂ，３３ｃ，...）に入力される。

モード変換器３３は、モード分離器３２から出力された高次モードの光信号を、当該高次モードから基本モードに変換して出力する。例えば、モード変換器３３ｂは、高次モード（ＬＰ１１ａモード）の光信号を基本モードに変換し、モード変換器３３ｃは、高次モード（ＬＰ１１ｂモード）の光信号を基本モードに変換する。各モード変換器３３から出力された光信号は、当該モード変換器３３と接続された（高次モードに対応する）波長分離器３１（３１ｂ，３１ｃ，...）に入力される。なお、モード分離器３２及びモード変換器３３は、処理対象が波長多重信号であるため、それらにはできるだけ波長依存性が小さいデバイスが採用される。

基本モードに対応する波長分離器３１ａは、モード分離器３２から出力された基本モードの光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）を有する複数の光信号に分離する。また、高次モードに対応する各波長分離器３１（３１ｂ，３１ｃ，...）は、モード変換器３３（３３ｂ，３３ｃ，...）から出力された基本モードの光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）を有する複数の光信号に分離する。なお、波長分離器３１ａは、第１の波長分離器の一例であり、波長分離器３１ａ以外の波長分離器３１（３１ｂ，３１ｃ，...）は、第２の波長分離器の一例である。

複数の受信ユニット４０は、それぞれ異なる波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）に対応しており、対応する波長を有する光信号が波長分離器３１からそれぞれ入力される。例えば、受信ユニット４０−１，４０−２，４０−３には、波長λ₁，λ₂，λ₃を有する光信号がそれぞれ入力される。各受信ユニット４０は、波長分離器３１から出力される、対応する波長λの光信号の受信処理を行う。以下では主に受信ユニット４０−１について説明するが、それ以外の各受信ユニット４０は、局発光源４１が発生する光の波長が異なる点を除き、受信ユニット４０−１と同様に構成することが可能である。

受信ユニット４０−１において、基本モードに対応する波長分離器３１ａから入力された、単一の波長λ₁を有する基本モードの光信号は、基本モードに対応する光ハイブリッド回路３４に入力される。また、高次モードに対応する波長分離器３１（３１ｂ，３１ｃ，...）から入力された、単一の波長λ₁を有する基本モードの光信号は、高次モードに対応する光ハイブリッド回路３４にそれぞれ入力される。複数の光ハイブリッド回路３４及びそれらの後段のデバイスでは、入力された基本モードの光信号の受信処理が行われる。

具体的には、光ハイブリッド回路３４は、入力された光信号と局発光とのミキシングを行うことで、当該光信号のコヒーレント検波（コヒーレント受信）を行う。ここで、各受信ユニット４０には、単一の局発光源４１が設けてられている。本実施例では、単一の局発光源４１から出力された光を光分岐回路４２によって分岐させ、分岐した（分割された）光を各光ハイブリッド回路３４で使用することで、複数の光ハイブリッド回路３４で共通の局発光源４１を使用している。これにより、光送信装置１０から送信される光信号と局発光との間の周波数偏差を、全ての光ハイブリッド回路３４で均一にすることが可能になる。

光ハイブリッド回路３４から出力される、コヒーレント検波により得られた光信号は、受光素子３５によって電気信号に変換される。当該電気信号は、サンプリング処理部３６によってアナログ信号からディジタル信号に変換される。このようにして、同一の波長に対応し、かつ、それぞれ異なるモードに対応する複数の電気信号（ディジタル信号）が、それぞれ異なるモードに対応する複数のサンプリング処理部３６からＭＩＭＯ処理部３７に入力される。ＭＩＭＯ処理部３７は、入力された複数のディジタル信号に対してＭＩＭＯ信号処理を行うことで、モード間のクロストーク雑音の抑圧を行い、その結果得られる、各モードに対応する信号を、それぞれキャリア推定部３８へ出力する。その後、キャリア推定部３８によってキャリア推定処理が行われ、符号再生部３９によって送信ディジタル符号が再生される。その後、必要に応じて誤り訂正処理等が行われてもよい。

上述の構成によれば、波長分離器３１及び受信ユニット４０内の光デバイスは、基本モードにのみ対応していればよく、それらの光デバイスのモード依存性が問題になることがない利点がある。また、モード分離のために必要となるデバイスであるモード分離器３２及びモード変換器３３の数が少ないため、装置の導入コストを比較的低くすることが可能である。

