JP5218143B2 - 光送信装置及び光受信装置並びに光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光送信装置及び光受信装置並びに光通信システムに関する。

従来の光通信システムについて図面を参照して説明する。図８は、従来の光通信システムの構成を示すブロック図である。図８を参照すると、光通信システムは、光送信装置１２０及び光受信装置１３０を備える。ここでは、変調方式は、一例として、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式とする。

位相変調部１２１は、電気信号Ｅ１１に基づいて、光源１２３から出力された光信号を位相変調する。すなわち、電気信号Ｅ１１は、光位相信号に変換される。さらに、強度変調部１２２は、正弦波により、光位相信号に対して強度変調を重畳する。ここで、正弦波が有する情報量はゼロであるため、光信号Ｐ１１によって伝送することができる情報量は電気信号Ｅ１１のみである。光信号Ｐ１１の強度変化は、図９（Ａ）に示すように正弦波状であり、光の位相の０又はπに電気信号Ｅ１１の情報が含まれている。

光受信装置１３０は、光信号Ｐ１１を受信する。遅延干渉計１３２は、一方のアームにおいて他方のアームに対して電気信号Ｅ１１の１ｂｉｔに相当する遅延を有し、位相情報０又はπを強度情報１又は０に戻す。遅延干渉計１３２は、一方の出力として、図９（Ｂ）に示す光信号Ｐ１４を出力する。光信号Ｐ１４は、位相０に相当するときには強度出力が存在し、位相πに相当するときには強度出力が存在しない。遅延干渉計１３２は、他方の出力として、図９（Ｃ）に示す光信号Ｐ１５を出力する。光信号Ｐ１５は、位相０に相当するときには強度出力が存在せず、位相πに相当するときには強度出力が存在する。このとき、図９（Ｃ）の光信号Ｐ１５として、図９（Ｂ）の光信号Ｐ１４を論理反転したもの出力されるため、光信号Ｐ１４のみに基づいて、電気信号Ｅ１１を再生することができる。

なお、特許文献１において、遅延干渉計の制御信号を変調することなく安定して送信光信号を受信することができる光受信器及び光送信器が記載されている。

特開２００８−２１９０６９号公報

以下の分析は、本発明者によってなされたものである。

図８の光送信装置１２０及び光受信装置１３０に基づいて、伝送する情報量を２倍にするためには、電気信号Ｅ１１の情報量を２倍（すなわち、ビットレートを２倍）にする必要がある。したがって、光送信装置１２０の変調速度を２倍にする必要があり、占有光スペクトル幅も２倍にする必要がある。また、光受信装置１３０の動作速度も２倍にする必要があるため、４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓなどの超高速伝送においては、使用されるデバイスの動作限界を超えてしまい、実用化が困難となる。

したがって、図８の光通信システムにおいては、以下の問題がある。すなわち、２倍の情報量を伝送するためには、位相変調部１２１及び強度変調部１２２における変調速度を２倍にする必要があるものの、デバイスの動作限界速度を超えてしまって変調を行うことができない。また、デバイスの動作限界以下の速度とした場合には、占有光スペクトル帯域幅は２倍にする必要があることから、光ファイバの伝送帯域の使用効率は従来と比較して向上しない。さらに、２倍の情報信号を再生するためには、光受信装置１３０の構成要素数が増加し、構成が複雑になるとともに装置が高価になる。

そこで、光送信装置において、構成部品の動作速度、及び占有光スペクトル帯域幅を増加させることなく、伝送可能な単位時間当たりの情報量を２倍にすることが課題となる。また、光受信装置において、構成部品を大幅に増加させることなく、受信した光信号を再生することができるようにすることが課題となる。本発明の目的は、これらの課題を解決する光送信装置および光受信装置を提供することにある。

本発明の第１の視点に係る光送信装置は、所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づいて光信号を位相変調する位相変調部と、第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づいて光信号を強度変調する強度変調部と、を備え、位相変調部による位相変調と強度変調部による強度変調とが重畳された光信号を送信する。

本発明の第２の視点に係る光受信装置は、所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づく位相変調と、第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づく強度変調とが重畳された第１の光信号を受信して、第１の電気信号及び第２の電気信号を検出する光受信装置であって、
前記第１の光信号を受信するとともに、その一の位相情報に応じた強度を有する第２の光信号と他の位相情報に応じた強度を有する第３の光信号とを出力する遅延干渉計と、
前記第２の光信号を受信するとともに、光電変換して第３の電気信号として出力する第１の受光素子と、
前記第３の光信号を受信するとともに、光電変換して第４の電気信号として出力する第２の受光素子と、
前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との和に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する第１の識別回路と、
前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する第２の識別回路と、を備える。

