JPH0666732B2 - 周波数偏移変調による光通信方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、常に正しい符号極性を有した復調信号を得る
ことのできる周波数偏移変調による光通信方法に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

最近半導体レーザの性能・特性が向上した結果、単一軸
モードで発振し且つスペクトル純度の高い半導体レーザ
が得られるようになった。このため、光の周波数や位相
の情報を利用したコヒーレント光伝送方式が実現可能に
なり、高感度の通信システムを実現することができる。
例えば、斎藤等による論文「コヒーレント光ファイバ伝
送変復調技術」（電気通信研究所研究実用化報告，第31
巻，第12号（1982）,2173頁）に述べられているよう
に、特に周波数情報を用いる二値周波数変調（FSK）に
よる光ヘテロダイン通信方法の場合には、半導体レーザ
の注入電流を微少に変化させることにより、半導体レー
ザの出力光を直接に周波数変調することができ、損失の
小さい光通信システムを簡単に構成することができると
いう特長を有している。

ところが、二値周波数変調された信号光を受信側で局部
発振光を用いて光ヘテロダイン検波して復調する場合
に、信号光と局部発振光の間の発振周波数（波長）の相
対的関係によってマーク信号が低周波側になる場合とス
ペース信号が低周波側になる場合が生じる。従来の装置
構成では受信側において局部発振周波数について正しい
設定位置の情報を得られないので、その結果出力信号の
符号極性が反転し正しい符号情報を得ることができない
場合があるという問題を有していた。多値周波数変調の
場合には、局部発振光の発振周波数が正しく設定される
確率は更に低くなるので、かかる問題は更に大きくな
る。

また周波数情報を用いる光伝送方法としては、上記光ヘ
テロダイン検波方法の外にも、光周波数弁別器を用いて
受信側で周波数偏移変調波を光強度変調波に変換する方
法が考えられる（山本による論文「各種光ディジタル変
復調方式の基礎検討」，電子通信学会技術研究報告,CS7
9−144,1979）。この場合光周波数弁別器としてはファ
ブリ・ペロー・エタロン等が用いられるが、この光周波
数弁別器でも出力信号の“1",“0"が反転しているか否
かの情報は得られにくく、正しい符号極性を有した信号
を復調しにくいという問題を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記問題点を解決することにあり、受
信側において常に正しい符号極性を有した信号を復調す
ることのできる光周波数偏移変調による光通信方法を提
供することにある。

〔発明の構成〕

本発明は、送信部からパルス周波数偏移変調された信号
光を送信し、受信部で前記信号光からパルス信号を復調
する周波数偏移変調による光通信方法において、受信部
に入射された信号光から、前記パルス周波数偏移変調に
伴って生じた前記信号光の強度の微少変化分と、前記パ
ルス信号とを取出し、この強度の微少変化分の符号極性
とパルス信号の符号極性とを比較し、この比較で得た情
報を用いて前記信号光を正しい符号極性で復調すること
を特徴としている。

〔作用〕

本発明においては、半導体レーザを光源として用いて周
波数偏移変調を行う場合に、信号光は周波数偏移変調の
際同時にわずかに光強度変調を受けるので、この光強度
の変化分を受信側で検出して符号極性の基準とし、復調
信号の符号極性が正しいか否かを判別させる。例えば光
強度の変化分を検出して得たパルス列が周波数を変調分
を検出して得たパルス列と一致すれば復調信号の符号極
性は正しいと判断され、一致しないときには正しくない
と判断される。そして正しくない場合には正しくなくな
るように修正手段を作動させて符号極性を反転させる。

〔実施例〕

以下に、図面に用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の第１実施例による光通信システムの構
成を示すブロック図、第２図は信号光と局部発振光の波
長上の位置関係と復調出力の関係を示す図、第３図は受
信部の各部の波形を示す図である。

第１図において、１は送信部で、送信部１はドライバ２
と光源部３を縦続的に接続して構成される。ドライバ２
に入力した送信信号４は、ドライバ２で増幅された光源
部３に与えられる。この光源部３は半導体レーザで構成
され、上記送信信号４に対応したパルス変調成分を有す
る印加電流により直接に２値周波数偏移変調されて信号
光５を出力する。信号光５は光ファイバ伝送路６を通っ
て受信部７に入射する。

受信部７において、８は光合波回路で、光合波回路８に
は局部発振光源31から局部発振光10が供給される。光合
波回路８の出力光は光検出器10で光ヘテロダイン検波さ
れる。光検出器10の出力信号11は、増幅器12で増幅され
た後低減フィルタ13及び高域フィルタ15に入力される。
低域フィルタ13の出力信号14は増幅器17、積分回路18を
通って比較信号19として差動増幅器20の非反転端子に入
力される。一方高域フィルタ15の出力信号16は周波数弁
回路21,28に与えられる。周波数弁回路21の復調出力22
は、積分回路23を介して比較信号24として上記差動増幅
器20の反転端子に入力されると共に、符号反転回路25に
入力される。また周波数弁回路28の出力信号29はマイク
ロプロセッサ30に入力され、マイクロプロセッサ30は前
記局部発振光源31の動作を制御する。上記差動増幅器20
の出力26は符号極性判別回路27に入力され、この符号極
性判別回路27から出力される制御信号32は上記符号反転
回路25に与えられる。

