JP2018201118A - Optical transmission/reception system - Google Patents
Optical transmission/reception system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018201118A JP2018201118A JP2017104735A JP2017104735A JP2018201118A JP 2018201118 A JP2018201118 A JP 2018201118A JP 2017104735 A JP2017104735 A JP 2017104735A JP 2017104735 A JP2017104735 A JP 2017104735A JP 2018201118 A JP2018201118 A JP 2018201118A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- optical
- phase
- transmission
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 215
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 81
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 65
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 34
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 21
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 14
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
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(LiNbO3)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、LiNbO3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(f0)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).
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).
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).
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、f0の局発光とf1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.
式(4)、(5)において、fmは局発光と信号光の周波数差(fm=f0−f1)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.
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.
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).
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).
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.
まず、fm=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,A2)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,−A2)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、fm≠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2πfmt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,A2)、(0,−A2)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,A2)、(0,−A2)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.
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,A2)、または(0,−A2)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.
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 /
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
The
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
The
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2n−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
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
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
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
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
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
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
The processing performed by the
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
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
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
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
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
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
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、Σi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、2πfmT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、fmは、前述したように、局発光の中心周波数をf0、受信信号光の中心周波数をf1とした場合、fm=f0−f1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。φi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、φi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φi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、2πfmT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2πfmT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2πfmT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
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、φi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、φi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2πfmT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
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2n−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2n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
(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 /
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 /
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
(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 /
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of the
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
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
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
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
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
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
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
<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
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
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
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
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
<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 /
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
Claims (4)
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.
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:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017104735A JP6767310B2 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | Optical transmission / reception system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017104735A JP6767310B2 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | Optical transmission / reception system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018201118A true JP2018201118A (en) | 2018-12-20 |
JP6767310B2 JP6767310B2 (en) | 2020-10-14 |
Family
ID=64667377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017104735A Active JP6767310B2 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | Optical transmission / reception system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6767310B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023012897A1 (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-09 | 日本電信電話株式会社 | Optical transmitter, optical transmission system, and optical transmission method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0321126A (en) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Fujitsu Ltd | Direct frequency modulation psk system |
JPH0522354A (en) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Hitachi Ltd | Optical communication system |
JP2011199657A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | National Institute Of Information & Communication Technology | Optical sampling demodulation method for optical msk modulation/optional shift amount cpfsk |
-
2017
- 2017-05-26 JP JP2017104735A patent/JP6767310B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0321126A (en) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Fujitsu Ltd | Direct frequency modulation psk system |
JPH0522354A (en) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Hitachi Ltd | Optical communication system |
JP2011199657A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | National Institute Of Information & Communication Technology | Optical sampling demodulation method for optical msk modulation/optional shift amount cpfsk |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Y. NAKANISHI ET AL.: "Novel Optical Quaternary Minimum Shift Keying Technology with Direct Modulation of Conventional DFB", IEEE PHOTONICS CONFERENCE 2012, JPN6020034498, 2012, pages 238 - 239, XP032269050, ISSN: 0004345128, DOI: 10.1109/IPCon.2012.6358580 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023012897A1 (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-09 | 日本電信電話株式会社 | Optical transmitter, optical transmission system, and optical transmission method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6767310B2 (en) | 2020-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8761600B2 (en) | In-band supervisory data modulation | |
Winzer et al. | Spectrally efficient long-haul optical networking using 112-Gb/s polarization-multiplexed 16-QAM | |
US9843390B2 (en) | Optical transmitter with optical receiver-specific dispersion pre-compensation | |
US8989571B2 (en) | In-band supervisory data modulation using complementary power modulation | |
Zhou et al. | Enabling technologies for high spectral-efficiency coherent optical communication networks | |
US9544060B2 (en) | Optical transmitter and method for controlling the same | |
Seimetz | Performance of coherent optical square-16-QAM-systems based on IQ-transmitters and homodyne receivers with digital phase estimation | |
Zhang et al. | Single-wavelength 100-Gb/s PAM-4 TDM-PON achieving over 32-dB power budget using simplified and phase insensitive coherent detection | |
US9692519B2 (en) | Level spacing for M-PAM optical systems with coherent detection | |
JP2010136457A (en) | Improvements in, or relating to, optical communications | |
EP3202056A1 (en) | All-optical silicon-photonic constellation conversion of amplitude-phase modulation formats | |
JP6045723B2 (en) | Level spacing for M-PAM optical systems using coherent detection | |
Schrenk | Electroabsorption‐modulated laser as optical transmitter and receiver: status and opportunities | |
US20220045766A1 (en) | Rapid polarization tracking in an optical channel | |
US9571224B2 (en) | Transmission device, receiving device, and communication method | |
US20140241722A1 (en) | PDM-(M) Ask Optical Systems And Methods For Metro Network Applications | |
Gonzalez et al. | Optical phase-modulated radio-over-fiber links with k-means algorithm for digital demodulation of 8PSK subcarrier multiplexed signals | |
Roudas | Coherent optical communication systems | |
JP6767310B2 (en) | Optical transmission / reception system | |
Prat et al. | Direct PSK-ASK modulation for coherent udWDM | |
Paskov | Algorithms and subsystems for next generation optical networks | |
Jin et al. | Partially decoupled polarization demultiplexing and phase noise equalizer for Alamouti code-based simplified coherent systems | |
Pavlovic et al. | Adaptable qam transmitter to current elastic optical networks demand | |
WO2023218532A1 (en) | Optical transmission device, optical communication system, and optical transmission device | |
WO2023218589A1 (en) | Transmission device and signal generation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20170614 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190701 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200828 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200915 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200917 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6767310 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |