专利名称：光通信系统、光发送器及转发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统、光发送器及转发器(transponder)，特别涉及使用多载波的光OFDM通信系统，更具体地讲，涉及在光OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)通信系统中降低光接收器的所需频带宽度的光通信系统、光发送器及转发器。
背景技术：
目前实用化的光通信系统的多数采用了使用光的强度的2值的调制解调技术。具体而言，在发送侧将数字信息的“O”和“ I ”转换为光的强度的开启、关闭(0N/0FF)，向光纤发送，将在光纤中已传播的光在接收侧进行光电转换，将原来的信息复原。近年来，随着因特网的爆发性的普及，对光通信系统要求的通信容量飞跃性地提高。对于通信容量的大容量化的需求，到目前为止，通过使光的开启、关闭的速度、即调制速度上升来应对。但是，在使该调制速度上升而实现大容量化的方法中，一般有以下所述的课题。
有如果使调制速度上升则被光纤的色散所限制的可传送的距离变短的课题。一般被色散限制的传送距离按比特率的平方变短。即，如果比特率成为2倍，则受色散限制的传送距离成为1/4。同样，还有如果使调制速度上升则受光纤的偏振色散限制的可传送的距离变短的课题。一般而言，如果比特率成为2倍，则受偏振色散限制的传送距离成为1/2。如果具体地表示色散的影响，则如果以比特率IOGbps使用单模光纤，则受色散限制的传送距离是60km，但如果成为比特率为40Gbps的系统，则其距离变短为约4km。进而，在下一代的IOOGbps系统的情况下，受色散限制的传送距离成为0.6km，这样不能实现传送距离为500km左右的主干光通信系统。为了构建超高速的主干光通信系统，目前为了抵消传送路径的色散而将具有负的色散的所谓色散补偿光纤的特殊的光纤设置在中继器或收发机中。该特殊光线较昂贵，此外需要决定设置在收发机或光中继器内部中的色散补偿光纤的量的高级的设计，这两者推升了光通 信系统的价格。
所以，最近，作为使通信容量增加的光调制解调方式，使用OFDM技术的光通信系统的研究受到关注。OFDM技术是通过将在I码元(symbol)时间内相互正交的、即具有I码元时间的倒数的整数倍的频率的许多正弦波(将其称作子载波)的各自的振幅和相位设定为规定的值，由此来搭载(调制)信息，用将这些子载波聚束后的信号将载波(输送波)调制并发送的技术。该OFDM技术在电话局与家庭之间通信的VDSL (Very high bit rateDigital Subscriber Line，超高比特率数字用户线路)系统、或家庭内的电力线通信系统、还有地面波数字TV系统中使用而实用化。进而，在下一代的便携电话系统中也计划使用。
光OFDM通信系统是以光为载波、采用OFDM技术的通信系统。在OFDM技术中，如上述那样使用许多子载波，进而，各个子载波的调制方式例如可以采用4 - QAM,8 - PSK或16 — QAM等多级调制方式，所以I码元时间与比特率的倒数相比非常长。作为其结果，受上述色散或偏振色散限制的传送距离与在光通信系统中设想的传送距离(例如在国内的主干系统中是500km)相比足够长，不需要上述色散补偿光纤。结果，有可能能够实现低成本光通信系统。使用直接检波接收方式的光通信系统与无线通信系统不同，接收到的光电流与光的电场的绝对值的平方成比例(另一方面，在无线通信系统中，流到接收天线中的电流与电场成比例)。因为该特征，所以在使用直接检波接收方式的光OFDM通信中，发生在无线OFDM通信中没有的课题。即，由于接收到的光电流与光电场的绝对值的平方成比例，所以有子载波间的差拍信号(beat signal)与本来的信号发生干涉的课题。将该课题以下称作子载波间差拍干涉。现有技术文献非专利文献非专利文献1:Brendon J.C.Schmidt, Arthur J.Lowery and Liang B.Du, “LowSampling Rate Transmitter for Direct — Detection Optical OFDM”， 0FC/NF0EC2009,0WM4,2009
