JP2020123777A

JP2020123777A - 光通信システムで送信される光信号のチャープパラメータの決定装置

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Publication number: JP2020123777A
Application number: JP2019013271A
Authority: JP
Inventors: 昇太石村; Shota Ishimura; 西村　公佐; Kosuke Nishimura; 公佐西村; 和樹田中; Kazuki Tanaka
Original assignee: KDDI Research Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: JP6941633B2

Abstract

【課題】１つのチャープパラメータによる試験光信号の送信により、適切なチャープパラメータを決定できる決定装置を提供する。【解決手段】決定装置は、連続光を互いに周波数の異なる複数の第１電気信号それぞれにより同じチャープパラメータで変調した試験光信号を光電変換して複数の第１電気信号を出力する変換手段と、変換手段が出力した複数の第１電気信号それぞれの受信レベルを測定する測定手段と、複数の第１電気信号の内の周波数軸上で隣接する２つの第１電気信号の周波数の差及び測定手段が測定した当該２つの第１電気信号の受信レベルの差に基づき、周波数と受信レベルの傾きとの関係を判定する判定手段と、判定手段が判定した周波数と受信レベルの傾きとの関係に基づき、光通信システムで送信する第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータを決定する決定手段と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、直接検波方式を使用する光通信システムで送信される光信号のチャープパラメータの決定技術に関する。

光通信システムにおいては、波長分散フェージングが生じる。また、波長分散フェージングにより、強度変調（ＩＭ）光信号（又は、振幅変調（ＡＭ）光信号）が位相変調（ＰＭ）光信号に変換され、ＰＭ光信号がＩＭ（又は、ＡＭ）光信号に変換される、ＩＭ（ＡＭ）−ＰＭ変換と呼ばれる現象が生じることが知られている（以下、ＩＭ−ＰＭ変換）。例えば、送信装置が送信したＩＭ光信号は、伝送距離に応じて徐々にＰＭ光信号に変化する。このＰＭ光信号は、さらに伝送距離に応じて徐々にＩＭ光信号に変化する。なお、このＩＭ−ＰＭ変換は、周波数特性を有する。例えば、複数のＩＭ光信号を波長多重して送信装置から送信すると、所定の距離を伝送後においては、その一部がＰＭ光信号になり、その一部がＩＭ光信号のままであり、残りがその中間、つまり、強度変調及び位相変調された光信号になる。直接検波方式の受信装置は、ＩＭ光信号の強度の変化を電気信号として取り出すため、強度が変化しないＰＭ光信号を検出できない。したがって、送信装置が送信したＩＭ光信号がＰＭ光信号に変換されるところで受信装置が受光する様な場合、この光通信システムは動作できない。また、送信装置が送信したＩＭ光信号が、完全なＰＭ光信号に変換されておらず、強度変調及び位相変調された光信号となるところで受信装置が受光する様な場合、受信装置は、光信号の強度の変化を取り出すことができるが、そのレベルは小さくなり信号対雑音比が劣化する。

図１は、チャープパラメータαが０、∞、１、−１である変調光信号を２０ｋｍ伝送して直接検波、つまり、光電変換を行って得られる電気信号の周波数応答特性を示している。なお、図１は、光電変換後の電気信号の受信レベルの最大値を０ｄＢとしている。ここで、チャープパラメータα＝０はＩＭ光信号に対応し、α＝∞はＰＭ光信号に対応し、α＝１及びα＝−１は、強度変調及び位相変調の両方が行われた光信号に対応する。なお、α＝１とα＝−１では、データ値による位相の回転方向が異なる。

図１から、周波数帯域が凡そ７ＧＨｚまでの電気信号で連続光を変調する場合には、チャープパラメータα＝０にすることが適切であり、７ＧＨｚ〜１２ＧＨｚまでの電気信号で連続光を変調する場合には、チャープパラメータα＝１にすることが適切であり、１２ＧＨｚ〜１５ＧＨｚまでの電気信号で連続光を変調する場合には、チャープパラメータα＝∞にすることが適切であり、１５ＧＨｚ〜１８ＧＨｚまでの電気信号で連続光を変調する場合には、チャープパラメータα＝−１にすることが適切であることが分かる。

このため非特許文献１は、周波数が互いに異なる複数の電気信号それぞれで連続光を変調する際、当該複数の電気信号それぞれの周波数帯域に基づき連続光を変調する際のチャープパラメータαを制御する構成を開示している。なお、各電気信号とチャープパラメータαとの対応関係は、事前に図１の特性を調べておき、電気信号の周波数と図１に示す特性とに基づき決定される。

