(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンボルレートがf0のＮチャンネルのデータからなる光時分割多重信号を送受信する光時分割多重伝送方法であって、
送信側において、該光時分割多重信号の一のデータチャンネルの信号のみに受信側においてシンボルレートがf0の電圧信号を検出し得る程度に該一のデータチャンネルの隣接する信号間でずらした位相変調量で位相変調を施した光時分割多重信号を送信し、
受信側において、該送信された光時分割多重信号を受信し遅延干渉計に入力された該位相変調された一のデータチャンネルの隣接する信号の該位相変調量のずれにより差動光検出器で検出されるシンボルレートがf0の電圧信号からシンボルレートf0のクロック信号を抽出して該受信した光時分割多重信号をシンボルレートがf0のＮチャンネルのデータに分割する、
ことを特徴とする光時分割多重伝送方法。
【請求項２】
シンボルレートがf0のＮチャンネルのデータからなる光時分割多重信号を送受信する光時分割多重伝送システムであって、
該光時分割多重信号の一のデータチャンネルの信号のみに受信部においてシンボルレートがf0の電圧信号を検出し得る程度に該一のデータチャンネルの隣接する信号間でずらした位相変調量で位相変調を施した光時分割多重信号を送信する送信部と、
該送信された光時分割多重信号を受信し遅延干渉計に入力された該位相変調された一のデータチャンネルの隣接する信号の該位相変調量のずれにより差動光検出器で検出されるシンボルレートがf0の電圧信号からシンボルレートf0のクロック信号を抽出して該受信した光時分割多重信号をシンボルレートがf0のＮチャンネルのデータに分割する受信部と、
を含むことを特徴とする光時分割多重伝送システム。
【請求項３】
前記一のデータチャンネルのデータ信号にする位相変調は、“0”、“π/2”、“0”、“π/2”、“0”、“π/2”の繰り返し列であることを特徴とする請求項２に記載の光時分割多重伝送システム。
【請求項４】
前記送信部において、前記一のデータチャンネルの信号に施す位相変調をＮチャンネルのデータの光信号多重化の前、または、後に行うことを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれか１項に記載の光時分割多重伝送システム。
【請求項５】
前記一のデータチャンネルの信号に施す位相変調はＩＳＢＴデバイスを用いて行うことを特徴とする請求項４に記載する光時分割多重伝送システム。
【請求項６】
前記一のデータチャンネルの信号に施す位相変調はＩＳＢＴデバイスを用いて光時分割多重化の後に行うことを特徴とする請求項１に記載する光時分割多重伝送方法。
【請求項７】
シンボルレートがf0のＮチャンネルのデータからなる光時分割多重信号を送信する光時分割多重伝送送信機であって、
該光時分割多重信号の一のデータチャンネルの信号のみに当該光時分割多重信号を受信する受信機においてシンボルレートがf0の電圧信号を検出し得る程度に該一のデータチャンネルの隣接する信号間でずらした位相変調量で位相変調を施した光時分割多重信号を送信することを特徴とする光時分割多重伝送送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光時分割多重伝送方法及び光時分割多重伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの急速な発展により光通信に要求される伝送レートは年々高まっているが、電子デバイスの動作速度は限界に達しようとしている。単位時間に送信できる符号（シンボル）の数をシンボルレートと呼ぶが、電子デバイスの上限を超えるシンボルレートで信号を伝送する為には光領域で信号を多重化する光時分割多重伝送（OTDM）が必要となる。
例えば強度変調方式の送信器がN台有り、それぞれf0[baud/秒]のレートで光信号が出力されているとする。光時分割多重伝送によりこれらN本の光信号をシリアル信号に変換するとf’=N×f0[baud/秒]のシンボルレートで信号の伝送が可能になる（図５参照）。受信器ではOTDM信号をN本のパラレル信号に分割（Demux）しチャンネル毎に信号処理を行う。
【０００３】
このDemux操作を行う為には元の送信器のシンボルレート（=f0）に等しい周波数を持つ基準信号（クロック）が必要となる。したがって、受信器には受信した光信号からこのクロック信号を生成する、いわゆる光クロック抽出機能が要求される。通常、光クロック抽出ではOTDM信号に位相同期した周波数がf‘/Nの電気信号又は光パスル列が抽出される。
【０００４】
OTDM方式では多重/分割等の信号処理を電子デバイスの動作限界を超える速度で実行する必要があるが、これには非線形光学効果を応用した光デバイスが利用される。一般的な光デバイスは信号光の入出力ポートと制御光の入力ポートを持ち、制御光のオン/オフにより信号光の強度や位相を制御する。
代表的な超高速光デバイスとしては、非線形ファイバーで生じる４光波混合や半導体サブバンド間遷移（ISBT）が示す相互位相変調を利用したものがある。これまでにISBT光ゲートを用いてシンボルレートが172Gbaud/sのOTDMが実現されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
