JP2018201118A - Optical transmission/reception system - Google Patents

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Abstract

To accurately calculate an optimum value.SOLUTION: A frequency modulation light signal is received so that electric signals of an in-phase component and a quadrature component are outputted by subjecting the frequency modulation light signal to homodyne detection based on local oscillation light. The electric signals of the in-phase component and the quadrature component are each sampled so that they are converted into digital sampling signals of the in-phase component and the quadrature component. The sampling signals of the in-phase component and the quadrature component are subjected to differential detection. Then, a phase average value is calculated on the basis of a fixed pattern having a uniform or substantially uniform occurrence frequency of signal points included in the signals obtained by the differential detection. Based on the phase average value, the phases of the sampling signals of the in-phase component and the quadrature component are reversed.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光送受信システムに関する。   The present invention relates to an optical transmission / reception system.

光加入者システムでは、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)やITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)で標準化されているPON(Passive Optical Network)方式のシステムが広く用いられている。PONシステムは、複数の加入者線終端装置(以下「ONU」(Optical Network Unit)という)の各々が、収容局外に設置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバに結合されて、収容局の加入者線端局装置(以下「OLT」(Optical Line Terminal)という)に接続されるネットワーク構成を有している。   In the optical subscriber system, the PON (Passive Optical Network) system standardized by IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) and ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) is widely used. Yes. In the PON system, each of a plurality of subscriber line terminators (hereinafter referred to as “ONU” (Optical Network Unit)) is coupled to a single optical fiber via an optical splitter installed outside the accommodating station. It has a network configuration connected to a subscriber line terminal device (hereinafter referred to as “OLT” (Optical Line Terminal)) of the accommodation station.

PONシステムでは、上り信号と下り信号とが異なる波長により、同一光ファイバ上で双方向に伝送される。下り信号は、複数の加入者宅の各々に設置されるONU宛ての信号が、時分割多重(以下「TDM」(Time Division Multiplexing)という)技術を用いて多重された連続信号である。ONUは、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自装置に割り当てられたタイムスロットの信号を取り出して受信する。上り信号は、ONUが間欠的に送信するバースト信号であり、光スプリッタで結合されてTDM信号となりOLTが受信する。このように、PONシステムでは、収容局のOLTから光スプリッタまでの光ファイバ及び収容局に配置されるOLTを、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを経済的に提供することができる。   In the PON system, upstream signals and downstream signals are transmitted bidirectionally on the same optical fiber by different wavelengths. The downlink signal is a continuous signal in which signals addressed to ONUs installed in each of a plurality of subscriber houses are multiplexed using time division multiplexing (hereinafter referred to as “TDM” (Time Division Multiplexing)) technology. The ONU extracts and receives the signal of the time slot assigned to itself from the continuous signal branched in the optical splitter. The upstream signal is a burst signal that is transmitted intermittently by the ONU, and is combined by an optical splitter to become a TDM signal that is received by the OLT. In this way, in the PON system, since the optical fiber from the OLT of the accommodating station to the optical splitter and the OLT arranged in the accommodating station can be shared by a plurality of subscribers, high-speed optical access service exceeding giga is economical. Can be provided.

既に商用システムとして利用されているPONシステムにおいて、許容伝送路損失の拡大が大きな課題の1つと考えられている。許容伝送路損失の拡大が実現できれば、分岐数の大きな光スプリッタを活用した収容加入者数の増大、伝送距離の長延化による収容エリアの拡大等、単一システムでより効率的な加入者の収容が可能となる。   In a PON system that is already used as a commercial system, an increase in allowable transmission line loss is considered as one of the major issues. If the permissible transmission line loss can be expanded, the number of accommodated subscribers can be increased by using an optical splitter with a large number of branches, and the accommodation area can be expanded by extending the transmission distance. Is possible.

この課題を解決するために、光増幅器をOLTに配置し、この光増幅器をポストアンプとして用いて送信器の出力強度を増加する一方、この光増幅器をプリアンプとして用いて受信器の感度を改善して、許容伝送路損失を拡大する手法が広く検討されている。しかし、光増幅器のポストアンプとしての出力強度の増加に比べて、プリアンプとしての受信感度の改善の効果は小さい。そのため、下り信号と同等の許容伝送路損失を得るためには、上り信号の更なる受信感度の改善が必要となる。   To solve this problem, an optical amplifier is placed in the OLT and this optical amplifier is used as a postamplifier to increase the output intensity of the transmitter, while this optical amplifier is used as a preamplifier to improve the sensitivity of the receiver. Therefore, methods for expanding the allowable transmission line loss have been widely studied. However, the effect of improving the reception sensitivity as a preamplifier is smaller than the increase in output intensity as a postamplifier of an optical amplifier. Therefore, in order to obtain an allowable transmission line loss equivalent to that of the downlink signal, it is necessary to further improve the reception sensitivity of the uplink signal.

上り信号の受信感度の改善を実現するために、デジタルコヒーレント伝送技術をPONシステムに適用することが検討されている(例えば、非特許文献1参照)。デジタルコヒーレント伝送技術における受信技術を適用することにより、これまでPONシステムで用いられてきた強度変調直接検波方式と比較して大幅に受信感度を改善させることができる。   In order to improve the reception sensitivity of uplink signals, it has been studied to apply a digital coherent transmission technique to a PON system (for example, see Non-Patent Document 1). By applying the reception technique in the digital coherent transmission technique, it is possible to significantly improve the reception sensitivity as compared with the intensity modulation direct detection method that has been used in the PON system so far.

また、強度変調信号の代わりに位相変調信号を用いることにより更に受信感度を3dB向上させることが可能である。近年、4値の位相変調信号、すなわち、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)信号が、大容量の中継伝送システムで用いられている。QPSKの信号生成は、ニオブ酸リチウム(LiNbO)マッハツェンダ変調器(以下「LN変調器」という)を用いて行われる。LN変調器は、変調帯域や光ファイバとの結合の面で優れた特性を有するため、長距離伝送システムに適したデバイスである。しかし、このデバイスは、数センチメートルオーダの長さを有するため、加入者ネットワークへの適用、特にONUに適用することは現実的でない。 Further, it is possible to further improve the reception sensitivity by 3 dB by using the phase modulation signal instead of the intensity modulation signal. In recent years, quaternary phase modulation signals, that is, QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) signals have been used in large-capacity relay transmission systems. The signal generation of QPSK is performed using a lithium niobate (LiNbO 3 ) Mach-Zehnder modulator (hereinafter referred to as “LN modulator”). The LN modulator is a device suitable for a long-distance transmission system because it has excellent characteristics in terms of modulation band and coupling with an optical fiber. However, since this device has a length on the order of several centimeters, it is not practical to apply to a subscriber network, particularly to an ONU.

LN変調器に代わる小型の変調器として、インジウムリン(InP)半導体マッハツェンダ変調器(以下「InP変調器」という)の開発が進められており、商用化され始めている。InP変調器では、位相変調をもたらす材料の屈折率変化が、LiNbOよりも大きいため、ミリメートルオーダの長さでデバイスを作製することができる。また、InP変調器は、半導体デバイスであるため、半導体レーザや半導体光増幅器(SOA(Semiconductor Optical Amplifier))等の光部品とモノリシック集積し、送受信器をより小型化することも可能である。しかし、InP変調器は、現状、歩留り等の問題があり、アクセスシステムに適用するには更なる低コスト化技術の開発が必要である。 As a small-sized modulator replacing the LN modulator, an indium phosphide (InP) semiconductor Mach-Zehnder modulator (hereinafter referred to as “InP modulator”) has been developed and is beginning to be commercialized. In the InP modulator, since the refractive index change of the material that causes phase modulation is larger than that of LiNbO 3 , the device can be manufactured with a length on the order of millimeters. Further, since the InP modulator is a semiconductor device, it can be monolithically integrated with an optical component such as a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier (SOA (Semiconductor Optical Amplifier)) to further reduce the size of the transceiver. However, the InP modulator currently has problems such as yield, and it is necessary to develop a further cost reduction technique for application to an access system.

これらの高価なマッハツェンダ変調器を用いることなく位相変調信号を生成する手法として、半導体レーザの駆動電流を送信信号で駆動する直接変調方式がある。ただし、送信信号で直接的に変調することができるのは、半導体レーザから出力される光の位相ではなく周波数である。この周波数変調は、半導体レーザのバイアス電流を高く設定して断熱チャープが支配的な領域で半導体レーザを駆動することにより実現される。   As a technique for generating a phase modulation signal without using these expensive Mach-Zehnder modulators, there is a direct modulation system in which a semiconductor laser drive current is driven by a transmission signal. However, what can be directly modulated by the transmission signal is not the phase of the light output from the semiconductor laser but the frequency. This frequency modulation is realized by driving the semiconductor laser in a region where the adiabatic chirp is dominant by setting the bias current of the semiconductor laser high.

例として、2値のデジタルベースバンド信号により半導体レーザを直接変調した際の光スペクトルを図14(a)に示す。図14(a)に示すように、駆動電流の大きい「1」信号(以下「マーク」という)は、中心周波数(f)に対してΔfだけ高周波側に偏移し、駆動電流の小さい「0」信号(以下「スペース」という)は、Δfだけ低周波側に偏移する。実際には、半導体レーザの駆動電流を変化させることによりその出力強度も同時に変化するため、光スペクトルは図14(b)に示されるように、マーク側に対してスペース側の光強度が若干低下する。 As an example, FIG. 14A shows an optical spectrum when a semiconductor laser is directly modulated by a binary digital baseband signal. As shown in FIG. 14A, a “1” signal having a large drive current (hereinafter referred to as “mark”) is shifted to the high frequency side by Δf with respect to the center frequency (f 0 ), and “ The “0” signal (hereinafter referred to as “space”) shifts to the low frequency side by Δf. Actually, since the output intensity of the semiconductor laser changes at the same time by changing the drive current of the semiconductor laser, the light intensity of the optical spectrum is slightly lower than the mark side as shown in FIG. 14B. To do.

後述する差動検波によって信号受信が可能となるように、周波数変化により生じる一定時間経過後の位相変化がπ、またはゼロとなるよう周波数変化量を調整してデータを送信する。その際、前のビットとの位相差がπ、またはゼロのときに、それぞれ、マーク、またはスペースを受信するように前もって送信信号を差動符号化する必要がある。このように、半導体レーザの駆動電流を送信信号で駆動する直接変調方式により生成される信号は、表面的には周波数変調信号であるが、位相変調信号として用いることができる信号である。   Data is transmitted by adjusting the amount of frequency change so that the phase change after a lapse of a certain time caused by the frequency change becomes π or zero so that the signal can be received by differential detection described later. At this time, when the phase difference from the previous bit is π or zero, it is necessary to differentially encode the transmission signal in advance so as to receive a mark or a space, respectively. As described above, the signal generated by the direct modulation method in which the driving current of the semiconductor laser is driven by the transmission signal is a signal that can be used as a phase modulation signal although it is a frequency modulation signal on the surface.

