JPH02165739A - ダイバーシティ受信の信号合成回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 将来の長距離かつ大容量通信への適用が期待されている
コヒーレント光通信おける、特にダイバーシティ受信に
係る信号合成回路に関し、従来の二乗則合成法を用いず
に受信感度の劣化を防止できる、新しい重み付けを提供
することを目的とし、 コヒーレント光通信に適用されたダイバーシティ受信に
おける、各受信機毎に得られた２つの信号を合成するた
めの信号合成回路において、前記各受信機毎の信号の一
部をそれぞれ分岐する分岐手段と、該分岐手段で分岐さ
れた信号パワーに応じ、非線形の重み付け関数に基づい
た重み付けを決定する重み付け手段と、該重み付けによ
って前記の各信号の利得を調整する利得調整手段と、該
利得調整手段でそれぞれ得られた信号を互いに合成する
合成手段とを備えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、将来の長距離かつ大容量通信への適用が期待
されているコヒーレント光通信おける、特にダイバーシ
ティ受信に係る信号合成回路に関する。

コヒーレント光通信では、信号光が光ファイバを伝送さ
れている間に、その偏波状態が変動してしまうため、こ
れと局部発振光とを合波する際に、その検波効率が劣化
するという問題が生じる。そこで、このような問題を解
決するための方法として、ダイバーシティ受信方式を採
用することが提案されており、しかも、この方式によれ
ば、既に敷設されている通常の光ファイバを伝送路とし
て用いることも可能になる。

〔従来の技術〕

各種ダイバーシティ受信方式の中でも、偏波ダイバーシ
ティ受信方式は、高速な偏波変動にも対応が可能で、無
線での実績もあることから、特に注目されている。この
方式は、直交する２つの偏波成分を別々に受信し、電気
信号段で両者を合成する方式であり、この場合、各偏波
成分毎に得られた信号を合成する際に、信号光のパワー
に応じて重み付けをする必要がある。従来、その重み付
けの方法としては、二乗側合成法の実現が検討されてい
る。この方法は、２つの偏波成分のうち信号光パワーの
大きい方、すなわち信号対雑音比の大きい方に、より大
きな重みを付ける方法であり、この方法こそ、受信感度
の劣化を防止できる唯一の方法と考えられてきた。この
二乗側合成法を適用した従来の信号合成回路の構成を、
第７図に示す。

同図においては、Ｘ方向、Ｙ方向の各偏波成分毎に得ら
れた信号の一部を、それぞれ分岐回路１ａ、１ｂで分岐
し、その分岐した信号パワーをモニタ回路２ａ、２ｄで
モニタする。そして、このモニタ回路２ａ、２ｄで得ら
れた信号パワー出力に比例する重み付けを、重み付け回
路３ａ、３ｂで決定する。すなわち、これら重み付け回
路３ａ、３ｂは理想的にはｆ（ａ）＝ａなる重み付け関
数を持っており、全信号光パワーに対するＸ偏波成分信
号光パワーの比をａとすると、重み付け回路３ａで決定
される重み付けはｆ（ａ）＝ａとなり、もう一方の重み
付け回路３ｂで決定される重み付けはｆ　（１−ａ）＝
　１−　ａとなる。

このようにして得られた重み付けにより、増幅器（また
は減衰器）４ａ、４ｂで各信号の利得を調整する。すな
わち、増幅器（または減衰器）４ａはＸ偏波信号ａを８
倍することによりａ２の信号を出力し、もう一方の増幅
器（または減衰器）４ｂはＹ偏波信号１−ａをｌ−８倍
することにより（１−ａ）”の信号を出力する。最後に
、これらの信号を加算回路５で合成して、合成信号を得
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような二乗側合成法による重み付けを行うため
の回路は、例えばダイオードの非線形特性やゲイン可変
のアンプ等を利用して実現しようと考えられている。と
ころが、二乗剤に忠実に従う特性を持った部品や素子は
、現在のところ知られておらず、よって、二乗側合成法
に則った理想的な重み付けを可能にする回路を実現する
ことは非常に困難と言える。

本発明は、従来の二乗側合成法を用いずに受信感度の劣
化を防止できる、新しい重み付けを提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

まず、偏波ダイバーシティ受信方式において、従来の信
号合成法である二乗剤合成法以外の重み付けを用いても
、受信感度の劣化を防ぐことが可能であることを、以下
に示す。

