7636698 信号検出装置、信号検出方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-18

(45)【発行日】2025-02-27

(54)【発明の名称】信号検出装置、信号検出方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2581 20130101AFI20250219BHJP

   H04B 10/60 20130101ALI20250219BHJP

   H04J 14/04 20060101ALI20250219BHJP

   H04B 7/10 20170101ALI20250219BHJP

【ＦＩ】

H04B10/2581

H04B10/60

H04J14/04

H04B7/10 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023548030

(86)(22)【出願日】2021-09-16

(86)【国際出願番号】 JP2021034116

(87)【国際公開番号】W WO2023042340

(87)【国際公開日】2023-03-23

【審査請求日】2024-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芝原 光樹

(72)【発明者】

【氏名】小林 孝行

(72)【発明者】

【氏名】濱岡 福太郎

(72)【発明者】

【氏名】清水 新平

(72)【発明者】

【氏名】宮本 裕

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０８１０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３８１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４５９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１２２６６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１６６１１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／２５８１

Ｈ０４Ｂ １０／６０

Ｈ０４Ｊ １４／０４

Ｈ０４Ｂ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝送路ファイバにおいて励振されている複数の高次モードを含むＮ個（Ｎは自然数）の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力するモード分波器と、
Ｎ個の各光信号それぞれの周波数を互いに異なる周波数に変換する周波数変換部と、
前記周波数が変換されたＮ個の光信号を合波する合波部と、
合波された光信号を位相および偏波に対する変調情報を保持したまま光電変換し、デジタル信号変換と信号処理を行って元の情報系列へ復調する受信部と、
を備える信号検出装置。

【請求項2】

前記受信部は、光電変換された信号に対して、複数の信号帯域から成る並列信号に分割した後にデジタル信号処理と信号処理を行う、
請求項１に記載の信号検出装置。

【請求項3】

前記周波数変換部は、
入力光に対して偏波処理を行った後、偏波毎に周波数変換を行い、前記周波数変換を行った信号を合波する、
請求項１に記載の信号検出装置。

【請求項4】

前記周波数変換部は、
周波数変換を行った後、波長多重信号を分波する、
請求項１に記載の信号検出装置。

【請求項5】

前記周波数変換部は、
周波数変換を行った後、再び光信号に対して周波数変換を行い、その後、波長多重信号を分波する、
請求項１に記載の信号検出装置。

【請求項6】

前記周波数変換部は、
低域周波数側と高域周波数側に分離し、それぞれのブランチに対し光パラメトリック過程による周波数変換を行った後、波長多重信号を分波する、
請求項１に記載の信号検出装置。

【請求項7】

信号検出装置が、
伝送路ファイバにおいて励振されている複数の高次モードを含むＮ個（Ｎは自然数）の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力し、
Ｎ個の各光信号それぞれを互いに異なる周波数に変換し、
前記周波数が変換されたＮ個の光信号を合波し、
合波された光信号を位相および偏波に対する変調情報を保持したまま光電変換し、デジタル信号変換と信号処理を行って元の情報系列へ復調する、
信号検出方法。

【請求項8】

請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の信号検出装置として、コンピューターを機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号検出装置、信号検出方法、およびプログラムの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の第５世代移動通信システム（５Ｇ、5th Generation)サービスの開始、高精細動画サービス配信、ＩｏＴ（Internet of Things）サービスの発展などに伴って、光ネットワークを流れる通信トラヒックは、年々増加の一途をたどっている。

【0003】

現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、ＬＡＮ（Local Area Network）などの短距離向けの局所的なネットワークを除くと、シングルモードファイバが用いられている。シングルモードファイバは、クラッド内に光信号の通路となる単一のコアを有している。シングルモードファイバは、例えば、大容量長距離光ネットワークで用いられるＣバンド（１５２８～１５６５ｎｍ）帯やＬバンド（１５７０～１６０５ｎｍ）帯などの波長帯で、単一のモード伝搬のみを許容する。これにより、シングルモードファイバでは、毎秒数テラビットに達する情報を長距離にわたり安定的に転送する大容量長距離光ネットワークが実現されている。

【0004】

このような光ネットワークでは、増加する通信トラヒック需要に対する光ネットワークにおける対策として例えば、デジタル信号処理技術と、コヒーレント送受信技術とを用いるデジタルコヒーレント伝送技術が、毎秒１００ギガビット級の光伝送装置に導入されている。デジタルコヒーレント伝送技術は、コヒーレント受信方式と、超高速デジタル信号処理とを組み合わせた技術である。コヒーレント受信方式は、受信側における光と局部発振光との干渉光を検波する受信方式である。超高速デジタル信号処理は、信号をデジタル化した後に、信号光を生成する送信側光源及び局部発振光を生成する受信側光源における周波数や位相揺らぎに起因する位相成分の雑音を取り除く処理である。

【0005】

光伝送システムにおけるデジタルコヒーレント伝送技術を用いた伝送方式は、例えば、単一モードファイバに対して直交偏波の２モードを使った偏波多重光伝送がある。偏波多重光伝送では、直交関係にある偏波にそれぞれ異なる情報を載せることができる。また、デジタルコヒーレント伝送技術を用いた伝送方式の別の例としては、マルチモードの光ファイバにおける複数の空間モード（以下「モード」ともいう）を使ったモード多重光伝送がある。モード多重光伝送では、例えばコア径をシングルモードファイバと比較して広げたファイバを伝送媒体として用いる。これにより、モード多重光伝送では、Ｃ帯などの既存波長帯においても、複数モードを励振することができ、各モードにそれぞれ異なる情報を載せ伝送することができる。モード多重光伝送の場合においても、偏波多重光伝送の場合と同様に、モード多重された光信号は、マルチモードの光ファイバを伝搬中に複雑に混合する。モードダイバーシティ構造に対応した受信装置は、混合したモード多重された光信号を受信し、受信したモード多重された光信号をデジタル信号に変換し、励振されるモード数に応じた規模のＭＩＭＯデジタル信号処理を用いて分離する。