本発明の第３の視点に係る光送信方法は、所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づいて光信号を位相変調する工程と、第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づいて光信号を強度変調する工程と、位相変調工程における位相変調と強度変工程における強度変調とが重畳された光信号を送信する工程と、を含む。

本発明の第４の視点に係る光受信方法は、所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づく位相変調と、第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づく強度変調とが重畳された光信号を受信する工程と、第１の電気信号及び第２の電気信号を検出する工程と、を含む。

本発明に係る光送信装置及び送信方法によると、光送信装置における構成部品の動作速度、及び占有光スペクトル帯域幅を増加させることなく、伝送可能な単位時間当たりの情報量を２倍にすることができる。また、本発明に係る光受信装置及び光受信方法によると、光受信装置における構成部品を大幅に増加させることなく、受信した光信号を再生することができる。

本発明の実施形態に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る光通信システムの動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施例に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に係る光通信システムの動作を説明するための図である。 本発明の第３の実施例に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例に係る光通信システムの動作を説明するための図である。 従来の光通信システムの構成を示すブロック図である。 従来の光通信システムの動作を説明するための図である。

本発明の実施形態に係る光送信装置及び光受信装置並びに光通信システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、光送信装置１０は、位相変調部１１及び強度変調部１２を備える。位相変調部１１は、所定のビットレートを有する電気信号Ｅ１に基づいて光信号を位相変調する。強度変調部１２は、電気信号Ｅ１と同一のビットレートを有する電気信号Ｅ２に基づいて光信号を強度変調する。光送信装置１０は、位相変調部１１による位相変調と強度変調部１２による強度変調とが重畳された光信号Ｐ１を送信する。

本実施形態に係る光送信装置１０によると、光送信装置１０における構成部品の動作速度、及び占有光スペクトル帯域幅を増加させることなく、伝送可能な単位時間当たりの情報量を２倍にすることができる。

光送信装置１０は、さらに光源１３を備えるようにしてもよい。光源１３は、位相変調部１１による位相変調と強度変調部１２による強度変調とを重畳するための光信号を出力する。また、光源１３は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を出力するようにしてもよい。

さらに、光受信装置は、所定のビットレートを有する電気信号Ｅ１に基づく位相変調と、電気信号Ｅ１と同一のビットレートを有する電気信号Ｅ２に基づく強度変調とが重畳された光信号Ｐ１を受信して、電気信号Ｅ１及び電気信号Ｅ２を検出する。

また、図２を参照すると、光受信装置３０は、光分岐器３１、遅延干渉計３２、受光素子３３、３４、及び識別回路３６、３７を備えるようにしてもよい。

光分機器３１は、光信号Ｐ１を受信するとともに、受信した光信号Ｐ１を分岐して光信号Ｐ２及び光信号Ｐ３として出力する。遅延干渉計３２は、光信号Ｐ２を受信して、その位相情報に応じた強度を有する光信号Ｐ４を出力する。受光素子３３は、光信号Ｐ４を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ３として出力する。受光素子３４は、光信号Ｐ３を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ４として出力する。識別回路３６は、電気信号Ｅ３を受信して、その強度を識別する。識別回路３７は、電気信号Ｅ４を受信して、その強度を識別する。

また、図４を参照すると、光受信装置４０は、光分岐器４１、遅延干渉計４２、受光素子４３〜４５、及び識別回路４６、４７を備えるようにしてもよい。

光分岐器４１は、光信号Ｐ１を受信するとともに、受信した光信号Ｐ１を分岐して光信号Ｐ２及び光信号Ｐ３として出力する。遅延干渉計４２は、光信号Ｐ２を受信して、その一の位相情報に応じた強度を有する光信号Ｐ４と他の位相情報に応じた強度を有する光信号Ｐ５とを出力する。受光素子４３は、光信号Ｐ４を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ３として出力する。受光素子４４は、光信号Ｐ５を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ４として出力する。受光素子４５は、光信号Ｐ３を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ５として出力する。識別回路４６は、電気信号Ｅ３及び電気信号Ｅ４を受信して、これらの差動信号の強度を識別する。識別回路４７は、電気信号Ｅ５を受信して、その強度を識別する。

