(57)【要約】【課題】モード多重により伝送路を伝送する光信号の情報誤りを低減する。【解決手段】光伝送システムは、モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備える。モード置換部は、入力側の伝送路から入力したモード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号のうち少なくとも一部の光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換されたモード多重信号を出力側の伝送路に出力する。【選択図】図１
2019154004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、
前記伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備え、
前記モード置換部は、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号のうち少なくとも一部の前記光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換された前記モード多重信号を出力側の前記伝送路に出力する、
光伝送システム。
【請求項２】
前記モードの種類と同じ数の前記モード置換部を備え、
複数の前記モード置換部により、前記モード多重信号に多重されている複数の前記光信号それぞれの前記モードを巡回置換する、
請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記モード置換部は、
入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、
複数種類の前記モードそれぞれに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するモード合波部とを備え、
前記モード分波部は、分離した前記光信号それぞれを、当該光信号のモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力する、
請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記モード置換部は、
入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、
複数種類の前記モードそれぞれに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するモード合波部と、
前記モード分波部が分離した複数の前記光信号それぞれを、当該光信号のモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力するスイッチ部とを備える、
請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記伝送路は、シングルコアファイバである、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記伝送路は、マルチコアファイバであり、
前記モード置換部は、
入力側の前記マルチコアファイバの複数のコアそれぞれを伝送した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、
出力側の前記マルチコアファイバの複数のコアそれぞれと複数種類の前記モードそれぞれとの各組み合わせに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、出力先の前記マルチコアファイバの前記コア毎に、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を生成し、出力側の前記マルチコアファイバの対応する前記コアに出力するモード合波部と、
前記モード分波部が分離した複数の前記光信号をそれぞれ、出力先の前記コア及びモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力するスイッチ部とを備える、
請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項７】
モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、前記伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備える光伝送システムにおける光伝送方法であって、
前記モード置換部が、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号のうち少なくとも一部の前記光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換された前記モード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するステップ、