发明概要发明要解决的课题在以往的光OFDM通信中，进行了避免该子载波间差拍干涉的提案。该提案是作为从发送器发送的光信号而在子载波信号以外还同时发送载波、进而在这些载波与子载波信号之间在频率轴上设置保护带(guard band)的提案。将该光OFDM信号的频谱表示在图3中。观察该图也可知，将作为OFDM信号的多个子载波和载波同时发送，并且在载波与OFDM信号之间，在频率轴上设定了与OFDM信号的频带宽度(B)大致相等的宽度的保护带。将直接检波接收到该光OFDM信号的情况下的光电流的频谱表示在图4中。由该图可知，在本来应接收的信号(载波与子载波的差拍信号)的低频侧存在子载波间差拍信号，由于它们能够在频率轴上分离，所以对于接收特性没有表现出影响。这是在以往光OFDM通信中提案的、避免子载波间差拍干涉的方法。在避免该子载波间差拍干涉的方法中有两个课题。首先，为了生成具有图3的频谱的光OFDM信号，在进行信号生成时需要也将载波包含在内，光发送器的高频电路、特别是数字模拟转换部(例如，相当于后述的图2的116、116 -1)被要求超高速动作。这是第一课题。如果更具体地叙述，则本来能够以2B的速度生成基带OFDM信号，但在包括载波而生成信号的情况下需要以4B的速度动作。第二课题是接收器的频带也被要求宽频带性。为了接收图4的光电流而将信号解调，需要多出保护带B的、宽频带的光电转换部。进而，模拟数字转换部(相当于后述的
图11的221)也需要以超高速动作的电路。一般高速动作的电子电路非常昂贵，或者在最差的情况下、即在要实现的比特率过高的情况下将难以获得，系统不能实现。提出了一个对于第一课题、即光发送器(特别是数字模拟转换部)的宽频带化的解决对策(非专利文献1)，它是将载波在基带OFDM信号的生成后进行相加的方法。非专利文献I所记述的技术是为了避免第一课题、即光发送器的数字模拟转换部的高速化的技术。对于第二课题、即光接收器特别是光电转换部或模拟数字转换部的宽频带化及高速化的对策依然是未解决。 发明内容
本发明是鉴于以上的问题而做出的，目的是提供一种在光OFDM通信系统中能够不受子载波间差拍干涉的影响、进而不使光接收器的频带宽频带化而实现的光通信系统、光发送器及转发器。
用于解决课题的手段
在本发明中，按照每个OFDM的码元时间交替地发送不同的频谱的光OFDM信号，将该光用光纤传送后，用延迟时间等于I码元时间的延迟干涉仪和平衡型直接检波接收器进行光电转换。
以下，更具体地记述用来解决课题的手段。关于各图也在实施方式中说明，以下适当参照。
使用图1说明本发明。在本发明的光通信系统中，光发送器100与光接收器200用光纤300连接。在光发送器100内部的发送信号处理部110中，将从输入端输入的要通信的数据转换为基带OFDM信号。这里，发送信号处理部的结构例如是图2所示那样。
将基带OFDM信号的实部和虚部用电光转换部120转换为光OFDM信号，向光纤300发送。该光OFDM信号如图6所示，按照每个OFDM码元时间交替地取图7所示的两种频谱。
经过光纤300后的该光OFDM信号向光接收器200入射。光接收器200具备延迟时间T等于OFDM的I码元时间的延迟干涉仪230、平衡型光电转换部210及接收信号处理部220。将通过延迟干涉仪230与I码元时间前的光信号干涉后的光OFDM信号用平衡型光电转换部210转换为电信号，将该电信号用接收信号处理部220解调为作为信息的数据并输出。
在图8中表示延迟干涉仪的结构，在图9中表示平衡型光电转换部的结构，在图11中表示接收信号处 理部的结构例。
接着，在该光发送器和光接收器的结构中，没有子载波间差拍干涉的影响，光接收器的频带呈现为比以往方式窄。将图7的频谱的光电场E (t)用下式表示。
[数式l]E(t) = Ec(t) +Es (t) (I)
