特開 2024-119605 局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024119605

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/61 20130101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

H04B10/61

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026623

(22)【出願日】2023-02-22

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ研究開発促進事業「Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ のレジリエンスを実現するネットワーク制御技術の研究開発」 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】中沢 正隆

(72)【発明者】

【氏名】廣岡 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 真人

(72)【発明者】

【氏名】葛西 恵介

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA11

5K102AA52

5K102AD15

5K102AH02

5K102AH05

5K102AH13

5K102AH14

5K102AH24

5K102AH26

5K102MA02

5K102MB03

5K102MC06

5K102MH03

5K102MH20

5K102MH27

5K102PB05

5K102PC12

5K102PH01

5K102PH37

5K102PH49

5K102RD26

(57)【要約】

【課題】波長可変であるレーザーダイオードや異なる波長に対応する複数のレーザーダイオードを設けずに局発光を生成することができる。
【解決手段】複数の局発光のうち１つの局発光を、パイロットトーン信号を用いて注入同期するファブリペローＬＤと、前記注入同期した信号の周波数を中心とするサイドバンドを形成する光変調器と、ＱＡＭデータ信号の周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、を備える局発光生成装置。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の局発光のうち１つの局発光を、パイロットトーン信号に注入同期するファブリペローＬＤと、
前記注入同期した局発光の周波数を中心周波数とするサイドバンドを形成する光変調器と、
ＱＡＭデータ信号の周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、
を備える局発光生成装置。

【請求項2】

前記パイロットトーン信号と前記ＱＡＭデータ信号を含む信号から前記ＱＡＭデータ信号を除去し、前記パイロットトーン信号を前記ファブリペローＬＤに出力する第一フィルタと、
をさらに備える請求項１に記載の局発光生成装置。

【請求項3】

前記注入同期した局発光の周波数を中心周波数とするサイドバンドのうちの一つの周波数は前記ＱＡＭデータ信号の中心周波数であり、
前記注入同期した局発光の周波数を中心周波数とするサイドバンドのうちの一つと前記ＱＡＭデータ信号はホモダイン検波に使用される、
請求項２に記載の局発光生成装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の局発光生成装置と、
前記局発光生成装置により生成される局発光に基づいてＱＡＭデータ信号を検波する検波部と、
前記パイロットトーン信号と前記ＱＡＭデータ信号とを含む信号を分配し、前記局発光生成装置と前記検波部に出力する分配部と、
を備える受信装置。

【請求項5】

複数の局発光のうち１つの局発光を、パイロットトーン信号を用いて注入同期し、
前記注入同期した信号の周波数を中心としたサイドバンドを形成し、
ＱＡＭデータ信号の周波数以外の光信号を除去する、
局発光生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超多値デジタルコヒーレント光伝送に用いる光注入同期方式、局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

最近の光通信では、光の振幅と位相に同時に情報を乗せるデジタルコヒーレント多値伝送に関する研究が進められている。様々な多値変調方式の中でも特に直交振幅変調（QAM：Quadrature Amplitude Modulation）は最も多値度高い変調が可能であり、周波数利用効率を極限まで高めることできる。このような高効率QAM伝送においては、光の位相情報を正確に抽出するめにデータ信号と局発レーザ間の高精度な位相同期が不可欠となる。

【0003】

デジタルコヒーレント多値伝送に用いる光位相同期方式として、これまでデジタル信号処理回路（DSP: Digital Signal Processor）を用いたキャリヤ位相推定法（非特許文献１）、光PLL (OPLL: optical phase-locked loop) 法（非特許文献２）及び光注入同期法（非特許文献３）が研究開発されてきている。

【0004】

デジタルキャリヤ位相推定法は、ハードウェアのフィードバック制御回路が不要となる利点はあるが、データ信号の変調速度や多値度が増大するとキャリヤ位相推定等に伴うDSPでの計算量が増大する。さらには位相推定の精度も十分でなくなり、復調特性が劣化してしまう欠点がある。

【0005】

一方、ハードウェアのフィードバック制御回路を用いるアナログ光PLL法は、変調信号の多値度や変調フォーマットに依らない高精度な光位相同期が可能であるという利点がある。光注入同期法はフィードバック回路を用いることなく非常に高精度な光位相同期を実現することができる。また、局発レーザに高価な狭線幅半導体レーザを用いる必要がないため、伝送システムの低コスト化を図ることが可能であり、近年デジタルコヒーレント光伝送の分野で注目されている技術である。

【0006】

非特許文献４によれば、QAMデータ信号と同時に光ファイバ伝送される無変調パイロットトーン信号を用いて局発レーザをデータ信号に位相同期し、1024値と極めて多値度の高いコヒーレントQAM伝送が報告されている。しかしながら、本方式においては、用いる局発レーザの発振帯域がパイロットトーン信号の周波数に対応していることが同期を行うための一つの条件であり、波長多重伝送においては使用されるパイロットトーン信号の周波数に対応した局発レーザが必要となる。そのため、波長多重伝送において使用されるデータ信号の周波数帯域が広がるほど、光注入同期回路では波長可変であるレーザーダイオードや異なる波長に対応する複数のレーザーダイオードを用いる必要がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】K. Kikuchi, “Digital coherent optical communication systems: fundamentals and future prospects,” IEICE Electron. Express, vol. 8, no. 20, pp. 1642-1662, 2011.

