JP2007259426A - I/q直交変調送信機、並びにi/q直交変調送信機においてi/q間位相差をモニタする装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】I/Q直交変調送信機は、Iブランチ102、移相要素108を備えるQブランチ103、タップ110、I/Q間位相差モニタ装置113を備える。I/Q間位相差モニタ装置113は、タップ110と移相要素108との間に設けられ、I/Q間位相差をモニタする。I/Q間位相差モニタ装置113は、タップ110から受信した信号を二乗する二乗部114、Iブランチデータ104、Qブランチデータ105、二乗部114の出力115を乗算する乗算器116、乗算器116の出力117を平均化する平均化部118を備える。上記モニタ結果に応じて移相要素108の位相シフト量を制御することによりI/Q間位相差が調整される。
【選択図】図2
Description
"Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key (oDQPSK) for High Capacity Optical Transmission" by R.A.Griffin et al, Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 2002. OFC2002 17-22 March 2002 Pages 367-368
1.位相を振動させるので、光S/N比の劣化を引き起こす
2.ピークを検出する方法は、調整すべき位相が目標値に調整されているか否かを決定できるに過ぎない。すなわち、調整中の位相シフト量が目標値よりも大きいのか小さいのかが分からない。
3.ピーク検出により得られる信号は、位相誤差に対して2次曲線となるので、位相誤差がゼロに近いときは、ピーク検出信号の感度は低下し、位相制御の精度が低くなる。
4.位相制御の速度は、振動周波数(上述の周波数f)により制限される。
(1)位相振動を利用しないので、光SN比の劣化を引き起こさない。
(2)位相誤差の大きさだけでなく、位相誤差の符号(目標値に対して大きい側にずれて
いるのか小さい側にずれているのか)も示すことができる。
(3)位相誤差制御の精度が大幅に向上する。位相モニタ部から出力される位相誤差信号は、位相誤差に比例する。(すなわち、位相誤差に対する誤差信号の微分係数は、一定である。)したがって、位相誤差がゼロに近いときであっても位相誤差信号の感度は保障される。
(4)位相制御の速度は、位相調整のために導入される位相振動の周波数により制限されることがないので、高速な位相ロックが実現される。
図2は、本発明のI/Q間位相差モニタ装置を備えるDQPSK送信機の構成を示す図である。図2において、変調されていない入力信号101は、分岐されてIブランチ102およびQブランチ103に導かれる。Iブランチ102およびQブランチ103には、それぞれ変調器106、107が設けられている。各変調器は、それぞれI/Qブランチデータ104、105に従って、入力に対して「0」または「π」の位相変調を与える。Qブランチ103上には移相要素108が設けられている。移相要素108の位相シフト量はπ/2であり、これによりI/Q間位相差(π/2)が与えられる。なお「π/2」は、「π/2+nπ(nは、ゼロを含む整数)」であってもよい。そして、このI/Q間位相差がπ/2からずれると(すなわち、移相要素108の位相シフト量がπ/2からずれると)、光S/N比の劣化が引き起こされることになる。変調されたIブランチ信号およびQブランチ信号を結合することによりDQPSK信号109が生成される。DQPSK送信機は、パルス波形を整形するためのパルス整形器111を備えていてもよい。
DI +DQ exp(jθ)
DI およびDQ は、それぞれ、Iブランチデータ104およびQブランチデータ105を表しており、その値は「1」及び「−1」(それぞれ「1」及び「ゼロ」に対応する)、または、「−1」及び「1」である。「θ」は、移相要素108の位相シフト量を表し、その理想値はπ/2である。ここで、移相要素108において位相誤差δが存在するものとすると(すなわち、θ=π/2+δであるものとすると)、DQPSK信号109は下式で表される。
DI +jDQ exp(jδ)
二乗部114は、タップ110から光信号を受信し、その光信号の二乗値(すなわち、瞬時パワー)を得て出力する。ここで、「二乗」とは、光信号を複素数で表現するものとすると、その複素数の絶対値の二乗を意味する。二乗部114は、例えば、光通信システムで使用される光電検出器、フォトダイオード、電気通信システムで使用されるエンベロープ検出器、アナログ回路においてスプリッタおよび乗算器から構成される二乗回路、D
SPによる二乗演算などにより実現することができる。例えば、二乗部114は、市販の光電検出器(例えば、Discovery Semiconductor社製)により実現される。
になるのであれば、任意の値を取ることができる。そうすると、本発明に係るI/Q直交変調システムは、以下の態様である。
このように、一般的なI/Q直交変調システムにおける計算結果は、光DQPSKと実質的に同じである。すなわち、本発明は、DQPSKに限定されるものではなく、任意のI/Q直交変調システムに広く適用可能である。
−2DI DQ sin(δ) DI DQ +2DI DQ
=−2 sin(δ) +2DI DQ
そして、この式は、図2を参照しながら説明した信号117に対応している。
−2DI DQ sin(δ)
そうすると、乗算器116の出力信号117は、下式で表される。
−2DI DQ sin(δ) ×DI DQ
=−2 sin(δ)
すなわち、平均化部118の出力信号119は、−2 sin(δ) となる。
図9に示す構成は、図3に示す構成と類似しているが、フィルタ206、207、208、209が直列的に接続されている。各信号104、105、115は、それぞれ2入力乗算器に入力される前に対応するフィルタ206、209、208を通過する。また、フィルタ207は、2個の2入力乗算器201、202間に設けられる。
図12〜図14に示す構成は、図9〜図11に示す構成と類似しているが、それぞれ容量210が直列的に接続されている。容量210の機能は、上述した通りである。
図16に示す構成は、図15に示す構成と類似しているが、容量210が直列的に接続されている。
図17に示す方法では、I/Q間位相差が負の位相誤差を有していれば、すなわち、I/Q間位相差を「π/2+δ」と表したときに「δ<0」であれば、位相モニタ信号119は「−2δ(>0)」となる(ステップS1701:Yes)。この場合、位相調整部120は、I/Q間位相差を目標値π/2に近づけるために、移相要素108の位相シフト量を増加させる(ステップS1703)。反対に、位相モニタ信号119がゼロよりも大きくないときは(ステップS1701:No)、その信号119がゼロよりも小さいか否かを判断する(ステップS1702)。そして、I/Q間位相差が正の位相誤差を有していれば、すなわち、I/Q間位相差を「π/2+δ」と表したときに「δ>0」であれば、位相モニタ部の出力信号119は「−2δ(<0)」となる(ステップS1702:Yes)。この場合、位相調整部120は、I/Q間位相差を目標値π/2に近づけるために、移相要素108の位相シフト量を減少させる(ステップS1704)。なお、位相誤差がゼロであるときは(ステップS1702:No)、位相モニタ信号はゼロであり、位相調整部120は何もせず(ステップS1705)、位相は目標値を維持する。
あれば(文脈により、ゼロを含むことがある。)、適切な方向とは、位相調整部120の適切な調整方向を意味する。また、平均化部118から出力される位相モニタ信号が負であれば(文脈により、ゼロを含むことがある。)、位相調整部120による適切な調整方向は、他の適切な方向と呼ばれる。
