JP2007036785A - Optical transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信信号を光により送受信する光伝送システムに関する。 The present invention relates to an optical transmission system that transmits and receives communication signals by light.
従来から、情報通信を行う場合、電磁波を用いた無線通信のものとケーブルを用いた有線通信方式がある。特に高速通信の場合は、光を用いた光通信がある。ここで、図11に、無線通信を行う場合の送信機及び受信機の概略構成図を示す。また、図12に、光通信を行う場合の送信機及び受信機の概略構成図を示す。 Conventionally, when performing information communication, there are a wireless communication method using electromagnetic waves and a wired communication method using cables. In particular, in the case of high-speed communication, there is optical communication using light. Here, FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of a transmitter and a receiver when performing wireless communication. FIG. 12 shows a schematic configuration diagram of a transmitter and a receiver when optical communication is performed.
図11に示す送信機120は、送信信号を出力する出力回路121と、キャリア信号を出力する発振器122と、発振器122からのキャリア信号を送信信号で変調する変調回路123と、変調回路123で変調した信号波を送信する送信アンテナ124と、を有する。また、受信機125は、送信アンテナ124からの信号波を受信する受信アンテナ126と、変調回路123で変調した送信波を復調するための局部発振信号を出力する発振器129と、受信アンテナ126で受信した信号波を発振器129からの局部発振信号で復調する復調回路127と、復調回路127で復調した信号を検波する検波回路128と、を有する。
The
一方、サブキャリア信号を伝送する光伝送システムにおいて、図12に示す受信機132は、送信機131から光ファイバ135を介して送信された信号光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード133と、フォトダイオード133からの電気信号から送信機131での送信信号のサブキャリア信号で検波する検波回路134と、を有する。
On the other hand, in the optical transmission system that transmits the subcarrier signal, the
ここで、光は伝搬中に電磁波の影響を受けないことから、光通信による通信方法は、ノイズに強いため、無線通信による通信方法より優れている点が多い。しかし、光ファイバとして多モード光ファイバを適用すると、多モード光ファイバでの光のモード分散に起因して受信側において復調信号波形が劣化することが課題となっている。これは、将来多モード光ファイバにより10Gbit/s以上での光通信を実現するためには大きな課題となる。 Here, since light is not affected by electromagnetic waves during propagation, the communication method using optical communication is resistant to noise, and thus has many advantages over the communication method using wireless communication. However, when a multimode optical fiber is applied as an optical fiber, there is a problem that a demodulated signal waveform deteriorates on the reception side due to mode dispersion of light in the multimode optical fiber. This is a major issue in the future to realize optical communication at 10 Gbit / s or higher using a multimode optical fiber.
そのため、上記課題を解決すべく受信側で受光した光を電気信号に変換しトランスバーサルフィルタ等の補償フィルタに通すことによって伝搬遅延時間差の影響を除去する方法が開発されている(例えば、非特許文献1又は2を参照。)。また、高周波数では光ファイバの伝送損失が略一定となることから、サブキャリア周波数を高周波数とする方法もある(例えば、非特許文献3を参照。)。
しかし、光通信では、図12に示すように受信機132において信号光をフォトダイオード133等の受光素子によって光の強度、すなわち光の電界の2乗検波により光を検出するため、図11に示す無線通信の場合と異なり、光の位相情報が失われる。つまり、図12に示す受信機132は、多モード光ファイバによる伝搬遅延時間差に起因して干渉した状態の光の強度のみを検出することとなる。そのため、上記非特許文献1から3に記載された方法では、多モード光ファイバでの光の伝搬遅延時間差に起因する通信信号の波形劣化補償に限界がある。また、多モード光ファイバによる伝搬遅延時間差が時々刻々と変化するため、補償すべき値も時々刻々変化することになる。
However, in optical communication, as shown in FIG. 11, the signal light is detected by the light receiving element such as the
そこで、本発明では、光の波形劣化を補償して光受信機での受信精度を向上させることが可能な光伝送システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical transmission system that can compensate for the waveform deterioration of light and improve the reception accuracy in the optical receiver.
上記目的を達成するため、発明者は、光受信機における光の干渉の影響が一定となるように光送信機で変調する光の光キャリア周波数を設定することとした。なお、本明細書において、所定の用語を以下に説明する定義において使用することとする。 In order to achieve the above object, the inventor decided to set the optical carrier frequency of the light modulated by the optical transmitter so that the influence of the light interference in the optical receiver becomes constant. In the present specification, predetermined terms are used in the definitions described below.
