JPS62139429A - 光ホモダイン検波通信方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信、特に光ホモダイン検波通信方式に関す
るものである。

（従来技術） 光ヘテロダイン検波や光ホモダイン検波等のコヒーレン
ト光通信方式は、直接検波通信方式に比べて、大幅な受
信感度改善が可能である。このうち光ホモダイン検波通
信方式は、コヒーレント光通信の中で最も受信感度が高
く、また伝送速度の高速化も可能であるため、長距離大
容量光通信を実現する上できわめて有効な方式である。

ところで、この光ホモダイン検波通信方式では、光受信
部内の局部発振光の位相を、無変調時の信号光の位相と
常に一致させておく必要が有るため高精度な光位相制御
系が要求される。従来、この局部発振光の位相制御方法
として、次の様ないくつかの方法が考案され実験が行な
われている。

第１の方法は、２値ＰＳＫ変調（位相偏移変調）におい
て、位相偏移量を−［ｒａｄ］以下とすることによって
搬送波成分を有するＰＳＫ変調波を作り、そしてこのＰ
ＳＫ変調波を光受信部でホモダイン検波′して得られる
搬送波成分（直流成分となって現れる）の電力の大きさ
を常に一定値となる種馬部発振光の位相を調整する方法
である。（ＩＩＪ、ＭＡＬＹＯＮ　”ＤＩＧＩＴＡＬＬ
ＥＴＴＥＲ８，１９８４，Ｖｏ１２０．ｐｐ２８１−２
８３）第２の方法はコスタスループを使う方法で、まず
伝送されてきた、ＰＳＫ変調光を、光受信部において方
向性結合器で２分岐し、位相調整後各々を局部発振光と
合波することにより位相差が９０°の２つの合波光を作
り、そして得られた２つの合波光を各々２個の光検出器
で電気信号に変換してこれら２つの電気信号を乗算回路
により乗算する。この時乗算回路の出力電圧はａ　５ｉ
ｎ２．ｐ（但しａは回路の利得等で決まる定数１．は信
号光と局部発振光との位相ずれ［ｒａｄ］を表わす）と
なるので、この信号を局部発振光の位相制御に用いる。

（ＨＥＩＮＺ　Ｋ、Ｐ　ＰＨＩＬＩＰＰ。

ＡＲＰＡＤ　　Ｌ、　　５ＣＨＯＬＴＺ、ＥＲＮＳＴ　
　ＢＯＮＥＫ、ａｎｄＷＡＬＴＥＲＲ，ＬＥＥＢ　”Ｃ
ｏ５ｔａｓ　Ｌｏｏｐ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｆｏ
ｒ　ａｌｏ、６ｐｍ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ″ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｖｏｌ。

Ｃ０Ｍ−３１，Ｎｏ、８．１９８３） 第３の方法は位相ダイパーシティによる方法である。こ
の方法では光受信部において、信号光と局部発信光を入
出力ポート数が６の方向性結合器に入射させて合波する
。そして出射側の３つの合波光をそれぞれ独立の光検出
器に入射させることによって、信号光と局部発振光の位
相関係が１２０度ずつずれた状態での光ホモダイン検波
を各光検出器で行ない、得られた３種類の、振幅の異な
る電気信号を合成することによって信号を復調する。こ
の方法では、局部発振光は、周波数をある一定の範囲内
（信号光の周波数とほぼ等しければ良い）に制御してお
けばよいため、高精度の位相制御系を必要としないとい
う特徴を有する。（Ｗａｌｋｅｒ、Ｎ、、ａｎｄ　Ｃａ
ｒｒｏｌｌ。

