JPH05244094A - 光伝送装置 - Google Patents

光伝送装置

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JPH05244094A
JPH05244094A JP3900792A JP3900792A JPH05244094A JP H05244094 A JPH05244094 A JP H05244094A JP 3900792 A JP3900792 A JP 3900792A JP 3900792 A JP3900792 A JP 3900792A JP H05244094 A JPH05244094 A JP H05244094A
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JP
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signal
clock
circuit
nrz
bias
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Katsuji Uenishi
克二 上西
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Toshiba Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2589—Bidirectional transmission
    • H04B10/25891—Transmission components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝送する信号パターンに影響を受けないばか
りでなく、中断のないクロックの抽出を行うことがで
き、低コストで単純なシステム構成を可能とする光伝送
装置を提供すること。 【構成】 ＮＲＺ変調方式の光伝送装置において、ＮＲ
Ｚ変調信号ＤＴ，直流バイアスＢＳ及び該バイアスＢＳ
よりも振幅の小さいクロック信号ＣＫの３つを全て足し
合わせた電流出力を得るレーザ駆動回路１１と、このレ
ーザ駆動回路１１により駆動される半導体レーザ１２
と、半導体レーザ１２からのレーザ光を受信側に伝達す
る光ファイバ１３と、受信側でレーザ光を検出して電気
信号に変換する光検出器１４と、検出された電気信号か
らＮＲＺ変調信号を取り出すデータ再生回路１７と、検
出された電気信号の中からＮＲＺ変調信号に重畳された
クロック信号を抽出するクロック抽出回路１６とを具備
してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＮＲＺ変調超高速光通
信等の光伝送装置に係わり、特にクロック伝送・抽出手
段の改良をはかった光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信技術の実用化と高度化が進
み、同じ物理資源を有効に利用する立場からクロック周
波数の増大要求が高まっている。これに対応して、シス
テムを構成する各種デバイスの動作周波数は性能の限界
に近付いており、システムの中でも最も広帯域を必要と
するクロックの抽出回路が技術的キーポイントの一つと
なってきている。
【０００３】数Ｇｂ／ｓ以上の超高周波帯域での振幅変
調型光通信では、実効的帯域幅が狭くて済むＮＲＺ変調
方式が利用されるが、この方式では伝送される信号の中
に直接クロック周波数成分は含まれていない。このため
従来は、送信側ではＮＲＺ変調信号にスクランブラー等
の信号を混入してハイ状態とロー状態にある平均時間間
隔をできるだけ均等化し、図６に示すようなクロック抽
出回路を用いてクロック信号を取り出す方法を採ってい
る。
【０００４】具体的には、受信側において、受信信号を
微分回路６１により微分した後、全波整流回路６２によ
り整流（自乗検波）してクロック周波数成分を再生す
る。そして、増幅器６３で増幅した後、Ｑの大きいバン
ドパスフィルタ６４を通してクロック信号を取り出し、
さらに波形整形回路６５を通して出力している。
【０００５】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、ＮＲＺ変調方式を用いる
ことにより送信される信号の基本周波数がクロックの半
分に抑えられたにも拘らず、受信側においては一部とは
いえクロック周波数より広い帯域幅を持つ能動素子を必
要とする不具合があった。
【０００６】また、この方法では、送信する信号のパタ
ーンの変化に応じて抽出されたクロック信号の位相が変
