JP4660725B2

JP4660725B2 - データ伝送方法、データ伝送システム、データ受信方法及び光受信装置

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Publication number: JP4660725B2
Application number: JP2005196953A
Authority: JP
Inventors: 享秀神尾; 哲弥宮崎
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: JP2007019676A; DE602006017472D1; US7609974B2; EP1742389B1; EP1742389A1; US20070009264A1

Description

本発明は、データ伝送方法、データ伝送システム、データ受信方法及び光受信装置に関する。

高速デジタル光伝送では、変調方式に応じて、種々の検波方式が知られている。

基準搬送波をもとにしたへテロダイン検波方式が、非特許文献１に記載されている。この方法は、現在の無線通信と同様に，受信信号から搬送波を再生し，光ＰＬＬ（位相同期ループ）により周波数の安定化を図る。差動符号化などの処理が不要で、理論限界までの伝送容量と受信感度を得ることができる。但し、基準搬送波と受信信号との偏波を合わせる制御が必要である。光ＰＬＬの実現が難しいなどの問題がある。また、基準搬送波の位相雑音の影響を抑える必要がある。

また、非特許文献２には、ＤＱＰＳＫ信号に対する遅延検波方式が記載されている。ＤＱＰＳＫは、ビット間の位相差で情報を搬送するものであり、直前ビット間の干渉により容易にＡＳＫ（Amplitude Shift keying）信号に変換でき、そのＡＳＫ信号から既存の復調装置でデータを復調する。この遅延検波方式は、1ビット前の信号を局所発振光とみなして検波していることに相当する。搬送波を再生する必要が無いので、実現性、実用性が高い。しかし，多値変調になると、送信側で複雛なプレコーディングが必要である。また、変調方式の変更への対応が難しいという問題もある。

パイロットキャリアとして、変調信号の帯域の中にキャリア信号を重畳し，再生搬送波をフィルタで切り出す方式も知られている。この方式では、フィルタで搬送波を分離抽出するので、安定受信には、複雑なフィルタ制御系が必要になる。

無線通信システムでは、フエージング補償方式として、パイロットシンボルにより準同期検波を行う方式が知られている（特許文献１）。この方式は、受信局のローカルな基準信号発生源により仮検波を行い、パイロットシンボルにより補正する方式である。光伝送に応用する場合には、基準搬送光と受信信号との偏波を一致させる必要がある。

データを伝送する周波数帯以外にパイロットキャリアを置き、自己へテロダイン検波を行う伝送方式がある。しかし、パイロットキャリアをデータの伝送周波数帯から充分に離す必要があり、周波数利用効率が悪い。

パイロット信号と再生クロック信号を用いる方式が、非特許文献３に記載されている。しかし、この方式には、電気回路での伝送速度の限界がある。

受信データを高速にＡＤ変換し、得られたデジタルデータをデジタル信号処理して、位相変動の歪みを補正する同期検波方法が、非特許文献４に記載されている。高速伝送への適用には、ＡＤ変換とデジタル信号処理の性能により限界がある。
米国特許第４８９９３６７号公報 K. Kikuchi, T．Okoshi, M．Nagamatsu, and N. Henmi, "Degradation of Bit-Error Rate in Coherent Optical Communications Due to Spectral Spread of the Transmitter and the Local Oscillator," IEEE／USA J. Lightwave Technol．, Vol. LT-2, pp. 1024-1033, Dec. 1984. R. A. Giffin, R. I. Johnston, R. G． Walker, J. Hall, S. D. Wadsworth, K. Berry, A. C. Carter, M. J. Wale, Jhughes, P. A. Jerram, and N. J. Parsons, "10Gb／s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key (DQPSK) Transmission using GaAs/AlGaAs Integration," Proc of OFC2002, FD6, March 2002． B. WANDERNOTH: 1064nm, 565 Mbit/s PSK TRANSMISSION EXPEPIMENT WITH HOMODYNE RECEIVER USING SYNCHRONISATION BITS, ELECTRONICS LETTERS, Vol. 27, No. 19, September 1991. Satoshi Tsukamoto, Dany-Sebastien Ly-Gagnon, Kazuhiro Katoh and Kazuro Kikuchi :"Coherent Demodulation of 40-Gbit/s Polarization-Multiplexed QPSK Signals with 16-GHz Spacing after 200-km Transmission," Proc. of OFC2005, PDP29, March 2005.

同期検波では、高感度の受信が可能になる。高速レートのデジタル伝送、例えば、高速の光デジタル伝送において、同期検波を実現できれば、データレートをより高速にすることが可能になる。

本発明は、このような課題を解決するデータ伝送方法、データ伝送システム、データ受信方法及び光受信装置を提示することを目的とする。

本発明に係るデータ伝送方法は、（Ａ）ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号（Ｐ）を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号（Ｄｉｎ）を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光を生成する生成ステップと、（Ｂ）当該伝送信号光を伝送路に出力する出力ステップと、（Ｃ）当該伝送路から入力する伝送信号光からフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成ステップと、（Ｄ）当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離ステップとを具備し、当該分離ステップ（Ｄ）が、（Ｄ１）当該伝送信号光を複数の分割信号光に分割する分割ステップと、（Ｄ２）当該複数の分割信号光の１つを１シンボル期間（Ｔｓ）の整数倍に相当する遅延時間の光遅延器により遅延する遅延ステップと、（Ｄ３）当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、（Ｄ４）当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、（Ｄ５）当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップとを具備することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムは、ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光を生成し、当該伝送信号光を伝送路に出力する光送信装置と、当該伝送路から入力する伝送信号光を複数の分割信号光に分割する光分波器と、当該複数の分割信号光の１つからフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成装置と、当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離装置とを具備し、当該分離装置が、一方のアーム上に１シンボル期間の整数倍の遅延時間の光遅延器を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する遅延干渉計と、当該フレームタイミング信号に従い、当該遅延干渉計の出力信号光から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出するデータ信号抽出器とを具備することを特徴とする。
本発明に係るデータ受信方法は、ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光により、データを受信するデータ受信方法であって、当該伝送信号光からフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成ステップと、当該フレームタイミング信号に従い、伝送信号光から当該データ信号を分離する分離ステップとを具備し、当該分離ステップが、当該伝送信号光を複数の分割信号光に分割する分割ステップと、当該複数の分割信号光の１つを１シンボル期間の整数倍に相当する遅延時間の光遅延器により遅延する遅延ステップと、当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップとを具備することを特徴とする。
本発明に係る光受信装置は、ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光により、データを受信する光受信装置であって、伝送路から入力する伝送信号光を複数の分割信号光に分割する光分波器と、当該複数の分割信号光の１つからフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成装置と、当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離装置とを具備し、当該分離装置が、一方のアーム上に１シンボル期間の整数倍の遅延時間の光遅延器を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する遅延干渉計と、当該フレームタイミング信号に従い、当該遅延干渉計の出力信号光から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出するデータ信号抽出器とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、制御が複雑で高価な高精度の光源を用いなくても、同期検波を実現できる。伝送システム全体のコストを低減できる。変調フォーマットを柔軟に設定できるので。回線状態に応じて変調方式を変える適応変調も可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調による光伝送システムに適用した本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図２は、タイミングチャートを示す。この実施例では、光段階では、２進値の０が光位相０で表され、２進数１が光位相πで表され、信号光に挿入又は時分割多重するパイロット信号が光位相０で表されるものとする。

