JP2007074273A - コヒーレント光伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原理的に光源の有する位相揺らぎの影響を受けないものであって、多値信号の伝送が可能な、コヒーレント光伝送方法を実現する。
【解決手段】 多値変調符号列あるいは基準符号列でそれぞれ光変調を行ない、光変調された２つの光搬送波を２つの光路で伝送し、伝送された光信号を受信し、その２つの光信号のそれぞれと、相関を有する２つの局部発振光とを混合して光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択して、多値変調符号列と基準符号列に相当する電気信号を得て、その２つの電気信号を乗積し、乗積して得た信号から低周波数帯信号を選択して上記の多値変調符号を復元し、上記の多値変調符号について、さらに復号してデータ列を復元する。あるいは、光自己ホモダイン検波を行って電気信号を生成し、その２つの電気信号の差信号の低周波側成分を選択して上記の多値変調符号を復元する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コヒーレント光通信方式に関するものであり、特に、相関を有する２つの信号を独立したチャネルで同時に伝送することで、原理的に光源の有する位相揺らぎの影響を受けない様にした多値コヒーレント光伝送方法に関するものである。

原理的に光源の有する位相揺らぎの影響を受けないコヒーレント光伝送として、偏光を用いる方法がいくつか提案されている。非特許文献１ではまず、光搬送波を直交する２つの偏光成分に等エネルギーとなるように分解し、一方の偏光成分に対しては０かπの２値の位相変調を行い、他方の偏光成分を無変調の参照光とし、これらを合波して同時に伝送する。このとき、光信号は直交した２つの偏光状態のいずれかに対応している。ここで、一般に、直交した２つの偏光状態とは、水平直線偏光か垂直直線偏光、もしくは、右旋円偏光か左旋円偏光である。伝送信号を受信した光信号を局部発振光と合波する。その後、再び、直交する２つの偏光成分に分離し、共通の局部発振光を用いてそれぞれ光へテロダイン検波する。光へテロダイン検波して得られた２つの電気信号を混合して、互いに乗積する。この乗積によって生成される信号から低域周波数成分のみを取り出し、もとのデータを復調する。

また、非特許文献２に、前記の従来方法の変調方法を変えた従来方法が開示されている。まず、光搬送波を直交する２つの偏光成分のそれぞれ一方の偏光成分を主に含む２つの光信号に等エネルギーとなるように分解する。その一方の光信号に対しては差動符号化されたデータのうち、一つ飛びのデータで０かπの２値の位相変調を行う。また、他方の光信号には、予め差動符号化されたデータのうち、残りのデータで、ビット時間間隔の半分の時間だけ遅らせて０かπの２値の位相変調を行う。これら位相変調された双方の光信号を合波して同時に伝送を行う。受信した光信号は前記の従来方法と同様にして、もとのデータを復元する。

これらは、いずれも２つの直交した偏光状態を用いた伝送であるため、２値伝送のみを対象とした方式であった。

桑野他、「偏光変調／光コヒーレント検波方式とその位相雑音除去効果」電子情報通信学会論文誌Ｂ−Ｉ、 volJ75-B-I、 No.2、 pp.107-118、 1992年2月 塚本他、「二つの偏光面を用いた差動光位相変調器／ヘテロダイン検波方式」電子情報通信学会論文誌Ｂ−Ｉ、 vol.J77-B-I、 No.10、 pp.629-639、 1994年10月

光源の有する位相揺らぎの影響を受けないコヒーレント光伝送として提案されている従来方法では、伝送しようとするデータを直交する２つの偏光状態に対応させているため、原理的に、２値信号を用いた伝送しかできないためスループットが向上しないという欠点があった。そのため、将来の高速・大容量通信に対応できる、多値信号コヒーレント光伝送が望まれていた。

本発明は上記に鑑みて提案されたものであり、原理的に光源の有する位相揺らぎの影響を受けないものであって、多値信号の伝送が可能な、コヒーレント光伝送方法を提案している。

本発明では、相関を有する２つの信号を独立したチャネルで同時に伝送し、光源の有する位相揺らぎを相殺し、その影響を原理的に抑制することができる。また、光搬送波の一方で参照符号を伝送し、光搬送波の他方で参照符号に伝送するデータ信号を重畳した多値信号を伝送することができる。さらに、受信した光信号に含まれる２つの光搬送波を用いて光ヘテロダイン検波、あるいは、光自己ホモダイン検波を行うことで、コヒーレント光伝送を行なうことが出来る。

