WO2013114965A1 - 光時分割多重伝送システム - Google Patents

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隆行 黒須
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独立行政法人産業技術総合研究所
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/08—Time-division multiplex systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical time division multiplex transmission system for increasing the transmission rate of information transmission.
  • OTDM Optical time division multiplexing
  • FIG. 1 shows the principle of OTDM transmission.
  • N optical transmitters 2 Ch.1 to Ch.N that output RZ signals having a symbol rate (clock frequency) of f 0 [baud / second] are used.
  • Optical signal pulses to be output are arranged at equal intervals by a multiplexer (Mux) 3 and converted into serial signals.
  • f 0 [baud / sec] is set to a value equal to or less than the upper limit that can be handled by the electrical phase synchronization circuit (PLL circuit).
  • PLL circuit electrical phase synchronization circuit
  • the receiver includes a demultiplexer (Demux) 4 on the optical input side, divides this OTDM signal into N parallel signals (Demux), and performs signal processing for each channel.
  • a general optical device has an input / output port for signal light and an input port for control light, and controls the intensity and phase of the signal light by turning on / off the control light.
  • ISBT semiconductor intersubband transition
  • the channel identification information is transmitted using a wavelength in a band (Outband) different from that of data by using a signal in which a clock pulse is superimposed on an optical time division multiplexed signal as a transmission signal. You can also. However, in that case, an extra band or power is required as the occupied band of the wavelength, and further, there is a problem that the timing of the extraction clock is likely to fluctuate due to the influence of the dispersion of the transmission path. It is desirable to transmit the channel identification information by Inband).
  • a method of transmitting channel identification information within a data band has been devised for OTDM transmission of OOK (On-off keying), which is a method of transmitting information using the intensity of an optical pulse, It is difficult to adopt such a method for a signal of the PSK method (Phase-shift keying), which is a method for transmitting information using the phase of an optical pulse.
  • OOK On-off keying
  • PSK Phase-shift keying
  • the multi-channel signal generation unit uses a symbol rate f 0 [baud / Second] OOK-RZ optical signal is generated, and the MUX / channel identification information adding unit 10 applies phase modulation only to a specific channel (reference channel) to perform time division multiplexing. This makes it possible to distinguish the reference channel shown in black from other channels (normal channels without phase modulation).
  • 11 is a phase modulation detector
  • 12 is a clock extractor
  • 13 is an OTDM signal divider.
  • This method does not require precise control of the photoelectric field phase over all pulses, but the transmitter requires an intensity modulator for data transmission and a phase modulator for channel information transmission, and the receiver also performs phase modulation.
  • the system may be complicated, such as requiring a detector. Both of these methods are effective for the OOK type OTDM because they use the photoelectric field phase, but cannot be applied to the PSK type OTDM.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to obtain an optical time division multiplex transmission system having a simple system configuration without lowering spectrum use efficiency. That is.
  • the present invention modulates the pulse interval in OTDM transmission and adds a clock frequency component to the light intensity spectrum, so that the receiver always outputs a clock signal to the data at a constant timing.
  • the following technical means were taken. That is, (1) N optical transmitters that output optical pulse signals (RZ signals) with a symbol rate of f 0 [baud / sec] are used, and the N parallel optical signals are overlapped by a multiplexing device while shifting the time.
  • the multiplexing device includes the N channels (Ch 1 to Ch N ), the optical signal pulses are multiplexed by setting a specific time interval between any of the adjacent optical signal pulses, and the receiver performs the specific time interval. Based on the interval, the clock frequency f 0 [Hz] is extracted, and signal processing for each channel is performed.
  • the N optical transmitters output optical signal pulses at equal intervals from the N channels (Ch 1 to Ch N ).
  • the N channels A time interval in which no optical signal pulse exists is generated between any of the adjacent optical signal pulses from (Ch 1 to Ch N ).
  • N optical transmitters that output optical pulse signals (RZ signals) with a symbol rate of f 0 [baud / sec] are used, and these N optical parallel signals are overlapped with a multiplexing device shifted in time.
  • the multiplexing device includes the channels (Ch 1 to Ch N ) optical signal pulses from N ) are multiplexed by periodically changing the time interval between adjacent optical signal pulses every M (where M is a divisor of N).
  • the receiver extracts the clock frequency f 0 based on the period for each of the M lines, and performs signal processing for each channel.
  • N optical transmitters that output optical pulse signals (RZ signals) having a symbol rate of f 0 [baud / sec] are used, and the N parallel optical signals are overlapped at different times by a multiplexer.
  • RZ signals optical pulse signals
  • N parallel optical signals are overlapped at different times by a multiplexer.
  • At least one interval between optical signal pulses adjacent to each other at equal intervals is changed, optical signal pulses having different wavelengths are inserted between data, and N channels (Ch 1 to Ch) are inserted.
  • N to periodically change the interval of the optical signal pulse to the intensity spectrum of the OTDM signal without manipulating the phase or intensity of the optical signal pulse, and a frequency equal to the symbol rate f 0 or an integral multiple thereof.
