JP5732465B2 - Ｏｆｄｍを使用する光伝送方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信の分野に関し、より詳細には、直交周波数分割多重を使用する光信号伝送のための方法および関連装置に関する。

今日、光伝送システムは、波長分割多重に広く依存しており、波長分割多重においては、個々の波長チャネルは、典型的には５０または１００ＧＨｚの一定の波長間隔の規則的な波長グリッドに配列される。一般に、ＤＰＳＫ（差動位相偏移変調）またはＤＱＰＳＫ（差動４位相偏移変調）が、各波長チャネル上の搬送波を変調するために使用される。信号オーバラップおよびクロストークを回避するために、周波数領域において、波長チャネルは、チャネル間隔の３０％の範囲を占めるガードインターバルを用いて、近隣波長チャネルから分離されるので、波長帯の必ずしもすべてが、信号伝送のために利用できるわけではない。

最近、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）として知られている新しい変調フォーマットが、その高いスペクトル効率と、ファイバ分散および偏波モード分散（ＰＭＤ）の存在下でのその障害許容力のために、将来の高速および大容量光伝送のための候補としてますます関心を集めている。

ＯＦＤＭ伝送の場合、ＷＤＭ波長チャネルは、等距離のサブチャネルに細分化され、そのすべてが一緒に、より低いシンボルレートで、並列方式によって、データ信号の情報内容を搬送する。

ＯＦＤＭ信号は、一般に、逆高速フーリエ変換を用いて生成される：各データストリームが１つのサブチャネルに対応する並列データストリームが、特定の変調方式（例えば、位相偏移変調−ＰＳＫ、または直交振幅変調−ＱＡＭ）を使用して、並列シンボルストリームにマッピングされ、その後、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を実行するためのＩＦＦＴユニットに供給される。受信機では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するＦＦＴユニットに供給することによって、プロセスは逆向きに進行する。

欧州特許第２０７３４７４号明細書

Ｆｉｎｉｓａｒ、「Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ １０００Ｅ ａｎｄ ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ ４０００Ｅ」、ｗｗｗ．ｆｉｎｉｓａｒ−ｓｙｓｔｅｍｓ．ｃｏｍ

本発明の目的は、ＯＦＤＭを使用して光伝送を改善することである。特に、以下で説明される実施形態は、より高いスペクトル効率を達成し、加えて、ネットワーク内の局所分散送信機によって生成されるＯＦＤＭサブバンドの狭いインタリーブを、分散送信機における周波数および位相同期光搬送波の生成を必要とせずに、可能にする。

上記の目的および以下に現れる他の目的は、直交周波数分割多重を使用して、光ネットワークを介して光信号を伝送することによって達成され、光信号の伝送には、以下のことが含まれる：連続波長帯光信号が、個々のＯＦＤＭ変調光信号から生成される。光アド／ドロップマルチプレクサ（ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）が、連続波長帯光信号を通過パス（ｅｘｐｒｅｓｓ ｐａｔｈ）と分岐パス（ｄｒｏｐ ｐａｔｈ）とに分割する。分岐パスには、ＯＦＤＭ変調光信号の少なくとも１つを搬送するサブバンドを抽出するために、バンドパスフィルタが設けられる。バンドパスフィルタは、抽出されるサブバンドをカバーするフィルタ帯域幅を有する。通過パスには、連続波長帯光信号から抽出されるサブバンドを除去するために、バンドストップフィルタが設けられる。バンドストップフィルタは、バンドパスフィルタよりも狭いフィルタ帯域幅を有する。

バンドストップフィルタを用いて生成された波長ギャップ内に、ＯＦＤＭ変調光挿入信号（ＯＦＤＭ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ ｓｉｇｎａｌ）を挿入することができる。光挿入信号を搬送するサブバンドは、バンドストップフィルタのフィルタ帯域幅によって完全にカバーされる波長範囲を占有する。