この周波数変調を利用した位相変調信号の生成手法として、連続位相周波数偏移変調(以下「CPFSK」(Continuous Phase Frequency Shift Keying)という)という手法と、慣習的に位相変調、すなわちPSK(Phase Shift Keying)とよばれる手法がある。後者のPSKは、前述のマッハツェンダ変調器を用いて送信信号に対応した位相変調信号を直接的に生成する一般的な位相変調手法との混同を避けるため、以下においては、直接変調による位相変調、すなわちDM−PSK(Direct Modulation-PSK)という。   As a method of generating a phase modulation signal using this frequency modulation, a method called continuous phase frequency shift keying (hereinafter referred to as “CPFSK”) and a conventional phase modulation, that is, PSK (Phase Shift Keying). There is a technique called). In order to avoid confusion with a general phase modulation method in which the latter PSK directly generates a phase modulation signal corresponding to a transmission signal using the Mach-Zehnder modulator described above, in the following, phase modulation by direct modulation, That is, it is called DM-PSK (Direct Modulation-PSK).

DM−PSKとCPFSKとの関係を図15に示す。図15において、横軸は周波数変調の変調指数(図15では、FM変調指数と記載)を表し、縦軸はデューティ比を表す。以下、DM−PSKとCPFSKの違いを簡単に示すため、2値のデジタルデータを送信する場合を例として説明する。信号のビットレートをBとすると、変調指数mは、次式(1)で定義される。   The relationship between DM-PSK and CPFSK is shown in FIG. In FIG. 15, the horizontal axis represents a frequency modulation modulation index (referred to as FM modulation index in FIG. 15), and the vertical axis represents a duty ratio. Hereinafter, in order to show the difference between DM-PSK and CPFSK, a case where binary digital data is transmitted will be described as an example. When the bit rate of the signal is B, the modulation index m is defined by the following equation (1).

Figure 2018201118
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図16及び図17に、DM−PSKの動作原理を示す。図16に示すように、マーク区間にデューティ比(D)にしたがった光パルスが出力され、光パルスの終了時に光位相が前のビットに対してπだけ変化するように周波数変調の変調指数、または光パルスの強度を調整する(例えば、非特許文献2参照)。光パルス終了後、光位相は変化しないため、1ビット時間経過時の光位相変化はπのままである。このとき、変調指数(m)とデューティ比(D)の間には、次式(2)の関係がある。   16 and 17 show the operation principle of DM-PSK. As shown in FIG. 16, an optical pulse according to the duty ratio (D) is output in the mark section, and at the end of the optical pulse, the modulation index of frequency modulation so that the optical phase changes by π with respect to the previous bit, Or the intensity | strength of an optical pulse is adjusted (for example, refer nonpatent literature 2). Since the optical phase does not change after the end of the optical pulse, the optical phase change when 1 bit time elapses remains π. At this time, there is a relationship of the following equation (2) between the modulation index (m) and the duty ratio (D).

Figure 2018201118
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図16に示す方式では、光位相は、時間経過とともに増加し続ける。これに対して、図17に示すように、マーク区間の光パルスの強度をスペース区間の強度に対して大きくなるビットと小さくなるビットを交互に出力するようにしてもよい(例えば、非特許文献3参照)。図17に示す方式では、光位相は、時間経過とともに増加せず、ゼロまたはπのいずれかの位相となる。ここで、ビットレートをBとすると、信号受信は、図16及び図17のいずれの方式においても、1ビット時間、すなわち1/Bだけ遅延させた信号列を用いた差動検波により行うことができる。   In the method shown in FIG. 16, the optical phase continues to increase with time. On the other hand, as shown in FIG. 17, the intensity of the light pulse in the mark section may be alternately output as the bit that becomes larger than the intensity of the space section (for example, non-patent document). 3). In the method shown in FIG. 17, the optical phase does not increase with the passage of time, and becomes either zero or π. Here, assuming that the bit rate is B, signal reception can be performed by differential detection using a signal sequence delayed by 1 bit time, that is, 1 / B, in any of the systems shown in FIGS. it can.

これに対して、図15に示すように、CPFSKでは、デューティ比(D)が、変調指数(m)によらず常に1となる。つまり、CPFSKでは、1ビット時間経過時の光位相変化は、変調指数(m)が0.5を超える場合、πを超えることになり、差動検波に要する遅延時間(T)が1ビット時間、すなわち1/Bではなく、次式(3)で示される(例えば、非特許文献4参照)。   On the other hand, as shown in FIG. 15, in CPFSK, the duty ratio (D) is always 1 regardless of the modulation index (m). That is, in CPFSK, the optical phase change at the elapse of 1 bit time exceeds π when the modulation index (m) exceeds 0.5, and the delay time (T) required for differential detection is 1 bit time. That is, instead of 1 / B, it is represented by the following equation (3) (for example, see Non-Patent Document 4).

Figure 2018201118
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変調指数(m)が0.5の場合、最小の周波数偏移量、すなわちB/4で復調可能な位相変調信号を生成することになり、1ビット時間、すなわち1/Bの差動検波により信号受信が行われる。この場合を、特に、最小シフトキーイング(以下「MSK」(Minimum Shift Keying)という)といい、図15に示すように、デューティ比が1のDM−PSKということもできる。   When the modulation index (m) is 0.5, a phase modulation signal that can be demodulated with a minimum frequency deviation, that is, B / 4, is generated, and 1 bit time, that is, 1 / B differential detection. Signal reception is performed. This case is particularly referred to as minimum shift keying (hereinafter referred to as “MSK” (Minimum Shift Keying)), and can also be referred to as DM-PSK having a duty ratio of 1, as shown in FIG.

上述したように、CPFSKやDM−PSKのように直接変調により生成した位相変調信号は、差動検波により信号を受信することができる。しかし、ホモダイン検波によりコヒーレント受信を行う場合、信号光と、局部発振光(以下「局発光」という)の周波数差が問題となる。以下、CPFSKの場合を例として、数式を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の数式により示す処理は、90度光ハイブリッド検波器を用いてホモダイン検波することにより生成されるI(In-phase)成分とQ(Quadrature)成分の信号の各々を、AD(Analog to Digital)変換器によりサンプリングしてデジタル化することによって得られる信号に対して行われる処理である。   As described above, a phase modulation signal generated by direct modulation such as CPFSK or DM-PSK can be received by differential detection. However, when coherent reception is performed by homodyne detection, a frequency difference between the signal light and the local oscillation light (hereinafter referred to as “local light emission”) becomes a problem. Hereinafter, the case of CPFSK will be described in detail with reference to mathematical expressions. Note that the processing shown by the following formulas is performed by converting each of the I (In-phase) component and Q (Quadrature) component signals generated by homodyne detection using a 90-degree optical hybrid detector to AD (Analog to Digital) is a process performed on a signal obtained by sampling and digitizing by a converter.

サンプリング周波数は、シャノンのサンプリング定理に基づき、信号のビットレートBの2倍以上の値に設定される。なお、多値信号の場合、Bはシンボルレートとなる。一般に、中心周波数が、fの局発光とfの信号光を、90度光ハイブリッド検波器に入射してホモダイン検波すると、90度光ハイブリッド検波器から出力される信号電流のI成分及びQ成分は、それぞれ次式(4)、(5)で表されることになる。 The sampling frequency is set to a value more than twice the signal bit rate B based on Shannon's sampling theorem. In the case of a multilevel signal, B is a symbol rate. In general, when local light having a center frequency of f 0 and signal light of f 1 are incident on a 90-degree optical hybrid detector and homodyne detection is performed, the I component and Q of the signal current output from the 90-degree optical hybrid detector The components are expressed by the following formulas (4) and (5), respectively.

Figure 2018201118
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Figure 2018201118
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式(4)、(5)において、fは局発光と信号光の周波数差(f=f−f)であり、φは位相差である。また、tは時間であり、Aは余弦関数(cos)及び正弦関数(sin)を光電流量に関連付けるための係数である。式(4)及び式(5)を複素数によりオイラー表記すると次式(6)となる。 Equation (4), in (5), f m is the frequency difference between the local light and the signal light (f m = f 0 -f 1 ), φ is the phase difference. T is time, and A is a coefficient for associating the cosine function (cos) and the sine function (sin) with the photoelectric flow rate. When Expression (4) and Expression (5) are expressed in Euler by complex numbers, the following Expression (6) is obtained.

Figure 2018201118
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CPFSKでは、マークとスペースの各々に対して、Δf及び−Δfの周波数偏移が与えられるため、マークの受信信号電流は式(7)で示され、スペースの受信信号電流は式(8)で示される。   In CPFSK, a frequency shift of Δf and −Δf is given to each of the mark and the space. Therefore, the received signal current of the mark is expressed by Equation (7), and the received signal current of the space is expressed by Equation (8). Indicated.

Figure 2018201118
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Figure 2018201118
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式(7)及び式(8)を用いると、マークからマークに遷移する場合、差動検波後の出力は、次式(9)で示される。   When Expression (7) and Expression (8) are used, when transitioning from mark to mark, the output after differential detection is expressed by the following Expression (9).

Figure 2018201118
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同様にして、マークからスペースに遷移する場合の差動検波後の出力は式(10)で示され、スペースからスペースに遷移する場合の差動検波後の出力は式(11)で示され、スペースからマークに遷移する場合の差動検波後の出力は式(12)で示される。   Similarly, the output after differential detection in the case of transition from the mark to the space is represented by Expression (10), and the output after differential detection in the case of transition from the space to the space is represented by Expression (11). The output after differential detection when transitioning from a space to a mark is expressed by equation (12).

Figure 2018201118
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Figure 2018201118
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式(7)及び式(8)は、t=0で位相がφとなり一致する。したがって、式(10)及び式(12)は、t=0で位相連続を保ちつつ符号が遷移する場合を示しており、信号の識別はt=Tで行われることになる。式(10)及び式(12)にt=Tを代入すると、式(13)及び式(14)が得られる。なお、Δfとして、式(1)を変形して得られる値を適用し、Tとして、式(3)の値を適用した。   Equations (7) and (8) coincide with each other when the phase is φ at t = 0. Therefore, Equation (10) and Equation (12) show a case where the code transitions while maintaining phase continuity at t = 0, and signal identification is performed at t = T. Substituting t = T into Equation (10) and Equation (12) yields Equation (13) and Equation (14). As Δf, a value obtained by modifying Equation (1) was applied, and as T, the value of Equation (3) was applied.

Figure 2018201118
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Figure 2018201118
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まず、f=0の場合を考える。式(9)及び式(14)はマークを受信した場合であり、前のビットの符号に関係なく、I−Q平面上で(0,A)の位置に受信信号が収束する。また、式(11)及び式(13)はスペースを受信した場合であり、前のビットの符号に関係なく、I−Q平面上で(0,−A)の位置に受信信号が収束する。 First, consider the case of f m = 0. Equations (9) and (14) are for the case where a mark is received, and the received signal converges at the position (0, A 2 ) on the IQ plane regardless of the sign of the previous bit. Equations (11) and (13) are cases where a space is received, and the received signal converges at the position (0, -A 2 ) on the IQ plane regardless of the sign of the previous bit. .

ただし、前のビットに対して符号が反転する場合は、式(10)及び式(12)から明らかなように、受信信号コンスタレーションの円周上を、それぞれ、4πΔf及び−4πΔfの角速度で移動する。図18(a)は、この様子を示す図である。   However, when the sign is inverted with respect to the previous bit, as is clear from Equation (10) and Equation (12), the signal moves on the circumference of the received signal constellation at angular velocities of 4πΔf and -4πΔf, respectively. To do. FIG. 18A is a diagram showing this state.

次に、f≠0の場合、図18(b)に示すように、受信信号コンスタレーションは、図18(a)の場合に対して、I−Q平面上で2πftだけ位相回転する。 Next, when f m ≠ 0, as shown in FIG. 18B, the received signal constellation rotates by 2πf m t on the IQ plane as compared with the case of FIG. 18A. .

