JP2775692B2

JP2775692B2 - 光通信方式

Info

Publication number: JP2775692B2
Application number: JP2282642A
Authority: JP
Inventors: 茂樹渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-10-20
Filing date: 1990-10-20
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH04157822A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕主として、マイクロ波の周波数多重信号を用いた光変
調による光通信方式である、いわゆるSCM（Subcarrier
Multiplexing）光通信方式に関し、コヒーレント光伝送方式によるSCM光通信を低コスト
で実現できるようにすることを目的とし、複数チャンネルの伝送信号の各々の別々のマイクロ波
の周波数を割り当て、該各々の周波数のキャリアに前記
伝送信号で変調をかけて得られたそれぞれの信号を足し
合わせて多重信号を生成し、該多重信号で光変調器に変
調をかけた後、その変調光信号を光伝送し、該伝送され
た光信号と局発光とを混合した後に分岐し、該分岐され
た各々の光信号を受光器でヘテロダイン検波して電気信
号に変換した後、電気フィルタにより各チャンネル毎に
選別した信号を復調するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、主として、マイクロ波の周波数多重信号を
用いた光変調による光通信方式である、いわゆるSCM（S
ubcarrier Multiplexing）光通信方式に関する。

SCM光通信方式は、ディジタル／アナログのあらゆる
種類の変調信号を同時に大量に伝送可能であるという優
れた特長を有している。本発明は、このようなSCM光通
信方式に適用されることにより、従来の光通信システム
はもとより、光CATVネットワークや画像情報を中心とす
る広帯域伝送システム、更には従来のIDSN等あらゆる情
報通信ネットワークへの適用が可能である。

〔従来の技術〕

従来、光通信において信号多重伝送（特に大容量の信
号多重伝送）を行う場合には、主に波長多重信号が行わ
れてきた。これは、異なる波長（或いは光周波数）の光
をキャリアとして多チャンネル伝送しようとするもので
ある。この波長多重伝送は、強度変調／直接検波（IM/D
D）方式の場合であれば、光フィルタを用いてチャンネ
ルを区別できる程度の波長下（数nm程度）のチャンネル
間隔が必要であり、また、コヒーレント光通信方式の場
合には、局発レーザのチューニングにより高密度多重が
可能であるが、送信側の多重に際して光フィルタリング
に限りがあるため、今のところ、ビット・レートの十数
倍程度のチャンネル間隔が必要である。従って、例えば
ギガビット程度の高速伝送の多重伝送を行う場合には、
チャンネル間隔が20GHz程度になってしまい、その全て
のチャンネルを同時に検波できるだけの受信機が実現で
きないため、送信側でどんなに多重数を増やしても、一
度に受信できるのはそのうちの１チャンネルだけであ
る。

一方、従来のSCM光通信においては、光変調方式とし
ては主に半導体レーザの直接変調による強度変調方式を
用い、受信方式としてはPINフォトダイオード或いはAPD
を用いた直接検波方式が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の波長（光周波数）多重伝送方式においては、信
号多重時のチャンネル間隔をビット・レートの十数倍に
広くとる必要があるため、受信機で多重信号を同時に検
波することができないという問題があった。これは、ど
んなに送信側で多重数を増やしていっても、実際に検波
できるものその内の限られたチャンネルだけということ
であり、特にディジタルの高速伝送（ギガビット伝送）
においては、１つ受信機で同時に検波可能なのはただ１
チャンネルのみということになってしまう。また、多重
可能なチャンネル数が、局発レーザとチューニング可能
帯域によって制限されてしまうことにもなる。

また、従来のSCM光通信方式においては、半導体レー
ザの強度変調に対する光出力の直線性が必要であるため
に、変調帯域に制限があり、現状では１〜2GHz程度の帯
域がせいぜいである。従って、広帯域情報の伝送におい
ては、信号歪の影響を受け易く、伝送情報の容量も制限
されてしまうことになり、従来の大容量通信の要求に対
応することが難しい。しかも、検波方式として直接検波
方式しか用いることができないため、充分な受信感度を
達成することが難しく、伝送距離や信号の分配数に制限
を生じている。

従って、SCM光通信方式においては、光変調方式とし
て光角度変調を用いることができれば、こうして技術的
問題を一気に解決できることになる。しかしながら、そ
の場合はコヒーレント光伝送方式となるため、受信機と
して、構成の複雑な光ヘテロダイン或いは光ホモダイン
受信機が必要になると共に、信号光と局発光の偏波変動
による受信感度の劣化に対する対策が必要となり、その
ために、受信機が非常に高価なものになってしまう。こ
のような高価な受信機を、特に光加入者系で採用するの
は難しい。

本発明は、コヒーレント光伝送方式によるSCM光通信
を低コストを実現できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の原理構成を第１図及び第２図に示す。

