JP6133745B2 - 光伝送システム、光送信装置、無線送信装置及び無線受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムに関し、より具体的には、光送信装置から光受信装置へ偏波多重光信号を送信する際に、伝送路の一部の区間において偏波多重光信号を無線伝送することを可能にする光伝送システムに関する。

光ファイバ伝送路（光回線）を介して高速な光通信が行われる光伝送システムにおいて、災害の発生等によって光回線に断線が発生した際に、断線が発生した区間を無線回線で迂回する技術が知られている（例えば、非特許文献１及び２）。非特許文献１では、光送信装置から送信された光信号を、伝送路の途中に設けられた送信アンテナ基地局及び受信アンテナ基地局間で無線伝送するシステムが提案されている。送信アンテナ基地局は、光送信装置から受信した光信号を電気信号に変換し、当該電気信号を受信アンテナ基地局へ無線伝送し、受信アンテナ基地局は、送信アンテナ基地局から受信した無線信号を光信号に変換し、当該光信号を光受信装置へ送信する。光受信装置は、受信アンテナ基地局から受信した光信号をデジタル光コヒーレント受信器により受信する。

また、非特許文献２では、伝送速度の高速化のために、２つの異なる偏波が多重された偏波多重光信号を伝送するシステムが提案されている。非特許文献２のシステムでは、光送信装置から光受信装置までの伝送路の途中に設けられた２つの無線アクセスユニット（ＲＡＵ）間で、偏波多重光信号を無線伝送する。具体的には、送信側及び受信側のＲＡＵにそれぞれ２つのアンテナを設け、送信側のＲＡＵにおいて偏波多重光信号を２つの偏波信号に分離し、それらの偏波信号を２×２ＭＩＭＯ無線信号として受信側のＲＡＵへ送信する。

Darko Ziber et al,"High-Capacity Wireless Signal Generation and Demodulation in 75- to 110-GHz Band Employing All-Optical OFDM,"IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LLETTERS, VOL. 23, NO. 12, JUNE 15, 2011, pp810-812. Atsushi Kanno et al,"Coherent Optical and Radio Seamless Transmission Based on DSP-Aided Radio-over-Fiber Technology,"OFC/NFOEC2013, OTu3D.7.

非特許文献２によれば、災害等が発生していない通常時だけでなく、災害等の発生時にも、光回線に断線が発生した区間において偏波多重光信号を無線伝送することが可能である。これにより、通常時だけでなく災害等の発生時にも高速伝送を実現できる。しかし、送信側及び受信側のＲＡＵにはそれぞれ２つのアンテナが必要になるため、非特許文献１のように送信側及び受信側にそれぞれ１つずつアンテナを用意する場合と比較して、装置コストが増大してしまう。

一方、非特許文献１のシステムを用いた場合、光送信装置及び光受信装置間では片偏波光信号のみを無線伝送可能であり、非特許文献２のように偏波多重光信号を無線伝送することはできない。通常時には偏波多重光信号を伝送する光伝送システムにおいて災害等が発生した場合、光回線に断線が発生した区間で無線伝送を行うためには、偏波多重光信号ではなく片偏波光信号を伝送するよう、光送受信器の設定を変更する必要がある。これを実現するためには、例えば、災害等の発生時に、光送受信器を制御するソフトウェアを変更することが必要となる。

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、光伝送システムにおいて、光送信装置から光受信装置までの伝送路の一部の区間で光信号を無線伝送する場合に、装置コストを低減しつつ、偏波多重光信号を無線伝送することを可能にする技術を提供することを目的としている。

本発明は、例えば光伝送システムとして実現できる。本発明の一態様の係る光伝送システムは、光送信装置と、光伝送路を介して前記光送信装置と接続される無線送信装置と、無線伝送路を介して前記無線送信装置と接続され、かつ、光伝送路を介して光受信装置と接続される無線受信装置と、を備える光伝送システムであって、前記光送信装置は、前記光受信装置へ送信すべき第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、光伝送路を介して送信する第１の送信手段、を備え、前記無線送信装置は、前記光送信装置から受信した前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記光送信装置から受信した前記偏波多重光信号を、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換する第１の変換手段と、前記無線信号を前記無線受信装置へ送信するための送信アンテナと、を備え、前記無線受信装置は、前記無線送信装置から送信された無線信号を受信するための受信アンテナと、前記受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１及び第２の偏波成分にそれぞれ対応する第３及び第４の光信号に変換する第２の変換手段であって、前記第３の光信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第４の光信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数とが同一となるように、前記無線信号を変換する、前記第２の変換手段と、前記第３及び第４の光信号に基づいて、前記第１及び第２の光信号を含む偏波多重光信号を生成し、光伝送路を介して前記光受信装置へ送信する第２の送信手段と、を備えることを特徴とする。

