JP4182999B2 - クロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法 - Google Patents

クロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法 Download PDF

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Description

この発明は、受信した光信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法に関するものである。
受信した光信号から当該光信号の時間基準を与えるクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号でゲーティングすることによって、受信した光信号から情報を取り出す技術がある。
光信号からクロック信号を抽出するに当たり、この発明の発明者等は光−電気ハイブリット構成のクロック信号抽出装置を試作し、その性能向上を目指す研究を進めている(例えば、非特許文献1参照)。
図10を参照して、非特許文献1に開示されている、光時分割多重通信システムの受信装置におけるクロック信号抽出装置の構成及び機能を説明する。図10は、クロック信号抽出装置の従来例として、非特許文献1に開示されているクロック信号抽出装置を説明するための概略的ブロック図である。ここでは、一例として、1チャネル当たり40[Gbit/s]のビットレートの4チャネル分の光信号が光時分割多重されて、160[Gbit/s]のRZ符号化された光パルス信号として送信された場合を想定して、クロック信号抽出装置の構成及び動作を説明する。すなわち、160[Gbit/s]の光パルス信号から40[GHz]のクロック信号を抽出する場合について説明する。
光時分割多重通信システムの受信装置で受信された入力光信号(図中、矢印S201aで示す。)は、クロック信号抽出装置110に入力される。ここで、入力光信号S201aは、RZ符号化された光パルス信号である。クロック信号抽出装置110は、電界吸収型光変調器(EAM:Electro−absorption Modulator)122、光電変換器142、第1バンドパスフィルタ144、位相比較器146、4逓倍器149、クロック信号発生器132、ループフィルタ148、電圧制御型発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)152、ミキサー162、第2バンドパスフィルタ165及び増幅器126を備えている。
クロック信号抽出装置110に入力された入力光信号S201aは、先ず、EAM122に入力される。EAM122には、制御信号として変調電気信号(図中、矢印S226で示す。)が入力されている。変調電気信号S226は、VCO152で生成された周波数が40[GHz]の電気信号(図中、矢印S251で示す。)と、クロック信号発生器132で生成された周波数がf0[GHz]の基準電気信号(図中、矢印S231で示す。)とをミキサー162でミキシングした後、透過帯域の中心周波数が(40−f0)[GHz]である第2バンドパスフィルタ165でフィルタリングし、さらに増幅器126で増幅したものである。
EAM122に設けられた光導波路を光信号が伝播する際に、その光導波路の有する吸収係数が、EAM122へ入力される変調電気信号S226の周波数に従って変動する。すなわち、(40−f0)[GHz]の周波数で、光導波路を伝播する光信号が透過されたり、遮断されたりする。EAM122に入力された入力光信号の160[Gbit/s]の光パルス信号成分のうち、(40−f0)[GHz]の透過窓を通過できた成分が、変調光パルス信号(図中、矢印S221で示す。)として出力される。変調光パルス信号S221は、光電変換器142に入力されて光電変換され、第1電気信号(図中、矢印S222で示す。)として出力される。
第1電気信号S222は、透過帯域の中心周波数が4×f0[GHz]の第1バンドパスフィルタ144でフィルタリングされる。その結果、第1バンドパスフィルタ144からは、周波数が4×f0[GHz]の第2電気信号(図中、矢印S224で示す。)が出力される。第2電気信号S224は、位相比較器146に入力される。位相比較器146において、第2電気信号S224と第3電気信号(図中、矢印S229で示す。)の位相が比較される。第3電気信号S229は、周波数f0[GHz]の基準電気信号S231が、分岐器139を経て4逓倍器149に入力された結果、4逓倍器149から出力される信号である。第2電気信号S224と第3電気信号S229の位相が合致していれば、位相比較器146から出力される第4電気信号(図中、矢印S225で示す。)は0Vとなる。一方、第2電気信号S224と第3電気信号S229の位相が合致していない場合は、位相差の大きさに比例して第4電気信号S225の電圧が大きくなる。
第4電気信号S225は、ループフィルタ148に入力されて、時間的に平均された強度の信号として出力される。ループフィルタ148から出力される第5電気信号(図中、矢印S241で示す。)は、VCO152に入力される。VCO152は、入力される第5電気信号S241の電圧に比例する周波数の第6電気信号S251を出力する機能を有している。このため、VCO152から出力される第6電気信号S251の周波数は、第2電気信号S224の位相と、第3電気信号S229の位相とが合致するように変化する。入力される第5電気信号S241が0Vである場合に、VCO152が出力する周波数が40[GHz]になるように設定しておけば、第2電気信号S224の位相と、第3電気信号S229の位相が合致した場合に、VCO152は、周波数が40[GHz]の第6電気信号S251を出力する。すなわち、第6電気信号S251の周波数が40[GHz]となるためには、第2電気信号S224と第3電気信号S229が同期する必要がある。
変調光パルス信号S221は、光パルス信号のクロック周波数(160[GHz])の1/4の周波数(40[GHz])に低周波成分f0[GHz]をミキシングした周波数で変調されてEAM122から出力された信号である。第1電気信号S222は変調光パルス信号S221が光電変換器142で電気信号に変換された信号である。第2電気信号S224は第1電気信号S222の有する周波数成分のうち、4×f0[GHz]の周波数成分だけが透過された信号である。従って、第3電気信号S229が第2電気信号S224の位相に同期するとは、入力光信号S201aが基準電気信号S231の位相に同期することに相当する。
VCO152から出力される第6電気信号S251は、分岐器163で分岐され、一方は、ミキサー162に入力される。
ミキサー162には、VCO152から出力される第6電気信号S251と、分岐器139を経てクロック信号発生器132から出力される周波数f0の電気信号S231が入力される。この結果、ミキサー162からは、周波数が(40±n×f0)[GHz]の複数の周波数成分が合成された第7電気信号S250が出力される。第7電気信号S250の周波数成分のうち、周波数が(40−f0)[GHz]の周波数成分の電気信号のみが第2バンドパスフィルタ165を透過して、増幅器126へ送られる。第6電気信号S251が分岐器163で分岐された他方は、抽出されたクロック信号(図中、矢印S260で示す。)として、クロック信号抽出装置110から出力される。
また、光パルス信号に大きなタイミングジッタが含まれている場合に、タイミングジッタが除去されたクロック信号を抽出できるクロック信号抽出方法及びクロック信号抽出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図11を参照して、特許文献1に開示されているクロック信号抽出装置の構成及び機能を説明する。図11は、クロック信号抽出装置の従来例として、特許文献1に開示されているクロック信号抽出装置を説明するための概略的ブロック図である。
このクロック信号抽出装置111は、光パルス信号S201aを変調する第1EAM122aと、第1EAM122aの出力である第1変調光パルス信号S203を増幅する光増幅器123と、光増幅器123の出力信号S206を変調して第2変調光パルス信号S221を出力する第2EAM122bを、この順にカスケード接続して備えている点が図10を参照して説明したクロック信号抽出装置と異なっている。増幅器126から出力される電気信号S226は2分岐され、一方(図中、矢印S226aで示す。)は、第1EAM122aに入力され、他方(図中、矢印S226bで示す。)は、位相調整器128で位相調整された後、第2EAM122bに入力されている。この構成によれば、クロック信号抽出装置111に入力される入力光信号S201aが2つのEAMを通過する。この構成により、第2変調光パルス信号の時間幅を狭くすることが可能になる。
上述した、2つの従来例では、クロック信号抽出装置は、RZ(Return to Zero)符号化された、光パルス信号からクロック信号を抽出する。これに対して、NRZ(Non Return to Zero)符号化された光パルス信号からクロック信号を抽出する装置及び方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
図12を参照して、特許文献2に開示されているクロック信号抽出装置の構成及び機能を説明する。図12は、クロック信号抽出装置の従来例として、特許文献2に開示されているクロック信号抽出装置を説明するための概略的ブロック図である。
クロック信号抽出装置112は、光位相制御部170、光電変換器142及びバンドパスフィルタ144を備えている。
光位相制御部170には、NRZ符号化された入力光信号S201bが入力される。光位相制御部170は、この入力光信号S201bを、RZ符号化された光パルス信号S205に変換する。光電変換器142は、光パルス信号S205を電気パルス信号S222に変換する。バンドパスフィルタ144は、電気パルス信号S222のクロック信号成分を抽出して、電気クロック信号S269として出力する。
光位相制御部170は、光分岐器172と、光位相調整器174と、光合波器176とを備えている。
光分岐器172は、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号S201bを、第1NRZ信号S203aと第2NRZ信号S203bとに2分岐する。光位相調整器174は、第1NRZ信号S203aの位相を遅延させる。光合波器176は、光位相調整器174で位相遅延された第1NRZ信号S203aと、第2NRZ信号S203bとを合波して光パルス信号S205を生成する。
光位相調整器176における、第1NRZ信号S203aの位相の遅延量は、入力光信号の周期がTの場合、その半分のT/2とする。さらに、光位相調整器176は、第1NRZ信号S203aが第2NRZ信号S203bに対して搬送波の位相がちょうど半波長ずれるように設定される。
この構成によれば、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号をRZ符号化された光パルス信号に変換でき、ビットレート周波数に等しいクロック信号を抽出することができる。
特開2006−49967号公報 特開2005−252942号公報 「160Gb/sクロック信号抽出装置の開発」、辻弘美 他、2003年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B−10−115、2003
ネットワークを流れるデータ量が増大するに従って、ビットレートが異なる光信号が伝播される状況が生じてくると考えられる。
上述の従来例の各クロック信号抽出装置は、ビットレートが確定したネットワークにおいて用いられるものであって、一定の周波数のクロック信号を抽出できる。しかしながら、例えば、ギガビットイーサネット(登録商標)とSDH/SONETなど異なるビットレートのデータが伝播される場合は、それぞれのビットレートに対応するクロック信号抽出装置が必要になる。また、同じビットレートであっても、誤り訂正符号が付与されているデータと付与されていないデータとでは、実質的なビットレートの拡張がなされるため、誤り訂正符号の有無に対応して2つのクロック信号抽出装置が必要になる。
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、1つのクロック信号抽出装置で、2種以上のクロック周波数の入力光信号からクロック信号を抽出できる、クロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法を提供することにある。
上述した目的を達成するために、この発明のクロック信号抽出装置は、光変調部と、基準信号生成部と、位相比較部と、変調電気信号生成部と、クロック信号生成部とを備えている。
光変調部は、外部から入力された入力光信号を、変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する。ここで入力光信号のクロック周波数は、第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である。また、変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられる。
