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OTDM伝送方法及び装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110003185
整理番号 Y03-P033
掲載日 2011年6月17日
出願番号 特願2003-181964
公開番号 特開2005-020319
登録番号 特許第4495415号
出願日 平成15年6月26日(2003.6.26)
公開日 平成17年1月20日(2005.1.20)
登録日 平成22年4月16日(2010.4.16)
発明者
  • 廣岡 俊彦
  • 中沢 正隆
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 OTDM伝送方法及び装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】実質的に分散に依存しないOTDM無歪み伝送を実現するOTDM伝送方法及び装置を提供する。
【解決手段】OTDM信号送信器1からの時分割多重されたOTDM信号は、光フーリエ変換装置2中へ入射する。ここで光パルスがチャープのないフーリエ変換限界パルスであれば光フーリエ変換を最も正確に実行できる。光フーリエ変換装置2は、パルスの時間波形を周波数軸上の信号へ変換し、一方、光逆フーリエ変換装置2’は、周波数軸上のスペクトル形状を時間波形(パルス)に変換するものである。光ファイバ伝送路3は、任意の分散および偏波モード分散を有する伝送線路である。これらの分散量は時間的な変動を伴ってもよい。OTDM信号受信器4は、伝送信号を光領域で低速光信号に多重分離した後、チャネルごとに光パルスを受光し、これを電気信号に変換する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要
光ファイバ通信において、1本の伝送ファイバに収容する信号チャネル数を増やし回線の有効利用を図る多重化技術として、時分割多重(TDM)と波長分割多重(WDM)とが用いられている。電気の処理速度を超えた光伝送を実現するために、光パルスを各チャネルに分けてその多重化される前のパルス列の基本繰り返し周波数においてあらかじめデータ変調を行ない、再び各チャネルを光領域で時間多重する方法は、特に光時分割多重(OTDM)と呼ばれている。
【0003】
伝送速度が、例えば、40 Gbit/s以上の超高速OTDM伝送においては、従来の伝送方式に比べてパルス間隔が大幅に狭くなるため、信号光としてパルス幅が数ピコ秒からサブピコ秒の超短パルスを用いる必要がある。このような超短パルスを用いたOTDM伝送の実現にあたっては、波長分散や偏波分散をはじめとする光ファイバの線形効果による信号波形歪みの低減が重要な課題となる。
【0004】
超高速OTDM伝送としては、これまでに160 Gbit/s-480 km、640 Gbit/s-100 km、1.28 Tbit/s-70 kmといった実験結果が報告されている(非特許文献1~3参照)。これらの実験では、分散補償ファイバや分散スロープ補償ファイバを用い伝送ファイバ全体の分散値および分散スロープを極めて正確に制御することによって伝送信号の時間波形歪みを抑えている。
【0005】
また、本発明者は、任意の分散ならびに偏波モード分散、タイミングジッタを有する光ファイバに伝送される信号の波形歪みをフーリエ変換により同時にかつ完全に補償する新たな光伝送方法および光伝送装置(特許文献1)、及び、超高速光通信ならびに光計測などに用いられる超短パルス技術において、パルス光源から出力された光パルスの時間幅を任意の比率で圧縮するとともに、さらには任意のパルス波形を得ることができる光パルス圧縮器および光関数発生器(特許文献2)について出願している。
【0006】
【非特許文献1】
J. L. Auge, M. Cavallari, M. Jones, P. Kean, D. Watley, and A. Hadjifotiou, "Single channel 160 Gb/s OTDM propagation over 480 km of standard fiber using a 40 GHz semiconductor mode-locked laser pulse source," Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2002, Paper TuA3.
【非特許文献2】
山本貴司、吉田英二、田村公一、中沢正隆、「フェムト秒パルスを用いた640 Gbit/s OTDM信号の100 km伝送」、信学論(C)、Vol. J83-B, pp. 625-633, 2000.
【非特許文献3】
山本貴司、田村公一、中沢正隆、「位相変調器による3次、4次分散同時補償を用いた1.28 Tbit/s-70 kmフェムト秒パルスOTDM伝送」、信学論(B)、Vol. J84-B, pp. 1587-1597, 2001.
