(57)【要約】【課題】  ＲＺ形式の光信号からＮＲＺ形式の光信号へ変換を行なう装置および方法を提供する。【解決手段】  ＲＺ形式の光信号は、信号光入力端１０１に入力され、光波形整形部１０３で信号波形が整形される。波形が整形された光信号は光分岐部１０４にて２つの経路に分岐されて出力される。分岐した一方の経路には光遅延付与部１０５が設けられ、タイムスロットをＴとすると、分岐した他方の経路を伝送する光信号に対してＴ／２の遅延時間差だけ伝送が遅延する。分岐した他方の経路には光強度調節部１０６が設けられ、遅延された他方の光信号と最大強度が同じになるよう光強度調節部１０６によって減衰される。２分岐された光信号は光合波部１０７で合波される。合波された光信号はＮＲＺ形式の光信号となり信号光出力端１０２から出力される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リターンゼロ形式の光信号をノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換装置であって、
シンボルの時間幅がＴであるリターンゼロ形式の光信号を受ける第１の信号入力部と、
前記光信号を分岐して第１の分岐信号と第２の分岐信号とを生成する分岐手段と、
前記第１の分岐信号に対するＴ／２の遅延時間差を前記第２の分岐信号に与えて前記第２の分岐信号を遅延させる第１の遅延手段と、
遅延された前記第２の分岐信号と前記第１の分岐信号とを合成する第１の合成手段と、
合成された光信号を出力する第１の信号出力部とを備える、光信号波形変換装置。
【請求項２】
前記第１の信号入力部と前記分岐手段との間に、シンボルが１である前記リターンゼロ形式の光信号の波形を、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／２における強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形手段をさらに備える、請求項１に記載の光信号波形変換装置。
【請求項３】
Ｎを２以上の自然数とすると、リターンゼロ形式の互いに独立する第１〜第Ｎの光信号を時間多重されたノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換装置であって、
各々のシンボルの時間幅がＴである前記第１〜第Ｎの光信号をそれぞれ受けるＮ個の第２の信号入力部と、
ｋを２以上Ｎ以下の自然数とすると、第ｋの光信号に対し、前記第１の光信号を基準としてＴ／Ｎ×（ｋ−１）の遅延時間差を与えて前記第２〜第Ｎの光信号を遅延させる第２の遅延手段と、
前記第２の遅延手段から出力される前記第１〜第Ｎの光信号を合成する第２の合成手段と、
合成された光信号を出力する第２の信号出力部とを備える、光信号波形変換装置。
【請求項４】
前記第２の信号入力部と前記第２の遅延手段との間に、シンボルが１である前記リターンゼロ形式の光信号の波形を、信号の時間幅が２Ｔ／Ｎであって０≦ｔ≦Ｔ／Ｎの任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／Ｎにおける強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する前記信号整形手段をさらに備える、請求項３に記載の光信号波形変換装置。
【請求項５】
前記信号整形手段は前記光信号の波形を余弦二乗形曲線に変換する、請求項２または請求項４に記載の光信号波形変換装置。
【請求項６】
前記信号整形手段は前記光信号の波形をガウス形曲線に変換する、請求項２または請求項４に記載の光信号波形変換装置。
【請求項７】
リターンゼロ形式の光信号をノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換方法であって、
シンボルの時間幅がＴであるリターンゼロ形式の光信号を受ける第１の信号入力ステップと、
前記光信号を分岐して第１の分岐信号と第２の分岐信号とを生成する分岐ステップと、
前記第１の分岐信号に対するＴ／２の遅延時間差を前記第２の分岐信号に与えて前記第２の分岐信号を遅延させる第１の遅延ステップと、
遅延された前記第２の分岐信号と前記第１の分岐信号とを合成する第１の合成ステップと、
合成された光信号を出力する第１の信号出力ステップとを備える、光信号波形変換方法。
【請求項８】
前記第１の信号入力ステップと前記分岐ステップとの間に、シンボルが１である前記リターンゼロ形式の光信号の波形を、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／２における強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形ステップをさらに備える、請求項７に記載の光信号波形変換方法。
【請求項９】
Ｎを２以上の自然数とすると、リターンゼロ形式の互いに独立する第１〜第Ｎの光信号を時間多重されたノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換方法であって、
各々のシンボルの時間幅がＴである前記第１〜第Ｎの光信号をそれぞれ受けるＮ個の第２の信号入力ステップと、
ｋを２以上Ｎ以下の自然数とすると、第ｋの光信号に対し、前記第１の光信号を基準としてＴ／Ｎ×（ｋ−１）の遅延時間差を与えて前記第２〜第Ｎの光信号を遅延させる第２の遅延ステップと、
前記第２の遅延手段から出力される前記第１〜第Ｎの光信号を合成する第２の合成ステップと、
合成された光信号を出力する第２の信号出力ステップとを備える、光信号波形変換方法。
【請求項１０】
前記第２の信号入力ステップと前記第２の遅延ステップとの間に、シンボルが１である前記リターンゼロ形式の光信号の波形を、信号の時間幅が２Ｔ／Ｎであって０≦ｔ≦Ｔ／Ｎの任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／Ｎにおける強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する前記信号整形ステップをさらに備える、請求項９に記載の光信号波形変換方法。