を有する光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システム及び光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のスマートフォンの普及、高精細動画サービス配信、ＩｏＴ（Internet of Things）サービスの発展などに伴って、光ネットワークを流れる通信トラヒックは年々増加の一途をたどっている。光ネットワークではこれまで増加する通信トラヒック需要に対し、伝送路としての光ファイバの構造を変えずに光ネットワークの端局に設置される光通信システム装置の高機能化、光増幅器・光スイッチの導入などにより対応がなされてきた。
【０００３】
現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、ＬＡＮ（Local Area Network）などの近距離向けの局所的なネットワークを除くと、シングルモードファイバが用いられている。シングルモードファイバは、クラッド内に光信号の通路となる単一のコアを持ち、大容量光ネットワークで用いられるＣ帯やＬ帯などの波長帯では単一のモードのみをサポートするファイバである。これにより、毎秒数テラビットに達する情報を長距離にわたり安定的に転送する大容量光ネットワークが実現されている。
【０００４】
また、デジタル信号処理技術とコヒーレント送受信技術を組み合わせたデジタルコヒーレント伝送技術が１００ギガビット級の光伝送装置に既に導入されている。デジタルコヒーレント伝送技術を用いることにより、光搬送波の振幅と位相に独立に載せた情報を取り出し、伝送中に生じた波形歪を高精度に補正することができる。
【０００５】
簡単な例として、シングルモードファイバでの直交偏波の２モードを使った偏波多重光伝送を例に挙げる。偏波多重光伝送では、直交関係にある偏波にそれぞれ異なる情報を載せることができる。光伝送路中ではこれらの偏波が複雑に混合する。また、これら偏波モードの直交軸は高速に変動し、光デバイスを使って追従することは一般に困難である。そこで偏波ダイバーシティ構造に対応した受信装置は、混合した偏波多重光信号を受信し、デジタル信号に直しデジタル信号処理を用いて分離する。上記の処理は、無線通信システムで用いられる２×２ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムとしてモデル化することができる。分離された信号は、偏波ごとにそれぞれ情報が取り出され、送受信機間での通信が確立する。
【０００６】
別の例として、マルチモードファイバでの複数のモードを使ったモード多重光伝送を例に挙げる。モード多重光伝送では、コア径をシングルモードファイバと比較して広げることにより、Ｃ帯などの波長帯においても、複数のモードを励起することができ、各モードにそれぞれ異なる情報を載せることができる。モード多重光伝送の場合においても、偏波多重光伝送の場合と同様に、モード多重された光信号はマルチモードファイバを伝搬中にモード信号が複雑に混合する。モードダイバーシティ構造に対応した受信装置は、混合したモード多重光信号を受信し、デジタル信号に直しデジタル信号処理を用いて分離する。
【０００７】
上述のデジタル信号処理による信号分離のアルゴリズムとして、空間フィルタリング、干渉キャンセラ、最尤復号などがある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】G.D. Golden, C.J. Foschini, R.A. Valenzuela and P.W. Wolniansky, “Detection algorithm and initial laboratory results using V-BLAST space-time communication architecture”, Electronics letters, 1999, vol.35, No.1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、デジタル信号処理において上記のアルゴリズムを用いて信号分離を行った場合でも、信号分離が十分でなく、モード分散の影響により情報誤りが発生してしまう、という課題があった。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は、モード多重により伝送路を伝送する光信号の情報誤りを低減することができる光伝送システム及び光伝送方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、前記伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備え、前記モード置換部は、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号のうち少なくとも一部の前記光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換された前記モード多重信号を出力側の前記伝送路に出力する、光伝送システムである。