光送信装置１０には、図２（ａ）に示すビット列ｂ０〜ｂ１４，．．．からなるビットレートＢのデータＤｉｎが入力する。本実施例では、入力データＤｉｎの２ビット毎にパイロット信号Ｐを挿入する。そのために、圧縮装置１２が、入力データを時間軸上で、２／３に圧縮する。多重装置１４が、圧縮装置１２からの時間軸上で圧縮されたデータバッファリングし、パイロット信号発生装置１６の発生するパイロット信号Ｐを、この圧縮データの２ビットに１つ当たりで、多重し、ビットレート（３Ｂ／２）の信号を出力する。多重装置１４の出力を図２（ｂ）に示す。換言すると、本実施例では、３ビット分の１フレーム内に、１つのパイロット信号と２ビットの信号が収容される。１フレームのビット長は、適宜に選択され得る。説明の都合上、パイロット信号がフレームの先頭に位置するとする。

本実施例では、パイロット信号は、２進値としては、０である。従って、より簡略には、圧縮装置１２自体が、入力データを時間軸上で２／３に圧縮し、空いたタイムスロットに２進値０を挿入する装置であってもよい。本実施例の原理を理解しやすいように、多重装置１４及びパイロット信号発生装置１６を図示してある。

レーザダイオード１８は、コヒーレントな周波数３Ｂ／２（Ｈｚ）のパルスレーザ光を出力する。ＢＰＳＫ変調装置２０は、レーザダイオード１８の出力レーザ光の光位相を、多重装置１４の出力ビット列に従い変調する。即ち、ＢＰＳＫ変調装置２０は、多重装置１４の出力ビット値が０のとき、光位相０の信号光を出力し、多重装置１４の出力ビット値が１のとき、光位相πの信号光を出力する。位相変調では、パルスレーザ光でなく、連続レーザ光を使っても良い．

ＢＰＳＫ変調装置２０から出力される信号光は、入力データｂ０，・・・とパイロット信号Ｐを搬送する。ＢＰＳＫ変調装置２０の出力信号光は、光送信装置１０の出力信号光として、光伝送路３０に入射される。光伝送路３０を伝送した信号光は、光受信装置４０に入力する。

光受信装置４０では、光伝送路３０からの信号光は、先ず、光分波器４２に入力する。光分波器４２は、光伝送路３０からの信号光を互いに均等な光パワーの４つの分割信号光に分割する。

光分波器４２の第１の分割信号光は、光干渉のための光合波器４４に入射し、第２の分割信号光は、フレームの１タイムスロット分の時間Ｔｓの光遅延器４６を介して、光合波器４４に入射する。即ち、光合波器４４は、光伝送路３０からの入射信号光と、１タイムスロット時間Ｔｓだけ遅延した信号光とを合波する。第１の分割信号光の光強度は、第２の分割信号光の光強度と等しい。周知の通り、この光回路は、マッハツェンダ干渉計の一方のアーム上に光遅延器を配置した遅延干渉計である。

図２（ｃ）は、光遅延器４６の出力信号光のビット配置を示す。光合波器４４は、図２（ｂ）に示すビット値の信号光と、図２（ｃ）に示す信号光とを光学的に合波し、光干渉により、一方の入力光にパイロット信号Ｐが存在するタイムスロットにおける他方の入力光のビットを分離する。図２（ｅ）は、光合波器４４の出力信号光のビット配置を示す。両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、信号値が不明又は不定であり、図２（ｅ）では、空白にしてある。

この実施例では、光段階では、パイロット信号Ｐは、光位相が０であり、入力データＤｉｎの各ビットｂ０，．．．は光位相０又はπである。光位相０のビット信号とパイロット信号Ｐの合波結果は、非ゼロの光強度信号であるが、光位相πのビット信号とパイロット信号Ｐの合波結果は、干渉により、光強度がゼロになる。即ち、この実施例では、光合波器４４の出力は、負論理になる。このような論理反転は、後段の適当な段階に論理反転器を設けることで解消できる。勿論、入射光の光位相が０とπであるときに、出力光の光強度が非ゼロで、入射光の光位相が共に０であるときに、出力光の光強度がゼロになる光合波器が存在する。このような光合波器を使用することで、論理反転を解消できる。

光分波器４２の第３の分割信号光は、光干渉のための光合波器４８に入射し、第４の分割信号光は、３タイムスロット分、即ち３Ｔｓの光遅延器５０を介して、光合波器４８に入射する。即ち、光合波器４８は、光伝送路３０からの入射信号光と、３ビット遅延した信号光とを合波する。第３の分割信号光の光強度は、第４の分割信号光の光強度と等しい。周知の通り、この光回路もまた、マッハツェンダ干渉計の一方のアーム上に光遅延器を配置した遅延干渉計である。

図２（ｄ）は、光遅延器５０の出力信号光を示す。光合波器４８は、いわば、図２（ｂ）に示すビット値の信号光と、図２（ｄ）に示す信号光とを光学的に合波する。図２（ｆ）は、光合波器４８の出力信号のビット配置を示す。光合波器４８の出力でも、光合波器４４の場合と同様に、一方の入力光にパイロット信号Ｐが存在するタイムスロットの他方の入力光のビットが、分離されている。両入力光で、パイロット信号が同じタイムスロットに位置するので、パイロット信号が分離される。両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、信号値が不明又は不定であり、図２（ｆ）では、空白にしてある。

図２（ｂ），（ｄ）から分かるように、光遅延器５０による３ビット遅延により、光合波器４８の両入力光は、同じタイミングにパイロット信号Ｐを具備する。従って、光合波器４８の出力信号光は、図２（ｆ）に示すように、パイロット信号Ｐのタイムスロットで必ず非ゼロの光強度を持つ。その他のビット位置の光強度は、入力データＤｉｎのビット値ｂ０，．．．に依存する。

別の見方では、１ビット光遅延回路４６と光合波器４４とからなる回路構成は、光送信装置１０から送信されるビット列から、パイロット信号の直後のビットと、パイロット信号の直前のビットを分離、即ちゲートする装置である。従って、図２（ｅ）に示すように、１ビット光遅延回路４６と光合波器４４とからなる回路構成は、不定値のビットを含むものの、入力データＤｉｎの全ビットを分離できる。本実施例では、不定値のビットをゲート装置５２で除去し、パイロット信号が位置していたビットをバッファ６６で除去する。

また、３ビット光遅延回路５０と光合波器４８は、光送信装置１０から送信されるビット列から、パイロット信号から３ビット分、即ち３Ｔｓだけ遅れたビットと、パイロット信号より３ビット、即ち３Ｔｓだけ先行するビット（これらは何れもパイロット信号である）を分離、即ちゲートする装置である。従って、３ビット光遅延回路５０と光合波器４８は、不定値のビットを含むものの、パイロット信号を分離できる。分離したパイロット信号によりフレームの先頭を検知でき、それゆえ、入力データＤｉｎの各ビット位置を決定できる。

受光器５２は、光合波器４４の出力光を電気信号に変換する。受光器５２の出力信号は、ゲート装置５４に印加される。受光器５６は、光合波器４８の出力信号光を電気信号に変換する。受光器５６の出力信号は、パイロット信号の周波数成分を抽出するフィルタ５８を介して、局所発振器６０の制御端子に印加される。光合波器４８、光遅延器５０、受光器５２及びフィルタ５８からなる回路は、光伝送路３０から入射した信号光から、パイロット信号又はその周波数成分を分離する装置として機能する。フィルタ５８の出力により、フレームの開始タイミングを知ることができる。

局所発振器６０は、多重装置１４の出力信号のビットレート（３Ｂ／２）に相当する発振周波数で発振し、当該発振周波数のクロックをゲート制御装置６２に供給する。局所発振器６０の出力クロックの位相は、フィルタ５８の出力に同期するように制御される。従って、局所発振器６０の出力クロックは、フレームタイミングを規定するフレームタイミング信号でもある。