  • Ingredients can be added. Since the clock frequency f 0 [Hz] can be extracted on the basis of the added frequency component, PSK that transmits information using the phase of an optical pulse, which has recently become increasingly important with the spread of digital coherent communication.
  • channel identification information can be put on the OTDM signal with the same system configuration as that of normal OTDM transmission.
  • the clock can be extracted by a normal electronic circuit on the receiving side without using an ultrahigh-speed optical device or the like. Therefore, the apparatus is simple and can transmit a signal with high quality as compared with a method of adding channel identification information to data using phase or intensity modulation. In addition, this method can be applied to both OOK and PSK transmission formats.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of OTDM transmission.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the necessity of extracting a clock signal.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional technique.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the prior art.
  • FIG. 5 is a diagram showing still another example of the prior art.
  • FIG. 6A is a diagram showing a conventional pulse train in which optical signal pulses are arranged at the same time interval in order to explain the basic principle of the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram showing a pulse train of the present invention in which a time interval of ⁇ T is inserted for each N-channel signal in order to explain the basic principle of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating the transmission side according to the first embodiment of this invention.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating the receiving side according to the first embodiment of this invention.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a transmission side in a modification of the first embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a reception side in a modification of the first embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating the transmission side according to the second embodiment of this invention.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating the receiving side according to the second embodiment of this invention.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating the transmission side according to the third embodiment of this invention.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the receiving side according to the third embodiment of this invention.
  • FIG. 6A and 6B show the principle of the present invention.
  • optical signals pulses (RZ optical signals) a of Ch 1 to Ch N are arranged at the same time interval T, where the horizontal axis is time.
  • the clock frequency of the transmitter is f 0 [Hz] and the signal multiplicity is N
  • f The frequency component of 0 [Hz] is not included. Therefore, in the present invention, a new frequency component is added to the light intensity spectrum of the OTDM signal by arranging the pulse intervals so that they are periodically changed when multiplexing optical signals.
  • a pulse array as shown in FIG. 6B is inserted by inserting a time interval of ⁇ T between the optical signal pulse from the last channel and the first channel starting next in a series of N optical signal pulses. Can be obtained.
  • a clock frequency component having a sufficient strength to be extracted using a PLL circuit is added to the light intensity spectrum of the OTDM signal thus generated. Further, in the dividing device, it is possible to identify the channel based on the presence of ⁇ T.
  • FIG. 7A and 7B show typical examples of pulse arrangements that enable channel identification according to the first embodiment.
  • FIG. 7A shows the transmitting side
  • FIG. 7B shows the receiving side.
  • the multi-channel signal generation unit 14 On the transmission side, in synchronization with a clock signal (electrical signal) having a clock frequency f 0 [Hz], the multi-channel signal generation unit 14 generates N channels of electric signals having a transmission rate f 0 [baud / sec].
  • the signal is converted into an RZ optical signal by an electro / optical converter 15 including an electro-optic modulator.
  • ⁇ T a transmission rate
  • a pulse interval longer than this uniform time interval by ⁇ T is provided after the optical signal pulse train equally spaced from the channel (Ch 1 ) to the channel (Ch N ).
  • the OTDM signal (transmission rate N ⁇ f 0 [baud / sec]) is output.
  • a part of the OTDM signal is branched by the branching filter 17, and in the optical clock extracting unit 18, an optical receiver 19 composed of a photodiode or the like is used.
  • ⁇ T the clock frequency f 0 [Hz] can be extracted via the PLL circuit 20.
  • N optical signal pulses having a symbol rate (frequency) of f 0 [baud / sec] are output from the channels (Ch 1 to Ch N ) at equal intervals. 16, the optical signal from the (N + 1) channel is processed, and multiplexing is performed assuming that the (N + 1) th optical signal pulse is present after the optical signal pulse from Ch N.
  • the optical signal pulse of the channel (Ch N ) and the optical signal of the channel (Ch 1 ) of the next cycle are equivalent to one optical signal pulse and the normal time interval. A time gap will be formed between the pulses.
  • the optical signal pulses from channel 1 to channel N are arranged at equal intervals, and then an empty pulse is inserted. Then, an optical signal pulse of equal intervals from the pulse from channel 1 to channel N continues again, and this is repeated.
  • the optical clock extraction unit 18 detects that the time interval of the optical signal pulse has increased due to this empty pulse, so that the symbol rate (frequency) is f 0 [baud / sec] from the transmitter side. It can be recognized that the optical signal is N-channel multiplexed and transmitted. In addition, since the channel 1 to channel N signals are sequentially transmitted after the empty pulse, the data channel can be identified based on the empty pulse, and the OTDM signal dividing unit 21 can separate the OTDM signal.
  • the signal generation unit 14 may be provided with a channel (Ch N + 1 ) that does not emit an optical signal pulse.
  • the time interval between the optical signal pulses is different from the normal one, and is provided between the optical signal pulse from Ch N and the optical signal pulse from Ch 1 of the next cycle. It may be provided between any of Ch 1 to Ch N-1 , and the time interval between optical signal pulses is one empty pulse, but it may be a plurality.
  • the PLL circuit 20 converts it.