化することが避けられず、ハイとローの確率をできるだ
け均等化した信号に近付けるとはいっても限界がある。
このため、クロックジッタとして残ったり、場合によっ
てはシステムのクロック同期動作が不安定になったりす
る恐れがある。さらに、伝送効率を下げるスクランブラ
ー信号の合成，除去などの処理プロセスが不可欠である
ため、複雑なシステム構成を余儀なくされるという不具
合があった。
【０００７】また、応用上の別の問題も出てきた。最近
では、純粋な通信に限定せず、並列／直列信号変換器を
組み合わせて計算機のバス同士を結合する手段として光
通信を利用することが行われている。このような単純な
用途の場合には、データ信号自体が非常に低い周波数成
分を持つため、データ信号に手を加える手続きを使わず
に、容易にかつ途切れることなくクロックを伝送できる
手段が重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＮＲ
Ｚ変調方式を利用した光伝送システムにおいては、複雑
な手続きと回路構成を必要とし、しかもクロック周波数
以上の高周波で動作する部品が不可欠であった。また、
伝送する信号パターンの影響を避けることはできず、ク
ロック抽出を常に保証することは困難であった。
【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、伝送する信号パターン
に影響を受けないばかりでなく、中断のないクロックの
抽出を行うことができ、低コストで単純なシステム構成
を可能とする光伝送装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、送信側
でＮＲＺ変調信号にクロック信号を重畳し、受信側でＮ
ＲＺ変調信号に重畳されたクロック信号を抽出すること
にある。
【００１１】即ち本発明は、ＮＲＺ変調方式の光伝送装
置において、ＮＲＺ変調信号に直流バイアス及び該バイ
アスよりも振幅の小さいクロック信号を重畳したレーザ
光を送信側から出力する手段と、この手段により出力さ
れたレーザ光を受信側に伝達する光ファイバと、受信側
でこのレーザ光を検出して電気信号に変換する光検出器
と、検出された電気信号からＮＲＺ変調信号を取り出す
データ再生回路と、検出された電気信号の中からＮＲＺ
変調信号に重畳されたクロック信号を抽出するクロック
抽出回路とを具備してなることを特徴とする。
【００１２】ここで、レーザ光を出力する手段として
は、電流駆動によりレーザ光を発生する半導体レーザ
と、直流バイアス電流，クロックに同期して発生された
ＮＲＺ変調信号電流，及びバイアス電流より振幅の小さ
いクロック正弦波電流の３つを全て足し合わせた電流で
半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路とを設ける構成
を採用すればよい。
【００１３】また、直流電流により駆動された半導体レ
ーザからのレーザ光を外部変調器に通し、ＮＲＺ変調信
号，直流バイアス及びクロック信号を電圧信号としてレ
ーザ光を変調する構成を採用してもよい。
【００１４】
【作用】数Ｇｂ／ｓ以上の超高周波でＮＲＺ直接変調す
る方式の光通信では、半導体レーザは、閾値以上の直流
電流バイアスを流しておかないと十分な高周波特性を得
ることができない。即ち、伝送すべきデータ信号のロー
レベルのときにも常時レーザ出力が得られている状態で
使うことが不可欠で、光強度が強いか弱いかで信号のハ
イとローの状態が区別されている。信号の状態を誤って
認識しないようにするには、その強度比、即ち消光比が
大きい方が理想的ではあるが、現実にはそれ程大きくは
取れない。
【００１５】従って、超高速光通信システムでは、直流
レベルのレーザ光は常時伝送されていることになるの
で、直流レベル以下の小さな振幅の正弦波信号を重畳し
て直接伝送することが可能である。本発明では、この正
弦波信号としてクロック信号を乗せてやることにより、
伝送すべきデータ信号の有無に拘らず、絶え間なくクロ
ック信号の伝送を可能としている。
【００１６】ＮＲＺ変調信号は、クロック周波数に同期
して入力されたデータの状態に応じてハイ又はロー状態
を維持、又は変化させることによって発生する信号であ
るから、伝送される信号の中に直接にはクロック周波数
成分が含まれない。従って、データ信号とクロック信号
とを混合してレーザ光の強度振幅変調として伝送して
も、原理的には２つの信号は互いに分離することが可能
である。実際のスペクトル分布の状態を考え影響を調べ
ると、次のような結果が得られる。
【００１７】ＮＲＺ変調信号に含まれるスペクトルの比
