JPS6149530A

JPS6149530A - 光ヘテロダイン通信方法

Info

Publication number: JPS6149530A
Application number: JP59171093A
Authority: JP
Inventors: Sadao Fujita; 定男藤田; Katsumi Emura; 克己江村; Minoru Shikada; 鹿田　實
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-03-11

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】（３−１）　　発明が属する技術分野本発明は光通信方法、特に光ヘテロゲイン検波半導体レ
ーザの高性能化、特に単一軸モード発振特性等の改善に
よって、半導体レーザを用いた光フアイバ通信において
も、光波の位相や周波数に信号を乗せて伝送するコヒー
レント通信方式、例えば、周波数シフトキーインクある
いは位相シフトキーインクによる光ヘテロゲイン・ホモ
ダイン検波通信方式等の実現が可能になって来た。特に
半導体レーザは注入電流の大きさを変えることによって
発振周波数の直接変調が可能であるため、周波数シフト
キーインクによる光へテロダイン通信方法は構成が簡単
で、有効な通信方法と考えられている。

（３−３）　　従来技術の欠点光ヘテロダイン検波を用いる通信方法のうち周波数情報
を用いる周波数シフトキーインクによる光ヘテロダイン
検波方法は、光源として半導体レーザを用いれば、光源
の直接周波数変調が可能で構成が簡単となるほか、強度
シフトキーインク検波方式に比べ理論的に３ｄＢの受信
感度加養が可能である等の利点もある。この周波数シフ
トキーインクによる光ヘテロゲイン検波方法としてニス
・サイトウ（８，８ａｉｔｏ）氏らにより米国の雑誌ア
イ・イー・イー・イージャーナル、オブ、クオンタムエ
レクトロニクス（ＩＢＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑ
ｕａ−ｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）第１９巻
、２号（１９８３年２月発行）第１８０頁所載の論文「
エスエヌアンドエラーレートエバリュエーションフォア
ンオプチ力ルエ７エスケイーヘテロダインディテクショ
ンシステムユージングセミコンダクターレーザーズＪ　
（Ｓ／Ｎ　　ａｎｄ　ｅｒｒｏｒ　ｒａｔｅ　ｅｙａｌ
ｕａｔｉｏｎｆｏｒ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ＦＳＫ−
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅ
ｍ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　１ａｓ
ｅｒｓ）がある。この論文では半導体レーザを２００　
Ｍｂ／　ｓの信号速度で直接周波数変調し、信号光と局
部発振光とを合波した後、光受信部で受信して、周波数
弁別器を用いて復調信号出力を取り出している。

一般に周波数シフトキーインクによる光ヘテロダイン検
波方式では光源に狭いスペクトル幅、高い周波数安定度
が要求されるが、現状の半導体レーザは必ずしもこの要
求を満たしていない。そのため前記論文のシステムにお
いても半導体レーザのスペクトル拡がシがベースバンド
における信号対雑音比劣化の原因となり、符号誤シ率特
性を悪化させている。

この問題を解決するには、周波数偏移を大きくとシ牛導
体レーザのスペクトル拡がシの影響をなくすればよいが
、この場合帯域の広い光受信部が必要となる。しかし、
光受信部では周波数が高くなるほど雑音が増加するため
、高い周波数の変調周波数成分の信号対雑音比が劣化し
周波数弁別器を用いて復調する際、受信感度を高くでき
ないと云う欠点があった。

一方、光源のスペクトル幅に対する要求がゆるく光源の
直接変調が可能な周波数シフトキーインクによる光ヘテ
ロゲイン・ホモダイン検波方法として注封らによるｒＤ
ＦＢ−ＬＤを用いたＦ８に光ヘテロダイン単一フィルタ
検波方式の特性」（昭和５９年度電子通信学会総合全国
大会、２６１２　）がある。これは信号光の周波数変調
時に、脅發ト１５肯車＃周波数偏移を大きくしだ２値の
周波数変調を行い、復調部においては中間周波数の２つ
の変調周波数成分のうち、低廟波側の成分のみを取り出
し、復調する方法であシ、光源のスペクトル拡がシの影
響を受けに＜＜、低周波側の成分のみを取り出すので受
信回路の低雑音比が容易である点を特徴としている。

