WO2023012897A1 - 光送信器、光伝送システムおよび光送信方法 - Google Patents

光送信器、光伝送システムおよび光送信方法 Download PDF

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WO2023012897A1
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modulation
optical
signal
communication
modulating
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PCT/JP2021/028779
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遼 胡間
淳一 可児
一貴 原
拓也 金井
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation

Definitions

  • the present invention relates to the technology of an optical transmitter, an optical transmission system, and an optical transmission method.
  • FIG. 14 shows a configuration example of communication in APN (APN: All Photonics Network) of IOWN (Innovative Optical and Wireless Network).
  • APN All Photonics Network
  • FIG. 14A shows a configuration example (short-range communication) in which return communication is performed by an optical gateway device between user devices connected to the same optical gateway device (Ph-GW: Photonic Gateway).
  • FIG. 14B shows a configuration example (long-distance communication) in which data is transferred by pass-through communication between user devices connected to different optical gateway devices.
  • FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an optical transmission system according to the prior art.
  • FIG. 15A shows a configuration example of an optical transmission system using an intensity modulation-direct detection method
  • FIG. 15B shows a configuration example of an optical transmission system using a phase modulation-digital coherent detection method.
  • Conventional optical transmitters using adaptive modulation have, for example, a configuration that changes the multi-level degree of a signal to be transmitted using a digital signal processing circuit, a Reed-Solomon code or LDPC (Low-Density Parity-Check Code).
  • the mainstream method is to obtain a gain by changing the redundancy of FEC (Forward Error Correction) using a check code) code or the like. For example, as shown in FIG.
  • FEC Forward Error Correction
  • modulation signals are NRZ (Non-return-to-zero) signals, PAM (Pulse-Amplitude Modulation ) 4 signal, PAM8 signal, PAM16 signal, etc., to adaptively change the multilevel degree of amplitude modulation (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the modulation signal is switched to a 4QAM (Quadrature amplitude modulation) signal, a 16QAM signal, a 64QAM signal, etc. Accordingly, the multilevel degree of phase-amplitude modulation is adaptively changed (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • the present invention aims to provide a technology capable of improving the degree of freedom in changing the transmission method or transmission parameters in adaptive modulation of optical transmission.
  • a first modulation section that generates an optical modulated signal by intensity modulation of an optical signal
  • a second modulation section that generates an optical modulated signal by phase/frequency modulation of the optical signal
  • modulation of the optical signal a modulation method switching unit that switches the means to either the first modulation unit or the second modulation unit, wherein the modulation method switching unit selects one of the first modulation unit and the second modulation unit to be connected to is an optical transmitter that switches the modulating means to a modulating unit corresponding to the device of the above.
  • One aspect of the present invention accommodates one or more user devices including the optical transmitter described above and an optical receiver that detects an optical signal by a direct detection method or a digital coherent detection method, and the one or more user devices. and a route control device for controlling a communication route by the one or more network node devices, wherein the optical transmitter performs the negotiation with the user device of the communication partner.
  • a route control device for controlling a communication route by the one or more network node devices, wherein the optical transmitter performs the negotiation with the user device of the communication partner.
  • any one of a first modulating section that generates an optically modulated signal by intensity modulation of an optical signal and a second modulating section that generates an optically modulated signal by phase/frequency modulation of the optical signal includes: In the optical transmission method, the modulation means is switched to one of the first modulation section and the second modulation section that corresponds to a device that is a communication partner.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is an image diagram showing an outline of switching of a modulation method of a light source
  • FIG. 11 is an image diagram of correction of an optically modulated signal by an optical transmitter according to a modification
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an optical transmitter of a modified example
  • FIG. 11 is an image diagram showing an outline of switching of the modulation method of the light source by the optical transmitter of the modified example
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an optical transmitter of a modified example
  • FIG. 11 is an image diagram showing an outline of switching of the modulation method of the light source by the optical transmitter of the modified example
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system according to a third embodiment
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system according to a fourth embodiment
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system according to a fifth embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of connection between a user device and an optical gateway device as a 3R repeater;
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example regarding short-distance communication between an optical gateway device and a user device; 1 shows an example of communication configuration in APN (APN: All Photonics Network) of IOWN (Innovative Optical and Wireless Network). 1 is a diagram showing an outline of a configuration of an optical transmission system according to conventional technology; FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an optical transmission system 1A of the first embodiment.
  • the optical transmission system 1A includes an optical transmitter 10, an optical receiver 20, and an optical transmission line 30.
  • the optical transmitter 10 modulates data to be transmitted (hereinafter referred to as “target data”) into an optical signal and outputs the optical signal to the optical transmission line 30 .
  • the optical transmission line 30 has an optical fiber and connects the optical transmitter 10 and the optical receiver 20 .
  • the optical receiver 20 receives the optical signal from the optical transmission line 30 and demodulates it, thereby restoring the target data sent from the optical transmitter 10 .
  • the configurations of the optical transmitter 10 and the optical receiver 20 will be described in more detail below.
  • the optical transmitter 10 includes, for example, a light source 110, a digital signal processing circuit 120, a DA converter 130, and an intensity modulator 140.
  • Light source 110 emits continuous light to DA converter 130 and intensity modulator 140 .
  • the light source 110 outputs, for example, a DFB laser (Distributed Feedback Laser) as continuous light.
  • DFB laser Distributed Feedback Laser
  • the digital signal processing circuit 120 is a circuit that performs digital signal processing regarding transmission of target data.
  • the digital signal processing circuit 120 includes a modulated signal output section 121 and a modulation scheme switching section 122 .
  • the modulated signal output unit 121 generates a modulated signal for modulating the output light of the light source 110 and outputs the modulated signal to the DA converter 130 .
  • the digital signal processing circuit 120 is configured using a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and memory.
  • the digital signal processing circuit 120 functions as a modulation signal output section 121, a modulation method switching section 122, and a digital signal processing section for optical signals by the processor executing a program.
  • All or part of these functions may be implemented using hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the above program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, semiconductor storage devices (such as SSD: Solid State Drives), hard disks and semiconductor storage built into computer systems. It is a storage device such as a device.
  • the above program may be transmitted via telecommunication lines.
  • the DA converter 130 receives the modulated signal from the digital signal processing circuit 120, converts the received modulated signal into an analog signal, and outputs the analog signal.
  • a modulated signal converted into an analog signal is hereinafter referred to as an "analog modulated signal".
  • the analog modulated signal output from the DA converter 130 is input to the light source 110 or the intensity modulator 140 under the control of the modulation scheme switching section 122, which will be described later.
  • the modulation scheme switching unit 122 has a function of switching the modulation scheme of the light source 110 between intensity modulation and phase/frequency modulation. Specifically, the modulation scheme switching unit 122 changes the amplitude and bias point of the modulation signal, the device to which the modulation signal is applied, etc., to those corresponding to the modulation scheme after the change, thereby changing the modulation scheme of the light source 110. to switch.
  • the modulation scheme switching section 122 can be configured as part of the functions of the digital signal processing circuit 120 . For example, the modulation scheme switching unit 122 is configured to switch the modulation scheme according to the optical receiver type of the communication partner registered in advance.
  • the modulation scheme switching unit 122 may be configured to switch the modulation scheme of the light source 110 in response to input of a switching operation.
  • the digital signal processing circuit 120 may include an input device such as a button or switch for receiving an input of a modulation method switching operation.
  • the modulation method switching unit 122 controls the circuit so that the analog modulated signal output by the DA converter 130 is input to the light source 110.
  • Light source 110 is configured to phase/frequency modulate the bias current with an input analog modulating signal.