較的低次の高周波の成分がクロック周波数に近いところ
にある時には、スペクトル・パワーは大きいものの、ス
ペクトル間隔が粗である上にクロック周波数の極近傍に
は存在しない。このため、それ程Ｑの高くないフィルタ
でもＮＲＺ変調信号とクロック信号とを分離することが
できる。一方、ＮＲＺ変調信号の基本周波数が低くて高
次の高調波がクロック周波数にかなり近いときには、そ
のスペクトル・パワーが次数の自乗に逆比例して小さく
なるので、フィルタで完全に分離できなくてもＮＲＺ変
調信号の影響は無視できる。
【００１８】重畳するクロック信号の大きさは、ＮＲＺ
変調信号に著しい影響を与えない程度に小さく設定する
必要はあるが、極端に小さくする必要はない。何故な
ら、ＮＲＺ変調信号はクロックに対して完全にコヒーレ
ントであるので、一定の波形歪みを与える効果を及ぼす
だけである。
【００１９】ＮＲＺ変調信号とクロックの相対的位相関
係によって、場合によっては立上がり時間を短くし、逆
に立下がり時間を長くする効果を及ぼす。別の場合に
は、立上がり立下がりへの影響がこの逆になったり、時
にはオーバーシュートやアンダーシュートの効果やリン
ギングとして異なった信号歪みとして現れる。しかし、
一旦位相関係が決まれば、常に一定の歪みとして与えら
れるので、識別器で弁別可能な範囲においては信号の復
調にはそれ程問題とはならない。勿論、信号処理の入力
部に鋭いノッチフィルタを設けてクロック周波数成分だ
けを除いてやることによって、これらの影響を完全に除
去することも可能である。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
【００２１】図１は、本発明の第１の実施例に係わる光
通信装置を示す概略構成図である。送信側はレーザ駆動
回路１１と半導体レーザ１２から構成され、受信側は光
検出器１４，プリアンプ１５，クロック抽出回路１６及
びデータ再生回路１７から構成され、送信側と受信側は
光ファイバ１３により接続されている。
【００２２】レーザ駆動回路１１には、データ信号（Ｎ
ＲＺ変調信号）ＤＴ，バイアス信号ＢＳ，クロック信号
ＣＫが入力され、これら３つの入力電圧に対応した電流
が出力される。半導体レーザ１２はこの電流により駆動
され、後述するようにＮＲＺ変調信号ＤＴにバイアス信
号ＢＳ及びクロック信号ＣＫが重畳された光出力が得ら
れる。
【００２３】光検出器１４では、光ファイバ１３を介し
て入力されたレーザ光が復調され電気信号に変換され
る。この電気信号はプリアンプ１５により増幅された
後、クロック抽出回路１６及びデータ再生回路１７に供
給される。クロック抽出回路１６では、後述するように
クロック信号ＣＫ′が抽出される。データ再生回路１７
では、上記抽出されたクロック信号ＣＫ′に基づき前記
電気信号に含まれるデータ信号ＤＴ′が再生される。な
お、データ再生回路１７の復調信号入力の前には、クロ
ック信号だけを除去するノッチフィルタを設置してもよ
い。
【００２４】図２はレーザ駆動回路１１の具体的な構成
である。図２（ａ）は１個の集積回路チップ（ＩＣ）２
０で構成した例であり、内部ではデータ信号ＤＴ，直流
バイアス信号ＢＳ及びクロック信号ＣＫの各入力電圧に
対応する出力を発生し、それらの電流を合成して出力す
る機能を持つ。データ信号ＤＴは、必ずしも正確なＮＲ
Ｚ変調信号に変換したものではなく、生のデータでもよ
い。この場合には、ＩＣ２０は、内部にクロック信号に
同期したＮＲＺ変調信号を発生させる機能も内蔵したも
のである。
【００２５】図２（ｂ）は、３つの入力信号を独立の回
路で必要な増幅処理をした後、半導体レーザ１２上で重
畳する例である。基本的には従来多く使われてきた回路
に最も類似しており、データ整形増幅器２１，ＡＣ増幅
器２２，直流バイアス電流発生器２３，伝送線路２４，
２５，整合用抵抗器２６，２７及びコイル２８から構成
されている。
【００２６】データ信号ＤＴは、データ整形増幅器２１
によってＮＲＺ変調電圧振幅に変換される。振幅は、必
要な電流振幅に第１の伝送線路２４のインピーダンスを
掛けた値である。クロック信号ＣＫは、ＡＣ増幅器２２
によって電圧振幅に変換される。振幅は、必要なクロッ
ク電流振幅に第２の伝送線路２５のインピーダンスを掛
けた値である。第１及び第２の整合用抵抗器２６，２７
は、各々伝送線路２４及び２５のインピーダンスと整合
を取るためのマッチング抵抗である。バイアス信号ＢＳ
は、直流バイアス電流発生器２３によって電流に変換さ
れ、コイル２８を通じて他の出力信号と合成される。
【００２７】半導体レーザの高周波に対する内部インピ