しかし、この方式では復調時に変調信号の半分の成分し
か復調に利用しないため、本来の２値周波数変調方法に
比べ受信感度が３ｄＢ劣ると云う欠点があった。

（３−４）　　発明の目的本発明の目的は２値以上の周波数変調された信号を復調
する際に、光受信部での高い周波数成分の雑音の影響を
低減し、高い受信感度の得られる光ヘテロダイン通信方
式を提供することにある。

（３−５）　　発明の構成本発明の光ヘテロゲイン通信方法は、光送信部において
情報信号によや変調された信号光を送信し光合波部にお
いて伝送されてきた前記信号光を局部発振光と合波し、
この合波した光を光受信部で中間周波数信号に変換し、
復調部で前記中間周波数信号から復調信号を取り出す、
光ヘテロゲイン通信方法において、前記光送信部におけ
る信号光の変調は２値以上の周波数変調によって行ない
、前記復調部においては前記中間周波数信号中の変調周
波数成分をそれぞれ独立に取り出して検波し、それぞれ
の検波信号の信号対雑音比に応じて各検波信号の強度比
を変えて、合成した後、復調出力として取り出すことを
特徴とする。

（３−６）　　発明の原理前述のように半導体レーザのスペクトル拡がシの影響を
受けないように半導体レーザを直接周波数変調するには
、周波数偏移を大きくとればよいが、この場合、中間周
波数信号のスペクトルはかなり拡がシ、帯域の広い光受
信部が必要となる。

しかし、光受信部では周波数が高くなるほど雑音が増加
するため、高い変調周波数成分の信号対雑音比が劣化す
る。

一方復調部で２値周波数変調された低周波成分のみ取り
出す方法では、半導体レーザのスペクトル拡がシの影響
を受けにくいが本来の２値周波数変調方法に比べ受信感
度が３ｄＢ劣る。そこで本発明では中間周波数信号の低
い変調周波数成分と高い変調周波数成分を独立に取り出
して検波し、それぞれの検波出力の強度比を変えて合成
し、復調出力として取り出すことによや、高い変調周波
数成分の雑音の影響を低減し、高い受信感度を得る。

（，３−７）　　実施例次に実施例によυ本発明について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図、第２図は各部の周波数の特性を示す図である。ま
ず送信用光源１は信号発生器２からの変調信号３で２値
周波数変調される。これによや周波数変調された信号光
４は光伝送路５を伝搬した後光合波部６によや局部発振
光源７の出力光である局部発振光８と合波される。この
合波光９は光受信部で光検出器１０によや検波され、受
信回路１１によや第２図（、）に示すような低い周波数
と高い周波数とにピークを持つ双峰性の２値の中間周波
数信号１２が取り出される。これを２分して低域通過の
フィルタ１３と帯域通過のフィルタ１４に加え、それぞ
れ、周波数の異なるピークが１つの中間周波数信号を得
る。この出力をそれぞれ包絡線検波器１５．１６によや
検波し、検波出力１７．１８の信号対雑音比に応じて、
電力合成器１９で合成比を調整して、復号出力２０を得
る。

送信用光源１としては単一軸モード発振する半導体レー
ザを用い、注入電流を微小に変化させ、（／ｒ７．’ｉ
Ｍｂ　／　ｓの２値周波数変調を行なった。この時の注
入電流のふれ幅は４　ｍＡで周波数偏移はＩＧＨｚであ
った。光伝送路５としては単一モード光ファイバを用い
、光合波部６には）・−７ミラーを用いた。光検出器１
０としてはアバランシェフォトダイオードを使用し、合
波光９をヘテロダイン検波した。受信回路１１の帯域は
２Ｇ）（ｚであり、中間周波数信号１２には第２図（、
）に示すような、５００ＭＨｚと１．５　ＧＨｚにピー
クをもつ双峰性のビート出力を得た。

