JP2012151752A5

JP2012151752A5 -

Info

Publication number: JP2012151752A5
Application number: JP2011009985A
Authority: JP
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2031-01-20

Description

具体的には、本発明に係るコヒーレント光受信装置は、初期位相と位相揺らぎが揃った複数の局発光を出力する局発光源部と、前記局発光源部が出力する前記局発光及び入力される信号光を混合し、混合信号光を出力する混合部と、前記混合信号光を光検波し、複数の前記局発光と前記信号光との間の中間周波数信号を出力する光検波部と、前記光検波部の出力する前記中間周波数信号から前記信号光の信号成分を復調する処理部と、前記処理部の出力が所定の位相関係になるように調整する調整部と、を備える。

本発明に係るコヒーレント光受信装置の前記局発光源部は、複数の前記中間周波数信号の周波数差の絶対値が前記信号光の変調帯域の半分より大きくなる前記局発光を出力し、前記処理部は、複数の前記中間周波数信号とそれぞれの中間周波数信号と同じ周波数でかつ互いの位相揺らぎが揃い、中間周波数信号と乗ずる際の初期位相が所定の関係である正弦波信号をそれぞれ乗じ、前記調整部は、端子数がＫの光多端子結合回路と同等とするダイバーシティ方式の場合に各端子に対応する中間周波数信号からの出力が２πｑ／Ｋ、（ｑ：０〜Ｋ−１）の位相差の出力となるように調整することを特徴とする。

本発明に係るコヒーレント光受信装置の前記局発光源部は、光周波数の差が、前記信号光の帯域幅の２倍よりも小さく、かつ、前記信号光の光源スペクトル線幅及び前記局発光の光源スペクトル線幅よりも大きい局発光を出力し、
前記処理部は、位相が直交する前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号を（Ｃ１）式で演算し、前記信号光に含まれるデータ情報を推定するための信号ベクトルｓ（ｔ）を出力するデジタル演算器と、前記デジタル演算部が出力する前記信号ベクトルｓ（ｔ）を識別処理し、前記信号光の信号成分を受信データとして出力する識別器と、を有し、
前記調整部は、複数の前記中間周波数信号の位相差と、前記デジタル演算器で前記中間周波数信号に乗ずる複数の正弦波信号の位相差とがそれぞれ所定の位相差となるように調整することを特徴とする。
（式Ｃ１）
ｓ（ｔ）＝［Ｉ’＋ｊＱ’］／［Ｘ＋Ｙｅｘｐ（−ｊｗ０ｔ）］
ただし、前記中間周波数信号の振幅をＸ及びＹ、前記局発光の角周波数差をｗ０、虚数単位をｊとする。

２系列の差動光検波器２はそれぞれ、光９０度位相ハイブリッド回路からの２組のπ位相差が異なる系列の混合光をそれぞれ差動光検波して電気信号に変換し、それぞれの位相差関係における中間周波数信号を出力する。この２つの中間周波数信号はそれぞれ復調回路で復調される。加算器はこの復調された信号をそれぞれ適当に加算して信号成分を出力する。これにより、信号光の位相状態に関らず、受信装置において一定以上の信号出力を得ることが可能となる（例えば、特許文献１を参照。）。

本コヒーレント光受信装置は、初期位相と位相揺らぎが揃った複数の局発光を用い、光検波部が出力する中間周波数信号の互いの位相が所定の関係となるように調整する。本コヒーレント光受信装置は、初期位相と位相揺らぎが揃った複数の局発光を用い、信号光と局発光を光検波することでそれぞれ生成される中間周波数信号の周波数差の自然数分の１の周期で中間周波数信号をサンプリングし、端子数がＫの光多端子結合回路と同等とするダイバーシティ方式の場合に各端子に対応する中間周波数信号のサンプリングの際の位相が２πｑ／Ｋ、（ｑ：０〜Ｋ−１）となるように調整する。光４端子結合回路に対応する２相ダイバーシティ方式であれば、中間周波数信号における位相差がπ／２となるように調整することで、信号光の直交する位相成分のそれぞれに対応する２つの中間周波数信号を周波数多重で同時に出力することができる。調整部での調整は、局発光間の周波数差をサンプリング周期の自然数倍とし、サンプリングの位相をサンプリングの際の中間周波数信号の位相が所定の位相、２相ダイバーシティ方式であればπ／２となるようにサンプリングの周期を調整する。このため、本コヒーレント光受信装置は、光９０度位相ハイブリッド回路を用いずに、１つの光検波器で位相ダイバーシティ構成を実現できる。