ーダンスは１０Ω以下と低いので、第１の伝送線路２４
のインピーダンスは５０Ω以下、第２の伝送線路２５の
インピーダンスは第１の伝送線路２４のインピーダンス
以上に選ばれる。コイル２８の大きさは、低周波での遮
断周波数でのインピーダンスが１０Ωより大きくなるよ
うに決められる。直流バイアス電流発生器２３とコイル
２８の組み合わせは、直流バイアス電圧発生器と抵抗の
組み合わせでもよい。
【００２８】また、レーザ駆動回路１１として図２
（ａ）（ｂ）の中間の回路を採用してもよい。例えば、
データ信号ＤＴとクロック信号ＣＫを処理して２つの信
号を重畳した合成電流を発生するレーザ駆動ＩＣを使
い、直流バイアス電流発生器２３の電流をコイル２８を
通して他の出力と合成する回路である。
【００２９】クロック信号ＣＫはデータ信号ＤＴに比べ
て小さくてよく、基本的に半導体レーザ１２はクロック
周波数で−２０ｄＢ程度以上の応答があればよいので、
従来の装置で使っていたものと同程度の性能で十分であ
る。また、レーザ駆動回路１１においても、例えば図２
（ｂ）の場合には、ＡＣ増幅器２２だけが広帯域を必要
とするが、この増幅器２２の電力は小さくてよく容易に
実現できる。
【００３０】図３は、クロック抽出回路１６の具体的構
成を示すブロック図で、基本的にはクロック周波数だけ
を選択的に増幅し、波形整形する回路である。図３
（ａ）の例は、バンドパスフィルタ３１でクロック周波
数を選択的に取り出した後、増幅器３２で信号を増幅
し、最終的に波形整形回路３３で整形して内部クロック
信号として使えるようにする。波形整形回路３３は、単
純に矩形状に整形する回路であり、例えばリミッタ増幅
器でもよいし、矩形状に整形するばかりでなく位相を調
整するディレー回路等を含んでいてもよい。
【００３１】図３（ｂ）の例は、バンドパスフィルタ３
１と増幅器３２をこれらの機能を組み合わせた同調増幅
器３４で置き換えた例である。いずれにしても非線形変
換等は使っておらず、帯域を制限した増幅が主に要求さ
れる機能であるので、従来に比べて小さい入力でも安定
に動作する。
【００３２】このようなクロック抽出回路１６を従来の
回路（図６）と比べてみると、本質的には微分回路６１
と全波整流回路６２が削除されただけの違いである。光
検出器１４とプリアンプ１５には、クロック周波数その
ものを通すだけの帯域が必要となるが、微分回路や全波
整流回路のような広帯域は要求されない。また、全波整
流回路によるスペクトルのミクシングがないので、バン
ドパスフィルタ３１のＱは従来ほどの大きさは要求され
ない。次に、上記構成された本装置のクロック抽出作用
について、図４の信号波形図を元に説明する。
【００３３】前述したように、半導体レーザ１２からは
データ信号ＤＴ，バイアス信号ＢＳ及びクロック信号Ｃ
Ｋを重畳した光出力が得られる。ここで、図４（ａ）は
従来の光出力で、データ信号ＤＴとバイアス信号ＢＳを
合成したものである。本実施例では、これに図４（ｂ）
に示すクロック信号ＣＫを重畳している。
【００３４】前記図６に示すような従来のクロック抽出
回路では、微分回路６１により図４（ｃ）に示すような
微分波形が得られ、全波整流回路６２により図４（ｄ）
に示すような整流波形が得られる。この整流波形から分
かるように、ＮＲＺ変調信号が“０”又は“１”で連続
する期間では抽出されるクロック信号に途切れが生じ
る。
【００３５】これに対し本実施例のように、クロック信
号ＣＫを重畳した場合、半導体レーザ１２の光出力信号
自体に図４（ｅ）に示すようにクロック成分が直接的に
含まれているため、この信号からクロック信号ＣＫのみ
を抽出するのは容易である。ここで、ＮＲＺ変調信号は
クロックに対して完全にコヒーレントであるので、クロ
ックを重畳しても一定の波形歪みが生じるだけで、デー
タ再生には何等の影響も与えない。
【００３６】また、ＮＲＺ変調信号とクロックの相対的
位相関係によっては、図４（ｆ）に示すように、オーバ
ーシュートやアンダーシュートの効果やリンギングとし
て異なった信号歪みとして現れる。しかし、一旦位相関
係が決まれば、常に一定の歪みとして与えられるので、
識別器で弁別可能な範囲においては信号の復調にはそれ
程問題とはならない。必要があれば、信号処理の入力部
に鋭いノッチフィルタを設けてクロック周波数成分だけ
を除いてやることによって、これらの影響を完全に除去
することも可能である。
【００３７】このように本実施例によれば、送信側でレ
ーザ駆動回路１１によりＮＲＺ変調信号ＤＴにバイアス
信号ＢＳ及びクロック信号ＣＫを重畳し、さらに受信側
でクロック抽出回路１６によりクロック信号ＣＫを抽出