は本明細書の範囲に属する。また、これらの任意の態様は、「動作を実行するための論理構成」または「動作を実行する或いは実行可能な論理」を呼ぶことができる。
さらに、本発明の実施態様において、本発明の目的は、上述のプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体によって実現することもできる。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、命令実行システム、装置、設備、またはそれらの統合体によって使用されるように、プログラムを保持、格納、配布、分配、送信することができるデバイスを含む。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、特に限定されるものでないが、例えば、電気的作用、磁気的作用、光学的作用、電磁的作用、赤外線、半導体システムを利用するデバイスおよび転送媒体を含む。具体的な例としては、特に限定されるものでないが、例えば、1または複数のリード線を備えた電気接続、携帯コンピュータディスク、RAM、ROM、EPROM、フラッシュROM、光ファイバ、携帯CD−ROMなどを含む。
Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、およびタップを備えるI/Q直交変調送信機において、前記タップと前記移相要素との間に設けられてI/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ装置であって、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する出力する二乗部と、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗部の出力を乗算する乗算部と、
前記乗算部の出力を平均化する平均化部
を備えることを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記乗算部と平均化部との間、前記乗算部と二乗部との間、前記平均化部の後段、または前記二乗部の前段に増幅器またはフィルタをさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記I/Q直交変調送信機は、前記タップの前段または後段にパルス整形部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1または付記2に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記I/Q直交変調送信機は、当該I/Q間位相差モニタ装置の出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する位相調整部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記I/Q直交変調送信機は、DQPSK送信機、QPSK送信機、M−PSK送信機、DM−PSK送信機、または直交変調送信機である
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1〜5のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記乗算部は、直列的に接続された2個の2入力乗算器から構成される3入力乗算器である
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記1〜5のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータはそれぞれ+1および−1であるか或いは−1および+1であり、
前記乗算部が直列的に接続されたXORゲートおよび2入力乗算器から構成される3入力乗算器であり、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータが前記XORゲートに入力され、前記XORゲートの出力および前記二乗部の出力が前記2入力乗算器に入力される
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記6に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記2個の2入力乗算器の間、または各2入力乗算器の各入力側の少なくとも1箇所にフィルタを備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記7に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記2入力乗算器の入力側または出力側の少なくとも一方にフィルタを備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
付記6〜9のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記二乗部から前記2入力乗算器へ至るパス上に容量を設ける
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。
Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、およびタップを備えるI/Q直交変調送信機において、I/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ方法であって、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する二乗計算ステップと、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗計算ステップの出力を乗算する乗算ステップと、
前記乗算ステップの出力を平均化する平均化ステップ
を備えることを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記11に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記乗算ステップと平均化ステップとの間、前記乗算ステップと二乗計算ステップとの間、前記平均化ステップの後、または前記二乗計算ステップの前に増幅ステップまたはフィルタリングステップをさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記12に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記乗算ステップは、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗計算ステップの出力のうちのいずれか2つを乗算する第1の乗算ステップと、
前記第1の乗算ステップの出力と上記3つの信号のうちの残りの信号とを乗算する第2の乗算ステップを含む
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記11に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータはそれぞれ+1および−1であるか或いは−1および+1であり、
前記乗算ステップは、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータについてXOR演算を実行するXORステップと、
前記XORステップの出力および前記二乗計算ステップの出力を乗算するステップを含む
