JP5710989B2 - コヒーレント光受信装置及び光通信システム - Google Patents
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Description
前記処理部は、位相が直交する前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、
前記AD変換器から出力されるデジタル信号を(C1)式で演算し、前記信号光に含まれるデータ情報を推定するための信号ベクトルs(t)を出力するデジタル演算器と、前記デジタル演算部が出力する前記信号ベクトルs(t)を識別処理し、前記信号光の信号成分を受信データとして出力する識別器と、を有し、
前記調整部は、複数の前記中間周波数信号の位相差と、前記デジタル演算器で前記中間周波数信号に乗ずる複数の正弦波信号の位相差とがそれぞれ所定の位相差となるように調整することを特徴とする。
(式C1)
s(t)=[I’+jQ’]/[X+Yexp(−jw0t)]
ただし、前記中間周波数信号の振幅をX及びY、前記局発光の角周波数差をw0、虚数単位をjとする。
図1は、実施形態1のコヒーレント光受信装置301を含む光通信システム401を説明する図である。光通信システム401は、光送信装置351とコヒーレント光受信装置301とが光ネットワーク352を介して接続されたものである。光送信装置351は、例えば強度変調やBPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSKなどのM相PSK(M−ary Phase Shift Keying)やM相DPSK(M−ary Differential Phase Shift Keying)、M相APSK(M−ary Amplitude and Phase Shift Keying)、M相QAM(M−ary Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式により光変調し、光信号として出力する。
(式1)
Θx(t)−Θy(t)=φx(t)−φy(t)±kπ/2
(k=1,3,5,・・・) (1)
このとき復調後の中間周波数信号は、位相に依存しない定数項を1とすると次式で示される。
(式2)
cos(Θx(t)−φx(t))
cos(Θy(t)−φy(t)±kπ/2)=sin(Θx(t)−φx(t))
(2)
(2)式で示されるように、中間周波数同士の位相差と、正弦波信号同士の位相差は信号光と局発光の位相差と無相関にそれぞれの位相差の関係のみ一定であればよい。
図4は実施形態2のコヒーレント光受信装置302を含む光通信システム402を2相ダイバーシティの場合で説明する図である。コヒーレント光受信装置302は、図1のコヒーレント光受信装置301とは異なる局発光源部20と処理部24を備える。
(式3)
Es(t)=Asexp{j(wst+Os(t))}s(t) (3)
(式4)
EL(t)
=[AL1+AL2exp{j(w0t)}]exp{j(wLt+OL(t))}
(4)
ここで、s(t)は受信した信号光のデータに対応した信号ベクトル、Asは受信した信号光の振幅、wsは受信した信号光の平均角周波数、Os(t)は受信した信号光の光位相揺らぎ、AL1は1方の局発光の振幅、AL2は他方の局発光の振幅、wLは一方の局発光の平均角周波数、w0は局発光間の角周波数差、OL(t)は局発光の光位相揺らぎ、tは時間、jは虚数単位をそれぞれ表す。
(式5)
I+jQ
=RAsAL1exp{j(wst+Os(t)−wLt−OL(t))}s(t)
+RAsAL2exp{j(wst+Os(t)−wLt−OL(t)−w0t}s(t)
(≡[RAsAL1exp{j(θ1(t))}+RAsAL2exp{j(θ2(t))}]s(t))
=exp{j(wst+Os(t)−wLt−OL(t))}[RAsAL1+RAsAL2exp{−j(w0t)}]s(t)
=exp{j(θ(t))}[RAsAL1+RAsAL2exp{−j(w0t)}]s(t) (5)
ここで、次式を満たすものとする。
(式6)
(RAsAL1)2+(RAsAL2)2=1 (6)
次に、(5)式について、光周波数wLの局発光に由来する項に着目し、信号光と局発光の周波数差及び相対位相雑音の補償を行うと、補償後の複素電流I’+jQ’は、次式となる。
(式7)
I’jQ’=[RAsAL1+RAsAL2exp{−j(w0t)}]s(t) (7)
(式8)
θ(t)≒(1/m)(1/Δt)∫arg{(I+jQ)m}dt (8)
そこで、本発明では(8)式と同様にして、(5)式に含まれる光周波数wLの局発光の位相差θ1(t)及び光周波数wL+w0の局発光の位相差θ2(t)の各近似値を、次式に従って計算する。
(式9)
θ1(t)≒(1/m)(1/Δt)∫arg{(I+jQ)m}dt
θ2(t)≒(1/m)(1/Δt)∫arg{([I+jQ]exp{−j(w0t)})m}dt (9)
このとき、(9)式における積分時間幅は、複数の局発光の周波数差の逆数、すなわち、2π/w0よりも十分に大きく、かつ、受信した信号光の平均周波数と局発光の平均周波数との周波数差の最大値の逆数、すなわち、1/max(|wL−ws|/2π|)よりも十分に小さい。なお、受信した信号光がDQPSK方式の場合、mの値は4である。なお、上記の補償方法は一例であり、本発明に他の構成の補償方法を適用することも可能である。
(式10)
RAsAL1:RAsAL2
≒∫|exp{−j(θ1(t))}(I+jQ)}|dt
:∫|exp{−j(θ2(t))}(I+jQ)}|dt (10)
ただし、(10)式における積分時間幅は、複数の局発光間の周波数差の逆数2π/w0(=1/f0)よりも十分に大きい。
(式11)
s(t)
=[I’+jQ’]/[RAsAL1+RAsAL2exp{−j(w0t)}]
=[I’+jQ’][RAsAL1+RAsAL2exp{j(w0t)]/[1+2RAsAL1RAsAL2cos(w0t)] (11)