実際のところ、使用する半導体レーザや90度光ハイブリッド検波器の帯域不足により、差動検波後の受信信号コンスタレーションは劣化しているため、図18(a)に示す所定の信号点である(0,A)、(0,−A)の位置に受信信号が収束することはない。受信信号コンスタレーションの劣化を補償するために、デジタルコヒーレント伝送では、デジタル信号処理技術を用いる。 Actually, the received signal constellation after differential detection has deteriorated due to the lack of bandwidth of the semiconductor laser to be used or the 90-degree optical hybrid detector, so that the predetermined signal point shown in FIG. The received signal does not converge at the position of (0, A 2 ), (0, −A 2 ). In order to compensate for the degradation of the received signal constellation, digital signal processing technology is used in digital coherent transmission.

一般的によく用いられる信号処理アルゴリズムとして、CMA(Constant Modulus Algorithm)がある。CMAを用いれば、受信信号コンスタレーションの振幅が所定の値、例えば、図18(a)では、(0,A)、(0,−A)に収束するようにFIR(Finite Impulse Response)フィルタのタップ係数を適応的にフィードバック制御する。フィードバック制御により得られるタップ係数の最適値を代入したFIRフィルタで受信信号をフィルタリングすることにより、使用デバイスの帯域不足を補償、すなわち適応等化することができる。 A commonly used signal processing algorithm is CMA (Constant Modulus Algorithm). If CMA is used, the amplitude of the received signal constellation is FIR (Finite Impulse Response) so as to converge to a predetermined value, for example, (0, A 2 ), (0, −A 2 ) in FIG. The filter tap coefficient is adaptively feedback controlled. By filtering the received signal with the FIR filter into which the optimum value of the tap coefficient obtained by the feedback control is substituted, it is possible to compensate for insufficient bandwidth of the used device, that is, adaptive equalization.

しかしながら、CMAが効果を発揮するのは、受信信号の帯域不足の影響により、受信信号コンスタレーションの円周半径が縮小する場合である。例えば、マッハツェンダ変調器を用いて生成したQPSKを送信信号として用いる場合がこれに該当する。   However, the CMA is effective when the circumferential radius of the received signal constellation is reduced due to the influence of insufficient bandwidth of the received signal. For example, this is the case when QPSK generated using a Mach-Zehnder modulator is used as a transmission signal.

これに対して、CPFSKやDM−PSKでは、使用デバイスの帯域不足の影響が生じても、受信信号コンスタレーションの円周半径は縮小しない。最も高い周波数成分が生成される異符号が交互に現れる場合であっても、受信信号は、図18(a)に示される所定の信号点には辿り着かないものの同じ円周上に留まる。この場合、CMAを用いても使用デバイスの帯域不足を補償することはできない。   On the other hand, in CPFSK and DM-PSK, even if the influence of the insufficient bandwidth of the device used occurs, the circumferential radius of the received signal constellation is not reduced. Even when the different code generating the highest frequency component appears alternately, the received signal does not reach the predetermined signal point shown in FIG. 18A, but stays on the same circumference. In this case, even if CMA is used, it is not possible to compensate for the lack of bandwidth of the device used.

そのため、CPFSKやDM−PSKの場合、LMS(Least Mean Square)アルゴリズムを適用する必要がある。LMSアルゴリズムを用いる場合、I−Q平面上の所定の信号点を目標値として最小二乗法によりFIRフィルタのタップ係数の最適値を求める。目標値として、送信信号列に周期的に埋め込まれた固定パターン信号であるトレーニング信号を用いるのが一般的である。   Therefore, in the case of CPFSK or DM-PSK, it is necessary to apply an LMS (Least Mean Square) algorithm. When the LMS algorithm is used, the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter is obtained by the least square method with a predetermined signal point on the IQ plane as a target value. As a target value, a training signal that is a fixed pattern signal periodically embedded in a transmission signal sequence is generally used.

Dayou Qian, Eduardo Mateo, Ming-Fang Huang, “A 105km Reach Fully Passive 10G-PON using a Novel Digital OLT”, Tu.1.B.2, ECOC(European Conference on Optical Communication) Technical Digest, 2012, OSA.Dayou Qian, Eduardo Mateo, Ming-Fang Huang, “A 105km Reach Fully Passive 10G-PON using a Novel Digital OLT”, Tu.1.B.2, ECOC (European Conference on Optical Communication) Technical Digest, 2012, OSA. “4 Gbitls, 233-km OPTICAL FIBRE TRANSMISSION EXPERIMENT USING NEWLY PROPOSED DIRECT-MODULATION PSK”“4 Gbitls, 233-km OPTICAL FIBER TRANSMISSION EXPERIMENT USING NEWLY PROPOSED DIRECT-MODULATION PSK” R.S. VODHANEL, “5 Gbit/s Direct Optical DPSK Modulation of a 1530-nm DFB Laser”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 1, No. 8, AUGUST 1989, pp.218-220.R.S.VODHANEL, “5 Gbit / s Direct Optical DPSK Modulation of a 1530-nm DFB Laser”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 1, No. 8, AUGUST 1989, pp.218-220. Katsushi Iwashita, Takao Matsumoto, “Modulation and Detection Characteristics of Optical Continuous Phase FSK Transmission System”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. VOL. LT-5, NO. 4, APRIL 1987, pp.452-460.Katsushi Iwashita, Takao Matsumoto, “Modulation and Detection Characteristics of Optical Continuous Phase FSK Transmission System”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. VOL. LT-5, NO. 4, APRIL 1987, pp. 452-460.

しかしながら、CPFSKやDM−PSKに対してLMSアルゴリズムを用いる場合、上述した信号光と局発光の周波数差により生じる受信信号コンスタレーションの位相回転が問題となる。この位相回転がなければ、図18(a)の例では、(0,A)、または(0,−A)を目標とする信号点としてLMSアルゴリズムを動作させればよい。これに対して、図18(b)のように受信信号コンスタレーションが位相回転していると、位相回転量に応じて目標とする信号点との距離が変化するため、LMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタのタップ係数の最適値計算が不安定になってしまうという問題があった。 However, when the LMS algorithm is used for CPFSK and DM-PSK, the phase rotation of the received signal constellation caused by the frequency difference between the signal light and the local light becomes a problem. Without this phase rotation, in the example of FIG. 18A, the LMS algorithm may be operated with the signal point targeting (0, A 2 ) or (0, −A 2 ). On the other hand, when the received signal constellation is rotated in phase as shown in FIG. 18B, the distance from the target signal point changes according to the amount of phase rotation, so the FIR using the LMS algorithm. There is a problem that the calculation of the optimum value of the tap coefficient of the filter becomes unstable.

上記事情に鑑み、本発明は、最適値計算を精度よく行うことができる技術の提供を目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique capable of accurately calculating an optimum value.

本発明の一態様は、光信号を送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを備える光送受信システムであって、前記光送信器は、半導体レーザを有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として前記半導体レーザを駆動して周波数変調光信号を生成して送信する周波数変調部、を備え、前記光受信器は、局部発振光を出力する局部発振光源と、前記周波数変調光信号を受信し、前記局部発振光に基づいて、前記周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する90度光ハイブリッド検波器と、前記同相成分と前記直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの前記同相成分のサンプリング信号と前記直交成分のサンプリング信号に変換するAD変換器と、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を差動検波する差動検波部と、差動検波によって得られる信号に含まれる前記信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する位相平均算出部と、前記位相平均値に基づいて、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる位相回転部と、を備える光送受信システムである。   One embodiment of the present invention is an optical transmission / reception system including an optical transmitter that transmits an optical signal and an optical receiver that receives the optical signal, the optical transmitter including a semiconductor laser, and transmission data. On the other hand, the semiconductor laser using, as a drive signal, a transmission signal generated by adding a fixed pattern of a plurality of predetermined signal points and the frequency of appearance of each signal point being uniform or substantially uniform A frequency modulation unit that generates and transmits a frequency-modulated optical signal, and the optical receiver receives a local-oscillation light source that outputs local oscillation light, and receives the frequency-modulated optical signal, and the local oscillation Based on the light, homodyne detection of the frequency-modulated optical signal to output an in-phase component and a quadrature component electrical signal, and a 90-degree optical hybrid detector for each of the in-phase component and the quadrature component electrical signal. An analog-to-digital converter that converts the digital sampling signal of the in-phase component and the sampling signal of the quadrature component, a differential detection unit that differentially detects the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component, and differential detection A phase average calculation unit that calculates a phase average value based on a fixed pattern of the signal points included in the signal obtained by the step of calculating the phase of the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component based on the phase average value. An optical transmission / reception system comprising: a phase rotation unit that rotates reversely.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有する電界吸収型光変調器を備え、前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う。   One aspect of the present invention is the above-described optical transmission / reception system, wherein the frequency modulation unit changes a transmission intensity in a reverse direction with respect to a change characteristic of an intensity of an optical signal output from the semiconductor laser with respect to the drive signal. An electroabsorption optical modulator having characteristics is provided, and the electroabsorption optical modulator performs intensity modulation on the frequency modulation optical signal based on the transmission signal.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度特性を有する電界吸収型光変調器を備え、前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う。   One aspect of the present invention is the above optical transmission / reception system, wherein the frequency modulation unit has a transmission intensity characteristic in the same direction with respect to a change characteristic of an intensity of an optical signal output from the semiconductor laser with respect to the drive signal. The electroabsorption optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on a signal obtained by inverting the polarity of the transmission signal.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記光受信器は、タップ係数に基づいてフィルタリングを行うFIRフィルタ部と、前記位相回転部が逆回転した前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を前記FIRフィルタ部に与えて復調信号を得て、前記復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置と、予め定められる収束の目標値となる複数の所定の信号点の前記I−Q平面上での位置とに基づいて距離を算出し、算出した距離に基づいて、前記サンプリング信号が、最も近い前記所定の信号点に収束するように前記FIRフィルタ部のタップ係数の最適値を算出するタップ係数算出部と、をさらに備える。   One aspect of the present invention is the optical transmission / reception system described above, wherein the optical receiver includes an FIR filter unit that performs filtering based on a tap coefficient, the in-phase component and the quadrature component obtained by rotating the phase rotation unit in a reverse direction. To the FIR filter unit to obtain a demodulated signal, and a position on the IQ plane of the sampling signal included in the demodulated signal and a plurality of predetermined signals that become predetermined convergence target values A distance is calculated based on the position of the point on the IQ plane, and the tap of the FIR filter unit is configured so that the sampling signal converges to the nearest predetermined signal point based on the calculated distance. A tap coefficient calculation unit that calculates an optimum value of the coefficient.

本発明により、最適値計算を精度よく行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to calculate the optimum value with high accuracy.