ここで、図３に示す構成では、各受信ユニット４０において全モードに対応する光受信器（光ハイブリッド回路３４、受光素子３５及び後段の電気回路）で共通の局発光源４１を使用可能にするために、各デバイスの配置及び接続を実際にどのように実現するかが課題となりうる。図４は、そのような課題に対処するための、光受信装置３０の実際の装置構成の例を示す図である。本例では、光受信装置３０は、波長分離器３１、モード変換器３３及びモード分離器３２が実装される分離器ラックと、複数の光受信器が実装される光受信器ラックとによって構成される。

まず、光受信器ラックにおいて、波長単位で（即ち、受信ユニット４０ごとに）、全モードに対応する光受信器が同一の段に隣接して実装され、それらの近くに共通の局発光源４１が実装される。また、波長分離器３１、モード変換器３３及びモード分離器３２は、それらの光受信器とは独立したラックである分離器ラックに実装される。更に、図３に示すような、光受信器（光ハイブリッド回路３４、受光素子３５及び後段の電気回路）と波長分離器３１との接続関係を実現するように、光受信器ラックと分離器ラックとの間が光ファイバで接続される。このようにして、光受信装置３０の実際の装置構成を実現できる。なお、本実施例では、図３及び図４に示すように、モード変換器３３及びモード分離器３２を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、光送信装置１０が、モード多重化を行った後に波長多重化を行い、光受信装置３０が、モード分離を行った後に波長分離を行う光通信システムを実現できる。

［実施例２］
実施例１のような光通信システムの伝送容量を段階的に拡大するアップグレードを行う場合、波長単位またはモード単位で必要なデバイスの増設を行うことが想定される。本実施例では、光送信装置１０及び光受信装置３０のそれぞれについて、そのようなアップグレードを可能にする構成例について説明する。なお、以下では実施例１との相違点を中心として本実施例について説明する。

＜光送信装置１０のアップグレード＞
光送信装置１０において、図２に示す各生成ユニット２０は、１つの波長に対応しており、当該１つの波長の光信号の生成に必要となる処理ブロックに相当する。このため、１波長単位での光送信装置１０のアップグレードを実現するためには、図２に示す生成ユニット２０を増設の単位として、光送信装置１０への光デバイスの増設を行えばよい。

以下では、図５を参照して、１モード１波長単位での光送信装置１０のアップグレードについて説明する。本実施例では、光送信装置１０は、送信対象となる高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する光変調器１３と、当該光変調器１３とモード多重器１６との間に設けられる、光増幅器１４及びモード変換器１５とを、各生成ユニット２０に増設可能に構成されている。また、そのような光変調器１３の増設を可能にするために、各生成ユニット２０は、増設対象の光変調器１３を、光分岐回路１２を介して光源１１に接続可能に構成されている。

各生成ユニット２０において増設対象となる光変調器１３、光増幅器１４及びモード変換器１５以外のデバイスについては、各生成ユニット２０に予め設けられている。即ち、各生成ユニット２０には、光源１１、光分岐回路１２、及びモード多重器１６が予め設けられている。

１モード単位での光送信装置１０のアップグレードは、図５に示すように、光変調器１３、光増幅器１４及びモード変換器１５を増設の単位として、光送信装置１０への光デバイスの増設を行うことで実現できる。なお、光送信装置１０における、光変調器１３、光増幅器１４及びモード変換器１５が接続（増設）される箇所には、接続用の光コネクタが予め設けられていてもよい。これにより、光送信装置１０のアップグレードを、パッケージ増設として容易に実現できるようになる。また、各生成ユニット２０において、対応する波長で使用可能なモードが無くなった場合に、上述のように新たな生成ユニット２０を増設してもよいし、波長多重器１７で多重される波長の数に等しい数の生成ユニット２０が予め設けられていてもよい。