「サブキャリア周波数」とは、周波数の異なるキャリアに情報を乗せ、各キャリア信号を電気領域で周波数多重化し、この周波数多重化された信号を光信号に変換して伝送する方式において、電気領域におけるキャリアの周波数をいう。また、「サブキャリア信号」とは、周波数の異なるキャリアに情報を乗せ、各キャリア信号を電気領域で周波数多重化し、この周波数多重化された信号を光信号に変換して伝送する方式において、電気領域におけるキャリアに情報を乗せた信号をいう。また、「光キャリア周波数」とは、光領域の変調をしていない状態の光の周波数をいう。また、「光サブキャリア周波数」とは、周波数の異なるキャリアに情報を乗せ、各キャリア信号を電気領域で周波数多重化し、この周波数多重化された信号を光信号に変換して伝送する方式において、光信号に変換されたとき変調により新たに生じる周波数の信号をいう。また、「角度変調周波数」とは、光キャリア周波数を安定化させるために光キャリア周波数を故意に変化させる時の周波数をいう。 “Subcarrier frequency” refers to a method in which information is placed on carriers of different frequencies, each carrier signal is frequency-multiplexed in the electrical domain, and the frequency-multiplexed signal is converted into an optical signal for transmission. The carrier frequency. The “subcarrier signal” refers to a method in which information is carried on carriers having different frequencies, each carrier signal is frequency-multiplexed in the electrical domain, and the frequency-multiplexed signal is converted into an optical signal for transmission. A signal in which information is carried on a carrier in a region. The “optical carrier frequency” refers to the frequency of light in a state where the optical region is not modulated. In addition, the “optical subcarrier frequency” refers to a method in which information is placed on carriers having different frequencies, each carrier signal is frequency-multiplexed in the electrical domain, and the frequency-multiplexed signal is converted into an optical signal for transmission. A signal having a frequency newly generated by modulation when converted into an optical signal. The “angle modulation frequency” refers to a frequency when the optical carrier frequency is intentionally changed in order to stabilize the optical carrier frequency.
本発明に係る光伝送システムは、光キャリアをサブキャリア信号で強度変調して信号光を送信する光送信機と、前記光送信機から送信される前記信号光を受光し前記サブキャリア信号を復調する光受信機と、を有する光伝送システムであって、前記光送信機は、前記光送信機から前記光受信機までの前記信号光の伝搬経路差による遅延時間差を光キャリアの位相差に換算した値が−π/2からπ/2の間で略一定値となるように前記光送信機の強度変調する前記光の光キャリア周波数を設定することを特徴とする。 An optical transmission system according to the present invention includes an optical transmitter that modulates the intensity of an optical carrier with a subcarrier signal and transmits signal light, and receives the signal light transmitted from the optical transmitter and demodulates the subcarrier signal. An optical receiver that converts a delay time difference due to a difference in propagation path of the signal light from the optical transmitter to the optical receiver into a phase difference of an optical carrier. The optical carrier frequency of the light whose intensity is modulated by the optical transmitter is set so that the obtained value becomes a substantially constant value between −π / 2 and π / 2.
光送信機において、上記光キャリアの位相差が−π/2からπ/2の間で略一定値となるように光キャリア周波数を設定することにより、伝搬経路差により光が干渉しても光受信機において略一定の光強度の信号光を受光することができる。そのため、光の波形劣化を補償して光受信機での受信精度を向上させることが可能となる。ここで、本発明に係る光伝送システムには、多モード光ファイバや空間を伝送媒体とするものが含まれる。 In the optical transmitter, by setting the optical carrier frequency so that the phase difference of the optical carrier is a substantially constant value between −π / 2 and π / 2, even if light interferes due to the propagation path difference, The receiver can receive signal light having a substantially constant light intensity. Therefore, it is possible to improve the reception accuracy at the optical receiver by compensating for the waveform deterioration of the light. Here, the optical transmission system according to the present invention includes a multi-mode optical fiber and a system using a space as a transmission medium.
上記光伝送システムにおいて、前記位相差が略0であることが望ましい。 In the optical transmission system, it is desirable that the phase difference is substantially zero.
位相差を略0とすることにより、光受信機で受信する光キャリアの強度が最大となる。そのため、サブキャリア信号の波形劣化を補償して信号劣化を最小限にすることができる。 By setting the phase difference to approximately 0, the intensity of the optical carrier received by the optical receiver is maximized. Therefore, signal degradation can be minimized by compensating for waveform degradation of the subcarrier signal.
また、上記光伝送システムにおいて、前記遅延時間差を取得して前記光受信機から前記光送信機に帰還させる遅延時間差帰還手段をさらに有し、前記光送信機は、前記遅延時間差帰還手段から帰還された前記遅延時間差に追従して前記光の光キャリア周波数を設定することが望ましい。 The optical transmission system further includes delay time difference feedback means for acquiring the delay time difference and feeding back from the optical receiver to the optical transmitter, and the optical transmitter is fed back from the delay time difference feedback means. It is also desirable to set the optical carrier frequency of the light following the delay time difference.
上記遅延時間差帰還手段を有して、時々刻々変化する遅延時間差に追従して光キャリア周波数を設定することにより、光の波形劣化補償効果を維持して光受信機での受信精度を高精度に保つことが可能となる。 By having the delay time difference feedback means and following the delay time difference that changes every moment, the optical carrier frequency is set, thereby maintaining the optical waveform degradation compensation effect and improving the reception accuracy at the optical receiver. It becomes possible to keep.
また、上記光伝送システムにおいて、前記光送信機は、光キャリアを予め角度変調することが望ましい。 In the optical transmission system, it is preferable that the optical transmitter angle-modulates the optical carrier in advance.
角度変調した光キャリアを用いることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても信号光の光キャリア周波数を光送信機で制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となる。そのため、光受信機で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。 By using an angle-modulated optical carrier, the optical carrier frequency of the signal light is controlled by the optical transmitter even if the delay time difference due to the propagation path difference changes suddenly due to disturbance, and the optical carrier phase difference is maintained substantially constant. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to stabilize the light intensity of the signal light received by the optical receiver.
また、上記光伝送システムにおいて、前記光送信機は、強度変調する前記光から予め分岐させた分岐光を角度変調して前記信号光に結合させることが望ましい。 In the optical transmission system, it is desirable that the optical transmitter angle-modulates branched light that has been branched in advance from the light that is intensity-modulated and couples it to the signal light.
