JP5692439B1 - Optical phase locked loop circuit and optical phase locked method - Google Patents

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Abstract

【課題】デジタルフィルタを用いることなく、安定して周波数弁別を行う。【解決手段】局部発振光を用いて、2値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する復調部と、I軸信号及びQ軸信号から、sin2θkの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω0tk+2θk)の情報を含む位相変調成分信号を生成するデジタル処理部と、位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号を生成するフィルタ部と、局部発振制御信号に基づいて、前記局部発振光を生成する局部発振光生成部とを備える。【選択図】図1Frequency discrimination is performed stably without using a digital filter. A demodulating unit that generates an I-axis signal and a Q-axis signal by demodulating an optical phase-modulated signal that is a binary phase-modulated signal using local oscillation light, and sin2θk from the I-axis signal and the Q-axis signal. A phase error signal including the information of, a digital processing unit that generates a phase modulation component signal including the information of sin (ω0tk + 2θk), a phase error θ included in the phase error signal, and a phase error θ included in the phase modulation component signal And a local oscillation light generation unit that generates the local oscillation light based on the local oscillation control signal. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、コヒーレント光通信で用いて好適な、光位相同期ループ回路及び光位相同期方法に関するものである。   The present invention relates to an optical phase locked loop circuit and an optical phase locked method suitable for use in coherent optical communication.

昨今の光通信の大容量化に伴い、従来の強度変調と比べて多値化による帯域利用効率の向上が容易な、位相変調などを用いたコヒーレント通信が注目されている。位相変調を用いた通信では、位相に情報を重畳して送信する。   Along with the recent increase in capacity of optical communication, coherent communication using phase modulation and the like, which can easily improve bandwidth utilization efficiency by multi-leveling as compared to conventional intensity modulation, has attracted attention. In communication using phase modulation, information is superimposed on the phase and transmitted.

コヒーレント通信での受信方法には、ホモダイン検波による受信方法や、ヘテロダイン検波による受信方法がある。ホモダイン検波では、位相変調された受信信号の搬送波と周波数及び位相が一致した局部発振光を受信端で生成し、受信信号の搬送波と局部発振光とを干渉させることにより復調を行う。ヘテロダイン検波では、位相変調された受信信号の搬送波と、周波数がわずかに異なる局部発振光を受信端で生成し、受信信号の搬送波と局部発振光とを干渉させることによりダウンコンバートして復調を行う。ホモダイン検波及びヘテロダイン検波は、いずれも、受信信号と局部発振光の位相同期回路を用いて実現可能である。   As a reception method in coherent communication, there are a reception method using homodyne detection and a reception method using heterodyne detection. In homodyne detection, local oscillation light having the same frequency and phase as the carrier wave of the phase-modulated reception signal is generated at the receiving end, and demodulation is performed by causing interference between the carrier wave of the reception signal and the local oscillation light. In heterodyne detection, a carrier wave of a phase-modulated received signal and a local oscillation light slightly different in frequency are generated at the receiving end, and the carrier wave of the reception signal and the local oscillation light are interfered to perform down-conversion and demodulation. . Both homodyne detection and heterodyne detection can be realized by using a phase synchronization circuit of the received signal and the local oscillation light.

このような位相同期技術を用いて位相変調(PSK:Phase Shift Keying)信号を復調するには、PSK信号に搬送波のスペクトル成分が含まれないため、PSK信号である受信信号の搬送波と局部発振光の位相誤差を抽出する手段が必要である。この位相誤差を抽出する手段として、逓倍法やコスタスループが知られている。   In order to demodulate a phase shift keying (PSK) signal using such a phase synchronization technique, the PSK signal does not include the spectrum component of the carrier wave. Therefore, the carrier wave of the received signal that is a PSK signal and the local oscillation light A means for extracting the phase error is required. As a means for extracting this phase error, a multiplication method and a Costas loop are known.

例えば、2値位相変調(BPSK:Binary Phase Shift Keying)信号では、搬送波に対して位相がπだけずれた2値で位相変調が施されている。搬送波を単純に逓倍する逓倍法を用いると、例えば2逓倍の場合、搬送波の位相0又はπが2逓倍されて、0又は2πとなって現れる。三角関数の周期性により、それぞれのタイムスロットでの波形は同形になるので、結果的に搬送波の2逓倍の周波数を持つ信号の抽出が可能になる。しかしながら、光信号を直接逓倍する手法が確立されていないため、逓倍法を光信号に適用することは困難である。   For example, in a binary phase shift keying (BPSK) signal, phase modulation is performed with a binary value whose phase is shifted by π with respect to the carrier wave. When a multiplication method that simply multiplies the carrier wave is used, for example, in the case of double multiplication, the phase 0 or π of the carrier wave is doubled to appear as 0 or 2π. Due to the periodicity of the trigonometric function, the waveform in each time slot has the same shape, and as a result, it is possible to extract a signal having a frequency twice the carrier wave. However, since a method for directly multiplying an optical signal has not been established, it is difficult to apply the multiplying method to an optical signal.

非特許文献1に開示されているコスタスループの場合、搬送波と局部発振光の位相誤差の2倍を抽出することが可能となる。このコスタスループでは、I軸信号はsin(θ+d)、Q軸信号は−cos(θ+d)となる。ここで、θは受信信号の搬送波と局部発振光との位相誤差を表す。また、dは、データ列を表し、タイムスロットごとに、π/2又は−π/2をとる。これらを乗算すると、データ列dの変化はキャンセルされ、sin2θが出力される。このため、この乗算信号を位相同期ループの制御信号とすることができる。この場合θが0になるようにフィードバック制御が施される。   In the case of the Costas loop disclosed in Non-Patent Document 1, it is possible to extract twice the phase error between the carrier wave and the local oscillation light. In this Costas loop, the I-axis signal is sin (θ + d) and the Q-axis signal is −cos (θ + d). Here, θ represents a phase error between the carrier wave of the received signal and the local oscillation light. Further, d represents a data string and takes π / 2 or −π / 2 for each time slot. When these are multiplied, the change in the data string d is canceled and sin2θ is output. Therefore, this multiplication signal can be used as a control signal for the phase locked loop. In this case, feedback control is performed so that θ is zero.

非特許文献2又は3には、局部発振光を生成するための光VCO(Voltage Controlled Ocsillator)を用いるコスタスループが開示されている。コスタスループでは、搬送波と局部発振光の周波数の差が、時間的に変動する場合に、復調が困難になることが知られている。例えば、信号光や局部発振光の光源に半導体レーザを用いる場合、一般に両者の揺らぎは数百Hzから数十MHzまでとなる(例えば、特許文献1参照)。光位相同期ループ回路の安定動作のため要求される周波数引込範囲を実現するためには、回路を構成する各素子の動作帯域は、最大で数10GHz程度まで必要とされる。しかし、これらの動作帯域の要求を満たす各素子で回路を構成することは容易ではない。   Non-Patent Document 2 or 3 discloses a Costas loop using an optical VCO (Voltage Controlled Oscillator) for generating local oscillation light. In the Costas loop, it is known that demodulation is difficult when the frequency difference between the carrier wave and the local oscillation light fluctuates with time. For example, when a semiconductor laser is used as a light source for signal light or local oscillation light, the fluctuation of both is generally several hundred Hz to several tens MHz (see, for example, Patent Document 1). In order to realize the frequency pull-in range required for stable operation of the optical phase-locked loop circuit, the operating band of each element constituting the circuit is required up to about several tens GHz. However, it is not easy to configure a circuit with each element satisfying these operating band requirements.

特開平11−133472号公報JP-A-11-133472

Y.Chiou and L.Wang,“Effect of Optical Amplifier Noise on Laser Linewidth Requirements in Long Haul Optical Fiber Communication Systems with Costas PLL Receivers”Journal of Lightwave Technology,Vol.14,No.10,pp.2126−2134(1996)Y. Chiou and L. Wang, “Effect of Optical Amplifier Noise on Laser Linewidth Requirements in Long Haul Optical Fiber Communication Systems Witth of the World. 14, no. 10, pp. 2126-2134 (1996) Takahide Sakamoto et al.,“Real−Time Homodyne Reception of 40−Gb/s BPSK Signal by Digital Optical Phase−Locked Loop” ECOC2010、19−23 September, 2010, Torino, ItalyTakahide Sakamoto et al. , “Real-Time Homedyne Reception of 40-Gb / s BPSK Signal by Digital Optical-Locked Loop” ECOC 2010, 19-23 September, 2010, Tori Tori Takahide Sakamoto et al.,“Degital Optical Phase Locked Loop for Real−Time Coherent Demodulation of Multilevel PSK/QAM”、 OSA/OFC/NFOEC 2010 OMS5.pdfTakahide Sakamoto et al. , “Digital Optical Phase Locked Loop for Real-Time Coherent Demolition of Multilevel PSK / QAM”, OSA / OFC / NFOEC 2010 OMS5. pdf

非特許文献2は、実験系での報告であり、搬送波及び局部発振光の間に存在する周波数変動を相殺するために、両者に対して同一光源から出力された光波を用いている。   Non-Patent Document 2 is a report in an experimental system, in which light waves output from the same light source are used for both in order to cancel out frequency fluctuations existing between a carrier wave and local oscillation light.

しかしながら、実環境下において、信号光を生成する送信器と、局部発振光を生成する受信器は別地点に存在する。従って、非特許文献2の技術を、現実のネットワークに適用することは困難である。   However, in a real environment, a transmitter that generates signal light and a receiver that generates local oscillation light exist at different points. Therefore, it is difficult to apply the technique of Non-Patent Document 2 to an actual network.

また、非特許文献3では、デジタル演算処理により抽出された位相誤差に対して、周波数弁別器を使用している。   In Non-Patent Document 3, a frequency discriminator is used for the phase error extracted by digital arithmetic processing.