Ｓ．Ｉｓｈｉｍｕｒａ，ｅｔａｌ．，"Ｄｉｒｅｃｔ−ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＯＦＤＭＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＵｓｉｎｇＦｏｕｒ-ＳｔａｔｅＣｈｉｒｐＣｏｎｔｒｏｌＷｉｔｈａＤｕａｌ−ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭＺＭｆｏｒＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ"，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＪｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．１０，ｎｏ．５，ｐｐ．１−８，２０１８年

非特許文献１の構成では、図１に示す特性を調べるため、４つのチャープパラメータそれぞれで試験光信号を順に送信し、受信装置が設置される位置において試験光信号を光電変換して得た電気信号の各周波数の受信レベル（受信電力）を測定する必要があった。

本発明は、１つのチャープパラメータによる試験光信号の送信により、適切なチャープパラメータを決定できる決定装置を提供するものである。

本発明の一態様によると、決定装置は、連続光を互いに周波数の異なる複数の第１電気信号それぞれにより同じチャープパラメータで変調した試験光信号であって、光通信システムの送信端から送信された前記試験光信号を、前記光通信システムの受信端において受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記試験光信号を光電変換して前記複数の第１電気信号を出力する変換手段と、前記変換手段が出力した前記複数の第１電気信号それぞれの受信レベルを測定する測定手段と、前記複数の第１電気信号の内の周波数軸上で隣接する２つの第１電気信号の周波数の差及び前記測定手段が測定した当該２つの第１電気信号の受信レベルの差に基づき、周波数と受信レベルの傾きとの関係を判定する判定手段と、前記判定手段が判定した周波数と受信レベルの傾きとの関係に基づき、前記光通信システムで送信する第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータを決定する決定手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、１つのチャープパラメータによる試験光信号の送信により、適切なチャープパラメータを決定することができる。

背景技術の開示内容の説明図。一実施形態による光通信システムの構成図。一実施形態による決定処理において送信装置が送信する試験光信号の生成方法の説明図。一実施形態による受信装置が受信する信号と、理想的な信号とを示す図。一実施形態による傾きの求め方の説明図。一実施形態による傾きに基づくチャープパラメータ決定方法の説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図２は、本実施形態による光通信システムの構成図である。光通信システムは、送信装置１と、受信装置２と、送信装置１と受信装置２とを接続する光伝送路と、を有する。送信装置１の変調部１１には、光源１０から連続光が入力される。また、変調部１１には、それぞれが情報を搬送する電気信号＃１〜＃Ｎ（Ｎは２以上の整数）が入力される。なお、電気信号＃１〜＃Ｎの周波数帯域はそれぞれ異なる。変調部１１は、電気信号＃１〜＃Ｎそれぞれで連続光を変調して生成した変調光信号を光伝送路に出力する。ここで、電気信号＃１〜＃Ｎそれぞれには、４つのチャープパラメータα＝０、１、−１及び∞の何れかが割り当てられている。

例えば、本光通信システムの特性が図１に示すものである場合、電気信号＃１〜＃Ｎのうち、その周波数帯域が７ＧＨｚまでのものには、チャープパラメータα＝０が割り当てられ、７ＧＨｚ〜１２ＧＨｚのものには、チャープパラメータα＝１が割り当てられ、１２ＧＨｚ〜１５ＧＨｚのものにはチャープパラメータα＝∞が割り当てられ、１５ＧＨｚ〜１８ＧＨｚまでのものには、チャープパラメータα＝−１が割り当てられる。そして、変調部１１は、電気信号＃ｎ（ｎは１〜Ｎまでの整数）に割り当てられたチャープパラメータαに従い連続光を変調する。なお、１つの連続光を複数の異なるチャープパラメータαに従い複数の電気信号＃１〜＃Ｎで変調する変調器１１としては、例えば、非特許文献１に記載されている変調器を使用することができる。しかしながら、本発明は、非特許文献１に記載されている変調器を使用するものに限定されない。例えば、同じチャープパラメータαが割り当てられている電気信号を周波数多重し、当該チャープパラメータα専用の変調器において、周波数多重した電気信号で連続光を変調し、各チャープパラメータα専用の変調器が出力する信号を合波して変調光信号を生成する構成とすることもできる。

