JP6513047B2 - モード多重光信号を受信する受信装置、及び、該受信装置における光信号の相対的な遅延の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、モード多重光通信システムの受信装置に関する。

非特許文献１から３は、光ファイバ通信における伝送容量を拡大する技術としてモード多重技術を開示している。図４は、モード多重光通信システムの構成図である。送信装置の変換部５０は、多重数と同じ数だけ設けられており、基本モードの光変調信号をそれぞれ所定の伝送モードに変換する。多重部５１は、各光変調信号をモード多重して光伝送路６０に送信する。分離部５２は、光伝送路６０から受信するモード多重光信号のモード分離を行い、各伝送モードの光変調信号を対応する変換部５３に出力する。変換部５３は、入力される光変調信号の伝送モードを基本モードに変換する。光受信部５４は、対応する変換部５３からの光変調信号の光電変換を行い、処理部５５に出力する。モード多重伝送においては、モード間のクロストークが生じる。したがって、ある光受信部５４が受信する光変調信号には、対応する変換部５０に入力された光変調信号とは異なる光変調信号の成分が含まれている。したがって、光受信部５４が出力する電気信号は、対応する変換部５０に入力された光変調信号に対応する成分のみならず、他の変換部５０に入力された光変調信号に対応する成分も含まれる。

このため、処理部５５は、所謂、ＭＩＭＯ（多入力多出力）処理を行い、各変換部５０に入力された光変調信号により搬送されている情報を取り出す。具体的には、チャネル行列を求めこれにより送信装置の個々の光変調信号により搬送されている情報を取り出す。なお、チャネル行列は、例えば、送信装置が、それぞれが既知のデータ列を搬送する光変調信号をモード多重して送信し、光受信部５４が出力する各電気信号と、各電気信号が搬送している既知のデータ列に基づき処理部５５において推定することができる。また、送信装置が、任意のデータ列を搬送する光変調信号をモード多重して送信し、光受信部５４が出力する各電気信号の複素平面上の位置と、光変調信号の変調方式に基づき、処理部５５は、チャネル行列を推定することもできる。

Ｒ．Ｒｙｆ，ｅｔ ａｌ．，"１０−Ｍｏｄｅ Ｍｏｄｅ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １２５−ｋｍ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｐａｎ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ"，ＥＣＯＣ，ＰＤＰ３．３，２０１５年 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"，ＥＣＯＣ，ＰＤＰ３．２，２０１５年 Ｊ．Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，ｅｔ ａｌ．，"Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ａ ３６−ｃｏｒｅ，３−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ １０８ ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｎｅｌｓ"，ＯＦＣ２０１５，Ｔｈ５Ｃ.２，２０１５年

図４に示す様に、受信装置の分離部５２は、モード多重光信号をモード分離し、多重数と同じ数の光信号を出力し、各光信号は、異なるパス（分離部５２の出力から光受信部５４までの経路）を伝搬して光電変換される。ここで、各パスの光路長が異なり、各パスを伝搬する光信号の相対的な遅延量が大きいと、処理部５５におけるＭＩＭＯ処理において処理すべき信号の時間長が長くなり、ＭＩＭＯ処理の処理負荷が大きくなる。このため、受信装置においては、分離部５２から光受信部５４までの各パスの光路長の差を小さくすることが求められる。このためには、各パスを伝搬する光信号の相対的な遅延を測定することが必要である。

本発明は、各パスを伝搬する光信号の相対的な遅延を測定する受信装置と、受信装置において、各パスを伝搬する光信号の相対的な遅延を測定する方法を提供するものである。

本発明の一側面によると、モード多重光信号を受信する受信装置は、前記モード多重光信号をモード分離して複数の光信号を出力する分離手段と、前記複数の光信号それぞれを光電変換し、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号を出力する光電変換手段と、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号に基づきチャネル行列を推定する処理を行う処理手段と、を備えており、前記処理手段は、前記複数の光信号をモード多重する多重手段を、直接、前記分離手段に接続し、前記多重手段が出力するモード多重光信号を前記分離手段に入力した際に推定したチャネル行列に基づき、前記分離手段から前記光電変換手段までの経路において生じる、前記複数の光信号の相対的な遅延を、前記複数の光信号の変調周期を単位として判定することを特徴とする受信装置。

本発明によると、各パスを伝搬する光信号の相対的な遅延を測定することができる。

一実施形態による受信装置の構成図。 一実施形態による相対的な遅延量測定の説明図。 一実施形態による光受信部の構成図。 モード多重光通信システムの構成図。 一実施形態によるモード多重光信号の生成構成を示す図。

