JPH04208724A - 光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信における自動周波数制御及び自動利得制御方式 - 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〕 光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信器に関し、光ヘ
テロダイン偏波ダイバーシティ受信器の中間周波数（Ｉ
Ｆ）信号パワーの安定化を目的とし、信号光のそれぞれ
の偏波に対応するＩＰ倍信号パワーを測定する測定手段
と、偏波に対応するＩＦ倍信号パワーを増幅する利得可
変増幅器と、測定手段により測定したＩＰ信号パワーを
加算して、信号光パワーに比例した制御信号を得て、そ
れぞれの偏波に対応する増幅器の利得制御を行う利得制
御回路と、測定手段の結果を比較しＩＦ信号パワーの大
きい方のＩＦ倍信号みを選択する選択手段を有し、信号
光パワーの変動を抑圧及び選択手段の選択したＩＦパワ
ーにより自動周波数制御を行う構成とする。

［産業上の利用分野： 本発明は、コヒーレント光伝送装置の受信部の構成法に
関する。

通常の単一モードファイバを用い伝送する場合に、ファ
イバ内において送信光信号の偏波状態が、ファイバへの
振動、温度変動などによりゆらぎ、局発光と合成して光
へテロダイン／ホモダイン検波を行う時、その干渉強度
が変動し、感度の大きな劣化が起こる。

この感度の大きな劣化を防止する方策として１光ヘテロ
ダイン偏波ダイバ一シテイ受信方式が提案されている。

特に、その中でもベースバンド合成法は有力である。

本発明は、光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信方式
の、中間周波数信号の安定化に関する発明である。

［従来の技術］ 従来から行われてる光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ
受信方式（ベースハンド合成法）の構成を第５図に示す
。

信号光は偏波分離回路１により偏波分離を行い、光カプ
ラ２及び２“に入力される。

局発光源１１の出力光は偏波分離回路１”により偏波分
離を行い、光カプラ２及び２゛に入力される。

ここで１局発光源１１は１局部発振光Ｐｒｏを発振する
もので、半導体レーザが使用され、温度制御されて発振
波長の安定イヒがなされている。

光カプラ２及び２″は、それぞれの偏波成分に分離され
た光を合成する。

光信号を光ヘテロダイン検波する受光器３及び３゛にて
各偏波成分に対応したＩＦ倍信号変換される。

このＩＦ倍信号それぞれ復調回路５及び５゛に入力して
復調した後、重み付は加算回路１２で加算を行いノイズ
成分を消去したベースハンド信号とし、この信号を自動
利得制御回路（ＡＧＣ）１３に入ヵした後にタイミング
抽出回路（図示せず）に入力し、ベースバンド信号から
クロンク信号を抽出し、データを識別判定して再生する
。

受光器３及び３゛のＩＦ倍信号ＩＦ信号抽出回路１４に
よりＩＦ倍信号抽出し、周波数電圧変換回路１５により
ＩＦ信号周波数を電圧に変換し、自動利得制御回路（Ａ
ＦＣ回路）１０により局発光源１１のバイアス電流を制
御し、光周波数を変化させてＩＦ周波数を一定にする。

もちろん１周波数電圧変換回路１５の出力を、レーザの
温度制御回路に帰還することもできる。

この様な光ヘテロダイン偏波ダイバージティー受信器に
おける各偏波のＩＦ倍信号ｘ及びｅＹは次式％式％（）
） ここで、ＡはＰ偏波成分の強度、（１−Ａ）はＳ偏波成
分の強度、θは伝送路における偏波成分間の位相差、φ
（１）は信号成分、Ｐｓは信号光パワー、Ｇは比例係数
（増幅器の利得等）である。

ＩＦ信号ｅＸ＋ｅＹは、偏波の変動に応じて、その振幅
Ａ及び（１−Ａ）、偏波成分間の位相θが変化する。

従って、２つのＩＦ信号ｅＸ＋ｅＹを単純に加えると、
Ｐ偏波成分の強度Ａが１／２．偏波成分間の位相θがπ
の時にＩＦ信号ｅＸ＋ｅＹ信号互いに打ち消し合い消失
するという問題がある。

そこで、ＩＦ信号抽出回路８は両ＩＦ信号から。

安定なＩＦ倍信号得るだめの処理が必要である。

従って、ＩＦ信号抽出回路８の処理として、第６図に示
す様に、ＰＳＫ変調されたＰ偏波ＩＦ信号とＳ偏波ＩＦ
信号を分岐部４及び４゛により分岐し、分岐したＩＦ倍
信号周波数ダブラ８１，８１”によりＩＦ倍信号周波数
を２倍にすることで、変調信号成分を取り除くようにす
る。