受信装置２の光電変換部２１は、光伝送路を介して、送信装置１が送信した変調光信号を受信し、受信した変調光信号を光電変換して電気信号＃１〜電気信号＃Ｎを出力する。上述した様に、電気信号＃１〜電気信号＃Ｎに対しては、図１の特性に基づきチャープパラメータを割り当てる。したがって、受信装置２の位置においては、総ての周波数帯域に渡り、略強度変調となっているため、直接検波により電気信号＃１〜電気信号＃Ｎを出力することができる。電気信号＃１〜電気信号＃Ｎのそれぞれは、その後、図示しない復調部により、それぞれが搬送している情報のデータ値の判定が行われる。測定部２２及び決定部２３は、それぞれ、後述する決定処理で使用される。

送信装置１が送信する電気信号＃１〜＃Ｎに割り当てるチャープパラメータαについては、事前に決定して送信装置１の変調部１１に設定する必要がある。そのためには、図１に示す様な、光通信システムの周波数特性を事前に調べる必要がある。従来の方法では、電気信号＃１〜＃Ｎの総てを同じチャープパラメータαとして試験光信号を送信し、受信装置２において光電変換後の電気信号＃１〜＃Ｎの受信レベルを測定することを、使用する４つのチャープパラメータそれぞれについて行う必要があった。

本実施形態では、４つのチャープパラメータのいずれか１つで生成した試験光信号を送信装置１が送信するのみで、受信装置２が光通信システムの周波数特性を判定し、これにより、電気信号＃１〜＃Ｎに割り当てるチャープパラメータαを決定する決定処理を行う。つまり、従来では、４つのチャープパラメータそれそれで試験光信号を４回送信する必要があったが、本実施形態では、１つのチャープパラメータで試験光信号を１回送信するのみとなる。受信装置２は、決定処理により決定した電気信号＃１〜＃Ｎに割り当てるチャープパラメータαを、図示しない受信装置２から送信装置１への通信線により送信装置１に通知する。送信装置１は、受信装置２から通知された電気信号＃１〜＃Ｎそれぞれのチャープパラメータαに従い変調器１１の設定を行う。

以下、本実施形態による決定処理について説明する。なお、以下の説明においては、決定処理で使用するチャープパラメータαを０とするが、１、−１又は∞であっても良い。本実施形態の送信装置１は、決定処理において、図３に示す電気信号（以下、試験電気信号と呼ぶ）を生成して変調部１１に入力する。試験電気信号は、それぞれが異なる周波数の複数の正弦波信号で構成される。なお、電気信号＃１〜＃Ｎそれぞれの周波数帯域内に、複数の正弦波信号が含まれる様に、各正弦波信号の周波数は選択される。本実施形態においては、チャープパラメータαが０であるため、変調部１１は、試験電気信号で連続光をＩＭ変調することで試験光信号を生成し、光伝送路を介して、生成した試験光信号を受信装置２に送信する。

決定処理において、受信装置２の光電変換部２１は、光伝送路を介して、送信装置１が送信した試験光信号を受信し、受信した試験光信号を光電変換して試験電気信号を出力する。受信装置２の測定部２２は、光電変化後の試験電気信号に含まれる正弦波信号それぞれの受信レベル（受信電力）を測定する。各正弦波信号の周波数と、その受信レベルから、図４（Ａ）に示す様な、周波数と受信レベルとの関係が得られる。図４（Ａ）に示す様に、ＩＭ−ＰＭ変換の影響により、受信装置２における受信レベルが落ち込む周波数帯域が存在する。また、周波数が高い程、減衰量が大きくなるため、受信レベルは、周波数が高くなる程、小さくなっている。

一方、図４（Ｂ）は、周波数が高くなることによる減衰量の増加がなく、受信装置２における各正弦波信号の受信レベルの変動がＩＭ−ＰＭ変換の影響のみによるものとした場合における、周波数と受信レベルとの関係を示している。図４（Ｂ）に示す様に、周波数が高くなることによる減衰量の増加がないものとすると、図４（Ｂ）のグラフから各光信号＃１〜＃Ｎに使用するチャープパラメータαを決定することができる。例えば、図１のグラフは、ＩＭ−ＰＭ変換の影響のみによる受信レベルの変動を示すものであり、図１から、チャープパラメータα＝０の光信号の受信レベルが３ｄＢ〜１０ｄＢ程度減衰し、かつ、周波数の増加に応じて減衰量が増加する周波数７ＧＨｚ〜１２ＧＨｚにおいては、チャープパラメータα＝１を使用することが適切であると判定できる。また、チャープパラメータα＝０の光信号の受信レベルが１０ｄＢ以上減衰する周波数１２ＧＨｚから１５ＧＨｚにおいては、チャープパラメータα＝∞を使用することが適切であると判定できる。さらに、チャープパラメータα＝０の光信号の受信レベルが３ｄＢ〜１０ｄＢ減衰し、かつ、周波数の増加に応じて減衰量が減少する周波数１５ＧＨｚ〜１８ＧＨｚにおいては、チャープパラメータα＝−１を使用することが適切であると判定できる。そして、チャープパラメータα＝０の光信号の受信レベルの減衰量が３ｄＢ以下である周波数帯域においては、チャープパラメータα＝０を使用することが適切であると判定できる。