光クロック抽出を実行する方法はいくつか提案されているが、一般的にOTDM信号はチャンネルに関する情報は含んでいないので、抽出されるクロック信号とデータチャンネルの位相関係は必ずしも一定ではなく、図６に示すように、N通りの異なるタイミングでクロック抽出される可能性がある（例えば、非特許文献２参照）。
クロック信号の位相が揺らぐとDemux操作が正確に実行できないので、クロック信号はデータに対して常に一定のタイミングで抽出されることが望ましい。その為の最も単純な方法は、図７に示すように、データと一緒にクロック周波数f0で強度変調された信号を同時に送信することである。
【０００６】
ただし、この方法では受信器がクロック信号をデータから分離できるようにデータとは異なる波長を使ってクロックを送信する必要があり、データだけを送信する場合に比べてスペクトルの利用効率が下がるという欠点がある。また、伝送路の持つ分散の為にクロックとデータは異なる速度で伝播するので、伝送路や伝送距離が変動する場合には受信信号と抽出クロックの位相関係は一定に保たれない。
【０００７】
一方、クロックパルスを送信するかわりに、図８に示すように、OTDM信号にチャンネル識別情報を付加する方法も提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
この方法では、OTDM信号の搬送波となるパルスレーザー光に周期的な位相シフトを施すことでOTDM信号に必要とする周波数で強度変調を施している。例えば図８では、チャンネル１の位相だけ他のチャネルの位相からπシフトされており、受信側はチャンネル１に位相同期したクロック周波数をOTDM信号から直接抽出することができる。
この方法では全光パルスの位相関係を常に一定に保つ必要があり、光信号の多重化（MUX）部には高い作製精度が要求される。また、温度変化等に対してもパルス間の位相が変化しないよう光路長にフィードバック制御を施す必要があり、多重度Nが増えるほどシステムが複雑になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】黒須隆行他、「光時分割多重を用いたスーパーハイビジョン映像の伝送」、信学技報、IEICE  Technical  Report、IA2009-91、p.53-p.58、(2010)
【非特許文献２】青梅恵之、尾路京一、山下育男、猪口勝司、「160Gbit/s光RZ信号からの10GHzクロック信号抽出の検討」、IEEJ  Trans.EIS,vol.125,No.10,p.1608-p.1613,(2005)
【非特許文献３】藤井浩三、「超高速光信号処理技術の開発」、沖テクニカルレビュー、第204号、Vol.72、No.4、p.70-p.75、2005年10月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スペクトルの利用効率を下げることなく、システム構成が簡素な光時分割多重伝送方法及び光時分割多重伝送システムを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は次のような手段により解決される。
（１）特定のチャンネルの信号に位相変調を施すことにより、光時分割多重信号にチャンネル識別情報を付与することを特徴とする光時分割多重伝送方法。
（２）特定のチャンネルの信号に位相変調を施すことによりチャンネル識別情報を付与した光時分割多重信号を送信する送信部と、該光時分割多重信号を受信し該光時分割多重信号から該チャンネル識別情報を抽出する手段を有し、該手段により得られたチャンネル識別情報に基づいて該光時分割多重信号を分割する受信部とを含む光時分割多重伝送システム。
（３）上記チャンネル識別情報を抽出する手段は、遅延干渉計、差動光検出器及びクロック抽出器を含むことを特徴とする（２）に記載の光時分割多重伝送システム。
（４）上記送信部は、光信号多重化部及び該光信号多重化部からの特定のチャンネルの信号光に位相シフトを与える光変調器を含むことを特徴とする（２）又は（３）に記載の光時分割多重伝送システム。
（５）上記送信部は、位相シフトを与えた特定のチャンネルの信号光及び他のチャンネルの信号光を多重化する光信号多重化部を含むことを特徴とする（２）又は（３）に記載の光時分割多重伝送システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、OTDM信号から各チャンネルと常に一定の位相関係でクロック信号を抽出できる。したがって、伝送路や伝送距離が変化した場合でも効率良く正確にDemux操作を行うことができる。また、データ自身にクロック情報を載せているので、スペクトルの利用効率が下がることはない。
また、本発明では全光パルスの位相を制御する必要がないため、OTDM信号にチャンネル識別情報を付加する従来の方法と比較してシステム構成が簡素で実用化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光時分割多重伝送方法の原理を説明する図
【図２】レート変換部の構成図
【図３】光時分割多重伝送システムの第１の構成例
【図４】光時分割多重伝送システムの第２の構成例
【図５】光時分割多重伝送の原理を説明する図
【図６】通常の光クロック抽出におけるクロックとデータの位相関係を説明する図