次に受信部７の動作を説明する。受信部７に入力した信
号光５は光合波回路８で局部発振光９と合波された後、
光検出器10で光ヘテロダイン検波されビート信号11に変
換される。このビート信号11は増幅器12によって所要の
レベルにまで増幅され、その後ビート信号11から、低域
フィルタ13によって信号光５の強度変調成分14が、また
高域フィルタ15によって信号光５の中間周波信号成分16
がそれぞれ取出される。強度変調成分14は増幅器17で増
幅された後積分回路17で波形変換され第１の比較信号19
として差動増幅器20の非反転端子に入力する。中間周波
数信号成分16は周波数弁回路21で復調され、ベースバン
ド帯を復調出力22に変換される。この復調出力22は、積
分回路23で波形変換され、第２の比較信号24として差動
増幅器20の反転端子に入力すると共に、符号反転回路25
に入力する。

ここで信号光５と局部発振光９の波長上の位置関係によ
る復調出力22の状態を説明する。第２図（Ａ），（Ｂ）
において、左側の図は波長（横軸）上の信号光５と局部
発振光９の各スペクトル33,34を示し、中央の図は周波
数（横軸）上の強度変調成分14と中間周波信号成分16の
各スペクトル35,36を示し、右側の図は復調出力22の波
形例を示す。第２図の（Ａ），（Ｂ）を比較すると明ら
かなように、信号光５と局部発振光９の波長λ_S,λ_Ｌに
係り位置関係が反対になると、復調出力22の符号極性が
互いに反対になる。従って信号光５と局部発振光９の波
長上の位置関係が正しくないときには、復調出力22の符
号極性が反転するので、これを検出して修正する必要が
生じる。

第３図の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）のそれぞれ
に、強度変調成分14、第１の比較信号19、復調出力22、
第２の比較信号24の各波形例を示す。強度変調成分14は
レベルが低いために雑音が多いが、積分回路18によって
高周波成分が除かれるので、比較的にＳ／Ｎ比の良い比
較信号19に変換される。一方積分回路23は上記積分回路
18と同一の積分定数に設定されているので、復調出力22
の符号極性が強度変調成分14と同じであるときにはその
出力である比較信号も比較信号19とほぼ相似の波形にな
る。

上記比較信号19,24はほぼ同一レベル、同一位相に調整
して作動増幅器20に入力されるものとする。この場合に
おいても、もし復調出力22が正しい符号極性を有すると
きには、比較信号19,24が相殺されて差動増幅器20の出
力26はほぼゼロになり、反対の符号極性を有するときに
は比較信号19,24の波形が強調されて差動増幅器20には
大きな出力26が生じることになる。差動増幅器20の出力
26は符号極性判別回路27に入力され、ここでそのレベル
が基準値よりも大きい判別されたときには、符号極性判
別回路27から符号反転回路25に制御信号32が送られ、復
調出力22の符号極性を反転させる。反対にレベルが基準
値より小さいと判別されたときには復調出力22は正しい
符号極性であるとみなされ、符号反転回路25は復調出力
22をそのままの符号極性で出力する。

上記実施例において、送信信号４の伝送速度は280Mb／
ｓ、波長は1.55μｍ、中間周波数信号成分16の中心周波
数f_Iは850MHz、周波数偏移量は500MHz、低域フィルタ13
の遮断周波数は250MHz、高域フィルタ15の遮断周波数は
350MHzに設定している。また第１及び第２の積分回路1
8,23の遮断周波数は10MHzに選ぶものとする。

また中間周波信号成分16の中心集歩数f_Iを850MHzで安定
させるため、前述した如く、中心周波数の周波数ずれを
周波数弁別回路28で検出し、得られた誤差信号29をマイ
クロプロセッサ30を介して局部発振源31の印加電流に重
畳させて周波数制御を行っている。

第４図は本発明の第２実施例による光通信システムの構
成を示す。送信部１は前記第１実施例と同じであるので
受信部７のみを示している。この実施例では、マイクロ
プロセッサ30と局部発振光源31の間に温度制御回路37を
設けると共に、前記第１実施例の符号反転回路25を備え
ず、符号極性判別回路27の出力する制御信号32をマイク
ロプロセッサ30に与えるように構成している。その他の
回路構成は前記第１実施例の場合と同じである。

