JP5658610B2 - 光ファイバ伝送システム及び光受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ伝送の群遅延差を補償する技術に関する。

光ファイバ伝送システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり、非特許文献１、２に示すように大コアファイバが検討されている。

しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。そこで、伝送路をマルチモード光ファイバとし、Ｆｉｎｉｔｅ ｉｎｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタと適応等化技術を用いて、光ファイバ中で発生するモード分散を補償する試みが行われている（例えば、非特許文献３参照）。

これにより、先に述べた大コア光ファイバで制限要因であった単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化及び大容量化が可能である。

Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ ａｎｄ Ｃ．Ｆｕｋａｉ，"Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２７，５４１０−５４１６，２００９． Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａ，Ｒ．Ｓｕｇｉｚａｋｉ ａｎｄ Ｔ．Ｙａｇｉ，"Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ"，ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８． Ｘ．Ｚｈａｏ ａｎｄ Ｆ．Ｓ．Ｃｈｏａ，"Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １０−Ｇｂ／ｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ ｏｖｅｒ ａ １．５−ｋｍ−ｌｏｎｇ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｕｓｉｎｇ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１４，ｐｐ．１１８７−１１８９，２００２． Ｍ．Ｔａｙｌｏｒ，"Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ"，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２００６），ｐａｐｅｒ ＣＴｈＢ１．

しかし、伝送距離の長距離化に伴ってモード間の群遅延差が増大し、ＦＩＲフィルタによる信号の復元が困難になり、伝送距離が数ｋｍに制限されることが問題となっている。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、マルチモード光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、光送信機の個数が１個であるときに、光受信機の個数をマルチモード光ファイバの伝搬モード数以上となるようにし、ＦＩＲフィルタを利用してマルチモード光ファイバ伝送の群遅延差を補償することとした。これにより、ＦＩＲフィルタにおいて、タップ数を削減したとしても、マルチモード光ファイバ伝送において、群遅延差を補償することができ、長距離伝送を実現することができる。

具体的には、本発明は、光信号をＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する１個の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、光信号を送信する１個の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、前記１個の光送信機が送信した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（Ｐは２以上の整数かつＭ以下の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光受信装置である。

この構成によれば、光送信機の個数が１個であるときに、光受信機の個数をマルチモード光ファイバの伝搬モード数以上とするため、ＦＩＲフィルタにおいて、タップ数を削減したとしても、マルチモード光ファイバ伝送において、群遅延差を補償することができ、長距離伝送を実現することができる。

また、本発明は、各光受信機が受信した前記光信号の群遅延差をＤとし、前記１個の光送信機が送信した前記光信号の１シンボル時間をＴとするとき、前記群遅延差補償装置は、各光受信機が受信した前記光信号について、Ｄ／Ｔ個以下の前記遅延素子及びＤ／Ｔ個以下の前記振幅位相調整器を利用して、群遅延差を補償することを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、各光受信機が受信した前記光信号の群遅延差をＤとし、前記１個の光送信機が送信した前記光信号の１シンボル時間をＴとするとき、前記群遅延差補償装置は、各光受信機が受信した前記光信号について、Ｄ／Ｔ個以下の前記遅延素子及びＤ／Ｔ個以下の前記振幅位相調整器を利用して、群遅延差を補償することを特徴とする光受信装置である。

この構成によれば、ＦＩＲフィルタにおいて、タップ数を削減することができる。

また、本発明は、前記群遅延差補償装置は、各光受信機が受信した前記光信号について、１個の前記遅延素子及び１個の前記振幅位相調整器を利用して、群遅延差を補償することを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、前記群遅延差補償装置は、各光受信機が受信した前記光信号について、１個の前記遅延素子及び１個の前記振幅位相調整器を利用して、群遅延差を補償することを特徴とする光受信装置である。