信号光パワーの分岐比、すなわち全信号光パワーに対す
るＸ偏波信号光パワーの比をａとおく。

すると、理想的な信号対雑音比に対する劣化量ｄは、以
下の式（１）で表される。

・　・　・（１） ここで、ｄ＝ｏを満足する重み付け関数ｆ　（ａ）の一
般解を求める。

である。上記の式（４）より、 ・　・　・（２） を整理すると、 （１−ａ）ｆ（ａ）　　＝ａｆ（１−ａ）・　・　・（
３） になる。ここで、関数Ｆ　（ｘ）を用いて、Ｆ（ｘ）−
Ｆ（−ｘ） ・　・　・（７） になり、Ｆ（×）は偶関数であることがわかる。

従って、式（４）を満足するＦ　（ｘ）　、ｆ　（ａ）
は、次のようになる。

Ｆ（ｘ）＝　　Σ　Ａ、ｘｆｆｉｌ ｉ　、　ｌ　ＥＮ　（整数） ・　・　・（８） ｘ＝１／２−ａ ・　・　・（５） ｌ　（１／２！：士Ｘ） 次に、一般解のうちの簡単な解を、いくつか例をあげて
説明する。

（ｉ）ヱＡ幻二＝ツ１−の時： この時、ｆ（１）＝１で規格化すると、ｆ　（ａ）　　
＝　　ａ ・　・　・（１０） となり、この場合は二乗側合成法に等しくなる。

（ｉｉ）Ｆｘ　　＝Ａ　　＋Ａ　　ｘ２の時、すなわち
ｆ（ａ）−・　・　・（Ｉｌ） ＡＩ　　＋Ａ２　　（１／２　　ａ）　　２の時： この時は、式０１）の分母が、ａ＝０で零になるかどう
かで、更に場合分けされる。

（ｉｉ−１）　ＡＩ　＋　１／４・Ａ２＝０の時；この
時、ｆ（０）＝１で規格化すると、になる。この場合の
重み付け関数ｆ　（ａ）を第２図に示す。

（ｉｉ−２）　ＡＩ　＋　１／４・Ａ２≠０の時二この
時、ｆ（１）＝１で規格化すると、になる。この場合の
重み付け関数ｆ　（ａ）を、Ａ２をパラメータとして第
３図に示す。ただし、同図においてＡ２＝０とすると、
線形の関数であるｒ（ａ）＝ａが得られ、二乗側合成法
となる。

更に高次の項を含む場合については、省略する。

以上に述べたように、受信感度の劣化を防止する重み付
けのための重み付け関数ｆ　（ａ）としては、二乗側合
成法（式０ω参照）以外にも、数多くの解がある。本発
明は、これら多（の重み付け関数ｆ（ａ）の中から、実
現可能なものを選択して、重み付けを行えるようにした
ものである。

第１図は、本発明の原理構成を示すブロック図である。

同図においては、Ｘ方向、Ｙ方向の各偏波成分毎の信号
の一部を、それぞれ分岐手段１１ａ、１１ｂで分岐して
取り出す。そして、この分岐された信号パワーに応じ、
重み付け手段１２ａ、１２ｂで、非線形の重み付け関数
ｆ　（ａ）に基づいた重み付けを決定する。この重み付
け関数ｆ　（ａ）は、上述した一般解（式（９）参照）
の中から、実現可能なものを選択しである。このように
して決定された重み付けにより、利得調整手段１３ａ、
１３ｂで、上記の各信号の利得を調整する。この利得調
整手段としては、例えば増幅器や減衰器を使用する。そ
して最後に、上記利得調整手段１３ａ、１３ｂでそれぞ
れ得られた信号を、合成手段１４で互いに合成すること
により、合成信号を出力する。

〔作　　用〕

上述したように、受信感度の劣化を防ぐ重み付けのため
の重み付け関数ｆ　（ａ）としては、二乗則合成法（ｆ
（ａ）＝ａ）以外にも、数多くの解があることがわかっ
た。本発明は、これらの解の中から、実現可能な重み付
け関数を選択し、これによって重み付けを行うことがで
きる。よって、重み付けを行うための具体的な回路とし
ては、現在知られている非線形素子や非線形回路の中か
ら、上述したような非線形の重み付け関数に従った特性
を持つものを選択して利用できるので、理想的な重み付
けを可能にする回路を実現することができる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第４図は、偏波ダイバーシティ受信方式を取り入れたコ
ヒーレント光通信の全体構成を示すブロック図である。