＜光受信装置３０のアップグレード＞
本実施例では、実施例１と同様、図４に示すようなラック構成で光受信装置３０が実装される。光受信装置３０は、受信対象となる高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する、波長分離器３１と、当該波長分離器３１とモード分離器３２との間に設けられるモード変換器３３とを増設可能に構成されている。更に、光受信装置３０は、追加される高次モードに対応する光受信器（光ハイブリッド回路３４、受光素子３５及び後段の電気回路）を、各受信ユニット４０に増設可能に構成されている。また、そのような光受信器の増設を可能にするために、光受信装置３０の各受信ユニット４０は、増設対象の光受信器を、光分岐回路４２を介して局発光源４１に接続可能に構成されうる。光受信装置３０における、波長分離器３１、モード変換器３３及び光受信器が接続（増設）される箇所には、接続用の光コネクタが予め設けられていてもよい。なお、波長分離器３１で分離される波長の数に等しい数の受信ユニット４０が予め設けられていてもよいし、分離される波長の数の増加に合わせて、順次、受信ユニット４０が増設されてもよい。

光受信装置３０のアップグレードは、以下のような手順で段階的に行うことが可能である。光受信装置３０の導入の初期においては、図６に示すように、光受信器ラックには、モード１（基本モード）に対応する光受信器のみを、必要な波長の数だけ実装する。また、分離器ラックには、モード１（基本モード）に対応する波長分離器３１ａと、光伝送路５０から光信号を最初に受け取るモード分離器３２とを実装する。なお、光受信器の一部であるＭＩＭＯ処理部３７については、各受信ユニット４０においてモード間の信号処理を行う電気回路であるため、図６には図示していないが予め各受信ユニット４０に組み込まれていてもよい。

その後、モード１で使用可能な波長が無くなった際に、高次モードであるモード２（例えば、ＬＰ１１ａモード）に対応する光デバイスを、光受信器ラック及び分離器ラックに新たに実装する。具体的には、図７に示すように、光受信器ラックには、モード２に対応する光受信器を、必要な波長の数だけ新たに実装する。また、分離器ラックには、モード２に対応する波長分離器３１ｂと、それに対応するモード変換器３３ｂとを新たに実装する。このような手順を繰り返すことで、１モード１波長単位で、光受信装置３０のアップグレードが可能である。

本実施例によれば、１モード１波長単位での光送信装置１０及び光受信装置３０のそれぞれの段階的なアップグレードが可能になるとともに、初期導入時に必要な機材を節約でき、初期導入費用の削減が可能となる。

［実施例３］
実施例１及び２では、光受信装置３０がモード分離を行った後に波長分離を行う構成例について説明しているが、光受信装置３０が波長分離を行った後にモード分離を行う構成を光通信システムに適用することも可能である。本実施例では、そのような光通信システムの変形例について説明する。なお、以下では実施例１及び２との相違点を中心として本実施例について説明する。

図８は、光受信装置３０の構成の変形例を示すブロック図である。本実施例の光通信システムにおいて、光送信装置１０は、上述の実施例と同様、図２に示す構成を有し、光受信装置３０は、図８に示す構成を有する。

光受信装置３０は、波長分離器３１、及び受信ユニット４０（４０−１，４０−２，４０−３，...）を備える。各受信ユニット４０は、モード分離器３２、モード変換器３３（３３ｂ，３３ｃ，...）、光ハイブリッド回路３４、受光素子３５、サンプリング処理部３６、ＭＩＭＯ処理部３７、キャリア推定部３８、及び符号再生部３９を含む。受信ユニット４０は、最大で、波長分離器３１で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、モード分離器３２は、最大で、波長分離器３１で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられる。光ハイブリッド回路３４及びそれより後段の各デバイスは、最大で、モード分離器３２で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。ただし、受光素子３５については、モードごとに、Ｉチャネル及びＱチャネルに対応する２つの受光素子が設けられる。また、ＭＩＭＯ処理部３７は、全モードにまたがって処理を行うので、各受信ユニットに１つだけ設けられる。また、モード変換器３３は、高次モード（例えば、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード、ＬＰ０２モード等）に対応する光ハイブリッド回路３４の数に等しい数だけ設けられる。

波長分離器３１は、光送信装置１０から光伝送路５０を介して受信された光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ（λ₁，λ₂，λ₃，...）を有する複数の光信号に分離する。複数の受信ユニット４０は、それぞれ異なる波長λに対応しており、対応する波長を有する光信号が波長分離器３１からそれぞれ入力される。例えば、受信ユニット４０−１，４０−２，４０−３には、波長λ₁，λ₂，λ₃を有する光信号がそれぞれ入力される。なお、波長分離器３１は、処理対象がモード多重信号であるため、波長分離器３１にはできるだけモード依存性が小さいデバイスが採用される。以下では主に受信ユニット４０−１について説明するが、それ以外の各受信ユニット４０は、局発光源４１が発生する光の波長が異なる点を除き、受信ユニット４０−１と同様に構成することが可能である。