この構成によれば、ＦＩＲフィルタにおいて、タップ数をより削減することができる。

本発明は、マルチモード光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供することができる。

ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を示す図である。 ＦＩＲフィルタ装置の構成を示す図である。 タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを示す図である。 タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを示す図である。 ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。 ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。 ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個、光受信機が１個、光ファイバの伝搬モード数が２個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を示す図である。 光送信機が１個、光受信機が２個又は３個、光ファイバの伝搬モード数が２個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を示す図である。 光送信機が１個、光受信機が２個、光ファイバの伝搬モード数が２個、タップ数が１個であるときに、それらのモードの間の群遅延差及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を示す図である。 光送信機が１個、光受信機が２個又は３個、光ファイバの伝搬モード数が３個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓ、２ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を示す図である。 光送信機が１個、光受信機が３個又は４個、光ファイバの伝搬モード数が４個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓ、２ｎｓ、３ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（ＦＩＲフィルタ装置を利用する群遅延差補償）
ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を図１に示す。光ファイバ伝送システムは、光送信機１、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、光ファイバ３、分波器４及びＦＩＲフィルタ装置５から構成される。光受信装置Ｒは、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ及びＦＩＲフィルタ装置５から構成される。

光送信機１は、光信号ｘ（ｎ）を送信する。ここで、光信号ｘ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして送信される光信号である。

光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍは、それぞれ光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）を受信する。ここで、Ｍは２以上の整数であり、光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして受信される光信号である。

光ファイバ３は、光送信機１が送信した光信号を伝搬し、Ｐ個の伝搬モードを有する。ここで、Ｐは２以上の整数かつＭ以下の整数である。分波器４は、光ファイバ３が伝搬した光信号を光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍに分波する。

ＦＩＲフィルタ装置５は、群遅延差補償装置として、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償し、光信号ｕ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。

受信信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を包含する可能性がある。復元信号ｕ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を補償されていることが望ましく、送信信号ｘ（ｎ）と一致していることが望ましい。

ＦＩＲフィルタ装置の構成を図２に示す。ＦＩＲフィルタ装置５は、ＦＩＲフィルタ５１−１、５１−２、・・・、５１−Ｍ及び合波器５２から構成される。

ＦＩＲフィルタ５１−１、５１−２、・・・、５１−Ｍは、それぞれ受信信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）を入力し、それぞれ光信号ｚ_１（ｎ）、ｚ_２（ｎ）、・・・、ｚ_Ｍ（ｎ）を生成する。合波器５２は、光信号ｚ_１（ｎ）、ｚ_２（ｎ）、・・・、ｚ_Ｍ（ｎ）を合波し、復元信号ｕ（ｎ）を生成する。

ＦＩＲフィルタ５１−１、５１−２、・・・、５１−Ｍは、それぞれ１番目からＬ番目までのタップから構成される。１番目からＬ番目までのタップは、それぞれ遅延素子（図２ではτで示す）及び振幅位相調整器（図２ではｗで示す）から構成される。遅延素子は、遅延時間を調整し、振幅位相調整器は、振幅及び位相を調整する。図２では、直接形のＦＩＲフィルタを利用しているが、転置形のＦＩＲフィルタを利用してもよい。

受信信号ｙ_Ｂ（ｎ）についてのｉ番目のタップにおいて、遅延素子での遅延時間をτ_ｉとし、振幅位相調整器でのタップ係数をｗ_Ｂ（ｉ）とする。遅延時間τ_ｉ及びタップ係数ｗ_Ｂ（ｉ）を調整することにより、光ファイバ３中で発生するモード分散、波長分散、偏波モード分散などによる信号劣化を補償することができる。局発光源、９０°ハイブリッド、バランスレシーバ、アナログデジタルコンバータを利用することにより、受信信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）の電界の振幅及び位相の情報を取得することができる（例えば、非特許文献４参照）。

タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを図３に示す。タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを図４に示す。送信信号ｘは、前段にトレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}）を有し、後段にデータ部ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋１）、・・・、ｘ（Ｎ_ａｌｌ）を有する。ここで、Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＞Ｌである必要がある。光受信装置Ｒは、データ部ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋１）、・・・、ｘ（Ｎ_ａｌｌ）を未知とするが、トレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}）は既知とするため、以下のようにタップ係数を更新することができる。