中間周波数信号、即ち局発光の周波数差を変調帯域の半分より大きく取ることで、信号のマークの中に中間周波数信号が最大となる点が少なくとも１つ以上存在するため光信号を最も効率的に検波でき、位相揺らぎが揃い互いの初期位相が所定の関係にある局発光と信号光から生成される中間周波数信号に位相揺らぎが揃い互いの初期位相が所定の関係にある電気の正弦波信号を乗ずる際の電気の正弦波信号の位相を所定の関係に調整することで、光部品の設定の要求精度が低く、波長オーダーでの光部品の調整が不要であり、簡素な光部品で構成できるコヒーレント光受信装置を提供することができる。

ここで、局発光ＥＬは、受信する信号光Ｅｓに対しｆＩＦ１及びｆＩＦ２だけ光周波数が離れた光とする。局発光源部１０は、図２に示すように信号光とそれぞれ光周波数がｆＩＦ１、＋ｆＩＦ２離れ、かつ局発光間の光周波数がｆ０＝ｆＩＦ１＋ｆＩＦ２だけ離れた光を出力する。又は、局発光源部１０は、図３に示すように２つの局発光の光周波数差がｆ０＝ｆＩＦ２−ｆＩＦ１となるように配置し、信号光に対しそれぞれの局発光がｆＩＦ１、ｆＩＦ２だけ光周波数が離れた光とすることでも、同様に２つの中間周波数信号を得ることが可能である。いずれの場合も、ｆＩＦ１≠ｆＩＦ２である。

また、出力信号を最も効率的に検波するためには、信号のマークの中に中間周波数信号が最大となる点が少なくとも１つ以上存在すればよい。これは、中間周波数信号の周波数差となる｜ｆＩＦ１−ｆＩＦ２｜を変調帯域の半分より大きく取ることで可能である。なお、ここで、局発光の光強度は等しく、後述する光受信装置３０１でのそれぞれに対応する光検波器の受信感度や中間周波数信号の利得と減衰を考慮した透過特性は等しいとする。異なる場合も、その光強度、受信感度、透過特性が同等となるように、光信号強度又は中間周波数信号強度を調整すればよい。

処理部１４は、差動光検波器１３の出力した電気信号の内の、局発光ＥＬに含まれる角周波数ｗＬの光及び受信した信号光Ｅｓのビートによる角周波数ｗｉ（＝２πｆＩＦ１）を搬送波とした中間周波数信号Ｘと、局発光ＥＬに含まれる角周波数ｗＬ＋ｗ０の光及び受信した信号光Ｅｓのビートによる角周波数ｗｉ＋ｗ０（＝２πｆＩＦ２）を搬送波とした中間周波数信号Ｙと、を送信側装置３５１での光変調方式に応じて処理する。中間周波数信号Ｘは、周波数ｗｉを中心に信号帯域幅の約２倍のスペクトル幅をもつとし、中間周波数信号Ｙは、周波数ｗｉ＋ｗ０を中心に信号帯域幅の約２倍のスペクトル幅をもつとする。また、各中間周波数信号Ｘ、Ｙのパワーの差分は、受信した信号光の位相状態等に依存して変動する。このとき、受信電子回路の帯域幅は、図１の例では信号帯域幅の４倍以上とすることが必要となる。なお、中間周波数ｗｉが０Ｈｚとなるように局発光の角周波数ｗＬを設定した場合には、受信に用いる電気回路の帯域幅は信号帯域幅の３倍に近づく。

また、処理部１４では、差動光検波器１３の出力を予め電気濾波器（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）で、各中間周波数信号Ｘ，Ｙに分離した後に処理してもよい。電気濾波器（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）で、各中間周波数信号Ｘ，Ｙに分離した後で処理する場合、同じ周波数の正弦波信号を乗ずる代わりに、それぞれを２乗検波等の包絡線検波で処理してもよい。

信号光の伝送ビットレートをＺ、信号光の多値変調数をｍ［１シンボル当たりの情報量］はｌｏｇ_２ｍ（ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌ）、１シンボル当たりの第１系列（Ｉ）及び第２系列（Ｑ）のデジタル信号の取得回数をｈとすると、発振器１２４では２ｈＺ／ｌｏｇ_２ｍの周波数を有する正弦波信号を発生させて、この正弦波信号に同期してＡＤ変換器１２１はサンプリングを行う。

