JPS63198426A - 中間周波数安定化方法 - 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〕 本発明は光通信システム、特に光ヘテロダイン検波通信
システムにおける中間周波数安定化方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

光ヘテロダイン検波等のコヒーレント光通信方式は、従
来の直接検波通信方式に比べ、大幅な受信感度改善が可
能で、周波数利用効率も高く、長距離高密度伝送が可能
である。

このような光ヘテロダイン検波通信方式の例としては、
右下らによる４００Ｍｂ／ｓ、光ＦＳＫ長距離伝送実験
（昭和６０年度電子通信学会情報システム部門全国大会
、　２８０　）の報告がある。

この報告例では、送信光源９局部発振光源に半導体レー
ザダイオードを用い、光送信部では、半導体レーザダイ
オードに伝送速度４００　Ｍ　ｂ　／　ｓの小信号の電
流を注入し、２僅の直接周波数変調を行っている。また
光受信部では、送られて来た信号光と局部発振光源の局
部発振光を合波した後、中間周波数成分を取り出し、復
調を行っている。

その結果、伝送速度４００Ｍｂ／ｓで２５１　ｋｍの無
中継の単一モードファイバ伝送を実現している。

上述のように、光ヘテロダイン検波通信方式によれば、
大量の情報をより遠くへ伝送させることが可能である。

ところで、上述のシステムに用いた光源は半導体レーザ
ダイオードであり、この半導体レーザダイオードは小型
で使いやすいという特徴を有するが、周囲温度のわずか
な変化、及び注入電流の変化により、発振周波数が変動
するため、半導体レーザダイオードの温度制御及び注入
電流の制御を行い、発振周波数を安定化させて、中間周
波数の変動を小さく　（例えば１０ＭＨｚ以下）保つ必
要がある。この中間周波数の変動が大きい場合には、受
信感度の劣化が生じてしまう。

すなわち、この通信方式では、信号光と局部発振光源の
光を合波したものを光検出器で受光すると、光検出器の
出力には信号光と局部発振光の周波数差に相当するビー
トが中間周波数の電気信号として現れるので、このよう
にして中間周波数成分を取り出して復調を行うが、この
場合、送信側。

受信側の光源の発振周波数の変動があれば、その信号光
と局部発振光の周波数差で得られる中間周波数も変動し
てしまうのであり、局部発振光や信号光の周波数が変動
すると、中間周波数にゆらぎが生じ受信特性を劣化させ
ることになる。

そこで、直接検波通信方式に比べ大幅な受信感度改善が
可能であるという利点を十分に活かすためには、中間周
波数の変動を小さく保つことが要求され、このため、上
述の光ＦＳＫ長距離伝送実験においては、送信光源９局
部発振光源をそれぞれ独立に温度安定化するとともに、
光受信部での中間周波数成分を検出して局部発振光源の
発振周波数を制御して、中間周波数の安定化を図ってい
る。

この中間周波数の安定化方法は、光受信部での中間周波
数成分を分岐して、一方の出力を周波数弁別回路に入力
させて、周波数弁別回路からの誤差信号により局部発振
光源の注入電流等を制御するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような安定化方法にあっては、次の
ような問題がある。

すなわち、ＦＳＫ光ヘテロダイン検波による中間周波数
成分は鋭いピーク状のキャリア成分を持たないため、周
波数弁別器の出力はＳ／Ｎ比が悪く上述のような方法で
は、中間周波数を長時間に亘って完全に安定化すること
は困難である。

さらに上述の中間周波数の安定化方法を用いて伝送速度
がＩ　Ｇ　ｂ　／　ｓ以上の高速の光ヘテロダイン検波
通信を行った場合には、中間周波数成分は帯域ＩＧＨｚ
’以上の平坦な出力となるので、広帯域の周波数弁別器
を用いても、周波数弁別器出力の雑音等の増加により高
Ｓ／Ｎ比の周波数制御信号を得ることができない、さら
に上述の安定化方法を行う場合、帯域が数ＧＨｚの周波
数弁別器が必要となるが、現在の技術では、広帯域の周
波数弁別器の作製は困難であり、たとえ、広帯域の周波
数弁別器を実現したとしても、周波数−振幅変換効率の
低いものとなってしまうため、高Ｓ／Ｎ比の周波数制御
信号を得ることができない。その結果、局部発振光源の
周波数制御が不安定になり、中間周波数の変動による受
信感度劣化、さらには、符号誤り率特性のエラーレート
フロアが生じ、情報の正確な伝送が不可能となるという
欠点が生じる。

