JP2000151518A - 光伝送方法及び光伝送システム - Google Patents

光伝送方法及び光伝送システム

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JP2000151518A
JP2000151518A JP10320603A JP32060398A JP2000151518A JP 2000151518 A JP2000151518 A JP 2000151518A JP 10320603 A JP10320603 A JP 10320603A JP 32060398 A JP32060398 A JP 32060398A JP 2000151518 A JP2000151518 A JP 2000151518A
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Japan
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optical
signal
clock signal
phase
intensity
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JP10320603A
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English (en)
Inventor
Akihiko Matsuura
暁彦 松浦
Kazushige Yonenaga
一茂 米永
Yutaka Miyamoto
宮本  裕
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は光伝送方法及び光伝送システムにお
いて受信側でのクロック信号の再生をより安定化し伝送
される各データビットを高い信頼性で受信することを目
的とする。 【解決手段】 送信データに応じて強度変調された光信
号を送信する光送信装置と強度変調された光信号を受信
して前記送信データを再生する光受信装置と前記光送信
装置と光受信装置とを接続する光伝送路とを備える光伝
送システムを利用する光伝送方法において、前記光送信
装置側で送信データに同期したクロック信号に応じて位
相変調された光信号を生成し、光受信装置側で受信した
光信号の位相変化に基づいて前記クロック信号を再生す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば基幹伝送に
用いられる長距離・超高速光伝送システムに利用可能な
光伝送方法及び光伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より光伝送システムにおいては、光
の制御の困難さや信号の高速性を考慮して強度変調−直
接検波方式(以下「IM−DD伝送方式」という)が用
いられている。すなわち、送信側では光の強度を送信デ
ータの「1」,「0」に応じて変調する。受信側では、
受信光の強度変化をデータの「1」,「0」に対応付け
て送信データの各ビットを検出する。
【0003】通常、送信データは周期が一定のクロック
信号に同期して例えば1ビットずつ順次に送信される。
また、受信側では送信データの各ビット位置(タイミン
グ)を認識するために送信側のクロック信号を再生する
必要がある。従来の光伝送システムは、一般に図8のよ
うに構成されている。図8の例では、光受信装置におい
て、受信した光信号をO/E(光/電気)変換器を用い
て電気信号に変換した後、微分回路および全波整流器を
用いて送信側のクロック信号を再生している。つまり、
受信した光信号の強度変化に基づいてクロック信号を再
生している。
【0004】しかし、送信側で変調信号として用いるデ
ータ信号の隣接ビット同士が同じ値になる場合には、ク
ロック信号の周期で光信号の強度変化が発生しないの
で、受信装置の微分回路の出力に信号が現れない。特
に、同一パターンの符号を長時間連続的に送信する場合
には、微分回路の出力に信号の無い状態が続くので、検
出されるクロック信号が不安定になる。
【0005】例えば、隣接ビット同士が全て異なる値の
データ「10101010・・・・」をデータ信号とし
て用いる場合には、受信側で再生されるクロック信号の
パワースペクトルが図9のようになる。図9の例では、
クロック信号に含まれるほとんどの周波数成分が送信側
のクロック信号の周波数B(ビットレートの逆数と同
じ)の近傍に集中している。従って、このクロック信号
