JP2010041706A - 光直交周波数分割多重信号の位相変調方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号伝送中のファイバ非線形効果を低減できる、光ＯＦＤＭ信号の位相変調方法を提供する。
【解決手段】方法は、同相成分及び直交位相成分を有する光直交周波数分割多重ＯＦＤＭ信号を生成することと、同相成分及び直交位相成分に応じてＲＦ搬送波を変化させることと、変化させられたＲＦ搬送波に応じて光波搬送波の位相を変調し、均一化された振幅を有する光ＯＦＤＭ信号を生成することと、を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光直交周波数分割多重信号の位相変調に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；orthogonal frequency division multiplexing）が光ファイバ通信に適用されてきている。図１は、送信機１０及び受信機１１を有する、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；fast Fourier transform）を用いた一般的な電気ＯＦＤＭシステムを示している。

送信機１０では、入力高速データストリーム（Ｔｘ）がＮ個のサブデータストリームに多重分離（ＤｅＭＵＸ）され、サブデータストリームの各々は、「マッピング／変調」と記載されたブロックにおいて変調される。変調されたサブデータストリームは、信号を周波数ドメインから時間ドメインに変換する高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ；inverted fast Fourier transform）を用いて変換される。ＩＦＦＴを用いることにより、副搬送波（サブキャリア）の直交性は当然に保証される。ＩＦＦＴからの出力信号は、パラレル／シリアル変換器によって、同相成分（Ｉ）及び直交成分（Ｑ）のシリアルデータに変換され、さらにデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器に供給され、これによりアナログ信号が生成される。このようにして生成したアナログのＯＦＤＭ信号は、次に、アップコンバージョンを行うＲＦ変換器（ＲＦアップコンバータ）に送られる。ＲＦ変換器は、（無線チャネルでの、または同軸ケーブルを介した）信号伝送用のＲＦ搬送波上に、生成されたＯＦＤＭ信号を変調する。ＲＦ変換器からの信号が受信機１１に送られる。

受信機１１では、送信側からのＯＦＤＭ信号は、まず、ＲＦ変換器（ＲＦダウンコンバータ）によってダウンコンバートされ、次に、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりデジタル信号に変換される。デジタル信号とされたＯＦＤＭ信号は、信号を時間ドメインから周波数ドメインに変換するＦＦＴで処理される。ＦＦＴで処理された信号は、次に、信号の等化を行う等化モジュールに送られる。信号の等化モジュールは、通信チャネルからの緩和効果(mitigation effect)を補償することができ、したがって通信品質を改善することができる。信号はさらに復調及び多重化（ＭＵＸ）され、これにより、データ（Ｒｘ）として、最初に送信されたデータストリームが得られる。

最近、ファイバを介した光ＯＦＤＭ信号の伝送が大きな関心を集めている。ファイバを介した光ＯＦＤＭ信号伝送は、ファイバの波長分散（ＣＤ；chromatic dispersion）及び偏波モード分散（ＰＭＤ；polarization mode dispersion）に対する優れた許容範囲を示している。しかしながら、光ＯＦＤＭ信号伝送において取り組むべき課題の１つは、電気ＯＦＤＭ信号の大きなピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ；peal-to-average-power ratio）によって引き起こされる。大きなＰＡＰＲは、生成された光ＯＦＤＭ信号における大きなピーク光パワー、ひいては強いファイバ非線形効果を引き起こす可能性がある。

従来の方式を用いた場合、生成された光伝送用の光ＯＦＤＭ信号には比較的大きなパワー変動がある。光ＯＦＤＭ信号伝送中のファイバ非線形効果を低減するために、種々の方式が提案されている。１つの技術では、電気ＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲを任意に低減する信号クリッピングと光ＯＦＤＭ信号生成のための強度変調とを用いている。提案され実証された既存の他のシステムは、（１）送信機側での光帯域通過フィルタリングを備える強度変調と、（２）送信機側での光帯域通過フィルタリングを備える搬送波抑制変調と、（３）送信機側での光ＩＱ（直交）変調と、を含み、ＲＦアップコンバージョンは利用されていない。これらの既存の実証された光ＯＦＤＭ方式の多くでは、チャネルパワーとファイバ非線形効果との間の関係により、１チャネル当たり小さなパワーが光伝送に使用されている。しかしながら、１チャネル当たりのより小さなパワーは、光伝送中の増幅器雑音に対して信号が有する許容範囲をより小さくしてしまう。

したがって、光ＯＦＤＭ信号伝送中のファイバ非線形効果を低減する技術が必要とされる。

本発明によれば、方法は、同相成分及び直交位相成分を有する光直交周波数分割多重（光ＯＦＤＭ）信号を生成することと、同相成分及び前記直交位相成分に応じてＲＦ搬送波を変化させることと、変化させられたＲＦ搬送波に応じて光波搬送波の位相を変調し、均一化(equalized)された振幅を有する光ＯＦＤＭ信号を生成することと、を含む。

