JP6728833B2 - Digital coherent receiver, optical space communication system, and Doppler shift acquisition method thereof - Google Patents

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本発明は、光空間通信システム及びそのドップラーシフト捕捉方法に関し、特に人工衛星間、人工衛星−地上間などを結ぶ光空間通信システムでの、信号光周波数のドップラーシフトを捕捉する光空間通信システム及びそのドップラーシフト捕捉方法に関する。 The present invention relates to an optical space communication system and a Doppler shift capturing method thereof, and more particularly, to an optical space communication system for capturing a Doppler shift of a signal light frequency in an optical space communication system connecting satellites, satellite-ground, etc. It relates to the Doppler shift acquisition method.

近年のデータ処理技術の発展により、人工衛星や航空機などの上空の飛行体から取得した豊富な地上観測データから、有意な情報を抽出して防災や資源探索などに活用する試みに期待が集まっている。こういった背景から、飛行体に搭載する地上観測用のセンサの解像度などの性能向上への要求の高まりと共に、飛行体が生成するデータ量は増加する傾向にあり、これを余すことなく活用するために取得したデータを地上に送る通信システムの容量増大が重要となっている。 With the development of data processing technology in recent years, expectations are gathering for attempts to extract meaningful information from abundant ground observation data acquired from satellites and aircrafts in the sky and utilize it for disaster prevention and resource search. There is. Against this background, the amount of data generated by air vehicles tends to increase with the increasing demand for improved performance, such as the resolution of sensors for ground observation mounted on air vehicles, and we will make full use of this data. Therefore, it is important to increase the capacity of the communication system that sends the acquired data to the ground.

上空にある人工衛星や航空機などの生成するデータを地上に送るための方法は、大きく分けて2つの方法が考えられている。一つは、人工衛星や航空機が直接、地上に設置した地上局と通信を行う方法である。ただし、地上観測を行う低軌道衛星や航空機は高速で移動しているため、地上局を直接視認可能な時間は限られる。もう一つは、地上局から常に通信可能な静止軌道衛星に低軌道衛星や航空機から一度データを送り、それを経由して地上にデータを送る方法である。いずれの方法にせよ、一般に用いられるマイクロ波通信では帯域利用の制約が大きいため、帯域制約が事実上なく大容量化が達成可能な光空間通信システムが注目されている。 The methods for sending the data generated by artificial satellites or aircrafts in the sky to the ground are roughly divided into two methods. One is a method in which an artificial satellite or an aircraft directly communicates with a ground station installed on the ground. However, since low-orbit satellites and aircraft that perform ground observations are moving at high speed, the time when the ground station can be directly viewed is limited. The other is a method in which data is sent once from a low-orbit satellite or an aircraft to a geostationary orbit satellite that can always communicate from the ground station, and then sent to the ground via it. Regardless of which method is used, generally used microwave communication has a large restriction on band use, and therefore, an optical space communication system that can achieve a large capacity without any band restriction is drawing attention.

これまで光通信技術が活躍してきた光ファイバ通信システムに目を向けると、コヒーレント検波とデジタル信号処理を組み合わせたデジタルコヒーレント技術が現在大きな成功を収めている。受信した微弱な光信号をローカルオシレータ光と干渉させて受信するコヒーレント検波により高い受信感度が達成され、デジタル信号処理は柔軟な等化処理を可能とする。このような利点を享受するため、光空間通信システムにもデジタルコヒーレント技術を適用することが考えられる。 Turning to optical fiber communication systems in which optical communication technology has been active so far, digital coherent technology that combines coherent detection and digital signal processing has now achieved great success. A high reception sensitivity is achieved by the coherent detection in which the received weak optical signal is received by interfering with the local oscillator light, and the digital signal processing enables flexible equalization processing. In order to enjoy such advantages, it is possible to apply the digital coherent technology to the optical space communication system.

人工衛星間、人工衛星−地上間などの光空間通信システムにおいては、人工衛星が高速で移動することによる信号光のドップラーシフトが発生する。高速で移動する低軌道衛星と静止軌道衛星間の光通信で生じるドップラーシフトの大きさは数GHz、変動速度は数MHz/sに達する。 In an optical space communication system between artificial satellites and between artificial satellites and ground, Doppler shift of signal light occurs due to high speed movement of artificial satellites. The magnitude of Doppler shift caused by optical communication between a low-orbit satellite that moves at high speed and a geosynchronous satellite reaches several GHz, and the fluctuation speed reaches several MHz/s.

デジタルコヒーレント技術において、信号光のドップラーシフト、すわなち、キャリア周波数とローカルオシレータ光との間の相対的な周波数差を補償する方法は、大きく分けて3つの方法がある。一つ目は、ローカルオシレータ光の周波数をドップラーシフト量に合わせて調整する光学的な方法である。非特許文献1には、光位相同期ループを用いてローカルオシレータ光の周波数を制御し、ドップラーシフトを補償する方法が記載されている。二つ目は、コヒーレント検波により電気信号へ変換された後に、ドップラーシフト量に合わせた周波数の正弦波とミキシングすることによる電気的な方法である。三つ目はアナログ−デジタル変換器(ADC:Analog−Digital Converter)でサンプリングされた後に、デジタル信号処理によって周波数差を補償するデジタル的な方法である。非特許文献2には、ドップラーシフトに相当する周波数オフセットを補償するM乗法の方法が述べられている。非特許文献2に述べられている方法は、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)信号を受信した1サンプル/シンボルのサンプル列に対し、2つの連続するサンプル間の位相差を4乗する。このことでデータ変調の影響が取り除かれ、さらにそれを平均化して雑音の影響が抑制されて周波数差が推定され、ドップラーシフトに相当する周波数オフセットが補償される。
デジタル信号処理を用いた方法では、高速で柔軟な補償が可能である。
In the digital coherent technology, there are roughly three methods of compensating for the Doppler shift of signal light, that is, the relative frequency difference between the carrier frequency and the local oscillator light. The first is an optical method of adjusting the frequency of the local oscillator light according to the Doppler shift amount. Non-Patent Document 1 describes a method of compensating for Doppler shift by controlling the frequency of local oscillator light using an optical phase locked loop. The second is an electrical method in which the signal is converted into an electric signal by coherent detection and then mixed with a sine wave having a frequency matching the Doppler shift amount. The third is a digital method of compensating for a frequency difference by digital signal processing after being sampled by an analog-to-digital converter (ADC: Analog-Digital Converter). Non-Patent Document 2 describes a method of the M-th power method for compensating a frequency offset corresponding to Doppler shift. The method described in Non-Patent Document 2 squares the phase difference between two consecutive samples to the sample sequence of 1 sample/symbol that has received a QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) signal. As a result, the effect of data modulation is removed, and the effect of noise is suppressed by averaging it to estimate the frequency difference, and the frequency offset corresponding to the Doppler shift is compensated.
The method using digital signal processing enables fast and flexible compensation.

図8は、光信号をコヒーレント受信し、デジタル信号処理によってドップラーシフトを補償して復号を行う一般的な構成のブロック図である。受信した光信号は、ローカルオシレータ光と共に90度光ハイブリッドに入力し、合波された信号はそれぞれバランス型光検出器で電気信号に変換され、I(同相)成分とQ(直交)成分の信号を得る。電気信号は、トランスインピーダンスアンプ、ローパスフィルタなどを通過した後に、ADCによってサンプリングされて、サンプル列を得る。サンプル列に対して、デジタル信号処理により、強度規格化、リサンプリング、直流成分の除去、整合フィルタなどを含む等化フィルタ処理が行われ、非特許文献2に記載されるようなドップラーシフト補償部によってドップラーシフト量が推定されて補償される。最後に、シンボル判定、差動復号化、前方誤り訂正などの復号処理を行って受信データが得られる。 FIG. 8 is a block diagram of a general configuration in which an optical signal is coherently received, and Doppler shift is compensated by digital signal processing to perform decoding. The received optical signal is input to the 90-degree optical hybrid together with the local oscillator light, and the combined signals are converted into electric signals by the balanced photodetector, and the I (in-phase) component and the Q (quadrature) component signals are obtained. To get The electric signal is sampled by the ADC after passing through a transimpedance amplifier, a low-pass filter, etc. to obtain a sample string. Intensity normalization, resampling, DC component removal, equalization filter processing including matched filter, etc. are performed on the sample sequence by digital signal processing, and the Doppler shift compensating unit as described in Non-Patent Document 2 is described. The Doppler shift amount is estimated and compensated by. Finally, received data is obtained by performing decoding processing such as symbol determination, differential decoding, and forward error correction.

