JP4602148B2

JP4602148B2 - 光受信器

Info

Publication number: JP4602148B2
Application number: JP2005114503A
Authority: JP
Inventors: 和行石田; 健吉下村; 克宏清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: JP2006295603A

Description

この発明は、ＤＱＰＳＫ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号を復号する２つの１ビット遅延干渉計の光位相を安定化する際に論理・トリビュタリ情報をフィードバックする光受信器に関するものである。

長距離光伝送システムでは１.５μｍ帯の光を直接増幅できるエルビウム添加ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡ（ＥｒｕｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と略する）を利用した光中継増幅伝送方式が主流となっている。さらに、近年では広帯域に増幅可能なＥＤＦＡの実現により波長多重伝送方式を用いた大容量伝送システムが実現されている。

さらなる大容量化が要求される昨今、これを実現する手段として増幅帯域の有効利用（波長多重間隔の狭窄化）が考えられるが、通常の２値信号では１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚの周波数利用効率が上限と考えられている。

近年、周波数利用効率を高める手段として多値信号、特に位相４値（以下、ＤＱＰＳＫと称する）変調方式が注目を集めている。

ＤＱＰＳＫ変調方式は、光搬送波の位相を同相成分と直交成分で変調し、受信端では２つの１ビット遅延検波器により遅延検波することで異なる２つの強度信号に変換する方式である。

図４は、従来のＤＱＰＳＫ変調方式の光送受信器の構成例を示す図である（例えば、特許文献１参照）。図４に示す光送受信器は、光源２６と、集積型マッハツェンダ変調器２７と、符号化器２８と、伝送路１と、光カプラ２と、２つの１ビット遅延干渉計３、４と、２つの差動受光器５、６とが設けられている。

図４において、光源２６から発生させたＣＷ光は、集積型マッハツェンダ変調器２７においてＤＱＰＳＫ変調を施され、伝送路１に送出される。ＤＱＰＳＫ変調を行う２つの差動信号（Ｉｋ、Ｑｋ）は、符号化器２８において２つのデータ信号（Ｖｋ、Ｕｋ）から生成される。集積型マッハツェンダ変調器２７では、２つのマッハツェンダ変調器において２つの差動信号により位相変調を施し、片側の光位相をπ／２進め、再び合波することで光位相の４値信号を得ている。符号化器２８では、以下の論理演算を行う（○の中に＋印は排他的論理和を表している）。

受信側はＤＱＰＳＫ信号を光カプラ２で等分岐した後、２つの１ビット遅延干渉計３、４において隣接ビットとの位相差情報を強度情報に変換して、それぞれ差動受光器５、６において受光する。２つの１ビット遅延干渉計３、４ではそれぞれ光位相をπ／４と−π／４とすることで、２つのデータ信号（Ｖｋ、Ｕｋ）が復号される。つまり、一方の１ビット遅延干渉計３の光位相（π／４）に対して−π／２だけシフトした光位相を他方の１ビット遅延干渉計４に与えることで正しく復号できる。

１ビット遅延干渉計３、４には高い光位相の精度および安定度が要求されるが、内的要因（組成変化等）と外的要因（温度、圧力変化等）により光位相に誤差が生じるため、位相安定化制御が必要になる（例えば、非特許文献１参照）。

同様の手法をＤＱＰＳＫ信号に対して適用した場合、一方の１ビット遅延干渉計３に対して位相安定化制御を行い、他方の１ビット遅延干渉計４には−π／２だけ位相シフトさせることで位相安定化が可能となる。

しかしながら、非特許文献１等の安定化制御手法を適用した場合、２つのデータ信号（ＶｋもしくはＵｋ）がどちらの１ビット遅延干渉計３、４において復号されるかは不定であり、その論理（正論理、反転論理）も不定である。また、２つの１ビット遅延干渉計３、４間に周囲温度等の環境に差がある場合には、個別に位相安定化制御を行う必要がある。

特表２００４−５１６７４３号公報Ｂ.Ｍｉｌｉｖｏｊｅｖｉｃｅｔａｌ.,"Ｐｒａｃｔｉｃａｌ４０Ｇｂｉｔ／ｓＣＳＲＺ−ＤＰＳＫｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｉｇｎｅｄｏｎｌｉｎｅｃｈｒｏｍａｔｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ",ＥＣＯＣ２００３,ＴＵ３６４

上記のように、従来の光受信器ではＤＱＰＳＫ信号を受信する際に復号される２つのデータ信号の出力先、論理に関しては不定であるという問題点があった。また、２つの１ビット遅延干渉計に環境差が存在する場合には、個別に位相安定化制御を行う必要があるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、２つのデータ信号の出力先と論理を任意に選択できる機能を設け、２つのデータ信号を精度良く、かつ正しく復号することができる光受信器を得るものである。