強度変調する光から予め分岐させた分岐光を角度変調して信号光に結合させることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても信号光の光キャリア周波数を光送信機で制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となると共に、強度変調した信号光に対する角度変調の影響を小さくすることができる。そのため、光受信機で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。 The optical carrier frequency of the signal light can be changed even if the delay time difference due to the propagation path difference changes suddenly due to the angle modulation of the branched light that has been branched from the light whose intensity is modulated and coupled to the signal light. The phase difference of the optical carrier can be maintained substantially constant, and the influence of angle modulation on the intensity-modulated signal light can be reduced. Therefore, it is possible to stabilize the light intensity of the signal light received by the optical receiver.
また、上記光伝送システムにおいて、前記光送信機は、前記光受信機で受光する遅延時間差のある光キャリア同士の位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することが望ましい。 In the optical transmission system, it is preferable that the optical transmitter sets an optical carrier frequency so that a phase difference between optical carriers having a delay time difference received by the optical receiver is substantially zero.
位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することにより、光受信機で安定してサブキャリア信号を復調することができる。 By setting the optical carrier frequency so that the phase difference becomes substantially zero, the subcarrier signal can be demodulated stably by the optical receiver.
また、上記光伝送システムにおいて、前記光送信機は、前記位相差を取得して前記光受信機から前記光送信機に帰還させる位相差帰還手段をさらに有し、前記光送信機は、前記位相差帰還手段から帰還された前記位相差に追従して前記光キャリア周波数を設定することが望ましい。 In the optical transmission system, the optical transmitter further includes phase difference feedback means for acquiring the phase difference and returning the phase difference from the optical receiver to the optical transmitter. It is desirable to set the optical carrier frequency following the phase difference fed back from the phase difference feedback means.
上記位相差帰還手段を有して、時々刻々変化する位相差に追従して光キャリア周波数を設定することにより、光受信機での補償後の波形劣化を最小限にすることが可能となる。 By having the phase difference feedback means and setting the optical carrier frequency following the phase difference that changes every moment, it is possible to minimize the waveform deterioration after compensation in the optical receiver.
また、上記光伝送システムにおいて、前記光受信機は、復調する前記電気信号を予め前記遅延時間差に基づいて等化する補償フィルタを備えることが望ましい。 In the optical transmission system, it is preferable that the optical receiver includes a compensation filter that equalizes the electric signal to be demodulated in advance based on the delay time difference.
補償フィルタにより光の伝搬遅延時間差に起因した送信信号の波形劣化を補償して光受信機において高精度に復調することが可能となる。 The compensation filter compensates for the waveform deterioration of the transmission signal caused by the difference in the propagation delay time of light, and can be demodulated with high accuracy in the optical receiver.
本発明の光伝送システムでは、光の波形劣化を補償して光受信機での受信精度を向上させることが可能である。 In the optical transmission system of the present invention, it is possible to compensate for the waveform deterioration of the light and improve the reception accuracy at the optical receiver.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。また、本明細書及び図面において、符号が同一の構成要素は相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. In the specification and the drawings, components having the same reference numerals indicate the same components.
図1は、本実施形態に係る光伝送システムを示した概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical transmission system according to the present embodiment.
本実施形態に係る光伝送システム2は、光キャリアをサブキャリア信号で強度変調して信号光を送信する光送信機10と、光送信機10から送信される信号光を受光しサブキャリア信号を復調する光受信機20と、を有する。また、光送信機10と光受信機20との間で信号光を伝送する第1光伝送路41及び第2光伝送路42を有する。
The
ここで、光送信機10は、光を出力する光源11と、光源11からの光キャリアをサブキャリア信号で強度変調して信号光を第1光伝送路41に送信する強度変調回路13と、光源11の出力する光キャリア周波数を設定する周波数設定回路12と、を有する。
Here, the
光源11は、設定した単一の周波数の光を出力することが望ましい。また、強度変調回路13は、サブキャリア信号で光源11からの光キャリアを強度変調する。強度変調回路13として、例えば、2分岐させた光導波路を伝搬する光に相対光路差をつけて結合させるマッハツェンダー型光変調器を適用できる。マッハツェンダー型光変調器を適用すると、変調信号に対する変調応答速度が速いため、変調信号を光に変換する際の劣化を少なくすることができる。なお、本実施形態では強度変調回路13を光源11と別途設けたが、強度変調回路13に代えて、光源11を直接強度変調することとしてもよい。
The light source 11 preferably outputs light having a set single frequency. The
サブキャリア信号は、図1に示すように発振器16a、16b、16cから出力され変調回路15a、15b、15cにおいて変調され、加算回路14で加算される。ここで、サブキャリア信号の変調は周波数変調、位相変調又は強度変調のいずれを適用することとしてもよい。また、チャネル数はいくつあってもよい。
As shown in FIG. 1, the subcarrier signals are output from the
ここで、図2及び図3に、光伝送システムの他の形態を示す。 Here, FIGS. 2 and 3 show other forms of the optical transmission system.