【0006】

例えば、２つのＬＰ（Linearly Polarized）モードを励振する数モードファイバでは、基底モードとなるＬＰ０１モード、および高次モードとなるＬＰ１１モードが励振される。さらに、ＬＰ１１モードの縮退２モード（これらをそれぞれＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂという）、及び各モードの偏波モード(これらをそれぞれ、Ｘ偏波、Ｙ偏波という)とを活用することにより、２ＬＰモード用の数モードファイバでは、ＬＰ０１Ｘ、ＬＰ０１Ｙ、ＬＰ１１ａＸ、ＬＰ１１ａＹ、ＬＰ１１ｂＸ、ＬＰ１１ｂＹの合計６つの空間モードにそれぞれ異なる情報を載せることができる。これにより、光ファイバの非線形光学効果を無視すれば、原理的には２ＬＰモード用の数モードファイバは、既存のシングルモードファイバの３倍の伝送容量を達成することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】F. Hamaoka, S. Okamoto, K. Horikoshi, K. Yonenaga, A. Hirano and Y. Miyamoto, "Mode and polarization division multiplexed signal detection with single coherent receiver using mode-selective coherent detection technique,"2016 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), Th3A.6 (2016)

【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、従来の空間分割多重伝送技術を適用した伝送システムでは、使用する空間モードの数に応じて送受信機装置内の構成機器が増大するという課題がある。例えば、２ＬＰモード用の数モードファイバにおいては、３つのＬＰモードを使用するために、光送受信機内におけるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換器、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、ドライバアンプ、光変調器、受信用光フロントエンド、半導体光増幅器、フォトディテクタ、フィードバックモニタなどの所要の構成機器や素子の個数が、既存のシングルモードファイバを伝送媒体のシステムと比較して、少なくとも３倍の数だけ必要となる。このように、空間分割多重伝送技術を適用した伝送システムでは、光トランシーバ内に含まれる光送受信機のフットプリント増大および消費電力増大を招き、集積型構成機器の製造プロセスの変更などにより、装置製造コストが増加する。

【0009】

モード多重伝送システムにおける受信機構成機器や素子を減らす手段として、例えば非特許文献１に記載のモード選択コヒーレント検波技術が提案されている。この非特許文献１に記載の技術では、局発光用のモード合波器や同期光生成用の機構を、波長チャネルごとに追加する形式で設ける必要があり、通信システム全体としての構成機器数や素子数を減らす効果としては限定的となる問題があった。

【0010】

上記事情に鑑み、本発明は、空間分割多重伝送技術を適用した伝送システムにおいて、受信装置内の構成機器数の低減することができる技術の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様は、伝送路ファイバにおいて励振されている複数の高次モードを含むＮ個（Ｎは自然数）の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力するモード分波器と、Ｎ個の各光信号それぞれの周波数を互いに異なる周波数に変換する周波数変換部と、前記周波数が変換されたＮ個の光信号を合波する合波部と、合波された光信号を位相および偏波に対する変調情報を保持したまま光電変換し、デジタル信号変換と信号処理を行って元の情報系列へ復調する受信部と、を備える信号検出装置である。

【0012】

本発明の一態様は、信号検出装置が、伝送路ファイバにおいて励振されている複数の高次モードを含むＮ個（Ｎは自然数）の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力し、Ｎ個の各光信号それぞれの周波数を互いに異なる周波数に変換し、前記周波数が変換されたＮ個の光信号を合波し、合波された光信号を位相および偏波に対する変調情報を保持したまま光電変換し、デジタル信号変換と信号処理を行って元の情報系列へ復調する、信号検出方法である。

【0013】

本発明の一態様は、上記の信号検出装置として、コンピューターを機能させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、空間分割多重伝送技術を適用した伝送システムにおいて、受信装置内の構成機器数の低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る信号検出装置の構成例を示す図である。

【図2】第１実施形態に係るＮ×１光カプラの光信号の入力部および出力部の光スペクトルを示す図である。

【図3】第１実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図4】第２実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図5】第２実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図6】第３実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図7】第３実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図8】第４実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図9】第４実施形態に係る空間周波数変換部のＷＤＭ分波器とＫ個のＮ×１光カプラとの接続関係を示す図である。

【図10】第４実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図11】第５実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図12】第５実施形態に係る空間周波数変換部内の第１周波数変換部から第Ｎ周波数変換部における周波数変換前後の光スペクトルの遷移の様子を示した図である。

【図13】第５実施形態に係る空間周波数変換部の構成例を示す図である。

【図14】第５実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図15】第６実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図16】第６実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図17】第７実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。

【図18】第８実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【図19】第１実施形態の信号検出装置によって得られたデジタル領域の受信信号のスペクトル例を示す図である。

【図20】第１本実施形態によって得られたＱＰＳＫのコンスタレーション例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0017】

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図１のように、信号検出システム１は、信号検出装置１０と、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０は、モード分波器３、空間周波数（Space-Frequency）変換部４（周波数変換部）、Ｎ×１光カプラ５（コンバイナ）（合波部）、および受信部６を備える。
空間周波数変換部４は、例えば、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個のクロック部４１（第１クロック部４１－１、第２クロック部４１－２、…、第Ｎクロック部４１－Ｎ）、Ｎ個の周波数シフタ４２（第１周波数シフタ４２－１、第２周波数シフタ４２－２、…、第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ）を備える。
受信部６は、例えば、局受光部６１、コヒーレント受信機６２、ＡＤ変換器６４、及び信号処理部６５を備える。
なお、図１に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0018】

信号検出装置１０は、伝送路ファイバ２を伝搬してきた光信号に対して光電変換を介しデジタル信号へ変換し、その後各種信号処理を施すことにより、送信側から送られてきた信号系列を情報の誤りなく復調する。

【0019】

伝送路ファイバ２は、例えば、マルチモードファイバなどの所定の光通信帯域において複数の空間モードを励振可能な空間多重ファイバである。

【0020】

モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力する。

【0021】

空間周波数変換部４は、各光信号の周波数を変換する。空間周波数変換部４は、Ｎ個の各光信号それぞれの周波数を互いに異なる周波数に変換する。本実施形態では、空間周波数変換部４は、各光信号を周波数シフトすることで周波数の変換を行う。

【0022】

Ｎ個のクロック部４１それぞれは、周波数ｆのクロック信号を生成して出力する。なお、Ｎ個のクロック部は、同期用外部クロックなどの手段で同期されていることが信号処理部の負荷低減の観点から望ましいが、必ずしも同期されていなくても良い。