同図において、送信部２０は、光源２１及び光源安定化
装置２２等からなり、光源２１では、入力信号（データ
）に基づいて変調された信号光を出力する。この信号光
は、光ファイバ２３を介して、受信部３０へ伝播される
。

受信部３０は、本発明の一実施例に係る信号合成回路を
適用した偏波ダイバーシティ受信装置であり、混合回路
３１、検波回路３２、復調・加算・識別回路３３、加算
回路３４、制御回路３５、光局部発振回路３６、及び光
源安定化装置３７等から構成されている。

混合回路３１では、光ファイバ２３を介して伝播された
信号光Ｐｓを、まず分波用光ファイバカプラ３１１で、
偏波方向の直交する２つの成分に分離する。すなわち、
直交する偏波方向をＸ方向、Ｙ方向とし、信号光パワー
の分岐比（すなわち、全信号光パワーに対するＸ偏波信
号光パワーの比）をａとすると、上記の分離された光信
号パワーは、それぞれａＰ、、（１−ａ）　Ｐ　ｓとあ
られすことができる。そして、そのそれぞれに対し、光
局部発振回路３６から出力された局部発振光ＰＬを２等
分した光を、偏波保持ファイバカプラ３１２で合成する
。検波回路３２では、上記混合回路３１で合成して得ら
れた各偏波成分毎のそれぞれの光信号を、まず光電変換
回路３２１ａ、３２１ｂで電気信号に変換した後、ポス
トアンプ３２２ａ、３２２ｂで増幅し、バンドパスフィ
ルタ３２３ａ、３２３ｂを介して取り出す。

復調・加算・識別回路３３では、上記の検波回路３２で
得られたそれぞれの信号に対し、まず遅延検波回路３３
１ａ、３３１ｂで復調と重み付けを行った後、それらの
信号を加算回路３３２で合成して、合成信号を得る。続
いて、この合成信号をローパスフィルタ３３３を通過さ
せた後、その信号に含まれるデータを識別回路３３４で
識別することにより、出力信号（データ）を得る。

一方、検波回路３２で得られた信号の一部を加算回路３
４で互いに加算し、これを制御回路３５に与える。この
制御回路３５では、入力された信号を周波数弁別回路３
５１で弁別し、それに応じドライブ回路３５２で光局部
発振回路３６の発振周波数を制御する。

ここで、上記の遅延検波回路３３１ａ、３３１ｂ及び加
算回路３３２で示された本実施例に係る信号合成回路に
おいて、特に重み付けの機能に着目した構成を第５図に
具体的に示す。

同図においては、Ｘ方向、Ｙ方向の各偏波成分毎の信号
の一部を、それぞれ分岐回路４１ａ、４１ｂで分岐して
取り出し、この分岐された信号パワーをモニタ回路４２
ａ、４２ｂでモニタする。

そして、ここでモニタして得られた信号パワーに応じ、
重み付け回路４３ａ、４３ｂで、非線形の重み付け関数
ｆ　（ａ）に基づいた重み付けを決定する。この重み付
け関数ｆ　（ａ）は信号パワーに反比例した関数であり
、すなわちｆ　（ａ）　＝　１　／ａと表すことができ
る。

続いて、これら重み付け回路４３ａ、４３ｂで得られた
重み付けを、互いにクロスさせて、他方の増幅器（また
は減衰器）４４ｂ、４４ａに与える。これら増幅器（ま
たは減衰器）４４ｂ、４４ａは、上記のようにして与え
られた重み付けにより、各偏波成分毎の信号の利得を調
整する。すなわち、一方の増幅器（または減衰器）４４
ａは、Ｘ偏波成分の信号パワーａに、重み付け回路４３
ｂで得られた重み付け１／（１−ａ）を掛は合わせて、
ａ／（１−ａ）の信号を出力する。同様に、もう一方の
増幅器（または減衰器）４４ｂは、（１−ａ）／ａの信
号を出力する。そして最後に、これらの信号を加算回路
４５で互いに合成することにより、合成信号を出力する
。