図1に示す光送信機10は、図2に示す光伝送システム3の光送信機60のように、光源11から出力される光キャリアを発振器17から出力される変調信号で角度変調する角度変調回路18を備えることが望ましい。角度変調回路18での角度変調は、光源11からの光の位相又は周波数のいずれを変調することとしてもよい。この角度変調周波数は、サブキャリア信号の周波数に比較して十分に低い周波数とする。このように、図2に示す角度変調回路18において予め角度変調した光キャリアを用いることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても光送信機60からの信号光の光キャリア周波数を光送信機10で制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となる。そのため、光受信機70で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。なお、本実施形態において角度変調回路18は、光源11からの光キャリアを角度変調することとしたが、前述したように、光源11の駆動電流の可変により光キャリア周波数を可変することができるため、光源11の駆動電流に変調信号を重畳させて直接変調することとしてもよい。
The
また、図1に示す光送信機10は、図3に示す光伝送システム4の光送信機80のように、光源11から出力される光を分岐させて分岐光の光キャリアを発振器17から出力される変調信号で角度変調して信号光に結合させる角度変調回路18を備えることが望ましい。角度変調回路18の変調方法は、図2で説明したものと同一とすることができる。また、光源11からの光を分岐させるには、例えば光カプラや方向性結合器を適用することができる。角度変調回路18からの光を信号光に結合する場合も同様に光カプラや方向性結合器を適用することができる。このように、図3に示す光源11からの光を分岐させた分岐光を角度変調回路18により角度変調して信号光に結合させることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても光送信機80からの信号光の光キャリア周波数を制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となると共に、光強度変調した信号光に対する角度変調の影響を小さくすることができる。そのため、光受信機70で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。
Further, like the
また、図2に示す光送信機60は、光受信機70で受光する遅延時間差のある光キャリア同士の位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することが望ましい。また、同様に図3に示す光送信機80は、光受信機70で受光する遅延時間差のある光キャリア同士の位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することが望ましい。上記遅延時間差のある光キャリア同士の位相差は、光受信機70において同期検波することにより検出することができる。そして、光受信機70での遅延時間差のある光キャリア同士の位相差をモニタしながら光送信機60、80において光キャリア周波数を変化させて位相差が略0となるところに設定する。本実施形態では、周波数差を光受信機70から光送信機60、80にフィードバックさせて、位相差に追従するように光キャリア周波数を制御するが、これについては後に説明する。このように、位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することにより、光受信機70で安定してサブキャリア信号を復調することができる。
Further, the
図1に示す周波数設定回路12は、周波数を設定する周波数設定信号を出力する。そして周波数設定信号は、例えば、光源11の駆動電流を制御することにより、光源11の出力する光の光キャリア周波数を設定する。 The frequency setting circuit 12 shown in FIG. 1 outputs a frequency setting signal for setting a frequency. And the frequency setting signal sets the optical carrier frequency of the light which the light source 11 outputs by controlling the drive current of the light source 11, for example.
ここで、周波数設定回路12の光キャリア周波数の設定について図4を参照して説明する。図4は、図1に示す第1光伝送路41を伝搬する信号光の概念図である。図4において、横軸は時間を、縦軸は信号光の角周波数を、それぞれ示している。
Here, the setting of the optical carrier frequency of the frequency setting circuit 12 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of signal light propagating through the first
図1に示す第1光伝送路41を伝搬する信号光は、第1光伝送路41内での信号光の多重反射により、反射角度が大きい低次モードから反射角度が小さい高次モードまで複数のモードに分散して伝搬する。そのため、光送信機10から送信される信号光は、光受信機20で複数の分散した信号として受信され、遅延時間差τが生じる。
A plurality of signal lights propagating through the first
本実施形態のように、サブキャリア伝送方式を採用する場合、図1に示す光送信機10から送信される信号波は、光キャリア信号と光サブキャリア信号が足し合わされた信号として伝搬する。そのため、信号光は、光キャリア信号と光サブキャリア信号とが相互に干渉してうなりを生じた状態となっている。図4において、図1に示す光送信機10から送信される信号光のうち先に光受信機20に到達する光を先行波61(図4)とし、後に光受信機20に到達する光を遅延波62(図4)とする。図4に示す先行波61と遅延波62との遅延時間差τを考えると、先行波61と遅延波62とは、図4の網掛け部分に示すように、光キャリア信号と光サブキャリア信号とは、時間的に重なり合っている。ここで、図4では、光サブキャリア信号64、66の各周波数をωmとし、光キャリア信号63、65(つまり光源が出力する光)の各周波数をωcとした。また、光サブキャリア信号64、66がサブキャリア信号で強度変調されることを考慮してωmに一定幅をもたせることとした。