デジタル信号処理を用いた方法では、高速で柔軟な補償が可能であるものの、ドップラーシフト量が非常に大きい場合には、次のようにデジタル領域で信号が全く検出できないという問題が生じる。図9は、一般的な構成においてドップラーシフトが大きい場合の信号光とローカルオシレータ光の光周波数との関係を示す図である。信号光のキャリア周波数はfで、ローカルオシレータ光の光周波数はfLOである。1550nm付近の波長を使用すると仮定すると、f、fLOは共に193THz程度となるが、送信側に備えたレーザーと、ローカルオシレータ光となるレーザーの周波数差や信号光のドップラーシフトによって、2つは一致しない。図10は、一般的な構成において信号光をローカルオシレータ光によってコヒーレント検波した後の電気信号の持つ周波数成分とADCの帯域幅fADCとの関係を示す図である。信号光とローカルオシレータ光の干渉により、信号はダウンコンバートされて、|f−fLO|を中心とした周波数成分を持つこととなる。信号の持つ周波数成分の周波数幅は変調方式などによって決まり、ADCの帯域幅fADCではこれを受信するのに必要十分なように選択されることが一般的である。f−fLOが大きい場合には、ADCの帯域幅の中に信号の持つ周波数成分が全く入らない。したがって、このような場合には、デジタル信号処理に有意な信号が入力しないため、ドップラーシフト量の推定ができないのは元より、受信機に信号光が入力しているかどうかさえ判別することができない。仮に、低軌道衛星と静止軌道衛星間の光通信を想定して、信号光の変調のシンボルレートを2.5GHz、ADCの帯域幅を1.25GHz、ドップラーシフト量を5GHzとすると、このような状況が起こる。同じドップラーシフト量に対しても、信号光のデータレートが小さく、ADC帯域幅が小さいほど、このような問題が起こりやすい。 The method using digital signal processing enables high-speed and flexible compensation, but if the Doppler shift amount is very large, the following problem arises in that no signal can be detected in the digital domain. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the signal light and the optical frequency of the local oscillator light when the Doppler shift is large in the general configuration. The carrier frequency of the signal light is f s , and the optical frequency of the local oscillator light is f LO . Assuming that a wavelength near 1550 nm is used, both f s and f LO are about 193 THz, but two are due to the frequency difference between the laser provided on the transmission side and the laser serving as the local oscillator light and the Doppler shift of the signal light. Do not match. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the frequency component of the electric signal after coherent detection of the signal light by the local oscillator light and the bandwidth f ADC of the ADC in the general configuration. The interference of the signal light and local oscillator light, the signal is downconverted, | becomes to have a centered frequency components | f s -f LO. The frequency width of the frequency component of the signal is determined by the modulation method and the like, and it is general that the ADC bandwidth f ADC is selected to be necessary and sufficient for receiving this. When f s −f LO is large, no frequency component of the signal is included in the ADC bandwidth. Therefore, in such a case, since no significant signal is input to the digital signal processing, it is impossible to estimate the Doppler shift amount, and it is impossible to even determine whether or not the signal light is input to the receiver. .. Assuming optical communication between a low earth orbit satellite and a geostationary satellite, assuming that the signal light modulation symbol rate is 2.5 GHz, the ADC bandwidth is 1.25 GHz, and the Doppler shift amount is 5 GHz, The situation arises. Even for the same Doppler shift amount, such a problem is likely to occur as the data rate of the signal light is smaller and the ADC bandwidth is smaller.

これを回避するために考えられる一つの方法は、非特許文献1に記載されるような、初期周波数捕捉段階でのローカルオシレータ光の光周波数の掃引である。ただし、ドップラーシフト補償に要求される数GHzといった範囲での安定した光周波数の掃引には非常に時間がかかる。また、掃引中のローカルオシレータ光の光周波数と信号光のキャリア周波数との相対周波数がドップラーシフト量に近い値を取らないタイミングでは、デジタル領域に有意な信号が入力しないことには変わりがない。そのため、特に受信機に入力する信号光強度の変動が大きい場合には、特定のローカルオシレータ光周波数の下で、人工衛星の振動などに伴う受信信号光強度の変動によって有意な信号が入力しないことを、誤ってドップラーシフトによる影響と判別しないために、信号光強度の変動を十分に平均化可能な程の観測時間を設ける必要が生じる。これらの影響により、ドップラーシフトの初期捕捉や信号断からの復旧を高速かつ安定して行うことが難しくなっている。 One possible method to avoid this is to sweep the optical frequency of the local oscillator light in the initial frequency acquisition stage, as described in Non-Patent Document 1. However, it takes a very long time to sweep the stable optical frequency in the range of several GHz required for Doppler shift compensation. Further, at the timing when the relative frequency between the optical frequency of the local oscillator light and the carrier frequency of the signal light during the sweep does not take a value close to the Doppler shift amount, no significant signal is input to the digital area. Therefore, especially when the fluctuation of the signal light intensity input to the receiver is large, a significant signal should not be input due to the fluctuation of the received signal light intensity due to the vibration of the artificial satellite under the specific local oscillator optical frequency. In order not to erroneously discriminate the influence of the Doppler shift, it is necessary to provide an observation time sufficient to average the fluctuations in the signal light intensity. Due to these influences, it is difficult to perform initial capture of Doppler shift and recovery from signal disconnection at high speed and stably.

またこの他関連する技術として、特許文献1には、衛星からの送信周波数がドップラー効果を受け変化する場合に衛星捕捉を行う衛星受信機が開示されている。特許文献1に開示されている衛星受信機は、衛星のダウンリンクチャンネル±ドップラー周波数範囲で、100Hzステップ毎にローカル周波数発生部の発信周波数を切り替えながら衛星からの同期信号が検出できる周波数点を探す。復調データの振幅レベルを測定してピークを検出するとともにこのピークが得られる周波数で同期信号が確認できるかどうかを調査し、最も大きなピーク点の周波数点をロック点と見なして受信信号追随動作へ移行させる。 Further, as another related technique, Patent Document 1 discloses a satellite receiver that performs satellite acquisition when the transmission frequency from the satellite changes due to the Doppler effect. The satellite receiver disclosed in Patent Document 1 searches for a frequency point at which a synchronization signal from the satellite can be detected while switching the transmission frequency of the local frequency generation unit in every 100 Hz step in the satellite downlink channel ±Doppler frequency range. .. Measure the amplitude level of the demodulated data to detect the peak, investigate whether the synchronization signal can be confirmed at the frequency at which this peak is obtained, consider the frequency point of the largest peak point as the lock point, and proceed to the received signal tracking operation. Transfer.

特開平8−148974号公報JP-A-8-148974

原口他、「次世代光衛星間通信機器の開発(2)−光ホモダイン受信機の通信性能評価−」、信学技報、SANE2011−39Haraguchi et al., "Development of Next Generation Optical Inter-Satellite Communication Equipment (2)-Communication Performance Evaluation of Optical Homodyne Receiver-", IEICE Technical Report, SANE2011-39. A. Leven et al., “Frequency Estimation in Intradyne Reception,” IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.19, No.6, 366 (2007).A. Leven et al. , "Frequency Estimation in Intradyne Reception," IEEE Photon. Technol. Lett. , Vol. 19, No. 6, 366 (2007).

