(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】    本発明に係る光伝送システムでは、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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光伝送システム。
【請求項２】
前記位相差が略０であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
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を特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記光送信機は、光キャリアを予め角度変調することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項５】
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を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項６】
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を特徴とする請求項４又は５に記載の光伝送システム。
【請求項７】
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請求項６に記載の光伝送システム。
【請求項８】
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を特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。）。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．３８，ｎｏ．９，１９９０，ｐｐ．１４３９−１４５３
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ１４，ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ  ２００２，ｐｐ．１１８７−１１８９
【非特許文献３】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３４，ｎｏ７，１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
「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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】１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。
【図２】光伝送システムの他の形態を示した概略構成図である。
【図３】光伝送システムの他の形態を示した概略構成図である。
【図４】光伝送路を伝搬する信号光の概念図である。
【図５】光受信機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した図である。
【図６】トランスバーサルフィルタの概略構成図である。
【図７】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である。
【図８】ＤＳＢ変調した場合、ＳＳＢ変調した場合のそれぞれについて、光送信機で変調する前の信号波形と光受信機でトランスバーサルフィルタを通す前の信号波形とを示した図である。
【図９】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した図である。
【図１０】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た図である。
【図１１】無線通信を行う場合の送信機及び受信機の概略構成図である。
【図１２】光通信を行う場合の送信機及び受信機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
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
【図１】
2007036785.tif 000003
【図２】
2007036785.tif 000004
【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】
2007036785.tif 000010
【図９】
2007036785.tif 000011
【図１０】
2007036785.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2007036785.tif 000014