これらのことから、本実施例による重み付けの方法を全
体的に見れば、前述した式０２）で示した重み付け関数
ｆ（ａ）（第２図参照）を具体化したことになる。よっ
て、従来の二乗則合成法を用いることなく、受信感度の
劣化を防止可能な理想的な重み付けを実現することがで
きる。

次に、本発明の他の実施例に係る信号合成回路の、特に
重み付けの機能に着目した構成を第６図に示す。

同図の回路は、上述した第５図の信号合成回路における
重み付け回路４３ａ、４３ｂの代わりに、前述した弐〇
３）で示した重み付け関数ｆ（ａ）（第３図参照）を持
つ重み付け回路５３を用いたものである。弐〇の重み付
け関数ｆ　（ａ）は、第３図に示したように、Ａ２をパ
ラメータとして多数の曲線を含んでいるので、その中か
ら、最も実現しやすい曲線を選択することができる。こ
こで、もしＡ２＝１の曲線を選択したとすると、重み付
け関数ｆ　（ａ）は、 となる。この場合、増幅器（または減衰器）４４ａは、
Ｘ偏波成分の信号パワーａに、重み付け回路５３で得ら
れた重み付けａ／（１−ａ＋ａ２）を掛は合わせて、ａ
２／（１−ａ　＋ａ２　）の信号を出力する。もう一方
の増幅器（または減衰器）４４ｂは、Ｙ偏波成分の信号
パワー（１−ａ）に、重み付け回路５３で得られた重み
付け（１−ａ）／（１−ａ＋ａ２）を掛は合わせて、（
１−ａ）２／（１−ａ＋ａ”）の信号を出力する。

よって、本実施例によっても、従来の二乗則合成法を用
いることなく、受信感度の劣化を防止可能な理想的な重
み付けを実現できる。

なお、上記の各実施例において、分岐回路４１ａ、４１
ｂ、モニタ回路４２ａ、４２ｂ、重み付け回路４３ａ、
４３ｂ；５３、及び増幅器（または減衰器）４４ａ、４
４ｂは、それぞれ別個の回路または素子で構成してもよ
いが、これらの機能を合わせ持つ１つの非線形回路で構
成してもよい。

また、本発明は、上記実施例で述べた重み付け関数以外
にも、上記式（２）を満たす関数ｆ　（ａ）の−般解で
あって、実際の素子や回路の持つ非線形特性と一致する
（あるいは、比較的一致する）、様々な重み付け関数を
使用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、前述した一般解
の中から、実際の回路や素子で実現可能な重み付け関数
を選ぶことにより、従来の二乗則合成法を用いることな
く、受信感度の劣化を防止することの可能な重み付けを
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図及
び第３図は本発明に係る重み付け関数の一例を示す図、 第４図は偏波ダイバーシティ受信方式を取り入れたコヒ
ーレント光通信の全体構成を示すブロック図、 第５図は本発明の一実施例に係る信号合成回路を示すブ
ロック図、 第６図は本発明の他の実施例に係る信号合成回路を示す
ブロック図、 第７図は従来の信号合成回路を示すブロック図である。 １１ａ、ｌｌｂ・・・・分岐手段； １２ａ、１２ｂ・・・重み付け手段、 １３ａ、１３ｂ・・・利得謂整手段、 １４・・・合成手段、 ４１ａ、４１ｂ・・・分岐回路、 ４２ａ、４２ｂ・・・モニタ回路、 ４３ａ、４３ｂ・・・重み付け回路、 ４４ａ、４４ｂ・・・増幅器（または減衰器）、４５・
・・加算回路、 ５３・・・重み付け回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コヒーレント光通信に適用されたダイバーシティ受信に
   おける、各受信機毎に得られた２つの信号を合成するた
   めの信号合成回路において、前記各受信機毎の信号の一
   部をそれぞれ分岐する分岐手段（１１ａ、１１ｂ）と、 該分岐手段で分岐された信号パワーに応じ、非線形の重
   み付け関数に基づいた重み付けを決定する重み付け手段
   （１２ａ、１２ｂ）と、 該重み付けによって前記の各信号の利得を調整する利得
   調整手段（１３ａ、１３ｂ）と、 該利得調整手段でそれぞれ得られた信号を互いに合成す
   る合成手段（１４）とを備えたことを特徴とするダイバ
   ーシティ受信の信号合成回路。