基準信号生成部は、基準周波数f0の基準電気信号を出力する。基準周波数f0は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる。
位相比較部は、変調光パルス信号と基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力する。変調電気信号生成部は、位相比較信号が入力されて、変調電気信号を出力する。
クロック信号生成部は、変調電気信号と基準電気信号をミキシングすることにより合成信号を生成した後、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1の周波数f1のクロック信号を出力する。一方、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、クロック信号生成部は、第2の周波数f2のクロック信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、位相比較部が、光電変換器、バンドパスフィルタ、位相比較器及びループフィルタを備えるのが好適である。
光電変換器は、変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力する。バンドパスフィルタは、変調電気パルス信号をフィルタリングして、基準周波数f0の電気パルス信号を出力する。位相比較器は、電気パルス信号と基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力する。ループフィルタは、位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である位相比較信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、入力光信号が、クロック周波数が第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2の光信号を時分割多重したものであるときは、位相比較部が、基準信号をm逓倍するm逓倍器を備えるのが好適である。
また、この発明のクロック信号抽出装置の他の好適な実施形態によれば、光変調部、基準信号生成部、位相比較部及びクロック信号生成部を備えている。
光変調部は、外部から入力された入力光信号を、変調周波数fmの変調電気信号によって変調して変調光パルス信号を出力する。ここで、入力光信号のクロック周波数は、第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である。また、変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の間の値で与えられる。
基準信号生成部には、光パルス信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数のいずれであるかを示すモニタ信号が入力される。基準信号生成部は、光パルス信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1基準周波数f01の基準電気信号を出力する。一方、光パルス信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、基準信号生成部は、第2基準周波数f02の基準電気信号を出力する。第1基準周波数f01は、第1の周波数f1及び変調周波数fmの差で与えられる。また、第2基準周波数f02は、第2の周波数f2及び変調周波数fmの差で与えられる。
位相比較部は、変調光パルス信号と基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力するとともに、モニタ信号を生成して出力する。変調電気信号生成部は、位相比較信号が入力されて、変調電気信号を出力する。
クロック信号生成部は、変調電気信号と基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、合成信号をフィルタリングして、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1の周波数f1のクロック信号を出力する。一方、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、クロック信号生成部は、第2の周波数f2のクロック信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、位相比較部が、光電変換器、第1バンドパスフィルタ、第2バンドパスフィルタ、強度比較器、スイッチ、位相比較器及びループフィルタを備えるのが良い。
光電変換器は、変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力する。第1バンドパスフィルタは、変調電気パルス信号が2分岐された一方の第1変調電気パルス信号をフィルタリングして、第1基準周波数f01の第1電気パルス信号を出力する。第2バンドパスフィルタは、変調電気パルス信号が2分岐された他方の第2変調電気パルス信号をフィルタリングして、第2基準周波数f02の第2電気パルス信号を出力する。強度比較器は、第1電気パルス信号と第2電気パルス信号の強度を比較し、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数のいずれであるかを示すモニタ信号を出力する。スイッチは、モニタ信号が入力されて、第1電気パルス信号及び第2電気パルス信号の一方をパルス出力信号として出力する。位相比較器は、パルス出力信号と基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力する。ループフィルタは、位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である位相比較信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、変調周波数fmが、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を1:(n−1)に内分する値(nは3以上の整数)であり、第1基準周波数f01が、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の1/nであり、及び、第2基準周波数f01が、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の(n−1)/nであるのが良い。
この場合、基準信号生成部は、クロック信号発生器、(n−1)逓倍器及びスイッチを備えるのが好適である。
クロック信号発生器は、第1の基準周波数f01の基準クロック信号を出力する。基準クロック信号は、第1クロック信号と第2クロック信号とに2分岐される。(n−1)逓倍器は、第2クロック信号を(n−1)逓倍して、第2基準周波数f02の第3クロック信号を生成する。スイッチは、モニタ信号が入力されて、第1クロック信号及び第3クロック信号の一方を基準電気信号として出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、入力光信号が、クロック周波数が第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2の光信号を時分割多重したものであるときは、位相比較部が、光電変換器、複数のバンドパスフィルタ、位相比較器、第1スイッチ、ループフィルタ、複数の逓倍器及び第2のスイッチを備えるのが好適である。
光電変換器は、変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力する。
複数のバンドパスフィルタは、透過周波数が基準周波数f0と同じか、あるいは基準周波数f0を互いに異なる逓倍数で逓倍した周波数である。複数のバンドパスフィルタは、それぞれ変調電気パルス信号をフィルタリングして、電気パルス信号を出力する。
第1スイッチは、外部からの制御信号の入力に応答して、複数のバンドパスフィルタから出力された電気パルス信号の1つをパルス出力信号として位相比較器へ送る。複数の逓倍器は、それぞれ基準電気信号を互いに異なる逓倍数で逓倍した後、第2スイッチへ送る。第2スイッチは、外部からの制御信号の入力に応答して、異なる逓倍数で逓倍された基準電気信号の1つを選択して位相比較器へ送る。位相比較器は、パルス出力信号と、逓倍された基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力する。ループフィルタは、位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である位相比較信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、クロック信号生成部が、ミキサー、第1出力フィルタ及び第2出力フィルタを備えるのが良い。
ミキサーは、変調電気信号と基準電気信号をミキシングして、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を周波成分として含む合成信号を生成する。第1出力フィルタは、合成信号が2分岐された一方の第1合成信号が入力されて、第1の周波数f1の周波数成分を透過させてクロック信号として出力する。第2出力フィルタは、合成信号が2分岐された他方の第2合成信号が入力されて、第2の周波数f2の周波数成分を透過させてクロック信号として出力する。
また、クロック信号生成部が、ミキサーと可変バンドパスフィルタを備える構成としても良い。ミキサーは、変調電気信号と基準電気信号をミキシングして、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を周波数成分として含む合成信号を生成する。可変バンドパスフィルタは、入力されたモニタ信号に応じて、透過周波数を変化させてクロック信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、光変調部は、入力光信号を強度変調する第1電界吸収型光変調器、第1電界吸収型光変調器の光出力信号を増幅する光増幅器、及び光増幅器の出力を強度変調する第2電界吸収型光変調器を備えるのが好適である。
また、光変調部が、NRZ(Non Return to Zero)符号を用いて符号化された入力光信号を、第1NRZ信号と第2NRZ信号とに2分岐する光分岐器と、第1NRZ信号の位相を遅延させる光位相調整器と、位相遅延された第1NRZ信号と第2NRZ信号とを合波して光パルス信号を生成する光合波器と、光パルス信号を変調して変調光パルス信号を出力する変調器を備える構成としても良い。
また、この発明のクロック信号抽出装置の他の好適な実施形態によれば、光変調部、基準信号生成部、位相比較部、変調電気信号生成部及びクロック信号生成部を備えて構成される。
光変調部は、外部から入力された、クロック周波数が互いに異なる第1〜第p(pは2以上の整数)の周波数f1〜fpである入力光信号を、変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号として出力する。
基準信号生成部には、入力光信号のクロック周波数が第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれであるかを示すモニタ信号が入力される。基準信号生成部は、入力光信号のクロック周波数が第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれであるかに応じて、第1〜第pの基準周波数f01〜f0pのいずれかである基準電気信号を出力する。第1〜第pの基準周波数f01〜f0pは、第1〜第pの周波数f1〜fpのそれぞれと、変調周波数fmの差で与えられる。
位相比較部は、変調光パルス信号と基準電気信号との位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力する。変調電気信号生成部は、位相比較信号が入力されて、変調電気信号を出力する。
クロック信号生成部は、変調電気信号と基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、合成信号をフィルタリングして、入力光信号のクロック周波数が第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれであるかに応じて、それぞれ第1〜第pの周波数f1〜fpのクロック信号を出力する。
上述した目的を達成するために、この発明のクロック抽出方法は、以下の過程を備えている。
先ず、クロック周波数が第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を入力する。次に、入力光信号を、変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する。変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられる。次に、基準周波数f0の基準電気信号を生成する。基準周波数f0は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる。