【請求項１１】
前記信号整形ステップは前記光信号の波形を余弦二乗形曲線に変換する、請求項８または請求項１０に記載の光信号波形変換方法。
【請求項１２】
前記信号整形ステップは前記光信号の波形をガウス形曲線に変換する、請求項８または請求項１０に記載の光信号波形変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光信号波形変換装置および方法に関し、特に、リターンゼロ方式の光信号からノンリターンゼロ方式の光信号に波形を変換する光信号波形変換装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信や光信号処理には光のデジタルな信号が多く用いられる。信号の形式はリターンゼロ（以下、ＲＺと称する）形式とノンリターンゼロ（以下、ＮＲＺと称する）形式とに大別される。
【０００３】
光デジタル信号の１つのシンボルを伝送するために割当てられた時間幅をタイムスロットと称する。デジタル信号のシンボル「１」は光が存在し、シンボル「０」は光が存在しないものとする。あるタイムスロットと次のタイムスロットとの間でシンボル「１」が続く場合に光の存在しない瞬間が発生する信号の形式はＲＺ形式と称され、一定の光強度が続く信号の形式はＮＲＺ形式と称される。
【０００４】
ＮＲＺ形式の光信号は、ＲＺ形式の光信号に比べて光ファイバの非線形効果の影響を受けて光を散乱しやすいので長距離の情報伝送に向いていない。一方でＲＺ形式の光信号はＮＲＺ形式の光信号と比べて光信号の占有する波長のスペクトル幅が大きく、一定の波長域で信号伝送に利用可能な波長の数は、ＲＺ形式の光信号のほうがＮＲＺ形式の光信号よりも少ない。よってＮＲＺ形式の光信号は近距離での高密度な波長多重伝送に適している。
【０００５】
従来の技術によれば、ＲＺ形式またはＮＲＺ形式の光信号は電気信号から光信号への変換によって生成される。電気信号の処理速度に限界があるので従来の方法で生成される光信号の伝送容量は、最大でも４０ギガビット毎秒程度である。一方で、実験的にはテラビット毎秒程度の伝送容量を持つＲＺ形式の光信号が伝送実験のために用いられている。しかし前述のようにＲＺ形式の信号よりもＮＲＺ形式の信号のほうが高密度の情報伝送に適している。よってＲＺ形式の光信号をＮＲＺ形式の光信号に変換する方法が求められる。
【０００６】
ＮＲＺ形式の光信号変換に関する先行技術の例として、非特許文献１は、単安定マルチバイブレータレーザがＲＺ形式の光信号を受けてＮＲＺ形式の光信号を出力する信号波形変換方法を開示する。また、非特許文献２は、分布帰還型(Distributed Feed Back,DFB)レーザと、半導体レーザ増幅器（semiconductor laser amplifier)とを組み合わせてＮＲＺ形式の光信号をＲＺ形式の光信号に変換する信号波形変換方法を開示する。
【非特許文献１】野中弘二、他４名、「単安定マルチバイブレータレーザによる10Gbits/s-パルス光信号変換、伝送特性」、電子情報通信学会通信ソサエティ大会予稿集、１９８８年、ｐ．４６３
【非特許文献２】エル・ノエル（L.Noel）、他２名、「単独の半導体レーザー増幅器を用いたＷＤＭの４チャネルにおけるＮＲＺ形式からＲＺ形式への変換（Four WDM channel NRZ to RZ format conversion uｓｉｎg a ｓｉｎgle semiconductor laser amplifier）」、（米国）、エレクトロニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTERS）、１９９５年２月１６日、第３１巻、第４号、ｐ．２７７−２７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に開示される単安定マルチバイブレータレーザは一般的に入手できない特殊素子であり実現が容易ではない。また、非特許文献２では一般的な光デバイスであるＤＦＢレーザあるいは半導体レーザ増幅器を用いた信号変換方法を開示するが、ＲＺ形式の光信号からＮＲＺ形式の光信号に変換する方法は開示されていない。よって、入手容易な光デバイスを用いてＲＺ形式の光信号からＮＲＺ形式の光信号へ信号波形の変換が容易に実現できる装置および方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、リターンゼロ形式の光信号をノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換装置であって、光信号波形変換装置は、シンボルの時間幅がＴであるリターンゼロ形式の光信号を受ける第１の信号入力部と、光信号を分岐して第１の分岐信号と第２の分岐信号とを生成する分岐手段と、第１の分岐信号に対するＴ／２の遅延時間差を第２の分岐信号に与えて第２の分岐信号を遅延させる第１の遅延手段と、遅延された第２の分岐信号と第１の分岐信号とを合成する第１の合成手段と、合成された光信号を出力する第１の信号出力部とを備える。
【０００９】
好ましくは、光信号波形変換装置は、第１の信号入力部と分岐手段との間に、シンボルが１であるリターンゼロ形式の光信号の波形を、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／２における強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形手段をさらに備える。
【００１０】
本発明は、Ｎを２以上の自然数とすると、リターンゼロ形式の互いに独立する第１〜第Ｎの光信号を時間多重されたノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換装置であって、光信号波形変換装置は、各々のシンボルの時間幅がＴである第１〜第Ｎの光信号をそれぞれ受けるＮ個の第２の信号入力部と、ｋを２以上Ｎ以下の自然数とすると、第ｋの光信号に対し、第１の光信号を基準としてＴ／Ｎ×（ｋ−１）の遅延時間差を与えて第２〜第Ｎの光信号を遅延させる第２の遅延手段と、第２の遅延手段から出力される第１〜第Ｎの光信号を合成する第２の合成手段と、合成された光信号を出力する第２の信号出力部とを備える。