さらに、図６を参照すると、光受信装置５０は、遅延干渉計５２、受光素子５３、５４、及び識別回路５６、５７を備えるようにしてもよい。

遅延干渉計５２は、光信号Ｐ１を受信するとともに、その一の位相情報に応じた強度を有する光信号Ｐ４と他の位相情報に応じた強度を有する光信号Ｐ５とを出力する。受光素子５３は、光信号Ｐ４を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ３として出力する。受光素子５４は、光信号Ｐ５を受信するとともに、光電変換して電気信号Ｅ４として出力する。識別回路５６は、電気信号Ｅ３と電気信号Ｅ４との和に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する。識別回路５７は、電気信号Ｅ３と電気信号Ｅ４との差に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する。

（構成）
本発明の第１の実施例について図面を参照して説明する。図２は、本実施例に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。図２を参照すると、光通信システムは、光送信装置２０、及び光受信装置３０を備える。

位相変調部２１は、電気信号Ｅ１に基づいて、光源２３から出力されたＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を位相変調し、位相変調信号を出力する。強度変調部２２は、電気信号Ｅ２に基づいて、位相変調信号を強度変調する。このとき、光信号Ｐ１は、位相変調信号に強度変調信号が重畳された信号となる。

受信側では、遅延干渉計３２は、光分岐器３１で分岐された一方の光信号Ｐ２を受信し、位相変調光を強度変調光である光信号Ｐ４に変換する。受光素子３３は、光信号Ｐ４を電気信号Ｅ３に光電変換する。さらに、識別回路３６は、電気信号Ｅ３の強度を識別して電気信号Ｅ５として出力する。このとき、電気信号Ｅ５として、電気信号Ｅ１が再生される。

また、光分岐器３１で分岐された他方の光信号Ｐ３は、受光素子３４により電気信号Ｅ４に光電変換される。識別回路３７は、電気信号Ｅ４の強度を識別して電気信号Ｅ６として出力する。このとき、電気信号Ｅ６として、強度変調されていた電気信号Ｅ２が再生される。

なお、本実施例において、位相変調部２１における位相変調と、強度変調部２２における強度変調との順序を入れ替えてもよい。

（動作）
光送信装置２０の位相変調部２１は、光源２３から出力されたＣＷ光を位相変調し、位相変調信号を出力する。すなわち、電気信号Ｅ１は位相変調信号へ変換され、電気信号は光信号へ変換されることになる。強度変調部２２は、電気信号Ｅ２に基づいて、位相変調信号の強度変調を行う。

ここで、電気信号Ｅ１による位相変調のみの場合における光スペクトラムの占有幅は、電気信号Ｅ２による強度変調を重畳した場合における光スペクトラムの占有幅とほとんど変わらない。すなわち、電気信号Ｅ１及び電気信号Ｅ２のビットレートが同じである場合には、光スペクトラムの利用効率は２倍となる。

光受信装置３０の遅延干渉計３２は、位相変調信号へ強度変調信号が重畳された光信号Ｐ１を受信する。遅延干渉計３２は、一方のアームにおいて他方のアームに対して１ｂｉｔに相当する遅延を有する。遅延干渉計３２は、一方の出力として、光信号Ｐ４を出力する。受光素子３３は、光信号Ｐ４を光電変換し、電気信号Ｅ３を出力する。識別回路３６は、電気信号Ｅ３を入力し、電気信号Ｅ５（電気信号Ｅ１に相当する信号）を出力する。

光分岐器３１は、他方の出力として、光信号Ｐ３を出力する。受光素子３４は、光信号Ｐ３を光電変換し、電気信号Ｅ４を出力する。識別回路３７は、電気信号Ｅ４を入力し、電気信号Ｅ６（電気信号Ｅ２に相当する信号）を出力する。

（効果）
本実施例の光通信システムによると、位相変調部２１及び強度変調部２２は、従来のＲＺ−ＤＰＳＫの光送信装置に設けられたものを、そのままの構成で使用することができる。したがって、光送信装置２０は、位相変調部２１及び強度変調部２２を、従来と同じ動作速度で動作させることによって、単位時間当たり２倍の情報量を伝送することができる。

また、光受信装置３０は、図８に示した従来の光受信装置１３０に対して識別回路３７を追加することによって、各構成要素の動作速度を変えることなく、単位時間当たり２倍の情報量を再生することができる。

したがって、本実施例においては、以下に記載するような効果を奏する。すなわち、位相変調光に強度変調を重畳していることから、占有光スペクトル帯域幅を増加させることなく、光送信装置によって伝送可能な単位時間当たりの情報量を２倍に増加することができる。

また、遅延干渉方式の光受信装置において、一方の受光素子のみによって位相変調信号を再生することから、他方の受光素子によって強度変調信号を再生することができる。すなわち、光受信装置の構成要素をほとんど増加させることなく、単位時間当たり２倍の情報量を再生することができる。

