JP4503496B2

JP4503496B2 - 光送受信システムおよび光受信回路

Info

Publication number: JP4503496B2
Application number: JP2005178143A
Authority: JP
Inventors: 暁彦松浦; 智由片岡; 明秀佐野; 伸治松岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: JP2006352679A

Description

本発明は、通信事業者の基幹通信システム等において、送受信特性を改善するための光送受信システムおよび光受信回路に関する。

従来の基幹光送受信システムでは、送信するディジタルデータの論理“１”および“０”を光の強弱に対応させて伝送する方法が一般的であり、ＩＭ−ＤＤ方式として広く使われている。また、波長多重伝送における帯域の有効活用、伝送速度の高速化、および伝送距離の長距離化を目的として、データ信号そのものは光の強度に変換しながらも、併せて光の位相にも変調を加える方式についても広く検討されている。その例としては、光デュオバイナリ信号（例えば、非特許文献１）等が知られている。
K.Yonenaga et al.,"Dispersion-Tolerant Optical Transmission System Using Duobinary Transmitter and Binary Receiver", Journal of Lightwave Technology, vol.15, no.8, pp.1530-1537, 1997

ところで、従来技術における位相変調の目的は、符号間干渉の低減や占有帯域の圧縮である。一方、光デュオバイナリ信号等では、位相変調に対して送信データパターンに依存した変調パターンが用いられている。したがって、受信器で位相情報を読み取ることにより、受信データの誤り検出等が可能であるが、従来はそれを利用して受信データの信頼性を向上させ、伝送特性を改善することはしていなかった。

なお、光位相のみ、もしくは光位相と光強度の両方に送信データを重畳する方式もあり、ＤＰＳＫ信号、ＱＰＳＫ信号などが知られている。しかし、これらは光位相のみ、もしくは光位相と光強度の両方を使ってデータ伝送を行うものであり、光位相の情報が欠けると正しい情報は伝送されない。これに対して、光デュオバイナリ信号は、光強度のみで情報の伝送が可能である点が異なる。

本発明は、光デュオバイナリ信号を伝送する光送受信システムにおいて、受信データの信頼性を向上させることができる光送受信システムおよび光受信回路を提供することを目的とする。

第１の発明は、光ファイバ伝送路を介して対向接続される光送信回路と光受信回路との間で光デュオバイナリ信号を伝送する光送受信システムにおいて、光受信回路は、光ファイバ伝送路を介して伝送された光デュオバイナリ信号を２分岐するカプラと、２分岐した一方の光デュオバイナリ信号の光強度を閾値で識別して２値（“０”，“１”）の受信データを出力する光強度識別回路と、２分岐した他方の光デュオバイナリ信号を１ビット遅延干渉回路に入力して２経路に分け、その一方に１ビット遅延を与えた後に再び合波することにより、連続する２ビットの光強度がともに“０”の場合に“０”、連続する２ビットの光強度の一方が“０”で他方が“１”の場合に“１”、連続する２ビットの光強度がともに“１”でその２ビットの光キャリアの位相差が“０”の場合に“２”で“π”の場合に“０”に相当する光強度に変換し、その光強度を２つの閾値で識別して３値（“０”，“１”，“２”）の信号を出力する光位相識別回路と、光強度識別回路から入力する受信データを２分岐し、その一方を受信データ信号として出力するとともに、その他方の受信データを論理反転回路で論理反転し、その論理反転出力をデュオバイナリ符号化回路に入力して３値（“０”，“１”，“２”）の電気デュオバイナリ信号を生成し、光位相識別回路の出力とデュオバイナリ符号化回路の出力を比較回路に入力し、光位相識別回路の出力が“２”のときに、デュオバイナリ符号化回路の出力が“０”または“２”であればそのビットに誤りがなく、デュオバイナリ符号化回路の出力が“１”であればそのビットが誤りとして誤り検出信号を出力するデータ判定回路とを備える。