局所発振器６０はまた、光伝送路３０からの入力光からクロックを再生し、そのクロックの位相をフィルタ５８の出力により制御する回路構成からなるものであってもよい。

ゲート制御装置６２は、局所発振器６０からのクロックに従いゲート装置５４の通過を制御する。１フレームのビット数と１フレーム内のパイロット信号の位置が既知である。ゲート制御装置６２は、これらのフレーム構造情報と、局所発振器６０からの、パイロット信号に同期したクロックとにより、光伝送路３０からの入力光のデータビット部分とパイロット信号部分を正しく決定できる。この決定に従い、ゲート制御装置６２は、受光器５２の出力信号（図２（ｅ））から、パイロット信号が挿入されたタイムスロットの信号値を除去するように、即ち、パイロット信号が挿入されたタイムスロット以外のタイムスロットのみを通過するように、ゲート装置５４を制御する。これにより、ゲート装置５４は、受光器５２の出力（図２（ｅ））では不定であったパイロット信号が挿入されたタイムスロットの値を２進値０に固定する。

２値弁別回路６４は、ゲート装置５４の出力信号を所定閾値により２値弁別し、弁別結果をバッファメモリ６６に供給する。バッファメモリ６６は、ゲート制御装置６２から出力されるゲート制御信号に従い、パイロット信号が挿入されたタイムスロット以外のタイムスロットの２値弁別回路６４の出力データを取り込む。メモリ制御装置６８は、バッファメモリ６６から記憶される各ビット値をビットレートＢで順に読み出す。以上の処理により、光受信装置４０は、光送信装置１０から送信されたデータｂ０，．．．を出力データＤｏｕｔとして出力できる。

光分波器４２の何れかの出力から周波数３Ｂ／２のクロックを再生し、その位相を、受光器５６又はフィルタ５８の出力で制御しても良い。そのように位相を制御された再生クロックに従い、ゲート制御装置６２が、ゲート装置５４及びバッファメモリ６６の書込みを制御する。

受光器５２，５６は、単一の受光素子からなる構成でも、バランストレシーバ構成の２つの受光素子からなる構成でもよい。後者の方が、ノイズに強くなる。バランストレシーバ構成を採用する場合、光合波器４４を、２つの入力光を同相で合波する出力ポート、２つの入力光を逆相で合波する出力ポートを具備する光合波器に変更する。

この実施例は、振幅変調にも適用可能である。例えば、パイロット信号には最大振幅値を与えることで、遅延分離装置において、パイロット信号と同じタイムスロットに位置する信号を分離できる。

パイロット信号とデータを多重した後に、光信号に変換したが、パイロット信号とデータ信号をそれぞれ光信号に変換した後に、時分割多重しても良い。即ち，いわゆるＯＴＤＭ（Optical Time Division Multiplexing）でもよい。

図１に示す実施例では、１フレームを３ビット構成とし、１フレームに２ビットのデータを入れたので、１ビット光遅延器５２と光合波器４４からなる１系統の分離装置で全ビットを受信できた。１フレームをｎ（ｎは４以上の整数）ビット以上の構成とする場合には、一般的には、（ｎ−１）系統のビット分離装置が必要になる。但し、１系統のビット分離装置構成で２ビットを分離可能であるのであることを利用する場合、ｎが奇数の場合には、最少で（ｎ−１）／２系統のビット分離装置が必要になり、ｎが偶数の場合には、ｎ／２系統のビット分離装置が必要になる。勿論、いずれの場合でも、フレームの先頭を検知するために、パイロット信号を分離する装置構成が必要である。

次に、４チャネルを時分割多重で伝送する光伝送システムに適用した実施例を説明する。図３は、その概略構成ブロック図を示し、図４は、タイミングチャートを示す。１フレームは、パイロット信号を加えて、５ビットからなる。第１実施例で説明したように、所定ビット数を遅延する光遅延回路と光合波器からなるビット分離装置により、対応する２ビットを分離できる。しかし、ここでは、各ビットの分離の様子を理解しやすいように、１フレーム内の４つのビットをそれぞれ分離する４つのビット分離装置構成、１フレーム内のパイロット信号を分離する１つの分離装置構成を具備する構成を図示してある。この実施例でも、光段階では、２進値の０が光位相０で表され、２進数１が光位相πで表され、信号光に挿入又は時分割多重するパイロット信号が光位相０で表されるものとする。

光送信装置１１０には、同じビットレートの４チャネルのデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が時分割多重装置１１４に入力する。パイロット信号発生装置１１６が、パイロット信号Ｐを発生し、多重装置１１４に印加する。多重装置１１４は、４つのデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とパイロット信号を時間軸上で多重し、ビットレートＢの多重信号を出力する。図４（ａ）は、多重装置１１４の出力ビット列を示す。データＤ１は、ビットｂ０，ｂ４，ｂ８，ｂ１２，．．．からなり、データＤ２は、ビットｂ１，ｂ５，ｂ９，ｂ１３，．．．からなり、データＤ３は、ビットｂ２，ｂ６，ｂ１０，ｂ１４，．．．からなり、データＤ４は、ビットｂ３，ｂ７，ｂ１１，ｂ１５，．．．からなる。

本実施例でも、パイロット信号は、２進値としては、０である。従って、多重装置１１４自体が、多重信号のパイロット信号のタイムスロットに２進値０を挿入してもよい。

レーザダイオード１１８は、コヒーレントな周波数Ｂ（Ｈｚ）のパルスレーザ光を出力する。ＢＰＳＫ変調装置１２０は、レーザダイオード１１８の出力レーザ光の光位相を、多重装置１１４の出力ビット列に従い変調する。具体的には、ＢＰＳＫ変調装置１２０は、多重装置１１４の出力ビットが０のとき、光位相０の信号光を出力し、多重装置１４の出力ビットが１のとき、光位相πの信号光を出力する。

ＢＰＳＫ変調装置１２０から出力される信号光は、入力データＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とパイロット信号Ｐを搬送する。ＢＰＳＫ変調装置１２０の出力信号光は、光送信装置１１０の出力信号光として、光伝送路１３０に入射される。光伝送路１３０を伝送した信号光は、光受信装置１４０に入力する。

光受信装置１４０では、光伝送路１３０からの信号光は、先ず、光分波器１４２に入力する。光分波器１４２は、光伝送路１３０からの信号光を互いに均等な光パワーの１０個の分割信号光に分割する。

光分波器１４２の第１の分割信号光は、光干渉のための光合波器１４４ａに入射し、第２の分割信号光は、１ビット分の光遅延器１４６ａを介して、光合波器１４４ａに入射する。即ち、光合波器１４４ａは、光伝送路１３０からの入射信号光と、その１ビット遅延した信号光とを合波する。第１の分割信号光の光強度は、第２の分割信号光の光強度と等しい。周知の通り、この光回路は、マッハツェンダ干渉計の一方のアーム上に光遅延器を配置した遅延干渉計であり、本実施例では，特定のタイムススロットのビットデータを光学的に分離するビット分離装置として機能する。

図４（ｂ）は、光遅延器１４６ａの出力のビット配置を示す。光合波器１４４ａは、図４（ａ）に示すビット配置の信号光と、図４（ｂ）に示すビット配置の信号光とを光学的に合波し、光干渉により、一方の入力光にパイロット信号Ｐが存在するタイムスロットにおける他方の入力光のビットｂ３，ｂ４，ｂ７，ｂ８，ｂ１１，ｂ１２，．．．を分離する。図４（ｆ）は、光合波器１４４ａの出力信号光のビット配置を示す。両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、光合波器１４４ａの出力値は、データＤ１〜Ｄ４のビット値に依存し、不明又は不定であり、図４（ｆ）では、空白にしてある。図４（ｆ）から、光合波器１４４ａの出力信号光はデータＤ１，Ｄ４を搬送していることが分かる。