本発明は、例えば光送信装置として実現できる。本発明の一態様の係る光送信装置は、受信した無線信号を光信号に変換して光受信装置へ送信する無線受信装置に対して、光信号を無線信号として送信する無線送信装置と、光伝送路を介して接続される光送信装置であって、前記光受信装置へ送信すべき第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、前記光伝送路を介して前記無線送信装置へ送信する送信手段を備え、前記偏波多重光信号は、前記無線送信装置によって、前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換されて、前記無線信号として前記無線受信装置へ送信されることを特徴とする。

本発明は、例えば無線送信装置として実現できる。本発明の一態様の係る無線送信装置は、受信した無線信号を光信号に変換して光受信装置へ送信する無線受信装置に対して、光送信装置から受信した光信号を無線信号として送信する無線送信装置であって、前記光送信装置は、第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、光伝送路を介して送信し、前記無線送信装置は、前記光送信装置から受信した前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記光送信装置から受信した前記偏波多重光信号を、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換する変換手段と、前記無線信号を前記無線受信装置へ送信するための送信アンテナと、を備えることを特徴とする。

本発明は、例えば無線受信装置として実現できる。本発明の一態様の係る無線受信装置は、光送信装置から光受信装置に対して送信される、第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号から変換された無線信号を無線送信装置から受信して、受信した無線信号を偏波多重光信号に変換して前記光受信装置へ送信する無線受信装置であって、前記無線送信装置から送信された、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号を受信するための受信アンテナと、前記受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１及び第２の偏波成分にそれぞれ対応する第３及び第４の光信号に変換する変換手段であって、前記第３の光信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第４の光信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数とが同一となるように、前記無線信号を変換する、前記変換手段と、前記第３及び第４の光信号に基づいて、前記第１及び第２の光信号を含む偏波多重光信号を生成し、光伝送路を介して前記光受信装置へ送信する送信手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光伝送システムにおいて、光送信装置から光受信装置までの伝送路の一部の区間で光信号を無線伝送する場合に、装置コストを低減しつつ、偏波多重光信号を無線伝送することを可能にする技術を提供できる。

光伝送システムの構成例を示すブロック図。 光送信装置（ＴＸ）の構成例を示すブロック図。 光送信装置（ＴＸ）内の各部における信号のスペクトルの一例を示す図。 無線送信ユニット及び無線受信ユニットの構成例を示すブロック図。 無線送信ユニット及び無線受信ユニット内の各部における信号のスペクトルの一例を示す図。 無線送信ユニット及び無線受信ユニットの構成例を示すブロック図。 無線送信ユニット及び無線受信ユニット内の各部における信号のスペクトルの一例を示す図。

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。

＜光伝送システムの概要＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る光伝送システムの概要について説明する。図１に示すように、光伝送システムは、光送信装置（ＴＸ）１００及び光受信装置（ＲＸ）４００と、それらの間の伝送路の途中に設けられた、無線送信ユニット２００及び無線受信ユニット３００とを備える。光送信装置１００と無線送信ユニット２００、及び無線受信ユニット３００と光受信装置４００は、それぞれシングルモードファイバ（ＳＭＦ）等の光ファイバで接続される。このように、無線送信ユニット２００は、光伝送路を介して光送信装置１００と接続される。また、無線受信ユニット３００は、無線伝送路を介して無線送信ユニット２００と接続され、かつ、光伝送路を介して光受信装置４００と接続される。なお、無線送信ユニット２００及び無線受信ユニット３００はそれぞれ、本発明の無線送信装置及び無線受信装置の一例である。

光送信装置１００は、２つの光信号（第１及び第２の光信号）をＸ偏波及びＹ偏波（第１及び第２の偏波成分）として偏波多重して得られる偏波多重光信号を、光受信装置４００へ送信する。光送信装置１００から光受信装置４００までの伝送路における一部の区間である、無線送信ユニット２００と無線受信ユニット３００との間の区間では、偏波多重光信号は電気信号に変換されて無線伝送される。

本実施形態に係る光伝送システムでは、複数の送信アンテナではなく１つの送信アンテナを用いるとともに、１つまたは２つの受信アンテナを用いて、無線送信ユニット２００と無線受信ユニット３００との間で偏波多重光信号を無線伝送することを実現する。

具体的には、無線送信ユニット２００は、光送信装置１００から受信した偏波多重光信号に含まれる各偏波成分の光信号を、それぞれ異なる周波数の信号成分として多重した無線信号を生成し、生成した無線信号を１つの送信アンテナから送信する。これを実現するために、光送信装置１００は、偏波成分ごとに異なる周波数ｆ_t1，ｆ_t2の連続光（トーン）を、予め偏波多重光信号に合波（混合）し、それらを光伝送路を介して送信する。無線送信ユニット２００は、光送信装置１００から受信した周波数ｆ_t1，ｆ_t2の連続光（第１及び第２の連続光）に基づいて、光送信装置１００から受信した偏波多重光信号を無線信号に変換する。これにより、各偏波成分の光信号をそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重した無線信号を生成できる。無線送信ユニット２００は、生成した無線信号を１つの送信アンテナから送信する。