を用いればデータ信号の各ビット位置に同期して安定に
データを受信できる。
【0006】しかし、例えば値の変化が2ビット毎に繰
り返し現れるデータ「11001100・・・」をデー
タ信号として用いる場合には、受信側で再生されるクロ
ック信号のパワースペクトルが図10のようになる。図
10の例では、送信側のクロック信号の周波数Bの半分
の周波数の整数倍の複数の周波数成分がクロック信号に
含まれている。従って、このクロック信号を用いてデー
タのサンプリングを実施すると、送信側のデータ信号の
各ビットとは異なる位置でデータをサンプリングする可
能性がある。
【0007】このため、従来より送信側でデータ信号に
スクランブルをかけるように処理している。スクランブ
ルをかけたデータ信号を用いて変調を実施することによ
り、受信側のクロック信号の再生が安定化される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、送信側
でデータ信号にスクランブルをかける場合であっても、
受信側で再生されるクロック信号が不安定になる場合が
ある。すなわち、ある確率で、スクランブル後の信号に
同符号連続が生じる可能性がある。従って、従来の方法
ではクロック再生が不安定になるのを確実に防止できる
訳ではない。
【0009】特に、10[Gbit/s]を超えるような超
高速光伝送による長距離伝送システムにおいては、安定
したクロック再生への要求が厳しく、従来の対策の問題
がシステムに致命的な影響を及ぼす可能性もある。本発
明は、上記のような光伝送方法及び光伝送システムにお
いて、受信側でのクロック信号の再生をより安定化し、
伝送される各データビットを高い信頼性で受信すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の光伝送方法
は、送信データに応じて強度変調された光信号を送信す
る光送信装置と、強度変調された光信号を受信して前記
送信データを再生する光受信装置と、前記光送信装置と
光受信装置とを接続する光伝送路とを備える光伝送シス
テムを利用する光伝送方法において、前記光送信装置側
で、送信データに同期したクロック信号に応じて位相変
調された光信号を生成し、前記光受信装置側で、受信し
た光信号の位相変化に基づいて前記クロック信号を再生
することを特徴とする。
【0011】光送信装置から光受信装置に伝送される光
信号は、送信データに応じて強度が変化すると同時にク
ロック信号に応じて位相が変化する。従って、光受信装
置は受信した光信号の位相変化に基づいて前記クロック
信号を再生できる。変調に使用する送信データに例えば
「1111・・・」のような同符号連続が生じる場合に
は、伝送される光信号の強度変化が生じない。しかし、
その場合でも光信号の位相はクロック信号に応じて変化
するので、受信側ではクロック信号を再生できる。
【0012】例えば、送信データのビットが「0」の状
態で光信号の強度を0又はそれに近い状態に変調する場
合には、送信データのビットが「0」の時に受信側で光
信号の位相を認識できない。しかし、クロック信号は変
化しないので、位相を認識できないときにはそれ以前に
検出されたクロック信号の状態を維持するようにクロッ
ク信号の再生を行えば良い。
【0013】従って、例えば値の変化が2ビット毎に繰
り返し現れるデータ「11001100・・・」をデー
タ信号として用いる場合であっても、安定したクロック
信号の再生が可能である。クロック信号の再生が不安定
になるのは、送信データのビットが「0」の状態が長時
間継続する場合だけである。請求項2の光伝送システム
は、送信データに応じて強度変調された光信号を送信す
る光送信装置と、強度変調された光信号を受信して前記
送信データを再生する光受信装置と、前記光送信装置と
光受信装置とを接続する光伝送路とを備える光伝送シス
テムにおいて、送信する光信号を送信データに同期した
クロック信号に応じて位相変調する位相変調手段を前記
光送信装置に設け、受信した光信号の位相変化に基づい
て前記クロック信号を再生する第1の受信手段と、受信
した光信号から前記送信データを再生する第2の受信手
段とを前記光受信装置に設けたことを特徴とする。
【0014】光送信装置に設けられた位相変調手段は、
送信する光信号を送信データに同期したクロック信号に
応じて位相変調する。位相変調手段の変調動作について
は、強度変調の前後のいずれで実施しても良い。光受信
装置に設けられた第1の受信手段は、受信した光信号の
位相変化に基づいて前記クロック信号を再生する。第2
