JP7828602B2 - モード分散補償用情報の取得方法及び装置 - Google Patents
モード分散補償用情報の取得方法及び装置Info
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Description
また,従来の光MIMO処理は光時間領域でモード分散補償を行うので,高速な信号に対応すること容易ではない。
また,従来の光MIMO処理では,モード分散量が大きい伝送路に対応することが容易ではない。
この発明は,例えば,上記の課題のうちいずれか一つ以上を解決することを目的とする。
すると,この方法は,光伝搬工程と,周波数応答測定工程と,モード分散補償用情報取得工程と,を含む。
光伝搬工程は,モード分割多重伝送の1番目のモードからM番目のモードのそれぞれについて,モード合波器から光プローブ信号を送信し,マルチモードファイバを伝搬させるための工程である。
周波数応答測定工程は,マルチモードファイバを伝搬した光プローブ信号の複素振幅の周波数応答(1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答)を測定するための工程である。
モード分散補償用情報取得工程は,1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答を用いて,モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差を含むモード分散補償用情報を取得するための工程である。
この工程は,1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答をM×M行列にまとめた周波数応答行列Hを得る工程と,
周波数応答行列Hを特異値分解し,モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差の関数を対角行列の要素として含む行列Λを得る工程と,
を含むものが好ましい。
この方法は,モード多重工程と,伝搬工程と,モード分離工程と,モード分散補償工程とを含む。
モード多重工程は,光信号をモード合波器でモード多重してモード分割多重信号を得るための工程である。
伝搬工程は,モード分割多重信号がマルチモードファイバを伝搬する工程である。
モード分離工程は,マルチモードファイバを伝搬したモード分割多重信号をモード分離器によりモード分離してモード分離信号を得るための工程である。
モード分散補償工程は,モード分離信号に対し,モード分散補償用情報に基づく光学的処理を施し,モード分散補償を行うための工程である。
また,従来の光MIMO処理は光時間領域でモード分散補償を行う。一方,本発明は,光周波数領域でモード分散補償を行うため,より高速な信号に対応することが可能となる。
また,この発明による補償可能なモード分散量は,伝達関数測定部における光スペクトルの測定分解能およびモード分散補償部における分光装置の分解能と複素振幅変調器の数に大きく依存する。従って,これらのパラメータの性能が良い部材を用いてシステムを構成することでモード分散量が大きい伝送路に対応することが可能である。
図1は,モード分散補償方法を実現するためのシステムの構成例を示す概念図である。図1に示されるように,このシステムは,各モードに相当する複数の光源と,各光源からの光に変調を与えるそれぞれの光源に対応した複数の変調器と,複数の変調器に変調信号を与える信号生成部を有する。さらに,変調器により適宜変調が施された複数の光信号のそれぞれと対応するプローブ光とを号波する。複数の合波部が存在する。光源からの複数の光と対応するプローブ光との合波光は,モード合波器にて合波され,モード分割多重信号が得られる。モード分割多重信号は,伝送路を介して,モード分離器に伝えられる。モード分離器でモード分離された各光信号について,それに対応した光複素振幅測定器で,光複素振幅を測定する。測定した結果は,演算処理され,伝送路の伝達関数が求められる。図1の例では,逆行列計算部により,モード分散補償を行うための情報が求められる。モード分散補償部では,得られたモード分散補償を行うための情報に基づいて,各モード分離光に対しモード補償を行う。モード補償を行った各光を受信器で受信する。なお,モード分散補償方法を実現するためのシステムでは,モード補償を行うための情報を求め,求めた情報に基づいて,モード補償を行ったうえで,モード分割多重信号を送信する。
光伝搬工程(S101)は,モード分割多重伝送の1番目のモードからM番目のモードのそれぞれについて,モード合波器から光プローブ信号を送信し,マルチモードファイバを伝搬させるための工程である。この工程では,光源からプローブ光をモード合波器のi番目のポートを介してM個の伝搬モードを有する伝送路3へと入射させる。すなわち,伝送路3内にi番目の空間モードが選択的に励振される。
光源には単一パルス光源,スーパーコンティニウム光源などのコヒーレントな高帯域光源,波長掃引レーザ光源などを用いることができる。伝送路3は,マルチモードファイバ(MMF)である。マルチモードファイバ(MMF)には,伝搬モード数を抑えた数モードファイバ(FMF),及び結合型マルチコアファイバを含む。伝送路3内ではモード分散によって,i番目のモードとして選択的に励振されたプローブ光は各モードへとエネルギーが遷移し,それらのモードごとに異なる群遅延と損失を受ける。
周波数応答測定工程(S102)は,マルチモードファイバを伝搬した光プローブ信号の複素振幅の周波数応答(1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答)を測定するための工程である。
マルチモードファイバを伝搬した光プローブ信号を,モード分離器を用いて各モードへと分離する。そして,モード分散を受けたプローブ光の強度および位相を含む複素振幅を,モード分離器を介して各モードへと分離された状態で光複素振幅測定装置において測定する。この時,光複素振幅測定装置として,コヒーレントレシーバや光スペクトラムアナライザを用いることができる。