したがって、信号ベクトルs(t)の演算値を基に、識別部123において、受信した信号光の変調方式に対応した閾値に従ってデータの識別処理を実行することにより、受信データの再生が可能になる。
(式12)
cos(w0t)=−1/[2RAsAL1RAsAL2] (12)
(12)式が成立するのは、(4)式を考慮すると次式の場合のみである。
(式13)
RAsAL1=RAsAL2=√2/2 (13)
したがって、(13)式の条件に近づいた場合には、例えば、複数の局発光の振幅比を変化させることにより、前述の(11)式の関係が発散して信号ベクトルs(t)の演算が不能になる状態を回避することが可能になる。
信号光源及び局発光源部20のスペクトル線幅よりも大きくなるように設定されているため、各々のスペクトルが周波数軸上で重なり合うようになる。これにより、差動光検波器13及びそれらより後段に配置される電子回路に要求される帯域幅は、例えば、信号帯域幅の2倍程度で済むようになる。なお、中間周波数fIF1及びfIF2が0Hz近傍となるように局発光の角周波数wLを設定した場合には、要求される帯域幅を信号帯域幅と同程度まで狭くすることができる。
局発光ELに含まれる局発光間の強度の比が変えられ、(11)式が発散して信号ベクトルs(t)の演算が不能になってしまうことが回避される。
12:混合部
13:差動光検波器
14、24:処理部
15:偏波制御器
16:差動光検波器
101:光源
102:発振器
103:変調器
104:分周器
105:VOA
106:分岐器
107:モニタ回路
108:強度比制御回路
121:AD変換器
122:デジタル演算器
123:識別器
124:発振器
125:分周器
126:パターン発生器
301、302:コヒーレント光受信装置
351:光送信装置
352:光ネットワーク
401、402:光通信システム
Claims (5)
- 初期位相と位相揺らぎが揃った複数の局発光を出力する局発光源部と、
前記局発光源部が出力する前記局発光及び入力される信号光を混合し、混合信号光を出力する混合部と、
前記混合信号光を光検波し、複数の前記局発光と前記信号光との間の中間周波数信号を出力する光検波部と、
前記光検波部の出力する前記中間周波数信号から前記信号光の信号成分を復調する処理部と、
を備えるコヒーレント光受信装置であって、
前記局発光源部は、複数の前記中間周波数信号の周波数差の絶対値が前記信号光の変調帯域の半分より大きくなる前記局発光を出力し、
前記処理部は、複数の前記中間周波数信号とそれぞれの中間周波数信号と同じ周波数でかつ互いの位相揺らぎが揃い、前記中間周波数信号と乗ずる際の初期位相が所定の関係である正弦波信号をそれぞれ乗じ、
端子数がKの光多端子結合回路と同等とするダイバーシティ方式の場合に各端子に対応する前記処理部の出力が、2πq/K、(q:0〜K−1)の位相差となるように、
(A)前記正弦波信号間の位相が調整されること、
(B)前記中間周波数信号間の位相が調整されること、
(C)前記局発光間の位相が調整されること、
又は(A)、(B)及び(C)の組み合わせがなされること
を特徴とするコヒーレント光受信装置。
- 初期位相と位相揺らぎが揃った2つの局発光を出力する局発光源部と、
前記局発光源部が出力する前記局発光及び入力される信号光を混合し、混合信号光を出力する混合部と、
前記混合信号光を光検波し、2つの前記局発光と前記信号光との間の中間周波数信号を出力する光検波部と、
前記光検波部の出力する前記中間周波数信号から前記信号光の信号成分を復調する処理部と、
を備えるコヒーレント光受信装置であって、
前記局発光源部は、
光周波数の差が、前記信号光の帯域幅の2倍よりも大きく、かつ、前記信号光の光源スペクトル線幅及び前記局発光の光源スペクトル線幅よりも大きい局発光を出力し、
前記処理部は、
位相が直交する前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するAD変換器と
前記AD変換器から出力されるデジタル信号を(C1)式で演算し、前記信号光に含まれるデータ情報を推定するための信号ベクトルs(t)を出力するデジタル演算器と、
前記デジタル演算器が出力する前記信号ベクトルs(t)を識別処理し、前記信号光の信号成分を受信データとして出力する識別器と、を有し、
端子数がK=4の光多端子結合回路と同等とする2相ダイバーシティ方式の場合に各端子に対応する前記処理部の出力が、π/2の位相差となるように、前記AD変換器でのサンプリング周期又は前記中間周波数信号の周波数差が調整されること
を特徴とするコヒーレント光受信装置。
(式C1)
s(t)=[I’+jQ’]/[X+Yexp(−jw0t)]
ただし、前記中間周波数信号の振幅をX及びY、前記局発光の角周波数差をw0、虚数単位をj、前記光検波部が出力する前記中間周波数信号について前記信号光と前記局発光の周波数差及び相対位相雑音の補償を行った後の中間周波数信号をI’+jQ’とする。 - 前記局発光源部は、
1つの光を出力する光源と、
正弦波信号を発振する発振器と、
前記光源からの光を前記発振器からの正弦波信号で変調して複数の前記局発光を生成する変調器と、
を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のコヒーレント光受信装置。 - 前記局発光の強度の比を変化させる強度比制御回路を更に備えることを特徴とする請求項2又は請求項2を引用する請求項3に記載のコヒーレント光受信装置。
- 波長多重信号を伝送する光ファイバと、
請求項1から4のいずれかに記載の複数のコヒーレント光受信装置と、
前記光ファイバを伝送する波長多重信号を分岐し、それぞれ前記コヒーレント光受信装置へ結合する光分岐器と、
を備え、それぞれの前記コヒーレント光受信装置が1つの前記局発光源部を共用することを特徴とする光通信システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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