【非特許文献2】K. Kasai, J. Hongo, M. Yoshida, M. Nakazawa, “Optical phase-locked loop for coherent transmission over 500 km using heterodyne detection with fiber lasers,” IEICE Electron. Express, vol. 4, no. 3, pp.77-81, 2007.

【非特許文献3】Y. Wang, K. Kasai, M. Yoshida, M. Nakazawa, “120 Gbit/s injection-locked homodyne coherent transmission of polarization-multiplexed 64 QAM signals over 150 km,” Opt. Express, vol. 22, no. 25, p.31310, 2014.

【非特許文献4】Y. Wang, S. Okamoto, K. Kasai, M. Yoshida and M. Nakazawa, “Single-channel 200 Gbit/s, 10 Gsymbol/s-1024 QAM injection-locked coherent transmission over 160 km with a pilot-assisted adaptive equalizer,” Opt. Express, vol. 26, no. 13, pp. 17015-17024, (2018).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、波長可変であるレーザーダイオードや異なる波長に対応する複数のレーザーダイオードを設けることは、システムのコストの増大につながる。
本発明の目的は、これらの構成を用いることなくコヒーレントホモダイン検波を実現する光注入同期方式、局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、複数の局発光のうち１つの局発光を、パイロットトーン信号に注入同期するファブリペローＬＤと、前記注入同期した信号の周波数を中心とするサイドバンドを形成する光変調器と、ＱＡＭデータ信号の周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、を備える局発光生成装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、波長可変であるレーザーダイオードや異なる波長に対応する複数のレーザーダイオードを設けずに局発光を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係るコヒーレント多値光伝送システム１の構成の一例を示す図である。

【図2】送信装置１２により送信される光信号の周波数特性の一例を示す図である。

【図3】ＱＡＭデータ信号とホモダイン検波用の局発光の周波数特性の一例を示す図である。

【図4】局発光生成装置３２の構成の一例を示す図である。

【図5】局発光生成装置３２の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係るコヒーレント多値光伝送システム１の構成の一例を示す図である。
コヒーレント多値光伝送システム１は、光伝送路１１、送信装置１２及び受信装置１３を備える。コヒーレント多値光伝送システム１において、送信装置１２が送信した光信号は光伝送路１１を介して受信装置１３に伝送される。光伝送路１１は、例えば光ファイバである。

【0013】

送信装置１２は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)２１、Ｄ/Ａ変換器２２、レーザ２３及び偏波多重ＩＱ変調器２４を備える。
ＤＳＰ２１は、デジタルIQデータ信号及び無変調パイロットトーン信号をD/A変換器２２へ出力する。Ｄ/Ａ変換器２２は、前記デジタルIQデータ信号及び無変調パイロットトーン信号をアナログ信号に変換する。Ｄ/Ａ変換器２２は、同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）のアナログベースバンド信号とパイロットトーン信号を出力する。
レーザ２３の出力光は、偏波多重ＩＱ変調器２４へ入力され、Ｄ/Ａ変換器２２より出力されるアナログベースバンド信号及びパイロットトーン信号によってIQ変調される。

【0014】

送信装置１２は、以上の構成によりＱＡＭ信号及びパイロットトーン信号を光伝送路１１を介して受信装置１３に送信する。図２は、送信装置１２により送信される光信号の周波数特性の一例を示す図である。送信装置１２により送信される光信号は単一周波数ｆ_Ｔｏｎｅのパイロットトーン信号と周波数ｆ_ｃ周りに広がりを持つＱＡＭデータ信号を含む。

【0015】

受信装置１３は、分配部３１、局発光生成装置３２、検波部３３、Ａ/Ｄ変換器３４、ＤＳＰ３５を備える。
分配部３１は、送信装置１２から受信した信号を分配し、局発光生成装置３２と検波部３３とに分配した信号を出力する。局発光生成装置３２は分配部３１から入力される光信号に基づいて、ＱＡＭデータ信号の中心周波数（図２に示す例においてはｆ_ｃ）を単一周波数として有する局発光を生成する。局発光生成装置３２の詳細な構成については後述する。

【0016】

検波部３３は、分配部３１から入力されるＱＡＭデータ信号を局発光生成装置３２により生成される局発光に基づいてホモダイン検波を行う。図３は、ＱＡＭデータ信号とホモダイン検波用の局発光の周波数特性の一例を示す図である。検波部３３は、局発光の周波数によっては、ヘテロダイン検波を行ってもよいし、イントラダイン検波を行ってもよい。
検波部３３は、ＱＡＭにおいてＩとＱに相当するアナログ信号をＡ/Ｄ変換器３４に出力する。検波部３３は、例えば偏波タイバーシティ９０度光ハイブリッド回路３３１と平衡光検出器３３２を備える。検波部３３は、例えば偏波タイバーシティ９０度光ハイブリッド回路３３１により局発光とＱＡＭデータ信号とを干渉させ、ＱＡＭデータ信号の同相成分と直交成分を抽出する。

