JPH0388520A - 光ヘテロダイン受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概　　　要 キャリア（搬送波）再生による同期復調を行う光ヘテロ
ダイン受信装置に関し、 高い受信感度を得ることができ、しかも送信光源及び局
発光源に対するスペクトル線幅の要求を緩和することが
できる光へテロダイゾ受信装置の提供を目的とし、 振幅シフトキーイング又は周波数シフトキーイングされ
た受信光に局発光を加えて光−電気変換を行い、中間周
波信号を出力する光検波回路と、分岐された上記中間周
波信号のうちの一方から残留キャリア成分を抽出する狭
帯域フィルタ回路と、分岐された上記中間周波信号のう
ちの他方を、上記狭帯域フィルタ回路による信号の遅延
時間と同程度に遅延させる遅延回路と、上記狭帯域フィ
ルタ回路の出力信号と上記遅延回路の出力信号とをかけ
合わせて復調する復調回路とを備えて構成する。

産業上の利用分野 本発明はキャリア（搬送波）再生による同期復調を行う
光ヘテ１０ゲイン受信装置に関する。

コヒーレント光通信は、従来の光通信方式に比べて、受
信感度が大幅に改善すること、及び光周波数多重による
通信容量の大幅な拡大が可能であることなどから、将来
の情報通信ネットワークにおける中心的な通信方式への
適用が期待されている。特に、コヒーレント光通信方式
のなかでも構成が比較的簡易で実用性の高い振幅シフト
キーイング（ＡＳＫ）方式及び周波数シフトキーイング
（ＦＳＸ）方式の受信機構成に関して、送信光源及び局
発光源に対するスペクトル線幅の要求を緩和させること
等、基本的な改良が要望されている。

なお、光信号及び電気信号を取り扱うコヒーレント光通
信用の受信装置の説明においては、「検波」及び「復調
」の混同を生じやすいので、本願明細書中では、「検波
」は光信号から中間周波信号への変換の意味で用い、「
復調」は中間周波信号からベースバンド信号への変換の
意味で用いる。

従来の技術 ＡＳＫ方式に適用される光ヘテロダイン受信装置の従来
構成を第６図に示す。５１は局発光源、５２は光カプラ
であり、受信光、即ち振幅シフトキーイングされた送信
側からの信号光は、光カプラ５２において局発光源５１
からの局発光と加えられて、この合分岐された光は、い
わゆるバランス型光検波器５３で光−電気変換される。

光−電気変換に際して光検波器５３が備えている受光器
の二乗特性によって生じた中間周波信号は、帯域通過フ
ィルタ５４を通って復調器５５に入力する。

そして、復調器５５の出力は、低域通過フィルタ５６を
通って識別器５７に入力し、データが再生される。

ＦＳＫ方式に適用される光へテロダイン受信装置の従来
構成を第７図に示す。受信光、即ち周波数シフトキーイ
ングされた送信側からの信号光は、光カプラ６２におい
て局発光源６１からの局発光と加えられ、この合分岐光
はバランス型の光検波器６３に入力する。光検波器６３
で発生した中間周波信号は２系統に分けられ、その一方
は第１帯域通過フィルタ６４、第１復調器６５及び低域
通過フィルタ６６を通り、他方は第２帯域通過フィルタ
６７、第２復調器６８及び低域通過フィルタ６９を通り
、低域通過フィルタ６６．６９からの信号は減算器７０
において減算処理された後、識別器７１で識別されて、
データが再生される。

伝送ディジタル信号の「マーク」及び「スペース」に対
応する２つの周波数帯域の信号がそれぞれ上記の２つの
系統の帯域フィルタによって抽出される。

発明が解決しようとする課題 上述した光ヘテロダイン受信装置においては、高い受信
感度を達成するために各種デバイスに要求される特性は
厳しく、特に、送信光源及び局発光源のスペクトル線幅
に対する要求には非常に厳しいものがある。