また、ひとつの光搬送波を分岐して生成することにより、完全な相関を持った２つの光搬送波を得ることが出来る。

また、ひとつの光搬送波を２つの偏光成分に分離し、さらに、偏光多重された光路を用いることで、双方の光搬送波に加わる光路上の擾乱を等しくすることが出来る。

まず、本発明の肝要な部分を明確にするために、本発明で用いるデジタル信号のコヒーレント光伝送装置の各段階の光信号の電界を数式を用いて説明する。前記のコヒーレント光伝送装置は、データ列から多値変調符号列を生成する第１の符号器と、多値変調符号列と基準符号列からデータ符号列１とデータ符号列２の２つの符号列を生成する第２の符号器と、前記のデータ符号列１と、前記のデータ符号列２と、を接近した２つの光路を伝搬する光搬送波に重畳した２系統の光信号として伝送する伝送路と、上記の２系統の光信号を受信して、データ符号列２に対応し受信した光信号から得た電気信号を基準に用いて、データ符号列１に対応し受信した光信号から得た電気信号から得られる多値変調符号列を復号する第２の復号器と、復号した多値変調符号列からデータ列を復号する第１の復号器と、を備えたものである。

Ｐｃ、ｆｃ、Φｃ（ｔ）を、それぞれ、光搬送波の電力、周波数、位相雑音とするとき、光源からの光搬送波の電界は、図１０の（１）式で表される。ここで、その位相には、図１０の（２）式で表される位相雑音が存在するものとする。

変調された光信号の電界は、図１０の式（３）で表される。ここで、ａ_xc（ｔ）とａ_xs（ｔ）は、データに依存した離散値であると仮定している。また、ａ_yc（ｔ）とａ_ys（ｔ）は、交互に切り換えられる。ここでは、図１０の式（４）の制限があり、これは結局、図１０の式（５）の条件となる。

送信される光信号の電界は、図１０の式（６）で表される。ここで、ｙ軸の光は、x軸の光に対してπ/２だけ移相されている。
受信した光については、受信時に回転角θが加わっているものとする。また、ｙ軸の光をπ/２だけ移相するので、光信号の電界は、図１０の式（７）で表される。ここで、Ｐｒは受信した光信号の電力であり、図１０の式（８）〜（１１）に示す表記法を用いている。

次にヘテロダイン検波について説明する。
受信した光については、ｙ軸の光をπ/２だけ移相するので、図１1の図１２の式（１２）で表される。また、局部発振光については、Ｐｌ、ｆｌ、Φｌ（ｔ）を、それぞれ、局部発振光の電力、周波数、位相雑音とするとき、図１1の式（１３）、（１４）で表される。

光検出器で得られる光電流は、ローパスフィルタを通した後では、図１1の式（１５）のようになる。この式では、図１1の式（１６）、（１７）の表記法を用いている。

図１1の式（１５）のｘ軸成分とｙ軸成分の混合を行なうと式（１８）のようになる。図１1の式（１８）の後半部分では、２ψ（ｔ）部分を濾波して除外するローパスフィルタを通した信号を記述している。

図１1の式（１８）から明らかなように、混合して得られる信号は、直交成分と同相成分を表示する信号空間での符号化されたデータ信号の座標、ａ_yc（ｔ）とａ_ys（ｔ）と、符号化された基準信号列の座標、ａ_xc（ｔ）とａ_xs（ｔ）との内積である。従って、ａ_xc（ｔ）とａ_xs（ｔ）とを交互に１、０を繰り返すようにすることによって、ａ_xc（ｔ）とａ_xs（ｔ）とを交互に切り分けることができる。あるいは、ａ_xc（ｔ）あるいはａ_xs（ｔ）が１のときのみ内積の値が出力されるようにすることによって、符号化されたデータ信号の座標、ａ_yc（ｔ）とａ_ys（ｔ）を得ることができる。

また、図１1の式（１８）に示される内積は、信号空間の原点を中心とする座標回転について不変である。このため、データ信号の座標と基準信号列の座標とが共に回転による座標変換を受けた場合（つまり、同じ位相変化を受けた場合）でも変わらないことを示しており、基準信号列を基準にしてデータ信号の座標を検出することで、位相雑音の影響を受けないことが分かる。

また、送信側に於いて符号化された基準信号列と符号化されたデータ信号とを入れ換えても、上記の内積が得られることが分かる。

さらに、送信側に於いて符号化された基準信号列と符号化されたデータ信号とを入れ換えた信号と、入れ換えなかった信号との線形和についても上記の内積は、その線形和の係数に従って変わるのみであり、上記の線形和をユニタリ変換しても、前記の内積は不変である。従って、このように、符号化された基準信号列と符号化されたデータ信号とを混在させて送信しても、正しく復号できることが分かる。