第２の発明は、光ファイバ伝送路を介して対向接続される光送信回路と光受信回路との間で光デュオバイナリ信号を伝送する光送受信システムの光受信回路において、光ファイバ伝送路を介して伝送された光デュオバイナリ信号を２分岐するカプラと、２分岐した一方の光デュオバイナリ信号の光強度を閾値で識別して２値（“０”，“１”）の受信データを出力する光強度識別回路と、２分岐した他方の光デュオバイナリ信号を１ビット遅延干渉回路に入力して２経路に分け、その一方に１ビット遅延を与えた後に再び合波することにより、連続する２ビットの光強度がともに“０”の場合に“０”、連続する２ビットの光強度の一方が“０”で他方が“１”の場合に“１”、連続する２ビットの光強度がともに“１”でその２ビットの光キャリアの位相差が“０”の場合に“２”で“π”の場合に“０”に相当する光強度に変換し、その光強度を２つの閾値で識別して３値（“０”，“１”，“２”）の信号を出力する光位相識別回路と、光強度識別回路から入力する受信データを２分岐し、その一方を受信データ信号として出力するとともに、その他方の受信データを論理反転回路で論理反転し、その論理反転出力をデュオバイナリ符号化回路に入力して３値（“０”，“１”，“２”）の電気デュオバイナリ信号を生成し、光位相識別回路の出力とデュオバイナリ符号化回路の出力を比較回路に入力し、光位相識別回路の出力が“２”のときに、デュオバイナリ符号化回路の出力が“０”または“２”であればそのビットに誤りがなく、デュオバイナリ符号化回路の出力が“１”であればそのビットが誤りとして誤り検出信号を出力するデータ判定回路とを備える。

第３の発明は、第２の発明の光受信回路において、データ判定回路は、比較回路に入力する光位相識別回路の出力を２分岐して入力し、光位相識別回路の出力が“２”であれば、デュオバイナリ符号化回路中のメモリの値を“１”にリセットするリセット用比較回路を備える。

本発明は、光デュオバイナリ信号に対してＩＭ−ＤＤ方式によって受信データを再生するとともに、光デュオバイナリ信号に含まれる送信情報に対応する光位相情報を読み取り、受信データと比較することにより、一部の受信データの正否判定を行うことができる。これにより、受信データの信頼性を高め、伝送特性を向上させることができる。

（光送受信システムの実施形態）
図１は、本発明の光送受信システムの実施形態を示す。図において、光送信回路１００と光受信回路２００は、光ファイバ伝送路３００を介して対向接続される。光送信回路１００は、光デュオバイナリ信号を送信する構成である。

光受信回路２００は、光ファイバ伝送路３００を介して伝送された光デュオバイナリ信号を２分岐するカプラ２１０と、２分岐した一方の光デュオバイナリ信号から従来通りの直接検波により受信データを再生する光強度識別回路２２０と、２分岐した他方の光デュオバイナリ信号から光位相識別を行う光位相識別回路２３０と、光強度識別回路２２０で直接検波により再生された受信データと光位相識別回路２３０で得られる光位相識別結果を比較し、受信データ中の誤り検出を行うデータ判定回路２４０とを備える。

（光受信回路の実施形態）
図２は、本発明の光受信回路の実施形態を示す。図において、光受信回路は、図１にも示すように、カプラ２１０、光強度識別回路２２０、光位相識別回路２３０、データ判定回路２４０により構成される。

光強度識別回路２２０は、光デュオバイナリ信号をＯＥ変換する光検出器（ＰＤ）２２１と、その電気信号のスペース・マークを識別し、２値（“０”，“１”）の受信データに変換する識別回路２２２により構成される。

光位相識別回路２３０は、入力する光デュオバイナリ信号を２経路に分け、その一方に１ビット遅延を与えた後に再び合波することにより光位相変化を光強度変化に変換する１ビット遅延干渉回路２３１と、その光強度信号をＯＥ変換する光検出器（ＰＤ）２３２と、その電気信号の強度を識別し、３値（“０”，“１”，“２”）の信号を出力する３値識別回路２３３により構成される。

ここで、受信信号に歪や雑音がなければ、１ビット遅延干渉回路２３１から出力される光強度信号は３値の信号となる。しかし、実際には伝送途中の歪や雑音により各信号レベルに電圧の幅が生じるため、図３に示すように、３値識別回路２３３は２つの閾値に応じた３値信号を出力する。このとき、図４に示すように、受信信号パルスの光強度が２ビット以上連続で“１”であり、かつ各パルス間の光位相が変化しない場合に限り、光強度信号は“２”となる。なお、各２ビットは左が時間的に前であり、光位相の「−」は光強度が“０”のために不定であり、出力レベルの「−」は前のビットの値によって変わる。

