光変調と多重化(WDM)

optical-fiber-communication の大容量化を支える、信号を多重化する技術と変調方式。

多重化方式

• 波長分割多重(WDM): 1本の光ファイバに異なる波長を同時伝搬させる(光側でやる)。193.1THzを基準に100GHz(0.8nm)間隔のITU-Tグリッドに精密制御。間隔を1/2・1/4にした高密度WDM(DWDM)もある。デバイス要求を緩くでき低コスト・低劣化。合分波には AWG(波長間隔が狭い場合)や誘電体多層膜フィルタ(広い場合)を使う。
• 時分割多重(TDM): 時間スロットで多重。世界統一の同期多重 SDH の階層(STM-1=155.52Mbps、270byte×9line)を採用。
• 周波数分割多重(FDM): 電気側で異なる周波数に載せる(ラジオ・テレビ)。
• 空間分割多重(SDM): 光ファイバ内の心線数を増やす。
• これらを組み合わせて大容量化する。

WDMの制限要因

• ASEによるビート雑音、波長分散、特に四光波混合(FWM)による波形劣化。分散が小さいと FWM が顕著なため NZ-DSF を用い、各波長に均等な分散補償器を併用する。

変調方式(電気段)

• アナログ変調: 振幅変調(AM/ASK)・周波数変調(FM/FSK)・位相変調(PM/PSK)。
• 16-APSK: 振幅2種×位相8種(π/4刻み)=16値。振幅位相変調。
• MLC(マルチレベル符号化): 各復号段でフィードバックを持ち、条件部が増えて復号しやすくなる。通信路容量に一致しうる。
• 遅延型BICM (DBICM): 複数符号語を遅延させて送り、確定済みパーツをヒントに復号する。Head/Body/Tail の全体最適がテーマ。
• 伝送路符号は NRZ符号・RZ符号 を参照。

光部品

• 変調器: ポッケルス効果を使う LN(ニオブ酸リチウム)マッハツェンダ型、電界吸収型(EA)。
• 受光素子: PIN/APDフォトダイオード(O/E変換)。
• 波長選択: 回折格子、AWG、ファイバブラッググレーティング(FBG)、光スイッチ(MEMS/電気光学/音響光学)。

関連: _moc-systems / optical-fiber-communication / information-theory