JPWO2013084366A1 - Optical communication apparatus, optical transmitter, and optical transmission method - Google Patents

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Abstract

位相変調器を用いた光送信器においては、変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することが困難であり、そのため光受信器の構成が複雑になるので、本発明の光通信装置は、送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する光送信器と、位相変調された光を受信し復調する光受信器と、送信光の一部を光受信器に導入する光帰還部、とを有し、光送信器は、連続光を出力する光源と、連続光を送信情報に基づいて位相変調する位相変調部と、位相変調部の動作を制御する制御部とを備え、光受信器は、光帰還部から得た送信光を復調することにより受信情報を取得し、受信情報を制御部に送出し、制御部は、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部の動作を制御する。In an optical transmitter using a phase modulator, it is difficult to determine the correspondence between the phase of the modulated light and the information to be transmitted, which makes the configuration of the optical receiver complicated. An optical communication apparatus introduces an optical transmitter that outputs transmission light phase-modulated based on transmission information, an optical receiver that receives and demodulates phase-modulated light, and introduces part of the transmission light to the optical receiver. The optical transmitter includes a light source that outputs continuous light, a phase modulation unit that performs phase modulation on the continuous light based on transmission information, and a control unit that controls the operation of the phase modulation unit. The optical receiver acquires the reception information by demodulating the transmission light obtained from the optical feedback unit, and sends the reception information to the control unit, the control unit based on the transmission information and the reception information To control the operation.

Description

本発明は、光通信装置、光送信器および光送信方法に関し、特に、光位相変調方式を用いた光通信装置、光送信器および光送信方法に関する。   The present invention relates to an optical communication device, an optical transmitter, and an optical transmission method, and more particularly to an optical communication device, an optical transmitter, and an optical transmission method that use an optical phase modulation method.

近年、従来のホームページの閲覧を中心としたインターネットの利用に加えて、モバイル端末の普及による動画像等の送受信が増大したため、基幹ネットワークのトラフィック量が急増している。このトラフィック量の急増に伴い、従来から用いられている伝送速度が２．５Ｇｂｉｔ／ｓまたは１０Ｇｂｉｔ／ｓである光伝送システムに替わって、伝送速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓないし１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上である超高速光伝送システムが研究されている。
従来の光伝送システムにおいては、送信側で光の強度に情報を乗せ、受信側で光の強度を検出して情報を復元する強度変調／直接検波受信（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ＩＭ−ＤＤ）方式が用いられてきた。一方、超高速光伝送システムにおいては、デジタルコヒーレント受信方式の採用が有力視されている。デジタルコヒーレント受信方式とは、位相変調方式（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）と、コヒーレント受信（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）およびデジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技術を組み合わせた受信方式である。デジタルコヒーレント受信方式は、光信号対雑音（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｚｅ Ｒａｔｉｏ）耐力特性、波長分散（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）耐力特性、および偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）耐力特性など、長距離光ファイバ伝送において要求される特性に優れている。
位相変調方式においては、送信側で光の位相に情報を乗せ、受信側で光の位相を検出して情報を復元する。位相変調方式の中でも特に、伝送特性と実現容易性およびコストのバランスから、２値位相変調方式（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）や４値位相変調方式（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）が注目されている。さらに、周波数の利用効率に優れた４値位相変調信号を、直交する２偏波で多重して伝送する偏波多重４値位相変調方式（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ − Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＰＭ−ＱＰＳＫ）が、実用化に向けて活発に研究開発されている。偏波多重４値位相変調方式によれば、周波数帯域幅を増加させることなく伝送容量を拡大することが可能である。なお、偏波多重４値位相変調方式は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）とも呼ばれる。
次に、光の位相に情報を乗せる位相変調方式に用いられる光送信器について説明する。ここでは、一例として、４値光位相変調方式（ＱＰＳＫ）を用いて説明する。図９は、４値光位相変調方式（ＱＰＳＫ）に用いられる光送信器の構成の一例を示すブロック図である。光送信器６１００は、光源６１０１と、位相変調部６１０２と、駆動部Ｉ６１０３と、駆動部Ｑ６１０４と、分岐部６１０５と、電圧制御部６１０６とを有する。位相変調部６１０２は、ＣＷ光分岐部６１０７と、変調器Ｉ６１０８と、変調器Ｑ６１０９と、シフト部６１１０と、混合部６１１１、とを有する。
光源６１０１は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を出力する。ＣＷ光分岐部６１０７は、光源６１０１が出力したＣＷ光を分岐し、分岐した光を変調器Ｉ６１０８および変調器Ｑ６１０９に出力する。駆動部Ｉ６１０３は、送信する情報であるデータＩに対応する電圧を生成し、生成した電圧を変調器Ｉ６１０８に印加する。駆動部Ｑ６１０４は、送信する情報であるデータＱに対応する電圧を生成し、生成した電圧を変調器Ｑ６１０９に印加する。ここで、ＩおよびＱはコンスタレーションのＩ軸およびＱ軸に対応する。すなわち、データＩは送信する情報に対応するシンボルのＩ軸の値を決定する。同様に、データＱは送信する情報に対応するシンボルのＱ軸の値を決定する。
変調器Ｉ６１０８は、ＣＷ光分岐部６１０７が分岐したＣＷ光の一方を駆動部Ｉ６１０３が生成した電圧に基づいて変調する。このような変調器Ｉ６１０８を実現する手段として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの誘電体を光導波路としたマッハ・ツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型の変調器（以下、マッハ・ツェンダ型光変調器と言う）を用いることができる。このようなマッハ・ツェンダ型光変調器は周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。一方、変調器Ｑ６１０９は、ＣＷ光分岐部６１０７が分岐したＣＷ光の他方を駆動部Ｑ６１０４が生成した電圧に基づいて変調する。
位相変調部６１０２は図９に示すように、上述のマッハ・ツェンダ型光変調器が入れ子構造となり、４値位相変調器を構成している。ここでシフト部６１１０は、変調器Ｑ６１０９が出力した光の位相を変化させる。例えば、４値位相変調方式ではシフト部６１１０は、変調器Ｑ６１０９が出力した光の位相をπ／２［ｒａｄｉａｎ］だけ変化させる。次いで、シフト部６１１０は、シフト後の光を混合部６１１１に出力する。混合部６１１１は、変調器Ｉ６１０８が出力した光とシフト部６１１０が出力した光とを混合する。次いで、混合部６１１１は混合した光を分岐部６１０５に出力する。分岐部６１０５は、位相変調部６１０２が出力した光を分岐する。次いで、分岐部６１０５は分岐した光を電圧制御部６１０６に出力する。
電圧制御部６１０６は、分岐部６１０５が分岐した光に基づいて位相変調部６１０２を制御する。具体的には、電圧制御部６１０６は変調器Ｉ６１０８、変調器Ｑ６１０９、およびシフト部６１１０に印加する直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）電圧の制御を行う。
次に、電圧制御部６１０６の動作について図面を用いて詳細に説明する。まず、変調器に印加される電圧（以下、駆動電圧と言う）と透過光強度との関係について説明する。図１０Ａは、送信する情報の電気信号と変調器の特性との関係を説明するための図である。ここで変調器の特性とは、駆動電圧に対する変調器の透過光強度の変化をいう。また、図１０Ｂは位相変調された光信号を模式的に示した図である。変調器Ｉ６１０８には、電圧制御部６１０６が出力する直流電圧と駆動部Ｉ６１０３が出力する電圧との和が駆動電圧として印加される。
マッハ・ツェンダ型光変調器を用いて光の位相を変調する場合、送信する情報である「０」／「１」に対応する光出力が透過光強度の隣り合う最大（Ｐｅａｋ）点に合致するように、駆動部が生成する電圧（以下、駆動振幅と言う）を調整する。具体的には、マッハ・ツェンダ型光変調器を透過した光の位相がπ［ｒａｄｉａｎ］変化する電圧と等しくなるように駆動振幅を調整する。以下では、マッハ・ツェンダ型光変調器を透過した光の位相がπ［ｒａｄｉａｎ］変化する電圧の半分の電圧をＶπ［Ｖ］とする。そして、送信する情報である「０」／「１」に対応する駆動振幅の平均値が変調器の透過光強度の最小（Ｎｕｌｌ）点と合致するように、電圧制御部６１０６が変調器Ｉ６１０８および変調器Ｑ６１０９に印加する直流電圧を調整する。具体的には、電圧制御部６１０６は送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が、図１０Ａに示したＶπ［Ｖ］、３Ｖπ［Ｖ］、・・・のいずれかになるように直流電圧を調整する。
特許文献１に、上述したように変調器に印加する直流電圧を調整する送信器の構成の一例が開示されている。つまり、この送信器は、送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が変調器の光透過強度の最小点と合致するように変調器に印加する直流電圧を調整する。特許文献１による変調器では、第２の光源からの光が変調器の出力側から逆進光として入力され、変調器の入力側において逆進光の強度が測定される。そして、逆進光の強度が最小となるように変調器に印加する直流電圧の制御が行われる。このような構成により、送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が変調器の光透過強度の最小点と合致するように直流電圧が調整される。
特開２００９−０８１７４７号公報（段落「００２６」） In recent years, in addition to the use of the Internet centering on conventional homepage browsing, the transmission and reception of moving images and the like due to the widespread use of mobile terminals has increased, so the traffic volume of the backbone network has increased rapidly. With this rapid increase in traffic volume, super high speed transmission speeds of 40 Gbit / s to 100 Gbit / s or higher are used in place of conventional optical transmission systems with transmission speeds of 2.5 Gbit / s or 10 Gbit / s. Optical transmission systems are being studied.
In a conventional optical transmission system, intensity modulation / direct detection reception (IM-DD) in which information is added to the light intensity on the transmission side, and the information is recovered by detecting the light intensity on the reception side (Intensity Modulation-Direct Detection: IM-DD). A scheme has been used. On the other hand, adoption of a digital coherent reception system is considered promising in ultra high-speed optical transmission systems. The digital coherent reception method is a reception method in which a phase modulation method (Phase Shift Keying), a coherent reception (Coherent Detection) technique, and a digital signal processing (Digital Signal processing) technique are combined. Digital coherent reception systems are required for long-distance optical fiber transmission, such as optical signal-to-noise (Optical Signal to Noise Ratio) tolerance characteristics, chromatic dispersion tolerance characteristics, and polarization mode dispersion tolerance characteristics. Excellent characteristics.
In the phase modulation method, information is put on the phase of light on the transmission side, and the information is restored by detecting the phase of light on the reception side. Among the phase modulation schemes, binary phase modulation scheme (BPSK) and quaternary phase shift keying (QPSK) are attracting attention because of the balance of transmission characteristics, ease of implementation, and cost. Yes. Furthermore, there is a Polarization Multiplexing-Quadrature Phase Shift Keying (PM-QPSK) that multiplexes and transmits a quaternary phase modulation signal excellent in frequency utilization efficiency with two orthogonal polarizations. It is actively researched and developed for practical application. According to the polarization multiplexing quaternary phase modulation method, the transmission capacity can be expanded without increasing the frequency bandwidth. The polarization multiplexing quaternary phase modulation method is also called DP-QPSK (Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying).