この実施例でも、第１実施例と同様に、光段階では、パイロット信号Ｐは、光位相が０であり、入力データＤ１〜Ｄ４の各ビットｂ０，．．．は光位相０又はπである。光位相０のビット信号とパイロット信号Ｐの合波結果は、非ゼロの光強度信号であるが、光位相πのビット信号とパイロット信号Ｐの合波結果は、干渉により、光強度がゼロになる。この実施例でも、光合波器１４４ａの出力は、負論理になる。このような論理反転は、後段の適当な段階に論理反転器を設けることで解消できる。勿論、入射光の光位相が０とπであるときに、出力光の光強度が非ゼロで、入射光の光位相が共に０であるときに、出力光の光強度がゼロになる光合波器が存在する。このような光合波器を使用することで、論理反転を解消できる。

光合波器１４４ｂと２ビットの光遅延器１４６ｂからなるビット分離装置が、光分波器１４２の第３及び第４の分割信号光から、ビットｂ２，ｂ５，ｂ６，ｂ９，ｂ１０，ｂ１３，．．．を分離する。第３の分割信号光の光強度は、第４の分割信号光の光強度と等しい。図４（ｃ）は、光遅延器１４６ｂの出力のビット配置を示す。光合波器１４４ｂは、図４（ａ）に示すビット配置の信号光と、図４（ｃ）に示すビット配置の信号光とを光学的に合波し、光干渉により、ビットｂ２，ｂ５，ｂ６，ｂ９，ｂ１０，ｂ１３，．．．を分離する。図４（ｇ）は、光合波器１４４ｂの出力信号光のビット配置を示す。光合波器１４４ｂの両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、光合波器１４４ｂの出力値は、データＤ１〜Ｄ４のビット値に依存し、不明又は不定であり、図４（ｇ）では、空白にしてある。図４（ｇ）から、光合波器１４４ｂの出力信号光はデータＤ２，Ｄ３を搬送していることが分かる。

光合波器１４４ｃと３ビットの光遅延器１４６ｃからなるビット分離装置が、光分波器１４２の第５及び第６の分割信号光から、ビットｂ１，ｂ５，ｂ６，ｂ９，ｂ１０，ｂ１３，．．．を分離する。第５の分割信号光の光強度は、第６の分割信号光の光強度と等しい。図４（ｄ）は、光遅延器１４６ｃの出力のビット配置を示す。光合波器１４４ｃは、図４（ａ）に示すビット配置の信号光と、図４（ｄ）に示すビット配置の信号光とを光学的に合波し、光干渉により、ビットｂ１，ｂ６，ｂ５，ｂ１０，ｂ９，ｂ１４，．．．をこの順に分離する。図４（ｈ）は、光合波器１４４ｃの出力信号光のビット配置を示す。光合波器１４４ｃの両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、光合波器１４４ｃの出力値は、データＤ１〜Ｄ４のビット値に依存し、不明又は不定であり、図４（ｈ）では、空白にしてある。図４（ｈ）から、光合波器１４４ｃの出力信号光はデータＤ２，Ｄ３を搬送していることが分かる。

光合波器１４４ｄと４ビットの光遅延器１４６ｄからなるビット分離装置が、光分波器１４２の第７及び第８の分割信号光から、ビットｂ０，ｂ４，ｂ７，ｂ８，ｂ１１，ｂ１２，．．．を分離する。第７の分割信号光の光強度は、第８の分割信号光の光強度と等しい。図４（ｅ）は、光遅延器１４６ｄの出力のビット配置を示す。光合波器１４４ｄは、図４（ａ）に示すビット配置の信号光と、図４（ｅ）に示すビット配置の信号光とを光学的に合波し、光干渉により、ビットｂ０，ｂ７，ｂ４，ｂ１１，ｂ８，ｂ１５，．．．をこの順に分離する。図４（ｉ）は、光合波器１４４ｄの出力信号光のビット配置を示す。光合波器１４４ｄの両入力光の何れにもパイロット信号Ｐが存在しないタイムスロットでは、光合波器１４４ｄの出力値は、データＤ１〜Ｄ４のビット値に依存し、不明又は不定であり、図４（ｉ）では、空白にしてある。図４（ｉ）から、光合波器１４４ｄの出力信号光はデータＤ１，Ｄ４を搬送していることが分かる。

光合波器１４４ｅと５ビットの光遅延器１４６ｅからなるパイロット分離装置が、光分波器１４２の第９及び第１０の分割信号光から、パイロット信号Ｐを分離する。第９の分割信号光の光強度は、第１０の分割信号光の光強度と等しい。５ビットの光遅延器１４６ｅの出力信号光は、伝送路１３０からの入力信号光を丁度、１フレーム遅延したものであり、光合波器１４４ｅの両入力信号光のパイロット信号は、同じタイムスロットに位置するので、光合波器１４４ｅの出力信号光は、４ビット置きにパイロット信号Ｐを含む。パイロット信号Ｐの存在しないタイムスロットでは、光合波器１４４ｅの出力値は、データＤ１〜Ｄ４のビット値に依存し、不明又は不定である。

受光器１４８ａは、光合波器１４４ａの出力光を電気信号に変換する。受光器１４８ａの出力信号は、ゲート装置１５０ａに印加される。同様に、受光器１４８ｂ〜１４８ｅはそれぞれ、光合波器１４４ｂ〜１４４ｅの出力光を電気信号に変換する。受光器１４８ａｂ〜１４８ｄの出力信号は、それぞれ、ゲート装置１５０ｂ〜１５０ｄに印加される。

受光器１４８ｅの出力信号は、パイロット信号成分を抽出するバンドパスフィルタ１５２を介して局所発振器１５４の制御端子に印加される。光合波器１４４ｅ、光遅延器１４６ｅ、受光器１４８ｅ及びフィルタ１５２は、光伝送路１３０から入射した信号光から、パイロット信号又はその周波数成分を分離する装置として機能する。フィルタ１５２の出力により、フレームの開始タイミングを知ることができる。

局所発振器１５４は、多重装置１１４の出力信号のビットレートＢに相当する発振周波数で発振し、当該発振周波数のクロックをゲート制御装置１５６に供給する。局所発振器１５４の出力クロックの位相は、フィルタ１５２の出力に同期するように制御される。従って、局所発振器１５４の出力クロックは、フレームタイミングを規定するフレームタイミング信号でもある。

局所発振器１５４はまた、光伝送路１３０からの入力光からクロックを再生し、そのクロックの位相をフィルタ１５２の出力により制御する回路構成からなるものであってもよい。

ゲート制御装置１５６は、局所発振器１５４からのクロックに従い、各ゲート装置１５０ａ〜１５０ｄの通過を制御する。１フレームのビット数と、１フレーム内のパイロット信号の位置が既知である。ゲート制御装置１５６は、これらのフレーム構造情報と、局所発振器１５４からの、パイロット信号に同期したクロックとにより、伝送路１３０からの入力信号光のデータビット部分とパイロット信号部分を正しく決定できる。この決定に従い、ゲート制御装置１５６は、受光器１４８ａの出力信号（図４（ｆ）参照）から、データＤ１のビットｂ４，ｂ８，ｂ１２，．．．を通過するようにゲート装置１５０ａを制御し、受光器１４８ｂの出力信号（図４（ｇ）参照）から、データＤ２のビットｂ５，ｂ９，ｂ１３，．．．を通過するようにゲート装置１５０ｂを制御し、受光器１４８ｃの出力信号（図４（ｈ）参照）から、データＤ３のビットｂ６，ｂ１０，ｂ１４，．．．を通過するようにゲート装置１５０ｃを制御し、受光器１４８ｄの出力信号（図４（ｉ）参照）から、データＤ４のビットｂ７，ｂ１１，ｂ１５，．．．を通過するようにゲート装置１５０ｄを制御する。この制御により、各データＤ１〜Ｄ４のビットを分離抽出できる。