このように従来の中間周波数安定化方法では、中間周波
数を長時間に亘って安定に保つことが困難である。従っ
て、光ヘテロダイン検波通信方式では、中間周波数の不
安定性により、受信感度の劣化及びエラーレートのフロ
ア等が生じやすくなる。

本発明の目的は、光受信部における中間周波数安定化の
ための周波数弁別回路の出力のＳ／Ｎ比を改善して、伝
送速度が速くなった場合でも、中間周波数を長時間に亘
って安定に保つことにより良好な受信感度特性を実現す
る中間周波数安定化方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光送信部からの光を光受信部において局部発
振光源の局部発振光と合波し、この合波した光を光検出
器に入射して得られる中間周波信号から送信信号を復調
する光ヘテロダイン検波通信方式における中間周波数安
定化方法であつて、前記光送信部では、情報を送信する
ための送信信号に周波数安定化のためのパイロット信号
を重畳して送信光を変調し、 前記光受信部においては、前記中間周波信号中のパイロ
ット信号成分を分離して周波数弁別し、そのパイロット
信号成分の周波数を一定の周波数にするべく前記局部発
振光源の周波数＄ｌＪ御を行うことを特徴としている。

〔作用〕

光ヘテロダイン検波において、中間周波数を安定に保つ
ためには、中間周波数の検出のための周波数弁別器出力
のＳ／Ｎ比を改善して、局部発振光の周波数制御を行え
ばよい。

本発明は送信光源の変調信号に、中間周波数安定化のた
めの単−周波数のパイロット信号を重畳させて、送信光
を変調するものである。ここでパイロット信号の周波数
を伝送速度以上にとれば変調光のパイロット信号成分は
、情報を伝送するための変調信号成分に混入することは
無いので、光受信部において、中間周波数成分からパイ
ロット信号成分のみ、電気系のフィルタにより取り出す
ことができる。この中間周波数成分に含まれるパイロッ
ト信号成分としては、単一周波数の信号であるため、従
来の周波数弁別回路を用いて周波数弁別を行っても、高
いＳ／Ｎ比の弁別出力が得られ、これを周波数制御のた
めの制御信号として使用することができる。

この高Ｓ／Ｎ比の制御信号で局部発振光源の注入電流の
制御を行えば、長時間に亘って中間周波数を安定に保つ
ことができる。

また、中間周波数成分の中心周波数から低周波数側に現
れるパイロット信号成分を使う場合、周波数弁別回路、
増幅器等も低周波数帯用の簡単なものが使用できるとい
う新たな利点も見出せる。

Ｃ実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

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（ａ）及び…）は第１の実施例での光送信部の変調に
よる光スペクトル及び光受信部で得られるビートスペク
トルを示す図である。

本実施例は、伝送速度１．２Ｇｂ／ｓのＦＳＫ光へテロ
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１図に示すように、光送信部側は送信光源１を有し、
光受信部側とは単一モードファイバ６を介して接続され
ている。送信光源ｌには、バイアス電流Ｓ３に変調信号
Ｓ４とパイロット信号Ｓ５を重畳したものが供給される
ようになっている。

このパイロット信号Ｓ５は、後述のように、光受信部側
における中間周波数安定化のための信号であり、図示し
ない基準信号発生器からの所定の単−周波数のものを用
いる。

このように、光送信部側では、変調信号ｓ４にパイロッ
ト信号Ｓ５を重畳させて送信光を変調し送出する。

光受信部側は、局部発振光を出力する局部発振光源２と
、単一モードファイバ６を介して送られて来る光と局部
発振光源２からの出力光が合波されるファイバカップラ
７と、このファイバカップラ７からの光が入射される光
検出器８と、前置増幅器９と、フィルタ１０と、復調器
１１と、周波数弁別８１２と、コントローラ１３を備え
ている。