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、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、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。

図１は、本実施形態による受信装置の構成図である。なお、図１の受信装置は、４つの伝送モードが多重されたモード多重光信号を受信するものであるが、例示であり、多重数は４つに限定されない。本実施形態による受信装置が受信するモード多重光信号は、図５に示す様に、４つの光変調信号１０、１１、１２及び１３をモード多重することで生成したものである。なお、以下では、この４つの光変調信号１０、１１、１２及び１３の変調速度をＢ（ｂａｕｄ）とする。また、図５に示す送信装置が生成するモード多重光信号は、図１の分離部１に直接入力される。なお、光変調信号１０、１１、１２及び１３は、それぞれ、伝送モードＡ、Ｂ、Ｃ及びＤに変換されているものとする。なお、モード多重後においても基本モードのままである場合には、変換部は省略可能である。例えば、図５において、光変調信号１０がモード多重後においても基本モードのままであると、光変調信号１０は、変換部を介することなく、直接、多重部に入力される。

図１に戻り、分離部１は、モード多重光信号のモード分離を行い、各伝送モードの光変調信号を対応する変換部に出力する。本例においては、伝送モードＡの光信号が変換部２１に出力され、伝送モードＢの光信号が変換部２２に出力され、伝送モードＣの光信号が変換部２３に出力され、伝送モードＤの光信号が変換部２４に出力されるものとする。変換部２１〜２４は、それぞれ、入力された光信号の伝送モードを基本モードに変換し、対応する光受信部３１〜３４に出力する。なお、元々、基本モードで伝送されている場合には変換部は省略される。つまり、例えば、伝送モードＡが基本モードであると、変換部２１は省略される。光受信部３１〜３４は、それぞれ、受信する光信号の光電変換を行い、電気信号を処理部４に出力する。なお、変換部３１〜３４が出力する電気信号を、それぞれ、電気信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと呼ぶものとする。また、分離部１から光受信部３１に至るパスをパスＡと呼び、分離部１から光受信部３２に至るパスをパスＢと呼び、分離部１から光受信部３３に至るパスをパスＣと呼び、分離部１から光受信部３４に至るパスをパスＤと呼ぶものとする。

処理部４は、電気信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに基づきチャネル行列を推定する。ここで、モード間のクロストークが存在しないものとすると、電気信号Ａは、光変調信号１０を光電変換した信号に対応する。しかしながら、通常、光伝送路を介して受信するモード多重光信号においては、モード間のクロストークが存在する。この場合、電気信号Ａは、光変調信号１０を光電変換した成分のみならず、光変調信号１１〜１３を光電変換した成分も含んでいる。また、モード多重光通信システムにおいては、モード間の伝搬遅延が異なる。このため、モード多重光通信システムにおいて推定するチャネル行列には、伝搬遅延を補償するため、変調周期を単位とした各信号の相対的な遅延量に関する情報が含まれる。つまり、処理部４は、電気信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを所定の割合で合成することで、光変調信号１０を光電変換した信号を生成し、この生成した信号により光変調信号１０が搬送するデータを判定するが、この合成の際に、電気信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの相対的な遅延量をチャネル行列に基づき判定して補償する。

なお、本実施形態では、送信装置で生成したモード多重光信号を直接、図１に示す受信装置に入力させるため、モード間のクロストークは大変小さい。この場合、チャネル行列の対角成分の要素は、分離部１によるモード分離後の４つのパスを伝搬する光信号それぞれのインパルス応答を示すものとなり、このインパルス応答により、４つのパスを伝搬する光信号の相対的な遅延量を判定することができる。例えば、パスＡ〜パスＤの内、遅延の最も小さいものがパスＡであり、図２に示す様に、パスＢ、Ｃ及びＤを伝搬する光信号のインパルス応答が、パスＡを伝搬する光信号のインパルス応答より、５、１１、２０単位だけ遅いことを示しているものとする。この場合、パスＡを伝搬する光信号に対するパスＢ、Ｃ及びＤを伝搬する光信号の相対的な遅延量は、５／Ｂ、１１／Ｂ及び２０／Ｂと判定することができる。

なお、本例において、処理部４は、変調方式により決まる複素平面上のシンボル位置と、受信するそれぞれの電気信号の複素平面上におけるシンボル位置に基づき、チャネル行列を推定するものとする。しかしながら、光変調信号１０〜１３が既知のデータ系列を搬送する様にし、この既知のデータ系列に基づきチャネル行列を推定する形態であっても良い。

