2023 Fiscal Year Annual Research Report

Study on high-order multiplexing of radio-over-fiber transmission using wavelength- and space-division-multiplexing

Research Project

Project/Area Number	21H01331
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	前田譲治東京理科大学, 創域理工学部電気電子情報工学科, 教授 (10256670)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高野勝美山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (60302303) Kariyawasam Amila 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (90801192)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	光ファイバ無線 / 光単側波帯信号 / 光空間多重 / MIMO
Outline of Annual Research Achievements	高密度波長多重およびファイバのモード多重を併用したアナログ光ファイバ無線 (A-RoF) システムの原理確認を試みる。モードの異なるチャネルに多入力多出力 (MIMO) 伝送による同一の無線送受信グループを割り当て、無線受信機のMIMO処理でモード間クロストークを等化する。またファイバの波長分散によるフェージングを回避するため、搬送波付き光単側波帯 (OSSB+C) 信号を生成して伝送に用いる。 2023年度は、光直交変調器の直流バイアス点の相違による変調歪特性の変化を詳細に調査した。また直流バイアスを自動制御するコントローラを導入し、安定したOSSB+C信号の生成を実現した。また、2022年度に購入したモード多重・分離装置のクロストーク特性を詳細に調査した。・光直交変調器を用いた搬送波付き光単側波帯信号生成における変調歪の調査：光直交変調器を用いたOSSB+C信号の生成にあたり、変調歪の影響を小さくできるバイアス点を実験を通じて調べた。この結果、搬送波を同相成分にのみ重畳する方法が低歪な信号を生成できること、また伝送時に生じるペナルティも小さくなることが明らかになった。・光直交変調器の直流バイアスの自動制御による光単側波帯信号の安定生成：ニオブ酸リチウムを使用した光直交変調器では変調曲線が時間的に変動する。そこで2023年度には直流バイアスを自動制御するコントローラを導入し、側波帯抑圧特性の長時間安定化を試みたところ、長時間にわたって安定した動作を実現した。・少数モードファイバのモード多重・分離装置によるモード間クロストークの詳細：モードの多重装置の入射側ピグテイルにおける偏波状態を変化させた際に生じる分離側におけるクロストークを詳細に調べた。この結果、モード群の間のクロストークは比較的小さいが、各モード群内では極めて強い結合が生じることを確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の最終目標である、A-RoFの波長・モード分割多重によるマイクロ波帯MIMOチャネルの収容システムの構築とその伝送特性の評価に必要な準備は以下の通りである。 1. マイクロ波帯2x2MIMO送受信システムの構築　2. 他チャネルを模擬するオフライン送受信システム　3. OSSB+C信号の低歪かつ安定した生成　4. 波長多重合分波器の導入と特性評価　5. 少数モードファイバとモード合分波器の導入と特性評価このうち2022年度までに 2, 4 は完了している。2023年度には、1 のアップコンバート部の改良と 3 の詳細の詰め、ならびに 5 の基礎的検討を行った。この結果、マイクロ波の送受信部および光直交変調器の駆動部などの不安定要素を排除することができた。また、モード合分波器の基本特性が実験により明らかになり、最終年度の総合実験に向けた準備が整った。以上より、進捗はおおむね順調と考えている。
Strategy for Future Research Activity	最終年度の総合実験では、a. 2x2 MIMO無線チャネルのOSSB+C信号によるA-RoFへの収容　b. 少数モードファイバ内のモード間クロストークのA-RoF伝送への影響の調査　c. ファイバのモード多重による2x2 MIMO無線チャネルの収容可能性の検討　を順に行う。 a. の実現に向け、特性の揃った1対のOSSB+C信号生成システムを構築する。専用のケーブル配線を用いて2つのチャネルの対称性を向上するなど、実装面でのチューニングを高精度に行う。 b. では、モード群間のクロストークの影響を調べる。昨年度の研究により、同一モード群内では極めて大きい結合が生じることがわかった。そこで、異なるA-RoFチャネルを異なるモード群に収容した際に生じる、モード間クロストークによるペナルティを調べる。 c. では、異なるモード群に2つのMIMO空間ストリームを収容した場合と、同一のモード群に属する2つのモードに収容した場合を検討し、それぞれの伝送特性を詳細に調べる。