【００１２】
本発明の一態様は、上述の光伝送システムであって、前記モードの種類と同じ数の前記モード置換部を備え、複数の前記モード置換部により、前記モード多重信号に多重されている複数の前記光信号それぞれの前記モードを巡回置換する。
【００１３】
本発明の一態様は、上述の光伝送システムであって、前記モード置換部は、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、複数種類の前記モードそれぞれに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するモード合波部とを備え、前記モード分波部は、分離した前記光信号それぞれを、当該光信号のモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力する。
【００１４】
本発明の一態様は、上述の光伝送システムであって、前記モード置換部は、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、複数種類の前記モードそれぞれに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するモード合波部と、前記モード分波部が分離した複数の前記光信号それぞれを、当該光信号のモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力するスイッチ部とを備える。
【００１５】
本発明の一態様は、上述の光伝送システムであって、前記伝送路は、シングルコアファイバである。
【００１６】
本発明の一態様は、上述の光伝送システムであって、前記伝送路は、マルチコアファイバであり、前記モード置換部は、入力側の前記マルチコアファイバの複数のコアそれぞれを伝送した前記モード多重信号に多重されている複数種類の前記モードそれぞれの光信号をシングルモードに分離するモード分波部と、出力側の前記マルチコアファイバの複数のコアそれぞれと複数種類の前記モードそれぞれとの各組み合わせに対応した入力部からシングルモードの前記光信号を入力し、出力先の前記マルチコアファイバの前記コア毎に、前記入力部それぞれにより入力した複数の前記光信号を前記入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を生成し、出力側の前記マルチコアファイバの対応する前記コアに出力するモード合波部と、前記モード分波部が分離した複数の前記光信号をそれぞれ、出力先の前記コア及びモード置換後の前記モードに対応した前記入力部に出力するスイッチ部とを備える。
【００１７】
本発明の一態様は、モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、前記伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備える光伝送システムにおける光伝送方法であって、前記モード置換部が、入力側の前記伝送路から入力した前記モード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号のうち少なくとも一部の前記光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換された前記モード多重信号を出力側の前記伝送路に出力するステップ、を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、モード多重により伝送路を伝送する光信号の情報誤りを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態におけるマルチモード光ファイバシステムの構成図である。
【図２】第２の実施形態におけるモード置換部の構成図である。
【図３】第３の実施形態におけるモード置換部の構成図である。
【図４】第４の実施形態におけるマルチコア・マルチモード光ファイバシステムの構成図である。
【図５】第５の実施形態におけるマルチモード光ファイバシステムの構成図である。
【図６】第２の実施形態のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態におけるマルチモード光ファイバシステム１の構成図である。マルチモード光ファイバシステム１は、送信機２と、モード合分波器３と、マルチモード光増幅器５と、モード置換部６と、モード合分波器７と、受信機８とを備える。マルチモード光ファイバシステム１は、送信機２及び受信機８をＭ台（Ｍは１以上の整数）ずつ備える。ｍ台目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の送信機２、受信機８をそれぞれ、送信機＃ｍ、受信機＃ｍと記載する。
