JPH0478235A - 直接変調ｐｓｋ伝送システム並びに該システムにおける自動周波数制御方法、復調方法及び位相雑音抑圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 目　　　　次 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段及び作用 実　　施　　例 発明の効果 概要 直接変調ＰＳＫ伝送システム並びに該システムにおける
自動周波数制御方法、復調方法及び位相雑音抑圧方法に
関し、 注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レーザに
与える上記注入電流を、２値符号化された入力信号の１
タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ変化させて
、上記注入電流の変化に従って変動した上記周波数の積
分値が位相量としてπ又は−πとなるようにして光信号
を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムにおいて、高精
度な自動周波数制御方法、同期検波型の復調方法、位相
雑音抑圧方法を容易に実施し得るようにすることを主目
的とし、 自動周波数制御方法にあっては、上記半導体レーザに与
える注入電流に、上記入力信号のビットレートＢに等し
い周波数の信号を重畳し、上記光信号を局発光と共に光
−電気変換して得られる中間周波信号の中心周波数ｆＩ
Ｆに対して上記ビットレートＢだけ異なる周波数の線ス
ペクトル信号を検出し、該線スペクトル信号の周波数が
一定となるように上記局発光の周波数を制御するように
して構成する。

産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザの注入電流を直接変調スルよう
にしたコヒーレント光ファイバ伝送用の直接変調ＰＳＫ
伝送システムに関し、更に詳しくは、該システム並びに
該システムにおける自動周波数制御方法、復調方法及び
位相雑音抑圧方法に関する。

現在実用化されている光フアイバ伝送システムとしては
、強度変調された光を直接フォトダイオードにより受光
して電気信号に変換する強度変調／直接検波（ＩＭ／Ｄ
Ｄ）システムが一般的である。これに対し近年、伝送容
量の増大、伝送距離の長大化等の要請から、コヒーレン
ト光ファイバ伝送システムの研究が活発化している。こ
のシステムによると、半導体レーザからのコヒーレント
な光をキャリアとして用いてその周波数、位相等を変調
し、受信側で受信光と局発光とをミキシングしてヘテロ
ゲイン検波あるいはホモダイン検波を行うようにしてい
るので、ＩＭ／ＤＤシステムと比較して受信感度の大幅
な向上が可能になる。

また、光検波を行った後に、即ち光信号を電気信号に変
換した後に、比較的容易に高精度な周波数選択を行うこ
とができるので、高密度な周波数分割多重が可能になり
、単一の光伝送路における伝送容量を飛躍的に増大させ
ることができる。

従来の技術 従来、半導体レーザからの光のウニイブパラメータに伝
送すべき情報を載せるためのシステムであって、高速伝
送に適したものとして、ＤＰＳＫ（差動位相シフトキー
イング）伝送システムやＣＰＦＳＫ　（連続位相周波数
シフトキーイング）伝送システムが知られている。

第２３図にＤＰＳＫ伝送システムのブロック図を示す。

送信側において、２０１は一定の振幅及び周波数で発振
する半導体レーザを用いてなる送信光源、２０２は送信
光源２０１からの光の位相を変調する位相変調器である
。入力データは、受信側で１ビツト遅延検波による復調
を行うために、送信側で前もって差動符号化回路２０３
により差動符号化され、増幅器２０４を介して位相変調
器２０２に加えられる。光伝送路としての光ファイバ２
０５を介して受信側に伝送された光は、光カプラ２０６
において、一定の振幅及び周波数で発振する半導体レー
ザを用いた局発光源２０７からの局発光と重畳され、こ
の重畳光はフォトダイオードを用いてなる光検波回路２
０８に入力される。

受信光と局発光が重畳されて光検波回路２０８に入力さ
れると、フォトダイオードの二乗検波特性によって例え
ば位相偏移に伝送情報を含んだＩＦ倍信号中間周波信号
）が生じ、この１Ｆ信号は復調器２０９に入力される。

復調器２０９では、入力信号を分岐してその一方を１ビ
ツトに相当する時間Ｔ（１タイムスロット、即ちビット
レートの逆数）だけ遅延させ、再びミキサ２１１にて元
のＩＦ倍信号ミキシングして伝送情報を再生する。

このように、ＤＰＳＫ伝送システムでは、復調器２０９
において１ビツト前の信号との比較によって復調を行う
ために、送信側で位相変調するに際して入力信号の差動
符号化が必要である。

ＣＰＦＳＫ伝送システムのブロック図を第２４図に示す
。送信側において、２２１は発振周波数が可変の送信光
源、２２２は送信光源２２１の発振周波数を変調する変
調回路であり、入力信号に基づいて発振周波数の偏移量
を調整して、異符号間の位相偏移量がπ以上になるよう
にしている。

光ファイバ２２３により受信側に伝送された光は、光カ
プラ２２４において局発光源２２５からの局発光と重畳
され、光検波回路２２６で光−電気変換される。変換に
より生じたＩＦ倍信号復調器２２７に入力され、遅延回
路２２８により所定時間τ遅延された信号とミキサ２２
９でミキシングされて、復調がなされる。遅延回路２２
８での遅延時間τは変調指数ｍに依存し、これらの関係
は以下の通りである。

ｒ＝Ｔ／２ｍ、　　ｍ＝ΔＦ／Ｂ ここで、Ｔは１タイムスロットの時間、ΔＦは周波数偏
移量、Ｂはビットレートである。このように、ＣＰＦＳ
Ｋ伝送システムは、送信側で外部変調器を用いずに周波
数直接変調を行い、受信側では位相偏移を検知して伝送
情報を再生するものである。

第２３図、第２４図に示したヘテロゲイン検波型のコヒ
ーレント光ファイバ伝送システムにおいては、中間周波
信号の中心周波数が設定された周波数からずれると復調
波形に歪みが生じて受信感度が劣化するので、中間周波
信号の中心周波数に対して自動周波数制御（ＡＦＣ）を
行うことが望ましい。

ＤＰＳＫ伝送システム及びＣＰＦＳＫ伝送システムに適
用可能な非同期検波型の自動周波数制御方法を第２５図
により説明する。この例では、光検波回路２０６（２２
４）からの中間周波信号を分岐して周波数−電圧変換回
路２３１により電圧信号に変換し、更にこの電圧信号を
電圧−電流変換回路２３２により電流信号に変換して、
局部発振光源２０７（２２５）に負帰還するようにして
いる。２３３は光検波により生じた中間周波信号以外の
不所望な信号を除去するためのバンドパスフィルタであ
る。

ＤＰＳＫ伝送システムにおいては、次のようにしてＡＦ
Ｃがなされることもある。′即ち、第２６図に示すよう
に、バンドパスフィルタ２３３からの中間周波信号を分
岐して周波数ダブラ２４１により周波数を２倍にするこ
とによって中間周波信号の変調成分を除去し、バンドパ
スフィルタ２４２を介してこの周波数が２倍にされた信
号を周波数−電圧変換回路２３１に入力する。そして、
変調成分が除去された信号に基づいてＡＦＣループが構
成されている。

周波数ダブラ２４１の入力信号及び出力信号のスペクト
ル分布をそれぞれ第２７図（ａ）、ｂ）に示す。

同図において、ｆＺＦは中間周波信号の中心周波数、Ｂ
は伝送情報のビットレートである。このように変調成分
を除去することによって、変調成分を除去しない場合と
比較して周波数制御の精度が向上する。

更に高精度な制御を可能にするための技術として同期検
波型のＡＦＣがある。第２８図はＤＰＳＫ伝送システム
に適用可能な同期検波型のＡＦＣ回路のブロック図であ
る。第２６図の場合と同様に周波数ダブラ２４１及びバ
ンドパスフィルタ２４２により変調成分を除去して周波
数２ｆ１．の信号を得、この信号を周波数２ｆ＋ｒで発
振する発振器２５１からの信号とミキサ２５２によりミ
キシングし、その出力信号をローパスフィルタ２５３を
介して電圧−電流変換回路２３２に入力するようにした
ものである。

非同期検波型のＡＦＣは回路構成は簡単であるが、同期
検波型のＡＦＣと比較して高精度な周波数制御が困難で
ある。一方、同期検波型のＡＦＣは高精度な周波数制御
が可能であるが構成が複雑である。また、ＣＰＦＳＫ伝
送システムにおいては中間周波信号から変調成分を除去
することができないので、同期検波型のＡＦＣをＣＰＦ
ＳＫ伝送システムに適用することはできない。例えばＣ
ＰＦＳＸ伝送システムにおいて非同期検波型のＡＦＣを
行った場合、中間周波信号のスペクトルの形状が伝送符
号のマーク率に依存して大きく変化するので、その中心
周波数の高精度な制御はいささか困難である。このよう
に従来技術による場合、高精度なＡＦＣを容易には行い
得なかった。