本発明の第1の実施形態における光送受信システム100の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical transmission / reception system 100 in the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の送信信号のフレーム構成を示す図である。It is a figure which shows the frame structure of the transmission signal of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その3)である。It is FIG. (3) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の光受信器の半導体レーザの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the semiconductor laser of the optical receiver of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光受信器のEA変調器の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the EA modulator of the optical receiver of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver of 2nd Embodiment. 半導体レーザを用いて直接変調した際の光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum at the time of directly modulating using a semiconductor laser. CPFSKとDM−PSKの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between CPFSK and DM-PSK. DM−PSKの動作原理を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating the operation principle of DM-PSK. DM−PSKの動作原理を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the operation principle of DM-PSK. 受信信号コンスタレーションを示す図である。It is a figure which shows a received signal constellation.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態における光送受信システム100の構成を示す図である。以下の説明では、光送受信システム100を、PONシステムに適用した場合を例に説明する。PONシステムは、光伝送システムの一態様である。光送受信システム100は、ONU1及びOLT2を備える。なお、図1では、光送受信システム100がONU1を一台備える構成を示しているが、光送受信システム100はONU1を複数台備えていてもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical transmission / reception system 100 according to the first embodiment of the present invention. In the following description, a case where the optical transmission / reception system 100 is applied to a PON system will be described as an example. The PON system is an aspect of an optical transmission system. The optical transmission / reception system 100 includes an ONU 1 and an OLT 2. 1 shows a configuration in which the optical transmission / reception system 100 includes one ONU 1, the optical transmission / reception system 100 may include a plurality of ONUs 1.

ONU1は、例えば通信サービスの提供を受ける加入者の宅内に設置される。ONU1は、光送信器10を備える。光送信器10は、光信号を送信する。
OLT2は、例えば収容局に設置される。OLT2は、光受信器20を備える。光受信器20は、光送信器10から送信された光信号を受信する。
The ONU 1 is installed, for example, in the home of a subscriber who receives communication service. The ONU 1 includes an optical transmitter 10. The optical transmitter 10 transmits an optical signal.
The OLT 2 is installed in a containment station, for example. The OLT 2 includes an optical receiver 20. The optical receiver 20 receives the optical signal transmitted from the optical transmitter 10.

図2は、第1の実施形態における光送信器10の構成を示すブロック図である。光送信器10は、周波数変調部102を備える。
周波数変調部102は、ゲートスイッチ1021と、半導体レーザ1022とを備える。ゲートスイッチ1021は、送信信号とゲート信号とに基づいて、ゲート信号が供給される時間区間に対応する区間の送信信号をバースト信号として半導体レーザ1022に出力する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmitter 10 according to the first embodiment. The optical transmitter 10 includes a frequency modulation unit 102.
The frequency modulation unit 102 includes a gate switch 1021 and a semiconductor laser 1022. Based on the transmission signal and the gate signal, the gate switch 1021 outputs a transmission signal in a section corresponding to a time section in which the gate signal is supplied to the semiconductor laser 1022 as a burst signal.

ここで、送信信号は、図3に示すフレーム構成の信号であり、外部から入力される。送信信号は、連続した信号であり、送信されるバースト信号の部分と、バースト信号の間に重畳され、送信されない固定アイドルパターンの部分とで構成される。バースト信号の部分は、送信データを含むペイロード部分にプリアンブル(以下「PA」(Preamble)という)部分が付加された構成となっている。   Here, the transmission signal is a signal having the frame configuration shown in FIG. 3 and is input from the outside. The transmission signal is a continuous signal, and includes a burst signal portion to be transmitted and a fixed idle pattern portion that is superimposed between the burst signals and is not transmitted. The burst signal portion has a configuration in which a preamble (hereinafter referred to as “PA” (Preamble)) portion is added to a payload portion including transmission data.

PAの部分は、位相回転量を算出する際に用いられる予め定められるL個の信号点のシンボルの固定パターンをM回繰り返したパターン(以下、このパターンをL×Mシンボルの固定パターンともいう)を含んでいる。また、PAのL×Mシンボルの固定パターン以外の部分は、例えば、後述するトレーニング信号等の固定パターンが含まれている。固定アイドルパターンの部分は、情報を含まない予め定められるパターンで全て埋められている。   The PA portion is a pattern in which a predetermined fixed pattern of L signal points used for calculating the amount of phase rotation is repeated M times (hereinafter, this pattern is also referred to as an L × M symbol fixed pattern). Is included. Further, the portion other than the fixed pattern of the L × M symbol of PA includes, for example, a fixed pattern such as a training signal described later. The portion of the fixed idle pattern is entirely filled with a predetermined pattern that does not include information.

L個の信号点のシンボルの固定パターンとしては、例えば、符号長2−1(nは、自然数)の擬似ランダム符号系列(PRBS(Pseudo Random Bit Sequence))等が適用される。また、Mは、固定パターンが充分な長さとなるように適宜定められる繰り返し回数であり、L個の信号点のシンボルの固定パターンが、充分な長さを有しているのであれば、M=1、すなわち繰り返しがなくてもよい。
また、ゲート信号は、外部から入力される。ゲート信号が供給される時間区間は、図3におけるバースト信号が存在する区間に対応している。ゲート信号は、間欠的に複数回供給される。そのため、ゲートスイッチ1021は、複数のバースト信号を間欠的に半導体レーザ1022に出力する。
As a fixed pattern of symbols of L signal points, for example, a pseudo-random code sequence (PRBS (Pseudo Random Bit Sequence)) having a code length of 2 n −1 (n is a natural number) is applied. M is the number of repetitions determined as appropriate so that the fixed pattern has a sufficient length. If the fixed pattern of symbols of L signal points has a sufficient length, M = 1, that is, there may be no repetition.
The gate signal is input from the outside. The time interval in which the gate signal is supplied corresponds to the interval in which the burst signal exists in FIG. The gate signal is intermittently supplied a plurality of times. Therefore, the gate switch 1021 intermittently outputs a plurality of burst signals to the semiconductor laser 1022.

半導体レーザ1022は、ゲートスイッチ1021が出力するバースト信号を駆動信号として、断熱チャープが支配的な領域で駆動して直接変調を行い、バースト信号を周波数変調した周波数変調光信号を生成して出力する。ここで、周波数変調光信号は、例えば、上述したCPFSK、またはDM−PSKの方式により変調された光信号である。   The semiconductor laser 1022 uses the burst signal output from the gate switch 1021 as a drive signal, drives in a region where adiabatic chirp is dominant, performs direct modulation, and generates and outputs a frequency-modulated optical signal obtained by frequency-modulating the burst signal. . Here, the frequency-modulated optical signal is an optical signal modulated by the above-described CPFSK or DM-PSK method, for example.

図4は、第1の実施形態における光受信器20の構成を示すブロック図である。光受信器20は、局部発振光源21、90度光ハイブリッド検波器22、AD変換器23−1〜23−2及びデジタル信号処理部24を備える。局部発振光源21は、受信信号光に干渉させる局発光を出力する。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the optical receiver 20 in the first embodiment. The optical receiver 20 includes a local oscillation light source 21, a 90-degree optical hybrid detector 22, AD converters 23-1 to 23-2, and a digital signal processing unit 24. The local oscillation light source 21 outputs local light that causes interference with the received signal light.

90度光ハイブリッド検波器22は、スプリッタ221−1〜221−2、π/2遅延器222、カプラ223−1〜223−2及びバランスド受信器224−1〜224−2を備える。スプリッタ221−1は、光送信器10が送信するバースト信号の周波数変調光信号を受信信号光として受光し、受光した受信信号光を分岐してカプラ223−1及び223−2に出力する。スプリッタ221−2は、局部発振光源21が出力する局発光を受光し、受光した局発光を分岐して、カプラ223−1と、π/2遅延器222に出力する。π/2遅延器222は、スプリッタ221−2が出力した局発光をπ/2分遅延させてカプラ223−2に出力する。   The 90-degree optical hybrid detector 22 includes splitters 221-1 to 221-2, a π / 2 delay unit 222, couplers 223-1 to 223-2, and balanced receivers 224-1 to 224-2. The splitter 221-1 receives the frequency-modulated optical signal of the burst signal transmitted by the optical transmitter 10 as received signal light, branches the received received signal light, and outputs it to the couplers 223-1 and 223-2. The splitter 221-2 receives the local light output from the local oscillation light source 21, branches the received local light, and outputs the branched light to the coupler 223-1 and the π / 2 delay device 222. The π / 2 delay unit 222 delays the local light output from the splitter 221-2 by π / 2 and outputs the delayed light to the coupler 223-2.

カプラ223−1は、スプリッタ221−1が出力した受信信号光と、スプリッタ221−2が出力した局発光とを合波して干渉させることにより干渉光を生成し、生成した干渉光を2つの干渉光に分岐して出力する。カプラ223−2は、スプリッタ221−1が出力した受信信号光と、π/2遅延器222が出力したπ/2分遅延した局発光とを合波して干渉させることにより干渉光を生成し、生成した干渉光を2つの干渉光に分岐して出力する。   The coupler 223-1 generates interference light by combining the reception signal light output from the splitter 221-1 and the local light output from the splitter 221-2 to interfere with each other. Branches to interference light and outputs. The coupler 223-2 generates interference light by combining and interfering the reception signal light output from the splitter 221-1 and the local light output delayed by π / 2 output from the π / 2 delay unit 222. The generated interference light is branched into two interference lights and output.

バランスド受信器224−1は、カプラ223−1が出力した2つの干渉光を電気信号に変換し、変換した電気信号の差分を同相成分、すなわちI成分として検出して出力する。バランスド受信器224−2は、カプラ223−2が出力した2つの干渉光を電気信号に変換し、変換した電気信号の差分を直交成分、すなわちQ成分として検出して出力する。AD変換器23−1は、I成分のアナログ電気信号をサンプリングしてデジタルのサンプリング信号としてデジタル信号処理部24に出力する。AD変換器23−2は、Q成分のアナログ電気信号をサンプリングしてデジタルのサンプリング信号としてデジタル信号処理部24に出力する。   The balanced receiver 224-1 converts the two interference lights output from the coupler 223-1 into an electrical signal, and detects and outputs the difference between the converted electrical signals as an in-phase component, that is, an I component. The balanced receiver 224-2 converts the two interference lights output from the coupler 223-2 into an electric signal, and detects and outputs the difference between the converted electric signals as an orthogonal component, that is, a Q component. The AD converter 23-1 samples the analog electrical signal of I component and outputs it to the digital signal processing unit 24 as a digital sampling signal. The AD converter 23-2 samples the analog electrical signal of the Q component and outputs it to the digital signal processing unit 24 as a digital sampling signal.

デジタル信号処理部24は、AD変換器23−1及びAD変換器23−2から出力されたデジタルのサンプリング信号を入力とし、数値計算アルゴリズムを用いて受信信号を復調する。
光受信器20が行う処理は、デジタル信号処理部24が行う処理を除けば、デジタルコヒーレント伝送で用いられる一般的なホモダイン受信器と同様である。デジタル信号処理部24は、差動検波部241、位相平均算出部242、位相回転部243、トレーニング信号検出部244、タップ係数算出部245及びFIRフィルタ部246を備える。
The digital signal processing unit 24 receives the digital sampling signals output from the AD converter 23-1 and the AD converter 23-2 and demodulates the received signal using a numerical calculation algorithm.
The processing performed by the optical receiver 20 is the same as that of a general homodyne receiver used in digital coherent transmission except for the processing performed by the digital signal processing unit 24. The digital signal processing unit 24 includes a differential detection unit 241, a phase average calculation unit 242, a phase rotation unit 243, a training signal detection unit 244, a tap coefficient calculation unit 245, and an FIR filter unit 246.