次に、変調光パルス信号と基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として生成する。次に、位相比較信号を入力して、変調電気信号を出力する。次に、変調電気信号と基準電気信号をミキシングして、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、第2の周波数f2のクロック信号を出力する。
また、この発明のクロック信号抽出方法の他の好適な実施形態によれば、以下の過程を備えている。
先ず、クロック周波数が第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を入力する。
次に、入力光信号を変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する。変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の間の値で与えられる。
次に、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1基準周波数f01の基準電気信号を出力する。一方、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、第2基準周波数f02の基準電気信号を出力する。第1基準周波数f01は、第1の周波数f1と変調周波数fmの差で与えられる。また、第2基準周波数f02は、第2の周波数f2と変調周波数fmの差で与えられる。
次に、変調光パルス信号と基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力する。次に、位相比較信号を入力して、変調電気信号を出力する。次に、変調電気信号と基準電気信号をミキシングすることにより合成信号を生成した後、合成信号をフィルタリングして、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、第2の周波数f2のクロック信号を出力する。
上述したクロック信号抽出装置の実施にあたり、好ましくは、変調周波数fmを、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を1:(n−1)に内分する値とし、第1基準周波数f01を、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の1/nとし、及び、第2基準周波数f02を、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の(n−1)/nとするのが良い。
上述したクロック信号抽出方法の実施にあたり、好ましくは、入力光信号が、クロック周波数が第1の周波数f1及び第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2のいずれかである光信号を時分割多重したものであるときに、変調光パルス信号と基準電気信号との位相差を比較する際に、基準電気信号をm逓倍するのが好適である。
この発明のクロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法によれば、クロック周波数が第1の周波数f1又は第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号に対して、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調を行って変調光パルス信号を生成している。その結果、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであっても、変調光パルス信号の周波数は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1になる。変調光パルス信号と、基準周波数f0の基準電気信号との位相差が0になるように変調電気信号の位相を調整し、さらに、変調電気信号と基準電気信号の和周波信号及び差周波信号を含む合成信号を生成すれば、クロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの信号が入力されても、クロック信号を抽出することができる。
その結果、1つのクロック信号抽出装置で、異なる2種のクロック周波数の信号に対してクロック信号を抽出することができる。
また、この発明のクロック信号抽出装置及びクロック信号抽出方法の他の形態によれば、変調電気信号の周波数fmを、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の間の値にし、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、基準電気信号の周波数が、第1基準周波数f01になり、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、基準電気信号の周波数が、第2基準周波数f02になる構成にしている。
この構成によれば、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、変調電気信号と周波数が第1基準周波数f01である基準電気信号とを、ミキシングして得られる合成信号に含まれる、差周波信号の周波数が第1の周波数f1になる。また、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、変調電気信号と周波数が第2基準周波数f02である基準電気信号とを、ミキシングして得られる合成信号に含まれる、和周波信号の周波数が第2の周波数f2になる。
その結果、クロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの信号が入力されても、1つのクロック信号抽出装置でクロック信号を抽出することができる。さらに、変調光パルス信号の周波数ごとの強度を用いて、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであるかを示すモニタ信号を生成することができる。
さらに、クロック信号生成部が、モニタ信号に応じて、透過周波数を変化させる可変バンドパスフィルタを備える構成とすれば、クロック信号抽出装置のクロック信号を出力するための出力端子は、一つで良い。
また、位相比較部が、基準電気信号をn逓倍するn逓倍器を備える構成にすれば、異なるクロック周波数の信号をそれぞれn逓倍した時分割多重信号についても1つのクロック信号抽出装置でクロック信号を抽出することができる。
また、光変調部が、入力光信号を変調する第1電界吸収型光変調器と、第1電界吸収型光変調器の光出力信号を増幅する光増幅器と、光増幅器の出力を変調する第2電界吸収型光変調器とを備える構成すれば、第2変調光パルス信号を狭くすることが可能になる。この結果、光パルス信号のS/N比を大きくすることができ、PLLのループゲインを大きくすることができる。すなわち、より大きなタイミングジッタに対してもPLL系として機能する。
また、光変調部が、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号を、第1NRZ信号と第2NRZ信号とに分岐する光分岐器と、第1NRZ信号の位相を遅延させる光位相調整器と、位相遅延された第1NRZ信号と第2NRZ信号とを合波して光パルス信号を生成する光合波器とを備える構成にすれば、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号から、ビットレート周波数に等しいクロック信号を抽出することができる。
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に、各構成要素の配置関係等を概略的に示したものに過ぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これらは単なる好適例に過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
(第1実施形態)
図1を参照して、第1実施形態のクロック信号抽出装置について説明する。図1は、第1実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例を示す概略的ブロック図である。
クロック信号抽出装置10は、光変調部20aと、基準信号生成部30aと、位相比較部40aと、変調電気信号生成部50と、クロック信号生成部60aとを備えている。
外部からの入力光信号(図中、矢印S101aで示す。)は、クロック信号抽出装置10の光変調部20aに入力される。ここで、入力光信号S101aの時間基準を与えるクロック周波数は、第1の周波数f1又は第2の周波数f2である。第1の周波数f1と第2の周波数f2は異なるものとし、ここでは、第2の周波数f2は、第1の周波数f1よりも大きいものとして説明する。
光変調部20aは、電界吸収型光変調器(EAM:Electro−absorption Modulator)22、増幅器26及びバイアス電源24を備えている。光変調部20aに入力された入力光信号S101aは、EAM22に入力される。また、EAM22には、変調電気信号生成部50で生成された変調電気信号(図中、矢印S151で示す。)が、増幅器26で増幅され、さらに、バイアス電源24でバイアス電圧が印加された後、入力される。この変調電気信号S151の周波数は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられる変調周波数fm(=(f1+f2)/2)である。
EAM22に設けられた光導波路を光信号が伝播する際に、その導波路の有する吸収係数が、EAM22に制御信号として入力される変調電気信号S151の周波数に従って変動する。すなわち、EAM22に入力された入力光信号S101aは、変調周波数fmの周波数で、光導波路を伝播する光信号が透過されたり遮断されたりして、強度変調される。その結果、変調周波数fmの透過窓を通過できた成分が、変調光パルス信号(図中、矢印S121aで示す。)として出力される。
入力光信号S101aがクロック周波数f1を有するとき、EAM22から出力される変調光パルス信号S121aが持つ信号成分は、変調周波数fm、及び入力光信号S101aが有するクロック周波数f1の他に、ミキシング信号として出力される、(f2−f1)/2(=fm−f1)になる。
また、入力光信号S101aがクロック周波数f2を有するとき、EAM22から出力される変調光パルス信号S121aが持つ信号成分は、変調周波数fm、及び入力光信号S101aが有するクロック周波数f2の他に、ミキシング信号として出力される、(f2−f1)/2(=f2−fm)になる。
EAM22から出力された変調光パルス信号S121aは、位相比較部40aへ送られる。
基準信号生成部30aは、クロック信号発生器32を備えていて、基準周波数f0の基準電気信号を生成する。クロック信号発生器32は、基準周波数f0の基準クロック信号S133を生成する。ここで、基準周波数f0は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる。すなわち、基準周波数f0は、f0=(f2−f1)/2の関係を満たす。
クロック信号発生器32で生成された基準クロック信号S133は、基準電気信号として用いられる。基準電気信号は、2分岐されて一方(図中、矢印S131aで示す。)が位相比較部40aに送られ、他方(図中、矢印S132aで示す。)がクロック信号生成部60aに送られる。
位相比較部40aは、光電変換器42、バンドパスフィルタ44、位相比較器46及びループフィルタ48を備えていて、変調光パルス信号S121aと基準電気信号S131aの位相を比較して、比較結果を位相比較信号(図中、矢印S141aで示す。)として出力する。
位相比較部40aへ送られた変調光パルス信号S121aは、光電変換器42で変調電気パルス信号S122に変換される。光電変換器42から出力される変調電気パルス信号S122は、バンドパスフィルタ44に送られる。このバンドパスフィルタ44の、透過帯域の中心周波数(以下、単に透過周波数と称する。)は、基準周波数f0に等しく設定されている。変調電気パルス信号S122が、このバンドパスフィルタ44でフィルタリングされた結果、入力光信号S101aの周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの場合であっても、基準周波数f0の電気パルス信号S124が出力される。
バンドパスフィルタ44から出力された電気パルス信号S124及び基準電気信号生成部30aから入力された基準電気信号S131aは、いずれも位相比較器46に入力される。位相比較器46は、電気パルス信号S124及び基準電気信号S131aの位相を比較し、その比較結果を位相差電気信号S126として出力する。位相比較器46から出力される位相差電気信号S126の電圧は、電気パルス信号S124及び基準電気信号S131a間の位相差の大きさに比例して大きくなる。電気パルス信号S124及び基準電気信号S131aの位相が合致していれば、すなわち両者の位相差が0であれば、位相差電気信号S126の電圧は0Vになる。