一方、復調方法としても同期検波型と非同期検波型の２
つの方法がある。例えば多相のＰＳＫ変復調の場合に同
期検波型は非同期検波型に比較して受信感度が良いので
同期検波型の復調方法の実現が要望されている。従来提
案されている同期検波型の復調回路の例を第２９図に示
す。光検波回路２０６からの検波信号は、周波数ｆＩＦ
−ＢからｆＩＦ＋Ｂに通過帯域を有するバンドパスフィ
ルタ２３３を通った後２つの経路に分岐され、その−方
はミキサ２６４に入力し、他方は周波数ダブラ２６１に
入力する。周波数ダブラ２６１及びバンドパスフィルタ
２６２を通ってきた周波数２ｆ１゜の信号は、周波数ハ
ーバ２６３によって周波数を１／２にされる。位相変調
されている信号の周波数を２倍にした後に再び１／２倍
すると、変調成分が除去されてキャリアが再生される。

従って、このキャリアと変調成分が除去されていない中
間周波信号とをミキサ２６４によりミキシングすること
によって、同期検波型の復調がなされる。然しなから、
位相状態を確定し得る周波数ハーバ２６３の実現に困難
性が伴うので、容易に同期検波型の復調を行うことはで
きない。

ところで、コヒーレント光伝送システムにおいては、送
信用の光源あるいは局部発振光源として半導体レーザが
用いられるのが通例であるから、その位相雑音に対処す
ることが受信感度を向上させる上で有効である。従来提
案されている位相雑音抑圧方法の例を第３０図により説
明する。図示された回路はＯＦＣ”　８９　　ＴＵ１？
、　に開示されたものである。送信光源２７１からの光
は光分岐回路２７２により分岐され、その一方の光は位
相変調器２７３により位相変調される。光分岐回路２７
２により分岐された他方の光は周波数シフタ２７４によ
りΔｆの周波数シフトを与えられる。

位相変調器２７３及び周波数シフタ２７４からの光は光
結合回路２７５により重畳されて、光ファイバ２７６を
介して受信側に伝送される。受信側に伝送された光は、
局部発振光５２７７からの局発光と光結合回路２７８に
より重畳されて光検波回路２７９に入力されて電気信号
に変換される。

この信号は増幅器２８０により増幅された後２つの経路
に分岐され、その一方は中間周波信号を通過させるバン
ドパスフィルタ２８１に入力され、他方は周波数ｆ２（
＝ｆ、　　＋Δｆ）の信号を通過させるバンドパスフィ
ルタ２８２に入力される。

ここで、ｆｌ　は中間周波信号の中心周波数である。

バンドパスフィルタ２８１，２８２からの信号はミキサ
２８３でミキシングされて、復調回路２８４を経て伝送
情報が再生される。

参考までにバンドパスフィルタ２８１，２８２に入力す
る信号のスペクトルを第３１図に示す。

このように、周波数シフトされたキャリアを信号光と共
に伝送し、受信側でこれらのミキシングを行うことによ
って、送信光源の位相雑音を抑圧することができる。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は高精度な自動周波数制御方法を容易に実
施し得るようにすることである。

本発明の他の目的は同期検波型の復調方法を容易に実施
し得るようにすることである。

本発明の更に他の目的は位相雑音抑圧方法を容易に実施
し得るようにすることである。

課題を解決するための手段及び作用 我々は先に、注入電流に応じた周波数の光を出力する半
導体レーザに与える上記注入電流を２値符号化された入
力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ
変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上記
周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるように
して光信号を送出する直接変調ＰＳＫ　（ＤＭ−ＰＳＫ
）伝送システムを提案した。このシステムの構成例を第
２図に示す。１は注入電流に応じた周波数の光を出力す
る半導体レーザ、２は半導体レーザ１にバイアス電流を
与えるバイアス電流回路、３は２値符号化された入力信
号の１タイムスロットＴよりも短いパルス幅の変調電流
パルスを上記バイアス電流に重畳する変調電流パルス回
路、４は変調電流パルスによって変動した上記周波数の
積分値が位相量としてπ又は−πとなるように上記入力
信号に基づいて上記変調電流パルスの振幅及びパルス幅
を制御する振幅及びパルス幅制御回路である。

変調された光は光ファイバ５を介して受信側に伝送され
、光カプラ７において局発半導体レーザ６からの局発光
と重畳される。重畳された信号光及び局発光は光検波回
路８により電気信号に変換され、復調回路９で復調がな
される。復調回路９は、入力された中間周波信号（ＩＦ
倍信号を分岐してその一方に遅延回路１０により１タイ
ムスロットＴの遅延を与え、この遅延が与えられた信号
と遅延が与えられていない信号とをミキサ１１によりミ
キシングするように構成されている。

第３図はＤＭ−ＰＳＫ伝送システムの動作原理を説明す
るための図であって、同図（ａ）は変調駆動波形、同図
（ｂ）はＩＦ信号波形、同図（Ｃ）は復調波形をそれぞ
れ表している。尚、各波形は変調符号がｒｏｌｏｌ」で
あるとしたときのものである。また、第４図は周波数偏
移ΔＦ及び位相変化Δθの経時変化を示すグラフである
。この場合の変調符号はｒｏｌｌｏｌ」である。このよ
うにＤＭ−ＰＳＫ伝送システムでは、１タイムスロット
Ｔのうち所定時間τだけ発振周波数をΔＦ偏移させ、そ
の後は発振周波数を元の周波数に戻すようにしている。

そして、τ、ΔＦは、時間τ経過後に位相偏移がπ又は
−πとなるように設定される。即ち、τとＴとの関係が
次の式で満足するような設定がなされる。

τ＝　Ｔ　／　２　ｍ ここで、ｍは変調指数であり、この変調指数は周波数偏
移ΔＦとビットレートＢを用いて次のように定義される
。

ｍ＝ΔＦ／Ｂ 変調指数に応じた駆動波形の設定の例を第５図に示す。

ｍ＝ｌである場合にはτ＝Ｔ／２であり、ΔＦ＝Ｂであ
る。また、ｍ＝２の場合には、τ＝Ｔ／４であり、ΔＦ
＝２Ｅとなる。

ＤＭ−ＰＳＫシステムによると、外部変調器及び差動符
号器が不要になるので、伝送システムの構成を簡略化す
ることができる。また、半導体レーザのＦＭ変調特性は
ＬＯＧ）ｌｚ以上であるので高速伝送が可能になる。更
に、ＣＰＦＳＸ伝送システムと比較して光ファイバの波
長分散を受けにくいので、長距離伝送が可能になる。

ＤＭ−ＰＳＫシステムについて種々の実験を重ねて行く
うちに次のことが明らかになった。即ち、半導体レーザ
に与える注入電流に、入力信号のビットレートＢに等し
い周波数の信号を重畳しておくと、第１図に示すように
中間周波信号のスペクトルの脇に線スペクトルが生じて
いることが明らかになった。第１図において縦軸はパワ
ー密度、横軸は周波数（ＧＨｚ　）である。この実験に
おいて中間周波信号の中心周波数ｆＩＦは５．　６ＧＨ
ｚであり、ビットレートＢは３　、　０　ＧＢ／ｓであ
った。中間周波数及びビットレートを変えて実験したと
ころ、中間周波信号の中心周波数ｆＩＦに対して入力信
号のビットレートＢだけ異なる周波数に線スペクトル信
号が出現していることが明らかになった。尚、第１図は
ｆＸＦ−已に線スペクトル信号が表れている場合のスペ
クトル図である。周波数ｆ＋ｒ　　Ｂに線スペクトル信
号が出現するか周波数ｆｒｐ”Ｂに線スペクトル信号が
生じるかは、信号光の周波数と局発光の周波数の大小関
係に応じて決定される。

上述の線スペクトル信号を生じさせるためには、第２図
に示すように、入力信号のビットレートＢと同等の周波
数の電流信号をバイアス電流に重畳する回路１２を設け
ておく。

本発明は、上述のように線スペクトル信号が中間周波信
号の中心周波数に対して特定の周波数に出現するという
事実に着目して、この線スペクトル信号を用いて自動周
波数制御方法、復調方法及び位相雑音抑圧方法を行い得
るようにしたものである。