まず、第１図の構成は、本発明のSCM光通信方式を光
分配ネットワークに適用した場合を示している。同図に
示すように、セントラル・オフィス（Central Office）
やヘッド・エンド（Head End）等の送信局Ａでは、複数
チャンネル（ここではチャンネル数をｋ個とする）のデ
ータ信号D₁〜D_kの各々に別々のマイクロ波の周波数f₁〜
f_kを割り当て、各変調器（MOD）１−１〜１−ｋによ
り、上記各々の周波数f₁〜f_kのキャリアにデータ信号D₁
〜D_kで変調（ASK、FSK、PSK、AM、FM、PM等）をかけ
る。その後、その変調信号を、マルチプレクサ等の合成
器２で足し合わせてマイクロ波の多重信号を生成し、こ
の多重信号で光変調器３に変調（AM、FM、PM等）をか
け、その変調光信号（コヒーレントSCM光信号）を光フ
ァイバ４を介して光伝送する。

送信局Ａから出力された光信号は、一般にローカル・
オフィス（Local Office）、ハブ（Hub）、リモート・
ターミナル（Remote Terminal）等の中継局Ｂを介して
各加入者Ｃへ光伝送されるが、本発明では、中継局Ｂに
おいて、送信局Ａから光伝送されたきた光信号と、そこ
から分配される全加入者Ｃに共通の局発光源５から出力
された局発光とを光混合器６で混合した後に、これを光
分岐器７で分岐し、各加入者Ｃまで光伝送する。

各加入者Ｃでは、中継局Ｂから伝送されてきた光信号
を受光器８でヘテロダイン検波して電気信号に変換した
後、増幅器９等を介し、電気フィルム（BPF）10−１〜1
0−ｋにより各チャンネル毎に選別し、そのそれぞれを
復調器（DEMOD）11−１〜11−ｋで復調する。

本発明の構成において、発振周波数の異なる複数の光
変調器で同様にSCM信号により変調した信号光を合波し
た光を伝送することにより、コヒーレントSCM光信号の
波長（光周波数）多重伝送が可能となる。

また、以上の構成において、各信号受信者に異なるマ
イクロ波の周波数を割り当てておき、その周波数のキャ
リアに受信者の持つ信号で変調をかけた信号で光変調器
に変調をかけ、この変調光信号を上り信号として光伝送
することにより、双方向伝送法方式を実現可能である。

次に、第２図は本発明のコヒーレント光伝送システム
の構成を示しており、本発明独自の偏波対策を取り入れ
たものである。

同図に示すように、送信機Ｔ内において、データ信号
Ｄで送信光源21に変調をかけて得られる変調光信号と、
局発光源22から出力された局発光とを、これらの偏波状
態を偏波制御器23で互いに一致させた後に、光混合器24
で混合し、その合波された光を光ファイバ25を介して光
伝送する。

受信機Ｒでは、光伝送されてきた光信号を受光器26で
電気信号に変換して光ヘテロダイン検波し、これによっ
て得られるIF信号を増幅器27、電気フィルタ（BPF）28
等を介して復調器（DEMOD）29で復調する。

この構成は、光ヘテロダイン検波する方式を採用して
いるが、送信光と局発光の発振周波数および位相を一致
させて光伝送することにより、光ホモダイン検波する方
式へも適用できることは勿論である。

また、第２図の構成において、発振波長の異なる複数
の送信光源に対して同様の構成で偏波合成した後に波長
合成した光を伝送することにより、コヒーレント波長
（光周波数）多重伝送が可能となる。

また、第２図の構成を、第１図に示したようなSCM光
通信方式に適用することも可能であり、更にはコヒーレ
ントSCM光信号の波長（光周波数）多重伝送方式に適用
することも可能である。

上記第１図および第２図の構成において、伝送信号の
変調方式としては、アナログ／ディジタルのいかなる変
調方式をも採用可能であり、例えば、AM変調信号を用い
るもの、FM変調信号を用いるもの、PM変調信号を用いる
もの、強度変調信号を用いるもの、ASK信号を用いるも
の、FSK信号を用いるもの、PSK信号を用いるもの等があ
る。なお、各チャンネル毎の変調器の全てが同一の変調
方式を採用する必要はなく、複数の変調方式の組み合わ
せであってもよい。

光変調器としては、例えば半導体レーザ（特には、広
帯域のDFB型半導体レーザが望ましい）やLiNbO₃光変調
器等を採用可能である。特にコヒーレント光通信に適用
する場合は、光変調器による光変調方式として、振幅変
調（AM）、周波数変調（FM）、位相変調（PM）等あらゆ
るコヒーレント変調方式を採用可能である。

また、光受信機としては、光ヘテロダインまたは光ホ
モダイン受信機、或いは光フィルタ等を用いた受信機を
採用可能である。

〔作用〕

第１図の構成では、前述したように、まず各チャンネ
ルに割り振られた異なる周波数f₁〜f_kのキャリアに、各
データ信号D₁〜D_kで変調がかけられた後、合成（周波数
多重化）される。この場合の周波数多重信号における周
波数軸上のチャンネル配置を第３図に示す。ここで、各
チャンネルの配置は、隣接チャンネルの信号が漏れこま
ないように選ぶ必要があるが、データ信号（ベースバン
ド信号）のメインロープのみフィルタリング（LPF）す
るか、変調後に各信号のメインローブのみ帯域フィルタ
リング（BPF）すること等により、チャンネル間隔とし
ては例えばディジタル信号であればデータ信号速度の２
倍まで接近させることが可能となる。