人工衛星間、人工衛星−地上間などを結ぶ光空間通信システムでは、送受信局の相対位置が高速で変化することにより発生するドップラーシフトの影響が生じる。大きなドップラーシフト量が生じた場合、デジタル信号処理に入力するサンプル列が有意な信号とならないことがある。特許文献1や非特許文献1に記載のように初期捕捉時には常にレーザー光源の周波数を掃引しておき、それを信号光とローカルオシレータ光の干渉成分がADC帯域内に入るまで続ける方法では、広いドップラーシフトに対応するための広範な掃引範囲と低速な周波数掃引速度が初期捕捉に要する時間を律してしまう。 In an optical space communication system that connects between satellites and between satellites and the ground, the Doppler shift that occurs due to the relative position of the transceiver station changing at high speed occurs. When a large amount of Doppler shift occurs, the sample sequence input to digital signal processing may not be a significant signal. As described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, in the method of sweeping the frequency of the laser light source at the time of initial capture and continuing it until the interference component of the signal light and the local oscillator light falls within the ADC band, it is wide. The wide sweep range to support Doppler shift and the slow frequency sweep speed limit the time required for initial acquisition.

本発明の目的は、大きなドップラーシフト量に対しても常にデジタル信号処理に有意なサンプル列を入力し、デジタル信号処理によるドップラーシフト補償の初期捕捉や、信号断からの復旧を高速かつ安定して行う方法を提供することにある。 An object of the present invention is to always input a significant sample sequence to digital signal processing even for a large amount of Doppler shift, and to perform initial capture of Doppler shift compensation by digital signal processing and to recover from signal loss quickly and stably. To provide a way to do it.

本発明の1側面による光空間通信システムは、受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波して生成された電気信号をAD変換するAD変換部と、前記AD変換部の出力する信号の強度を検出する強度モニタと、前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光に前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数で設定された複数の周波数成分を生成する複数周波数生成部と、を有している。 An optical space communication system according to one aspect of the present invention is an AD conversion unit that AD-converts an electric signal generated by coherently detecting a received optical signal using local oscillator light, and a signal output by the AD conversion unit. And a number that covers a range of possible Doppler shifts in the frequency of the local oscillator light according to the band of the AD converter when the intensity of the signal is below a threshold value. A plurality of frequency generation units that generate a plurality of frequency components set in 1.

本発明の他の側面による光空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法は、受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波し、生成された電気信号をAD変換部によりAD変換する光空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法であって、前記AD変換部の出力する信号の強度を検出し、前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光に前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数で設定された複数の周波数成分を生成する。 A Doppler shift capturing method for an optical space communication system according to another aspect of the present invention is an optical space communication in which a received optical signal is coherently detected using a local oscillator light and an electric signal generated is AD-converted by an AD converter. A Doppler shift capturing method for a system, wherein the intensity of a signal output from the AD conversion unit is detected, and when the intensity of the signal is below a threshold value, the local oscillator light is responsive to a band of the AD conversion unit. Generate a plurality of frequency components set by numbers that cover the range of possible Doppler shifts at different frequency intervals.

本発明により、大きなドップラーシフト量に対してもデジタル信号処理によるドップラーシフト補償の初期捕捉を高速かつ安定して行うことが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to perform fast and stable initial acquisition of Doppler shift compensation by digital signal processing even for large Doppler shift amounts.

図1は、本発明の第1の実施形態である光空間通信システムのデジタルコヒーレント受信部のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a digital coherent receiving unit of an optical space communication system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、信号光及びローカルオシレータ光の複数の周波数成分の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a plurality of frequency components of the signal light and the local oscillator light. 図3は、信号光を、図2の複数の周波数成分をもつローカルオシレータ光によってコヒーレント検波した場合の電気信号の持つ周波数成分と、ADCの帯域幅fADCとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency component of the electric signal and the ADC bandwidth f ADC when the signal light is coherently detected by the local oscillator light having the plurality of frequency components of FIG. 図4は、複数周波数生成部の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the multiple frequency generation unit. 図5は、レーザー光源から出力された光を複数の周波数成分を持つ光に変換するための強度変調の時間波形の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a time waveform of intensity modulation for converting light output from a laser light source into light having a plurality of frequency components. 図6は、本実施形態によるドップラーシフト量と強度モニタ出力との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Doppler shift amount and the intensity monitor output according to this embodiment. 図7は、本実施形態の2分法による周波数成分探索動作を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the frequency component search operation by the bisection method of this embodiment. 図8は、光信号をコヒーレント受信し、デジタル信号処理によってドップラーシフトを補償して復号を行う一般的な構成のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a general configuration in which an optical signal is coherently received, and Doppler shift is compensated by digital signal processing to perform decoding. 図9は、一般的な構成においてドップラーシフトが大きい場合の信号光とローカルオシレータ光の光周波数との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between the signal light and the optical frequency of the local oscillator light when the Doppler shift is large in the general configuration. 図10は、一般的な構成において信号光をローカルオシレータ光によってコヒーレント検波した後の電気信号の持つ周波数成分とADCの帯域幅fADCとの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the frequency component of the electric signal after coherent detection of the signal light by the local oscillator light and the bandwidth f ADC of the ADC in the general configuration.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施形態である光空間通信システムのデジタルコヒーレント受信部のブロック図である。本実施形態は、受信した信号光の変調方式を2.5Gb/s BPSK(Binary Phase Shift Keying)とした例である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of a digital coherent receiving unit of an optical space communication system according to the first embodiment of the present invention. The present embodiment is an example in which the modulation system of the received signal light is 2.5 Gb/s BPSK (Binary Phase Shift Keying).

デジタルコヒーレント受信部1は、図1に示すように、90度光ハイブリッド11、レーザー光源12、複数周波数生成部13、光検出器14、アナログ−デジタル変換器(ADC)15、デジタル信号処理部16、強度モニタ17及び生成周波数制御部18を備えている。 As shown in FIG. 1, the digital coherent reception unit 1 includes a 90-degree optical hybrid 11, a laser light source 12, a multiple frequency generation unit 13, a photodetector 14, an analog-digital converter (ADC) 15, and a digital signal processing unit 16. , Intensity monitor 17 and generation frequency controller 18.

デジタルコヒーレント受信部1が受信した信号光は、ローカルオシレータ光と共に90度光ハイブリッド11に入力される。 The signal light received by the digital coherent receiver 1 is input to the 90-degree optical hybrid 11 together with the local oscillator light.

レーザー光源12は、単一の光周波数のレーザー光を生成する。レーザー光源12の出力は、複数周波数生成部13に入力される。 The laser light source 12 produces laser light having a single optical frequency. The output of the laser light source 12 is input to the multiple frequency generation unit 13.

複数周波数生成部13は、受信データがうまく復調されている通常の受信状態では、何もしないか、単一の光周波数のレーザー光を所定の光周波数だけシフトする役割を果たす。複数周波数生成部13の出力は、光空間通信システムのデジタルコヒーレント受信部が受信した信号光とともに、90度光ハイブリッド11に入力される。 In the normal reception state in which the reception data is well demodulated, the multiple frequency generation unit 13 plays a role of performing nothing or shifting the laser light of a single optical frequency by a predetermined optical frequency. The output of the multiple frequency generation unit 13 is input to the 90-degree optical hybrid 11 together with the signal light received by the digital coherent reception unit of the optical space communication system.