この周波数ダブラ８１．８１”のどちらか一方にＡＦＣ
の応答帯域より速い周波数の発振器８３の出力を変調器
８４で位相変調をかける。

変調をかけなかったＩＦ倍信号変調をかけたＩＦ倍信号
加算器８５により、加えることにより、単純に加えた場
合の信号の消失を防く方法などが提案されている。

又、特にＣＰＦＳＫ方式の場合の一つの方法として、時
間をずらして加える方法が提案されている。

その構成を第７図に示している。分岐部４で分岐された
ＩＦ倍信号遅延器８６により遅延される。

そして加算器８５により分岐部４′により分岐されたＩ
Ｆ倍信号遅延器８６により遅延された出力が加算される
。

この様な構成にすると、２つのＩＦ倍信号遅延させて合
成するだけなので回路構成簡単にすることができる。

第７図で遅延器の遅延を９　Ｎピントずらして加える場
合を考えると＋　　ｅＸ＋　　ｅｙＯ間には以下の式の
関係の位相差がつくことになる。

ここで１ｍは変調指数、　　ａ、　＝　（−１ｏｒ　１
）である。

この位相差は、Ｎビットのランダムさにより、高速に変
化し、θの変動を吸収することができる。

従って、２つのＩＦ倍信号Ｘ、ｅｙ偏波成分間の位相θ
がπの時になる確率が少なくなりＩＦ倍信号８と＋　　
ｅｙが互いに打ち消し合い消失するということを少なく
することができる。

第６図及び第７菌に於いて復調器５及び５”は、ＩＦ倍
信号らベースバンド信号を検出する回路で分岐部５１及
び５１”によりＩＦ倍信号分岐し、分岐した一方を遅延
線５２及び５２゛により遅延し、ミキサ５３及び５３゛
により合成することで遅延検波を行っている。

又、増幅器８は及び８゛は、各偏波のＩＦ倍信号所定利
得で増幅する増幅器であり受光器３および３゛内に含ま
れている。

周波数電圧変換回路１７は、復調器５及び５°と同し構
成で、出力制御信号のＳＮをあげるためにミキサ５３及
び５３゛の出力に低域フィルタを挿入すると効果的であ
る。

〔発明が解決しようとしている課題］ 第６図に示す構成は一方のＩＦ倍信号対して周波数を倍
にし、さらに変調を行っているので、変調方式が位相変
調方式に限定される問題がある。

又第７図に示す構成は構成は簡単であるが、下記に述べ
る欠点がある。

（１）　　ピントをずらして加算するために、Ｐ偏波は
マーク信号、Ｓ偏波はスペース信号になる場合があり、
ＡＧＣ回路を通過後の中間周波数信号の周波数弁別器出
力が、Ａ（Ｘ偏波成分の強度）に依存することになる。

（２）位相差Δφはビットごとに変動するため、加算後
の中間周波数信号の振幅はビットごとに激しく変動する
。

その変動を抑えためには高速のＡＧＣ回路、もしくは、
リミッタ増幅器が必要になる。

もしＡＧＣが十分にかからない場合には５周波数弁別器
出力の振幅も変動し、たとえ平均値検出するとしても制
御信号の信号対雑音比が劣化する。

（３）変調指数ｍの値によっては、△φの値が２πの整
数倍になり、所要のランダムネスが得られない場合があ
る。（例えばｍ＝１場合） 以上の２つの偏波成分のＩＦ倍信号処理を施し加算する
方式の場合には、加算前の処理として１片方のＩＦ倍信
号位相のスクランブル、加算後のＩＦ倍信号振幅の安定
化が必要になり９回路規模が増大するとともに、信号の
変調方式、符号方式に強く依存することに辷る。

従って、ＩＰ倍信号位相スクランブルを必要とする従来
の技術は、偏波ダイバーシティ方式における自動周波数
制御（ＡＦＣ）方式の特性として要求される信号の偏波
変動に依存しないこと、信号パワーの変動に依存しない
こと、変調方式（Ａｓ′に、　ＦＳＫ、　ＰＳＫ）、　
　符号形式に依存しないことが満たされない欠点があっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

第１図及び第２図を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は第５図に示した偏波ダイバーシティ
受信器の構成のＡＦＣに関係する部分のみを含むブロッ
ク図である。