の受信手段は、受信した光信号から前記送信データを再
生する。
【0015】クロック信号が位相変化として光信号に含
まれているので、送信データの内容の影響をほとんど受
けることなく、受信側では安定したクロック信号を再生
できる。再生したクロック信号に同期してデータの各ビ
ットをサンプリングすれば、伝送された送信データを高
い信頼性で再生できる。請求項3は、請求項2の光伝送
システムにおいて、光信号の周波数変化を光強度変化に
変換する光周波数弁別手段を前記第1の受信手段に設け
たことを特徴とする。
【0016】光受信装置が受信する光信号には、クロッ
ク信号によって位相変調された位相変調成分が含まれて
いる。この光信号の位相変化,周波数変化,波長変化の
いずれかを検出すれば、光信号に含まれる位相変調成分
であるクロック信号を検出できる。光周波数弁別手段は
光信号の周波数変化を光強度変化に変換するので、光周
波数弁別手段の出力にはクロック信号が光強度変化とし
て出力される。
【0017】請求項4は、請求項3の光伝送システムに
おいて、前記光周波数弁別手段をマッハツェンダ干渉計
を用いて構成したことを特徴とする。マッハツェンダ干
渉計のように光導波路を用いて構成した干渉系では、入
力される光信号の周波数の違いを光強度の変化として出
力できる。請求項5は、請求項2の光伝送システムにお
いて、受信した光信号を2系統に分岐する分岐器を前記
光受信装置に設け、前記第1の受信手段を前記分岐器の
一方の出力に接続し、前記第2の受信手段を前記分岐器
の他方の出力に接続したことを特徴とする。
【0018】光受信装置に設けられた分岐器は、受信し
た光信号を2系統に分岐する。第1の受信手段は、前記
分岐器の一方の出力する光信号からその位相変化に基づ
いてクロック信号を再生する。第2の受信手段は、前記
分岐器の他方の出力する光信号からその強度変化に基づ
いて送信データを再生する。請求項6は、請求項2の光
伝送システムにおいて、受信した光信号の周波数変化を
光強度変化に変換する光周波数弁別手段と、前記光周波
数弁別手段の出力を電気信号に変換する光電気変換手段
と、前記光電気変換手段の出力に接続されたバンドパス
フィルタと、前記光電気変換手段の出力に接続されたロ
ーパスフィルタとを前記光受信装置に設けたことを特徴
とする。
【0019】光周波数弁別手段の出力する光信号には、
受信した光信号の周波数変化に応じた第1の光強度変化
成分と、受信した光信号に含まれる送信データに応じた
第2の光強度変化成分とが含まれている。クロック信号
に対応する第1の光強度変化成分は周波数が一定なの
で、バンドパスフィルタを用いることにより第1の光強
度変化成分を抽出できる。また、第1の光強度変化成分
の周波数と比べて第2の光強度変化成分の周波数が低い
場合には、ローパスフィルタを用いることにより送信デ
ータに対応する第2の光強度変化成分を抽出できる。
【0020】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)この形態の
光伝送方法及び光伝送システムについて、図1及び図3
〜図7を参照して説明する。この形態は請求項1〜請求
項5に対応する。図1はこの形態の光伝送システムの構
成を示すブロック図である。図3は光周波数弁別器の特
性例を示すグラフである。図4はマッハツェンダ干渉計
で構成した光周波数弁別器の構成を示すブロック図であ
る。図5は第1及び第2の実施の形態の光周波数弁別器
の特性を示すグラフである。図6は送信される光信号の
変調例を示すタイムチャートである。図7は送信される
光信号と再生されるクロック信号の例を示すタイムチャ
ートである。
【0021】この形態では、請求項2の光送信装置,光
受信装置,光伝送路及び位相変調手段は、それぞれ光送
信装置10,光受信装置30,光伝送路20及び位相変
調器12に対応する。また、請求項2の第1の受信手段
は光周波数弁別器34,O/E変換器35及びバンドパ
スフィルタ36に対応し、請求項2の第2の受信手段は
O/E変換器32及びローパスフィルタ33に対応す
る。
【0022】また、請求項3の光周波数弁別手段は光周
波数弁別器34に対応する。請求項5の分岐器は光カプ
ラ31に対応する。図1に示すように、光送信装置10
は強度変調器11及び位相変調器12を備えている。強
度変調器11の光入力ポートには光搬送波41が入射す
る。光搬送波41は周波数の安定したレーザ光などであ
る。また、強度変調器11の電気信号入力端子には、送
信対象となるデータ信号42が入力される。