現在実用レベルにある長波長半導体レーザのスペクトル
線幅の典型的な値は数１０ＭＨｚ程度であ５− る。一方、ＡＳＫ方式やＦＳＫ方式では、ビットレート
の２〜１０％以下のスペクトル線幅が要求されるが、こ
れらの方式は、コヒーレント光通信において、加入者系
、ＣＡＴＶネットワーク系等比較的低いピットレー）（
１００〜ｌ　Ｇｂ／ｓ程度）のシステムへの適用も考え
られるので、光源の線幅としてはより狭いものが要求さ
れている。

こうしたギャップを埋めるために、外部共振器を用いた
り、量子井戸構造を用いること、あるいはＤＦＢレーザ
の発振波長を利得の中心から短波長側へ離調させること
などの研究がなされている。

しかし、こうした困難をクリアするためには、デバイス
の開発を待つだけでなく、高い特性を達成しつつ、デバ
イスに対する要求が緩和されるような方式を開発するこ
とが必要である。

本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、高い受信感度を得ることができ、しかも送信光源及
び局発光源に対するスペクトル線幅の要求を緩和させる
ことができる光へテロダイン受信装置の提供を目的とし
ている。

一 課題を解決するための手段 いま、第２図に示すような復調方式を考えてみる。図中
３は入力した２つの信号を乗算するミキサ、４は低域通
過フィルタである。この復調回路に入力した中間周波信
号はルート１とルート２に分けられ、ルート１の信号に
ついては遅延時間τが与えられるだけであるが、ルート
２の信号については、中間周波数（ｆｌＦ）近傍の周波
数の信号を通過させる狭帯域フィルタを通す。ＡＳＫ方
式においては、第４図（ａ）にその電カスベクトル分布
を示すように、中間周波数（ｆｒ＋＝）に残留キャリア
成分があるので、十分狭帯域なフィルタを用いることに
より、キャリア成分を抽出（再生）することができる。

抽出されたキャリア信号Ｉ２を、 Ｉ２　＝ｃｏｓ（２πｆ、、ｔ＋φ（ｔ〉〉　　・・・
（１）とする。φはレーザ光源の位相雑音である。ＡＳ
Ｋ方式の場合、変調信号工、は変調成分をＡ（ｔ）とし
て、 ｔ＋　　＝Ａ（ｔ）・ｃｏｓ　（２πｆ＋ｐ（ｔ−τ）
＋φ（ｔ−τ））・・・（２）と表されるから、フィル
タリング後のミキシングにより得られる復調信号Ｉ３　
は次式のようになる。

■。＝Ａ（ｔ）・ｃｏｓ　（２πｆ□、τ＋Δφ（ｔ）
）・・・（３）ここに、△φは次式で表される位相誤差
雑音である。

Δφ（ｔ）＝φ（１）−φ（を−τ）　　・・・（４）
ここで、Δφがガウス雑音であると仮定すれば、その分
散σはビート線幅Δνを用いて次式で近似される。

σ２＝２π△ν・τ　　・・・（５） 従って、遅延時間差τを十分小さくすることができれば
、 ■３→Ａ　（ｔ）　　　　　・・・（６）のように復調
することができ、しかも、（５）式より、ｒを小さくす
ることによりレーザの位相雑音を抑圧できることになる
。原理上、τ＝０の場合には位相雑音の影響はなくなり
、光源のスペクトル線幅による受信感度の劣化はなくな
る。さらに、同じ＜（３）式から明らかなように、τが
十分小さい場合には、中間周波数ｆｌＦの設定の自由度
及びそのずれに対するトレランスを大幅に増大すること
ができる。

一方、ＦＳＫ方式の場合、変調信彎１１°は、変調成分
をＦ　（ｔ）として、 Ｉ　、’　＝ｃｏｓ（２ｖ　（ｆ＋ｐ＋Ｆ（ｔ））　（
ｔ−ｒ）＋φ（ｔ−ｒ　））−（７）となるから、復調
信号Ｉ３　は次式のようになる。

ｌ３＝ｃｏｓ（２πｆｔｐτ＋２πＦ（ｔ）（ｔ−τ）
＋Δφ（ｔ））・・・（８）したがって、ＡＳＫ方式の
場合と同様にして、τが十分小さい場合には、 Ｉ　ａ　−＋ｃｏｓ　（２ｒｒ　Ｆ　（ｔ）　ｔ）　　
　−（９）のように復調することができ、（５）式より
、τを小さくすることによりレーザの位相雑音を抑圧で
きることがわかる。