  • the bias current is phase/frequency modulated based on the analog modulating signal, resulting in frequency and phase changes (commonly referred to as chirp) in the output light of light source 110, which chirp provides phase/frequency modulation of light source 110. be done. Since such a modulation method controls the operation itself of outputting continuous light from the light source 110, it can be said to be a more direct modulation method than intensity modulation, which will be described later.
  • modulating the output light of the light source 110 may be expressed as "modulating the light source 110".
  • the modulation method switching unit 122 controls the circuit so that the analog modulated signal output by the DA converter 130 is input to the intensity modulator 140 .
  • the intensity modulator 140 receives the analog modulation signal from the DA converter 130 and modulates the output light of the light source 110 by intensity modulation based on the input analog modulation signal.
  • the intensity modulator 140 receives continuous light from the light source 110 and intensity-modulates the received continuous light based on an analog modulation signal to generate an optical modulation signal.
  • the intensity modulator 140 sends out the generated optical modulated signal to the optical transmission line 30 .
  • the intensity modulator 140 is, for example, an EA (Electro-Absorption) modulator.
  • Intensity modulator 140 may be a Mach-Zehnder modulator.
  • FIG. 2 is an image diagram showing an outline of switching of the modulation method of the light source 110.
  • FIG. FIG. 2(A) represents an image of the modulation of the light source 110 by phase/frequency modulation
  • FIG. 2(B) represents an image of the modulation of the light source 110 by intensity modulation.
  • the example of FIG. 2 represents the case where the light source 110 is modulated with an NRZ signal that can take a binary value of 0 or 1.
  • the optical transmitter 10 of the first embodiment configured as described above can realize phase/frequency modulation of the light source 110 by modulating the bias current applied to the light source 110 with an analog modulation signal, and the intensity The light source 110 can be intensity-modulated by providing the modulator 140 . Therefore, according to the optical transmitter 10 of the first embodiment, there is no need to prepare separate optical transmitters for the intensity modulation method and the phase/frequency modulation method. can respond. That is, according to the optical transmitter 10 of the first embodiment, it is possible to improve the degree of freedom in changing the transmission method or transmission parameters in adaptive modulation of optical transmission.
  • the optical transmitter 10 of the first embodiment when the light source 110 is modulated by phase/frequency modulation, not only the phase/frequency modulation component of the analog modulation signal but also the intensity modulation component is generated as the bias current of the light source 110 is modulated. applied.
  • the optical transmitter 10 is configured to correct the modulated optical signal such that the intensity modulated component is removed by operating the intensity modulator 140 to modulate with the inverse pattern of the modulated component of the light source 110 .
  • FIG. 3 is an image diagram of correction of an optically modulated signal by the optical transmitter 10 of the modified example.
  • FIG. 3A is a diagram showing the intensity of the optical signal (optical modulation signal) output from the light source 110 as a result of modulating the bias current applied to the light source 110 with the modulation signal.
  • FIG. 3B is corrected by the intensity modulator 14 modulating the optically modulated signal output in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the intensity of an optically modulated signal; With such a configuration, the modified optical transmitter 10 can improve the accuracy of phase/frequency modulation.
  • the configuration of adaptive modulation in the optical transmitter 10 of the first embodiment may be combined with conventional adaptive modulation that changes the degree of multi-level and FEC type.
  • the configuration of adaptive modulation in the optical transmitter 10 of the first embodiment is such that the chromatic dispersion resistance is improved by modulating the DFB laser in intensity modulation by an EA (Electro-Absorption) modulator. It may be combined with a configuration that applies a chirp.
  • EA Electro-Absorption
  • the optical transmitter 10 of the first embodiment may be configured to implement phase/frequency modulation and intensity modulation by modulating the bias current of the light source 110 .
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the optical transmitter 10 of the modification.
  • the optical transmitter 10 of the modified example differs from the optical transmitter 10 of the first embodiment in that the intensity modulator 140 is not provided. In this configuration, phase/frequency modulation and intensity modulation can be achieved by changing the magnitude of the bias current applied to light source 110 .
  • FIG. 5 is an image diagram showing an outline of switching of the modulation method of the light source 110 by the optical transmitter 10 of the modified example.
  • FIG. 5(A) represents an image of phase/frequency modulation
  • FIG. 5(B) represents an image of intensity modulation.
  • the modulation scheme switching section 122 can implement phase/frequency modulation in the same manner as in the first embodiment.
  • the modulation method switching unit 122 sets the bias current value to be applied to the light source 110 to a larger current value during the intensity modulation than during the phase/frequency modulation.
  • a desired extinction ratio can be obtained, so that the modulation scheme switching section 122 can realize intensity modulation by modulating the bias current.
  • the optical transmitter 10 of the modified example is configured to modulate the light source 110 by controlling the output operation itself of the light source 110 for both phase/frequency modulation and intensity modulation.
  • the optical transmitter 10 since there are many parts in which the circuit operations can be shared in the phase/frequency modulation and the intensity modulation, the optical transmitter 10 can be configured with a smaller circuit scale. can.
  • the optical transmitter 10 of the first embodiment may be configured to include a Mach-Zehnder modulator 150 instead of the intensity modulator 140 .
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the optical transmitter 10 of the modification. In this configuration, the optical transmitter 10 can realize intensity modulation and phase modulation of the light source 110 by changing the bias voltage and modulation amplitude applied to the Mach-Zehnder modulator 150 .
  • FIG. 7 is an image diagram showing an outline of switching of the modulation scheme of the light source 110 by the optical transmitter 10 of the modified example.
  • FIG. 7A represents an image of intensity modulation
  • FIG. 7B represents an image of phase modulation.
  • the Mach-Zehnder modulator 150 has an extinction characteristic that varies sinusoidally with respect to voltage. determines the bias voltage and amplitude of the modulation signal. At this time, there is no change in the output phase. On the other hand, during phase modulation, the bias voltage and amplitude of the modulation signal are determined from the point where the light transmittance is 100% to the next point where the light transmittance is 100%. This causes the phase to fluctuate by 180 degrees.
  • the configuration of adaptive modulation in the optical transmitter 10 of the modified example may be combined with conventional adaptive modulation that changes the degree of multilevel and FEC type.
  • the Mach-Zehnder modulator 150 may be an IQ modulator capable of modulating both the I-axis and the Q-axis.
  • An intensity-modulated signal can be transmitted by modulating with a bias and the same amplitude.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the optical transmission system 1B of the second embodiment.
  • the optical transmission system 1 is a system in which user devices having the optical transmitter 10 of the first embodiment communicate with each other.
  • the user device 2A is configured to include an optical receiver 20A that receives an optical signal by direct detection
  • the user device 2B is configured to include an optical receiver 20B that receives an optical signal by a digital coherent detection method.
  • the multiplexer/demultiplexer 21 multiplexes/demultiplexes optical signals of different wavelengths for transmission/reception of optical signals, and inputs/outputs the combined/demultiplexed signals.
  • the user devices 2 decide by negotiation at the start of communication whether to transmit and receive optical signals using either intensity modulation or phase/frequency modulation. can do. That is, according to the optical transmission system 1 of the second embodiment, each user device 2 determines a modulation scheme according to the transmission path between the user device of the communication partner by transmitting/receiving the main signal, and changes the transmission path. Since it is possible to adaptively switch the modulation scheme for communication, it is possible to improve the degree of freedom in changing the transmission scheme or transmission parameters in the adaptive modulation of optical transmission.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of an optical transmission system 1C according to the third embodiment.
  • the optical transmission system 1B of the second embodiment is configured to negotiate the initial authentication phase using communication of the main signal.
  • each user device 2C uses a control signal transmission path (hereinafter referred to as a "second path") separately from the main signal transmission path (hereinafter referred to as a "first path"). ), and the optical signal loss (path loss) in the transmission path between the communication destination user device 2C and the configuration of the optical receiver in the communication destination user device 2C via the second route and other information (hereinafter referred to as “control information”).
