JP2008092406A - フレーム同期方法および光信号受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度変調方式の光通信システムでは受信信号の論理が反転することはないが、マッハ・ツェンダ干渉計や偏波コントローラと偏波分離器との組み合わせを用いて位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を受信する場合には、受信信号の論理が反転する可能性があり、その場合にはフレーム同期を確立できない場合がある。
【解決手段】フレーム同期が取れない場合には逆論理でフレーム同期パタンを検索する。
【選択図】図１

Description

本発明は角度変調された光信号の受信に関する。特に、受信信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する技術に関する。

角度変調により位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を受信するには、その信号光を強度変調光に変換し、その強度変調光を受光素子により電気信号に変換する。狭帯域のフィルタや特定の偏波面のみを透過する素子を用いることでも強度変調光に変換することはできるが、多くの場合、位相または周波数が変調された信号光を強度変調光に変換するためにはマッハ・ツェンダ干渉計が用いられ、偏波面が変調された信号光を強度変調光に変換するためには偏波コントローラおよび偏波分離器が用いられる。
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０９

マッハ・ツェンダ干渉計や偏波コントローラと偏波分離器との組み合わせでは、ひとつの光入力に対して、互いに論理が反転した二つの光が得られる。例えば周波数変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）光をマッハ・ツェンダ干渉計に入力すると、２値の一方を表す周波数のときに一方の出力ポートのみに出力光が得られ、２値の他方を表す周波数のときには他方の出力ポートのみに出力光が得られる。また、位相変調のうち前のビットとの位相変化量により変調を行う差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Differential
Phase Shift Keying）を用いる場合には、マッハ・ツェンダ干渉計により二つの光路で１ビット分の遅延差を与えて干渉させることにより、位相偏移がない場合には一方の出力ポートのみに出力光が得られ、位相偏移がある場合には他方の出力ポートのみに出力光が得られる。偏波変調（ＰｏｌＳＫ：Polarization
Shift Keying）の場合には、偏波コントローラと偏波分離器とを組み合わせることで、二つの偏波状態に対して別々のポートに出力を得ることができる。どのような条件でどちらのポートに出力されるかは、あらかじめ設定される。

しかし、設定によっては、出力状態が二つのポートで反転し、受信信号の論理が反転する可能性がある。その場合、受信信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立しようとしても、そのようなパタンは検出できず、フレーム同期を確立できないことになる。

本発明は、このような課題を解決し、受信信号の論理が反転していてもフレーム同期を確立することのできるフレーム同期方法および光信号受信装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の観点によると、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換し、この二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換し、この電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する方法において、前記特定のフレーム同期パタンを検出できない場合には逆論理でフレーム同期パタンを検索することを特徴とするフレーム同期方法が提供される。

逆論理でフレーム同期パタンを検索するには、前記電気信号の論理を反転させるか、前記電気信号から前記特定のフレーム同期パタンと逆論理のパタンを検索するか、あるいは、前記二つの強度変調光の論理を互いに反転させる。

前記電気信号の論理を反転させる場合、前記電気信号とその論理を反転させた信号とで並列に前記特定のフレーム同期パタンを検索することもできる。

前記信号光がＤＰＳＫ光あるいはＦＳＫ光である場合には、マッハ・ツェンダ干渉計により強度変調光に変換することができる。前記信号光がＰｏｌＳＫ光である場合には、偏波コントローラおよび偏波分離器（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）により強度変調光に変換することができる。

本発明の別の観点によると、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路とを備えた構成において、前記フレーム同期回路においてフレーム同期が取れない場合には前記光電気変換手段から出力されて前記フレーム同期回路に入力される電気信号の論理を反転させる手段を備えたことを特徴とする光信号受信装置が提供される。

本発明のさらに別の観点によると、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路とを備えた構成において、前記光電気変換手段の出力する電気信号の論理を反転させる論理反転回路と、この論理反転回路の出力から前記特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第二のフレーム同期手段と、前記第一のフレーム同期回路と前記第二のフレーム同期回路とのそれぞれのフレーム同期結果にしたがって、フレーム同期が確立した側の論理の電気信号を受信信号として選択する手段とを備えたことを特徴とする光信号受信装置が提供される。