差動検波部241は、AD変換器23−1が出力したI成分のデジタルのサンプリング信号と、AD変換器23−2が出力したQ成分のデジタルのサンプリング信号とに基づいて差動検波を行ってバースト信号を復調し、復調したバースト信号のPAを位相平均算出部242に出力する。位相平均算出部242は、PAに含まれているL×Mシンボルの固定パターンのうち、R回分(ただし、R≦Mである)のL個の信号点のシンボルの固定パターンのサンプル点に対して位相平均値を算出する。   The differential detection unit 241 performs differential detection based on the digital sampling signal of the I component output from the AD converter 23-1 and the digital sampling signal of the Q component output from the AD converter 23-2. Then, the burst signal is demodulated, and the demodulated burst signal PA is output to the phase average calculator 242. The phase average calculating unit 242 performs sampling of the fixed pattern of L signal point symbols for R times (where R ≦ M) among the L × M symbol fixed patterns included in the PA. To calculate the phase average value.

位相回転部243は、位相平均算出部242が算出した位相平均値に相当する位相回転量だけ、AD変換器23−1が出力したI成分のデジタルのサンプリング信号と、AD変換器23−2が出力したQ成分のデジタルのサンプリング信号とをI−Q平面上で逆回転させる。   The phase rotation unit 243 is configured so that the digital sampling signal of the I component output from the AD converter 23-1 and the AD converter 23-2 are output by the phase rotation amount corresponding to the phase average value calculated by the phase average calculation unit 242. The output Q component digital sampling signal is reversely rotated on the IQ plane.

トレーニング信号検出部244は、位相回転部243が逆回転させたI成分とQ成分のサンプリング信号のPAに含まれているトレーニング信号を検出する。タップ係数算出部245は、トレーニング信号検出部244が検出したトレーニング信号をFIRフィルタ部246に与えることによりトレーニング信号の復調信号を得る。また、タップ係数算出部245は、得られた復調信号に含まれるトレーニング信号の位置が、当該トレーニング信号に対して予め定められているI−Q平面上の所定の目標値の位置に収束するように、適応的にフィードバック制御してFIRフィルタ部246の最適なタップ係数を算出する。また、タップ係数算出部245は、トレーニング信号をI−Q平面上の所定の目標値の位置に収束させて、タップ係数の最適値を求めていく過程で、LMSアルゴリズム、すなわち最小二乗法を用いる。   The training signal detection unit 244 detects the training signal included in the PA of the sampling signal of the I component and the Q component that are reversely rotated by the phase rotation unit 243. The tap coefficient calculation unit 245 obtains a demodulated signal of the training signal by providing the training signal detected by the training signal detection unit 244 to the FIR filter unit 246. Further, the tap coefficient calculation unit 245 causes the position of the training signal included in the obtained demodulated signal to converge to the position of a predetermined target value on the IQ plane that is predetermined for the training signal. Then, the optimum tap coefficient of the FIR filter unit 246 is calculated by adaptive feedback control. Further, the tap coefficient calculation unit 245 uses an LMS algorithm, that is, a least square method in the process of obtaining the optimum value of the tap coefficient by converging the training signal to the position of the predetermined target value on the IQ plane. .

FIRフィルタ部246は、タップ係数算出部245が算出した最適値のタップ係数に基づいて、I成分とQ成分のサンプリング信号をフィルタリングして復調し、復調したI成分信号とQ成分信号を出力する。   The FIR filter unit 246 filters and demodulates the I component and Q component sampling signals based on the optimum tap coefficient calculated by the tap coefficient calculation unit 245, and outputs the demodulated I component signal and Q component signal. .

ここで、位相平均算出部242による位相平均値の算出手法について説明する。上述したように、CPFSKやDM−PSK信号を差動検波した場合、局発光と受信信号光との周波数差によって受信信号コンスタレーションが位相回転する。この位相回転のために、LMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタのタップ係数の最適値計算が不安定になる。   Here, the calculation method of the phase average value by the phase average calculation unit 242 will be described. As described above, when the CPFSK or DM-PSK signal is differentially detected, the received signal constellation is rotated in phase by the frequency difference between the local light and the received signal light. Due to this phase rotation, calculation of the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter using the LMS algorithm becomes unstable.

これに対して、位相平均算出部242は、差動検波部241が出力するPAに含まれているL×Mシンボルの固定パターンのうち、L×Rシンボルのサンプル点に対して、次式(15)または、次式(16)の演算を行う。なお、式(15)と式(16)のいずれを適用するかは、光受信器20ごとに予め定められている。   On the other hand, the phase average calculation unit 242 applies the following expression (for the L × R symbol sample points among the L × M symbol fixed patterns included in the PA output from the differential detection unit 241) 15) Or, the following equation (16) is calculated. Note that which of Equation (15) and Equation (16) is applied is predetermined for each optical receiver 20.

Figure 2018201118
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Figure 2018201118
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式(15)及び式(16)において、iはL×Rシンボル内のi番目のサンプル点を示しており、Σは算出対象の総数Mのサンプル点の総和を算出することを示す。また、2πfTは局発光と受信信号光の周波数差によって生じるI−Q平面上での受信信号コンスタレーションの位相回転量を示している。ここで、fは、前述したように、局発光の中心周波数をf、受信信号光の中心周波数をfとした場合、f=f−fで表される。Tは、式(3)で表される差動検波に要する遅延時間である。φは、位相回転がない場合におけるi番目のサンプル点のI−Q平面上での位相を示す。 In Expressions (15) and (16), i indicates the i-th sample point in the L × R symbol, and Σ i indicates that the sum of the total M sample points to be calculated is calculated. 2πf m T indicates the amount of phase rotation of the received signal constellation on the IQ plane caused by the frequency difference between the local light and the received signal light. Here, as described above, f m is represented by f m = f 0 −f 1 when the center frequency of local light is f 0 and the center frequency of received signal light is f 1 . T is a delay time required for differential detection represented by Expression (3). φ i indicates the phase on the IQ plane of the i-th sample point when there is no phase rotation.

すなわち、式(15)は、オイラー標記されたサンプル点の角度部分の平均値を算出する式であり、式(16)は、オイラー標記されたサンプル点の指数関数部分の和についての偏角、すなわち角度部分を算出する式ということができる。   That is, Equation (15) is an equation for calculating the average value of the angular portion of the Euler-labeled sample point, and Equation (16) is the declination of the sum of the exponential portion of the Euler-labeled sample point, That is, it can be said that the angle portion is calculated.

式(15)及び式(16)と、式(9)から式(12)とを比較すると、φは、π/2、π/2+4πΔft、−π/2、−π/2−4πΔftに対応することが分かる。これらのサンプル点の受信信号コンスタレーションは、上述した図18(a)に示した通りとなる。図18(a)は、I軸を境に対称となっており、また、I−Q平面上での位相は、I軸を境に正負の値をとるため、式(15)及び式(16)のφが関係する部分の平均値はゼロとなる。その結果、式(15)及び式(16)の値は、2πfTに近似し、式(15)及び式(16)のφaveを算出することにより位相回転量2πfTを求めることができる。 When Expressions (15) and (16) are compared with Expressions (9) to (12), φ i corresponds to π / 2, π / 2 + 4πΔft, −π / 2, and −π / 2-4πΔft. I understand that The received signal constellation at these sample points is as shown in FIG. FIG. 18A is symmetric with respect to the I axis, and the phase on the IQ plane takes positive and negative values with respect to the I axis. ) Of the portion related to φ i is zero. As a result, the values of Equation (15) and Equation (16) are approximated to 2πf m T, and the phase rotation amount 2πf m T is obtained by calculating φ ave in Equation (15) and Equation (16). it can.

位相回転部243が、位相平均算出部242が算出した位相回転量2πfTに基づいて、図18(b)の受信信号コンスタレーションを逆回転させることで、図18(a)の受信信号コンスタレーションが得られる。これにより、タップ係数算出部245によるLMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタ部246のタップ係数の最適値計算が不安定になるという問題を解決することができる。 The phase rotation unit 243 reversely rotates the reception signal constellation of FIG. 18B based on the phase rotation amount 2πf m T calculated by the phase average calculation unit 242, so that the reception signal constellation of FIG. Can be obtained. Thereby, it is possible to solve the problem that the optimum value calculation of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 using the LMS algorithm by the tap coefficient calculation unit 245 becomes unstable.

なお、L×Mシンボルの固定パターンに含まれる信号点の出現頻度のばらつきが大きくなると、図18(a)の受信信号コンスタレーションがI軸対象でなくなるため、φが関係する部分の平均値がゼロにならず、位相回転量の計算に誤差が生じる。そのため、固定パターン含まれる信号点の出現頻度は、均一か、または、ほぼ均一である必要がある。ほぼ均一の場合、φが関係する部分の平均値は、ゼロにはならないが、位相平均値の2πfTに比べて無視できる程度の誤差の均一性があればよい。また、送信信号が、2値のベースバンド信号の場合、マークの比率が1/2、または、1/2に近い信号点のパターンとしてもよい。また、位相平均算出部242は、L×Mシンボルの固定パターンのうち、R回分を用いて、位相平均値を算出するとしているが、Rの値は、R回に含まれる信号点の出現頻度が、均一か、または、ほぼ均一となるように定められる。 Note that if the variation in the frequency of appearance of signal points included in the fixed pattern of L × M symbols increases, the received signal constellation in FIG. 18A is no longer the I-axis target, so the average value of the portion related to φ i Does not become zero, and an error occurs in the calculation of the phase rotation amount. Therefore, the appearance frequency of signal points included in the fixed pattern needs to be uniform or almost uniform. In the case of almost uniformity, the average value of the portion related to φ i does not become zero, but it is sufficient that the error uniformity is negligible compared to the phase average value 2πf m T. Further, when the transmission signal is a binary baseband signal, the mark ratio may be a pattern of signal points that is ½ or close to ½. Further, the phase average calculation unit 242 calculates the phase average value by using R times out of the fixed pattern of L × M symbols, but the value of R is the appearance frequency of signal points included in the R times. Is determined to be uniform or substantially uniform.

また、L個の信号点のシンボルの固定パターンとして、例えば、上述した符号長2−1の擬似ランダム符号系列を適用した場合、自然数であるnの値が小さいとマーク率が1/2に近づかない場合がある。この場合、ゼロを1つ追加して符号長を2とする等の手法を適用してもよい。また、L個の信号点のシンボルの固定パターンとして、1と0が繰り返されるパターンを適用するようにしてもよい。 In addition, for example, when the above-described pseudo-random code sequence having a code length of 2 n −1 is applied as a fixed pattern of L signal point symbols, the mark rate is halved if the natural number n is small. There are times when it is not close. In this case, a method of adding one zero and setting the code length to 2n may be applied. Further, a pattern in which 1 and 0 are repeated may be applied as a fixed pattern of symbols of L signal points.

また、トレーニング信号検出部244がPAから検出するトレーニング信号は、L×Mシンボルの固定パターンをトレーニング信号として適用してもよいし、L×Mシンボルの固定パターン以外の固定パターンをトレーニング信号として適用してもよい。L×Mシンボルの固定パターンをトレーニング信号とする場合、PAの部分を全てL×Mシンボルの固定パターンとしてもよい。また、L×Mシンボルの固定パターン以外の固定パターンをトレーニング信号として適用する場合、上述したように、PAの残りの区間にトレーニング信号を含めることになる。   The training signal detected from the PA by the training signal detection unit 244 may apply a fixed pattern of L × M symbols as a training signal, or apply a fixed pattern other than the fixed pattern of L × M symbols as a training signal. May be. When a fixed pattern of L × M symbols is used as a training signal, all PA portions may be fixed patterns of L × M symbols. Further, when a fixed pattern other than the L × M symbol fixed pattern is applied as a training signal, the training signal is included in the remaining section of the PA as described above.