本発明の自動周波数制御方法は、注入電流に応じた周波
数の光を出力する半導体レーザに与える上記注入電流を
、２値符号化された入力信号の１タイムスロットＴより
も短い所定の時間だけ変化させて、上記注入電流の変化
に従って変動した上記周波数の積分値が位相量としてπ
又は−πとなるようにして光信号を送出する直接変調Ｐ
ＳＫ伝送システム（本願明細書中ｒＤＭ−ＰＳＫ伝送シ
ステム」と言うことがある。）において、上記半導体レ
ーザに与える注入電流に、上記入力信号のビットレート
Ｂに等しい周波数の信号を重畳し、上記光信号を局発光
と共に光−電気変換して得られる中間周波信号の中心周
波数ｆＩＦに対して上記ビットレートＢだけ異なる周波
数の線スペクトル信号を検出し、該線スペクトル信号の
周波数が一定となるように上記局発光の周波数を制御す
るようにしたものである。

この方法によると、線スペクトル信号の周波数が一定と
なるように制御を行っているので、線スペクトル信号に
対して特定の周波数関係を有する中間周波信号の中心周
波数も一定に維持される。

この場合において、同期検波型の自動周波数制御を行う
ときには、キャリアを再生するための回路が不要である
から、装置構成を簡略化することができる。

本発明の復調方法は、ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおい
て、上記半導体レーザに与える注入電流に、上記入力信
号のビットレートＢに等しい周波数の信号を重畳し、上
記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中間
周波信号の中心周波数ｆ工、が上記ビットレートＢの概
略２倍になるように上記局発光の周波数を設定し、上記
中心周波数ｆＩＦに対して上記ビットレートＢだけ異な
る周波数の線スペクトル信号を検出して、該信号に基づ
きキャリアを再生し、該キャリアと上記中間周波信号と
をミキシングすることにより同期復調をなすようにした
ものである。

この方法においては、特定の局発周波数を設定して中間
周波信号の中心周波数ｆＩＦがビットレートＢの概略２
倍になるようにしているので、線スペクトル信号に基づ
いてキャリアを再生することができ、このキャリアに基
づいて同期検波型の復調（同期復調）が可能になる。こ
の場合、キャリアを再生する手段が不要であるので、装
置構成を簡略化することができる。

本発明の位相雑音抑圧方法は、ＤＭ−ＰＳＫ伝送システ
ムにおいて、上記半導体レーザに与える注入電流に、上
記入力信号のピットレートＢに等しい周波数の信号を重
畳し、上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得ら
れる中間周波信号の中心周波数ｆＩＦに対して上記ビッ
トレートＢだけ異なる周波数の線スペクトル信号を検出
し、該線スペクトル信号と上記中間周波信号とをミキシ
ングした後に復調するようしたものである。

従来の位相雑音抑圧方法による場合、送信光源からの光
を変調する前に分岐してその一方について位相シフトを
行うことによって線スペクトル信号を得ていたちのであ
るが、本発明方法による場合、ＤＭ−ＰＳＫ伝送システ
ムにおいて必然的に生じる線スペクトル信号をそのまま
用いることができるので、容易に位相雑音を抑圧するこ
とができるようになる。

ところで、上述の位相雑音抑圧方法による場合、線スペ
クトル信号の周波数は中間周波信号の周波数に対してビ
ットレートＢだけしか離れていないので、ミキシングの
後の復調に際して中間周波信号のスペクトルが折り返さ
れて正確な復調がなされない場合がある。そこで、次の
ような改良された位相雑音抑圧方法を提案する。

本発明の改良された位相雑音抑圧方法は、ＤＭ−ＰＳＫ
伝送システムにおいて、上記半導体レーザに与える注入
電流に、上記入力信号のビットレートＢに等しい周波数
の信号を重畳し、上記光信号を局発光と共に光−電気変
換して得られる中間周波信号の中心周波数ｆＩＦに対し
て上記ビットレートＢだけ異なる周波数の線スペクトル
信号を検出し、該線スペクトル信号と上記中間周波信号
とをいずれか一方又は両方を周波数変換してミキシング
した後に復調するようにしたものである。

この方法による場合、線スペクトル信号及び／又は中間
周波信号を周波数変換した後にミキシングするようにし
ているので、復調に際しての中間周波信号のスペクトル
の折り返しが防止され、良好な復調が可能になる。

ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいては、変ｍ電流パルス
のパルス幅は、入力信号のビットレートをＢ、周波数偏
移をΔＦとするときにｍ＝ΔＦ／Ｂで表される変調指数
ｍとタイムスロットＴとを用いてＴ／２ｍに設定される
。この設定により変調電流パルスによって変動した周波
数の積分値が位相量としてπ又−πとなる。この場合、
変調指数ｍが０．５＜ｒｎを満足するようにしておくこ
とによって、２値符号化された入力信号の１タイムスロ
ットＴよりも短いパルス幅の変調電流パルスを得ること
ができる。

上記本発明の４つの方法を変形して多値変調に対応させ
ることができる。即ち、注入電流に応じた周波数の光を
出力する半導体レーザに与える上記注入電流を、２ｎ値
符号化（ｎは２以上の自然数）された入力信号の１タイ
ムスロットＴよりも短い所定の時間だけ変化させて、上
記注入電流の変化に従って変動した上記周波数の積分値
が位相量として２πに／２９又は−２πに／２”　　（
ｋ＝１．２．・・・、２ｎ−１）となるようにして光信
号を送出する多値直接変調ＰＳＫ伝送システム（本願明
細書中「多値ＤＭ−ＰＳＫ伝送システム」ということが
ある。）において、上記半導体レーザに与える注入電流
に、上記入力信号のビットレートＢＯｎ分の１に等しい
周波数の信号を重畳し、上記光信号を局発光と共に光−
電気変換し、て得られる中間周波信号の中心周波数ｒｒ
ｙに対してＢ／ｎだけ異なる周波数の線スペクトル信号
を検出し、該線スペクトル信号の周波数が一定となるよ
うに上記局発光の周波数を制御することによりＡＦＣが
可能になる。

また、多値ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいて、上記半
導体レーザに与える注入電流に、上記入力信号のビット
レートＢＯｎ分の１に等しい周波数の信号を重畳し、上
記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中間
周波信号の中心周波数ｆ工、が上記ビットレートＢの概
略２　／　ｎ倍になるように上記局発光の周波数を設定
し、上記中心周波数ｆＩＦに対してＢ　／　ｎだけ異な
る周波数の線スペクトル信号を検出して、該信号に基づ
きキャリアを再生し、該キャリアに基づく信号と上記中
間周波信号とをミキシングすることにより同期検波型の
復調が可能になる。

さらに、多値ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいて、上記
半導体レーザに与える注入電流に、上記入力信号のビッ
トレート８０１分の１に等しい周波数の信号を重畳し、
上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
間周波信号の中心周波数ｆＩＦに対してＢ／ｎだけ異な
る周波数の線スペクトル信号を検出し、該線スペクトル
信号と上記中間周波信号とをミキシングした後に復調す
るようにして位相雑音の抑圧が可能になる。

同じように多値ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいて、上
記半導体レーザに与える注入電流に、上記入力信号のビ
ットレート８０１分の１に等しい周波数の信号を重畳し
、上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる
中間周波信号の中心周波数ｆＩＦに対してＢ　／　ｎだ
け異なる周波数の線スペクトル信号を検出し、該線スペ
クトル信号と上記中間周波信号とをいずれか一方又は両
方を周波数変換してミキシングした後に復調するように
して位相雑音の抑圧が可能になる。

実　　施　　例 以下、本発明方法の実施に使用するシステムの構成及び
動作を実施例として説明する。全図を通じて、同一符号
は同一対象物を表す。

第６図は自動周波数制御方法の実施に使用するシステム
の基本構成を示す図である。尚、このシステムの送信側
の構成は第２図に示されたシステムの送信側の構成と同
様であるからその図示及び説明を省略する。２４は局発
半導体レーザ（局発ＬＤ）であり、注入電流に応じた局
発光を出力する。７は光カプラであり、光送信機からの
光信号と局発ＬＤ２４からの局発光とを加え合わせて出
力する。８は光検波回路であり、光カプラ７からの光を
光−電気変換して中間周波信号を生じさせる。具体的に
は光検波回路８は、直列接続された同一特性のフォトダ
イオード２−１．２２と、これらのフォトダイオード２
１．２２の接続点の電位変化を増幅する増幅器２３とか
ら構成される。このようないわゆるデュアルバランス型
（二重平衡型）の光検波回路を用いることによって、局
発ＬＤ２４の強度雑音に対処して受信感度を向上させる
ことができるようになる。２５は狭帯域バンドパスフィ
ルタであり、光検波回路８からの信号のうち周波数がｆ
、ｙ　　Ｂ又はｆＩＦ−＋Ｂの線スペクトル信号を通過
させる。２６は上記線スペクトル信号の周波数とほぼ等
しい周波数で発振する発振器である。２７はミキサであ
り、発振器２６からの信号と狭帯域バンドパスフィルタ
２５からの線スペクトル信号とをミキシングして出力す
る。２８はミキサ２７の出力信号の低周波成分を通過さ
せるローパスフィルタである。２９は負帰還回路であり
、ローパスフィルタ２８の出力信号を電圧−電流変換し
て中間周波信号の周波数が一定となるように局発ＬＤ２
４に負帰還を与える。