第１図に於いてＰ偏波及びＳ偏波成分のＩＰ倍信号一部
を分岐手段４．４゛により分岐し１分岐した信号はパワ
ー検出を行う測定手段６にてそれぞれの偏波のＩＦ倍信
号モニタする。

測定手段６で検出したＩＦ信号パワーの大きさに応し、
パワーの大きい偏波のＩＦ倍信号選択する選択手段７に
より選択し、その信号により局発光源１１の自動周波数
制御を行う。

さらに、測定手段６により測定した値により、各偏波の
ＩＦ倍信号加算してベースバンドの信号にした時のパワ
ーが一定になる様に、偏波間のＩＰ信号パワーの比に応
した利得制御信号を出力し、利得可変増幅器８１の利得
制御を行う利得制御回路７を設け、信号光パワーの変動
を抑圧すること自動利得制御をも行う様にする。

〔作用］ 先にも述べた様に、偏波ダイバーシティ方式における自
動周波数制御（ＡＦＣ）方式としては、■信号の偏波変
動に依存しない、■信号パワーの変動に依存しない、■
変調方式（ＡＳＫ、　ＦＳＫ、　ＰＳＫ）、　　符号形
式に依存しない特性が要求される。

本発明では、選択手段６で、各偏波のＩＦ信号パワーを
比較し、パワーの大きい方の偏波を選択し、選択したＩ
Ｆ倍信号用いて局発光源１１の制御を行っているので、
偏波が変動が変動しても自動周波数制御には影響を与え
ない。

又利得制御回路７でＩＦ信号パワーの利得を制御してい
るので、信号パワーの変動に依存しなくなりと共に、各
偏波のＩＦ倍信号加算したパワーを一定に出来るので、
重み付は加算時のＳ／Ｎを信号を向上出来る。

更に、測定手段６にて、ＩＦ倍信号パワーにより制御を
行っているので変調方式に関係なく制御することができ
る。

〔実施例］ 第１図乃至第４図に本発明の実施例の構成を示す。

第１図乃至第４図は第５図乃至第７図と同一部は同一番
号で示している。

第１図にＣＰＦＳＫ用のヘテロダイン偏波ダイハ−シテ
ィ受信機の構成図である第１の実施例を示した。

Ｐ偏波およびＳ偏波成分のＩＦ倍信号一部を分岐部４及
び４′で分岐し、その分岐した信号の一部を分岐部４１
及び４１“で更に分岐する。

分岐部４乃至４ビとしては、６ｄＢの分岐や。

ハイブリットのカプラ等を用いる。

分岐部４１及び４１゛で分岐した信号は、測定手段６内
のパワー検出器６１及び６１”に入力し、それぞれの偏
波のＩＦ倍信号モニタする。

パワー検出器６１及び６１”はたとえば、ショットキー
バリアダイオード等入力パワーに対して出力電圧の線形
性の良いものを用いる様にする。

もとのＩＦ倍信号選択手段７内のマイクロ波スイッチ７
２に人力する。

測定手段６で検出したＩＦ信号パワーは選択手段７内の
スイッチ制御回路７１で、ＩＦ信号パワーの大きさに応
してパワーの大きいＩＦ倍信号マイクロ波スイッチ７２
から出力されるようにする。

このマイクロ波スイッチ回路は、ダイオードスイッチも
しくは、高速のゲート回路を用いて構成する。

スイッチ制御回路７１は、パワー検出器６１と６１゛の
Ｐ偏波とＳ偏波の差を求め、その電圧をンユミット回路
に入力してヒステリシスを付与する。

ヒステリシスを与えるのは、偏波変動に応じて出力され
るＩＦ倍信号切り替えるので、切り替えが頻繁に起こら
ないようにヒステリシス特性を有する回路構成が望ま゛
しい。

マイクロ波スイッチ回路７２に関して動作速度が充分早
く、信転度も有る場合には、ヒステリシスを与える回路
は不要になる。

実際には、ヒステリシスを太き（すると、ＩＦ信号パワ
ーの変動が大きくなり、また、スイッチで選択されたＩ
Ｆ倍信号ＣＮＲの変動も大きいために。

雑音のために周波数弁別器出力にＤＣドリフトが発生し
、安定度が劣化する。

従って、デバイスの特性をみて最適な値に設定する。

その場合には、出力されるＩＦ信号パワーが変動するの
で１周波数弁別器に入力されるＩＦ信号パワーを一定に
するように利得可変増幅器（ＡＧＣ−ＡＭＰ）もしくは
、リミッタ増幅器からなる増幅器１７を介すようにする
。