２値弁別回路１５８ａ〜１５８ｄはそれぞれ、対応するゲート装置１５０ａ〜１５０ｄの出力信号を所定閾値により２値弁別し、弁別結果をバッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄに供給する。各バッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄは、ゲート制御装置１５６から出力される書込み制御信号に従い、対応する２値弁別回路１５８ａ〜１５８ｄの出力データを取り込む。各バッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄの記憶データは、一定のレートで読み出され、外部に出力される。バッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄからそれぞれデータＤ１〜Ｄ４が読み出される。

書込み制御で、バッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄに余分なデータが書き込まれないようにしたが、２値弁別回路１５６ａ〜１５６Ｄの出力ビット値を全てバッファメモリ１６０ａ〜１６０ｄに書き込み、読出し時に不要なデータを読み出さないようにしてもよい。

以上の処理により、光受信装置１４０は、光送信装置１１０から送信されたデータＤ１〜Ｄ４を受信し、後段の機器に出力する。

図４（ｆ）〜（ｉ）から分かるように、各ゲート装置１５０ａ〜１５０ｄは、同時には入力信号を通過しない。ゲート装置１５０ａ〜１５０ｄの代わりに、受光器１４８ａ〜１４８ｄの出力を循環的に選択するスイッチを設けても良い。但し、図４（ｆ）から分かるように、受光器１４８ａの出力を２回、続けて選択する必要がある。最初の選択は、受光器１４８ｄの出力と重複するので、破棄する。２値弁別回路とバッファメモリもそれぞれ１つで済むが、データＤ１〜Ｄ４を分離する分離装置を追加する必要がある。

また、図４（ｆ）〜（ｉ）から分かるように、ゲート装置１５０ａ〜１５０ｄの通過タイミングを制御することで、２値弁別回路１５８ａの出力からデータＤ１，Ｄ４を取り出すことができ、２値弁別回路１５８ａの出力からデータＤ１，Ｄ４を取り出すことができ、２値弁別回路１５８ｂの出力からデータＤ２，Ｄ３を取り出すことができ、２値弁別回路１５８ｃの出力からデータＤ２，Ｄ３を取り出すことができ、２値弁別回路１５８ｄの出力からデータＤ１，Ｄ４を取り出すことができる。ビット位置を交換する必要がある。これを利用することで、図３では、４系統あるビット分離装置を２系統に削減できる。

受光器１４８ａ〜１４８ｅは、単一の受光素子からなる構成でも、バランストレシーバ構成の２つの受光素子からなる構成でもよい。後者の方が、ノイズに強くなる。バランストレシーバ構成を採用する場合、光合波器１４４ａ〜１４４ｅを、２つの入力光を同相で合波する出力ポート、２つの入力光を逆相で合波する出力ポートを具備する光合波器に変更する。

アクセス系のユーザのように、特定のチャネルのデータ、例えば、Ｄ１のみを受信すればよい場合には、データＤ１の受信系のみを用意すれば良い。受信チャネルを変更可能にしたければ、光遅延器１４６ａ〜１４６ｄの光遅延時間を可変にすればよい。

上記実施例では、被変調信号に挿入するパイロット信号は、位相を固定したが、一般的には、パルス幅、振幅又は位相などの何等かの物理量を固定すればよい。その固定された物理量を使って、各被変調信号を分離できる。

遅延検波は、通常、送信側で予め遅延時間に応じた前処理、いわゆるプレコーディングを必要とする。しかし、本実施例では、このようなプレコーディングは不要であり、送信装置の構成は複雑にならない。
定期的に挿入されるパイロット信号で所望のタイムスロットのデータを検出するので、通常の同期検波で必要になるＰＬＬ回路（光伝送システムでは、光ＰＬＬ回路）が不要になる。光ＰＬＬは非常に高価であるので、本実施例では、受信装置を安価に実現できる。パイロット信号がデータと同じ伝送路を伝搬しているので、伝送路の変動に強いデータ伝送を実現できる。光へテロダイン検波における偏波のずれの問題が生じない。

次に、ＱＰＳＫ変調に適用した実施例を説明する。図５は、この実施例の送信装置の概略構成ブロック図を示し、図６は、受信装置の概略構成ブロック図を示す。

図５に示す送信装置の構成と動作を説明する。レーザダイオード２１０は、周波数Ｂ（Ｈｚ）のパルスレーザ光を発生する。光分波器２１２は、レーザダイオード２１０の出力レーザ光を３分割し、１つをＱＰＳＫ変調器２１４に、２つ目をＱＰＳＫ変調器２１６に、最後をパイロット信号Ｐとして光多重装置２１８に供給する。

ＱＰＳＫ変調器２１４は、周知の構成からなる。プレコーダ２２０が、データＤ１をＱＰＳＫ変調のために符号化し、信号μ，νを出力する。０とπの位相変調器２２２は、光分波器２１２からのレーザパルス光を、信号μに従って位相変調する。０とπの位相変調器２２２は、光分波器２１２からのレーザパルス光を、信号νに従って位相変調する。移相器２２６が、位相変調器２２４の出力光の移相をπ／２だけシフトする。加算器２２８は、位相変調器２２２の出力信号光と、移相器２２６の出力信号光を合波する。合波器２２８の出力信号光、即ち、データＤ１を搬送するＱＰＳＫ信号光が、多重装置２１８に印加される。

ＱＰＳＫ変調器２１６は、ＱＰＳＫ変調器２１４と同様の構成からなり、データＤ２を搬送するＱＰＳＫ信号光を多重装置２１８に供給する。

多重装置２１８は、ＱＰＳＫ変調器２１４，２１６の出力信号光、及び光分波器２１２からのパルスレーザ光を時分割多重する。光分波器２１２からのパルスレーザ光がパイロット信号になる。パイロット信号光の光位相は０であるとする。本実施例では、１フレームが３つのタイムスロットからなり、最初のタイムスロットでパイロット信号が入り、２番目のタイムスロットにデータＤ１を搬送する信号光が入り、３番目のタイムスロットにデータＤ２を搬送する信号光が入る。

多重装置２１８の出力光が、図示しない光伝送路を介して、図６に示す受信装置に入力する。

光伝送路からの信号光は、光分波器２３０に入力する。光分波器２３０は、入力信号光を３つに分割し、それぞれを、データＤ１の受信系、データＤ２の受信系、及びパイロット信号の分離系に供給する。

ＱＰＳＫでは、位相０の軸と、位相π／２の軸で独立にレーザ光が位相変調され、その被変調波が合成される。従って、受信側では、π／４と−π／４ずれた位相を見ると、各成分は、ＢＰＳＫと同じになる。

データＤ１の信号ｕの受信系として、マッハツェンダ干渉計２３２ａと、バランスト受光器２３８ａを設ける。マッハツェンダ干渉計２３２ａには、光分波器２３０で分波された信号光が入射する。マッハツェンダ干渉計２３２ａの１つのアームに遅延時間Ｔｓの光遅延器２３４ａと、π／４の移相器２３６ａを配置してある。バランスト受光器２３８ａが、マッハツェンダ干渉計２３２ａの２つの干渉出力光をバランスト受信する。ゲート装置２４０ａは、ゲート制御装置２４８の制御下で、バランスト受光器２３８ａの出力電気信号から、データＤ１を搬送するタイムスロット部分の信号を抽出又はゲートする。