本発明の別の態様では、方法は、光ＯＦＤＭ信号の同相成分及び直交位相成分によって変調された無線周波数に応じて光波搬送波の位相を変化させて、均一化(equalized)された振幅を有する位相変調ＯＦＤＭ信号を与え、位相変調ＯＦＤＭ信号のファイバ伝送における、強度及び位相雑音の増加のようなファイバ非線形効果を低減することを含む。

本発明のさらなる態様では、装置は、光ＯＦＤＭ信号の同相成分及び直交位相成分によって変調された無線周波数に応じて光波搬送波の位相を変化させて、均一化(equalized)された振幅を有する位相変調ＯＦＤＭ信号を与え、位相変調ＯＦＤＭ信号のファイバ伝送における、強度及び位相雑音の増加のようなファイバ非線形効果を低減する変調器をを含む。

本発明のこれら及びその他の利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより当業者に明白になるであろう。

本発明は、位相変調を光ＯＦＤＭ信号の変調に利用することを目的としている。位相変調を用いた場合、光ＯＦＤＭ信号は均一の光パワーを有するので、ファイバの非線形性に対し強度変調信号よりもより良い許容範囲を有するであろう。本発明に基づき位相変調を利用している例示的なＯＦＤＭシステム２０が、図２に示されている。

送信機側では、ＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭ信号生成部２１にデータが入力する。ＯＦＤＭ信号生成部２１は、同相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）の２つの出力ポートを備えており、これらの出力ポートからＯＦＤＭ信号が出力されてＲＦアップコンバージョン部２２に入力する。ＲＦアップコンバージョン部２２では、ＯＦＤＭ信号の２つの成分（Ｉ及びＱ）により、直交（Ｉ／Ｑ）変調によってＲＦ搬送波が変調される。ＲＦコンバージョン部２２からの出力信号は、位相変調器２４に送られる。位相変調器２４には、レーザ２３からの光波搬送波も供給されており、位相変調器２４において、光波搬送波の位相が、ＲＦコンバージョン部２２の出力信号によって変調される。位相変調により生成された光ＯＦＤＭ信号は、その後、光増幅器２５によって増幅され、ファイバ２６を介して受信機側に送られる。生成された光ＯＦＤＭ信号は、位相変調が用いられているので、均一にされた振幅を有している。したがってＰＡＰＲの課題は、光ドメインにおいて回避される。

受信機側では、ファイバ２６からの位相変調された光ＯＦＤＭ信号は、光増幅器２５’によって増幅されたのちに、位相変調（ＰＭ）から振幅変調（ＡＭ）への変換を行い、かつ光信号を電気信号に変換（Ｅ／Ｏ変換）する変換器２７により、強度変調信号に変換される。強度変調信号は、その後、ＲＦダウンコンバージョン部２８によってダウンコンバートされ、復調及び等化部２９において、ＯＦＤＭ復調及び信号等化を受ける。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、信号の位相変調（ＰＭ）から振幅変調（ＡＭ）への変換と光から電気へのＯ／Ｅ変換の、実行可能な典型的な形態を示している。

図３（ａ）に示すように、光検出器３２は、光信号を受信用の電気信号に変換できる。光検出器３２の入力側には光フィルタ３１が設けられている。図３（ａ）に示した位相変調から振幅変調への変換の例は、光位相変調光ＯＦＤＭ信号を光フィルタ３１によって狭帯域光にすることを採用している。

図３（ｂ）に示した、位相変調から振幅変調への変換の例は、局部発振器（ＬＯ）として用いられるレーザ３３と光コヒーレント受信機３４とを用いている。光コヒーレント受信機３４は、レーザ３３からの局部発振光を用いて、位相変調された光ＯＦＤＭのコヒーレント検出を行っている。コヒーレント検出を用いることにより、入力された位相変調信号から、光搬送波信号（図３（ｂ）で局部発振器としても機能する）も抽出することができる。

本発明による純粋な光位相変調の特徴とは対照的に、従来の強度変調による光ＯＦＤＭ信号の使用は、ＯＦＤＭ信号が、通常、大きなＰＡＰＲを有するので、信号ピーク電力が大きくなり、大きなファイバ非線形効果を引き起こす可能性がある。ファイバ非線形効果は、強度及び位相雑音の増加を引き起こす可能性がある。ファイバ非線形効果を最小にするために、既存の実証された光ＯＦＤＭ方式の多くは、チャネルごとに小さな電力を使用している。

