2025-62721 データ伝送システム

(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】P2025062721

(43)【公開日】2025-04-15

(54)【発明の名称】データ伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/25 20130101AFI20250408BHJP

   H04B 10/556 20130101ALI20250408BHJP

【ＦＩ】

H04B10/25

H04B10/556

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023171921

(22)【出願日】2023-10-03

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304026696

【氏名又は名称】国立大学法人三重大学

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】中村 篤志

(72)【発明者】

【氏名】古敷谷 優介

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 哲也

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA51

5K102AH27

5K102RD15

5K102RD27

(57)【要約】

【課題】本開示は、光ファイバケーブルに振動を与え、振動により変調された光を用いて遠隔地にデータを伝送するデータ伝送システムを、マッハツェンダ干渉計を構成せずに、光ファイバケーブル中の１本の光ファイバのみを用いて実現可能にすることを目的とする。
【解決手段】本開示は、送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバに振動を与える送信装置と、前記振動により変調された光を複数のモードで伝搬する光ファイバと、前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光の少なくともいずれかを用いて、前記送信データを復調する受信装置と、を備えるデータ伝送システムである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバに振動を与える送信装置と、
前記振動により変調された光を複数のモードで伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光の少なくともいずれかを用いて、前記送信データを復調する受信装置と、
を備えるデータ伝送システム。

【請求項2】

前記送信装置は、予め定められた周波数を有する搬送波で前記変調を行い、
前記受信装置は、前記搬送波と同じ周波数および前記搬送波の２倍の周波数を用いて前記送信データを復調する、
ことを特徴とした請求項１に記載のデータ伝送システム。

【請求項3】

前記変調が、差動位相偏移変調であり、
前記受信装置は、前記搬送波と同じ角周波数での差動位相偏移復調と、前記搬送波の２倍の角周波数での差動位相偏移復調と、を行う
ことを特徴とした請求項２に記載のデータ伝送システム。

【請求項4】

前記複数のモードは、基本モード及び第一高次モードである、
請求項１に記載のデータ伝送システム。

【請求項5】

前記光ファイバは、通信波長帯域においては単一モードでの伝搬特性を有し、
前記振動により変調された光は、前記通信波長帯域よりも短波長の光である、
請求項１に記載のデータ伝送システム。

【請求項6】

前記振動により変調された光を前記複数のモードで受光し、
前記複数のモードの受信信号をモードごとに復調する複数の復調装置を備え、
前記複数の復調装置で得られた複数の送信データのうちのいずれかを選択する、
請求項１に記載のデータ伝送システム。

【請求項7】

送信装置が、送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバに振動を与え、
前記光ファイバが、前記光ファイバに与えられた振動により変調された光を複数のモードで伝搬し、
受信装置が、前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光の少なくともいずれかを用いて、前記送信データを復調する、
データ伝送方法。

【請求項8】

振動により変調された複数のモードの光の受信信号を分岐し、
分岐された第１の受信信号を搬送波と同じ周波数で復調することで、第１の送信データを取得し、
分岐された第２の受信信号を搬送波の２倍の周波数で復調することで、第２の送信データを取得し、
前記第１の送信データ又は前記第２の送信データのいずれかを出力する、
復調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、遠隔地に設置したセンサ装置からの情報収集を簡易に実現するためのセンサネットワークに関する技術である。

【背景技術】

【0002】

光ファイバケーブルに振動を与え、振動により変調された光を用いて遠隔地にデータを伝送する方法は非特許文献１により示されている。非特許文献１では各種センサのセンサデータを変調し、振動スピーカにより光ファイバケーブル外皮から振動を与える。振動により変調された光はマッハツェンダ干渉計の干渉光として受光される。受光器の出力信号を復調することで各種電気センサのセンサデータを復調することが可能となる。これまでに、マッハツェンダ干渉計とスペクトル拡散方式を用いた実験系により２チャンネル、３ｂｐｓの情報伝送を実現している。