ミキサ２７に入力する線スペクトル信号の周波数と発振
器２６からの信号の周波数とが完全に一致していると、
ミキサ２７からは信号振幅の積に比例したレベルのＤＣ
出力が得られる。線スペクトル信号の周波数が変動する
と、この変動に基づいて上記ＤＣ出力のレベルも変化す
るので、この変化を打ち消すようなフィードバックを掛
けることによって、線スペクトル信号の周波数を一定に
保つことができる。

第７図は自動周波数制御方法の実施に使用するシステム
の具体例を示すブロック図である。この例では、光カプ
ラ７、光検波回路８、局発ＬＤ２４、ローパスフィルタ
２８及び負帰還回路２９は第６図におけるものと同様の
ものが使用されている。３１はバンドパスフィルタであ
り、光検波回路８からの信号のうち周波数がｆｌｙ　　
ＢからｆＩＦ＋Ｂの範囲の信号を通過させる。３２はバ
ンドパスフィルタ３１からの信号に基づき復調を行う復
調回路である。３３は光検波回路３１からの信号のうち
周波数がｆｌｙ　　Ｂの線スペクトル信号を通過させる
ローパスフィルタである。この例では、線スペクトル信
号は中間周波信号のスペクトルの低周波数側に出現する
ように局発ＬＤ２４の周波数が設定されている。即ち、
信号光の周波数よりも局発光の周波数の方が低く設定さ
れている。従って、線スペクトル信号の抽出に上述のよ
うなローパスフィルタ３３を使用することができる。３
４は周波数ｆｒｙ　　Ｂで発振する発振器である。３５
は発振器３４からの信号とローパスフィルタ３３からの
線スペクトル信号とをミキシングするミキサである。

復調回路３２は、入力信号を等分配して出力する３ｄＢ
カプラ３６と、３ｄ１３カプラ３６の出力信号の一方を
入力信号の１タイムスロットＴに相当する時間遅延させ
る遅延回路３７と、３ｄＢカプラ３６の出力信号の他方
と遅延口＃！３７の出力信号とをミキシングするミキサ
３８とを含んで構成されている。このような構成の復調
回路を用いると、信号位相を１ビツト前の位相と比較す
ることによって復調を行うことができる。この場合、Ｄ
Ｍ−ＰＳＫシステムに特有な動作態様によって、差動符
号化回路が不要である。

第８図は自動周波数制御方法の実施に使用するシステム
の他の具体例を示すブロック図である。

この例では、線スペクトル信号が中間周波信号のスペク
トルの高周波数側に出現するように局発光の周波数が設
定されており、よってこの例では線スペクトル信号の抽
出にハイパスフィルタ４１を用いる。ハイパスフィルタ
４１は光検波回路８からの信号のうち周波数がｆＩＦ十
Ｂの線スペクトル信号を通過させる。４２は同じく周波
数ｆｒｒ十Ｂで発振する発振器であり、４３は発振器４
２からの信号とハイパスフィルタ４１からの線スペクト
ル信号とをミキシングするミキサである。

第６図、第７図或いは第８図に示された構成によると、
ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムに特有な線スペクトル信号を
用いて同期検波型の周波数自動制御を行うようにしてい
るので、簡単な構成で高精度なＡＦＣが可能になる。

第９図は復調方法の実施に使用するシステムの基本構成
を示す図である。光カプラ７、光検波回路８及び局発Ｌ
Ｄ２４はこれまでの実施例と同様のものが用いられてい
る。本発明の復調方法を実施する場合には、中間周波信
号の中心周波数ｆＩＦはビットレートＢの２倍に設定さ
れる。５１はバンドパスフィルタであり、光検波回路８
からの信号のうち周波数がｆ□ＦＢからｆＩＦ＋Ｂの範
囲、つまりＢ〜３Ｂの範囲の信号を通過させる。５２は
光検波回路８からの信号のうち周波数ｆ工ＦＢ（＝Ｂ）
の線スペクトル信号を通過させる狭帯域バンドパスフィ
ルタである。５３は狭帯域バンドパスフィルタ５２から
の信号の周波数を２倍にする周波数ダブラである。５４
はバンドパスフィルタ５１からの信号と周波数ダブラ５
３からの信号とをミキシングするミキサである。

中間周波信号の中心周波数ｆＩＦはビットレートＢの２
倍に設定されているので、線スペクトル信号の周波数は
ビットレートＢに一致する。従って、線スペクトル信号
の周波数を周波数ダブラ５３により２倍にすることによ
ってキャリアを再生することができ、このキャリアに基
づいて同期検波型の復調が可能になる。

第１０図は復調方法の実施に使用するシステムの具体例
を示すブロック図である。この例では、周波数ダブラ５
３の出力信号のうち周波数２Ｂの信号を通過させそれ以
外の周波数の信号（例えば周波数Ｂの残留信号）を遮断
するバンドパスフィルタ６Ｉが設けられている。才た、
中間周波信号の中心周波数を一定に保つために、ミキサ
５４の出力信号に基づいてフィードバック制御を行うた
めのローパスフィルタ６２及び負Ｉ＃還回路６３が設け
られている。６４はポストコータであり、その動作につ
いては後述する。

ＤＭ−ＰＳＫ方式においては、第６図乃至第８図に示さ
れたような１ビツト遅延検波による非同期検波型の復調
がなされている場合には符号化の必要はないが、Ｎ９図
及び第１０図に示されたように再生されたキャリアを用
いて同期検波型の復調を行う場合には符号化が必要にな
る。符号化を行うためには送信側にプリコーダを設ける
か或いは受信側にポストコータを設ける。

第１１図は符号化を行う場合の送信側の構成の例を示す
ブロック図であり、振幅及びパルス幅制御回路４にプリ
コーダ７１が接続されている。入力信号はプリコーダ７
１を介して振幅及びパルス幅制御回路４に入力される。

プリコーダ７１の動作について説明する。符号をＭ（ｔ
）とおく。ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいては、送信
用のＬＤの発振周波数を所定時間偏移させて位相偏移を
生じさせているので、信号位相はπの整数倍でもって増
加又は減少する。従って、伝送すべき情報文Ｍ　（ｔ）
において同じ値が連なる場合には、位相を一定に保つた
めに周波数偏移を与えない。即ち、Ｍ　（ｔ）＝０とす
る。

一方、伝送すべき情報文ｍ　（ｔ）が１ビツト前の値ｍ
（ｔ−Ｔ）と異なる場合には、位相をπだけ増加させる
。即ちＭ（ｔ）＝１とする。数式を用いて表すと、 Ｍ　（ｔ＞　＝ｍ　（ｔ）　＋ｍ　（ｔ−Ｔ）となる。

簡単な符号化の例を表に示す。

位相偏移△θ（１）がπの奇数倍の場合が情報文の１に
対応し、偶数倍のときが情報文のＯに対応している。

受信側にポストコータを設ける場合には、送信側にプリ
コーダを設ける場合と同様に符号化を行うことができる
。即ち、同期検波型の復調を行う場合には、位相偏移が
そのまま復調時のり、Ｈレベルに対応しているので、上
述の式に基づいてポストコーディングを行うことができ
る。

第１２図は位相雑音抑圧方法の実施に使用するシステム
の基本構成を示す図である。光カプラ７、光検波回路８
及び局発ＬＤ２４はこれまでの例におけるものと同様の
ものが使用される。８１はバンドパスフィルタであり、
光検波回路８からの信号のうち周波数がｆｌ、−Ｂから
ｆＩＦ＋Ｂの範囲の信号を通過させる。８２は狭帯域バ
ンドパスフィルタであり、光検波回路８からの信号のう
ち周波数がｆＸ、−Ｂ又はｆｌ、＋Ｂの線スペクトル信
号を通過させる。８３はバンドパスフィルタ８１からの
信号と狭帯域バンドパスフィルタ８２からの信号とをミ
キシングするミキサである。８４はミキサ８３からの信
号に基づき復調を行う復調回路である。

この構成によると、バンドパスフィルタ８１からの信号
と狭帯域バンドパスフィルタ８２からの信号とは送信用
の半導体レーザの同一タイミングの光に基づくものであ
るので、これらをミキシングすることによって、送信用
の半導体レーザの位相雑音を相殺させることができる。