次に、このようにして得られた多重信号を用いて光変
調器３に光変調がかけられた後、その変調光が光伝送さ
せる。この変調光は、中継局Ｂにおいて加入者共通の局
発光と合波された後に分岐され、それぞれ各加入者Ｃま
で光伝送される。その後、各加入者Ｃにおいて、受光器
８によりヘテロダイン検波され、これによって得られた
IF信号が各チャンネル毎に選別され、復調される。参考
までに、光変調器３で周波数変調（FM）を行った場合に
おけるIF段での周波数配置の一例を、第４図に示す。

通常の光ヘテロダイン検波において、局発光源は、受
光器に入力するパワーをできるだけ大きくするために、
受光器の近傍に設置されるのが一般的である。しかしな
がら、光加入者系においては、中継局Ｂと加入者Ｃとの
間の距離は高々数kmであり、その間を光伝送されること
による損失としては1dB程度（シングルモードファイバ
を用いた場合）であるから、本発明のように局発光源５
を中継局Ｂ内に設置して、直接ファイバ分岐により加入
者Ｃまで伝送することが可能である。もし、受信感度の
劣化を極力抑えたい場合には、分岐損を光増幅器により
補償すればよい。

このように本発明では、中継局Ｂに設置された１個の
局発光源５で複数の加入者Ｃに対して一括して光ヘテロ
ダイン受信が可能であるため、１加入者当たりのコスト
が飛躍的に低減され、低コストのコヒーレント光SCMネ
ットワークを実現可能である。

しかも、上述したように送信側でデータ信号速度の２
倍程度までチャンネル間隔を狭めることが可能であるた
め、受信側では、広帯域の受信機を用いて、全てのチャ
ンネル或いは複数のチャンネルを一括して受信すること
が可能となり、受信可能チャンネル数の飛躍的な向上が
実現される。このことは、従来のコヒーレント光通信シ
ステムにおける波長（光周波数）多重伝送において、一
度に受信できるのが１チャンネルないし数チャンネルに
限られていたのに比べ、大きな利点である。

次に、第２図に示した構成では、送信機Ｔ内に局発光
源22を設置すると共に、送信光と局発光源の偏波状態を
一致させた後に合波し、それによって得られるIF信号を
光伝送するようにしている。よって、受信器Ｒ側にコス
ト上の負担をかけることなく、偏波対策を実現すること
が可能であり、すなわち伝送光の偏波状態に依存するこ
となく安定に受信可能である。

ここで、通常の光ヘテロダイン検波においては、前述
したように局発光源は受光器に入力するパワーをできる
だけ大きくするために受光器の近傍に設置するのが一般
的であるが、光加入者系においては、送信局と加入者と
の間の距離が比較的短く、局発光の損失がそれ程大きく
ないために、第２図のような構成が可能となる。

なお、光分配ネットワークに本発明を適用する場合を
考えると、前述したように光損失の点で局発光源と受光
器とはなるべく近い距離にある方が望ましいことから、
加入者側から送信局が比較的遠く離れている場合には第
１図の構成を採用することが適当であり、一方、加入者
側が送信局に比較的近い距離にある場合には第２図の構
成を採用することが適当であると言える。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第５図は、本発明の光通信方式の第１の実施例の構成
図である。本実施例は、第１図に示した構成において、
中継局Ｂ内の光合波器６と光分岐器７の間に、分岐によ
る損失を補償するための光増幅器30を設置したものであ
る。

第５図において、送信局Ａでは、まず各チャンネルに
割り振られた異なる周波数f₁〜f_kのキャリアに、各変調
器１−１〜１−ｋにより各データ信号D₁〜D_kで変調をか
ける。ここで、変調器１−１〜１−ｋによる変調方式と
しては、例えば、AM変調信号を用いるもの、FM変調信号
を用いるもの、PM変調信号を用いるもの、強度変調信号
を用いるもの、ASK信号を用いるもの、FSK信号を用いる
もの、PSK信号を用いるもの等を使用する。

その後、変調器１−１〜１−ｋから得られた各変調信
号を、マイクロ波のカプラ等のような合成器２で合成し
て、周波数多重信号を生成する。なお、この周波数多重
信号における周波数軸上のチャンネル配置は、隣接チャ
ンネルの信号が漏れこまないように選択されており、そ
のための手段として、データ信号のメインローブのみを
ローパスフィルタで通過させるか、或いは変調後に各信
号のメインローブのみを帯域フィルタで通過させるよう
にする。次に、このようにして得られた多重信号を用い
て、光変調器３に変調をかけ、その変調光を光ファイバ
４を介して光伝送する。光変調器３としては半導体レー
ザやLiNbO₃変調器等を使用でき、また、この光変調器３
による光変調方式としては、AM変調信号を用いるもの、
FM変調信号を用いるもの、PM変調信号を用いるもの等、
あらゆるコヒーレント変調方式を使用できる。