  • the clock frequency f 0 it is possible to extract the clock frequency f 0 , so that the time interval may be shorter than the time interval set at equal intervals.
  • the time interval between specific optical signal pulses is set to a time interval different from the time interval set at equal intervals.
  • the clock frequency f 0 is extracted.
  • the optical frequency spectrum of the OTDM signal always has a clock frequency component. Therefore, the clock frequency f 0 can be extracted by the PLL circuit 20 if a different time interval is set between arbitrary optical signal pulses as well as between specific optical signal pulses. It becomes.
  • the time interval between specific optical signal pulses is set to a time interval different from the time interval set at equal intervals.
  • the time interval of the optical signal pulses of the channels (Ch 1 ) to (Ch N ) is changed at a predetermined period, and the clock frequency is extracted at this period.
  • N optical signal pulses from channel (Ch 1 ) to channel (Ch N ) are represented by M (M is a divisor of N).
  • the optical path length between the electrical / optical conversion unit 15 and the optical time division multiplexing unit 16 is changed so that the time interval between adjacent optical signal pulses for each M is T 1 to T M, and N optical signals are obtained.
  • N / M optical signal pulse groups whose time intervals change periodically are formed in the pulse.
  • a new component is added to the frequency (N / M) f 0 [Hz] in the light intensity spectrum of the OTDM signal thus formed.
  • This OTDM signal is input to the PLL circuit 20 via the optical receiver 19 in the clock extraction unit 18, and a frequency component of (N / M) f 0 [Hz] is detected.
  • the clock frequency f 0 can be extracted and output to the OTDM signal divider 21.
  • every N optical signal pulses from the channel (Ch 1 ) to the channel (Ch N ) have a wavelength different from that of the other optical signal pulses. At least one light pulse is inserted.
  • the channel (Ch N + 1 ) in addition to the channels (Ch 1 ) to (Ch N ) for transmitting the original information, the channel (Ch N + 1 ) Among the electrical / optical converters 15 corresponding to the channel (Ch N + 1 ), the optical transmitters corresponding to the channels (Ch 1 ) to (Ch N ) output, for example, the wavelength ⁇ 1.
  • the optical transmitter corresponding to the channel (Ch N + 1 ) outputs a pulse train having the wavelength ⁇ 2. That is, from the optical time division multiplexing unit 16, a signal in which pulsed light of another wavelength is present is output as an OTDM signal for each N-channel data (black waveform).
  • the OTDM signal thus formed includes a data pulse and a clock pulse, and as shown in FIG. 10B (reception side), is input to the filter 23 that transmits the demultiplexer 17 and ⁇ 2 on the reception side.
  • the optical receiver 19 and the PLL circuit 20 can extract the clock frequency f 0 [Hz].
  • the optical signal pulse of wavelength ⁇ 1 extracted from the demultiplexer 17 through the filter 24 that transmits ⁇ 1 is the optical signal pulse from the channel (Ch 1 ) to the channel (Ch N ). Is output to the OTDM signal dividing unit 21 and processed as signal data on the receiving side.
  • the optical signal pulse having the wavelength ⁇ 2 from the channel (Ch N + 1 ) is removed by the filter 24, whereby the OTDM signal in which the empty pulse is formed is passed through the demultiplexer 25.
  • the symbol rate f 0 may be extracted by the PLL circuit 20 by making the time interval different from that of other optical signal pulses by the empty pulse, as in the first embodiment. .
  • a time interval different from any of the predetermined time intervals is set between any of the adjacent optical signal pulses.
  • a frequency component can be added.
  • channel identification information can be included in an OTDM signal with the same system configuration as that of normal OTDM transmission.
  • the clock can be extracted by a normal electronic circuit on the receiving side without using an ultrahigh-speed optical device or the like. For this reason, for example, it can be expected to be widely used in communication systems for transmitting video signals for Super Hi-Vision that have been researched in recent years.