【0023】

Ｎ個の周波数シフタ４２は、モード分波器３からの各光信号出力とクロック部４１からのクロック信号を入力とする。第ｎ（ｎは１～Ｎのうちの１つ）周波数シフタ４２－ｎは、ｎΔｆの周波数シフト量を光信号に付与する。すなわち、第１周波数シフタ４２－１はΔｆ、第２周波数シフタ４２－２は２Δｆの周波数シフト量を光信号に付与する。なお、周波数シフタ４２における周波数シフトは、例えば、電気光学効果を用いたニオブ酸リチウム基盤導波路から成るマッハ・ツェンダー型光変調器によって実現できる（例えば参考文献１）が、所定の周波数シフトの機能を有する構成であれば、これに限定されない。

【0024】

参考文献１；M. Izutsu, S. Shikama, and T. Sueta, “Integrated optical SSB modulator/frequency shifter,” IEEE J. Quantum Electron. 17(11), 2225-2227 (1981).

【0025】

Ｎ×１光カプラ５（合波部）は、周波数シフタから出力された光信号を合波して出力する。なお、Ｎ×１光カプラは、例えば、複数のレーザ光を1本のファイバに結合するコンバイナ等であってもよい。

【0026】

受信部６は、受信された信号光と局発光を混合することで信号を復号して、例えば外部装置へ出力する。

【0027】

局受光部６１は、例えば光源としてレーザダイオードを備え、局受光を発光して出力する。

【0028】

コヒーレント受信機６２は、例えば、位相および偏波ダイバーシティ構成を備える。コヒーレント受信機６２は、受信され合波された受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0029】

ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0030】

信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列（シンボル系列またはバイナリ系列）へと復調する。

【0031】

次に、Ｎ×１光カプラ５の光信号の入力部および出力部の光スペクトルについて説明する。
図２は、本実施形態に係るＮ×１光カプラの光信号の入力部および出力部の光スペクトルを示す図である。図２のように、Ｎ×１光カプラ５に入力される信号は、各周波数シフタ４２によって、元の搬送波周波数ｆ_ｃと比較してｎΔｆの周波数シフトを受けている。Ｎ×１光カプラ５は、ｎ個の光信号（ｇ１１～ｇ１３）を合波することにより、光スペクトルｇ１４のように、Δfの間隔で周波数軸上に配置された光信号を得ることができる。

【0032】

次に、信号検出装置１０の処理手順例を説明する。
図３は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0033】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0034】

（ステップＳ２）第ｎ周波数シフタ４２－ｎは、ｎΔｆの周波数シフト量を光信号に付与することで光信号の周波数を変換する。

【0035】

（ステップＳ３）Ｎ×１光カプラ５は、各周波数シフタ４２から出力された光信号を合波する。

【0036】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0037】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0038】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0039】

このように構成された信号検出装置１０では、Ｎ×１光カプラ５の出力信号に対して、局発光を混合しフォトディテクタでイントラダインコヒーレント検波またはヘテロダインコヒーレント検波による光電変換を実施することにより、伝送路ファイバでＮ個の空間モードが単一の受信部６により受信されるため、信号検出装置１０内の構成機器数の低減することが可能となる。

【0040】

従来構成では、Ｎ個の受信部が必要であったが、本実施形態によれば、１個の受信部６で実現できる。受信信号は、ＡＤ変換器６４によりデジタル変換されたデジタル領域においても、エイリアスが発生しない標本化定理を満たす条件では周波数軸上にΔｆの周波数間隔が保持されたまま配置される。また、本実施形態によれば、得られたｎ番目の信号に対しデジタル信号処理により－ｎΔｆの周波数シフトを行いベースバンド信号へ変換することにより、ＡＤ変換器６４のサンプリング速度制限、及び各機器の帯域制限を無視できる条件のもとにおいて、従来構成のＮ個の受信部により受信した信号と同等の受信信号系列を１個の受信部６で得ることができる。

【0041】

なお、上述した例では、局発光を用いたコヒーレント受信の場合を例に用いて説明したが、受信方法としては、局発光を用いない直接受信の形態でも良い。
また、上述した例では、Ｎ個の空間モードを単一の受信機能部で受信する構成を用いて説明したが、本実施形態の効果はこれに限定されるものではない。例えば、信号検出装置１０の構成は、Ｎ個の空間モードをp個（pは１以上N以下の整数）のグループに分割し、所定の周波数シフトかつ合波後に受信機能部により受信する構成をｐ個並列に並べても良い。なお、ｐは受信部６の構成装置の帯域や要求コストにより決定される数であり、このとき受信部６の削減効果は、従来構成と比較して、受信部全体を１／ｐの個数にすることに相当する。

【0042】

＜第２実施形態＞
図４は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図４のように、信号検出システム１Ａは、信号検出装置１０Ａと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ａは、モード分波器３、空間周波数変換部４（周波数変換部）、Ｎ×１光カプラ５（合波部）、および受信部６Ａを備える。
受信部６Ａは、例えば、局受光部６１、コヒーレント受信機６２、帯域分割部６３、ＡＤ変換器６４、及び信号処理部６５を備える。
なお、図４に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0043】

空間周波数変換部４は、各光信号の周波数を変換する。本実施形態では、第１実施形態と同様に、空間周波数変換部４は、各光信号を周波数シフトすることで周波数の変換を行う。

【0044】

帯域分割部６３は、アナログ電気信号を複数の並列化信号として、ＡＤ変換器６４に出力する。帯域分割部６３の帯域分割の機能とは、例えばアナログ電気信号を高周波と低周波の側波帯に分割しそれぞれの側波帯中心を直流成分に相当する周波数へ変換し出力することを意味し、例えば参考文献２に示されているような広帯域回路実装技術によって実現できる。なお、コヒーレント受信機６２により光電変換されたアナログ電気信号は、各周波数シフタによりΔfの周波数間隔を以って周波数軸上に配置されている。

【0045】

参考文献２；F. Hamoaka et al., “Ultra-wideband Optical Receiver Using Electrical
Spectrum Decomposition Technique,” We1C-3, ECOC2020.

