JPH0321126A - 周波数直接変調psk方式 - Google Patents

周波数直接変調psk方式

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JPH0321126A
JPH0321126A JP1154664A JP15466489A JPH0321126A JP H0321126 A JPH0321126 A JP H0321126A JP 1154664 A JP1154664 A JP 1154664A JP 15466489 A JP15466489 A JP 15466489A JP H0321126 A JPH0321126 A JP H0321126A
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寛 尾中
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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】 目    次 概   要 産業上の利用分野 従来の技術    (第14図、第15図)発明が解決
しようとする課題 課題を解決するための手段及び作用 (第1図〜第10図) 実 施 例    (第11図〜第13図)発明の効果 ヰ既     要 コヒーレント光通信における周波数直接変調PSK方式
に関し、 差動符号化回路及び外部変調器が不要でLDの直接変調
に適し、CPFSK方式と比較して波長分散の悪影響を
受けに<<、且つ、キャリア信号の再生が可能な周波数
直接変調PSK方式の提供を目的とし、 例えば、光発振部と該光発振部の発振周波数を変調する
駆動部とを備え、符号間での位相変移量がπとなるよう
に周波数変移量及び周波数変移させる時間を調整するよ
うにして構或する。
産業上の利用分野 本発明はコヒーレント光通信における周波数直接変調P
SK方式に関する。
光通信の分野においては、強度変調された光を直接受光
素子により受光して電気信号に変換ずる強度変調/直接
検波方式が一般的である。これに対し近年、通信容量の
増大、伝送距離の長大化等の要請から、コヒーレント光
通信方式の研究が活発化している。コヒーレント光通信
方式では、スペクトル純度の高いレーザ光源を送信用の
搬送光として用いてその周波数、位相等を変調し、受信
側で受信光と局発光とを混合してヘテログイン検波、ホ
モダイン検波等を行うようにしているので、強度変調/
直接検波方式と比較して、受信感度の大幅な向上が達或
される。
従来の技術 従来から提案されているPSK方式の代表例である差動
位相シフトキーインク(DPSK)方式を第14図によ
り説明する。送信側において、101は一定の振幅及び
周波数で発振するLD(半導体レーザ)等の送信光源、
102は送信光源101からの光の位相を変調する位相
変調器である。
人力された信号は、受信側で1ビット遅延検波による復
調を行うために、送信側で前もって差動符号化回路10
3により差動符号化され、増幅器104を介して位相変
調器102に加えられる。光伝送路としての光ファイバ
105を介して受信側に伝送された光は、光カプラ等か
らなる光結合器106において、一定の振幅及び周波数
で発振するLDからなる局発光源107からの局発光と
合波され、この合波光はPD(フォトダイオード)等の
光検波器108に入力される。受信光と局発光の合波光
が光検波器108に入力されると、例えばその自乗検波
特性によって、位相変移に伝送情報を含んだIF信号(
中間周波信号)が生じ、このIF信号は復調器109に
入力される。復調器109では、人力信号を分岐してそ
の一方を1ビットに相当する時間T(1タイムスロット
、すなわちビットレートの逆数)だけ遅延させ、再びミ
キサ111にて混合して、伝送情報を再生する。
このように、DPSK方式では、復調器109において
1ビット前の信号との比較によって復調を行うために、
送信側で位相変調するに際して入力信号の差動符号化が
必要である。
従来から提案されている他の例として位相連続周波数シ
フトキーイング(CPFSX)方式を第15図により説
明する。送信側において、121は発振周波数が可変の
送信光源、122は送信光源121の発振周波数を変調
する駆動回路であり、入力信号に基づいて発振周波数の