バンドパスフィルタのフィルタ帯域幅とバンドストップフィルタのフィルタ帯域幅の差は、好ましくは、フィルタのフィルタエッジの勾配に対応する。

挿入されるサブバンドのより狭い帯域幅の低減されたスペクトル効率を補償するため、より高次のコンステレーション変調フォーマットを適用することができる。

本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照しながら今から説明される。

光ＯＦＤＭサブバンドに基づいた連続波長帯信号のために使用されるアド／ドロップマルチプレクサの概略ブロック図である。 サブバンド信号の分岐および挿入のプロセスをより詳細に示す図である。 アド／ドロッププロセスの異なるポイントにおける信号スペクトルを概略的に示す図である。 ８−ＱＡＭおよび１６−ＱＡＭのコンステレーション変調フォーマットを示す図である。 ＯＦＤＭ変調光信号のための送信機を示す図である。

発明者らは、一定のＷＤＭチャネル間隔の代わりに、動的ネットワークにおけるビットレート可変の伝送フォーマットを表す、光ＯＦＤＭサブバンドを搬送する、連続波長帯信号を使用することを提案する。各ＯＦＤＭサブバンドの柔軟な構成は、異なる光信号パスに適応することを可能にし、いくつかのＯＦＤＭサブバンドは、一緒に合併して、個々のＯＦＤＭサブバンドの数倍の容量を運ぶスーパーチャネルとすることができる。以下の実施形態は、様々なＯＦＤＭサブバンドの光フィルタリングおよび重ね合わせに基づいた、連続波長帯信号に対して実行される、ビットレート可変の挿入および分岐機能について説明する。例えば８−ＱＡＭまたは１６−ＱＡＭなど、異なる変調フォーマットの適用が、さらなる利点を提供する。

実施形態は、隣接ＯＦＤＭバンドのクロストークは性能に対して無視し得るほどの影響しか与えないという発見を利用する。したがって、周波数領域において、隣接サブバンド間に無視し得るほどのガードインターバルしか示さない、ＯＦＤＭに基づいた連続波長帯信号を使用することができる。

図１は、連続波長帯信号のための再構成可能な光アド−ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ：ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ−ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１を示している。ＲＯＡＤＭ １は、受信する連続波長帯信号ＩＮのための信号入力８と、出力する連続波長帯信号ＯＵＴのための信号出力９と、挿入される支流信号ＡＤＤのための信号入力６と、分岐される支流信号ＤＲＯＰのための信号出力５とを有する。

信号入力８は、スプリッタまたは分岐要素２に接続され、分岐要素２は、第１のフィルタ要素３と、第２のフィルタ要素４とに供給する。第１のフィルタ要素３は、バンドストップフィルタであり、第２のフィルタ要素４は、バンドパスフィルタである。バンドパスフィルタは、分岐信号出力５に接続し、バンドストップフィルタ３は、２：１波長帯マルチプレクサまたは光カプラ７に接続する。マルチプレクサ７の第２の入力は、挿入信号入力６に接続され、マルチプレクサ７の出力は、信号出力９に到る。コントローラ１０は、以下でより詳細に説明されるように、フィルタ３、４を構成するために使用することができる。

連続波長帯信号を多重化および逆多重化する場合、光フィルタが有限な勾配を有する非理想的なフィルタエッジを有することを考慮しなければならない。既存のＷＤＭの応用例の場合、一般に、バンドストップフィルタとバンドパスフィルタはともに、一方は他方に対する逆であり、フィルタエッジは、相対的に大きなガードバンドに合わせられるが、連続波長帯方式のための本明細書で提案されるＲＯＡＤＭは、最適化分岐パスおよび最適化通過パスのためのバンドストップおよびバンドパスに、独立のフィルタエッジを適用する。通過パスは、バンドストップフィルタ３を使用して分岐チャネルを消去するために最適化され、一方、分岐パスは、バンドパスフィルタ４を使用する。バンドストップフィルタ３は、パスバンド減衰を最小化するように設定され、そのため、フィルタエッジは、分岐チャネルバンド内に存在する。バンドストップフィルタ４は、分岐バンド減衰を最小化するように設定され、そのため、フィルタエッジは、パスバンド内に配置される。