【0046】

次に、信号検出装置１０Ａの処理手順例を説明する。
図５は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0047】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0048】

（ステップＳ２）第ｎ周波数シフタ４２－ｎは、ｎΔｆの周波数シフト量を光信号に付与することで光信号の周波数を変換する。

【0049】

（ステップＳ３）Ｎ×１光カプラ５は、各周波数シフタ４２から出力された光信号を合波する。

【0050】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0051】

（ステップＳ１１）帯域分割部６３は、アナログ電気信号を複数の並列化信号として、ＡＤ変換器６４に出力する。

【0052】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0053】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0054】

以上のように、本実施形態では、受信部６Ａが更に帯域分割部６３を備えるようにしたので、アナログ電気信号に含まれる最高周波数が低減され、後段の電気回路およびデジタル回路に対する帯域制限および動作周波数制限の要求条件を緩和することが期待できる。

【0055】

なお、本実施形態では帯域分割部において２つの側波帯に分割出力する例を示したが、これに限定されることなく、単一のアナログ電気信号の入力に対し、帯域分割部はｑ個（ｑは１以上Ｎ以下の整数）の低速出力信号へ変換する機能を有していても良い。すなわち、帯域分割部６３は、複数の信号帯域から成る並列信号に分割した後にデジタル信号処理と信号処理を行うようにしてもよい。

【0056】

＜第３実施形態＞
図６は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図６のように、信号検出システム１Ｂは、信号検出装置１０Ｂと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ｂは、モード分波器３、空間周波数変換部４Ｂ（周波数変換部）、Ｎ×１光カプラ５（合波部）、および受信部６を備える。
空間周波数変換部４Ｂは、例えば、Ｎ（個のクロック部４１（第１クロック部４１－１、第２クロック部４１－２、…、第Ｎクロック部４１－Ｎ）、２Ｎ個の周波数シフタ４２（第１周波数シフタ４２－１－１、第１周波数シフタ４２－１－２、第２周波数シフタ４２－２－１、第２周波数シフタ４２－２－２、…、第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ－１、第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ－２）、偏光ビームスプリッタ４３（４３－１、４３－２、…、４３－Ｎ）、および偏光ビームコンバイナ４４（４４－１、４４－２、…、４４－Ｎ）を備える。
なお、図６に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0057】

空間周波数変換部４Ｂは、各光信号の周波数を変換する。本実施形態では、空間周波数変換部４は、各光信号を変更毎に周波数シフトすることで周波数の変換を行い、変換した信号を出力する。

【0058】

空間周波数変換部４Ｂは、各光信号系列に対し２つの周波数シフタ４２―ｎ－１，２を備える。２つの周波数シフタ４２―ｎ－１の入力それぞれには、偏波ビームスプリッタ４３が接続され、２つの周波数シフタの出力それぞれには、偏波ビームコンバイナ４４が接続されている。

【0059】

周波数シフトを実現する光変調器は、一般に導波路型のために入力光に対して偏波依存性を持つ。このため、本実施形態では、周波数シフタ４２の入力前後に偏波ビームスプリッタ４３または偏波ビームコンバイナ４４を設け、偏波ダイバーシティ化し、偏波多重信号への対応を可能とする。

【0060】

偏波ビームスプリッタ４３は、光学素子であり、モード分波器３からの各光信号出力をＳ偏光とＰ偏光に分離する。
第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－１は、ｎΔｆの周波数シフト量をＳ偏光に付与する。第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－２は、ｎΔｆの周波数シフト量をＰ偏光に付与することで光信号の周波数を変換する。
偏波ビームコンバイナ４４は、光学素子であり、第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－１が出力する光信号と、第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－２が出力する光信号と、を合波してＮ×１光カプラ５に出力する。

【0061】

次に、信号検出装置１０Ｂの処理手順例を説明する。
図７は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0062】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0063】

（ステップＳ２１）偏波ビームスプリッタ４３は、モード分波器３からの各光信号出力をＳ偏光とＰ偏光に分離する。

【0064】

（ステップＳ２２）周波数シフタ４２は、Δｆの周波数シフト量をＳ偏光またはＰ偏光に付与することで光信号の周波数を変換する。

【0065】

（ステップＳ２３）偏波ビームコンバイナ４４は、光学素子であり、第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－１が出力する光信号と、第ｎ周波数シフタ４２－ｎ－２が出力する光信号と、を合波する。

【0066】

（ステップＳ３）Ｎ×１光カプラ５は、各周波数シフタ４２から出力された光信号を合波する。

【0067】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0068】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0069】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0070】

以上のように、本実施形態では、周波数シフタ４２の入力前後に偏波ビームスプリッタ４３または偏波ビームコンバイナ４４を設け、偏光毎に周波数シフト量を付与するようにした。
これにより、本実施形態によれば、偏波ダイバーシティ化し、偏波多重信号への対応が可能になる。

【0071】

なお、受信部６は、帯域分割部６３を備える第２実施形態の受信部６Ｂであってもよい。

【0072】

＜第４実施形態＞
本実施形態では、光伝路ファイバ２を伝搬してきた各空間モードの光信号が、それぞれＫ個（Ｋは１以上の整数）の波長多重信号を持つＷＤＭ（Wavelength division multiplexing）信号を空間周波数変換部で一括処理する例を説明する。

【0073】

図８は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図８のように、信号検出システム１Ｃは、信号検出装置１０Ｃと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ｃは、モード分波器３、空間周波数変換部４Ｃ（周波数変換部）、Ｋ個のＮ×１光カプラ５（合波部）（Ｎ×１光カプラ５－１、…、Ｎ×１光カプラ５－Ｋ）、およびＫ個の受信部６（受信部６－１、…、受信部６－Ｋ）を備える。
空間周波数変換部４Ｃは、例えば、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個のクロック部４１（第１クロック部４１－１、第２クロック部４１－２、…、第Ｎクロック部４１－Ｎ）、Ｎ個の周波数シフタ４２（第１周波数シフタ４２－１、第２周波数シフタ４２－２、…、第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ）、およびＷＤＭ分波器４５（ＷＤＭ分波器４５－１、ＷＤＭ分波器４５－２、…、ＷＤＭ分波器４５－Ｎ）を備える。
なお、図８に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0074】

空間周波数変換部４Ｃは、各光信号の周波数を変換する。本実施形態では、空間周波数変換部４Ｃが各光信号を周波数シフトして光信号の周波数を変換し、さらにＷＤＭ分波器４５がチャネル毎に分波する。

