JP6725996B2 - Optical communication system and optical receiver - Google Patents
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本発明は、光通信技術に関するものであり、特に、モード多重技術及び波長多重技術の両方を適用した光通信システム及び光受信装置に関するものである。
The present invention relates to optical communication technology, and particularly relates to an optical communication system及 beauty optical receiving apparatus using the both modes multiplexing technology and wavelength multiplexing technology.
光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する技術として、空間分割多重技術が検討されている。空間分割多重の一つであるモード多重技術では、光ファイバの一つのコアの中を伝搬可能な光信号のモードが複数存在する多モード(マルチモード)ファイバを伝送路として使用し、各モードで異なる情報を伝送することにより、光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する。特許文献1には、それぞれ異なるモードの複数の光信号を生成し、それらが多重化された信号を多モードファイバの一つのコアを通して伝送する技術が開示されている。
Space division multiplexing technology has been studied as a technology for expanding the transmission capacity of an optical fiber transmission line. In the mode multiplexing technology, which is one of space division multiplexing, a multimode (multimode) fiber having multiple modes of an optical signal that can propagate in one core of an optical fiber is used as a transmission line, and The transmission capacity of the optical fiber transmission line is expanded by transmitting different information.
上述のようなモード多重技術を用いる光通信システムは、一般に、送信側の装置(光送信装置)と受信側の装置(光受信装置)との間を多モードファイバによって接続することで構成される。光送信装置は、光送信器、光送信器により生成された光信号のモードを基本モードから高次モードに変換する変換器、及び複数のモードを多重化してモード多重信号を生成するモード多重器から構成される。また、光受信装置は、受信したモード多重信号を個別のモードの光信号に分離するモード分離器、分離された各光信号のモードを基本モードに変換するモード変換器、及び光受信器から構成される。 An optical communication system using the mode multiplexing technique as described above is generally configured by connecting a transmitting side device (optical transmitting device) and a receiving side device (optical receiving device) with a multimode fiber. .. The optical transmitter includes an optical transmitter, a converter for converting a mode of an optical signal generated by the optical transmitter from a fundamental mode to a higher mode, and a mode multiplexer for multiplexing a plurality of modes to generate a mode multiplexed signal. Composed of. Further, the optical receiver comprises a mode demultiplexer for demultiplexing the received mode-multiplexed signal into optical signals of individual modes, a mode converter for converting the mode of each demultiplexed optical signal into a fundamental mode, and an optical receiver. To be done.
現在商用化されている光通信システムでは、波長多重技術が伝送容量の増大のために使用されている。光通信システムにおける伝送容量の更なる増大のためには、波長多重技術に加えてモード多重技術を使用することが必要となる。非特許文献1には、実験室環境において波長多重技術とモード多重技術との両方を採用した構成及び実験結果が示されている。しかし、非特許文献1には、基本的に同一の情報を多重化して伝送する例が示されているにすぎず、光送信装置及び光送信装置の実用的な構成例は示されていない。
In the currently commercialized optical communication systems, wavelength division multiplexing technology is used for increasing transmission capacity. In order to further increase the transmission capacity in the optical communication system, it is necessary to use the mode multiplexing technique in addition to the wavelength multiplexing technique. Non-Patent
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、波長多重技術とモード多重技術とを併用して光信号の伝送を行う光通信システムを実現するための技術を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems. It is an object of the present invention to provide a technique for realizing an optical communication system that transmits an optical signal by using both wavelength multiplexing technology and mode multiplexing technology.
本発明は、例えば、光通信システム、光送信装置及び光受信装置として実現できる。本発明の一態様の係る光通信システムは、光送信装置と、前記光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置と、を備える光通信システムであって、前記光送信装置は、それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第1及び第2の光信号のうち、前記第2の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、前記基本モードの前記第1の光信号と前記高次モードの第2の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、を含む、前記複数の生成ユニットと、前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から受信された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器であって、前記モード分離器からの前記高次モードの光信号の出力に対して、波長多重された当該高次モードの光信号の波長分離用の第2波長分離器の前段に設けられ、前記モード分離器からの前記基本モードの光信号の出力に対しては、波長多重された当該基本モードの光信号の波長分離用の第1の波長分離器の前段に設けられていない、前記モード変換器と、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第1の波長分離器と、前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第2の波長分離器と、それぞれ異なる波長に対応しており、前記第1及び第2の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備えることを特徴とする。 The present invention can be realized, for example, as an optical communication system, an optical transmitter, and an optical receiver. An optical communication system according to an aspect of the present invention is an optical communication system including an optical transmitter and an optical receiver that receives an optical signal transmitted from the optical transmitter, wherein the optical transmitter is A plurality of generation units for generating mode-multiplexed signals each having a different wavelength, each generation unit being independently modulated and having a single wavelength, a first mode second optical signal and a second mode optical signal. Among these, a mode converter that converts the second optical signal from the fundamental mode to a higher-order mode, the first optical signal in the fundamental mode, and the second optical signal in the higher-order mode are multiplexed. And multiplexing the plurality of generation units including the mode multiplexer that generates the mode multiplex signal and the plurality of mode multiplex signals having different wavelengths, which are output from the plurality of generation units. And a wavelength multiplexer that generates an optical signal to be transmitted to the optical receiving device, wherein the optical receiving device converts the optical signal received from the optical transmitting device to the optical signal in the basic mode and the high-level optical signal. A mode converter for separating an optical signal of a next mode and an optical signal of the higher-order mode output from the mode separator, the mode converter converting the higher-order mode to the basic mode, The output of the high-order mode optical signal from the mode separator is provided before the second wavelength separator for wavelength-multiplexing the wavelength-multiplexed high-order mode optical signal. For the output of the optical signal of the fundamental mode , the mode converter, which is not provided before the first wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed optical signal of the fundamental mode , the optical signal of the fundamental mode output from the mode separator, said first wavelength separator for separating a plurality of optical signals of different wavelengths, the optical signal of the fundamental mode output from the mode converter , said second wavelength demultiplexer for separating a plurality of optical signals having different wavelengths, corresponding to different wavelengths, output from the first and second wavelength demultiplexer, the corresponding wavelength of light And a plurality of receiving units that perform signal reception processing.