Next, an optical transmitter used in the phase modulation method for putting information on the phase of light will be described. Here, as an example, a description will be given using a quaternary optical phase modulation method (QPSK). FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of an optical transmitter used in quaternary optical phase modulation (QPSK). The optical transmitter 6100 includes a light source 6101, a phase modulation unit 6102, a drive unit I 6103, a drive unit Q 6104, a branching unit 6105, and a voltage control unit 6106. The phase modulation unit 6102 includes a CW optical branching unit 6107, a modulator I6108, a modulator Q6109, a shift unit 6110, and a mixing unit 6111.
The light source 6101 outputs CW (Continuous Wave) light. The CW light branching unit 6107 branches the CW light output from the light source 6101 and outputs the branched light to the modulator I 6108 and the modulator Q 6109. The drive unit I6103 generates a voltage corresponding to the data I that is information to be transmitted, and applies the generated voltage to the modulator I6108. Drive unit Q6104 generates a voltage corresponding to data Q that is information to be transmitted, and applies the generated voltage to modulator Q6109. Here, I and Q correspond to the I axis and Q axis of the constellation. That is, the data I determines the I-axis value of the symbol corresponding to the information to be transmitted. Similarly, data Q determines the Q-axis value of the symbol corresponding to the information to be transmitted.
The modulator I6108 modulates one of the CW lights branched by the CW light branching unit 6107 based on the voltage generated by the driving unit I6103. As a means for realizing such a modulator I6108, for example, a Mach-Zehnder type modulator (hereinafter referred to as a Mach-Zehnder type light) using a dielectric such as lithium niobate (LiNbO 3 ) as an optical waveguide is used. A modulator). Since such a Mach-Zehnder type optical modulator is well known, detailed description thereof is omitted here. On the other hand, modulator Q6109 modulates the other of the CW light branched by CW light branching unit 6107 based on the voltage generated by driving unit Q6104.
As shown in FIG. 9, the phase modulation unit 6102 has a quaternary phase modulator in which the Mach-Zehnder type optical modulator described above is nested. Here, shift section 6110 changes the phase of the light output from modulator Q6109. For example, in the quaternary phase modulation method, the shift unit 6110 changes the phase of the light output from the modulator Q6109 by π / 2 [radian]. Next, the shift unit 6110 outputs the shifted light to the mixing unit 6111. The mixing unit 6111 mixes the light output from the modulator I 6108 and the light output from the shift unit 6110. Next, the mixing unit 6111 outputs the mixed light to the branching unit 6105. The branching unit 6105 branches the light output from the phase modulation unit 6102. Next, the branching unit 6105 outputs the branched light to the voltage control unit 6106.
The voltage control unit 6106 controls the phase modulation unit 6102 based on the light branched by the branching unit 6105. Specifically, voltage control unit 6106 controls direct current (DC) voltage applied to modulator I 6108, modulator Q 6109, and shift unit 6110.
Next, the operation of the voltage control unit 6106 will be described in detail with reference to the drawings. First, the relationship between the voltage applied to the modulator (hereinafter referred to as drive voltage) and the transmitted light intensity will be described. FIG. 10A is a diagram for explaining the relationship between the electrical signal of information to be transmitted and the characteristics of the modulator. Here, the characteristic of the modulator means a change in transmitted light intensity of the modulator with respect to the driving voltage. FIG. 10B schematically shows a phase-modulated optical signal. The modulator I6108 is applied with the sum of the DC voltage output from the voltage control unit 6106 and the voltage output from the drive unit I6103 as the drive voltage.
When the phase of light is modulated using a Mach-Zehnder type optical modulator, the light output corresponding to “0” / “1”, which is information to be transmitted, matches the adjacent peak point of transmitted light intensity. As described above, the voltage generated by the drive unit (hereinafter referred to as drive amplitude) is adjusted. Specifically, the drive amplitude is adjusted so that the phase of the light transmitted through the Mach-Zehnder optical modulator becomes equal to a voltage that changes by π [radian]. Hereinafter, a voltage that is half the voltage at which the phase of the light transmitted through the Mach-Zehnder optical modulator changes by π [radian] is referred to as V π [V]. The voltage control unit 6106 then adjusts the modulator I6108 and the modulator I6108 so that the average value of the drive amplitude corresponding to “0” / “1” that is information to be transmitted matches the minimum (Null) point of the transmitted light intensity of the modulator. The DC voltage applied to modulator Q6109 is adjusted. Specifically, the voltage control unit 6106 sets the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted to one of V π [V], 3V π [V],... Shown in FIG. Adjust the DC voltage.
Patent Document 1 discloses an example of a configuration of a transmitter that adjusts a DC voltage applied to a modulator as described above. That is, this transmitter adjusts the DC voltage applied to the modulator so that the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted matches the minimum point of the light transmission intensity of the modulator. In the modulator according to Patent Document 1, light from the second light source is input as backward light from the output side of the modulator, and the intensity of the backward light is measured on the input side of the modulator. The direct current voltage applied to the modulator is controlled so that the intensity of the backward light is minimized. With such a configuration, the DC voltage is adjusted so that the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted matches the minimum point of the light transmission intensity of the modulator.
JP 2009-081747 A (paragraph “0026”)

上述したように、特許文献１に記載された関連する変調器によれば、送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が変調器の透過光強度の最小点になるように、変調器に印加する直流電圧を安定に制御することが可能になる。しかしながら、特許文献１に記載された変調器では、送信する情報と、変調器が変調した後の光の位相との対応関係が確定しないという問題点があった。以下に、変調器が変調した後の光の位相と送信する情報との対応関係が確定しない理由について詳細に説明する。
変調器が変調した後の光の位相と送信する情報との間には、２種類の対応関係が存在する。以下に、この対応関係について図１０Ａを用いて説明する。
まず、上述の制御により送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が、図１０Ａに示したＶπ［Ｖ］になるように変調器に印加する直流電圧が調整された場合について考える。この場合、送信する情報である「０」／「１」に対応する変調後の光の位相は、「０」／「π」［ｒａｄｉａｎ］となる。以下では、この場合における、送信する情報と変調した後の光の位相との対応関係を「正論理」と言う。
次に、送信する情報に対応する駆動振幅の平均値が、図１０Ａに示した３Ｖπ［Ｖ］になるように変調器に印加する直流電圧が調整された場合について考える。この場合、送信する情報である「０」／「１」に対応する変調後の光の位相は、「π」／「０」［ｒａｄｉａｎ］となる。以下では、この場合における、送信する情報と変調した後の光の位相との対応関係を「負論理」と言う。
このように変調器に印加する直流電圧の値によって、変調器が変調した後の光の位相と送信する情報との間に、２種類の対応関係が存在する。しかしながら、変調器に印加する直流電圧の値と、「正論理」となるか「負論理」となるかの対応関係は、変調器の個体差、温度変化または経時変化等により異なる。そのため、変調器に印加する直流電圧を安定に制御できたとしても、変調器が「正論理」で動作するか、「負論理」で動作するかを識別するのは困難である。その結果、送信する情報と、変調器が変調した後の光の位相との対応関係が確定しないことになる。
このため、位相変調方式として、例えばＱＰＳＫ方式を採用した場合、図１１に示すように、１種類の送信する情報に対して４種類の位相状態が存在しうる。図の横軸はＱＰＳＫ方式における同相軸（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ：Ｉ軸）であり、縦軸は直交軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：Ｑ軸）である。Ｉ軸、Ｑ軸に対応する位相変調において、それぞれ「正論理」と「負論理」を取り得るので、以下の４通りの組み合わせが存在する。すなわち、Ｉ軸、Ｑ軸ともに正論理で動作する場合（正論理、正論理）、Ｉ軸だけ反転した場合（負論理、正論理）、Ｉ軸とＱ軸が共に反転した場合（負論理、負論理）、およびＱ軸だけが反転した場合（正論理、負論理）の４種類である。具体的には例えば、１種類の送信する情報「００」に対する光の位相状態として、上述の組み合わせに対応して、π／４、３π／４、５π／４、７π／４という４種類の光位相状態が存在することになる。
そして、このように位相変調された光を受信する光受信器においては、取り得る位相状態の組み合わせの中から、送信された情報に一致する組み合わせを探索するための処理回路が必要となる。そのため、光受信器の構成が複雑になるという問題があった。
このように、関連する位相変調器を用いた光送信器においては、変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することが困難であり、そのため光受信器の構成が複雑になる、という問題があった。
本発明の目的は、上述した課題である、関連する位相変調器を用いた光送信器においては、変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することが困難であり、そのため光受信器の構成が複雑になる、という課題を解決する光通信装置、光送信器および光送信方法を提供することにある。As described above, according to the related modulator described in Patent Document 1, it is applied to the modulator so that the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted becomes the minimum point of the transmitted light intensity of the modulator. It is possible to stably control the direct current voltage. However, the modulator described in Patent Document 1 has a problem that the correspondence between the information to be transmitted and the phase of the light after the modulator modulates is not fixed. Hereinafter, the reason why the correspondence relationship between the phase of the light after modulation by the modulator and the information to be transmitted is not fixed will be described in detail.
There are two types of correspondence between the phase of light after modulation by the modulator and the information to be transmitted. Hereinafter, this correspondence will be described with reference to FIG. 10A.
First, consider the case where the DC voltage applied to the modulator is adjusted so that the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted by the control described above becomes V π [V] shown in FIG. 10A. In this case, the phase of the modulated light corresponding to “0” / “1” which is information to be transmitted is “0” / “π” [radian]. Hereinafter, the correspondence between the information to be transmitted and the phase of the modulated light in this case is referred to as “positive logic”.
Next, consider a case where the DC voltage applied to the modulator is adjusted so that the average value of the drive amplitude corresponding to the information to be transmitted is 3V π [V] shown in FIG. 10A. In this case, the phase of the modulated light corresponding to “0” / “1” that is information to be transmitted is “π” / “0” [radian]. Hereinafter, the correspondence between the information to be transmitted and the phase of the modulated light in this case is referred to as “negative logic”.
In this way, there are two types of correspondence between the phase of light after the modulator modulates and the information to be transmitted, depending on the value of the DC voltage applied to the modulator. However, the correspondence relationship between the value of the DC voltage applied to the modulator and whether it is “positive logic” or “negative logic” varies depending on individual differences in the modulator, temperature changes, changes with time, and the like. For this reason, even if the DC voltage applied to the modulator can be stably controlled, it is difficult to identify whether the modulator operates in “positive logic” or “negative logic”. As a result, the correspondence between the information to be transmitted and the phase of the light after modulation by the modulator is not fixed.
For this reason, when the QPSK method is adopted as the phase modulation method, for example, as shown in FIG. 11, four types of phase states can exist for one type of information to be transmitted. The horizontal axis in the figure is the in-phase axis (In-phase: I axis) in the QPSK system, and the vertical axis is the orthogonal axis (Quadrature-phase: Q axis). In the phase modulation corresponding to the I axis and the Q axis, “positive logic” and “negative logic” can be taken, respectively, and there are the following four combinations. That is, when both the I axis and Q axis operate with positive logic (positive logic, positive logic), when only the I axis is inverted (negative logic, positive logic), when both the I axis and Q axis are inverted (negative logic, Negative logic) and when only the Q axis is inverted (positive logic, negative logic). Specifically, for example, four types of light of π / 4, 3π / 4, 5π / 4, and 7π / 4 corresponding to the combinations described above as the phase state of light with respect to one type of information “00” to be transmitted. There will be a phase state.