90度光ハイブリッド11は、コヒーレント検波を行う。すなわち90度光ハイブリッド11は、信号光とローカルオシレータ光を混合し、両者により発生するI(同相)成分とQ(直交)成分のそれぞれに相当する2つの干渉信号(ビート信号)を出力する。90度光ハイブリッド11によってコヒーレント検波されたI成分とQ成分の信号光は、それぞれバランス型光検出器14に入力される。 The 90-degree optical hybrid 11 performs coherent detection. That is, the 90-degree optical hybrid 11 mixes the signal light and the local oscillator light and outputs two interference signals (beat signals) corresponding to the I (in-phase) component and the Q (quadrature) component generated by both. The I-component and Q-component signal lights coherently detected by the 90-degree optical hybrid 11 are input to the balanced photodetector 14, respectively.

光検出器14は、それぞれコヒーレント検波され入力されたI成分又はQ成分のビート信号の強度を電気信号に変換する。変換されたI成分とQ成分の電気信号は、図示しないトランスインピーダンスアンプやローパスフィルタで増幅、雑音の低減が行われた後、ADC15に入力される。 The photodetector 14 converts the intensity of the I-component or Q-component beat signal, which is coherently detected and input, into an electric signal. The converted electric signals of the I component and the Q component are input to the ADC 15 after being amplified by a transimpedance amplifier or a low-pass filter (not shown) to reduce noise.

ADC15は、例えば2.5Gb/s BPSK信号を受信するのに必要十分な帯域幅と、サンプリング速度を持つ。ADC15の帯域幅は、例えば、1.25GHzとし、ADC15のサンプリング速度は、例えば、5GS/sとする。ADC15は、サンプリングした結果、得られたサンプル列をデジタル信号処理部16及び強度モニタ17に出力する。 The ADC 15 has a necessary and sufficient bandwidth and a sampling rate for receiving a 2.5 Gb/s BPSK signal, for example. The bandwidth of the ADC 15 is, for example, 1.25 GHz, and the sampling rate of the ADC 15 is, for example, 5 GS/s. The ADC 15 outputs the sample sequence obtained as a result of sampling to the digital signal processing unit 16 and the intensity monitor 17.

デジタル信号処理部16は、強度規格化、リサンプリング、直流成分の除去、整合フィルタなどを含む等化フィルタ処理を行い、歪みと雑音を最小化する。その後、デジタル信号処理部16は、ドップラーシフト補償処理を行い、ドップラーシフト量が推定されて補償される。このドップラー補償処理には、前述したM乗法を使用した周波数オフセット推定・補償や、判定指向デジタル位相同期ループなどを用いることができる。ドップラーシフトが補償されたサンプル列に対して、デジタル信号処理部16は、最後に、シンボル判定、差動復号化、前方誤り訂正などの復号処理を行って、受信データを出力する。 The digital signal processing unit 16 performs equalization filter processing including intensity normalization, resampling, DC component removal, matched filter, and the like to minimize distortion and noise. After that, the digital signal processing unit 16 performs the Doppler shift compensation process, and the Doppler shift amount is estimated and compensated. For the Doppler compensation process, the frequency offset estimation/compensation using the above-described M-th power method, the decision-directed digital phase locked loop, or the like can be used. Finally, the digital signal processing unit 16 performs decoding processing such as symbol determination, differential decoding, and forward error correction on the sample sequence in which the Doppler shift is compensated, and outputs the received data.

強度モニタ17は、2つのADC15から入力されたI成分とQ成分の信号光のサンプリング結果であるサンプル列からモニタ強度を生成し、生成周波数制御部18に出力する。 The intensity monitor 17 generates a monitor intensity from a sample sequence that is a sampling result of the signal light of the I component and the Q component input from the two ADCs 15, and outputs it to the generation frequency control unit 18.

生成周波数制御部18には、モニタ強度に対し閾値が設定されている。生成周波数制御部18は、強度モニタ17で生成されたモニタ強度が閾値以下となった場合、複数周波数生成部13が複数周波数の生成を開始するよう制御する。例えば、初期周波数捕捉時、ドップラーシフトが大きい場合にこのような状態となる。 The generation frequency control unit 18 has a threshold value set for the monitor intensity. The generation frequency control unit 18 controls the multiple frequency generation unit 13 to start generation of multiple frequencies when the monitor intensity generated by the intensity monitor 17 is equal to or less than the threshold value. For example, such a state occurs when the Doppler shift is large at the time of capturing the initial frequency.

複数周波数生成部13は、ローカルオシレータ光となるレーザー光源12の元々の光周波数fLOの上下に特定の周波数間隔Δfで並んだ複数の周波数成分を持つローカルオシレータ光を生成する。周波数間隔Δfは、予め定められ、複数周波数生成部13に設定されている。 The multiple frequency generation unit 13 generates local oscillator light having a plurality of frequency components arranged at specific frequency intervals Δf above and below the original optical frequency f LO of the laser light source 12 that is the local oscillator light. The frequency interval Δf is predetermined and set in the multiple frequency generation unit 13.

図2は、信号光及びローカルオシレータ光の複数の周波数成分の一例を示す図である。複数周波数生成部13は、例えば、図2に示すように、信号光のキャリア周波数fの付近の、fLO及びfLO±Δfの3つの周波数成分をもつローカルオシレータ光を生成する。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a plurality of frequency components of the signal light and the local oscillator light. For example, as shown in FIG. 2, the multiple frequency generation unit 13 generates a local oscillator light having three frequency components of f LO and f LO ±Δf in the vicinity of the carrier frequency f s of the signal light.

図3は、信号光を、図2の複数の周波数成分をもつローカルオシレータ光によってコヒーレント検波した場合の電気信号の持つ周波数成分と、ADC15の帯域幅fADCとの関係を示す図である。信号光とローカルオシレータ光の周波数fLOの周波数成分との干渉は、中心周波数f−fLOにダウンコンバートされる。同様に、信号光とローカルオシレータ光の周波数fLO±Δfの周波数成分との干渉は、中心周波数f−(fLO±Δf)にダウンコンバートされる。図3に示すように、中心周波数f−fLO+Δf、f−fLOにダウンコンバートされた信号はADC15の帯域幅fADC内にはないが、中心周波数f−fLO−Δfにダウンコンバートされた、信号光とローカルオシレータ光の周波数fLO+Δfの周波数成分との干渉成分は、ADC15の帯域幅fADC内に入っている。したがって、ADC15によってサンプリングされたサンプル列は信号に関して有意な情報を含み、強度モニタ17でも検出できる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency component of the electric signal and the bandwidth f ADC of the ADC 15 when the signal light is coherently detected by the local oscillator light having the plurality of frequency components of FIG. The interference between the signal light and the frequency component of the frequency f LO of the local oscillator light is down-converted to the center frequency f s −f LO . Similarly, the interference between the signal light and the frequency component of the frequency f LO ±Δf of the local oscillator light is down-converted to the center frequency f s −(f LO ±Δf). As shown in FIG. 3, the signals down-converted to the center frequencies f s −f LO +Δf and f s −f LO are not within the bandwidth f ADC of the ADC 15, but at the center frequency f s −f LO −Δf. The down-converted interference component between the signal light and the frequency component of the frequency f LO +Δf of the local oscillator light is within the bandwidth f ADC of the ADC 15. Therefore, the sample sequence sampled by the ADC 15 contains significant information about the signal and can also be detected by the intensity monitor 17.