有限なフィルタ勾配のため、所望チャネルまたは抑制チャネルの隣の隣接サブバンドのいくらかの残留信号が、図１に示されるように残る。

分岐機能の場合、バンドパスフィルタ４は、分岐される所望サブバンドよりも僅かに広いフィルタ帯域幅を有し、したがって、分岐信号ＤＲＯＰ内に、部分的にフィルタリングされた隣接サブバンドを残す。しかし、これらの残留隣接信号成分は、ＯＦＤＭ信号の矩形の形状のため、所望サブバンド信号に干渉しない。提案されるシステムの光コヒーレント受信機の高い選択性のおかげで、隣接サブバンドが完全に抑制されない場合でも、さらなる不利益を考慮する必要はない。

「挿入」機能の場合、バンドストップフィルタ３が、新しいＯＦＤＭサブバンドが挿入されるスペクトルを除去する。バンドストップフィルタ３のフィルタ帯域幅は、通過パスの隣接サブバンドが損なわれないように、バンドパスフィルタ４のフィルタ帯域幅よりも小さく選択される。したがって、受信機において除去することができない、いくらかの干渉信号電力を有する、遷移領域が残る。線形クロストークによる大きな不利益を回避するため、挿入されるチャネルの帯域幅は、通過パスにおいて生成されたスペクトルギャップよりも小さい。これは、より低いビットレート信号によって、またはスペクトル効率を高めた信号によって、より低い帯域幅を割り当てることによって達成される。好ましくは、スペクトル効率のこの低下は、挿入される支流信号ＡＤＤに対して高次のコンステレーション変調フォーマットを適用することによって、補償することができる。

この非対称なフィルタ設定が、図２により詳細に示されている。分岐パスでは、バンドパスフィルタ４’は、所望分岐信号ＤＲＯＰが完全にカバーされるような、フィルタ帯域幅を有する。しかし、フィルタエッジの勾配のため、他の支流信号に属する隣接サブバンドからの寄与も、分岐信号ＤＲＯＰ内には含まれる。通過パスでは、バンドストップフィルタ３’は、隣接サブバンドが影響を受けないように選択された帯域幅を有し、したがって、通過信号では、分岐される支流から残った残留信号部分が残る。挿入パス（ａｄｄ ｐａｔｈ）では、支流信号ＡＤＤが、通過信号に挿入され、支流信号ＡＤＤは、通過パスの分岐された信号からの残留信号寄与と重なり合わないように、分岐された信号ＤＲＯＰよりも小さな帯域幅を有する波長サブバンドを占有する。挿入パスには、バンドストップフィルタ３’の逆フィルタ関数を好ましくは有する、入力フィルタ機能６’を設けることができる。この逆フィルタ関数は、挿入信号ＡＤＤを完全にカバーする。

例を挙げると、いくつかの信号スペクトルが、図３に示されている。（ａ）は、ネットワーク内のエッジノードにおいて生成された多くの隣接ＯＦＤＭサブ信号を搬送する、連続波長帯信号ＩＮを示している。ＯＦＤＭスペクトルはほぼ矩形であるという性質をもつため、このスペクトルでは、ガードバンドは無視し得る。（ｂ）は、帯域幅の異なる２つのサブバンドが、対応するバンドストップフィルタによって除去された後の、通過パススペクトルを示している。（ｃ）は、２つの新しい挿入信号が、（ｂ）において生成されたギャップに挿入された後の、出力信号ＯＵＴを示している。（ｄ）は、分岐パスにおけるバンドパスフィルタのより広いフィルタ構成のせいで、隣接サブバンドからの残留寄与を含む、２つの分岐されたサブバンドのスペクトルを示している。