また、ホモダイン検波を行なう場合を以下に説明する。
受信した光信号の電界は、図１２の式（１９）で表される。この光を−π/４だけ傾いた偏光分岐器に通すことにより、その偏光軸方向の光の電界は、図１２の式（２０）のようになる。

図１２の式（２０）のX成分とY成分に沿った偏光を光電変換してローパスフィルタを用いて高周波成分を除去すると、図１２の式（２１）の電気信号が得られる。さらに、式（２１）のX成分とY成分との差をとると式（２１）となり、ヘテロダイン検波の場合と同じように、符号化されたデータ信号の座標、ａ_yc（ｔ）とａ_ys（ｔ）と、符号化された基準信号列の座標、ａ_xc（ｔ）とａ_xs（ｔ）との内積である。従って、この信号から、もとのデータを復元するに当たっては、上記のヘテロダイン検波の場合と同じように処理すればよい事は明らかである。

上記目的を達成するために、本発明の多値コヒーレント光伝送方法は、データ列から多値変調符号列を生成する第１の符号器と、
多値変調符号列と基準符号列からデータ符号列１とデータ符号列２の２つの符号列を生成する第２の符号器と、
前記のデータ符号列１と、前記のデータ符号列２と、を接近した２つの光路を伝搬する光搬送波に重畳した２系統の光信号として伝送する伝送路と、上記の２系統の光信号を受信して、データ符号列２に対応し受信した光信号から得た電気信号を基準に用いて、データ符号列１に対応し受信した光信号から得た電気信号から得られる多値変調符号列を復号する第２の復号器と、
復号した多値変調符号列からデータ列を復号する第１の復号器と、を備えたデジタル信号のコヒーレント光伝送装置において、
光搬送波は、相関を有する２つの光搬送波であり、
データ符号列１は多値変調符号列であり、
データ符号列２は基準符号列であり、
基準符号列は、上記の多値変調符号列の信号空間における同相単位ベクトルと直交単位ベクトルとが並んだ符号列であり、
上記の相関を有する２つの光搬送波の一方を、上記のデータ符号列１で光変調を行ない、
上記の相関を有する２つの光搬送波の他方を、上記のデータ符号列２で光変調を行ない、
これらの光変調された２つの光搬送波を２つの光路で伝送し、
上記の伝送された光信号を受信し、
前記の受信した２つの光信号のそれぞれと、相関を有する２つの局部発振光のそれぞれと混合して光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当する電気信号とデータ符号列２に相当する電気信号との２つの電気信号を得て、
前記の２つの電気信号を乗積し、
乗積して得た信号から低周波数帯信号を選択して上記の多値変調符号を復元し、
上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元するものである。

また、データ符号列１に用いる搬送波とデータ符号列２に用いる搬送波とは同じ周波数の信号であり、
光ヘテロダイン検波を行うことにより得たデータ符号列１に対応する電気信号とデータ符号列２に対応する電気信号との２つの電気信号を乗積する際に、前記２つの電気信号の位相を互いにずれた状態で乗積するものである。

また、データ符号列２に用いる搬送波は、データ符号列１に用いる搬送波の２倍の周波数の信号であり、
光ヘテロダイン検波を行うことにより得たデータ符号列１に対応する電気信号とデータ符号列２に対応する電気信号との２つの電気信号を乗積する際に、前記２つの電気信号の位相を互い合わせた状態で乗積するものである。

また、本発明は、データ列から多値変調符号列を生成する第１の符号器と、
多値変調符号列と基準符号列からデータ符号列１とデータ符号列２の２つの符号列を生成する第２の符号器と、
前記のデータ符号列１と、前記のデータ符号列２と、を接近した２つの光路を伝搬する光搬送波に重畳した２系統の光信号として伝送する伝送路と、上記の２系統の光信号を受信して、データ符号列２に対応し受信した光信号から得た電気信号を基準に用いて、データ符号列１に対応し受信した光信号から得た電気信号から得られる多値変調符号列を復号する第２の復号器と、
復号した多値変調符号列からデータ列を復号する第１の復号器と、を備えたデジタル信号のコヒーレント光伝送装置において、
光搬送波は、相関を有する２つの光搬送波であり、
データ符号列１は多値変調符号列であり、
データ符号列２は基準符号列であり、
基準符号列は、上記の多値変調符号列の信号空間における同相単位ベクトルと直交単位ベクトルとが並んだ符号列であり、
上記の相関を有する２つの光搬送波の一方を、上記のデータ符号列１で光変調を行ない、
上記の相関を有する２つの光搬送波の他方を、上記のデータ符号列２で光変調を行ない、
これらの光変調された２つの光搬送波を２つの光路で伝送し、
上記の伝送された光信号を受信し、
受信した光信号のそれぞれを２光路に分岐し、
一方の光路の光信号と他方の光路の光信号とを合波した第１の光信号と、一方の光路の光信号を半波長分移相した光信号と他方の光信号とを合波した第２の光信号とを生成し、
合波した第１と第２の光信号のそれぞれについて光自己ホモダイン検波を行って電気信号を生成し、
上記の光自己ホモダイン検波で得た２つの電気信号について差信号を生成し、低周波側成分を選択して上記の多値変調符号を復元し、
上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元するものである。