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Abstract

【課題】 シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、多重化装置(１６)によりそれらＮ本のパラレル光信号をシリアル信号に変換して受信器に送り、チャンネル毎の信号処理を行う。多重化装置(１６)は、Ｎ本のチャンネルからの光信号パルスのうち、隣り合う光信号パルスのいずれかの間に、他とは異なる時間間隔を設定して光信号パルスの多重化を行い、受信器が異なる光信号パルスの時間間隔に基づいて、クロック周波数ｆ0[Hz]を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行う。これにより、光時分割多重伝送システムにおいて、高価な超高速光デバイスなどを使用することなく、品位の高い情報伝送を実現する。

Description

光時分割多重伝送システム
　本発明は、情報伝送の伝送レートを高めるための光時分割多重伝送システムに関する。
　インターネットの急速な発展により、光通信に要求される伝送レートは年々高まっているが、電子デバイスの動作速度は限界に達しようとしている。
　一般に、単位時間に送信できる符号(シンボル)の数をシンボルレート[baud/秒]と呼ぶが、電子デバイスの上限を超えるシンボルレートで信号を伝送するためには、光領域で信号を多重化する光時分割多重(ＯＴＤＭ)が必要となる。
　ＯＴＤＭ伝送では強度または位相に変調の施された光パルス信号(ＲＺ信号と呼ばれる)を複数用意し、それらを高速に切り替えてシリアル信号に変換することで信号の多重化を図っている。
　図１に、ＯＴＤＭ伝送の原理を示す。
　例えば、多チャンネル信号送信機１として、シンボルレート(クロック周波数)がｆ0[baud/秒]のＲＺ信号を出力する光送信機２をＮ個(Ｃｈ.１～Ｃｈ.Ｎ)用い、これらが出力する光信号パルスを多重化装置(Ｍｕｘ)３で等間隔に配列してシリアル信号に変換する。ただし、ｆ0[baud/秒]は、電気的な位相同期回路(ＰＬＬ回路)で対応し得る上限以下の値とする。
　これにより、多重化装置(Ｍｕｘ)３からは、シンボルレートがｆ'＝Ｎ×ｆ0[baud/秒]のＯＴＤＭ信号が生成される。
　一方、受信機は、光入力側に分割装置(Ｄｅｍｕｘ)４を備えており、このＯＴＤＭ信号をＮ本のパラレル信号に分割(Ｄｅｍｕｘ)し、チャンネル毎に信号処理を行う。
　このＤｅｍｕｘ操作を行うためには、元の送信機のシンボルレート(＝ｆ0)に等しい周波数を持つ基準信号(クロック)が必要となる。したがって、受信機には受信したＯＴＤＭ光信号から、光クロック抽出部５によりこのクロック信号を生成する、いわゆる光クロック抽出機能が要求される。
　ＯＴＤＭ信号の基本周波数は電子デバイスの動作速度の限界を超えるため、通常ＯＴＤＭ信号からクロック信号を抽出するためには非線形光学効果を利用した超高速光デバイスが必要となる。
　このように、ＯＴＤＭ方式では多重/分割等の信号処理を電子デバイスの動作限界を超える速度で実行する必要があるが、これには非線形光学効果を応用した光デバイスが利用される。一般的な光デバイスは、信号光の入出力ポートと制御光の入力ポートを持ち、制御光のオン/オフにより信号光の強度や位相を制御する。
　代表的な超高速光デバイスとしては、非線形ファイバーで生じる４光波混合や半導体サブバンド間遷移(ＩＳＢＴ)が示す相互位相変調を利用したものがあり、下記非特許文献１にみられるように、ＩＳＢＴ光ゲートを用いてシンボルレートが１７２Ｇ[baud/秒]のＯＴＤＭが実現されている。
　これまでに超高速光デバイスを用いたクロック抽出方法がいくつか考案されているが、図２上段に示されるように、多重化されたＯＴＤＭ信号(ｆ'0[baud/秒])には通常チャンネルに関する情報は含まれていないので、抽出されるクロック抽出信号のタイミングには、図２下段に示されるように、Ｎ通りの任意性がある(下記非特許文献２参照)。
　したがって、受信装置において多重分離された信号のチャンネルを識別するためには、クロック信号がＯＴＤＭ信号に対して常に一定のタイミングで抽出されることが要求される。このため、下記非特許文献３に示されるように、データにチャンネル識別情報を付加して送信することが必要となる。
　チャンネル識別情報は、図３に示されるように、光時分割多重信号にクロックパルスを重畳したものを送信信号とすることにより、データとは別の帯域(Outband)の波長を用いて送信することもできる。しかし、その場合、波長の占有帯域として、余分な帯域や電力が必要となり、さらには、抽出クロックのタイミングが伝送路の分散の影響を受け変動し易い等の問題もあるので、データ帯域内(Inband)でチャンネル識別情報を送信する方が望ましい。
　これまでに光パルスの強度を用いて情報伝送する方式であるＯＯＫ方式(On-off keying)のＯＴＤＭ伝送に対しては、データ帯域内でチャンネル識別情報を伝送する方法が考案されているが、光パルスの位相を用いて情報伝送する方式であるＰＳＫ方式(Phase-shiftkeying)の信号に対しては、その様な方法を採用することは困難である。
　近年、デジタルコヒーレント通信の普及に伴いＰＳＫ方式の重要度が高まっており、ＰＳＫ方式のＯＴＤＭ信号においてチャンネル識別を可能にするクロック抽出技術の開発は重要課題となっている。