一方、無線受信ユニット３００は、無線送信ユニット２００から送信された無線信号を（１つまたは２つの）受信アンテナによって受信し、受信した無線信号から偏波多重光信号を生成（再生）し、生成した偏波多重光信号を光受信装置４００へ送信する。具体的には、無線受信ユニット３００は、受信アンテナによって受信した無線信号を、上述の各偏波成分にそれぞれ対応する２つの光信号（第３及び第４の光信号）に変換する。その際、無線受信ユニット３００は、一方の光信号（第３の光信号）に含まれる、所望の光信号（第１の光信号）に対応する信号成分の周波数と、他方の光信号（第４の光信号）に含まれる、所望の光信号（第２の光信号）に対応する信号成分の周波数とが同一となるように、無線信号を２つの光信号に変換する。無線受信ユニット３００は、このようにして生成した２つの光信号に基づいて、上述の各偏波成分の光信号（第１及び第２の光信号）を含む偏波多重光信号を生成し、光伝送路を介して光受信装置４００へ送信する。

以下、図２〜図７を参照して、本実施形態に係る光伝送システムにおける各装置の具体的な構成及び動作について説明する。なお、図４は、無線受信ユニット３００が２つの受信アンテナを備える場合を示し、図６は、図４に対する変形例として、無線受信ユニット３００が１つの受信アンテナを備える場合を示す。後述するように、所定の条件が満たされる場合には、無線受信ユニット３００の受信アンテナ数を２ではなく１とすることが可能である。

＜光送信装置１００＞
図２は、光送信装置（ＴＸ）１００の構成例を示すブロック図であり、図３は、光送信装置１００内の各部における信号のスペクトルの一例を示す図である。ＴＸ１００において、光源（ＬＤ：Laser Diode）１０１は、周波数ｆ₀の連続光を出射する。当該連続光は、分波器１０２において２方向に分岐する。分岐した２つの連続光はそれぞれ、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の被変調光として光変調器（ＩＱＭ：IQ modulator）１１１，１２１に入射する。ＩＱＭ１１１は、信号発生器（ＡＷＧ：Arbitrary waveform generator）１１２，１２２によって生成された信号によって、入射した連続光を変調することで、変調光（光信号）を生成する。このようにして、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号（第１及び第２の光信号）が生成される。なお、信号発生器として、ＡＷＧの代わりに、例えばパルスパターン発生器（ＰＰＧ：pulse pattern generator）を用いてもよい。

ＩＱＭ１１１，１２１から出射された、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号は、合波器１１３，１２３にそれぞれ入射する。合波器１１３，１２３は、入射した各光信号と、ＬＤ１１４，１２４が出射する周波数ｆ_t1，ｆ_t2の連続光（第１及び第２の連続光）とをそれぞれ合波して出力する。なお、周波数ｆ_t1，ｆ_t2は、異なる周波数に設定される。

合波器１１３から出力された光信号及び周波数ｆ_t1の連続光（図３の１Ａ）は、偏波合成カプラ（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）１０３に入射する。一方、合波器１２３から出力された光信号及び周波数ｆ_t2の連続光は、位相回転器１２５に入射する。位相回転器１２５は、入射した光信号及び周波数ｆ_t2の連続光の位相を９０°回転させ（図３の１Ｂ）、ＰＢＣ１０３に出力する。

ＰＢＣ１０３は、合波器１１３からの光信号及び周波数ｆ_t1の連続光をＸ偏波成分、位相回転器１２５からの光信号及び周波数ｆ_t2の連続光をＹ偏波成分として多重して、得られた光信号を、光伝送路を介して送信する。これにより、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号を含む偏波多重光信号と、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分用の、周波数ｆ_t1，ｆ_t2の連続光とが、光受信装置４００（無線送信ユニット２００）へ送信される。

なお、本実施形態では、ＩＱＭ１１１、ＡＷＧ１１２、合波器１１３及びＬＤ１１４は、第１の信号生成手段の一例として機能し、ＩＱＭ１２１、ＡＷＧ１２２、合波器１２３及びＬＤ１２４は、第２の信号生成手段の一例として機能する。また、位相回転器１２５及びＰＢＣ１０３は、偏波多重手段の一例として機能する。

＜無線送信ユニット２００＞
図４は、無線受信ユニット３００の受信アンテナ数が２の場合の、無線送信ユニット２００及び無線受信ユニット３００の構成例を示すブロック図である。また、図５は、図４に示す無線送信ユニット２００及び無線受信ユニット３００内の各部における信号のスペクトルの一例を示す図である。

無線送信ユニット２００は、フォトダイオード（ＰＤ）２０１を備える。ＰＤ２０１は、光信号を電気信号に変換する光／電気変換器として機能する。無線送信ユニット２００が光伝送路を介して受信した偏波多重信号及び周波数ｆ_t1，ｆ_t2の連続光（図３の１Ｃ）は、ＰＤ２０１に入力される。ＰＤ２０１では、Ｘ偏波成分の光信号及び周波数ｆ_t1の連続光がヘテロダイン方式で混合され、電気信号に変換される。更に、Ｘ偏波成分と直交するＹ偏波成分の光信号及び周波数ｆ_t2の連続光も、Ｘ偏波成分と独立にヘテロダイン方式で混合され、電気信号に変換される。