这里,Ec (t)表不载波的电场,Es (t)表不OFDM信号的电场。由图7可知，由载波的光频率和多个子载波构成的OFDM信号的光频率按照每个码元而交替地变化。该光电场E (t)经过光纤300向 延迟干涉仪230入射。来自延迟干涉仪230的输出端口 I和2 (参照图8)的光电场分别用下式表示。
[数式2]
Eportl ⑴ ο- E (t) +E (t+T)
Eport2 (t) ο- E (t) -E (t+T)、 (2)
这里，T表示延迟干涉仪230的延迟时间、即OFDM的码元时间。
这些光被平衡型光电转换部210转换为电信号，分别流到平衡型光电转换部210的两个光电二极管中的电流表示为数式3
[数式3]
I1U) -1 Eportl (t) I2
i2(t) -1Eport2(t) I2, (3)
结果，平衡型光 电转换部210的输出V (t)成为下式。
[数式4]
权利要求
1.一种光通信系统，其中光发送器在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，经由光纤用光信号进行发送，光接收器对在该光纤中传播来的光信号进行光电转换，将各子载波信号解调而再现原来的数字数据，其特征在于， 上述光发送器具备: 发送信号处理部，在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，由调制后的子载波信号生成基带OFDM信号；和 电光转换部，将该基带OFDM信号调制为激光，生成光OFDM信号； 由上述发送信号处理部和上述电光转换部按照每个码元时间交替地发送波长不同的光CFDM信号； 上述光接收器具有: 至少一个由延迟干涉部和平衡型光电转换部构成的组，该延迟干涉部使经由光纤从上述光发送器接收到的光OFDM信号的一部分延迟码元时间而与光OFDM信号合成，该平衡型光电转换部将合成后的光信号转换为电信号；和 接收信号处理部，由上述光电转换部的输出得到子载波信号，根据该子载波信号将数据解调，再现原来的数字数据。
2.如权利要求1所 述的光通信系统，其特征在于， 上述光发送器将由多个子载波和载波构成的光OFDM信号的波长按照每个码元时间交替地改变而发送。
3.如权利要求2所述的光通信系统，其特征在于， 上述载波的频率与单个的子载波的频率的差至少为多个子载波整体的频带宽度的一半以上。
4.如权利要求1 3中任一项所述的光通信系统，其特征在于， 上述光发送器， 对于第I载波、和频率比该第I载波大的第2载波， 生成包含多个子载波和处于该子载波的下边带波中的第I载波的第I光OFDM信号， 生成包含多个子载波和处于该子载波的上边带波中的第2载波的第2光OFDM信号， 对该第I光OFDM信号及第2光OFDM信号按照每个码元时间交替地进行发送。
5.如权利要求1 4中任一项所述的光通信系统，其特征在于， 在上述接收信号处理部中，按照对上述光电转换部的输出进行模拟数字A/D转换并将转换后的信号进行快速傅立叶变换而得到的每个子载波，减去I码元时间之前的子载波的数据，得到每个码元时间的子载波。
6.如权利要求1 4中任一项所述的光通信系统,其特征在于， 上述光接收器还具备将来自上述光发送器的光OFDM信号根据波长分别向两个输出端口分波的滤光器； 使来自上述滤光器的两个输出端口的光向两个上述延迟干涉部分别入射，将这两个上述延迟干涉部的各自的输出用两个上述平衡型光电转换部分别转换为电信号； 上述接收信号处理部对转换后的电信号按照每个码元时间交替地进行选择，根据所选择的信号得到子载波信号，再现原来的数字数据。
7.如权利要求1 6中任一项所述的光通信系统，其特征在于，上述电光转换部具有: 光源部，按照每个码元时间交替地输出2波长的光； 振荡部，分别产生两个频率的正弦波信号和余弦波信号； 第I加法器，对基带OFDM信号的实部，按照每个码元时间交替地加上两个频率的余弦波信号； 第2加法器，对基带OFDM信号的虚部，按照每个码元时间交替地加上两个频率的正弦波信号；和 光I 一 Q调制器，用来自上述第I加法器及第2加法器的信号对来自上述光源部的光进行调制，输出光OFDM信号。