  • the user equipment 2C determines the modulation scheme based on the control information notified from the user equipment 2C of the communication destination.
  • each user device 2C includes a control signal communication unit 22 in addition to the optical transmitter 10, optical receiver 20, and multiplexer/demultiplexer 21 of the first embodiment.
  • the control signal communication unit 22 transmits and receives a signal (control signal) indicating control information via the second path.
  • the second route may be configured as a network physically separate from the first route as shown in FIG. They may be configured as logically different transmission paths using the same physical network.
  • the second path may be configured as a separate channel using a wavelength independent from that of the first path in the optical transmission line used as the first path, It may be configured as a pseudo control channel implemented by AMCC (Auxiliary Management and Control Channel) that enables transmission of control signals within the wavelength range of the main signal.
  • AMCC Advanced Management and Control Channel
  • each user device 2C uses a second path that is physically or logically independent from the first path that transmits the main signal, and uses a modulation scheme can be negotiated. That is, according to the optical transmission system 1C of the third embodiment, each user device 2C recognizes the configuration of the transmission path based on the control signals that are transmitted and received to each other, thereby adaptively adjusting the modulation scheme in response to changes in the transmission path. Since communication can be performed by switching, it is possible to improve the degree of freedom in changing the transmission method or transmission parameters in adaptive modulation of optical transmission.
  • the modulation scheme switching unit 122 of the optical transmitter 10 may be configured to determine the modulation scheme of the optical transmitter 10 based on communication destination information registered in advance.
  • the second path can be omitted in the optical transmission system 1C and the system configuration can be simplified.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an optical transmission system 1D according to the fourth embodiment.
  • the user devices 2 are directly connected to communicate with each other.
  • each user device 2D communicates via a network node device (hereinafter referred to as "NW node device") 40.
  • NW node device a network node device
  • FIG. The user device 2D differs from the user device 2C of the third embodiment in that it directly communicates with the network node device 40, but has the same basic configuration as the user device 2C.
  • the NW node device 40 is a device that transfers optical communication using an optical switch. Communication between user devices 2D is realized by one or more NW node devices 40 transferring communication.
  • the integrated controller 50 is a device that comprehensively controls one or more NW node devices 40 .
  • each user device 2D negotiates a modulation scheme with the NW node device 40 to which it is connected.
  • each NW node device 40 includes a control signal communication section 41 similar to the control signal communication section 22 of the user device 2D.
  • the control signal communication unit 22 communicates with the control signal communication unit 41 of the NW node device 40, thereby notifying the NW node device 40 of the control information of each user device, and sending the communication destination from the NW node device 40. Acquire the control information of the user device 2D.
  • the modulation method switching unit 122 of the optical transmitter 10 determines the modulation method in communication with the communication destination user equipment 2D based on the control information acquired from the NW node device 40, and selects the modulation method. switch.
  • the control signal communication unit 41 supplies the control signal input from the user device 2D of the negotiation partner to the integrated controller 50, and the communication of the user device 2D to the user device 2D of the negotiation partner.
  • a control signal is output for the control information of the previous user device 2D.
  • the control signal communication unit 41 of each NW node device 40 has a function of sharing control information acquired from each user device 2D via the integrated controller 50 . With this control information sharing function, the user device 2D can acquire the control information of the communication destination user device 2D from the NW node device 40 to which it is connected, and in communication with the communication destination user device 2D
  • the modulation scheme can be determined through negotiation with the directly connected NW node device 40 .
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of an optical transmission system 1E according to the fifth embodiment.
  • the optical transmission system 1E of the fifth embodiment includes an APN network NW including a first access area A1, a second access area A2, local networks LN1 and LN2, and a core network CN.
  • the first access area A1 and the second access area A2 represent the range of service areas that accommodate end-user terminals via the user equipment 2E.
  • the first access area A1 includes a user device 2E-1 wirelessly connecting a mobile communication terminal TM1 such as a smart phone or a mobile phone, and a user device 2E-2 wire-connecting a device TM2 such as a broadcasting device.
  • the second access area A2 includes a user device 2E-3 that connects a server device group TM3 installed in a data center or the like by wire.
  • the optical receiver 20 of each user device 2E detects an optical signal by the direct detection method.
  • the configuration of the first access area A1 and the second access area A2 illustrated in FIG. 11 is an example, and the access areas are not limited to the illustrated devices, and any device may be connected.
  • the APN network NW may be configured to include one access network, or may be configured to include three or more access networks.
  • the local networks LN1 and LN2 are networks that accommodate equipment in the corresponding access areas.
  • the core network CN is a network that accommodates the local networks LN1 and LN2.
  • FIG. 11 shows the case where the core network CN accommodates two local networks LN1 and LN2, but the number of local networks accommodated by the core network CN may be one or three or more. There may be.
  • the local network LN1 may be configured as a full mesh network with a plurality of optical gateway devices 60 (Ph-GW: Photonic Gateway).
  • the optical gateway device 60-1 that accommodates the first access area A1 and the optical gateway device 60-2 that accommodates the second access area A2 communicate via an arbitrary transfer route. Long-distance communication is possible by relaying.
  • the optical gateway device 60 that is the transfer destination may be configured as a 3R repeater.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of connection between the user device 2E and the optical gateway device 60 as a 3R repeater.
  • the user device 2E shown in FIG. 12 is the user device 2E-3 in long-distance communication in FIG. 12, and the optical gateway device 60 as a 3R repeater shown in FIG. 60-2.
  • the optical gateway device 60 includes, for example, a multiplexer/demultiplexer 61 that inputs and outputs an optical signal to/from the optical transmission line 30, and an optical receiver 62 that demodulates the optical signal of upstream communication by phase/frequency modulation. , an optical transmitter 63 for modulating an optical signal for downstream communication by intensity modulation, and a digital signal processing circuit 64 for performing digital signal processing of the optical signal.
  • the multiplexer/demultiplexer 61 is assumed to be a device such as a splitter or a circulator that has little wavelength dependence, or a device such as a wavelength demultiplexing filter that multiplexes/demultiplexes according to a communication wavelength band.
  • the optical receiver 62 includes, for example, an optical amplifier 621, a local light source 622, a polarization/phase diversity optical receiver 623, an AD converter 624, and a digital coherent detector 625.
  • the digital coherent detector 625 is realized by the digital signal processing circuit 120 and detects the optical signal by the digital coherent detection method.
  • the optical transmitter 63 includes a DA converter 631, a light source 632, an intensity modulator 633, and an optical amplifier 634, for example.
  • the optical gateway device 60 configured as a 3R repeater may be referred to as a "3R repeater 60".
  • the optical transmitter 10 of the user equipment 2E is configured to communicate with the optical receiver 62 of the 3R repeater 60 by phase/frequency modulation. This enables reception with high sensitivity in the 3R repeater 60 in uplink communication.
  • the optical receiver 20 since it is assumed here that the user equipment 2E detects the optical signal by the direct detection method, the optical receiver 20 communicates with the optical transmitter 63 of the 3R repeater 60 by the intensity modulation method. It is assumed that the
  • the 3R repeater 60 is configured to improve the intensity of output light by means of an optical amplifier 634. good too. For example, if the difference in reception sensitivity between upstream communication and downstream communication is A [dB], the intensity of the output light from the optical transmitter 63 is higher than the intensity of the output light for upstream communication by A [dB].
  • the gain of amplifier 634 may be adjusted.
  • a pre-amplifier may be arranged in front of the digital signal processing circuit 64 of the 3R repeater 60.
  • the modulation scheme can be determined by the same negotiation method as in the fourth embodiment. Also, in the user equipment 2E or the 3R repeater 60, if the information of the connection destination equipment is registered in advance, the modulation scheme may be determined based on the registered information.