ｐｐ９８１−９８３．） （解決しようとしている問題点） 以上述べた従来の３種類の方法はそれぞれ次の様な欠点
を有する。

第１の方法では、光検出器の出力に現れる直流の搬送波
成分が、局部発振光源の強度雑音や、受信回路の低周波
の雑音等によって変動を受けや、すいため、これを制４
卸用信号として用いると制御系の動作が不安定となって
しまう。また第１と第２の方法は、ＰＳＫ光ホモダイン
検波のみでしか使用できず、適用範囲が狭い。さらに第
３の方法は、ＡＳＫ（振幅偏移変調）光ホモダイン検波
、ＰＳＫ光ホモダイン検波いずれでも使用可能であるが
、３個の光検出器で生ずる雑音が信号復調時に重畳され
てしまうため、３ｄＢ以上のパワーペナルティ−を生ず
る。

この様に従来の方法では、変調方式によらず（ＡＳＫ、
ＰＳＫいずれでも使用可能）、パワーペナルティが小さ
く、かつ動作が安定な位相制御系を構成できなかった。

本発明の上述の問題点を解決し、ＡＳＫ光ホモダイン検
波通信、ＰＳＫ光ホモダイン検波通信のいずれにおいて
もパワーペナルティが小さく、かつ安定な動作が可能な
通信方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、光送信部において信号光の他にパイロット信
号光を作り、これら２つの光を合成し、光ヘテロダイン
検波した時に得られる第１のビート信号の搬送波成分が
周波数が安定な第１の基準信号に同期する様に信号光又
はパイロット信号光の周波数と位相を制御し、以上によ
り得られるパイロット信号光を第１の基準信号に対して
一定の周波数及び位相関係にある第２の基準信号で変調
し、そしてこの変調されたパイロット信号光を信号光と
多重して送信し、−刀先受信部で、局部発振光とパイロ
ット信号光との第２のビート信号から、第２の基準信号
を復調し、この復調された第２の基準信号に対し、第２
のビート信号の搬送波成分が前記一定の周波数及び位相
関係を保持する様に局部発振光の発振周波数及び位相を
制御することにより、信号光の搬送波成分と、局部発振
光の周波数及び位相を一致させて信号の復調を行なうも
のである。

（作用） 本発明の原理について以下に述べる。

光ホモダイン検波通信システムの送信部内において、信
号光の搬送波成分に対して一定の周波数間隔、位相関係
を保持する様制御されたパイロット信号光を発生させる
。この制御方法としては、例えば、送信部内において信
号光とパイロット信号光とを合波して、光ヘテロゲイン
検波し、得られたビートの周波数、位相を、発振周波数
が安定な発振器からの出力信号（第１の基準信号）と比
較し、その誤差信号をパイロット信号光の光源に負帰還
する方法をあげることができる。以上の方法で制御され
たパイロット信号光を、この制御に用いた第１の基準信
号と一定の周波数、位相関係にある、第２の基準信号（
例えば第１の基準信号を１／４分周した信号）で変調を
行なう（強度変調でも位相変調でもよい）。そして、こ
の変調されたパイロット信号光を信号光と合波して送信
する。なお、信号光の゛変調方法はＡＳＫ変調でもＰＳ
Ｋ変調でもよい。光受信部では、信号光と局部発振光及
びパイロット信号光と局部発振光とのビートが得られる
。このうちパイロット信号光と局部発振光とのビートで
ある第２のビート信号を復調することにより、第２の基
準信号が得られるが、この信号を例えば４逓倍すると、
送信部で信号光とパイロット信号光の制御に用いた第１
の基準信号を取り出すことができる。

この取り出された第１の基準信号に対し第２のビート信
号の搬送波成分の周波数と位相を同期させる様に局部発
振光の周波数、位相を制御する。これにより、局部発振
光と信号光の搬送波成分の位相関係を常に一定に保つこ
とができ、最大振幅の復調信号を得ることができる。