本発明の一態様に係る光受信装置は、光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置であって、前記光送信装置から受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器であって、前記モード分離器からの前記高次モードの光信号の出力に対して、波長多重された当該高次モードの光信号の波長分離用の第2波長分離器の前段に設けられ、前記モード分離器からの前記基本モードの光信号の出力に対しては、波長多重された当該基本モードの光信号の波長分離用の第1の波長分離器の前段に設けられていない、前記モード変換器と、前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第1の波長分離器と、前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第2の波長分離器と、それぞれ異なる波長に対応しており、前記第1及び第2の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備えることを特徴とする。 An optical receiving device according to an aspect of the present invention is an optical receiving device that receives an optical signal transmitted from an optical transmitting device, in which an optical signal received from the optical transmitting device is compared with an optical signal in a basic mode. A mode converter for separating an optical signal of a next mode and an optical signal of the higher-order mode output from the mode separator, the mode converter converting the higher-order mode to the basic mode, The output of the high-order mode optical signal from the mode separator is provided before the second wavelength separator for wavelength-multiplexing the wavelength-multiplexed high-order mode optical signal. For the output of the optical signal of the fundamental mode , the mode converter, which is not provided before the first wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed optical signal of the fundamental mode , the optical signal of the fundamental mode output from the mode separator, said first wavelength separator for separating a plurality of optical signals of different wavelengths, the optical signal of the fundamental mode output from the mode converter , said second wavelength demultiplexer for separating a plurality of optical signals having different wavelengths, corresponding to different wavelengths, output from the first and second wavelength demultiplexer, the corresponding wavelength of light A plurality of receiving units that perform signal reception processing.
本発明によれば、波長多重技術とモード多重技術とを併用して光信号の伝送を行う光通信システムを実現可能になる。 According to the present invention, it is possible to realize an optical communication system that transmits an optical signal by using both wavelength multiplexing technology and mode multiplexing technology.
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。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following drawings, components that are not necessary for explaining the embodiment are omitted from the drawings.
[実施例1]
図1は、実施例1に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。図1に示すように、光通信システムは、光送信装置10と、光伝送路50を介して光送信装置10と通信可能な光受信装置30とを備える。光送信装置10と光受信装置30との間の光伝送路50は、多モード光ファイバ51、及び光信号の中継増幅用の多モード光増幅器52によって構成される。
[Example 1]
FIG. 1 is a block diagram of the configuration of the optical communication system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the optical communication system includes an
以下では、図1に示す光送信装置10及び光受信装置30の構成について詳細に説明する。光送信装置10は、基本モード(LP01モード)の複数の光信号を生成し、それらのモード多重化を行い、更に波長多重化を行うことで、光受信装置へ送信すべき光信号を生成する。光受信装置30は、光送信装置10から受信した光信号のモード分離を行い、更に波長分離を行うことで、多重化された信号を基本モードの複数の光信号に分離し、分離した複数の光信号の受信処理を行う。本実施例では、このように、光送信装置10が、モード多重化を行った後に波長多重化を行い、光受信装置30が、モード分離を行った後に波長分離を行う光通信システムの構成例を示す。
Below, the configurations of the
<光送信装置10>
図2を参照して、本実施例に係る光送信装置10の構成について詳細に説明する。光送信装置10は、波長多重器17、及び生成ユニット20(20−1,20−2,20−3,...)を備える。各生成ユニット20は、単一の光源11、光分岐回路12、光変調器13(13a,13b,...)、光増幅器14(14a,14b,...)、モード変換器15(15b,15c,...)、及びモード多重器16を含む。生成ユニット20は、最大で、波長多重器17で多重化可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、モード多重器16は、最大で、波長多重器17で多重化可能な波長の数に等しい数だけ設けられる。各生成ユニット20において、光変調器13及び光増幅器14は、最大で、モード多重器16で多重可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。また、モード変換器15は、高次モード(例えば、LP11aモード、LP11bモード、LP02モード等)に対応する光変調器13及び光増幅器14の数に等しい数だけ設けられる。
<
The configuration of the
複数の生成ユニット20は、それぞれ異なる単一の波長λ(λ1,λ2,λ3,...)に対応し、それぞれ対応する波長を有する光信号を生成する。例えば、生成ユニット20−1,20−2,20−3は、波長λ1,λ2,λ3を有する光信号をそれぞれ生成する。以下では主に生成ユニット20−1について説明するが、それ以外の各生成ユニット20は、光源11が発生する光の波長λが異なる点を除き、生成ユニット20−1と同様に構成することが可能である。
The plurality of generation units 20 respectively correspond to different single wavelengths λ (λ 1 , λ 2 , λ 3 ,...) And generate optical signals having the corresponding wavelengths. For example, the generation units 20-1, 20-2, 20-3 generate optical signals having wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , respectively. The generation unit 20-1 will be mainly described below, but each generation unit 20 other than that may be configured in the same manner as the generation unit 20-1 except that the wavelength λ of the light generated by the
生成ユニット20−1は、単一の光源11、光分岐回路12、光変調器13(13a,13b,...)、光増幅器14(14a,14b,...)、モード変換器15(15b,15c,...)、及びモード多重器16を含む。光源11は、波長λ1を有する基本モードの光を発生して出力する。複数の光変調器13は、それぞれ異なるモードに対応しており、光源11から出力された光をそれぞれ独立して変調する(即ち、それぞれ異なる入力信号で変調する)ことで、基本モードの光信号をそれぞれ生成する。本実施例では、一例として、光変調器13aは基本モード(LP01モード)に対応し、光変調器13bは高次モード(LP11aモード)に対応し、光変調器13cは高次モード(LP11bモード)に対応している。
The generation unit 20-1 includes a
各光変調器13の後段には、各光変調器13によって生成された光信号のパワーを調整するための光増幅器14が設けられる。本実施例では、同じ1つのモードに対応する光変調器13及び光増幅器14のセットは、当該1つのモードに対応する光送信器(図4)として機能する。なお、光増幅器14に代えて、光減衰器が用いられてもよいし、あるいは、光増幅器及び光減衰器の両方が用いられてもよい。 An optical amplifier 14 for adjusting the power of the optical signal generated by each optical modulator 13 is provided at the subsequent stage of each optical modulator 13. In this embodiment, the set of the optical modulator 13 and the optical amplifier 14 corresponding to the same one mode functions as the optical transmitter (FIG. 4) corresponding to the one mode. An optical attenuator may be used instead of the optical amplifier 14, or both an optical amplifier and an optical attenuator may be used.