位相比較器46から出力される位相差電気信号S126は、ループフィルタ48に入力される。ループフィルタ48は、PLL(Phase Locked Loop)系の回路で用いられる従来周知のものとすることができ、例えば、ラグリードフィルタが用いられる。ループフィルタ48は、入力された位相差電気信号S126の強度を時間的に平均化して、位相比較信号S141aとして出力する。
変調電気信号生成部50は、電圧制御型発振器(VCO:Voltage Cotrolled Oscillator)52を備えている。変調電気信号生成部50のVCO52に位相比較信号S141が入力される。VCO52は、入力される位相比較信号S141aの電圧に比例する周波数の正弦波電気信号である、変調電気信号S150を出力する機能を有している。VCO52が位相比較信号S141aの電圧が0Vのときに出力する周波数、すなわち中心周波数を変調周波数fmに設定しておけば、変調光パルス信号S121aの位相と、基準電気信号S131aの位相とが合致した場合に、VCO52は、周波数が変調周波数fmである変調電気信号S150を出力する。変調電気信号S150は2分岐され、一方(図中、矢印S151で示す。)が光変調部20aに送られ、他方(図中、矢印S152で示す。)がクロック信号生成部60aに送られる。
この構成では、変調電気パルス信号S121aと基準電気信号S131aの位相を、位相比較器46で比較して、その差成分である位相差電気信号S126をループフィルタ48によって、位相比較信号S141aとして抽出する。そして、位相比較信号S141aをVCO52に入力することで、クロック信号抽出装置10は、VCO52の発振信号の位相を、入力光信号S101aに合わせ込む構成のPLL系の回路構成になっている。
クロック信号生成部60aは、ミキサー62、第1出力フィルタ64a及び第2出力フィルタ64bを備えている。ミキサー62は、変調電気信号S152と基準電気信号S132aをミキシングして、変調電気信号S152及び基準電気信号S132aの和周波信号及び差周波信号を含む合成信号(図中、S164で示す。)を生成する。合成信号は、合成信号S164を第1合成信号(図中、矢印S165aで示す。)及び第2合成信号(図中、矢印S165bで示す。)に2分岐される。2分岐された一方の第1合成信号S165aは、第1出力フィルタ64aに送られる。また、他方の第2合成信号S165bは、第2出力フィルタ64bに送られる。
第1出力フィルタ64aの透過周波数を、第1の周波数f1にすると、第1出力フィルタ64aは、第1合成信号S165aのうち、周波数が第1の周波数f1の成分を透過させる。変調周波数fmはfm=(f1+f2)/2の関係式で与えられ、基準周波数f0はf0=(f2−f1)/2の関係式で与えられるので、第1合成信号S165aに含まれる差周波信号の周波数は、第1の周波数f1(=fm−f0)になる。
第2出力フィルタ64bの透過周波数を、第2の周波数f2にすると、第2出力フィルタ64bは、第2合成信号S165bのうち、周波数が第2の周波数f2の成分を透過させる。この場合、第2合成信号S165bに含まれる和周波信号の周波数が、第2の周波数f2(=fm+f0)になる。
第1出力フィルタ64aから出力される第1出力信号S161a及び第2出力フィルタ64bから出力される第2出力信号S161bのいずれか一方がクロック信号となる。
なお、この構成では、クロック信号抽出装置10は、クロック信号の出力端子を2つ備えて、それぞれ第1出力信号及び第2出力信号をクロック信号として出力する。このため、クロック信号抽出装置10の外部に設けられた回路等により、第1出力信号及び第2出力信号の一方を選択して、クロック信号として用いる必要がある。
ここで、第1の周波数f1及び第2の周波数f2は、f0<f1及びf0<f2を満たす必要がある。この関係を満たさない場合、位相比較器46に入力される電気パルス信号に、他の周波数成分が含まれ、ノイズの原因となるからである。特に、基準周波数f0が、第1又は第2の周波数f1又はf2の逓倍にならないようにしなければならない。
ここで、入力光信号として、SDH/SONETにおける、誤り訂正符号(FEC)が無い場合とFECがある場合の2つの異なるデータレートの光パルス信号が入力される例について説明する。
例えば、第1の周波数f1は、FECが無い場合のクロック周波数であり、39.81312[GHz](データレートは39.81312Gbps)になる。また、第2の周波数f2は、FECがある場合のクロック周波数であり、41.25[GHz](データレートは41.25Gbps)になる。変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられるので、40.53156[GHz]になる。また、基準周波数f0は、第1の周波数f1と第2の周波数f2の差の2分の1で与えられるので、0.71844GHzになる。
なお、第1の周波数f1及び第2の周波数f2は、この例に限定されない。ここで、基準周波数f0を1GHz以内にすると、光電変換器42の周波数帯域が低くなるので、好適である。
第1実施形態のクロック信号抽出装置によれば、入力光信号のクロック周波数を第1の周波数f1又は第2の周波数f2としている。この入力光信号に対して、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の平均値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調を行って変調光パルス信号を生成している。その結果、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであっても、変調光パルス信号の周波数は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1になる。変調光パルス信号と、基準周波数f0の基準電気信号との位相差が0になるように、上述の変調電気信号の位相を調整し、さらに、変調電気信号と基準電気信号との和周波信号及び差周波信号を含む合成信号を生成すれば、クロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの信号が入力されても、クロック信号を抽出することができる。
その結果、1つのクロック信号抽出装置で、異なる2種のクロック周波数の信号に対してクロック信号を抽出することができる。
(第1実施形態の他の構成例1)
図2を参照して、第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例について説明する。図2は、第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
この構成例のクロック信号抽出装置11は、光変調部20bの構成が図1を参照して説明した光変調部20aと異なっており、光変調部以外の構成は同様である。従って、ここでは、光変調部20bの構成について説明し、他の部分の構成の説明を省略する。
光変調部20bは、第1EAM22a、光増幅器23、第2EAM22b、増幅器26及び位相調整器28を備えている。
光変調部20bに入力された変調電気信号S151は、増幅器26で増幅された後、2分岐される。一方(図中、矢印S158で示す。)は、第1EAM22aに送られ、他方(図中、矢印S159で示す。)は、位相調整器28で位相が調整された後、第2EAM22bに入力される。
第1EAM22aは、入力された入力光信号S101aを、変調電気信号S158で変調する。光増幅器23は、第1EAM22aで変調された光信号(図中、矢印S105で示す。)を増幅する。第2EAM22bは、光増幅器23で増幅された光信号(図中、矢印S106で示す。)を、変調電気信号S159で変調する。
この構成によれば、入力光信号S101aが2つのEAM22a及び22b、すなわち2つの透過窓を通過することになるので、EAMが1つの場合に比べて、変調光パルス信号の時間幅を狭くすることが可能になる。この結果、光パルス信号のS/N比を大きくすることができ、PLLのループゲインを大きくすることができる。すなわち、より大きなタイミングジッタに対してもPLL系として機能するクロック信号抽出装置を提供することが可能になる。
(第1実施形態の他の構成例2)
図3を参照して、第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例について説明する。図3は、第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
この構成例のクロック信号抽出装置12は、光変調部20cが光位相制御部70を備える点が、図1を参照して説明した光変調部20aと異なっており、光変調部20c以外の構成は同様である。従って、ここでは、光変調部20cの構成について説明し、他の部分の構成の説明を省略する。
光位相制御部70は、NRZ(Non Return to Zero)符号を用いて符号化されたNRZ信号を、RZ信号に変換する機能を有している。光位相制御部70は、光分岐器72、光位相調整器74及び光合波器76を備えている。
光分岐器72は、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号S101bを、第1NRZ信号S103a及び第2NRZ信号S103bに2分岐する。光位相調整器74は、第1NRZ信号S103aの位相を遅延させる。光合波器76は、光位相調整器74で位相遅延された第1NRZ信号S103aと、第2NRZ信号S103bとを合波して光パルス信号S105を生成する。光位相調整器74における、第1NRZ信号S103aの位相の遅延量は、入力光信号S101bの周期がTの場合、その半分のT/2とする。
図4を参照して、[101011]のデジタル信号を示すNRZ信号をRZ信号に変換する方法について説明する。図4では、横軸に時間をとって示し、及び縦軸に光強度をとって示している。なお、横軸及び縦軸はともに、任意スケールとしている。
図4(A)は、入力光信号S101bを示している。ここでは入力光信号S101bをNRZ信号としているので、[11]と連続する場合にその間の光強度は0にならない。
図4(B)は、光位相調整器74で遅延された第1NRZ信号S103aを示している。このとき、第2NRZ信号S103bは、遅延されないので、図4(A)に示された波形と同じ波形として観測されることになる。
ここで、第1NRZ信号S103aと第2NRZ信号S103bの搬送波の位相が光合波器において同位相であれば、第1NRZ信号S103aと第2NRZ信号S103bの光強度は単純に加算され、光位相制御部70から出力される光パルス信号は、図4(C)に示す形状の光パルス信号になる。しかし、光合波器76において、第1NRZ信号S103aが第2NRZ信号S103bに対して搬送波の位相がちょうど半波長ずれていれば、光位相制御部70から出力される光パルス信号は、図4(D)に示す形状の光パルス信号になる。
図4(A)又は図4(B)に示す形状の光パルス信号を、光電変換器に入力して電気パルス信号に変換し、バンドパスフィルタでフィルタリングしても、周波数が1/TのRF信号を抽出することはできない。なぜならば、図4(A)で示す光パルス信号を光電変換して得られる電気信号には、周波数1/2Tの破線で示した正弦波形状のRF信号成分を含んでいるが、周波数1/TのRF信号成分を含んでいないからである。
一方、図4(D)に示す形状の光パルス信号を、光電変換器に入力して電気パルス信号に変換し、バンドパスフィルタでフィルタリングすれば、周波数が1/TのRF信号を抽出することができる。これは、図4(D)で示す光パルス信号を光電変換して得られる電気信号には、周波数1/TのRF信号成分が含まれているからである。
図4(D)に示す形状の光パルス信号を得るための条件は、光位相調整器によって、第1NRZ信号S103aに、第2NRZ信号S103bに対して周期(T)の半分の時間(T/2)に相当する時間遅延を与え、かつ、搬送波の位相がちょうど半波長ずれるように調整することが必要である。周期の半分の時間に相当する遅延量と、搬送波の位相の半分に相当する遅延量とは独立の物理量であるので、常に上記の条件を満たす共通の遅延量が存在するわけではない。
しかし、第1NRZ信号S103a及び第2NRZ信号S103bのデータレートが40Gbpsの光パルス信号であって、搬送波の波長が1.5μmの場合、周期の半分の時間T/2に相当する時間遅延量を生じさせる光路長LはL=T/2・cで与えられ、3.75mmになる。一方、搬送波の位相の半分に相当する遅延量を生じさせる光路長lは、λ/2で与えられ、0.75μmになる。
すなわち、第1NRZ信号S103aに周期の半分の時間に相当する時間遅延を与えるためには、光位相調整器74によって、3.75mmの光路長を第1NRZ信号S103aに付加すればよい。さらに、第1NRZ信号S103aを、搬送波の位相が半波長ずれるように調整するためには、さらに0.75μmの光路長の調整を行うことになる。この再度の調整によって、光位相制御部70から出力される光パルス信号の形状が、図4(D)に示される形状になる。
第1NRZ信号S103aに3.75mmの光路長を付加した上でさらに±0.75μmの範囲で光路長の調整を行っても、近似的には、充分な精度で、第1NRZ信号S103aに対して周期の半分の時間に相当する時間遅延を与える機能には影響しない。すなわち、3.75mmの光路長に対して、0.75μmの光路長は、実用上充分に短いとして無視できる量である。従って、第1NRZ信号S103aに対して、周期の半分の時間に相当する時間遅延を与えた上で、搬送波の位相を半波長ずらす光路長を付加することは、実用上可能である。