【0075】

第ｎ周波数シフタ４２－ｎは、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して、ｎΔｆの周波数シフト量を一括で付与することで光信号の周波数を変換する。
ＷＤＭ分波器４５は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルをチャネル毎に分波する。
Ｎ×１光カプラ５は、各波長チャネルに対する出力信号を合波して出力する。
Ｋ個の受信部６は、各波長チャネルを、第１実施形態と同様の手段によって受信処理、復調処理を行う。

【0076】

図９は、本実施形態に係る空間周波数変換部のＷＤＭ分波器とＫ個のＮ×１光カプラとの接続関係を示す図である。図９のように、Ｎ×１光カプラ５－１にはＷＤＭ分波器４５－１～４５－Ｎそれぞれの第１のチャネル信号が入力され、Ｎ×１光カプラ５－２にはＷＤＭ分波器４５－１～４５－Ｎそれぞれの第２のチャネル信号が入力され、…、Ｎ×１光カプラ５－ＫにはＷＤＭ分波器４５－１～４５－Ｎそれぞれの第Ｋのチャネル信号が入力さる。

【0077】

次に、信号検出装置１０Ｃの処理手順例を説明する。
図１０は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0078】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0079】

（ステップＳ３１）第ｎ周波数シフタ４２－ｎは、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して、ｎΔｆの周波数シフト量を一括で付与することで光信号の周波数を変換する。

【0080】

（ステップＳ３２）ＷＤＭ分波器４５は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルをチャネル毎に分波する。

【0081】

（ステップＳ３３）Ｎ×１光カプラ５は、周波数シフト量が付与された光信号において、各波長チャネルに対する出力信号を合波する。

【0082】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0083】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0084】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0085】

以上のように、本実施形態では、空間周波数変換部４Ｃが各周波数シフタ４２の後段にＷＤＭ分波器４５を備え、その各波長チャネルに対する出力信号を後段のＮ×１光カプラ５で合波するようにした。そして、本実施形態では、各波長チャネルを、Ｋ個の受信部６によって、第１実施形態と同様の手段によって受信処理、復調処理を行うようにした。

【0086】

これにより、本実施形態によれば、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルを一括で周波数シフトすることができ、伝送路ファイバを伝搬してきた各空間モードの光信号が、それぞれＫ個の波長多重信号を持つＷＤＭ構成に対応することができる。
なお、第１～第３実施形態の構成でＫ個の波長多重信号を持つＷＤＭ信号を扱う場合は、空間周波数変換部４（または４Ａ、４Ｂ）をＫ個備える必要がある。
これに対して、本実施形態によれば、各ＷＤＭ波長チャネルを周波数シフトする第１～第３実施形態と比較して、空間周波数変換部の個数を１／Ｋ倍にできる効果がある。

【0087】

なお、各受信部６は、帯域分割部６３を備える第２実施形態の受信部６Ｂであってもよい。

【0088】

＜第５実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の空間周波数変換部４Ｃにおける周波数シフタ４２を周波数変換部４６として置換した構成例である。

【0089】

図１１は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図１１のように、信号検出システム１Ｄは、信号検出装置１０Ｄと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ｄは、モード分波器３、空間周波数変換部４Ｄ（周波数変換部）、Ｋ個のＮ×１光カプラ５（合波部）、およびＫ個の受信部６（受信部６－１、受信部６－２、…、受信部６－Ｋ）を備える。
空間周波数変換部４Ｄは、例えば、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の周波数変換部４６（第１周波数変換部４６－１、第２周波数変換部４６－２、…、第Ｎ周波数変換部４６－Ｎ）、およびＷＤＭ分波器４５（ＷＤＭ分波器４５－１、ＷＤＭ分波器４５－２、…、ＷＤＭ分波器４５－Ｎ）を備える。
なお、図１１に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0090】

空間周波数変換部４Ｄは、各光信号の周波数を変換する。本実施形態では、周波数変換部４６が各光信号を波長変換することで光信号の周波数を変換し、さらにＷＤＭ分波器４５がチャネル毎に分波する。

【0091】

周波数変換部４６は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して波長変換を行うことで光信号の周波数を変換する。なお、第ｎ周波数変換部４６－ｎには、例えば２ｆ_ｃ＋ｎΔｆの励起光が併せて入力される。波長変換を可能にする形態としては、例えば、高非線形ファイバ、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、半導体光増幅器、シリコン導波路などを用いた非線形光学効果を用いることができる。

【0092】

以下に、ＰＰＬＮ波長変換素子を用いた周波数変換例を説明する。
図１２は、本実施形態に係る空間周波数変換部内の第１周波数変換部から第Ｎ周波数変換部における周波数変換前後の光スペクトルの遷移の様子を示した図である。光スペクトルの遷移図ｇ２０１～ｇ２０３において、横軸は周波数である。なお、空間周波数変換部４Ｄへは、Ｋ個のＷＤＭ信号が入力光として入力される。

【0093】

第ｎ周波数変換部４６－ｎに２ｆ_ｃ＋ｎΔｆの励起光が併せて入力される場合、励起光と入力光との非縮退光パラメトリック過程により、元のＫ個のＷＤＭ信号は、図１２の光スペクトルの遷移図ｇ２０１～ｇ２０３のように、ｆ_ｃ＋ｎΔ／２の周波数（これを以下、中心周波数と呼称する）を対象軸として折り返されたような出力光（アイドラ光）を生ずる。
各周波数変換部４６への励起光の周波数をΔｆずつずらすことにより、空間周波数変換部４Ｄにおいて生成されるＷＤＭ信号は、Δｆずつずれた出力光を得ることができる。
なお、受信部６への各波長チャネルは、送信側から元々送られた光信号と比較して位相共役の関係にある。位相共役光を元の信号に戻すためには、例えば、コヒーレント受信機内部の位相ダイバーシティ構成における光路長による調整、またはデジタル信号処理部における位相共役反転処理を用いることができる。