フィルタｌＯには前置増幅器９の出力の中間周波信号が
供給され、フィルタ１０はこれを変調信号成分Ｓ１４と
パイロット信号成分５１５に分離する。フィルタ１０よ
り取り出された変調信号成分３１４は復調器１１へ与え
られ、ここで復調が行われる。

一方、フィルタ１０で分離されたバイロン）（ｌ成分Ｓ
１５は、局部発振光源２の発振周波数を制御して中間周
波数の安定化を行うための中間周波数安定化用の制御信
号を得るのに使用される。

本実施例では、フィルタ１０は、中間周波数成分の中心
周波数から低周波側に現れるパイロット信号成分Ｓ１５
を取り出す構成となっている。

周波数弁別器１２にはこのようなパイロット信号成分３
１５が供給され、ここで周波数弁別して取り出された誤
差信号Ｓ１６はコントローラ１３で局部発振光源２の周
波数制御を行うための制御信号Ｓ１７に変換され、局部
発振光Ｒ２に与えられる。制御はパイロット信号成分Ｓ
１５の周波数が一定の周波数になるように局部発振光源
２の周波数制御を行う。

更に、第２図を参照して具体的に説明する。

本システムにおいて、送信光源１及び局部発振光源２に
は、波長１．５５μ清のファプリペロー型半導体レーザ
ダイオードに光の帰還を施し、単一モード化１発振スペ
クトルの狭スペクトル化を図った外部共振器型半導体レ
ーザダイオードを用い、それぞれの光源には、周波数安
定化のための温度制御を施しである。

送信光源１の変調は、バイアス電流Ｓ３に、伝送速度１
，２Ｇｂ／ｓのＮＲＺ符号の変調信号Ｓ４と基準信号発
生器からの周波数１．８ＧＨｚのパイロット信号Ｓ５を
重畳し、これらの電流を送信光源１に注入し、直接周波
数変調を行う。ここで、周波数変調における変調度とし
ては、変調信号Ｓ４に対しては、変調度が０．６５とな
るように、パイロット信号Ｓ５については変調度が０．
２となるように、それぞれ、変調信号Ｓ４とパイロット
信号Ｓ５の電流振幅を調整した。

以上の条件により直接周波数変調した送信光源ｌの光ス
ペクトルが第２図（ａｌに示されている。

送信光源１の光スペクトルの中心周波数は１９３ＴＨｚ
であり、中心に伝送速度１．２Ｇｂ／３のＦＳＫ光変調
成分Ｐ、また１９３ＴＨｚを中心として、１．９ＧＨｚ
はなれてパイロット信号光成分Ｐ′が生じている。

さて、上述のように変調された変調光は、単一モードフ
ァイバ６を伝送した後、ファイバカップラ７により、局
部発振光源２の出射光と合波され、光検出器８と前置増
幅器９より構成された光受信回路で電気信号に変換され
る。

ここで、局部発振光源２の発振周波数を送信光源１の中
心周波数より２．１ＧＨｚ小さい値（１９３ＴＨｚ　−
２，１ＧＨｚ）に設定すると、前置増幅器９の出力であ
る中間周波数のビートスペクトルは、第２図（ｂｌに示
されるように、変調信号成分５１４の中心周波数が２．
１ＧＨｚで、それぞれ２００ＭＨｚと４ＧＨｚにパイロ
ット信号成分５１５が生じたものとなる。

本実施例では、この周波数２００ＭＨ２のパイロット信
号成分ＳＩ５を用いて、局部発振光源２の発振周波数を
調整して、中間周波数の安定化を図る。

すなわち、第１図のブロック図の光受信部において、前
置増幅器９の出力をフィルタ１ｏに入力して、周波数２
００ＭＨｚのパイロット信号成分Ｓ１５と中心周波数２
．１ＧＨ２の中間周波数成分に分離し、中間周波数成分
を周波数弁別器による復調器１１に入力し、信号を再生
する。一方、フィルタ１゜より取り出した周波数２００
ＭＨｚのパイロット信号成分３１５は、周波数弁別器１
２に導かれ、周波数２ＱＯＭＨｚからのずれに対応した
誤差信号Ｓ１６を取り出す。この誤差信号３１６はコン
トローラ１３により、局部発振光源２の周波数制御を行
うための制御信号１７に変換されて、局部発振光源２に
制御電流として注入される。