【００１１】
好ましくは、光信号波形変換装置は、第２の信号入力部と第２の遅延手段との間に、シンボルが１であるリターンゼロ形式の光信号の波形を、信号の時間幅が２Ｔ／Ｎであって０≦ｔ≦Ｔ／Ｎの任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／Ｎにおける強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形手段をさらに備える。
【００１２】
より好ましくは、信号整形手段は光信号の波形を余弦二乗形曲線に変換する。
【００１３】
より好ましくは、信号整形手段は光信号の波形をガウス形曲線に変換する。
【００１４】
本発明の他の局面に従うと、リターンゼロ形式の光信号をノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換方法であって、光信号波形変換方法は、シンボルの時間幅がＴであるリターンゼロ形式の光信号を受ける第１の信号入力ステップと、光信号を分岐して第１の分岐信号と第２の分岐信号とを生成する分岐ステップと、第１の分岐信号に対するＴ／２の遅延時間差を第２の分岐信号に与えて第２の分岐信号を遅延させる第１の遅延ステップと、遅延された第２の分岐信号と第１の分岐信号とを合成する第１の合成ステップと、合成された光信号を出力する第１の信号出力ステップとを備える。
【００１５】
好ましくは、光信号波形変換方法は、第１の信号入力ステップと分岐ステップとの間に、シンボルが１であるリターンゼロ形式の光信号の波形を、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／２における強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形ステップをさらに備える。
【００１６】
本発明の他の局面に従うと、Ｎを２以上の自然数とすると、リターンゼロ形式の互いに独立する第１〜第Ｎの光信号を時間多重されたノンリターンゼロ形式の光信号に変換する光信号波形変換方法であって、光信号波形変換方法は、各々のシンボルの時間幅がＴである第１〜第Ｎの光信号をそれぞれ受けるＮ個の第２の信号入力ステップと、ｋを２以上Ｎ以下の自然数とすると、第ｋの光信号に対し、第１の光信号を基準としてＴ／Ｎ×（ｋ−１）の遅延時間差を与えて第２〜第Ｎの光信号を遅延させる第２の遅延ステップと、第２の遅延手段から出力される第１〜第Ｎの光信号を合成する第２の合成ステップと、合成された光信号を出力する第２の信号出力ステップとを備える。
【００１７】
好ましくは、光信号波形変換方法は、第２の信号入力ステップと第２の遅延ステップとの間に、シンボルが１であるリターンゼロ形式の光信号の波形を、信号の時間幅が２Ｔ／Ｎであって０≦ｔ≦Ｔ／Ｎの任意の時刻ｔでの強度と時刻ｔ＋Ｔ／Ｎにおける強度との和が実質的にシンボル１に相当する強度となる波形へ整形する信号整形ステップをさらに備える。
【００１８】
より好ましくは、信号整形ステップは光信号の波形を余弦二乗形曲線に変換する。
【００１９】
より好ましくは、信号整形ステップは光信号の波形をガウス形曲線に変換する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光信号波形変換装置および方法は一般的な光デバイスを用いてＲＺ形式の光信号からＮＲＺ形式の光信号への変換を実現できる。また、本発明の光信号波形変換装置および方法は複数のＲＺ形式の光信号を時間多重で送信でき、かつＮＲＺ形式に変換できるので高密度の光通信を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２２】
[実施の形態１]
図１は、本発明の実施の形態１の光信号波形変換装置の構成例を示す図である。図１を参照して、光信号波形変換装置１は、信号光入力端１０１と、信号光出力端１０２と、光波形整形部１０３と、光分岐部１０４と、光遅延付与部１０５と、光強度調節部１０６と、光合波部１０７とを含む。光信号波形変換装置１はノードＮ１〜ノードＮ５をさらに含む。
【００２３】
以下、実施の形態１の光信号波形変換装置１においてＲＺ形式の光信号をＮＲＺ形式の光信号に変換する方法を説明する。
【００２４】
ＲＺ形式の光信号は、信号光入力端１０１に入力され、光波形整形部１０３で信号波形が整形される。波形が整形された光信号は光分岐部１０４にて２つの経路に分岐されて出力される。分岐した一方の経路には光遅延付与部１０５が設けられる。タイムスロットをＴとすると、光遅延付与部１０５から出力される光信号は、分岐した他方の経路を伝送する光信号に対してＴ／２の遅延時間差だけ伝送が遅延する。分岐した他方の経路には光強度調節部１０６が設けられる。光強度調節部１０６から出力された光信号は、光遅延付与部１０５から出力される光信号と最大強度が同じになるように減衰される。２つの経路に分岐された光信号は光合波部１０７で合波される。合波された光信号はＮＲＺ形式の光信号となり信号光出力端１０２から出力される。
【００２５】
光信号波形変換装置１の構成例をより具体的に説明する。光波形整形部１０３は、たとえばニオブ酸リチウム（ＬＮ）変調器である。光分岐部１０４は、たとえば光ファイバカプラである。
【００２６】
光遅延付与部１０５は、たとえば光ファイバである。光ファイバの長さを調整することで光信号の伝送遅延時間が決定される。たとえばタイムスロットＴが１００ピコ秒であれば、光信号にＴ／２すなわち５０ピコ秒の伝送遅延時間を生じさせる光ファイバの長さは１センチメートルである。ただし、光遅延付与部１０５では合波される光の位相を合わせるため、光ファイバの長さを光の１波長以下で微調整できることが必要である。よって光遅延付与部１０５には、たとえば光ファイバに張力を加えるといった機構が必要である。