生成ユニット20−1において、それぞれ異なるモードに対応する複数の光送信器に対して、個別に光源を設けることも可能である。しかし、それら全ての光源が出力する光の波長を同一の波長に維持することには技術的な困難が伴いうる。このため本実施例では、単一の光源11から出力された光を光分岐回路12によって分岐させ、分岐した(分割された)光を各光変調器13で変調することで、複数の光変調器13で共通の光源11を使用している。
In the generation unit 20-1, it is also possible to individually provide a light source for a plurality of optical transmitters corresponding to different modes. However, maintaining the wavelengths of the lights output from all the light sources at the same wavelength may involve technical difficulties. Therefore, in the present embodiment, the light output from the single
基本モードに対応する光変調器13aによって生成され、光増幅器14aを通過した基本モードの光信号(第1の光信号)は、モード多重器16へ入力される。また、高次モードに対応する光変調器13(13b,13c,...)によって生成され、光増幅器14(14b,14c,...)を通過した基本モードの光信号(第2の光信号)は、モード変換器15(15b,15c,...)へそれぞれ入力される。
The fundamental mode optical signal (first optical signal) generated by the
モード変換器15は、入力された単一の波長λ1の光信号を、基本モードから高次モードに変換し、変換後の光信号をモード多重器16へ出力する。例えば、モード変換器15bは、入力された光信号を、基本モードから高次モード(LP11aモード)に変換し、モード変換器15cは、入力された光信号を、基本モードから高次モード(LP11bモード)に変換する。
The mode converter 15 converts the input optical signal of the single wavelength λ 1 from the basic mode to the higher-order mode, and outputs the converted optical signal to the
モード多重器16には、光増幅器14aを通過した、単一の波長λ1を有する基本モードの光信号と、モード変換器15(15b,15c,...)から出力された、単一の波長λ1を有する高次モードの光信号とが入力される。モード多重器16は、入力されたそれらの光信号を多重化(モード多重化)することで、単一の波長λ1を有するモード多重信号を生成し、波長多重器17へ出力する。
To the
波長多重器17には、複数の生成ユニット20から出力される、それぞれ異なる波長λ(λ1,λ2,λ3,...)を有するモード多重信号が、並列に入力される。波長多重器17は、入力された複数のモード多重信号を多重化(波長多重化)することで、光受信装置30へ送信すべき光信号を生成する。なお、波長多重器17は、処理対象がモード多重信号であるため、波長多重器17にはできるだけモード依存性が小さいデバイスが採用される。
Mode multiplexing signals having different wavelengths λ (λ 1 , λ 2 , λ 3 ,... ), which are output from the plurality of generation units 20, are input in parallel to the
上述の構成によれば、モード変換器15及びモード多重器16は、単一の波長にのみ対応していればよい。一般的に、モード変換器及びモード多重器は波長依存性を有するため、広い波長帯域をカバーすることは技術的な困難が伴いうる。しかし、本実施形態の構成によれば、モード変換器及びモード多重器は特定の一波長にのみ対応していればよく、その設計及び製造が容易になりうる利点がある。なお、本実施例では、図2に示すように、モード変換器15及びモード多重器16を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。
According to the above-mentioned structure, the mode converter 15 and the
<光受信装置30>
次に図3を参照して、本実施例に係る光受信装置30の構成について詳細に説明する。光受信装置30は、モード分離器32、モード変換器33(33b,33c,...)、波長分離器31(31a,31b,31c,...)、及び受信ユニット40(40−1,40−2,40−3,...)を備える。各受信ユニット40は、光ハイブリッド回路34、受光素子35、サンプリング処理部36、MIMO処理部37、キャリア推定部38、及び符号再生部39を含む。
<
Next, the configuration of the
波長分離器31は、最大で、モード分離器32で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。モード変換器33は、高次モード(例えば、LP11aモード、LP11bモード、LP02モード等)に対応する波長分離器31(31b,31c,...)の数に等しい数だけ設けられる。また、受信ユニット40は、最大で、波長分離器31で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、光ハイブリッド回路34及びそれより後段の各デバイスは、最大で、モード分離器32で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。ただし、受光素子35については、モードごとに、Iチャネル及びQチャネルに対応する2つの受光素子が設けられる。また、MIMO処理部37は、全モードにまたがって処理を行うので、各受信ユニットに1つだけ設けられる。
The number of
モード分離器32は、光送信装置10から光伝送路50を介して受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モード(LP11aモード、LP11bモード等)の光信号とに分離して出力する。基本モードの光信号は、基本モードに対応する波長分離器31aに入力される。また、高次モードに対応する各光信号は、対応するモード変換器33(33b,33c,...)に入力される。
The
モード変換器33は、モード分離器32から出力された高次モードの光信号を、当該高次モードから基本モードに変換して出力する。例えば、モード変換器33bは、高次モード(LP11aモード)の光信号を基本モードに変換し、モード変換器33cは、高次モード(LP11bモード)の光信号を基本モードに変換する。各モード変換器33から出力された光信号は、当該モード変換器33と接続された(高次モードに対応する)波長分離器31(31b,31c,...)に入力される。なお、モード分離器32及びモード変換器33は、処理対象が波長多重信号であるため、それらにはできるだけ波長依存性が小さいデバイスが採用される。
The mode converter 33 converts the high-order mode optical signal output from the
基本モードに対応する波長分離器31aは、モード分離器32から出力された基本モードの光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ(λ1,λ2,λ3,...)を有する複数の光信号に分離する。また、高次モードに対応する各波長分離器31(31b,31c,...)は、モード変換器33(33b,33c,...)から出力された基本モードの光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ(λ1,λ2,λ3,...)を有する複数の光信号に分離する。なお、波長分離器31aは、第1の波長分離器の一例であり、波長分離器31a以外の波長分離器31(31b,31c,...)は、第2の波長分離器の一例である。
The