変移量を調整して、異符号間の位相変移量がπ以上にな
るようにしている。光ファイハ123により伝送された
光は、光結合器124において局発光源125からの局
発光と合波され、光検波器126で光電変換される。光
電変換により生じたIF信号は復調器127に人力され
、遅延回路128により所定時間τ遅延された信号とミ
キサ129で混合されて、復調がなされる。遅延回路1
28での遅延時間τは変調指数mに依存し、これらの関
係を以下に示す。
r=T/2m,  m一ΔF/Br ここで、Tは1タイムスロットの時間、ΔFは周波数変
移量、Br はビットレートである。このように、CP
FSK方式は、送信側では外部変調器を用いずに周波数
直接変調を行い、受信側では変調信号の位相変移を検知
して伝送情報を再生するものと考えることができる。
発明が解決しようとする課題 第14図に示したDPSK方式であると、送信光源と別
に位相変調器が必要であり、挿入損失(例えば2〜4d
B>により伝送マージンが劣化する要因になっている。
また、多くの位相変調器は結晶の電気光学効果を利用し
たものであり、数GHz程度の周波数帯域を得るために
は、駆動電圧とし5 6 て数V〜十数Vを必要とする。さらに、一定遅延時間の
1ビン}遅延検波による復調を行うため(こ差動符号化
回路が必要であり、構或が複雉である。
一方、第15図に示したC P FS K方式にあって
は、外部変調器及び差動符号化回路が不要になるものの
、本来的にはF S K方式であるので、例えば、同期
復調を行うためにキャリア信号を再生することができな
い。また、波長分敗の悪影響を受けやすい。
本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、差
動符号化回路、外部変調器が不要でL,Dの直接変調に
適し、CPFSK方式と比較して波長分敗の悪影響を受
けに<<、月つ、ギャリア信号の再生が可能な周波数直
接変調PSK方式の提供を目的としている。
課題を解決するための手段及び作用 第1図に本発明の原理構或を示す。光発振部1と光発振
部lの発振周波数を変調する駆動部2どを備え、光発振
B1についての周波数直接変調を7 行うものである。
そして、2値符号である場合には、符号間での位相変移
量がπとなるように周波数変移量及び周波数変移させる
時間を調整する。
また、n値符号(nは3以上の自然数)である場合には
、符号間での位相変移量が、 27rk/n (k=1.2,=・,(n−1))とな
るように、周波数変移量及び周波数変移させる時間を調
整するようにする。
光発振部1どしては、注入電流に応じて発振周波数が変
化するLDを用いることができる。近年、LDの性能の
向上は目覚ましく、広帯域にわたり周波数変調特性(単
位注入電流変化当たりの周波数変移量の周波数特性)が
平坦なデバイスが試作されている。また、駆動部2は、
光発振部1がLDである場合には、LDへの注入電流を
所定のタイミングで所定時間だけ変化させるような回路
を構戊することにより実現される。
以下、光発振部の動作を第2図により概念的に説明した
後、光発振部の動作及び復調を第7図乃8一 至第10図により実際的に説明する。
第2図(a)は変調信号波形とこれに対応した周波数変
移量の経時変化波形とを示すグラフであり、同図Gつ)
は比較のためにCPFSK方式についてのものを示した
グラフである。分かり易いグラフにするため、光の発振
周波数を小さくして表示した。
CPFSK方式では、変調信号の位相が不連続にならな
いように1タイムスロットTにわたって均一に周波数を
△f変移させて、1タイムス口yhT経過した時点で変
調信号にπ以上(図ではπ)の位相変移を与えるように
している。
これに対し、本発明では、同図(a)に示すように、1
タイムスロッ}Tのうち所定時間τだけ発振固波数を△
f変移させ、その後は発振周波数を元の周波数に戻すよ
うにしている。尚、τ,△fは、2値符号である場合に
は、r経過後に変調信号の位相差がπとなるように設定
される。
周波数変移させるべき時間、復調時の遅延時間及び望ま
しい中間周波数をそれぞれ本発明とCPFSK方式とで
比較して表に示す。
T;タイムスロット B;伝送速度(ビントレート) m;変調指数 (m一△F/B,  ΔF1周波数変移量)N;正の整
数 CPFSK方式は、送信側で周波数変調を行いながら、