【００２７】
また、光強度調節部１０６は、たとえば光減衰器である。光合波部１０７は、たとえば光ファイバカプラである。
【００２８】
次に、実施の形態１におけるＲＺ形式の信号からＮＲＺ形式の信号に変換する方法についてより具体的に説明する。
【００２９】
ＲＺ形式の光信号とは、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの間でシンボル「１」が続く場合に光の存在しない瞬間が発生する信号である。つまりＲＺ形式の光信号では、シンボル「１」が続く場合であっても、周期Ｔで光が存在しない。
【００３０】
したがってＲＺ形式の光信号をＮＲＺ形式の光信号に変換するためには、まず第一に、シンボル「１」が２つ続くならば、少なくとも時間幅Ｔの間に光が存在しなくてはならない。このような変換処理は、光遅延付与部１０５にて一方の光信号に他方の光信号に対してＴ／２の遅延時間差を与えて伝送を遅延させ、光合波部１０７にて２つの信号を合成することでなされる。
【００３１】
さらに、上記の変換処理だけでなく、光合波部１０７から出力される光信号がＮＲＺ形式の光信号であるためには、０≦ｔ≦Ｔの任意の時刻ｔにおいて光合波部１０７から出力される光信号の強度がシンボル「１」と判定される強度でなければならない。つまり、光合波部１０７に入力されるＲＺ形式の光信号の信号波形は、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの振幅と時刻ｔ＋Ｔ／２での振幅との和がシンボル「１」と判定される値となる関係を有する。
【００３２】
光波形整形部１０３は信号光入力端１０１から入力されたＲＺ形式の光信号を前述の関係を有する波形に変換する。信号光入力端１０１に入力されるＲＺ形式の光信号の波形は任意の波形でよい。なお、波形の信号光入力端１０１から入力されるＲＺ形式の信号の波形自体が前述の関係を有する波形であれば、光波形整形部１０３による波形整形処理は不要である。
【００３３】
光波形整形部１０３によって整形された波形の一例として、たとえば余弦関数を二乗した信号波形がある。以後、余弦関数を二乗した波形を余弦二乗形の波形と称する。
【００３４】
ｘを変数すると、余弦二乗形の波形はｃｏｓ(ｘ)×ｃｏｓ(ｘ)と表される。タイムスロットＴに相当するｘの範囲は、−π／２からπ／２までである。πは円周率を表わす。
【００３５】
光波形整形部１０３によって変換された余弦二乗形の信号波形は、シンボルの判定の基準となる時刻をｔ０とし、（ｔ０−Ｔ／２）である時刻からの経過時間をｔとすると、ｃｏｓ(πｔ/Ｔ)×ｃｏｓ(πｔ/Ｔ)と表わされる。光分岐部１０４によって２分岐された光信号のうち、一方の光信号には他方の光信号に対してＴ／２の遅延時間差が光遅延付与部１０５によって与えられて伝送が遅延する。光遅延付与部１０５から出力される光信号の波形はｓｉｎ(πt/Ｔ)×ｓｉｎ(πt/Ｔ)と表される。
【００３６】
光合波部１０７によって合波された光信号の波形は、(０≦ｔ≦Ｔ／２)を満たすｔではｃｏｓ(πt/Ｔ)×ｃｏｓ(πt/Ｔ)と表わされ、(Ｔ／２＜ｔ≦Ｔ)を満たすｔではｃｏｓ(πt/Ｔ)×ｃｏｓ(πt/Ｔ)＋ｓｉｎ(πt/Ｔ)×ｓｉｎ(πt/Ｔ)、すなわち１と表わされる。また、(Ｔ＜ｔ≦３Ｔ／２)を満たすｔではｓｉｎ(πｔ/Ｔ)×ｓｉｎ(πｔ/Ｔ)と表わされる。
【００３７】
上述の波形は０＜ｔ＜３Ｔ／２で光が出力される状態を示す。よって、この波形はＮＲＺ形式の信号波形である。また、シンボルがすべて「１」であるＲＺ形式の光信号が入力されると、出力される光信号波形はシンボル「１」が連続的に続く波形になる。
【００３８】
図２は、図１の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。波形図の縦軸に沿って図１のノードＮ１〜ノードＮ５における光信号波形が示される。波形図の横軸は時間を表わす。時刻ｔ１〜ｔ１１は、光信号のシンボル「１」を判定する時刻またはタイムスロットＴの区切りを示す時刻である。
【００３９】
図２を参照して、ノードＮ１における光信号波形について説明する。ノードＮ１における光信号はシンボル「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」を示す。ここで、シンボル「１」とは光が存在することを表わし、シンボル「０」とは光が存在しないことを表わす。また、ノードＮ１での光信号の信号波形の一例として図２では、たとえば台形波が示される。
【００４０】
時刻ｔ２はノードＮ１での光信号において、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの区切りを示す時刻である。光信号の形式はＲＺ形式であり、時刻ｔ２では光が出力されていない。
【００４１】
次にノードＮ２における光信号について説明する。ノードＮ２における光信号はノードＮ１における光信号が波形整形されて得られる光信号である。図２では変換された信号波形の例として上述した余弦二乗形の波形が示される。ノードＮ２での光信号の形式はＲＺ形式であるのでノードＮ１での光信号と同じく時刻ｔ２では光が存在しない。
【００４２】
続いてノードＮ３における光信号とノードＮ４における光信号について説明する。ノードＮ４での光信号はノードＮ３での光信号に対しＴ／２の遅延時間差が与えられるので伝送が遅延する。
【００４３】
続いてノードＮ５における光信号について説明する。ノードＮ５における光信号波形はノードＮ３での光信号の波形とノードＮ４での光信号の波形とを合成して得られる波形である。
【００４４】
ノードＮ５での光信号におけるタイムスロットはＴである。時刻ｔ９，ｔ１０，ｔ１１はノードＮ５の光信号のシンボルを判定する時刻である。時刻ｔ９，ｔ１０，ｔ１１において、ノードＮ５での光信号のシンボルはいずれも「１」である。時刻ｔ９と時刻ｔ１０の間隔はタイムスロットＴに等しくその間では光パルスは出力を継続している。すなわち、ノードＮ５の光信号はＮＲＺ形式の信号波形である。