中間周波数信号１２を２等分して、一方を周波数特性が
第２図（ｂ）に示される様な遮断周波数ＩＧＨｚの低域
通過のフィルタ１３に通すとその出力波形は第２図（ｃ
）に示される様な信号符号”１”に対応する中心周波数
５００　ＭＨｚのビート出力となる。

これを包絡線検波器１５で検波する事によや、第１の検
波出力１７を得た。

同様に中間周波数信号１２を第２図（ｄ）に示されるよ
うな周波数特性をもつ帯域通過のフィルタ１４を用いて
、第２図（ｅ）に示されるような信号符号”０”に対応
する中心周波数１．５ＧＨｚのビート出力を取り出し、
包絡線検波器１６で検波し、第１の検波出力とは逆極性
の第２の検波出力１８を得た。

第１の検波出力１７の信号対雑音比は２７　ｄＢであっ
た。一方、受信回路の高周波領域で回路雑音が大きいた
め第２の検波出力１８の信号雑音比は２１　ｄＢであっ
た。これらの第１ｊ第２の検波出力１７．１８の信号対
雑音特性を考慮して、電力合成器１９において第２の検
波出力１８を６ｄＥ程減衰させて第１の検波出力１７と
差動的に加え、復調信号２０を得た。

この場合の受信感度は、それぞれの包絡線検波器１５ｊ
　１６からの出力を１＝１で差動的に加えた場合の受信
感度に比べ約１ｄＢ改善された。

第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図、第４図は各部の周波数特性を示す図である。この
実施例では広帯域の受信回路を用いる代わシに、光検出
器１０で得られた中間周波数信号２１を、それぞれ低周
波成分、高周波成分に分離し、各中間周波数信号のビー
トの中心周波数で整合のとれた低周波増幅器２５、高周
波増幅器２６を用いて、等測的に受信回路の広帯域化を
図ると共に、各中間周波数信号を独立に取り出して復調
している。

この実施例においては送信用光源１には承−軸モード発
振する半導体レーザを用い、注入電流を微少に変化させ
４５０　Ｍｂ　／　ｓの２値周波数変調を行なった。こ
の時の注入電流のふれ幅は６ｍＡで周波数偏移は１．６
ＧＨｚであった。

この信号光４と局部発振光８との合波光９を光検出器１
０を用い、ヘテロダイン検波した。このとき中間周波数
信号２１は第４図（ａ）に示されるような双峰性のビー
ト出力であり、帯域は３．２ＧＨｚ程度と広いものであ
った。この中間周波数信号２１は、第４図（ｂ）に示す
１．５　ＧＨｚで３ｄＢカツプラとして動作する方向性
結合器２２を用いて、それぞれ第４図（ｃ）に示す信号
符号“１″に対応する中心周波数が７００ＭＨｚの低周
波のビート出力２３と、第４図（ｄ）に示す信号符号”
０”に対応する中心周波数が２．３ＧＨｚの高周波のビ
ート出力２４に分離した。ここで用いた方向性結合器２
２はマイクロストリップ線路で構成された広帯域の位相
反転形ノ・イブリッドリングである。方向性結合器２２
により分離された低周波のビート出力２３と高周波のビ
ート出力２４をそれぞれ中心周波数７００　ＭＨｚで整
合のとれた低周波増幅器２５、中心周波数２．３　ＧＨ
ｚ整合のとれた高周波増幅器２６を用いて増幅し、包絡
線検波器１５゜１６で検波する。この時の第１の検波出
力１７と第２検波出力１８の信号対雑音比はそれぞれ２
３ｄＢ　？　１９　ｄＢであった。電力合成器では第２
の検波出力１８を３ｄＢ減衰させて第１の検波出力１７
と差動的に加え合わせ、良好な復調信号２０を得た。

