光通信系统、光发送器、光接收器以及光转发器的制作方法

专利名称：光通信系统、光发送器、光接收器以及光转发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统、光发送器、光接收器以及光转发器，尤其涉及光OFDM通信系统以及使用多载波的光通信系统，更具体而言，涉及在光OFDM (Orthogola FrequencyDivision Multiplexing :正交频分复用)通信系统中减小 PAPR (Peak-to-Average PowerRatio :峰值功率与平均功率之比)的光通信系统、光发送器、光接收器以及光转发器。
背景技术：
至今逐步实用化的光通信系统利用使用光的强度的2值的调制解调技术。具体而言，在发送侧将数字信息的“0”和“I”变换为光的强度的ON (通)一 OFF (断)并发送至光纤，在光纤中传播的光在接收侧被光电变换，来恢复原本的信息。近年来，随着互联网的爆发性的普及，光通信系统所要求的通信容量飞跃性增长。针对通信容量的大容量化的要求，迄今为止，通过使光ON (通)一 OFF (断)的速度、即调制速度上升来进行应对。但是，作为使该调制速度上升来实现大容量化的方法，一般存在下述课题。存在以下课题，即如果使调制速度上升，则由光纤的波长分散限制可传送距离变短。一般而言，由波长分散限制的传送距离按照比特率的平方变短。也就是说，如果比特率变为2倍，则由波长分散限制的传送距离变为1/4。同样，存在以下课题，即如果使调制速度上升，则由光纤的偏振波分散限制的可传送距离变短。一般而言，如果比特率变为2倍，则由偏振波分散限制的传送距离变为1/2。下面具体示出波长分散的影响，如果比特率为IOGbps且使用通常分散光纤，则由波长分散限制的传送距离为60km，但如果变成比特率为40Gbps的系统，则其距离变短为大约4km。进而，在次时代的IOOGbps系统的情况下，由波长分散限制的传送距离成为0. 6km，在这种状态下，无法实现传送距离为500km左右的干线光通信系统。为了架构超高速的干线光通信系统，现在，为了抵消传送路径的波长分散，而将具有负的波长分散的所谓分散补偿光纤这种特殊的光纤设置在中继器和收发机中。该特殊光纤价格很高，另外将该分散补偿光纤在各站点设置多少(分散补偿光纤的长度)需要高度的设计，这两方面提高了光通信系统的价格。因此，最近，作为增加通信容量的光调制解调方式，使用OFDM技术的光通信系统的研究受到注目。OFDM技术是以下技术在I符号时间内正交的、即具有I符号时间的倒数的整数倍的频率的多个正弦波(将其称为副载波)各自的振幅和相位设定为规定的值从而承载信息(进行调制)，通过汇集这些副载波而成的信号来调整载波并进行发送。该OFDM技术用于在电话局与家庭之间通信的VDSL(Very high bit rate Digital Subscriber Line)系统、家庭内的电力线通信系统以及地面波数字电视系统，并得到实用化。进而，还预定用于次时代的便携式电话系统。光OFDM通信系统是将光作为载波来适用OFDM技术的通信系统。在OFDM技术中，如上所述使用多个副载波，进而各个副载波的调制方式例如可以适用4 - QAM,8 - PSK或16 - QAM等多值调制方式，因此I符号时间与比特率的倒数相比非常长。作为其结果，由上述波长分散或偏振波分散限制的传送距离与光通信系统中设想的传送距离(例如，在国内的干线系统中为500km)相比充分长，能够不需要上述分散补偿光纤或削减其数量。结果，有能够实现低成本光通信系统的可能性。在图2中表示使用直接检波方式的以往的光OFDM通信系统的结构图。光发送器I 一 I与光接收器2 - I由光纤3连接。如果本来要通信的数据从输入端子4输入至光发送器I 一 1，则由光发送器I 一 I的内部的发送信号处理部100变换为基带OFDM信号,该信号由驱动放大器13放大，由光调制器12对作为载波的光进行电场调制或强度调制，从而生成光OFDM信号。该光OFDM信号通过作为传送路径的光纤3，到达光接收器2 — I。光OFDM信号由光电二极管21直接检波接收，并被变换为电信号。