【００４５】
また、時刻ｔ９を基準としてタイムスロットＴごとにノードＮ５の光信号のシンボルを判定すると「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」となる。このシンボルの組み合わせはノードＮ１での光信号のシンボルの組み合わせと同一である。
【００４６】
以上のように、実施の形態１の光信号波形変換装置はＲＺ形式の波形を持つ光信号を２つに分岐させて、一方の光信号に他方の光信号に対してＴ／２の遅延を与え、分岐した光信号を合波して再び１つの光信号にすることによってＮＲＺ形式の波形を持つ光信号を生成する。
【００４７】
[実施の形態２]
図３は、本発明の実施の形態２の光信号波形変換装置の構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２の光信号波形変換装置は、独立に入力される２つのＲＺ形式の光信号を時間多重されたＮＲＺ形式の光信号に変換する。
【００４８】
図３を参照して、光信号波形変換装置２は、信号光入力端２０１，２１１と、信号光出力端２０２と、光波形整形部２０３，２１３と、光遅延付与部２０５，２１５と、光強度調節部２０６，２１６と、光合波部２０７とを含む。光信号波形変換装置２はノードＮ１１〜ノードＮ２３をさらに含む。
【００４９】
図３の各部の機能は図１で説明した各部の機能と同様である。よって図３の各部の機能に関する説明は以後繰り返さない。
【００５０】
以下、実施の形態２の光信号波形変換装置２においてＲＺ形式の光信号から時間多重されたＮＲＺ形式の光信号を生成する方法について説明する。
【００５１】
ＲＺ形式の２つの光信号のうち、第１の光信号は信号光入力端２０１に入力される。信号光入力端２０１に入力された第１の光信号の波形は、光波形整形部２０３で波形が整形される。光波形整形部２０３から出た第１の光信号は光遅延付与部２０５に入力される。光遅延付与部２０５から出力される光信号は光強度調節部２０６に入力される。光強度調節部２０６では信号の強度が調整される。
【００５２】
ＲＺ形式の２つの光信号のうち、第２の光信号は信号光入力端２１１に入力され、光波形整形部２１３で波形を整形されて光遅延付与部２１５に入力される。タイムスロットをＴとすると、第２の光信号は第１の光信号に対してＴ／２の遅延時間差が与えられて伝送が遅延する。伝送が遅延した第２の光信号は光強度調節部２１６に入力され、信号の強度が調整される。
【００５３】
第１の光信号と第２の光信号とは光合波部２０７で合波される。合波された光信号はＮＲＺ形式の光信号となり、信号光出力端２０２から出力される。
【００５４】
次に、実施の形態２におけるＲＺ形式の信号からＮＲＺ形式の時間多重された信号に変換する方法についてより具体的に説明する。
【００５５】
２つの入力された光信号から時間多重化した光信号におけるタイムスロットはＴ／２となる。すなわち、あるシンボル判定時刻を基準としてＴ／２の時間ごとにシンボルが判定される。入力された光信号の情報は、時間多重された光信号のあるシンボル判定時刻から時間Ｔの経過ごとに判定されるシンボルの組み合わせによって得られる。
【００５６】
実施の形態２では、時間多重された光信号は独立に入力される２つの光信号のうち、一方の光信号に他方の光信号に対してＴ／２の遅延時間差を与えて伝送を遅延させ、光合波部２０７で２つの信号を合成することによって得られる。
【００５７】
さらに、光合波部２０７から出力される時間多重された光信号がＮＲＺ形式の光信号であるためには、光合波部２０７から出力される光信号の強度が０≦ｔ≦Ｔの任意の時刻ｔにおいてシンボル「１」と判定される強度でなければならない。つまり、実施の形態１での入力された光信号の波形と同様に、光合波部２０７に入力される信号波形は、０≦ｔ≦Ｔ／２の任意の時刻ｔでの振幅と時刻ｔ＋Ｔ／２での振幅との和がシンボル「１」と判定される値となる関係を有する。
【００５８】
光波形整形部２０３，２１３は信号光入力端２０１，２１１から入力されたＲＺ形式の光信号を前述の関係を持つ波形に変換する。実施の形態１と同様に、実施の形態２についても、前述の関係を持つ波形であれば、独立に入力されるＲＺ形式の光信号の波形は任意の波形でよい。なお、波形の信号光入力端２０１，２１１から入力されるＲＺ形式の信号が前述の関係の波形を有すれば、光波形整形部２０３，２１３による波形整形処理は不要である。
【００５９】
図４は、図３の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。波形図の縦軸に沿って図３のノードＮ１１〜ノードＮ１５における光信号波形が表わされる。波形図の横軸は時間を表わす。時刻ｔ２１〜ｔ２７は、光信号のシンボル「１」を判定する時刻またはタイムスロットＴの区切りを示す時刻である。
【００６０】
図４を参照して、ノードＮ１１における光信号波形について説明する。ノードＮ１１における光信号は、光パルスの組み合わせによりシンボル「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」を表わす。また、ノードＮ２１における光信号は、光パルスの組み合わせによりシンボル「１」、「０」、「１」、「１」、「１」を表わす。
【００６１】
ノードＮ１１およびノードＮ２１における光信号の波形の一例として、図４では図２と同様に台形波が示される。
【００６２】
時刻ｔ２２は、ノードＮ１１の光信号において、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの区切りを示す時刻である。ノードＮ１１での光信号の形式はＲＺ形式であるので時刻ｔ２２では光が存在しない。
【００６３】
同様に時刻ｔ２４，ｔ２５はノードＮ２１での光信号において、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの区切りを表わす時刻である。ノードＮ２１での光信号の形式はＲＺ形式であるので時刻ｔ２４，ｔ２５では光が存在しない。