本実施形態で、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号（第１及び第２の光信号）は、図３に示すように、同一の周波数ｆ₀の連続光に基づいて生成される同一周波数帯域（中心周波数ｆ₀の帯域）の光信号である。無線送信ユニット２００によって生成される無線信号は、Ｘ偏波成分の光信号を、対応する連続光の周波数ｆ_t1と周波数ｆ₀との差分ａに等しい周波数の信号成分として含み、Ｙ偏波成分の光信号を、対応する連続光の周波数ｆ_t2と周波数ｆ₀との差分ｂに等しい周波数の信号成分として含むことになる。このようにして、図５の２Ａに示すような、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号がそれぞれ異なる周波数ａ，ｂの信号成分として多重（周波数多重）された電気信号が生成される。

ＰＤ２０１によって生成された電気信号は、送信アンテナ２０２によって無線信号として無線受信ユニット３００へ送信される。このように、光送信装置１００が送信する偏波多重光信号に含まれるＸ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号は、１つの無線信号に周波数多重された状態となる。これにより、偏波多重光信号を１つの送信アンテナによって無線伝送することが可能になる。

＜無線受信ユニット３００（受信アンテナ数２）＞
図４に示すように、無線受信ユニット３００は、受信アンテナ３１１，３２１と、各受信アンテナによって受信された無線信号を中間周波数（ＩＦ）帯域の電気信号に変換するための、周波数変換器（ＤＢＭ：Double Balanced Mixer）３１２，３２２とを備える。

本実施形態で、無線受信ユニット３００が無線信号を偏波多重光信号に変換するために必要となる受信アンテナの数は、ＤＢＭの周波数特性に依存する。ＤＢＭ３１２，３２２の周波数特性を示す帯域幅（ｗ_IF）が、無線信号の帯域幅（２ｗ）を下回る大きさである場合には、図４に示すように、受信アンテナ数を１ではなく２とする必要がある。一方、帯域幅（ｗ_IF）が無線信号の帯域幅（２ｗ）以上の大きさである場合には、図６に示すように、受信アンテナ数を１とすることが可能である。ただし、帯域幅（ｗ_IF）が無線信号の帯域幅（２ｗ）以上の大きさである場合にも、図４に示す構成を用いて無線信号を偏波多重光信号に変換することが可能である。なお、ｗは、光送信装置１００から送信される偏波多重光信号に含まれる各光信号（第１及び第２の光信号）の帯域幅に相当し、このため無線信号の帯域幅は２ｗと表される。

無線送信ユニット２００から送信された無線信号は、無線受信ユニット３００において受信アンテナ３１１，３２１によってそれぞれ受信され、ＤＢＭ３１２，３２２にそれぞれ入力される。ＤＢＭ３１２，３２２は、入力された無線信号を、それぞれＩＦ帯域の電気信号に変換する。その際、ＤＢＭ３１２は、受信アンテナ３１１によって受信された無線信号を、Ｘ偏波成分の所望の光信号（第１の光信号）に対応する信号成分が所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号（図５の３Ａ−１）に変換する。また、ＤＢＭ３２２は、受信アンテナ３２１によって受信された無線信号を、Ｙ偏波成分の所望の光信号（第２の光信号）に対応する信号成分が所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号（図５の３Ａ−２）に変換する。

ここで、所定の周波数ｆ_cは、帯域幅ｗ_IFと、偏波多重光信号に含まれる光信号の帯域幅ｗを用いて、
ｗ／２＜ｆ_c＜ｗ_IF−ｗ／２
を満たす周波数に定められる。このように周波数ｆ_cを定めることで、ＤＢＭ３１２，３２２による周波数変換後の電気信号に含まれる、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の所望の光信号に対応する信号成分を、帯域幅ｗ_IFの範囲内に収めることが可能になる。

ＤＢＭ３１２，３２２によって上述のような周波数変換を行うためには、ＤＢＭ３１２，３２２に対して局部発振器（ＬＯ）３１３，３２３から供給される信号の周波数を適切に設定する必要がある。具体的には、ＬＯ３１３は、無線信号に含まれる、Ｘ偏波成分の光信号に対応する信号成分の周波数ａと、所定の周波数ｆ_cとの差分（ａ−ｆ_c）に等しい周波数の信号を発生させ、ＤＢＭ３１２に供給すればよい。一方、ＬＯ３２３は、無線信号に含まれる、Ｙ偏波成分の所望の光信号に対応する信号成分の周波数ｂと、所定の周波数ｆ_cとの差分（ｂ−ｆ_c）に等しい周波数の信号を発生させ、ＤＢＭ３２２に供給すればよい。ＤＢＭ３１２は、無線信号と、ＬＯ３１３から供給された信号とを混合して得られた電気信号を出力し、ＤＢＭ３１３は、無線信号と、ＬＯ３２３から供給される信号とを混合して得られた電気信号を出力する。