このようにして送信局Ａから送信された光信号は、光
ファイバ25を介して中継局Ｂまで伝送される。中継局Ｂ
では、伝送されてきた信号光と、加入者共通の局発光源
（例えば半導体レーザ等）５から出力された局発光とを
光混合器６で混合した後、その合成光を、ファイバ型光
増幅器や半導体増幅器等からなる光増幅器30で信号増幅
し、その後に光分岐器７で分岐して各加入者Ｃへファイ
バ伝送する。

各加入者Ｃでは、中継局Ｂから伝送されてきた光信号
を受光器８で電気信号に変換してヘテロダイン検波す
る。続いで、これによって得られたIF信号を増幅器９で
増幅した後、チャンネル数分だけ分岐し、そのそれぞれ
を帯域フィルタ10−１〜10−ｋを通過させて各チャンネ
ルの信号をそれぞれ取り出してから、復調器11−１〜11
−ｋで復調する。

本実施例によれば、中継局Ｂに設けられた１個の局発
光源５で複数の加入者Ｃに対して一括して光ヘテロダイ
ン受信を可能にするため、各加入者Ｃは局発光源が不要
となり、従って、１加入者当たりのコストを飛躍的に低
減することができる。

しかも、中継局Ｂ内に設けられた光増増幅器30によ
り、光分岐前に合波光を一括して光増幅するようにした
ので、光分岐による損失を容易に補償することができ
る。

勿論、光分岐器７の前段に光増幅器30を設ける代わり
に、光分岐器７で分岐した後で各々の伝送路毎に光増幅
器により分岐損を補償することも可能であり、また、分
岐前と分岐後の両方で光増幅するようにしてもよい。

次に、本発明を実現するための偏波対策について考え
てみる。光ヘテロダイン受信するためには、信号光と局
発光の偏波が一致している必要がある。もし、これらの
偏波が一致していない場合、例えば極端な例として、２
つの光の偏光が互いに直交する直線偏波である場合に
は、全く受信することができない。こうした問題の対策
としては、（１）伝送ファイバとして偏波保存ファイバ
を用いる、（２）偏波ダイバーシティ受信方式を用い
る、（３）偏波能動制御受信方式を用いる、（４）偏波
スクランブル方式を用いる等が考えられる。このうち、
（１）については、偏波保存ファイバのコストが高いう
え、既に敷設されているファイバを使用できなくなるた
め不適である。また、（２）については、通常のコヒー
レント光伝送方式においては有望であるが、各加入者の
受信機として２重構成となるため、コストがかさむう
え、本発明では局発光源と受信機が離れているため、IF
信号を局発光源にフィードバックするのが難しい等の問
題がある。そこで、以下では、（３）と（４）について
考えてみる。

第６図は、本発明の光通信方式の第２の実施例におけ
る中継局Ｂの構成図である。本実施例は、偏波対策とし
て、上記（３）の方法、すなわち偏波能動制御受信方式
を用いたものである。

同図に示すように、中継局Ｂでは、第５図に示したも
のと同様な送信局Ａから光伝送されてきた信号光と、局
発光源５から出力され偏波制御器31を介して得られた局
発光とを、２×２の光カプラ32で混合した後に２分岐
し、その分岐された一方を加入者側へ伝送すると共に、
もう一方を偏波制御用のモニタ信号として使用する。

偏波制御にあっては、まず、光カプラ32で２分岐され
たもう一方の光信号を受光器33に入力して光ヘテロダイ
ン検波する。その際、検波信号として、０次のビート信
号、或いはSCM信号のうちの任意の１チャンネル等を、
帯域フィルタ34を介して取り出す。このようにして得ら
れたIF信号のパワーをパワーメータ（PM）35で測定し、
その測定チャンネルと基準値とを比較器36で比較する。
そして、その差信号に基づき、上記IF信号のパワーが最
大となるように、偏波制御回路37で偏波制御器31を制御
して局発光の偏波状態を信号光の偏波状態に合わせると
共に、AFC回路38で局発光源５の発振周波数を制御す
る。このようにして局発光の偏波状態および発振周波数
にフィードバックをかけることにより、究めて良好な受
信感度を実現することができる。

なお、この場合、フィードバック制御の順序として
は、何らかの信号切り換え手段により、まず比較器36か
らの差信号を偏波制御回路37に与えて偏波制御器31によ
る偏波制御を行い、その後に、上記差信号をAFC回路38
に与えて局発光源５の発振周波数制御を行うようにする
ことが望ましい。

また、偏波制御器31としては、例えばλ/4板とλ/2板
とを組み合わせたもの等、各種のものを使用可能であ
る。

第７図は、本発明の光通信方式の第３の実施例の構成
図である。本実施例は、偏波対策として、上記（４）の
方法、すなわち偏波スクランブル方式を用いたものであ
る。

同図において、第５図に示した構成における送信局Ａ
内の光変調器３の後段に偏波スクランブラ39を設置する
ことにより、光変調器３で得られた変調光信号の偏波を
スクランブリングしてから光伝送する。このような偏波
スクランブルをかけることにより、受信感度の多少の劣
化は生じるが偏波依存性のない光ヘテロダイン検波が可
能となる。