【００６４】
次にノードＮ１２における光信号とノードＮ２２における光信号とについて説明する。
【００６５】
ノードＮ１２における光信号はノードＮ１１での信号波形が変換された光信号である。図４では、変換された信号波形の例に、図２と同様の余弦二乗形の波形が示される。ノードＮ１１と同様にノードＮ１２での光信号の形式はＲＺ形式である。
【００６６】
ノードＮ２２における光信号はノードＮ２１の信号波形が変換された光信号である。光信号の波形はノードＮ１２での光信号の波形と同じく余弦二乗形である。ノードＮ２１と同様にノードＮ２２での光信号の形式はＲＺ形式である。
【００６７】
続いてノードＮ１３における光信号とノードＮ２３における光信号について説明する。
【００６８】
ノードＮ１３での光信号は、ノードＮ１２での光信号が図３の光遅延付与部２０５に入力され、さらに光遅延付与部２０５から光強度調節部２０６に入力されて光強度調節部２０６から出力される。ノードＮ２３での光信号は、ノードＮ２２での光信号が図３の光遅延付与部２１５に入力され、さらに光遅延付与部２１５から光強度調節部２１６に入力されて光強度調節部２１６から出力される。上述のようにノードＮ２３での光信号はノードＮ１３での光信号に対してＴ／２の遅延時間差が与えられて伝送が遅延する。
【００６９】
続いてノードＮ１５における光信号について説明する。ノードＮ１５における光信号波形はノードＮ１３の信号波形とノードＮ２３の信号波形とを合成して得られる波形である。
【００７０】
ノードＮ１５での光信号のタイムスロットはＴ／２である。時刻ｔ２１〜ｔ２７はノードＮ１５での光信号のシンボルを判定する時刻である。時刻ｔ２１〜ｔ２７において、ノードＮ１５での光信号のシンボルはいずれも「１」である。たとえば、時刻ｔ２１〜ｔ２３の間でノードＮ１５での光信号は光が連続して出力される。つまりシンボル「１」が連続するときに、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの間で光の出力が継続する。したがってノードＮ１５での光信号はＮＲＺ形式の信号波形である。
【００７１】
また、時刻ｔ２１を基準としてタイムスロットＴ／２ごとにノードＮ１５の光信号のシンボルを判定すると「１」、「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」、「１」、「１」、「１」、「０」となる。このシンボルの組み合わせはノードＮ１１での光信号の情報とノードＮ２１での光信号の情報を多重化した情報である。ノードＮ１５での光信号において時刻ｔ２１を基準として時間Ｔごとにシンボルを選択すると「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」となり、ノードＮ１１での光信号の情報と一致する。またノードＮ１５での光信号において時刻ｔ２２を基準として時間Ｔごとにシンボルを選択すると「１」、「０」、「１」、「１」、「１」となり、ノードＮ２１での光信号の情報と一致する。
【００７２】
以上のように、実施の形態２の光信号波形変換装置は、２つの独立したＲＺ形式の波形を持つ光信号のうちの一方の光信号に、他方の光信号に対してＴ／２の遅延時間差を与える。Ｔ／２の遅延時間差を持つ２つの光信号を合波して１つの光信号にすることによってＮＲＺ形式の波形を持つ多重化された光信号を生成する。
【００７３】
図５は、本発明の実施の形態２の変形例の光信号波形変換装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２の変形例の光信号波形変換装置は、実施の形態２の光信号波形変換装置をさらに一般化したものであり、３つ以上の信号光入力端から独立に入力されるＲＺ形式の光信号を時間多重されたＮＲＺ形式の光信号に変換する。
【００７４】
図５を参照して、光信号波形変換装置３は、信号光入力端３０１と、光波形整形部３０３と、光遅延付与部３０５と、光強度調節部３０６とを含む。第１番目のＲＺ形式の信号の波形はこれらの機能部によって変換される。光信号波形変換装置３はさらにノードＮ１０１〜Ｎ１０３を含む。
【００７５】
光信号波形変換装置３は、さらに、信号光入力端３１１と、光波形整形部３１３と、光遅延付与部３１５と、光強度調節部３１６とを含む。第ｋ番目のＲＺ形式の信号の波形はこれらの機能部によって変換される。ここでｋは１以上Ｎ以下の整数（ただしＮは２以上の整数を示す）である。光信号波形変換装置３はさらにノードＮｋ０１〜Ｎｋ０３を含む。
【００７６】
光信号波形変換装置３は、さらに、信号光入力端３２１と、光波形整形部３２３と、光遅延付与部３２５と、光強度調節部３２６とを含む。第Ｎ番目のＲＺ形式の信号の波形はこれらの機能部によって変換される。光信号波形変換装置３はさらにノードＮＮ０１〜ＮＮ０３を含む。
【００７７】
光信号波形変換装置は、さらに、光合波部３０７と信号光出力端３０２とを含む。
【００７８】
なお、Ｎが２であれば、光信号波形変換装置３は図３の光信号波形変換装置２と同一の構成となる。
【００７９】
信号光入力端３０１，３１１，３２１と、光遅延付与部３０５，３１５，３２５と、光強度調節部３０６，３１６，３２６と、光合波部３０７と、信号光出力端３０２の機能は、図３で説明した各々の機能と同様である。よって図５の各部の機能に関する説明は以後繰り返さない。
【００８０】
また、光波形整形部３０３，３１３，３２３は、入力されたＲＺ形式の光信号の波形を変換する処理に加えて光信号の占有時間幅を２Ｔ／Ｎに圧縮する処理を行なう。なお、光信号の占有時間幅の圧縮処理はさまざまな手段によって実現される。たとえば光ファイバに非線形現象を起こさせる光信号を入力すれば占有時間幅は圧縮される。他の例として、たとえば過飽和吸収特性を持つ媒体に光信号を通過させることによって占有時間幅が圧縮された光信号が得られる。
【００８１】
なお、光波形整形部３０３，３１３，３２３において、光パルス時間幅圧縮の処理は波形変換処理の前後のどちらであってもよい。
【００８２】