黒須隆行、その他、「光時分割多重を用いたスーパーハイビジョン映像の伝送」、信学技報、IEICE Technical Report、IA2009-91、p.53-p.58、(2010） 青梅恵之、尾路京一、山下育男、猪口勝司、「１６０Ｇｂｉｔ/ｓ　光ＲＺ信号からの１０ＧＨｚクロック信号抽出の検討」、IEEJ Trans. EIS、vol.125、No.10、p.1608-p.1613、(2005) 藤井浩三、「超高速光信号処理技術の開発」、沖テクニカルレビュー、第２０４号、Vol.72、No.4、p.70-p.75、2005年10月黒須隆行他、「光時分割多重を用いたスーパーハイビジョン映像の伝送」、信学技報、IEICE Technical Report、IA2009-91、p.53-p.58、(2010)
　ＯＯＫ方式のＯＴＤＭ信号に対しては、光パルス信号の電場の位相を制御してチャンネル識別情報をデータに付加する方法が２例提案されている。
　第１の例は、図４に示されるように、短パルス光源６の出力に強度変調を施して生成されるＮチャンネルのシンボルレートｆ0[baud/秒]のＲＺ光信号を多重化する際に、各チャンネルの光路長を調整して、隣接パルス間の光電場に固定した位相シフトφ１～φＮを与える。これら位相シフトの大きさをチャンネル毎に変化させることにより、ＯＴＤＭ信号の光強度スペクトルにクロック周波数成分を付加し、光クロック抽出部８に出力している。
(上記非特許文献３参照)。
　この例では、全光パルスの電場位相を精密に制御する必要があり、光信号の多重化(ＭＵＸ)部には高い作製精度が要求される。
　また、温度等の環境の変化に対して光電場位相が変化しない様に各チャンネルの光路長にフィードバック制御を施す必要があり、多重度Ｎが増えるほどシステムが複雑になる。
　第２の例は、本発明者らが先の出願(特願２０１１－０００１２２号)で提案しているもので、図５に示されるように、多チャンネル信号生成部でシンボルレートｆ0[baud/秒]のＯＯＫ-ＲＺ光信号をＮチャンネル生成し、ＭＵＸ・チャンネル識別情報付与部１０により、特定のチャンネル(基準チャンネル)にのみ位相変調を施して時分割多重化を行う。
　これにより、黒で示す基準チャンネルを他チャンネル(位相変調のないノーマルチャンネル)から識別することを可能にしている。なお、図中１１は位相変調検出部、１２はクロック抽出部、１３はＯＴＤＭ信号分割部である。
　この方法では全パルスにわたって精密に光電場位相を制御する必要はないが、送信機にデータ送信用の強度変調器とチャンネル情報送信用の位相変調器が必要となるほか、受信機にも位相変調検出器が必要となるなどシステムが複雑になる場合がある。
　また、これら２つの方法は、いずれも、光電場位相を利用するためＯＯＫ方式のＯＴＤＭには有効であるが、ＰＳＫ方式のＯＴＤＭには適用することができない。
　本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スペクトルの利用効率を下げることなく、システム構成が簡素な光時分割多重伝送システムを得ることである。
　この課題を解決するため、本発明は、ＯＴＤＭ伝送においてパルス間隔に変調を施して、光強度スペクトルにクロック周波数の成分を付加することによって、受信機がデータに対し常に一定のタイミングでクロック信号を抽出することを可能にする。
　より具体的には、本発明の光時分割多重伝送システムでは、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、それらＮ本のパラレル光信号を多重化装置により時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、前記多重化装置が、前記Ｎ本のチャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からの光信号パルスのうち、隣り合う光信号パルスのいずれかの間に特定の時間間隔を設定して光信号パルスの多重化を行うとともに、前記受信機が前記特定の時間間隔に基づいて、クロック周波数ｆ0[Hz]を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うようにした。
（２）前記Ｎ個の光送信機が、前記チャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)のＮ本から、等間隔に光信号パルスを出力するものであり、前記多重化装置において、前記Ｎ本のチャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からの隣り合う光信号パルスのいずれかの間に、光信号パルスが存在しない時間間隔を生成するようにした。
（３）シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、それらＮ本の光パラレル信号を多重化装置により時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、前記多重化装置が、前記チャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からのＮ本光信号パルスに対し、Ｍ本(ただし、ＭはＮ約数)毎に、隣り合う光信号パルス間の時間間隔を周期的に変化させて光信号パルスの多重化を行うとともに、前記受信機が前記Ｍ本毎の周期に基づいて、前記クロック周波数ｆ0を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うようにした。
（４）シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、それらＮ本のパラレル光信号を多重化装置により時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、前記光送信機の少なくとも１つから出力される光信号パルスの波長を、他の前記光トランシーバから出力される光信号パルスの波長と異ならせるとともに、前記受信機が前記波長が異なる光信号パルスからの光信号パルスに基づいて、前記シンボルレートｆ0を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うようにした。