しかしながら、この場合、位相同期が確立された時点で位相誤差信号はわずかなオフセットを除き0Vとなる。一般に周波数弁別器は、ある一定の振幅を持った正弦波に対して用いられる。非特許文献3に開示された手法では、ある一定値以内の周波数誤差に対しては、位相誤差信号の平均パワーが小さくなるため、安定して周波数弁別を行うことが困難になる。   However, in this case, the phase error signal becomes 0 V except for a slight offset when the phase synchronization is established. Generally, a frequency discriminator is used for a sine wave having a certain amplitude. With the method disclosed in Non-Patent Document 3, the average power of the phase error signal is small for frequency errors within a certain value, making it difficult to perform frequency discrimination stably.

また、2値位相変調(BPSK)信号又は4値位相変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)信号のデジタル復調に用いられるクロスプロダクト型周波数弁別器が存在する。   There is also a cross-product type frequency discriminator used for digital demodulation of a binary phase modulation (BPSK) signal or a quaternary phase modulation (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) signal.

しかしながら、このクロスプロダクト型周波数弁別器を用いる場合には、雑音を減らすために、周波数弁別器の前段にデジタルフィルタなどの平滑化フィルタを挿入する必要がある。デジタルフィルタとして例えば有限インパルス応答(FIR:Finite Inpulse Response)フィルタを用いると、タップ数に比例した乗算処理や加算処理が必要になるため、デジタル演算に起因する処理時間が顕在化し、ループ伝播遅延時間が増加する。位相同期ループ回路では、ループ伝搬遅延時間が大きくなると、復調性能が劣化することが知られている。このため、位相同期ループ回路に、デジタルフィルタを用いることは望ましくない。   However, when this cross-product type frequency discriminator is used, it is necessary to insert a smoothing filter such as a digital filter before the frequency discriminator in order to reduce noise. For example, when a finite impulse response (FIR) filter is used as a digital filter, multiplication processing and addition processing proportional to the number of taps are required, so that processing time due to digital computation becomes obvious, and loop propagation delay time Will increase. In a phase locked loop circuit, it is known that demodulation performance deteriorates when the loop propagation delay time increases. For this reason, it is not desirable to use a digital filter in the phase-locked loop circuit.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、デジタルフィルタを用いることなく、安定して周波数弁別を行うことができる、光位相同期ループ回路及び光位相同期方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems. An object of the present invention is to provide an optical phase-locked loop circuit and an optical phase-locking method capable of stably performing frequency discrimination without using a digital filter.

上述した目的を達成するために、この発明の光位相同期ループ回路は、局部発振光を用いて、2値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する復調部と、I軸信号及びQ軸信号から、sin2θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成するデジタル処理部と、位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分から、局部発振制御信号を生成するフィルタ部と、局部発振制御信号に基づいて、局部発振光を生成する局部発振光生成部とを備える。 In order to achieve the above-described object, the optical phase-locked loop circuit according to the present invention demodulates an optical phase modulation signal, which is a binary phase modulation signal, using local oscillation light to generate an I-axis signal and a Q-axis signal. a demodulator for, from the I-axis signal and the Q-axis signal, and a digital processor for generating a phase-modulated component signal comprising a phase error signal containing information Sin2shita k, the information of sin (ω 0 t k + 2θ k), Based on the phase error θ k included in the phase error signal and the time differential of the phase error θ k included in the phase modulation component signal, a filter unit that generates a local oscillation control signal, and the local oscillation light based on the local oscillation control signal And a local oscillation light generation unit for generating

また、この発明の光位相同期方法は、局部発振光を用いて、2値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する過程と、I軸信号及びQ軸信号から、sin2θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成する過程と、位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分から、局部発振制御信号を生成する過程と、局部発振制御信号に基づいて、局部発振光を生成する過程とを備える。 Further, the optical phase synchronization method of the present invention includes a process of demodulating an optical phase modulation signal, which is a binary phase modulation signal, using local oscillation light to generate an I-axis signal and a Q-axis signal, from the Q-axis signal, a phase error signal containing information Sin2shita k, and generating a phase-modulated component signal containing information sin (ω 0 t k + 2θ k), the phase error theta k included in the phase error signal , A process of generating a local oscillation control signal from the time differentiation of the phase error θ k included in the phase modulation component signal, and a process of generating local oscillation light based on the local oscillation control signal.

なお、光位相変調信号が4値位相変調信号である時は、デジタル処理部は、I軸信号及びQ軸信号から、sin4θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+4θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成する。 Incidentally, when the optical phase modulation signal is quaternary phase modulation signal, the digital processing unit, the I-axis signal and the Q-axis signal, a phase error signal containing information sin4θ k, sin (ω 0 t k + 4θ k ) Is generated.

この発明の光位相同期ループ回路及び光位相同期方法によれば、光位相変調信号が2値位相変調信号の場合は、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成し、光位相変調信号が4値位相変調信号の場合は、sin(ω+4θ)の情報を含む位相変調成分信号を位相誤差信号とは別に生成する。この位相変調成分信号を周波数弁別器に入力することで、周波数の時間変動に対応する位相誤差θの時間微分が得られる。この位相誤差θの時間微分を用いた周波数同期を行うと、デジタルフィルタを用いることなく、安定して周波数弁別を行うことができる。 According to the optical phase-locked loop circuit and the optical phase-locked method of the present invention, when the optical phase-modulated signal is a binary phase-modulated signal, the phase-modulated component signal including the information of sin (ω 0 t k + 2θ k ) is generated. When the optical phase modulation signal is a quaternary phase modulation signal, a phase modulation component signal including information of sin (ω 0 t k + 4θ k ) is generated separately from the phase error signal. By inputting this phase modulation component signal to the frequency discriminator, the time differential of the phase error θ k corresponding to the time variation of the frequency can be obtained. If the frequency synchronization using the time derivative of the phase error theta k, without using a digital filter, it is possible to perform stable frequency discriminator.

光位相同期ループ回路を概略的に説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating schematically an optical phase locked loop circuit. 光位相同期ループ回路が備えるサンプルホールド回路を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the sample hold circuit with which an optical phase locked loop circuit is provided. 光位相変調信号がBPSK信号であるときのデジタル演算部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a digital calculating part when an optical phase modulation signal is a BPSK signal. 光位相変調信号がQPSK信号であるときのデジタル演算部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a digital calculating part when an optical phase modulation signal is a QPSK signal.

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が、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。なお、各図において光信号を太線で示し、電気信号を細線で示してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described, but it is merely a preferred example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention. In each figure, the optical signal is indicated by a thick line, and the electric signal is indicated by a thin line.

(光位相同期ループ回路の概略)
図1を参照して、この発明の光位相同期ループ回路の概略について説明する。図1は、光位相同期ループ回路を概略的に説明するための模式図である。
(Outline of optical phase-locked loop circuit)
The outline of the optical phase-locked loop circuit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for schematically explaining an optical phase-locked loop circuit.

光位相同期ループ回路10は、復調部100、デジタル処理部200、フィルタ部300及び局部発振光生成部400、クロック信号生成部500と、第1及び第2の遅延器550−1及び550−2を備えて構成される。   The optical phase-locked loop circuit 10 includes a demodulation unit 100, a digital processing unit 200, a filter unit 300, a local oscillation light generation unit 400, a clock signal generation unit 500, and first and second delay units 550-1 and 550-2. It is configured with.

光位相同期ループ回路10には、光位相変調信号(図中、矢印S10で示す。)として、例えば、2値位相変調(BPSK)信号又は4値位相変調(QPSK)信号が入力される。   For example, a binary phase modulation (BPSK) signal or a quaternary phase modulation (QPSK) signal is input to the optical phase locked loop circuit 10 as an optical phase modulation signal (indicated by an arrow S10 in the figure).

光位相同期ループ回路10に入力された光位相変調信号S10は、復調部100に送られる。復調部100には、さらに、局部発振光生成部400で生成された局部発振光(図中、矢印S400で示す。)が入力される。復調部100は、入力される光位相変調信号S10と局部発振光S400から、I軸信号とQ軸信号を生成する。復調部100は、生成したI軸信号とQ軸信号を復調信号として出力するとともに、デジタル処理部200へ送る。   The optical phase modulation signal S10 input to the optical phase locked loop circuit 10 is sent to the demodulator 100. Further, local oscillation light (indicated by an arrow S400 in the figure) generated by the local oscillation light generation unit 400 is input to the demodulation unit 100. The demodulator 100 generates an I-axis signal and a Q-axis signal from the input optical phase modulation signal S10 and the local oscillation light S400. The demodulator 100 outputs the generated I-axis signal and Q-axis signal as demodulated signals and sends them to the digital processing unit 200.

デジタル処理部200は、I軸信号及びQ軸信号から、位相誤差信号と位相変調成分信号を生成する。   The digital processing unit 200 generates a phase error signal and a phase modulation component signal from the I-axis signal and the Q-axis signal.

光位相変調信号S10がBPSK信号の場合、この光位相同期ループ回路10では、I軸信号はsin(θ+d)、Q軸信号は−cos(θ+d)となる。ここで、θは受信信号の搬送波と局部発振光との位相誤差を表す。また、dは、データ列を表し、タイムスロットごとに、π/2又は−π/2をとる。これらを乗算すると、データ列dの変化はキャンセルされ、sin2θが出力される。この位相誤差信号S260−1をフィードバック制御信号とすることにより、BPSK用の位相同期ループが構成できる。デジタル処理部200で生成された位相誤差信号S260−1は、フィルタ部300に送られる。また、位相変調成分信号S260−2は、sin(ω+2θ)で与えられ、フィルタ部300に送られる。 When the optical phase modulation signal S10 is a BPSK signal, in this optical phase-locked loop circuit 10, the I-axis signal is sin (θ k + d k ) and the Q-axis signal is −cos (θ k + d k ). Here, θ k represents a phase error between the carrier wave of the received signal and the local oscillation light. D k represents a data string and takes π / 2 or −π / 2 for each time slot. When these are multiplied, the change in the data string d k is canceled and sin 2θ k is output. By using the phase error signal S260-1 as a feedback control signal, a phase locked loop for BPSK can be configured. The phase error signal S260-1 generated by the digital processing unit 200 is sent to the filter unit 300. The phase modulation component signal S260-2 is given by sin (ω 0 t k + 2θ k ) and sent to the filter unit 300.