データＤ１の信号νの受信系として、マッハツェンダ干渉計２３２ｂと、バランスト受光器２３８ｂを設ける。マッハツェンダ干渉計２３２ｂには、光分波器２３０で分波された信号光が入射する。マッハツェンダ干渉計２３２ｂの１つのアームに遅延時間Ｔｓの光遅延器２３４ｂと、−π／４の移相器２３６ｂを配置してある。バランスト受光器２３８ｂが、マッハツェンダ干渉計２３２ｂの２つの干渉出力光をバランスト受信する。ゲート装置２４０ｂも、ゲート装置２４０ａと同様に、ゲート制御装置２４８の制御下で、バランスト受光器２３８ｂの出力電気信号から、データＤ１を搬送するタイムスロット部分の信号を抽出又はゲートする。

データＤ２の対する受信系では、光遅延器の遅延時間が２Ｔｓに設定されている点を除いては、データＤ１に対する受信系と同じ構成からなる。即ち、データＤ２の信号ｕの受信系として、マッハツェンダ干渉計２３２ｃと、バランスト受光器２３８ｃを設ける。マッハツェンダ干渉計２３２ｃには、光分波器２３０で分波された信号光が入射する。マッハツェンダ干渉計２３２ｃの１つのアームに遅延時間２Ｔｓの光遅延器２３４ｃと、π／４の移相器２３６ｃを配置してある。バランスト受光器２３８ｃが、マッハツェンダ干渉計２３２ｃの２つの干渉出力光をバランスト受信する。ゲート装置２４０ｃは、ゲート制御装置２４８の制御下で、バランスト受光器２３８ｃの出力電気信号から、データＤ２を搬送するタイムスロット部分の信号を抽出又はゲートする。

また、データＤ２の信号νの受信系として、マッハツェンダ干渉計２３２ｄと、バランスト受光器２３８ｄを設ける。マッハツェンダ干渉計２３２ｄには、光分波器２３０で分波された信号光が入射する。マッハツェンダ干渉計２３２ｄの１つのアームに遅延時間２Ｔｓの光遅延器２３４ｄと、−π／４の移相器２３６ｄを配置してある。バランスト受光器２３８ｄが、マッハツェンダ干渉計２３２ｄの２つの干渉出力光をバランスト受信する。ゲート装置２４０ｄも、ゲート装置２４０ｃと同様に、ゲート制御装置２４８の制御下で、バランスト受光器２３８ｂの出力電気信号から、データＤ２を搬送するタイムスロット部分の信号を抽出又はゲートする。

パイロット信号の分離系は、以下のようになっている。光分波器２３０で分波された１つの信号光がマッハツェンダ干渉系２３２ｅに入射する。マッハツェンダ干渉計２３２ｅの１つのアームに遅延時間３Ｔｓの光遅延器２３４ｅを配置してある。受光器２３８ｅが、マッハツェンダ干渉計２３２ｅの１つの干渉出力光を電気信号に変換する。データＤ１，Ｄ２に対する受信系と同様に、π／４又は−π／４の移相器を光遅延器２３４ｅにシリアルに配置しても良い。また、バランスト受光器を使用しても良い。

バンドパスフィルタ２４４は、受光器２３８ｅの出力信号から、パイロット信号成分を抽出し、抽出した信号を局所発振器２４６に印加する。局所発振器２４６は、バンドパスフィルタ２４４の出力に同期した、バンドパスフィルタ２４４の出力の周波数と同じ周波数で発振する。マッハツェンダ干渉計２３２ｅ、光遅延器２３４ｅ、受光器２３８ｅ及びバンドパスフィルタ２４４は、光伝送路から入射した信号光から、パイロット信号又はその周波数成分を分離する装置として機能する。フィルタ２４４の出力により、フレームの開始タイミングを知ることができる。

局所発振器２４６は、送信装置からのフレームのビットレートに相当する発振周波数で発振し、当該発振周波数のクロックをゲート制御装置２４８に供給する。局所発振器２４６はまた、光伝送路からの入力光からクロックを再生し、そのクロックの位相をフィルタ２４４の出力により制御する回路構成からなるものであってもよい。

ゲート制御装置２４８は、局所発振器２４６からのクロックに従い、各ゲート装置２４０ａ〜２４０ｄを制御する。１フレームのビット数と、１フレーム内のパイロット信号の位置が既知である。ゲート制御装置２４８は、これらのフレーム構造情報と、局所発振器２４６からの、パイロット信号に同期したクロックとにより、伝送路からの入力信号光のデータビット部分とパイロット信号部分を正しく決定できる。この決定に従い、ゲート制御装置２４８は、局所発振器２４６からのクロックに従い、各ゲート装置２４０ａ〜２４０ｄを、それぞれ上述のタイムスロットの信号を通過するように制御する。

ＱＰＳＫ復調装置２４２ａは、ゲート装置２４０ａ，２４０ｂの出力信号からデータＤ１を復調する。ＱＰＳＫ復調装置２４２ｂは、ゲート装置２４０ｃ，２４０ｄの出力信号からデータＤ２を復調する。

このように、ＱＰＳＫ変調を使う場合でも、簡易な構成でデータを伝送できる。４値より多い多値ＰＳＫ変調も、基本的に同じ構成で、データを伝送できる。但し、値数に応じて、復調装置２４２ａ，２４２ｂの構成が変化する。

パルス変調（又は振幅変調）の実施例と位相変調の実施例を説明したが、本発明は、位相変調と振幅変調を併用する変調方式、例えば、ＱＡＭにも適用可能である。１６ＱＡＭの場合、０とπを使う位相変調と、４つの振幅レベル−３，−１，１，３を持つ振幅変調を併用し、この併用系を２系統、用意する。４ビットのデータが１６パターンの被変調波に変換される。例えば、パイロット信号は、位相０，振幅レベルを最大振幅レベルである振幅レベル３とするが、これらは、伝送路の状況に応じて適切に選択されうる。受信側では、図６に示す構成に対して、ゲート装置２４０ａ〜２４０ｄの前又は後ろに、４値弁別回路を配置すればよい。

送信装置において、パイロット信号の振幅を他の信号の振幅よりも大きくしておくと、受信装置において、フレームタイミングを決定するのが容易になる。

図７は、そのような変更に対応する、１つのデータ、例えば、Ｄ１の受信系の概略構成ブロック図を示す。変調方式は、ＢＰＳＫである。

光分波器３３０は、光伝送路からの信号光を２分割し、一方をマッハツェンダ干渉計３３２に、他方を受光器３４２に供給する。１フレームは、例えば、図１及び図２に示す実施例のような３ビット又はそれ以上のビットからなる。先に述べたように、被変調信号光に多重されるパイロット信号光の振幅は、被変調信号光の振幅よりも大きい一定値に設定してある。

マッハツェンダ干渉計３３２の１つのアームに遅延時間Ｔｓの光遅延器３３４を配置してある。受光器３３６が、光伝送路からの信号光と、その１ビット遅延した信号光を干渉させた結果であるマッハツェンダ干渉計３３２の出力光を電気信号に変換する。

クロック再生回路３３８は、受光器３３６の出力電気信号からクロックを再生する。このクロックの周波数は、光伝送路から入力する信号のビットレートに対応する。分周回路３４０は、クロック再生回路３３８の出力クロックを分周して、フレーム周波数のクロックを出力する。

他方、受光器３４２は、光分波器３３０からの光信号を電気信号に変換する。フレーム積算回路３４４は、クロック再生回路３３８の出力クロックに従い、受光器３４２の出力を積算する。フレーム積算回路３４４はまた、分周回路３４０の出力に従い、積算値をフレームタイミング再生装置３４６に出力するとともにクリアする。フレーム積算回路３４４の出力は、パイロット信号のタイミングを示す。

フレームタイミング再生回路３４６は、フレーム積算回路３４４及び分周回路３４０の出力に従い、フレームのタイミングを示すフレームタイミング信号を再生する。フレームタイミング再生回路３４６から出力されるフレームタイミング信号は、外部に出力される他に、ゲート制御信号としてゲート装置３４８に印加される。