複数の受信ユニット40は、それぞれ異なる波長λ(λ1,λ2,λ3,...)に対応しており、対応する波長を有する光信号が波長分離器31からそれぞれ入力される。例えば、受信ユニット40−1,40−2,40−3には、波長λ1,λ2,λ3を有する光信号がそれぞれ入力される。各受信ユニット40は、波長分離器31から出力される、対応する波長λの光信号の受信処理を行う。以下では主に受信ユニット40−1について説明するが、それ以外の各受信ユニット40は、局発光源41が発生する光の波長が異なる点を除き、受信ユニット40−1と同様に構成することが可能である。
The plurality of receiving
受信ユニット40−1において、基本モードに対応する波長分離器31aから入力された、単一の波長λ1を有する基本モードの光信号は、基本モードに対応する光ハイブリッド回路34に入力される。また、高次モードに対応する波長分離器31(31b,31c,...)から入力された、単一の波長λ1を有する基本モードの光信号は、高次モードに対応する光ハイブリッド回路34にそれぞれ入力される。複数の光ハイブリッド回路34及びそれらの後段のデバイスでは、入力された基本モードの光信号の受信処理が行われる。
In the receiving unit 40-1, the fundamental mode optical signal having a single wavelength λ 1 input from the
具体的には、光ハイブリッド回路34は、入力された光信号と局発光とのミキシングを行うことで、当該光信号のコヒーレント検波(コヒーレント受信)を行う。ここで、各受信ユニット40には、単一の局発光源41が設けてられている。本実施例では、単一の局発光源41から出力された光を光分岐回路42によって分岐させ、分岐した(分割された)光を各光ハイブリッド回路34で使用することで、複数の光ハイブリッド回路34で共通の局発光源41を使用している。これにより、光送信装置10から送信される光信号と局発光との間の周波数偏差を、全ての光ハイブリッド回路34で均一にすることが可能になる。
Specifically, the
光ハイブリッド回路34から出力される、コヒーレント検波により得られた光信号は、受光素子35によって電気信号に変換される。当該電気信号は、サンプリング処理部36によってアナログ信号からディジタル信号に変換される。このようにして、同一の波長に対応し、かつ、それぞれ異なるモードに対応する複数の電気信号(ディジタル信号)が、それぞれ異なるモードに対応する複数のサンプリング処理部36からMIMO処理部37に入力される。MIMO処理部37は、入力された複数のディジタル信号に対してMIMO信号処理を行うことで、モード間のクロストーク雑音の抑圧を行い、その結果得られる、各モードに対応する信号を、それぞれキャリア推定部38へ出力する。その後、キャリア推定部38によってキャリア推定処理が行われ、符号再生部39によって送信ディジタル符号が再生される。その後、必要に応じて誤り訂正処理等が行われてもよい。
The optical signal obtained by the coherent detection output from the
上述の構成によれば、波長分離器31及び受信ユニット40内の光デバイスは、基本モードにのみ対応していればよく、それらの光デバイスのモード依存性が問題になることがない利点がある。また、モード分離のために必要となるデバイスであるモード分離器32及びモード変換器33の数が少ないため、装置の導入コストを比較的低くすることが可能である。
According to the above configuration, the optical devices in the
ここで、図3に示す構成では、各受信ユニット40において全モードに対応する光受信器(光ハイブリッド回路34、受光素子35及び後段の電気回路)で共通の局発光源41を使用可能にするために、各デバイスの配置及び接続を実際にどのように実現するかが課題となりうる。図4は、そのような課題に対処するための、光受信装置30の実際の装置構成の例を示す図である。本例では、光受信装置30は、波長分離器31、モード変換器33及びモード分離器32が実装される分離器ラックと、複数の光受信器が実装される光受信器ラックとによって構成される。
Here, in the configuration shown in FIG. 3, the common local
まず、光受信器ラックにおいて、波長単位で(即ち、受信ユニット40ごとに)、全モードに対応する光受信器が同一の段に隣接して実装され、それらの近くに共通の局発光源41が実装される。また、波長分離器31、モード変換器33及びモード分離器32は、それらの光受信器とは独立したラックである分離器ラックに実装される。更に、図3に示すような、光受信器(光ハイブリッド回路34、受光素子35及び後段の電気回路)と波長分離器31との接続関係を実現するように、光受信器ラックと分離器ラックとの間が光ファイバで接続される。このようにして、光受信装置30の実際の装置構成を実現できる。なお、本実施例では、図3及び図4に示すように、モード変換器33及びモード分離器32を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。
First, in the optical receiver rack, the optical receivers corresponding to all modes are mounted adjacent to each other on the same stage on a wavelength-by-wavelength basis (that is, for each receiving unit 40), and a common local
以上説明したように、本実施形態によれば、光送信装置10が、モード多重化を行った後に波長多重化を行い、光受信装置30が、モード分離を行った後に波長分離を行う光通信システムを実現できる。
As described above, according to this embodiment, the
[実施例2]
実施例1のような光通信システムの伝送容量を段階的に拡大するアップグレードを行う場合、波長単位またはモード単位で必要なデバイスの増設を行うことが想定される。本実施例では、光送信装置10及び光受信装置30のそれぞれについて、そのようなアップグレードを可能にする構成例について説明する。なお、以下では実施例1との相違点を中心として本実施例について説明する。
[Example 2]
In the case of performing an upgrade for gradually increasing the transmission capacity of the optical communication system as in the first embodiment, it is assumed that necessary devices are added in units of wavelengths or modes. In this embodiment, a configuration example that enables such an upgrade will be described for each of the
<光送信装置10のアップグレード>
光送信装置10において、図2に示す各生成ユニット20は、1つの波長に対応しており、当該1つの波長の光信号の生成に必要となる処理ブロックに相当する。このため、1波長単位での光送信装置10のアップグレードを実現するためには、図2に示す生成ユニット20を増設の単位として、光送信装置10への光デバイスの増設を行えばよい。
<Upgrade of the
In the
以下では、図5を参照して、1モード1波長単位での光送信装置10のアップグレードについて説明する。本実施例では、光送信装置10は、送信対象となる高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する光変調器13と、当該光変調器13とモード多重器16との間に設けられる、光増幅器14及びモード変換器15とを、各生成ユニット20に増設可能に構成されている。また、そのような光変調器13の増設を可能にするために、各生成ユニット20は、増設対象の光変調器13を、光分岐回路12を介して光源11に接続可能に構成されている。
Hereinafter, with reference to FIG. 5, an upgrade of the
各生成ユニット20において増設対象となる光変調器13、光増幅器14及びモード変換器15以外のデバイスについては、各生成ユニット20に予め設けられている。即ち、各生成ユニット20には、光源11、光分岐回路12、及びモード多重器16が予め設けられている。
