日立的中央研究所日前成功开发出全球首款16值光信号调制器，并且证实可在40Gbit/秒的传输速度下正常工作。在日本电子信息通信学会（信学会）2005年综合大会（地点：大阪大学，时间：2005年3月21日～24日）上日立进行了技术发表。过去光的多值调制最大为8值（图1）。

　　此次开发的是“光16值APSK（振幅相移调制）”的调制方式，这种方式由对光信号相位进行调制的QPSK（正交相移调制）与对振幅进行调制的QASK（正交振幅调制）组合而成。从对振幅与相位进行调制这个角度来讲，虽然类似于16值QAM（正交振幅调制），但与其是完全不同的调制方式。

　　16值QAM将相互正交的I信号与Q信号作为载波组合使用。但这种方式无法在接收时使用光敏二极管进行光通信。因为“很难将接收到的光信号分离成正交信号”（日立制作所）。

　　光16值APSK的调制步骤与电信号的调制也有很大区别。具体调制过程如下：（1）将相调制器中的（0，π/2）相位分配给最初的1个信号位；（2）自下一个信号位开始使用麦克詹达（Mach-Zender，MZ）调制器，直接分配相位或者将相位反转（偏移π），（3）最后再利用MZ调制器向上述光信号添加QASK信号。

　　接收端的解调则首先将信号分成3份，输入到ASK接收器和2台PSK接收器中。PSK接收器由组合了“1bit光延迟检波器”和2个光敏二极管的“平衡收发器（balance transceiver）”构成，通过提取光敏二极管接收信号的差值，读取相位信息。“相位信息仅用1个光敏二极管无法读取”（日立制作所）。

　　日立制作所业已证实这种新开发的光调制器不仅实现了多值，而且还提高了频率使用效率。这次的编码速度为10Gbig/秒。由于单位符号加载4位信息，因此传输速度就是40Gbit/秒。此时的占有带宽（occupied bandwidth）大约为33.8GHz。与普通10Gbit/秒光通信中的23GHz相比，尽管占有带宽增至1.47倍，但传输速度却提高至4倍。

　　在提高光通信速度的手段中，目前主要使用WDM（波分复用）方式。但日立制作所表示“仅靠多波长方式，提高幅度有限”（图2）。假如能够实现调制方式的多值化，即便单波长也能提高速度。

日立製作所 中央研究所は，世界初となる光信号の16値変復調器を開発し，40Gビット/秒の伝送速度で動作することを確認した。現在開催中の電子情報通信学会（信学会）2005年総合大会（大阪大学，2005年3月21日～24日）で発表した。これまでの光の多値変調は8値が最大だったという（図1）。

　今回開発したのは，光信号の位相を変調するQPSK（quadrature phase shift keying：4位相偏移変調）と振幅を変調するQASK（quadrature amplitude shift keying：4値振幅変調）を組み合わせた「光16値APSK（amplitude phase shift keying：振幅位相変調）」という変調方式。振幅と位相を変調する点では16値QAM（quadrature amplitude modulation：直交振幅変調）に似ているが，まったく異なる方式である。

　16値QAMは搬送波として互いに直交したI信号/Q信号を組み合わせて利用する。受信にフォトダイオードを使う光通信ではこれができない。「光信号を（受信側で）直交成分に分離するのが困難」（日立製作所）であるためである。

　光16値APSKの変調の手順も電気信号の変調とは大きく異なる。具体的には最初の1ビットに（1）位相変調器で（0，π/2）の位相を割り当てる。次の1ビットから（2）Mach-Zender（MZ）変調器を使い，そのままとするか位相を反転させる（πだけずらす）。これでQPSKとなる，（3）この光信号にMZ変調器でQASK信号を加える，という方法で変調する。

　受信機側での復調は，まず信号を3分割し，ASK用受信器，2台のPSK受信器に入力する。PSK受信器は，「1ビット光遅延検波器」と，2個のフォトダイオードを組み合わせた「バランスドレシーバ」で構成し，フォトダイオードの受信信号の差分を取るなどして位相情報を読み取る。「位相情報は1個のフォトダイオードでは読み取れない」（同社）。

　日立製作所は，単に多値化しただけでなく，周波数利用効率も上がっていることを確かめた。今回のシンボル速度は10Gビット/秒。1シンボルあたり4ビットの情報を載せるため，伝送速度は40Gビット/秒となる。この時の占有周波数幅は，およそ33.8GHz。一般的な10Gビット/秒通信の23GHzに比べて1.47倍に増えたが，伝送速度は4倍になっているからである。

　現在，光通信の高速化は，WDM（波長多重分割多重）を使うものが主流となっている。しかし日立製作所は「波長多重だけでは限界がある」という（図2）。変調方式を多値化できれば，1波だけでも高速化が可能になる。