【0023】この例では、データ信号42は電圧などの
レベルが2値的に変化するディジタル信号である。ま
た、データ信号42には直列形式のビットデータが予め
定めた一定のビットレートで順次に現れることを想定し
ている。強度変調器11は、入射する光搬送波41の強
度をデータ信号42のレベルに応じて変調する。強度変
調器11によって強度変調された光搬送波44が位相変
調器12の光入力ポートに入射する。
【0024】また、位相変調器12の電気信号入力端子
には、クロック信号43が入力される。このクロック信
号43には、周期が一定の正弦波などの波形が現れる。
クロック信号43の周期は、例えばデータ信号42のビ
ットレートと同一であり、データ信号42の各ビットと
同期して現れる。従って、クロック信号43を利用する
ことにより、データ信号42の各ビット位置(タイミン
グ)を識別できる。
【0025】位相変調器12は、強度変調された光搬送
波44の位相をクロック信号43のレベルに応じて変調
する。従って、位相変調器12の光出力ポートから出力
される光信号45は、データ信号42に応じた強度変調
とクロック信号43に応じた位相変調を受けている。光
信号45は、例えば図6に示すように強度変化と位相変
化を伴う。位相変化はビットレートと同一の周期で現れ
るので、位相変化がクロック信号43に対応する。
【0026】光送信装置10から送出される光信号45
は、光伝送路20を介して光受信装置30に伝送され
る。光受信装置30には、光カプラ31,O/E(光/
電気)変換器32,ローパスフィルタ33,光周波数弁
別器34,O/E変換器35及びバンドパスフィルタ3
6が備わっている。
【0027】光受信装置30に入射した光信号45は、
光カプラ31で2系統の光信号46,47に分岐され
る。分岐された光信号46はO/E変換器32の光入力
ポートに入射する。O/E変換器32は入射する光信号
46の強度に対応する電気信号49を出力する。O/E
変換器32が出力する電気信号49は、ローパスフィル
タ33に入力される。
【0028】ローパスフィルタ33は所定以下の周波数
成分だけを通過するので、光信号45に乗せて伝送され
た信号成分のうち、データ信号42に対応する成分がデ
ータ信号51として現れる。つまり、光受信装置30で
再生されたデータ信号51は、光送信装置10から送信
されたデータ信号42と同一になる。一方、分岐された
光信号47は光周波数弁別器34の光入力ポートに入射
する。光周波数弁別器34は、例えば図3に示すような
特性を有し、入射する光の周波数の違いを光の強度変化
に変換する。
【0029】位相変調器12で位相変調を受けた光信号
45は、図7に示すように位相変化に伴って波長(周波
数)も周期的に変化している。従って、光周波数弁別器
34の光出力ポートには、光信号45に含まれる位相変
調成分、すなわちクロック信号43に応じて強度が変化
する周波数弁別された光信号48が現れる。周波数弁別
された光信号48は、O/E変換器35で電気信号50
に変換される。従って、電気信号50の電圧などのレベ
ルがクロック信号43に応じて変化する。
【0030】電気信号50は、バンドパスフィルタ36
を通ってクロック信号52になる。バンドパスフィルタ
36は、予め定めたクロック信号43の周波数B(ビッ
トレートの逆数)と同じ周波数の信号成分だけを通過す
る。従って、光送信装置10の位相変調で用いたクロッ
ク信号43と同一のクロック信号52が光受信装置30
で再生される。
【0031】この形態では、光周波数弁別器34を図4
に示すマッハツェンダ干渉計を用いて構成してある。図
4に示すマッハツェンダ干渉計は、光導波路61,Y分
岐導波路62,光導波路63,光導波路64,遅延線6
5,Y分岐導波路66及び光導波路67で構成されてい
る。光導波路61に入力される光入力は、Y分岐導波路
62で2系統の光に分岐され、各系統の光はそれぞれ光
導波路63及び64を通ってY分岐導波路66に向か
う。一方の光が通る光導波路64の途中に遅延線65が
設けてあるので、光導波路63を通ってY分岐導波路6
6に向かう光に比べて、光導波路64を通ってY分岐導
波路66に向かう光は遅延する。
【0032】このため、光導波路63からY分岐導波路
66に向かう光と光導波路64からY分岐導波路66に
向かう光との間には、遅延線65によって定まる所定の
位相差が生じる。光導波路63を通った光と光導波路6
4を通った光とが、Y分岐導波路66で合波される。合
波の際には、位相差に応じた光の干渉が発生するので、