各バンドストップフィルタのエッジに存在する２つのサブバンドは、データ伝送のためにさらに使用することはできない。これは、セットアップの全体的なスペクトル効率を低下させる。しかし、挿入されるＯＦＤＭチャネルのデータレートは、例えば、図４に示されるような、８−ＱＡＭの代わりの、１６−ＱＡＭなどのより高次のコンステレーション変調フォーマットの使用によって、高めることができ、１６−ＱＡＭは、８−ＱＡＭを用いた場合の３ビットの代わりに、シンボル当たり４ビットを伝送することが可能である。

電気的な再生を行わずに光ネットワーク内を通過できる総伝送長は、いずれにしても制限される。アド／ドロップポイントでは、信号は、最大スパン長の一部をすでに通過しているので、挿入される信号は、通過信号よりも短い通過距離を有する。これは、より高いスペクトル効率を有する変調フォーマットを使用することを可能にする。この例では、挿入される１６−ＱＡＭチャネルは、より短い距離では、８−ＱＡＭを用いた基準構成と同じ、約１０ｄＢのＱファクタ性能を達成する。１６−ＱＡＭは、挿入されるチャネルの正味のデータレートを高め、したがって、分岐されるサブバンドとほぼ同じ容量を維持する。

図１および図２に示された構成は、例示的なものであり、サブバンド信号を連続波長帯信号に挿入する概念および連続波長帯信号から分岐する概念を説明するために簡略化されていることを理解されたい。現実のネットワーク要素では、より多くの入力信号および出力信号が存在することができ、各入力信号に対して、いくつかの挿入ステージおよび分岐ステージをカスケードすることができ、メッシュネットワークにおける柔軟なトラフィックルーティングを達成するために、挿入のスイッチ要素が、種々の入力信号の挿入パスおよび分岐パスを相互接続することができ、光増幅器、光信号モニタ、および光スイッチなどの挿入のコンポーネントが存在することができ、他にも様々なことができる。

ＲＯＡＤＭの示された構成は、可変の帯域幅およびレートの支流信号に対するサブバンドの非常に柔軟な割り当てを可能にする。この特性を完全にサポートするため、バンドパスフィルタおよびバンドストップフィルタの柔軟な構成が好ましい。そのような自由に構成可能なフィルタは、例えば、Ｆｉｎｉｓａｒ社からＷａｖｅＳｈａｐｅｒシリーズなどが市販されており、同シリーズは、ｗｗｗ．ｆｉｎｉｓａｒ−ｓｙｓｔｅｍｓ．ｃｏｍにおいて入手可能な、同社の技術資料「Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ １０００Ｅ ａｎｄ ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ ４０００Ｅ」において説明されている。

図１では、コントローラ１０は、バンドストップフィルタ３およびバンドパスフィルタ４のフィルタ特性を構成するように機能する。連続波長帯信号は、事前定義された一定の波長グリッドを有さないので、各個別ケースにおけるサブバンド割り当てについての知識が、フィルタを適切に設定するために必要とされる。この情報は、例えば、ＧＭＰＬＳを介した制御プレーンシグナリングによって交換することができ、または中央ネットワーク管理システムによって構成することができる。

個々のサブバンドは、ＯＦＤＭ信号を搬送する。ＯＦＤＭ送信機および受信機それ自体は、知られており、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、ＥＰ２０７３４７４において説明されている。ＯＦＤＭ送信機Ｔｘが、図５に示されている。

送信機Ｔｘは、データ信号ＴＩＮから、光ネットワークを介して送信するためのＯＦＤＭ信号を生成する。送信機Ｔｘは、直並列変換器１１０と、シンボル符号化器１１１と、逆フーリエ変換を実行するためのデジタル信号プロセッサ１１２と、変換信号の実部および虚部のための並直列変換器１１３、１１４と、変換アナログ信号を周波数信号と掛け合わせるための乗算器１１７、１１８を含むアップコンバージョンステージとを含む。乗算器は、しばしばミキサとも呼ばれる。