ＤＢＭ３１２，３２２から出力された電気信号はそれぞれ、増幅器３１４，３２４で増幅された後、マッハツェンダ光変調器（ＭＺＭ）３１５，３２５に入力される。ＭＺＭ３１５，３２５はそれぞれ、ＭＺＭ３１５，３２５に対して共通の光源（ＬＤ３３１）から出射される連続光を、入力された電気信号によって変調する。これにより、ＭＺＭ３１５，３２５はそれぞれ、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号（第３及び第４の光信号）を生成する。なお、Ｙ偏波成分の光信号には、位相回転器３２６によって９０°の位相回転が与えられる。これらＸ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号に含まれる、所望の光信号（第１及び第２の光信号）に対応する信号成分の周波数は、ＤＢＭ３１２，３２２による周波数変換に起因して、図５の３Ｂ−１及び３Ｂ−２のように、同一の周波数となる。

その後、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号は、ＰＢＣ３３２に入力される。ＰＢＣ３３２は、ＭＺＭ３１５からの光信号をＸ偏波成分として、位相回転器３２６からの光信号をＹ偏波成分として多重して、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３３に出力する。ＢＰＦ３３３は、ＰＢＣ３３２から出力された信号から、所望の光信号（第１及び第２の光信号）に対応する信号成分（図５の３Ｃに示す破線部分の信号成分）を抽出する。ＢＰＦ３３３は、抽出した信号成分から成る光信号を、偏波多重光信号（図５の３Ｄ）として出力する。

無線受信ユニット３００は、無線信号から変換した偏波多重光信号を、光伝送路を介して光受信装置４００に送信する。光受信装置４００は、無線受信ユニット３００から送信された偏波多重光信号を、デジタル光コヒーレント受信器によって受信できる。

＜無線受信ユニット３００（受信アンテナ数１）＞
上述のように、無線信号をＩＦ帯域の電気信号に変換するために用いられるＤＢＭの周波数特性を示す帯域幅（ｗ_IF）が無線信号の帯域幅（２ｗ）以上の大きさである場合には、無線受信ユニット３００の受信アンテナ数を１とすることが可能である。この場合、図６に示すように、無線受信ユニット３００は、受信アンテナ３５１と、当該受信アンテナによって受信された無線信号をＩＦ帯域の電気信号に変換するためのＤＢＭ３５２とを、１つずつ備える。

無線送信ユニット２００から送信された無線信号は、無線受信ユニット３００において受信アンテナ３５１によって受信され、ＤＢＭ３５２に入力される。ＤＢＭ３５２は、入力された無線信号をＩＦ帯域の電気信号（図７の３Ｅ）に変換する。ＤＢＭ３５２は、無線信号と、ＬＯ３５２から供給される信号とを混合して得られた電気信号を出力する。

ＤＢＭ３５２から出力された電気信号は、分波器３５３において２方向に分岐する。分岐した２つの電気信号はそれぞれ、増幅器３６１，３７１によって増幅された後、ＭＺＭ３６２，３７２に入力される。ＭＺＭ３６２，３７２はそれぞれ、ＬＤ３６３，３７３から出射される連続光を、入力された電気信号によって変調する。これにより、ＭＺＭ３６２，３７２はそれぞれ、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号（第３及び第４の光信号）を生成する。その際、ＭＺＭ３６２は、入力された電気信号を、Ｘ偏波成分の所望の光信号（第１の光信号）に対応する信号成分が所定の周波数に配置された光信号に変換して出力する。また、ＭＺＭ３７２は、入力された電気信号を、Ｙ偏波成分の所望の光信号（第２の光信号）に対応する信号成分が、同じ所定の周波数に配置された光信号に変換して出力する。なお、Ｙ偏波成分の光信号には、位相回転器３７４によって９０°の位相回転が与えられる。

これらＸ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号に含まれる、所望の光信号に対応する信号成分の周波数は、ＬＤ３６３，３７３から出射される連続光の周波数を適切に設定することで、図７の３Ｆ−１及び３Ｆ−２のように、同一の周波数となる。具体的には、ＬＤ３６３，３７３からから出射される連続光の周波数は、無線信号に含まれる、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号（第１及び第２の光信号）に対応する信号成分の周波数の差分（本実施形態ではｗとする。）に基づいて定められる。例えば、ＬＤ３６３，３７３から出射される連続光の周波数は、それぞれｆ_r及び（ｆ_r−ｗ）に設定されれる。

その後、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の光信号は、ＰＢＣ３５４に入力される。ＰＢＣ３５４は、ＭＺＭ３６２からの光信号をＸ偏波成分として、位相回転器３７４からの光信号をＹ偏波成分として多重して、ＢＰＦ３５５に出力する。ＢＰＦ３３３は、ＰＢＣ３５４から出力された信号から、所望の光信号（第１及び第２の光信号）に対応する信号成分（図５の３Ｇに示す破線部分の信号成分）を抽出する。ＢＰＦ３５５は、抽出した信号成分から成る光信号を、偏波多重光信号（図５の３Ｈ）として出力する。