また、相関を有する２つの光搬送波を、ひとつの光搬送波を分岐して生成するものである。

また、ひとつの光搬送波を分岐して生成する方法は、ひとつの光搬送波を２つの偏光成分に分離することであり、さらに、接近した２つの光路は偏光多重された光路を用いるものである。

また、第２の符号器は、
１）データ符号列１とデータ符号列２のそれぞれの同相成分と直交成分とを入れ換えることを行なうか、あるいは、
２）データ符号列１とデータ符号列２のそれぞれの同相成分同士、あるいは直交成分同士を入れ換えることを行なうか、あるいは、
３）データ符号列１の同相成分とデータ符号列２の直交成分とを入れ換え、かつ、データ符号列１の直交成分とデータ符号列２の同相成分とを入れ換えることを行なうか、あるいは、
４）データ符号列１の同相成分に定数を乗じてデータ符号列２の同相成分に前記定数の逆数を乗じるか、または、データ符号列１の直交成分に定数を乗じてデータ符号列２の直交成分に前記定数の逆数を乗じるか、を、行なうものである。

また、上記の選択された低周波成分から上記の多値変調符号を復元する方法は、
上記の差信号に含まれるデータ符号列２に対応する電気信号の搬送波を復元した信号に従って、上記の差信号から選択された低周波成分を２つの線路に振り分けるか、あるいは、
上記の差信号に含まれるデータ符号列２に対応する電気信号の搬送波を復元した信号に従って、上記の差信号から選択された低周波成分を２つの線路に断続することにより多値変調符号の同相成分と直交成分とを復元するものである。

また、復元された多値変調符号の同相成分あるいは直交成分は、前記の同相成分あるいは直交成分に対応する電圧あるいはデジタルデータを保持しあるいは遅延させることで、同時に第１の復号器に入力するものである。

また、本発明は、受信した２つの光信号のそれぞれと、相関を有する２つの局部発振光のそれぞれと混合して光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当する電気信号とデータ符号列２に相当する電気信号との２つの電気信号を得るとき、
受信した２つの光信号それぞれと４分の１波長だけ位相を遅らせた相関を有する２つの局部発振光のそれぞれの混合１と、４分の１波長だけ位相を遅らせた受信した２つの光信号のそれぞれと相関を有する２つの局部発振光のそれぞれの混合２と、を生成して、それぞれの光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当し混合１と混合２のそれぞれから得られる電気信号の差信号と、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列２に相当し混合１と混合２のそれぞれから得られる電気信号の差信号と、を得て、前記の２つの電気信号の差信号を乗積し、乗積して得た信号から低周波数帯信号を選択して上記の多値変調符号を復元し、上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元するものである。

また、近接した光路に伝送遅延差を生ずる場合、前記伝送遅延差を補償する回路を設けることで、同時に光源から出た光について同時に受信することになり、光源での変動を相殺しやすくなる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。

図１に示すように、相関光発生器１からは、相関を持った２つの光が出力される。相関光発生器１としては、相関を持った２つの光搬送波が得られれば、本発明の目的を達することができる。例えば、図２（a）に示す様に、レーザ光源５１からのレーザ光を分岐した光や、図２（ｂ）に示す様に、レーザ光源５４からの光を偏光分離器５５で直交する偏波成分に分離した光、あるいは、図３（a）に示す様に、発振波長を安定化したレーザ光源である発振波長安定化光源５６からの光に位相同期した波長安定化光源５７を用いてもよいし、図３（ｂ）に示す様に、レーザ光源５１からの光とそれを波長変換した光との組み合わせであってもよい。

図３（ｂ）は、異なる波長の光を出力する光源でも用いることができる。図３（ｂ）は、波長変換器５８で波長変換した光搬送波を用いる場合であり、波長変換器による遅延を調整するために、他方の光路の光搬送波を遅延器５９で遅延する。この様に異なる波長を用いる場合には、後に説明するヘテロダイン検波においては、中間周波信号が同じ周波数帯の信号となるように局部発振光の波長を調整することが望ましい。また、後に説明する自己ヘテロダイン検波を行なう場合は、受信側で受信した光信号が同じ波長になるように再変換することが望ましい。