本実施形態の生成周波数制御部18は、複数周波数生成部13が生成する周波数成分の周波数間隔Δfを、ADC帯域の2倍程度に設定する。また、生成周波数制御部18は、この周波数間隔で生成する複数の周波数成分の周波数範囲がドップラーシフトの起こりうる範囲をカバーするように周波数成分の生成数を設定する。すなわち生成周波数制御部18は、複数周波数生成部13が生成する複数の周波数成分の最大と最小の周波数差が、起こり得るドップラーシフトの範囲と同じか、それを上回るように周波数成分の生成数を設定する。 The generation frequency control unit 18 of the present embodiment sets the frequency interval Δf of the frequency components generated by the multiple frequency generation unit 13 to about twice the ADC band. Further, the generation frequency control unit 18 sets the number of generated frequency components so that the frequency range of the plurality of frequency components generated at this frequency interval covers the range in which Doppler shift can occur. That is, the generation frequency control unit 18 sets the number of generated frequency components such that the maximum and minimum frequency difference between the plurality of frequency components generated by the multiple frequency generation unit 13 is equal to or more than the range of possible Doppler shift. Set.

このように設定することにより、信号光と、ローカルオシレータ光のいずれかの周波数成分との間の周波数差が、ADC15の帯域幅fADCの範囲内になる。したがって、いずれかの干渉成分はADC15の帯域幅fADC内にダウンコンバートされて、有意なサンプル列がデジタル信号処理に入力される状態を保つことができる。 By setting in this way, the frequency difference between the signal light and any frequency component of the local oscillator light falls within the range of the bandwidth f ADC of the ADC 15. Therefore, any interference component can be down-converted into the bandwidth f ADC of ADC 15 to keep significant sample trains input to the digital signal processing.

図4は、複数周波数生成部13の構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the multiple frequency generation unit 13.

レーザー光源12は、生成した周波数fLOのローカルオシレータ光をIQ変調器131に出力する。 The laser light source 12 outputs the generated local oscillator light of the frequency f LO to the IQ modulator 131.

生成周波数制御部18は、IQ変調器131に生成する複数の周波数成分の強度を制御するための電気波形を、デジタル的に生成し、デジタル−アナログ変換器(DAC)132に出力する。 The generation frequency control unit 18 digitally generates an electric waveform for controlling the intensities of the plurality of frequency components generated by the IQ modulator 131, and outputs the electric waveform to the digital-analog converter (DAC) 132.

DAC132は、生成周波数制御部18がデジタル的に生成したデータをデジタル−アナログ変換により電気波形に変換してIQ変調器131に出力する。 The DAC 132 converts the data digitally generated by the generation frequency control unit 18 into an electric waveform by digital-analog conversion and outputs the electric waveform to the IQ modulator 131.

IQ変調器131は、レーザー光源12から出力された光に、デジタル−アナログ変換器132から入力された電気波形によって光変調を行う。 The IQ modulator 131 performs optical modulation on the light output from the laser light source 12 according to the electrical waveform input from the digital-analog converter 132.

図5は、レーザー光源12から出力された光を複数の周波数成分を持つ光に変換するための強度変調の時間波形の一例を示す図である。図5に示す波形は、レーザー光源12から出力された周波数fLOの光を、fLO、fLO±Δfの3つの周波数成分を持つ光に変換するための波形の例である。生成周波数制御部18は、図5に示すような電気波形がDAC132からIQ変調器131に出力されるようデジタルデータを生成し、DAC132に出力する。図5に示す波形のデジタルデータは、3つの周波数成分fLO、fLO±Δfに相当する関数exp(2πi×0×t)、exp(2πi×Δf×t)、exp(2πi×(−Δf)×t)に基づいて生成周波数制御部18が作成する。生成周波数制御部18は、例えば、3つの関数にそれぞれ係数を乗算し、足し合わせ、強度規格化を行って図5に示す波形のデジタルデータを生成する。生成周波数制御部18は、各周波数成分に乗算する係数に差を持たせることで、特定の周波数成分のみの相対強度を増加させることも可能である。例えば、exp(2πi×0×t)、exp(2πi×Δf×t)、exp(2πi×(−Δf)×t)に乗算する係数をA、B、Cとすると、B及びCに対しAを大きくすることで、ローカルオシレータ光における周波数fLOの周波数成分の相対強度を増加することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a time waveform of intensity modulation for converting the light output from the laser light source 12 into light having a plurality of frequency components. The waveform shown in FIG. 5 is an example of a waveform for converting the light having the frequency f LO output from the laser light source 12 into the light having three frequency components f LO and f LO ±Δf. The generation frequency control unit 18 generates digital data so that the electrical waveform as shown in FIG. 5 is output from the DAC 132 to the IQ modulator 131, and outputs the digital data to the DAC 132. The digital data of the waveform shown in FIG. 5 are functions exp(2πi×0×t), exp(2πi×Δf×t), exp(2πi×(-Δf) corresponding to the three frequency components f LO and f LO ±Δf. )×t) based on the generated frequency control unit 18. The generation frequency control unit 18 generates digital data having the waveform shown in FIG. 5, for example, by multiplying each of three functions by a coefficient, adding the coefficients, and performing intensity standardization. The generation frequency control unit 18 can increase the relative intensity of only a specific frequency component by giving a difference to the coefficient by which each frequency component is multiplied. For example, if exp(2πi×0×t), exp(2πi×Δf×t), and exp(2πi×(−Δf)×t) are multiplied by A, B, and C, A will be A for B and C. By increasing, the relative intensity of the frequency component of the frequency f LO in the local oscillator light can be increased.

IQ変調器131の出力は、光増幅器133に入力され、光変調に伴う光損失が補償される。なお90度光ハイブリッド11に入力するローカルオシレータ光に、特定の偏波状態の光が想定されている場合、光増幅器133は、入力する光の偏波状態を保持し、かつそれに直交する偏波成分に生じる自然放射増幅光を偏光子により除去する。 The output of the IQ modulator 131 is input to the optical amplifier 133, and the optical loss due to the optical modulation is compensated. When the local oscillator light input to the 90-degree optical hybrid 11 is assumed to be light in a specific polarization state, the optical amplifier 133 holds the polarization state of the input light and polarizes it orthogonally. The spontaneous emission amplified light generated in the component is removed by the polarizer.

複数周波数生成部13が生成する周波数成分の数に依らず、光増幅器133は、総光強度が同じローカルオシレータ光を90度光ハイブリッド11に入力することを想定する。 It is assumed that the optical amplifier 133 inputs the local oscillator light having the same total light intensity to the 90-degree optical hybrid 11 regardless of the number of frequency components generated by the multiple frequency generation unit 13.

本実施形態の効果を具体的な例に基づいて説明する。信号光を2.5Gb/s BPSK信号、ADCの帯域幅を1.25GHz、サンプリング速度を5GS/s、90度光ハイブリッドに入力するローカルオシレータ光の光強度はその周波数成分の数に依らず一定とした条件で、シミュレーションを行った。図6は、本実施形態によるドップラーシフト量と強度モニタ出力との関係を示すグラフである。図6に示す例は、生成する複数周波数の周波数間隔をΔf=2GHzとし、ローカルオシレータ光が単一周波数の場合、fLO及びfLO±Δfの3つの周波数成分の場合、fLO、fLO±Δf及びfLO±2Δfの5つの周波数成分の場合、fLO、fLO±Δf、fLO±2Δf、及びfLO±3Δfの7つの周波数成分の場合、のそれぞれについて、信号光にドップラーシフトを与えた場合についてシミュレーションした結果である。なお受信する信号光のキャリア周波数は193.3THz、Optical Signal−to−Noise Ratioは−2dB/0.1nm、ローカルオシレータ光となるレーザーの周波数は同じく193.3THz、レーザーの線幅は送信側と共に0とした。 The effects of this embodiment will be described based on a specific example. Signal light is 2.5 Gb/s BPSK signal, ADC bandwidth is 1.25 GHz, sampling speed is 5 GS/s, and the light intensity of the local oscillator light input to the 90-degree optical hybrid is constant regardless of the number of frequency components. The simulation was performed under the following conditions. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Doppler shift amount and the intensity monitor output according to this embodiment. In the example shown in FIG. 6, the frequency interval of the generated multiple frequencies is Δf=2 GHz, and when the local oscillator light has a single frequency, f LO and f LO ±f are three frequency components, f LO and f LO In the case of five frequency components of ±Δf and f LO ±2Δf, in the case of seven frequency components of f LO , f LO ±Δf, f LO ±2Δf, and f LO ±3Δf, Doppler shift is applied to the signal light, respectively. It is the result of the simulation about the case of giving. The carrier frequency of the signal light to be received is 193.3 THz, Optical Signal-to-Noise Ratio is -2 dB/0.1 nm, the frequency of the laser that becomes the local oscillator light is 193.3 THz, and the line width of the laser is the same as that of the transmission side. It was set to 0.