【００２２】
マルチモード光ファイバシステム１は、モード合分波器３とモード合分波器７の間に、１台以上のマルチモード光増幅器５及び１台以上のモード置換部６を備える。同図では、１台のマルチモード光増幅器５の後段に１台のモード置換部６が接続される場合を示しているが、マルチモード光増幅器５が２台以上連続して接続されてもよく、モード置換部６が２台以上連続して接続されてもよい。マルチモード光増幅器５及びモード置換部６は、隣接する機器（モード合分波器３、マルチモード光増幅器５、モード置換部６、又は、モード合分波器７）と、マルチモードファイバ４により接続される。モード合分波器３又はモード置換部６と接続されるマルチモードファイバ４から次のモード置換部６までが１スパンである。
【００２３】
伝送路となるマルチモードファイバ４は、例えば、単一コアを有する光ファイバである。マルチモードファイバ４は、使用する波長帯域でＭ個のモードを励振する。送信機＃１〜送信機＃Ｍは、各モードへ入力する独立したデータ系列をシングルモード光信号へ変換する。送信機＃ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）から、モード合分波器３へシングルモードで入力される光信号を入力＃ｍと記載する。モード合分波器３には、送信機＃１〜送信機＃Ｍのそれぞれから、入力＃１〜入力＃Ｍが入力される。
【００２４】
モード合分波器３は、入力＃１〜入力＃Ｍをそれぞれ異なる種類のモードにより多重したモード多重信号を出力し、出力されたモード多重信号はマルチモードファイバ４に入力する。マルチモード光増幅器５は、光増幅過程を通して、マルチモードファイバ４の伝送中に生じたモード多重信号の光パワーの減衰を補償する。補償後のモード多重信号は、モード置換部６に入力される。
【００２５】
次に、モード置換部６の動作について、巡回置換の例を用いて説明する。モード置換部６が入力したモード多重信号を構成していた各モード信号を出力＃１〜出力＃Ｍとラベルし、モード置換部６から出力されるモード多重信号を構成する各モード信号を入力＃１〜入力＃Ｍとラベルする。出力＃ｍ及び入力＃ｍがＭ種類のモードのうちｍ種類目のモードを使用するとき、モード置換部６は、出力＃ｐと入力＃ｑに式（１）に示す巡回置換を行う（ｐ、ｑは１以上Ｍ以下の整数）。
【００２６】
ｑ＝ｐ＋１（ｍｏｄ  Ｍ）      …（１）
【００２７】
以上が第１スパンの伝送における動作である。次のスパン以降でも同様の伝送形態を実施する。所定のスパン数を伝送したのち、モード多重信号はモード合分波器７に入力される。モード合分波器７は、入力したモード多重信号を、Ｍ個のシングルモード光信号である出力＃１〜出力＃Ｍに変換する。モード合分波器７は、出力＃ｍを受信機＃ｍに出力する。受信機＃１〜受信機＃Ｍはそれぞれ、シングルモード光信号の出力＃１〜＃Ｍを元のデータ系列の情報へ変換する。
【００２８】
なお、モード多重伝送中に、モード変換に伴うパワー結合過程を経た場合は、受信機＃１〜受信機＃Ｍの間で、ＭＩＭＯ（Multiple-input multiple-output）信号処理が施されることがあるが、ここでは簡単の為に記述を省略する。
【００２９】
上記では簡単のため、各送信機２は単一波長の信号を出力する例を用いて説明したが、本実施形態で用いる各送信機２は単一波長の信号を出力する形態に限定されない。すなわち、マルチモード光ファイバシステム１における複数の波長信号を出力する送信機を用いても本実施形態の効果は変わらない。
【００３０】
また、上記では一対のモード合分波器３、７の入出力の間に（１）式で表される巡回置換を行う例を用いたが、本実施形態は、一対のモード合分波器３、７の入出力の間の関係は（１）式に限定されない。すなわち、一対のモード合分波器３、７の入出力の関係は限定されることなく、あらゆる置換において有効である。つまり、モード置換部６は、入力したモード多重信号におけるｐ種類目（ｐは１以上Ｍ以下の整数）のモードであった光信号がそれぞれ、出力するモード多重信号におけるｑ種類目（ｑは１以上Ｍ以下の整数）のモードの信号になるようにモードを置換すればよい。また、モード置換部６において一部のモードは置換されなくてもよい。
【００３１】
また、本実施形態ではモード多重信号を構成する信号を１からＭの番号でラベルしたが、これらはいわゆる偏波モードや縮退モードも含む。例えば、２つのＬＰ（Liner Polarization）モードを励振するファイバでは、縮退モードも含むとＬＰ０１Ｘ、ＬＰ０１Ｙ、ＬＰ１１ａＸ、ＬＰ１１ａＹ、ＬＰ１１ｂＸ、ＬＰ１１ｂＹのそれぞれを独立した信号の搬送モードとして利用できるが、本願に記載のモードとは、これら一つ一つを弁別して扱うことを意味する。