【図７】クロックパルスをデータと一緒に配信する方式を説明する図
【図８】光時分割多重伝送信号にチャンネル識別情報を付加する１つの方法
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、OTDMにおいて受信側がデータの各チャンネルに対し常に一定のタイミングでクロック信号を抽出することを可能にする。その原理を図１に示す。送信側は、チャンネル識別情報の付与されたOTDM信号を送信する。受信側は受信信号の一部をレート変換部に導き、識別情報を利用してOTDM信号から特定のチャンネルを抜き出しシンボルレートがf0の電気信号を生成する。この電気信号から通常の電子回路を用いてクロックを抽出すれば、OTDM信号の各チャンネルと常に一定の位相関係でクロック信号を抽出できる。
【００１４】
OTDM信号にチャンネル識別情報を付与する為に、送信側はNチャンネルの信号を多重化（Mux）する前あるいはMuxした後に特定のチャンネル（基準チャンネルと呼ぶ）に位相変調を施す。レート変換部は、位相変調の施されていない光信号が入力された場合には信号を出力せず、位相変調の施された光信号が入力された時には、入力信号の強度に依存する電圧信号を出力するものである。したがって、レート変換部からは基準チャンネルの信号のみが電圧信号に変換され出力される。
【００１５】
レート変換部は、遅延干渉計と差動光受信器から構成される（図２参照）。遅延干渉計は無位相変調光が入力された時は２つの出力ポートから同強度の光が出力されるように調整されており、差動光受信器の出力は０となる。しかし、位相変調光が入力された時は遅延干渉計の２つの出力信号間に強度差が生じ差動光受信器は電圧信号を発生する。
時分割多重後にOTDM信号の特定のチャンネルに位相変調を加えるには、ピコ秒台の非常に高速な位相変調器が必要となる。このような超高速変調は従来の電子デバイスでは実現不可能でも非線形光学効果デバイスを利用すれば実行できる。
【００１６】
図３に本発明に係る光時分割多重伝送システムの第１の構成例を示す。
送信側は、N台のシンボルレートがf0の送信器の出力を光時分割多重してシンボルレートがf’（=N×f0）のOTDM信号を生成する。次にこの信号を位相変調器に通して一部のチャンネル（基準チャンネルと呼ぶ）に位相変調を施す。
受信側では信号の一部は遅延干渉計に導かれ、各チャンネル内において１ないし数ビット前のデータと信号が干渉させられる。２つのポートからの光出力はフォトレシーバーで受光され、その強度差が電圧として出力される。この電圧信号はシンボルレートがf0であり、通常のクロック抽出器を用いてクロック信号が抽出される。抽出されたクロック信号はDemux装置に導かれOTDM信号を分離するために利用される。
【００１７】
OTDM信号の特定のチャンネルにのみ位相変調を施すには、超高速動作が可能な非線形光学デバイスを利用する。非線形光学デバイスとしては、位相変調時の強度変調効果が小さい非線形ファイバーやISBT等を用いたものが望ましい。
非線形光学デバイスは、送信器に同期した短パルス光源の発生する光パルス列によって駆動される。繰り返し周波数がf0/2の光パルス列を用いて基準チャンネルのデータに、交互に“0”、“π/2”、“0”、“π/2”、“0”、“π/2”、・・・・と位相変調を加えると、受信部ではシンボルレートがf0の電圧信号が発生する。受信部でシンボルレートがf0/m（m：整数）の電圧信号を得ることができれば、他のパターンを用いてOTDM信号に変調を施してもよい。
【００１８】
図４に本発明に係る光時分割多重伝送システムの第２の構成例を示す。
送信側は、N台のシンボルレートがf0の送信器の内、特定チャンネルの信号に位相変調を施してから時分割多重によりシンボルレートがf’（=N×f0）のOTDM信号を生成する。
受信側では信号の一部は遅延干渉計に導かれ、各チャンネル内において１ないし数ビット前のデータと信号が干渉させられる。２つのポートからの光出力はフォトレシーバーで受光され、その強度差が電圧として出力される。この電圧信号はシンボルレートがf0あるいはその整数分の１なので、通常の電子装置を用いてクロック信号が抽出される。抽出されたクロック信号はDemux装置に導かれOTDM信号を分離するために利用される。
【００１９】
基準チャンネルのデータに、“π/2”、“-π/2”、“π/2”、“-π/2”、“π/2”、・・・・と交互に位相変調を加えると、受信部ではシンボルレートがf0/2の電圧信号が発生する。受信部でシンボルレートがf0/m（m：整数）の電圧信号を得ることができれば、他のパターンを用いて基準チャンネルに位相変調を施してもよい。
【００２０】
以上、本発明の光時分割多重伝送方法及び光時分割多重伝送システムについて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【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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【図７】
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【図８】
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