(57)【要約】【課題】Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器の許容範囲に限定された帯域幅を有し、かつ、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｓよりも高いビットレートを有するＯＦＤＭ（直交周波数多重変調）光信号を生成できるようにする。【解決手段】ＯＦＤＭ光信号を生成する方法は、光波を変調して、第１の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成し、第２の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成することと、各偏波方向において反対位置に配置され第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から組み合わされた２つの側波帯を合波して偏波多重ＯＦＤＭ信号を与えることと、を含んでいる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波を変調して、第１の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成し、第２の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成する段階と、
偏波多重ＯＦＤＭ信号を与えるために、各偏波方向において反対位置に配置され前記第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から組み合わされた２つの側波帯を合波する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記偏波多重ＯＦＤＭ信号は、少なくとも１００Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、ＲＦ周波数ｆに関して反対位置に配置された複数の単一側波帯を含み、周波数ｆは、データ信号が前記光波の変調を駆動する前に前記データ信号がアップコンバートされる周波数である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、ＲＦ周波数ｆ１を中心として反対位置に配置された第１の側波帯対と、ＲＦ周波数ｆ２を中心として反対位置に配置された第２の側波帯対とを含み、周波数ｆ１及び周波数ｆ２は、それぞれのデータ信号が前記光波の変調を駆動する前に当該データ信号がアップコンバートされる周波数である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、前記第１のＯＦＤＭ信号側波帯からの側波帯と前記第２のＯＦＤＭ信号側波帯からの反対位置に配置された側波帯とを各偏波方向ごとにともにフィルタリングすることにより、反対位置に配置されて組み合わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記合波する段階は、各偏波方向で前記第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から反対位置に配置された２つの側波帯をともにフィルタリングすることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記フィルタリングは、各偏波方向での前記第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯からの前記反対位置に配置された側波帯をインタリーブすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記合波する段階は、前記反対位置に配置され組み合わされた側波帯を結合する光偏波ビームコンバイナを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記変調する段階の前に、光波を第１の偏波方向での第１及び第２の光波、及び第２の偏波方向での第１及び第２の光波に分割することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記変調は、ＲＦ周波数ｆでのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号によって駆動される、搬送波抑制モードの強度変調である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記変調は、ＲＦ周波数ｆ１でのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号及びＲＦ周波数ｆ２でのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号によって駆動される、搬送波抑制モードの強度変調である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
光波を変化させて、第１の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯と第２の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を与える変調器と、
各偏波方向において反対位置に配置され前記第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から組み合わされた２つの側波帯を合波し、偏波多重ＯＦＤＭ信号を与える偏波ビームコンバイナと、