ローカルオシレータ光が単一周波数の場合には、ドップラーシフト量の大きさが増えるにしたがって、強度モニタの出力は低下していき、ドップラーシフトの大きさが5GHz程度に達すると、それ以上の領域ではほとんど変化がない。これは、前述したように、この領域ではADC15の帯域幅fADCの中に信号の持つ周波数成分が全く入らず、したがって、デジタル信号処理に有意な信号が入力していないことを意味する。 When the local oscillator light has a single frequency, the output of the intensity monitor decreases as the magnitude of the Doppler shift amount increases, and when the magnitude of the Doppler shift reaches about 5 GHz, in the range beyond that. Almost no change. This means that, as described above, no frequency component of the signal is included in the bandwidth f ADC of the ADC 15 in this region, and therefore, no significant signal is input to the digital signal processing.

それに対し、ローカルオシレータ光がfLO、LO±Δf、fLO±2Δf及びfLO±3Δfの7つの周波数成分を持つ場合、ドップラーシフトが0の場合の強度モニタ出力は、ローカルオシレータ光が単一周波数の場合のそれよりも低下しているものの、ドップラーシフトの大きさが5GHz程度まで一定の出力を保っている。すなわち、ローカルオシレータ光のいずれかの周波数成分によってADC15の帯域幅fADC内にダウンコンバートされた有意なサンプル列が、デジタル信号処理で検出されている。 On the other hand, when the local oscillator light has seven frequency components f LO, f LO ±Δf, f LO ±2Δf, and f LO ±3Δf, the intensity monitor output when the Doppler shift is 0 is Although it is lower than that at one frequency, the Doppler shift maintains a constant output up to about 5 GHz. That is, a significant sample sequence down-converted into the bandwidth f ADC of the ADC 15 by any frequency component of the local oscillator light is detected by digital signal processing.

このように本実施形態によれば、複数周波数生成部13によって複数の周波数成分を持つローカルオシレータ光を生成して使用することにより、想定するドップラーシフトの範囲内において、常にデジタル信号処理に有意なサンプル列が入力する状態を保持することが可能となっている。 As described above, according to the present embodiment, by generating and using the local oscillator light having a plurality of frequency components by the multiple frequency generation unit 13, it is always significant for digital signal processing within the assumed Doppler shift range. It is possible to retain the state in which the sample string is input.

図7は、本実施形態の2分法による周波数成分探索動作を示すフローチャートである。まず生成周波数制御部18が、強度モニタの出力が閾値以下であるか判断し(ステップS1)、強度モニタの出力が閾値以下であることを検出すると、生成周波数制御部18は所定の周波数間隔Δf及び生成数N個の周波数成分を生成するためのデジタルデータを生成し複数周波数生成部13に出力する。それに基づいて複数周波数生成部13は、デジタルデータに基づいて予め設定された周波数間隔ΔfのN個の周波数成分を持つローカルオシレータ光を生成する(ステップS2)。 FIG. 7 is a flowchart showing the frequency component search operation by the bisection method of this embodiment. First, the generation frequency control unit 18 determines whether the output of the intensity monitor is less than or equal to the threshold value (step S1), and when detecting that the output of the intensity monitor is less than or equal to the threshold value, the generation frequency control unit 18 causes the predetermined frequency interval Δf. And the digital data for generating the number N of frequency components is generated and output to the multiple frequency generation unit 13. Based on this, the multiple frequency generation unit 13 generates the local oscillator light having N frequency components of the preset frequency interval Δf based on the digital data (step S2).

これによって、常にデジタル信号処理に有意なサンプル列が入力する状態が保持される。 As a result, the state in which the sample sequence significant for digital signal processing is always input is held.

次に、生成周波数制御部18は、いわゆる2分法を用いて、N個の周波数成分の中から、信号光のキャリア周波数に最も近い一つの周波数成分を探索する。まず、生成周波数制御部18は、N個の周波数成分の中から半数を周波数候補として絞り込む(ステップS3)。なお周波数候補の数は、全体の半数に近い数であれば、半数でなくてもかまわない。 Next, the generation frequency control unit 18 searches for one frequency component closest to the carrier frequency of the signal light from the N frequency components by using the so-called dichotomy method. First, the generation frequency control unit 18 narrows down half of the N frequency components as frequency candidates (step S3). The number of frequency candidates does not have to be half as long as it is close to half.

生成周波数制御部18は、全ての周波数成分の相対強度を均一化する。その後、生成周波数制御部18は、周波数候補となった周波数成分の相対強度を一括して増加させる(ステップS4)。すなわち生成周波数制御部18は、周波数候補となった周波数成分に対応する係数を増加させたデジタルデータを生成し、複数周波数生成部13に出力する。 The generation frequency controller 18 equalizes the relative intensities of all frequency components. After that, the generation frequency control unit 18 collectively increases the relative intensities of the frequency components that are frequency candidates (step S4). That is, the generation frequency control unit 18 generates digital data in which the coefficient corresponding to the frequency component that is a frequency candidate is increased, and outputs the digital data to the multiple frequency generation unit 13.

そして、生成周波数制御部18は、強度モニタ17の出力が増加するか判断する(ステップS5)。 Then, the generation frequency control unit 18 determines whether the output of the intensity monitor 17 increases (step S5).

強度モニタ17の出力が増加した場合、生成周波数制御部18は、現在の周波数候補をそのまま維持する(ステップS6)。すなわち、他の周波数は周波数候補でないとして棄却する。 When the output of the intensity monitor 17 increases, the generation frequency control unit 18 maintains the current frequency candidate as it is (step S6). That is, other frequencies are rejected as not being frequency candidates.

逆に減少したならば、生成周波数制御部18は、現在の周波数候補を棄却し、候補とされていない残りの周波数成分を周波数候補として選び直す。 On the contrary, if it decreases, the generation frequency control unit 18 rejects the current frequency candidate and reselects the remaining frequency components that are not candidates as frequency candidates.

残った周波数候補が一つか判断し(ステップS6)、1つならば、それを所望の信号光のキャリア周波数に最も近い最適周波数成分として保持して探索を終了する(ステップS9)。1つでない場合、ステップS4に戻り、ステップS4からステップS8を候補が一つになるまで繰り返す。 It is judged whether there is one remaining frequency candidate (step S6), and if there is one, it is held as the optimum frequency component closest to the carrier frequency of the desired signal light and the search ends (step S9). If the number is not one, the process returns to step S4, and steps S4 to S8 are repeated until there is one candidate.

探索が終了したならば、残った周波数候補は所望の信号光のキャリア周波数に最も近い最適周波数成分なので、複数周波数生成部13は、この最適周波数成分の単一周波数のローカルオシレータ光を生成し、初期周波数捕捉を完了する。そして、デジタルコヒーレント受信部1は、この最適周波数成分によりドップラーシフトを捕捉する。 When the search is completed, the remaining frequency candidate is the optimum frequency component closest to the carrier frequency of the desired signal light, so the multiple frequency generation unit 13 generates a single frequency local oscillator light of this optimum frequency component, Complete the initial frequency acquisition. Then, the digital coherent reception unit 1 captures the Doppler shift with this optimum frequency component.