(実験結果)
図7及び図8に、デジタルデータをオフラインにより信号処理した結果を示す。このデジタルデータは、信号ビットレート10.0Gbit/s、変調指数0.6の2値のCPFSK信号を実験により生成し、ホモダイン検波して得られたI成分とQ成分の各々を50GS(GigaSample)/sでサンプリングして得られたデジタルデータである。
(Experimental result)
7 and 8 show the results of signal processing of digital data offline. For this digital data, a binary CPFSK signal having a signal bit rate of 10.0 Gbit / s and a modulation index of 0.6 is experimentally generated. This is digital data obtained by sampling at / s.

図7(a)及び(b)は、局発光と信号光の周波数がほぼ一致している場合であり、それぞれ、差動検波した出力及びLMSアルゴリズムを適用した出力を示す図である。図7(b)に示すように、LMSアルゴリズムは、安定して動作しており、2値の信号点が明確に分離され復調が正常に行われている。   FIGS. 7A and 7B show the case where the frequencies of the local light and the signal light are substantially the same, and are diagrams showing the output obtained by differential detection and the output to which the LMS algorithm is applied, respectively. As shown in FIG. 7B, the LMS algorithm operates stably, and binary signal points are clearly separated and demodulation is performed normally.

これに対して、図8(a)及び(b)は、局発光と信号光の周波数が約4GHzずれている場合の差動検波した出力及びLMSアルゴリズムを適用した出力を示す図である。図8(b)に示すように、LMSアルゴリズムの動作は不安定となり、2値の信号点が分離できず復調に失敗している。   On the other hand, FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the differentially detected output and the output to which the LMS algorithm is applied when the frequencies of the local light and the signal light are shifted by about 4 GHz. As shown in FIG. 8B, the operation of the LMS algorithm becomes unstable, and binary signal points cannot be separated, and demodulation has failed.

一方、図9は、図8(a)と同じデジタルデータに対して、本実施形態における光送受信システム100の技術を適用した場合の結果である。図9(a)に示すように、差動検波後の受信コンスタレーションの位相回転は適切に補償されている。また、図9(b)に示すように、LMSアルゴリズムを適用した出力においても、2値の信号点が明確に分離され復調が正常に行われている。   On the other hand, FIG. 9 shows a result when the technique of the optical transmission / reception system 100 according to the present embodiment is applied to the same digital data as FIG. As shown in FIG. 9A, the phase rotation of the received constellation after differential detection is appropriately compensated. Further, as shown in FIG. 9B, even in an output to which the LMS algorithm is applied, binary signal points are clearly separated and demodulation is performed normally.

以上のように構成された第1の実施形態における光送受信システム100によれば、光送信器10において、周波数変調部102は、半導体レーザ1022を有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が、均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として半導体レーザ1022を駆動して周波数変調光信号を生成し、ゲート信号が示す時間区間に対応する周波数変調光信号を送信する。光受信器20において、局部発振光源21は、局発光を出力する。90度光ハイブリッド検波器22は、周波数変調光信号を受信し、局発光に基づいて、周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する。AD変換器23−1及び23−2の各々は、同相成分と直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの同相成分のサンプリング信号と直交成分のサンプリング信号に変換する。デジタル信号処理部24において、差動検波部241は、同相成分と直交成分のサンプリング信号を差動検波する。位相平均算出部242は、差動検波によって得られる信号に含まれる信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する。位相回転部243は、位相平均値に基づいて、同相成分と直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる。   According to the optical transmission / reception system 100 according to the first embodiment configured as described above, in the optical transmitter 10, the frequency modulation unit 102 includes the semiconductor laser 1022, and a plurality of predetermined numbers are determined for transmission data. The frequency modulation light is generated by driving the semiconductor laser 1022 using a transmission signal generated by adding a fixed pattern of signal points of which the frequency of appearance of each signal point is uniform or substantially uniform as a drive signal. A signal is generated, and a frequency-modulated optical signal corresponding to the time interval indicated by the gate signal is transmitted. In the optical receiver 20, the local oscillation light source 21 outputs local light. The 90-degree optical hybrid detector 22 receives the frequency-modulated optical signal, performs homodyne detection on the frequency-modulated optical signal based on the local light, and outputs an in-phase component and a quadrature component electrical signal. Each of the AD converters 23-1 and 23-2 samples each of the in-phase component and quadrature component electrical signals and converts them into digital in-phase component sampling signals and quadrature component sampling signals. In the digital signal processing unit 24, the differential detection unit 241 differentially detects the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component. The phase average calculation unit 242 calculates a phase average value based on a fixed pattern of signal points included in a signal obtained by differential detection. The phase rotation unit 243 reversely rotates the phase of the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component based on the phase average value.

上記の構成により、局発光と周波数変調光信号とに周波数差があり、位相回転が起こっている場合であっても、各信号点の出現頻度が、均一、または、ほぼ均一である固定パターンに基づいて位相平均値を算出することで、I−Q平面上での各信号点の位相成分がゼロとなり、位相平均値が位相回転量を表すことになる。そのため、算出した位相回転量に基づいて位相を逆回転させることで、受信信号コンスタレーションの位置を受信信号光と局発光の周波数に差がない場合の位置に戻すことができる。これにより、タップ係数算出部245によるLMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタ部246のタップ係数の適切な最適値を算出することができる。したがって、半導体レーザ1022を直接変調して生成される周波数変調光信号を、90度光ハイブリッド検波器を用いてホモダイン検波する際、差動検波した際の受信信号コンスタレーションが、信号光と局発光の周波数差によりI−Q平面上で位相回転している場合であっても信号の受信を行うことが可能となる。   With the above configuration, even if there is a frequency difference between the local light and the frequency-modulated optical signal and phase rotation occurs, the appearance frequency of each signal point is uniform or almost uniform. By calculating the phase average value based on this, the phase component of each signal point on the IQ plane becomes zero, and the phase average value represents the amount of phase rotation. Therefore, by reversely rotating the phase based on the calculated phase rotation amount, the position of the received signal constellation can be returned to the position where there is no difference between the frequency of the received signal light and the local light. Thereby, an appropriate optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 using the LMS algorithm by the tap coefficient calculation unit 245 can be calculated. Therefore, when the frequency modulated optical signal generated by directly modulating the semiconductor laser 1022 is subjected to homodyne detection using a 90-degree optical hybrid detector, the received signal constellation at the time of differential detection is the signal light and the local light. It is possible to receive a signal even when the phase is rotated on the IQ plane due to the frequency difference.

<変形例>
第1の実施形態における光送信器10は、図5のように構成されてもよい。図5は、第1の実施形態における光送信器10に替えて適用される光送信器10aの構成を示すブロック図である。光送信器10aにおいて、光送信器10と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。
<Modification>
The optical transmitter 10 in the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter 10a applied in place of the optical transmitter 10 in the first embodiment. In the optical transmitter 10a, the same components as those of the optical transmitter 10 are denoted by the same reference numerals, and different configurations will be described below.

光送信器10aは、周波数変調部102aを備える。周波数変調部102aは、半導体レーザ1022及び半導体光増幅器1023を備える。半導体光増幅器1023は、ゲート信号を受け、ゲート信号により駆動電流を変化させて利得を増加減少させて、半導体レーザ1022が出力する連続した周波数変調光信号のうちゲート信号が示す時間区間に対応する周波数変調光信号を出力する。ゲート信号が供給される時間区間は、図3におけるバースト信号が存在する区間に対応している。ゲート信号は、間欠的に複数回供給されるため、半導体光増幅器は、複数のバースト信号を間欠的に出力する。   The optical transmitter 10a includes a frequency modulation unit 102a. The frequency modulation unit 102 a includes a semiconductor laser 1022 and a semiconductor optical amplifier 1023. The semiconductor optical amplifier 1023 receives the gate signal, changes the drive current according to the gate signal to increase or decrease the gain, and corresponds to the time interval indicated by the gate signal among the continuous frequency modulated optical signals output from the semiconductor laser 1022. Outputs a frequency-modulated optical signal. The time interval in which the gate signal is supplied corresponds to the interval in which the burst signal exists in FIG. Since the gate signal is intermittently supplied a plurality of times, the semiconductor optical amplifier intermittently outputs a plurality of burst signals.

図2に示す光送信器10では、バースト信号を駆動信号として半導体レーザ1022を駆動して直接変調しているため、バースト信号の立ち上がりにおいて、半導体レーザ1022の出力波長が大きくドリフトする場合がある。これに対して、図5に示す光送信器10aでは、バースト信号によって半導体レーザ1022を駆動させず、連続した送信信号によって駆動させるため、半導体レーザ1022の出力波長が安定する。そのため、光送信器10aは、高密度の波長間隔で光信号を多重する場合等に好適である。   In the optical transmitter 10 shown in FIG. 2, since the semiconductor laser 1022 is driven and directly modulated using the burst signal as a drive signal, the output wavelength of the semiconductor laser 1022 may drift greatly at the rising edge of the burst signal. On the other hand, in the optical transmitter 10a shown in FIG. 5, since the semiconductor laser 1022 is not driven by the burst signal but is driven by the continuous transmission signal, the output wavelength of the semiconductor laser 1022 is stabilized. Therefore, the optical transmitter 10a is suitable for multiplexing optical signals at high-density wavelength intervals.

また、第1の実施形態における光受信器20は、図6のように構成されてもよい。図6は、第1の実施形態における光受信器20に替えて適用される光受信器20aの構成を示すブロック図である。光受信器20aにおいて、光受信器20と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。光受信器20aは、局部発振光源21、90度光ハイブリッド検波器22、AD変換器23−1〜23−2及びデジタル信号処理部24aを備える。デジタル信号処理部24aは、差動検波部241、位相平均算出部242、位相回転部243、タップ係数算出部245a及びFIRフィルタ部246を備える。
タップ係数算出部245aは、I−Q平面上の予め定められる所定の信号点を目標値として収束させてタップ係数の最適値を算出する。
Further, the optical receiver 20 in the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an optical receiver 20a applied in place of the optical receiver 20 in the first embodiment. In the optical receiver 20a, the same components as those of the optical receiver 20 are denoted by the same reference numerals, and different configurations will be described below. The optical receiver 20a includes a local oscillation light source 21, a 90-degree optical hybrid detector 22, AD converters 23-1 to 23-2, and a digital signal processing unit 24a. The digital signal processing unit 24a includes a differential detection unit 241, a phase average calculation unit 242, a phase rotation unit 243, a tap coefficient calculation unit 245a, and an FIR filter unit 246.
The tap coefficient calculating unit 245a calculates an optimum value of the tap coefficient by causing a predetermined signal point on the IQ plane to converge as a target value.

タップ係数算出部245aは、位相回転部243が逆回転させたI成分とQ成分のサンプリング信号をFIRフィルタ部246に与えることによりサンプリング信号の復調信号を得る。タップ係数算出部245aは、復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置、すなわちサンプル点が、いずれの信号点を目標とするかを特定するため、I−Q平面上におけるサンプル点の位置と、予め定められる複数の所定の信号点の位置との間の距離を算出する。   The tap coefficient calculation unit 245a obtains a demodulated signal of the sampling signal by providing the FIR filter unit 246 with the sampling signals of the I component and the Q component that are reversely rotated by the phase rotation unit 243. The tap coefficient calculation unit 245a determines the position on the IQ plane of the sampling signal included in the demodulated signal, that is, the sample point on the IQ plane in order to identify which signal point is the target. A distance between the position of the point and the positions of a plurality of predetermined signal points determined in advance is calculated.