光位相変調信号S10がQPSK信号の場合、データ列dは、d=kπ/2(k=0、1、2、3)となる。従って、位相誤差信号S260−1はsin4θとなる。この位相誤差信号をフィードバック制御信号とすることにより、QPSK用の位相同期ループが構成できる。デジタル処理部200で生成された位相誤差信号S260−1は、フィルタ部300に送られる。また、位相変調成分信号S260−2は、sin(ω+4θ)で与えられ、フィルタ部300に送られる。 When the optical phase modulation signal S10 is a QPSK signal, the data string d k is d k = kπ / 2 (k = 0, 1, 2, 3). Accordingly, the phase error signal S260-1 is the sin4θ k. By using this phase error signal as a feedback control signal, a phase locked loop for QPSK can be configured. The phase error signal S260-1 generated by the digital processing unit 200 is sent to the filter unit 300. Further, the phase modulation component signal S260-2 is given by sin (ω 0 t k + 4θ k ) and sent to the filter unit 300.

フィルタ部300は、位相誤差信号S260−1に含まれる位相誤差θと、周波数弁別器を用いて得られる位相変調成分信号S260−2に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号(図中、矢印S300で示す。)を生成する。フィルタ部300により、位相誤差信号を用いて位相同期ループが構成され、位相変調成分信号を用いて周波数同期ループが構成される。 Filter unit 300, the phase error theta k included in the phase error signal S260-1, the time derivative of the phase error theta k included in the phase modulated component signal S260-2 obtained by using a frequency discriminator, a local oscillator A control signal (indicated by an arrow S300 in the figure) is generated. The filter unit 300 forms a phase locked loop using the phase error signal and a frequency locked loop using the phase modulation component signal.

局部発振光生成部400は、局部発振制御信号S300に基づいて、局部発振光S400を生成する手段であって、光電圧制御発振器(光VCO)として機能する部分である。この局部発振光生成部400では、局部発振制御信号S300に基づいて、局部発振光S400の位相又は周波数が設定される。   The local oscillation light generator 400 is a means for generating the local oscillation light S400 based on the local oscillation control signal S300, and functions as an optical voltage controlled oscillator (optical VCO). In this local oscillation light generation unit 400, the phase or frequency of the local oscillation light S400 is set based on the local oscillation control signal S300.

(光位相同期ループ回路)
図1及び2を参照して、この発明の光位相同期ループ回路の構成例について説明する。図2は、光位相同期ループ回路が備えるサンプルホールド回路を説明するための模式図である。
(Optical phase-locked loop circuit)
A configuration example of the optical phase locked loop circuit of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a sample hold circuit included in the optical phase locked loop circuit.

復調部100は、90°ハイブリッドカプラ120、第1及び第2のバランス検波器122−1及び122−2を備えて構成される。   The demodulator 100 includes a 90 ° hybrid coupler 120 and first and second balance detectors 122-1 and 122-2.

干渉信号生成手段である90°ハイブリッドカプラ120は、非特許文献2と同様に構成でき、内部に、第1及び第2のビームコンバイナと、90°位相器とを備えている。なお、第1及び第2のビームコンバイナと、90°位相器の図示を省略している。   The 90 ° hybrid coupler 120 that is an interference signal generation unit can be configured in the same manner as in Non-Patent Document 2, and includes first and second beam combiners and a 90 ° phase shifter. The first and second beam combiners and the 90 ° phase shifter are not shown.

受信信号として入力された光位相変調信号S10は2分岐されて、一方が90°ハイブリッドカプラ120に送られ(図中、矢印S12で示す)、他方がクロック信号生成部500に送られる(図中、矢印S14で示す)。光位相変調信号S12と、局部発振光生成部400で生成された局部発振光S400は、偏波面が一致した状態で、90°ハイブリッドカプラ120に入力される。90°ハイブリッドカプラ120は、光位相変調信号S12と局部発振光S400とを干渉させて、両信号の位相誤差を反映した第1の干渉信号S120−1及び第2の干渉信号S120−2を生成する。なお、90°ハイブリッドカプラ120に入力される光位相変調信号S12と局部発振光S400の偏波面を一致させるために、従来周知の偏波面コントローラを用いることができるが、ここでは、説明及び図示を省略する。   The optical phase modulation signal S10 input as the reception signal is branched into two, one is sent to the 90 ° hybrid coupler 120 (indicated by an arrow S12 in the figure), and the other is sent to the clock signal generator 500 (in the figure). , Indicated by arrow S14). The optical phase modulation signal S12 and the local oscillation light S400 generated by the local oscillation light generation unit 400 are input to the 90 ° hybrid coupler 120 in a state where the polarization planes coincide. The 90 ° hybrid coupler 120 causes the optical phase modulation signal S12 and the local oscillation light S400 to interfere with each other to generate the first interference signal S120-1 and the second interference signal S120-2 that reflect the phase error between the two signals. To do. In order to make the polarization planes of the optical phase modulation signal S12 and the local oscillation light S400 input to the 90 ° hybrid coupler 120 coincide with each other, a conventionally known polarization plane controller can be used. Omitted.

第1のビームコンバイナは、光位相変調信号S12と局部発振光S400とを合波することにより、第1の干渉信号S120−1として、これらの和成分と差成分を得る。また、第2のビームコンバイナは、光位相変調信号S12と、局部発振光S400をπ/2(90°)だけ移相した光信号とを合波することにより、第2の干渉信号S120−2として、これらの和成分と差成分を得る。   The first beam combiner combines the optical phase modulation signal S12 and the local oscillation light S400 to obtain these sum and difference components as the first interference signal S120-1. The second beam combiner combines the optical phase modulation signal S12 and the optical signal obtained by phase shifting the local oscillation light S400 by π / 2 (90 °) to thereby generate the second interference signal S120-2. To obtain these sum and difference components.

90°ハイブリッドカプラ120で生成された第1の干渉信号S120−1及び第2の干渉信号S120−2は、それぞれ、第1及び第2のバランス検波器122−1及び122−2に送られる。   The first interference signal S120-1 and the second interference signal S120-2 generated by the 90 ° hybrid coupler 120 are sent to the first and second balance detectors 122-1 and 122-2, respectively.

第1のバランス検波器122−1は、内部に2つのフォトディテクタを備えている。第1のバランス検波器122−1は、第1の干渉信号S120−1に含まれる和成分及び差成分をそれぞれ光電変換した後、和成分の光電変換信号から差成分の光電変換信号を減算した信号を、第1の変調電気信号S122−1として生成する。   The first balance detector 122-1 includes two photodetectors inside. The first balance detector 122-1 photoelectrically converts the sum component and the difference component included in the first interference signal S120-1, respectively, and then subtracts the difference component photoelectric conversion signal from the sum component photoelectric conversion signal. The signal is generated as a first modulated electrical signal S122-1.

第2のバランス検波器122−2は、内部に2つのフォトディテクタを備えている。第2のバランス検波器122−2は、第2の干渉信号S120−2に含まれる和成分及び差成分をそれぞれ光電変換した後、和成分の光電変換信号から差成分の光電変換信号を減算した信号を、第2の変調電気信号S122−2として生成する。   The second balance detector 122-2 includes two photodetectors inside. The second balance detector 122-2 photoelectrically converts the sum component and difference component included in the second interference signal S120-2, and then subtracts the difference component photoelectric conversion signal from the sum component photoelectric conversion signal. The signal is generated as a second modulated electrical signal S122-2.

以下の説明では、第1の変調電気信号S122−1をI軸信号と称し、第2の変調電気信号S122−2をQ軸信号と称することもある。   In the following description, the first modulated electrical signal S122-1 may be referred to as an I-axis signal, and the second modulated electrical signal S122-2 may be referred to as a Q-axis signal.

I軸信号S122−1は2分岐され、その一方が復調信号S124−1として、光位相同期ループ回路10から出力され、他方は、デジタル処理部200に送られる(図中、矢印S126−1で示す)。また、Q軸信号S122−2は、2分岐され、その一方が復調信号S124−2として、光位相同期ループ回路10から出力され、他方は、デジタル処理部200に送られる(図中、矢印S126−2で示す)。なお、光位相変調信号S10がBPSK信号の場合は、Q軸信号が光位相同期ループ回路10から出力されない構成にしても良い。   The I-axis signal S122-1 is branched into two, one of which is output as the demodulated signal S124-1 from the optical phase-locked loop circuit 10, and the other is sent to the digital processing unit 200 (in the figure, indicated by an arrow S126-1). Show). The Q-axis signal S122-2 is branched into two, one of which is output from the optical phase-locked loop circuit 10 as the demodulated signal S124-2, and the other is sent to the digital processing unit 200 (in the figure, the arrow S126). -2). If the optical phase modulation signal S10 is a BPSK signal, the Q-axis signal may not be output from the optical phase locked loop circuit 10.

デジタル処理部200は、第1及び第2のサンプルホールド回路230−1及び230−2、第1及び第2のアナログ−デジタル変換器(A/D)240−1及び240−2、デジタル演算部250、並びに、第1及び第2のデジタル−アナログ変換器(D/A)260−1及び260−2を備えて構成される。   The digital processing unit 200 includes first and second sample and hold circuits 230-1 and 230-2, first and second analog-digital converters (A / D) 240-1 and 240-2, and a digital arithmetic unit. 250, and first and second digital-analog converters (D / A) 260-1 and 260-2.

第1のサンプルホールド回路230−1は、I軸信号S126−1の強度を所定の期間保持する。第1のサンプルホールド回路230−1が保持する期間は、クロック信号生成部500で生成されたクロック信号S500の周期Tに対応して定められる。   The first sample hold circuit 230-1 holds the intensity of the I-axis signal S126-1 for a predetermined period. The period held by the first sample-and-hold circuit 230-1 is determined corresponding to the cycle T of the clock signal S500 generated by the clock signal generation unit 500.