ゲート装置３４８は、クロック再生回路３３８からの再生クロック、及び、フレームタイミング再生装置３４６からのフレームタイミング信号に従い、受光器３３６の出力のうち、データＤ１に対応するタイムスロットの信号を通過する。

判定装置３５０は、クロック再生装置３３８からの再生クロックに従い、変調方式に応じた判定方法で、ゲート装置３４８の出力信号のデジタル値を判定する。判定装置３５０は、データ変調方式に応じた復調装置でもある。判定装置３５０の判定結果が、受信データＤ１として外部に出力される。

変調方式がＢＰＳＫであるとして説明したが、その他の変調方式であってもよい。判定装置３５０の内部を、変調方式に応じた構成に変更すれば良い。

上述の各実施例では、理解を容易にするために、フレームの構成単位を１ビットとしたが、所定数のビットを構成単位としてもよい。即ち、１フレームは、１又は複数のビットからなるシンボルを構成単位として、複数のシンボルからなる。フレーム内の１つのシンボルにパイロット信号を割り当てる。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。第１実施例のタイミングチャートである。本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。第３実施例のタイミングチャートである。ＱＰＳＫ変調に適用した実施例の送信装置の概略構成ブロック図である。図５に対応する受信装置の概略構成ブロック図である。光受信装置の別の構成例の概略構成ブロック図である。

符号の説明

１０：光送信装置
１２：圧縮装置
１４：多重装置
１６：パイロット信号発生装置
１８：レーザダイオード
２０：ＢＰＳＫ変調装置
３０：光伝送路
４０：光受信装置
４２：光分波器
４４：光合波器
４６：光遅延器
４８：光合波器
５０：光遅延器
５２：受光器
５４：ゲート装置
５６：受光器
５８：バンドパスフィルタ
６０：局所発振器
６２：ゲート制御装置
６４：２値弁別回路
６６：バッファメモリ
６８：メモリ制御装置
１１０：光送信装置
１１４：時分割多重装置
１１６：パイロット信号発生装置
１１８：レーザダイオード
１２０：ＢＰＳＫ変調装置
１３０：光伝送路
１４０：光受信装置
１４２：光分波器
１４４ａ〜１４ｅ：光合波器
１４６ａ〜１４６ｅ：光遅延器
１４８ａ〜１４８ｅ：受光器
１５０ａ〜１５０ｄ：ゲート装置
１５２：バンドパスフィルタ
１５４：局所発振器
１５６：ゲート制御装置
１５８ａ〜１５８ｄ：２値弁別回路
１６０ａ〜１６０ｄ：バッファメモリ
２１０：レーザダイオード
２１２：光分波器
２１４：ＱＰＳＫ変調器
２１６：ＱＰＳＫ変調器
２１８：光多重装置
２２０：プリコーダ
２２２，２２４：位相変調器
２２６：移相器
２２８：合波器
２３０：光分波器
２３２ａ〜２３２ｅ：マッハツェンダ干渉計
２３４ａ〜２３４ｄ：光遅延器
２３６ａ〜２３６ｄ：移相器
２３８ａ〜２３８ｄ：バランスット受光器
２３８ｅ：受光器
２４０ａ〜２４０ｄ：ゲート装置
２４２ａ，２４２ｂ：ＱＰＳＫ復調装置
２４４：バンドパスフィルタ
２４６：局所発振器
２４８：ゲート制御装置
３３０：光分波器
３３２：マッハツェンダ干渉計
３３４：光遅延器
３３６：受光器
３３８：クロック再生装置
３４０：分周器
３４２：受光器
３４４：フレーム積算装置
３４６：フレームタイミング再生装置
３４８：ゲート装置
３５０：判定装置