タップ係数算出部245aは、算出した距離に基づいて、サンプル点の位置に、最も近距離の所定の信号点を、当該サンプル点の目標値の位置として選択する。タップ係数算出部245aは、サンプル点が、選択した目標値の位置に収束するように、LMSアルゴリズム、すなわち最小二乗法を適用して、適応的にフィードバック制御し、FIRフィルタ部246のタップ係数の最適値を算出する。   Based on the calculated distance, the tap coefficient calculation unit 245a selects a predetermined signal point closest to the sample point position as the target value position of the sample point. The tap coefficient calculation unit 245a adaptively performs feedback control by applying an LMS algorithm, that is, a least square method so that the sample points converge at the position of the selected target value, and the tap coefficient of the FIR filter unit 246 Calculate the optimum value.

図4に示す光受信器20では、タップ係数算出部245が、トレーニング信号検出部244が検出したトレーニング信号に基づいてFIRフィルタ部246のタップ係数の最適値を算出している。トレーニング信号は、I−Q平面上のいずれの位置に収束するのかが既知であるため、比較的短時間で最適値の算出を行うことができる。その反面、トレーニング信号検出部244によるトレーニング検出に要求される時間位置精度が非常に高いため、この精度を実現するためのデジタル信号処理部24における信号処理回路に多大なリソースが要求される。これに対して、光受信器20aのタップ係数算出部245aは、トレーニング信号を用いずにタップ係数の最適値の算出を行っている。当該手法では、距離計算を行う分だけ最適値の算出に要する時間が増加するが、トレーニング信号を用いないため、デジタル信号処理部24aにおける信号処理回路の規模を光受信器20のデジタル信号処理部24よりも小さくすることができる。   In the optical receiver 20 illustrated in FIG. 4, the tap coefficient calculation unit 245 calculates the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 based on the training signal detected by the training signal detection unit 244. Since it is known at which position on the IQ plane the training signal converges, the optimum value can be calculated in a relatively short time. On the other hand, since the time position accuracy required for training detection by the training signal detection unit 244 is very high, a large amount of resources are required for the signal processing circuit in the digital signal processing unit 24 for realizing this accuracy. In contrast, the tap coefficient calculation unit 245a of the optical receiver 20a calculates the optimum value of the tap coefficient without using the training signal. In this method, the time required for calculating the optimum value increases by the distance calculation, but since no training signal is used, the scale of the signal processing circuit in the digital signal processing unit 24a is set to the digital signal processing unit of the optical receiver 20. It can be made smaller than 24.

ONU1が備える光送信器10,10aと、OLT2が備える光受信器20,20aとの組み合わせは例えば、光送信器10と光受信器20、光送信器10と光受信器20a、光送信器10aと光受信器20、光送信器10aと光受信器20aのいずれの組み合わせで光送受信システム100が構成されてもよい。   The combinations of the optical transmitters 10 and 10a included in the ONU 1 and the optical receivers 20 and 20a included in the OLT 2 are, for example, the optical transmitter 10 and the optical receiver 20, the optical transmitter 10 and the optical receiver 20a, and the optical transmitter 10a. The optical transmission / reception system 100 may be configured by any combination of the optical receiver 20 and the optical receiver 20 and the optical transmitter 10a and the optical receiver 20a.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、光送受信システムの構成のうち光送信器の構成が第1の実施形態における光送受信システム100と異なる。
図10は、本発明の第2の実施形態における光送信器10bの構成を示すブロック図である。光送信器10bは、周波数変調部102bを備える。周波数変調部102bは、半導体レーザ1022、半導体光増幅器1023及び電界吸収型変調器1024を備える。光送信器10bは、図5に示した第1の実施形態の光送信器10aの構成に対して、電界吸収型変調器1024を新たに備えた構成である。光送信器10aと同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。なお、以下の説明では、電界吸収型変調器1024をEA(Electro Absorption)変調器1024と記載する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the configuration of the optical transmitter in the configuration of the optical transmission / reception system is different from that of the optical transmission / reception system 100 in the first embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of the optical transmitter 10b according to the second embodiment of the present invention. The optical transmitter 10b includes a frequency modulation unit 102b. The frequency modulation unit 102b includes a semiconductor laser 1022, a semiconductor optical amplifier 1023, and an electroabsorption modulator 1024. The optical transmitter 10b has a configuration in which an electroabsorption modulator 1024 is newly added to the configuration of the optical transmitter 10a of the first embodiment illustrated in FIG. The same configurations as those of the optical transmitter 10a are denoted by the same reference numerals, and different configurations will be described below. In the following description, the electroabsorption modulator 1024 is referred to as an EA (Electro Absorption) modulator 1024.

光送信器10及び光送信器10aにおいて、半導体レーザ1022が、駆動電流にしたがって直接変調を行うと、出力光キャリア周波数だけでなく、強度も同時に変調される。そのため、図14(a)のような理想的な周波数変調は行われず、図14(b)に示すような高周波側に偏移するマークと、低周波側に偏移するスペースの間に強度差が生じることになる。   In the optical transmitter 10 and the optical transmitter 10a, when the semiconductor laser 1022 directly modulates according to the drive current, not only the output optical carrier frequency but also the intensity is simultaneously modulated. For this reason, ideal frequency modulation as shown in FIG. 14A is not performed, and there is an intensity difference between the mark shifted to the high frequency side as shown in FIG. 14B and the space shifted to the low frequency side. Will occur.

上記の式(15)及び式(16)により、受信コンスタレーションの位相回転量を正確に求めるためには、サンプル点がI−Q平面上で同一半径の円周上に存在している必要がある。そのため、図14(b)に示すマークとスペースの強度差が、大きくなっている場合、位相回転量の計算に誤差が生じることになる。   In order to accurately obtain the phase rotation amount of the received constellation from the above equations (15) and (16), the sample points need to exist on the circumference of the same radius on the IQ plane. is there. Therefore, if the intensity difference between the mark and the space shown in FIG. 14B is large, an error occurs in the calculation of the phase rotation amount.

図10に示す光送信器10bでは、EA変調器1024を用いることにより光強度差の均一化を行う。光送信器10bにおいて、同一の送信信号、すなわち2値のデジタルベースバンド信号が半導体レーザ1022とEA変調器1024とに外部から入力される。EA変調器1024は、入力した送信信号を制御信号として半導体レーザ1022が出力する周波数変調光信号に対して強度変調を行う。   In the optical transmitter 10b shown in FIG. 10, the EA modulator 1024 is used to make the light intensity difference uniform. In the optical transmitter 10b, the same transmission signal, that is, a binary digital baseband signal is input to the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024 from the outside. The EA modulator 1024 performs intensity modulation on the frequency modulated optical signal output from the semiconductor laser 1022 using the input transmission signal as a control signal.

図11は、半導体レーザ1022に与える駆動信号の電流値(以下「駆動電流」という)と出力光強度との関係を示すグラフである。駆動電流の印加部に電気抵抗を設ければ、電流の代わりに電圧で駆動すること可能であるため、横軸が駆動電圧の場合も併記している。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the current value of the drive signal given to the semiconductor laser 1022 (hereinafter referred to as “drive current”) and the output light intensity. If an electric resistance is provided in the drive current application section, it is possible to drive with a voltage instead of a current, and therefore the case where the horizontal axis is the drive voltage is also shown.

図11(a)に示すように、駆動電流が正の方向に増加する場合、半導体レーザ1022の出力光強度が増加する。また、図11(b)に示すように、駆動電流が負の方向に増加する場合、半導体レーザ1022の出力光強度が増加する。したがって、いずれの場合においても、2値のデジタルベースバンド信号で直接変調すれば、周波数変調とともに不要な強度変調成分が生じることが分かる。これを換言すると、図11(a)に示す駆動電流が正の方向に増加する場合、送信信号の特性に対して同一方向の特性の強度変調成分が生じることになる。図11(b)に示す駆動電流が負の方向に増加する場合、特性は反転し、送信信号の特性に対して逆方向の特性の強度変調成分が生じることになる。   As shown in FIG. 11A, when the drive current increases in the positive direction, the output light intensity of the semiconductor laser 1022 increases. Further, as shown in FIG. 11B, when the drive current increases in the negative direction, the output light intensity of the semiconductor laser 1022 increases. Therefore, in any case, it is understood that if intensity modulation is directly performed with a binary digital baseband signal, an unnecessary intensity modulation component is generated together with frequency modulation. In other words, when the drive current shown in FIG. 11A increases in the positive direction, an intensity modulation component having characteristics in the same direction with respect to the characteristics of the transmission signal is generated. When the drive current shown in FIG. 11B increases in the negative direction, the characteristics are inverted, and an intensity modulation component having characteristics in the opposite direction to the characteristics of the transmission signal is generated.

図12は、EA変調器1024における制御信号の電圧と透過強度特性の関係を示すグラフである。図12(a)に示すように、制御信号の電圧が正の方向に増加する場合、EA変調器1024の透過強度特性は減少する。これに対して、図12(b)に示すように、制御信号の電圧が負の方向に増加する場合、EA変調器1024の透過強度特性は減少する。これを換言すると、図12(a)に示す制御信号の電圧が正の方向に増加する場合、印加信号電圧と符号が反転した強度変調が行われる。図12(b)に示す制御信号の電圧が負の方向に増加する場合、印加信号電圧と同一符号の強度変調が行われる。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the control signal voltage and the transmission intensity characteristic in the EA modulator 1024. As shown in FIG. 12A, when the voltage of the control signal increases in the positive direction, the transmission intensity characteristic of the EA modulator 1024 decreases. On the other hand, as shown in FIG. 12B, when the voltage of the control signal increases in the negative direction, the transmission intensity characteristic of the EA modulator 1024 decreases. In other words, when the voltage of the control signal shown in FIG. 12A increases in the positive direction, intensity modulation in which the sign of the applied signal voltage is inverted is performed. When the voltage of the control signal shown in FIG. 12B increases in the negative direction, intensity modulation with the same sign as the applied signal voltage is performed.

したがって、図11(a)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(a)の特性を有するEA変調器1024を組み合わせることにより、半導体レーザ1022において生じる不要な強度変調成分をEA変調器1024において除去することができる。また、図11(b)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(b)の特性を有するEA変調器1024を組み合わせても同様の効果が得られることになる。   Therefore, by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11A and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG. 12A, unnecessary intensity modulation components generated in the semiconductor laser 1022 are generated in the EA modulator 1024. Can be removed. The same effect can be obtained by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11B and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG.

以上のように構成された第2の実施形態における光送受信器によれば、光送信器10bは、駆動信号に対する半導体レーザ1022が出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有するEA変調器1024を備えており、EA変調器1024は、入力された送信信号に基づいて、周波数変調光信号に対して強度変調を行う。   According to the optical transceiver in the second embodiment configured as described above, the optical transmitter 10b transmits in the reverse direction with respect to the change characteristic of the intensity of the optical signal output from the semiconductor laser 1022 with respect to the drive signal. An EA modulator 1024 having intensity change characteristics is provided, and the EA modulator 1024 performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on the input transmission signal.