図１において、これらの光搬送波を、２つの光変調器２と３を用いて変調する。この変調信号には、データ列を信号空間の位置で符号化する多値符号化を行って多値変調符号列を生成する（第１の符号化）。さらに、この符号に何らかの操作を加える（第２の符号化）とともにデータ符号列１とデータ符号列２とに分割した変調信号を用いる。前記の操作は、先に説明した様に、多値変調符号列の座標と、基準信号列の座標との内積が変わらないような操作である。

この様に変調された光搬送波は、図１のチャネル-１とチャネル-２に送信される。この送信に際しては、図には示していないが、同時に受信できるようにそれぞれのチャネルの伝送遅延差を補償する遅延を前もって与える光遅延装置を設けることが望ましい。

前記の光遅延装置を用いない場合は、伝送遅延差補償器を設けて受信側でそれぞれのチャネルの遅延を補償することが望ましい。それぞれのチャネルの光に、局部発振器8からの局部発振光が合波され光検出器９と１０で混合される。光検出器９と１０から得られたそれぞれの電気信号の中間周波数帯をバンドパスフィルタ１１あるいは１２で選択して乗積器１３で乗積をとる。この乗積による信号をローパスフィルタ１４で濾波することにより、上記の内積が得られる。この内積に対応する信号は多値変調符号列であるので、多値変調符号列を生成したときの搬送波を抽出して、その直交成分と同相成分とに分離する。受信からここまでが第２の復号である。また、この直交成分と同相成分からデータ列が復元される（第１の復号）。

相関光発生器１からの光は、位相の揺らぎが常に発生しており、またチャネルでの光路長の変動による位相変動が常に発生している。しかし、チャネル１と２が接近している場合は、光路長の変動は、それぞれのチャネルの光について同相成分を持つことになり、チャネル１の光信号とチャネル２の光信号との差分をとることによって相殺することができる。この差分をとる操作によって、光源に由来する位相の揺らぎもまた相殺することができる。このような相殺は、チャネル１か２、あるいは両方の光信号から符号化信号を抽出して、この符号化信号で伝送された同相成分と直交成分をもとに、受信した信号から復号を行なうことで実行される。

図４は、受信側で自己ホモダイン検波を行なう例である。送信については、上記の実施例と同じである。受信側では、チャネル１と２の光搬送波を分岐器１８と１９で分岐し、合波器２０で合波して光検波することにより自己ホモダイン検波を行なう。同様に、分岐器１８あるいは１９で分岐した光の一方を半波長分移相して合波器２１で合波して光検波することにより自己ホモダイン検波を行なう。加算器２３を用いて、これらの検波信号の差をとり、ローパスフィルタ１４で濾波することにより、上述したように、符号化されたデータ信号の座標と、符号化された基準信号列の座標との内積に相当する信号を得ることができる。この内積に相当する信号は多値変調符号列であるので、多値変調符号列を生成したときの搬送波を抽出して、その直交成分と同相成分とに分離する。受信からここまでが第２の復号である。また、この直交成分と同相成分からデータ列が復元される（第１の復号）

図５（a）に示すように、まず、光源５４からの光搬送波を偏光分離器５５によって２つの直交偏光成分に分離する。この分離は、完全に直交させることが望ましいが、直交に近ければ本発明を適用することが出来る。ｘ軸偏光成分は、図５（ｂ）の光位相変調器３ａによりデジタル値（例えば図６（a）に示すように、π／４、３π／４、５π／４、７π／４のいずれか）で位相を変調し、光強度変調器３ｂによりデジタル値（例えば、図７（ｃ）に示すように、１、１／３、１／５など）で光の強度を変調する。ここで、図５（ｂ）は光変調器３をより詳しく説明する図である。このとき、ｘ軸偏光成分の位相変調と強度変調の順番は逆でもよい。ｙ軸偏光成分は、光位相変調器３によりデジタル値（例えば、０かπ／２のいずれか）で位相を変調する。ｙ軸偏光成分の位相変調のデジタル値は、ｘ軸偏光成分における位相変調のデジタル値の判定の際の基準となるように設定されている。これらのｘ軸偏光成分とｙ軸偏光成分は再び、偏光合波器６０により合波され、４分の１波長板６０を通過させて位相差を与えてから送信する。この位相差を与える操作は、送信する光を円偏光とするための操作である。

ここで、偏光合波器６０を通過する前に位相を調整して送信される光が円偏光になるように調整することによって、４分の１波長板６１を省略することができる。このような位相の調整は、例えば光変調器がマッハツエンダー干渉計型のものである場合には、オフセット電圧を調整して行なうことが出来る。