【0003】

非特許文献１の技術を既設の光ファイバ網に適用可能にすることが望まれている。しかし、非特許文献１は、マッハツェンダ干渉計を構成する必要があるため、既設の光ファイバ網の構成をそのまま用いることができない。また、既設の光ファイバ網を用いる場合、専用線として２本の光伝搬経路を確保することは困難である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ｔｅｔｓｕｙａ Ｍａｎａｂｅ， Ｒｙｏｇａ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｈｉｒｏｋｉ Ｆｕｊｉｔａ， Ａｔｓｕｓｈｉ Ｎａｋａｍｕｒａ， ａｎｄ Ｙｕｓｕｋｅ Ｋｏｓｈｉｋｉｙａ，“Ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ ｏｎ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ’ｓ Ｏｕｔｅｒ Ｓｈｅａｔｈ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｓｅｎｓｏｒｓ， Ｗ４．３， （２０２２）．

【非特許文献2】Ａｔｓｕｓｈｉ Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｔｅｔｓｕｙａ Ｍａｎａｂｅ， ａｎｄ Ｙｕｓｕｋｅ Ｋｏｓｈｉｋｉｙａ，“Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒ－Ｍｏｄａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｔｗｏ－Ｍｏｄｅ Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｓｅｎｓｏｒｓ， Ｔｈ４．２８， （２０２２）．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、光ファイバケーブルに振動を与え、振動により変調された光を用いて遠隔地にデータを伝送するデータ伝送システムを、マッハツェンダ干渉計を構成せずに、光ファイバケーブル中の１本の光ファイバのみを用いて実現可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示では、マッハツェンダ干渉計に替わり、非特許文献２で示された２モード光ファイバ振動センサを用いる。２モード光ファイバ振動センサは、１本の光ファイバで光伝搬時間差による位相差θを発生させることができる。このため、本開示は、光ファイバケーブル中の１本の光ファイバによるデータ伝送装置を実現することができる。

【0007】

また、非特許文献１では２チャンネル多重伝送時の伝送速度は３ｂｐｓにとどまっている。画像伝送等、実用性の高いアプリケーションへの適用には情報伝送速度の向上が望ましく、そのためには変調振動の搬送周波数の高周波化が有効である。この点、光ファイバ中を伝搬する高次モードは基本モードよりも振動に対して敏感である。このため、２モード光ファイバ振動センサを採用することで、変調振動の搬送周波数を非特許文献１よりも高周波化することが可能となり、伝送速度の高速化が実現可能となる。

【0008】

本開示のデータ伝送システムは、
送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバに振動を与える送信装置と、
前記振動により変調された光を複数のモードで伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光の少なくともいずれかを用いて、前記送信データを復調する受信装置と、
を備える。

【0009】

本開示のデータ伝送システムは、本開示のデータ伝送方法を実行する。
本開示のデータ伝送方法は、
送信装置が、送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバに振動を与え、
前記光ファイバが、前記光ファイバに与えられた振動により変調された光を複数のモードで伝搬し、
受信装置が、前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光の少なくともいずれかを用いて、前記送信データを復調する。

【0010】

前記送信装置は、予め定められた周波数を有する搬送波で前記変調を行ってもよい。この場合、前記受信装置は、前記搬送波と同じ周波数および前記搬送波の２倍の周波数を用いて前記送信データを復調する。

【0011】

例えば、本開示の復調装置は、
振動により変調された複数のモードの光の受信信号を分岐し、
分岐された第１の受信信号を搬送波と同じ周波数で復調することで、第１の送信データを取得し、
分岐された第２の受信信号を搬送波の２倍の周波数で復調することで、第２の送信データを取得し、
前記第１の送信データ又は前記第２の送信データのいずれかを出力する。

【0012】

前記複数のモードは、第一高次モード及び基本モードであってもよい。光ファイバ中を伝搬する第一高次モードは基本モードよりも振動や曲げに起因した屈折率変化に対して敏感であることから、変調振動の高周波化による情報伝送の高速化を実現することができる。

【0013】

前記変調は、差動位相偏移変調であってもよい。この場合、前記受信装置は、前記搬送波と同じ角周波数での差動位相偏移復調と、前記搬送波の２倍の角周波数での差動位相偏移復調と、を行ってもよい。