该电信号在理想上是上述基带OFDM信号，该信号由前置放大器22放大，并由接收信号处理部200解调为本来要通信的数据,并从输出端子5输出。在图3中表示发送信号处理部100的功能结构图。另外，在图4中表示接收信号处理部200的功能结构图。要通信的数据首先由串行一并行变换部110变换为2N个并行数据。在此,N是承载数据的副载波的个数。在副载波的调制为4 - QAM的情况下是2N个并行数据，而这在例如16 - QAM的情况下为4N个。即，串行数据被变换为“I符号的比特数X副载波的个数”个并行数据。副载波调制部120利用该并行数据对N个副载波施加调制。该调制后的副载波由逆FFT部130变换为时间轴的数据，并由并行一串行变换部140变换为串行数据。该串行数据由循环前缀插入部150插入循环前缀，通过D/A变换部160作为模拟信号向驱动放大器送出信号。在接收信号处理部200中，将由前置放大器放大的接收电信号通过A/D变换部210变换为数字信号，由循环前缀删除部220删除循环前缀，由串行一并行变换部230变换为N个并行数据。这些并行数据在FFT部240中被分离为N个副载波信号，由副载波解调部250对各副载波上承载的数据进行解调，由并行一串行变换部260变换为串行数据。在光通信系统中和无线通信系统中都存在以下课题，即0FDM信号的PAPR (峰值功率与平均功率之比)大。在无线通信的情况下，在驱动发送天线的功率放大器的线性恶化的情况下，在峰值功率时信号失真，引起接收灵敏度恶化，或由于信号谱的加宽而对相邻无线信道引起干扰。在光通信系统中，存在无线通信系统所不存在的光纤通信固有的由PAPR大而引起的课题。这是下述称为非线形相位旋转的现象，即在峰值功率大的时刻，光的相位与其他时刻的相位相比多余地旋转。这是由作为传送路径的光纤表现出弱的非线性而引起的现象。光纤所具有的非线形光学效果、所谓Kerr效果可以由下式记载。[数I]
权利要求
1.一种光通信系统，具备光发送器，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，并经由光纤发送光信号；以及光接收器，对从该光纤中传播来的光信号进行光电变换，对各副载波信号进行解调来再现原来的数字数据；所述光发送器具有发送信号处理部，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，对调制后的该副载波信号进行逆FFT运算来生成基带OFDM信号；第I振荡器，输出预定频率的正弦波；相位调制部，将该基带OFDM信号相位调制至作为所述第I振荡器的输出的正弦波；以及电一光变换部，将从所述相位调制部输出的正弦波变换为光信号；所述光接收器具有光一电变换部，将经由所述光纤从所述光发送器接收的光信号变换为电信号；第2振荡器，生成频率与所述第I振荡器大致一致的正弦波；同步检波部，通过作为所述第2振荡器的输出的正弦波，对所述光一电变换部的输出进行同步检波；以及接收信号处理部，根据对所述同步检波部的输出进行FFT变换而得到的副载波信号，再现原来的数字数据。
2.如权利要求I记载的光通信系统，其特征在于，所述光一电变换部利用光电二极管进行直接检波接收。
3.如权利要求I或2记载的光通信系统，其特征在于，从所述第I以及第2振荡器输出的正弦波的频率fm与所述基带OFDM信号的带域B满足fm > 2B的关系。
4.如权利要求I至3中某一项记载的光通信系统，其特征在于，所述电一光变换部产生光单边带信号。
5.如权利要求4记载的光通信系统，其特征在于，所述电一光变换部具有光IQ调制器作为产生所述光单边带信号的机构，该光IQ调制器将所述相位调制部的输出作为I成分的调制信号，将对该I成分的调制信号进行希尔伯特变换而得到的信号作为Q成分的调制信号。
6.如权利要求1、3、4及5中某一项记载的光通信系统，其特征在于，所述光一电变换部具备局部激光器、合波用光耦合器部和光电二极管，进行相干检波接收。