【0094】

図１３は、本実施形態に係る空間周波数変換部の構成例を示す図である。図１３のように、空間周波数変換部４Ｄは、例えば、光源４０１、周波数コム生成部４０２、１×Ｎ光スプリッタ４０３、Ｎ個の光フィルタ４０４（４０４－１、４０４－２、…、４０４－Ｎ）、Ｎ個の光増幅器４０５（４０５－１、４０５－２、…、４０５－Ｎ）、Ｎ個の光フィルタ４０６（４０６－１、４０６－２、…、４０６－Ｎ）、Ｎ個のＰＰＬＮ４０７（４０７－１、４０７－２、…、４０７－Ｎ）、およびＮ個の周波数変換部４６（第１周波数変換部４６－１、…、第Ｎ周波数変換部４６－Ｎ）を備える。

【0095】

光源４０１は、励起光の種光となる連続光を周波数コム生成部４０２に出力する。

【0096】

周波数コム生成部４０２は、連続光を用いてΔｆずつの周波数間隔で配置された周波数コムを生成し、生成した周波数コムを１×Ｎ光スプリッタ４０３に出力する。周波数コムの生成方法としては、例えば複数の強度変調器を用いる構成やモードロックレーザを用いる構成があるが、これに限らない。

【0097】

次に、１×Ｎ光スプリッタ４０３は、周波数コムをＮ個に分岐しそれぞれを光フィルタ４０４（４０４－１、４０４－２、…、４０４－Ｎ）に出力する。

【0098】

光フィルタ４０４（４０４－１、４０４－２、…、４０４－Ｎ）は、入力された光信号に対してフィルタ処理を行って、光フィルタ４０４に対応する光増幅器４０５（４０５－１、４０５－２、…、４０５－Ｎ）へ出力する。

【0099】

光増幅器４０５（４０５－１、４０５－２、…、４０５－Ｎ）は、フィルタ処理された光信号に対して増幅処理を行って、光増幅器４０５に対応する個の光フィルタ４０６（４０６－１、４０６－２、…、４０６－Ｎ）へ出力する。

【0100】

光フィルタ４０６（４０６－１、４０６－２、…、４０６－Ｎ）は、入力された光信号に対してフィルタ処理を行って、光フィルタ４０６に対応するＰＰＬＮ４０７（４０７－１、４０７－２、…、４０７－Ｎ）へ出力する。

【0101】

ＰＰＬＮ４０７（４０７－１、４０７－２、…、４０７－Ｎ）は、入力された光信号に対して第二高調波を発生させ、ＰＰＬＮ４０７に対応する周波数変換部４６（第１周波数変換部４６－１、…、第Ｎ周波数変換部４６－Ｎ）へ出力する。例えば、ＰＰＬＮ４０７－１は、２ｆ_ｃ＋Δｆの光信号を第１周波数変換部４６－１へ出力し、…、ＰＰＬＮ４０７－Ｎは、２ｆｃ＋ＮΔｆの光信号を第Ｎ周波数変換部４６－Ｎへ出力する。
これにより、空間周波数変換部４Ｄは、２ｆ_ｃ＋Δｆから２ｆ_ｃ＋ＮΔｆまでΔｆずつの周波数間隔で配置されたＮ個の励起光を得る。

【0102】

空間周波数変換部４Ｄは、これらを差周波発生用の周波数変換部４６にそれぞれ励起光として入力することにより、中心周波数を軸として折り返されたような出力光を得ることができる。なお、図１３に示した構成は一例であり、これに限らない。例えば、図１３では構成の簡易性のため、Ｎ個の励起光の生成方法として、周波数コム生成を介して一括生成する方式を例示したがこれに限らない。例えば、Ｎ個の励起光は、Ｎ個の個別光源を用いて独立に生成しても良い。

【0103】

次に、信号検出装置１０Ｄの処理手順例を説明する。
図１４は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0104】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0105】

（ステップＳ４１）周波数変換部４６は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して波長変換を行うことで光信号の周波数を変換する。

【0106】

（ステップＳ４２）ＷＤＭ分波器４５は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルをチャネル毎に分波する。

【0107】

（ステップＳ４３）Ｎ×１光カプラ５は、周波数変換され分波された光信号において、各波長チャネルに対する出力信号を合波する。

【0108】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0109】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0110】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0111】

以上のように、本実施形態では、第４の実施形態の空間周波数変換部における周波数シフタを周波数変換部４６として置換するようにした。
これにより、本実施形態によれば、周波数シフタ部における周波数シフト量の電気帯域制限の回避やシフト変換効率（消光比）の高効率化を行うことができる。

【0112】

なお、各受信部６は、帯域分割部６３を備える第２実施形態の受信部６Ｂであってもよい。

【0113】

＜第６実施形態＞
本実施形態は、第５実施形態とは異なり、伝送帯域におけるデバイスの動作帯域を変更しない例である。

【0114】

図１５は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図１５のように、信号検出システム１Ｅは、信号検出装置１０Ｅと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ｅは、モード分波器３、空間周波数変換部４Ｅ（周波数変換部）、Ｋ個のＮ×１光カプラ５（合波部）、およびＫ個の受信部６（受信部６－１、受信部６－２、…、受信部６－Ｋ）を備える。
空間周波数変換部４Ｅは、例えば、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の周波数変換部４６（第１周波数変換部４６－１－１、第２周波数変換部４６－２－１、…、第Ｎ周波数変換部４６－Ｎ－１）、Ｎ個の周波数変換部４７（第１周波数変換部４７－１－１、第２周波数変換部４７－２－１、…、第Ｎ周波数変換部４７－Ｎ－１）、およびＷＤＭ分波器４５（ＷＤＭ分波器４５－１、ＷＤＭ分波器４５－２、…、ＷＤＭ分波器４５－Ｎ）を備える。
なお、図１５に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0115】

本実施形態では、第ｎ周波数変換部４６－ｎ－１の後に、直列に第ｎ周波数変換部４７－ｎ－１が接続され、第ｎ周波数変換部４７－ｎ－１の出力がＷＤＭ分波器４５－ｎの入力に接続されている。

【0116】

空間周波数変換部４Ｅは、各光信号の周波数を変換する。本実施形態では、周波数変換部４６が各光信号を周波数変換した後、周波数変換部４７が再度周波数変換し、さらにＷＤＭ分波器４５がチャネル毎に分波する。

