JPS6374331A - ダイバ−シテイ光受信方式 - 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】 （技術分野） 本発明は偏波ダイバーシティ及び位相ダイバーシティ光
受信方式（以下、「ダイバーシティ光受信方式」と略す
）に係わり、特にダイバーシティ光受信方式の符号誤り
率特性の改善に関するものである。

（従来技術及びその問題点） ヘテロゲイン／コヒーレント型光ファイバ通信の実現に
あたっては解決すべき数多くの問題点があるが、それら
のうち重要なものとして、次の２点をあげることができ
る。

（１１光フアイバ伝送路上で生じる偏波状態のゆらぎに
より生じる受光感度の劣化。

（２）光源として用いられる半導体レーザにおける周波
数および位相雑音の存在。

上記の問題点を解決するために、これまで能動的あるい
は受動的な種々の方法が検討されているが、それらのう
ち、電気回路を用いて受動的に実現できるものとして、
（１）に対しては偏波ダイバーシティ光受信方式、（２
）に対しては位相ダイバーシティ光受信方式がそれぞれ
提案されている。

偏波ダイバーシティ光受信方式においては、偏波状態の
変動を受けた信号光が受信端で直交２偏波に分離され、
これら２偏波にそれぞれ偏波面を一致させた局部発振光
によって別々に検波される。

得られた２つの電気信号は電気的に合成され、これによ
り偏波状態変動の影響を抑えることができる。

第１図は従来の偏波ダイバーシティ光受信方式のブロッ
ク図であり、１は直線偏波の信号光を出力する信号用レ
ーザ、２は信号光を受信側へ導くためのシングルモード
光ファイバ、３はシングルモード光ファイバ２を通過す
る間に種々の擾乱を受は通常任意の楕円偏波になってい
る信号光を直交する直線偏波に分離するための偏光分離
素子、４は分離された一方の信号光を反射させるための
ミラー、５は直線偏波の局発光を出力する局部発振用レ
ーザ、６ａは局発光を分岐しかつ信号光Ａと局発光を合
波するハーフミラ−１ａｂはハーフミラ−６ａで分岐さ
れた局発光と信号光Ｂを合成するハーフミラ−１７は局
発光と信号光Ｂの偏波面を一敗させるためのπ移相素子
、８ａ、　８ｂはそれぞれ直交する信号光と局発光とが
合成された光のビート成分を電気信号に変換するための
光受信器、９ａ。

９ｂは微弱な電気信号を増幅する増幅器、１０ａ、　１
０ｂは受信波形の歪を補償する等化器、ｌｌａ、　ｌｌ
ｂは変調されている信号を復調するための復調器、１２
は直交する成分ごとに処理された信号を合成する合成器
である。なお、信号用レーザｌから光受信器８ａ、　８
ｂまでが光信号処理領域Ｃであり、光受信器８ａ、　８
ｂ以降は電気信号処理領域Ｅである。

一方、位相ダイバーシティ光受信方式はホモダイン帯域
で、ヘテロダイン方式と同等の受光感度を達成できるも
のである。

第２図は従来の位相ダイバーシティ光受信方式のブロッ
ク図である。第１図と同一の機能を有するものに対して
は同一番号を付し説明の重複を省く、第２図において、
１９は信号用レーザ１から出力された直線偏波の信号光
が伝送路であるシングルモード光ファイバ２を伝搬中に
ランダムな偏波面となったものを直線偏波に戻すための
偏波補償器、２０は局部発振用レーザ５から出力された
直線偏波の局発光を信号光の偏波状態と一致させるため
の偏波補償器、　１３は偏波面がそれぞれ一致している
信号用レーザ１と局部発振用レーザ５の光を合波し、合
波された光をＮ（Ｎ≧２）台の光受信器８−１〜８−Ｈ
に分配し、かつこれらの光受信器８−１〜８−Ｎで検波
された信号間に等間隔（ただしＮ＝２の場合は９０度）
の位相差を与えるマルチボートカップラ、１４−１〜１
４−Ｎは合成器１２に入る各ボートの利得を一定に保つ
ための自動利得調整器、１５は合成器１２の出力信号を
自動利得調整に必要なレベルまで増幅する増幅器、１６
は自動利得調整レベルを検出するための検出器、１７−
１〜１７−Ｎおよび１８−１．１８−２．１８−３は各
光部品間を接続するためのシングルモード光ファイバで
ある。