（実施例） 第１図は、本発明の第１の実施例を示すブロック図、第
２図は受信部で得られるビートスペクトルを示す図であ
る。

第１の実施例は、ピットレー）　１４０Ｍｂ／ｓのＰＳ
Ｋ光ホモダイン検波通信システムに本発明を適用したも
のである。送信部２２において、バイアス電源３で駆動
された信号充用レーザ１から出射される第１、第２の信
号光５．６は各々合波器１２とニオブ酸リチウムで構成
された光位相変調器２に入射される。また、バイアス電
源２１で駆動されたパイロット信号光用レーザ１６から
出射される第１、第２のパイロット信号光１０．１１は
各々光位相変調器１７、合波器１２に入射される。合波
器１２で合波された第１の信号光５と第２のパイロット
信号光１１は第１の光検出器１３に入射される。第１の
光検出器１３の出力には、第１の信号光５と第２のパイ
ロット信号光１１のビートが現れるので、これを第１の
増幅器１４で増幅した後、第１の位相比較器１５で水晶
発振器１８の出力信号（第１の基準信号６２：４００Ｍ
Ｈｚの正弦波）と位相比較を行なう。第１の位相比較器
１５からの出力信号は、第２のパイロット信号光１１の
位相コントローラ２６に入力され、パイロット信号光用
レーザ１６の位相制御が行なわれる。

以上により、第１のパイロット信号光１０と第２の信号
光６の周波数間隔と位相関係は、水晶発振器１８によっ
て規定されたことになる。水晶発振器１８の出力は、ま
た、１／４分周回路１９によって１００ＭＨｚに周波数
変換され（これが第２の基準信号６３となる）第２の光
位相変調器１７のドライバアンプ２０に入力される。第
２の光位相変調器１７では第１のパイロット信号光１０
が、上で得られた１００ＭＨｚの正弦波（第２の基準信
号６３）で位相変調される。伝送すべき信号２５（１４
０Ｍｂ／ｓ、ＮＲＺ符号）はドライバアンプ４によって
増幅された後第１の光位相変調器２に入力される。そし
て第２の信号光６はこの第１の光位相変調器２によって
位相変調されて、第３の信号光７となった後、合波器８
で、変調された第３のパイロット信号光９と合波される
。合波器８から出射される伝送光２３（第３の信号光７
と第３のパイロット信号光９の合波光）は単一モードフ
ァイバ２４により受信部３０まで伝送される。受信部３
０では、伝送光２３と局部発振光３１が合波器３２で合
波される。この合波光は、第２の光検出器３３に入射さ
れ、電気信号に変換される。この出力は第２の増幅器３
４によって増幅された後２分岐されてバンドパスフィル
タ３５とベースバンドフィルタ４４に入力される。

第２図に、第２の増幅器３４の出力で得られるビートス
ペクトルヲ示ス。バントパスフィルタ３５により、第３
のパイロット信号光９に対応する第１のビート信号６０
が取り出され、ミキサ３６と搬送波再生回路３８に入力
される。ミキサ３６では搬送波再生回路３８で得られる
搬送波と、第１のビート信号６０が混合されて、１００
ＭＨｚの正弦波（第２の基準信号６３）が復調される。

この信号はてい倍回路３７によって４００ＭＨｚに周波
数変換される。この４００ＭＨｚの正弦波は、送信部２
２内の水晶発振器１８の出力信号（第１の基準信号６２
）と周波数位相が一致しているので（伝送及び復調によ
る遅延は含まれている）、これと第１のビート信号６０
の搬送波との、周波数及び位相が一致する様に局部発振
光３１の周波数及び位相を制御すれば、復調信号４６の
振幅は常に最大となる。第２の位相比較器３９には、搬
送波再生回路３８により得られた第１のビート信号の搬
送波と、てい倍回路３７から出力された４００ＭＨｚの
正弦波が入力され、位相比較された後、相互の位相誤差
に比例した電圧が出力される。この位相誤差信号４７は
局部発振光コントローラ４１に入力される。この局部発
振光コントローラ４１は、これに入力される信号に応じ
て、局部発振光源４２の発振周波数と位相を変化させる
ものである。また局部発振光源４２は、バイアス電源４
３により駆動されており、外部共振器型半導体レーザの
構成になっている。そしてその発振周波数と位相の制御
は、レーザ共振器を構成する反射鏡の位置を圧電素子に
より変化させることによって行なわれる。