このように、光送信部からの信号光を、光受信部におい
て局部発振光と合波し、この合波した光を光検出器８に
入射して得られた中間周波信号から送信信号を復調する
光ヘテロダイン検波通信方式において、光送信部では、
情報を送信するための送信信号に周波数安定化のための
パイロット信号成分を重畳して送信光を変調し、一方、
光受信部においては、中間周波信号中のパイロット信号
成分を分離して周波数弁別し、このパイロット信号成分
の周波数が一定の周波数になるように局部発振光源２の
周波数制御を行う。

この安定化方法によれば、パイロット信号を用いること
により局部発振光源２に注入する高Ｓ／Ｎの制御電流を
得ることができるので、安定な中間周波数の制御が行え
、中間周波数の変動を極力小さくすることができ・る、
従って、中間周波数の変動による受信感度の劣化、エラ
ーレートフロアの発生が抑えられ、情報の正確な伝送が
可能である・特に、高速の光ヘテロダイン検波通信を行
う場合でも、高Ｓ／Ｎ比の周波数制御信号が得られるか
ら、たとえ伝送速度が速くなっても周波数制御が不安定
になるのを防いで中間周波数の安定化を図ることができ
る。

また、周波数弁別器は狭帯域のものの使用が可能であり
、高い弁別効率でパイロット信号成分の周波数弁別を行
うことができる。

更に、本実施例では、低周波側のパイロット信号成分を
用いるようにしているので、弁別中心周波数も下がり、
安価、簡単な周波数弁別器が使用できる。

以上の構成により、伝送速度１．２Ｇｂ／ＳでのＦＳＫ
光ヘテロダイン検波通信方式による受信感度測定を行っ
たところ、次のような結果が得られた。

ここでは、中間周波数の安定化を確認するため、パイロ
ット信号を用いた場合と用いない場合について、中間周
波数の変動及び受信感度の様子を調べた。

まず、パイロット信号を用いない従来方法では、周波数
弁別器出力のＳ／Ｎ比低下のため、中間周波数の変動は
、±５０ＭＨｚ程度生じ、符号誤り率特性には符号誤り
率ＩＱ−１０程度で中間周波数の変動によるエラーレー
トのフロアが生じた。

一方、パイロット信号を用いた本実施例においては、正
弦波変調のパイロット信号を用いているため、第１図の
周波数弁別器１２の出力である制御信号のＳ／Ｎ比が改
善され、中間周波数の変動は長時間に亘って±ＩＭＨｚ
以下に抑えることができた。その結果、エラーレートの
フロアがなくなり、伝送速度１．２Ｇｂ／ｓにおいて、
−４３ｄＢｍの良好な受信感度を得ることができた。ま
たパイロット信号の重畳による直接周波数変調を行って
も受信感度の大きな劣化は生じなかった。

第３図は第２の実施例を示すブロック図である。

第２の実施例は伝送速度１．２Ｇｂ／ｓの位相シフトキ
ーイング方式（ＰＳＫ方式）による光ヘテロダイン検波
通信システムに本発明を適用したものである。

第２の実施例と第１の実施例はほぼ同一の構成であり、
同様の構成部分には同一の符号を付しであるが、これら
の実施例で異なる点は、変復調方式であり、第３図の実
施例の光送信部では光の位相変調を行うためのニオブ酸
リチウム結晶から成る導波路形の光変調器１８を用い、
光受信部では、ＰＳＫ復調用の同期検波回路から成る復
調器１１を用いている。