  • the optical gateway device 60 accommodating the access area network functions as an optical switch, and short-distance communication is possible by returning the communication of the user devices 2E.
  • the communication of the user device 2E-1 whose communication destination is the user device 2E-2 is returned to the user device 2E-2 by the optical gateway device 60-1.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example related to short-range communication between user devices 2E via the optical gateway device 60.
  • FIG. 13 As described above, in the short-distance communication within the same access network, the communication of the user equipment 2E is looped back by the optical switch function of the optical gateway device 60. The configuration is such that they are directly connected via the transmission line 30 .
  • the digital signal processing circuit 120 in FIG. 13 includes a DA converter and an AD converter for transmission and reception. That is, in short-range communication, each user device 2E can determine the modulation scheme by the same negotiation method as in the third embodiment. Also, in this case, if the information of the connection destination apparatus is registered in advance in each user apparatus 2E, the modulation scheme may be determined based on the registered information.
  • the optical transmission system 1E of the fifth embodiment configured as described above, when the transmission path loss is small, for example, during return communication in the optical gateway device 60, the user equipments 2E are directly connected.
  • the transmission path loss is large, the communication is transferred via the network of the optical gateway device 60, and the optical signal is amplified by the 3R repeater 60 and communicated to the user device 2E of the communication partner. can be relayed.
  • a Mach-Zehnder modulator may be used instead of the intensity modulator.
  • the optical transmitter 10 or the optical transmission system 1E of the embodiment described above requires different optical transmitters (intensity modulators, DP-IQ modulators: Dual Polarization In-phase Quadrature modulators) for different modulation schemes.
  • DP-IQ modulators Dual Polarization In-phase Quadrature modulators
  • the signal applied to the modulating element, its bias value, and the amplitude according to the desired modulation method it is possible to switch between intensity modulation and phase/frequency modulation using only the intensity modulator.
  • an economical optical transmitter that can communicate with both optical receivers of the direct detection method and the digital coherent reception method with the same optical transmitter. can be realized.
  • the present invention can be applied to a transmitting device, a receiving device, or an optical transmission system that communicates via an optical transmission line.

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Abstract

本発明の一態様は、光信号の強度変調によって光変調信号を生成する第１変調部と、光信号の位相／周波数変調によって光変調信号を生成する第２変調部と、前記光信号の変調手段を前記第１変調部および前記第２変調部のいずれかに切り替える変調方式切替部と、を備え、前記変調方式切替部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうち、接続先の装置に応じた変調部に前記変調手段を切り替える、光送信器である。

Description

光送信器、光伝送システムおよび光送信方法
　本発明は、光送信器、光伝送システムおよび光送信方法の技術に関する。
　従来、光通信の大容量化を実現するために、送受信ノード間の伝送距離や必要となる信号速度に応じて、最適な変調方式、信号処理アルゴリズムを適用する適応変調技術の研究開発が進められている。例えば、図１４は、ＩＯＷＮ（Innovative Optical and Wireless Network）のＡＰＮ（APN: All Photonics Network）における通信の構成例を示す。図１４（Ａ）は、同じ光ゲートウェイ装置（Ph-GW：Photonic Gateway）に接続されるユーザ装置の間で光ゲートウェイ装置による折り返し通信を行う構成例（短距離通信）を示す。一方、図１４（Ｂ）は、異なる光ゲートウェイ装置に接続されるユーザ装置の間でパススルー通信によってデータを転送する構成例（長距離通信）を示す。このようなＩＯＷＮのＡＰＮでは、光電変換や電気信号のルーティング処理などの電気的処理を極力排除することが望まれるため、伝送経路の形態に応じて伝送パラメータを適応的に制御する必要がある。