第１３図は位相雑音抑圧方法の実施に使用するシステム
の具体例を示すブロック図である。この例では、狭帯域
バンドパスフィルタ８２からの線スペクトル信号をダウ
ンコンバートしてミキサ８３に入力するようにしている
。即ち、狭帯域バンドパスフィルタ８２からの信号を発
振器９１からの周波数ｆ１　の信号とミキサ９２でミキ
シングすることによって、線スペクトル信号の周波数を
ｆＩＦＢからｆｒｙ　　ｆ＋　　　Ｂにダウンコンバー
トし、ローパスフィルタ９３を介してミキサ８３に入力
するようにしている。また、ミキサ８３と復調回路８４
の間の経路に周波数ｆ１　からｆ、＋２Ｂの通過帯域を
有するバンドパスフィルタ９６を設けている。復調回路
８４は、第７図及び第８図に示された復調回路３２と同
様に、３ｄＢカプラ３６と遅延回路３７とミキサ３８と
を含んで構成されている。９４は周波数−電圧変換回路
であり、ミキサ８３に入力する狭帯域バンドパスフィル
タ８２からの信号を周波数−電圧変換する。９５は周波
数−電圧変換回路９４の出力信号を電圧−電流変換して
局発ＬＤ’２４に負帰還を与える負帰還回路である。

第１４図は第１３図のア、イ、つ点における信号のスペ
クトルを示す図である。ア点は光検波回路８の出力点、
イ点はローパスフィルタ９３の出力点、つ点はバンドパ
スフィルタ９６の出力点である。第１４図に示されたス
ペクトルから明らかなように、線スペクトル信号をダウ
ンコンバートしてから中間周波信号とミキシングするこ
とによって、復調回路８４に入力する信号の中心周波数
をｆｌ　　にすることができ、線スペクトル信号をダウ
ンコンバートしなかった場合に生じる恐れがあるスペク
トルの折り返しを防止することができる。

第１５図は位相雑音抑圧方法の実施に使用するシステム
の他の具体例を示すブロック図である。

この例は線スペクトル信号が中間周波信号のスペクトル
の高周波数側に出現する場合についてのものであり、こ
の場合には、周波数ｆＩｐ＋Ｂの線スペクトル信号を通
過させる狭帯域バンドパスフィルタ８２′を用いて、そ
の出力信号をアップコンバートしてからミキサ８３に入
力する。１０１は周波数ｆ２　の信号を出力する発振器
、１０２は狭帯域バンドパスフィルタ８２′からの信号
と発振器１０１からの信号とをミキシングするミキサ、
１０３は周波数ｆＩＦ＋ｆ２Ｂのアップコンバートされ
た線スペクトル信号を通過させるハイパスフィルタであ
る。

第１６図（ａ）、ら）、　（Ｃ）は第１５図におけるそ
れぞれア、イ、つ点における信号のスペクトルを示す図
である。ア点は光検波回路８の出力点、イ点はハイパス
フィルタ１０３の出力点、つ点はバンドパスフィルタ９
６の出力点である。この例においても、復調回路８４に
入力する信号の中心周波数をｆ２　にすることができる
ので、当該スペクトルが折り返されることが防止される
。尚、線スペクトル信号をアップコンバートさせるがダ
ウンコンバートさせるかは、線スペクトル信号の出現位
置或いは周波数コンバート量に応じて決定することがで
きる。

第１７図は位相雑音抑圧方法の実施に使用するシステム
のさらに他の具体例を示すブロック図である。この例で
は、復調回路８４に入力する信号ニオけるスペクトルの
折り返しを防止するために、狭帯域バンドパスフィルタ
８２からの信号を周波数変換するのではなく、バンドパ
スフィルタ８１からの信号を周波数変換してミキサ８３
に入力するようにしている。１１１は周波数ｆ、で発振
する発振器、１１２はバンドパスフィルタ８１からの信
号と発振器１１１からの信号とをミキシングするミキサ
、１１３は周波数ｆｒ、＋ｆ３−Ｂからｆｒｐ＋ｆ３＋
Ｂの範囲にある中間周波信号及び線スヘクトル信号を通
過させるハイパスフィルタである。

第１８図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）はそれぞれ第１７
図におけるア、イ、つ点における信号のスペクトルを示
す図である。ア点は光検波回路８の出力点、イ点はハイ
パスフィルタ１１３の出力点、つ点はバンドパスフィル
タ９６の出力点である。この場合にも、復調回路８４に
入力する信号の中心周波数がｆ。

十Ｂになるので、スペクトルのただみこみを有効に防止
することができる。

次に、本発明方法の実施に使用する多値ＤＭ−ＰＳＫ伝
送システムについて説明する。

第１９図は４値変調の場合の光送信機の構成例を示すブ
ロック図である。この例では、２チヤネルの入力データ
ｍ１（ｔ）　、　ｍ２（ｔ）のうち前者の振幅を増幅器
１２１により２倍にして加算器１２２で加算した後に振
幅及びパルス幅制御回路４に入力するようにしている。

図中の１２′は、入力信号のビットレートＢの１／２　
（−船釣には２ｎ値変調の場合には１／ｎ）に等しい周
波数の信号を重畳する回路である。

この構成によると、入力データによって表される４値状
態のうちの第１の状態については周波数偏移させず、第
２乃至第４の状態については、第１の状態に対して位相
偏移がそれぞれ２πに／４（ｋ＝１．２．３）となるよ
うに、変調電流パルスの波形についての制御を行うこと
ができる。即ち、４値信号のうちの１つに対応する位相
状態が零である場合には、他の３つの位相状態はそれぞ
れπ／２．π、３π／２となる。

第２０図は４値変調の場合の自動周波数制御方法の実施
に使用するシステムのブロック図である。

この例では、ＡＦＣループは第７図におけるものに準じ
て構成されている。４値変調を始めとして多値変調にお
いては、ビットレートに対する中間周波信号スペクトル
の広がりが２値変調の場合と異なるので、これに対処し
たフィルタ設計が必要である。１３１は光検波回路８か
らの信号のうち周波数がｔ、、−ＢＩ３からｆ。、十Ｂ
／２の範囲の信号を３！Ａ遇させるバンドパスフィルタ
である。１３２は周波数がｆ□ｒＢ／２の線スペクトル
信号を通過させるローパスフィルタである。１３３は周
波数ｆｒｙ　　ＢＩ３で発振する発振器である。１３４
はローパスフィルタ１３２からの信号と発振器１３３か
らの信号とをミキシングするミキサである。そして、ミ
キサ１３４の出力信号に基づいて局発ＬＤ２４の負帰還
制御がなされるようになっている。復調回路は、第７図
に示されたような復調回路を２組備えて排他的論理和回
路１３６を介して復調信号を出力するようにしている。

但し一方の３ｄＢカプラに代えて、位相を９０°ずらし
て分岐する９０’ハイブリツドカプラ１３５が用いられ
ている。尚、線スペクトル信号が中間周波信号のスペク
トルの高周波数側に出現する場合には、狭帯域バンドパ
スフィルタ１３２が通過させる周波数及び発振器１３３
の周波数はｆＩＦ十Ｂ／２となる。

第２１図は４値変調の場合の復調方法の実施に使用する
システムのブロック図である。２値変調の場合と異なる
点は、光検波回路８からの信号を分岐して入力させるバ
ンドパスフィルタ１４１の通過帯域がＢＩ３から３Ｂ／
２であることと、分岐されたもう一方の信号が入力する
狭帯域バンドパスフィルタ１４２が通過させる信号の周
波数がＢＩ３であることである。バンドパスフィルタ１
４１の出力信号は分岐されてミキサ１４４．１４５に入
力され、狭帯域バンドパスフィルタ１４２の出力信号は
、周波数ダブラ１４３により周波数を２倍にされた後分
岐され、それぞれπ／４位相シフタ１４６及び−π／４
位相シフタ１４７を介してミキサ１４４．１４５に入力
される。そして、ミキサ１４４．１４５の出力が復調出
力となる。

尚、局発ＬＤ２４のＡＦＣを行うために、ミキサ１４４
．１４５のいずれか一方（この例ではミキサ１４５）の
出力信号をローパスフィルタ６２及び負帰還回路６３を
介して局発ＬＤ２４に負帰還させている。尚、この場合
に中間周波信号の中心周波数ｆＩＦはビットレートＢと
等しく設定されている。