7.一种光发送器，是光通信系统中的光发送器，该光通信系统具备所述光发送器，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，并经由光纤发送光信号；以及光接收器，对在该光纤中传播后的光信号进行光电变换，对各副载波信号进行解调来再现原来的数字数据；该光发送器具备发送信号处理部，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，对调制后的该副载波信号进行逆FFT运算来生成基带OFDM信号；振荡器，输出预定频率的正弦波；相位调制部，将该基带OFDM信号相位调制至作为所述振荡器的输出的正弦波；以及电一光变换部，将从所述相位调制部输出的正弦波变换为光信号。
8.如权利要求7记载的光发送器，其特征在于，从所述振荡器输出的正弦波的频率fm与所述基带OFDM信号的带域B满足fm > 2B的关系。
9.如权利要求7或8记载的光发送器，其特征在于，所述电一光变换部产生光单边带信号。
10.如权利要求9记载的光发送器，其特征在于，所述电一光变换部具有光IQ调制器作为产生所述光单边带信号的机构，该光IQ调制器将所述相位调制部的输出作为I成分的调制信号，将对该I成分的调制信号进行希尔伯特变换而得到的信号作为Q成分的调制信号。
11.一种光接收器，是光通信系统中的光接收器，该光通信系统具备光发送器，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，并经由光纤发送光信号；以及所述光接收器，对在该光纤中传播后的光信号进行光电变换，对各副载波信号进行解调来再现原来的数字数据；所述光接收器具有光一电变换部，经由所述光纤，接收将基带OFDM信号相位调制至预定频率的正弦波而得到的光信号，并变换为电信号；振荡器，预先设定与所述频率大致一致的频率，生成该频率的正弦波；同步检波部，通过作为所述振荡器的输出的正弦波，对所述光一电变换部的输出进行同步检波；以及接收信号处理部，根据对所述同步检波部的输出进行FFT变换而得到的副载波信号，再现原来的数字数据。
12.如权利要求11记载的光接收器，其特征在于，所述光一电变换部利用光电二极管进行直接检波接收。
13.如权利要求11记载的光接收器，其特征在于，所述光一电变换部具备局部激光器、光合波部和光电二极管，进行相干检波接收。
14.一种光转发器，具备发送部和接收部，该发送部具有发送信号处理部，将数字数据映射到于整个符号时间相互正交的多个副载波上来进行调制，并对调制后的该副载波信号进行逆FFT运算来生成基带OFDM信号；第I振荡器，输出预定频率的正弦波；相位调制部，将该基带OFDM信号相位调制至作为所述第I振荡器的输出的正弦波；以及电一光变换部，将从所述相位调制部输出的正弦波变换为光信号；所述接收部具有光一电变换部，将经由所述光纤接收的光信号变换为电信号；第2振荡器，生成频率与所述第I振荡器大致一致的正弦波；同步检波部，通过作为所述第2振荡器的输出的正弦波，对所述光一电变换部的输出进行同步检波；以及接收信号处理部，根据对所述同步检波部的输出进行FFT变换而得到的副载波信号，再现原来的数字数据。
15.如权利要求14记载的光转发器,其特征在于，以一台振荡器兼用所述发送部的第I振荡器和所述接收部的第2振荡器。
全文摘要
在光OFDM通信系统中，减小PAPR。通过作为发送信号处理部(100)的输出的基带OFDM信号，对设在发送器内部的RF振荡器输出的正弦波进行相位调制，利用该相位调制后的正弦波对光波进行调制。如果将该光作为信号光来实现光通信，则在光纤内部的光功率大的位置，能够实现PAPR为6dB以下的低值，能够解决上述课题。使该信号光在作为传送路径的光纤中传播，由接收器变换为电信号。通过以与设置在发送器内部的上述RF振荡器相同频率振荡的RF振荡器的输出正弦波，对该电信号进行同步检波。对该同步检波输出进行通常的接收用OFDM信号处理，来恢复数据。
文档编号H04J14/02GK102714541SQ20108006162
公开日2012年10月3日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者佐佐木慎也 申请人:株式会社日立制作所