ここで、中間周波数信号Ｉ，Ｑは、周波数差が信号帯域幅の２倍よりも小さく、かつ、
信号光源及び局発光源部２０のスペクトル線幅よりも大きくなるように設定されているため、各々のスペクトルが周波数軸上で重なり合うようになる。これにより、差動光検波器１３及びそれらより後段に配置される電子回路に要求される帯域幅は、例えば、信号帯域幅の２倍程度で済むようになる。なお、中間周波数ｆＩＦ１及びｆＩＦ２が０Ｈｚ近傍となるように局発光の角周波数ｗＬを設定した場合には、要求される帯域幅を信号帯域幅と同程度まで狭くすることができる。

差動光検波器１３から出力される中間周波数信号Ｉ，ＱがＡＤ変換器１２１で高速にＡＤ変換され、中間周波数信号Ｉ，Ｑに対応したデジタル信号系列がデジタル演算器１２２に入力される。デジタル演算器１２２では、（３）式〜（１１）式に対応した一連のアルゴリズムに従ってデジタル信号処理が実行され、信号ベクトルｓ（ｔ）の値が演算される。また、その演算過程で求められるＲＡｓＡＬ１及びＲＡｓＡＬ２の値が上記（１３）式の条件に近づくと、当該情報がデジタル演算器１２２から局発光源部２０内の強度比制御回路１０８に伝えられ、強度比制御回路１０８によりＶＯＡ１０５が制御されることで、
局発光ＥＬに含まれる局発光間の強度の比が変えられ、（１１）式が発散して信号ベクトルｓ（ｔ）の演算が不能になってしまうことが回避される。

Claims

初期位相と位相揺らぎが揃った複数の局発光を出力する局発光源部と、
前記局発光源部が出力する前記局発光及び入力される信号光を混合し、混合信号光を出力する混合部と、
前記混合信号光を光検波し、複数の前記局発光と前記信号光との間の中間周波数信号を出力する光検波部と、
前記光検波部の出力する前記中間周波数信号から前記信号光の信号成分を復調する処理部と、
前記処理部の出力が所定の位相関係になるように調整する調整部と、
を備えるコヒーレント光受信装置。
前記局発光源部は、
１つの光を出力する光源と、
正弦波信号を発振する発振器と、
前記光源からの光を前記発振器からの正弦波信号で変調して複数の前記局発光を生成する変調器と、
を有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受信装置。
前記局発光源部は、複数の前記中間周波数信号の周波数差の絶対値が前記信号光の変調帯域の半分より大きくなる前記局発光を出力し、
前記処理部は、複数の前記中間周波数信号とそれぞれの中間周波数信号と同じ周波数でかつ互いの位相揺らぎが揃い、前記中間周波数信号と乗ずる際の初期位相が所定の関係である正弦波信号をそれぞれ乗じ、
前記調整部は、端子数がＫの光多端子結合回路と同等とするダイバーシティ方式の場合に各端子に対応する中間周波数信号からの出力が２πｑ／Ｋ、（ｑ：０〜Ｋ−１）の位相差の出力となるように調整すること
を特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光受信装置。
前記局発光源部は、
光周波数の差が、前記信号光の帯域幅の２倍よりも小さく、かつ、前記信号光の光源スペクトル線幅及び前記局発光の光源スペクトル線幅よりも大きい局発光を出力し、
前記処理部は、
位相が直交する前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と
前記ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号を（Ｃ１）式で演算し、前記信号光に含まれるデータ情報を推定するための信号ベクトルｓ（ｔ）を出力するデジタル演算器と、
前記デジタル演算部が出力する前記信号ベクトルｓ（ｔ）を識別処理し、前記信号光の信号成分を受信データとして出力する識別器と、を有し、
前記調整部は、
複数の前記中間周波数信号の位相差と、前記デジタル演算器で前記中間周波数信号に乗ずる複数の正弦波信号の位相差とがそれぞれ所定の位相差となるように調整すること
を特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光受信装置。
（式Ｃ１）
ｓ（ｔ）＝［Ｉ’＋ｊＱ’］／［Ｘ＋Ｙｅｘｐ（−ｊｗ０ｔ）］
ただし、前記中間周波数信号の振幅をＸ及びＹ、前記局発光の角周波数差をｗ０、虚数単位をｊとする。
前記局発光の強度の比を変化させる強度比制御回路を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のコヒーレント光受信装置。
波長多重信号を伝送する光ファイバと、
請求項１から５のいずれかに記載の複数のコヒーレント光受信装置と、
前記光ファイバを伝送する波長多重信号を分岐し、それぞれ前記コヒーレント光受信装置へ結合する光分岐器と、
を備え、それぞれの前記コヒーレント光受信装置が１つの前記局発光源部を共用することを特徴とする光通信システム。