【0117】

周波数変換部４６は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して波長変換を行うことで光信号の周波数の変換を行い、変換した光信号を周波数変換部４６に直列に接続されている周波数変換部４７へ出力する。
周波数変換部４７は、入力された光信号に対して波長変換を行うことで光信号の周波数の変換を行い、変換した光信号を周波数変換部４７に接続されているＷＤＭ分波器４５へ出力する。

【0118】

図１２を用いて説明したように、周波数変換部４６からの出力光は、中心周波数を軸として折り返された位相共役光となる。このことは、出力光が中心周波数から周波数軸上で離れているほど、またＷＤＭ信号チャネル数の数Ｋが大きいほど、入力光と比較して出力光が周波数軸上で離れた位置に生成されることを定性的に意味する。そのため、出力光が位置する新たな伝送帯域は、受信部内部の各素子の動作帯域外となる懸念がある。

【0119】

このため、本実施形態では、周波数変換による受信素子の動作帯域外となる事象を避けるため、周波数変換部を直列に配置し連続的に周波数変換を行うことにより、周波数変換部の入力光と出力光とを同一の伝送帯域にて取り扱うことが可能となる。
各周波数変換部４６、４７における励起光の周波数の設定の仕方は任意性が存在する。設定方法は、例えば、ｆ_ｃの周波数に位置する入力光に対し、ｎ番目の後段の周波数変換部４７（第１周波数変換部４７－１－１、第２周波数変換部４７－２－１、…、第Ｎ周波数変換部４７－Ｎ－１）により出力光がｆ_ｃ＋ｎΔｆの周波数を満たす条件において、各励起光の周波数が設定される。

【0120】

次に、信号検出装置１０Ｅの処理手順例を説明する。
図１６は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0121】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0122】

（ステップＳ４１）周波数変換部４６は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルに対して波長変換を行う。

【0123】

（ステップＳ５１）周波数変換部４７は、波長変換された光信号に対して、波長変換を行うことで光信号の周波数の変換を行う。

【0124】

（ステップＳ４２）ＷＤＭ分波器４５は、Ｋ個のＷＤＭ波長チャネルをチャネル毎に分波する。

【0125】

（ステップＳ４３）Ｎ×１光カプラ５は、周波数変換され分波された光信号において、各波長チャネルに対する出力信号を合波する。

【0126】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0127】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0128】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0129】

以上のように、本実施形態では、空間周波数変換部４Ｅ内部の各周波数変換部において、２つの周波数変換部を直列に配置するようにした。
これにより、本実施形態によれば、伝送帯域におけるデバイスの動作帯域を変更せずに処理を行うことができる。

【0130】

なお、各受信部６は、帯域分割部６３を備える第２実施形態の受信部６Ｂであってもよい。

【0131】

＜第７実施形態＞
本実施形態は、伝送帯域におけるデバイスの動作帯域を変更しない例である。

【0132】

図１７は、本実施形態に係る信号検出システムの構成例を示す図である。図１７のように、信号検出システム１Ｆは、信号検出装置１０Ｆと、光伝路ファイバ２を備える。
信号検出装置１０Ｆは、モード分波器３、空間周波数変換部４Ｆ（周波数変換部）、Ｋ個のＮ×１光カプラ５（合波部）、およびＫ個の受信部６（受信部６－１、受信部６－２、…、受信部６－Ｋ）を備える。
空間周波数変換部４Ｆは、例えば、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の相補周波数変換部４８（第１相補周波数変換部４８－１－１、第２相補周波数変換部４８－２－１、…、第Ｎ相補周波数変換部４８－Ｎ－１）、およびＷＤＭ分波器４５（ＷＤＭ分波器４５－１、ＷＤＭ分波器４５－２、…、ＷＤＭ分波器４５－Ｎ）を備える。
なお、図１７に示した構成は一例であり、これに限らない。

【0133】

相補周波数変換部４８は、光フィルタなどの手段によりＷＤＭ信号を低域周波数側と高域周波数側に分離し、それぞれのブランチに対し光パラメトリック過程による周波数変換を施し再度合波する（例えば参考文献３参照）。

【0134】

参考文献３；特許第６０９６８３１号公報

【0135】

次に、信号検出装置１０Ｆの処理手順例を説明する。
図１８は、本実施形態に係る信号検出装置の処理手順例のフローチャートである。

【0136】

（ステップＳ１）モード分波器３は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換する。

【0137】

（ステップＳ６１）相補周波数変換部４８は、低域周波数側と高域周波数側に分離し、それぞれのブランチに対し光パラメトリック過程による周波数変換を施すことで光信号の周波数の変換を行い、変換後に再度合波する。

【0138】

（ステップＳ６２）ＷＤＭ分波器４５は、チャネル毎に分波する。

【0139】

（ステップＳ６３）Ｎ×１光カプラ５は、各波長チャネルに対する出力信号を合波する。

【0140】

（ステップＳ４）コヒーレント受信機６２は、受信信号と局発光入力により、位相および偏波に対する変調情報を保持したまま、光電変換によってアナログ電気信号へ変換する。

【0141】

（ステップＳ５）ＡＤ変換器６４は、サンプリング処理によってアナログ電気信号からデジタル信号に変換する。

【0142】

（ステップＳ６）信号処理部６５は、例えば、波形歪除去、ＭＩＭＯ型信号処理、周波数オフセット補償、位相雑音補償、誤り訂正復号などを含む所定の信号処理を行って、元の正しい情報系列へと復調する。

【0143】

以上のように、本実施形態では、空間周波数変換部４Ｆが相補周波数変換部４８を備えるようにした。
これにより、本実施形態によれば、波長変換部の入力光と出力光とを同一の伝送帯域にて取り扱うことが可能となる。

【0144】

なお、各受信部６は、帯域分割部６３を備える第２実施形態の受信部６Ｂであってもよい。

【0145】

なお、上述した各実施形態において、空間周波数変換部（周波数変換部）、受信部の機能の各機能の全て又は一部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成されていてもよい。空間周波数変換部、受信部の機能の各機能の全て又は一部は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、例えば、周波数シフタ部、コヒーレント受信機、ＡＤ変換器、及び信号処理部として機能する。なお、空間周波数変換部、受信部の機能の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線や光通信回線を介して送信されてもよく、クラウドから供給されてもよい。