ここで、第1のサンプルホールド回路230−1について、図2を参照して説明する。この構成例のサンプルホールド回路230−1は、第1のバッファ232、第2のバッファ236、キャパシタ238及びスイッチ234を備えて構成される。スイッチ234が、クロック信号の周期Tに対応して開閉し、それによりキャパシタ238に信号強度に対応する電圧が、周期Tで定まる期間保持される。なお、サンプルホールド回路230−1は、所定の期間強度を保持する機能を有していればよく、この構成例には限定されない。また、第2の強度保持手段としての第2のサンプルホールド回路230−2は、第1のサンプルホールド回路230−1と同様に構成することができるので説明を省略する。   Here, the first sample hold circuit 230-1 will be described with reference to FIG. The sample hold circuit 230-1 in this configuration example includes a first buffer 232, a second buffer 236, a capacitor 238, and a switch 234. The switch 234 opens and closes in accordance with the period T of the clock signal, whereby the voltage corresponding to the signal strength is held in the capacitor 238 for a period determined by the period T. Note that the sample hold circuit 230-1 only needs to have a function of holding the intensity for a predetermined period, and is not limited to this configuration example. The second sample and hold circuit 230-2 as the second intensity holding means can be configured in the same manner as the first sample and hold circuit 230-1, and thus the description thereof is omitted.

第1及び第2のサンプルホールド回路230−1及び230−2は、それぞれ、I軸信号及びQ軸信号の強度を所定の期間保持した、すなわち、サンプルホールドした第1の強度保持信号S230−1及び第2の強度保持信号S230−2を生成する。第1及び第2の強度保持信号S230−1及びS230−2は、第1及び第2のA/D240−1及び240−2に送られて、AD変換が施される。AD変換が施された第1及び第2の強度保持信号S230−1及びS230−2は、デジタル演算部250に送られる。デジタル演算部250は、第1及び第2の強度保持信号S230−1及びS230−2から位相誤差信号S260−1と位相変調成分信号S260−2を生成する。位相誤差信号S260−1は、第1のD/A260−1で、DA変換が施された後、フィルタ部300に送られる。また、位相変調成分信号S260−2は、第2のD/A260−2で、DA変換が施された後、フィルタ部300に送られる。デジタル演算部250の構成については、後述する。   The first and second sample and hold circuits 230-1 and 230-2 respectively hold the intensities of the I-axis signal and the Q-axis signal for a predetermined period, that is, the first intensity hold signal S230-1 that has been sampled and held. And a second intensity holding signal S230-2. The first and second intensity holding signals S230-1 and S230-2 are sent to the first and second A / D 240-1 and 240-2 and subjected to AD conversion. The first and second intensity holding signals S <b> 230-1 and S <b> 230-2 that have been subjected to AD conversion are sent to the digital calculation unit 250. The digital calculation unit 250 generates a phase error signal S260-1 and a phase modulation component signal S260-2 from the first and second intensity holding signals S230-1 and S230-2. The phase error signal S260-1 is sent to the filter unit 300 after being DA-converted by the first D / A 260-1. The phase modulation component signal S260-2 is sent to the filter unit 300 after being DA-converted by the second D / A 260-2. The configuration of the digital arithmetic unit 250 will be described later.

次に、フィルタ部300について説明する。フィルタ部300は、上述したように、位相誤差信号S260−1に含まれる位相誤差θと、位相変調成分信号S260−2に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号S300を生成する。 Next, the filter unit 300 will be described. Filter unit 300, as described above, from the phase error theta k included in the phase error signal S260-1, the time derivative of the phase error theta k included in the phase modulated component signals S260-2, the local oscillation control signal S300 Is generated.

フィルタ部300は第1及び第2のループフィルタ320及び330、平滑化フィルタ322、周波数弁別器324及び加算器340を備えて構成される。第1のD/A260−1でDA変換された位相誤差信号S260−1は第1のループフィルタ320を経て加算器340に送られる。この第1のループフィルタ320は、位相同期ループのループフィルタとして機能する。   The filter unit 300 includes first and second loop filters 320 and 330, a smoothing filter 322, a frequency discriminator 324, and an adder 340. The phase error signal S260-1 DA-converted by the first D / A 260-1 is sent to the adder 340 through the first loop filter 320. The first loop filter 320 functions as a loop filter of a phase locked loop.

また、第2のD/A260−2でDA変換された位相変調成分信号S260−2は、平滑化フィルタ322、周波数弁別器324及び第2のループフィルタ330を経て加算器340に送られる。位相変調成分信号S260−2が、中心周波数ωの周波数弁別器324に入力されると、θの時間微分に対応する出力が得られる。この、平滑化フィルタ322、周波数弁別器324及び第2のループフィルタ330は、周波数変動を抑制する周波数同期ループの構成要素となる。 In addition, the phase modulation component signal S260-2 DA-converted by the second D / A 260-2 is sent to the adder 340 via the smoothing filter 322, the frequency discriminator 324, and the second loop filter 330. When the phase modulation component signal S260-2 is input to the frequency discriminator 324 having the center frequency ω 0 , an output corresponding to the time differentiation of θ k is obtained. The smoothing filter 322, the frequency discriminator 324, and the second loop filter 330 are components of a frequency locked loop that suppresses frequency fluctuations.

加算器340は、第1及び第2のループフィルタ320及び330の出力を加算して局部発振制御信号S300を生成する。第1のループフィルタ320の出力と第2のループフィルタ330の出力を加算することは、位相同期ループに周波数同期ループを付加することに対応する。加算器340で生成された局部発振制御信号S300は、局部発振光生成部400に送られる。   The adder 340 adds the outputs of the first and second loop filters 320 and 330 to generate a local oscillation control signal S300. Adding the output of the first loop filter 320 and the output of the second loop filter 330 corresponds to adding a frequency locked loop to the phase locked loop. The local oscillation control signal S300 generated by the adder 340 is sent to the local oscillation light generation unit 400.

次に、局部発振光生成部400について説明する。局部発振光生成部400は、電圧制御発振器(VCO)410、光源420及び変調器430を備える。VCO410は、局部発振制御信号S300に応じて、自己の発振周波数fVCOを変更して発振信号S410を生成する。光源420は、光位相変調信号S10の搬送波周波数f0の連続光S420を生成する、いわゆる連続光源(CW光源)である。変調器430は、VCO410が生成した発振信号S410に応じて、連続光S420を変調して、局部発振光S400を得る。局部発振光生成部400が生成した局部発振光S400は、90°ハイブリッドカプラ120に送られる。   Next, the local oscillation light generation unit 400 will be described. The local oscillation light generation unit 400 includes a voltage controlled oscillator (VCO) 410, a light source 420, and a modulator 430. The VCO 410 changes its own oscillation frequency fVCO according to the local oscillation control signal S300 and generates the oscillation signal S410. The light source 420 is a so-called continuous light source (CW light source) that generates continuous light S420 having a carrier frequency f0 of the optical phase modulation signal S10. The modulator 430 modulates the continuous light S420 according to the oscillation signal S410 generated by the VCO 410 to obtain a local oscillation light S400. The local oscillation light S400 generated by the local oscillation light generation unit 400 is sent to the 90 ° hybrid coupler 120.

ここで、変調器430として、例えば、単側波帯(SSB:single side band)変調器を用いることができる。SSB変調器は、単側波帯のみを出力する変調器である。このため、SSB変調器を用いると、余分な側波帯を除去するバンドパスフィルタが不要となる。なお、変調器430としてマッハツェンダ型強度変調器を用い、さらに光バンドパスフィルタを備える構成としても良い。   Here, as the modulator 430, for example, a single side band (SSB) modulator can be used. The SSB modulator is a modulator that outputs only a single sideband. For this reason, the use of the SSB modulator eliminates the need for a bandpass filter that removes excess sidebands. Note that a Mach-Zehnder type intensity modulator may be used as the modulator 430, and an optical bandpass filter may be provided.

クロック信号生成部500は、1ビット遅延干渉器510、光電変換器520、クロック抽出器530及び分周器540を備えて構成される。   The clock signal generation unit 500 includes a 1-bit delay interferometer 510, a photoelectric converter 520, a clock extractor 530, and a frequency divider 540.

1ビット遅延干渉器510は、光位相変調信号S14を2分岐して、一方を1ビット遅延させた後干渉させて、1ビット遅延干渉信号S510を生成する。干渉の際、両者の位相誤差が0の場合は強め合い、πの場合は弱め合う。この結果、1ビット遅延干渉信号S510は、光強度変調信号と同様の信号として生成される。   The 1-bit delay interferometer 510 divides the optical phase modulation signal S14 into two, delays one of them and then causes interference to generate a 1-bit delayed interference signal S510. At the time of interference, if the phase error between the two is 0, they are strengthened, and if π, they are weakened. As a result, the 1-bit delayed interference signal S510 is generated as a signal similar to the light intensity modulation signal.

光電変換器520は、1ビット遅延干渉信号S510を光電変換して遅延干渉電気信号S520を生成する。   The photoelectric converter 520 photoelectrically converts the 1-bit delayed interference signal S510 to generate a delayed interference electrical signal S520.

クロック抽出器530は、遅延干渉電気信号S520から、周期TsのクロックS530を抽出する。   The clock extractor 530 extracts a clock S530 having a period Ts from the delayed interference electric signal S520.

分周器540は、クロック抽出器530で抽出された、周期TsのクロックS530を分周して周期Tのクロック信号S500を生成する。このクロック信号S500の周期Tが、サンプルホールド回路230での保持期間を規定する。従って、分周することにより、デジタル演算部250で処理可能な周波数とする。なお、位相誤差の変動成分は数MHz程度になることがあるので、クロック信号S500の周波数は、これより十分高い周波数とするのが良い。   The frequency divider 540 divides the clock S530 having the period Ts extracted by the clock extractor 530 to generate the clock signal S500 having the period T. The period T of the clock signal S500 defines the holding period in the sample and hold circuit 230. Therefore, by dividing the frequency, a frequency that can be processed by the digital calculation unit 250 is obtained. Since the fluctuation component of the phase error may be about several MHz, the frequency of the clock signal S500 is preferably sufficiently higher than this.