復調時にはミキサを用いて位相比較を行う位相復調方式
である。CPFSK変調信号の位相変移量に着目しなが
ら、変調及び復調の動作を説明する。
第3図乃至第6図はCPFSK方式において変9 10 調指数mをそれぞれ0.5.1.0,1.5.20とし
たときの信号波形の計算結果を示したグラフである。計
算に用いた条件は次の通りである。
■ 変調波形の立上り及び立下り時間は無視し、方形波
で変調されたものとする。
■ 変調指数mとしてm一ΔF/Bを定義する。
ここで、Bはビットレート、ΔFは周波数変移である。
■ 最大周波数変移(ここでは受信感度が一番良いΔF
=△FxAx の場合を考える。〉△FMAX = 1
 / 2τ一mB (τ;遅延時間)■ 中間周波数 r,= (2N+ 1)/ (4τ) ( (2N+ 1)/2)mB (N=0.1,2,3,・・・) ■ 変調指数m=0.5,1.0の場合には、N=2と
して計算する。
■ 変調指数m=1.5,2.0の場合には、N=1と
して計算する。
第3図乃至第6図において、(a)はro1010」の
符号パターンを示す。(b)はIF信号波形を示す。
(C)はIF信号の位相を示す。(d)は「0」符号の
信号を基準にした位相変移量を示す。ここで「0」符号
及び「1」符号の信号のIF信号周波数をそれぞれfl
Fo +  flPl  とすると、flPo<flF
の場合である。また、(d)にはIF信号の位相が累積
的にπ変化するまでの時間t。−too が示されてい
る。(e)はIF信号の位相(実線)及び遅延時間τ遅
延したIF信号の位相(破線)を示す。(f)は復調波
形を示す。
計算結果から以下のことが分かる。
■ PSK変調は信号の位相に対してデジタルにO〜π
変調を行うが、CPFSK方式は信号の周波数に対して
デジタルに変調を行うために信号の位相変移量は周波数
変移量の時間積分となって現れ(図中の(d)を参照)
、「1」符号の変調をかけた場合にその位相変移量(「
0」符号の信号を基準にする。)は、周波数変移量によ
って決まる一定の傾きをもって変化する。また、変調が
実行される時間、つまり周波数変移している時間は1タ
イムスロットである。
■ 各図の(d)から位相がπまで変移するのに必要な
時間t。−180 を求めると、 t o−+so  = T / 2 m ( Tはタイ
ムス0 .7ト)である。周波数変移量ΔF(変調指数
m)が大きくなる程、O−π変調に要する時間が短くな
ることを示している。
■ 位相がπまで変移するのに必要な時間t。
+110 は、IF信号を復調する際の遅延時間τと一
致する。
上述したCPFSK方式に対して、本発明の周波数直接
変調PSK方式は、信号光の位相変移量がπになるよう
に、1タイムスロットよりも短い、ある一定時間だけ信
号光源に注入する電流を変調(光周波数変調)する方法
である。復調に際しては、例えば1ビット遅延による復
調を行うことができる。第7図乃至第10図は、本発明
方式において変調指数mをそれぞれ0.5,1.0,1
.5,2.0としたときの信号波形の計算結果をグラフ
として示す。計算に用いた条件は次の通りで?る。
■ 変調波形の立上り及び立下り時間は無視し方形波で
変調したものとする。
■ 中間周波数flF−(N/2)B (N=3.4,
5,・・・)として、f■,=2Bを用いる。
各図において、(a)はro1010Jの周波数変移量
を示す。ら)はIF信号波形を示す。(C)はIF信号
の位相を示す。(d)は「0」符号の信号を基準にした
位相変移量を示す。ここで、「o」符号及び「1」符号
の信号のIF信号周波数をそれぞれflPo l  f
TF+  とすると、f +po  < f rp+ 
 の場合である。(e)は復調波形を示す。ここで、復
調波形は以下の計算に基づいて求めることができる。
ミヰサを用いて遅延時間Tで遅延復調を行うとし、IF
信号f  (t)を、 f(t)一Acos (2 7r(f+p+ΔF−M(
t))t)とおく。ただし、M( t)  は、 13 l4 て定義される。ここで、△FXI/(2m)一πである
。使用する受信機の周波数帯域が平坦であり、復調波形
(ベースハント信号)を変形させるLPF (ローバス
フィルタ)を用いていないとすると、復調信号g(t)
は、 g(t)= f (t) x f (t−T)Ccos
( 2πflFτ +ΔF(M(t−T)・(t−T)−M(t)・と表ず