この構成によれば、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号から、データレートに等しいクロック信号を抽出することができる。
(第2実施形態)
図5を参照して、第2実施形態のクロック信号抽出装置の構成例について説明する。図5は、第2実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
クロック信号抽出装置13は、光変調部20aと、基準信号生成部30bと、位相比較部40bと、変調電気信号生成部50と、クロック信号生成部60aとを備えている。
入力光信号S101aは、クロック信号抽出装置13の光変調部20aに入力される。ここで、入力光信号S101aの時間基準を与えるクロック周波数は、第1の周波数f1又は第2の周波数f2である。第1の周波数f1と第2の周波数f2は異なるものとし、ここでは、第2の周波数f2は、第1の周波数f1よりも大きいものとして説明する。
光変調部20aは、EAM22、増幅器26及びバイアス電源24を備えている。光変調部20aに入力された入力光信号S101aは、EAM22に入力される。EAM22には、変調電気信号生成部50で生成された変調電気信号(図中、矢印S151で示す。)が、増幅器26で増幅され、さらに、バイアス電源24でバイアス電圧が印加された後、入力される。この変調電気信号S151の周波数を、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の間の値で与えられる、変調周波数fmとする。
基準信号生成部30bには、入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであるかを示すモニタ信号(図中、矢印S125で示す。)が入力される。このモニタ信号S125は、後述するように、位相比較部40bで生成される。
基準信号生成部30bは、モニタ信号S125が示す入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1のときは、周波数が第1基準周波数f01である基準電気信号を出力する。また、基準信号生成部30bは、入力光信号S101aのクロック周波数が第2の周波数f2のときは、周波数が第2基準周波数f02である基準電気信号を出力する。
第1基準周波数f01は、第1の周波数f1と変調周波数fmの差で与えられる。また、第2基準周波数f02は、第2の周波数f2と変調周波数fmの差で与えられる。
例えば、変調周波数fmを、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を1:(n−1)に内分する値(nは3以上の整数)で与えることができる。すなわち、fm=((n−1)×f1+f2)/nである。このとき、第1基準周波数f01は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差のn分の1、すなわち、f01=(f2−f1)/n(=fm−f1)で与えられる。また、第2基準周波数f02は、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差のn分の(n−1)、すなわち、f02=(f2−f1)×(n−1)/n(=f2−fm)で与えられる。
この場合、基準信号生成部30bは、クロック信号発生器32、(n−1)逓倍器36及びスイッチ38を備えて構成される。
クロック信号発生器32は、周波数が第1基準周波数f01である基準クロック信号S133を出力する。基準クロック信号S133は、第1クロック信号S133aと第2クロック信号S133bとに2分岐される。(n−1)逓倍器36は、第2クロック信号S133bを(n−1)逓倍して、第2基準周波数f02の第3クロック信号S133cを生成する。
スイッチ38は、第1及び第2の入力ポート、制御ポート及び出力ポートを備える2:1スイッチを用いることができる。このスイッチ38は、制御ポートから入力された制御信号に応じて、第1及び第2の入力ポートのいずれか一方から入力された信号を選択して、出力ポートから出力する機能を有する。
スイッチ38には、入力信号として、第1クロック信号133a及び第3クロック信号S133bが入力され、また、制御信号としてモニタ信号S125が入力される。スイッチ38は、モニタ信号S125が示す、入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1であるときは、第1クロック信号S133aを基準電気信号として出力する。また、入力光信号S101aのクロック周波数が第2の周波数f2であるときは、スイッチ38は、第3クロック信号S133cを基準電気信号として出力する。基準信号生成部30bで生成された基準電気信号は、2分岐されて一方(図中、矢印S131bで示す。)が位相比較部40bに送られ、他方(図中、矢印S132bで示す。)がクロック信号生成部60aに送られる。
なお、ここでは、基準信号生成部30bは、クロック信号発生器32、(n−1)逓倍器36及びスイッチ38を備える例について説明したが、基準信号生成部30bの構成はこれに限定されない。
例えば、それぞれ、第1基準周波数f01及び第2基準周波数f02のいずれかのクロック信号を出力する、2つのクロック信号発生器を備える構成にしてもよい。この場合、スイッチにより2つのクロック信号発生器の出力のいずれか一方を選択して基準電気信号として出力する構成にすることができる。
また、互いに異なる逓倍数で逓倍する2つの逓倍器を備える構成にし、1つのクロック信号発生器の出力を2分岐し、それぞれ異なる逓倍数で逓倍した後、スイッチによりいずれか一方を選択して基準電気信号として出力する構成にしても良い。
EAM22に設けられた光導波路を光信号が伝播する際に、その導波路の有する吸収係数が、EAM22へ入力される変調電気信号S151の周波数に従って変動する。すなわち、変調周波数fmで、光導波路を伝播する光信号が透過されたり、遮断されたりする。EAM22に入力された光パルス信号は、EAM22で強度変調されて、変調周波数fmの透過窓を通過できた成分が、変調光パルス信号S121dとして出力される。EAM22から出力された変調光パルス信号S121dは、位相比較部40bへ送られる。
入力光信号S101aがクロック周波数f1を有するとき、EAM22から出力される変調光パルス信号S121dが持つ信号成分は、変調周波数fm、及び入力光信号S101aが有するクロック周波数f1の他に、ミキシング信号として出力される、fm−f1=f01になる。
また、入力光信号S101aがクロック周波数f2を有するとき、EAM22から出力される変調光パルス信号S121dが持つ信号成分は、変調周波数fm、及び入力光信号S101aが有するクロック周波数f2の他に、ミキシング信号として出力される、f2−fm=f02になる。
位相比較部40bは、変調光パルス信号S121dと基準電気信号S131bの位相を比較して、比較結果を位相比較信号S141dとして出力する。
位相比較部40bは、光電変換器42、第1バンドパスフィルタ44a、第2バンドパスフィルタ44b、スイッチ47、位相比較器46、ループフィルタ48及び強度比較器45を備えている。位相比較部40bへ送られた変調光パルス信号S121dは、光電変換器42で変調電気パルス信号S122に変換される。光電変換器42から出力される変調電気パルス信号S122は第1変調電気パルス信号S122aと第2変調電気パルス信号S122bとに2分岐される。第1変調電気パルス信号S122aは第1バンドパスフィルタ44aに送られ、第2変調電気パルス信号S122bは第2バンドパスフィルタ44bに送られる。
この例では、第1バンドパスフィルタ44aの透過周波数は、第1基準周波数f01である。第1バンドパスフィルタ44aは、第1変調電気パルス信号S122aをフィルタリングして、第1基準周波数f01の第1電気パルス信号S124aを出力する。
また、第2バンドパスフィルタ44bの透過周波数は、第2基準周波数f02である。第2バンドパスフィルタ44bは、第2変調電気パルス信号S122bをフィルタリングして、周波数が第2基準周波数f02の第2電気パルス信号S124bを出力する。
第1バンドパスフィルタ44aから出力された第1電気パルス信号S124aは、2分岐されて、一方がスイッチ47に送られ、他方が強度比較器45に送られる。同様に、第2バンドパスフィルタ44bから出力された第2電気パルス信号S124bは2分岐されて、一方がスイッチ47に送られ、他方が強度比較器45に送られる。
強度比較器45は、第1電気パルス信号S124aと第2電気パルス信号S124bの強度を比較する。比較の結果、第1電気パルス信号S124aの強度が、第2電気パルス信号S124bの強度よりも大きい場合、強度比較器45は、入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1であると判定する。一方、第1電気パルス信号S124aの強度が、第2電気パルス信号S124bの強度よりも小さい場合、強度比較器45は、入力光信号S101aのクロック周波数が第2の周波数f2であると判定する。強度比較器45は、入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであるかを示すモニタ信号S125を生成して出力する。
なお、ここでは、強度比較器45に、第1及び第2バンドパスフィルタ44a及び44bの出力である第1及び第2電気パルス信号S124a及びS124bを入力する構成としたが、この例に限定されない。例えば、強度比較器が、複数の、互いに異なる透過周波数のバンドパスフィルタを内蔵している場合には、光電変換器42から出力される変調電気パルス信号を分岐して、強度比較器45に入力する構成としても良い。
スイッチ47は、基準信号生成部30bが備えるスイッチ38と同様の、第1及び第2の入力ポート、制御ポート及び出力ポートを備える2:1スイッチを用いることができる。
スイッチ47の第1及び第2ポートには、それぞれ第1電気パルス信号S124a及び第2電気パルス信号S124bが入力される。スイッチ47の制御ポートには、モニタ信号S125が入力される。スイッチ47は、モニタ信号S125が示すクロック周波数が第1の周波数f1のとき、第1電気パルス信号S124aをパルス出力信号S128として選択して出力する。また、モニタ信号S125が示すクロック周波数が第2の周波数f2のとき、第2電気パルス信号S124bをパルス出力信号S128として選択して出力する。
スイッチ47から出力されたパルス出力信号S128と、基準電気信号S131bは、いずれも位相比較器46に入力される。位相比較器46は、パルス出力信号S128及び基準電気信号S131bの位相を比較し、その比較結果を位相差電気信号S126として出力する。位相比較器46から出力される位相差電気信号S126は、パルス出力信号S128及び基準電気信号S131bの位相が合致していれば出力電圧が0Vとなり、位相差の大きさに比例して位相差電気信号S126の出力電圧が大きくなる。
位相比較器から出力される電気信号は、ループフィルタ48に入力される。ループフィルタ48は、入力された電気信号の強度を時間的に平均化して、位相比較信号S141dとして出力する。
変調電気信号生成部50は、VCO52を備えている。変調電気信号生成部50のVCO52に位相比較信号S141dが入力される。VCO52は、周波数が入力される位相比較信号S141dの電圧に比例する、変調電気信号S150を出力する機能を有している。VCO52の中心周波数を変調周波数fmに設定しておけば、変調光パルス信号の位相と、基準電気信号の位相とが合致した場合に、VCO52は、変調周波数fmの変調電気信号を出力する。変調電気信号は2分岐され、一方(図中、矢印S151で示す。)が光変調部20aに送られ、他方(図中、矢印S152で示す。)がクロック信号生成部60aに送られる。
クロック信号生成部60aは、ミキサー62、第1出力フィルタ64a及び第2出力フィルタ64bを備えている。ミキサー62は、変調電気信号S152と基準電気信号S132bをミキシングして、変調電気信号S152及び基準電気信号S132bの和周波信号及び差周波信号を含む合成信号S164を生成する。合成信号S164は、第1合成信号S165a及び第2合成信号S165bに2分岐される。2分岐された一方の第1合成信号S165aは、第1出力フィルタ64aに送られる。また、2分岐された他方の第2合成信号S165bは、第2出力フィルタ64bに送られる。
第1出力フィルタ64aは、透過周波数が第1の周波数f1である。変調電気信号の周波数は変調周波数fmであり、基準電気信号の周波数は第1基準周波数f01(=fm−f1)及び第2基準周波数f02(=f2−fm)のいずれかである。基準電気信号の周波数が第1基準周波数f01のとき、合成信号に含まれる差周波信号の周波数は、第1の周波数f1になる。
第2出力フィルタ64bは、透過周波数が第2の周波数f2である。基準電気信号の周波数が第2基準周波数f02のとき、合成信号に含まれる和周波信号の周波数は、第2の周波数f2になる。