アップコンバート信号は、加算器ステージ１２１において一緒に足し合わされ、発信レーザダイオード１２４のＣＶ信号を変調する光変調器１２５に供給される。任意選択的に、変調器１２５からの変調光信号は、フィルタデバイス１２６によってフィルタリングすることができ、その後、光ファイバリンク３０に供給される。

ＯＦＤＭ送信機Ｔｘの動作は、以下の通りである：入力データ信号ＴＩＮは、４０Ｇｂｉｔ／ｓなど、非常に高いビットレートを有するデータ信号である。入力データ信号ＴＩＮは、Ｓ／Ｐ変換器１１０において、並列フォーマットに変換される。上記の構成は、柔軟な帯域幅割り当てを可能にするので、本実施形態では、並列フォーマットは、例えば２５６ビットなど、Ｎビットの調整可能な幅を有することができる。シンボル符号化器は、マルチレベルシンボルを形成することによって、並列ビットの数を削減する。例えば、実部および虚部を有する４つ組のフォーマットを使用することができ、したがって、シンボルの数は、１２８に減少する。代替として、１つのシンボルがそれぞれ４または６ビットを搬送する、１６−ＱＡＭまたは６４−ＱＡＭ信号などの、より高レベルのシンボルフォーマットを生成することもできる。

符号化信号は、逆フーリエ変換ＩＦＦＴ １１２に入力される。ＩＦＦＴ １２の出力は、虚部および実部を有する、時間領域信号である。これら２つのサブ信号は、Ｐ／Ｓ変換器１１５、１１６において、直列フォーマットに変換され戻し、それぞれ、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１５、１１６によって、デジタル−アナログ変換を施される。

ＤＡＣ １１５、１１６は、入力信号ＴＩＮのレートに対応する、伝送クロック周波数で刻時される。

その後、２つのアナログ出力信号は、伝送のために合成される。これらは、複素信号の実部および虚部であるので、補助周波数でのアップコンバージョンが必要とされる。この目的で、周波数はＤ／Ａ変換の場合と同じであるが、虚部サブバンド信号と実部サブバンド信号の間に９０°の位相差がある、周波数信号を使用することができる。周波数差は、クロック発生器１２２から補助クロックが供給される、移相器１１９、１１０において設定される。例示的な実施形態では、２つの移相器が示されている。しかし、これらの一方は省くことができることに留意されたい。移相された補助周波数信号と、対応する実部または虚部サブ信号とは、それぞれ、２つの電気的な乗算器１１７、１１８によって掛け合わされ、加算器ステージ１２１において、一緒に足し合わされる。

その後、アップコンバートされた合成信号は、本実施形態ではマッハ−ツェンダ変調器である変調器１２５において、レーザダイオード１２４からのＣＶレーザ信号上に変調される。

受信機では、アナログ−デジタル変換および高速フーリエ変換を含む逆向きのステップが実行される。好ましくは、受信機は、光局所発振器と同調可能なレーザを用いてコヒーレント検出を使用する。

その離散的な性質のため、ＯＦＤＭは、図１のＲＯＡＤＭとともに使用できる、レートおよび帯域幅が構成可能な光信号を生成するのに非常に適している。帯域幅がより高いＯＦＤＭ信号は、より多くのＯＦＤＭサブチャネルを有するが、帯域幅がより狭いＯＦＤＭ信号は、より僅かな数のＯＦＤＭサブチャネルを占有する。さらに、送信機における符号化フォーマットを単純に変更することによって、例えば、伝送距離に応じて、または例えば受信機におけるＱファクタ性能などの、伝送品質に応じて、スペクトル効率が異なる信号を生成することができる。

Claims (12)