次に第８図は、本発明の光通信方式の第４の実施例の
構成図である。本実施例は、第５図に示した光通信方式
において双方向光通信ネットワークを構成するようにし
たものである。

ここでは、各加入者C₁、C₂、・・・、C_Nに異なるマイ
クロ波の周波数f_s1、f_s2、・・・、f_sNを割り当ててお
き、その周波数のキャリアに、変調器41により各加入者
の持つデータ信号で変調をかけた後、その変調信号でデ
ータ送信用の光変調器42により光変調をかけ、その変調
光信号を上り信号として光カプラ43を介し下り回線と同
一経路を辿って中継局Ｂまで光伝送する。この場合、伝
送距離は短く、しかも加入者C₁〜C_Nからのデータ信号も
通常さほど大容量ではないので、光変調器42としては、
低速の光変調用の安価な半導体レーザ等を使用でき、そ
の際の光変調方式もAM変調等が考えられる。

このようにして各加入者C₁〜C_Nから光伝送されてきた
光信号を、中継局Ｂ内の受光器44で受光して電気信号に
変換し、各加入者Ｃに割り当てられた周波数の信号を帯
域フィルタ45で検波する。このようにして得られたRF信
号の合成信号（SCM信号）で上り信号用の光変調器46に
変調をかけ、その変調信号を光カプラ47で光ファイバ４
に合流させ、この光ファイバ４を介して送信局Ａまで光
伝送する。

送信局Ａでは、光伝送されてきた光信号を光分岐器38
で分岐した後、受光器49で受光して検波する。この場合
の光偏復調方式は、下り信号の場合と同様なコヒーレン
ト変復調方式はもともり、上り信号の速度が下り信号に
比べて十分低速の場合にはAM変調−直接検波方式でもよ
い。

本実施例によれば、各加入者に共通の１個の局発光源
５を中継局Ｂに設置した構成において、双方向光伝送を
可能にするので、非常に低コストな双方向伝送ネットワ
ークを実現できる。

なお、各加入者C₁〜C_Nからの上り信号は、中継局Ｂや
送信局Ａへのリクエスト信号としても用いることができ
ることは勿論である。例えば、上記の構成では、送られ
てくるチャンネルは全て各加入者で受信可能であるとし
ているが、チャンネル数が多くて、或いは各加入者の受
信器の帯域が不足していて、全部のチャンネルをカバー
できないといった場合においては、リクエスト信号によ
り局発光源５の発振周波数をチューニングして所望のチ
ャンネルを選択するということも可能である。ただしこ
の場合には、中継局Ｂ内に複数個の局発光源が必要とな
る。

なお、以上の第１〜第４の実施例では１個の送信光源
（光変調器３）を使用したが、発振波長の異なる複数の
送信光源で、上記実施例と同様にSCM信号で変調した信
号光を合成した光を伝送することにより、コヒーレント
SCM光信号の波長（光周波数）多重伝送が可能であり、
更に大容量の光通信が可能となる。

次に、以下には、より一層低コストなコヒーレントSC
M光伝送システムを実現するための偏波対策を取り入れ
た実施例について述べる。

まず第９図は、本発明の光通信方式の第５の実施例の
構成図である。本実施例は、第２図に示した構成をSCM
光伝送方式に適用したものである。

第９図に示すように、送信局Ａでは、前記実施例と同
様にして光変調器３から出力された変調光信号（SCM光
信号）と、局発光源22から出力された局発光とを、偏波
制御器23で互いに偏波を揃えた後に、光混合器24で混合
し、その混合光を光ファイバ４を介して光伝送する。

このようにして光伝送された光信号を、加入者近傍の
中継局Ｂにおいて光分岐器７で分岐し、そのそれぞれを
各加入者Ｃまでファイバ伝送する。

各加入者Ｃでは、前記実施例と同様に、中継局Ｂから
伝送されてきた光信号を受光器８で電気信号に変換して
ヘテロダイン検波し、そのIF信号をチャンネル毎にファ
イルタリングした後、復調する。勿論、１つの送信機と
１つの受信機間の伝送であれば、光分岐する必要がない
ことは言うまでもない。

本実施例によれば、送信局Ａ内に局発光源22を設置す
ると共に、送信光と局発光の偏波状態を一致させた後に
混合し、それによって得られる混合信号を光伝送するよ
うにしているので、加入者Ｃにコスト上の負担をかける
ことなく、コヒーレントSCM光伝送システムの偏波対策
を実現することができる。

また、偏波対策としては、第６図に示したような偏波
能動制御受信方式や、第７図に示したような偏波スクラ
ンブル方式等も採用可能であるが、前者の方式は、受信
感度は高いがランダムな偏波変動に追随する偏波制御器
31を実現することが技術的に難しいために多少コスト高
になってしまい、また、後者の方式は、高速伝送に十分
に対応できる偏波スクランブラ39の実現が多少難しい等
の問題がある。その点、本実施例で採用している方式
は、そのような問題が生じず、ネットワークに見当った
低コストで偏波依存性のないコヒーレントSCM光伝送方
式を実現することができる。