さらに、単位時間当たり２倍の情報信号を伝送する際、各部品の動作速度を従来と同一速度で使用することができる。したがって、４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓなどのデバイスの動作限界において稼動している光通信システムであっても、デバイスに要求される速度を変えることなく、単位時間当たり２倍の情報信号を伝送することができる。

図４は、第２の実施例を示す。図４の光受信装置４０の受光素子４４は、図２の光受信装置３０の遅延干渉計３２の一方の出力光である光信号Ｐ５を光電変換する。受光素子４３及び受光素子４４による差動受信動作によって、電気信号Ｅ３−Ｅ４が得られる。識別回路４６は、電気信号Ｅ３−Ｅ４を入力して電気信号Ｅ６を出力する。

図２に示した第１の実施例における電気信号Ｅ３は図９（Ｂ）と同様である。一方、図４に示した本実施例における電気信号Ｅ３−Ｅ４は、図９（Ｄ）と同様に位相信号が差動信号として得られる。したがって、図９（Ｄ）における位相信号０とπと間の振幅差は、図９（Ｂ）における振幅差の２倍となる。

すなわち、本実施例に係る光通信システムによると、雑音に対する識別余裕が実施例１の２倍となり、実施例１の光通信システムと比較して受信性能が向上する。

本発明の第３の実施例について図面を参照して説明する。図６は、本実施例に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。

図６を参照すると、光受信装置５０は、遅延干渉計５２、受光素子５３、５４、及び識別回路５６、５７を備える。

図６を参照すると、受光素子５３は、遅延干渉計５２の一方の出力光である光信号Ｐ４を光電変換して電気信号Ｅ３を出力する。受光素子５４は、遅延干渉計５２の他方の出力光である光信号Ｐ５を光電変換して電気信号Ｅ４を出力する。

受信電気信号Ｅ３−Ｅ４（図７（Ｃ））は、電気信号Ｅ３から電気信号Ｅ４を差し引くことによって得られる。一方、受信電気信号Ｅ３＋Ｅ４（図７（Ｄ））は、電気信号Ｅ３と電気信号Ｅ４とを足し合わせることによって得られる。

識別回路５６は電気信号Ｅ３−Ｅ４を入力し、電気信号Ｅ５（電気信号Ｅ１に相当する信号）を出力する。識別回路５７は、電気信号Ｅ３＋Ｅ４を入力し、電気信号Ｅ６（電気信号Ｅ２に相当する信号）を出力する。

本実施例においても、実施例１と比較して、受信性能、すなわち雑音に対する耐性が向上する。

以上の記載は実施例に基づいて行ったが、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。

１０、２０、１２０ 光送信装置
１１、２１、１２１ 位相変調部
１２、２２、１２２ 強度変調部
１３、２３、１２３ 光源
３０、４０、５０、１３０ 光受信装置
３１、４１ 光分岐器
３２、４２、５２、１３２ 遅延干渉計
３３、３４、４３〜４５、５３、５４、１３３、１３４ 受光素子
３６、３７、４６、４７、５６、５７、１３６ 識別回路
Ｅ１〜Ｅ７、Ｅ１１、Ｅ１３、Ｅ１４、Ｅ１５ 電気信号
Ｐ１〜Ｐ５、Ｐ１１、Ｐ１４、Ｐ１５ 光信号

Claims (3)

1. 所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づく位相変調と、該第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づく強度変調とが重畳された第１の光信号を受信して、該第１の電気信号および該第２の電気信号を検出する光受信装置であって、
   前記第１の光信号を受信するとともに、その一の位相情報に応じた強度を有する第２の光信号と他の位相情報に応じた強度を有する第３の光信号とを出力する遅延干渉計と、
   前記第２の光信号を受信するとともに、光電変換して第３の電気信号として出力する第１の受光素子と、
   前記第３の光信号を受信するとともに、光電変換して第４の電気信号として出力する第２の受光素子と、
   前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との和に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する第１の識別回路と、
   前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差に相当する電気信号を受信して、その強度を識別する第２の識別回路と、を備える、光受信装置。
2. 前記遅延干渉計は、一方のアームにおいて他方のアームに対して前記第１の電気信号の１ビットに相当する遅延を有する、請求項１に記載の光受信装置。
3. 所定のビットレートを有する第１の電気信号に基づいて光信号を位相変調する位相変調部と、
   前記第１の電気信号と同一のビットレートを有する第２の電気信号に基づいて光信号を強度変調する強度変調部と、を有し、
   前記位相変調部による位相変調と前記強度変調部による強度変調とが重畳された光信号を送信する、光送信装置と、
   請求項１または２に記載の光受信装置と、を備える、光通信システム。

Images