ＦＳＫ方式の場合において、 Ｆ（ｔ）＝ｍ−ΔＦ　　　　（ｍ＝±１）　　・・・α
Ｑと置くと、中間周波帯においては、第３図（ロ）に示
すように、変調成分の、■にそれぞれ対応して周波数ｆ
ｌＦ±ΔＦの位置に残留キャリア成分■、■が立つから
、フィルタ帯域の若しくは■を有するシングルフィルタ
又はフィルタ帯域の及び■を有９ するデュアルフィルタを用いてキャリア成分を抽出する
ことができる。

従来、位相雑音を抑制して受信感度を高めるためには、
（５）式において、Δνを減少させる方向に開発の重点
が置かれていたものであるが、本発明では、位相雑音を
抑制するためにはτを小さくすることが効果的であると
いう全く新たな発想に基づいて、レーザ光源のスペクト
ル線幅に対して厳しい要求をすることなしに受信感度の
増大を図っている。

第１図は本発明の構成国である。

この先ヘテロダイン受信装置は、振幅シフトキーイング
又は周波数シフトキーイングされた受信光に局発光を加
えて光−電気変換を行い、中間周波信号を出力する光検
波回路５と、分岐された上記中間周波信号のうちの一方
から残留キャリア成分を抽出する狭帯域フィルタ回路６
と、分岐された上記中間周波信号のうちの他方を、上記
狭帯域フィルタ回路６による信号の遅延時間と同程度に
遅延させる遅延回路７と、上記狭帯域フィルタ回０− 路６の出力信号と上記遅延回路７の出力信号とをかけ合
わせて復調する復調回路８とを備えて構成されることを
特徴としている。

作　　　用 上記構成によれば、２つに分岐した信号の遅延時間差τ
を十分小さくすることによって、送信光源及び局発光源
の位相雑音の影響を緩和することができ、受信感度を高
めることができる。つまり、スペクトル線幅が比較的広
い送信光源、局発光源を用いた場合でも、十分高い受信
感度を得ることができる。

また、τが十分小さい場合には、中間周波数の設定は特
定の値に固定されることなく自由度が増すとともに、中
間周波数のずれに対するトレランスが増す。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図はＡＳＫ方式に適用される光へテロダイン受信装
置のブロック図、第５図はＦＳＫ方式に適用される光ヘ
テロダイン受信装置のブロック図であり、それぞれ送信
側の構成も付加的に図示されている。図中、１１．３１
はそれぞれ強度変調、周波数変調される半導体レーザか
らなる送信光源、１２．３２はシングルモード光ファイ
バからなる光伝送路、１３．３３は受信光の偏波面を制
御する偏波制御器、１４．３４は所定周波数の局発光を
出力する半導体レー゛ザからなる局発光源、１５゜３５
は偏波制御された受信光と局発光とを加えるとともに分
岐を行う光カプラ、１６．３６は光カプラ１５．３５か
らの光を光−電気変換して中間周波信号を出力する光検
波器、１７．３７は中間周波信号を増幅する増幅器であ
る。光検波、器１６゜３６は、同一特性の受光素子を２
つ直列接続していわゆるバランス型とされており、これ
により強度雑音が抑制されるようになっている。第１図
との対応でみると、光カプラ１５及び光検波器１６又は
光カプラ３５及び光検波器３６が光検波回路５に対応し
ている。

第４図において、増幅器１８からの中間周波信号は２分
岐され、その一方は狭帯域フィルタ回路２０に入力し、
他方は遅延回路１９に入力する。

遅延回路１９における信号の遅延時間は、狭帯域フィル
タ回路２０における信号の遅延時間と同程度に設定され
ている。具体的には、例えば適当な長さの導電ケーブル
を用いるだけでも良く、その他、中間周波信号を所定時
間遅延させるものであればどのようなものを用いても良
い。位相雑音の影響を極力小さくするためには、τ→０
とすることが必要であるが、このような厳密な時間合わ
せは、可変長同軸管を用いたりパルスの遅れをオシロス
コープで観察するなどして行えば良い。