第１のビート信号６０の搬送波は、周波数弁別器４０に
も入力されており、局部発振光３１の周波数引き込みの
ための制御信号（周波数誤差信号４８）が取り出される
。そしてこの周波数誤差信号４８も局部発振光コントロ
ーラ４１に入力される。以上の系により、局部発振光３
１と信号光７の搬送波とは、周波数及び位相を常に一致
させておくことが可能となる。第２の増幅器３４の出力
信号のうち、信号光７に対する第２のビート信号６１は
、ベースバンドフィルタ４４により取り出された後、識
別再生回路４５によって識別再生・され、復調信号４６
となる。

第３図は、第２の実施例を示すブロック図、第４図は受
信部で得られるビートスペクトルを示す図である。

第２の実施例は、ビットレート５６５Ｍｂ／ｓのＡＳＫ
光ホモダイン検波通信システムに本発明を適用したもの
である。第２の実施例が第１の実施例と基本的に異なる
点は変調方式である。第２の実施例では、第３の信号光
７も第３のパイロット信号光９も強度変調となっている
。しかしながら、受信部３０におけるビート信号の処理
方法は位相変調の場合と同一である。また、ビットレー
トが５６５Ｍｂ／ｓとなっているため、第１のパイロッ
ト信号光１０と第２の信号光６の周波数間隔は８００Ｍ
Ｈｚに設定されている。従って送信部２２内の分周回路
５３は１／８となり、受信部３０内のてい倍回路５４は
８倍となっている。以上の点を除いて他は第１の実施例
とほぼ同一の構成であり、送信部２２及び受信部３０に
おける各信号の処理方法も第１の実施例と同一である。

第２の実施例より、本発明は、光ホモダイン検波通信を
高速化する場合にも適用でき、その効果も十分発揮され
ることが分る。

第５図に本発明の第３の実施例を示す。第３の実施例は
第１の実施例と同じく、ビットレート１４０Ｍｂ／ｓの
ＰＳＫ光ホモダイン検波通信システムに本発明を適用し
たものである。第３の実施例が第１の実施例と異なる点
は、送信部２２であり、第１の信号光５を音響光学変調
器（Ａ１０変調器）７０に入射させることによって第１
のパイロット信号光１０を作り出している。このＡ１０
変調器７０は、ドライバアンプ７１で増幅された第１の
基準信号６２（周波数４００ＭＨｚの正弦波）で駆動さ
れている。従ってＡ１０変調器７０から出力される第１
のパイロット信号光１０は、第１の信号光５に対して、
４００ＭＨｚの周波数差を持っている。この第１のパイ
ロット信号光１０は、第２の光位相変調器１７に入射さ
れ、第２の基準信号６３（第１の基準信号６２を１／４
分周した信号）で変調される。そして、変調された第３
のパイロット信号光９は、１４０Ｍｂ／ｓのＮＲＺ符号
でＰＳＫ変調された第３の信号光７と合波されて伝送さ
れる。一方受信部３０の第２の増幅器３４の出力信号の
スペクトルは、第１の実施例と同じく第２図のとうりで
ある。従って、受信部３０におけるビート信号の処理方
法は第１の実施例と同一である。

第３の実施例は、第２の信号光６と第１のパイロット信
号光１０との周波数間隔が、Ａ１０変調器７０の中心周
波数に依存しているが、パイロット信号光の発生が第１
、第２の実施例と比較して容易であり、送信部２２内の
構成が簡単になると言う利点を有している。