In the optical receiver that receives the phase-modulated light as described above, a processing circuit for searching for a combination that matches the transmitted information from the possible combinations of phase states is required. Therefore, there is a problem that the configuration of the optical receiver is complicated.
As described above, in an optical transmitter using a related phase modulator, it is difficult to determine the correspondence between the phase of the modulated light and the information to be transmitted, which makes the configuration of the optical receiver complicated. There was a problem of becoming.
The object of the present invention is to determine the correspondence between the phase of the modulated light and the information to be transmitted in the optical transmitter using the related phase modulator, which is the problem described above. An object of the present invention is to provide an optical communication device, an optical transmitter, and an optical transmission method for solving the problem that the configuration of the optical receiver becomes complicated.

本発明の光通信装置は、送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する光送信器と、位相変調された光を受信し復調する光受信器と、送信光の一部を光受信器に導入する光帰還部、とを有し、光送信器は、連続光を出力する光源と、連続光を送信情報に基づいて位相変調する位相変調部と、位相変調部の動作を制御する制御部とを備え、光受信器は、光帰還部から得た送信光を復調することにより受信情報を取得し、受信情報を制御部に送出し、制御部は、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部の動作を制御する。
本発明の光送信器は、連続光を出力する光源と、連続光を送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する位相変調部と、位相変調部の動作を制御する制御部、とを有し、制御部は、送信光を復調した受信情報を取得し、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部の動作を制御する。
本発明の光送信方法は、連続光を送信情報に基づいて位相変調し、位相変調した送信光を出力し、送信光を復調した受信情報を取得し、送信情報と受信情報に基づいて位相変調を制御する。An optical communication apparatus according to the present invention includes an optical transmitter that outputs transmission light that is phase-modulated based on transmission information, an optical receiver that receives and demodulates phase-modulated light, and an optical receiver that transmits part of the transmission light. An optical feedback unit, and a light transmitter that outputs continuous light, a phase modulation unit that phase-modulates the continuous light based on transmission information, and a control that controls the operation of the phase modulation unit The optical receiver acquires the reception information by demodulating the transmission light obtained from the optical feedback unit, and sends the reception information to the control unit. The control unit is based on the transmission information and the reception information. Controls the operation of the phase modulator.
An optical transmitter of the present invention includes: a light source that outputs continuous light; a phase modulation unit that outputs transmission light obtained by phase-modulating continuous light based on transmission information; and a control unit that controls the operation of the phase modulation unit. The control unit acquires reception information obtained by demodulating the transmission light, and controls the operation of the phase modulation unit based on the transmission information and the reception information.
The optical transmission method of the present invention phase-modulates continuous light based on transmission information, outputs phase-modulated transmission light, acquires reception information obtained by demodulating transmission light, and performs phase modulation based on transmission information and reception information. To control.

本発明の光通信装置、光送信器および光送信方法によれば、簡易な構成によって、光送信器における変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することが可能になる。   According to the optical communication device, the optical transmitter, and the optical transmission method of the present invention, it is possible to determine the correspondence between the phase of light after modulation in the optical transmitter and the information to be transmitted with a simple configuration.

図１は本発明の第１の実施形態に係る光通信装置の構成を示すブロック図である。
図２Ａは本発明の第１の実施形態に係る光送信器における、送信情報と変調後の光の位相との関係（正論理の場合）を示す表である。
図２Ｂは本発明の第１の実施形態に係る光送信器における、送信情報と変調後の光の位相との関係（負論理の場合）を示す表である。
図３は本発明の第１の実施形態に係る光通信装置の動作を示すフローチャートである。
図４は本発明の第１の実施形態に係る光通信装置を用いた光伝送システムの構成を示すブロック図である。
図５は本発明の第２の実施形態に係る光通信装置の動作を説明するための表である。
図６は本発明の第２の実施形態に係る光通信装置の動作を示すフローチャートである。
図７は本発明の第３の実施形態に係る光送信器の構成を示すブロック図である。
図８は本発明の第４の実施形態に係る光通信装置の構成を示すブロック図である。
図９は４値光位相変調方式（ＱＰＳＫ）に用いられる光送信器の構成の一例を示すブロック図である。
図１０Ａは送信する情報の電気信号と変調器の特性との関係を説明するための図である。
図１０Ｂは位相変調された光信号を模式的に示した図である。
図１１はＱＰＳＫ方式における送信する情報と変調された光の位相との関係を示す図である。
図１２ＡはＱＰＳＫ方式において「＋π／２」回転させた場合における、送信情報と変調後の光の位相との関係を示す図である。
図１２ＢはＱＰＳＫ方式において「−π／２」回転させた場合における、送信情報と変調後の光の位相との関係を示す図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a table showing a relationship (in the case of positive logic) between transmission information and the phase of modulated light in the optical transmitter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a table showing a relationship (in the case of negative logic) between transmission information and the phase of modulated light in the optical transmitter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the optical communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an optical transmission system using the optical communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a table for explaining the operation of the optical communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the optical communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an optical communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of an optical transmitter used in quaternary optical phase modulation (QPSK).
FIG. 10A is a diagram for explaining the relationship between the electrical signal of information to be transmitted and the characteristics of the modulator.
FIG. 10B schematically shows a phase-modulated optical signal.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between information to be transmitted and the phase of modulated light in the QPSK system.
FIG. 12A is a diagram showing the relationship between transmission information and the phase of light after modulation when rotating by “+ π / 2” in the QPSK system.
FIG. 12B is a diagram illustrating a relationship between transmission information and the phase of light after modulation in the case of rotating “−π / 2” in the QPSK system.

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光通信装置１０００の構成を示すブロック図である。光通信装置１０００は、光送信器１１００、光受信器１２００、および光帰還部１３００を有する。光送信器１１００は送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する。光受信器１２００は位相変調された光を受信し復調する。光帰還部１３００は光送信器１１００が出力する送信光の一部を光受信器１２００に導入する。
光送信器１１００は、連続光を出力する光源１１１０、連続光を送信情報に基づいて位相変調する位相変調部１１２０、および位相変調部１１２０の動作を制御する制御部１１３０を備える。光受信器１２００は、光帰還部１３００から得た送信光を復調することにより受信情報を取得し、この受信情報を制御部１１３０に送出する。そして、制御部１１３０は、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部１１２０の動作を制御する。
光源１１１０には、例えばレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）等を使用することができる。位相変調部１１２０は光源１１１０が出力する連続光を位相変調し、位相変調した送信光を出力する。位相変調方式としては、例えば、ＭＰＳＫ（Ｍ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、Ｍは整数）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等を用いることができる。位相変調部１１２０はマッハ・ツェンダ型光変調器を備えた構成とすることができ、光導波路材料には、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の誘電体を用いることができる。
光受信器１２００は光帰還部１３００から入力される送信光に限らず、通信相手から位相変調された信号光を受信し復調することができる。
このような構成を採用することにより、本実施形態の光通信装置１０００によれば、送信情報と受信情報に基づいて光送信器１１００の動作を制御することが可能になる。そのため、簡易な構成によって、光送信器１１００における変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することができる。
次に、本実施形態の光通信装置１０００について、さらに詳細に説明する。制御部１１３０は、位相変調部１１２０に対して駆動信号を付加する駆動部１１３１と、送信情報と受信情報を比較し、比較した結果に基づいて駆動部を制御する判定部１１３２を備えた構成とすることができる。ここで、駆動信号には、送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号が含まれる。