【００３２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したモード置換部６の実施形態として、２つのモード合分波器を組み合わせた構成を説明する。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施形態におけるモード置換部６０の構成を示す概略ブロック図である。モード置換部６０は、第１の実施形態のモード置換部６として用いられる。モード置換部６０は、入力側のモード合分波器６１及び出力側のモード合分波器６２を備える。
【００３４】
モード合分波器６１は、マルチモードファイバ４を伝送したモード多重信号を入力し、入力したモード多重信号をＭ個のシングルモード光信号に変換する。これらのシングルモード光信号を出力＃６１−１〜出力＃６１−Ｍとラベルする。出力＃６１−ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）は、モード多重信号におけるＭ個のモードのうちｍ番目の種類のモードから変換されたシングルモード光信号である。モード合分波器６１は、Ｍ個の出力部（図示せず）を有しており、ｍ番目の出力部から出力＃６１−ｍを出力する。
【００３５】
出力側のモード合分波器６２に入力されるシングルモード光信号をそれぞれ入力＃６２−１〜入力＃６２−Ｍとラベルする。モード合分波器６２は、各モードに対応したＭ個の入力部（図示せず）を有しており、ｍ番目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の入力部から入力＃６２−ｍを入力する。入力＃６２−ｍは、モード多重信号のＭ個のモードのうちｍ番目の種類のモードに変換される。
【００３６】
モード合分波器６１は、出力＃６１−１を入力＃６２−２としてモード合分波器６２に入力する。以下同様に、出力＃６１−ｐは、第１の実施形態に記載した式（１）の関係に従って入力＃６２−ｑに置換される。モード合分波器６２は、置換された入力＃６２−１〜入力＃６２−Ｍを再びモード多重信号へ変換し、出力側の光伝送路であるマルチモードファイバ４へ送出する。
【００３７】
なお、本実施形態でも巡回置換の例を用いて説明したが、巡回置換に限定されない。モード合分波器６１は、出力＃６１−ｐ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）を入力＃６２−ｑ（ｑ≠ｐ、ｑは１以上Ｍ以下の整数）としてモード合分波器６２に入力する。また、モード置換部６０において一部のモードは置換されなくてもよい。モード合分波器６１は、モード置換を行わない場合、出力＃６１−ｐを入力＃６２−ｐとしてモード合分波器６８に入力する。
【００３８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明したモード置換部６の実施形態として、２つのモード合分波器を組み合わせ、さらにＭ×Ｍスイッチを設けた構成を説明する。
【００３９】
図３は、本発明の第３の実施形態におけるモード置換部６５の構成図である。モード置換部６５は、第１の実施形態のモード置換部６として用いられる。モード置換部６５は、入力側のモード合分波器６６と、Ｍ×Ｍスイッチ６７と、出力側のモード合分波器６８を備える。
【００４０】
モード合分波器６６は、マルチモードファイバ４を伝送したモード多重信号を入力し、入力したモード多重信号をＭ個のシングルモード光信号に変換する。これらのシングルモード光信号を出力＃６６−１〜出力＃６６−Ｍとラベルする。出力＃６６−ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）は、モード多重信号におけるＭ個のモードのうちｍ番目の種類のモードから変換されたシングルモード光信号である。モード合分波器６６は、Ｍ個の出力部（図示せず）を有しており、ｍ番目の出力部から出力＃６６−ｍを出力する。
【００４１】
出力側のモード合分波器６８に入力されるシングルモード光信号をそれぞれ入力＃６８−１〜入力＃６８−Ｍとラベルする。モード合分波器６８は、各モードに対応したＭ個の入力部（図示せず）を有しており、ｍ番目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の入力部から入力＃６８−ｍを入力する。入力＃６８−ｍは、モード多重信号のＭ個のモードのうちｍ番目の種類のモードに変換される。
【００４２】
Ｍ×Ｍスイッチ６７は、モード合分波器６６とモード合分波器６８との間に挿入される。Ｍ×Ｍスイッチ６７は、任意の入出力のラベル番号を任意に置換する。例えば、Ｍ×Ｍスイッチ６７は、出力＃６６−ｐと入力＃６８−ｑのｐとｑに関し、式（１）の関係を満たす任意の置換を行う。モード合分波器６８は、Ｍ×Ｍスイッチ６７において置換された入力＃６８−１〜入力＃６８−Ｍを再びモード多重信号へ変換し、出力側の光伝送路であるマルチモードファイバ４に送出する。なお、モード置換部６５において一部のモードは置換されなくてもよい。Ｍ×Ｍスイッチ６７は、モード置換を行う出力＃６６−ｐ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）を入力＃６８−ｑ（ｑ≠ｐ、ｑは１以上Ｍ以下の整数）としてモード合分波器６８に入力し、モード置換を行わない出力＃６６−ｐを入力＃６８−ｐとしてモード合分波器６８に入力する。