なお、クロック信号生成部500の各構成要素は、任意好適な従来周知のものとすることができる。   It should be noted that each component of the clock signal generation unit 500 can be any suitably known one.

クロック信号S500は2分岐されて、一方(図中、矢印S500−1で示す。)が第1の遅延器550−1に送られ、他方(図中、矢印S500−2で示す。)が第2の遅延器550−2に送られる。第1及び第2の遅延器550−1及び550−2で、それぞれタイミングが調整されたクロック信号S550−1及びS550−2は、第1及び第2のサンプルホールド回路230−1及び230−2に送られる。   The clock signal S500 is branched into two, and one (indicated by an arrow S500-1 in the figure) is sent to the first delay device 550-1, and the other (indicated by an arrow S500-2 in the figure) is the first. 2 to the second delay unit 550-2. The clock signals S550-1 and S550-2, the timings of which are adjusted by the first and second delay units 550-1 and 550-2, respectively, are the first and second sample and hold circuits 230-1 and 230-2. Sent to.

なお、復調部100、局部発振光生成部400及びクロック信号生成部500の構成は、上述の構成に限定されず、任意好適な従来と同様の構成にしてもよい。   Note that the configurations of the demodulation unit 100, the local oscillation light generation unit 400, and the clock signal generation unit 500 are not limited to the above-described configurations, and may be configured as any suitable conventional one.

(第1実施形態のデジタル演算部)
図3を参照して、光位相変調信号がBPSK信号であるときのデジタル演算部を説明する。図3は、光位相同期ループ回路が備えるデジタル処理部のうち、光位相変調信号がBPSK信号であるときのデジタル演算部を説明するための模式図である。
(Digital operation part of 1st Embodiment)
With reference to FIG. 3, the digital arithmetic unit when the optical phase modulation signal is a BPSK signal will be described. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a digital operation unit when the optical phase modulation signal is a BPSK signal among the digital processing units included in the optical phase locked loop circuit.

デジタル演算部600は、第1及び第2の2乗演算器602及び604、第1〜3の加算器612、614及び616、第1〜3の乗算器622、624及び626、第1及び第2の除算器642及び644、並びに、2倍演算器630を備えて構成される。   The digital calculation unit 600 includes first and second square calculators 602 and 604, first to third adders 612, 614 and 616, first to third multipliers 622, 624 and 626, first and first. 2 dividers 642 and 644, and a double calculator 630.

I軸成分を有する第1の強度保持信号は、2分岐されて、一方が第1の2乗演算器602に送られ、他方が第1の乗算器622に送られる。Q軸成分を有する第2の強度保持信号は、2分岐されて、一方が第2の2乗演算器604に送られ、他方が第1の乗算器622に送られる。   The first intensity holding signal having the I-axis component is branched into two, and one is sent to the first square calculator 602 and the other is sent to the first multiplier 622. The second intensity holding signal having the Q-axis component is branched into two, one is sent to the second square calculator 604 and the other is sent to the first multiplier 622.

第1の2乗演算器602は、I軸成分を有する第1の強度保持信号に対して2乗の演算を施す。第1の強度保持信号がKdsinθで表されるので、第1の2乗演算器602の出力は、Ksinθとなる。第1の2乗演算器602の出力は、第1及び第2の加算器612及び614に送られる。ここで、Kは、例えば、光位相同期ループ回路の利得を示す。また、ここでは、d =1として考える。 The first square calculator 602 performs a square calculation on the first intensity holding signal having the I-axis component. Since the first intensity holding signal is represented by Kd k sin θ k , the output of the first square calculator 602 is K 2 sin 2 θ k . The output of the first square calculator 602 is sent to the first and second adders 612 and 614. Here, K represents the gain of the optical phase-locked loop circuit, for example. Here, it is assumed that d k 2 = 1.

第2の2乗演算器604は、Q軸成分を有する第2の強度保持信号に対して2乗の演算を施す。第2の強度保持信号がKdcosθで表されるので、第2の2乗演算器604の出力は、Kcosθとなる。第2の2乗演算器604の出力は、第1及び第2の加算器612及び614に送られる。 The second square calculator 604 performs a square operation on the second intensity holding signal having the Q-axis component. Since the second intensity holding signal is represented by Kd k cos θ k , the output of the second square calculator 604 is K 2 cos 2 θ k . The output of the second square calculator 604 is sent to the first and second adders 612 and 614.

第1の加算器612は、第1の2乗演算器602の出力の符号を反転させて、第2の2乗演算器604の出力と加算する。第1の2乗演算器602の出力がKsinθであり、第2の2乗演算器604の出力がKcosθであるので、第1の加算器612の出力は、Kcosθ−Ksinθ=Kcos2θとなる。この第1の加算器612の出力は、第1の除算器642に送られる。 The first adder 612 inverts the sign of the output of the first square calculator 602 and adds it with the output of the second square calculator 604. Since the output of the first square calculator 602 is K 2 sin 2 θ k and the output of the second square calculator 604 is K 2 cos 2 θ k , the output of the first adder 612 is , K 2 cos 2 θ k −K 2 sin 2 θ k = K 2 cos 2θ k . The output of the first adder 612 is sent to the first divider 642.

第2の加算器614は、第1の2乗演算器602の出力と、第2の2乗演算器604の出力とを加算する。第1の2乗演算器602の出力がKsinθであり、第2の2乗演算器604の出力がKcosθであるので、第2の加算器614の出力は、Kcosθ+Ksinθ=Kとなる。この第2の加算器614の出力は、第1の除算器642及び第2の除算器644に送られる。 The second adder 614 adds the output of the first square calculator 602 and the output of the second square calculator 604. Since the output of the first square calculator 602 is K 2 sin 2 θ k and the output of the second square calculator 604 is K 2 cos 2 θ k , the output of the second adder 614 is , K 2 cos 2 θ k + K 2 sin 2 θ k = K 2 . The output of the second adder 614 is sent to the first divider 642 and the second divider 644.

第1の乗算器622は、I軸成分を有する第1の強度保持信号と、Q軸成分を有する第2の強度保持信号の積を計算する。第1の乗算器622の出力は、Kdsinθ*Kdcosθ=Ksin2θ/2となる。この第1の乗算器622の出力は、2倍演算器630に送られる。 The first multiplier 622 calculates the product of the first intensity holding signal having the I-axis component and the second intensity holding signal having the Q-axis component. The output of the first multiplier 622 is Kd k sin θ k * Kd k cos θ k = K 2 sin 2θ k / 2. The output of the first multiplier 622 is sent to the double calculator 630.

2倍演算器630は、第1の乗算器622の出力を2倍する。第1の乗算器622の出力は、Ksin2θ/2であるので、2倍演算器630の出力はKsin2θとなる。2倍演算器630の出力は、第2の除算器644に送られる。 The double calculator 630 doubles the output of the first multiplier 622. Since the output of the first multiplier 622 is K 2 sin2θ k / 2, the output of the doubling calculator 630 is K 2 sin2θ k . The output of the double calculator 630 is sent to the second divider 644.

第1の除算器642は、第1の加算器612の出力を第2の加算器614の出力で除算する。すなわち、第1の除算器642の出力は、Kcos2θ/K=cos2θである。第1の除算器642の出力は、第2の乗算器624に送られる。 The first divider 642 divides the output of the first adder 612 by the output of the second adder 614. That is, the output of the first divider 642 is K 2 cos 2θ k / K 2 = cos 2θ k . The output of the first divider 642 is sent to the second multiplier 624.

第2の除算器644は、2倍演算器630の出力を第2の加算器614の出力で除算する。すなわち、第2の除算器644の出力は、Ksin2θ/K=sin2θである。第2の除算器644の出力は、2分岐されて、一方が第3の乗算器626に送られ、他方が位相誤差信号として出力される。この位相誤差信号は、第1のD/A260−1に送られる。 The second divider 644 divides the output of the double calculator 630 by the output of the second adder 614. That is, the output of the second divider 644 is K 2 sin2θ k / K 2 = sin2θ k . The output of the second divider 644 is branched into two, one being sent to the third multiplier 626 and the other being outputted as a phase error signal. This phase error signal is sent to the first D / A 260-1.

第2の乗算器624は、第1の除算器642の出力とsinωとを乗算する。また、第3の乗算器626は、第2の除算器644の出力とcosωとを乗算する。ここで、ωは、乗算される正弦波又は余弦波の周波数であり、サンプリングレートより十分小さい。また、sinωとcosωは、互いに直交する。これら、sinωとcosωは、任意好適な発振器を用いて生成すればよい。 The second multiplier 624 multiplies the output of the first divider 642 and sin ω 0 t k . The third multiplier 626 multiplies the output of the second divider 644 and cosω 0 t k . Here, ω 0 is the frequency of the sine wave or cosine wave to be multiplied, and is sufficiently smaller than the sampling rate. Also, sin ω 0 t k and cos ω 0 t k are orthogonal to each other. These sin ω 0 t k and cos ω 0 t k may be generated using any suitable oscillator.

第2の乗算器624の出力はcos2θ*sinωとなる。また、第3の乗算器626の出力は、sin2θ*cosωとなる。第2の乗算器624の出力と第3の乗算器626の出力は、第3の加算器616で加算される。すなわち、第3の加算器616の出力は、cos2θ*sinω+sin2θ*cosω=sin(ω+2θ)となる。この第3の加算器616の出力は、位相変調成分信号として出力される。この位相変調成分信号は、第2のD/A260−2に送られる。 The output of the second multiplier 624 is cos 2θ k * sin ω 0 t k . Further, the output of the third multiplier 626 is sin 2θ k * cos ω 0 t k . The output of the second multiplier 624 and the output of the third multiplier 626 are added by the third adder 616. That is, the output of the third adder 616, a cos2θ k * sinω 0 t k + sin2θ k * cosω 0 t k = sin (ω 0 t k + 2θ k). The output of the third adder 616 is output as a phase modulation component signal. This phase modulation component signal is sent to the second D / A 260-2.