本発明のさらに別の観点によると、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路とを備えた構成において、前記光電気変換手段の出力する電気信号から前記特定のフレーム同期パタンとは逆論理のパタンを検索してフレーム同期を確立する第二のフレーム同期回路と、前記第一のフレーム同期回路でフレーム同期が確立されたときには前記光電気変換手段の出力する電気信号を受信信号として選択し、前記第二のフレーム同期回路でフレーム同期が確立されたときには前記電気信号の論理を反転させた信号を受信信号として選択する選択手段とを備えたことを特徴とする光信号受信装置が提供される。

本発明のさらに別の観点によると、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、 この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、この光電気変換手段の出力から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路とを備えた構成において、前記フレーム同期回路においてフレーム同期が取れない場合には前記変調変換手段の状態を調整してその出力する二つの強度変調光の論理を入れ替える手段を備えたことを特徴とする光信号受信装置が提供される。

本発明によれば、受信信号の論理が反転している場合でも、逆論理でフレーム同期パタンを検索することで、確実にフレーム同期を確立することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明第一実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図である。この装置は、位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を受信するレシーバ１０と、このレシーバ１０の出力する電気信号を処理する信号処理部２０と、この信号処理部２０の動作を制御する制御回路３０とを備える。信号処理部２０は集積回路として構成され、制御回路３０は、信号処理部２０と同じ集積回路内に、あるいはその外部接続回路として構成される。

図２はＤＰＳＫ光あるいはＦＳＫ光を受信するためのレシーバ１０の構成例を示す。このレシーバ１０はマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）１１と光電気変換部１２とにより構成される。マッハ・ツェンダ干渉計１１は入力光を分波して光路長差を与えた後に再び合波させて干渉させるものであり、その光路長差がＤＰＳＫ光に対しては１ビットの信号差に、ＦＳＫ光に対しては２値変調の周波数差に対応して設定される。この設定により、変調状態に応じて二つの出力ポートＡ、Ｂのいずれか一方に光が出力され、互いに論理が反転した二つの強度変調光が得られる。光電気変換部１２としては二つの受光素子が直列に接続された平衡型光検出器が用いられ、その二つの受光素子でそれぞれマッハ・ツェンダ干渉計１１の二つのポートＡ、Ｂの出力を受光して、ひとつの電気信号を出力する。光電気変換部１２として単一の受光素子を用い、二つの強度変調光の一方のみを受光する構成とすることもできる。

また、図３に示すレシーバはＰｏｌＳＫ光を受信するためのものであり、偏波コントローラ１３と、偏波分離器（ＰＢＳ）１４と、光電気変換部１２とにより構成される。この構成においても、変調状態に応じて二つの出力ポートＡ、Ｂのいずれか一方に光が出力され、互いに論理が反転した二つの強度変調光が得られる。光電気変換部１５としては、図２に示した光電気変換部１２と同等のものが用いられる。

強度変調方式の光通信システムでは受信信号の論理が反転することはないが、図２または図３に示したレシーバを用いる場合、その設定状況により、受信信号の論理が反転する可能性がある。そのような場合、フレーム同期を確立できないことになる。これを防止するための構成および動作について、再び図１を参照して説明する。

信号処理部２０は、レシーバ１０の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路２０２と、確立したフレーム同期を用いてレシーバ１０から出力された電気信号を処理するフレーム処理回路２０３とを備え、さらに、フレーム同期回路２０２においてフレーム同期が取れない場合に、レシーバ１０から出力されてフレーム同期回路２０２に入力される電気信号の論理を反転させる論理反転回路２０１を備える。

制御回路３０は、レシーバ１０の動作状態およびフレーム同期回路２０２のフレーム同期結果を監視し、レシーバ１０のロック異常状態が解消されているにもかかわらずフレーム同期がとれないＯＯＦ（アウト・オブ・フレーム）あるいはＬＯＦ（ロス・オブ・フレーム）のときには、論理反転回路２０１に論理反転の指示を出す。なお、ＯＯＦはフレーム同期パタンが規定回数連続で検出されない状態、ＬＯＦはＯＯＦが規定時間（数ｍｓ）継続した状態を表す。論理反転回路２０１により電気信号の論理を反転してもフレーム同期回路２０２でフレーム同期をとれない場合には、アラームを生成する。また、フレーム同期がとれない場合（ＯＯＦあるいはＬＯＦ）に、一定時間ごとに論理反転を繰り返しても良い。この動作はレシーバ１０のロック状態とは無関係であり、ロック状態通知がなくても動作できる。