を有する装置。
【請求項１３】
前記偏波多重ＯＦＤＭ信号は、少なくとも１００Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートを有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、ＲＦ周波数ｆに関して反対位置に配置された複数の単一側波帯を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、ＲＦ周波数ｆ１を中心として反対位置に配置された第１の側波帯対と、ＲＦ周波数ｆ２を中心として反対位置に配置された第２の側波帯対とを有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＯＦＤＭ信号側波帯は、前記第１のＯＦＤＭ信号側波帯からの側波帯と前記第２のＯＦＤＭ信号側波帯からの反対位置に配置された側波帯とを各偏波方向ごとにともにインタリーブすることにより、反対位置に配置されて組み合わされる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記変調器は、変調されたＯＦＤＭ信号側波帯を与える光搬送波抑制を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記変調器は、ＲＦ周波数ｆでのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号によって駆動される、搬送波抑制モードの強度変調を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記変調器は、ＲＦ周波数ｆ１でのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号及びＲＦ周波数ｆ２でのそれぞれの混合されたＯＦＤＭ信号によって駆動される、搬送波抑制モードの強度変調を有する、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；orthogonal frequency division multiplexing）光信号を生成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声ネットワークを介してデータを送信するサービス(data over voice services)の優位性が増すにつれて、イーサネットトラフィック用に構築された光ネットワークがより重要になってきている。標準化の委員会及び研究者コミュニティの両方における作業は、広域ネットワーク(wide area network)上での１００Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット／秒）イーサネット（１００ＧＥ）の伝送を対象としてきた。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、１００Ｇｂｉｔ／ｓの信号伝送を実現するのに好適な伝送フォーマットである。
【０００３】
近年、多くの異なる代替策が、長距離伝送リンクにおける光分散補償の必要性をなくす将来性のある方法として、ＯＦＤＭを備えている。光ファイバＯＦＤＭシステムは、直接光（ＤＤＯ；direct detection optical）検出またはコヒーレント光（ＣＯ；coherent optical）検出のいずれかで実現することができる。最近では、高いデータ伝送速度でのＯＦＤＭ伝送実験がいくつか報告されている。データ伝送速度が５２．５Ｇｂｉｔ／ｓまでのＯＦＤＭ信号は、既に生成され、４１６０ｋｍにわたって送信されている。しかし、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）及びデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）の帯域幅が制限されているため、これまで、１００Ｇｂｉｔ／ｓのＯＦＤＭ信号は生成されていない。
【０００４】
図１及び図２は、Sander Jansenらによる非特許文献１に記載の５０Ｇｂｉｔ／ｓよりも高いビットレート（データ伝送速度）のＯＦＤＭ信号を生成するアーキテクチャを示している。図１に示すものは、Sander Jansenらによる論文からの直接引用であり、本明細書で必要なこと以上のさらなる詳細を概観することができる。図１に示すように、Sander Jansenらによる技術では、奇数チャネル及び複数チャネルのそれぞれについて、レーザー光源（例えば奇数チャネルにおいてＬＤ１，ＬＤ３，…，ＬＤ１５、偶数チャネルにおいてＬＤ２，ＬＤ４，…，ＬＤ１６）からの光がアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；arrayed waveguide grating）によって合波され、さらにこれは２つの経路に分波され、各経路ごとにシングルエンドのマッハ−ツェンダ変調器（ＭＺＭ：Mach-Zehnder Modulator（あるいはＭＺ））が設けられている。これらの２つのＭＺＭには、それぞれ、１１．５ＧＨｚと１８．７ＧＨｚの中間周波数（ＩＦ）に周波数変換（アップコンバート）されたＯＦＤＭ信号が供給される。周波数変換前のＯＦＤＭ信号（ＯＦＤＭベースバンド信号）は、２台の任意波形発生器（ＡＷＧ１，ＡＷＧ２；arbitrary waveform generators）によって発生される。そしてＭＺＭからの光が偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ；polarization beam splitter）で合波される。奇数チャネルのＰＢＳからの光信号と偶数チャネルのＰＢＳからの光信号は、インタリーバ（ＩＮＴ）によってさらに合波される。