なお、遅延回路１９における中間周波信号の遅延時間を
、狭帯域フィルタ回路２０における信号の遅延時間と完
全に一致させ、両信号を完全に同期させて次のミキサ２
１に入力させるのが最も望ましい。しかし、必ずしも完
全な同期が得られなくても、先に説明した（５）式にお
けるτを無視できる程度の同期が得られれば良い。

１３− ２１は遅延回路１９からの中間周波信号と狭帯域フィル
タ回路２０からの信号とを乗算するミキサ、２２は乗算
信号の低周波成分を通過させてベースバンド信号を得る
ための低域通過フィルタ、２３はベースバンド信号から
データを再生する識別回路である。なお、第１図に対応
させると、ミキサ２１及び低域通過フィルタ２２が復調
回路８に対応している。

第５図に示すＦＳＫ方゛式の場合は、増幅器３７からの
中間周波信号は２分岐され、その一方は第１帯域通過フ
ィルタ３８に入力し、他方は第２帯域通過フィルタ３９
に入力する。それぞれの帯域フィルタで「マーク」及び
「スペース」に対応する２つの周波数帯域信号を抽出す
る。第１帯域通過フィルタ３８を通過した中間周波信号
はさらに２分岐され、それぞれ第１狭帯域フィルタ回路
４０及び第１遅延回路４１を経て第１ミキサ４２におい
て乗算される。他方、第２帯域通過フィルタ３９を通過
した中間周波信号もさらに２分岐され、それぞれ第２狭
帯域フィルタ回路４４及び第２遅　１４− 延回路４５を経て第２ミキサ４６において乗算される。

第１ミキサ４２及び第２ミキサ４６からの信号は減算器
４３において相加され、低域通過フィルタ４７を経るこ
とによってベースバンド信号が再生される。そしてこの
ベースバンド信号は識別回路４８を経てデータが再生さ
れる。なお、ＦＳＫ方式における遅延回路の遅延時間設
定等はＡＳＫ方式における場合と同様であるのでその説
明を省略する。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、光源の位相雑音の
影響を緩和することができるので、ＡＳＫ方式又はＦＳ
Ｋ方式において、受信感度の劣化をきたすことなしに送
信光源又は局発光源のスペクトル線幅に対する特性仕様
を緩めることができるようになるという効果を奏する。

現在、一般にコヒーレント光通信に用いられている光源
はスペクトル線幅に対する特性仕様の非常に厳しい外部
共振器付半導体レーザ等であり、上述した特性仕様の緩
和は、コヒーレント光通信の実用化の時期を大幅に早め
るとともにコストの削減を達成するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の原理説明図、 第３図は残留キャリア成分抽出の説明図、第４図はＡＳ
Ｋ方式に適用される光ヘテロダイン受信装置のブロック
図、 第５図はＦＳＫ方式に適用される光ヘテロダイン受信装
置のブロック図、 第６図はＡＳＫ方式の場合の従来例ブロック図、第７図
はＦＳＫ方式の場合の従来例ブロック図である。 ５・・・光検波回路、　　　　　６・・・遅延回路、７
・・・狭帯域フィルタ回路、８・・・復調回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 振幅シフトキーイング又は周波数シフトキーイングされ
   た受信光に局発光を加えて光−電気変換を行い、中間周
   波信号を出力する光検波回路（５）と、分岐された上記
   中間周波信号のうちの一方から残留キャリア成分を抽出
   する狭帯域フィルタ回路（６）と、 分岐された上記中間周波信号のうちの他方を、上記狭帯
   域フィルタ回路（６）による信号の遅延時間と同程度に
   遅延させる遅延回路（７）と、 上記狭帯域フィルタ回路（６）の出力信号と上記遅延回
   路（７）の出力信号とをかけ合わせて復調する復調回路
   （８）とを備えたことを特徴とする光ヘテロダイン受信
   装置。