【0014】

前記光ファイバ振動センサは、前記光ファイバを伝搬した前記複数のモードの光をそれぞれ受光してもよい。この場合、本開示のデータ伝送システムは、前記振動により変調された光を前記複数のモードで受光し、前記複数のモードの受信信号をモードごとに復調する複数の復調装置を備え、前記複数の復調装置で得られた複数の送信データのうちのいずれかを選択してもよい。

【0015】

前記光ファイバは、通信波長帯域においては単一モードでの伝搬特性を有していてもよい。その場合、前記振動により変調された光は、通信波長帯域よりも短波長の光であってもよい。

【0016】

なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、光ファイバケーブルに振動を与え、振動により変調された光を用いて遠隔地にデータを伝送するデータ伝送システムを、マッハツェンダ干渉計を構成せずに、光ファイバケーブル中の１本の光ファイバのみを用いて実現可能にすることができる。また、変調振動の搬送周波数を非特許文献１よりも高周波化することが可能となるため、伝送速度の高速化が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本開示のデータ伝送システムの実施の形態例である。

【図2】変調装置における変調方法の一例を示す説明図である。

【図3】復調装置における復調方法の一例を示す説明図である。

【図4】本開示のデータ伝送システムの実施の形態例である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示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、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0020】

（第１の実施形態）
図１は本開示のデータ伝送システムの実施の形態を示している。本開示のデータ伝送システムは、送信装置２及び受信装置１を備える。送信装置２及び受信装置１は光ファイバケーブル１２０で接続されている。受信装置１は、光ファイバケーブル１２０に含まれる光ファイバ１１４を、２モード光ファイバ振動センサ１１０に用いる。

【0021】

本実施形態の光ファイバ１１４は汎用単一モード光ファイバである。汎用単一モード光ファイバのカットオフ波長より短い波長では、基本モードだけでなく高次モードも伝搬可能である。そこで、本開示では、光ファイバ１１４の通信波長帯域よりも短波長の光を用いる。本実施形態では、光ファイバ１１４汎用単一モード光ファイバのカットオフ波長より短い波長を基本モード及び第一高次モードで伝搬させる。本実施形態では、一例として、カットオフ波長より短い波長が１０００ｎｍの１μｍ帯である例について説明する。

【0022】

図１の例における２モード光ファイバ振動センサ１１０は、光ファイバ１１４の両端に１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３が接続され、モード合分岐カプラ１１３の一方に１μｍ帯の光源１１１が接続されている、モード合分岐カプラ１１３の他方に基本モード受光器１１２が接続されている。光源１１１は、１μｍ帯の連続光を出力する。１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３＃１及び１１３＃２は、１μｍ帯の光をモードごとに合分岐する。

【0023】

１μｍ帯光源１１１から発せられた基本モードの光は１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３＃１で光ファイバ１１４に入射され、反対側の１μｍ帯モード光合分岐カプラ１１３＃２を通過した後、基本モード受光器１１２にて基本モードの干渉波形として計測される。

【0024】

送信装置２は、送信データを変調し、前記変調した変調信号で光ファイバ１１４に振動を与える。受信装置１は、光ファイバ１１４を伝搬した複数のモードの光のうちの基本モード受光器１１２にて受光された受信信号を用いて、送信データを復調する。本開示の受信装置１及び送信装置２はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0025】

具体的には、送信装置２は、
遠隔地にて取得したデータを変調する変調装置２３０と、
変調した変調信号を増幅する振動発生器駆動アンプ２２０と、
前記振動発生器駆動アンプで増幅された変調信号で、光ファイバケーブル１２０に振動を与える振動発生器２１０と、
を備える。

【0026】

具体的には、受信装置１は、
光ファイバケーブル１２０と、
光ファイバケーブル１２０中の光ファイバ１１４への振動により変調された光を検知する２モード光ファイバ振動センサ１１０と、
２モード光ファイバ振動センサ１１０により受信した受信信号から直流成分を除去する直流遮断フィルタ１３０と、
直流成分を除去した受信信号から送信データを復調する復調装置１４０と、
を備える。