　本発明によれば、等間隔に隣り合う光信号パルスの間隔の少なくともひとつを変化させたり、さらには、波長が異なる光信号パルスをデータ間に挿入したり、Ｎ本のチャンネル（Ｃｈ1～ＣｈN)からの光信号パルスの間隔を周期的に変化させたりすることにより、光信号パルスの位相や強度を操作することなくＯＴＤＭ信号の強度スペクトルに、シンボルレートｆ0あるいはその整数倍に等しい周波数成分を付加することができる。そして、付加された周波数成分に基づいて、クロック周波数ｆ0[Hz]を抽出できるので、近年、デジタルコヒーレント通信の普及に伴い重要度の高まっている、光パルスの位相を用いて情報伝送するＰＳＫ方式においても、通常のＯＴＤＭ伝送と全く同じシステム構成でＯＴＤＭ信号にチャンネル識別情報を載せることができる。しかも、受信側では超高速光デバイスなどを用いずに通常の電子回路でクロック抽出が可能になる。
　したがって、位相や強度変調などを利用してチャンネル識別情報をデータに付与する方法に比べて装置が簡素で、高い品質で信号を伝送することができる。また、本方法はＯＯＫ、ＰＳＫいずれの伝送フォーマットにも適用できる。
図１は、ＯＴＤＭ伝送の原理を示す図である。 図２は、クロック信号を抽出する必要性を説明する図である。 図３は、従来技術の一例を示す図である。 図４は、従来技術の他の例を示す図である。 図５は、従来技術のさらに他の例を示す図である。 図６Ａは、本発明の基本原理を説明するため、光信号パルスを同じ時間間隔で配列した従来のパルス列を示す図である。 図６Ｂは、本発明の基本原理を説明するため、Ｎチャンネルの信号毎にΔＴの時間間隔を挿入した本発明のパルス列を示す図である。 図７Ａは、本発明の実施例１の送信側を示す図である。 図７Ｂは、本発明の実施例１の受信側を示す図である。 図８Ａは、実施例１の変型例における送信側を示す図である。 図８Ｂは、実施例１の変型例における受信側を示す図である。 図９Ａは、本発明の実施例２の送信側を示す図である。 図９Ｂは、本発明の実施例２の受信側を示す図である。 図１０Ａは、本発明の実施例３の送信側を示す図である。 図１０Ｂは、本発明の実施例３の受信側を示す図である。
　図６Ａ、Ｂに本発明の原理を示す。
　ＯＴＤＭでは、通常、図６Ａに示すように、横軸を時間としたとき、Ｃｈ1～ＣｈNの光信号パルス(ＲＺ光信号)ａを同じ時間間隔Ｔに配列する。
　ここで、送信機のクロック周波数をｆ0[Hz]、信号多重度をＮとすると、このＯＴＤＭ信号の光強度波形のスペクトルの基本周波数はｆ'＝Ｎ×ｆ0[Hz]であり、ｆ0[Hz]の周波数成分は含まれていない。
　そこで、発明では、光信号を多重化する時にパルス間隔を一定ではなく、周期的に変化させるように配列することで、ＯＴＤＭ信号の光強度スペクトルに新たな周波数成分を付加する。
　すなわち、図１に示す例では、送信側における各光送信機から出力させる光信号パルスのクロック周波数をｆ0[Hz]、信号多重度をＮとした場合、多重化装置(Ｍｕｘ)３において、一連のＮ個の光信号パルスのうち、最後のチャンネルからの光信号パルスと、次に始まる最初のチャンネルと間に、ΔＴの時間間隔を挿入することにより、図６Ｂに示されるようなパルス配列を得ることができる。
　このようにして生成されたＯＴＤＭ信号の光強度スペクトルには、ＰＬＬ回路を用いて抽出するのに十分な強度のクロック周波数成分が付け加えられる。また、分割装置において、ΔＴの存在に基づいてチャンネル識別することも可能となる。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
　図７Ａ、図７Ｂに、実施例１によりチャンネル識別を可能とするパルス配列の代表例を示す。図７Ａは送信側、図７Ｂは受信側である。
　送信側において、クロック周波数ｆ0[Hz]のクロック信号(電気信号)に同期して、多チャンネル信号生成部１４では伝送レートｆ0[baud/秒]の電気信号がＮチャンネル生成され、各電気信号は電気光学変調器などからなる電気/光変換部１５によりＲＺ光信号に変換される。これらＮチャンネルのパラレルＲＺ光信号は光時分割多重化部１６により伝送レートｆ'＝Ｎ×ｆ0[baud/秒]のシリアル信号に変換される。
　そして、電気/光変換部１５と光時分割多重化部１６とを接続する光路長を、チャンネル毎に一定の長さずつ変化させること等により、光時分割多重化部１６からは、チャンネル(Ｃｈ1)からチャンネル(ＣｈN)まで、均一の時間間隔に並んだ光信号パルスが出力され、その後に光時分割多重化部１６が前述のΔＴに相当するギャップを挿入し、このサイクルを繰り返す。
　こうして図７Ａに示されるように、光時分割多重部１６から、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)から等間隔の光信号パルス列の後に、この均一の時間間隔よりΔＴだけ長いパルス間隔を有するＯＴＤＭ信号(伝送レートＮ×ｆ0[baud/秒])が出力されることになる。
　一方、受信側においては、図７Ｂに示されるように、分波器１７によりこのＯＴＤＭ信号からその一部が分岐させられ、光クロック抽出部１８内において、フォトダイオードなどからなる光受信器１９により、ΔＴのギャップを抽出することにより、ＰＬＬ回路２０を介して、クロック周波数ｆ0[Hz]を取り出すことができる。