ここで、光の位相変調を行う光変調器１８には、伝送速
度１．２ＧＢ／ｓのＮＲＺ符号による変調信号Ｓ４に、
周波数１．９ＧＨｚの正弦波のパイロット信号Ｓ５を重
畳した信号を入力し、光の位相変調を行った。光受信部
では、局部発振光源２の周波数を調整して、第２図中）
のビートスペクトルと同様の変調信号成分の中心周波数
が２．１ＧＨｚ、パイロット信号成分の周波数がそれぞ
れ２００ＭＨｚ　＋　　４　Ｇ　Ｈｚとなるようにした
。このビートスペクトルはフィルタ１０により変調信号
成分Ｓ、１４とパイロット信号成分Ｓ１５に分離され、
変調信号成分Ｓ１４はＰＳＫ用の復調器１１で復調され
る。

一方、中心周波数の安定化はパイロット信号成分Ｓ１５
を用い、第１の実施例と同様に行った。

以上の構成において、ＰＳＫ光ヘテロダイン検波通信方
式での中心周波数の変動及び伝送速度１．２Ｇ　ｂ　／
　ｓでの受信感度を測定した。その結果、中心周波数の
変動は長時間に亘って±４００ＫＨｚ以内に抑えること
ができ、−４４，５ｄＢｍの高い受信感度を得ることが
できた。

なお、本発明は、以上の実施例で示した他にも様々な変
形例が考えられる。各実施例では、ＦＳＫ、ＰＳＫ光ヘ
テロダイン検波通信方式に本発明を適用した場合につい
て示したが、本発明は、振幅シフトキーイング方式（Ａ
ＳＫ方式）にも適用が可能である。ＡＳＫ方式に本発明
を適用する場合には、第２の実施例において、光変調器
１８と復調器をＡＳＫ用のものにおきかえればよい。ま
た、中間周波数制御に用いる中間周波のパイロット信号
成分は、低周波成分に限らず、もう一つの高周波成分を
用いてもよい。

また、パイロット信号の変調は正弦波変調に限らず、パ
ルス変調を用いてもよい。

さらに、局部発振光源の周波数制御は注入電流の制御だ
けでな（、半導体レーザダイオードの温度制御を行って
もよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、パイロット信号
を用いることにより、局部発振光源に与える高Ｓ／Ｎの
制御信号が得られるため、長時間に亘って安定な中間周
波数の制御が実現でき、受信感度劣化の無い安定な高ヘ
テロダイン検波通信が実現できる。

【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（ａ）
及び山）はそれぞれ光送信部での変調時の光スペクトル
及び光受信部でのビートスペクトラムを示す図、 第３図は本発明の第２の実施例を示す図である。 １・・・送信光源 ２・・・局部発振光源 ６・・・単一モードファイバ ７・・・ファイバカップラ ８・・・光検出器 ９・・・前置増幅器 １０・・・フィルタ １１・・・復調器 １２・・・周波数弁別器 １３・・・コントローラ １８・・・光変調器 Ｓ３・・・バイアス電流 Ｓ４・・・変調信号 Ｓ５・・・パイロット信号 Ｓｉ２・・・変調信号成分 Ｓ１５・・・パイロット信号成分 ５１６・・・誤差信号 ３１７・・・制御信号 代理人弁理士　　　岩　　佐　　義　　幸９３７Ｈｚ （ａ） 中間周波数 （ｂ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光送信部からの光を光受信部において局部発振光
   源の局部発振光と合波し、この合波した光を光検出器に
   入射して得られる中間周波信号から送信信号を復調する
   光ヘテロダイン検波通信方式における中間周波数安定化
   方法であって、 前記光送信部では、情報を送信するための送信信号に周
   波数安定化のためのパイロット信号を重畳して送信光を
   変調し、 前記光受信部においては、前記中間周波信号中のパイロ
   ット信号成分を分離して周波数弁別し、そのパイロット
   信号成分の周波数を一定の周波数にするべく前記局部発
   振光源の周波数制御を行うことを特徴とする中間周波数
   安定化方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の中間周波数安定化
   方法において、 パイロット信号成分が、低周波側のパイロット信号成分
   であることを特徴とする中間周波数安定化方法。