　図１５は、従来技術による光伝送システムの構成の概略を示す図である。図１５（Ａ）は、強度変調－直接検波方式による光伝送システムの構成例を示し、図１５（Ｂ）は、位相変調－デジタルコヒーレント検波方式による光伝送システムの構成例を示す。従来の適応変調を用いた光送信器は、例えばデジタル信号処理回路を用いて送信する信号の多値度を変更する構成や、リードソロモン符号やＬＤＰＣ（Low-Density Parity-Check Code：低密度パリティ検査符号）符号等によりＦＥＣ（Forward Error Correction）の冗長度を変更することで利得を得る方式が主流である。例えば、図１５（Ａ）に示すように、アクセスネットワーク等で用いられることが多い強度変調－直接検波方式では、変調信号をＮＲＺ（Non-return-to-zero）信号、ＰＡＭ（Pulse-Amplitude Modulation）４信号、ＰＡＭ８信号、ＰＡＭ１６信号等に切り替えることによって振幅変調の多値度を適応的に変更することが行われている（例えば非特許文献１参照）。また、例えば、図１５（Ｂ）に示すように、コアネットワークで用いられることが多い位相変調－デジタルコヒーレント受信方式では、変調信号を４ＱＡＭ（Quadrature amplitude modulation）信号、１６ＱＡＭ信号、６４ＱＡＭ信号等に切り替えることによって位相振幅変調の多値度を適応的に変更することが行われている（例えば非特許文献２参照）。
Noriaki Kaneda, "DSP for 50G/100G Hybrid Modulated TDM-PON", 2020 European Conference on Optical Communications (ECOC) 青木泰彦,"デジタル信号処理によるフォトニックネットワークの新たな展開", FUJITSU. 62, 5 (09,2011)
　しかしながら、従来では、強度変調－直接検波方式および位相変調－デジタルコヒーレント検波方式のそれぞれで別々の光送信器が必要になるとともに、それぞれで適応的に変更可能なパラメータもデジタル信号処理回路で変更可能な上位レイヤのパラメータに留まっていた。このように、従来において、適用変調可能な光送信器は、方式変更やパラメータ変更における自由度が必ずしも高くなかった。
　上記事情に鑑み、本発明は、光伝送の適応変調において、伝送方式または伝送パラメータの変更の自由度を向上させることができる技術の提供を目的としている。
　本発明の一態様は、光信号の強度変調によって光変調信号を生成する第１変調部と、光信号の位相／周波数変調によって光変調信号を生成する第２変調部と、前記光信号の変調手段を前記第１変調部および前記第２変調部のいずれかに切り替える変調方式切替部と、を備え、前記変調方式切替部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうち、接続先の装置に応じた変調部に前記変調手段を切り替える、光送信器である。
　本発明の一態様は、上記の光送信器と、直接検波方式またはデジタルコヒーレント検波方式で光信号を検波する光受信器と、を備える１以上のユーザ装置と、前記１以上のユーザ装置を収容する１以上のネットワークノード装置と、前記１以上のネットワークノード装置による通信経路を制御する経路制御装置と、を備え、前記光送信器は、前記通信相手のユーザ装置との間で実施する前記ネゴシエーションに係る情報を、前記経路制御装置を介してやり取りする、光伝送システムである。
　本発明の一態様は、光信号の強度変調によって光変調信号を生成する第１変調部と、光信号の位相／周波数変調によって光変調信号を生成する第２変調部とのいずれかの手段で光信号を変調する変調ステップと、前記光信号の変調手段を前記第１変調部および前記第２変調部のいずれかに切り替える変調方式切替ステップと、を有し、前記変調方式切替ステップにおいて、前記第１変調部および前記第２変調部のうち、通信相手となる装置に応じた変調部に前記変調手段を切り替える、光送信方法である。
　本発明により、光伝送の適応変調において、伝送方式または伝送パラメータの変更の自由度を向上させることが可能となる。
第１実施形態の光伝送システムの構成例を示す図である。 光源の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。 変形例の光送信器による光変調信号の補正のイメージ図である。 変形例の光送信器の構成例を示す図である。 変形例の光送信器による光源の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。 変形例の光送信器の構成例を示す図である。 変形例の光送信器による光源の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。 第２実施形態の光伝送システムの構成例を示す図である。 第３実施形態の光伝送システムの構成例を示す図である。 第４実施形態の光伝送システムの構成例を示す図である。 第５実施形態の光伝送システムの構成例を示す図である。 ユーザ装置と、３Ｒ中継器としての光ゲートウェイ装置との接続の構成例を示す図である。 光ゲートウェイ装置のユーザ装置との間における短距離通信に関する構成例を示す図である。 ＩＯＷＮ（Innovative Optical and Wireless Network）のＡＰＮ（APN: All Photonics Network）における通信の構成例を示す。 従来技術による光伝送システムの構成の概略を示す図である。
　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態の光伝送システム１Ａの構成例を示す図である。光伝送システム１Ａは、光送信器１０と、光受信器２０と、光伝送路３０とを備える。光送信器１０は送信対象のデータ（以下「対象データ」という。）を光信号に変調して光伝送路３０に出力する。光伝送路３０は光ファイバを備え、光送信器１０と光受信器２０とを接続する。光受信器２０は、光伝送路３０から光信号を入力して復調することにより、光送信器１０が送出した対象データを復元する。以下、光送信器１０と光受信器２０の構成についてより詳細に説明する。
　光送信器１０は、例えば、光源１１０と、デジタル信号処理回路１２０と、ＤＡ変換器１３０と、強度変調器１４０とを備える。光源１１０は、ＤＡ変換器１３０および強度変調器１４０に対して連続光を送出する。光源１１０は、例えばＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）を連続光として出力する。
　デジタル信号処理回路１２０は、対象データの送信に関するデジタル信号処理を行う回路である。具体的には、デジタル信号処理回路１２０は、変調信号出力部１２１と、変調方式切替部１２２とを備える。変調信号出力部１２１は、光源１１０の出力光を変調するための変調信号を生成してＤＡ変換器１３０に出力する。例えば、デジタル信号処理回路１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーおよびメモリを用いて構成される。デジタル信号処理回路１２０は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、変調信号出力部１２１、変調方式切替部１２２、および光信号のデジタル信号処理部として機能する。なお、これらの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
　ＤＡ変換器１３０は、変調信号をデジタル信号処理回路１２０から入力し、入力した変調信号をアナログ信号に変換して出力する。以下、アナログ信号に変換された変調信号を「アナログ変調信号」という。ＤＡ変換器１３０から出力されたアナログ変調信号は、後述する変調方式切替部１２２の制御に基づき、光源１１０または強度変調器１４０に入力される。
　変調方式切替部１２２は、強度変調と位相／周波数変調との間で光源１１０の変調方式を切り替える機能を有する。具体的には、変調方式切替部１２２は、変調信号の振幅やバイアス点、変調信号を印加する対象のデバイス等を変更後の変調方式に対応するものに変更することにより、光源１１０の変調方式を切り替えるものである。変調方式切替部１２２は、デジタル信号処理回路１２０の機能の一部として構成することができる。例えば、変調方式切替部１２２は、事前に登録された通信相手先の光受信器種別に応じて変調方式を切り替えるように構成される。また、例えば、変調方式切替部１２２は、切り替え操作が入力されたことに応じて光源１１０の変調方式を切り替えるように構成されてもよい。この場合、デジタル信号処理回路１２０は、変調方式の切り替え操作の入力を受け付けるボタンやスイッチ等の入力装置を備えてもよい。
　具体的には、変調方式として位相／周波数変調が指定されている場合、変調方式切替部１２２は、ＤＡ変換器１３０が出力したアナログ変調信号が光源１１０に入力されるように回路を制御する。光源１１０は、入力したアナログ変調信号によってバイアス電流を位相／周波数変調するように構成される。バイアス電流がアナログ変調信号に基づいて位相／周波数変調されることにより、光源１１０の出力光に周波数変化および位相変化が生じ（一般にチャープと呼ばれる）、このチャープによって光源１１０の位相／周波数変調が実現される。このような変調方法は、光源１１０が連続光を出力する動作自体を制御するものであるので、後述する強度変調に比べてより直接的な変調方式であると言える。また、以下では簡単のため、光源１１０の出力光を変調することを「光源１１０を変調する」と表現する場合がある。