　この例では、チャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からは、シンボルレート(周波数)がｆ0[baud/秒］の光信号パルスが、Ｎ個等間隔に出力されるが、光時分割多重化装置１６では、(Ｎ＋１)のチャンネルからの光信号を処理するものとし、ＣｈNからの光信号パルスの次に、(Ｎ＋１)個目の光信号パルスがあるものとして多重化を行う。しかし、(Ｎ＋１)個目の光信号パルスは存在しないため、１光信号パルス分と通常の時間間隔分だけ、チャンネル(ＣｈN)の光信号パルスと次サイクルのチャンネル(Ｃｈ1)の光信号パルスの間に時間的なギャップが形成されることになる。
　そして、(ＣｈN+1)の光送信機は存在しないため、多重化した光信号パルスには、チャンネル１からのパルスからチャンネルＮまでの光信号パルスが等間隔に並び、その後空パルスを挟んで、再びチャンネル１からのパルスからチャンネルＮまでの等間隔の光信号パルスが続き、これを繰り返すことになる。
　受信機では、光クロック抽出部１８において、この空パルスにより光信号パルスの時間間隔が増大したことを検出することにより、送信機側から、シンボルレート(周波数)がｆ0[baud/秒]の光信号がＮチャンネル多重化されて送信されていることを認識することができる。また、空パルスの後にチャンネル１からチャンネルＮの信号が順次送られてくるので、空パルスを基準にしてデータのチャンネルを識別し、ＯＴＤＭ信号分割部２１によりＯＴＤＭ信号を分離することができる。
　なお、図８Ａ(受信側)、図８Ｂ(送信側)に示されるように、信号生成部１４において、光信号パルスを発しないチャンネル(ＣｈN+1)を設けてもよい。
　また、この例では、光信号パルス間の時間間隔を通常のものと異ならせたものを、ＣｈNからの光信号パルスと次サイクルのＣｈ1からの光信号パルスとの間に設けたが、Ｃｈ1～ＣｈN-1のいずれの間に設けてもよいし、光信号パルス間の時間間隔を、空パルス１個分としたが、複数個分としてもよい。
　要は、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)の光信号パルス間のうち、等間隔に設定された時間間隔とは異なる時間間隔を少なくとも１つ形成すれば、ＰＬＬ回路２０により、これを特定することにより、クロック周波数ｆ0を抽出することが可能となるから、等間隔に設定された時間間隔より短い時間間隔となるようにしてもよい。
　この例では、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)の光信号パルス間のうち、特定の光信号パルス間の時間間隔を、等間隔に設定された時間間隔と異なる時間間隔を設定することにより、クロック周波数ｆ0を抽出するようにした。しかし、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)の光信号パルス間のうち、他とは異なるユニークな時間間隔を少なくとも１つ形成すれば、ＯＴＤＭ信号の光強度スペクトルには必ずクロック周波数成分が含まれることになるので、特定の光信号パルス間に限らず、任意の光信号パルス間に、他とは異なる時間間隔を設定すれば、ＰＬＬ回路２０によりクロック周波数ｆ0を抽出することが可能となる。
［実施例２］
　実施例１では、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)の光信号パルス間のうち、特定の光信号パルス間の時間間隔を、等間隔に設定された時間間隔と異なる時間間隔を設定することによりクロック周波数を抽出するようにしたが、実施例２では、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)の光信号パルスの時間間隔を所定周期で変化させ、この周期でクロック周波数の抽出を行う。
　すなわち、図９Ａ(送信側)、図９Ｂ(受信側)に示されるように、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)からのＮ個の光信号パルスをＭ個(ＭはＮの約数)ずつ分割する。そして、Ｍ毎に隣り合う光信号パルスの時間間隔がＴ1～ＴMとなるよう、電気/光変換部１５と光時分割多重化部１６間の光路長を変化させ、Ｎ個の光信号パルスに、周期的に時間間隔が変化するＭ個の光信号パルス群をＮ/Ｍ個を形成する。
　このようにして形成されたＯＴＤＭ信号の光強度スペクトルには、周波数(Ｎ/Ｍ)ｆ0[Hz]に新たな成分が加えられる。このＯＴＤＭ信号は、クロック抽出部１８において、光受信器１９を介してＰＬＬ回路２０に入力され、(Ｎ/Ｍ)ｆ0[Hz]の周波数成分を検出し、これを分周器２２によりＭ/Ｎ倍することにより、クロック周波数ｆ0を抽出し、ＯＴＤＭ信号分割部２１に出力することが可能となる。
［実施例３］
　本実施例では、光信号パルス間の時間間隔を変更するのに代え、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)からのＮ個の光信号パルス毎に、他の光信号パルスとは異なる波長とする光パルスを少なくともひとつ挿入する。
　この実施例では、図１０Ａ(送信側)に示されるように、信号生成部１４において、本来の情報を伝達するチャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)に加え、チャンネル(ＣｈN+1)の電気信号を形成し、チャンネル(ＣｈN+1)に対応する電気/光変換部１５のうち、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)に対応する光送信機は、例えば波長λ１を出力し、チャンネル(ＣｈN+1)に対応する光送信機は、波長λ２のパルス列を出力するようにする。すなわち、光時分割多重化部１６から、Ｎチャンネル分のデータ(黒の波形)毎に、他波長のパルス光が介在する信号がＯＴＤＭ信号として出力されることになる。