第２２図は４値変調の場合の位相雑音抑圧方法の実施に
使用するシステムのブロック図である。

２値変調の場合と異なる点は、バンドパスフィルタ１５
１のｉｉ！！過帯域がｆｓｖ　　ＢＩ３からｆＩＦ＋Ｂ
／２であることと、狭帯域バンドパスフィルタ１５２が
通過させる信号の周波数がｆｒｙ　　ＢＩ３又はｒｘｙ
＋Ｂ／２であることである。バンドパスフィルタ１５１
及び狭帯域バンドパスフィルタ１５２の出力信号はミキ
サ１５３によりミキシングされた後に復調回路に送られ
る。復調回路は第２０図に示されたシステムと同様に構
成されている。

また、局発ＬＤ２４のＡＦＣを行うために、狭帯域バン
ドパスフィルタ１５２の出力信号を分岐して周波数−電
圧変換回路９４に入力し、その出力に基づいて負帰還回
路９５を介して局発ＬＤ２４の負帰還制御を行っている
。

第２２図に示したシステムにおいては、バンドパスフィ
ルタ１５１及び狭帯域バンドパスフィルタ１５２の出力
信号を周波数変換せずにミキサ１５３に入力しているが
、１３図、１５図或いは１７図に示されたシステムに準
じていずれか一方の出力信号を周波数変換してからミキ
サ１５３に入力するようにしても良い。或いはバンドパ
スフィルタ１５１及び狭帯域バンドパスフィルタ１５２
の双方の出力信号を周波数変換してからミキサ１５３に
入力しても良い。

高精度な自動周波数制御方法を容易に実施し得るように
するという本発明の一つの目的を達成するための方法及
び装置の他の例を以下に説明する。

まず、この方法は、ＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいて
、受信した光信号を局発光と共に光−電気変換して中間
周波信号を得、該中間周波信号を周波数ダブラにより周
波数変換したときに生じる線スペクトル信号を検出し、
該線スペクトル信号の周波数が一定となるように上記局
発光の周波数を制御するようにしたものである。周波数
ダブラにより中間周波信号の周波数を２倍にすると、変
調成分が消滅し、周波数２　ｆｌｖ、　　２　（ｆＩＦ
＋ΔＦ）又は２（ｆＩＦ−ΔＦ）に線スペクトル信号が
生じるので、これらのうちのいずれかの線スペクトル信
号を検出して、これを局発光の周波数のフィードバック
制御に用いるものである。

この自動周波数制御方法の実施に使用する直接変調ＰＳ
Ｋ伝送システムにおける光受信機は、注入電流に応じた
周波数の局発光を出力する局発半導体レーザと、光送信
機からの光信号と上記局発光とを加え合わせて出力する
光カプラと、該光カプラからの光を光−電気変換して中
間周波信号を生じさせる光検波回路と、上記中間周波信
号の周波数を２倍にして出力する周波数ダブラと、上記
中間周波信号の中心周波数をｆＩＦとし光送信機におけ
る注入電流の変化による周波数偏移をΔＦとするときに
上記周波数ダブラからの信号のうち周波数２　ｆｆｐ、
　　２　　（ｆ□、＋ΔＦ）又は２（ｆＩＦ−ΔＦ＞（
７）ｌスペクトル信号を通過させるバンドパスフィルタ
と、該バンドパスフィルタからの線スペクトル信号の周
波数が一定となるように上記局発半導体レーザへの注入
電流を制御する制御回路とを含んで構成される。この光
受信機は、第２６図に示された従来の構成に準じて構成
することができるので、その図示を省略する。

また、上記方法の実施に使用する直接変調ＰＳＫ伝送シ
ステムにおける他の光受信機は、前構成と同じように機
能する局発半導体レーザ、光カプラ、光検波回路、周波
数ダブラ及びバンドパスフィルタと、該バンドパスフィ
ルタからの線スペクトル信号の周波数とほぼ等しい周波
数で発振する発振器と、該発振器からの信号と上記バン
ドパスフィルタからの線スペクトル信号とをミキシング
するミキサと、該ミキサの出力信号の低周波成分全通過
させるローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力
信号を電圧−電流変換して上記局発半導体レーザに負帰
還を与える負帰還回路とを含んで構成される。この光受
信機は、第２８図により説明した従来構成に準じて構成
することができるのでその図示を省略する。

発明の詳細 な説明したように、本発明によると、簡単な構成により
同期検波型の高精度な自動周波数制御を行うことができ
るようになるという効果を奏する。ここで、周波数安定
性が伝送符号のマーク率に依存しないことも大きなメリ
ットである。