第３図は、上述した従来の位相ダイバーシティ光受信方
式でＮ＝３の場合における復調器１１−１〜１１−３前
の位置Ｆ−１，Ｆ−２，Ｆ−３での具体的な出力波形例
（ＡＳＫ方式について）を示したものである。図かられ
かるように、ＡＳＫ方式においては、信号光と局発光の
間にビットレートより十分低い周波数オフセントが与え
られており、各ボートにおける信号間にはマルチポート
カップラ１３により１２０度間隔の位相差が与えられて
いる。

これにより、あるボートで出力がゼロとなる瞬間でも他
のボートの出力は存在するため、第２図に示すように、
各ボートの出力を検波後合成すれば、データを再生する
ことができる。しかも、光受信器８−１〜８−Ｎに必要
とされる帯域はベースバンド帯域より僅かに大きいだけ
で済むため、実質的にホモダイン帯域で、ヘテロダイン
方式と同等の受光感度を達成することが可能となる。

ここで、上述した２種類のダイバーシティ方式において
は、復調された信号を合成する際に、符号誤り率特性を
改善するための操作が必要となる。

偏波ダイバーシティ光受信方式においては、これまで、
復調された信号をそのまま合成する等利得合成法、各信
号に信号強度に比例した重み付けを行った後合成する最
大比合成法等が提案されている。信号光と局発光の偏波
面が完全に一致した状態において実現される理想的な状
態と同等な符号誤り率特性を実現するには、最大比合成
法が不可欠である。

第４図は従来のダイバーシティ光受信方式に用いられる
重み付は回路のブロック図であり、２１０は復調器１ｌ
−ｉ（但し、１≦ｉ≦Ｎ）で直線検波により復調された
入力信号の強度を検出する検波器、２１１は検波器２１
０の出力信号の低周波分のみを抽出する低域沖波器、２
１２は低域ｐ波器２１１の出力を増幅する増幅器、２１
３は前述した検波器２１０から増幅器２１２で入力信号
の大小に応じて求められた係数（重み付けの値）により
復調器１１−１の入力信号の大きさを変える電圧ｆＩＪ
４Ｈ器であり、これらから重み付は回路２１が構成され
ている。なお、電圧制御器２１３は通常ダイオードを用
い、係数をダイオードのバイアス電圧に加えることによ
り、復調器１１−１からの信号電圧を制御する。

以上のように、従来は符号誤り率特性を改善するために
、偏波ダイバーシティでは２個、位相ダイバーシティで
はＮ個の重み付は回路２１を必要とし、回路構成が複雑
になるという問題があった。

（発明の目的及び特徴） 本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、重み付は回路を用いることな〈従来と
ほぼ同等の符号誤り率特性を得ることができるダイバー
シティ光受信方式を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、復調器１１として二乗検波器を用いる
ことにより復調機能と重み付は機能とを兼用せしめるよ
うにしたことにある。

（発明の構成） 以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第５図は本発明によるダイバーシティ光受信方式の復調
器１１０の回路構成図であり、１１１は二乗検波特性を
有するダイオード、１１２はダイオード１１１のアノー
ド側に直流的に零電位を与え、バイアス電圧供給回路を
形成するためのコイル、１１３はバイアス電圧を印加す
るバイアス電圧印加端子、１１４はバイアス電圧を制御
するバイアス電圧制御抵抗、１１５は負荷抵抗である。

本発明では、等化器１０−１〜１０−Ｎと合成器１２の
間に配置される復調器１１０として、第５図に示すよう
な二乗検波器を用い、バイアス電圧印加端子１１３にダ
イオード１１１の電圧−電流特性による二乗検波で動作
するような電圧を印加している。

次に、本発明に用いる復調器１１０が復調機能の他に、
従来の重み付は回路２１とほぼ同等の重み付は機能を有
する理由について説明する。ｉ番目の等化器１０−１の
出力電圧のうち、信号成分の電圧をＳ、Ｍ音成分の電圧
をｎとする。

まず、重み付は回路利用の場合を考える。この場合、復
調器１１では直線検波が行われるため、復調器１１出力
は（ｓ＋ｎ）となり、重み付は回路２１による利得はＳ
に比例したものとなるから、重み付は回路２１の出力端
での電圧ｖ１は ｖ＋＝ｋｓ（ｓ＋ｎ）＝ｋ（ｓ”＋ｓｎ）　　　−−−
−−−−−−−−−−（１）となる。但し、ｋは比例定
数である。