この結果、入力光信号S101aのクロック周波数が第1の周波数f1のときは、第1出力フィルタから出力される第1出力信号をクロック信号として選択し、入力光信号S101aのクロック周波数が第2の周波数f2のときは、第2出力フィルタ64bから出力される第2出力信号をクロック信号として選択すればよい。
第1の周波数f1が39.81312[GHz]であり、第2の周波数f2が41.25[GHz]であり、及びnが3である場合の例について説明する。この場合、変調周波数fmは、第1の周波数f1及び第2の周波数f2を2:1に内分する値であるので、40.29208[GHz]になる。このとき、第1基準周波数f01は、0.47896[GHz](=fm−f1)になり、及び、第2基準周波数f02は、0.95792[GHz](=f2−fm)になる。
第2実施形態のクロック信号抽出装置によれば、変調電気信号の周波数fmを、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の間の値にし、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、基準電気信号の周波数が、第1基準周波数f01になり、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、基準電気信号の周波数が、第2基準周波数f02になる構成にしている。
この構成によれば、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1のときは、変調電気信号と、第1基準周波数f01の基準電気信号とがミキシングされて得られる合成信号に含まれる、差周波信号の周波数が第1の周波数f1になる。また、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2のときは、変調電気信号と、第2基準周波数f02の基準電気信号とがミキシングされて得られる合成信号に含まれる、和周波信号の周波数が第2の周波数f2になる。
この結果、クロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの信号が入力されても、1つのクロック信号抽出装置でクロック信号を抽出することができる。さらに、変調光パルス信号の周波数ごとの強度を用いて、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれであるかを示すモニタ信号を生成することができる。
なお、第2実施形態においても、光変調部20aの構成を、図2を参照して説明した、第1実施形態の他の構成例1と同様の構成にすることができる。この構成によれば、第2実施形態の効果に加えて、より大きなタイミングジッタに対してもPLL系として機能するクロック信号抽出装置を提供することが可能になるという効果が得られる。
また、光変調部20aの構成を、図3を参照して説明した、第1実施形態の他の構成例2と同様の構成にしてもよい。この構成によれば、第2実施形態の効果に加えて、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号から、ビットレート周波数に等しいクロック信号を抽出することができるという効果が得られる。
(第2実施形態の他の構成例)
図6を参照して、第2実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例について説明する。図6は、第2実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
この構成例のクロック信号抽出装置14では、クロック信号生成部60bが、ミキサー62と可変バンドパスフィルタ65を備える点が図5を参照して説明した構成例と異なっている。可変バンドパスフィルタ65は、従来周知であり、外部からの信号の入力に応じて、透過周波数を変化させることができる。ここでは、モニタ信号S125を入力し、入力光信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの信号であるかに応じて、透過周波数を、第1の周波数f1と第2の周波数f2とに切換える。
この構成によれば、クロック信号抽出装置から出力されるクロック信号は、1つの端子から出力されることになり、外部からの出力の選択が不要になる。
(第3実施形態)
図7を参照して、第3実施形態のクロック信号抽出装置の構成例について説明する。図7は、第3実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例の概略的ブロック図である。
第3実施形態のクロック信号抽出装置15は、位相比較部40cがm逓倍器49を備える点が、図1を参照して説明した第1実施形態のクロック信号抽出装置と異なっている。それ以外の構成は、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
m逓倍器49は、位相比較部40cに入力された基準電気信号S131をm逓倍した、m逓倍基準信号S129を生成し、当該m逓倍基準信号S129を位相比較器46に送る。ここでは、m=4の場合、すなわち、m逓倍器49が4逓倍器である例について説明する。ここで、基準電気信号の周波数である、基準周波数f0は、第1実施形態と同様に、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる。
この第3実施形態のクロック信号抽出装置15には、クロック周波数が第1の周波数f1又は第2の周波数f2である光信号が時分割多重(TDM:Time Division Multiplexing)された入力光信号が入力される。ここでは、時分割多重の多重数(又は、逓倍数)を4としている。すなわち、入力光信号のクロック周波数は、4×f1と4×f2のいずれかになる。
EAM22には、変調周波数fm=(f1+f2)/2の変調電気信号S151が入力されており、4×(fm−f1)=4×f0の透過窓を通過できた成分のみが濾し取られて、変調光パルス信号S121eとして出力される。この変調光パルス信号S121eは、光電変換器42で変調電気パルス信号S122に変換される。この変調電気パルス信号S122は、バンドパスフィルタ44に入力される。バンドパスフィルタ44は、この変調電気パルス信号S122が有する周波数成分のうち、周波数(fm−f1)のm逓倍(一般には、mは2以上の整数であり、ここでは4としている)の周波数4×(fm−f1)の電気パルス信号S124のみを選択して出力する。
バンドパスフィルタ44から出力された電気パルス信号S124、及びm逓倍基準電気信号S129は、いずれも位相比較器46に入力される。位相比較器46は、電気パルス信号S124及びm逓倍基準電気信号S129の位相を比較し、その比較結果を位相差電気信号S126として出力する。位相差電気信号S126は、電気パルス信号S124及びm逓倍基準電気信号S129の位相が合致していれば出力電圧が0Vとなり、位相差の大きさに比例して、出力電圧が大きくなる。
第3実施形態のクロック信号抽出方法及びクロック信号抽出装置によれば、クロック周波数が第1の周波数f1又は第2の周波数f2である光信号を時分割多重した入力光信号に対して、変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を生成している。この結果、光パルス信号のクロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれの光信号を時分割多重したものであっても、変調光パルス信号の周波数は、基準周波数f0に等しくなる。変調光パルス信号と、周波数が基準周波数f0の4逓倍で与えられる基準電気信号との位相差が0になるように変調電気信号の位相を調整し、さらに、変調電気信号と基準電気信号の和周波信号及び差周波信号を生成すれば、クロック周波数が第1の周波数f1及び第2の周波数f2のいずれかの光信号を時分割多重した光信号が入力されても、第1の周波数f1又は第2の周波数f2のクロック信号を抽出することができる。
この結果、1つのクロック信号抽出装置で、時分割多重された、異なる2種のクロック周波数の信号に対してクロック信号を抽出することができる。
なお、第3実施形態においても、光変調部20aの構成を、図2を参照して説明した、第1実施形態の他の構成例1と同様の構成にすることができる。この構成によれば、第3実施形態の効果に加えて、より大きなタイミングジッタに対してもPLL系として機能するクロック信号抽出装置を提供することが可能になるという効果が得られる。
また、光変調部20aの構成を、図3を参照して説明した、第1実施形態の他の構成例2と同様の構成にしてもよい。この構成によれば、第3実施形態の効果に加えて、NRZ符号を用いて符号化された入力光信号から、データレートに対応する周波数のクロック信号を抽出することができるという効果が得られる。
(第3実施形態の他の構成例)
図8を参照して、第2実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例について説明する。図8は、第3実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
この構成例のクロック信号抽出装置16では、位相比較部40dが、外部からの制御信号の入力に応答して基準信号を互いに異なる逓倍数で逓倍する複数の逓倍器と、透過周波数が基準電気信号の周波数と同じか又は互いに異なる逓倍数で逓倍した周波数である複数のバンドパスフィルタと、制御信号の入力に応答して、複数のバンドパスフィルタの出力の1つを選択して位相比較部へ送るスイッチを備えている点が、図7を参照して説明した構成例と異なっている。それ以外の構成は、図7を参照して説明したのと同様なので、重複する説明を省略する。
この構成例では、位相比較部40dが、第1〜3のバンドパスフィルタ44a〜44cを備えている。例えば、第1のバンドパスフィルタ44aの透過周波数をf0とし、第2のバンドパスフィルタ44bの透過周波数を2×f0とし、及び、第3のバンドパスフィルタ44cの透過周波数を4×f0とする。第1〜3のバンドパスフィルタ44a〜44cの出力信号は、第1のスイッチ47aに送られる。
第1のスイッチ47aとしては、第1〜3の入力ポート、制御ポート及び出力ポートを備える、従来周知のスイッチを用いることができる。第1のスイッチ47aに、入力光信号が1逓倍、2逓倍、4逓倍のいずれの逓倍数で時分割多重されたものであるかを示す制御信号S191が入力される。第1のスイッチ47aは、制御信号S191が示す逓倍数に応じて、第1〜3のバンドパスフィルタ44a〜44cの出力の一つを選択して、パルス出力信号S128bとして位相比較器46に送る。
基準電気信号S131aは、第1〜3の基準電気信号に3分岐される。第1基準電気信号は、そのまま第2のスイッチ47bに送られる。第2基準電気信号は、2逓倍器49aで2逓倍された後、第2のスイッチ47bに送られる。第3基準電気信号は、4逓倍器49bで4逓倍された後、第2のスイッチ47bに送られる。
第2のスイッチ47bとしては、第1〜3の入力ポート、制御ポート及び出力ポートを備える、従来周知のスイッチを用いることができる。第2のスイッチ47bに、入力光信号が1逓倍、2逓倍、4逓倍のいずれの逓倍数で時分割多重されたものであるかを示す制御信号S191が入力される。第2のスイッチは、制御信号S191が示す逓倍数に応じて、第1〜3の基準電気信号のいずれか一つを選択して、逓倍基準電気信号S129bとして位相比較器46に送る。
位相比較器46は、パルス出力信号S128bと逓倍基準電気信号S129bとの位相を比較して、その比較結果を位相差電気信号S126として出力する。
この構成によれば、入力光信号が時分割多重されている場合に、その逓倍数に応じて、制御信号でバンドパスフィルタ及び基準電気信号の切換を行うことができる。すなわち、1つのクロック信号抽出装置で、第1の周波数f1及び第2の周波数f2の入力光信号、及びこの入力光信号を逓倍した時分割多重信号に対して、クロック信号を抽出することができる。
なお、ここでは、入力光信号が1逓倍、すなわち時分割多重されていないものと、2逓倍及び4逓倍の逓倍数で時分割多重されたもののいずれかである例について説明したが、この例に限定されない。使用される光通信ネットワークの構成に応じて、好適な逓倍数に設定すればよい。
(第4実施形態)
図9を参照して、第4実施形態のクロック信号抽出装置の構成例について説明する。図5は、第4実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。
クロック信号抽出装置17は、光変調部20aと、基準信号生成部30cと、位相比較部40eと、変調電気信号生成部50と、クロック信号生成部60cとを備えている。
入力光信号S101eは、クロック信号抽出装置17の光変調部20aに入力される。ここで、入力光信号S101eの時間基準を与えるクロック周波数は、第1〜第pの周波数のいずれかとする(pは2以上の整数)。第1〜第pの周波数f1〜fpは異なるものとし、ここでは、第1〜第pの周波数f1〜fpは、順次に大きくなるものとして説明する。なお、以下ではpを4として説明する。
光変調部20aは、EAM22、増幅器26及びバイアス電源24を備えている。光変調部20aに入力された入力光信号S101eは、EAM22に入力される。EAM22には、変調電気信号生成部50で生成された変調電気信号S151が、増幅器26で増幅され、さらに、バイアス電源24でバイアス電圧が印加された後、入力される。