本発明に基づく純粋な光位相変調を用いることにより、光パワーが均一化されることとなり、本発明に基づくシステムがファイバ非線形効果に対してより大きな許容範囲を有することを期待できる。図４のグラフは、自己搬送波抽出が用いられた場合における、標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ；standard single mode fiber）のスパンの数を異ならせたときの伝送性能を示している。増幅器の雑音は含まれていない。１チャネル当たり０ｄＢｍのパワーを用いることにより、ファイバ非線形性によって引き起こされる信号ＥＶＭ（Error Vector Magnitude：エラーベクトル振幅）の代償は、１２００ｋｍのＳＳＭＦでの伝送後で約１．５ｄＢである。既存の実証されたシステムの多くと比較して、１チャネル当たりのパワーが−３ｄＢｍから−７ｄＢｍの範囲にある場合、本発明に基づいて位相変調を採用しているシステムは、１チャネル当たりはるかに大きなパワーを有することができる。一般に、１チャネル当たりのより大きなパワーは、長距離のファイバ伝送後の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ；optical-signal-to-noise ratio）を向上させ、光増幅方式を簡略化することができる。例えば、光信号のファイバ非線形性に対する許容範囲が小さい場合には、１チャネル当たり小さなパワーと、ラマン増幅のような高性能光増幅方式を使用して長距離伝送を支援する。

本発明を最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものについて図示し、説明してきた。しかしながら、新しい試みがそこからなされてもよく、明白な修正が当業者によってなされることは予想される。当業者はここに明確に図示または説明していない多くの配置及び変形を考案できるであろうが、それらは本発明の原理を具体化するものであり本発明の精神及び範囲に包含されることが十分に理解されるであろう。

例示的な先行技術の無線通信で使用される、一般的なＯＦＤＭ送信機及び受信機を示す概略説明図である。 本発明に基づきＯＦＤＭ信号伝送に位相変調を用いた、本発明の実施の一形態のＯＦＤＭシステムの概略説明図である。 本発明に基づく、位相変調から振幅変調への変換及び光から電気へのＯ／Ｅ変換の実現可能な典型的な形態を示す概略説明図である。 本発明に基づき位相変調を用いた光システムの、ファイバ非線形の存在下での性能を示すグラフである。

符号の説明

１０ 送信機
１１ 受信機
２１ ＯＦＤＭ信号生成部
２２ ＲＦアップコンバージョン部
２３ レーザ
２４ 位相変調器
２５，２５’ 光増幅器
２６ ファイバ
２７ 変換器
２８ ＲＦダウンコンバージョン部
２９ 復調及び等化部

Claims (12)

1. 同相成分及び直交位相成分を有する光直交周波数分割多重（光ＯＦＤＭ）信号を生成するステップと、
   前記同相成分及び前記直交位相成分に応じてＲＦ搬送波を変化させるステップと、
   前記変化させられたＲＦ搬送波に応じて光波搬送波の位相を変調し、均一化された振幅を有する光ＯＦＤＭ信号を生成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記変調するステップは、均一化された光パワーを有する光ＯＦＤＭ信号を与える、請求項１に記載の方法。
3. 前記変調するステップは、強度及び位相雑音の増加のようなファイバ非線形効果に対する許容範囲を拡大する、均一化された光パワーを有する光ＯＦＤＭ信号を与える、請求項１に記載の方法。
4. 受信した前記位相変調された光ＯＦＤＭ信号を振幅変調信号に変換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記変換するステップは、前記位相変調された光ＯＦＤＭ信号の光フィルタリングを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記光フィルタリングは、単一の通過帯域フィルタリング、周期的な通過帯域フィルタリング、及び波長可変通過帯域フィルタリングのうちの１つを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記変換するステップは、前記位相変調された光ＯＦＤＭ信号のコヒーレント受信を含む、請求項４に記載の方法。
8. 光ＯＦＤＭ信号の同相成分及び直交位相成分によって変調された無線周波数に応じて光波搬送波の位相を変化させて、均一化された振幅を有する位相変調ＯＦＤＭ信号を与え、前記位相変調ＯＦＤＭ信号のファイバ伝送における、強度及び位相雑音の増加のようなファイバ非線形効果を低減するステップを有する方法。
9. 前記位相変調ＯＦＤＭ信号を強度変調信号に変換するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 光ＯＦＤＭ信号の同相成分及び直交位相成分によって変調された無線周波数に応じて光波搬送波の位相を変化させて、均一化された振幅を有する位相変調ＯＦＤＭ信号を与え、前記位相変調ＯＦＤＭ信号のファイバ伝送における、強度及び位相雑音の増加のようなファイバ非線形効果を低減する変調器を有する装置。
11. 前記位相変調光ＯＦＤＭ信号を振幅変調光ＯＦＤＭ信号に変換する変換器をさらに有する、請求項１０に記載の装置。
12. 前記変換器は光フィルタを有する請求項１２に記載の装置。

Images