第10図は、本発明の光通信方式の第６の実施例の構成
図である。

本実施例は、第９図に示した構成において、送信局Ａ
内に、光増幅器50をポストアプとして設置したものであ
る。

この構成により、送信局Ａからの信号パワーが増幅さ
れるので、システムマージンが増し、伝送距離および分
岐数を共に増加させることができる。

第11図は、本発明の光通信方式の第７の実施例の構成
図である。

本実施例は、第９図に示した構成において、中継局Ｂ
内の光分岐器７の前段に光増幅器51を設置したものであ
る。

この構成により、光分岐器７による分岐損を光増幅器
51で補償することができるので、分岐数を増加させるこ
とができるようになる。

なお、光分岐器７で分岐した後で、各回線毎に光増幅
器で信号増幅するようにしてもよい。このようにした場
合、受信感度的には改善されるが、光増幅器の個数が加
入者数分だけ必要になる。また、光増幅器を分岐の前と
後にそれぞれ設けてもよく、更には、これらの構成と第
10図の構成を併用することも可能である。

次に第12図は、本発明の光通信方式の第８の実施例の
構成図である。本実施例は、光角度変調信号を光強度変
調に変換して伝送するように構成したものである。

同図に示すように、送信機Ｔ内において、光変調器３
で光角度変調（FM、PM）して得られたSCM光信号を、光
周波数弁別器52で光の振幅変調に変換した後、ファイバ
伝送する。

受信器Ｒでは、伝送されてきた光信号を受光器26で電
気信号に変換して、これによって得られたRF信号を増幅
器27を介しRF復調器53で復調する。

これまで述べてきたように本発明では、基本的に、光
変調方式としてAM、FM、PMのいずれの変調方式も適用可
能である。このうちAM変調について、従来の技術のとこ
ろでも述べたが、これを半導体レーザの強度変調で行う
場合、半導体レーザの強度変調に対する光出力の直線性
が必要であるために変調帯域に制限がある。現状では１
〜2GHz程度の帯域がせいぜいである。従って、広帯域情
報の伝送においては信号歪の影響を受け易く、伝送情報
の光容量も制限されてしまうことになる。しかしなが
ら、AM変調はコヒーレント検波だけでなく直接検波が可
能であるため受信機の構成を簡単にできるという利点が
ある。

第12図の構成は、こうした観点に基づいて得られたも
のであり、この構成によれば、振幅変調光を伝送するよ
うにしたので、受信機の構成を簡単にできるだけでな
く、光ファイバ４中の偏波変動の影響を受けることがな
い。

ここで、光角度変調を光振幅変調へ変換する手段とし
ての光周波数弁別器52の特性について、以下に具体的に
述べる。

光周波数弁別器の構成は周知であり、数多く考えられ
るが、その代表例として、ここでは第13図に示すような
遅延回路を用いたものについて述べる。これは、入力さ
れた光信号（コヒーレント光）Ｉを２分岐（I₁、I₂）
し、その一方の光信号I₂を時間τだけ遅延された後に再
び合成するものである。このような光遅延回路は、具体
的には、長さの違う２本の光ファイバやLiNbO₃光導波路
等により構成できる。

この時、入力信号光Ｉのキャリア波の周波数Ｉ＝cos（２πf_st＋φ_ｓ（ｔ））・・・（１）と表すことができる。（なお、φ_ｓ（ｔ）は入力信号光
の変調成分が与える位相）ので、２つのポートの分岐比
をA:Bとすると、 I₁＝Acos（２πf_st＋φ_ｓ（ｔ））・・・（２） I₂＝Bcos（２πf_s（ｔ−τ）＋φ_ｓ（ｔ−τ））・・・（３）となる。従って、その合成光を受光して得られる光電流
のうち、DC成分および高次周波数成分を除いた成分Ｊ
は、Ｊ∝cos（２πf_st＋φ_ｓ（ｔ）−φ_ｓ（ｔ−τ））・・・（４）となる。

上記（４）式において、キャリア波の周波数f_sに対す
る変調成分はφ_ｓ（ｔ）−φ_ｓ（ｔ−τ）というかたち
で現れているが、今、τが充分小さく、その２倍の逆数
の値が変調帯域（周波数）に比べ充分大きいとすると、
実質的に、φ_ｓ（ｔ）−φ_ｓ（ｔ−τ）〜τ・（ｄφ_ｓ
（ｔ）/dt）という近似がなりたつ。ここで、変調成分
の時間ｔにおける瞬間的周波数をｆ（ｔ）とすれば、２πｆ（ｔ）＝ｄφ_ｓ（ｔ）/dtという式が成り立つの
で、変調成分の周波数のcos関数に対する寄与は、２π
ｆ（ｔ）τというかたちになり、f_sと同じ振る舞いをす
ることとなる。そこで、Ｊのf_sに対する変化の様子を描
くと、第14図に示すように周期1/τの変化をする。図
中、縦軸は光強度を示し、横軸は周波数を示す。この関
係から、例えば、図中のＸ点（周波数f_s0）を設定点と
し、Ｙ点からＹ点の範囲の周波数変化を振幅変化に変換
することが可能となる。