上記構成において、信号光５を光ヘテロダイン検波して
得たビート信号11に基づき、低域フィルタ13、積分回路
18、高域フィルタ15、周波数弁別回路21、積分回路23、
差動増幅器20、符号極性判別回路27等を介して復調出力
22の符号極性を判別するのは前記第１実施例の場合と同
じである。その後判別結果である制御信号32をマイクロ
プロセッサ30が読取り、符号極性が反転している場合に
は局部発振光源31の温度制御回路37を働かせ、局部発振
光９の波長を他方の同調波長域に変化させる。この結
果、信号光と局部発振光９の波長関係が正しい配置（第
２図（Ａ），（Ｂ）のいずれか一方の状態）になった場
合には、符号極性判別回路27の制御信号32に基づきマイ
クロプロセッサ30は中間周波信号成分16の中心周波数を
所定値に保つよう局部発信光９の波長制御のみを行い、
定常動作状態に入る。なおこの波長制御は第１実施例の
場合と同様に周波数弁回路28、マイクロプロセッサ30に
よって行なわれる。

第５図は本発明の第３実施例による光通信システムの構
成を示し、第６図はこの実施例で用いる光周波数弁別器
の特性と復調信号の波形との関係を示す。この実施例に
おいても送信部１は前記実施例と同一であるので、第５
図は受信部のみを示している。

受信部７に入射した信号光５は、ハーフミラー38によっ
て２方向に分離され、一方は光周波数弁別器39に入射
し、他方は光検出器40に入射する。光周波数弁別器39と
してはファブリ・ペロー・エタロンが使用される。この
光周波数弁別器39は第６図に示す如き光透過特性45を有
し、信号光５の波長光透過性45の位置を適当に合わせる
ことによって、（Ａ），（Ｂ）に示すように信号光５を
周波数偏移変調波46から光強度変調波47に変換すること
ができる。この場合信号光５の波長λ_Ｓと光透過特性45
の中心波長λ_Ｃの位置関係の違いによって光強度変調波
47の符号極性は反転する。かかる光周波数弁別器39を通
った信号光５は、光検出器10に入射して直ちにベースバ
ンド帯の復調出力22に変換され、増幅器12で電気的に増
幅される。また光検出器40に入射した信号光５は、ここ
で強度変調成分14が検出され、増幅器17で電気的に増幅
される。上記復調出力22と強度変調成分を用いて、前記
第１実施例と同様に第１及び第２の積分回路18,23、差
動増幅器20、符号極性判別回路27を介して復調出力22の
符号極性が判別される。そして符号極性が反転している
場合には符号反転回路25を動作させて復調出力22の符号
極性を反転し、正しい符号極性に直す。

また、光周波数弁別器39の光透過特性45の中心波長λ_Ｃ
は、ファブリ・ペロー・エタロンの第１及び第２のエタ
ロン板41,42の間隔を調整することによって変えること
ができるので、本実施例では復調出力22にてスペース値
最小のもとでマーク値がほぼ最大になるように、パルス
波高値検出回路43、駆動回路44、エタロン板間隔制御用
電歪素子（図示せず）を作動させている。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記
実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内
で種々の変形が可能である。例えば強度変調成分14と復
調出力22の比較を積分回路で波形変換した後に行った
が、その必要は必ずしもなく、直接に比較することもで
きる。また積分回路の代わりに微分回路を用い、波形の
変化方向を比較するように構成することもできる。更
に、強度変調成分14と復調出力22をそれぞれ識別回路を
通した後に比較することもできる。

また第３実施例については、正しい符号極性を有した復
調出力22が得られるように、第１及び第２のエタロン板
41,42の間隔を制御して光透過特性45の中心波長λ_Ｃを
変えるように構成することができる。

前記各実施例では復調方法として周波数弁別検波の例を
示したが、それ以外の復調方法、例えばフィルタと包絡
線検波器を用いたデュアル・フィルタ検波方法、マーク
とスペースのいずれか一方の帯域成分のみを分離して包
絡線検波する方法等を用いることもできる。

更に本発明は多値周波数変調の場合にも適用できるのは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、受信側お
いて復調信号の符号極性が正しいか否かを判断し、正し
くないときには符号極性を反転するように構成したた
め、受信側において常に正しい符号極性を有した復調信
号を得ることのできる周波数偏移変調による光通信方法
を実現できると共に、簡易な回路構成によって信頼性の
高い光通信装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すブロック図、 第２図は信号光と局部発振光の波長上の位置関係と復調
出力との関係を示す説明図、 第３図は受信部の各部の波形図、 第４図は本発明の第２実施例を示す要部ブロック図、 第５図は本発明の第３実施例を示す要部ブロック図、 第６図は光周波数弁別器の特性と入出力関係を示す説明
図である。 １……送信部 ４……送信信号 ５……信号光 ６……光ファイバ伝送路 ７……受信部 14……強度変調成分 16……中間周波信号成分 20……差動増幅器 22……復調出力 25……符号反転回路 27……符号極性判別回路 31……局部発信光源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信部からパルス周波数偏移変調された信
   号光を送信し、受信部で前記信号光からパルス信号を復
   調する周波数偏移変調による光通信方法において、受信
   部に入射された信号光から、前記パルス周波数偏移変調
   に伴って生じた前記信号光の強度の微少変化分と、前記
   パルス信号とを取出し、この強度の微少変化分の符号極
   性とパルス信号の符号極性とを比較し、この比較で得た
   情報を用いて前記信号光を正しい符号極性で復調するこ
   とを特徴とする周波数偏移変調による光信号方法。