無線受信ユニット３００は、無線信号から変換した偏波多重光信号を、光伝送路を介して光受信装置４００に送信する。光受信装置４００は、無線受信ユニット３００から送信された偏波多重光信号を、デジタル光コヒーレント受信器によって受信できる。

本実施形態によれば、偏波多重光信号を無線伝送するための送受信アンテナの構成として、１対２または１対１の送信及び受信アンテナを用いることが可能になる。このため、２対２の送信及び受信アンテナを用いる場合よりも、無線伝送用のアンテナ数を減らすことが可能であり、装置コストを低減できる。即ち、光伝送システムにおいて、光送信装置から光受信装置までの伝送路の一部の区間で光信号を無線伝送する場合に、装置コストを低減しつつ、偏波多重光信号を無線伝送することが可能になる。また、災害等が発生した場合に、光回線に断線が発生した区間において片偏波光信号ではなく偏波多重光信号を無線伝送可能である。このため、通常時に偏波多重光信号を使用していたとしても、災害等の発生時に光送受信器用の制御ソフトウェアを変更することなく、そのまま偏波多重光信号を光伝送に使用できる。

Claims (29)

1. 光送信装置と、光伝送路を介して前記光送信装置と接続される無線送信装置と、無線伝送路を介して前記無線送信装置と接続され、かつ、光伝送路を介して光受信装置と接続される無線受信装置と、を備える光伝送システムであって、
   前記光送信装置は、
   前記光受信装置へ送信すべき第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、光伝送路を介して送信する第１の送信手段、を備え、
   前記無線送信装置は、
   前記光送信装置から受信した前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記光送信装置から受信した前記偏波多重光信号を、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換する第１の変換手段と、
   前記無線信号を前記無線受信装置へ送信するための送信アンテナと、を備え、
   前記無線受信装置は、
   前記無線送信装置から送信された無線信号を受信するための受信アンテナと、
   前記受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１及び第２の偏波成分にそれぞれ対応する第３及び第４の光信号に変換する第２の変換手段であって、前記第３の光信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第４の光信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数とが同一となるように、前記無線信号を変換する、前記第２の変換手段と、
   前記第３及び第４の光信号に基づいて、前記第１及び第２の光信号を含む偏波多重光信号を生成し、光伝送路を介して前記光受信装置へ送信する第２の送信手段と、を備える
   ことを特徴とする光伝送システム。
2. 前記第１の送信手段は、
   前記第１の光信号を生成し、当該第１の光信号と前記第１の連続光とを合波して出力する第１の信号生成手段と、
   前記第２の光信号を生成し、当該第２の光信号と前記第２の連続光とを合波して出力する第２の信号生成手段と、
   前記第１の光信号及び前記第１の連続光を前記第１の偏波成分、前記第２の光信号及び前記第２の連続光を前記第２の偏波成分として多重して、得られた光信号を、光伝送路を介して送信する偏波多重手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記第１及び第２の光信号は、同一の周波数の光信号であり、
   前記第１の連続光は、第１の周波数の連続光であり、
   前記第２の連続光は、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の連続光であり、
   前記無線信号は、前記第１の光信号を、前記第１の周波数と前記第１の光信号の周波数との差分と等しい周波数の信号成分として含み、前記第２の光信号を、前記第２の周波数と前記第２の光信号の周波数との差分と等しい周波数の信号成分として含む
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
4. 前記第１の変換手段は、前記偏波多重光信号に含まれる前記第１の光信号と前記第１の連続光、及び前記偏波多重光信号に含まれる前記第２の光信号と前記第２の連続光を、それぞれヘテロダイン方式で混合して電気信号に変換することで、前記無線信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送システム。
5. 前記第１の変換手段は、フォトダイオードで構成された光／電気変換器であることを特徴とする請求項４に記載の光伝送システム。
6. 前記無線受信装置は、第１及び第２の受信アンテナを備え、
   前記第２の変換手段は、
   前記第１及び第２の受信アンテナによってそれぞれ受信された無線信号を、中間周波数帯域の電気信号にそれぞれ変換する第１及び第２の周波数変換器と、
   前記第１及び第２の周波数変換器からそれぞれ出力された電気信号が入力され、入力された電気信号を前記第３及び第４の光信号にそれぞれ変換する第１及び第２の光変調器と、
   を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光伝送システム。
7. 前記第１の周波数変換器は、前記第１の受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１の光信号に対応する信号成分が所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号に変換し、
   前記第２の周波数変換器は、前記第２の受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第２の光信号に対応する信号成分が前記所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号に変換する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
8. 前記所定の周波数ｆ_cは、
   前記第１及び第２の周波数変換器の周波数特性を示す帯域幅をｗ_IFとし、前記第１及び第２の光信号の帯域幅をｗとした場合に、
   ｗ／２＜ｆ_c＜（ｗ_IF−ｗ／２）
   を満たす周波数に定められることを特徴とする請求項７に記載の光伝送システム。
9. 前記第２の変換手段は、
   前記無線送信装置から送信される無線信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記所定の周波数ｆ_cとの差分に等しい周波数の信号を発生させ、前記第１の周波数変換器に出力する第１の信号発生器と、