また、本発明によると、簡単な構成により同期検波型の
復調を行うことができるようになり、受信感度の向上が
図られる。

さらに本発明によると、簡単な構成により位相雑音抑圧
型の受信を行うことができるようになり、伝送速度に対
して半導体レーザ等の光発振回路の持つスペクトル線幅
の許容値を拡大することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＤＭ−ＰＳＫ伝送システムにおいて観測される
線スペクトルの説明図、 第２図はＤＭ−ＰＳＫシステムのブロック図、第３図は
ＤＭ−ＰＳＫシステムにおける変調駆動波形、ＩＦ信号
波形及び復調波形の波形図、第４図はＤＭ−ＰＳＫシス
テムにおける周波数偏移と位相変化のタイミングチャー
と、第５図はＤＭ−ＰＳＫシステムにおける変調指数に
応じた駆動波形の設定の例の説明図、第６図は本発明の
自動周波数制御方法の実施に使用するシステムの基本構
成を示す図、第７１！Ｉは本発明の自動周波数制御方法
の実施に使用するシステムの具体例を示すブロック図、
第８図は本発明の自動周波数制御方法の実施に使用する
システムの他の具体例を示すブロック図、第９図は本発
明の復調方法の実施に使用するシステムの基本構成を示
す図、 第１０図は本発明の復調方法の実施に使用するシステム
の具体例を示すブロック図、 第１１図はプリコーダの説明図、 第１２図は本発明の位相雑音抑圧方法の実施に使用する
システムの基本構成を示す図、第１３図は本発明の位相
雑音抑圧方法の実施に使用するシステムの具体例を示す
ブロック図、第１４図は第１３図の各点におけるスペク
トル分布の説明図、 第１５図は本発明の位相雑音抑圧方法の実施に使用する
システムの他の具体例を示すブロック図、第１６図は第
１５図の各点におけるスペクトル分布の説明図、 第１７図は本発明の位相雑音抑圧方法の実施に使用する
システムのさらに他の具体例を示すブロック図、 第１８図は第１７図の各点におけるスペクトル分布の説
明図、 第１９図は４値変調の場合の光送信機の構成例を示すブ
ロック図、 第２０図は４値変調の場合の自動周波数制御方法の実施
に使用するシステムのブロック図、第２１図は４値変調
の場合の復調方法の実施に使用するシステムのブロック
図、 第２２図は４値変調の場合の位相雑音抑圧方法の実施に
使用するシステムのブロック図、第２３図はＤＰＳＫ伝
送システムのブロック図、第２４図はＣＰＦＳＸ伝送シ
ステムのブロック図、 第２５図は自動周波数制御方法の従来技術の説明図、 第２６図は自動周波数制御方法の他の従来技術の説明図
、 第２７図は第２６図の周波数ダブラの入出力信号のスペ
クトル説明図、 第２８図は自動周波数制御方法のさらに他の従来技術の
説明図、 第２９図は同期検波型の復調方法の従来技術の説明図、 第３０図は位相雑音抑圧方法の従来技術の説明図、 第３１図は第３０図の各ＢＰＦに入力する信号のスペク
トル等の説明図。 １・・・半導体レーザ、 ２・・・バイアス電流回路、 ３・・・変調電流パルス回路、 ４・・・振幅及びパルス幅制御回路、 ６・・・局発半導体レーザ、 ７・・・光カプラ、 ８・・・光検波回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レー
   ザ（１）に与える上記注入電流を、２値符号化された入
   力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ
   変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上記
   周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるように
   して光信号を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムにお
   いて、上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上
   記入力信号のビットレートＢに等しい周波数の信号を重
   畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対して上記ビット
   レートＢだけ異なる周波数の線スペクトル信号を検出し
   、該線スペクトル信号の周波数が一定となるように上記
   局発光の周波数を制御することを特徴とする自動周波数
   制御方法。 ２、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レー
   ザ（１）に与える上記注入電流を、２値符号化された入
   力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ
   変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上記
   周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるように
   して光信号を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムにお
   いて、上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上
   記入力信号のビットレートＢに等しい周波数の信号を重
   畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆが上記ビットレート
   Ｂの概略２倍になるように上記局発光の周波数を設定し
   、上記中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対して上記ビットレート
   Ｂだけ異なる周波数の線スペクトル信号を検出して、該
   信号に基づきキャリアを再生し、該キャリアと上記中間
   周波信号とをミキシングすることにより同期復調をなす
   ようにしたことを特徴とする復調方法。 ３、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レー
   ザ（１）に与える上記注入電流を、２値符号化された入
   力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ
   変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上記
   周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるように
   して光信号を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムにお
   いて、上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上
   記入力信号のビットレートＢに等しい周波数の信号を重
   畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対して上記ビット
   レートＢだけ異なる周波数の線スペクトル信号を検出し
   、該線スペクトル信号と上記中間周波信号とをミキシン
   グした後に復調するようにしたことを特徴とする位相雑
   音抑圧方法。 ４、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レー
   ザ（１）に与える上記注入電流を、２値符号化された入
   力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だけ
   変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上記
   周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるように
   して光信号を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムにお
   いて、上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上
   記入力信号のビットレートＢに等しい周波数の信号を重
   畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対して上記ビット
   レートＢだけ異なる周波数の線スペクトル信号を検出し
   、該線スペクトル信号と上記中間周波信号とをいずれか
   一方又は両方を周波数変換してミキシングした後に復調
   するようにしたことを特徴とする位相雑音抑圧方法。 ５、上記所定の時間がＴ／２ｍ（ｍは変調指数）に設定
   されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   に記載の方法。 ６、上記変調指数ｍが０．５＜ｍを満足していることを
   特徴とする請求項５に記載の方法。 ７、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レー
   ザ（１）と、 該半導体レーザ（１）にバイアス電流を与えるバイアス
   電流回路（２）と、 ２値符号化された入力信号の１タイムスロットＴよりも
   短いパルス幅の変調電流パルスを上記バイアス電流に重
   畳する変調電流パルス回路（３）と、上記入力信号のビ
   ットレートＢに等しい周波数の電流信号を上記バイアス
   電流に重畳する回路（１２）と、 上記変調電流パルスによって変動した上記周波数の積分
   値が位相量としてπ又は−πとなるように、上記入力信
   号に基づいて上記変調電流パルスの振幅及びパルス幅を
   制御する振幅及びパルス幅制御回路（４）とを含んでな
   る光送信機を備え、注入電流に応じた周波数の局発光を
   出力する局発半導体レーザ（２４）と、 上記光送信機からの光信号と上記局発光とを加え合わせ
   て出力する光カプラ（７）と、 該光カプラ（７）からの光を光−電気変換して中間周波
   信号を生じさせる光検波回路（８）と、上記中間周波信
   号の中心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとするときに上記光検波回
   路（８）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂ又は
   ｆ＿Ｉ＿Ｆ＋Ｂの線スペクトル信号を通過させる狭帯域
   バンドパスフィルタ（２５）と、上記線スペクトル信号
   の周波数とほぼ等しい周波数で発振する発振器（２６）
   と、 該発振器（２６）からの信号と上記狭帯域バンドパスフ
   ィルタ（２５）からの線スペクトル信号とをミキシング
   するミキサ（２７）と、 該ミキサ（２７）の出力信号の低周波成分を通過させる
   ローパスフィルタ（２８）と、 該ローパスフィルタ（２８）の出力信号を電圧−電流変
   換して上記局発半導体レーザ（２４）に負帰還を与える
   負帰還回路（２９）とを含んでなる光受信機を備えたこ
   とを特徴とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 ８、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ（２４）、光カプラ
   （７）及び光検波回路（８）と、上記中間周波信号の中
   心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとするときに上記光検波回路（８
   ）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂからｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ＋Ｂの範囲の信号を通過させるバンドパスフィルタ
   （３１）と、 該バンドパスフィルタ（３１）からの信号に基づき復調
   を行う復調回路（３２）と、 上記光検波回路（３１）からの信号のうち周波数がｆ＿
   Ｉ＿Ｆ−Ｂの線スペクトル信号を通過させるローパスフ
   ィルタ（３３）と、 周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂで発振する発振器（３４）と、該
   発振器（３４）からの信号と上記ローパスフィルタ（３
   ３）からの線スペクトル信号とをミキシングするミキサ
   （３５）と、 該ミキサ（３５）の出力信号の低周波成分を通過させる
   ローパスフィルタ（２８）と、 該ローパスフィルタ（２８）の出力信号を電圧−電流変
   換して上記局発半導体レーザ（２４）に負帰還を与える
   負帰還回路（２９）とを含んでなる光受信機を備えたこ
   とを特徴とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 ９、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ（２４）、光カプラ
   （７）及び光検波回路（８）と、上記中間周波信号の中
   心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとするときに上記光検波回路（８
   ）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂからｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ＋Ｂの範囲の信号を通過させるバンドパスフィルタ
   （３１）と、 該バンドパスフィルタ（３１）からの信号に基づき復調
   を行う復調回路（３２）と、 上記光検波回路（８）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ＋Ｂの線スペクトル信号を通過させるハイパスフィ
   ルタ（４１）と、 周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆ＋Ｂで発振する発振器（４２）と、該