まず、トレーニングシンボルを受信中であり、ｎ≦Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}であるときについて説明する。ＦＩＲフィルタ装置５は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。減算器７は、復元信号ｕ（ｎ）及び既知のトレーニング信号ｘ（ｎ）の差分を生成することにより、誤差信号ｅ（ｎ）を生成する。適応等化アルゴリズム６は、誤差信号ｅ（ｎ）を小さくするように、タップ係数を更新する。この処理を、すべてのトレーニングシンボルについて繰り返す。

次に、データ部を受信中であり、ｎ≧Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋１であるときについて説明する。タップ係数の設定は、トレーニングシンボルの受信中に完了している。ＦＩＲフィルタ装置５は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。この処理を、すべてのデータ部について繰り返す。

なお、適応等化アルゴリズムには、非特許文献２に記載のＬｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ（ＬＭＳ）アルゴリズムやＲｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ（ＲＬＳ）アルゴリズムを利用することができる。

ＦＩＲフィルタ装置５を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差Ｄ＝０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図５に示す。ＦＩＲフィルタ装置５を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差Ｄ＝１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図６に示す。

図５及び図６において、送受信信号は、１０ＧｂｐｓのＢｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ（ＢＰＳＫ）変調されたＮｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ（ＮＲＺ）信号の４０９６ｂｉｔ分である。光ファイバ３の伝搬モード数は２個であり、基本モード及び高次モードがそれぞれ２：１の割合で励振される。Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}は４００とし、Ｌは２０とする。τ_ｉは１０Ｇｂｐｓのシンボル長Ｔ＝０．１ｎｓを単位とし、τ_１＝０、τ_２＝０．１ｎｓ、τ_３＝０．１×２ｎｓ、・・・、τ_Ｌ＝０．１×（Ｌ−１）ｎｓとする。適応等化アルゴリズムにはＲＬＳを用いる。ＲＬＳにおけるステップサイズ及び忘却係数は、それぞれ０．００１及び１とする。

基本モード及び高次モードの間の群遅延差がＤ＝０．５ｎｓである図５の場合について説明する。図５の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図５の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図５の左下には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置５を利用することにより、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元している。図５の右下には、タップ番号及びタップ係数の絶対値の間の関係を示す。タップ係数の絶対値は、周期的に大きな値を取っており、遅延時間が群遅延差Ｄ＝０．５ｎｓの整数倍に相当するタップ番号のタップ係数が、復元に大きく寄与していることが分かる。

基本モード及び高次モードの間の群遅延差がＤ＝１ｎｓである図６の場合について説明する。図６の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図６の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図６の下段には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置５を利用しているとしても、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元していない。復元の精度を向上させるためには、Ｄ／Ｔの数倍程度にＬを設定する必要があることが分かる。

ＦＩＲフィルタ装置５を利用して、光送信機１が１個、光受信機２が１個、光ファイバ３の伝搬モード数が２個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を図７に示す。シミュレーション条件は、タップ数以外は、図６及び図７において同様である。

ＥＶＭ値とは、コンスタレーション上での送信信号ｘ（ｎ）と復元信号ｕ（ｎ）との距離の絶対値を、コンスタレーション上での送信信号ｘ（ｎ）の原点からの距離の絶対値で除したものである。つまり、ＥＶＭ値が小さいならば、精度良く復元できていることになる。ここで、ＬをＤ／Ｔと比較して十分大きくすることにより、精度良く復元できる。しかし、Ｌを大きくすることにより、適応等化アルゴリズム６における計算量が増大するため、マルチモード光ファイバを用いた長距離伝送の実現が困難となっている。

（光受信機数及び伝搬モード数の大小関係）
一般的には、ＦＩＲフィルタ及び適応等化を用いた復元では、光受信機２の数Ｍを増やすと、復元の精度を向上させることができる。本発明では、光受信機２の数Ｍを伝搬モードの数Ｐ以上に増やすと、タップ数を削減しても復元の精度を向上させることができる。

光送信機１が１個、光受信機２が２個又は３個、光ファイバ３の伝搬モード数が２個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を図８に示す。