　一方、変調方式として強度変調が指定されている場合、変調方式切替部１２２は、ＤＡ変換器１３０が出力したアナログ変調信号が強度変調器１４０に入力されるように回路を制御する。この場合、強度変調器１４０は、ＤＡ変換器１３０からアナログ変調信号を入力し、入力したアナログ変調信号に基づく強度変調によって光源１１０の出力光を変調する。具体的には、強度変調器１４０は、光源１１０から連続光を入力し、入力した連続光をアナログ変調信号に基づいて強度変調することによって光変調信号を生成する。強度変調器１４０は、生成した光変調信号を光伝送路３０に送出する。強度変調器１４０は、例えばＥＡ（Electro-Absorption：電界吸収型）変調器である。強度変調器１４０は、マッハツェンダ型変調器であってもよい。
　図２は、光源１１０の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。図２（Ａ）は、位相／周波数変調による光源１１０の変調のイメージを表し、図２（Ｂ）は、強度変調による光源１１０の変調のイメージを表す。図２の例は、０または１の２値をとり得るＮＲＺ信号で光源１１０を変調した場合を表している。
　このように構成された第１実施形態の光送信器１０は、光源１１０に印加されるバイアス電流をアナログ変調信号で変調することにより光源１１０の位相／周波数変調を実現することができるとともに、強度変調器１４０を備えることにより光源１１０を強度変調することができる。このため、第１実施形態の光送信器１０によれば、強度変調方式と、位相／周波数変調方式とで別々の光送信器を用意する必要がなくなり、１つの光送信器１０によって両方式に対応することができる。すなわち、第１実施形態の光送信器１０によれば、光伝送の適応変調において、伝送方式または伝送パラメータの変更の自由度を向上させることが可能となる。
（変形例）
　第１実施形態の光送信器１０では、位相／周波数変調で光源１１０を変調する場合、光源１１０のバイアス電流の変調に伴い、アナログ変調信号の位相／周波数変調成分だけでなく、強度変調成分も印加される。この場合、光送信器１０は、光源１１０の変調成分の逆パターンで変調するように強度変調器１４０を作動させることで強度変調成分が除去されるように光変調信号を補正するように構成されてもよい。図３は、変形例の光送信器１０による光変調信号の補正のイメージ図である。図３（Ａ）は、光源１１０に印加されるバイアス電流を変調信号で変調した結果として光源１１０から出力される光信号（光変調信号）の強度を示す図である。一方、図３（Ｂ）は、強度変調器１４が、図３（Ａ）で出力された光変調信号を図３（Ａ）の変調信号と逆パターンの変調信号で変調することによって補正された光変調信号の強度を示す図である。このような構成により、変形例の光送信器１０は、位相／周波数変調の精度を高めることができる。
　また、第１実施形態の光送信器１０における適応変調の構成は、多値度やＦＥＣ種別を変更する従来の適応変調と組み合わせられてもよい。
　また、第１実施形態の光送信器１０における適応変調の構成は、ＥＡ（Electro-Absorption：電界吸収型）変調器による強度変調おいてＤＦＢレーザを変調することで波長分散耐性が向上するようにチャープを印可する構成と組み合わせられてもよい。
　また、第１実施形態の光送信器１０は、光源１１０のバイアス電流を変調することにより位相／周波数変調および強度変調を実現するように構成されてもよい。図４は、変形例の光送信器１０の構成例を示す図である。変形例の光送信器１０は、強度変調器１４０を備えない点で第１実施形態の光送信器１０と異なる。この構成では、光源１１０に印加するバイアス電流値の大きさを変えることで位相／周波数変調および強度変調を実現することができる。図５は、変形例の光送信器１０による光源１１０の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。図５（Ａ）は、位相／周波数変調のイメージを表し、図５（Ｂ）は強度変調のイメージを表す。この場合、変調方式切替部１２２は、第１実施形態と同様の方法で位相／周波数変調を実現することができる。一方、変調方式切替部１２２は、強度変調時には、光源１１０に印加するバイアス電流値を位相／周波数変調時よりも大きな電流値とする。これにより、所望の消光比を得ることが可能となるので、変調方式切替部１２２は、バイアス電流の変調によって強度変調を実現することができる。すなわち、変形例の光送信器１０は、位相／周波数変調および強度変調のいずれについても、光源１１０の出力動作自体を制御することで光源１１０を変調するように構成される。このように、変形例の光送信器１０によれば、位相／周波数変調および強度変調において回路の動作を共通化できる部分が多くなるため、より小さい回路規模で光送信器１０を構成することができる。
　また、第１実施形態の光送信器１０は、強度変調器１４０に代えてマッハツェンダ型変調器１５０を備えるように構成されてもよい。図６は、変形例の光送信器１０の構成例を示す図である。この構成では、光送信器１０は、マッハツェンダ型変調器１５０に印可するバイアス電圧と変調振幅を変更することで光源１１０の強度変調および位相変調を実現することができる。図７は、変形例の光送信器１０による光源１１０の変調方式の切り替えの概略を示すイメージ図である。図７（Ａ）は、強度変調のイメージを表し、図７（Ｂ）は、位相変調のイメージを表す。強度変調の場合、マッハツェンダ型変調器１５０は、電圧に対して正弦波状に変化する消光特性を持っており、２値の強度変調の場合、光透過率１００パーセントとなる点から０パーセントとなる点にかけて変調信号のバイアス電圧と振幅を決定する。このとき、出力位相に変動はない。一方、位相変調時には，光透過率１００パ―セントとなる点から次の１００パーセントとなる点にかけて変調信号のバイアス電圧と振幅を決定する。これにより、位相が１８０度変動する。変形例の光送信器１０における適応変調の構成は、多値度やＦＥＣ種別を変更する従来の適応変調と組み合わせられてもよい。このような変形例の構成によれば、多値の強度変調信号を送信することができるととともに、２値の位相変調に多値の強度変調成分を加えて送信することができる。なお、マッハツェンダ型変調器１５０は、Ｉ軸およびＱ軸の双方を変調可能なＩＱ変調器であってもよく、この場合、マッハツェンダ型変調器１５０は、Ｉ軸およびＱ軸ともに同一信号、かつ同一バイアス、かつ同一振幅で変調することで強度変調信号を送信することができる。
＜第２実施形態＞
　図８は、第２実施形態の光伝送システム１Ｂの構成例を示す図である。光伝送システム１は、第１実施形態の光送信器１０を備えたユーザ装置同士が通信するシステムである。ここで、第１実施形態の光送信器１０を備えたユーザ装置の構成としては、図８に示すユーザ装置２Ａおよび２Ｂの２種類の構成を想定する。ユーザ装置２Ａは、直接検波方式で光信号を受信する光受信器２０Ａを備える構成であるのに対し、ユーザ装置２Ｂは、デジタルコヒーレント検波方式で光信号を受信する光受信器２０Ｂを備える構成である。合分波器２１は、光信号の送受信において異なる波長の光信号を合分波して入出力するものである。
　これらのユーザ装置２の間で通信を行うためには、強度変調と、位相／周波数変調とのどちらの変調方式で光信号をやり取りするかを通信開始時に決定する必要がある（ネゴシエーション）。例えば、ネゴシエーションを実現する構成として、各ユーザ装置２が順番に強度変調の信号と、位相／周波数変調の信号とを送信し、どちらの変調方式で受信できたかを相互に通知しあう構成が考えられる。また、ネゴシエーションのやり取りは、例えばイーサネット（登録商標）における通信モードのネゴシエーションやＴＣＰ（Transmission Control Protocol）におけるスリーウェイハンドシェークなど、通信接続の確立時における一般的な初期認証フェーズと同様のスキームで行うことが想定される。
　このように構成された第２実施形態の光伝送システム１では、ユーザ装置２同士が、強度変調または位相／周波数変調のどちらの変調方式で光信号を送受信するかを通信開始時のネゴシエーションによって決定することができる。すなわち、第２実施形態の光伝送システム１によれば、各ユーザ装置２は、主信号の送受信によって通信相手のユーザ装置との間の伝送経路に応じた変調方式を決定し、伝送経路の変化に対して適応的に変調方式を切り替えて通信することができるので、光伝送の適応変調において、伝送方式または伝送パラメータの変更の自由度を向上させることが可能となる。
＜第３実施形態＞