次に、実施の形態２の変形例におけるＲＺ形式の信号からＮＲＺ形式の時間多重された信号に変換する方法についてより具体的に説明する。
【００８３】
Ｎ個の信号光入力端から入力された光信号を時間多重した光信号におけるタイムスロットはＴ／Ｎとなる。すなわち、あるシンボル判定時刻を基準としてＴ／Ｎの時間ごとにシンボルが判定される。入力された光信号の情報は、時間多重された光信号の、あるシンボル判定時刻から時間Ｔ／Ｎの経過ごとに判定されるシンボルの組み合わせによって得られる。
【００８４】
実施の形態２の変形例では、時間多重された光信号はＮ個の信号光入力端から独立に入力される光信号について、1番目に入力される光信号のシンボル判定時刻を基準としてｋ番目の光信号に｛（Ｔ／Ｎ）×（ｋ−１）｝の遅延時間差を与えて伝送を遅延させ、光合波部３０７でＮの光信号を合成することによって得られる。
【００８５】
さらに、光合波部３０７から出力される時間多重された光信号がＮＲＺ形式の光信号であるためには、光合波部３０７から出力される光信号の強度が０≦ｔ≦Ｔの任意の時刻ｔにおいてシンボル「１」と判定される強度でなければならない。つまり、光合波部３０７に入力される信号波形は、０≦ｔ≦Ｔ／Ｎの任意の時刻ｔでの振幅と時刻ｔ＋Ｔ／Ｎでの振幅との和がシンボル「１」と判定される値となる関係を持つ波形である。以上のことから、独立して入力されたＮのＲＺ形式の光信号は時間多重されたＮＲＺ形式の光信号に変換される。
【００８６】
光波形整形部３０３，３１３，３２３は信号光入力端３０１，３１１，３２１から入力されたＲＺ形式の光信号を前述の関係を持つ波形に変換する。実施の形態１、実施の形態２と同様に独立に入力されるＲＺ形式の光信号の波形は任意の波形でよい。なお、波形の信号光入力端３０１，３１１，３２１から入力されるＲＺ形式の信号の波形自体が前述の関係を有すれば、光波形整形部３０３，３１３，３２３による波形整形処理は不要である。
【００８７】
図６は、図５の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。図６にはおいてはＮが４の場合について波形図が示される。波形図の縦軸に沿って図５のノードＮ１０１〜ノードＮ４０３における光信号波形が表わされる。波形図の横軸は時間を表わす。
【００８８】
図６を参照して、ノードＮ１０１，ノードＮ２０１，ノードＮ３０１，ノードＮ４０１の各ノードにおける光信号波形について説明する。ノードＮ１０１における光信号はシンボル「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」を示す。ノードＮ２０１における光信号はシンボル「１」、「０」、「１」、「１」、「１」、「０」を示す。ノードＮ３０１における光信号はシンボル「０」、「１」、「０」、「１」、「０」、「０」を示す。ノードＮ４０１における光信号はシンボル「０」、「０」、「１」、「１」、「１」、「１」を示す。
【００８９】
ノードＮ１０１，ノードＮ２０１，ノードＮ３０１，ノードＮ４０１の各ノードでの光信号の信号波形の一例として図６では、図２や図４と同様に台形波が示される。ノードＮ１０１，ノードＮ２０１，ノードＮ３０１，ノードＮ４０１の各ノードでの光信号の形式は、図２や図４と同様にＲＺ形式である。
【００９０】
次にノードＮ１０２，ノードＮ２０２，ノードＮ３０２，ノードＮ４０２の各ノードにおける光信号波形について説明する。
【００９１】
ノードＮ１０２における光信号はノードＮ１０１での信号波形が変換された光信号である。図６では変換された信号波形の例に、図２や図４と同じ余弦二乗形の波形が示される。さらに、ノードＮ１０２での光信号は光パルスの占有時間幅が圧縮される。占有時間幅は２Ｔ／ＮにＮ＝４を代入してＴ／２と求められる。
【００９２】
ノードＮ２０２における光信号はノードＮ２０１での信号波形が変換された光信号である。また、ノードＮ３０２における光信号はノードＮ３０１での信号波形が変換された光信号であり、ノードＮ４０２における光信号はノードＮ４０１での信号波形が変換された光信号である。ノードＮ２０２，ノードＮ３０２，ノードＮ４０２の各ノードでの光信号はノードＮ１０２での光信号と同様の波形変換がなされているため、以後の説明は繰り返さない。
【００９３】
続いてノードＮ１０３，ノードＮ２０３，ノードＮ３０３，ノードＮ４０３の各ノードにおける光信号波形について説明する。
【００９４】
ノードＮ１０３での光信号は、ノードＮ１０２での光信号が図５の光遅延付与部３０５に入力され、さらに光遅延付与部３０５から光強度調節部３０６に入力されて光強度調節部３０６から出力される。また、ノードＮ２０３での光信号は、ノードＮ２０２の光信号が図３の光遅延付与部３１５に入力され、さらに光遅延付与部３１５から光強度調節部３１６に入力されて光強度調節部３１６から出力される。ノードＮ２０３の光信号はノードＮ１０３の光信号に対して伝送が遅延する。ノードＮ２０３の光信号に与えられる遅延時間差は、式｛（Ｔ／Ｎ）×（ｋ−１）｝にｋ＝２、Ｎ＝４を代入してＴ／４と求められる。
【００９５】
同様にノードＮ３０３での光信号もノードＮ１０３の光信号に対して伝送が遅延する。ノードＮ３０３の光信号に与えられる遅延時間差は、式｛（Ｔ／Ｎ）×（ｋ−１）｝にｋ＝３、Ｎ＝４を代入してＴ／２と求められる。
【００９６】
同様にノードＮ４０３での光信号もノードＮ１０３の光信号に対して伝送が遅延する。ノードＮ４０３の光信号に与えられる遅延時間差は、式｛（Ｔ／Ｎ）×（ｋ−１）｝にｋ＝４、Ｎ＝４を代入して３Ｔ／４と求められる。
【００９７】
続いてノードＮ１０５における光信号について説明する。ノードＮ１０５における光信号波形はノードＮ１０３の信号波形と、ノードＮ２０３の信号波形と、ノードＮ３０３の信号波形と、ノードＮ４０３の信号波形とを合成して得られる波形である。よって、タイムスロットＴの中に４つの信号光入力端から入力された光信号が多重化される。
【００９８】
さらに、ノードＮ１０５における光信号のタイムスロットはＴ／４である。ノードＮ１０５における光信号はＮＲＺ形式の信号となる。