   発振器（４２）からの信号と上記ハイパスフィルタ（４
   １）からの線スペクトル信号とをミキシングするミキサ
   （４３）と、 該ミキサ（４３）の出力信号の低周波成分を通過させる
   ローパスフィルタ（２８）と、 該ローパスフィルタ（２８）の出力信号を電圧−電流変
   換して上記局発半導体レーザ（２４）に負帰還を与える
   負帰還回路（２９）とを含んでなる光受信機を備えたこ
   とを特徴とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 １０、請求項８又は９に記載のシステムにおいて、 上記復調回路（３２）は、入力信号を等分配して出力す
   る３ｄＢカプラ（３６）と、該３ｄＢカプラ（３６）の
   出力信号の一方を上記入力信号の１タイムスロットＴに
   相当する時間遅延させる遅延回路（３７）と、上記３ｄ
   Ｂカプラ（３６）の出力信号の他方と上記遅延回路（３
   ７）の出力信号とをミキシングするミキサ（３８）とを
   含んでいることを特徴する直接変調ＰＳＫ伝送システム
   。 １１、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ（２４）、光カプラ
   （７）及び光検波回路（８）と、上記中間周波信号の中
   心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとするときに上記光検波回路（８
   ）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂからｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ＋Ｂの範囲の信号を通過させるバンドパスフィルタ
   （５１）と、 上記光検波回路（８）からの信号のうち周波数ｆ＿Ｉ＿
   Ｆ−Ｂの線スペクトル信号を通過させる狭帯域バンドパ
   スフィルタ（５２）と、 該狭帯域バンドパスフィルタ（５２）からの信号の周波
   数を２倍にする周波数ダブラ（５３）と、上記バンドパ
   スフィルタ（５１）からの信号と上記周波数ダブラ（５
   ３）からの信号とをミキシングするミキサ（５４）とを
   含んでなる光受信機を備え、上記中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆ
   は上記ビットレートＢの２倍に設定されていることを特
   徴とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 １２、上記光送信機には差動符号化の逆符号化を行うプ
   リコーダ（７１）が設けられていることを特徴とする請
   求項１１に記載のシステム。 １３、上記光受信機には差動符号化の逆符号化を行うポ
   ストコータ（６４）が設けられていることを特徴とする
   請求項１１に記載のシステム。 １４、請求項１１乃至１３のいずれかに記載のシステム
   において、 上記光受信機には、上記ミキサ（５４）の出力信号の低
   周波成分を通過させるローパスフィルタ（６２）と、該
   ローパスフィルタ（６２）の出力信号を電圧−電流変換
   して上記局発半導体レーザ（２４）に負帰還を与える負
   帰還回路（６３）とが設けられていることを特徴とする
   直接変調ＰＳＫ伝送システム。 １５、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ（２４）、光カプラ
   （７）及び光検波回路（８）と、上記中間周波信号の中
   心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとするときに上記光検波回路（８
   ）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ＿Ｆ−Ｂからｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ＋Ｂの範囲の信号を通過させるバンドパスフィルタ
   （８１）と、 上記光検波回路（８）からの信号のうち周波数がｆ＿Ｉ
   ＿Ｆ−Ｂ又はｆ＿Ｉ＿Ｆ＋Ｂの線スペクトル信号を通過
   させる狭帯域バンドパスフィルタ（８２）と、上記バン
   ドパスフィルタ（８１）からの信号と上記狭帯域バンド
   パスフィルタ（８２）からの信号とをミキシングするミ
   キサ（８３）と、 該ミキサ（８３）からの信号に基づき復調を行う復調回
   路（８４）とを含んでなる光受信機を備えたことを特徴
   とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 １６、請求項１５に記載のシステムにおいて、上記狭帯
   域バンドパスフィルタ（８２）からの線スペクトル信号
   がアップコンバート又はダウンコンバートされて上記ミ
   キサ（８３）に入力されることを特徴とする直接変調Ｐ
   ＳＫ伝送システム。 １７、請求項１５又は１６に記載のシステムにおいて、 上記バンドパスフィルタ（８１）からの信号がアップコ
   ンバート又はダウンコンバートされて上記ミキサ（８３
   ）に入力されることを特徴とする直接変調ＰＳＫ伝送シ
   ステム。 １８、請求項１５乃至１７のいずれかに記載のシステム
   において、 上記復調回路（８４）は、入力信号を等分配して出力す
   る３ｄＢカプラ（３６）と、該３ｄＢカプラ（３６）の
   出力信号の一方を上記入力信号の１タイムスロットＴに
   相当する時間遅延させる遅延回路（３７）と、上記３ｄ
   Ｂカプラ（３６）の出力信号の他方と上記遅延回路（３
   ７）の出力信号とをミキシングするミキサ（３８）とを
   含んでいることを特徴する直接変調ＰＳＫ伝送システム
   。 １９、請求項１５乃至１８のいずれかに記載のシステム
   において、 上記光受信機には、上記ミキサ（８３）に入力する上記
   狭帯域バンドパスフィルタ（８２）からの信号を周波数
   −電圧変換する周波数−電圧変換回路（９４）と、該変
   換回路（９４）の出力信号を電圧−電流変換して上記局
   発半導体レーザ（２４）に負帰還を与える負帰還回路（
   ９５）とが設けられていることを特徴とする直接変調Ｐ
   ＳＫ伝送システム。 ２０、上記光送信機における変調電流パルスのパルス幅
   がＴ／２ｍ（ｍは変調指数）に設定されていることを特
   徴とする請求項７乃至１９のいずれかに記載の直接変調
   ＰＳＫ伝送システム。 ２１、上記変調指数ｍが０．５＜ｍを満足していること
   を特徴とする請求項７乃至２０のいずれかに記載の直接
   変調ＰＳＫ伝送システム。 ２２、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レ
   ーザ（１）に与える上記注入電流を、２＾ｎ値符号化（
   ｎは２以上の自然数）された入力信号の１タイムスロッ
   トＴよりも短い所定の時間だけ変化させて、上記注入電
   流の変化に従って変動した上記周波数の積分値が位相量
   として２πｋ／２＾ｎ又は−２πｋ／２＾ｎ（ｋ＝１、
   ２、・・・、２＾ｎ−１）となるようにして光信号を送
   出する多値直接変調ＰＳＫ伝送システムにおいて、 上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上記入力
   信号のビットレートＢのｎ分の１に等しい周波数の信号
   を重畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対してＢ／ｎだけ
   異なる周波数の線スペクトル信号を検出し、該線スペク
   トル信号の周波数が一定となるように上記局発光の周波
   数を制御することを特徴とする自動周波数制御方法。 ２３、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レ
   ーザ（１）に与える上記注入電流を、２＾ｎ値符号化（
   ｎは２以上の自然数）された入力信号の１タイムスロッ
   トＴよりも短い所定の時間だけ変化させて、上記注入電
   流の変化に従って変動した上記周波数の積分値が位相量
   として２πｋ／２＾ｎ又は−２πｋ／２＾ｎ（ｋ＝１、
   ２、・・・、２＾ｎ−１）となるようにして光信号を送
   出する多値直接変調ＰＳＫ伝送システムにおいて、 上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上記入力
   信号のビットレートＢのｎ分の１に等しい周波数の信号
   を重畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆが上記ビットレート
   Ｂの概略２／ｎ倍になるように上記局発光の周波数を設
   定し、上記中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対してＢ／ｎだけ異
   なる周波数の線スペクトル信号を検出して、該信号に基
   づきキャリアを再生し、該キャリアに基づく信号と上記
   中間周波信号とをミキシングすることにより同期復調を
   なすようにしたことを特徴とする復調方法。 ２４、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レ
   ーザ（１）に与える上記注入電流を、２＾ｎ値符号化（
   ｎは２以上の自然数）された入力信号の１タイムスロッ
   トＴよりも短い所定の時間だけ変化させて、上記注入電
   流の変化に従って変動した上記周波数の積分値が位相量
   として２πｋ／２＾ｎ−又は−２πｋ／２＾ｎ（ｋ＝１
   、２、・・・、２＾ｎ−１）となるようにして光信号を
   送出する多値直接変調ＰＳＫ伝送システムにおいて、 上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上記入力
   信号のビットレートＢのｎ分の１に等しい周波数の信号
   を重畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対してＢ／ｎだけ
   異なる周波数の線スペクトル信号を検出し、該線スペク
   トル信号と上記中間周波信号とをミキシングした後に復
   調するようにしたことを特徴とする位相雑音抑圧方法。 ２５、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レ
   ーザ（１）に与える上記注入電流を、２＾ｎ値符号化（
   ｎは２以上の自然数）された入力信号の１タイムスロッ
   トＴよりも短い所定の時間だけ変化させて、上記注入電
   流の変化に従って変動した上記周波数の積分値が位相量
   として２πｋ／２＾ｎ又は−２πｋ／２＾ｎ（ｋ＝１、
   ２、・・・、２＾ｎ−１）となるようにして光信号を送
   出する多値直接変調ＰＳＫ伝送システムにおいて、 上記半導体レーザ（１）に与える注入電流に、上記入力
   信号のビットレートＢのｎ分の１に等しい周波数の信号
   を重畳し、 上記光信号を局発光と共に光−電気変換して得られる中
   間周波信号の中心周波数ｆ＿Ｉ＿Ｆに対してＢ／ｎだけ
   異なる周波数の線スペクトル信号を検出し、該線スペク
   トル信号と上記中間周波信号とをいずれか一方又は両方
   を周波数変換してミキシングした後に復調するようにし
   たことを特徴とする位相雑音抑圧方法。 ２６、注入電流に応じた周波数の光を出力する半導体レ
   ーザ（１）に与える上記注入電流を、２値符号化された
   入力信号の１タイムスロットＴよりも短い所定の時間だ
   け変化させて、上記注入電流の変化に従って変動した上
   記周波数の積分値が位相量としてπ又は−πとなるよう
   にして光信号を送出する直接変調ＰＳＫ伝送システムに
   おいて、上記光信号を局発光と共に光−電気変換して中
   間周波信号を得、該中間周波信号を周波数ダブラにより
   周波数変換したときに生じる線スペクトル信号を検出し
   、該線スペクトル信号の周波数が一定となるように上記
   局発光の周波数を制御することを特徴とする自動周波数
   制御方法。２７、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ、光カプラ及び光検
   波回路と、 上記中間周波信号の周波数を２倍にして出力する周波数
   ダブラと、 上記中間周波信号の中心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとし上記光
   送信機における上記注入電流の変化による周波数偏移を
   ΔＦとするときに上記周波数ダブラからの信号のうち周
   波数２ｆ＿Ｉ＿Ｆ、２（ｆ＿Ｉ＿Ｆ＋ΔＦ）又は２（ｆ
   ＿Ｉ＿Ｆ−ΔＦ）の線スペクトル信号を通過させるバン
   ドパスフィルタと、 該バンドパスフィルタからの線スペクトル信号の周波数
   が一定となるように上記局発半導体レーザへの注入電流
   を制御する制御回路とを含んでなる光受信機を備えたこ
   とを特徴とする直接変調ＰＳＫ伝送システム。 ２８、請求項７に記載の光送信機を備え、 請求項７に記載の局発半導体レーザ、光カプラ及び光検
   波回路と、 上記中間周波信号の周波数を２倍にして出力する周波数
   ダブラと、 上記中間周波信号の中心周波数をｆ＿Ｉ＿Ｆとし上記光
   送信機における上記注入電流の変化による周波数偏移を
   ΔＦとするときに上記周波数ダブラからの信号のうち周
   波数２ｆ＿Ｉ＿Ｆ、２（ｆ＿Ｉ＿Ｆ＋ΔＦ）又は２（ｆ
   ＿Ｉ＿Ｆ−ΔＦ）の線スペクトル信号を通過させるバン
   ドパスフィルタと、 該バンドパスフィルタからの線スペクトル信号の周波数
   とほぼ等しい周波数で発振する発振器と、該発振器から
   の信号と上記バンドパスフィルタからの線スペクトル信
   号とをミキシングするミキサと、 該ミキサの出力信号の低周波成分を通過させるローパス
   フィルタと、 該ローパスフィルタの出力信号を電圧−電流変換して上
   記局発半導体レーザに負帰還を与える負帰還回路とを含
   んでなる光受信機を備えたことを特徴とする直接変調Ｐ
   ＳＫ伝送システム。