一方、図５に示す光デュオバイナリ信号の符号規則により、連続して光強度が“１”となる隣接パルス間の光位相は変化しない（図中の＊）。そのため、光強度識別回路２２０で得られる光強度の変化と、光位相識別回路２３０の出力を比較することにより、誤り検出を行うことが可能となる。

図６は、データ判定回路２４０の第１の構成例を示す。図において、光強度識別回路２２０の出力（受信データ）は２分岐され、その一方は従来のＩＭ−ＤＤ送受信システムと同様に、そのまま受信データ信号として出力される。他方の受信データは、論理反転回路２４１を介してデュオバイナリ符号化回路２４２に入力され、光送信回路１００で生成された光デュオバイナリ信号と同様に３値の電気デュオバイナリ信号に変換される。光位相識別回路２３０の出力とデュオバイナリ符号化回路２４２の出力は比較回路２４３で比較され、その結果が誤り検出信号として出力される。なお、デュオバイナリ符号化回路２４２の構成は一般的なものであり、ここでは排他的論理和回路（ＥＸＯＲ）、２つのメモリ（Ｔ）、加算回路（＋）により構成される例を示す。

ここで、光デュオバイナリ信号では、３値のうちの２値（“０”，“２”）は、光位相の“０”と“π”として送信されている。したがって、もし２値の受信データが２値の送信データと一致していれば、それを元に作られたデュオバイナリ符号化回路２４２の出力の３値信号は、光位相識別回路２３０の出力信号と一致することになる。ただし、図４に示すように、隣接光パルスが“０”の場合は、１ビット遅延干渉回路２３１による光位相の読み取りができないため、確実に一致が確認できるのは、光パルスの“１”が連続する場合に限られるが、少なくともこの部分については受信データの誤りの有無を確認することができる。

図７および図８を参照し、誤り検出の過程について具体的に説明する。まず、送信データとして電気信号により“０”，“１”の２値が与えられる。光送信回路１００から送信された光デュオバイナリ信号の光強度は２値で、送信データの“０”，“１”と一致している。光デュオバイナリ信号の光位相は、光デュオバイナリ符号化規則に従って、“０”，“π”の２値変化する。光強度識別回路２２０は、光強度のみから受信データを復元する。光位相識別回路２３０は、隣接するパルスの光位相が等しいときにのみ“２”を出力する。したがって、光位相識別回路２２０の出力が“２”で、かつデュオバイナリ符号化回路２４２の出力が“０”または“２”の場合、そのビットは光強度および光位相の両面から正しく受信されたことが検証できる。一方、図８に示すように、光位相識別回路２２０の出力が“２”で、かつデュオバイナリ符号化回路２４２の出力が“１”の場合には、そのビットは誤りと判定され、誤り検出信号が出力される。

図９は、データ判定回路２４０の第２の構成例を示す。データ判定回路２４０のデュオバイナリ符号化回路２４２は内部にメモリ（Ｔ）をもち、あるビットの誤りが伝搬していく可能性があるため、適切なタイミングでメモリ内容をリセットする必要がある。図９の構成例では、光位相識別回路２２０の出力を分岐して入力するリセット用比較回路２４５を備え、光位相識別回路２２０の出力が“２”を示すときに、データ“１”が入力されたと判断し、メモリ（Ｔ）で保持している値を“１”にリセットする。

本発明の光送受信システムの実施形態を示す図。本発明の光受信回路の実施形態を示す図。３値識別回路２３３の識別例を示す図。光位相識別回路２３０の入出力例を示す図。光デュオバイナリ信号の状態遷移を示す図。データ判定回路２４０の第１の構成例を示す図。誤り検出動作例を説明する図。誤り検出動作例を説明する図。データ判定回路２４０の第２の構成例を示す図。