誘電体多層膜等の光フィルタを用いて、マークとスペースの強度を均一化する手法も存在するが、半導体とは異なる部材を用いるため、この手法では、光部品をモノリシック集積により小型化することができない。これに対して第2の実施形態の光送信器10b,10cでは、EA変調器1024というモノリシック集積可能な光部品を用いてマークとスペースの光強度を均一化することで、小型かつ経済的な構成により変調信号の受信感度を向上させることができる。また、第2の実施形態の光送信器10b,10cの構成は、上記InP変調器を用いた場合と比べると、必要となる光デバイスの数は同じであるが、EA変調器1024は、汎用光デバイスであり、現時点では、InP変調器よりもはるかに安価である。   Although there is a technique to make the strength of the mark and space uniform using an optical filter such as a dielectric multilayer film, etc., since a member different from a semiconductor is used, this technique reduces the size of the optical component by monolithic integration. I can't. On the other hand, in the optical transmitters 10b and 10c according to the second embodiment, the light intensity of the mark and the space is made uniform by using an optical component called the EA modulator 1024 that can be monolithically integrated. The reception sensitivity of the modulation signal can be improved by the configuration. The configuration of the optical transmitters 10b and 10c of the second embodiment is the same as the number of required optical devices as compared to the case where the InP modulator is used, but the EA modulator 1024 is a general-purpose device. It is an optical device and is currently much cheaper than an InP modulator.

<変形例>
第2の実施形態における光送信器10bは、図13のように構成されてもよい。図13は、第2の実施形態における光送信器10bに替えて適用される光送信器10cの構成を示すブロック図である。光送信器10cは、周波数変調部102cを備える。周波数変調部102cは、半導体レーザ1022、半導体光増幅器1023及びEA変調器1024(図13では、電界吸収型変調器1024)を備える。光送信器10cは、図10に示した光送信器10bの構成に対して、EA変調器1024に入力される制御信号が送信信号の極性を逆にした制御信号である点が異なる。光送信器10bと同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。送信信号、すなわち2値のデジタルベースバンド信号が半導体レーザ1022に外部から入力され、当該送信信号の極性を逆にした制御信号がEA変調器1024に外部から入力される。
<Modification>
The optical transmitter 10b in the second embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter 10c applied in place of the optical transmitter 10b in the second embodiment. The optical transmitter 10c includes a frequency modulation unit 102c. The frequency modulation unit 102c includes a semiconductor laser 1022, a semiconductor optical amplifier 1023, and an EA modulator 1024 (an electroabsorption modulator 1024 in FIG. 13). The optical transmitter 10c is different from the configuration of the optical transmitter 10b shown in FIG. 10 in that the control signal input to the EA modulator 1024 is a control signal in which the polarity of the transmission signal is reversed. The same configurations as those of the optical transmitter 10b are denoted by the same reference numerals, and different configurations will be described below. A transmission signal, that is, a binary digital baseband signal is input to the semiconductor laser 1022 from the outside, and a control signal with the polarity of the transmission signal reversed is input to the EA modulator 1024 from the outside.

光送信器10cは、駆動信号に対する半導体レーザ1022が出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度の変化特性を有するEA変調器1024を備えており、EA変調器1024は、入力された送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、周波数変調光信号に対して強度変調を行う。これにより、半導体レーザ1022を直接変調した際に生じる強度変調成分をEA変調器1024により除去することができる。   The optical transmitter 10c includes an EA modulator 1024 having a transmission intensity change characteristic in the same direction with respect to an intensity change characteristic of the optical signal output from the semiconductor laser 1022 with respect to the drive signal. The EA modulator 1024 includes: Based on the signal obtained by inverting the polarity of the input transmission signal, intensity modulation is performed on the frequency modulated optical signal. Thereby, the EA modulator 1024 can remove the intensity modulation component generated when the semiconductor laser 1022 is directly modulated.

光送信器10cにおいて、適用する半導体レーザ1022とEA変調器1024の特性の組み合わせは、図11(a)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(b)の特性を有するEA変調器1024とを組み合わせることになる。また、別の組み合わせとして、図11(b)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(a)の特性を有するEA変調器1024とを組み合わせても同様の効果が得られることになる。   In the optical transmitter 10c, the combination of the characteristics of the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024 to be applied is the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11A and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG. Will be combined. As another combination, the same effect can be obtained by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11B and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG.

また、一般に、高速信号を扱うシステムでは互いに極性の異なるデジタルベースバンド信号、すなわち差動信号が用いられることが多く、このような場合に、光送信器10cを適用することが好適である。   In general, systems that handle high-speed signals often use digital baseband signals having different polarities, that is, differential signals. In such a case, it is preferable to apply the optical transmitter 10c.

また、光送信器10b及び10cにおいて、半導体光増幅器1023をEA変調器1024の後に接続しているが、半導体レーザ1022とEA変調器1024との間に接続するようにしてもよい。   Further, in the optical transmitters 10b and 10c, the semiconductor optical amplifier 1023 is connected after the EA modulator 1024, but may be connected between the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024.

<第1の実施形態及び第2の実施形態に共通する変形例>
上記の第1及び第2の実施形態では、送信信号として、主に、2値のデジタルベースバンド信号を適用する例について説明しているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限ら得ない。N値(Nは、3以上の整数)のデジタルベースバンド信号を用いて、N値のCPFSK信号またはDM−PSK信号を生成する構成としてもよい。
上記の第1及び第2の実施形態では、光送受信システム100をPONシステムに適用する構成を示したが、光送受信システム100はその他の光伝送システムに適用されてもよい。
<Modification common to the first embodiment and the second embodiment>
In the first and second embodiments described above, an example in which a binary digital baseband signal is mainly applied as a transmission signal has been described. However, the configuration of the present invention may be limited to the embodiment. Absent. An N-value CPFSK signal or DM-PSK signal may be generated using an N-value (N is an integer of 3 or more) digital baseband signal.
In the first and second embodiments, the configuration in which the optical transmission / reception system 100 is applied to the PON system has been described. However, the optical transmission / reception system 100 may be applied to other optical transmission systems.

10、10a、10b、10c…光送信器,102、102a、102b、102c…周波数変調部,1021…ゲートスイッチ,1022…半導体レーザ,1023…半導体光増幅器,1024…電界吸収型変調器,20、20a…光受信器,21…局部発振光源,22…90度光ハイブリッド検波器,221−1、221−2…スプリッタ,222…π/2遅延器,223−1、223−2…カプラ,224−1、224−2…バランスド受信器,23−1、23−2…AD変換器,24…デジタル信号処理部,241…差動検波部,242…位相平均算出部,243…位相回転部,244…トレーニング信号検出部,245、245a…タップ係数算出部,246…FIRフィルタ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 10b, 10c ... Optical transmitter, 102, 102a, 102b, 102c ... Frequency modulation part, 1021 ... Gate switch, 1022 ... Semiconductor laser, 1023 ... Semiconductor optical amplifier, 1024 ... Electroabsorption modulator, 20, 20a ... optical receiver, 21 ... local oscillation light source, 22 ... 90-degree optical hybrid detector, 221-1, 221-2 ... splitter, 222 ... π / 2 delay unit, 223-1, 223-2 ... coupler, 224 -1, 244-2 ... balanced receivers, 23-1, 23-2 ... AD converters, 24 ... digital signal processing unit, 241 ... differential detection unit, 242 ... phase average calculation unit, 243 ... phase rotation unit 244: Training signal detection unit 245 245a Tap coefficient calculation unit 246 FIR filter unit

Claims (4)

光信号を送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを備える光送受信システムであって、
前記光送信器は、
半導体レーザを有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として前記半導体レーザを駆動して周波数変調光信号を生成して送信する周波数変調部、
を備え、
前記光受信器は、
局部発振光を出力する局部発振光源と、
前記周波数変調光信号を受信し、前記局部発振光に基づいて、前記周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する90度光ハイブリッド検波器と、
前記同相成分と前記直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの前記同相成分のサンプリング信号と前記直交成分のサンプリング信号に変換するAD変換器と、
前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を差動検波する差動検波部と、
差動検波によって得られる信号に含まれる前記信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する位相平均算出部と、
前記位相平均値に基づいて、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる位相回転部と、
を備える光送受信システム。
An optical transmission / reception system comprising an optical transmitter for transmitting an optical signal and an optical receiver for receiving the optical signal,
The optical transmitter is
A transmission that has a semiconductor laser and is generated by adding a fixed pattern of a plurality of predetermined signal points to the transmission data, each of which has a uniform or almost uniform frequency of appearance. A frequency modulation section for driving the semiconductor laser as a drive signal to generate and transmit a frequency modulated optical signal;
With
The optical receiver is:
A local oscillation light source that outputs local oscillation light;
A 90-degree optical hybrid detector that receives the frequency-modulated optical signal, performs homodyne detection on the frequency-modulated optical signal based on the local oscillation light, and outputs an in-phase component and a quadrature component electrical signal;
An AD converter that samples each of the in-phase component and the quadrature component electrical signal and converts the digital signal into the in-phase component sampling signal and the quadrature component sampling signal;
A differential detector for differentially detecting the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component;
A phase average calculating unit that calculates a phase average value based on a fixed pattern of the signal points included in a signal obtained by differential detection;
A phase rotation unit that reversely rotates the phase of the sampling signal of the in-phase component and the quadrature component based on the phase average value;
An optical transmission / reception system comprising:
前記周波数変調部は、
前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有する電界吸収型光変調器を備え、
前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う、請求項1に記載の光送受信システム。
The frequency modulation unit is
An electroabsorption optical modulator having a transmission characteristic change characteristic in the reverse direction with respect to a change characteristic of an optical signal intensity output from the semiconductor laser with respect to the drive signal,
The optical transmission / reception system according to claim 1, wherein the electroabsorption optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on the transmission signal.
前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度特性を有する電界吸収型光変調器を備え、
前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う、請求項1に記載の光送受信システム。
The frequency modulation unit includes an electroabsorption optical modulator having transmission intensity characteristics in the same direction with respect to a change characteristic of an intensity of an optical signal output from the semiconductor laser with respect to the drive signal,
The optical transmission / reception system according to claim 1, wherein the electroabsorption optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on a signal obtained by inverting the polarity of the transmission signal.
前記光受信器は、
タップ係数に基づいてフィルタリングを行うFIRフィルタ部と、
前記位相回転部が逆回転した前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を前記FIRフィルタ部に与えて復調信号を得て、前記復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置と、予め定められる収束の目標値となる複数の所定の信号点の前記I−Q平面上での位置とに基づいて距離を算出し、算出した距離に基づいて、前記サンプリング信号が、最も近い前記所定の信号点に収束するように前記FIRフィルタ部のタップ係数の最適値を算出するタップ係数算出部と、
をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の光送受信システム。
The optical receiver is:
An FIR filter that performs filtering based on the tap coefficients;
A sampling signal of the in-phase component and the quadrature component rotated reversely by the phase rotation unit is supplied to the FIR filter unit to obtain a demodulated signal, and the position of the sampling signal included in the demodulated signal on the IQ plane The distance is calculated based on the positions on the IQ plane of a plurality of predetermined signal points serving as predetermined convergence target values, and based on the calculated distance, the sampling signal is closest to the sampling signal. A tap coefficient calculation unit that calculates an optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit so as to converge to a predetermined signal point;
The optical transmission / reception system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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