図８の左側は、光受信機２が２個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ１：１の割合で分波され、高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ３：２の割合で分波される。他の条件は、図７と同様である。タップ数がＤ／Ｔ＝１０以下であっても１であっても、復元の精度が向上している。

図８の右側は、光受信機２が３個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ４：３：３の割合で分波され、高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ５：３：２の割合で分波される。他の条件は、図７と同様である。タップ数がＤ／Ｔ＝１０以下であっても１であっても、復元の精度が向上している。

光送信機１が１個、光受信機２が２個、光ファイバ３の伝搬モード数が２個、タップ数が１個であるときに、それらのモードの間の群遅延差及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を図９に示す。他の条件は、図８の左側と同様である。群遅延差Ｄの増加に対して復元信号のＥＶＭ値は低い値を維持しており、マルチモード光ファイバの伝送距離を拡大した場合においても、精度良く復元できることを示している。

光送信機１が１個、光受信機２が２個又は３個、光ファイバ３の伝搬モード数が３個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓ、２ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を図１０に示す。ここで、基本モード及び第１高次モードの間の群遅延差がＤ_１＝１ｎｓであり、基本モード及び第２高次モードの間の群遅延差がＤ_２＝２ｎｓである。そして、基本モード、第１高次モード及び第２高次モードが、それぞれ１０：５：４の割合で励振される。

図１０の左側は、光受信機２が２個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ１：１の割合で分波され、第１高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ３：２の割合で分波され、第２高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ４：１の割合で分波される。他の条件は、図９と同様である。光受信機数が伝搬モード数より小さく、タップ数がＤ_１／Ｔ＝１０と同等でなければ、復元の精度が向上しない。

図１０の右側は、光受信機２が３個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ４：３：３の割合で分波され、第１高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ５：３：２の割合で分波され、第２高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ６：２：２の割合で分波される。他の条件は、図９と同様である。光受信機数が伝搬モード数と等しいため、タップ数がＤ_１／Ｔ＝１０やＤ_２／Ｔ＝２０以下であっても１であっても、復元の精度が向上している。

光送信機１が１個、光受信機２が３個又は４個、光ファイバ３の伝搬モード数が４個、それらのモードの間の群遅延差が１ｎｓ、２ｎｓ、３ｎｓであるときに、タップ数及び復元精度の間の関係を調べた、シミュレーション結果を図１１に示す。ここで、基本モード及び第１高次モードの間の群遅延差がＤ_１＝１ｎｓであり、基本モード及び第２高次モードの間の群遅延差がＤ_２＝２ｎｓであり、基本モード及び第３高次モードの間の群遅延差がＤ_３＝３ｎｓである。そして、基本モード、第１高次モード、第２高次モード及び第３高次モードが、それぞれ１０：５：４：３の割合で励振される。

図１１の左側は、光受信機２が３個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ４：３：３の割合で分波され、第１高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ５：３：２の割合で分波され、第２高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ６：２：２の割合で分波され、第３高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれ７：２：１の割合で分波される。他の条件は、図９と同様である。光受信機数が伝搬モード数より小さく、タップ数がＤ_１／Ｔ＝１０と同等でなければ、復元の精度が向上しない。

図１１の右側は、光受信機２が４個である場合を示す。基本モードが光受信機２−１、２−２、２−３、２−４にそれぞれ４：２：２：２の割合で分波され、第１高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３、２−４にそれぞれ５：２：１：１の割合で分波され、第２高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３、２−４にそれぞれ３：２：４：１の割合で分波され、第３高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３、２−４にそれぞれ２：２：３：３の割合で分波される。他の条件は、図９と同様である。光受信機数が伝搬モード数と等しいため、タップ数がＤ_１／Ｔ＝１０やＤ_２／Ｔ＝２０やＤ_３／Ｔ＝３０以下であっても１であっても、復元の精度が向上している。

光受信機数が伝搬モード数以上であるときに、タップ数がたとえ１であっても、復元の精度が向上する理由について、以下に説明する。

まず、光送信機１が１個、光受信機２が１個、伝搬モード数が２個であるときについて説明する。光受信機２における受信信号Ｒは、基本モードの光信号Ｅ_１及び高次モードの光信号Ｅ_２を含んでおり、受信信号Ｒは数式１のように表される。