一般に、送受信間には偏光軸不整合が生じるため、送信側の（ｘ、ｙ）座標系と受信側の（Ｘ、Ｙ）座標系には回転オフセットθがあるものとする。ただし、伝送路における偏光軸不整合以外の偏光の擾乱はない、すなわち、ｘ軸偏光成分とｙ軸偏光成分は独立して伝送されると仮定する。

図８に受信側の構成を示す。受信側では、バンドパスフィルタ６２で余分な光を除去してから、再度、４分の１波長板６３を通過させる。その後、局部発振光源６４からの局部発振光と混合し、偏光分離器２により直交するＸ軸偏光成分とＹ偏光成分に分離する。それぞれの偏光成分は光検波器９、１０により独立に光ヘテロダイン検波され、中間周波数（ＩＦ）帯成分のみが帯域フィルタ１１、１２によって取り出される。Ｘ軸偏光成分とＹ軸偏光成分に対応するＩＦ帯成分の信号は互いに乗積器１３で乗積され、乗積器出力は低域濾波器１４で低域成分の信号のみが取り出される。これで、符号化されたデータ信号の座標と、符号化された基準信号列の座標との内積に相当する信号を得ることができる。この内積に相当する信号は多値変調符号列であるので、多値変調符号列を生成したときの搬送波を抽出して、その直交成分と同相成分とに分離する。受信からここまでが第２の復号である。また、この直交成分と同相成分からデータ列が復元される（第１の復号）

図９に光自己ホモダイン検波を用いた受信側の構成を示す。ここで受信する信号は、実施例３で送信される信号でよい。まず、バンドパスフィルタ６２で余分な光を除去してから、再度、４分の１波長板６３を通過させる。この操作によって、円偏光から２つの直交する偏光面を持った直線偏光が重なった光信号とする。この光を偏光分離器２に通して２筋の光信号に分岐する。ここで、偏光分離器２の出力光の偏光面と偏光分離器２の出力光の偏光面とはπ/４の傾きとなるように相互の傾きを調整しておく。この傾き角度は、必ずしも厳密に保持される必要はないが、π/４に近いことが望ましい。この様な設定によって、光検出器偏光分離器２に入力する２つの直線偏光のそれぞれが２つの直線偏光に計４つ直線偏光に分岐される。しかし、２つが同じ偏光面をもち、残りの２つが別の偏光面を持つ。これらがそれぞれ合波された状態で偏光分離器２を通過し、一方は同じ偏光面をもった光が光検出器９に、他方が光検出器１０に入力する。光検出器１１では、受信した２つの直線偏光のそれぞれが混合され光自己ホモダイン検波が行なわれる。光検出器１２においても光自己ホモダイン検波が行なわれる。これらのホモダイン検波で得られた電気信号は、加算され濾波されて、符号化されたデータ信号の座標と、符号化された基準信号列の座標との内積に相当する信号をとなる。この内積に相当する信号は多値変調符号列であるので、多値変調符号列を生成したときの搬送波を抽出して、その直交成分と同相成分とに分離する。受信からここまでが第２の復号である。また、この直交成分と同相成分からデータ列が復元される（第１の復号）

第２符号化としては、符号化されたデータ信号の座標と符号化された基準信号列の座標との内積が変化しない範囲のものであれば、用いることができる。例えば、直交変調の基底軸に対応する信号を光路の回りに回転するものでもよいし、それが時間的に変化するものでもよい。また第２符号化では、符号化されたデータ信号の座標と符号化された基準信号列の座標との線形和をユニタリ変換した信号を生成するような変換を行なってもよい。また、受信部では、受信した信号から第２符号化信号を抽出する。この抽出の際には、どのような処理を行なって送信されたかに基づく知る必要があるが、このような符号化を行なうことによっても正しく伝送することができる。

本発明は光を電波と同様に扱うようにできるように工夫されているため、光無線技術を中心とする分野に幅広く応用することが可能である。特に、従来の明滅伝送だけでは困難であった大容量伝送に期待した以下のような応用がある。例えば、低軌道衛星、静止軌道衛星、惑星探査衛星、スペースシャトル、宇宙ステーションなどといった宇宙空間における通信や、成層圏プラットフォーム間の通信などを行う場合、光へテロダイン検波方式の本発明を応用することで、これまでにない大容量な光回線を布設することが可能となる。また、地上における応用としてビル間光通信が実用化されているが、本発明の多値化技術により、これまでの２値伝送では困難であった伝送容量の大幅な増大が期待できるとともに、光へテロダイン検波による受信感度の大幅な向上が可能となる。さらに、家電機器やロボット、オフィス機器などを対象とした、屋内通信などへの応用も可能であり、その際はより簡易な構成の光自己ホモダイン検波方式の本発明が有効となるであろう。これに加えて、光インターコネクションの大容量バス方式としての応用も考えられる。