Claims

（Ａ）ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号（Ｐ）を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号（Ｄｉｎ）を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光を生成する生成ステップと、
（Ｂ）当該伝送信号光を伝送路（３０）に出力する出力ステップと、
（Ｃ）当該伝送路（３０）から入力する伝送信号光からフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成ステップと、
（Ｄ）当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離ステップ
とを具備し、
当該分離ステップ（Ｄ）が、
（Ｄ１）当該伝送信号光を複数の分割信号光に分割する分割ステップと、
（Ｄ２）当該複数の分割信号光の１つを１シンボル期間（Ｔｓ）の整数倍に相当する遅延時間の光遅延器により遅延する遅延ステップと、
（Ｄ３）当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、
（Ｄ４）当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、
（Ｄ５）当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップ
とを具備することを特徴とするデータ伝送方法。
当該分離ステップ（Ｄ）が、更に、
（Ｄ６）当該複数の分割信号光の１つを、当該遅延ステップ（Ｄ１）の遅延時間とは異なる当該１シンボル期間の整数倍に相当する第２の遅延時間の第２の光遅延器により遅延する第２の遅延ステップと、
（Ｄ７）当該複数の分割信号光の別の１つと、当該第２の遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する第２の合波ステップと、
（Ｄ８）当該第２の合波ステップによる第２の合波光を第２の電気信号に変換する第２の光／電気変換ステップと、
（Ｄ９）当該フレームタイミング信号に従い、当該第２の電気信号から当該第２の遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する第２の抽出ステップ
とを具備することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
当該分離ステップ（Ｄ）が、当該データ信号を収容する各シンボルに対して、
当該複数の分割信号光の１つを、当該シンボルに対応する遅延時間だけ遅延する遅延ステップと、
当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、
当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、
当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該シンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップ
とを具備することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
当該生成ステップ（Ａ）が、
当該データ信号（Ｄｉｎ）に当該パイロット信号（Ｐ）を時分割多重するステップと、
時分割多重された当該データ信号及び当該パイロット信号を当該伝送信号光に変換する変換ステップ
とを具備することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
当該変換ステップが、多重された当該データ信号及び当該パイロット信号でレーザ光の位相を変調する位相変調ステップであることを特徴とする請求項４に記載のデータ伝送方法。
当該変換ステップが、多重された当該データ信号及び当該パイロット信号でレーザ光の振幅を変調する振幅変調ステップであることを特徴とする請求項４に記載のデータ伝送方法。
当該生成ステップ（Ａ）が、
当該データ信号（Ｄｉｎ）をデータ信号光に変換するステップと、
当該パイロット信号をパイロット信号光に変換するステップと、
当該データ信号光と当該パイロット信号光を時分割多重するステップ
とを具備することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光を生成し、当該伝送信号光を伝送路（３０，１３０）に出力する光送信装置（１０，１１０）と、
当該伝送路から入力する伝送信号光を複数の分割信号光に分割する光分波器（４２，１４２，２３０，３３０）と、
当該複数の分割信号光の１つからフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成装置（４８，５０，５６，５８，６０，６２；１４４ｅ，１４６ｅ，１５２，１５４，１５６；２３２ｅ，２３８ｅ，２４４，２４６，２４８；３３８，３４０，３４２，３４４，３４６）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離装置
とを具備し、
当該分離装置が、
一方のアーム上に１シンボル期間の整数倍の遅延時間の光遅延器（４６，１４６ａ，３３４）を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する遅延干渉計（４２，４４，４６；１４２ａ，１４４ａ，１４６ａ；２３２ａ；３３２）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該遅延干渉計（４２，４４，４６；１４２ａ，１４４ａ，１４６ａ）の出力信号光から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出するデータ信号抽出器（５２，５４，６４；１４８ｂ，１５０ｂ，１５８ｂ；２３８ａ，２４０ａ；３３６，３４８）
とを具備する
ことを特徴とするデータ伝送システム。
当該データ信号抽出器が、
当該遅延干渉計の出力信号光を電気信号に変換する光／電気変換器（５２，２３８ａ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該光／電気変換器の出力電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号をゲートするゲート装置（５４，２４０ａ）
とを具備することを特徴とする請求項８に記載のデータ伝送システム。
当該分離装置がさらに、
一方のアーム上に当該光遅延器の当該遅延時間とは異なる、当該１シンボル期間の整数倍に相当する第２の遅延時間の第２の光遅延器（１４６ｂ）を具備し、当該複数の分割信号光の別の１つが入力する第２の遅延干渉計（１４２ｂ，１４４ｂ，１４６ｂ；２３２ｃ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該第２の遅延干渉計の出力信号光から当該第２の遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する第２のデータ信号抽出器（１４８ｂ，１５０ｂ，１５８ｂ；２３８ｃ，２４０ｃ）
とを具備することを特徴とする請求項８又は９に記載のデータ伝送システム。
当該分離装置が、
一方のアーム上に当該１シンボル期間の整数倍に相当し且つ互いに異なる遅延時間の光遅延器（１４６ａ〜１４６ｄ）を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する複数の遅延干渉計（１４２ａ〜１４２ｄ，１４４ａ〜１４４ｄ，１４６ａ〜１４６ｄ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該複数の遅延干渉計の内の対応する遅延干渉計の出力信号光から所定のシンボルのデータ信号を抽出する複数のデータ信号抽出器（１４８ａ〜１４８ｄ，１５０ａ〜１５０ｄ，１５８ａ〜１５８ｄ）
とを具備することを特徴とする請求項８又は９に記載のデータ伝送システム。
当該光送信装置（１０，１１０）が、
当該データ信号に当該パイロット信号を時分割多重する多重装置（１４，１１４）と、
当該多重装置で多重された当該データ信号及び当該パイロット信号を当該伝送信号光に変換する変換器（１８，２０；１１８，１２０）
とを具備することを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載のデータ伝送システム。
当該変換器が、
レーザ光源（１８，１１８）と、
当該レーザ光源の出力レーザ光の位相を、当該多重装置により多重された当該データ信号及び当該パイロット信号で変調する位相変調器（２０，１２０）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載のデータ伝送システム。
当該変換器が、
レーザ光源と、
当該レーザ光源の出力レーザ光の振幅を、当該多重装置により多重された当該データ信号及び当該パイロット信号で変調する光変調器
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載のデータ伝送システム。
当該光送信装置が、
当該データ信号をデータ信号光に変換するデータ変換器（２１４）と、
当該データ信号光とパイロット信号光を時分割多重する光多重装置（２１８）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載のデータ伝送システム。
ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光により、データを受信するデータ受信方法であって、
当該伝送信号光からフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成ステップと、
当該フレームタイミング信号に従い、伝送信号光から当該データ信号を分離する分離ステップ
とを具備し、
当該分離ステップが、
当該伝送信号光を複数の分割信号光に分割する分割ステップと、
当該複数の分割信号光の１つを１シンボル期間の整数倍に相当する遅延時間の光遅延器により遅延する遅延ステップと、
当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、
当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、
当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップ
とを具備することを特徴とするデータ受信方法。
当該分離ステップが、更に、
当該複数の分割信号光の１つを、当該遅延ステップの遅延時間とは異なる当該１シンボル期間の整数倍に相当する第２の遅延時間の第２の光遅延器により遅延する第２の遅延ステップと、
当該複数の分割信号光の別の１つと、当該第２の遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する第２の合波ステップと、
当該第２の合波ステップによる第２の合波光を第２の電気信号に変換する第２の光／電気変換ステップと、
当該フレームタイミング信号に従い、当該第２の電気信号から当該第２の遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する第２の抽出ステップ
とを具備することを特徴とする請求項１６に記載のデータ受信方法。
当該分離ステップが、当該データ信号を収容する各シンボルに対して、
当該複数の分割信号光の１つを、当該シンボルに対応する遅延時間だけ遅延する遅延ステップと、
当該複数の分割信号光の別の１つと、当該遅延ステップにより遅延した伝送信号光とを合波する合波ステップと、
当該合波ステップによる合波光を電気信号に変換する光／電気変換ステップと、
当該フレームタイミング信号に従い、当該電気信号から当該シンボルのデータ信号を抽出する抽出ステップ
とを具備することを特徴とする請求項１６に記載のデータ受信方法。
当該伝送信号光は、当該データ信号及び当該パイロット信号で位相変調されたレーザ光からなることを特徴とする請求項１６に記載のデータ受信方法。
ｎ（ｎは３以上の整数）個のシンボルからなるフレームであって、振幅及び位相が一定のパイロット信号を１シンボルに収容し、２以上のシンボルにデータ信号を収容するフレームを伝送単位とする伝送信号光により、データを受信する光受信装置であって、
伝送路から入力する伝送信号光を複数の分割信号光に分割する光分波器（４２，１４２，２３０，３３０）と、
当該複数の分割信号光の１つからフレームタイミング信号を生成するタイミング信号生成装置（４８，５０，５６，５８，６０，６２；１４４ｅ，１４６ｅ，１５２，１５４，１５６；２３２ｅ，２３８ｅ，２４４，２４６，２４８；３３８，３４０，３４２，３４４，３４６）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該伝送路から入力する伝送信号光から当該データ信号を分離する分離装置
とを具備し、
当該分離装置が、
一方のアーム上に１シンボル期間の整数倍の遅延時間の光遅延器（４６，１４６ａ，３３４）を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する遅延干渉計（４２，４４，４６；１４２ａ，１４４ａ，１４６ａ；２３２ａ；３３２）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該遅延干渉計（４２，４４，４６；１４２ａ，１４４ａ，１４６ａ）の出力信号光から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出するデータ信号抽出器（５２，５４，６４；１４８ｂ，１５０ｂ，１５８ｂ；２３８ａ，２４０ａ；３３６，３４８）
とを具備する
ことを特徴とする光受信装置。
当該データ信号抽出器が、
当該遅延干渉計の出力信号光を電気信号に変換する光／電気変換器（５２，２３８ａ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該光／電気変換器の出力電気信号から当該遅延時間に対応するシンボルのデータ信号をゲートするゲート装置（５４，２４０ａ）
とを具備することを特徴とする請求項２０に記載の光受信装置。
当該分離装置がさらに、
一方のアーム上に当該光遅延器の当該遅延時間とは異なる、当該１シンボル期間の整数倍に相当する第２の遅延時間の第２の光遅延器（１４６ｂ）を具備し、当該複数の分割信号光の別の１つが入力する第２の遅延干渉計（１４２ｂ，１４４ｂ，１４６ｂ；２３２ｃ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該第２の遅延干渉計の出力信号光から当該第２の遅延時間に対応するシンボルのデータ信号を抽出する第２のデータ信号抽出器（１４８ｂ，１５０ｂ，１５８ｂ；２３８ｃ，２４０ｃ）
とを具備することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の光受信装置。
当該分離装置が、
一方のアーム上に当該１シンボル期間の整数倍に相当し且つ互いに異なる遅延時間の光遅延器（１４６ａ〜１４６ｄ）を具備し、当該複数の分割信号光の１つが入力する複数の遅延干渉計（１４２ａ〜１４２ｄ，１４４ａ〜１４４ｄ，１４６ａ〜１４６ｄ）と、
当該フレームタイミング信号に従い、当該複数の遅延干渉計の内の対応する遅延干渉計の出力信号光から所定のシンボルのデータ信号を抽出する複数のデータ信号抽出器（１４８ａ〜１４８ｄ，１５０ａ〜１５０ｄ，１５８ａ〜１５８ｄ）
とを具備することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の光受信装置。
当該伝送信号光は、当該データ信号及び当該パイロット信号で位相変調されたレーザ光からなることを特徴とする請求項２０に記載の光受信装置。