【0027】

図２に変調装置２３０の構成例を示す。加算器２３１は、送信データｄ（ｔ）を、１シンボル時間Ｔ前の送信データｂ（ｔ－Ｔ）に加算する。これにより、差分データｂ（ｔ）が生じる。位相変調器２３３は、差分データｂ（ｔ）を、搬送波発生器２３２で発生させた搬送波ｃ（ｔ）で位相変調する。これにより、変調信号ｕ（ｔ）を得ることができる。変調装置２３０における変調は、本実施形態では、０ラジアンおよび２π/３ラジアンでの差動位相偏移変調方式を用いる。差動位相偏移をＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）と略記することがある。

【0028】

図３に、復調装置１４０の構成例を示す。同倍コサイン波発生器１４７及び同倍サイン波発生器１４８が搬送波発生器２３２と同じ周波数ω_ｖの信号を発生させ、２倍コサイン波発生器１４９及び２倍サイン波発生器１５０が搬送波発生器２３２の２倍の角周波数２ω_ｖの信号を発生させる。このように、復調装置１４０は、送信装置２により光ファイバケーブル１２０に与えた振動と同じ角周波数および２倍の角周波数に対するＤＰＳＫ復調を行う。

【0029】

遠隔において各種センサ等により取得された送信データは送信装置２に送られ、ファイバケーブル１２０に与える振動を発生させる。変調装置２３０では、送信データに基づいた位相変調信号を作成する。変調信号は振動発生器駆動アンプ２２０により増幅され振動発生器２１０を駆動し光ファイバケーブル１２０の外皮に振動を与える。

【0030】

光ファイバ１１４では、通信波長とは異なる１μｍ帯において、基本モードおよび第一高次モードの光が伝搬される。また、光ファイバの曲げ、コネクタ・融着接続点におけるコアずれ、外部からの振動等によりモード間クロストークが発生し、基本モードから第一高次モードへ、第一高次モードから基本モードへのモード変換が発生する。送信装置２の振動発生器２１０より変調信号に応じた振動が与えられると、この振動に応じて２つのモードの光の干渉波形が変化し、基本モード受光器１１２により受信信号を得ることができる。受信信号は直流遮断フィルタ１３０にて直流成分を除去した後、復調装置１４０において送信データが復調される。

【0031】

ここで、光ファイバ１１４全体において基本モードから第一高次モードへ変換される効率をα、第一高次モードから基本モードへ変換される効率をβ、２モード光ファイバ振動センサ１１０に基本モードで入射される光の電界を式（１）で表すと、１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３＃２において分離される基本モードおよび第一高次モードの干渉波形Ｅ_０１（ｔ）およびＥ_１１（ｔ）は、それぞれ、式（２）及び式（３）となる。
Ｅ（ｔ）＝Ｅｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋φ）） （１）
Ｅ_０１（ｔ）＝｛（１－α）^２＋αβ｝Ｅ（ｔ） （２）
Ｅ_１１（ｔ）＝α｛（１－α）＋（１－β）｝Ｅ（ｔ） （３）
ただし、ωは光ファイバ１１４に入射された基本モードの光の角周波数、φは位相である。

【0032】

基本モード受光器１１２において基本モードの干渉波形を受信した場合の受信信号をＩ_０１（ｔ）、１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３＃２において分離された第一高次モードの干渉波形をＩ_１１（ｔ）とすると、式（４）及び式（５）となる。
Ｉ_０１（ｔ）＝Ｋ｜Ｅ_０１（ｔ）｜^２
＝Ｋ｛（１－α）^４Ｅ^２＋α^２β^２Ｅ^２
＋２αβ（１－α）^２Ｅ^２ｃｏｓ（φ_０１ａ－φ_０１ｂ）｝ （４）
Ｉ_１１（ｔ）＝Ｋ｜Ｅ_１１（ｔ）｜^２
＝Ｋ｛α^２（１－β）Ｅ^２＋α^２（１－α）^２Ｅ^２
＋２ａ^２（１－α）（１－β）Ｅ^２ｃｏｓ（φ_１１ａ－φ_１１ｂ）｝ （５）
ただし、Ｋは基本モード受光器１１２の光入力と電気出力の間の係数である。また、φ_０１ａは基本モードの光の位相、φ_０１ｂは第一高次モードから基本モードにモード変換した光の位相である。φ_１１ａは第一高次モードの光の位相、φ_１１ｂは基本モードから第一高次モードにモード変換した光の位相である。