　図９は、第３実施形態の光伝送システム１Ｃの構成例を示す図である。第２実施形態の光伝送システム１Ｂでは、主信号の通信を利用して初期認証フェーズにネゴシエーションをする構成であった。これに対して、第３実施形態の光伝送システム１Ｃでは、各ユーザ装置２Ｃが主信号の伝送経路（以下「第１経路」という。）とは別に制御信号の伝達経路（以下「第２経路」という。）を有し、第２経路を介して、通信先のユーザ装置２Ｃとの間の伝送経路における光信号の損失（経路損失）や、通信先のユーザ装置２Ｃにおける光受信器の構成などの情報（以下「制御情報」という。）をやり取りする。第３実施形態の光伝送システム１Ｃにおいて、ユーザ装置２Ｃは、通信先のユーザ装置２Ｃから通知された制御情報をもとに変調方式を決定する。
　具体的には、この場合、各ユーザ装置２Ｃは、第１実施形態の光送信器１０、光受信器２０および合分波器２１に加えて、制御信号通信部２２を備える。制御信号通信部２２は、第２経路を介して制御情報を示す信号（制御信号）を送受信する。例えば、第２経路は、図９（Ａ）に示すように、第１経路とは物理的に別のネットワークとして構成されてもよいし、図９（Ｂ）に示すように、第１経路と物理的に同じネットワークを使用して、論理的に異なる伝送経路として構成されてもよい。
　例えば、図９（Ｂ）の例において、第２経路は、第１経路として使用する光伝送路において、第１経路とは別の独立した波長を用いた別チャネルとして構成されてもよいし、主信号の波長域内で制御信号を伝送可能にするＡＭＣＣ（Auxiliary Management and Control Channel）により実現される疑似的な制御チャネルとして構成されてもよい。
　このように構成された第３実施形態の光伝送システム１Ｃにおいて、各ユーザ装置２Ｃは、主信号を伝送する第１経路とは、物理的または論理的に独立した第２経路を用いて変調方式のネゴシエーションを行うことができる。すなわち、第３実施形態の光伝送システム１Ｃによれば、各ユーザ装置２Ｃは、互いに送受信する制御信号によって伝送経路の構成を認識することにより、伝送経路の変化に対して適応的に変調方式を切り替えて通信することができるので、光伝送の適応変調において、伝送方式または伝送パラメータの変更の自由度を向上させることが可能となる。
（変形例）
　第３実施形態の光伝送システム１Ｃにおいて、各ユーザ装置２Ｃには、通信先のユーザ装置を示す情報（以下「通信先情報」という。）が予め登録されてもよい。この場合、光送信器１０の変調方式切替部１２２は、予め登録されている通信先情報に基づいて光送信器１０の変調方式を決定するように構成されてもよい。この場合、変調方式を決定するための制御信号を送受信する必要がなくなるので、光伝送システム１Ｃにおいて第２経路を省略し、システム構成を簡素化することができる。
＜第４実施形態＞
　図１０は、第４実施形態の光伝送システム１Ｄの構成例を示す図である。第２実施形態の光伝送システム１Ｂおよび第３実施形態の光伝送システム１Ｃでは、ユーザ装置２同士が直接的に接続されて通信した。これに対して、第４実施形態の光伝送システム１Ｄでは、各ユーザ装置２Ｄがネットワークノード装置（以下「ＮＷノード装置」という。）４０を介して通信する。ユーザ装置２Ｄは、直接的にはネットワークノード装置４０と通信する点で第３実施形態のユーザ装置２Ｃと異なるが、基本的な構成はユーザ装置２Ｃと同様である。ＮＷノード装置４０は、光スイッチによって光通信を転送する装置である。ユーザ装置２Ｄ同士の通信は、１つ以上のＮＷノード装置４０が通信を転送することによって実現される。統合コントローラ５０は、１つ以上のＮＷノード装置４０を統合的に制御する装置である。
　この場合、各ユーザ装置２Ｄは、自身が接続するＮＷノード装置４０と変調方式のネゴシエーションを行う。具体的には、各ＮＷノード装置４０はユーザ装置２Ｄの制御信号通信部２２と同様の制御信号通信部４１を備える。各ユーザ装置２では、制御信号通信部２２がＮＷノード装置４０の制御信号通信部４１と通信することにより、各自の制御情報をＮＷノード装置４０に通知するとともに、ＮＷノード装置４０から通信先のユーザ装置２Ｄの制御情報を取得する。各ユーザ装置２Ｄでは、光送信器１０の変調方式切替部１２２がＮＷノード装置４０から取得された制御情報に基づいて通信先のユーザ装置２Ｄとの通信における変調方式を決定して、変調方式の切り替えを行う。
　一方、ＮＷノード装置４０では、制御信号通信部４１がネゴシエーション相手のユーザ装置２Ｄから入力した制御信号を統合コントローラ５０に供給するとともに、ネゴシエーション相手のユーザ装置２Ｄに対して、そのユーザ装置２Ｄの通信先のユーザ装置２Ｄの制御情報について制御信号を出力する。ここで、各ＮＷノード装置４０の制御信号通信部４１は、各ユーザ装置２Ｄから取得された制御情報を、統合コントローラ５０を介して共有する機能を有する。この制御情報の共有機能により、ユーザ装置２Ｄは、自身が接続するＮＷノード装置４０から、通信先のユーザ装置２Ｄの制御情報を取得することが可能となり、通信先のユーザ装置２Ｄとの通信における変調方式を、直接的に接続するＮＷノード装置４０とのネゴシエーションによって決定することができる。
＜第５実施形態＞
　図１１は、第５実施形態の光伝送システム１Ｅの構成例を示す図である。図１１に示すように、第５実施形態の光伝送システム１Ｅは、第１のアクセスエリアＡ１と、第２のアクセスエリアＡ２と、ローカルネットワークＬＮ１およびＬＮ２と、コアネットワークＣＮとを備えるＡＰＮネットワークＮＷに適用される。ここで、第１のアクセスエリアＡ１および第２のアクセスエリアＡ２は、ユーザ装置２Ｅを介してエンドユーザの端末を収容するサービスエリアの範囲を表す。例えば、第１のアクセスエリアＡ１は、スマートフォンや携帯電話等の移動通信端末ＴＭ１を無線接続するユーザ装置２Ｅ－１と、放送機器等の機器ＴＭ２を有線接続するユーザ装置２Ｅ－２とを備える。また、例えば、第２のアクセスエリアＡ２は、データセンタ等に設置されたサーバ機器群ＴＭ３などを有線接続するユーザ装置２Ｅ－３を備える。ここでは、各ユーザ装置２Ｅの光受信器２０が、直接検波方式で光信号を検波する場合を想定する。
　なお、図１１に例示する第１のアクセスエリアＡ１および第２のアクセスエリアＡ２の構成は一例であり、アクセスエリアは図示した機器に限らず任意の機器を接続するものであってよい。また、ＡＰＮネットワークＮＷは１つのアクセスネットワークを備えるように構成されてもよいし、３つ以上のアクセスネットワークを備えるように構成されてもよい。
　ローカルネットワークＬＮ１およびＬＮ２は、対応するアクセスエリアの機器を収容するネットワークである。また、コアネットワークＣＮは、ローカルネットワークＬＮ１およびＬＮ２を収容するネットワークである。簡単のため図１１では、コアネットワークＣＮが２つのローカルネットワークＬＮ１およびＬＮ２を収容する場合を示しているが、コアネットワークＣＮが収容するローカルネットワークは１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
　例えば、ローカルネットワークＬＮ１は、複数の光ゲートウェイ装置６０（Ph-GW: Photonic Gateway）によるフルメッシュネットワークとして構成されてもよい。この場合、ローカルネットワークＬＮ１では、第１のアクセスエリアＡ１を収容する光ゲートウェイ装置６０－１と、第２のアクセスエリアＡ２を収容する光ゲートウェイ装置６０－２とが、任意の転送経路で通信を中継することにより長距離通信が可能である。このようなローカルネットワークＬＮ１では、光伝送路３０で劣化したＳＮＲを改善するために、転送先となる光ゲートウェイ装置６０が３Ｒ中継器として構成されてもよい。
　図１２は、ユーザ装置２Ｅと、３Ｒ中継器としての光ゲートウェイ装置６０との接続の構成例を示す図である。例えば、図１２に示すユーザ装置２Ｅは、図１２の長距離通信におけるユーザ装置２Ｅ－３であり、図１２に示す３Ｒ中継器としての光ゲートウェイ装置６０は図１２の長距離通信における光ゲートウェイ装置６０－２である。
　この場合、光ゲートウェイ装置６０は、例えば、光伝送路３０との間で光信号を入出力する合分波器６１と、位相／周波数変調によって上り通信の光信号を復調する光受信器６２と、強度変調によって下り通信の光信号を変調する光送信器６３と、光信号のデジタル信号処理を実施するデジタル信号処理回路６４とを備える。合分波器６１は、スプリッタやサーキュレータのような波長依存性の少ないデバイス、および、波長分波フィルタのような通信波長帯に応じて合分波するデバイスが想定される。
　光受信器６２は、例えば、光増幅器６２１と、局発光源６２２と、偏波・位相ダイバーシティ光受信器６２３と、ＡＤ変換器６２４と、デジタルコヒーレント検波部６２５とを備える。デジタルコヒーレント検波部６２５は、デジタル信号処理回路１２０によって実現され、デジタルコヒーレント検波方式で光信号を検波する。光送信器６３は、例えば、ＤＡ変換器６３１と、光源６３２と、強度変調器６３３と、光増幅器６３４とを備える。以下、３Ｒ中継器として構成された光ゲートウェイ装置６０を「３Ｒ中継器６０」と記載する場合がある。