また、二乗検波の場合における復調器１１０の出力端で
の電圧ｖ２は Ｖｔ＝ｋ（ｓ＋ｎ）”＝ｋ（ｓ”＋２ｓｎ＋ｎリ　−−
−−−−（２）となる。

（１）式と（２）式との差成分は ｖ、−ｖ、−ｋ（ｓｎ＋ｎ”）　　　＝−−−−−−−
（３）ここで（１）式の第１項（Ｓつと（２）式の第１
項（Ｓりは、重み付けされた信号成分の電圧であり、共
に等しいことがわかる。すなわち、本発明の二乗検波に
よる復調器１１０は従来の重み付は回路２１と同等の重
み付は機能を有している。

一方、本発明の復調器１１０と従来の重み付は回路２１
の出力端における雑音成分の電圧は、（３）式で示す分
だけ本発明の方が大きく出力されてしまう。

そこで、本発明者らは（３）式で与えられる雑音成分の
電圧ｎが符号誤り率特性に与える影響について検討を行
った。

例えば、局部発振用レーザ５から出力される局発光のレ
ベルを＋１０ｄＢｍ　、信号用レーザ１から出力される
信号光の変調速度を２８０Ｍｂｐｓとして、従来の符号
誤り率と本発明の符号誤り率とを比較した結果、第６図
及び第７図の如く、はとんど差がないことがわかった。

第６回は、第１図に示すＡＳＫヘテロゲイン偏波ダイバ
ーシティ光受信方式を用いて符号誤り率特性を求めた理
論計算結果であり、一点鎖線Ｘが従来の復調器１１と重
み付は回路２１とを用いた場合の符号誤り率特性で、実
線Ｙが本発明による復調器１１０を用いた場合の符号誤
り率特性である。同図から明らかなように、（３）式に
よる雑音成分の電圧増加はほとんど無視でき、はぼ同等
の符号誤り率特性を得ることができた。

第７図は第２図に示すＡＳＫ位相ダイバーシティ光受信
方式を用いて符号誤り率特性を求めた理論計算結果であ
り、一点鎖線Ｘが従来特性（Ｎの値によらない）、実線
Ｙ２がＮ−２、実線Ｙ、がＮ＝３の場合の本発明による
誤り率特性である。

位相ダイバーシティ光受信方式でもほとんど差がなく本
発明の復調器１１０が適用できることがわかる。

なお、上記理論計算は、次のようにして行なった。

まず、重み付は回路２１を用いた最大比合成法において
は偏波ダイバーシティ、位相ダイバーシティのどちらの
方式においてもシステム全体の信号対雑音比は、理想的
なヘテロダイン方式のそれまで回復するから、従来の符
号誤り率Ｐ１は次のようになる。

ただし、ここで１ 、ｙｔ−２ｑ　ＤＰＬ＋ＩＢ、　　　ＳＮ　＝２Ｄ、ロ
ー虱。

ｑ：電気素量、　　　Ｄ：光電変換係数。

ＰＬＯｉ局発光強度、・　Ｂ：受信器帯域幅。

Ｐｓ：信号光強度 であり、ｅｒｆｃは誤差補間数で、次式で定義される。

次に位相ダイバーシティ方式において、本発明による復
調器１１０を用いた場合の符号誤り率Ｐ、２は次のよう
になる。

ただし、ここで、 Ｄ”ＰｔｏＰ− ８Ｉ＝ σ２ ＩＮ−１：変形ベッセル関数 す、　　：閾値レベル であり、先の計算結果ではす、の値はＰａｌが最小にな
るように最適化しである。

更に、偏波ダイバーシティ方式において本発明による復
調器１１０を用いた場合の符号誤り率Ｐ、。

は次のようになる。

ただし、ここで σ１ ｂよ　：闇値レベル であり、同様にｂ２の値は最適化して計算した。

（実施例２） 第８図は本発明による第２の実施例であり、偏波ダイバ
ーシティ光受信方式の光信号処理領域Ｃの概略図であり
、電気信号処理領域Ｅにおける復調器として本発明の二
乗検波による復調器１１０を用い、かつ光信号処理領域
Ｃでは、信号光と局発光との偏波面の一致を改善した構
成となっている。

第８図において、２２は信号光と局発光とを合波する光
ファイバ形π／２移相カップラ、２３は偏波面保存光フ
ァイバである。

信号用レーザ１から出力された信号光は光フアイバ２内
を伝搬し任意の偏波状態でカップラ２２に入射する。一
方、局部発信用レーザ５から出力された固有方向の直線
偏波を有する局発光は偏波面保存光ファイバ２３で偏波
面を保存したまま光ファイバ形π／２移相カップラ２２
の固有方向と一致するように局発光の偏波方向を回転し
て光ファイバ形π／２移相カップラ２２に入射する。