【０００５】
図２は、図１に示す構成における送信側の変調器部分をさらに詳しく説明する図であり、チャネルごとに同一の構成であるので、任意のチャネルでの構成を示している。Sander Jansenらによる技術では、送信側の各変調器の構造は、各偏波を独立して変調する２つのシングルエンドのＭＺＭ２０２（またはＭＺ）を備える。ＭＺＭ２０２は、光波源２０１から光カプラ（ＯＣ）により分岐した２つの経路のそれぞれに設けられており、後述するように電力合成器（パワーコンバイナ）２０３から出力する電気信号に応じて光信号を強度変調し、ＰＯＬＭＵＸ（Polarization Multiplex：偏波多重）信号を出力する。両方の経路のＭＺＭ２０２からのＰＯＬＭＵＸ信号は偏波ビームスプリッタすなわち偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ；polarization beam combiner）２０８によって結合される。偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）２０８の出力側に設け設けられた例えば５０ＧＨｚ幅のインタリーバＩＮＴ（図２は不図示）によって、奇数番目及び偶数番目のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）チャネルが結合される。図１には、電気的なＯＦＤＭチャネルの割り当てが示されている。
【０００６】
一方の経路のＭＺＭ２０２に対応し、異なる周波数ｆ１，ｆ２の２つのＲＦ信号２０５，２０６が電気的なミキサ２０４によってそれぞれデータ１及びデータ２と混合され、混合後の２つの信号がパワーコンバイナ２０３によって合成されてその一方の経路のＭＺＭ２０２に供給される。同様に、他方の経路のＭＺＭ２０２に対応して、周波数ｆ１，ｆ２のＲＦ信号２０５，２０６が電気的なミキサ２０４によってそれぞれデータ３及びデータ４と混合され、混合後の２つの信号がパワーコンバイナ２０３によって合成されてその他方の経路のＭＺＭ２０２に供給される。電気的な信号のスペクトルが図１に示される一方、各ＭＺＭ２０２によって強度変調された後の光信号のスペクトルが図２に示されている。ここでは、光搬送波抑制（ＯＣＳ；opitcal carrier suppression）によって搬送波を抑制している。図２において垂直方向の太い矢印の長さが光搬送波のレベルを示している。
【０００７】
ＯＦＤＭ信号のイメージバンド（影像帯域）が阻止されるように、ＭＺＭ２０２の出力側には、光フィルタ２０７（またはインタリーバ）が配列されている。図２から分かるように、ＭＺＭ２０２から出力される光信号では、光搬送波周波数を中心にして対称に配置された２つの側波帯が同一の情報を有している。同一の情報を有する２つの側波帯のうちの一方は不要であり、阻止される必要があるので、光フィルタ２０７は、このように不要な方の側波帯を阻止する。これにより、光フィルタ２０７の出力には一方の側波帯のみが含まれ、これが、次に、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）２０８に送られる。
【非特許文献１】Sander Jansen et al., "16x52.5-Gb/s, 50-GHz spaced, POLMUX-CO-OFDM transmission over 4,160km of SSMF enabled by MIMO processing," ECOC 2007:PD.1.3.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来のＯＦＤＭ光信号生成装置では、Ａ／Ｄ変換器の帯域幅に制限があるために、せいぜい５０Ｇｂｉｔ／ｓ程度のビットレートを有するＯＦＤＭ光信号しか生成することができない、という課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器の許容範囲に限定された帯域幅を有し、かつ、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｓよりも高いビットレートを有するＯＦＤＭ光信号を生成する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器の許容範囲に限定された帯域幅を有し、かつ、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｓよりも高いビットレートを有するＯＦＤＭ光信号を生成する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、ＯＦＤＭ光信号を生成する方法は、光波を変調して、第１の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成し、第２の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を生成することと、各偏波方向において反対位置に配置され第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から組み合わされた２つの側波帯を合波して偏波多重ＯＦＤＭ信号を与えることと、を含む。