When the subcarrier transmission method is employed as in this embodiment, the signal wave transmitted from the
図1に示す光送信機10からの信号光が遅延時間差τで伝搬すると、光受信機20では、信号光を、先行波の光キャリア信号63、先行波の光サブキャリア信号64、遅延波の光キャリア信号65及び遅延波の光サブキャリア信号66の4つの信号が相互に掛け合わさって、以下に示す6つの信号が結合した信号として受信することとなる。なお、以下の(1)から(6)は、図4に示す(1)から(6)に対応する。また、図5に、図1に示す光受信機20で検出される電力としての信号光の周波数スペクトルを示す。図5において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、受信電力を示す。また、図中点線は、バンドパスフィルタの特性を示している。また、図中(1)から(6)は、以下の(1)から(6)の信号に対応する。
When the signal light from the
(1)先行波の光キャリア信号63と先行波の光サブキャリア信号64
(2)遅延波の光キャリア信号65と遅延波の光サブキャリア信号66
(3)先行波の光キャリア信号63と遅延波の光キャリア信号65
(4)遅延波の光キャリア信号65と先行波の光サブキャリア信号64
(5)先行波の光キャリア信号63と遅延波の光サブキャリア信号66
(6)先行波の光サブキャリア信号64と遅延波の光サブキャリア信号66
(1) A preceding wave optical carrier signal 63 and a preceding wave
(2) Delayed-wave optical carrier signal 65 and delayed-wave
(3) An optical carrier signal 63 of a preceding wave and an optical carrier signal 65 of a delayed wave
(4) Optical carrier signal 65 of delayed wave and
(5) Leading-wave optical carrier signal 63 and delayed-wave
(6) Leading-wave
上記6つの信号のうち、(1)及び(2)の信号は、図1に示す光受信機20が受信すべき本来の信号である。また、(3)の信号は、同一周波数の光キャリア信号同士が掛け合わさった信号である。図1に示す光受信機20では、信号光をフォトダイオード等の受光素子によって2乗検波するため、(3)の信号を図1に示す光受信機20で受信すると、直流成分として検出する。また、(6)の信号は、光サブキャリア信号同士が掛け合わさった信号であり、図1に示す光受信機20において低周波の信号として検出される。そのため、図5に示すようにバンドパスフィルタによって除去可能である。(4)及び(5)の信号は、(1)及び(2)の信号と同じ周波数帯域の信号であるが、図4に示す先行波61と遅延波62とが干渉した波形の劣化を生じさせる信号である。つまり、遅延時間差τが図4で説明したように時々刻々変わりうるため、(4)及び(5)の信号は、その振幅値が時々刻々と変わり、図1に示す光送信機10からの信号の波形を劣化させ送信信号を正確に検波することができなくなる。そのため、(4)及び(5)の信号は、図1に示す光送信機10からの信号光から除去すべき信号となる。
Of the six signals, the signals (1) and (2) are the original signals that should be received by the
しかし、(4)及び(5)の信号は、(1)及び(2)の信号と同じ周波数帯域であるため、光受信機20の電気領域では、除去することができない。そこで、本実施形態では、図1に示す周波数設定回路12は、光送信機10から光受信機20までの光キャリア信号の伝搬経路差による遅延時間差τを位相差に換算した値が−π/2からπ/2の間で略一定値となるように光源11の出力する光の光キャリア周波数を設定する。遅延時間τを一定値に保持することにより上記(4)及び(5)の信号が重畳した状態でも受信した信号を補償することにより波形劣化をなくすことができる。本実施形態では、波の周期性から、遅延時間差τを位相差に換算した値が一定となるように光キャリア周波数を設定することとした。本実施形態では、遅延時間差を光受信機20から光送信機10にフィードバックさせて、遅延時間差に追従するように光キャリア周波数を制御するが、これについては後に説明する。このように、光送信機10において、光キャリア周波数を設定することにより、伝搬経路差により光が干渉しても光受信機20において略一定の光強度の信号光を受光することができるため、光の波形劣化を補償して光受信機20での受信精度を向上させることが可能となる。なお、遅延時間差τは、TIA/EIA−492AAACに規定される測定方法に準拠して測定することでよい。
However, since the signals (4) and (5) are in the same frequency band as the signals (1) and (2), they cannot be removed in the electrical domain of the
ここで、遅延時間差τを換算した位相差は、略0とすることが望ましい。位相差を略0とすることにより、光受信機20で受信する光キャリアの強度が最大となる。そのため、光受信機20で復調する信号劣化を最小限にすることができる。
Here, the phase difference obtained by converting the delay time difference τ is preferably approximately zero. By setting the phase difference to approximately 0, the intensity of the optical carrier received by the