光導波路67に現れる光出力の強度が干渉によって変化
する。
【0033】例えば、遅延線65の遅延時間が図7に示
す時間tにおける光の波長と対応していると仮定する
と、時間tで光入力の波長が遅延線65の遅延時間と一
致するので光出力の光強度が最大になり、波長がずれる
にしたがって強度が弱くなる。実際の光周波数弁別器3
4の特性は、図5に示すようになる。光周波数弁別器3
4には位相及び波長が周期的に変化する分岐された光信
号47が光入力として入力されるので、クロック信号4
3と同じ周期で周期的に強度の変化する光パルス(周波
数弁別された光信号48)が光周波数弁別器34の光出
力に現れる。
【0034】IM−DD光伝送においては、送信側のク
ロック信号43と同じ波形のクロック信号を受信側で再
現できるのが望ましい。すなわち、受信側で再生したク
ロック信号52のパワースペクトルが、図9に示すよう
にクロック信号43の周波数(B)の近傍だけに集中す
るのが望ましい。
【0035】従来のシステムでは、送信される光信号の
強度変化に基づいてクロック信号を再生するので、送信
されるデータ信号(42)に出現するビットパターンの
内容によっては、受信側で再生したクロック信号のパワ
ースペクトルが図10に示すように分散するため、クロ
ック信号の周期が不安定になるのは避けられない。しか
し、図1に示す光伝送システムでは、送信される光信号
45の位相変調成分に基づいて光周波数弁別器34,O
/E変換器35及びバンドパスフィルタ36でクロック
信号を再生するので、データ信号42のビットパターン
とはほぼ無関係に周期の安定したクロック信号52を再
生できる。
【0036】また、クロック信号43は位相変調で光信
号45に重畳されているので、光信号45の強度変調成
分であるデータ信号42には影響を及ぼさない。このた
め、光受信装置30のO/E変換器32及びローパスフ
ィルタ33は、クロック信号43の影響を受けることな
く光信号45からデータ信号42と同じデータ信号51
を再生できる。また、光送信装置10が送信する光信号
45については、従来の光受信装置を用いてもそのまま
受信できる。
【0037】この例では光周波数弁別器34が光信号4
5の周波数変化を出力光の強度変化へ変換するので、直
接検波でクロック信号の成分を識別できる。なお、光受
信装置30に設ける光周波数弁別器34については、伝
送される光信号45の位相変化,周波数変化及び波長変
化のいずれかを検出できるものであれば良い。 (第2の実施の形態)この形態の光伝送システムの構成
を図2に示す。この形態は請求項6に対応する。この形
態は第1の実施の形態の変形例であり、以下に説明する
部分以外は第1の実施の形態と同様である。また、図2
において図1の構成と対応する要素には同一の符号を付
けて示してある。
【0038】請求項6の光周波数弁別手段,光電気変換
手段,バンドパスフィルタ及びローパスフィルタは、そ
れぞれ光周波数弁別器34,O/E変換器35,バンド
パスフィルタ36及びローパスフィルタ33に対応す
る。この形態では、光受信装置30Bに光周波数弁別器
34,O/E変換器35,ローパスフィルタ33及びバ
ンドパスフィルタ36が備わっている。ローパスフィル
タ33及びバンドパスフィルタ36の入力端子は、O/
E変換器35の出力に共通に接続されている。
【0039】光周波数弁別器34は分岐された光信号4
7に含まれる位相変調された成分を光の強度変化に変換
するので、周波数弁別された光信号48は、データ信号
42に応じた強度変化とクロック信号43に応じた強度
変化の両方の成分を含んでいる。周波数弁別された光信
号48は、O/E変換器35によって電気信号に変換さ
れた後、ローパスフィルタ33及びバンドパスフィルタ
36によってそれぞれの信号成分に分離される。すなわ
ち、ローパスフィルタ33は電気信号50からデータ信
号51を抽出し、バンドパスフィルタ36は電気信号5
0からクロック信号52を抽出する。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光伝送方
法及び光伝送システムによれば、送信するデータ信号の
ビットパターンの影響を受け難いので、安定したクロッ
ク信号を再生できる。受信側で再生するクロック信号の
安定化によって、光データ伝送における更なる大容量
化,高速化,長距離化などが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の光伝送システムの構成を示
すブロック図である。