【0146】

＜効果の説明＞
以下に、上述した実施形態の効果を確認するために行った評価結果例を説明する。
第１実施形態の効果を確認するために、３モードの数モードファイバを用いた伝送実験を行った。
まず６ＧＢａｕｄのＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying （４位相偏移変調））信号を光変調器により生成し、遅延系による３系統の入力信号をモード合波器に入力することにより３モードのモード多重光信号を得た。次に数モードファイバのパッチコードで接続された対のモード分波器に当該光信号を入力し再度３系統の基底モード（ＬＰ０１）に変換した。このとき、３系統の基底モード信号は互いに混合している。これは、伝送評価系における伝送路は短距離であるものの、合分波器の不完全性により３つのモード間には無視できないレベルの結合が生じるためである。３系統の基底モード信号のうち、元々ＬＰ１１ａモードであった信号に対し周波数シフタによって＋１２（ＧＨｚ）の周波数シフトを付与し、他方元々１１ｂモードであった信号に対し周波数シフタ４２によって-１２（ＧＨｚ）の周波数シフトを付与した。なお、ＬＰ１１ａモード、１１ｂモードは、伝搬モードである。その後、３つの基底モード信号を３ｘ１カプラによって合波し、単一の受信部６によって受信した。

【0147】

図１９は、第１実施形態の信号検出装置１０によって得られたデジタル領域の受信信号のスペクトル例を示す図である。図１９において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は強度（１０ｄＢ／ｄｉｖ）である。図１９のように、評価結果では、低周波側から１２（ＧＨｚ）置きにモード３（ＬＰ１１ｂ）（ｇ３０１）、モード１（ＬＰ０１）（ｇ３０２）、モード２（ＬＰ１１ａ）（ｇ３０３）の信号が周波数多重されている様子が見て取れる。

【0148】

次に、信号処理部６５は、本信号のモード２とモード３の信号に対しデジタル信号処理による周波数シフトを施してベースバンド信号に変換し、その後ＭＩＭＯ等化処理によって元の３つのＱＰＳＫ信号系列への復調を行った。
図２０は、第１本実施形態によって得られたＱＰＳＫのコンスタレーション例を示す図である。図２０のように、評価では、第１実施形態の信号検出装置１０で、３モードの信号が単一の受信部６によって高品質に受信されていることを確認できた。

【0149】

上述したように、各実施形態の信号検出装置１０（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ）は、伝送路ファイバ２において励振されている複数の高次モードを含むＮ個の空間モード信号を、Ｎ個の基底モードに変換して出力するモード分波器３と、各光信号の周波数を変換する空間周波数変換部４（または４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ）（周波数変換部）と、Ｎ個の光信号を合波するＮ×１光カプラ５（コンバイナ）と、合波された光信号を位相および偏波に対する変調情報を保持したまま光電変換し、デジタル信号変換、信号処理を行い元の情報系列へ復調する受信部６（または６Ａ）を備えるようにした。

【0150】

これにより、各実施形態によれば、空間分割多重伝送技術を適用した伝送システムにおいて、複数モードの信号をモード数よりも少ない数の受信部により受信可能となるため、受信装置における構成が低減され、装置サイズ・消費電力の低減、製造コストの削減が可能となる。

【0151】

近年、デジタルコヒーレント伝送技術により、複雑な位相同期回路等を用いることなく、小型、安価、かつ低消費電力な特性を持つ光送受信モジュール及びそれを用いた光トランシーバが実現されている。デジタルコヒーレント伝送技術の登場により、大容量光ネットワークを構成する光伝送時における受信感度の改善のみならず、光搬送波の振幅や位相や偏波に情報を載せることで情報伝送効率を飛躍的に向上させることが可能になっている。
各実施形態をデジタルコヒーレント伝送に適用することで、受信装置における構成を低減することができる。

【0152】

（変形例）
上述した各実施形態において、信号検出装置１０（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ）は、上述した構成以外の機能部を備えていてもよい。
また、上述した評価では、ＱＰＳＫ信号を用いた例を説明したが、これに限らない。信号検出装置１０（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ）に入力される信号は、例えば、ＢＰＳＫ（Ｂinary Ｐhase Ｓhift Ｋeying（二位相偏移変調））、ＤＰＳＫ（差動位相偏移変調）等であってもよい。

【0153】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0154】

本発明は、伝送システムに適用可能である。

【符号の説明】

【0155】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…信号検出システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…信号検出装置、２…光伝路ファイバ、３…モード分波器、４，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ、４Ｆ…空間周波数変換部、５，５－１，…，５－Ｋ…Ｎ×１光カプラ、６，６－１，…，６－Ｋ，６Ａ…受信部、４１…クロック部（第１クロック部４１－１，第２クロック部４１－２，…，第Ｎクロック部４１－Ｎ）、４２…周波数シフタ（第１周波数シフタ４２－１，第２周波数シフタ４２－２，…，第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ，第１周波数シフタ４２－１－１，第１周波数シフタ４２－１－２，第２周波数シフタ４２－２－１，第２周波数シフタ４２－２－２，…，第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ－１，第Ｎ周波数シフタ４２－Ｎ－２）、４３，４３－１，４３－２，…，４３－Ｎ…偏光ビームスプリッタ、４４，４４－１，４４－２、…，４４－Ｎ…偏光ビームコンバイナ、４５，４５－１，４５－２，…，４５－Ｎ…ＷＤＭ分波器、４６…周波数変換部（第１周波数変換部４６－１，第２周波数変換部４６－２，…，第Ｎ周波数変換部４６－Ｎ）、４７…周波数変換部（第１周波数変換部４７－１，第２周波数変換部４７－２，…，第Ｎ周波数変換部４７－Ｎ）、６１…局受光部、６２…コヒーレント受信機、６３…帯域分割部、６４…ＡＤ変換器、６５…信号処理部、４０１…光源、４０２…周波数コム生成部、４０３…１×Ｎ光スプリッタ、４０４，４０４－１，４０４－２，…，４０４－Ｎ…光フィルタ、４０５，４０５－１，４０５－２，…，４０５－Ｎ…光増幅器、４０６，４０６－１，４０６－２，…，４０６－Ｎ…光フィルタ、４０７，４０７－１，４０７－２，…，４０７－Ｎ…ＰＰＬＮ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】