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記13に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記第1および第2の乗算ステップの間、前記第1の乗算ステップの前、または前記第2の乗算ステップの前にフィルタリングステップを備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記14に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記乗算ステップの前または後にフィルタリングステップを備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記11〜16のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記乗算ステップの前に前記二乗計算ステップの出力についてDC成分を除去するステップを含む
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記11〜16のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記I/Q直交変調送信機は、前記平均化ステップの出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する位相調整部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記18に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が正であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が負であれば、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力がゼロであれば、前記位相シフト量をそのまま保持する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記18に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が正であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が正でなければ、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記18に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が負であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が負でなければ、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
付記11〜18のいずれか1つの付記に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記I/Q直交変調送信機は、DQPSK送信機、QPSK送信機、M−PSK送信機、DM−PSK送信機、または直交変調送信機である
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。
Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、タップ、および前記タップと前記移相要素との間に設けられてI/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ装置を備えるI/Q直交変調送信機であって、
前記モニタ装置は、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する出力する二乗部と、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗部の出力を乗算する乗算部と、
前記乗算部の出力を平均化する平均化部
を備えることを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記乗算部と平均化部との間、前記乗算部と二乗部との間、前記平均化部の後段、または前記二乗部の前段に増幅器またはフィルタをさらに備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記タップの前段または後段にパルス整形部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記I/Q間位相差モニタ装置の出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する位相調整部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23に記載のI/Q直交変調送信機であって、
当該I/Q直交変調送信機は、DQPSK送信機、QPSK送信機、M−PSK送信機、DM−PSK送信機、または直交変調送信機である
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23〜27のいずれか1つの付記に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記乗算部は、直列的に接続された2個の2入力乗算器から構成される3入力乗算器である
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記23〜27のいずれか1つの付記に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータはそれぞれ+1および−1であるか或いは−1および+1であり、
前記乗算部が直列的に接続されたXORゲートおよび2入力乗算器から構成される3入力乗算器であり、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータが前記XORゲートに入力され、前記XORゲートの出力および前記二乗部の出力が前記2入力乗算器に入力される
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記28に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記2個の2入力乗算器の間、または各2入力乗算器の各入力側の少なくとも1箇所にフィルタを備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記29に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記2入力乗算器の入力側または出力側の少なくとも一方にフィルタを備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
付記28〜31のいずれか1つの付記に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記二乗部から前記2入力乗算器へ至るパス上に容量を設ける
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。
入力光信号を分岐することにより得られる1組の光信号を伝搬するIブランチおよびQブランチと、
Iブランチデータに従って前記Iブランチ上の光信号を変調するIブランチ変調器と、
Qブランチデータに従って前記Qブランチ上の光信号を変調するQブランチ変調器と、