以上説明したように、本実施形態によれば、複数周波数生成部13によって複数の周波数成分を持つローカルオシレータ光を生成して使用することにより、レーザー光の掃引を必要としないため、初期捕捉に必要な時間を抑えることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the plural frequency generation unit 13 generates and uses the local oscillator light having a plurality of frequency components, the sweep of the laser light is not required, and thus the initial acquisition is performed. The time required can be reduced.

また、生成周波数制御部18は、複数周波数生成部13が生成する周波数成分の周波数間隔Δfを、ADC15の帯域幅fADCの2倍程度に設定し、複数周波数生成部13が生成する複数の周波数成分の最大と最小の周波数差が、起こり得るドップラーシフトの範囲と同じか、それを上回るように周波数成分の数を設定する。この構成により、信号光のドップラーシフト量が大きくとも、常に信号光とローカルオシレータ光のいずれかの周波数成分との間の周波数差はADC15の帯域幅fADCの範囲内にすることができる。したがって、この2つの干渉成分はADC15の帯域幅fADC内にダウンコンバートされて有意なサンプル列がデジタル信号処理に入力される。 Further, the generation frequency control unit 18 sets the frequency interval Δf of the frequency components generated by the multiple frequency generation unit 13 to about twice the bandwidth f ADC of the ADC 15, and the multiple frequency generation units 13 generate multiple frequencies. The number of frequency components is set so that the maximum and minimum frequency difference between the components is equal to or greater than the range of possible Doppler shifts. With this configuration, even if the Doppler shift amount of the signal light is large, the frequency difference between the signal light and any frequency component of the local oscillator light can be kept within the range of the bandwidth f ADC of the ADC 15. Therefore, these two interference components are down-converted into the bandwidth f ADC of the ADC 15 and a significant sample sequence is input to the digital signal processing.

またローカルオシレータ光の複数周波数成分のそれぞれの強度の制御によって、常に有意なデジタル信号処理に入力される状態を保ったまま、最適なローカルオシレータ光周波数の探索ができる。 Further, by controlling the respective intensities of the plurality of frequency components of the local oscillator light, it is possible to search for the optimum local oscillator light frequency while always maintaining a state of being input to significant digital signal processing.

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various modifications that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

例えば、1つのレーザー光源12から出力された光を、複数周波数生成部13が複数の周波数成分を持つ光に変換するとして説明したが、これに限らず、周波数の異なる複数のレーザー光源を備える構成としてもよい。この場合、生成周波数制御部は、複数のレーザー光源からの光の強度又は遮断を制御する信号を複数周波数生成部に出力し、複数周波数生成部は、生成周波数制御部から出力された信号に基づいて、複数のレーザー光源からのコヒーレント光の強度を制御又は遮断して、それらを光カプラなどで合成した後に出力する。 For example, although it has been described that the light output from one laser light source 12 is converted into light having a plurality of frequency components by the multiple frequency generation unit 13, the invention is not limited to this, and a configuration including a plurality of laser light sources having different frequencies May be In this case, the generation frequency control unit outputs a signal for controlling the intensity or blocking of the light from the plurality of laser light sources to the multiple frequency generation unit, and the multiple frequency generation unit is based on the signal output from the generation frequency control unit. Then, the intensities of the coherent light beams from the plurality of laser light sources are controlled or blocked, and they are output after being combined by an optical coupler or the like.

このような構成とすれば、複数周波数生成部は、光変調器やDACなどの複雑な構成要素の代わりに、光減衰器や光増幅器などのより単純な要素で構成することができる。 With such a configuration, the multiple frequency generation unit can be configured by simpler elements such as an optical attenuator and an optical amplifier, instead of complicated components such as an optical modulator and a DAC.

1 デジタルコヒーレント受信部
11 90度光ハイブリッド
12 レーザー光源
13 複数周波数生成部
14 光検出器
15 ADC
16 デジタル信号処理部
17 強度モニタ
18 生成周波数制御部
131 IQ変調器
132 デジタル−アナログ変換器
133 光増幅器
1 Digital Coherent Receiver 11 90-degree Optical Hybrid 12 Laser Light Source 13 Multiple Frequency Generator 14 Photodetector 15 ADC
16 Digital Signal Processing Unit 17 Strength Monitor 18 Generation Frequency Control Unit 131 IQ Modulator 132 Digital-Analog Converter 133 Optical Amplifier

Claims (12)