   前記無線送信装置から送信される無線信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記所定の周波数ｆ_cとの差分に等しい周波数の信号を発生させ、前記第２の周波数変換器に出力する第２の信号発生器と、
   を更に備え、
   前記第１の周波数変換器は、前記第１の受信アンテナによって受信された無線信号と、前記第１の信号発生器から出力された信号とを混合して、得られた電気信号を出力し、
   前記第２の周波数変換器は、前記第２の受信アンテナによって受信された無線信号と、前記第２の信号発生器から出力された信号とを混合して、得られた電気信号を出力する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の光伝送システム。
10. 前記第２の変換手段は、電気信号による変調のための連続光を前記第１及び第２の光変調器に出力する、前記第１及び第２の光変調器に対して共通の光源を更に備える
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の光伝送システム。
11. 前記無線受信装置は、１つの受信アンテナを備え、
    前記第２の変換手段は、
    前記受信アンテナによって受信された無線信号を、中間周波数帯域の電気信号に変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された電気信号が入力され、入力された電気信号を前記第３及び第４の光信号にそれぞれ変換する第１及び第２の光変調器と、
    を備え、
    前記周波数変換器の周波数特性を示す帯域幅ｗ_IFは、前記第１及び第２の光信号の帯域幅ｗ以上の大きさである
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光伝送システム。
12. 前記第１の光変調器は、前記入力された電気信号を、当該電気信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分が所定の周波数に配置された光信号に変換し、前記第３の光信号として出力し、
    前記第２の光変調器は、前記入力された電気信号を、当該電気信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分が前記所定の周波数に配置された光信号に変換し、前記第４の光信号として出力する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光伝送システム。
13. 前記第２の変換手段は、
    電気信号による変調のための連続光を前記第１及び第２の光変調器にそれぞれ出力する第１及び第２の光源を更に備え、
    前記第１及び第２の光源から出力される連続光の周波数は、前記無線信号に含まれる、前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数との差分に基づいて定められる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光伝送システム。
14. 前記第２の送信手段は、
    前記第３及び第４の光信号をそれぞれ前記第１及び第２の偏波成分として多重して出力する偏波多重手段と、
    前記偏波多重手段から出力された信号から、前記第１及び第２の光信号に対応する信号成分を抽出し、抽出した信号成分から成る光信号を前記偏波多重光信号として出力するバンドパスフィルタと、
    を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光伝送システム。
15. 受信した無線信号を光信号に変換して光受信装置へ送信する無線受信装置に対して、光信号を無線信号として送信する無線送信装置と、光伝送路を介して接続される光送信装置であって、
    前記光受信装置へ送信すべき第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、前記光伝送路を介して前記無線送信装置へ送信する送信手段を備え、
    前記偏波多重光信号は、前記無線送信装置によって、前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換されて、前記無線信号として前記無線受信装置へ送信される
    ことを特徴とする光送信装置。
16. 前記送信手段は、
    前記第１の光信号を生成し、当該第１の光信号と前記第１の連続光とを合波して出力する第１の信号生成手段と、
    前記第２の光信号を生成し、当該第２の光信号と前記第２の連続光とを合波して出力する第２の信号生成手段と、
    前記第１の光信号及び前記第１の連続光を前記第１の偏波成分、前記第２の光信号及び前記第２の連続光を前記第２の偏波成分として多重して、得られた光信号を、光伝送路を介して送信する偏波多重手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の光送信装置。
17. 前記第１及び第２の光信号は、同一の周波数の光信号であり、
    前記第１の連続光は、第１の周波数の連続光であり、
    前記第２の連続光は、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の連続光であり、
    前記無線信号は、前記第１の光信号を、前記第１の周波数と前記第１の光信号の周波数との差分と等しい周波数の信号成分として含み、前記第２の光信号を、前記第２の周波数と前記第２の光信号の周波数との差分と等しい周波数の信号成分として含む
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の光送信装置。
18. 前記無線信号への変換は、前記偏波多重光信号に含まれる前記第１の光信号と前記第１の連続光、及び前記偏波多重光信号に含まれる前記第２の光信号と前記第１の連続光を、それぞれヘテロダイン方式で混合して電気信号に変換することによって行われる
    ことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の光送信装置。
19. 光送信装置から光受信装置に対して送信される、第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号から変換された無線信号を無線送信装置から受信して、受信した無線信号を偏波多重光信号に変換して前記光受信装置へ送信する無線受信装置であって、
    前記無線送信装置から送信された、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号を受信するための受信アンテナと、