【0017】

Ａ/Ｄ変換器３４は、検波部３３から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ/Ｄ変換器３４は、デジタル信号をＤＳＰ３５に出力する。ＤＳＰ３５は、Ａ/Ｄ変換器３４から入力されるデジタル信号を処理する。

【0018】

図４は、局発光生成装置３２の構成の一例を示す図である。局発光生成装置３２は、第一フィルタ３２１、サーキュレータ３２２、ファブリペローＬＤ(Laser Diode)３２３、光変調器３２４、第二フィルタ３２５を備える。

【0019】

第一フィルタ３２１は、分配部３１から入力される光信号をフィルタリングし、ＱＡＭデータ信号の周波数の光を除去する。第一フィルタ３２１は、フィルタリングした光信号をサーキュレータ３２２に出力する。第一フィルタ３２１がサーキュレータ３２２に出力する光信号にはＱＡＭデータ信号は含まれず、パイロットトーン信号のみ含まれる。第一フィルタ３２１は、ＱＡＭデータ信号の周波数又はパイロットトーン信号の周波数に対応して、除去する光の周波数を変更可能であってもよい。

【0020】

サーキュレータ３２２は、第一フィルタ３２１から入力された光信号をファブリペローＬＤ３２３に出力する。サーキュレータ３２２は、ファブリペローＬＤ３２３から入力された光信号を光変調器３２４に出力する。

【0021】

ファブリペローＬＤ３２３は、マルチモード発振し、異なる周波数を有する複数の局発光を発生させる。複数の局発光は、例えば周波数が所定の間隔となるように発生される。
ファブリペローＬＤ３２３は、サーキュレータ３２２から入力されるパイロットトーン信号に注入同期し、パイロットトーン信号の周波数で発振する。この時、前記異なる周波数を有する複数の局発光の内、パイロットトーン信号と周波数の差が最も小さい局発光が選択的にパイロットトーン信号に注入同期され、パイロットトーン信号の周波数（ｆ_ｔｏｎｅ）で発振する。

【0022】

光変調器３２４は、サーキュレータ３２２から入力される局発光の周波数（ｆ_ｔｏｎｅ）を中心にサイドバンドを形成する。前記サイドバンドは局発光の周波数（ｆ_ｔｏｎｅ）を中心として±Δｆ（Δｆ＝｜ｆ_ｃ－ｆ_ｔｏｎｅ｜）だけ離れた周波数で発振する。光変調器３２４は、前記パイロットトーン信号の周波数（ｆ_ｔｏｎｅ）で発振する局発光と前記サイドバンドを有する光信号を第二フィルタ３２５に出力する。

【0023】

第二フィルタ３２５は、光変調器３２４から入力される光信号をフィルタリングし、ＱＡＭデータ信号の周波数（ｆ_ｃ）の光以外の光を除去する。第二フィルタ３２５は、フィルタリングした光信号を検波部３３に出力する。
以上により局発光生成装置３２は、ＱＡＭデータ信号の中心周波数（ｆ_ｃ）を単一周波数として有する局発光を生成する。

【0024】

図５は、局発光生成装置３２の動作を示すフローチャートである。第一フィルタ３２１は、分配部３１から入力される光信号をフィルタリングし、ＱＡＭデータ信号の周波数の光を除去する（ステップＳ１０１）。その後、ファブリペローＬＤ３２３をパイロットトーン信号へ注入同期する（ステップＳ１０２）。その後、光変調器３２４において、注入同期した局発光の周波数（ｆ_ｔｏｎｅ）を中心とした周波数ｆ_ｔｏｎｅ±Δｆ（Δｆ＝｜ｆ_ｃ－ｆ_ｔｏｎｅ｜）で発振するサイドバンドを形成する（ステップＳ１０３）。第二フィルタ３２５は、光変調器３２４から入力された光信号から、ＱＡＭデータ信号の周波数の光以外の光を除去する（ステップＳ１０４）。

【0025】

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

【符号の説明】

【0026】

１ コヒーレント多値光伝送システム、１１ 光伝送路、１２ 送信装置、１３ 受信装置、２１ ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、２２ Ｄ/Ａ変換器、２３ レーザ、２４ 偏波多重ＩＱ変調器、３１ 分配部、３２ 局発光生成装置、３２１ 第一フィルタ、３２２ サーキュレータ、３２３ ファブリペローＬＤ、３２４ 光変調器、３２５ 第二フィルタ、３３ 検波部、３３１ 偏波タイバーシティ９０度光ハイブリッド回路、３３２ 平衡光検出器、３４ Ａ/Ｄ変換器、３５ ＤＳＰ(Digital Signal Processor)

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】