Devices other than the optical modulator 13, the optical amplifier 14, and the mode converter 15 that are the expansion targets in each generation unit 20 are provided in advance in each generation unit 20. That is, the
1モード単位での光送信装置10のアップグレードは、図5に示すように、光変調器13、光増幅器14及びモード変換器15を増設の単位として、光送信装置10への光デバイスの増設を行うことで実現できる。なお、光送信装置10における、光変調器13、光増幅器14及びモード変換器15が接続(増設)される箇所には、接続用の光コネクタが予め設けられていてもよい。これにより、光送信装置10のアップグレードを、パッケージ増設として容易に実現できるようになる。また、各生成ユニット20において、対応する波長で使用可能なモードが無くなった場合に、上述のように新たな生成ユニット20を増設してもよいし、波長多重器17で多重される波長の数に等しい数の生成ユニット20が予め設けられていてもよい。
As shown in FIG. 5, the upgrade of the
<光受信装置30のアップグレード>
本実施例では、実施例1と同様、図4に示すようなラック構成で光受信装置30が実装される。光受信装置30は、受信対象となる高次モードの追加を可能にするために、追加される高次モードに対応する、波長分離器31と、当該波長分離器31とモード分離器32との間に設けられるモード変換器33とを増設可能に構成されている。更に、光受信装置30は、追加される高次モードに対応する光受信器(光ハイブリッド回路34、受光素子35及び後段の電気回路)を、各受信ユニット40に増設可能に構成されている。また、そのような光受信器の増設を可能にするために、光受信装置30の各受信ユニット40は、増設対象の光受信器を、光分岐回路42を介して局発光源41に接続可能に構成されうる。光受信装置30における、波長分離器31、モード変換器33及び光受信器が接続(増設)される箇所には、接続用の光コネクタが予め設けられていてもよい。なお、波長分離器31で分離される波長の数に等しい数の受信ユニット40が予め設けられていてもよいし、分離される波長の数の増加に合わせて、順次、受信ユニット40が増設されてもよい。
<Upgrade of the
In this embodiment, as in the first embodiment, the
光受信装置30のアップグレードは、以下のような手順で段階的に行うことが可能である。光受信装置30の導入の初期においては、図6に示すように、光受信器ラックには、モード1(基本モード)に対応する光受信器のみを、必要な波長の数だけ実装する。また、分離器ラックには、モード1(基本モード)に対応する波長分離器31aと、光伝送路50から光信号を最初に受け取るモード分離器32とを実装する。なお、光受信器の一部であるMIMO処理部37については、各受信ユニット40においてモード間の信号処理を行う電気回路であるため、図6には図示していないが予め各受信ユニット40に組み込まれていてもよい。
The
その後、モード1で使用可能な波長が無くなった際に、高次モードであるモード2(例えば、LP11aモード)に対応する光デバイスを、光受信器ラック及び分離器ラックに新たに実装する。具体的には、図7に示すように、光受信器ラックには、モード2に対応する光受信器を、必要な波長の数だけ新たに実装する。また、分離器ラックには、モード2に対応する波長分離器31bと、それに対応するモード変換器33bとを新たに実装する。このような手順を繰り返すことで、1モード1波長単位で、光受信装置30のアップグレードが可能である。
After that, when there are no more usable wavelengths in the
本実施例によれば、1モード1波長単位での光送信装置10及び光受信装置30のそれぞれの段階的なアップグレードが可能になるとともに、初期導入時に必要な機材を節約でき、初期導入費用の削減が可能となる。
According to this embodiment, the
[実施例3]
実施例1及び2では、光受信装置30がモード分離を行った後に波長分離を行う構成例について説明しているが、光受信装置30が波長分離を行った後にモード分離を行う構成を光通信システムに適用することも可能である。本実施例では、そのような光通信システムの変形例について説明する。なお、以下では実施例1及び2との相違点を中心として本実施例について説明する。
[Example 3]
Although the first and second embodiments describe the configuration example in which the
図8は、光受信装置30の構成の変形例を示すブロック図である。本実施例の光通信システムにおいて、光送信装置10は、上述の実施例と同様、図2に示す構成を有し、光受信装置30は、図8に示す構成を有する。
FIG. 8 is a block diagram showing a modified example of the configuration of the
光受信装置30は、波長分離器31、及び受信ユニット40(40−1,40−2,40−3,...)を備える。各受信ユニット40は、モード分離器32、モード変換器33(33b,33c,...)、光ハイブリッド回路34、受光素子35、サンプリング処理部36、MIMO処理部37、キャリア推定部38、及び符号再生部39を含む。受信ユニット40は、最大で、波長分離器31で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられ、即ち、モード分離器32は、最大で、波長分離器31で分離可能な波長の数に等しい数だけ設けられる。光ハイブリッド回路34及びそれより後段の各デバイスは、最大で、モード分離器32で分離可能なモードの数に等しい数だけ設けられる。ただし、受光素子35については、モードごとに、Iチャネル及びQチャネルに対応する2つの受光素子が設けられる。また、MIMO処理部37は、全モードにまたがって処理を行うので、各受信ユニットに1つだけ設けられる。また、モード変換器33は、高次モード(例えば、LP11aモード、LP11bモード、LP02モード等)に対応する光ハイブリッド回路34の数に等しい数だけ設けられる。
The
波長分離器31は、光送信装置10から光伝送路50を介して受信された光信号を、それぞれ異なる単一の波長λ(λ1,λ2,λ3,...)を有する複数の光信号に分離する。複数の受信ユニット40は、それぞれ異なる波長λに対応しており、対応する波長を有する光信号が波長分離器31からそれぞれ入力される。例えば、受信ユニット40−1,40−2,40−3には、波長λ1,λ2,λ3を有する光信号がそれぞれ入力される。なお、波長分離器31は、処理対象がモード多重信号であるため、波長分離器31にはできるだけモード依存性が小さいデバイスが採用される。以下では主に受信ユニット40−1について説明するが、それ以外の各受信ユニット40は、局発光源41が発生する光の波長が異なる点を除き、受信ユニット40−1と同様に構成することが可能である。
The
受信ユニット40−1において、モード分離器32は、波長分離器31から入力された波長λ1の光信号を、基本モードの光信号と高次モード(LP11aモード、LP11bモード等)の光信号とに分離して出力する。基本モードの光信号は、基本モードに対応する光ハイブリッド回路34に入力される。また、高次モードに対応する各光信号は、対応するモード変換器33(33b,33c,...)に入力される。
In the reception unit 40-1, the
モード変換器33は、モード分離器32から出力された高次モードの光信号を、当該高次モードから基本モードに変換して出力する。例えば、モード変換器33bは、高次モード(LP11aモード)の光信号を基本モードに変換し、モード変換器33cは、高次モード(LP11bモード)の光信号を基本モードに変換する。各モード変換器33から出力された光信号は、当該モード変換器33と接続された(高次モードに対応する)光ハイブリッド回路34に入力される。複数の光ハイブリッド回路34及びそれらの後段のデバイスでは、モード分離器32から出力された基本モードの光信号、及び各モード変換器33から出力された基本モードの光信号の受信処理が行われる。なお、複数の光ハイブリッド回路34及びそれらの後段のデバイスによる受信処理については、実施例1と同様である。
The mode converter 33 converts the high-order mode optical signal output from the