【0033】

ここからは、基本モード受光器１１２にて基本モードの干渉波形Ｉ_０１（ｔ）を受信した場合について考える。光ファイバケーブル１２０に与えた振動を次式とする。
ｕ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（ω_ｖｔ＋Φ（ｔ）） （６）
ただし、Ａは与えた振動の大きさと、振動により発生する位相差の間の関係を表す定数である。また、ω_ｖは与えた振動の角周波数、Φ（ｔ）は送信データに応じて変化させる変調位相である。

【0034】

ここで、２モード光ファイバ振動センサ１１０を伝搬する基本モードと高次モードがモード合分波器１１３に到達した時点での基本モードと第一高次モードの光伝搬時間差による位相差をθとすると、位相差は次式となる。
φ_０１ａ－φ_０１ｂ＝Ａｃｏｓ（ω_ｖｔ＋Φ（ｔ））－θ （７）

【0035】

式（４）、式（６）および（７）より、基本モード受光器１１２で受信した受信信号Ｉ_０１（ｔ）は、次式となる。

【数7】

ただし、Ｊ_ｋ（＊）は第一種ベッセル関数である。

【0036】

直流遮断フィルタ１３０通過後の受信信号ｙ（ｔ）は、次式となる。

【数8】

ただし、Ｃは定数である。

【0037】

得られた式（８）の第１項および第２項に対して復調を行うことにより、２モード光ファイバ振動センサ１１０の光ファイバ１１４の屈折率や偏波の影響に起因した基本モードと第一高次モードの光伝搬時間差による位相差θの値が変動した場合においても、送信データを復調することが可能になる。

【0038】

変調装置２３０における変調がＤＰＳＫ変調方式である場合、ｋ番目に送信する送信データをｄ_ｋとするとき、実際に変調を行うデータｂ_ｋは次式で得られる。

【数9】

ただし、式（９）における演算子は和分変換を表す。加算器２３１により送信データｄ_ｋと１シンボル前のｂ_ｋ－１との和を求め、２で割った余りをｂ_ｋとする。

【0039】

次に式（９）で得られたデータｂ_ｋに基づき、位相変調器２３３では次式により搬送波発生器２３２で発生する搬送波の位相Φ_ｋを変調する。

【数10】

【0040】

式（１０）の位相変調により光ファイバケーブル１２０に振動を与えた時の受信信号は、次式となる。

【数11】

ただし、αは復調のための同倍コサイン波発生器１４７、同倍サイン波発生器１４８，２倍コサイン波発生器１４９および２倍サイン波発生器１５０により生成する搬送波に対する位相差である。

【0041】

この受信信号ｙ（ｔ）に対して角周波数ω_ｖのサイン波およびコサイン波を乗算器１４１－１Ｉ及び１４１－１Ｑにて乗算し低域通過フィルタ１４２－１Ｉ及び１４２－１Ｑを通過後の信号ｚ_Ｉ１（ｔ）、ｚ_Ｑ１（ｔ）は、次式となる。
ｚ_Ｉ１（ｔ）＝Ｄ_１ｓｉｎθｃｏｓ（α+Φ_ｋ） （１２）
ｚ_Ｑ１（ｔ）＝Ｄ_１ｓｉｎθｓｉｎ（α+Φ_ｋ） （１３）
ただし、Ｄ_１は定数である。