モード分散補償用情報取得工程(S103)は,1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答を用いて,モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差を含むモード分散補償用情報を取得するための工程である。この工程は,1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答をM×M行列にまとめた周波数応答行列Hを得る工程と,周波数応答行列Hを特異値分解し,モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差の関数を対角行列の要素として含む行列Λを得る工程と,を含むものが好ましい。
一方で,光複素振幅測定装置として,光スペクトラムアナライザを用いる場合はフーリエ変換なしに周波数応答が得られる。M番目のモードまで同様の操作を行うことで,hMMまでのMxM個の周波数応答が得られる。これら全ての周波数応答をMxM行列にまとめると,式(1)で示されるMMFの伝達関数が得られる。
図3は,モード分散補償部の構成の例を示す概念図である。この例は,図1に示す装置におけるモード分散補償部に相当する。図3に示すように,このモード分散補償部は,モード分離器と接続された分光器と,各文光器と接続された光分離器(例:ビームスプリッタ)と,光分離器と接続された光複素振幅変調器と,光複素振幅変調器と接続された光結合器(ビームコンバイナ)とを有する。光複素振幅変調器には,モード分散補償用情報に基づく信号(この例では,逆行列計算部からの信号)が入力され,適切な変調が施される。以下モード分散補償を行うための各工程について説明する。
モード多重工程(S201)は,光信号をモード合波器でモード多重してモード分割多重信号を得るための工程である。光源からの光を変調器によって実際に伝送したい信号a(t) = (a1(t), a2(t), …, aM(t))Tに変調し,モード合波器によってモード多重してモード分割多重信号を得る。
伝搬工程(S202)は,モード分割多重信号がマルチモードファイバを伝搬する工程である。モード多重工程で得られたモード分割多重信号が伝送路に入射する。伝送路3中では,各信号がモード分散を受ける。すなわち,各信号にH(ω)が作用する。この時,MMFの伝達関数であるH(w)は周波数応答であるので,各信号がフーリエ変換されたスペクトルA(ω) = (A1(ω), A2(ω), …, AM(ω))Tとの積H(ω)A(ω)となる。この伝送路3(伝搬路)は,図1に示す装置における伝送路3である。
モード分離工程(S203)は,マルチモードファイバを伝搬したモード分割多重信号をモード分離器によりモード分離してモード分離信号を得るための工程である。マルチモードファイバを伝搬したモード分割多重信号は,モード分離器(モード分離部)によって各モードが分離される。
モード分散補償工程(S204)は,モード分離信号に対し,モード分散補償用情報に基づく光学的処理を施し,モード分散補償を行うための工程である。モード分散補償を行った後にモード分割多重信号を伝送する。このようにして,モード分散補償を行ったモード分割多重信号を伝送できる。各モード(H(ω)A(ω)の各要素)はそれぞれモード分散補償部に入射する。図3に示すモード分散補償部では,まず,分光器によって光周波数ごとに分光されたのちに,ビームスプリッタによって各モードがそれぞれM分岐される。分光器としては,回折格子,プリズム,アレイ導波路回折格子(AWG)などを使用することができる。分光・分岐されたM×M個の信号に対して,複素振幅変調器を用いて,伝達関数測定部で求めたH(ω)-1の各要素を積算されたのち,ビームコンバイナによって対応する信号同士が合波される。このようにしてH(ω)-1H(ω)A(ω)となる。そして,H(ω)-1H(ω)が相殺され,A(ω)だけが得られる。複素振幅変調器として,空間光変調器やニオブ酸リチウム電気光学変調器(LN変調器)などを用いることができる。その後,再度分光器を通ることで各光周波数が足し合わされることによって,元の信号a(t) = (a1(t), a2(t), …, aM(t))Tが得られ受信器によって受信される。本形態は一例であり,分光器や複素振幅変調器は光周波数領域で複素振幅変調が可能であるものであれば形態は限定されない。
図5は,モード分散補償方法を実現するためのシステムの別の構成例を示す概念図である。図5に示す例では,Mと同数のプローブ光を変調器によって個別に擬似ランダム符号などの既知の信号に変調する。この時,それぞれの信号は相関が無いように生成することが好ましい。そして,変調された各プローブ光をモード合波器の各ポートを介して同時に伝送路に入射させる。各プローブ光は上記の形態と同様にモード分散を受けてH(ω)が作用する。そして,モード分散を受けた各プローブ光はモード分離器によって各モードに分離された後にそれぞれ光複素振幅測定装置によって測定される。そして,デジタル信号に変換され,M個の入力とM個の出力を持つバタフライ型の有限インパルス応答(FIR)フィルタで構成される多入力多出力(MIMO)処理部によってモード分散がデジタル的に補償される。そして,符号判定回路によってFIRフィルタの出力と元の信号とが一致するようにFIRフィルタの係数を決定する。決定されたFIRフィルタの係数は各モードにおけるインパルス応答である。したがって,FIRフィルタの係数をフーリエ変換することでH(ω)が得られる。この形態においても逆行列計算部によってH(ω)の逆行列であるH(ω)-1を求めることができる。この形態の場合,光源と変調器をモード分散補償工程で用いるものと共用することができる。また,この形態においても,モード分散補償工程は図1に示すシステムと同様に構成される同一の機能を有する。
図6は,この発明の利用例を示す概念図である。上記の通り,本発明は複数の伝搬モードを有するマルチモードファイバ,フューモードファイバ,結合型マルチコアファイバを用いた光海底ケーブルや地上系の光ファイバ伝送路の信号補償に用いることが可能である。また,モード数を一つとした場合のモード分散と同義である波長分散も補償可能であるため,従来のシングルモードファイバによる光ファイバ伝送路にも適用が可能である。さらに,この発明は,光ネットワークにも応用が可能である。前述したように,光ファイバによる光ネットワークは光パスによって光信号のまま経路が切り替わるため,従来のシステムでは,デジタル信号への変換が必須なMIMO処理は処理時間による遅延や光電変換によるロス,消費電力が問題となった。図6に示されるように,本発明を適用することで,デジタル処理によるMIMO処理が不要となりMMF,FMFおよび結合型マルチコアファイバ用のモード選択光スイッチが実現できる。