【００４３】
［第４の実施形態］
図４は、本発明の第４の実施形態におけるマルチコア・マルチモード光ファイバシステム１００の構成図である。第４の実施形態では、伝送路ファイバとしてマルチコア・マルチモードファイバ４００を用いる。このマルチコア・マルチモードファイバ４００は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のコアを有する光ファイバであり、各コアはＭ個のモードを励振する。
【００４４】
マルチコア・マルチモード光ファイバシステム１００は、送信機２と、モード合分波器３と、ファンイン４１０と、マルチコア・マルチモード光増幅器５００と、モード置換部６００と、ファンアウト４２０と、モード合分波器７と、受信機８とを備える。マルチコア・マルチモード光ファイバシステム１００は、モード合分波器３及びモード合分波器７をそれぞれＮ台備えており、ｎ台目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）のモード合分波器３及びモード合分波器７をそれぞれ、モード合分波器３−ｎ、モード合分波器７−ｎと記載する。モード合分波器３−ｎに接続されるＭ台の送信機２を、送信機＃ｎ−１〜送信機＃ｎ−Ｍと記載し、モード合分波器７−ｎに接続されるＭ台の受信機８を、受信機＃ｎ−１〜受信機＃ｎ−Ｍと記載する。
【００４５】
マルチコア・マルチモード光ファイバシステム１００は、ファンイン４１０とファンアウト４２０の間に、１台以上のマルチコア・マルチモード光増幅器５００及び１台以上のモード置換部６００を備える。同図では、１台のマルチコア・マルチモード光増幅器５００の後段に１台のモード置換部６００が接続される場合を示しているが、マルチコア・マルチモード光増幅器５００が２台以上連続して接続されてもよく、モード置換部６００が２台以上連続して接続されてもよい。マルチコア・マルチモード光増幅器５００及びモード置換部６００は、隣接する機器（ファンイン４１０、マルチコア・マルチモード光増幅器５００、モード置換部６００、又は、ファンアウト４２０）とマルチコア・マルチモードファイバ４００により接続される。ファンイン４１０又はモード置換部６００と接続されるマルチコア・マルチモードファイバ４００から次のモード置換部６００までが１スパンである。
【００４６】
送信機＃ｎ−１〜送信機＃ｎ−Ｍ及びモード合分波器３−ｎは、マルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアに入力するモード多重信号を生成する。具体的には、送信機＃ｎ−１〜送信機＃ｎ−Ｍは、ｎ番目のコアの各モードへ入力する独立したデータ系列をシングルモード光信号へ変換する。送信機＃ｎ−ｍから、モード合分波器３−ｎへシングルモードで入力される光信号を入力＃ｍと記載する。モード合分波器３−ｎは、送信機＃ｎ−１〜送信機＃ｎ−Ｍのそれぞれから入力された入力＃１〜＃Ｍを多重したモード多重信号を出力する。
【００４７】
ファンイン４１０は、モード合分波器３−１〜３−Ｎそれぞれが生成したモード多重信号を入力し、マルチコア・マルチモードファイバ４００に光信号をロードする。このとき、ファンイン４１０は、モード合分波器３−ｎから入力したモード多重信号をマルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアに出力する。
【００４８】
続いて、マルチコア・マルチモード光増幅器５００は、光増幅過程を通してモード多重信号に、マルチコア・マルチモードファイバ４００の伝送中に生じた光パワーの減衰を補償する。マルチコア・マルチモードファイバ４００を伝搬したモード多重信号は、次にモード置換部６００に入力される。
【００４９】
モード置換部６００は、ファンアウト６１０、Ｎ台のモード合分波器６２０、ＮＭ×ＮＭスイッチ６３０、Ｎ台のモード合分波器６４０、及び、ファンイン６５０を備える。Ｎ台のモード合分波器６２０をそれぞれ、モード合分波器６２０−１〜６２０−Ｎと記載し、Ｎ台のモード合分波器６４０をそれぞれ、モード合分波器６４０−１〜６４０−Ｎと記載する。モード合分波器６２０、モード合分波器６４０はそれぞれ、第３の実施形態のモード合分波器６６、モード合分波器６８と同様の機能を有する。
【００５０】
モード置換部６００の動作について説明する。モード置換部６００に入力されたマルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコア伝搬後のモード多重信号を構成していたＭ個の各モード信号を入力＃ｎ−１〜入力＃ｎ−Ｍとラベルし、モード置換部６００からマルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアに出力されるモード多重信号を構成するＭ個の各モード信号を出力＃ｎ−１〜出力＃ｎ−Ｍとラベルする。
【００５１】