上述の構成によれば、モード分離器32及びモード変換器33は、単一の波長にのみ対応していればよく、それらの光デバイスの設計及び製造が容易になりうるとともに、それらの光デバイスの波長依存性が問題になることもない利点がある。なお、本実施例では、図8に示すように、モード分離器32及びモード変換器33を分離した構成としているが、これらを一体化した構成を採用することも可能である。
According to the configuration described above, the
10:光送信装置、30:光受信装置、50:光伝送路、51:多モード光ファイバ、52:多モード光増幅器
11:光源、12:光分岐回路、13:光変調器、14:光増幅器、15:モード変換器、16:モード多重器、17:波長多重器、20:生成ユニット
31:波長分離器、32:モード分離器、33:モード変換器、34:光ハイブリッド回路、35:受光素子、36:サンプリング処理部、37:MIMO処理部、38:キャリア推定部、39:符号再生部、40:受信ユニット、41:局発光源、42:光分岐回路
10: Optical transmitter, 30: Optical receiver, 50: Optical transmission line, 51: Multimode optical fiber, 52: Multimode optical amplifier 11: Light source, 12: Optical branch circuit, 13: Optical modulator, 14: Optical Amplifier, 15: Mode converter, 16: Mode multiplexer, 17: Wavelength multiplexer, 20: Generation unit 31: Wavelength separator, 32: Mode separator, 33: Mode converter, 34: Optical hybrid circuit, 35: Light receiving element, 36: sampling processing unit, 37: MIMO processing unit, 38: carrier estimation unit, 39: code reproduction unit, 40: reception unit, 41: local light source, 42: optical branch circuit
Claims (15)
前記光送信装置は、
それぞれ異なる波長を有するモード多重信号を生成する複数の生成ユニットであって、各生成ユニットが、
それぞれ独立して変調され、かつ、単一の波長を有する基本モードの第1及び第2の光信号のうち、前記第2の光信号を前記基本モードから高次モードに変換するモード変換器と、
前記基本モードの前記第1の光信号と前記高次モードの第2の光信号とを多重化することで、モード多重信号を生成するモード多重器と、
を含む、前記複数の生成ユニットと、
前記複数の生成ユニットから出力される、それぞれ異なる波長を有する複数のモード多重信号を多重化することで、前記光受信装置へ送信すべき光信号を生成する波長多重器と、を備え、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から受信された光信号を、前記基本モードの光信号と前記高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、
前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器であって、前記モード分離器からの前記高次モードの光信号の出力に対して、波長多重された当該高次モードの光信号の波長分離用の第2波長分離器の前段に設けられ、前記モード分離器からの前記基本モードの光信号の出力に対しては、波長多重された当該基本モードの光信号の波長分離用の第1の波長分離器の前段に設けられていない、前記モード変換器と、
前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第1の波長分離器と、
前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第2の波長分離器と、
それぞれ異なる波長に対応しており、前記第1及び第2の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、を備える
ことを特徴とする光通信システム。 An optical communication system comprising an optical transmitter and an optical receiver that receives an optical signal transmitted from the optical transmitter,
The optical transmission device,
A plurality of generation units for generating mode-multiplexed signals each having a different wavelength, each generation unit comprising:
A mode converter that converts the second optical signal from the fundamental mode to a higher-order mode among the first and second fundamental-mode optical signals that are independently modulated and have a single wavelength. ,
A mode multiplexer that generates a mode multiplexed signal by multiplexing the first optical signal of the fundamental mode and the second optical signal of the higher order mode;
A plurality of generation units, including:
A wavelength multiplexer that generates an optical signal to be transmitted to the optical receiving device by multiplexing a plurality of mode-multiplexed signals having different wavelengths, which are output from the plurality of generating units,
The optical receiving device,
An optical signal received from the optical transmitter, a mode separator for separating the optical signal of the fundamental mode and the optical signal of the higher mode,
A mode converter for converting the higher-order mode optical signal output from the mode separator from the higher-order mode to the fundamental mode, wherein the higher-order mode optical signal is output from the mode separator. On the other hand, for the output of the fundamental mode optical signal from the mode demultiplexer, which is provided before the second wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed high-order mode optical signal, The mode converter, which is not provided before the first wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed optical signal of the fundamental mode,