必要があれば、信号対雑音比を向上するためにＩＦ倍信
号帯域を制限する帯域フィルタ（ＢＰＦ）１６”を増幅
器１７と選択手段７の間に挿入する。

ここで、帯域フィルタはＩＰ倍信号帯域幅を制限してい
るだけなので、第１図のＢＰＦ１６及び１６゜のように
Ｐ偏波及びＳ偏波のＩＦ倍信号対して設けても良い。

各回路の応答速度は、ＡＦＣ回路１ｏの所要応答速度が
　１／ｆｃ　（ｓｅｃ　’３　とすると、マイクロ波ス
イッチ７２の切り替え時間は、それに比べ十分速い必要
がある。（例えば、１００倍程度） ＩＰパワーの変動はヒステリシス回路の設定にもよるが
、　３ｄＢ以上の変動があるので、　ＡＧＣ回路１ｏの
応答としては１例えば１０倍程度の速さに設定する必要
がある。

これらの値は１周波数電圧変換回路１５の特性に依存し
、パワー変動に強い場合は所要はもっと緩くなる。

ＡＧＣ回路１０を構成しなくてもよいリミッタ増幅器の
適用が望ましい。

第２回に本発明の第２の実施例を示す。

Ｐ偏波およびＳ偏波成分のＩＰ倍信号一部を分岐部４及
び４′で分岐した信号は、測定手段６内のパワー検出器
６１及び６１゛に入力し、それぞれの偏波のＩＦ倍信号
モニタする。

測定手段６により測定した値で、各偏波のＩＦ倍信号加
算してベースバントの信号にした時のパワーが一定にな
る様に、偏波間のＩＦ信号パワーの比に応じた利得制御
信号を出力し、利得可変増幅器８１の利得制御を行う利
得制御回路９を設ける。

利得可変制御回路９は、ＩＦ倍信号パワー検出器６１及
び６１′より出力された、ＰおよびＳのＩＦ倍信号パワ
ーに比例する電圧信号を加算する。

加算結果は、光信号入力にのみ比例する。

この値を、基準値と比較して誤差信号を利得可変増幅器
８１及び８１゛に入力してＩＦ倍信号加算した際にその
パワーを一定にする様利得可変制御信号出力する。

第３図及び第４図に自動周波数制御を行う第１の実施例
と自動利得制御を行う第２の実施例を組み合わせた第３
の実施例と第４の実施例を示す。

第３図は分岐部４及び４′で分岐した信号を更に分岐部
４１及び４１゛により分岐し一方を選択手段７に他方を
測定手段６に入力する。

測定手段６の出力は利得制御回路９と、選択手段７に入
力される。

利得制御回路９は第２の実施例と同じ処理を行い自動利
得制御を行う。

選択手段６は第１の実施例同様の選択を行い、その出力
にて自動周波数制御を行う。

第４図は第３図と基本動作は同しであるが、分岐部４及
び４゛で分岐したＴＦ倍信号測定手段６に、他方を分岐
部４３及び４３”に入力し分岐する。

分岐部４３及び４３゛で分岐した一方のＩＦ倍信号復調
器５及び５′に、他方は選択手段７内のマイクロ波スイ
ッチに入力する構成とする。

〔効果］ 先にも述べた様に、偏波ダイバーシティ方式における自
動周波数制御（ＡＦＣ）方式としては、■信号の偏波変
動に依存しない、■信号パワーの変動に依存しない、■
変調方式（ＡＳＫ、　ＦＳＫ、　ＰＳＫ）、　　符号形
式に依存しない特性が要求される。

本発明では、選択手段６で、各偏波のＩＦ信号パワーを
比較し、パワーの大きい方の偏波を選択し、選択したＩ
−Ｆ信号を用いて局発光源１１の制御を行っているので
、偏波が変動が変動しても自動周波数制御には影響を与
えない。

又従来の技術の様にＩＦ倍信号偏波のパワーに応して切
替える様にしているのでＩＰ倍信号位相スクランブルが
不要である。

更に、本発明は、利得制御回路９でＩＦ信号パワーの利
得を制御しているので、信号パワーの変動に依存しなく
なりと共に、各偏波のＩＦ倍信号加算したパワーを一定
に出来るので、重み付は加算時のＳ／Ｎを信号を向上出
来る。