受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波して生成された電気信号をAD変換するAD変換部と、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出する強度モニタと、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成する複数周波数生成部と、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御する生成周波数制御部と、
単一の周波数成分をもつレーザー光を生成するレーザー光源と、
を有し、
前記生成周波数制御部は、前記複数の周波数成分を表す関数に前記強度を乗算し足し合わせて前記複数の周波数成分の強度に応じたデジタルデータを生成し、前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択し、
前記複数周波数生成部は、前記デジタルデータに基づいて前記レーザー光を変調して前記ローカルオシレータ光を生成する変調部を有する、
デジタルコヒーレント受信装置。
An AD conversion unit that AD-converts the electric signal generated by coherently detecting the received optical signal using the local oscillator light;
An intensity monitor for detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. A plurality of frequency generators for generating a plurality of frequency components,
A generation frequency control unit that controls the frequency intervals, the number, and the intensities of the plurality of frequency components of the local oscillator light;
A laser light source for generating a laser light having a single frequency component,
Have
The generation frequency control unit generates a digital data corresponding to the strength of the plurality of frequency components by multiplying the functions representing the plurality of frequency components by the strength and adding the strengths, and generates one of the plurality of frequency components. Select as local oscillator light,
The multiple frequency generation unit includes a modulation unit that modulates the laser light based on the digital data to generate the local oscillator light.
Digital coherent receiver.
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波して生成された電気信号をAD変換するAD変換部と、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出する強度モニタと、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成する複数周波数生成部と、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御する生成周波数制御部と、を有し、
前記生成周波数制御部は、
2分法を用いて前記複数の周波数成分の強度を一括して変化させ、前記光信号の強度に基づいて前記ドップラーシフトに近い周波数成分を探索し、前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択する
デジタルコヒーレント受信装置。
An AD conversion unit that AD-converts the electric signal generated by coherently detecting the received optical signal using the local oscillator light;
An intensity monitor for detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. A plurality of frequency generators for generating a plurality of frequency components,
The frequency interval of the plurality of frequency components of the local oscillator light, a generation frequency control unit for controlling the number and intensity,
The generation frequency control unit,
The intensities of the plurality of frequency components are collectively changed using a bisection method, a frequency component close to the Doppler shift is searched based on the intensity of the optical signal, and one of the plurality of frequency components is locally Digital coherent receiver that selects as oscillator light .
単一の周波数成分をもつレーザー光を生成するレーザー光源を有し、
前記生成周波数制御部は、前記複数の周波数成分の強度に応じたデジタルデータを生成し、
前記複数周波数生成部は、前記デジタルデータに基づいて前記レーザー光を変調して前記ローカルオシレータ光を生成する変調部を有する、
請求項に記載のデジタルコヒーレント受信装置。
It has a laser light source that generates laser light having a single frequency component,
The generation frequency control unit generates digital data according to the intensities of the plurality of frequency components,
The multiple frequency generation unit includes a modulation unit that modulates the laser light based on the digital data to generate the local oscillator light.
The digital coherent receiver according to claim 2 .
前記生成周波数制御部は、前記複数の周波数成分を表す関数に前記強度を乗算し足し合わせて前記デジタルデータを生成する、
請求項に記載のデジタルコヒーレント受信装置。
The generation frequency control unit generates the digital data by multiplying a function representing the plurality of frequency components by the intensity and adding the product.
The digital coherent receiver according to claim 3 .
前記生成周波数制御部は、
前記周波数間隔を前記AD変換部の帯域幅の2倍に設定する、
請求項2から4のいずれかに記載のデジタルコヒーレント受信装置。
The generation frequency control unit,
The frequency interval is set to twice the bandwidth of the AD converter,
The digital coherent receiver according to any one of claims 2 to 4 .
前記生成周波数制御部は、
前記周波数間隔を前記AD変換部の帯域幅の2倍に設定する、
請求項に記載のデジタルコヒーレント受信装置。
The generation frequency control unit,
The frequency interval is set to twice the bandwidth of the AD converter,
The digital coherent receiver according to claim 1 .
前記生成周波数制御部は、
前記複数の周波数成分の半数を周波数候補として絞り込み、
前記周波数候補の強度を一括して増加させ、
前記光信号の強度が増加したならば、未だ候補として棄却されていない残りの周波数成分を棄却して前記周波数候補の半数を新たな周波数候補として絞り込み、
前記光信号の強度が減少したならば、前記周波数候補を棄却して未だ候補として棄却されていない残りの周波数成分を新たな周波数候補として選び直す、
請求項2から5のいずれかに記載のデジタルコヒーレント受信装置。
The generation frequency control unit,
Narrowing half of the plurality of frequency components as frequency candidates,
Increase the intensity of the frequency candidates collectively,
If the intensity of the optical signal is increased, the remaining frequency components that have not been rejected as candidates are rejected and half of the frequency candidates are narrowed down as new frequency candidates,
When the intensity of the optical signal decreases, the frequency candidates are rejected and the remaining frequency components that have not been rejected as candidates are reselected as new frequency candidates,
The digital coherent receiver according to claim 2 .
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波して生成された電気信号をAD変換するAD変換部と、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出する強度モニタと、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成する複数周波数生成部と、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御する生成周波数制御部と、
単一の周波数成分をもつレーザー光を生成するレーザー光源と、を有し、
前記生成周波数制御部は、前記複数の周波数成分を表す関数に前記強度を乗算し足し合わせて前記複数の周波数成分の強度に応じたデジタルデータを生成し、前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択し、
前記複数周波数生成部は、前記デジタルデータに基づいて前記レーザー光を変調して前記ローカルオシレータ光を生成する変調部を有する、
光空間通信システム。
An AD conversion unit that AD-converts the electric signal generated by coherently detecting the received optical signal using the local oscillator light;
An intensity monitor for detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. A plurality of frequency generators for generating a plurality of frequency components,
A generation frequency control unit that controls the frequency intervals, the number, and the intensities of the plurality of frequency components of the local oscillator light;
A laser light source for generating a laser light having a single frequency component,
The generation frequency control unit generates a digital data corresponding to the strength of the plurality of frequency components by multiplying the functions representing the plurality of frequency components by the strength and adding the strengths, and generates one of the plurality of frequency components. Select as local oscillator light,
The multiple frequency generation unit includes a modulation unit that modulates the laser light based on the digital data to generate the local oscillator light.
Optical space communication system.
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波して生成された電気信号をAD変換するAD変換部と、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出する強度モニタと、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成する複数周波数生成部と、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御する生成周波数制御部と、を有し、
前記複数周波数生成部は、
2分法を用いて前記複数の周波数成分の強度を一括して変化させ、前記光信号の強度に基づいて前記ドップラーシフトに近い周波数成分を探索する、前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択する
光空間通信システム。
An AD conversion unit that AD-converts the electric signal generated by coherently detecting the received optical signal using the local oscillator light;
An intensity monitor for detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. A plurality of frequency generators for generating a plurality of frequency components,
The frequency interval of the plurality of frequency components of the local oscillator light, a generation frequency control unit for controlling the number and intensity,
The multiple frequency generation unit,
The intensity of the plurality of frequency components is collectively changed using a dichotomy method, and a frequency component close to the Doppler shift is searched for based on the intensity of the optical signal. One of the plurality of frequency components is local. Optical space communication system to select as oscillator light .
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波し、生成された電気信号をAD変換部によりAD変換する光空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法において、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出し、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光に前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成し、
前記複数の周波数成分の半数を周波数候補として絞り込み、
前記周波数候補の強度を一括して増加させ、
前記光信号の強度が増加したならば、前記周波数候補とされていない残りの周波数成分を棄却し、
前記光信号の強度が減少したならば、前記周波数候補とされた周波数成分を棄却し、
残った周波数成分が一つならば、前記残った周波数成分によりドップラーシフトを捕捉す
空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法。
In a Doppler shift acquisition method of an optical space communication system in which a received optical signal is coherently detected by using a local oscillator light, and the generated electrical signal is AD-converted by an AD converter,
Detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the local oscillator light has a plurality of frequency components set to a number that covers a range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD converter. Generate,
Narrowing half of the plurality of frequency components as frequency candidates,
Increase the intensity of the frequency candidates collectively,
If the intensity of the optical signal increases, discard the remaining frequency components that are not the frequency candidates,
If the intensity of the optical signal is reduced, the frequency component that is the frequency candidate is rejected,
If the remaining frequency components one, capture the Doppler shift by the remaining frequency components
Doppler shift acquisition method for optical space communication system.
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波し、生成された電気信号をAD変換部によりAD変換する光空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法において、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出し、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成し、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御し、
単一の周波数成分をもつレーザー光を生成し、
前記複数の周波数成分を表す関数に前記強度を乗算し足し合わせて前記複数の周波数成分の強度に応じたデジタルデータを生成し、
前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択し、
前記デジタルデータに基づいて前記レーザー光を変調して前記ローカルオシレータ光を生成する、
ドップラーシフト捕捉方法。
In a Doppler shift acquisition method of an optical space communication system in which a received optical signal is coherently detected by using a local oscillator light, and the generated electrical signal is AD-converted by an AD converter,
Detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. Generate multiple frequency components,
Controlling the frequency spacing, the number and intensity of the plurality of frequency components of the local oscillator light;
Generates a laser beam with a single frequency component,
A function that represents the plurality of frequency components is multiplied by the strength and added to generate digital data according to the strength of the plurality of frequency components,
Selecting one of the plurality of frequency components as the local oscillator light;
Modulates the laser light based on the digital data to generate the local oscillator light,
Doppler shift capture method.
受信した光信号を、ローカルオシレータ光を用いてコヒーレント検波し、生成された電気信号をAD変換部によりAD変換する光空間通信システムのドップラーシフト捕捉方法において、
前記AD変換部の出力する信号の強度を検出し、
前記信号の強度が閾値を下回っている場合に、前記ローカルオシレータ光の周波数成分に対し、前記AD変換部の帯域に応じた周波数間隔で、起こり得るドップラーシフトの範囲をカバーする数に設定された複数の周波数成分を生成し、
前記ローカルオシレータ光の前記複数の周波数成分の前記周波数間隔、前記数及び強度を制御し、
2分法を用いて前記複数の周波数成分の強度を一括して変化させ、前記光信号の強度に基づいて前記ドップラーシフトに近い周波数成分を探索し、前記複数の周波数成分の1つを前記ローカルオシレータ光として選択する
ドップラーシフト捕捉方法。
In a Doppler shift acquisition method of an optical space communication system in which a received optical signal is coherently detected using a local oscillator light, and the generated electric signal is AD-converted by an AD converter,
Detecting the intensity of the signal output from the AD converter,
When the intensity of the signal is below a threshold value, the frequency component of the local oscillator light is set to a number that covers the range of possible Doppler shifts at frequency intervals according to the band of the AD conversion unit. Generate multiple frequency components ,
Controlling the frequency spacing, the number and intensity of the plurality of frequency components of the local oscillator light;
The intensities of the plurality of frequency components are collectively changed using a bisection method, a frequency component close to the Doppler shift is searched for based on the intensity of the optical signal, and one of the plurality of frequency components is set to the local region. Doppler shift acquisition method to select as oscillator light .
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