Ｅ_１及びＥ_２についての方程式は１つしか存在しないため、所望の基本モードの光信号Ｅ_１を求めることは不可能である。よって、タップ数を十分に確保する必要がある。

次に、光送信機１が１個、光受信機２が２個、伝搬モード数が２個であるときについて説明する。基本モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれａ：ｂの割合で分波されるとし、高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれａ’：ｂ’の割合で分波されるとすると、光受信機２−１、２−２における受信信号Ｒ_１、Ｒ_２は数式２のようになる。

ここで、一般に用いられる分波器４であるマルチモードカプラは、伝搬モード毎に異なる分岐比を与える。そして、Ｅ_１及びＥ_２についての方程式は２つ存在するため、所望の基本モードの光信号Ｅ_１を求めることが可能である。よって、タップ数が１個であっても、復元の精度が向上する。なお、マルチモードカプラの分岐比が既知であるならば、数式２の逆行列も既知であるが、マルチモードカプラの分岐比が既知でなくても、適応等化アルゴリズム６を利用して数式２の逆行列を推定することができる。

次に、光送信機１が１個、光受信機２が３個、伝搬モード数が３個であるときについて説明する。基本モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれａ：ｂ：ｃの割合で分波されるとし、第１高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれａ’：ｂ’：ｃ’の割合で分波されるとし、第２高次モードが光受信機２−１、２−２、２−３にそれぞれａ’’：ｂ’’：ｃ’’の割合で分波されるとすると、光受信機２−１、２−２、２−３における受信信号Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は数式３のようになる。

この場合も上の場合と同様に、所望の基本モードの光信号Ｅ_１を求めることが可能である。よって、タップ数が１個であっても、復元の精度が向上する。

本発明に係る光ファイバ伝送システム及び光受信装置は、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズを低減しつつ、伝送容量を大容量化し伝送距離を長距離化する、光ファイバ伝送において適用することができる。

Ｒ：光受信装置
１：光送信機
２、２−１、２−２、２−Ｍ：光受信機
３：光ファイバ
４：分波器
５：ＦＩＲフィルタ装置
６：適応等化アルゴリズム
７：減算器
５１、５１−１、５１−２、５１−Ｍ：ＦＩＲフィルタ
５２：合波器

Claims (6)

1. 光信号をＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する１個の光送信機と、
   前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、
   前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
   各光受信機が受信した前記光信号の群遅延差をＤとし、前記１個の光送信機が送信した前記光信号の１シンボル時間をＴとするとき、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整するＤ／Ｔ個以下の遅延素子並びに振幅及び位相を調整するＤ／Ｔ個以下の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
2. 光信号を送信する１個の光送信機と、
   前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、
   前記１個の光送信機が送信した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（Ｐは２以上の整数かつＭ以下の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、
   前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
   各光受信機が受信した前記光信号の群遅延差をＤとし、前記１個の光送信機が送信した前記光信号の１シンボル時間をＴとするとき、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整するＤ／Ｔ個以下の遅延素子並びに振幅及び位相を調整するＤ／Ｔ個以下の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
3. 光信号をＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する１個の光送信機と、
   前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、
   前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
   各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する１個の遅延素子並びに振幅及び位相を調整する１個の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
4. 光信号を送信する１個の光送信機と、
   前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、
   前記１個の光送信機が送信した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（Ｐは２以上の整数かつＭ以下の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、
   前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
   各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する１個の遅延素子並びに振幅及び位相を調整する１個の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
5. 光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、
   各光受信機が受信した前記光信号の群遅延差をＤとし、前記１個の光送信機が送信した前記光信号の１シンボル時間をＴとするとき、各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整するＤ／Ｔ個以下の遅延素子並びに振幅及び位相を調整するＤ／Ｔ個以下の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
6. 光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数かつＰ以上の整数）の光受信機と、
   各光受信機が受信した前記光信号について、遅延時間を調整する１個の遅延素子並びに振幅及び位相を調整する１個の振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する群遅延差補償装置と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。

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