基準信号生成部30cには、光パルス信号のクロック周波数が第1〜第4の周波数のいずれであるかを示すモニタ信号S125が入力される。このモニタ信号S125は、後述するように、位相比較部40eで生成される。
基準信号生成部30cは、周波数がf01〜f04のいずれかである基準電気信号を生成するクロック信号発生器を備えている。ここでは、第1〜4基準周波数f01〜f04は、それぞれ第1〜第4の周波数f1〜f4と、変調周波数fmの差で与えられる。基準信号生成部30cは、第1〜第4基準電気信号S134a〜S134dをそれぞれ生成する第1〜4の基準クロック発生器32a〜32dを備えている。
第1〜第4の基準電気信号は、スイッチ38aに送られる。このスイッチ38aは、モニタ信号に応答して、入力光信号S101eのクロック周波数が第1の周波数f1であるときは、第1の入力ポートに入力された第1のクロック信号を基準電気信号として出力する。同様に、入力光信号のクロック周波数が第2の周波数f2であるときは、第2の入力ポートに入力された第2のクロック信号を基準電気信号として出力し、入力光信号のクロック周波数が第3の周波数f3であるときは、第3の入力ポートに入力された第3のクロック信号を基準電気信号として出力し、及び、入力光信号のクロック周波数が第4の周波数f4であるときは、第4の入力ポートに入力された第4のクロック信号を基準電気信号として出力する。基準信号生成部30cで生成された基準電気信号は、2分岐されて一方が位相比較部40eに送られ、他方がクロック信号生成部60cに送られる。
位相比較部40eは、変調光パルス信号S121gと基準電気信号S131cの位相を比較して、比較結果を位相比較信号S141gとして出力する。
位相比較部40eは、光電変換器42、第1〜第4バンドパスフィルタ44a〜44d、スイッチ47c、位相比較器46、ループフィルタ48及び強度比較器45aを備えている。位相比較部40へ送られた変調光パルス信号は、光電変換器42で変調電気パルス信号に変換される。光電変換器42から出力される変調電気パルス信号は、第1〜第4変調電気パルス信号に4分岐する。第1〜4変調電気パルス信号S122a〜S122dは、それぞれ第1〜第4バンドパスフィルタ44a〜44dに送られる。
第1〜4バンドパスフィルタ44a〜44dは、それぞれ入力される第1〜4変調電気パルス信号S122a〜S122dをフィルタリングして出力する。
第1〜4バンドパスフィルタからそれぞれ出力された第1〜第4電気パルス信号S124a〜S124dは、それぞれ2分岐されて、一方がスイッチ47cに送られ、他方が強度比較器45aに送られる。
強度比較器45aは、第1〜4バンドパスフィルタ44a〜44dから出力された第1〜4電気パルス信号S124a〜S124dの強度を比較する。比較の結果、第1電気パルス信号S124aの強度が、最も大きい場合、入力光信号S101eのクロック周波数が第1の周波数f1であると判定する。同様に、第2電気パルス信号S124bの強度が、最も大きい場合、入力光信号S101eのクロック周波数が第2の周波数f2であると判定し、第3電気パルス信号S124cの強度が、最も大きい場合、入力光信号S101eのクロック周波数が第3の周波数f3であると判定し、及び、第4電気パルス信号S124dの強度が、最も大きい場合、入力光信号S101eのクロック周波数が第4の周波数f4であると判定する。強度比較器45aは、入力光信号S101eのクロック周波数が第1〜第4の周波数f1〜f4のいずれであるかを示すモニタ信号S125を出力する。
スイッチ47cの第1〜第4ポートには、それぞれ第1〜4バンドパスフィルタ44a〜44dから出力された第1〜4電気パルス信号S124a〜124dが入力される。スイッチ47cの制御ポートには、モニタ信号S125が入力される。スイッチ47cは、入力光信号S101eのクロック周波数が第1〜4の周波数f1〜f4のいずれかであるかに対応して、第1〜4ポートのそれぞれから入力された信号を選択してパルス出力信号S128cとして出力する。
スイッチ47cから出力されたパルス出力信号S128c、及び基準電気信号S131cは、いずれも位相比較器46に入力される。位相比較器46は、パルス出力信号S128c及び基準電気信号S131cの位相を比較し、その比較結果を位相差電気信号S126として出力する。位相比較器46から出力される位相差電気信号S126は、パルス出力信号S128c及び基準電気信号131cの位相が合致していれば出力電圧が0Vとなり、位相差の大きさに比例して電気信号の出力電圧が大きくなる。
位相比較器46から出力される位相差電気信号S126は、ループフィルタ48に入力される。ループフィルタ48は、入力された位相差電気信号S126の強度を時間的に平均化して、位相比較信号S141gとして出力する。
変調電気信号生成部50は、VCO52を備えている。変調電気信号生成部50のVCO52に位相比較信号S141gが入力される。VCO52は、周波数が入力される位相比較信号の電圧に比例する、変調電気信号を出力する機能を有している。VCO52の中心周波数をfmに設定しておけば、変調光パルス信号の位相と、基準電気信号の位相とが合致した場合に、周波数がfmの変調電気信号S150を出力する。変調電気信号S150は2分岐され、一方が光変調部20aに送られ、他方がクロック信号生成部60cに送られる。
クロック信号生成部60cは、ミキサー62及び第1〜第4出力フィルタ64a〜64dを備えている。ミキサー62は、変調電気信号S152と基準電気信号S132cをミキシングして、変調電気信号及び基準電気信号の和周波信号及び差周波信号を含む合成信号S164を生成する。合成信号S164は第1〜第4合成信号S165a〜S165dに4分岐される。4分岐された第1〜4合成信号S165a〜S165dは、それぞれ第1〜4出力フィルタ64a〜64dに送られる。
第1〜4出力フィルタ64a〜64dは、それぞれ、第1〜4の周波数の信号を透過させる。
第1周波数f1及び第2周波数f2が、変調周波数fmよりも小さく、一方、第3周波数f3及び第4周波数f4が、変調周波数fmより大きい例について説明する。基準電気信号の周波数が、第1基準周波数f01(=fm−f1)の場合、変調電気信号と基準電気信号の合成信号のうち、差周波信号の周波数が、第1の周波数f1になる。同様に、基準電気信号の周波数が、第2基準周波数f02(=fm−f2)の場合、変調電気信号と基準電気信号の合成信号のうち、差周波信号の周波数が、第2の周波数f2になる。
また、基準電気信号の周波数が、第3基準周波数f03(=f3−fm)の場合、変調電気信号と基準電気信号の合成信号のうち、和周波信号の周波数が、第3の周波数f3になる。同様に、基準電気信号の周波数が、第4基準周波数f04(=f4−fm)の場合、変調電気信号と基準電気信号の合成信号のうち、和周波信号の周波数が、第4の周波数f4になる。
第4実施形態のクロック信号抽出装置によれば、クロック周波数が異なる第1〜第4の周波数f1〜f4のいずれの信号が入力されても、変調電気信号と基準電気信号の差周波信号又は和周波信号を利用することにより、1つのクロック信号抽出装置で、クロック信号を抽出することができる。
また、第1〜第4基準周波数が全て異なっている場合、第1〜第4電気パルス信号の強度を比較することで、入力光信号のクロック周波数が、第1〜第4の周波数f1〜f4の
のいずれであるかを示すモニタ信号が出力される。
第1実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例の概略的ブロック図である。 第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例(その1)の概略的ブロック図である。 第1実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例(その2)の概略的ブロック図である。 光位相制御部からの出力信号の説明に供する図である。 第2実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例の概略的ブロック図である。 第2実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。 第3実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例の概略的ブロック図である。 第3実施形態のクロック信号抽出装置の他の構成例の概略的ブロック図である。 第4実施形態のクロック信号抽出装置の一構成例の概略的ブロック図である。 従来のクロック信号抽出装置の概略的ブロック図(その1)である。 従来のクロック信号抽出装置の概略的ブロック図(その2)である。 従来のクロック信号抽出装置の概略的ブロック図(その3)である。
符号の説明
10、11、12、13、14、15、16、17 クロック信号抽出装置
20a、20b、20c 光変調部
22、122 電界吸収型光変調器(EAM)
22a、122a 第1電界吸収型光変調器(EAM)
22b、122b 第2EAM
23、123 光増幅器
24 バイアス電源
26、126 増幅器
28、128 位相調整器
30a、30b、30c 基準信号生成部
32、132 クロック信号発生器
38、47 スイッチ
40a、40b、40c、40d、40e 位相比較部
42、142 光電変換器(O/E)
44 バンドパスフィルタ
44a、144 第1バンドパスフィルタ
44b、165 第2バンドパスフィルタ
45 強度比較器
46、146 位相比較器
48、148 ループフィルタ
49、149 4逓倍器
50 変調電気信号生成部
52、152 電圧制御型発振器(VCO)
60a、60b、60c クロック信号生成部
62、162 ミキサー
64a 第1出力フィルタ
64b 第2出力フィルタ
65 可変バンドパスフィルタ
70、170 光位相制御部
72、172 光分岐器
74、174 光位相調整器
76、176 光合波器
110、111、112 クロック信号抽出装置
139、163 分岐器

Claims (17)

  1. 外部から入力された、クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の平均値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する光変調部と、
    前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる基準周波数f0の基準電気信号を出力する基準信号生成部と、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力する位相比較部と、
    前記位相比較信号が入力されて、前記変調電気信号を出力する変調電気信号生成部と、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、該合成信号をフィルタリングして、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2のクロック信号を出力するクロック信号生成部と
    を備えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
  2. 前記位相比較部は、
    前記変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
    前記変調電気パルス信号をフィルタリングして、前記基準周波数f0の電気パルス信号を出力するバンドパスフィルタと、
    前記電気パルス信号と、前記基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力する位相比較器と、
    前記位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である前記位相比較信号を出力するループフィルタと
    を備えることを特徴とする請求項1に記載のクロック信号抽出装置。
  3. 外部から入力された、クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の間の値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する光変調部と、
    前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2のいずれであるかを示すモニタ信号が入力されて、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1と前記変調周波数fmの差で与えられる第1基準周波数f01の基準電気信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2と前記変調周波数fmの差で与えられる第2基準周波数f02の基準電気信号を出力する基準信号生成部と、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力するとともに、前記モニタ信号を生成して出力する位相比較部と、