【0042】

ここで遅延器１４３－１Ｉ及び１４３－１Ｑにて１シンボル時間分遅延させた信号と乗算器１４４－１Ｉ及び１４４－１Ｑにて乗算することで次の信号を得る。
Ｉ_１＝Ｄ_１ ^２ｓｉｎ^２θｃｏｓ（α+Φ_ｋ）ｃｏｓ（α+Φ_ｋ－１） （１４）
Ｑ_１＝Ｄ_１ ^２ｓｉｎ^２θｓｉｎ（α+Φ_ｋ）ｓｉｎ（α+Φ_ｋ－１） （１５）

【0043】

式（１４）、式（１５）のＩ_１およびＱ_１を加算器１４５－１にて加算することで、次式を得る。

【数16】

【0044】

同様に受信信号ｙ（ｔ）に対して角周波数２ω_ｖのサイン波およびコサイン波を乗算器１４１－２Ｉ及び１４１－２Ｑにて乗算し低域通過フィルタ１４２－２Ｉ及び１４２－２Ｑを通過後の信号ｚ_Ｉ２（ｔ）、ｚ_Ｑ２（ｔ）は、次式となる。
ｚ_Ｉ２（ｔ）＝Ｄ_２ｃｏｓθｃｏｓ（２α+２Φ_ｋ） （１７）
ｚ_Ｑ２（ｔ）＝Ｄ_２ｃｏｓθｓｉｎ（２α+２Φ_ｋ） （１８）
ただし、Ｄ_２は定数である。

【0045】

ここで遅延器１４３－２Ｉ及び１４３－２Ｑにて１シンボル時間分遅延させた信号と乗算器１４４－２Ｉ及び１４４－２Ｑにて乗算することで次の信号を得る。
Ｉ_２＝Ｄ_２ ^２ｃｏｓ^２θｃｏｓ（２α+２Φ_ｋ）ｃｏｓ（２α+２Φ_ｋ－１） （１９）
Ｑ_２＝Ｄ_２ ^２ｃｏｓ^２θｓｉｎ（２α+２Φ_ｋ）ｓｉｎ（２α+２Φ_ｋ－１） （２０）

【0046】

式（１９）、式（２０）のＩ_２およびＱ_２を加算器１４５－２にて加算することで、次式を得る。

【数21】

【0047】

式（１０）により与えられた位相変調させた受信信号ｙ（ｔ）より、次の２つの復調信号ｐ_１，ｐ_２を得る。

【数22】

【数23】

【0048】

得られた復調信号ｐ_１，ｐ_２の大きさは２モード光ファイバ振動センサ１１０の光ファイバ１１４の屈折率や偏波の影響に起因した基本モードと第一高次モードの光伝搬時間差による位相差θの状況により変化するので、復調された送信データの判別が相違する場合がある。よって、識別器１４６では式（２２）および式（２３）で表される２つの復調信号ｐ_１，ｐ_２より以下の基準により、復調によって得られた送信データの０、１を判別する。

【0049】

まず、各復調信号ｐ_１，ｐ_２より、送信データの判別結果Ｒ_１，Ｒ_２を求める。

【数24】

【数25】

【0050】

２つの判定結果Ｒ_１，Ｒ_２に相違が無い場合は次式で送信データｄ’_ｋを決定する。
ｄ’_ｋ＝Ｒ_１（＝Ｒ_２） （２６）

【0051】

２つの判定結果Ｒ_１，Ｒ_２に相違がある場合は復調信号ｐ_１，ｐ_２の絶対値が大きい判定結果Ｒ_１もしくはＲ_２を用いて送信データｄ’_ｋを決定する。

【数27】

【0052】

以上の変調・復調方法により２モード光ファイバ振動センサ１１０の光ファイバ１１４の屈折率や偏波の影響に起因した基本モードと第一高次モードの光伝搬時間差による位相差θが変動した場合においても、確実に送信データを復調することが可能となる。上記は基本モード受光器１１２にて基本モードの干渉波形Ｉ_０１（ｔ）を受信した場合について説明したが、第一高次モードの干渉波形Ｉ_１１（ｔ）を受信した場合についても同様である。