【００１２】
本発明の別の様相では、ＯＦＤＭ光信号を生成する装置は、光波を変化させて、第１の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯と第２の偏波方向での第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯を与える変調器と、各偏波方向において反対位置に配置され第１及び第２のＯＦＤＭ信号側波帯から組み合わされた２つの側波帯を合波し、偏波多重ＯＦＤＭ信号を与える偏波ビームコンバイナと、を含む。
【００１３】
本発明によれば、両方の側波帯を採用することにより、１００Ｇｂｉｔ／ｓより高いビットレートを有するＯＦＤＭ信号を生成することができる。
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図３は、本発明の実施の一形態のＯＦＤＭ光信号生成装置の典型的な構成を示している。このＯＦＤＭ光信号生成装置は、ＯＦＤＭ光信号の送信に用いられるものであって、光信号の変調に用いるＲＦ周波数を１つだけ用いて、例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｓという高いビットレートのＯＦＤＭ光信号を生成するものである。図４は、このようにして生成された送信用の例えば１００Ｇｂｉｔ／ｓにＯＦＤＭ光信号を受信するための典型的な受信装置の構成を示している。
【００１７】
図３に示す典型的構成のＯＦＤＭ光信号生成装置は、光構成要素及び電気構成要素として、光波源３０１、強度変調器３０２、電気的なミキサ３０３、光フィルタ３０５、光カプラ３０６及び光偏波ビームコンバイナ３０７を有し、単一の周波数ｆのＲＦ信号３０４を使用する。光波源３０１は、線幅が２ＭＨｚ未満の狭線幅のレーザであってもよい。強度変調器３０２は光搬送波抑制信号を生成する。電気的なミキサ３０３は、ベースバンド信号をＲＦ帯域にアップコンバートするものであり、ベースバンド信号のアップコンバートのために、ＲＦ信号３０４がミキサ３０３に供給されている。光フィルタ３０５は、２個のポートを有する場合に２個のポートの一方は高周波数信号のみを通し、他方は低周波数信号のみを通すように、共通ポートのほかにこれらの２つのポートを有する光インタリーバによって実現される。光インタリーバは、急峻なエッジ特性を有する２つの入力ポートと１つの出力ポート（共通ポート）を備えていることが好ましい。光カプラ３０６は、信号を２つの等しい部分に分割する５０％対５０％の比率の光カプラであることが好ましい。光偏波ビームコンバイナ３０７は、直交信号を結合する。
【００１８】
図３に示す構成では、光波源３０１からの光は、光カプラ３０６によって２つの部分に分割される。次に、分割されたこれら２つの部分は、それぞれ、同じ構成の光カプラ３０６によって再び分割される。２つの偏波方向があるので、図示上側のサブチャネルはｘの偏波方向であり、図示下側のサブチャネルがｙの偏波方向であると仮定する。光カプラ３０６によって２段階で分割されたことによる４つの経路のそれぞれに強度変調器３０２が挿入されており、各強度変調器３０２は、電気的なミキサ３０３によって周波数がｆのＲＦ信号３０４に混合されたＯＦＤＭ信号によって駆動される。４つの強度変調器３０２はそれぞれデータ１〜データ４に対応する。各強度変調器３０２は、搬送波抑制（ＯＣＳ）モードで作動され、変調器の出力側では搬送波は抑制されている。
【００１９】
次に、各偏波方向ごとに、光インタリーバのような光フィルタ３０５を使用して２つのサブチャネルが結合される。インタリーバ（光フィルタ３０５）が入力された光波の波長に適合する場合、図３に示すような光スペクトル３０８，３０９を生成することができる。各光波は、そのスペクトルの半分（図示右または左）が光フィルタ３０５をちょうど通過する。光フィルタ３０５は光スペクトル３０８または３０９を生成する際に重要な役割を果たすが、この点が、本実施形態が図１または図２に示す技術と異なっている主な点である。例えば、本実施形態においては、図３に示すように、図示右側の黒で表示した成分と図示左側の白抜きで示した成分だけがインタリーバ（すなわち光フィルタ）を通過することができる。こうして、両側波帯を利用して光信号を搬送することができる。光偏波ビームコンバイナ３０７によってｘの偏波方向のサブチャネルとｙの偏波方向のサブチャネルとを合波した後、偏波多重ＯＦＤＭ光信号を生成することができる。
【００２０】
図４に示すＯＦＤＭ光信号受信装置は、図３に示したＯＦＤＭ光信号生成装置により生成された１００Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートのＯＦＤＭ光信号を受信するための典型的な構成のものである。入射した光波は、（光インタリーバあるいは他の種類の光フィルタである）光フィルタ４０１によって２つの部分（高周波数部分及び低周波数部分）に分離される。分離された光波の高周波数部分及び低周波数部分は、局部発振器（ＬＯ）４０２を有する標準の９０度偏波ダイバーシチコヒーレント検出器によって検出される。具体的には、高周波数部分及び低周波数部分の各々は、スプリッタとして用いられる偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）４０４と光カプラ（ＯＣ）４０３とを介し、各コヒーレント検出器４０６へ供給される。このとき、光カプラ４０３の一方の出力には、９０度の位相差を与える遅延素子４０５が挿入されている。また、局部発振器４０２からの光は、光カプラ（ＯＣ）４０３と、スプリッタとして用いられる光偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）４０４と、さらに光カプラ４０２とを介して分割されて各コヒーレント検出器４０６へ供給される。光カプラ４０３は、信号を２つの等しい部分に分割する５０％対５０％の比率の光カプラであることが好ましい。スプリッタとして用いられる光偏光ビームコンバイナ４０４は直交信号を分割する。