次に、第1光伝送路41は、例えば、多モード光ファイバを適用することができる。多モード光ファイバは光伝送路として頻繁に使用される光ファイバであり、本実施形態では、多モード光ファイバを適用する場合でも多モード光ファイバによるモード分散の波形劣化を低減させることができる。ここで、多モード光ファイバとして例えばグレーデッドインデックス光ファイバやステップインデックス光ファイバを適用することができる。また、本実施形態では、第1光伝送路41を介して信号光を送受信する形態を示しているが、第1光伝送路41を適用せずに、信号光を空間中に伝搬させて送受信することとしてもよい。つまり、本実施形態では、第1光伝送路41でのモード分散による遅延時間差を一定とすることとしているが、空間中を伝搬する信号光の伝搬経路差による遅延時間差を一定とすることにより光の波形劣化を補償することもできる。
Next, for example, a multimode optical fiber can be applied to the first
次に、図1に示す光受信機20は、光送信機10からの送信信号を受光して電気信号を出力する受光回路21と、受光回路21から出力される電気信号に基づいて第1光伝送路41での信号光の伝搬遅延時間差を検出する遅延時間差検出回路25と、受光回路21から出力される電気信号から不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタ22と、バンドパスフィルタ22から出力される電気信号を等化して上記伝搬遅延時間差を補償して補償信号を出力する補償フィルタ23と、補償フィルタ23から出力される補償信号を周波数分割する周波数分割回路24と、光送信機10からの送信信号を検波する検波回路29a、29b、29cと、検波回路29a、29b、29cから出力される電気信号から高周波数成分を除去するローパスフィルタ30a、30b、30cと、を有する。また、光受信機20で取得した遅延時間差τ及び位相差の情報を光送信機10にフィードバックさせるため、遅延時間差τ及び位相差としての情報信号を光送信機10に向けて送信する光送信回路27と、を有する。
Next, the
ここで、受光回路21は、例えばフォトダイオードが例示できる。遅延時間差検出回路25は、遅延時間差τを検出する。そして、光受信機20は、検出した遅延時間差τの情報を送信する。光送信機10では、光受信機20から送信された遅延時間差に応じた周波数制御信号をもとに周波数設定回路12により光キャリア周波数設定信号を生成し、光源11に向けて出力して光源11の出力する光の光キャリア周波数を可変させる。このように、遅延時間差検出回路25は、遅延時間差帰還手段としての機能を有しており、周波数設定回路12は、帰還された遅延時間差に追従して光源11の出力する光の光キャリア周波数を変化させる。遅延時間差帰還手段を有して、光送信機10において、時々刻々変化する遅延時間差τに追従して光源11から出力する光の光キャリア周波数を設定することにより、信号光の波形劣化補償効果を維持して光受信機20での受信精度を高精度に保つことが可能となる。
Here, the
また、図2及び図3に示す他の形態の光伝送システムにおける光受信機70では、図1に示す光受信機20の構成に、さらに光受信機70の受信する遅延時間差のある光信号同士の位相差を検出するミキサ43を有している。ミキサ43は、光送信機60、80での発振器44から出力される角度変調回路18での変調周波数と同じ周波数の変調信号を受光回路21での前記変調周波数を通過させるローパスフィルタ26に通過させた検出信号に掛け合わせて同期検波を行う。光受信機70は、同期検波により遅延時間差のある光キャリア同士の位相差を検出し、位相差信号として光送信回路27で変調して第2光伝送路42を介して光送信機60(図2)、80(図3)に送信する。光送信機60、80では、光受信機70から送信された位相差が0となるように周波数設定信号を周波数設定回路12により生成する。そして、光源11から出力される光の光キャリア周波数を可変させる。このように、時々刻々変化する遅延時間差に追従して光キャリア周波数を設定することにより、光受信機70での補償後の波形劣化を最小限にすることが可能となる。
Further, in the
図1に示す補償フィルタ23は、トランスバーサルフィルタとすることが望ましい。ここで、図6にトランスバーサルフィルタの概略構成図を示す。また、図7に、図6に示すトランスバーサルフィルタの(A)から(C)の各点における信号光の強度の概略図を示す。
The
図6に示すトランスバーサルフィルタ50は、分岐された入力信号のうちの一方を遅延させる遅延回路51と、遅延回路51から出力され分岐された出力信号のうちの一方の振幅を調整する振幅調整回路53と、他方を遅延させる遅延回路52と、遅延回路52からの出力信号の振幅を調整する振幅調整回路54と、前記分岐された入力信号のうちの他方と振幅調整回路53、54からの出力信号とを加算する加算回路55と、を有する。ここで、トランスバーサルフィルタ50に先行波と遅延波とが入力される場合、(A)の出力信号と(B)の出力信号とを加算回路55により加算すると、図7に示すように、(A)の先行波71と(B)の遅延波74との間の(A)の遅延波72は、(B)の先行波73によってキャンセルすることができる。本実施形態の場合、図1に示す光送信機10から送信される信号光は多モード光ファイバで発生する伝搬遅延時間差及び空間伝搬における反射、干渉で発生する時間差により先行波と遅延波が発生し、その遅延時間差をτとすると、図1に示す受光回路21での検出信号は、遅延時間差τだけ遅延した送信信号の合成信号となる。そのため、図6に示す遅延回路51では、入力信号をτだけ遅延させる。そして、振幅調整回路54では、図7(B)の先行波73の振幅値が(A)の遅延波72の振幅値と合うように減衰率を決定する。さらに、図6の(B)の出力信号と(C)の出力信号とを加算回路55により加算すると、図7に示すように、(B)の先行波73と(C)の遅延波76との間の(B)の遅延波74は、(C)の先行波75によってキャンセルすることができる。このようにして図6の(D)において図7(D)に示す等化信号を出力することができる。なお、本実施形態では、振幅調整回路及び遅延回路からなる遅延段数を2段とした形態について説明したが、より多段とすると、等化量を増加させることができる。このように、図1に示す補償フィルタ23としてトランスバーサルフィルタを適用すると、トランスバーサルフィルタにより光の伝搬遅延時間差に起因した送信信号の波形劣化を補償して光受信機20において送信信号を高精度に復調することが可能となる。なお、トランスバーサルフィルタに代えて、遅延時間差に基づいて等化するラティスフィルタを適用してもよい。