符号の説明

１００光送信回路
２００光受信回路
２１０カプラ
２２０光強度識別回路
２２１光検出器（ＰＤ）
２２２識別回路
２３０光位相識別回路
２３１１ビット遅延干渉回路
２３２光検出器（ＰＤ）
２３３３値識別回路
２４０データ判定回路
２４１論理反転回路
２４２デュオバイナリ符号化回路
２４３比較回路
２４５リセット用比較回路

Claims

光ファイバ伝送路を介して対向接続される光送信回路と光受信回路との間で光デュオバイナリ信号を伝送する光送受信システムにおいて、
前記光受信回路は、
前記光ファイバ伝送路を介して伝送された光デュオバイナリ信号を２分岐するカプラと、
前記２分岐した一方の光デュオバイナリ信号の光強度を閾値で識別して２値（“０”，“１”）の受信データを出力する光強度識別回路と、
前記２分岐した他方の光デュオバイナリ信号を１ビット遅延干渉回路に入力して２経路に分け、その一方に１ビット遅延を与えた後に再び合波することにより、連続する２ビットの光強度がともに“０”の場合に“０”、連続する２ビットの光強度の一方が“０”で他方が“１”の場合に“１”、連続する２ビットの光強度がともに“１”でその２ビットの光キャリアの位相差が“０”の場合に“２”で“π”の場合に“０”に相当する光強度に変換し、その光強度を２つの閾値で識別して３値（“０”，“１”，“２”）の信号を出力する光位相識別回路と、
前記光強度識別回路から入力する受信データを２分岐し、その一方を受信データ信号として出力するとともに、その他方の受信データを論理反転回路で論理反転し、その論理反転出力をデュオバイナリ符号化回路に入力して３値（“０”，“１”，“２”）の電気デュオバイナリ信号を生成し、前記光位相識別回路の出力と前記デュオバイナリ符号化回路の出力を比較回路に入力し、前記光位相識別回路の出力が“２”のときに、前記デュオバイナリ符号化回路の出力が“０”または“２”であればそのビットに誤りがなく、前記デュオバイナリ符号化回路の出力が“１”であればそのビットが誤りとして誤り検出信号を出力するデータ判定回路と
を備えたことを特徴とする光送受信システム。
光ファイバ伝送路を介して対向接続される光送信回路と光受信回路との間で光デュオバイナリ信号を伝送する光送受信システムの光受信回路において、
前記光ファイバ伝送路を介して伝送された光デュオバイナリ信号を２分岐するカプラと、
前記２分岐した一方の光デュオバイナリ信号の光強度を閾値で識別して２値（“０”，“１”）の受信データを出力する光強度識別回路と、
前記２分岐した他方の光デュオバイナリ信号を１ビット遅延干渉回路に入力して２経路に分け、その一方に１ビット遅延を与えた後に再び合波することにより、連続する２ビットの光強度がともに“０”の場合に“０”、連続する２ビットの光強度の一方が“０”で他方が“１”の場合に“１”、連続する２ビットの光強度がともに“１”でその２ビットの光キャリアの位相差が“０”の場合に“２”で“π”の場合に“０”に相当する光強度に変換し、その光強度を２つの閾値で識別して３値（“０”，“１”，“２”）の信号を出力する光位相識別回路と、
前記光強度識別回路から入力する受信データを２分岐し、その一方を受信データ信号として出力するとともに、その他方の受信データを論理反転回路で論理反転し、その論理反転出力をデュオバイナリ符号化回路に入力して３値（“０”，“１”，“２”）の電気デュオバイナリ信号を生成し、前記光位相識別回路の出力と前記デュオバイナリ符号化回路の出力を比較回路に入力し、前記光位相識別回路の出力が“２”のときに、前記デュオバイナリ符号化回路の出力が“０”または“２”であればそのビットに誤りがなく、前記デュオバイナリ符号化回路の出力が“１”であればそのビットが誤りとして誤り検出信号を出力するデータ判定回路と
を備えたことを特徴とする光受信回路。
請求項２に記載の光受信回路において、
前記データ判定回路は、前記比較回路に入力する前記光位相識別回路の出力を２分岐して入力し、前記光位相識別回路の出力が“２”であれば、前記デュオバイナリ符号化回路中のメモリの値を“１”にリセットするリセット用比較回路を備えた
ことを特徴とする光受信回路。