【0053】

（第２の実施形態）
図４は本開示のデータ伝送システムの実施の形態を示している。本開示は、光ファイバ１１４を伝搬した複数のモードの光を受光し、複数のモードの受信信号をモードごとに復調する複数の復調装置１４０を備えていてもよい。本実施形態では、基本モードの干渉波形および第一高次モードの干渉波形を同時に受信する実施の形態を示している。

【0054】

具体的には、２モード光ファイバ振動センサ１１０は、光ファイバケーブル１２０、光ファイバケーブル１２０の両端に接続されている２つのモード合分岐カプラ１１３、モード合分岐カプラ１１３の一方に接続されている光源１１１、モード合分岐カプラ１１３の他方に接続されている基本モード受光器１１２及び第一高次モード受光器１１５、を備える。

【0055】

また本実施形態の受信装置１は、基本モード受光器１１２及び第一高次モード受光器１１５ごとに直流遮断フィルタ１３０及び復調装置１４０を備える。また本実施形態の受信装置１は、２つの復調装置１４０において復調された送信データが入力されるモードダイバーシティ判定器１６０を備える。

【0056】

１μｍ帯モード合分岐カプラ１１３により分離された基本モードおよび第一高次モードの干渉波形を、基本モード受光器１１２および第一高次モード受光器１１５により受信する。基本モード受光器１１２および第一高次モード受光器１１５で受信された受信信号は、直流遮断フィルタ１３０を通過後、それぞれ復調装置１４０にて復調処理される。モードダイバーシティ判定器１６０では、基本モードの干渉波形から復調された送信データと第一高次モードの干渉波形から復調された送信データを比較し、一致してない場合には復調装置１４０で復調した際の振幅の大きい方の送信データを出力する。

【0057】

たとえば、基本モードの干渉波形から復調された送信データをｄ’_ＬＰ０１、復調時の振幅をＡ_ＬＰ０１、第一高次モードの干渉波形から復調された送信データをｄ’_ＬＰ１１、復調時の振幅をＡ_ＬＰ１１とするときは、最終的な送信データｄ＾を以下のように判定する。

【数28】

【0058】

以上のように、２モード光ファイバ振動センサから得られる基本モードと第一高次モードの２つの干渉波形より復調することで、モード間クロストークの状態が変化しどちらか一方の干渉波形が観測できなくなった場合においても送信データを復調することが可能となる。

【0059】

（本開示の効果）
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバケーブル外皮から振動を与える方式において、光ファイバケーブル中の１本の光ファイバのみを用いたデータ伝送装置の実現が可能となる。

【0060】

また、光ファイバ中を伝搬する第一高次モードは基本モードよりも振動に対して敏感であることから、変調振動の搬送周波数を高周波化することが可能となり、伝送速度の高速化が実現できる。

【0061】

なお、上述の実施形態では基本モード及び第一高次モードを用いたが、本開示における複数のモードはこれに限定されない。また光ファイバ１１４に汎用単一モード光ファイバを用いたが、本開示はこれに限らず、複数のモードを伝搬する任意の態様を採用することができる。また、本開示において伝送する送信データは、各種電気センサのセンサデータに限らず、任意のデータを送信することができる。

【符号の説明】

【0062】

１．受信装置
２．送信装置
１１０．２モード光ファイバ振動センサ
１１１．１μｍ帯光源
１１２．基本モード受光器
１１３．１μｍ帯モード合分岐カプラ
１１４．光ファイバ
１１５．第一高次モード受光器
１２０．光ファイバケーブル
１３０．直流遮断フィルタ
１４０．復調装置
１４１．乗算器
１４２．低域通過フィルタ
１４３．遅延器
１４４．乗算器
１４５．加算器
１４６．識別器
１４７．同倍コサイン波発生器
１４８．同倍サイン波発生器
１４９．２倍コサイン波発生器
１５０．２倍サイン波発生器
１６０．モードダイバーシティ判定装置
２１０．振動発生器
２２０．振動発生器駆動アンプ
２３０．変調装置
２３１．加算器
２３２．搬送波発生器
２３３．位相変調器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】