光ファイバ形π／２移相カップラ２２に入射した任意の
偏波状態の信号光は、通常π／２移相カップラ２２の固
を方向と一致することがないため、入射時の偏波状態と
異なった任意の偏波状態で出射される。一方、光ファイ
バ形π／２移相カフブラ２２の固有方向に入射した局発
光は円偏波となって出射される０次に、任意の偏波状態
の信号光と円偏波の局発光は、シングルモード光ファイ
バ２４−１を介して偏光分離素子３に導かれ、それぞれ
直交する偏波成分に分離されて各光受信器８ａ、　８ｂ
に入射し電気信号に変換され、以降は第１図で述べた電
気信号処理が行われる。

なお、π／２移相カップラ２２の代りに無移相カップラ
を用いても良い、その場合は、π／２移相素子を用いて
局発光を円偏波にしてから無移相カップラに入射すれば
良い。

本発明では、信号光の任意の偏波面と局発光の偏波面と
を一致させるために、局発光の偏波面を円偏波にしてい
るため、微弱な信号光に損失を与えることなく検波でき
るのでＳ／Ｎ比を改善できる。従って、これに加えて電
気信号処理領域Ｅで二乗検波による復調器１１０を用い
れば、より理想的な動作が可能となる。

（発明の効果） 以上のように、本発明は二乗検波による復調器１１０を
用いることにより、復調機能と重み付は機能とを同時に
行うことができるため、重み付は回路２１を用いること
なく装置を簡単化でき、その効果は掻めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の偏波ダイバーシティ光受信方式例を示す
ブロック図、第２図は従来の位相ダイバーシティ光受信
方式例を示すブロック図、第３図は従来の位相ダイバー
シティ光受信方式における各ポートの信号波形例を示す
図、第４図は従来の方式に用いられる重み付は回路の１
例を示すブロック図、第５図は本発明方式に用いられる
復調器の１例を示す回路図、第６図は本発明と従来のＡ
ＳＫ偏波ダイバーシティ光受信方式における符号誤り率
特性を示す特性図、第７図は本発明と従来のＡＡＳＫ位
相ダイバーシティ光受信方式における符号誤り率特性を
示す特性図、第８図は本発明による偏波ダイバーシティ
光受信方式の実施例を示すブロック図である。 １・・・信号用レーザ、　２．２４・・・シングルモー
ド光ファイバ、　３・・・偏光分離素子、　４・・・ミ
ラー、　５・・・局部発振用レーザ、　６ａ、　６ｂ・
・・ハーフミラ−１７・・・π移相素子、　８ａ、８ｂ
、８−１〜Ｂ　−Ｎ　・・・光受信器、　９ａ、　９ｂ
、　９−１〜９−Ｎ２１２−・・増幅器、　ｌＯａ、　
１０ｂ、　１０−１〜１Ｏ−Ｎ−等化器、ｌｌａ、　ｌ
ｌｂ、　１１−１〜１１−Ｎ、　１１０　・・・復調器
、　１２・・・合成器、　１３・・・マルチボートカッ
プラ、　１４−１〜１４−Ｎ−・・自動利得調整器、１
５・・・自動利得調整用増幅器、　１６・・・自動利得
調整用検出器、１７−１〜１７−Ｎ・・・シングルモー
ド光ファイバ、　１Ｂ−１，１８−２，１８−３・・・
シングルモード光ファイバ、　１９．２０・・・偏波補
償器、２１・・・重み付は回路、　２２・・・光ファイ
バ形π／２移相カップラ、　２３・・・偏波面保存光フ
ァイバ、１１１・・・ダイオード、１１２・・・コイル
、　１１３・・・バイアス電圧印加端子、　　１１４・
・・バイアス電圧制御抵抗、　１１５・・・負荷抵抗、
　　２１０・・・検波器、２１１・・・低域ｐ波器、　
　　２１３・・・電圧制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバを伝搬して任意の偏波面となった信号
   光を受信側に設けられた局部発振用レーザからの出力光
   である局発光を用いて直交する偏波成分あるいは複数の
   位相成分に分離して検波する光検波手段と、該検波手段
   により偏波成分毎にあるいは位相成分毎に変換された電
   気信号をそれぞれ二乗検波により復調する復調手段と、
   該復調手段により得られた信号を合成する合成手段とを
   備えたダイバーシティ光受信方式。