8.如权利要求7所述的光通信系统，其特征在于， 上述两个频率的正弦波信号是相反相位。
9.如权利要求1 6中任一项所述的光通信系统,其特征在于， 上述电光转换部具有: 光源部，按照每个码元时间交替地输出2波长的光； 振荡部，分别产生不同的两个频率的余弦波信号； 加法器，对基带OFDM信号的实部，按照每个码元时间交替地加上两个频率的余弦波信号; 光I 一 Q调制器，用来自上述加法器的信号及基带OFDM信号的虚部对来自上述光源部的光进行调制并输出； 上述光发送部还具有将在OFDM信号的两侧出现的两个载波的一个截断的带通滤波器。
10.如权利要求1 6中任 一项所述的光通信系统,其特征在于， 上述发送信号处理部具有: 振荡部，产生正弦波信号和余弦波信号； 第I加法器，对基带OFDM信号的实部加上来自上述振荡部的余弦波信号；和 第2加法器，对基带OFDM信号的虚部加上来自上述振荡部的正弦波信号； 上述电光转换部具有: 光源部，分别输出2波长的光； 第I光I 一 Q调制器，用来自上述第I加法器的信号对来自上述光源部的光中的一方进行调制；和 第2光I 一 Q调制器，用来自上述第2加法器的信号对来自上述光源部的光中的另一方进行调制； 上述电光转换部中，来自上述第I加法器的信号和来自上述第2加法器的信号按照每个码元时间交替地向上述第I光I一 Q调制器和上述第2光I一 Q调制器输入，上述电光转换部将上述第I光I一 Q调制器的输出与上述第2光I一 Q调制器的输出合波并输出。
11.一种光发送器，是光通信系统中的光发送器，在该光通信系统中，上述光发送器在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，经由光纤用光信号进行发送，光接收器对在该光纤中传播来的光信号的一部分延迟码元时间并与该光信号合成，对合成后的光信号进行光电转换，将各子载波信号解调而再现原来的数字数据，其特征在于， 上述光发送器具备: 发送信号处理部，在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，由调制后的子载波信号生成基带OFDM信号；和 电光转换部，将该基带OFDM信号调制为激光，生成光OFDM信号； 由上述发送信号处理部和上述电光转换部按照每个码元时间交替地发送不同的2波长的光OFDM信号。
12.—种转发器，是光通信系统中的转发器，在该光通信系统中，光发送器在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，经由光纤用光信号进行发送，光接收器对在该光纤中传播来的光信号进行光电转换，将各子载波信号解调而再现原来的数字数据，其特征在于， 上述转发器具备上述光发送器及上述光接收器； 上述光发送器具备: 发送信号处理部，在码元时间内将数字数据映射至相互正交的多个子载波而进行调制，由调制后的子载波信号生成基带OFDM信号；和 电光转换部，将该基带OFDM信号调制为激光，生成光OFDM信号； 由上述发送信号处理部和上述电光转换部按照每个码元时间交替地发送不同的2波长的光OFDM信号； 上述光接收器具有: 至少一个由延迟干涉部和平衡型光电转换部构成的组，该延迟干涉部使经由光纤从上述光发送器接收到的光OFDM信号的一部分延迟码元时间并与光OFDM信号合成，该平衡型光电转换部将合成后的光信号转换为 电信号；和 接收信号处理部，由上述光电转换部的输出得到子载波信号，根据该子载波信号将数据解调，再现原来的数字数据。
全文摘要
本发明涉及在光OFDM通信系统中降低光接收器的所需频带的技术。按照OFDM的每个码元时间交替地发送不同的频谱的光OFDM信号，在将该光用光纤传送后，用延迟时间等于1码元时间的延迟干涉仪和平衡型直接检波接收器进行光电转换并接收。
文档编号H04J14/00GK103229439SQ20108007033
公开日2013年7月31日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者佐佐木慎也 申请人:株式会社日立制作所