本発明においては以上の実施例の他にもさまざまな変形
が可能である。送信用光源１としては半導体レーザの他
に、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等のガスレー舒ザや、外部鈍物の半導体レーザを用い、その共振器長を
変えて周波数変調をかけるようにすることも可能である
。またガスレーザや固体レーザと音響光学変調器等の周
波数変調器を組合せて送信用光源１とすることも可能で
ある。光伝送路５としては光ファイバの他に空間伝搬の
場合や他の光導波路を考えることもできる。光合波部６
としてはハーフミラ−の他にファイバカップラや回折格
子を用いることも可能である。局部発振光源７としては
、半導体レーザの他にガスレーザ、固体レーザ等の各種
レーザを用いることができるし、光検出器１０としては
、フォトダイオード、光電子増倍管等の使用が可能であ
る。またヘテロダイン検波を行なう場合に、電気的な検
波器としては、包絡線検波器１５．１６のかわシに、あ
る基準周波数を用いる同期検波器を用いることも可能で
ある。

また局部発振光源７の発振周波数を送信用光源１からの
信号光のうちの一方の周波数成分と合わせて検波を行な
い、そのベースバンド信号の振幅あるいは強度情報から
信号を復調するようにすることも可能である。

さらに光検出器１０と受信回路１１をハイブリット構成
し、光受信部の低雑音化を図ったＰＩＮ−ＦＦｉＴ型の
光受信器の使用も・可能である。また第１の実施例では
帯域通過のフィルタ１４を使用しているが、高域通過の
フィルタ、共振器等を使用してもよい。第２の実施例で
は２つのビート出力を分離す′るだめに方向性結合器２
２を用いているが、リング共振器等を利用した分波器を
用いてもよい。

また実施例は２値の周波数シフトキーインク方式につい
ての例であるが、４値等の多値の周波数シフトキーイン
ク゛方式についても２値の周波数シフトキーインク方式
と同様に本発明の方法を適用できる。

（３−８）　　発明の効果以上詳しく述べたように本発明では、２値以上の周波数
変調を行う光ヘテロゲイン通信方法において、光受信部
からの中間周波数信号の低い変調周波数成分と高い変調
周波数成分を独立に取り出して検波し、それぞれの検波
出力の強度比を変えて合成し、復調出力を取り出す事に
よや、光受信部で発生する高い変調周波数成分の雑音の
影響を低減し、高い受信感度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するだめのブロッ
ク図、第２図（ａ）　ｌ　（ｂ）　＃　（ｃ）　ｊ　（
ｄ）　ｊ　（ｅ）は第１の実施例を説明するための周波
数特性図、第３図は本発明の第２の実施例を説明するだ
めのプロッり図、第４図（ａ）　ｔ　（ｂ）　ｙ　（ｃ
）　ｙ　（ｄ）は第２の実施例を説明するだめの周波数
特性図である。図において、１・・・送信用光源、２・・・信号発生器
、３・・・変調信号、４・・・信号光、５・・・光伝送
路、６・・・光合波部、７・・・局部発振光源、８・・
・局部発振光、９・・・合波光、１０・・・光検出器、
１１・−・受信回路、１２−・・中間周波数信号、１３
．１４・・・フィルタ、　　　　　医１５．１６・・・
包絡線検波器、１７ｔ１８・・・検波出力、１９・・・
電力合成器、２０・・・復調出力、２１・・・中間周波
数信号、２２・・・方向性結合器、２３・・・低周　　
　　大波のビート出力、２４・・・高周波のビート出力
、２５・・・低周波増幅器、２６・・・高周波増幅器、
２７ツ２８・・・フィルタ、である。７１−２　　図

Claims

【特許請求の範囲】

光送信部において、情報信号によや変調された信号光を
送信し、光合波部において伝送されてきた前記信号光を
局部発振光と合波し、この合波した光を光受信部で中間
周波数信号に変換し、復調部で前記中間周波数信号から
復調信号を取り出す光ヘテロダイン通信方法において、
前記光送信部における信号光の変調は、２値以上の周波
数変調によって行ない、前記復調部においては、前記中
間周波数信号中の変調周波数成分をそれぞれ独立に取り
出して検波し、それぞれの検波信号の信号対雑音比に応
じて、各検波信号の強度比を変えて、合成した後、復調
出力として取り出すことを特徴とする光ヘテロダイン通
信方法。