A
ここで、本実施形態に係る光伝送システムにおける信号の送受信動作について図1から図3を参照して説明する。 Here, a signal transmission / reception operation in the optical transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、光送信機10は、送信すべき送信信号が入力されると、それぞれの送信信号について発振器16a、16b、16cからのサブキャリア信号を変調回路15a、15b、15cにおいて変調する。ここで、上記変調は、強度変調、周波数変調又は位相変調のいずれであってもよい。その後、変調回路15a、15b、15cにより変調されたサブキャリア信号を加算回路14において加算して変調信号とする。そして、光送信機10は、周波数設定回路12からの周波数設定信号により予め周波数を設定した光キャリアを光源11から出力し加算回路14からの変調信号を強度変調回路13において強度変調して信号光を送信する。
First, when a transmission signal to be transmitted is input, the
ここで、光源11から出力する光キャリアは、図2に示すように、強度変調回路13の前段部で角度変調回路18により予め角度変調することとしてもよい。角度変調回路18において予め角度変調した光キャリアを用いることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても光送信機60からの信号光の光キャリア周波数を周波数設定回路12で制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となる。そのため、光受信機70で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。また、図3に示すように、光源11から出力された光を強度変調回路13の前段部で分岐し、角度変調回路18で角度変調して信号光に結合させることとしてもよい。光源11からの光を分岐させた分岐光を角度変調回路18により角度変調して信号光に結合させることにより、外乱により伝搬経路差による遅延時間差が急変することがあっても光送信機80からの信号光の光キャリア周波数を制御し、光キャリアの位相差を略一定に維持することが可能となると共に、光強度変調した信号光に対する角度変調の影響を小さくすることができる。そのため、光受信機70で受光する信号光の光強度の安定化を図ることが可能となる。
Here, as shown in FIG. 2, the optical carrier output from the light source 11 may be angle-modulated in advance by the
次に、図1に示す光受信機20は、第1光伝送路41を伝搬した信号光を受光回路21で受光し電気信号に変換して出力する。また、光受信機20は、遅延時間差検出回路25で先行波と遅延波間の光キャリアにおける位相差を検出し、検出した位相差を送信信号として、光送信回路27において変調し光送信機10に向けて送信する。光送信機10は、光受信機20から送信された位相差を基に、周波数設定回路12により光源11から出力する光の周波数を設定する。具体的には、遅延時間差を光キャリアの位相差に換算した値が−π/2からπ/2の間で略一定値となるように光源11から出力する光の光キャリア周波数を設定する。光送信機10において、光キャリア周波数を設定することにより、伝送経路差により光が干渉しても光受信機20において略一定の光強度の信号光を受光することができるため、光の波形劣化を補償して光受信機20での受信精度を向上させることが可能となる。また、遅延時間差τに起因する光キャリアの位相差を光送信機10に帰還させて時々刻々変化する遅延時間差τに追従して光キャリア周波数を設定することにより、光の波形劣化補償効果を維持して光受信機20での受信精度を高精度に保つことが可能となる。また、上記位相差は略0とすることが望ましい。位相差を略0とすることにより、光受信機20で受信する光キャリアの強度が最大となる。そのため、サブキャリア信号の波形劣化を補償して信号劣化を最小限にすることができる。
Next, the
次に、光受信機20では、受光回路21から出力した電気信号からバンドパスフィルタ22により不要な周波数成分を除去した後、補償フィルタ23で等化して第1光伝送路41で生じた遅延時間差τを除去する。そして、補償フィルタ23で遅延時間差を除去した電気信号を周波数分割回路24で周波数分割した後、発振器28a、28b、28cからの復調信号により検波回路29a、29b、29cで検波し、ローパスフィルタ30a、30b、30cで高周波成分を除去して出力する。一方、図2及び図3に示すように、光送信機60、80で光キャリアでの強度変調と共に角度変調回路18において周波数変調する場合、光受信機70では、受光回路21から出力した電気信号を分岐して、ミキサ43で同期検波することにより、光受信機70で受光する遅延時間差のある光信号同士の位相差を検出する。そして、光受信機70は、検出した位相差を送信信号として光送信回路27で変調し光送信機60、80に向けて送信する。光送信機60、80は、光受信機70から送信された位相差を基に、周波数設定回路12により光源11から出力される光の光キャリア周波数を設定する。具体的には、光送信機60、80では、位相差が略0となるところに光キャリア周波数を設定する。位相差が略0となるように光キャリア周波数を設定することにより、光受信機70で安定してサブキャリア信号を復調することができる。また、光受信機70で検出した位相差を光送信機60、80に帰還させることで、時々刻々変化する遅延時間差に追従して光キャリア周波数を設定することにより、光受信機での補償フィルタ23で補償後の波形劣化を最小限にすることが可能となる。
Next, in the
次に、本実施形態に係る光伝送システムにおける信号光の補償効果の検証について説明する。 Next, verification of the compensation effect of signal light in the optical transmission system according to the present embodiment will be described.