【００２１】
上述した本実施形態のＯＦＤＭ光信号生成装置において、ベースバンドのＯＦＤＭ信号は、一般に、Ｄ／Ａ変換器から生成される。Ｄ／Ａ変換器には帯域幅制限があるため、ＯＦＤＭ信号は、すべてのサブチャネルについての総容量として１００Ｇｂｉｔ／ｓよりビットレートの高い信号用の信号を搬送するほど高くはない可能性がある。そのような場合には、図３に示すものの代わりに図５に示す構成を使用し、もう一つのＲＦ周波数を追加することが考えられる。図５は、本発明の別の実施形態による、送信用の２つのＲＦ周波数を用いて１００Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートのＯＦＤＭ光信号を生成するＯＦＤＭ光信号生成装置を示している。
【００２２】
ここでは、２つのＲＦ信号５０５，５０６として、それぞれ周波数ｆ１，ｆ２を有するものが使用される。図５に示す構成は、光構成要素及び電気構成要素として、光波源５０１、強度変調器５０２、電気的なコンバイナ５０３、電気的なミキサ５０４、光カプラ５０７、光フィルタ５０８及び光偏波ビームコンバイナ５０９を有する。光波源５０１、強度変調器５０２、光カプラ５０７、光フィルタ５０８及び光偏波ビームコンバイナ５０９は、それぞれ、図３に示す構成における光波源３０１、強度変調器３０２、光カプラ３０６、光フィルタ３０５及び光偏波ビームコンバイナ３０７と同様のものである。
【００２３】
図５に示すものでは、各強度変調器５０２ごとに、ベースバンド信号をＲＦ帯域にアップコンバートするために２つのミキサ５０４が設けられ、２つのミキサ５０４の出力はコンバイナ５０３によって合成されて強度変調器５０２に供給されている。一方のミキサ５０４には周波数ｆ１のＲＦ信号５０５が供給され、他方のミキサ５０４には周波数ｆ２のＲＦ信号５０６が供給されている。結局、図５に示す構成では、合計８個のミキサ５０４が設けられてこれらに対してデータ１〜データ８のＯＦＤＭベースバンド信号が供給されている。そしてコンバイナ５０３は、２つの異なる周波数のＲＦ信号を合波し、これにより、２つのＲＦ周波数を用いてＯＦＤＭ信号が搬送され、変調器が駆動されることになる。図５に示す構成は、全体的にはアーキテクチャとして図３に示すものに類似しているが、図３のものに比べ、もう１つだけＲＦ周波数が用いられている。これにより、図５に示す構成では、より多くのスペクトル成分が生成される。
【００２４】
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。
【００２５】
（関連出願情報）
本出願は、２００８年２月２１日に出願された、"Simultaneous Generation of Centralized Lightwaves and Double/Single Sideband Optical Millimeter-Wave Requiring Only Low frequency Local Oscillator Signals for Radio-over-Fiber Systems"と題する米国仮特許出願番号、第６１／０３０，３４６号の利益を主張し、その内容は参照により本書に組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＯＦＤＭ光信号を生成する公知の技術を示すブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭ光信号を生成する公知の技術を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の一形態のＯＦＤＭ光信号生成装置を示す説明図である。
【図４】本発明のＯＦＤＭ光信号生成方法によって生成されたＯＦＤＭ光信号を受信するのに適した典型的な受信装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の別の実施形態のＯＦＤＭ光信号生成装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
３０１，５０１    光波源
３０２，５０２    強度変調器
３０３，５０４    （電気的な）ミキサ
３０４，５０５，５０６    ＲＦ信号
３０５，５０８    光フィルタ
３０６，４０３，５０７    光カプラ
３０７，４０４，５０９    光偏波ビームコンバイナ
３０８，３０９    スペクトル
４０１    光フィルタ
４０２    局部発振器
４０５    遅延素子
４０６    コヒーレント検出器
５０３    （電気的な）コンバイナ
【図１】
2009201099.tif 000003
【図２】
2009201099.tif 000004
【図３】
2009201099.tif 000005
【図４】
2009201099.tif 000006
【図５】
2009201099.tif 000007