また、光帰還部１３００は、送信光の一部を分岐する光分岐部１３１０と、分岐された送信光と通信相手からの信号光のいずれか一方を光受信器１２００に導入する光切り替え部１３２０を備えた構成とすることができる。光分岐部１３１０には例えば、ファイバ型の光カプラや平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）を用いることができる。
また、光切り替え部１３２０には、微小ミラーを用いた機械式光スイッチや、熱光学効果を用いた導波路型光スイッチを用いることができる。
光受信器１２００は、位相変調された光を復調することにより入力された光の位相に関する情報を復元する。そして、復元した光の位相に関する情報を受信情報として判定部１１３２に送出する。光の位相に関する情報は、復元した光の位相に対応づけられた情報であればよく、例えば２値論理を採用することができる。すなわち光受信器１２００は、復元した光の位相が「π」［ｒａｄｉａｎ］である場合、予め対応づけられた２値論理の「０」を判定部１１３２に送出する構成とすることができる。復調方式としては、例えばコヒーレント受信方式を用いることができる。
ここで、位相変調方式について説明する。送信する情報（送信情報）と、位相変調部１１２０が変調した後の光の位相との間には、背景技術でも述べたように、２種類の対応関係（以下、「光位相マッピング」と言う）が存在する。図２Ａ、２Ｂに光位相マッピングの例を示す。図２Ａは正論理の場合を、図２Ｂは負論理の場合をそれぞれ示す。図２Ａおよび図２Ｂの上段は送信情報を、下段は変調後の光の位相を示し、上段の送信情報が下段の変調後の光の位相と対応している。このとき、光位相マッピングが光通信装置１０００において予め定められた対応関係である場合、送信情報と受信情報は一致する。しかし、光位相マッピングが予め定められた対応関係と異なる場合、送信情報と受信情報は一致しない。
判定部１１３２は送信情報と受信情報を比較し、送信情報と受信情報が一致する場合は、位相変調部１１２０に付加する直流信号の値を維持するように駆動部１１３１を制御する。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合は、直流信号の値を変更するように駆動部１１３１を制御する。
次に、送信情報と受信情報の比較動作について説明する。送信情報と受信情報の比較には、送信情報として予め定められた情報を用いることができる。予め定められた情報が制御部１１３０に入力されると、駆動部１１３１は予め定められた情報に対応した変調信号と変調信号の平均値を調整する直流信号とからなる駆動信号（例えば駆動電圧）を位相変調部１１２０に印加する。位相変調部１１２０はこのときの駆動信号に基づいて連続光を変調し、変調後の光を送信光として出力する。
光帰還部１３００は送信光を分岐し、分岐された送信光を光受信器１２００に入力する。光受信器１２００は入力された送信光の位相を抽出し、復調した受信情報を判定部１１３２に送出する。判定部１１３２は、受信情報と予め定められた情報とを比較する。
ここで、予め定められた情報として例えば、図２Ａの上段に示した情報が制御部１１３０に入力された場合を考える。このとき、光通信装置１０００において予め定められた光位相マッピングが図２Ａに示した対応関係であるとする。また光受信器１２００が抽出した送信光は図２Ｂの下段に示した位相を有するものとする。判定部１１３２は、送信情報として予め定められた情報（図２Ａの上段）と、光受信器１２００が抽出した位相（図２Ｂの下段）から予め定められた光位相マッピング（図２Ａ）に基づいて求められる受信情報とを比較する。この場合、送信情報と受信情報は一致しないことがわかる。
なお、予め定められた情報としては、通信相手に送出する送信情報とは別の情報を用いる場合に限らず、送信情報の一部を用いることもできる。例えば、送信情報に含まれるフレームヘッダ部やトレーニング信号部などの既知の情報パターンを用いることができる。このような既知の情報パターンには、例えばＰＲＢＳ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｂｉｔ Ｓｔｒｅａｍ）等がある。
送信情報は、位相変調部１１２０が変調する光の位相と対応付けられる。送信情報として例えば、２値の論理の組み合わせによる情報を用いてもよい。論理の組み合わせの例として２値位相変調方式を用いる場合、送信情報の最小単位は、「０」または「１」である。また、他の例として、４値位相変調方式を用いる場合、送信情報の最小単位は、「００」、「０１」、「１０」および「１１」の内のいずれかである。
駆動部１１３１は上述した比較結果に基づいて、送信情報と受信情報が一致するように位相変調部１１２０に付加する直流信号の値を制御する。位相変調部１１２０がマッハ・ツェンダ型光変調器を備える場合、直流信号として直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）電圧が用いられる。このとき、送信情報と受信情報が一致する場合は、光位相マッピングが光通信装置１０００において予め定められたものと等しいので、判定部１１３２はＤＣ電圧の値を維持するように駆動部１１３１を制御する。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合は、光位相マッピングが予め定められたものと異なっているので、判定部１１３２はＤＣ電圧の値を変更するように駆動部１１３１を制御する。
次に、位相変調部１１２０に付加する直流信号の値を変更する幅について説明する。この直流信号を変更する幅は、位相変調部１１２０の駆動信号と位相変調部１１２０の透過光強度との関係に基づいて定まる。例えば、位相変調部１１２０がマッハ・ツェンダ型光変調器を備える場合、直流信号としてのＤＣ電圧を変更する幅は、２Ｖπ［Ｖ］となる。また、マッハ・ツェンダ型光変調器が駆動する範囲で、変更する幅を２Ｖπ＋２Ｖπ×Ｎ（Ｎは偶数）［Ｖ］とすることができる。
続いて、図１２Ａを用いてさらに具体的に説明する。駆動部１１３１が位相変調部１１２０にＤＣ電圧として例えば３Ｖπ［Ｖ］印加している場合を考える。このとき、光位相マッピングは図中に示すように負論理となる。予め定められた光位相マッピングが正論理であるとすると、送信情報と受信情報が一致しない。そこで判定部１１３２は、ＤＣ電圧の値を例えばＶπ［Ｖ］に変更するように駆動部１１３１を制御する。これにより、光位相マッピングを予め定められた正論理に変更することができる。
一方、予め定められた光位相マッピングが負論理である場合、送信情報と受信情報は一致する。したがって、判定部１１３２はこのときのＤＣ電圧の値（３Ｖπ［Ｖ］）を維持するように駆動部１１３１を制御する。
次に、本実施形態の光通信装置１０００の動作について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の光通信装置１０００の動作を示すフローチャートである。光通信装置１０００ではまず光送信器１１００において、光源１１１０が出力する連続光（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：ＣＷ）を位相変調部１１２０が送信情報に基づいて位相変調する（ステップＳ１１０）。具体的には、制御部１１３０が備える駆動部１１３１が位相変調部１１２０に、送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号を印加する。
光送信器１１００は位相変調した送信光を光帰還部１３００へ出力する（ステップＳ１２０）。光帰還部１３００は光送信器１１００が出力する送信光の一部を光受信器１２００に導入し、光受信器１２００は送信光を復調し、受信情報を取得する（ステップＳ１３０）。
続いて光通信装置１０００は光送信器１１００が備える制御部１１３０において、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部１１２０が行う位相変調を制御する（ステップＳ１４０）。具体的には、まず、制御部１１３０が備える判定部１１３２が、送信情報と受信情報が一致するか否か判断する（ステップＳ１４２）。そして、このときの判断結果に基づいて、判定部１１３２は送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号を制御する。例えば、送信情報と受信情報が一致する場合（ステップＳ１４２／ＹＥＳ）、判定部１１３２は直流信号の値を維持するように駆動部１１３１を制御する（ステップＳ１４４）。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合は（ステップＳ１４２／ＮＯ）、判定部１１３２は直流信号の値を変更するように駆動部１１３１を制御する（ステップＳ１４６）。
このような構成を採用することにより、本実施形態の光送信方法によれば、送信情報と受信情報に基づいて光送信器１１００の動作を制御することが可能になる。そのため、簡易な構成によって、光送信器１１００における変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することができる。その結果、光通信装置１０００の通信相手となる光受信器において、光通信装置１０００における送信情報と変調後の光の位相との対応関係が、正論理か負論理化かを判断する回路が不要となる。このため、通信相手側の受信回路の規模を縮小し、消費電力を削減することが可能となる。
次に、本実施形態による光通信装置１０００を用いた光伝送システムについて説明する。図４は、光通信装置１０００を用いた光伝送システム５０００の構成を示すブロック図である。光伝送システム５０００は、光通信装置１０００Ａ、光通信装置１０００Ｂ、および光通信装置１０００Ｃを有する。光通信装置１０００Ａと光通信装置１０００Ｃとは伝送路５１００で接続される。また、光通信装置１０００Ｂと光通信装置１０００Ｃとは伝送路５２００で接続される。ここで、光通信装置１０００Ｃは、光通信装置１０００Ａまたは光通信装置１０００Ｂが備える光受信器であってもよい。また、光通信装置１０００Ｃと接続する光通信装置の数を３以上とすることもできる。
光通信装置１０００Ａは伝送路５１００を介して光通信装置１０００Ｃと送受信を行う。同様に、光通信装置１０００Ｂは伝送路５２００を介して光通信装置１０００Ｃと送受信を行う。光通信装置１０００Ｃは通信を行う対象として光通信装置１０００Ａまたは光通信装置１０００Ｂのいずれかを選択して随時切り替え、光通信装置１０００Ａまたは光通信装置１０００Ｂのいずれか一方と通信を行う。
なお、この場合、通信相手側の光受信器において光位相マッピングが正論理か負論理かを判断する構成とした場合、以下のような問題がある。すなわち、光通信装置１０００Ｃが備える光受信器は複数の光通信装置と通信を行う。そのため、光通信装置１０００Ｃが備える光受信器は、複数の光通信装置のそれぞれに対して光位相マッピングが正論理か負論理かを判断しなければならない。従って、光受信器は通信を行う相手の光通信装置が切り替わるたびに上述の判断を行う必要があり、そのための時間が必要になるという問題があった。
しかしながら、本実施形態による光通信装置の構成とすることにより、光通信装置がそれ自体で光位相マッピングを確定させることが可能となる。そのため、本実施形態による光通信装置と通信を行う光受信器は、光位相マッピングが予め定められた関係であるとして受信した信号の復調処理を行うことができる。この結果、光受信器において、通信相手となる光通信装置を切り替える際の時間を短縮することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態による光通信装置２０００は、光送信器２１００の制御部２１３０が備える判定部２１３２の構成が、第１の実施形態による光通信装置１０００と異なる。他の構成は光通信装置１０００と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態による光通信装置２０００が備える判定部２１３２は送信情報と受信情報を比較し、送信情報と受信情報が一致する場合は、変調信号を維持するように駆動部１１３１を制御する。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合は、変調信号を反転するように駆動部１１３１を制御する。
このときの光通信装置２０００の動作について、図５および図１２Ａを用いて説明する。図５は第２の実施形態による光通信装置２０００の動作を説明するための表である。まず、光通信装置２０００において予め定められた光位相マッピングは「正論理」であるとする。すなわち、送信情報である「０」／「１」に対応する変調後の光の位相は、「０」／「π」［ｒａｄｉａｎ］となると定められている。このとき駆動部１１３１は、正論理に従って、送信情報「０」に対しては変調信号として低電圧ＬＯＷ（例えば、０〔Ｖ〕）を位相変調部１１２０に印加する。また、送信情報「１」に対しては変調信号として高電圧ＨＩＧＨ（例えば、２Ｖπ〔Ｖ〕）を位相変調部１１２０に印加する（図５の１行目から３行目、図１２Ａ）。光送信器２１００は送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する。
次に、光通信装置２０００が備える光帰還部１３００は光送信器２１００が出力する送信光の一部を光受信器１２００に導入する。光受信器１２００は光帰還部１３００から得た送信光を、予め定められた正論理に従って復調することにより受信情報を取得し、この受信情報を制御部２１３０に送出する。
制御部２１３０が備える判定部２１３２は送信情報と受信情報を比較し、送信情報と受信情報が一致する場合は、変調信号を維持するように駆動部１１３１を制御する。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合（図５の４行目）、位相変調部１１２０は実際には「負論理」で動作していることになる。そこで判定部２１３２は、変調信号を反転するように駆動部１１３１を制御する。すなわち、駆動部１１３１は送信情報「０」に対しては変調信号として高電圧ＨＩＧＨ（例えば、２Ｖπ〔Ｖ〕）を位相変調部１１２０に印加する。また、送信情報「１」に対しては変調信号として低電圧ＬＯＷ（例えば、０〔Ｖ〕）を位相変調部１１２０に印加する（図５の５行目）。このとき、位相変調部１１２０は「負論理」で動作しているので、送信情報である「０」／「１」に対応する変調後の光の位相は、「０」／「π」［ｒａｄｉａｎ］となる（図５の６行目）。
光送信器２１００は、変調信号を反転して位相変調した送信光を出力する。光受信器１２００はこの送信光を受信し、予め定められた正論理に従って復調することにより受信情報を取得する。このときの受信信号は、正論理に基づいて、変調後の光の位相「０」／「π」［ｒａｄｉａｎ］に対して受信情報は「０」／「１」となるので、送信情報と一致した受信情報が得られる（図５の７行目）。
次に、本実施形態の光通信装置２０００の動作について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の光通信装置２０００の動作を示すフローチャートである。光通信装置２０００ではまず光送信器２１００において、光源１１１０が出力する連続光（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：ＣＷ）を位相変調部１１２０が送信情報に基づいて位相変調する（ステップＳ１１０）。具体的には、制御部２１３０が備える駆動部１１３１が位相変調部１１２０に、送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号を印加する。
光送信器２１００は位相変調した送信光を光帰還部１３００へ出力する（ステップＳ１２０）。光帰還部１３００は光送信器２１００が出力する送信光の一部を光受信器１２００に導入し、光受信器１２００は送信光を復調し、受信情報を取得する（ステップＳ１３０）。ここまでの動作は、第１の実施形態による光通信装置１０００の動作と同様である。
続いて光通信装置２０００は光送信器２１００が備える制御部２１３０において、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部１１２０が行う位相変調を制御する（ステップＳ２４０）。具体的には、まず、制御部２１３０が備える判定部２１３２が、送信情報と受信情報が一致するか否か判断する（ステップＳ２４２）。そして、このときの判断結果に基づいて、判定部２１３２は送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号を制御する。例えば、送信情報と受信情報が一致する場合（ステップＳ２４２／ＹＥＳ）、判定部２１３２は変調信号を維持するように駆動部１１３１を制御する（ステップＳ２４４）。一方、送信情報と受信情報が一致しない場合は（ステップＳ２４２／ＮＯ）、判定部２１３２は変調信号を反転するように駆動部１１３１を制御する（ステップＳ２４６）。