【図2】第2の実施の形態の光伝送システムの構成を示
すブロック図である。
【図3】光周波数弁別器の特性例を示すグラフである。
【図4】マッハツェンダ干渉計で構成した光周波数弁別
器の構成を示すブロック図である。
【図5】第1及び第2の実施の形態の光周波数弁別器の
特性を示すグラフである。
【図6】送信される光信号の変調例を示すタイムチャー
トである。
【図7】送信される光信号と再生されるクロック信号の
例を示すタイムチャートである。
【図8】従来例の光伝送システムの構成を示すブロック
図である。
【図9】「1010・・・」のデータに対して受信側で
抽出される従来のクロック信号のスペクトルを示すグラ
フである。
【図10】「11001100・・・」のデータに対し
て受信側で抽出される従来のクロック信号のスペクトル
を示すグラフである。
【符号の説明】
10 光送信装置 11 強度変調器 12 位相変調器 20 光伝送路 30,30B 光受信装置 31 光カプラ 32 O/E変換器 33 ローパスフィルタ 34 光周波数弁別器 35 O/E変換器 36 バンドパスフィルタ 41 光搬送波 42 データ信号 43 クロック信号 44 強度変調された光搬送波 45 光信号 46,47 分岐された光信号 48 周波数弁別された光信号 49,50 電気信号 51 データ信号 52 クロック信号 61,63,64,67 光導波路 62,66 Y分岐導波路 65 遅延線
フロントページの続き (72)発明者 宮本 裕 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5K002 AA02 AA04 BA02 BA04 CA15 CA16 DA05 FA01 5K047 AA05 BB02 EE02 GG11 MM33

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信データに応じて強度変調された光信
    号を送信する光送信装置と、強度変調された光信号を受
    信して前記送信データを再生する光受信装置と、前記光
    送信装置と光受信装置とを接続する光伝送路とを備える
    光伝送システムを利用する光伝送方法において、 前記光送信装置側で、送信データに同期したクロック信
    号に応じて位相変調された光信号を生成し、 前記光受信装置側で、受信した光信号の位相変化に基づ
    いて前記クロック信号を再生することを特徴とする光伝
    送方法。
  2. 【請求項2】 送信データに応じて強度変調された光信
    号を送信する光送信装置と、強度変調された光信号を受
    信して前記送信データを再生する光受信装置と、前記光
    送信装置と光受信装置とを接続する光伝送路とを備える
    光伝送システムにおいて、 送信する光信号を送信データに同期したクロック信号に
    応じて位相変調する位相変調手段を前記光送信装置に設
    け、 受信した光信号の位相変化に基づいて前記クロック信号
    を再生する第1の受信手段と、受信した光信号から前記
    送信データを再生する第2の受信手段とを前記光受信装
    置に設けたことを特徴とする光伝送システム。
  3. 【請求項3】 請求項2の光伝送システムにおいて、光
    信号の周波数変化を光強度変化に変換する光周波数弁別
    手段を前記第1の受信手段に設けたことを特徴とする光
    伝送システム。
  4. 【請求項4】 請求項3の光伝送システムにおいて、前
    記光周波数弁別手段をマッハツェンダ干渉計を用いて構
    成したことを特徴とする光伝送システム。
  5. 【請求項5】 請求項2の光伝送システムにおいて、受
    信した光信号を2系統に分岐する分岐器を前記光受信装
    置に設け、前記第1の受信手段を前記分岐器の一方の出
    力に接続し、前記第2の受信手段を前記分岐器の他方の
    出力に接続したことを特徴とする光伝送システム。
  6. 【請求項6】 請求項2の光伝送システムにおいて、 受信した光信号の周波数変化を光強度変化に変換する光
    周波数弁別手段と、 前記光周波数弁別手段の出力を電気信号に変換する光電
    気変換手段と、 前記光電気変換手段の出力に接続されたバンドパスフィ
    ルタと、 前記光電気変換手段の出力に接続されたローパスフィル
    タとを前記光受信装置に設けたことを特徴とする光伝送
    システム。
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