光周波数弁別器には、この他にもマイケルソン干渉計
を用いる方法等も考えられる。

なお、光角度変調を光振幅変調へ変換する手段とし
て、ここでは光周波数弁別器を使用したが、その他のも
のを利用してもよい。

また、以上の第５〜第８の実施例では１個の送信光源
（光変調器３）を用いたが、発振周波数の異なる複数の
送信光源に対して、上記実施例と同様に偏波合成（或い
は角度変調／強度変調変換）した後に合成した光を伝送
することにより、偏波依存性のないコヒーレントSCM光
信号の波長（光周波数）多重伝送が可能となり、更に大
容量の光通信が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明において、伝送されてきた信号光と局発光とを
混合した後に分岐するようにしたものでは、１個の光キ
ャリアを用いて高密度周波数多重伝送をすることがで
き、長距離、多分配伝送が可能な高感度コヒーレント高
速伝送ネットワークを容易にし、しかも低コストで実現
することができる。更に、本発明を用いて双方向光伝送
ネットワークも実現可能である等、極めて広範囲に応用
が可能な光通信ネットワークの構築が可能となる。

また、信号光と局発光の偏波状態を一致させた後に混
合した光を伝送するようにしたもの、或いは光角度変調
信号を光振幅変調信号に変換してから伝送するようにし
たものでは、上記と同様に長距離、多分配伝送が可能で
あって、しかも偏波変動に依存しない高感度コヒーレン
ト光伝送ネットワークを容易に、しかも低コストで実現
することが可能であり、極めて広範囲に応用が可能な光
通信ネットワークの構築が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の光通信方式の原理図、第３図は本発明の光通信方式におけるSCM信号のチャン
ネル配置を示す図、第４図は本発明におけるSCM−光周波数変調−光ヘテロ
ダイン検波方式のIF段での周波数配置を示す図、第５図は本発明の光通信方式の第１の実施例の構成図、第６図は本発明の光通信方式の第２の実施例における中
継局の構成図、第７図は本発明の光通信方式の第３の実施例の構成図、第８図は本発明の光通信方式の第４の実施例の構成図、第９図は本発明の光通信方式の第５の実施例の構成図、第10図は本発明の光通信方式の第６の実施例の構成図、第11図は本発明の光通信方式の第７の実施例の構成図、第12図は本発明の光通信方式の第８の実施例の構成図、第13図は光遅延回路による光周波数弁別器の構成図、第14図は光周波数弁別器の特性を示す図である。１−１〜１−ｋ…変調器、２……合成器、３……光変調器、４……光ファイバ、５……局発光源、６……光混合器、７……光分岐器、８……受光器、９……増幅器、 10−１〜10−ｋ……電気フィルタ、 11−１〜11−ｋ……復調器、 21……送信光源、 22……局発光源、 23……偏波制御器、 24……光混合器、 25……光ファイバ、 26……受光器、 27……増幅器、 28……電気フィルタ、 29……復調器、 30……光増幅器、 31……偏波制御器、 32……光カプラ、 33……受光器、 34……帯域フィルタ、 35……パワーメータ、 36……比較器、 37……偏波制御回路、 38……AFC回路、 39……偏波スクランブラ、 41……変調器、 42……光変調器、 43……光カプラ、 44……受光器、 45……帯域フィルタ、 46……光変調器、 47……光カプラ、 48……光混合器、 49……受光器、 50、51……光増幅器、 52……光周波数弁別器、 53……RF復調器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−148929（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−82735（ＪＰ，Ａ) 特開平２−36621（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−10797（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−258528（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−70745（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数チャンネルの伝送信号の各々に異なる
マイクロ波の周波数を割り当て、該各々の周波数のキャ
リアに前記伝送信号で変調をかけて得られたそれぞれの
信号を足しあわせて多重信号を生成し、該多重信号で光
変調器に周波数変調をかけた後、その変調光信号を光伝
送する送信局と、該伝送された光信号と単一の波長を有する局発光とを混
合した後に分岐する中継局と、該分岐された各々の光信号を受光器でヘテロダイン検波
して電気信号に変換した後、電気フィルタにより各々チ
ャンネル毎に選別した信号を復調する受信局とからなる
ことを特徴とする光通信方式。
【請求項２】前記送信局は、互いに異なる周波数の光キ
ャリアを有する複数の光周波数変調器を有し、各光周波
数変調器毎に変調信号を生成し、その各々の変調光信号
を合波して光多重信号を生成した後、該光多重信号を光
伝送し、前記中継局は、該伝送された光信号と単一の波長を有す
る局発光とを混合した後に分岐することを特徴とする請
求項１に記載の光通信方式。
【請求項３】前記伝送された光信号と前記局発光との混
合信号を、その分岐前または分岐後に、光増幅器により