以上述べたように、本実施形態の光通信装置２０００によれば、送信情報と受信情報に基づいて光送信器２１００の動作を制御することが可能になる。そのため、簡易な構成によって、光送信器２１００における変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することができる。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る光送信器３１００の構成を示すブロック図である。光送信器３１００は、連続光を出力する光源３１１０、連続光を送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する位相変調部３１２０、および位相変調部３１２０の動作を制御する制御部３１３０を備える。そして、制御部３１３０は、送信光を復調した受信情報を取得し、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部３１２０の動作を制御する。ここで、受信情報は、光送信器３１００の通信相手である光通信装置から取得することができる。
制御部３１３０は、位相変調部３１２０に対して駆動信号を付加する駆動部３１３１と、送信情報と受信情報を比較し、比較した結果に基づいて駆動部を制御する判定部３１３２を備えた構成とすることができる。ここで、駆動信号には、送信情報に対応した変調信号と、変調信号の平均値を調整する直流信号が含まれる。なお、制御部３１３０の動作は、第１の実施形態による制御部１１３０または第２の実施形態による制御部２１３０の動作と同様であるので、説明を省略する。
このように、本実施形態の光送信器３１００によれば、送信情報と受信情報に基づいて位相変調部３１２０の動作を制御することが可能になる。そのため、簡易な構成によって、光送信器３１００における変調後の光の位相と送信する情報との対応関係を確定することができる。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、変調方式として４値位相変調方式（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）を採用し、デジタルコヒーレント受信方式を用いた場合を例として説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る光通信装置４０００の構成を示すブロック図である。光通信装置４０００は、光送信器４１００、光受信器４２００、および光帰還部４３００を有する。光送信器４１００は送信情報に基づいて４値位相変調した送信光を出力する。光受信器４２００は４値位相変調された光をデジタルコヒーレント受信し復調する。光帰還部４３００は光送信器４１００が出力する送信光の一部を光受信器４２００に導入する。
光送信器４１００は、連続光を出力する光源４１１０、連続光を送信情報に基づいて４値位相変調する位相変調部４１２０、および位相変調部４１２０の動作を制御する制御部を備える。制御部は、駆動部としての駆動部Ｉ４１３１、駆動部Ｑ４１３２、および電源部４１３３と、判定部としての電源制御部４１３４と比較部４１３５を有する。
駆動部Ｉ４１３１は、送信情報であるデータＩに対応した変調信号である駆動電圧を生成する。同様に、駆動部Ｑ４１３２は、送信情報であるデータＱに対応した変調信号である駆動電圧を生成する。駆動部Ｉ４１３１および駆動部Ｑ４１３２の動作は、第１の実施形態による光通信装置１０００が備える駆動部１１３１と同様である。
位相変調部４１２０は、光送信器４１００に入力される送信情報に基づいて連続光を位相変調する。位相変調部４１２０は、例えば、図９に記載した位相変調部６１０２により実現することができる。なお本実施形態では、４値位相変調方式を例として用いているので、送信情報をデータＩおよびデータＱと呼ぶ。ここでデータＩは、コンスタレーションのＩ軸に対応し、データＱはコンスタレーションのＱ軸に対応する。
光受信器４２００は、局部発振光源（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）４２１０と９０度ハイブリッド回路４２２０を有する。９０度ハイブリッド回路４２２０は、局部発振光源４２１０が出力する局部発振光と位相変調された光を入力し、同相（Ｉｎ Ｐｈａｓｅ）信号光と直交（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ）信号光を出力する。さらに光受信器４２００は、光電変換部（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）４２３０、アナログ／デジタル変換部（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４２４０、および信号処理部４２５０を備える。光電変換部４２３０は、同相信号光と直交信号光を光電変換し、同相電気信号と直交電気信号を出力する。アナログ／デジタル変換部４２４０は、同相電気信号と直交電気信号をアナログ／デジタル変換し、同相デジタル信号と直交デジタル信号を出力する。信号処理部４２５０は、同相デジタル信号と直交デジタル信号を復調し、受信情報を比較部４１３５に出力する。信号処理部４２５０は、例えば、デジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＳＰ）によって実現される。
また、光帰還部４３００は、送信光の一部を分岐する光分岐部４３１０と、分岐された送信光と通信相手からの信号光のいずれか一方を光受信器４２００に導入する光切り替え部４３２０を備えた構成とすることができる。光切り替え部４３２０には、微小ミラーを用いた機械式光スイッチや、熱光学効果を用いた導波路型光スイッチを用いることができる。
比較部４１３５は、信号処理部４２５０により取得された受信情報と送信情報であるデータＩ及びデータＱとの比較を行う。比較部４１３５は、比較した結果を電源制御部４１３４に送出する。
次に、本実施形態による光通信装置４０００の動作について説明する。光送信器４１００は、データＩおよびデータＱに基づいて連続光を４値位相変調し、位相変調した送信光を出力する。光分岐部４３１０は、位相変調部４１２０が出力する送信光を分岐し、分岐した送信光の一部を光切り替え部４３２０に出力する。光切り替え部４３２０は、送信光の一部を光受信器４２００に導入するように光路を切り替える。
９０度ハイブリッド回路４２２０は、光切り替え部４３２０より入力された送信光の一部と局部発振光源４２１０からの出力光を干渉させる。光電変換部４２３０は、９０度ハイブリッド回路４２２０において干渉させた干渉光を光電変換し、コヒーレント検波を行う。アナログ／デジタル変換部４２４０は、光電変換部４２３０が変換した電気信号をデジタル信号に変換する。信号処理部４２５０は、デジタル信号を受信情報に復元し、受信情報を比較部４１３５に出力する。これ以降の動作については、第１の実施形態による光通信装置１０００の動作と同一であるため、説明を省略する。
４値位相変調方式（ＱＰＳＫ）の光送信器においては、同相軸（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ：Ｉ軸）に対応する送信情報であるデータＩおよび直交軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：Ｑ軸）に対応するデータＱと、位相変調部が変調した後の送信光の位相との関係が確定しない。そのため上述したように、１種類の送信情報に対して図１１に示す４種類の位相状態が存在しうる。すなわち、Ｉ軸、Ｑ軸ともに正論理で動作する場合（正論理、正論理）、Ｉ軸だけ反転した場合（負論理、正論理）、Ｉ軸とＱ軸が共に反転した場合（負論理、負論理）、およびＱ軸だけが反転した場合（正論理、負論理）の４種類である。このため、例えば、データＩ、データＱが共に「０」である送信情報「００」に対する光の位相状態として、上述の組み合わせに対応して、π／４、３π／４、５π／４、７π／４［ｒａｄｉａｎ］という４種類の光位相状態が存在することになる。
しかしながら、本実施形態の光通信装置４０００によれば、上述した構成を採用することにより、送信情報と受信情報に基づいて光送信器４１００の動作を制御することが可能になる。そのため、簡易な構成によって、光送信器４１００における変調後の光の位相と、送信する情報であるデータＩおよびデータＱとの対応関係を確定することができる。
また、このような構成を採用することにより、例えば光送信器４１００の電源起動時などにおいて、直流信号としての直流電圧の初期収束安定点に依存することなく、変調後の光の位相と送信情報との対応関係を特定の関係に保持することができる。この結果、例えば温度変化や経時変化によって、位相変調部４１２０を構成する変調器の直流電圧にドリフトが生じた場合や、デバイスの個体差で直流電圧の値が異なる場合であっても、上述の対応関係を特定の関係に維持することが可能である。
また、本実施形態の光通信装置４０００によれば、送信する情報の速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓである場合、または１００Ｇｂｉｔ／ｓである場合であっても、上述の対応関係の制御は影響を受けない。すなわち、上述の対応関係の制御にはビットレートの依存性は生じない。
さらに、光送信器４１００が出力する送信光の一部を光受信器４２００に導入する光帰還部４３００の構成には、安価で低速な部品を使用することが可能である。光通信装置４０００のその他の構成は、通常のＱＰＳＫ光送信器およびデジタルコヒーレント受信器の構成と同様であるので、価格の増加を最小限に抑えることができる。
上述の説明では４値位相変調方式（ＱＰＳＫ）を用いることとしたが、これに限らず、直交する２偏波を多重する偏波多重方式や、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの多値振幅位相変調方式を用いることとしてもよい。これらの変調方式を用いた場合であっても、本実施形態によれば、送信情報としてのデータＩおよびデータＱと変調後の光の位相との対応関係を確定させることができる。
なお、４値位相変調方式（ＱＰＳＫ）に対応した光送信器として、図９に示すマッハ・ツェンダ型光変調器が入れ子構造を有する位相変調部６１０２を使用する場合、Ｉ／Ｑ軸に対応した変調器Ｉ６１０８、変調器Ｑ６１０９がそれぞれ２値光位相変調を行う。そして、図９に示したシフト部６１１０がＩ／Ｑ軸に対応する光位相信号の一方の位相を「π／２」［ｒａｄｉａｎ］だけ回転させる。その後、混合部６１１１は変調器Ｉ６１０８および変調器Ｑ６１０９からの出力を混合し、４値位相変調光を生成する。
このとき、シフト部６１１０による回転は、「＋π／２」［ｒａｄｉａｎ］回転する場合と、「−π／２」［ｒａｄｉａｎ］回転する場合の２通りの組み合わせがある。このため、送信情報と変調後の光の位相との関係に、さらに不確定性が生じることが懸念される。しかし、図１２Ａおよび図１２Ｂからわかるように、シフト部６１１０の処理によって光位相マッピングにおける不確定性が増大することはない。ここで、図１２Ａはシフト部６１１０による回転が「＋π／２」［ｒａｄｉａｎ］回転である場合における、送信情報と変調後の光の位相との関係を示す。また図１２Ｂはシフト部６１１０による回転が「−π／２」［ｒａｄｉａｎ］である場合における、送信情報と変調後の光の位相との関係を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂにおける送信情報と変調後の光の位相との関係が同一であることから、シフト部６１１０の処理によって、光位相マッピングに不確定性は生じないことがわかる。
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical communication apparatus 1000 according to the first embodiment of the present invention. The optical communication apparatus 1000 includes an optical transmitter 1100, an optical receiver 1200, and an optical feedback unit 1300. The optical transmitter 1100 outputs transmission light that is phase-modulated based on transmission information. The optical receiver 1200 receives and demodulates the phase-modulated light. The optical feedback unit 1300 introduces part of the transmission light output from the optical transmitter 1100 to the optical receiver 1200.
The optical transmitter 1100 includes a light source 1110 that outputs continuous light, a phase modulation unit 1120 that modulates the phase of continuous light based on transmission information, and a control unit 1130 that controls the operation of the phase modulation unit 1120. The optical receiver 1200 acquires reception information by demodulating the transmission light obtained from the optical feedback unit 1300, and sends this reception information to the control unit 1130. Then, control section 1130 controls the operation of phase modulation section 1120 based on transmission information and reception information.
As the light source 1110, for example, a laser diode (LD) or the like can be used. The phase modulation unit 1120 performs phase modulation on continuous light output from the light source 1110 and outputs phase-modulated transmission light. As the phase modulation method, for example, MPSK (M Phase Shift Keying, M is an integer), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), or the like can be used. The phase modulation unit 1120 can be configured to include a Mach-Zehnder type optical modulator. Examples of the optical waveguide material include lithium niobate (LiNbO). 3 ) Or the like can be used.
The optical receiver 1200 is not limited to the transmission light input from the optical feedback unit 1300, and can receive and demodulate the phase-modulated signal light from the communication partner.
By adopting such a configuration, the optical communication apparatus 1000 according to the present embodiment can control the operation of the optical transmitter 1100 based on transmission information and reception information. Therefore, with a simple configuration, it is possible to determine the correspondence between the modulated light phase in the optical transmitter 1100 and the information to be transmitted.