ファンアウト６１０は、マルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアを伝送したモード多重信号をモード合分波器６２０−ｎに入力する。モード合分波器６２０−ｎは、モード多重信号をＭ個のシングルモード光信号である出力＃ｎ−１〜出力＃ｎ−Ｍに分離し、ＮＭ×ＮＭスイッチ６３０に入力する。
【００５２】
ＮＭ×ＮＭスイッチ６３０は、任意の入力＃ｐと出力＃ｑ（ｐ，ｑは１−１〜Ｎ−Ｍ）について所定の置換を行う。つまり、ＮＭ×ＮＭスイッチ６３０は、入力＃１−１〜入力＃Ｎ−Ｍそれぞれの出力先が異なるように、入力＃ｎ−ｍを、出力＃１−１〜出力＃Ｎ−Ｍのいずれかの出力先に出力する。モード合分波器６４０−ｎは、出力＃ｎ−１〜出力＃ｎ−Ｍを入力し、出力＃ｎ−１〜出力＃ｎ−Ｍを多重したモード多重信号をファンイン６５０に出力する。ファンイン６５０は、モード合分波器６４０−１〜６４０−Ｎからモード多重信号を入力し、マルチコア・マルチモードファイバ４００へロードする。つまり、ファンイン６５０は、モード合分波器６４０−ｎから入力したモード多重信号をマルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアに入力する。
【００５３】
以上が第１スパンの伝送における動作である。次のスパン以降でも同様の伝送形態を実施する。所定のスパン数を伝送したのち、モード多重信号はファンアウト４２０によってＮ個のモード多重信号へ分けられる。ファンアウト４２０は、マルチコア・マルチモードファイバ４００のｎ番目のコアを伝搬したモード多重信号を、モード合分波器７−ｎに出力する。モード合分波器７−ｎは、ファンアウト４２０から出力されたモード多重信号を、Ｍ個のシングルモード光信号である出力＃１〜出力＃Ｍに変換する。モード合分波器７−ｎは、出力＃ｍを受信機＃ｎ−ｍに出力する。受信機＃ｎ−１〜受信機＃ｎ−Ｍはそれぞれ、シングルモード光信号の出力＃１〜出力＃Ｍを元のデータ系列の情報へ変換する。
【００５４】
［第５の実施形態］
図５は、本発明の第５の実施形態におけるマルチモード光ファイバシステム１ａの構成図である。同図において、図に示す第１の実施形態によるマルチモード光ファイバシステム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。第５の実施形態では、スパン数Ｌが伝送路ファイバの励振モード数Ｍと等しく設計されている点が第１の実施形態と異なる。
【００５５】
第５の実施形態ではモード置換部６において行う置換を、例えば巡回置換によって行う。このときＭスパン伝送後の信号パルスは、全ての励振モードの光信号として光伝送路を伝搬し、本来モード間で生じる信号品質の偏差を効果的に低減することが可能となる。すなわち、光信号が全ての励振モードを経験する為、特定のモードのみが選択的に減衰を受けるモード依存損失の影響が低減する。
【００５６】
なお、第１から第５の実施形態に記載のモード置換部６、６０、６５、６００を構成するモード合分波器、マルチモードファイバ又はマルチコア・マルチモードファイバとの結線部、スイッチ部（例えば、Ｎ×Ｎスイッチ、ＮＭ×ＮＭスイッチ）の各機能部は、モード多重信号を構成する各モード信号を置換する機能を有すれば、その形態を問わず本実施形態の効果は同様に有効である。例えば、モード合分波器や結線部の構成としては、導波路型、プレーナ光波回路型、テーパ型、空間光学型、ファイバグレーティング型などがあり、またスイッチ部はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型やＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）型の構成などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
また、モード置換部６、６０、６５、６００は、他のデバイスや光増幅器と組み合わせて実施されても良い。例えば、光増幅器のポンプコンバイナ部にモード置換部６、６０、６５、６００の機能を備えることにより、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
第２の実施形態の効果を確認するためにシミュレーションを行った。
図６は、シミュレーションの結果を示す図である。シミュレーションでは、２ＬＰモードを伝送する１００スパンのマルチモード伝送路を想定した。そして、マルチモード伝送路に入力されたＬＰ０１モードのパルスのパワーが時間方向に分散する様子を確認し、第２の実施形態の適用の前後で比較した。各スパンは０．１ｎ秒から０．５ｎ秒の間のランダムなモード分散を持ち、さらにスパンあたりＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間で１５ｄＢのモード変換に伴うモード間パワー結合が起こると仮定した。
【００５９】