なお、デジタル演算部の構成は、上述の例に限定されない。位相誤差信号としてsin2θを生成し、位相変調成分信号として、sin(ω+2θ)を生成する任意好適な構成にすることができる。 The configuration of the digital calculation unit is not limited to the above example. Any suitable configuration can be employed in which sin 2θ k is generated as the phase error signal and sin (ω 0 t k + 2θ k ) is generated as the phase modulation component signal.

また、この構成例では、第1の除算器642及び第2の除算器644により位相誤差信号及び位相変調成分信号が規格化されている。このため、光位相同期ループ回路の利得が変動するなど、I軸信号やQ軸信号の強度が変動する場合であっても、位相誤差信号や位相変調成分信号の振幅は一定に保たれる。このため、より安定した位相ループ同期及び周波数ループ同期が実現できる。   In this configuration example, the phase error signal and the phase modulation component signal are standardized by the first divider 642 and the second divider 644. For this reason, even when the intensity of the I-axis signal or the Q-axis signal fluctuates, such as when the gain of the optical phase-locked loop circuit fluctuates, the amplitude of the phase error signal or the phase modulation component signal is kept constant. For this reason, more stable phase loop synchronization and frequency loop synchronization can be realized.

一方、I軸信号やQ軸信号の強度変動が問題にならない場合は、規格化しない構成にしても良い。規格化しない場合、第2の加算器614、第1及び第2の除算器642及び644は不要となる。   On the other hand, when the intensity fluctuation of the I-axis signal or the Q-axis signal does not become a problem, a configuration that does not standardize may be used. If not normalized, the second adder 614 and the first and second dividers 642 and 644 are not necessary.

(第2実施形態のデジタル演算部)
図4を参照して、光位相変調信号がQPSK信号であるときのデジタル演算部を説明する。図4は、光位相同期ループ回路が備えるデジタル処理部のうち、光位相変調信号がQPSK信号であるときのデジタル演算部を説明するための模式図である。
(Digital operation part of 2nd Embodiment)
With reference to FIG. 4, a digital arithmetic unit when the optical phase modulation signal is a QPSK signal will be described. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a digital operation unit when the optical phase modulation signal is a QPSK signal among the digital processing units provided in the optical phase locked loop circuit.

デジタル演算部700は、第1〜第5の2乗演算器702、704、706,708及び710、第1〜4の加算器712、714、716及び718、第1〜4の乗算器722、724、726及び728、第1及び第2の除算器742及び744、並びに、第1及び第2の1/2倍演算器732及び734を備えて構成される。   The digital arithmetic unit 700 includes first to fifth square calculators 702, 704, 706, 708 and 710, first to fourth adders 712, 714, 716 and 718, first to fourth multipliers 722, 724, 726 and 728, first and second dividers 742 and 744, and first and second ½ multipliers 732 and 734.

I軸成分を有する第1の強度保持信号は、2分岐されて、一方が第1の2乗演算器702に送られ、他方が第1の乗算器722に送られる。Q軸成分を有する第2の強度保持信号は、2分岐されて、一方が第2の2乗演算器704に送られ、他方が第1の乗算器722に送られる。   The first intensity holding signal having the I-axis component is branched into two, and one is sent to the first square calculator 702 and the other is sent to the first multiplier 722. The second intensity holding signal having the Q-axis component is branched into two, one being sent to the second square calculator 704 and the other being sent to the first multiplier 722.

第1の2乗演算器702は、I軸成分を有する第1の強度保持信号に対して2乗の演算を施す。第1の強度保持信号がK(d1kcosθ−d2ksinθ)で表されるので、第1の2乗演算器702の出力は、K(1−d1k2ksin2θ)となる。第1の2乗演算器702の出力は、第1及び第2の加算器712及び714に送られる。ここでは、d1k =1及びd2k =1として考える。 The first square calculator 702 performs a square calculation on the first intensity holding signal having the I-axis component. Since the first intensity holding signal is represented by K (d 1k cos θ k −d 2k sin θ k ), the output of the first square calculator 702 is K 2 (1−d 1k d 2k sin 2θ k ). Become. The output of the first square calculator 702 is sent to the first and second adders 712 and 714. Here, it is considered that d 1k 2 = 1 and d 2k 2 = 1.

第2の2乗演算器704は、Q軸成分を有する第2の強度保持信号に対して2乗の演算を施す。第2の強度保持信号がK(d1ksinθ+d2kcosθ)で表されるので、第2の2乗演算器の出力は、K(1+d1k2ksin2θ)となる。第2の2乗演算器704の出力は、第1及び第2の加算器712及び714に送られる。 The second square calculator 704 performs a square calculation on the second intensity holding signal having the Q-axis component. Since the second intensity holding signal is represented by K (d 1k sin θ k + d 2k cos θ k ), the output of the second squaring unit is K 2 (1 + d 1k d 2k sin 2θ k ). The output of the second square calculator 704 is sent to the first and second adders 712 and 714.

第1の加算器712は、第1の2乗演算器702の出力の符号を反転させて、第2の2乗演算器704の出力と加算する。第1の2乗演算器702の出力がK(1−d1k2ksin2θ)であり、第2の2乗演算器704の出力がK(1+d1k2ksin2θ)であるので、第1の加算器712の出力は、−K(1−d1k2ksin2θ)+K(1+d1k2ksin2θ)=2K1k2ksin2θとなる。この第1の加算器712の出力は、第2の1/2倍演算器734と第2の乗算器724に送られる。 The first adder 712 inverts the sign of the output of the first square calculator 702 and adds it with the output of the second square calculator 704. Since the output of the first square calculator 702 is K 2 (1-d 1k d 2k sin2θ k ) and the output of the second square calculator 704 is K 2 (1 + d 1k d 2k sin2θ k ). The output of the first adder 712 is −K 2 (1−d 1k d 2k sin 2θ k ) + K 2 (1 + d 1k d 2k sin 2θ k ) = 2K 2 d 1k d 2k sin 2θ k . The output of the first adder 712 is sent to the second ½ multiplication unit 734 and the second multiplier 724.

第2の加算器714は、第1の2乗演算器702の出力と、第2の2乗演算器704の出力とを加算する。第1の2乗演算器702の出力がK(1−d1k2ksin2θ)であり、第2の2乗演算器704の出力がK(1+d1k2ksin2θ)であるので、第2の加算器714の出力は、K(1−d1k2ksin2θ)+K(1+d1k2ksin2θ)=2Kとなる。この第2の加算器714の出力は、第1の1/2演算器732に送られる。第1の1/2演算器732の出力は、Kとなり、第5の2乗演算器710に送られる。第5の2乗演算器710の出力はKとなり、第1及び第2の除算器742及び744に送られる。 The second adder 714 adds the output of the first square calculator 702 and the output of the second square calculator 704. Since the output of the first square calculator 702 is K 2 (1-d 1k d 2k sin2θ k ) and the output of the second square calculator 704 is K 2 (1 + d 1k d 2k sin2θ k ). The output of the second adder 714 is K 2 (1−d 1k d 2k sin 2θ k ) + K 2 (1 + d 1k d 2k sin 2θ k ) = 2K 2 . The output of the second adder 714 is sent to the first ½ calculator 732. The output of the first 1/2 calculator 732 becomes K 2 and is sent to the fifth square calculator 710. The output of the fifth square calculator 710 becomes K 4 and is sent to the first and second dividers 742 and 744.

第2の1/2倍演算器734は、第1の加算器712の出力を1/2倍する。第1の加算器712の出力は、2K1k2ksin2θであるので、第2の1/2倍演算器734の出力は、K1k2ksin2θとなり、第3の2乗演算器706に送られる。 The second 1/2 multiplication unit 734 multiplies the output of the first adder 712 by 1/2. Since the output of the first adder 712 is 2K 2 d 1k d 2k sin 2θ k , the output of the second ½ calculator 734 is K 2 d 1k d 2k sin 2θ k and the third 2 The result is sent to the multiplier 706.

第3の2乗演算器706は、1/2倍演算器734の出力に対して2乗の演算を施す。1/2倍演算器734の出力が、K1k2ksin2θであるので、第3の2乗演算器706の出力は、Ksin2θとなり、第3の加算器716に送られる。 The third square calculator 706 performs a square calculation on the output of the ½ multiplier 734. The output of the 1/2 calculator 734, because it is K 2 d 1k d 2k sin2θ k , the output of the third square operator 706, K 4 sin 2 2 [Theta] k becomes, the third adder 716 Sent.

第1の乗算器722は、I軸成分を有する第1の強度保持信号と、Q軸成分を有する第2の強度保持信号の積を計算する。第1の乗算器722の出力は、K(d1kcosθ−d2ksinθ)*K(d1ksinθ+d2kcosθ)=K1k2kcos2θとなる。この第1の乗算器722の出力は、第2の乗算器724及び第4の2乗演算器708に送られる。 The first multiplier 722 calculates a product of a first intensity holding signal having an I-axis component and a second intensity holding signal having a Q-axis component. The output of the first multiplier 722 is K (d 1k cos θ k −d 2k sin θ k ) * K (d 1k sin θ k + d 2k cos θ k ) = K 2 d 1k d 2k cos 2θ k . The output of the first multiplier 722 is sent to the second multiplier 724 and the fourth square calculator 708.

第2の乗算器724は、第1の加算器712の出力と第1の乗算器722の出力を乗算する。第2の乗算器724の出力は、2K1k2ksin2θ
*K1k2kcos2θ=Ksin4θとなり、第1の除算器742及び第4の乗算器728に送られる。
The second multiplier 724 multiplies the output of the first adder 712 and the output of the first multiplier 722. The output of the second multiplier 724 is 2K 2 d 1k d 2k sin 2θ k
* K 2 d 1k d 2k cos 2θ k = K 4 sin 4θ k , which is sent to the first divider 742 and the fourth multiplier 728.