    前記位相比較信号が入力されて、前記変調電気信号を出力する変調電気信号生成部と、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、該合成信号をフィルタリングして、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2のクロック信号を出力するクロック信号生成部と
    を備えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
  4. 前記位相比較部は、
    前記変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
    前記変調電気パルス信号が2分岐された一方の第1変調電気パルス信号をフィルタリングして、前記第1基準周波数f01の第1電気パルス信号を出力する第1バンドパスフィルタと、
    前記変調電気パルス信号が2分岐された他方の第2変調電気パルス信号をフィルタリングして、前記第2基準周波数f02の第2電気パルス信号を出力する第2バンドパスフィルタと、
    前記第1電気パルス信号と第2電気パルス信号の強度を比較し、前記モニタ信号を出力する強度比較器と、
    前記モニタ信号が入力されて、前記第1電気パルス信号及び第2電気パルス信号の一方をパルス出力信号として出力するスイッチと、
    前記パルス出力信号と、前記基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力する位相比較器と、
    前記位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である前記位相比較信号を出力するループフィルタと
    を備えることを特徴とする請求項3に記載のクロック信号抽出装置。
  5. 前記変調周波数fmが、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2を1:(n−1)に内分する値(nは3以上の整数)であり、
    前記第1基準周波数f01が、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の1/nであり、及び
    前記第2基準周波数f02が、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の(n−1)/nである
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のクロック信号抽出装置。
  6. 前記基準信号生成部は、クロック信号発生器、(n−1)逓倍器及びスイッチを備え、
    前記クロック信号発生器は、前記第1基準周波数f01の基準クロック信号を出力し、
    該基準クロック信号は第1クロック信号と第2クロック信号とに2分岐され、
    前記(n−1)逓倍器は、前記第2クロック信号を(n−1)逓倍して、前記第2基準周波数f02の第3クロック信号を生成し、及び
    前記スイッチは、前記モニタ信号が入力されて、前記第1クロック信号及び第3クロック信号の一方を前記基準電気信号として出力する
    ことを特徴とする請求項5に記載のクロック信号抽出装置。
  7. 前記入力光信号が、クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2の光信号を時分割多重したものであり、
    前記位相比較部が、さらに、前記基準電気信号をm逓倍(mは2以上の整数)した後、前記位相比較器へ送るm逓倍器を備える
    ことを特徴とする請求項2に記載のクロック信号抽出装置。
  8. 前記入力光信号が、クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2の光信号を時分割多重したものであり、
    前記位相比較部が、光電変換器、複数のバンドパスフィルタ、位相比較器、第1スイッチ、ループフィルタ、複数の逓倍器及び第2スイッチを備え、
    前記光電変換器は、前記変調光パルス信号を変調電気パルス信号に変換して出力し、
    前記複数のバンドパスフィルタは、透過周波数が前記基準周波数f0と同じか、あるいは前記基準周波数f0を互いに異なる逓倍数で逓倍した周波数であって、それぞれ前記変調電気パルス信号をフィルタリングして、電気パルス信号を出力し、
    前記第1スイッチは、外部からの制御信号の入力に応答して、前記複数のバンドパスフィルタから出力された電気パルス信号の1つをパルス出力信号として前記位相比較器へ送り、
    前記複数の逓倍器は、それぞれ前記基準電気信号を互いに異なる逓倍数で逓倍した後、前記第2スイッチへ送り、
    前記第2スイッチは、前記制御信号の入力に応答して、前記異なる逓倍数で逓倍された基準電気信号の1つを選択して前記位相比較器へ送り、
    前記位相比較器は、前記パルス出力信号と、前記逓倍された基準電気信号の位相を比較して、両者の差成分を位相差電気信号として出力し、及び
    前記ループフィルタは、前記位相差電気信号を時間平均して、時間平均成分である位相比較信号を出力する
    ことを特徴とする請求項1に記載のクロック信号抽出装置。
  9. 前記クロック信号生成部が、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号をミキシングして、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2を周波数成分として含む合成信号を生成するミキサーと、
    前記合成信号が2分岐された一方の第1合成信号が入力されて、前記第1の周波数f1の周波数成分を透過させてクロック信号として出力する第1出力フィルタと、
    前記合成信号が2分岐された他方の第2合成信号が入力されて、前記第2の周波数f2の周波数成分を透過させてクロック信号として出力する第2出力フィルタと
    を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のクロック信号抽出装置。
  10. 前記クロック信号生成部が、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号をミキシングして、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2を周波数成分として含む合成信号を生成するミキサーと、
    前記合成信号が入力されて、前記モニタ信号に応じて、透過周波数を変化させてクロック信号を出力する可変バンドパスフィルタと
    を備えることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載のクロック信号抽出装置。
  11. 前記光変調部は、
    前記入力光信号を強度変調する第1電界吸収型光変調器と、
    該第1電界吸収型光変調器の光出力信号を増幅する光増幅器と、
    該光増幅器の出力を強度変調する第2電界吸収型光変調器と
    を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のクロック信号抽出装置。
  12. 前記光変調部は、
    NRZ(Non Return to Zero)符号を用いて符号化された入力光信号を、第1NRZ信号と第2NRZ信号とに分岐する光分岐器と、
    前記第1NRZ信号の位相を遅延させる光位相調整器と、
    位相遅延された第1NRZ信号と前記第2NRZ信号とを合波して光パルス信号を生成する光合波器と、
    光パルス信号を変調して変調光パルス信号を出力する電界吸収型光変調器と
    を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のクロック信号抽出装置。
  13. 外部から入力された、クロック周波数が互いに異なる第1〜第p(pは2以上の整数)の周波数f1〜fpである入力光信号を、変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号として出力する光変調部と、
    前記入力光信号のクロック周波数が、前記第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれであるかを示すモニタ信号が入力されて、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれであるかに応じて、前記第1〜第pの周波数f1〜fpのそれぞれと前記変調周波数fmとの差で与えられる第1〜pの基準周波数f01〜f0pのいずれかの基準電気信号を出力する基準信号生成部と、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力するとともに、前記モニタ信号を生成して出力する位相比較部と、
    前記位相比較信号が入力されて、前記変調電気信号を出力する変調電気信号生成部と、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、該合成信号をフィルタリングして、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれかに応じて、周波数が前記第1〜第pの周波数f1〜fpのいずれかであるクロック信号を出力するクロック信号生成部と
    を備えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
  14. クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を入力する過程と、
    該入力光信号を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の平均値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する過程と、
    前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の2分の1で与えられる基準周波数f0の基準電気信号を生成する過程と、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として生成する過程と、
    該位相比較信号を入力して、前記変調電気信号を出力する過程と、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、該合成信号をフィルタリングして、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2のクロック信号を出力する過程と
    を備えることを特徴とするクロック信号抽出方法。
  15. クロック周波数が第1の周波数f1又は該第1の周波数f1と異なる第2の周波数f2である入力光信号を入力する過程と、
    該入力光信号を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の間の値で与えられる変調周波数fmの変調電気信号によって、強度変調して変調光パルス信号を出力する過程と、
    前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1と前記変調周波数fmの差で与えられる第1基準周波数f01の基準電気信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2と前記変調周波数fmの差で与えられる第2基準周波数f02の基準電気信号を出力する過程と、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号の位相を比較して、比較結果を位相比較信号として出力する過程と、
    前記位相比較信号を入力して、前記変調電気信号を出力する過程と、
    前記変調電気信号と前記基準電気信号とをミキシングすることにより合成信号を生成した後、該合成信号をフィルタリングして、前記入力光信号のクロック周波数が前記第1の周波数f1のときは、前記第1の周波数f1のクロック信号を出力し、一方、前記入力光信号のクロック周波数が前記第2の周波数f2のときは、前記第2の周波数f2のクロック信号を出力する過程と
    を備えることを特徴とするクロック信号抽出方法。
  16. 前記変調周波数fmを、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2を1:(n−1)に内分する値とし、
    前記第1基準周波数f01を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の1/nとし、及び
    前記第2基準周波数f02を、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2の差の(n−1)/nとする
    ことを特徴とする請求項15に記載のクロック信号抽出方法。
  17. 入力される前記光パルス信号のクロック周波数が、前記第1の周波数f1及び前記第2の周波数f2のいずれかである光信号を時分割多重したものであり、
    前記変調光パルス信号と前記基準電気信号との位相差を比較する際に、前記基準電気信号をm逓倍する
    ことを特徴とする請求項14に記載のクロック信号抽出方法。
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