信号増幅することを特徴とする請求項１または２記載の
光通信法式。
【請求項４】前記伝送される光信号または前記局発光の
能動偏波制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載の光通信方式。
【請求項５】前記伝送される光信号または前記局発光の
偏波スクランブル制御を行うことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の光通信方式。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の光通信
方式により送信局側から受信者側へ下り信号を伝送する
一方、各受信者にそれぞれ異なるマイクロ波の周波数を
割り当てておき、該周波数のキャリアに受信者の持つ信
号で変調をかけた後、その変調信号で光変調器に変調を
かけ、その変調光信号を上り信号として送信局側へ光伝
送する双方向光伝送を行うことを特徴とする光通信方
式。
【請求項７】前記下り信号の伝送経路である下り回線に
おける信号分岐地点の前に、該下り回線から上り方向の
信号を分岐するための上り回線用分岐路を設置し、該分
岐路で分岐された信号を受光器で検波し、その検波信号
で上り回線用光変調器に変調をかけた後、その変調光信
号を上り方向へ光伝送し、該伝送された光信号を送信局
側で検波することを特徴とする請求項６記載の光通信方
式。
【請求項８】前記送信局は、互いに異なる周波数の光キ
ャリアを有する複数の光変調器を有し、各光変調器毎に
複数の変調信号を生成し、該複数の変調光信号と、該複
数の変調光信号にそれぞれ対応して設けられた局発光と
を、互いに対応するもの同士の偏波状態を一致させてそ
れぞれ混合し、該混合して得られたそれぞれの光を更に
合波して光多重信号を生成した後、該光多重信号を光伝
送し、前記受信局は、該伝送された光多重信号を検波して電気
信号に変換した後、電気フィルタにより各チャンネル毎
に選別した信号を復調することを特徴とする請求項４ま
たは５記載の光通信方式。
【請求項９】前記伝送された光信号を光回路により分岐
した後に検波することを特徴とする請求項８記載の光通
信方式。
【請求項１０】前記伝送される前または伝送された後の
光信号を光増幅器で信号増幅することを特徴とする請求
項８または９記載の光通信方式。
【請求項１１】複数チャンネルの伝送信号の各々に異な
るマイクロ波の周波数を割り当て、該各々の周波数のキ
ャリアに前記伝送信号で変調をかけて得られたそれぞれ
の信号を足し合わせて多重信号を生成し、該多重信号で
光変調器に角度変調をかけ、その角度変調光信号を２分
岐し、そのうちの一方の光信号に他方の光信号に対する
遅延時間を与えた後、再びこれら２つの光信号を合成す
ることにより前記角度変調に対応した強度変調光信号に
変換し、該強度変調光信号を光伝送し、該伝送された光
信号を受光器で電気信号に変換した後、電気フィルタに
より各チャンネル毎に選別した信号を復調することを特
徴とする光通信方式。
【請求項１２】互いに異なる周波数の光キャリアを有す
る複数の光変調器を用意し、各光変調器毎に請求項11記
載の光通信方式により変調光信号を生成した後、該複数
の変調光信号を合波して光多重信号を生成し、該光多重
信号を２分岐して、そのうちの一方の光多重信号に他方
の光多重信号に対する前記時間遅延を与えた後、再びこ
れら２つの光多重信号を合成し、該合成された光多重信
号を光伝送し、該伝送された光多重信号を受光器で電気
信号に変換した後、電気フィルタにより各チャンネル毎
に選別した信号を復調することを特徴とする光通信方
式。
【請求項１３】互いに異なる周波数の光キャリアを有す
る複数の光変調器を用意し、各光変調器毎に請求項11記
載の光通信方式により変調光信号を生成した後、該複数
の変調光信号を合波して光多重信号を生成し、該光多重
信号を２分岐して、そのうちの一方の光多重信号に他方
の光多重信号に対する前記時間遅延を与えた後、再びこ
れら２つの光多重信号を合成し、該合成された光多重信
号を更に同様にして光多重化した光多重化信号と合成
し、光伝送し、該伝送された光多重信号を受光器で電気
信号に変換した後、電気フィルタにより各チャンネル毎
に選別した信号を復調することを特徴とする光通信方
式。
【請求項１４】局発光源を備え、複数チャンネルの伝送
信号の各々に異なるマイクロ波の周波数を割り当て、該
各々の周波数のキャリアに前記伝送信号で変調をかけて
得られたそれぞれの信号を足し合わせて多重信号を生成
し、該多重信号で光変調器に変調をかけた後、前記局発
光源から得られた局発光と前記多重信号で変調された変
調光信号とを合成し、前記合成された光信号を光伝送す
ることを特徴とする送信局。
【請求項１５】複数の居発光源を有し、複数チャンネル
の伝送信号の各々に異なるマイクロ波の周波数を割り当
て、該各々の周波数のキャリアに前記伝送信号で変調を
かけて得られたそれぞれの信号を生成し、該複数の変調
信号でそれぞれに対応した複数の変調光信号を生成し、
該複数の変調光信号と、該複数の変調光信号にそれぞれ
対応して設けられた局発光源からの局発光とを混合し、
該混合して得られたそれぞれ光を更に合波して光多重信
号を生成した後、該光多重信号を光伝送することを特徴
とする送信局。
【請求項１６】前記伝送される光信号または前記局発光
の能動偏波制御を行うことを特徴とする請求項14または
15記載の送信局。
【請求項１７】前記伝送される光信号または前記局発光
の偏波スクランブル制御を行うことを特徴とする請求項
14または15記載の送信局。