受信ユニット４０−１において、モード分離器３２は、波長分離器３１から入力された波長λ₁の光信号を、基本モードの光信号と高次モード（ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード等）の光信号とに分離して出力する。基本モードの光信号は、基本モードに対応する光ハイブリッド回路３４に入力される。また、高次モードに対応する各光信号は、対応するモード変換器３３（３３ｂ，３３ｃ，...）に入力される。

モード変換器３３は、モード分離器３２から出力された高次モードの光信号を、当該高次モードから基本モードに変換して出力する。例えば、モード変換器３３ｂは、高次モード（ＬＰ１１ａモード）の光信号を基本モードに変換し、モード変換器３３ｃは、高次モード（ＬＰ１１ｂモード）の光信号を基本モードに変換する。各モード変換器３３から出力された光信号は、当該モード変換器３３と接続された（高次モードに対応する）光ハイブリッド回路３４に入力される。複数の光ハイブリッド回路３４及びそれらの後段のデバイスでは、モード分離器３２から出力された基本モードの光信号、及び各モード変換器３３から出力された基本モードの光信号の受信処理が行われる。なお、複数の光ハイブリッド回路３４及びそれらの後段のデバイスによる受信処理については、実施例１と同様である。

上述の構成によれば、モード分離器３２及びモード変換器３３は、単一の波長にのみ対応していればよく、それらの光デバイスの設計及び製造が容易になりうるとともに、それらの光デバイスの波長依存性が問題になることもない利点がある。なお、本実施例では、図８に示すように、モード分離器３２及びモード変換器３３を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。

１０：光送信装置、３０：光受信装置、５０：光伝送路、５１：多モード光ファイバ、５２：多モード光増幅器
１１：光源、１２：光分岐回路、１３：光変調器、１４：光増幅器、１５：モード変換器、１６：モード多重器、１７：波長多重器、２０：生成ユニット
３１：波長分離器、３２：モード分離器、３３：モード変換器、３４：光ハイブリッド回路、３５：受光素子、３６：サンプリング処理部、３７：ＭＩＭＯ処理部、３８：キャリア推定部、３９：符号再生部、４０：受信ユニット、４１：局発光源、４２：光分岐回路

Claims (21)