電気信号の論理反転に要する時間は高々数マイクロ秒であり、例えば非特許文献１で定義された光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）の信号光、すなわち光チャネル伝送ユニットＯＴＵ１、ＯＴＵ２、ＯＴＵ３を受信する場合にも、短時間でフレーム同期を確立することができる。

図４は本発明第二実施例のＤＰＳＫ信号受信装置を示すブロック構成図である。

この実施例装置は、レシーバ１０と、信号処理部２１と、制御回路３１とを備え、信号処理部２１は、レシーバ１０から出力された電気信号から特定のフレーム同期パタンが検出されたときにフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路２１１と、レシーバ１０から出力された電気信号の論理を反転させる論理反転回路２１２と、この論理反転回路２１２の出力から特定のフレーム同期パタンが検出されたときにフレーム同期を確立する第二のフレーム同期回路２１３と、フレーム同期回路２１１、２１３の一方の出力を選択する選択部２１４と、選択されたデータを処理するフレーム処理回路２１５と備える。

この構成において、フレーム同期回路２１１、２１３は互いに逆論理の電気信号に対して同時にフレーム同期の処理を行う。制御回路３１は、それらのフレーム同期結果を監視し、フレーム同期がとれた側のデータを選択するように選択部２１４に指示し、選択されたデータがフレーム処理回路２１５で処理される。

本実施例は、フレーム同期回路が二つ必要となり、また、選択部も必要となる が、最初のフレーム同期パタンで確実にフレーム同期を確立することができる。

図５は本発明第三実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図である。この実施例は、電気信号の論理を反転させた信号と反転させていない信号とで並列に同じフレーム同期パタンを検索するのではなく、同じ信号に対して、フレーム同期パタンとその逆論理のパタンとを並列に検索することが第二実施例と異なる。

すなわち、この実施例装置は、レシーバ１０と、信号処理部２２と、制御回路３２とを備え、信号処理部２２は、レシーバ１０の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路２２１と、レシーバ１０の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンとは逆論理のパタンを検索してフレーム同期を確立する第二のフレーム同期回路２２２と、フレーム同期回路２２１でフレーム同期が確立されたときにはレシーバ１０の出力する電気信号を受信信号として選択し、フレーム同期回路２２２でフレーム同期が確立されたときにはレシーバ１０の出力した電気信号の論理を反転させた信号を受信信号として選択する反転回路２２３および選択部２２４と、選択された受信信号を処理するフレーム処理回路２２５と備える。

この構成において、フレーム同期回路２２１、２２２は同じ電気信号に対して互いに逆論理でフレーム同期処理を行う。制御回路３２は、それらのフレーム同期結果を監視し、フレーム同期がとれた側の論理に対応する受信信号を選択するように選択部２２４に指示し、選択された受信信号がフレーム処理回路２２５で処理される。

図６は本発明第四実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図である。

この実施例装置は、レシーバ１０と、信号処理部２３と、制御回路３３とを備え、信号処理部２３は、レシーバ１０の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路２３１と、確立したフレーム同期を用いてレシーバ１０から出力された電気信号を処理するフレーム処理回路２３２とを備える。

制御回路３３は、レシーバ１０の動作状態およびフレーム同期回路２３１のフレーム同期結果を監視し、レシーバ１０のロック異常状態が解消されているにもかかわらずフレーム同期がとれない場合には、レシーバ１０に論理反転の指示を出し、レシーバ１０の状態を調整してその出力する電気信号の論理を反転させる。論理が反転されてもフレーム同期回路２３１でフレーム同期をとれない場合には、アラームを生成する。

レシーバ１０が安定化するには少々時間がかかり、例えばマッハ・ツェンダ干渉計が安定化するには２０秒近くかかる。このため、論理が反転していた場合、本実施例では短時間でのフレーム同期の確立は望めない。しかし、信号処理部２３として既存の集積回路を用い、制御回路３３による制御方法を変更するだけでよいので、実施が容易である。また、光ネットワークの運用開始時にレシーバ１０の状態を設定しておけば、それ以降は変更する必要がない。

本発明は、フレーム同期を行う光通信システムで広く利用することができるが、特に、非特許文献１で定義されたＯＴＵ１、ＯＴＵ２あるいはＯＴＵ３の受信に利用して、フレーム同期を確実に確立することができる。