しかしながら、実際には、ＩＭ−ＰＭ変換の影響に加えて、周波数が高い程減衰量が増加するため、上記の通り、測定した正弦波信号の受信レベルの範囲で、各光信号＃ｎに適用するチャープパラメータαを決定することはできない。例えば、図４（Ａ）の参照符号５０の周波数位置においては、チャープパラメータα＝０の受信レベルの減衰量は大きいため、受信レベルのみで判定すると、チャープパラメータα＝０以外を使用すると決定され得る。しかしながら、実際には、参照符号５０の周波数位置は、チャープパラメータα＝０の受信レベルがピークとなる位置であり、チャープパラメータαを使用することが適切である。

このため、本実施形態において、決定部２３は、測定部２２が測定した各正弦波信号の受信レベルに基づき、図４（Ａ）に示す周波数と受信レベルとの関係を示すグラフを微分したグラフを求める。具体的には、試験電気信号の周波数軸上において隣接する２つの正弦波信号の周波数差と、当該２つの正弦波信号の受信レベルの差と、に基づき傾きを求める。例えば、図５に示す様に、隣接する２つの正弦波信号の内の一方の正弦波信号の周波数をｆ１とし、他方の正弦波信号の周波数をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とし、周波数ｆ１の受信レベルをｐ１とし、周波数ｆ２の受信レベルをｐ２とすると、決定部２３は、周波数（ｆ２＋ｆ１）／２における傾き（微分値）を（ｐ２−ｐ１）／（ｆ２−ｆ１）として求める。これにより、決定部２３は、図６に示す様に、周波数と傾きとの関係を示す情報を得る。なお、本実施形態においては、周波数ｆ１の正弦波信号と周波数ｆ２の正弦波信号の受信レベルに基づき求められる傾きを、その中間の周波数（ｆ２＋ｆ１）／２における傾きとしたが、周波数ｆ１の傾きとすることや、周波数ｆ２の傾きとすることもできる。つまり、周波数ｆ１の正弦波信号と周波数ｆ２の正弦波信号の受信レベルに基づき求められる傾きについては、周波数ｆ１から周波数ｆ２の間の任意の周波数の傾きとすることができる。

本実施形態では、図６に示す様に、傾きの範囲と使用するチャープパラメータαとの関係を決定情報として予め決めておき、決定部２３に予め設定しておく。そして、決定部２３は、電気信号＃ｎの周波数帯域内の傾きの平均値に基づき、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを決定する。例えば、電気信号＃ｎの周波数帯域内の傾きの平均値が、Ｔｈ１〜Ｔｈ２の範囲内であると、決定部２３は、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを−１に決定する。また、電気信号＃ｎの周波数帯域内の傾きの平均値が、Ｔｈ２〜Ｔｈ３の範囲内であると、決定部２３は、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを０に決定する。また、電気信号＃ｎの周波数帯域内の傾きの平均値が、Ｔｈ３〜Ｔｈ４の範囲内であると、決定部２３は、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを１に決定する。そして、決定部２３は、それ以外の場合には、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを∞に決定する。そして、決定部２３は、決定した各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを送信装置１に通知する。

以上、各周波数における正弦波信号の受信レベルの傾き、つまり、周波数と受信レベルの関係の微分値を求め、微分値に基づき各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを決定する。これにより、周波数が高くなることによる減衰量の増加の影響を排除でき、１つのチャープパラメータαによる試験光信号を１度送信するのみで、各電気信号＃ｎに割り当てるチャープパラメータαを決定することができる。

なお、本実施形態においては、決定部２３を受信装置２２に設けていた。しかしながら、決定部２３を送信装置１に設ける構成とすることもできる。この場合、受信装置２の測定部２２は、各正弦波信号の受信レベルを示す受信レベル情報を送信装置１に通知する。また、決定部２３を、例えば、送信装置１及び受信装置２を制御する図示しない制御装置に設けることもできる。この場合、受信装置２の測定部２２は、受信レベル情報を制御装置に通知する。そして、制御装置の決定部２３は、決定した各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを送信装置１に通知する。