第1の除算器742は、第2の乗算器724の出力を第5の2乗演算器710の出力で除算する。すなわち、第1の除算器742の出力は、Ksin4θ/K=sin4θである。第1の除算器742の出力は、位相誤差信号として出力される。この位相誤差信号は、第1のD/A260−1に送られる。 The first divider 742 divides the output of the second multiplier 724 by the output of the fifth square calculator 710. That is, the output of the first divider 742 is K 4 sin4θ / K 4 = sin4θ. The output of the first divider 742 is output as a phase error signal. This phase error signal is sent to the first D / A 260-1.

第4の2乗演算器708は、第1の乗算器722の出力に対して2乗の演算を施す。第1の乗算器722の出力がK1k2kcos2θであるので、第4の2乗演算器708の出力は、Kcos2θとなり、第3の加算器716に送られる。 The fourth square calculator 708 performs a square calculation on the output of the first multiplier 722. Since the output of the first multiplier 722 is K 2 d 1k d 2k cos2θ k , the output of the fourth square operator 708 is sent K 4 cos 2 2 [Theta] k becomes, the third adder 716 .

第3の加算器716は、第3の2乗演算器706の出力の符号を反転させて、と第4の2乗演算器708の出力と加算する。第3の加算器716の出力は、−Ksin2θ+Kcos2θ=Kcos4θとなり、第3の乗算器726に送られる。 The third adder 716 inverts the sign of the output of the third square calculator 706 and adds it with the output of the fourth square calculator 708. The output of the third adder 716 is −K 4 sin 2k + K 4 cos 2k = K 4 cos 4θ k and is sent to the third multiplier 726.

第3の乗算器726は、第3の加算器716の出力とsinωとを乗算する。また、第4の乗算器728は、第2の乗算器724の出力とcosωとを乗算する。ここで、ωは、乗算される正弦波又は余弦波の周波数であり、サンプリングレートより十分小さい。また、sinωとcosωは、互いに直交する。これら、sinωとcosωは、任意好適な発振器を用いて生成すればよい。 The third multiplier 726 multiplies the output of the third adder 716 and sin ω 0 t k . The fourth multiplier 728 multiplies the output of the second multiplier 724 and cos ω 0 t k . Here, ω 0 is the frequency of the sine wave or cosine wave to be multiplied, and is sufficiently smaller than the sampling rate. Also, sin ω 0 t k and cos ω 0 t k are orthogonal to each other. These sin ω 0 t k and cos ω 0 t k may be generated using any suitable oscillator.

第3の乗算器726の出力はKcos4θ*sinωとなる。また、第4の乗算器728の出力は、Ksin4θ*cosωとなる。第3の乗算器726の出力と第4の乗算器728の出力は、第4の加算器718で加算される。すなわち、第4の加算器718の出力は、Kcos4θ*sinω+Ksin4θ*cosω=Ksin(ω+4θ)となる。この第4の加算器718の出力は、第2の除算器744に送られる。 The output of the third multiplier 726 is K 4 cos4θ * sinω 0 t k . The output of the fourth multiplier 728 is K 4 sin 4θ k * cos ω 0 t k . The output of the third multiplier 726 and the output of the fourth multiplier 728 are added by the fourth adder 718. That is, the output of the fourth adder 718, the K 4 cos4θ k * sinω 0 t k + K 4 sin4θ k * cosω 0 t k = K 4 sin (ω 0 t k + 4θ k). The output of the fourth adder 718 is sent to the second divider 744.

第2の除算器744は、第4の加算器718の出力を第5の2乗演算器710の出力で除算する。すなわち、第2の除算器744の出力は、Ksin(ω+4θ)/K=sin(ω+4θ)である。この第2の除算器744の出力は、位相変調成分信号として、第2のD/A260−2に送られる。 The second divider 744 divides the output of the fourth adder 718 by the output of the fifth square calculator 710. That is, the output of the second divider 744 is K 4 sin (ω 0 t k + 4θ k ) / K 4 = sin (ω 0 t k + 4θ k ). The output of the second divider 744 is sent to the second D / A 260-2 as a phase modulation component signal.

なお、デジタル演算部の構成は、上述の例に限定されない。位相誤差信号としてsin4θを生成し、位相変調成分信号として、sin(ω+4θ)を生成する任意好適な構成にすることができる。 The configuration of the digital calculation unit is not limited to the above example. Any suitable configuration may be employed in which sin 4θ k is generated as the phase error signal and sin (ω 0 t k + 4θ k ) is generated as the phase modulation component signal.

また、この構成例では、第1の除算器及び第2の除算器により規格化されている。このため、光位相同期ループ回路の利得が変動するなど、I軸信号やQ軸信号の強度が変動する場合であっても、位相誤差信号や位相変調成分信号の振幅は一定に保たれる。このため、より安定した位相ループ同期及び周波数ループ同期が実現できる。   Moreover, in this structural example, it is standardized by the 1st divider and the 2nd divider. For this reason, even when the intensity of the I-axis signal or the Q-axis signal fluctuates, such as when the gain of the optical phase-locked loop circuit fluctuates, the amplitude of the phase error signal or the phase modulation component signal is kept constant. For this reason, more stable phase loop synchronization and frequency loop synchronization can be realized.

一方、I軸信号やQ軸信号の強度変動が問題にならない場合は、規格化しない構成にしても良い。   On the other hand, when the intensity fluctuation of the I-axis signal or the Q-axis signal does not become a problem, a configuration that does not standardize may be used.

以上説明したように、この発明の光位相同期ループ回路及び光位相同期方法によれば、光位相変調信号がBPSK信号の場合は、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成し、光位相変調信号がQPSK信号の場合は、sin(ω+4θ)の情報を含む位相変調成分信号を位相誤差信号とは別に生成する。この位相変調成分信号を周波数弁別器に入力することで、周波数の時間変動に対応する位相誤差θの時間微分が得られる。この位相誤差θの時間微分を用いた周波数同期を行うと、デジタルフィルタを用いることなく、安定して周波数弁別を行うことができる。 As described above, according to the optical phase-locked loop circuit and the optical phase-locking method of the present invention, when the optical phase-modulated signal is a BPSK signal, the phase-modulated component including information of sin (ω 0 t k + 2θ k ) When the optical phase modulation signal is a QPSK signal, a phase modulation component signal including information on sin (ω 0 t k + 4θ k ) is generated separately from the phase error signal. By inputting this phase modulation component signal to the frequency discriminator, the time differential of the phase error θ k corresponding to the time variation of the frequency can be obtained. If the frequency synchronization using the time derivative of the phase error theta k, without using a digital filter, it is possible to perform stable frequency discriminator.

10 光位相同期ループ回路
100 復調部
120 90°ハイブリッドカプラ
122 バランス検波器
200 デジタル処理部
230 サンプルホールド回路
232、236 バッファ
234 スイッチ
238 キャパシタ
240 アナログ−デジタル変換器(A/D)
250、600、700 デジタル演算部
260 デジタル−アナログ変換器(D/A)
300 フィルタ部
320、330 ループフィルタ
322 平滑化フィルタ
324 周波数弁別器
340 加算器
400 局部発振光生成部
410 電圧制御発振器(VCO)
420 光源
430 変調器
500 クロック信号生成部
510 1ビット遅延干渉器
520 光電変換器
530 クロック抽出器
540 分周器
550 遅延器
602、604、702、704、706、708、710 2乗演算器
612、614,616、712、714、716,718 加算器
622、624、626、722、724、726、728 乗算器
630 2倍演算器
642、644、742、744 除算器
732、734 1/2倍演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical phase-locked loop circuit 100 Demodulation part 120 90 degree hybrid coupler 122 Balance detector 200 Digital processing part 230 Sample hold circuit 232, 236 Buffer 234 Switch 238 Capacitor 240 Analog-digital converter (A / D)
250, 600, 700 Digital operation part 260 Digital-analog converter (D / A)
300 Filter unit 320, 330 Loop filter 322 Smoothing filter 324 Frequency discriminator 340 Adder 400 Local oscillation light generation unit
410 Voltage controlled oscillator (VCO)
420 light source 430 modulator 500 clock signal generator
510 1-bit delay interferometer 520 Photoelectric converter 530 Clock extractor 540 Frequency divider 550 Delay device 602, 604, 702, 704, 706, 708, 710 Square calculator 612, 614, 616, 712, 714, 716 718 Adder 622, 624, 626, 722, 724, 726, 728 Multiplier 630 Double calculator 642, 644, 742, 744 Divider 732, 734 1/2 multiplier

Claims (9)