本発明第一実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図。 ＤＰＳＫ光あるいはＦＳＫ光を受信するためのレシーバの構成例を示す図。 ＰｏｌＳＫ光を受信するためのレシーバの構成例を示す図。 本発明第二実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図。 本発明第三実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図。 本発明第四実施例の光信号受信装置を示すブロック構成図。

符号の説明

１０ レシーバ
１１ マッハ・ツェンダ干渉計
１２、１５ 光電気変換部
１３ 偏波コントローラ
１４ 偏波分離器
２０、２１、２２、２３ 信号処理部
３０、３１、３２、３３ 制御回路
２０１、２１２、２２３ 論理反転回路
２０２、２１１、２１３、２２１、２２２、２３１ フレーム同期回路
２０３、２１５、２２５、２３２ フレーム処理回路
２１４、２２４ 選択部

Claims (12)

1. 位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換し、
   この二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換し、
   この電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する
   フレーム同期方法において、
   前記特定のフレーム同期パタンを検出できない場合には逆論理でフレーム同期パタンを検索する
   ことを特徴とするフレーム同期方法。
2. 前記電気信号の論理を反転させて前記特定のフレーム同期パタンを検索する請求項１記載のフレーム同期方法。
3. 前記電気信号とその論理を反転させた信号とで並列に前記特定のフレーム同期パタンを検索する請求項２記載のフレーム同期方法。
4. 前記電気信号から前記特定のフレーム同期パタンと逆論理のパタンを検索する請求項１記載のフレーム同期方法。
5. 前記二つの強度変調光の論理を互いに反転させる請求項１記載のフレーム同期方法。
6. 前記信号光は差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase
   Shift Keying）光であり、
   この差動位相偏移変調光をマッハ・ツェンダ干渉計により強度変調光に変換する
   請求項１ないし５のいずれか記載のフレーム同期方法。
7. 前記信号光は周波数変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）光であり、
   この周波数変調光をマッハ・ツェンダ干渉計により強度変調光に変換する
   請求項１ないし４のいずれか記載のフレーム同期方法。
8. 前記信号光は偏波変調（ＰｏｌＳＫ：Polarization Shift Keying）光であり、
   この偏波変調光を偏波コントローラおよび偏波分離器（ＰＢＳ：Polarization
   Beam Splitter）により強度変調光に変換する
   請求項１ないし５のいずれか記載のフレーム同期方法。
9. 位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、
   この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、
   この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路と
   を備えた光信号受信装置において、
   前記フレーム同期回路においてフレーム同期が取れない場合には前記光電気変換手段から出力されて前記フレーム同期回路に入力される電気信号の論理を反転させる手段を備えた
   ことを特徴とする光信号受信装置。
10. 位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、
    この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、
    この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路と
    を備えた光信号受信装置において、
    前記光電気変換手段の出力する電気信号の論理を反転させる論理反転回路と、
    この論理反転回路の出力から前記特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第二のフレーム同期手段と、
    前記第一のフレーム同期回路と前記第二のフレーム同期回路とのそれぞれのフレーム同期結果にしたがって、フレーム同期が確立した側の論理の電気信号を受信信号として選択する手段と
    を備えたことを特徴とする光信号受信装置。
11. 位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、
    この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、
    この光電気変換手段の出力する電気信号から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立する第一のフレーム同期回路と
    を備えた光信号受信装置において、
    前記光電気変換手段の出力する電気信号から前記特定のフレーム同期パタンとは逆論理のパタンを検索してフレーム同期を確立する第二のフレーム同期回路と、
    前記第一のフレーム同期回路でフレーム同期が確立されたときには前記光電気変換手段の出力する電気信号を受信信号として選択し、前記第二のフレーム同期回路でフレーム同期が確立されたときには前記電気信号の論理を反転させた信号を受信信号として選択する選択手段と
    を備えたことを特徴とする光信号受信装置。
12. 位相、周波数または偏波面が２値変調された信号光を互いに論理が反転した二つの強度変調光に変換する変調変換手段と、
    この変調変換手段により得られた二つの強度変調光の少なくとも一方を電気信号に変換する光電気変換手段と、
    この光電気変換手段の出力から特定のフレーム同期パタンを検索してフレーム同期を確立するフレーム同期回路と
    を備えた光信号受信装置において、
    前記フレーム同期回路においてフレーム同期が取れない場合には前記変調変換手段の状態を調整してその出力する二つの強度変調光の論理を入れ替える手段を備えた
    ことを特徴とする光信号受信装置。

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