Next, the optical communication apparatus 1000 of this embodiment will be described in more detail. The control unit 1130 includes a drive unit 1131 that adds a drive signal to the phase modulation unit 1120 and a determination unit 1132 that compares transmission information and reception information and controls the drive unit based on the comparison result. can do. Here, the drive signal includes a modulation signal corresponding to transmission information and a DC signal for adjusting the average value of the modulation signal.
The optical feedback unit 1300 also includes an optical branching unit 1310 that branches a part of the transmission light, and an optical switching unit 1320 that introduces either the branched transmission light or the signal light from the communication partner to the optical receiver 1200. It can be set as the structure provided with. For example, a fiber-type optical coupler or a planar lightwave circuit (PLC) can be used for the optical branching unit 1310.
Further, the optical switching unit 1320 can be a mechanical optical switch using a micro mirror or a waveguide optical switch using a thermo-optic effect.
The optical receiver 1200 restores information regarding the phase of the input light by demodulating the phase-modulated light. Then, information regarding the phase of the restored light is sent to the determination unit 1132 as reception information. The information relating to the light phase may be information associated with the restored light phase, and for example, binary logic may be employed. In other words, the optical receiver 1200 may be configured to send a binary logic “0” associated in advance to the determination unit 1132 when the phase of the recovered light is “π” [radian]. As a demodulation method, for example, a coherent reception method can be used.
Here, the phase modulation method will be described. Between the information to be transmitted (transmission information) and the phase of the light after being modulated by the phase modulator 1120, as described in the background art, there are two types of correspondences (hereinafter referred to as “optical phase mapping”). ) Exists. 2A and 2B show examples of optical phase mapping. 2A shows the case of positive logic, and FIG. 2B shows the case of negative logic. 2A and 2B show the transmission information, the lower stage shows the phase of the modulated light, and the upper stage transmission information corresponds to the phase of the modulated light in the lower stage. At this time, when the optical phase mapping has a predetermined correspondence in the optical communication apparatus 1000, the transmission information and the reception information match. However, when the optical phase mapping is different from the predetermined correspondence, the transmission information and the reception information do not match.
The determination unit 1132 compares the transmission information and the reception information. If the transmission information and the reception information match, the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 so as to maintain the value of the DC signal added to the phase modulation unit 1120. On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match, the drive unit 1131 is controlled to change the value of the DC signal.
Next, a comparison operation between transmission information and reception information will be described. For comparison between transmission information and reception information, information predetermined as transmission information can be used. When predetermined information is input to the control unit 1130, the driving unit 1131 includes a modulation signal corresponding to the predetermined information and a driving signal (for example, a driving voltage) including a DC signal for adjusting the average value of the modulation signal. Is applied to the phase modulation unit 1120. The phase modulation unit 1120 modulates the continuous light based on the driving signal at this time, and outputs the modulated light as transmission light.
The optical feedback unit 1300 branches the transmission light and inputs the branched transmission light to the optical receiver 1200. The optical receiver 1200 extracts the phase of the input transmission light, and sends the demodulated reception information to the determination unit 1132. The determination unit 1132 compares the received information with predetermined information.
Here, for example, a case where the information shown in the upper part of FIG. 2A is input to the control unit 1130 as the predetermined information is considered. At this time, it is assumed that the optical phase mapping predetermined in the optical communication apparatus 1000 has the correspondence shown in FIG. 2A. Further, it is assumed that the transmission light extracted by the optical receiver 1200 has the phase shown in the lower part of FIG. 2B. The determination unit 1132 is based on information predetermined as transmission information (upper part of FIG. 2A) and optical phase mapping (FIG. 2A) predetermined from the phase extracted by the optical receiver 1200 (lower part of FIG. 2B). Compare with the required received information. In this case, it can be seen that the transmission information and the reception information do not match.
The predetermined information is not limited to the case where information different from the transmission information transmitted to the communication partner is used, and a part of the transmission information can also be used. For example, a known information pattern such as a frame header part or a training signal part included in the transmission information can be used. Examples of such known information patterns include PRBS (Pseudo Random Bit Stream).
The transmission information is associated with the phase of light modulated by the phase modulation unit 1120. For example, information based on a combination of binary logics may be used as the transmission information. When a binary phase modulation method is used as an example of a logical combination, the minimum unit of transmission information is “0” or “1”. As another example, when the quaternary phase modulation method is used, the minimum unit of transmission information is any one of “00”, “01”, “10”, and “11”.
The drive unit 1131 controls the value of the DC signal added to the phase modulation unit 1120 so that the transmission information and the reception information match based on the comparison result described above. When the phase modulation unit 1120 includes a Mach-Zehnder type optical modulator, a direct current (DC) voltage is used as a direct current signal. At this time, if the transmission information and the reception information match, the optical phase mapping is equal to that determined in advance in the optical communication apparatus 1000, and therefore the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 to maintain the value of the DC voltage. To do. On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match, the optical phase mapping is different from the predetermined one, so the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 to change the value of the DC voltage.
Next, the width for changing the value of the DC signal added to the phase modulation unit 1120 will be described. The width for changing the DC signal is determined based on the relationship between the drive signal of the phase modulation unit 1120 and the transmitted light intensity of the phase modulation unit 1120. For example, when the phase modulation unit 1120 includes a Mach-Zehnder optical modulator, the width for changing the DC voltage as the DC signal is 2Vπ [V]. Further, the range to be changed can be set to 2Vπ + 2Vπ × N (N is an even number) [V] within a range in which the Mach-Zehnder optical modulator is driven.
Then, it demonstrates still more concretely using FIG. 12A. Consider a case where the drive unit 1131 is applying, for example, 3 Vπ [V] as a DC voltage to the phase modulation unit 1120. At this time, the optical phase mapping becomes negative logic as shown in the figure. If the predetermined optical phase mapping is positive logic, the transmission information and the reception information do not match. Therefore, the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 so as to change the value of the DC voltage to, for example, Vπ [V]. Thereby, the optical phase mapping can be changed to a predetermined positive logic.
On the other hand, when the predetermined optical phase mapping is negative logic, the transmission information and the reception information match. Therefore, the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 so as to maintain the DC voltage value (3Vπ [V]) at this time.
Next, the operation of the optical communication apparatus 1000 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the optical communication apparatus 1000 of the present embodiment. In the optical communication device 1000, first, in the optical transmitter 1100, the phase modulation unit 1120 performs phase modulation on continuous light (CW) output from the light source 1110 based on transmission information (step S110). Specifically, the drive unit 1131 included in the control unit 1130 applies a modulation signal corresponding to transmission information and a DC signal for adjusting the average value of the modulation signal to the phase modulation unit 1120.
The optical transmitter 1100 outputs the phase-modulated transmission light to the optical feedback unit 1300 (step S120). The optical feedback unit 1300 introduces part of the transmission light output from the optical transmitter 1100 to the optical receiver 1200, and the optical receiver 1200 demodulates the transmission light and acquires reception information (step S130).
Subsequently, the optical communication apparatus 1000 controls the phase modulation performed by the phase modulation unit 1120 based on the transmission information and the reception information in the control unit 1130 included in the optical transmitter 1100 (step S140). Specifically, first, the determination unit 1132 included in the control unit 1130 determines whether transmission information and reception information match (step S142). Then, based on the determination result at this time, the determination unit 1132 controls the modulation signal corresponding to the transmission information and the DC signal for adjusting the average value of the modulation signal. For example, when the transmission information and the reception information match (step S142 / YES), the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 to maintain the value of the DC signal (step S144). On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match (step S142 / NO), the determination unit 1132 controls the drive unit 1131 to change the value of the DC signal (step S146).
By adopting such a configuration, according to the optical transmission method of the present embodiment, it is possible to control the operation of the optical transmitter 1100 based on transmission information and reception information. Therefore, with a simple configuration, it is possible to determine the correspondence between the modulated light phase in the optical transmitter 1100 and the information to be transmitted. As a result, the optical receiver that is the communication partner of the optical communication apparatus 1000 does not require a circuit that determines whether the correspondence between the transmission information in the optical communication apparatus 1000 and the phase of the modulated light is positive logic or negative logic. It becomes. For this reason, it is possible to reduce the scale of the receiving circuit on the communication partner side and reduce power consumption.
Next, the optical transmission system using the optical communication apparatus 1000 according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an optical transmission system 5000 using the optical communication apparatus 1000. The optical transmission system 5000 includes an optical communication device 1000A, an optical communication device 1000B, and an optical communication device 1000C. The optical communication apparatus 1000A and the optical communication apparatus 1000C are connected by a transmission line 5100. Also, the optical communication device 1000B and the optical communication device 1000C are connected by a transmission line 5200. Here, the optical communication device 1000C may be an optical receiver included in the optical communication device 1000A or the optical communication device 1000B. Further, the number of optical communication devices connected to the optical communication device 1000C can be three or more.
The optical communication apparatus 1000A performs transmission / reception with the optical communication apparatus 1000C via the transmission path 5100. Similarly, the optical communication device 1000B performs transmission / reception with the optical communication device 1000C via the transmission path 5200. The optical communication device 1000C selects either the optical communication device 1000A or the optical communication device 1000B as an object to be communicated, switches as needed, and communicates with either the optical communication device 1000A or the optical communication device 1000B.
In this case, when the optical receiver on the communication partner side is configured to determine whether the optical phase mapping is positive logic or negative logic, there are the following problems. That is, the optical receiver provided in the optical communication device 1000C communicates with a plurality of optical communication devices. For this reason, the optical receiver included in the optical communication device 1000C must determine whether the optical phase mapping is positive logic or negative logic for each of the plurality of optical communication devices. Therefore, there is a problem that the optical receiver needs to make the above determination every time the partner optical communication apparatus with which communication is performed is switched, and time is required for that.
However, with the configuration of the optical communication apparatus according to the present embodiment, the optical communication apparatus can determine the optical phase mapping by itself. Therefore, the optical receiver that communicates with the optical communication apparatus according to the present embodiment can perform demodulation processing on the received signal assuming that the optical phase mapping has a predetermined relationship. As a result, in the optical receiver, it is possible to reduce the time for switching the optical communication device as the communication partner.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The optical communication apparatus 2000 according to the present embodiment is different from the optical communication apparatus 1000 according to the first embodiment in the configuration of the determination unit 2132 included in the control unit 2130 of the optical transmitter 2100. Since other configurations are the same as those of the optical communication apparatus 1000, description thereof is omitted.
The determination unit 2132 included in the optical communication apparatus 2000 according to the present embodiment compares the transmission information and the reception information. If the transmission information and the reception information match, the determination unit 2132 controls the drive unit 1131 to maintain the modulation signal. On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match, the drive unit 1131 is controlled to invert the modulation signal.
The operation of the optical communication apparatus 2000 at this time will be described with reference to FIGS. 5 and 12A. FIG. 5 is a table for explaining the operation of the optical communication apparatus 2000 according to the second embodiment. First, it is assumed that a predetermined optical phase mapping in the optical communication apparatus 2000 is “positive logic”. That is, the phase of the modulated light corresponding to “0” / “1” that is transmission information is determined to be “0” / “π” [radian]. At this time, the driving unit 1131 applies a low voltage LOW (for example, 0 [V]) to the phase modulation unit 1120 as a modulation signal for the transmission information “0” according to positive logic. For the transmission information “1”, a high voltage HIGH (for example, 2V) is used as a modulation signal. π [V]) is applied to the phase modulator 1120 (from the first row to the third row in FIG. 5, FIG. 12A). The optical transmitter 2100 outputs transmission light that is phase-modulated based on transmission information.