局部発振光を用いて、2値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する復調部と、
前記I軸信号及び前記Q軸信号から、位相誤差θに対してsin2θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成するデジタル処理部と、
前記位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、前記位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号を生成するフィルタ部と、
前記局部発振制御信号に基づいて、前記局部発振光を生成する局部発振光生成部と
を備えることを特徴とする光位相同期ループ回路。
A demodulator that demodulates an optical phase modulation signal that is a binary phase modulation signal using local oscillation light to generate an I-axis signal and a Q-axis signal;
From the I-axis signal and the Q-axis signal, a digital to generate the phase error signal including the information of Sin2shita k the phase error theta k, a phase-modulated component signal containing information sin (ω 0 t k + 2θ k) A processing unit;
From the phase error theta k included in the phase error signal, the time derivative of the phase error theta k and included in the phase modulated component signals, and a filter unit for generating a local oscillation control signal,
An optical phase-locked loop circuit comprising: a local oscillation light generation unit that generates the local oscillation light based on the local oscillation control signal.
前記位相誤差信号及び前記位相変調成分信号の振幅が規格化されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光位相同期ループ回路。
The optical phase-locked loop circuit according to claim 1, wherein amplitudes of the phase error signal and the phase modulation component signal are standardized.
前記デジタル処理部は、
デジタル信号に変換された前記I軸信号を2乗する第1の2乗演算器と、
デジタル信号に変換された前記Q軸信号を2乗する第2の2乗演算器と、
前記第1の2乗演算器の出力の符号を反転させて、前記第2の2乗演算器の出力と加算する第1の加算器と、
前記第1の2乗演算器の出力と、前記第2の2乗演算器の出力とを加算する第2の加算器と、
デジタル信号に変換された前記I軸信号と、デジタル信号に変換された前記Q軸信号を乗算する第1の乗算器と、
前記第1の乗算器の出力を2倍する2倍演算器と、
前記第1の加算器の出力を前記第2の加算器の出力で除算する第1の除算器と、
前記2倍演算器の出力を前記第2の加算器の出力で除算する第2の除算器と、
前記第1の除算器の出力とsinωとを乗算する第2の乗算器と、
前記第2の除算器の出力とcosωとを乗算する第3の乗算器と、
前記第2の乗算器の出力と前記第3の乗算器の出力を加算して、位相変調成分信号を生成する第3の加算器と
を備え、
前記第2の除算器の出力は2分岐され、一方が前記第3の乗算器に送られ、他方が位相誤差信号として当該デジタル処理部から出力される
ことを特徴とする請求項2に記載の光位相同期ループ回路。
The digital processing unit
A first square calculator that squares the I-axis signal converted into a digital signal;
A second square calculator that squares the Q-axis signal converted into a digital signal;
A first adder that inverts the sign of the output of the first square calculator and adds it to the output of the second square calculator;
A second adder for adding the output of the first square calculator and the output of the second square calculator;
A first multiplier for multiplying the I-axis signal converted into a digital signal by the Q-axis signal converted into a digital signal;
A doubling calculator for doubling the output of the first multiplier;
A first divider for dividing the output of the first adder by the output of the second adder;
A second divider for dividing the output of the doubling calculator by the output of the second adder;
A second multiplier for multiplying the output of the first divider by sin ω 0 t k ;
A third multiplier for multiplying the output of the second divider by cos ω 0 t k ;
A third adder for adding the output of the second multiplier and the output of the third multiplier to generate a phase modulation component signal;
The output of the second divider is branched into two, one is sent to the third multiplier, and the other is output from the digital processing unit as a phase error signal. Optical phase-locked loop circuit.
局部発振光を用いて、4値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する復調部と、
I軸信号及びQ軸信号から、sin4θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+4θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成するデジタル処理部と、
前記位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、前記位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号を生成するフィルタ部と、
前記局部発振制御信号に基づいて、前記局部発振光を生成する局部発振光生成部と
を備えることを特徴とする光位相同期ループ回路。
A demodulator that demodulates an optical phase modulation signal that is a quaternary phase modulation signal using local oscillation light to generate an I-axis signal and a Q-axis signal;
From the I-axis signal and the Q-axis signal, and a digital processor for generating a phase-modulated component signal comprising a phase error signal containing information Sin4shita k, the information of sin (ω 0 t k + 4θ k),
From the phase error theta k included in the phase error signal, the time derivative of the phase error theta k and included in the phase modulated component signals, and a filter unit for generating a local oscillation control signal,
An optical phase-locked loop circuit comprising: a local oscillation light generation unit that generates the local oscillation light based on the local oscillation control signal.
前記位相誤差信号及び前記位相変調成分信号の振幅が規格化されている
ことを特徴とする請求項4に記載の光位相同期ループ回路。
The optical phase-locked loop circuit according to claim 4, wherein amplitudes of the phase error signal and the phase modulation component signal are standardized.
前記デジタル処理部は、
デジタル信号に変換された前記I軸信号を2乗する第1の2乗演算器と、
デジタル信号に変換された前記Q軸信号を2乗する第2の2乗演算器と、
前記第1の2乗演算器の出力の符号を反転させて、前記第2の2乗演算器の出力と加算する第1の加算器と、
前記第1の2乗演算器の出力と、前記第2の2乗演算器の出力とを加算する第2の加算器と、
前記第1の加算器の出力を1/2倍する第2の1/2倍演算器と、
前記第2の1/2倍演算器の出力に対して2乗の演算を施す第3の2乗演算器と、
デジタル信号に変換された前記I軸信号と、デジタル信号に変換された前記Q軸信号との積を計算する第1の乗算器と、
前記第1の加算器の出力と前記第1の乗算器の出力を乗算する第2の乗算器と、
前記第2の加算器の出力を1/2倍する第1の1/2倍演算器と、
前記第1の1/2倍演算器の出力に対して2乗の演算を施す第5の2乗演算器と、
前記第2の乗算器の出力を前記第5の2乗演算器の出力で除算して位相誤差信号を生成する第1の除算器と、
前記第1の乗算器の出力に対して2乗の演算を施す第4の2乗演算器と、
前記第3の2乗演算器の出力の符号を反転させて、前記第4の2乗演算器の出力と加算する第3の加算器と、
前記第3の加算器の出力とsinωとを乗算する第3の乗算器と、
前記第2の乗算器の出力とcosωとを乗算する第4の乗算器と、
前記第3の乗算器の出力と前記第4の乗算器の出力を加算する第4の加算器と、
前記第4の加算器の出力を前記第5の2乗演算器の出力で除算して、位相変調成分信号を生成する第2の除算器と
を備えることを特徴とする請求項5に記載の光位相同期ループ回路。
The digital processing unit
A first square calculator that squares the I-axis signal converted into a digital signal;
A second square calculator that squares the Q-axis signal converted into a digital signal;
A first adder that inverts the sign of the output of the first square calculator and adds it to the output of the second square calculator;
A second adder for adding the output of the first square calculator and the output of the second square calculator;
A second ½ times calculator for halving the output of the first adder;
A third squaring unit that performs a squaring operation on the output of the second halving unit;
A first multiplier that calculates a product of the I-axis signal converted into a digital signal and the Q-axis signal converted into a digital signal;
A second multiplier that multiplies the output of the first adder with the output of the first multiplier;
A first ½ times calculator for halving the output of the second adder;
A fifth squaring unit that performs a squaring operation on the output of the first ½ multiplier unit;
A first divider that divides the output of the second multiplier by the output of the fifth squaring operator to generate a phase error signal;
A fourth squaring operator that performs a squaring operation on the output of the first multiplier;
A third adder that inverts the sign of the output of the third square calculator and adds it to the output of the fourth square calculator;
A third multiplier for multiplying the output of the third adder by sin ω 0 t k ;
A fourth multiplier for multiplying the output of the second multiplier by cosω 0 t k ;
A fourth adder for adding the output of the third multiplier and the output of the fourth multiplier;
The second divider for generating a phase modulation component signal by dividing the output of the fourth adder by the output of the fifth square computing unit. Optical phase-locked loop circuit.
局部発振光を用いて、2値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する過程と、
I軸信号及びQ軸信号から、sin2θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+2θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成する過程と、
前記位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、前記位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号を生成する過程と、
前記局部発振制御信号に基づいて、前記局部発振光を生成する過程と
を備えることを特徴とする光位相同期方法。
A process of generating an I-axis signal and a Q-axis signal by demodulating an optical phase modulation signal, which is a binary phase modulation signal, using local oscillation light;
From the I-axis signal and the Q-axis signal, and generating a phase-modulated component signal comprising a phase error signal containing information Sin2shita k, the information of sin (ω 0 t k + 2θ k),
A phase error theta k included in the phase error signal, and a time derivative of the phase error theta k contained in the phase modulated component signal, and generating a local oscillation control signal,
And a step of generating the local oscillation light based on the local oscillation control signal.
局部発振光を用いて、4値位相変調信号である光位相変調信号を復調してI軸信号及びQ軸信号を生成する過程と、
I軸信号及びQ軸信号から、sin4θの情報を含む位相誤差信号と、sin(ω+4θ)の情報を含む位相変調成分信号を生成する過程と、
前記位相誤差信号に含まれる位相誤差θと、前記位相変調成分信号に含まれる位相誤差θの時間微分とから、局部発振制御信号を生成する過程と、
前記局部発振制御信号に基づいて、前記局部発振光を生成する過程と
を備えることを特徴とする光位相同期方法。
A process of demodulating an optical phase modulation signal that is a quaternary phase modulation signal using local oscillation light to generate an I-axis signal and a Q-axis signal;
From the I-axis signal and the Q-axis signal, and generating a phase-modulated component signal comprising a phase error signal containing information Sin4shita k, the information of sin (ω 0 t k + 4θ k),
A phase error theta k included in the phase error signal, and a time derivative of the phase error theta k contained in the phase modulated component signal, and generating a local oscillation control signal,
And a step of generating the local oscillation light based on the local oscillation control signal.
前記位相誤差信号及び前記位相変調成分信号を生成する過程では、前記位相誤差信号及び前記位相変調成分信号の振幅が規格化されている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の光位相同期方法。
9. The optical phase synchronization according to claim 7, wherein amplitudes of the phase error signal and the phase modulation component signal are standardized in the process of generating the phase error signal and the phase modulation component signal. Method.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146908A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Oki Electric Industry Co Ltd Synchronous circuit of optical homodyne receiver and optical homodyne receiver
JP2011146906A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Oki Electric Industry Co Ltd Coherent time division multiplex signal receiver
JP2013183171A (en) * 2012-02-29 2013-09-12 Oki Electric Ind Co Ltd Optical phase synchronization loop apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146908A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Oki Electric Industry Co Ltd Synchronous circuit of optical homodyne receiver and optical homodyne receiver
JP2011146906A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Oki Electric Industry Co Ltd Coherent time division multiplex signal receiver
JP2013183171A (en) * 2012-02-29 2013-09-12 Oki Electric Ind Co Ltd Optical phase synchronization loop apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014054800; 藤井亮浩,他: '光位相同期回路を用いた40Gb/s-BPSK信号の復調実験' 電子情報通信学会技術研究報告 OPE, 光エレクトロニクス 110(258), 20101021, pages.131-136, 一般社団法人電子情報通信学会 *
JPN6014054802; 藤井亮浩,他: 'デジタル演算処理を用いた光位相同期による20Gb/s-QPSKの復調実験に関する報告' 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 通信(2), 20130903, pages.350, 一般社団法人電子情報通信学会 *

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