【特許文献1】
特願2003-23973
【特許文献2】
特願2003-109708
産業上の利用分野
本発明は、光時分割多重(OTDM、optical time division multiplexing)伝送方法及び装置に係り、特に、OTDM伝送において、伝送速度を高速化したときに問題となり得る光ファイバ伝送路の分散および偏波モード分散による信号の時間波形歪みを完全に(又はほとんど完全に)除去することを可能にする新たなOTDM伝送方法及び装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用い、
OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動する位相変調器と、群速度分散を与えるための分散要素とを備えた、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用いて、Nチャネルの前記OTDM信号パルス列をNチャネルの波長分割多重(WDM)信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送方法。
【請求項2】 請求項に記載のOTDM伝送方法において、
OTDM信号パルス列への多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Rに対して、N倍の多重化により繰り返し周波数NRのOTDM信号パルス列を用いる場合、光フーリエ変換のための駆動周波数として多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Rを用いることを特徴とするOTDM伝送方法。
【請求項3】 請求項1に記載のOTDM伝送方法において、
前記光逆フーリエ変換装置は、光パルス列に同期して各光パルスに位相変調を印加するための位相変調器と、群速度分散を与えるための分散要素とを備え、
受信したWDM信号の隣接する周波数チャネルの周波数差に相当するビート信号に基づき、クロック信号を再生し、クロック信号の周波数の1/Nの繰り返し周波数で前記位相変調器を駆動するOTDM伝送方法。
【請求項4】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用い、
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用い、前記光フーリエ変換装置の分散要素が、OTDM信号パルス列に群速度分散を与え、前記光フーリエ変換装置の位相変調器が、OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動し、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償して前記OTDM信号パルス列を波長分割多重(WDM)信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送方法。
【請求項5】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用い、
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用い、前記光フーリエ変換装置の位相変調器が、OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動し、OTDM信号パルス列に線形チャープを与え、前記光フーリエ変換装置の分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償して前記OTDM信号パルス列を波長分割多重(WDM)信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送方法。
【請求項6】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用い、
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用いて、前記OTDM信号パルス列を波長分割多重(WDM)信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、前記光フーリエ変換装置の分散要素が、受信した光パルス列に群速度分散を与え、前記光フーリエ変換装置の位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数の1/N(ただし、Nは任意の整数)で駆動され、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償して光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送方法。
【請求項7】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用い、
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用いて、前記OTDM信号パルス列を波長分割多重(WDM)信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、前記光フーリエ変換装置の位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数1/N(ただし、Nは任意の整数)で駆動され、受信した光パルスに線形チャープを与え、
前記光フーリエ変換装置の分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、
前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償して光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送方法。
【請求項8】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用いたOTDM伝送装置であって、
光時分割多重化された光パルスを送信する前記OTDM信号送信器と、
OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動する位相変調器と、群速度分散を与えるための分散要素とを有し、前記OTDM信号送信器から出力されたOTDM信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するOTDM信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置を用いて、Nチャネルの前記OTDM信号パルス列をNチャネルのWDM信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列を前記光逆フーリエ変換装置を用いてOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送装置。
【請求項9】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用いたOTDM伝送装置であって、
光時分割多重化された光パルスを送信する前記OTDM信号送信器と、
前記OTDM信号送信器から出力されたOTDM信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するOTDM信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置分散要素が、OTDM信号パルス列に群速度分散を与え、前記光フーリエ変換装置の位相変調器が、OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動し、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償して、前記OTDM信号パルス列をWDM信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列を前記光逆フーリエ変換装置を用いてOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送装置。
【請求項10】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用いたOTDM伝送装置であって、
光時分割多重化された光パルスを送信する前記OTDM信号送信器と、
前記OTDM信号送信器から出力されたOTDM信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するOTDM信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置位相変調器が、OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍(ただし、Nは任意の整数)の繰り返し周波数によって駆動し、OTDM信号パルス列に線形チャープを与え、前記光フーリエ変換装置の分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償して、前記OTDM信号パルス列をWDM信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列を前記光逆フーリエ変換装置を用いてOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送装置。
【請求項11】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用いたOTDM伝送装置であって、
光時分割多重化された光パルスを送信する前記OTDM信号送信器と、
前記OTDM信号送信器から出力されたOTDM信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するOTDM信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置を用いて、前記OTDM信号パルス列をWDM信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
前記光逆フーリエ変換装置を用いて、前記光逆フーリエ変換装置の分散要素が、受信した光パルス列に群速度分散を与え、前記光逆フーリエ変換装置の位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数の1/N(ただし、Nは任意の整数)で駆動され、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償して、光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送装置。
【請求項12】 光時分割多重(OTDM)信号パルスとして、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するトランスフォームリミットなパルスを用いたOTDM伝送装置であって、
光時分割多重化された光パルスを送信する前記OTDM信号送信器と、
前記OTDM信号送信器から出力されたOTDM信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するOTDM信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置を用いて、前記OTDM信号パルス列をWDM信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
前記光逆フーリエ変換装置を用いて、前記光逆フーリエ変換装置の位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数1/N(ただし、Nは任意の整数)で駆動され、受信した光パルスに線形チャープを与え、前記光逆フーリエ変換装置の分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償して、光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後の前記WDM信号スペクトル列をOTDM信号パルス列に変換することにより、伝送前の前記OTDM信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのOTDM伝送装置。
【請求項13】 請求項に記載のOTDM伝送装置において、
前記OTDM信号送信器は
繰り返し周波数Rを発生する信号源と、
前記信号源の出力で駆動され、繰り返し周波数Rの光パルスを送信データに従い伝送速度Rの光パルス信号列に変調する光変調器と、
前記光変調器からの伝送速度Rの光パルス列を伝送速度NRに多重化する多重化部と
を備え、前記光フーリエ変換装置の位相変調器の駆動周波数として前記信号源からの繰り返し周波数Rを用いるOTDM伝送装置。
【請求項14】 請求項に記載のOTDM伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置は、OTDM信号パルス列の伝送速度の1/N倍の繰り返し周波数を得るための、OTDM信号パルス列のクロック信号周波数を1/N倍に分周する回路をさらに備えたOTDM伝送装置。
【請求項15】 請求項に記載のOTDM伝送装置において、
前記光逆フーリエ変換装置は、
光パルス列に同期して各光パルスに位相変調を印加するための位相変調器と、
群速度分散を与えるための分散要素と、
受信したWDM信号の隣接する周波数チャネルを切り出し、2つのチャネルの周波数差に相当するビート信号を出力する波長フィルタと
を有し、
該ビート信号に基づき、クロック信号を再生し、クロック信号の周波数の1/Nの繰り返し周波数で前記位相変調器を駆動することを特徴とするOTDM伝送装置。
産業区分
  • 伝送方式
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003181964thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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