又、測定手段６にて、１．Ｆ信号のパワーにより制御を
行っているので変調方式（ＡＳＫ、　ＰＳＫ、　ＦＳＫ
などの変調信号）に依存せず適用可能であり、汎用性が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第５図は光ヘテロダイン偏
波ダイバーシティ受信方式の構成を示す図、 第６図は第１の従来例を示す図、 第７図は第２の従来例を示す図である。 図中１及び１”は偏波分離器、２及び２゛は光カプラ、
３及び３゛は受光器、４乃至４３及び４″乃至４３′は
分岐部、５及び５“は復調器、１２は重み付は加算回路
、］４はＩＦ信号抽出回路、１５周波数電圧変換回路、
１０はＡＦＣ回路、１１は局発光源、６は測定手段、７
はスイッチ制御手段、８１及び８１“は利得可変増幅器
、９と利得制御回路、１６乃至１６”はＢＰＦ、１７は
増幅器をそれぞれ示す。 第１／′）笑梵例乏ホ１図 毛　１　凹 第２１１Ｑ炎光脅１乞示４図 絹　２　図 ＋Ｊｈ３／）笑雉脅゛］乞示て図 ｔ４／）大健剖２か・１回 毛４図 Ｚｌ／）従米例乞示す図 浩　ら　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信器の局発
   光源の自動周波数制御において、 信号光のそれぞれの偏波に対応する中間周波数信号のパ
   ワーを測定する測定手段（６）と、 該測定手段の結果を比較し中間周波数信号パワーの大き
   い方のＩＦ信号のみを選択する選択手段（７）を有し、 該選択手段の選択した中間周波数信号パワーにより自動
   周波数制御を行うことを特徴とする光ヘテロダイン偏波
   ダイバーシティ受信における自動周波数制御方式。
2. （２）光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信器の信号
   光の自動利得制御において、 信号光のそれぞれの偏波に対応する中間周波数信号のパ
   ワーを測定する測定手段（６）と、 偏波に対応する中間周波数信号のパワーを増幅する利得
   可変増幅器（８１）と、 該測定手段により測定した中間周波数信号パワーを加算
   して、信号光パワーに比例した制御信号を得て、それぞ
   れの偏波に対応する該利得可変増幅器の利得制御を行う
   利得制御回路（９）を設け、信号光パワーの変動を抑圧
   することを特徴とする光ヘテロダイン偏波ダイバーシテ
   ィ受信における自動利得制御方式。
3. （３）光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信器におい
   て、 信号光のそれぞれの偏波に対応する中間周波数信号のパ
   ワーを測定する測定手段（６）と、 偏波に対応する中間周波数信号のパワーを増幅する利得
   可変増幅器（８１）と、 該測定手段により測定した中間周波数信号パワーを加算
   して、信号光パワーに比例した制御信号を得て、それぞ
   れの偏波に対応する該利得可変増幅器の利得制御を行う
   利得制御回路（９）と、 該測定手段の結果を比較し中間周波数信号パワーの大き
   い方の中間周波数信号のみを選択する選択手段（７）を
   有し、 信号光パワーの変動の抑圧及び該選択手段の選択した中
   間周波数信号パワーにより自動周波数制御を行うことを
   特徴とする光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信にお
   ける自動周波数制御及び自動利得制御方式。
4. （４）請求項第１項及び第３項において、該選択手段の
   後段に振幅を一定の幅にする増幅器（１７）を設け振幅
   が一定の中間周波数信号にし、中間周波数信号パワー選
   択時の中間周波数信号パワーの変動を防止することを特
   徴とする光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信におけ
   る自動周波数制御及び自動利得制御方式。
5. （５）請求項第１項及び第３項において、該選択手段は
   各偏波の中間周波数信号パワーの差を求める手段と、そ
   の差にヒステリシス特性をもたせる手段を有し、中間周
   波数信号パワーの変動により選択する中間周波数信号パ
   ワーを容易に切り替えないようにすることを特徴とする
   光ヘテロダイン偏波ダイバーシティ受信における自動周
   波数制御及び自動利得制御方式。
6. （６）請求項第１項乃至第３項において、中間周波数信
   号パワーの帯域制限を行う帯域制限フィルタをそれぞれ
   の偏波の中間周波数信号パワー又は該選択手段の後段に
   設けたことを特徴とする光ヘテロダイン偏波ダイバーシ
   ティ受信における自動周波数制御及び自動利得制御方式
   。