ことができる。
本発明方式について上記計算結果から以下のことが明ら
かになる。
■ PSK変調は信号の位相に対してデジタルに〇一π
変調を行うが、本発明方式では、信号の周波数に刻して
デジタルに変調を行うために、信号の位相変移量は周波
数変移量の時間積分となって現れ(各図中の(d)を参
照)、「1」符号の変調をかけた場合にその位相変移量
(rOJ符号の信号を基準にする。)は、周波数変移量
によって決まるある一定の傾きを持って、位相変移がπ
となるまで変化する。
■ 0−π変調を行うのに必要な時間t。−180を求
めると、 t o−+eo = T / 2 m ( Tは1タイ
ムスロット)である。周波数変移量ΔF(変調指数m)
が大きい程、O−π変調を行うのに必要とする時間が短
くなることを示している。
■ 0−π変調を行うのに必要な時間t。−1801)
)  は、CPFSK方式においてIP信号を復調する
際の遅延時間τと一致している。
このように、本発明方式による場合とCPFSK方式に
よる場合とを比較すると、ともに信号の位相を不連続に
変化させることなしに信号の周波数を変化させるもので
あるから、外部変調器を用いずにLD等の直接変調を行
うことができるという点で共通ずる。しかし、本発明方
式によれば、CPFSK方式による場合と比較して、波
長分散の悪影響を受けにくいという利点がある。すなわ
ち、CPFSK方式による場合、復調波形のアイが開く
時点において、復調信号の「1」を与える周波数と「O
」を与える周波数とが異なるので波長分敗により符号誤
りが生しやすいのと比較して、本発明方式による場合、
例えば第10図に示すように変調指数が比較的大きいと
きには、復調波形のアイが開く時点において、復調信号
の「1」を与える周波数と「0」を与える周波数とが一
致しているので、波長分敗に起因する信号誤り率の劣化
が生じにくい。
また、DPSK方式と比較して、本発明によれば、送信
側で差動符号器を用いることなしに、簡単にlビット遅
延復調を行うことができる。従来、変調帯域の上限は位
相変調器により与えられていたが、直接変調が可能にな
ることにより、一層の高速化が達戊される。受信側にお
いては、信号の位相を検知して復調を行うものなので、
PSK方式と同様キャリア再生を行うことができ、同期
復調によることも可能になり、しかも、多値化が容易で
ある。
実  施  例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第11図は本発明の第1実施例を示すブロック図である
。送信光源11としては注入電流により発振周波数を変
化させることができるLDを用いることができる。送信
光源11を直接変調する駆動回路12は、人力信号に基
づいて、異符号間での位相変移量がπとなるように周波
数変移量及び周波数変移させる時間を調整する。周波数
変調された光は、光伝送路13を介して受信側に伝送さ
れ、光カプラからなる光結合器14において、定振幅及
び周波数で発振するLDからなる局発光源15からの局
発光と合波される。この合波光は、PDからなる光検波
器16において光−電気変換され、該変換により生じた
IP信号は、復調器17に人力される。復調器17では
、人力したIF信号を分岐し、その分岐信号の一方を遅
延回路18により1タイムスロットだけ遅延させ、ミキ
サ19で再び混合して、伝送情報が再生・出力される。
この場合、CPFSK方式において、異符号間での位相
変移量がπ以上となるように周波数変移17 18 量を調整して一定時間(1タイムスロット)周波数変移
を行っているのと対比して、本発明実施例では異符号間
での位相変移量がπとなるように周波数変移量及び周波
数変移させる時間を調整しているので、受信側では一律
に1タイムスロットの遅延による復調を行うことができ
る。
本発明実施例によれば、LDの直接変調を行うことがで
きるので外部変調器が不要であり、異符号間での位相変
移量がπとなるように周波数変移量及び周波数変移させ
る時間を調整しているので、差動符号化回路が不要であ
る。
第12図は本発明の第2実施例を示すブロック図であり
、第1実施例と対比して復調器が変形されている。この
実施例の復調器21において、22は人力したIF信号
の周波数を2倍にする周波数ダブラ、23は周波数ダブ
ラ22により周波数を2倍にされた信号の周波数を再び