1. 直交周波数分割多重を使用して、光ネットワークを介して光信号を伝送する方法であって、
   − 個々のＯＦＤＭ変調光信号から連続波長帯光信号を生成するステップと、
   − 光アド／ドロップマルチプレクサにおいて、前記連続波長帯光信号を通過パスと分岐パスとに分割するステップと、
   − 分岐パスにおいて、前記ＯＦＤＭ変調光信号の少なくとも１つを含むサブバンドを抽出するために、バンドパスフィルタを適用するステップであって、前記バンドパスフィルタが、抽出されるサブバンドをカバーするフィルタ帯域幅を有する、ステップと、
   − 通過パスにおいて、前記連続波長帯光信号から抽出される前記サブバンドを除去するために、バンドストップフィルタを適用するステップであって、前記バンドストップフィルタが、前記バンドパスフィルタよりも狭いフィルタ帯域幅を有する、ステップと
   を含む、方法。
2. ＯＦＤＭ変調光挿入信号を搬送する挿入されるサブバンドを前記通過パスに挿入するステップであって、前記挿入されるサブバンドが、前記バンドストップフィルタのフィルタ帯域幅によって完全にカバーされる波長範囲を占有する、ステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 分岐されるＯＦＤＭ光変調信号よりも高次のコンステレーション変調フォーマットを使用して、前記ＯＦＤＭ変調光挿入信号を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 構成可能な帯域幅を用いて、ＯＦＤＭ変調光信号を生成するステップと、分岐されるＯＦＤＭ変調光信号の構成された信号帯域幅に応じて、前記バンドパスフィルタおよびバンドストップフィルタを構成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
5. 伝送されるクライアントデータ信号のデータレートおよび到達先までの伝送距離に応じて、前記ＯＦＤＭ変調光信号のうちのいずれかの帯域幅を構成するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 光受信機において、前記分岐されるＯＦＤＭ変調光信号を受信するステップと、伝送されたクライアントデータ信号を取り出すために、局所発振器およびデジタル処理を使用して、コヒーレント検出を実行するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記連続波長帯光信号内の前記個々のＯＦＤＭ変調光信号が、間に実質的なガードインターバルを置かない隣接するサブバンドを占有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記バンドパスフィルタのフィルタ帯域幅と前記バンドストップフィルタのフィルタ帯域幅の差が、前記フィルタのフィルタエッジの勾配に対応する、請求項１に記載の方法。
9. 直交周波数分割多重を使用して光信号を伝送する光ネットワークにおいて使用される光アド／ドロップマルチプレクサであって、
   − 個々のＯＦＤＭ変調光信号から生成される連続波長帯光信号のための信号入力と、
   − 前記連続波長帯光信号を通過パスと分岐パスとに分割するスプリッタと、
   − 分岐パスにおける、前記ＯＦＤＭ変調光信号の少なくとも１つを含むサブバンドを抽出するためのバンドパスフィルタであって、前記バンドパスフィルタが、抽出されるサブバンドをカバーするフィルタ帯域幅を有する、バンドパスフィルタと、
   − 通過パスにおける、前記連続波長帯光信号から抽出される前記サブバンドを除去するためのバンドストップフィルタであって、前記バンドストップフィルタが、前記バンドパスフィルタよりも狭いフィルタ帯域幅を有する、バンドストップフィルタと
   を備える、光アド／ドロップマルチプレクサ。
10. 挿入されるサブバンドを占有するＯＦＤＭ変調光挿入信号のための挿入信号入力であって、前記挿入されるサブバンドが、前記バンドストップフィルタのフィルタ帯域幅によって完全にカバーされる波長範囲を占有する、挿入信号入力と、前記サブバンドを、通過パスにおいてバンドストップフィルタリングされた光信号に対して多重化するマルチプレクサとを備える、請求項９に記載の光アドドロップマルチプレクサ。
11. 前記挿入信号入力において、前記バンドストップフィルタのフィルタ関数とは逆のフィルタ関数を有するさらなるバンドパスフィルタを備える、請求項１０に記載の光アドドロップマルチプレクサ。
12. 前記バンドパスフィルタおよびバンドストップフィルタのフィルタ帯域幅を構成するためのコントローラを備える、請求項９に記載の光アドドロップマルチプレクサ。

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