相関光発生器を用い、光ヘテロダイン検波を行なう第１の実施例を示すブロック図である。 相関光発生器の例を示すブロック図である。 相関光発生器の例を示すブロック図である。 受信側で自己ホモダイン検波を行なう第２の実施例を示すブロック図である。 偏光多重を行なう送信部の例を示すブロック図である。 偏光多重を説明する図である。 偏光多重を説明する図である。 偏光多重と光ヘテロダイン検波を行なう第３の実施例を示すブロック図である。 偏光多重と光自己ホモダイン検波を行なう第３の実施例を示すブロック図である。 本発明の動作原理を説明するための数式を示す図である。 本発明の動作原理を説明するための数式の続きを示す図である。 本発明の動作原理を説明するための数式の続きを示す図である。

符号の説明

１ 相関光発生器
２ 光変調器
３ 光変調器
３a 位相変調器
３ｂ 強度変調器
４ 第１符号器
５ 第２符号器
６、７ 半透過鏡
８ 局部発振器
９、１０ 光検波器
１１、１２ 帯域フィルタ
１３ 乗積器
１４ ローパスフィルタ
１５ 分離器
１６ 抽出器
１７ 第１復号器
１８、１９ 分岐器
２０、２１ 合波器
２２ 移相器
２３ 加算器
２４ 第２復号器
５１ レーザ光源
５２ 半透過鏡
５３ 反射鏡
５４ レーザ光源
５５ 偏光分離器
５６ 発振波長安定化光源
５７ 波長安定化光源
５８ 波長変換器
５９ 遅延器
６０ 偏光合波器
６１ ４分の１波長板
６２ バンドパスフィルタ
６３ ４分の１波長板
６４ 局部発振光源

Claims (11)