Next, the optical feedback unit 1300 included in the optical communication apparatus 2000 introduces part of the transmission light output from the optical transmitter 2100 to the optical receiver 1200. The optical receiver 1200 acquires the reception information by demodulating the transmission light obtained from the optical feedback unit 1300 according to a predetermined positive logic, and sends this reception information to the control unit 2130.
The determination unit 2132 included in the control unit 2130 compares the transmission information and the reception information. If the transmission information and the reception information match, the determination unit 2132 controls the driving unit 1131 to maintain the modulation signal. On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match (the fourth line in FIG. 5), the phase modulation unit 1120 actually operates with “negative logic”. Therefore, the determination unit 2132 controls the drive unit 1131 to invert the modulation signal. That is, the driving unit 1131 receives a high voltage HIGH (for example, 2V) as a modulation signal for the transmission information “0”. π [V]) is applied to the phase modulator 1120. For the transmission information “1”, a low voltage LOW (for example, 0 [V]) is applied as a modulation signal to the phase modulation unit 1120 (5th line in FIG. 5). At this time, since the phase modulation unit 1120 operates with “negative logic”, the phase of the modulated light corresponding to “0” / “1” as transmission information is “0” / “π” [radian]. ] (Line 6 in FIG. 5).
The optical transmitter 2100 outputs transmission light that is phase-modulated by inverting the modulation signal. The optical receiver 1200 receives this transmission light and demodulates it according to a predetermined positive logic to obtain reception information. The reception signal at this time matches the transmission information because the reception information is “0” / “1” with respect to the phase “0” / “π” [radian] of the modulated light based on positive logic. Received information is obtained (line 7 in FIG. 5).
Next, the operation of the optical communication apparatus 2000 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the optical communication apparatus 2000 of the present embodiment. In the optical communication device 2000, first, in the optical transmitter 2100, the phase modulation unit 1120 performs phase modulation on continuous light (Continuous Wave: CW) output from the light source 1110 based on transmission information (step S110). Specifically, the drive unit 1131 included in the control unit 2130 applies a modulation signal corresponding to transmission information and a DC signal for adjusting the average value of the modulation signal to the phase modulation unit 1120.
The optical transmitter 2100 outputs the phase-modulated transmission light to the optical feedback unit 1300 (step S120). The optical feedback unit 1300 introduces a part of the transmission light output from the optical transmitter 2100 to the optical receiver 1200, and the optical receiver 1200 demodulates the transmission light and obtains reception information (step S130). The operation so far is the same as the operation of the optical communication apparatus 1000 according to the first embodiment.
Subsequently, the optical communication device 2000 controls the phase modulation performed by the phase modulation unit 1120 based on the transmission information and the reception information in the control unit 2130 included in the optical transmitter 2100 (step S240). Specifically, first, the determination unit 2132 included in the control unit 2130 determines whether transmission information and reception information match (step S242). Based on the determination result at this time, the determination unit 2132 controls the modulation signal corresponding to the transmission information and the DC signal for adjusting the average value of the modulation signal. For example, when the transmission information and the reception information match (step S242 / YES), the determination unit 2132 controls the drive unit 1131 to maintain the modulation signal (step S244). On the other hand, when the transmission information and the reception information do not match (step S242 / NO), the determination unit 2132 controls the drive unit 1131 to invert the modulation signal (step S246).
As described above, according to the optical communication apparatus 2000 of the present embodiment, the operation of the optical transmitter 2100 can be controlled based on transmission information and reception information. Therefore, with a simple configuration, it is possible to determine the correspondence between the phase of light after modulation in the optical transmitter 2100 and information to be transmitted.
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter 3100 according to the third embodiment of the present invention. The optical transmitter 3100 includes a light source 3110 that outputs continuous light, a phase modulation unit 3120 that outputs transmission light obtained by phase-modulating continuous light based on transmission information, and a control unit 3130 that controls the operation of the phase modulation unit 3120. . Then, control section 3130 acquires reception information obtained by demodulating the transmission light, and controls the operation of phase modulation section 3120 based on the transmission information and the reception information. Here, the reception information can be acquired from the optical communication apparatus that is the communication partner of the optical transmitter 3100.
The control unit 3130 includes a drive unit 3131 that adds a drive signal to the phase modulation unit 3120, and a determination unit 3132 that compares transmission information and reception information and controls the drive unit based on the comparison result. can do. Here, the drive signal includes a modulation signal corresponding to transmission information and a DC signal for adjusting the average value of the modulation signal. The operation of the control unit 3130 is the same as the operation of the control unit 1130 according to the first embodiment or the control unit 2130 according to the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
Thus, according to the optical transmitter 3100 of the present embodiment, the operation of the phase modulation unit 3120 can be controlled based on the transmission information and the reception information. Therefore, with a simple configuration, it is possible to determine the correspondence between the phase of light after modulation in the optical transmitter 3100 and the information to be transmitted.
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a case where a quaternary phase shift keying (QPSK) is adopted as a modulation method and a digital coherent reception method is used will be described as an example.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an optical communication apparatus 4000 according to the fourth embodiment of the present invention. The optical communication device 4000 includes an optical transmitter 4100, an optical receiver 4200, and an optical feedback unit 4300. The optical transmitter 4100 outputs transmission light that has undergone four-level phase modulation based on transmission information. The optical receiver 4200 digitally coherently receives and demodulates quaternary phase modulated light. The optical feedback unit 4300 introduces part of the transmission light output from the optical transmitter 4100 to the optical receiver 4200.
The optical transmitter 4100 includes a light source 4110 that outputs continuous light, a phase modulation unit 4120 that performs quaternary phase modulation on continuous light based on transmission information, and a control unit that controls operations of the phase modulation unit 4120. The control unit includes a drive unit I4131, a drive unit Q4132, and a power supply unit 4133 as drive units, and a power supply control unit 4134 and comparison unit 4135 as determination units.
The drive unit I 4131 generates a drive voltage that is a modulation signal corresponding to the data I that is transmission information. Similarly, the drive part Q4132 produces | generates the drive voltage which is a modulation signal corresponding to the data Q which is transmission information. The operations of the drive unit I 4131 and the drive unit Q 4132 are the same as those of the drive unit 1131 included in the optical communication apparatus 1000 according to the first embodiment.
The phase modulation unit 4120 performs phase modulation on continuous light based on transmission information input to the optical transmitter 4100. The phase modulation unit 4120 can be realized by the phase modulation unit 6102 described in FIG. 9, for example. In the present embodiment, since the quaternary phase modulation method is used as an example, the transmission information is referred to as data I and data Q. Here, the data I corresponds to the I axis of the constellation, and the data Q corresponds to the Q axis of the constellation.
The optical receiver 4200 includes a local oscillation light source (Local Oscillator) 4210 and a 90-degree hybrid circuit 4220. The 90-degree hybrid circuit 4220 receives local oscillation light output from the local oscillation light source 4210 and phase-modulated light, and outputs in-phase (In Phase) signal light and quadrature (Quadrature Phase) signal light. The optical receiver 4200 further includes a photoelectric conversion unit (Photodiode) 4230, an analog / digital converter (Analog to Digital Converter) 4240, and a signal processing unit 4250. The photoelectric conversion unit 4230 photoelectrically converts the in-phase signal light and the quadrature signal light, and outputs the in-phase electric signal and the quadrature electric signal. The analog / digital conversion unit 4240 performs analog / digital conversion on the in-phase electrical signal and the quadrature electrical signal, and outputs the in-phase digital signal and the quadrature digital signal. The signal processing unit 4250 demodulates the in-phase digital signal and the quadrature digital signal, and outputs received information to the comparison unit 4135. The signal processing unit 4250 is realized, for example, by digital signal processing (DSP).
The optical feedback unit 4300 also includes an optical branching unit 4310 that branches a part of the transmission light, and an optical switching unit 4320 that introduces one of the branched transmission light and the signal light from the communication partner to the optical receiver 4200. It can be set as the structure provided with. The optical switching unit 4320 can be a mechanical optical switch using a micro mirror or a waveguide optical switch using a thermo-optic effect.
The comparison unit 4135 compares the reception information acquired by the signal processing unit 4250 with the data I and data Q that are transmission information. The comparison unit 4135 sends the comparison result to the power supply control unit 4134.
Next, the operation of the optical communication device 4000 according to the present embodiment will be described. The optical transmitter 4100 performs quaternary phase modulation on continuous light based on the data I and data Q, and outputs phase-modulated transmission light. The optical branching unit 4310 branches the transmission light output from the phase modulation unit 4120 and outputs a part of the branched transmission light to the optical switching unit 4320. The optical switching unit 4320 switches the optical path so that a part of the transmission light is introduced into the optical receiver 4200.
The 90-degree hybrid circuit 4220 causes a part of transmission light input from the optical switching unit 4320 to interfere with output light from the local oscillation light source 4210. The photoelectric conversion unit 4230 photoelectrically converts the interference light interfered by the 90-degree hybrid circuit 4220 and performs coherent detection. The analog / digital conversion unit 4240 converts the electrical signal converted by the photoelectric conversion unit 4230 into a digital signal. The signal processing unit 4250 restores the digital signal to reception information and outputs the reception information to the comparison unit 4135. The subsequent operation is the same as the operation of the optical communication apparatus 1000 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In an optical transmitter of quaternary phase modulation (QPSK), data I corresponding to the in-phase axis (In-phase: I axis) and data Q corresponding to the quadrature axis (Quadrature-phase: Q axis) are used. And the phase of the transmission light after being modulated by the phase modulation unit is not fixed. Therefore, as described above, four types of phase states shown in FIG. 11 can exist for one type of transmission information. That is, when both the I axis and Q axis operate with positive logic (positive logic, positive logic), when only the I axis is inverted (negative logic, positive logic), when both the I axis and Q axis are inverted (negative logic, Negative logic) and when only the Q axis is inverted (positive logic, negative logic). Therefore, for example, as the phase state of the light with respect to the transmission information “00” in which both the data I and the data Q are “0”, π / 4, 3π / 4, 5π / 4, 7π There are four types of optical phase states of / 4 [radian].
However, according to the optical communication apparatus 4000 of the present embodiment, the operation of the optical transmitter 4100 can be controlled based on the transmission information and the reception information by adopting the above-described configuration. Therefore, with a simple configuration, it is possible to determine the correspondence between the phase of light after modulation in the optical transmitter 4100 and the data I and data Q that are information to be transmitted.
Further, by adopting such a configuration, for example, when the optical transmitter 4100 is powered on, the phase of the modulated light and the transmission information are not dependent on the initial convergence stability point of the DC voltage as the DC signal. Can be held in a specific relationship. As a result, even if the DC voltage of the modulator constituting the phase modulation unit 4120 drifts due to, for example, a temperature change or a change over time, or even if the value of the DC voltage differs due to individual differences in devices, It is possible to maintain the correspondence relationship in a specific relationship.
Further, according to the optical communication device 4000 of the present embodiment, even when the speed of information to be transmitted is 40 Gbit / s or 100 Gbit / s, the above correspondence control is not affected. . That is, there is no dependency on the bit rate in the above-described correspondence control.