図６（ａ）は、第２の実施形態の適用の前のシミュレーション結果を示し、図６（ｂ）は、第２の実施形態の適用後のシミュレーション結果を示す。図６（ａ）に示す第２の実施形態の適用前では、ＬＰ０１モードのパルスのパワーが約３０ｎ秒程度拡がっている。その一方、図６（ｂ）に示す第２の実施形態の適用後では、ＬＰ０１モードのパルスのパワー広がりが約１０ｎ秒程度に低減されている。このように、本実施形態を用いることにより、伝送距離に応じて累積するモード分散による信号パルス拡がりを大幅に低減することが可能となる。
【００６０】
以上説明した実施形態によれば、光伝送システムは、モード多重信号を伝送する複数の伝送路と、伝送路間に設けられる１以上のモード置換部とを備える。光伝送システムは、例えば、マルチモード光ファイバシステム１、１ａ、マルチコア・マルチモード光ファイバシステム１００である。モード置換部は、入力側の伝送路から入力したモード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号の一部又は全ての光信号間で使用するモードを入れ替えるモード置換を行い、モード置換されたモード多重信号を出力側の伝送路に出力する。
【００６１】
モード置換部を、モード分波部と、モード合波部とを備える構成としてもよい。例えば、モード分波部はモード合分波器６１であり、モード合波部はモード合分波器６２である。モード分波部は、伝送路から入力したモード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号をシングルモードの光信号に分離する。モード合波部は、複数種類のモードそれぞれに対応した入力部からシングルモードの光信号を入力し、入力部それぞれにより入力した複数の光信号を入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を出力側の伝送路に出力する。モード分波部は、分離した光信号をそれぞれ、当該光信号のモード置換後のモードに対応した入力部に出力する。
【００６２】
また、モード置換部を、モード分波部と、モード合波部と、スイッチ部とを備える構成としてもよい。例えば、モード分波部はモード合分波器６６であり、モード合波部はモード合分波器６８であり、スイッチ部はＭ×Ｍスイッチ６７である。この場合、モード分波部は、分離した光信号をスイッチ部に出力する。スイッチ部は、モード分波部が分離した複数の光信号をそれぞれ、当該光信号のモード置換後のモードに対応した入力部に出力する。
【００６３】
伝送路は、シングルコアファイバ（例えば、マルチモードファイバ４）でもよく、マルチコアファイバ（例えば、マルチコア・マルチモードファイバ４００）でもよい。伝送路がマルチコアファイバである場合、モード置換部は、モード分波部と、モード合波部と、スイッチ部とを備える構成である。例えば、モード置換部はモード置換部６００であり、モード分波部は、ファンアウト６１０及びモード合分波器６２０−１〜６２０−Ｎであり、モード合波部は、モード合分波器６４０−１〜６４０−Ｎ及びファンイン６５０であり、スイッチ部はＮＭ×ＮＭスイッチ６３０である。モード分波部は、マルチコアファイバの複数のコアそれぞれを伝送したモード多重信号に多重されている複数種類のモードそれぞれの光信号をシングルモードの光信号に分離する。モード合波部は、出力先のマルチコアファイバの複数のコアそれぞれと複数種類のモードそれぞれとの各組み合わせに対応した入力部からシングルモードの光信号を入力し、出力先のマルチコアファイバのコア毎に、入力部それぞれにより入力した複数の光信号を入力部に対応したモードを用いて多重したモード多重信号を生成し、出力側のマルチコアファイバの対応するコアに出力する。スイッチ部は、モード分波部が分離した複数の光信号をそれぞれ、出力先のコア及びモード置換後のモードに対応したモード合波部の入力部に出力する。
【００６４】
以上説明した実施形態によれば、光信号を長距離にわたって安定的かつ情報誤りを少なく伝送することが可能となる。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
モード多重した光信号を伝送する通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ａ…マルチモード光ファイバシステム
２…送信機
３、３−１〜３−Ｎ、７、７−１〜７−Ｎ、６１、６２、６６、６８、６２０−１〜６２−Ｎ、６４０−１〜６４０−Ｎ…モード合分波器
４…マルチモードファイバ
５…マルチモード光増幅器
６、６０、６５…モード置換部
８…受信機
６７…Ｍ×Ｍスイッチ
１００…マルチコア・マルチモード光ファイバシステム
４００…マルチコア・マルチモードファイバ
４１０、６５０…ファンイン
４２０、６１０…ファンアウト
５００…マルチコア・マルチモード光増幅器
６３０…ＮＭ×ＮＭスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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