一実施形態において、処理部４は、この遅延量をユーザに表示、或いは、ユーザへの表示のため、この遅延量を示す情報を外部の装置に出力する。そして、ユーザは、この相対的な遅延量を補償する様に、つまり相対的な遅延量が０に近づく様に、各パスＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの光路長を手動で調整する構成とすることができる。また、一実施形態において、処理部４は、図１に示す様に、各光受信部３１〜３４にタイミング信号を出力する。各光受信部３１〜３４は、図３に示す様に、光電変換部３００と、光電変換部３００が変換した電気信号をシンボル単位でバッファするバッファ部３０１を備えており、処理部４からのタイミング信号に基づき遅延差を補償した電気信号を処理部４に出力する。例えば、図３の遅延差の場合、光受信部３４には、光電変換後、バッファ部３０１においてシンボルをバッファすることなく処理部４に電気信号を送信する様にタイミング信号で通知し、光受信部３１には、光電変換後、バッファ部３０１で２０シンボル期間だけバッファした後、処理部４に電気信号を送信する様にタイミング信号で通知する。同様に、光受信部３２には、光電変換後、バッファ部３０１で１５シンボル期間だけバッファした後、処理部４に電気信号を送信する様にタイミング信号で指示し、光受信部３３には、光電変換後、バッファ部３０１で９シンボル期間だけバッファした後、処理部４に電気信号を送信する様にタイミング信号で指示する。この構成により、処理部４に入力される電気信号は、分離部１から光受信部３１〜３４までの光路長に基づく遅延差が補償されることになり、処理部４における処理負荷を低減させることができる。

なお、上記光路長の調整や、光受信部３１〜３４へのタイミング信号の決定は、サービス開始前に行う。そして、上記光路長の調整や、光受信部３１〜３４へのタイミング信号の決定後、本実施形態による光受信装置は、実際にサービスに使用する光伝送路に接続され、光送信装置からモード多重光信号を受信する。この際、処理部４は、この光送信装置から処理部４までのチャネル行列を求め、求めたチャネル行列によりＭＩＭＯ処理を行って各光変調信号が搬送するデータを判定する。

１：モード変換器、２：光ファイバ

Claims (9)

1. モード多重光信号を受信する受信装置であって、
   前記モード多重光信号をモード分離して複数の光信号を出力する分離手段と、
   前記複数の光信号それぞれを光電変換し、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号を出力する光電変換手段と、
   前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号に基づきチャネル行列を推定する処理を行う処理手段と、
   を備えており、
   前記処理手段は、前記複数の光信号をモード多重する多重手段を、直接、前記分離手段に接続し、前記多重手段が出力するモード多重光信号を前記分離手段に入力した際に推定したチャネル行列に基づき、前記分離手段から前記光電変換手段までの経路において生じる、前記複数の光信号の相対的な遅延を、前記複数の光信号の変調周期を単位として判定することを特徴とする受信装置。
2. 前記処理手段は、前記推定したチャネル行列の対角成分に基づき前記相対的な遅延を判定することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記処理手段は、前記判定した前記複数の光信号の相対的な遅延を示す情報を表示、或いは、外部装置に出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記光電変換手段は、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号をバッファするバッファ手段を備えており、前記処理手段が判定した前記複数の光信号の相対的な遅延を補償する期間だけ、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号をバッファすることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
5. 前記光電変換手段は、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号をバッファした後、前記処理手段に前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
6. 前記処理手段は、前記判定した前記複数の光信号の相対的な遅延に基づき、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号をバッファする期間を求め、前記求めた期間を、前記光電変換手段に通知することを特徴とする請求項４又は５に記載の受信装置。
7. 前記モード多重光信号は、所定の変調速度で変調された光変調信号をモード多重した信号であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の受信装置。
8. モード多重光信号を受信する受信装置において、モード分離後の光信号の相対的な遅延を測定する方法であって、
   複数の光信号をモード多重する多重手段と、モード多重光信号を複数の光信号に分離する分離手段とを、直接、接続するステップと、
   前記多重手段から前記分離手段に入力されたモード多重光信号を、前記分離手段がモード分離して複数の光信号を出力するステップと、
   光電変換手段が、前記複数の光信号それぞれを光電変換し、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号を出力するステップと、
   推定手段が、前記複数の光信号それぞれに対応する電気信号に基づきチャネル行列を推定するステップと、
   判定手段が、前記推定したチャネル行列に基づき、前記分離手段によるモード分離後の前記複数の光信号の相対的な遅延を、前記複数の光信号の変調周期を単位として判定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記相対的な遅延を判定するステップでは、前記推定したチャネル行列の対角成分に基づき前記相対的な遅延を判定することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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