The first wavelength demultiplexer that demultiplexes the optical signal of the fundamental mode output from the mode demultiplexer into a plurality of optical signals of different wavelengths,
The second wavelength demultiplexer that demultiplexes the optical signal of the fundamental mode output from the mode converter into a plurality of optical signals of different wavelengths,
A plurality of receiving units that respectively correspond to different wavelengths and perform a receiving process of optical signals of the corresponding wavelengths output from the first and second wavelength demultiplexers, and optical communication. system.
単一の波長を有する光を発生する単一の光源と、
それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記光源を共通に使用する複数の光変調器であって、前記光源から出力された光をそれぞれ独立して変調することで、前記基本モードの光信号をそれぞれ生成する、前記複数の光変調器と、を含み、
前記基本モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第1の光信号を生成し、
前記高次モードに対応する光変調器は、前記基本モードの前記第2の光信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。 Each generation unit of the optical transmission device,
A single light source that produces light having a single wavelength;
A plurality of optical modulators corresponding to different modes and commonly using the light source, wherein the light signals of the fundamental mode are obtained by independently modulating the light output from the light source. A plurality of optical modulators, each of which generates
An optical modulator corresponding to the fundamental mode generates the first optical signal in the fundamental mode,
The optical communication system according to claim 1, wherein the optical modulator corresponding to the higher-order mode generates the second optical signal in the fundamental mode.
ことを特徴とする請求項2に記載の光通信システム。 The optical generator according to claim 2, wherein each generation unit of the optical transmitter further includes at least one of an optical amplifier and an optical attenuator that adjusts the power of an optical signal generated by each optical modulator. Communications system.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の光通信システム。 The optical transmitter is configured such that an optical modulator corresponding to the added higher-order mode can be added to each generation unit in order to enable addition of the higher-order mode to be transmitted. The optical communication system according to claim 2 or 3.
ことを特徴とする請求項4に記載の光通信システム。 Each of the generation units of the optical transmission device is configured to be connectable to the light source through an optical branching circuit that branches the light output from the light source, the optical modulator to be added. The optical communication system according to claim 4.
単一の波長を有する光を発生する単一の局発光源と、
それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記局発光源を共通に使用する複数の光ハイブリッド回路と、を更に含み、
前記基本モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第1の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行い、
前記高次モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第2の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行う
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光通信システム。 Each receiving unit of the optical receiving device,
A single local light source that produces light having a single wavelength;
A plurality of optical hybrid circuits that correspond to different modes and that commonly use the local oscillation light source,
The optical hybrid circuit corresponding to the fundamental mode performs coherent detection of the optical signal of the fundamental mode output from the first wavelength demultiplexer by the light output from the local light source,
The optical hybrid circuit corresponding to the higher order mode performs coherent detection of the optical signal of the fundamental mode output from the second wavelength demultiplexer by the light output from the local light source. The optical communication system according to any one of claims 1 to 5.