1. 光送信装置と、前記光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置と、を備える光通信システムであって、
   前記光送信装置は、
   それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、
   それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、
   前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、
   を含む、前記複数の生成ユニットと、
   前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、
   前記光受信装置は、
   前記光送信装置から受信された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、
   前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、
   前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第１の波長分離器と、
   前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第２の波長分離器と、
   それぞれ異なる波長に対応しており、前記第１及び第２の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備える
   ことを特徴とする光通信システム。
2. 前記光送信装置の各生成ユニットは、
   単一の波長を有する光を発生する単一の光源と、
   それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記光源を共通に使用する複数の光変調器であって、前記光源から出力された光をそれぞれ独立して変調することで、前記基本モードの光信号をそれぞれ生成する、前記複数の光変調器と、を含み、
   前記基本モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第１の光信号を生成し、
   前記高次モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第２の光信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記光送信装置の各生成ユニットは、各光変調器によって生成された光信号のパワーを調整する光増幅器及び光減衰器の少なくともいずれかを更に含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記光送信装置は、送信対象となる前記高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する光変調器を各生成ユニットに増設可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光通信システム。
5. 前記光送信装置の各生成ユニットは、増設対象の光変調器を、前記光源から出力された光を分岐させる光分岐回路を介して、前記光源に接続可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記光受信装置の各受信ユニットは、
   単一の波長を有する光を発生する単一の局発光源と、
   それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記局発光源を共通に使用する複数の光ハイブリッド回路と、を更に含み、
   前記基本モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第１の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行い、
   前記高次モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第２の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行う
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光通信システム。
7. 前記光受信装置は、受信対象となる前記高次モードの追加を可能にするために、
   追加される高次モードに対応する、第２の波長分離器と、当該第２の波長分離器と前記モード分離器との間に設けられるモード変換器とを増設可能に構成され、かつ、
   前記追加される高次モードに対応する光ハイブリッド回路を各受信ユニットに増設可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の光通信システム。
8. 前記光受信装置の各受信ユニットは、増設対象の光ハイブリッド回路を、前記局発光源から出力された光を分岐させる光分岐回路を介して、前記局発光源に接続可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の光通信システム。
9. 前記光受信装置の各受信ユニットには、各光ハイブリッド回路から出力される光信号を電気信号に変換する受光素子と、同一の波長に対応し、かつ、それぞれ異なるモードに対応する複数の電気信号に対してＭＩＭＯ信号処理を行う電気回路と、が予め設けられる
   ことを特徴とする請求項８に記載の光通信システム。
10. 前記光送信装置と前記光受信装置との間の光伝送路は、多モード光ファイバ及び多モード光増幅器を含む
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光通信システム。
11. 光受信装置へ光信号を送信するする光送信装置であって、
    それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、
    それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、
    前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、
    を含む、前記複数の生成ユニットと、
    前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、
    を備えることを特徴とする光送信装置。
12. 前記光送信装置の各生成ユニットは、
    単一の波長を有する光を発生する単一の光源と、
    それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記光源を共通に使用する複数の光変調器であって、前記光源から出力された光をそれぞれ独立して変調することで、前記基本モードの光信号をそれぞれ生成する、前記複数の光変調器と、を含み、
    前記基本モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第１の光信号を生成し、
    前記高次モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第２の光信号を生成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光送信装置。
13. 前記光送信装置の各生成ユニットは、各光変調器によって生成された光信号のパワーを調整する光増幅器及び光減衰器の少なくともいずれかを更に含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光送信装置。
14. 前記光送信装置は、送信対象となる前記高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する光変調器を各生成ユニットに増設可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の光送信装置。
15. 前記光送信装置の各生成ユニットは、増設対象の光変調器を、前記光源から出力された光を分岐させる光分岐回路を介して、前記光源に接続可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光送信装置。
16. 光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置であって、
    前記光送信装置から受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、
    前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、
    前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第１の波長分離器と、
    前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する第２の波長分離器と、
    それぞれ異なる波長に対応しており、前記第１及び第２の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、
    を備えることを特徴とする光受信装置。
17. 前記光受信装置の各受信ユニットは、
    単一の波長を有する光を発生する単一の局発光源と、
    それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記局発光源を共通に使用する複数の光ハイブリッド回路と、を更に含み、
    前記基本モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第１の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行い、
    前記高次モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第２の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行う
    ことを特徴とする請求項１６に記載の光受信装置。
18. 前記光受信装置は、受信対象となる前記高次モードの追加を可能にするために、
    追加される高次モードに対応する、第２の波長分離器と、当該第２の波長分離器と前記モード分離器との間に設けられるモード変換器とを増設可能に構成され、かつ、
    前記追加される高次モードに対応する光ハイブリッド回路を各受信ユニットに増設可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光受信装置。
19. 前記光受信装置の各受信ユニットは、増設対象の光ハイブリッド回路を、前記局発光源から出力された光を分岐させる光分岐回路を介して、前記局発光源に接続可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１８に記載の光受信装置。
20. 前記光受信装置の各受信ユニットには、各光ハイブリッド回路から出力される光信号を電気信号に変換する受光素子と、同一の波長に対応し、かつ、それぞれ異なるモードに対応する複数の電気信号に対してＭＩＭＯ信号処理を行う電気回路と、が予め設けられる
    ことを特徴とする請求項１９に記載の光受信装置。
21. 光送信装置と、前記光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置と、を備える光通信システムであって、
    前記光送信装置は、
    それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、
    それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第１及び第２の光信号のうち、前記第２の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、
    前記基本モードの前記第１の光信号と前記高次モードの第２の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、
    を含む、前記複数の生成ユニットと、
    前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、
    前記光受信装置は、
    前記光送信装置から受信された光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する波長分離器と、
    それぞれ異なる波長に対応しており、対応する波長の光信号が前記波長分離器からそれぞれ入力される複数の受信ユニットと、を備え、各受信ユニットが、
    前記入力された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、
    前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器と、
    を含み、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号、及び前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号の受信処理を行う
    ことを特徴とする光通信システム。

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