　このようにして形成されたＯＴＤＭ信号は、データパルスとクロックパルスを含むものとなり、図１０Ｂ(受信側)に示されるように、受信側において、分波器１７、λ２を透過するフィルタ２３に入力され、波長λ２の光信号パルスのみが抽出され、光受信器１９、ＰＬＬ回路２０によりクロック周波数ｆ0[Hz]を抽出することが可能となる。
　一方、分波器１７から、λ１を透過するフィルタ２４を介して抽出された波長λ１の光信号パルスは、チャンネル(Ｃｈ1)～チャンネル(ＣｈN)からの光信号パルスを、分波器２５を介して、ＯＴＤＭ信号分割部２１に出力され、受信側で信号データとして処理される。
　なお、図１０Ｂに示されるように、フィルタ２４によりチャンネル(ＣｈN+1)からの波長λ２の光信号パルスを取り除くことにより、空パルスが形成されたＯＴＤＭ信号を、分波器２５を介して光受信器１９に送り、実施例１と同様に、空パルスにより時間間隔を他の光信号パルス間と異なるものとすることにより、ＰＬＬ回路２０によりシンボルレートｆ0を抽出するようにしてもよい。
　以上説明したように本発明によれば、Ｎ本のチャンネルからの光信号パルスのうち、隣り合う光信号パルスのいずれかの間に、予め定められた時間間隔のいずれとも異なる時間間隔を設定したり、Ｎ本のチャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からの光信号パルスの間隔を周期的に変化させたり、さらには、波長が異なる光信号パルスを挿入することにより、ＯＴＤＭ信号の強度スペクトルにクロック周波数成分を付加することができる。これにより、光パルスの位相を用いて情報伝送するＰＳＫ方式においても、通常のＯＴＤＭ伝送と全く同じシステム構成でＯＴＤＭ信号にチャンネル識別情報を載せることができる。しかも、受信側では超高速光デバイスなどを用いずに通常の電子回路でクロック抽出が可能になる。
　このため、例えば、近年研究が進んでいるスーパーハイビジョン用映像信号を伝送するための通信システムなどに広く採用されることが期待できる。
１　　　多チャンネル信号送信機
２　　　光送信機
３　　　多重化装置
４　　　分割装置
５　　　光クロック抽出部
６　　　短パルス光源
７　　　ＯＴＤＭ信号生成部
８　　　光クロック抽出部
９　　　多チャンネル信号生成部
１０　　ＭＵＸ・チャンネル識別情報付与部
１１　　位相変調検出部
１２　　クロック抽出部
１３　　ＯＴＤＭ信号分割部
１４　　信号生成部
１５　　電気/光変換部
１６　　光時分割多重化部
１７　　分波器
１８　　クロック抽出部
１９　　光受信機
２０　　ＰＬＬ回路
２１　　ＯＴＤＭ信号分割部
２２　　分周器
２３　　フィルタ(λ１を透過)
２４　　フィルタ(λ２を透過)
２５　　分波器

Claims (4)

  1. 　シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、多重化装置によりそれらＮ本のパラレル光信号を時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、
    　前記多重化装置が、前記Ｎ本のチャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からの光信号パルスのうち、隣り合う光信号パルスのいずれかの間に特定の時間間隔を設定して光信号パルスの多重化を行うとともに、前記受信機が前記特定の時間間隔に基づいて、クロック周波数ｆ0[Hz]を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うことを特徴とする光時分割多重伝送システム。
  2. 　前記Ｎ個の光送信機が、前記チャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)のＮ本から、等間隔に光信号パルスを出力するものであり、前記多重化装置において、前記Ｎ本のチャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からの隣り合う光信号パルスのいずれかの間に、光信号パルスが存在しない時間間隔を生成することを特徴とする請求項１に記載の光時分割多重伝送システム。
  3. 　シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、多重化装置によりそれらＮ本のパラレル光信号を時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、
    　前記多重化装置が、前記チャンネル(Ｃｈ1～ＣｈN)からのＮ本光信号パルスに対し、Ｍ本(ただし、ＭはＮ約数)毎に、隣り合う光信号パルス間の時間間隔を周期的に変化させて光信号パルスの多重化を行うとともに、前記受信機が前記Ｍ本毎の周期に基づいて、前記クロック周波数ｆ0を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うことを特徴とする光時分割多重伝送システム。
  4. 　シンボルレートがｆ0[baud/秒]の光パルス信号(ＲＺ信号)を出力する光送信機をＮ個用い、多重化装置によりそれらＮ本のパラレル光信号を時間をずらして重ねることでシリアル信号に変換して送信し、該受信機において受信信号をパラレル信号に分離しチャンネル毎の信号処理を行う光時分割多重伝送システムにおいて、
    　前記光送信機の少なくとも１つから出力される光信号パルスの波長を、他の前記光送信機から出力される光信号パルスの波長と異ならせるとともに、前記受信機が前記波長が異なる光信号パルスからの光信号パルスに基づいて、前記シンボルレートｆ0を抽出し、チャンネル毎の信号処理を行うことを特徴とする光時分割多重伝送システム。
     
     
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