【００９９】
以上のように、実施の形態２の変形例の光信号波形変換装置は３つ以上の独立したＲＺ形式の波形を持つＮの光信号について、光信号を圧縮し、ある１つの光信号を基準として残りの光信号の各々に対してＴ／Ｎの遅延を与えた後に合波して再び１つの光信号とすることにより、ＮＲＺ形式の多重化された光信号を生成することが可能である。
【０１００】
［ＲＺ形式の入力光信号の波形］
光信号波形変換装置１〜３で用いられるＲＺ形式の光信号について説明する。
【０１０１】
ＲＺ形式の光信号は生成方法によってさまざまな時間波形となる。たとえば、電気吸収型光変調器により生成された光信号の信号波形は、双曲線関数（変数をｘとするとｓｅｃｈ（ｘ）と表わされる関数である）に近似した波形である。たとえば、三角波の電気信号で駆動されるＬＮ変調器に連続光を入力すると、正弦波の光信号が出力される。
【０１０２】
シンボル「１」が矩形である光信号から余弦二乗形の光信号へ波形を変換するには、たとえば三角波の電気信号で駆動されるＬＮ変調器に連続光を入力し、出力した正弦波の光信号をさらに電気信号の三角波の電気信号で駆動されるＬＮ変調器に入力させて波形を変換させる。よって、図１の信号光入力端１０１に入力される光信号の波形が正弦波であり、光波形整形部１０３によって余弦二乗形の光信号を生成する必要があれば、光波形整形部１０３には、たとえばＬＮ変調器が用いられる。
【０１０３】
図７は、余弦二乗形の時間波形の合成波形を示す波形図である。
【０１０４】
図７を参照して、波形図の縦軸は振幅を表わし、波形図の横軸は時間を表わす。横軸の時間の範囲はタイムスロットＴである。
【０１０５】
波形Ａ１は余弦二乗形の波形である。波形Ｂ１は波形Ａ１に対してＴ／２の遅延時間差を与えた波形である。波形Ｃ１は波形Ａ１と波形Ｂ１を合成して得られる波形である。
【０１０６】
波形Ａ１はタイムスロットの区切りである時間０と時間Ｔにおいて振幅は０となる。また、波形Ｃ１は常に１である。よって余弦二乗形の波形は本発明において理想的なＲＺ形式の信号波形である。
【０１０７】
なお、図７のような厳密な余弦二乗形波形は以下のような方法によって生成可能である。
【０１０８】
ある任意の波形を別の任意の波形に変換することはフーリエ変換によって実現可能である。つまり入力信号波形の周波数成分をフーリエ変換によって変換後の信号波形の振幅と位相とに変換し、変換後の波形を合成すれば任意の波形に変換することができる。したがって、厳密な余弦二乗形波形も任意の波形からフーリエ変換によって生成可能である。このような変換方法は単に理論上のことではない。具体的な例としてたとえば、スーパーコンティニウムと呼ばれる光から超短パルスを生成する方法がある。この方法においては、まず、高い強度の光パルスを非線形媒質内を伝播させて生成される超広帯域スペクトルをもつ光（スーパーコンティニウム）を生成する。次に、生成された光は分波器に通されて所定の波長の光が選択される。続いて選択された光は減衰器により強度が調整される。最後に強度と光の位相が調整された光を重ね合わせることで余弦二乗形の波形が得られる。
【０１０９】
余弦二乗形波形の他にも、ＲＺ形式の光信号としてはガウス形の波形を持つ信号が利用可能である。ガウス形の信号波形は余弦二乗形の信号波形に近似する。ガウス型の波形の光信号は、モードロックレーザにより生成可能である。よってガウス型の波形の光信号を使用すれば波形整形の処理が不要になるという利点がある。
【０１１０】
図８は、ガウス形の時間波形の合成波形を示す波形図である。
【０１１１】
図８を参照して、波形図の縦軸は振幅を表わし、波形図の横軸は時間を表わす。横軸の時間の範囲はタイムスロットＴである。
【０１１２】
波形Ａ２はガウス形の波形である。波形Ｂ２は波形Ａ２に対してＴ／２の遅延時間差を与えた波形である。波形Ｃ２は波形Ａ２と波形Ｂ２を合成して得られる波形である。
【０１１３】
波形Ｃ２の振幅は０．９〜１．０５の間の値である。したがって波形Ｃ１と比較して大きな誤差は生じない。また、波形Ａ２の振幅は、時間０と時間Ｔにおいて０．０４程度であり、波形Ａ１と比較して大きな誤差は生じない。したがってガウス形の波形は余弦二乗形の波形とよく近似する。
【０１１４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施の形態１の光信号波形変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。
【図３】本発明の実施の形態２の光信号波形変換装置の構成例を示す図である。
【図４】図２の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。
【図５】本発明の実施の形態２の変形例の光信号波形変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５の光信号波形変換装置の各ノードにおける光信号の波形図の例である。
【図７】余弦二乗形の時間波形の合成波形を示す波形図である。
【図８】ガウス形の時間波形の合成波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１〜３  光信号波形変換装置、１０１，２０１，２１１，３０１，３１１，３２１  信号光入力端、１０２，２０２，２１２，３０２  信号光出力端、１０３，２０３，２１３，３０３，３１３，３２３  光波形整形部、１０４  光分岐部、１０５，２０５，２１５，３０５，３１５，３２５  光遅延付与部、１０６，２０６，２１６，３０６，３１６，３２６  光強度調節部、１０７，２０７，３０７  光合波部、Ａ１〜Ｃ２  波形、Ｎ１〜ＮＮ０３  ノード。
【図１】
2005159522.tif 000003
【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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