    前記受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１及び第２の偏波成分にそれぞれ対応する第３及び第４の光信号に変換する変換手段であって、前記第３の光信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第４の光信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数とが同一となるように、前記無線信号を変換する、前記変換手段と、
    前記第３及び第４の光信号に基づいて、前記第１及び第２の光信号を含む偏波多重光信号を生成し、光伝送路を介して前記光受信装置へ送信する送信手段と、
    を備えることを特徴とする無線受信装置。
20. 前記無線受信装置は、第１及び第２の受信アンテナを備え、
    前記変換手段は、
    前記第１及び第２の受信アンテナによってそれぞれ受信された無線信号を、中間周波数帯域の電気信号にそれぞれ変換する第１及び第２の周波数変換器と、
    前記第１及び第２の周波数変換器からそれぞれ出力された電気信号が入力され、入力された電気信号を前記第３及び第４の光信号にそれぞれ変換する第１及び第２の光変調器と、
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載の無線受信装置。
21. 前記第１の周波数変換器は、前記第１の受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第１の光信号に対応する信号成分が所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号に変換し、
    前記第２の周波数変換器は、前記第２の受信アンテナによって受信された無線信号を、前記第２の光信号に対応する信号成分が前記所定の周波数ｆ_cに配置された電気信号に変換する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の無線受信装置。
22. 前記所定の周波数ｆ_cは、
    前記第１及び第２の周波数変換器の周波数特性を示す帯域幅をｗ_IFとし、前記第１及び第２の光信号の帯域幅をｗとした場合に、
    ｗ／２＜ｆ_c＜（ｗ_IF−ｗ／２）
    を満たす周波数に定められることを特徴とする請求項２１に記載の無線受信装置。
23. 前記変換手段は、
    前記無線送信装置から送信される無線信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記所定の周波数ｆ_cとの差分に等しい周波数の信号を発生させ、前記第１の周波数変換器に出力する第１の信号発生器と、
    前記無線送信装置から送信される無線信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記所定の周波数ｆ_cとの差分に等しい周波数の信号を発生させ、前記第１の周波数変換器に出力する第２の信号発生器と、
    を更に備え、
    前記第１の周波数変換器は、前記第１の受信アンテナによって受信された無線信号と、前記第１の信号発生器から出力された信号とを混合して、得られた電気信号を出力し、
    前記第２の周波数変換器は、前記第２の受信アンテナによって受信された無線信号と、前記第２の信号発生器から出力された信号とを混合して、得られた電気信号を出力する
    ことを特徴とする請求項２１または２２に記載の無線受信装置。
24. 前記変換手段は、電気信号による変調のための連続光を前記第１及び第２の光変調器に出力する、前記第１及び第２の光変調器に対して共通の光源を更に備える
    ことを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
25. 前記無線受信装置は、１つの受信アンテナを備え、
    前記変換手段は、
    前記受信アンテナによって受信された無線信号を、中間周波数帯域の電気信号に変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された電気信号が入力され、入力された電気信号を前記第３及び第４の光信号にそれぞれ変換する第１及び第２の光変調器と、
    を備え、
    前記周波数変換器の周波数特性を示す帯域幅ｗ_IFは、前記第１及び第２の光信号の帯域幅ｗ以上の大きさである
    ことを特徴とする請求項１９に記載の無線受信装置。
26. 前記第１の光変調器は、前記入力された電気信号を、当該電気信号に含まれる前記第１の光信号に対応する信号成分が所定の周波数に配置された光信号に変換し、前記第３の光信号として出力し、
    前記第２の光変調器は、前記入力された電気信号を、当該電気信号に含まれる前記第２の光信号に対応する信号成分が前記所定の周波数に配置された光信号に変換し、前記第４の光信号として出力する
    ことを特徴とする請求項２５に記載の無線受信装置。
27. 前記変換手段は、
    電気信号による変調のための連続光を前記第１及び第２の光変調器にそれぞれ出力する第１及び第２の光源を更に備え、
    前記第１及び第２の光源から出力される連続光の周波数は、前記無線信号に含まれる、前記第１の光信号に対応する信号成分の周波数と、前記第２の光信号に対応する信号成分の周波数との差分に基づいて定められる
    ことを特徴とする請求項２６に記載の無線受信装置。
28. 前記送信手段は、
    前記第３及び第４の光信号をそれぞれ前記第１及び第２の偏波成分として多重して出力する偏波多重手段と、
    前記偏波多重手段から出力された信号から、前記第１及び第２の光信号に対応する信号成分を抽出し、抽出した信号成分から成る光信号を前記偏波多重光信号として出力するバンドパスフィルタと、
    を備えることを特徴とする請求項１９から２７のいずれか１項に記載の無線受信装置。
29. 受信した無線信号を光信号に変換して光受信装置へ送信する無線受信装置に対して、光送信装置から受信した光信号を無線信号として送信する無線送信装置であって、
    前記光送信装置は、第１及び第２の光信号を第１及び第２の偏波成分として含む偏波多重光信号と、前記第１及び第２の偏波成分用の、それぞれ異なる周波数の第１及び第２の連続光とを合波して、光伝送路を介して送信し、
    前記無線送信装置は、
    前記光送信装置から受信した前記第１及び第２の連続光に基づいて、前記光送信装置から受信した前記偏波多重光信号を、前記第１及び第２の光信号がそれぞれ異なる周波数の信号成分として多重された無線信号に変換する変換手段と、
    前記無線信号を前記無線受信装置へ送信するための送信アンテナと、
    を備えることを特徴とする無線送信装置。

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