前記Qブランチに設けられた移相要素と、
前記IブランチおよびQブランチからの出力光信号を結合することにより得られる変調光信号のパワーを検出する検出手段と、
前記Iブランチデータ、前記Qブランチデータ、前記検出手段の出力を掛け合わせる乗算手段と、
前記乗算手段の出力を平均化する平均化手段と、
前記平均化手段の出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する調整手段、
を備えることを特徴とするI/Q直交変調送信機。
103 Qブランチ
106、107 変調器
108 移相要素
110 タップ
113 I/Q間位相差モニタ装置
114 二乗部
116 乗算器
118 平均化部
120 位相調整部
201、202 2入力乗算器
203 NXORゲート
204 2入力乗算器
206〜209 フィルタ
210 容量
Claims (13)
- Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、およびタップを備えるI/Q直交変調送信機において、前記タップと前記移相要素との間に設けられてI/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ装置であって、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する出力する二乗部と、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗部の出力を乗算する乗算部と、
前記乗算部の出力を平均化する平均化部
を備えることを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。 - 請求項1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記乗算部と平均化部との間、前記乗算部と二乗部との間、前記平均化部の後段、または前記二乗部の前段に増幅器またはフィルタをさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。 - 請求項1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記乗算部は、直列的に接続された2個の2入力乗算器から構成される3入力乗算器である
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。 - 請求項1に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータはそれぞれ+1および−1であるか或いは−1および+1であり、
前記乗算部が直列的に接続されたXORゲートおよび2入力乗算器から構成される3入力乗算器であり、
前記IブランチのデータおよびQブランチのデータが前記XORゲートに入力され、前記XORゲートの出力および前記二乗部の出力が前記2入力乗算器に入力される
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。 - 請求項3または4に記載のI/Q間位相差モニタ装置であって、
前記二乗部から前記2入力乗算器へ至るパス上に容量を設ける
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ装置。 - Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、およびタップを備えるI/Q直交変調送信機において、I/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ方法であって、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する二乗計算ステップと、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗計算ステップの出力を乗算する乗算ステップと、
前記乗算ステップの出力を平均化する平均化ステップ
を備えることを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。 - 請求項6に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記I/Q直交変調送信機は、前記平均化ステップの出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する位相調整部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。 - 請求項7に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が正であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が負であれば、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力がゼロであれば、前記位相シフト量をそのまま保持する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。 - 請求項7に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が正であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が正でなければ、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。 - 請求項7に記載のI/Q間位相差モニタ方法であって、
前記位相調整部は、
前記平均化ステップの出力が負であれば、前記位相シフト量を第1の方向に調整し、
前記平均化ステップの出力が負でなければ、前記位相シフト量を第1の方向に対して反対方向である第2の方向に調整する
ことを特徴とするI/Q間位相差モニタ方法。 - Iブランチ、移相要素が設けられたQブランチ、タップ、および前記タップと前記移相要素との間に設けられてI/Qブランチ間の位相差をモニタするモニタ装置を備えるI/Q直交変調送信機であって、
前記モニタ装置は、
前記タップから信号を受信し、その信号の絶対値の二乗を出力する出力する二乗部と、
前記Iブランチのデータ、前記Qブランチのデータ、前記二乗部の出力を乗算する乗算部と、
前記乗算部の出力を平均化する平均化部
を備えることを特徴とするI/Q直交変調送信機。 - 請求項11に記載のI/Q直交変調送信機であって、
前記I/Q間位相差モニタ装置の出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する位相調整部をさらに備える
ことを特徴とするI/Q直交変調送信機。 - 入力光信号を分岐することにより得られる1組の光信号を伝搬するIブランチおよびQブランチと、
Iブランチデータに従って前記Iブランチ上の光信号を変調するIブランチ変調器と、
Qブランチデータに従って前記Qブランチ上の光信号を変調するQブランチ変調器と、
前記Qブランチに設けられた移相要素と、
前記IブランチおよびQブランチからの出力光信号を結合することにより得られる変調光信号のパワーを検出する検出手段と、
前記Iブランチデータ、前記Qブランチデータ、前記検出手段の出力を掛け合わせる乗算手段と、
前記乗算手段の出力を平均化する平均化手段と、
前記平均化手段の出力に基づいて前記移相要素の位相シフト量を調整する調整手段、
を備えることを特徴とするI/Q直交変調送信機。
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