　このように構成された３Ｒ中継器６０に対し、ユーザ装置２Ｅの光送信器１０は、位相／周波数変調方式で３Ｒ中継器６０の光受信器６２と通信するように構成される。これにより、上り通信では、３Ｒ中継器６０において高感度での受信が可能となる。一方、上述のとおり、ここではユーザ装置２Ｅが直接検波方式で光信号を検波する場合を想定しているので、光受信器２０は３Ｒ中継器６０の光送信器６３と強度変調方式で通信するように構成されることが想定される。
　この場合、下り通信におけるユーザ装置２Ｅの光受信器２０の受信感度は、上り通信における３Ｒ中継器６０の光受信器６２の受信感度よりも低くなることが想定される。このような受信感度の差を小さくし、上り通信および下り通信において許容する伝送路損失を同等にするため、３Ｒ中継器６０は、光増幅器６３４によって出力光の強度を改善するように構成されてもよい。例えば、上り通信と下り通信の受信感度の差をＡ［ｄＢ］とした場合、光送信器６３の出力光の強度が上り通信の出力光の強度よりもＡ［ｄＢ］だけ高くなるように光増幅器６３４のゲインが調整されるとよい。
　なお、現在、コアネットワーク等で用いられているデジタルコヒーレント光受信器は、高感度受信のために前置光増幅器を適用することが前提となっている。そのため、第５実施形態の光伝送システム１Ｅにおいても３Ｒ中継器６０のデジタル信号処理回路６４の前段に前置光増幅器を配置してもよい。
　また、長距離通信の構成において、変調方式は、第４実施形態と同様のネゴシエーション方法によって決定することができる。また、ユーザ装置２Ｅまたは３Ｒ中継器６０において、接続先装置の情報が予め登録されている場合には、その登録情報に基づいて変調方式が決定されてもよい。
　一方、同じアクセスエリアネットワークに属するユーザ装置２Ｅ同士が通信する場合、当該アクセスエリアネットワークを収容する光ゲートウェイ装置６０が光スイッチとして機能し、ユーザ装置２Ｅの通信を折り返すことによって短距離通信が可能である。例えば、図１１の例では、ユーザ装置２Ｅ－２を通信先とするユーザ装置２Ｅ－１の通信が光ゲートウェイ装置６０－１によってユーザ装置２Ｅ－２に折り返される。
　図１３は、光ゲートウェイ装置６０を介したユーザ装置２Ｅ間の短距離通信に関する構成例を示す図である。上述のとおり、同じアクセスネットワーク内における短距離通信では、ユーザ装置２Ｅの通信が光ゲートウェイ装置６０の光スイッチ機能によって折り返されるので、ユーザ装置２Ｅ間の接続構成は、図１３に示すように、光伝送路３０を介して直接接続された構成となる。なお、図１３におけるデジタル信号処理回路１２０は、送受信用のＤＡ変換器およびＡＤ変換器を含むものとする。すなわち、短距離通信において、各ユーザ装置２Ｅは、第３実施形態と同様のネゴシエーション方法によって変調方式を決定することができる。また、この場合、各ユーザ装置２Ｅにおいて、接続先装置の情報が予め登録されている場合には、その登録情報に基づいて変調方式が決定されてもよい。
　このように構成された第５実施形態の光伝送システム１Ｅによれば、ＡＰＮにおいて、例えば光ゲートウェイ装置６０での折り返し通信時などの伝送路損失が小さい場合においては、ユーザ装置２Ｅ間を直結して通信させることができ、伝送路損失が大きい場合においては、光ゲートウェイ装置６０のネットワークを介して通信を転送するとともに、３Ｒ中継器６０によって光信号を増幅して通信相手のユーザ装置２Ｅに通信を中継することができる。
＜変形例＞
　第５実施形態の光伝送システム１Ｅでは、強度変調器に代えてマッハツェンダ型変調器が用いられてもよい。
　以上説明した実施形態の光送信器１０または光伝送システム１Ｅでは、従来、変調方式ごとに異なる光送信器（強度変調器、ＤＰ－ＩＱ変調器：Dual Polarization In-phase Quadrature modulator）が必要であったのに対し、変調用素子に印可する信号とそのバイアス値、振幅を所望の変調方式に応じて変更することで、強度変調器のみで強度変調と位相／周波数変調とを切り替えることが可能となる。したがって、実施形態の光送信器１０または光伝送システム１Ｅによれば、同一光送信器にて直接検波方式、デジタルコヒーレント受信方式の双方の光受信器と通信することができる経済的な光送信器を実現することができる。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　本発明は、光伝送路を介して通信する送信装置、受信装置、または光伝送システムに適用可能である。
１…光伝送システム、２…ユーザ装置、１０…光送信器、１１０…光源、１２０…デジタル信号処理回路、１２１…変調信号出力部、１２２…変調方式切替部、１３０…ＤＡ変換器、１４０…強度変調器、１５０…マッハツェンダ型変調器、２０…光受信器、２１…合分波器、２２…制御信号通信部、３０…光伝送路、４０…ネットワークノード装置、４１…制御信号通信部、５０…統合コントローラ、６０…光ゲートウェイ装置、６１…合分波器、６２…光受信器、６２１…光増幅器、６２２…局発光源、６２３…偏波・位相ダイバーシティ光受信器、６２４…ＡＤ変換器、６２５…デジタルコヒーレント検波部、６３…光送信器、６３１…ＤＡ変換器、６３２…光源、６３３…強度変調器、６３４…光増幅器、６４…デジタル信号処理回路

Claims (8)

  1. 　光信号の強度変調によって光変調信号を生成する第１変調部と、
    　光信号の位相／周波数変調によって光変調信号を生成する第２変調部と、
    　前記光信号の変調手段を前記第１変調部および前記第２変調部のいずれかに切り替える変調方式切替部と、
    　を備え、
    　前記変調方式切替部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうち、接続先の装置に応じた変調部に前記変調手段を切り替える、
    　光送信器。
  2. 　前記第２変調部は、前記光信号を発する光源に印加するバイアス電流を前記変調手段に係る変調信号で変調することにより前記光信号の位相／周波数変調を実現する、
    　請求項１に記載の光送信器。
  3. 　前記第１変調部は、電界吸収型変調器またはマッハツェンダ型変調器によって前記光信号の強度変調を実現する、
    　請求項２に記載の光送信器。
  4. 　前記第１変調部は、前記第２変調部が前記光源に印加するバイアス電流よりも大きな電流値でバイアス電流を印加することにより前記光信号の強度変調を実現する、
    　請求項２に記載の光送信器。
  5. 　前記通信方式切替部は、前記接続先の装置との初期通信時において、前記接続先の装置との通信に使用する変調方式をネゴシエーションによって決定する、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の光送信器。
  6. 　請求項５に記載の光送信器と、
    　直接検波方式またはデジタルコヒーレント検波方式で光信号を検波する光受信器と、
    　を備える１以上のユーザ装置と、
    　前記１以上のユーザ装置を収容する１以上のネットワークノード装置と、
    　前記１以上のネットワークノード装置による通信経路を制御する経路制御装置と、
    　を備え、
    　前記光送信器は、前記通信相手のユーザ装置との間で実施する前記ネゴシエーションに係る情報を、前記経路制御装置を介してやり取りする、
    　光伝送システム。
  7. 　第１のユーザ装置が、直接検波方式の光受信器を備える第２のユーザ装置と短距離通信する場合、前記第１のユーザ装置の光送信器は、強度変調方式で前記第２のユーザ装置の光受信器と通信し、
    　第１のユーザ装置が、第３のユーザ装置と長距離通信する場合、前記第１のユーザ装置の光送信器は、前記第１のユーザ装置と前記第３のユーザ装置との間の通信を中継するネットワークノード装置が備えるデジタルコヒーレント検波方式の光受信器と、位相／周波数変調方式で通信する、
    　請求項６に記載の光伝送システム。
  8. 　光信号の強度変調によって光変調信号を生成する第１変調部と、光信号の位相／周波数変調によって光変調信号を生成する第２変調部とのいずれかの手段で光信号を変調する変調ステップと、
    　前記光信号の変調手段を前記第１変調部および前記第２変調部のいずれかに切り替える変調方式切替ステップと、
    　を有し、
    　前記変調方式切替ステップにおいて、前記第１変調部および前記第２変調部のうち、通信相手となる装置に応じた変調部に前記変調手段を切り替える、
    　光送信方法。
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