Furthermore, inexpensive and low-speed components can be used for the configuration of the optical feedback unit 4300 that introduces part of the transmission light output from the optical transmitter 4100 into the optical receiver 4200. The other configurations of the optical communication device 4000 are the same as the configurations of a normal QPSK optical transmitter and a digital coherent receiver, so that an increase in price can be minimized.
In the above description, the quaternary phase modulation method (QPSK) is used. However, the present invention is not limited to this. It may be used. Even when these modulation schemes are used, according to the present embodiment, it is possible to determine the correspondence between the data I and data Q as transmission information and the phase of the modulated light.
When the phase modulation unit 6102 having a nested structure is used in the Mach-Zehnder type optical modulator shown in FIG. 9 as an optical transmitter corresponding to the quaternary phase modulation method (QPSK), it corresponds to the I / Q axis. Modulator I 6108 and modulator Q 6109 each perform binary optical phase modulation. The shift unit 6110 shown in FIG. 9 rotates one phase of the optical phase signal corresponding to the I / Q axis by “π / 2” [radian]. Thereafter, the mixing unit 6111 mixes the outputs from the modulator I 6108 and the modulator Q 6109 to generate quaternary phase modulated light.
At this time, the rotation by the shift unit 6110 has two combinations of “+ π / 2” [radian] rotation and “−π / 2” [radian] rotation. For this reason, there is a concern that further uncertainty arises in the relationship between the transmission information and the phase of the modulated light. However, as can be seen from FIGS. 12A and 12B, the processing of the shift unit 6110 does not increase the uncertainty in optical phase mapping. Here, FIG. 12A shows the relationship between the transmission information and the phase of the modulated light when the rotation by the shift unit 6110 is “+ π / 2” [radian] rotation. FIG. 12B shows the relationship between the transmission information and the phase of the modulated light when the rotation by the shift unit 6110 is “−π / 2” [radian]. Since the relationship between the transmission information in FIG. 12A and FIG. 12B and the phase of the modulated light is the same, it can be seen that the processing of the shift unit 6110 does not cause uncertainty in the optical phase mapping.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it is also included within the scope of the present invention. Not too long.

１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ、２０００、４０００ 光通信装置
１１００、２１００、３１００、４１００、６１００ 光送信器
１１１０、３１１０、４１１０、６１０１ 光源
１１２０、３１２０、４１２０、６１０２ 位相変調部
１１３０、２１３０、３１３０ 制御部
１１３１、３１３１ 駆動部
１１３２、２１３２、３１３２ 判定部
１２００、４２００ 光受信器
１３００、４３００ 光帰還部
１３１０、４３１０ 光分岐部
１３２０、４３２０ 光切り替え部
４１３１、６１０３ 駆動部Ｉ
４１３２、６１０４ 駆動部Ｑ
４１３３ 電源部
４１３４ 電源制御部
４１３５ 比較部
４２１０ 局部発振光源
４２２０ ９０度ハイブリッド回路
４２３０ 光電変換部
４２４０ アナログ／デジタル変換部
４２５０ 信号処理部
５０００ 光伝送システム
５１００、５２００ 伝送路
６１０５ 分岐部
６１０６ 電圧制御部
６１０７ ＣＷ光分岐部
６１０８ 変調器Ｉ
６１０９ 変調器Ｑ
６１１０ シフト部
６１１１ 混合部1000, 1000A, 1000B, 1000C, 2000, 4000 Optical communication device 1100, 2100, 3100, 4100, 6100 Optical transmitter 1110, 3110, 4110, 6101 Light source 1120, 3120, 4120, 6102 Phase modulation unit 1130, 2130, 3130 Control Unit 1131, 3131 drive unit 1132, 2132, 3132 determination unit 1200, 4200 optical receiver 1300, 4300 optical feedback unit 1310, 4310 optical branch unit 1320, 4320 optical switching unit 4131, 6103 drive unit I
4132, 6104 Drive part Q
4133 power supply unit 4134 power supply control unit 4135 comparison unit 4210 local oscillation light source 4220 90-degree hybrid circuit 4230 photoelectric conversion unit 4240 analog / digital conversion unit 4250 signal processing unit 5000 optical transmission system 5100, 5200 transmission path 6105 branching unit 6106 voltage control unit 6107 CW optical branching unit 6108 modulator I
6109 modulator Q
6110 Shift unit 6111 Mixing unit

Claims (10)

送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する光送信器と、
位相変調された光を受信し復調する光受信器と、
前記送信光の一部を前記光受信器に導入する光帰還部、とを有し、
前記光送信器は、連続光を出力する光源と、前記連続光を前記送信情報に基づいて位相変調する位相変調部と、前記位相変調部の動作を制御する制御部とを備え、
前記光受信器は、前記光帰還部から得た前記送信光を復調することにより受信情報を取得し、前記受信情報を前記制御部に送出し、
前記制御部は、前記送信情報と前記受信情報に基づいて前記位相変調部の動作を制御する
光通信装置。An optical transmitter that outputs transmission light phase-modulated based on transmission information;
An optical receiver that receives and demodulates the phase modulated light;
An optical feedback section for introducing a part of the transmission light into the optical receiver, and
The optical transmitter includes a light source that outputs continuous light, a phase modulation unit that performs phase modulation on the continuous light based on the transmission information, and a control unit that controls the operation of the phase modulation unit,
The optical receiver acquires reception information by demodulating the transmission light obtained from the optical feedback unit, and sends the reception information to the control unit,
The said control part is an optical communication apparatus which controls operation | movement of the said phase modulation part based on the said transmission information and the said reception information. 請求項１に記載した光通信装置において、
前記制御部は、前記位相変調部に対して駆動信号を付加する駆動部と、前記送信情報と前記受信情報を比較し、比較した結果に基づいて前記駆動部を制御する判定部、とを備え、
前記駆動信号は、前記送信情報に対応した変調信号と、前記変調信号の平均値を調整する直流信号を含む
光通信装置。The optical communication device according to claim 1,
The control unit includes a drive unit that adds a drive signal to the phase modulation unit, and a determination unit that compares the transmission information and the reception information and controls the drive unit based on the comparison result. ,
The drive signal includes an optical communication device including a modulation signal corresponding to the transmission information and a DC signal for adjusting an average value of the modulation signal. 請求項２に記載した光通信装置において、
前記判定部は、前記送信情報と前記受信情報が一致する場合は、前記直流信号の値を維持するように前記駆動部を制御し、前記送信情報と前記受信情報が一致しない場合は、前記直流信号の値を変更するように前記駆動部を制御する
光通信装置。The optical communication device according to claim 2,
The determination unit controls the drive unit to maintain the value of the DC signal when the transmission information and the reception information match, and when the transmission information and the reception information do not match, An optical communication apparatus that controls the drive unit to change a value of a signal. 請求項２に記載した光通信装置において、
前記判定部は、前記送信情報と前記受信情報が一致する場合は、前記変調信号を維持するように前記駆動部を制御し、前記送信情報と前記受信情報が一致しない場合は、前記変調信号を反転するように前記駆動部を制御する
光通信装置。The optical communication device according to claim 2,
The determination unit controls the driving unit to maintain the modulated signal when the transmission information and the reception information match, and determines the modulation signal when the transmission information and the reception information do not match. An optical communication device that controls the drive unit to reverse. 請求項１から４のいずれか一項に記載した光通信装置において、
前記位相変調部は、マッハ・ツェンダ型光変調器を備え、
前記光帰還部は、前記送信光の一部を分岐する光分岐部と、分岐された送信光と通信相手からの信号光のいずれか一方を前記光受信器に導入する光切り替え部を備える
光通信装置。In the optical communication device according to any one of claims 1 to 4,
The phase modulation unit includes a Mach-Zehnder type optical modulator,
The optical feedback unit includes an optical branching unit that branches a part of the transmission light, and an optical switching unit that introduces one of the branched transmission light and signal light from a communication partner to the optical receiver. Communication device. 請求項１から５のいずれか一項に記載した光通信装置において、
前記光受信器は、
局部発振光源と、
前記局部発振光源が出力する局部発振光と前記位相変調された光を入力し、同相信号光と直交信号光を出力する９０度ハイブリッド回路と、
前記同相信号光と前記直交信号光を光電変換し、同相電気信号と直交電気信号を出力する光電変換部と、
前記同相電気信号と前記直交電気信号をアナログ／デジタル変換し、同相デジタル信号と直交デジタル信号を出力するアナログ／デジタル変換部と、
前記同相デジタル信号と前記直交デジタル信号を復調し、前記受信情報を出力する信号処理部、とを備える
光通信装置。In the optical communication device according to any one of claims 1 to 5,
The optical receiver is:
A local oscillation light source;
A 90-degree hybrid circuit that inputs the local oscillation light output from the local oscillation light source and the phase-modulated light, and outputs in-phase signal light and quadrature signal light;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the in-phase signal light and the quadrature signal light, and outputs an in-phase electric signal and a quadrature electric signal;
An analog / digital converter that performs analog / digital conversion of the in-phase electrical signal and the quadrature electrical signal, and outputs an in-phase digital signal and a quadrature digital signal;
An optical communication device comprising: a signal processing unit that demodulates the in-phase digital signal and the quadrature digital signal and outputs the reception information. 連続光を出力する光源と、
前記連続光を送信情報に基づいて位相変調した送信光を出力する位相変調部と、
前記位相変調部の動作を制御する制御部、とを有し、
前記制御部は、前記送信光を復調した受信情報を取得し、前記送信情報と前記受信情報に基づいて前記位相変調部の動作を制御する
光送信器。A light source that outputs continuous light;
A phase modulation unit that outputs transmission light obtained by phase-modulating the continuous light based on transmission information;
A control unit for controlling the operation of the phase modulation unit,
The control unit is an optical transmitter that acquires reception information obtained by demodulating the transmission light, and controls an operation of the phase modulation unit based on the transmission information and the reception information. 連続光を送信情報に基づいて位相変調し、
前記位相変調した送信光を出力し、
前記送信光を復調した受信情報を取得し、
前記送信情報と前記受信情報に基づいて前記位相変調を制御する
光送信方法。Phase modulation of continuous light based on transmission information,
Outputting the phase-modulated transmission light;
Obtaining reception information obtained by demodulating the transmission light,
An optical transmission method for controlling the phase modulation based on the transmission information and the reception information. 請求項８に記載した光送信方法において、
前記受信情報を取得する処理は、前記送信光の一部を受信して復調する処理を含み、
前記位相変調を制御する処理は、前記送信情報に対応した変調信号と、前記変調信号の平均値を調整する直流信号を制御する処理を含む
光送信方法。The optical transmission method according to claim 8,
The process of acquiring the reception information includes a process of receiving and demodulating a part of the transmission light,
The process of controlling the phase modulation includes a process of controlling a modulation signal corresponding to the transmission information and a DC signal for adjusting an average value of the modulation signal. 請求項９に記載した光送信方法において、
前記位相変調を制御する処理は、前記送信情報と前記受信情報が一致する場合は、前記直流信号の値を維持し、前記送信情報と前記受信情報が一致しない場合は、前記直流信号の値を変更する処理を含む
光送信方法。The optical transmission method according to claim 9,
The process for controlling the phase modulation maintains the value of the DC signal when the transmission information and the reception information match, and sets the value of the DC signal when the transmission information and the reception information do not match. An optical transmission method including processing to change.
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