することによって、伝送する信号パターンに影響を受け
ないばかりでなく、中断のないクロックの抽出を行うこ
とができる。さらに、微分回路，整流回路及びＱの高い
フィルタ等を要することもなく、簡易な構成で低コスト
で実現することができる。
【００３８】また、光バスリンクのような計算機のバス
同士を結合する手段では、データ信号パターンがランダ
ムである上に途切れることもあり、これが大きな問題と
なっている。しかし、データ伝送に本実施例の構成を適
用すれば、データ転送効率を落とさずに、簡単な手段で
クロックを途切れさせることなく伝送することができ極
めて有用である。
【００３９】図５は、本発明の第２の実施例の要部構成
を示すブロック図である。この実施例は、第１の実施例
におけるレーザ駆動回路１１の代わりに、ＬｉＮｂＯ3
等の電気光学結晶からなる外部変調器５０を用いたもの
である。半導体レーザ１２は直流電流により駆動され、
一定のレーザ光を出力して外部変調器５０に与える。外
部変調器５０には、データ信号ＤＴ，直流バイアス信号
ＢＳ及びクロック信号ＣＫがそれぞれ電圧信号として入
力され、これらを合成した電界でレーザ光が変調され
る。
【００４０】このような構成であっても、外部変調器５
０からは第１の実施例と同様なレーザ光出力が得られ
る。従って、受信側を第１の実施例と同様に構成すれ
ば、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００４１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、超高速光通信の場合につ
いて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではな
い。低速の場合には、半導体レーザの応答が十分に速い
ので、通常は直流バイアスは必要としない。しかし、例
え直流バイアスを掛けて動作したとしても、多少信号対
雑音比が低下する点を除けば他に劣化する特性は何もな
いので構わない。従って、低速の場合でも本発明を適用
することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、送
信側でＮＲＺ変調信号にクロック信号を重畳し、受信側
でＮＲＺ変調信号に重畳されたクロック信号を抽出する
ことにより、伝送する信号パターンに影響を受けないば
かりでなく、中断のないクロックの抽出を行うことがで
き、低コストで単純なシステム構成を可能とする光伝送
装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わる光伝送装置のシ
ステム構成を示すブロック図、
【図２】第１の実施例に用いたレーザ駆動回路の例を示
すブロック図、
【図３】第１の実施例に用いたクロック抽出回路の例を
示すブロック図、
【図４】第１の実施例におけるクロック抽出作用を説明
するための信号波形図、
【図５】第２の実施例の要部構成を示すブロック図、
【図６】従来のクロック抽出回路の例を示すブロック
図。
【符号の説明】
１１…レーザ駆動回路、 １２…半導体レーザ、 １３…光ファイバ、 １４…光検出器、 １６…クロック抽出回路、 １７…データ再生回路、 ２０…レーザ駆動ＩＣ、 ２１…データ整形増幅器、 ２２…ＡＣ増幅器、 ２３…直流バイアス電流発生器、 ２４，２５…伝送線路、 ２６，２７…整合用抵抗器、 ２８…コイル、 ３１…バンドパスフィルタ、 ３３…波形整形回路、 ３４…同調増幅器、 ５０…外部変調器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＮＲＺ変調信号に直流バイアス及び該バイ
    アスよりも振幅の小さいクロック信号を重畳したレーザ
    光を送信側から出力する手段と、この手段により出力さ
    れたレーザ光を受信側に伝達する光ファイバと、受信側
    でレーザ光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
    この光検出器により検出された電気信号からＮＲＺ変調
    信号を取り出すデータ再生回路と、前記検出された電気
    信号の中からＮＲＺ変調信号に重畳されたクロック信号
    を抽出するクロック抽出回路とを具備してなることを特
    徴とする光伝送装置。
JP3900792A 1992-02-26 1992-02-26 光伝送装置 Pending JPH05244094A (ja)

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