本発明は、以上の実施例で示した方式の他にも様々な変
形例が考えられる。

例えば、送信部２２において、第１、第２の実施例では
、第１の基準信号６２と第１の増幅器１４から出力され
るビート信号とを直接位相比較を行なったが、このビー
ト信号を逓倍又は分周した信号と第１の基準信号６２と
を位相比較しても良い。但しこの場合水晶発振器１８の
発振周波数や分周回路１９．５３の特性も、同時に再設
定する必要が有る。受信部３０においても同様な変形が
考えられる。即ち、実施例では、ミキサ３６から出力さ
れた第２の基準信号を逓倍回路３７．５４で逓倍した徒
弟１のビーｌ、信号６０の搬送波成分と位相比較を行な
っているが、この搬送波成分を第２の基準信号６３と同
一周波数となる様分周したものと、第２の基準信号６３
とを位相比較しても良い。実施例で示した３つのシステ
ムは、いずれも１対１の通信の構成であったが、本発明
は、波長多重通信にも適用可能である。この場合、パイ
ロット信号成分を各チャンネルの監視信号としても利用
できるため、本発明の有効性がより大きく広がることに
なる。

（発明の効果） 以上詳しく述べてきた様に、本発明を光ホモダイン検波
通信システムに用いることによって、パワーペナルティ
が少なく（コスタスループによる方法と同程度）しかも
安定な局部発振光の位相制御を行なうことができる。表
１に本発明の特徴を他の光ホモダイン検波通信システム
と比較して示す。

なお、表１における第１〜３の方法は、先に従来技術と
して述べたものに対応している。

表１ ＊　受信部における光検出器の数 軸　局部発振光の周波数引き込み

【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図は第１
の実施例の受信部におけるビートスペクトルを示す図、
第３図は第２の実施例を示す図、第４図は第２の実施例
の受信部におけるビートスペクトルを示す図、第５図は
第３の実施例を示す図である。 各図において、 ２２・・・送信部、３０・・・受信部、６２．６３・・
・第１第２の基準信号、１・・・信号光用レーザ、 ２．１７・・・第１、第２の光位相変調器、１６・・・
パイロット信号光用レーザ、５．６．７・・・第１第２
第３の信号光、１０．１１．９・・・第１第２第３のパ
イロット信号光、１３・・・第１の光検出器、１５・・
・第１の位相比較器、１８・・・水晶発振器、　１９．
５３・・・分周回路、３１・・・局部発振光、　３３・
・・第２の光検出器、３６・・・ミキサ、３７，５４・
・・てい倍回路、３８・・・搬送波再生回路、　３９・
・・第２の位相比較器、４０・・・周波数弁別器、 ４１・・・局部発振光コントローラ、 ４４・・・ベースバンドフィルタ、 ７０・・・音響光学変調器（Ａ１０変調器）ｒ　　　　
ｅｌｆ：ｌ：　叔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光送信部より送信された信号光を、この信号光の中心周
   波数と同一周波数の局部発振光と光受信部において合波
   し、この合波した光を光検出器に入射して得た電気信号
   から送信信号を復調する光ホモダイン検波通信方式にお
   いて、前記光送信部で、前記信号光の他にパイロット信
   号光を作り、これら２つの光を合波し光ヘテロダイン検
   波した時に得られる第１のビート信号の搬送波成分が周
   波数が安定な第１の基準信号に同期する様に前記信号光
   と前記パイロット信号光との周波数差と位相を制御し、
   以上により得られる前記パイロット信号光を前記第１の
   基準信号に対して一定の周波数及び位相関係にある第２
   の基準信号で変調し、そしてこの変調された前記パイロ
   ット信号光を前記信号光と多重して送信し、一方前記光
   受信部で、前記局部発振光と前記パイロット信号光との
   第２のビート信号から、前記第２の基準信号を復調し、
   この復調された第２の基準信号に対し、前記第２のビー
   ト信号の搬送波成分が前記一定の周波数及び位相関係を
   保持する様に前記局部発振光の発振周波数及び位相を制
   御することにより、前記信号光の搬送波成分と前記局部
   発振光の周波数及び位相を一致させて信号の復調を行な
   うことを特徴とする光ホモダイン検波通信方法。