図1において、光送信機10では、4つの送信信号としての128bitPRBS(Pseudo Random Bit Stream)を用いた。このPRBSの送信速度を1Gbpsとした。また、上記PRBSにより4つの異なるサブキャリア信号をPSK(Palse Shift Keying)変調した。また、上記PSK変調信号を加算回路14によりFDM(Frequency Division Multiplex)した。一方、光受信機20の側では、受光回路21としてフォトダイオードを用いた。また、補償フィルタ23としてトランスバーサルフィルタを用いた。光受信機20で受信した信号として、検波回路29a、29b、29cで同期検波されローパスフィルタ30a、30b、30cから出力された出力信号を検出することとした。上記の諸元で、光送信機10においてDSB(Double Side Band)及びSSB(Single Side Band)の2つの強度変調を行った。また、光受信機20で補償フィルタ23としてのトランスバーサルフィルタの遅延段数を1段から5段まで変えて上記2つの強度変調のそれぞれについて出力信号を検出した。また、補償効果の検証を行うに際し、第1光伝送路41を伝搬する光は、2つのモードのみとし、先行波と遅延波との遅延時間差を1.5ns(1.5タイムスロット)とした。
In FIG. 1, the
図8に、DSB変調した場合、SSB変調した場合のそれぞれについて、図1に示す光送信機10で変調する前の信号波形を示し、光受信機20でトランスバーサルフィルタを通す前の信号波形を示す。図8において、(a)は、光送信機10で変調する前の信号波形を示し、(b)は、DSB変調した場合のトランスバーサルフィルタを通す前の信号波形を示し、(c)は、SSB変調した場合のトランスバーサルフィルタを通す前の信号波形を示している。また、図9に、トランスバーサルフィルタの遅延段数を変えたときの出力信号の波形を示す。図9において、(a)は、トランスバーサルフィルタの遅延段数が0段の場合を示し、(b)は、トランスバーサルフィルタの遅延段数が1段の場合を示し、(c)は、トランスバーサルフィルタの遅延段数が3段の場合を示し、(d)は、トランスバーサルフィルタの遅延段数が5段の場合を示している。また、図10に、トランスバーサルフィルタの遅延段数を変えたときの出力信号のアイ開口劣化を示している。なお、図9及び図10では、DSB変調の場合を示している。
FIG. 8 shows a signal waveform before modulation by the
図8に示すように、図1に示す光受信機20で受信した信号は、DSB変調及びSSB変調の場合について、第1光伝送路41でのモード分散に起因して波形が劣化していることが分かる。そして、この劣化した信号は、図9に示すようにトランスバーサルフィルタの段数を増加させるに従って、図8(a)に示す強度変調前の信号に近づく。つまり、波形の劣化が改善されることが分かる。この劣化は、図10に示すように、図1に示す補償フィルタ23としてのトランスバーサルフィルタの遅延段数が1段の場合と5段の場合とを比較すると約7dBの改善量があり、図1に示す光受信機20において光送信機10からの送信信号を完全に再現できることが分かる。
As shown in FIG. 8, the waveform of the signal received by the
本実施形態に係る光伝送システムは、ローカルエリアネットワークやアクセスネットワークのみならず、一度に大きな情報を通信する必要があるメトロポリタンネットワーク等の幹線系ネットワークにも適用することができる。 The optical transmission system according to the present embodiment can be applied not only to a local area network and an access network, but also to a trunk network such as a metropolitan network that needs to communicate large information at a time.
2:光伝送システム
3:光伝送システム
4:光伝送システム
10:光送信機
11:光源
12:周波数設定回路
13:強度変調回路
14:加算回路
15a:変調回路
15b:変調回路
15c:変調回路
16a:発振器
16b:発振器
16c:発振器
17:発振器
18:角度変調回路
20:光受信機
21:受光回路
22:バンドパスフィルタ
23:補償フィルタ
24:周波数分割回路
25:遅延時間差検出回路
26:ローパスフィルタ
27:光送信回路
28a:発振器
28b:発振器
28c:発振器
29a:検波回路
29b:検波回路
29c:検波回路
30a:ローパスフィルタ
30b:ローパスフィルタ
30c:ローパスフィルタ
41:第1光伝送路
42:第2光伝送路
43:ミキサ
44:発振器
50:トランスバーサルフィルタ
51:遅延回路
52:遅延回路
53:振幅調整回路
54:振幅調整回路
55:加算回路
60:光送信機
61:先行波
62:遅延波
63:先行波の光キャリア信号
64:先行波の光サブキャリア信号
65:遅延波の光キャリア信号
66:遅延波の光サブキャリア信号
70:光受信機
71:先行波
72:遅延波
73:先行波
74:遅延波
75:先行波
76:遅延波
77:先行波
78:遅延波
80:光送信機
120:送信機
121:出力回路
122:発振器
123:変調回路
124:送信アンテナ
125:受信機
126:受信アンテナ
127:復調回路
128:検波回路
129:発振器
131:送信機
132:受信機
133:フォトダイオード
134:検波回路
135:光ファイバ
2: optical transmission system 3: optical transmission system 4: optical transmission system 10: optical transmitter 11: light source 12: frequency setting circuit 13: intensity modulation circuit 14: addition circuit 15a: modulation circuit 15b: modulation circuit 15c: modulation circuit 16a : Oscillator 16b: Oscillator 16c: Oscillator 17: Oscillator 18: Angle modulation circuit 20: Optical receiver 21: Light receiving circuit 22: Band pass filter 23: Compensation filter 24: Frequency division circuit 25: Delay time difference detection circuit 26: Low pass filter 27 : Optical transmission circuit 28a: oscillator 28b: oscillator 28c: oscillator 29a: detection circuit 29b: detection circuit 29c: detection circuit 30a: low pass filter 30b: low pass filter 30c: low pass filter 41: first optical transmission line 42: second optical transmission Path 43: Mixer 44: Oscillator 50: Transversal filter 51: Delay times 52: delay circuit 53: amplitude adjustment circuit 54: amplitude adjustment circuit 55: addition circuit 60: optical transmitter 61: preceding wave 62: delay wave 63: preceding wave optical carrier signal 64: preceding wave optical subcarrier signal 65: Delayed wave optical carrier signal 66: Delayed wave optical subcarrier signal 70: Optical receiver 71: Leading wave 72: Delayed wave 73: Leading wave 74: Delayed wave 75: Leading wave 76: Delayed wave 77: Leading wave 78: Delay wave 80: optical transmitter 120: transmitter 121: output circuit 122: oscillator 123: modulation circuit 124: transmission antenna 125: receiver 126: reception antenna 127: demodulation circuit 128: detection circuit 129: oscillator 131: transmitter 132 : Receiver 133: Photodiode 134: Detection circuit 135: Optical fiber
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