さらに、本実施形態においては、決定処理の際、送信装置１が試験光信号を生成して送信し、受信装置２が、電気信号＃ｎのチャープパラメータαを決定するものとした。この送信装置１及び受信装置２は、光通信システムにおいて、実際に使用されるものである。しかしながら、本実施形態において受信装置２として説明した機能を、各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを決定する、専用の決定装置として実現することもできる。この決定装置は、光通信システムの使用前に、受信装置２が設置される位置、つまり、測定対象の光通信システムの受信端において送信装置１からの試験光信号を受光して各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを決定し、決定した各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを示す情報を、送信装置１に通知、或いは、ユーザに出力する。そして、光通信システムを通信サービスの提供のために使用する際、決定装置は取り除かれて、受信装置２が設置される。なお、決定装置は、決定した各電気信号＃ｎのチャープパラメータαを示す情報をディスプレイに表示することで、印刷することで、或いは、メモリに記憶することで、ユーザに提示することができる。同様に、本実施形態では、実際に光通信システムで使用する送信装置１が決定処理において試験光信号を送信するものとしたが、送信装置１ではなく、専用の試験光信号送信装置が、測定対象の光通信システムの送信端から試験光信号を送信する構成とすることもできる。

２１：光電変換部、２２：測定部、２３：決定部

Claims

連続光を互いに周波数の異なる複数の第１電気信号それぞれにより同じチャープパラメータで変調した試験光信号であって、光通信システムの送信端から送信された前記試験光信号を、前記光通信システムの受信端において受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した前記試験光信号を光電変換して前記複数の第１電気信号を出力する変換手段と、
前記変換手段が出力した前記複数の第１電気信号それぞれの受信レベルを測定する測定手段と、
前記複数の第１電気信号の内の周波数軸上で隣接する２つの第１電気信号の周波数の差及び前記測定手段が測定した当該２つの第１電気信号の受信レベルの差に基づき、周波数と受信レベルの傾きとの関係を判定する判定手段と、
前記判定手段が判定した周波数と受信レベルの傾きとの関係に基づき、前記光通信システムで送信する第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータを決定する決定手段と、
を備えていることを特徴とする決定装置。
前記決定装置は、前記光通信システムの受信装置であることを特徴とする請求項１に記載の決定装置。
連続光を互いに周波数の異なる複数の第１電気信号それぞれにより同じチャープパラメータで変調した試験光信号であって、光通信システムの送信端から送信された前記試験光信号を、前記光通信システムの受信端において受信し、前記受信した前記試験光信号を光電変換して出力した前記複数の第１電気信号それぞれの受信レベルを示す受信レベル情報を取得する取得手段と、
前記複数の第１電気信号の内の周波数軸上で隣接する２つの第１電気信号の周波数の差及び前記受信レベル情報が示す当該２つの第１電気信号の受信レベルの差に基づき、周波数と受信レベルの傾きとの関係を判定する判定手段と、
前記判定手段が判定した周波数と受信レベルの傾きとの関係に基づき、前記光通信システムで送信する第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータを決定する決定手段と、
を備えていることを特徴とする決定装置。
前記決定装置は、前記光通信システムの送信装置であることを特徴とする請求項３に記載の決定装置。
前記試験光信号を生成する生成手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の決定装置。
前記判定手段は、前記２つの第１電気信号の内の周波数の高い高周波電気信号の受信レベルから前記２つの第１電気信号の内の周波数の低い低周波電気信号の受信レベルを減じた値を、前記高周波電気信号と前記低周波電気信号の周波数の差で除した値を、前記低周波電気信号の周波数から前記高周波電気信号の周波数までの間の所定の周波数の傾きの値として求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の決定装置。
前記決定手段は、前記判定手段が判定した周波数と受信レベルの傾きとの関係に基づき、前記第２電気信号の周波数帯域における傾きを求め、前記第２電気信号の周波数帯域における傾きに基づき、前記第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータを決定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の決定装置。
前記決定手段は、傾きとチャープパラメータとの対応関係を示す決定情報を有し、前記決定情報が示す、前記第２電気信号の周波数帯域における傾きに対応するチャープパラメータを、前記第２電気信号により連続光を変調する際のチャープパラメータに決定することを特徴とする請求項７に記載の決定装置。
前記第２電気信号の周波数帯域における傾きは、前記第２電気信号の周波数帯域内の、前記判定手段が判定した各周波数の傾きの平均値であることを特徴とする請求項７又は８に記載の決定装置。