追加される高次モードに対応する、第2の波長分離器と、当該第2の波長分離器と前記モード分離器との間に設けられるモード変換器とを増設可能に構成され、かつ、
前記追加される高次モードに対応する光ハイブリッド回路を各受信ユニットに増設可能に構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の光通信システム。 The optical receiving device, in order to enable the addition of the higher order mode to be received,
A second wavelength demultiplexer corresponding to the added higher-order mode and a mode converter provided between the second wavelength demultiplexer and the mode demultiplexer are configured to be expandable, and
The optical communication system according to claim 6, wherein the optical hybrid circuit corresponding to the added high-order mode is configured to be expandable to each receiving unit.
ことを特徴とする請求項7に記載の光通信システム。 Each receiving unit of the optical receiving device is configured to be able to connect the optical hybrid circuit to be added to the local light source via an optical branching circuit for branching the light output from the local light source. The optical communication system according to claim 7, wherein:
ことを特徴とする請求項8に記載の光通信システム。 Each receiving unit of the optical receiving device includes a light receiving element for converting an optical signal output from each optical hybrid circuit into an electric signal, and a plurality of electric signals corresponding to the same wavelength and corresponding to different modes. The optical communication system according to claim 8, wherein an electric circuit that performs MIMO signal processing is provided in advance.
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光通信システム。 10. The optical communication system according to claim 1, wherein an optical transmission line between the optical transmitter and the optical receiver includes a multimode optical fiber and a multimode optical amplifier. ..
前記光送信装置から受信された光信号を、基本モードの光信号と高次モードの光信号とに分離するモード分離器と、
前記モード分離器から出力された前記高次モードの光信号を、前記高次モードから前記基本モードに変換するモード変換器であって、前記モード分離器からの前記高次モードの光信号の出力に対して、波長多重された当該高次モードの光信号の波長分離用の第2波長分離器の前段に設けられ、前記モード分離器からの前記基本モードの光信号の出力に対しては、波長多重された当該基本モードの光信号の波長分離用の第1の波長分離器の前段に設けられていない、前記モード変換器と、
前記モード分離器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第1の波長分離器と、
前記モード変換器から出力された前記基本モードの光信号を、それぞれ異なる波長の複数の光信号に分離する前記第2の波長分離器と、
それぞれ異なる波長に対応しており、前記第1及び第2の波長分離器から出力される、対応する波長の光信号の受信処理を行う複数の受信ユニットと、
を備えることを特徴とする光受信装置。 An optical receiving device for receiving an optical signal transmitted from an optical transmitting device,
An optical signal received from the optical transmitter, a mode separator for separating an optical signal of a fundamental mode and an optical signal of a higher mode,
A mode converter for converting the higher-order mode optical signal output from the mode separator from the higher-order mode to the fundamental mode, wherein the higher-order mode optical signal is output from the mode separator. On the other hand, for the output of the fundamental mode optical signal from the mode demultiplexer, which is provided before the second wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed high-order mode optical signal, The mode converter, which is not provided before the first wavelength demultiplexer for wavelength demultiplexing the wavelength-multiplexed optical signal of the fundamental mode,
The first wavelength demultiplexer that demultiplexes the optical signal of the fundamental mode output from the mode demultiplexer into a plurality of optical signals of different wavelengths,
The second wavelength demultiplexer that demultiplexes the optical signal of the fundamental mode output from the mode converter into a plurality of optical signals of different wavelengths,
A plurality of receiving units that respectively correspond to different wavelengths and perform a receiving process of optical signals of the corresponding wavelengths output from the first and second wavelength demultiplexers;
An optical receiver comprising:
単一の波長を有する光を発生する単一の局発光源と、
それぞれ異なるモードに対応しており、かつ、前記局発光源を共通に使用する複数の光ハイブリッド回路と、を更に含み、
前記基本モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第1の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行い、
前記高次モードに対応する光ハイブリッド回路は、前記局発光源から出力された光によって、前記第2の波長分離器から出力された前記基本モードの光信号のコヒーレント検波を行う
ことを特徴とする請求項11に記載の光受信装置。 Each receiving unit of the optical receiving device,
A single local light source that produces light having a single wavelength;
A plurality of optical hybrid circuits that correspond to different modes and that commonly use the local oscillation light source,
The optical hybrid circuit corresponding to the fundamental mode performs coherent detection of the optical signal of the fundamental mode output from the first wavelength demultiplexer by the light output from the local light source,
The optical hybrid circuit corresponding to the higher order mode performs coherent detection of the optical signal of the fundamental mode output from the second wavelength demultiplexer by the light output from the local light source. The optical receiver according to claim 11.
追加される高次モードに対応する、第2の波長分離器と、当該第2の波長分離器と前記モード分離器との間に設けられるモード変換器とを増設可能に構成され、かつ、
前記追加される高次モードに対応する光ハイブリッド回路を各受信ユニットに増設可能に構成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の光受信装置。 The optical receiving device, in order to enable the addition of the higher order mode to be received,
A second wavelength demultiplexer corresponding to the added higher-order mode and a mode converter provided between the second wavelength demultiplexer and the mode demultiplexer are configured to be expandable, and
The optical receiving device according to claim 12, wherein the optical hybrid circuit corresponding to the added higher-order mode is configured to be able to be added to each receiving unit.
ことを特徴とする請求項13に記載の光受信装置。 Each receiving unit of the optical receiving device is configured to be able to connect the optical hybrid circuit to be added to the local light source via an optical branching circuit for branching the light output from the local light source. The optical receiving device according to claim 13, wherein:
ことを特徴とする請求項14に記載の光受信装置。 Each receiving unit of the optical receiving device includes a light receiving element for converting an optical signal output from each optical hybrid circuit into an electric signal, and a plurality of electric signals corresponding to the same wavelength and corresponding to different modes. The optical receiving apparatus according to claim 14, wherein an electric circuit that performs MIMO signal processing is provided in advance.
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