3 伝送路
5 周波数応答測定部
7 モード分散補償用情報取得部
Claims (4)
- マルチモードファイバを用いたモード分割多重伝送におけるモード分散を補償するための光学的処理条件を得るためのモード分散補償用情報の取得方法であって,
前記モード分割多重伝送はM番目(Mは2以上の整数)までのモードを含み,
前記モード分割多重伝送の1番目のモードからM番目のモードのそれぞれについて,
モード合波器から光プローブ信号を送信し,前記マルチモードファイバを伝搬させる光伝搬工程と,
前記マルチモードファイバを伝搬した前記光プローブ信号の複素振幅の周波数応答を測定する周波数応答測定工程と,
前記1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答を用いて,前記モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差を含むモード分散補償用情報を取得するモード分散補償用情報取得工程と,を含み,
前記モード分散補償用情報取得工程は,
前記1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答をM×M行列にまとめた周波数応答行列Hを得る工程と,
前記周波数応答行列Hを特異値分解し,前記モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差の関数を対角行列の要素として含む行列Λを得る工程と,
を含む,
方法。 - 請求項1に記載の方法により得られたモード分散補償用情報を用いたマルチモードファイバを用いたモード分割多重伝送方法であって,
光信号を前記モード合波器でモード多重してモード分割多重信号を得るモード多重工程と,
前記モード分割多重信号が前記マルチモードファイバを伝搬する伝搬工程と,
前記マルチモードファイバを伝搬した前記モード分割多重信号をモード分離器によりモード分離してモード分離信号を得るモード分離工程と,
前記モード分離信号に対し,前記モード分散補償用情報に基づく光学的処理を施し,モード分散補償を行う,モード分散補償工程と
を含む,方法。 - マルチモードファイバを用いたモード分割多重伝送におけるモード分散を補償するための光学的処理条件を得るためのモード分散補償用情報の取得装置(1)であって,
前記モード分割多重伝送はM番目(Mは2以上の整数)までのモードを含み,
前記モード分割多重伝送の1番目のモードからM番目のモードのそれぞれについて,
モード合波器から光プローブ信号を送信し,前記マルチモードファイバを伝搬させる伝送路(3)と,
前記マルチモードファイバを伝搬した前記光プローブ信号の複素振幅の周波数応答を測定する周波数応答測定部(5)と,
前記1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答を用いて,前記モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差を含むモード分散補償用情報を取得するモード分散補償用情報取得部(7)と,を含み,
前記モード分散補償用情報取得部(7)は,
前記1番目のモードからM番目のモードの複素振幅の周波数応答をM×M行列にまとめた周波数応答行列Hを得て,前記周波数応答行列Hを特異値分解し,前記モード分割多重伝送におけるモード間の群遅延差及び損失差の関数を対角行列の要素として含む行列Λを得ることにより,前記モード分散補償用情報を取得する,
装置。 - 請求項3に記載のモード分散補償用情報の取得装置(1)を含むモード分割多重伝送システムであって,
モード分離信号に対し,前記モード分散補償用情報に基づく光学的処理を施し,モード分散補償を行う,モード分散補償部(9)をさらに有するシステム。
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| JP2022013280A JP7828602B2 (ja) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | モード分散補償用情報の取得方法及び装置 |
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| JP2022013280A JP7828602B2 (ja) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | モード分散補償用情報の取得方法及び装置 |
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| US20130236195A1 (en) | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Optical feed-forward equalizer for mimo signal processing |
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| JP2017156308A (ja) | 2016-03-04 | 2017-09-07 | 住友電気工業株式会社 | モード依存損失測定方法および測定装置 |
| US20180234185A1 (en) | 2015-06-26 | 2018-08-16 | Aston University | Mode division multiplexed passive optical network |
-
2022
- 2022-01-31 JP JP2022013280A patent/JP7828602B2/ja active Active
- 2022-12-16 WO PCT/JP2022/046510 patent/WO2023145297A1/ja not_active Ceased
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