1/2にする周波数ハーバである。IF信号について、
周波数ダブラ22及び周波数ハーハ23をこの順に通過
させることによって、変調或分を除去してキャリア信号
が再生されるので、このキャリア信号と変調或分が除去
されていないIP信号とをミキサ24により混合するこ
とによって、同期復調がなされ、1ビット遅延による復
調を行う場合と同様伝送情報が再生される。
第13図は本発明の第3実施例を示すブロック図である
。3lは送信光源、32は駆動回路であり、この例では
、駆動回路32には4値信号が人力される。駆動回路3
2は、4値状態のうちの1つの状態については周波数変
移させず、他の3つの状態については、上記1つの状態
における周波数に対して位相変移量がそれぞれ2πk/
4  (k一12.3)となるように、それぞれの周波
数変移量及び周波数変移させる時間を調整する。すなわ
ち、この実施例では、4値信号のうちの1つに対応する
位相状態がOである場合には、他の3つの位相状態はそ
れぞれπ/2,π,3π/2となる。
光伝送路33により伝送された光は、これまでの実施例
と同様、光結合器34、局発光源35及び光検波器36
によりヘテログイン検波され、IF信号は復調器37に
入力される。復調器37において、38は人力したIF
信号の周波数を4倍にする周波数4倍回路、39は周波
数を1/4倍にする周波数1/4倍回路、40は位相を
π/4変化させる移相器、42は位相を−π/4変化さ
せる移相器、41.43はミキサである。周波数4倍回
路38及び周波数1/4倍回路39により再生されたキ
ャリア信号は、移相器40によってその位相をπ/4進
められた後、ミキサ41においてIF信号と混合され、
第1の出力が得られる。
一方、再生されたキャリア信号の分岐信号は、移相器4
2により位相をπ/4遅らせられてIF信号とミキサ4
3にて混合され、第2の出力が得られる。従って、第1
及び第2の出力を組合せることによって、4値信号を再
生することができる。
このように本発明によれば、CPFSK方式による場合
と異なり、キャリr信号を再生することができるので、
第2実施例に示すように同期復調が可能であり、また、
第3実施例に示すように同期復調及び信号の多値化が容
易である。
発明の効果 以上説明したように、本発明の周波数直接変調PSK方
式によれば、外部変調器が不要となって光発振部(LD
等)の直接変調が可能になり、また、差動符号化回路を
用いることなしに一定遅延時間(lタイムスロット)の
遅延による復調が可能になり、然も、キャリア信号を再
生することができるので、同期復調が可能になるととも
に信号の多値化が容易になるという効果を奏する。
また、CPFSK方式と比較して波長分散の悪影響を受
けにくいという大きな利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理構戊図、 第2図は本発明の原理説明図、 第3図乃至第6図はCPFSK方式における信号波・形
図、 第7図乃至第10図は本発明方式における信号21 22 波形図、 第11図は本発明の第1実施例を示すフロ図、 第12図は本発明の第2実施例を示すプロ図、 第13図は本発明の第3実施例を示すフロ図、 第14図は従来技術の説明図、 第15図は他の従来技術の説明図である。 1・・・光発振部、 2・・・周波数変調部、 11.31・送信光源、 12.32・・・周波数変調回路、 17,21.37・・・復調器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光発振部(1)と該光発振部(1)の発振周波数
    を変調する駆動部(2)とを備え、 2値符号間での位相変移量がπとなるように周波数変移
    量及び周波数変移させる時間を調整するようにしたこと
    を特徴とする周波数直接変調PSK方式。
  2. (2)光発振部(1)と該光発振部(1)の発振周波数
    を変調する駆動部(2)とを備え、 nを3以上の自然数とするときに、n値符号間での位相
    変移量が、 2πk/n(k=1、2、・・・、(n−1))となる
    ように、周波数変移量及び周波数変移させる時間を調整
    するようにしたことを特徴とする周波数直接変調PSK
    方式。
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