1. データ列から多値変調符号列を生成する第１の符号器と、
   多値変調符号列と基準符号列からデータ符号列１とデータ符号列２の２つの符号列を生成する第２の符号器と、
   前記のデータ符号列１と、前記のデータ符号列２と、を接近した２つの光路を伝搬する光搬送波に重畳した２系統の光信号として伝送する伝送路と、上記の２系統の光信号を受信して、データ符号列２に対応し受信した光信号から得た電気信号を基準に用いて、データ符号列１に対応し受信した光信号から得た電気信号から得られる多値変調符号列を復号する第２の復号器と、
   復号した多値変調符号列からデータ列を復号する第１の復号器と、を備えたデジタル信号のコヒーレント光伝送装置において、
   光搬送波は、相関を有する２つの光搬送波であり、
   データ符号列１は多値変調符号列であり、
   データ符号列２は基準符号列であり、
   基準符号列は、上記の多値変調符号列の信号空間における同相単位ベクトルと直交単位ベクトルとが並んだ符号列であり、
   上記の相関を有する２つの光搬送波の一方を、上記のデータ符号列１で光変調を行ない、
   上記の相関を有する２つの光搬送波の他方を、上記のデータ符号列２で光変調を行ない、
   これらの光変調された２つの光搬送波を２つの光路で伝送し、
   上記の伝送された光信号を受信し、
   前記の受信した２つの光信号のそれぞれと、相関を有する２つの局部発振光のそれぞれと混合して光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当する電気信号とデータ符号列２に相当する電気信号との２つの電気信号を得て、
   前記の２つの電気信号を乗積し、
   乗積して得た信号から低周波数帯信号を選択して上記の多値変調符号を復元し、
   上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元することを特長とするコヒーレント光伝送方法。
2. 多値変調符号列のクロックと基準符号列のクロックとが同じ周波数であり、光ヘテロダイン検波を行うことにより得たデータ符号列１に対応する電気信号とデータ符号列２に対応する電気信号との２つの電気信号を乗積する際に、前記２つの電気信号の位相を互いにずれた状態で乗積することを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光伝送方法。
3. 基準符号列のクロックは、多値変調符号列のクロックの整数倍であり、光ヘテロダイン検波を行うことにより得たデータ符号列１に対応する電気信号とデータ符号列２に対応する電気信号との２つの電気信号を乗積する際に、前記２つの電気信号の位相を互い合わせた状態で乗積することを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光伝送方法。
4. データ列から多値変調符号列を生成する第１の符号器と、
   多値変調符号列と基準符号列からデータ符号列１とデータ符号列２の２つの符号列を生成する第２の符号器と、
   前記のデータ符号列１と、前記のデータ符号列２と、を接近した２つの光路を伝搬する光搬送波に重畳した２系統の光信号として伝送する伝送路と、上記の２系統の光信号を受信して、データ符号列２に対応し受信した光信号から得た電気信号を基準に用いて、データ符号列１に対応し受信した光信号から得た電気信号から得られる多値変調符号列を復号する第２の復号器と、
   復号した多値変調符号列からデータ列を復号する第１の復号器と、を備えたデジタル信号のコヒーレント光伝送装置において、
   光搬送波は、相関を有する２つの光搬送波であり、
   データ符号列１は多値変調符号列であり、
   データ符号列２は基準符号列であり、
   基準符号列は、上記の多値変調符号列の信号空間における同相単位ベクトルと直交単位ベクトルとが並んだ符号列であり、
   上記の相関を有する２つの光搬送波の一方を、上記のデータ符号列１で光変調を行ない、
   上記の相関を有する２つの光搬送波の他方を、上記のデータ符号列２で光変調を行ない、
   これらの光変調された２つの光搬送波を２つの光路で伝送し、
   上記の伝送された光信号を受信し、
   受信した光信号のそれぞれを２光路に分岐し、
   一方の光路の光信号と他方の光路の光信号とを合波した第１の光信号と、一方の光路の光信号を半波長分移相した光信号と他方の光信号とを合波した第２の光信号とを生成し、
   合波した第１と第２の光信号のそれぞれについて光自己ホモダイン検波を行って電気信号を生成し、
   上記の光自己ホモダイン検波で得た２つの電気信号について差信号を生成し、低周波側成分を選択して上記の多値変調符号を復元し、
   上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元することを特長とするコヒーレント光伝送方法。
5. 相関を有する２つの光搬送波を、ひとつの光搬送波を分岐して生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。
6. ひとつの光搬送波を分岐して生成する方法は、ひとつの光搬送波を２つの偏光成分に分離することであり、さらに、接近した２つの光路は偏光多重された光路を用いることを特徴とする請求項５に記載のコヒーレント光伝送方法。
7. 第２の符号器は、
   １）データ符号列１とデータ符号列２のそれぞれの同相成分と直交成分とを入れ換えることを行なうか、あるいは、
   ２）データ符号列１とデータ符号列２のそれぞれの同相成分同士、あるいは直交成分同士を入れ換えることを行なうか、あるいは、
   ３）データ符号列１の同相成分とデータ符号列２の直交成分とを入れ換え、かつ、データ符号列１の直交成分とデータ符号列２の同相成分とを入れ換えることを行なうか、あるいは、
   ４）データ符号列１の同相成分に定数を乗じてデータ符号列２の同相成分に前記定数の逆数を乗じるか、または、データ符号列１の直交成分に定数を乗じてデータ符号列２の直交成分に前記定数の逆数を乗じるか、を、行なうことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。
8. 上記の選択された低周波成分から上記の多値変調符号を復元する方法は、
   上記の差信号に含まれるデータ符号列２に対応する電気信号の搬送波を復元した信号に従って、上記の差信号から選択された低周波成分を２つの線路に振り分けるか、あるいは、
   上記の差信号に含まれるデータ符号列２に対応する電気信号の搬送波を復元した信号に従って、上記の差信号から選択された低周波成分を２つの線路に断続することにより多値変調符号の同相成分と直交成分とを復元することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。
9. 復元された多値変調符号の同相成分あるいは直交成分は、前記の同相成分あるいは直交成分に対応する電圧あるいはデジタルデータを保持しあるいは遅延させることで、同時に第１の復号器に入力することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。
10. 受信した２つの光信号のそれぞれと、相関を有する２つの局部発振光のそれぞれと混合して光ヘテロダイン検波を行い、中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当する電気信号とデータ符号列２に相当する電気信号との２つの電気信号を得るとき、
    受信した２つの光信号それぞれと４分の１波長だけ位相を遅らせた相関を有する２つの局部発振光のそれぞれの混合１と、４分の１波長だけ位相を遅らせた受信した２つの光信号のそれぞれと相関を有する２つの局部発振光のそれぞれの混合２と、を生成して、それぞれの光ヘテロダイン検波を行い、
    中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列１に相当し混合１と混合２のそれぞれから得られる電気信号の差信号と、
    中間周波数帯信号を選択することによりデータ符号列２に相当し混合１と混合２のそれぞれから得られる電気信号の差信号と、を得て
    前記の２つの電気信号の差信号を乗積し、
    乗積して得た信号から低周波数帯信号を選択して上記の多値変調符号を復元し、
    上記の多値変調符号について、第１の符号器に対する復号化を行なって上記のデータ列を復元することを特長とする請求項１から３のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。
11. 近接した光路に伝送遅延差を生ずる場合、前記伝送遅延差を補償する回路を含むことを特長とする請求項１から６のいずれかに記載のコヒーレント光伝送方法。

Images