この発明に係る光受信器は、入力された光差動４値位相シフトキーイング信号を等分岐する光カプラと、前記光差動４値位相シフトキーイング信号を復号する第１及び第２の１ビット遅延干渉計と、前記第１及び第２の１ビット遅延干渉計からの光信号をそれぞれ光電気変換する第１及び第２の差動受光器と、前記第１及び第２の差動受光器により光電気変換された信号をそれぞれ識別する第１及び第２の識別器とを備えた光受信器であって、前記第１の識別器により識別再生されたデータの信号論理及びトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路と、前記第１の差動受光器の出力を分岐して誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、前記誤差信号を増幅する増幅器と、前記論理・トリビュタリ判定回路の判定結果に基づき光位相差に対応する第１の固定電圧を発生する第１の電圧源と、前記増幅器により増幅された誤差信号及び前記第１の固定電圧を加算して第１の制御信号を生成し、この第１の制御信号に基づき前記第１の１ビット遅延干渉計を位相制御する第１の加算器と、光位相差に対して−π／２を与える第２の固定電圧を発生する第２の電圧源と、前記第１の制御信号及び前記第２の固定電圧を加算して第２の制御信号を生成し、この第２の制御信号に基づき前記第２の１ビット遅延干渉計を位相制御する第２の加算器とを設けたものである。

この発明に係る光受信器は、２つのデータ信号を精度良く、かつ正しく復号することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光受信器について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この実施の形態１に係る光受信器は、伝送路１から入力される光ＤＱＰＳＫ信号（光差動４値位相シフトキーイング信号）を等分岐する光カプラ２と、２連続するビット間の相関をとる２つの１ビット遅延干渉計３、４と、信号を光電気変換する２つの差動受光器５、６と、元の２つのデータ信号が識別再生する識別器７、８と、誤差信号を検出する誤差信号検出手段１０と、誤差信号を増幅する増幅器１１と、識別再生されたデータの信号論理とトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路１２と、判定結果から固定電圧を発生する電圧源１３と、増幅された誤差信号と固定電圧を加算する加算器１４と、固定電圧を生成する電圧源１６と、加算器１４からの分岐信号と固定電圧を加算する加算器１７とが設けられている。

位相制御部９は、誤差信号検出手段１０と、増幅器１１と、電圧源１３と、加算器１４とから構成されている。また、位相制御部１５は、電圧源１６と、加算器１７とから構成されている。

伝送路１から入力される光ＤＱＰＳＫ信号は、光カプラ２において等分岐され、２つの１ビット遅延干渉計３、４に入力される。この２つの１ビット遅延干渉計３、４では、２連続するビット間の相関をとることで光位相情報を光強度情報に変換している。このとき、２つの１ビット遅延干渉計３、４の光位相がそれぞれπ／４と−π／４の場合に正しく２つのデータ信号を復号できることが知られている。

復号された２つのデータ信号は、２つの１ビット遅延干渉計３、４の後段に配した２つの差動受光器５、６でそれぞれ光電気変換され、それぞれ識別器７、８により元の２つのデータ信号が識別再生される。位相制御部９には、一方の差動受光器５の出力信号を一部分岐した信号が入力され、出力である制御信号により１ビット遅延干渉計３の光位相が安定化制御される。

位相制御部９では、入力された信号を基に誤差信号検出手段１０にて誤差信号を検出し、増幅器１１にて増幅し、電圧源１３にて発生する固定電圧を加算器１４で重畳した制御信号を出力する。この電圧源１３は、識別器７で識別再生されたデータの信号論理とトリビュタリ（ＶｋかＵｋ）を論理・トリビュタリ判定回路１２にて判定した結果から、位相差に対して−π、−π／２、０、＋π／２に対応する電圧を発生する。この誤差信号を検出する手法としては、非特許文献１で開示されている方式等が適用できる。

位相制御部９の制御信号の一部は分岐され、もうひとつの位相制御部１５において電圧源１６で生成される固定電圧（光位相差に対して−π／２を与える電圧）が加算器１７において重畳され、１ビット遅延干渉計４の位相安定化制御信号として用いられる。

つぎに、この実施の形態１に係る光受信器の動作について図面を参照しながら説明する。

非特許文献１等で開示されている誤差信号検出手段１０をＤＱＰＳＫ信号に適用した場合、図１の１ビット遅延干渉計３の光位相は−π／４、π／４とそれぞれにπ位相シフトした３π／４、５π／４が選択できるため、識別器７の出力ではＵｋ、Ｖｋ、およびそれぞれの反転論理のデータ信号が出力される場合がそれぞれ等しい確立で存在する。

そのため、識別再生されたデータ信号を論理・トリビュタリ判定回路１２で判定し、その情報を基に電圧源１３の固定電圧を決定する。予め送信側でトレーニングビット等を送信することにより、論理・トリビュタリ判定回路１２ではどのデータ（トリビュタリ）がどの論理で識別再生されたかを判定することが可能となる。

仮に論理が反転していた場合（光位相が５π／４）には、電圧源１３で光位相差に対して−πに相当する固定電圧を出力することで識別器７の出力を正しいデータ信号（Ｖｋ）とすることができる。同様に、データが入替わっていた場合（光位相が−π／４）には、光位相差に対して＋π／２に相当する電圧、さらに論理が反転していた場合（光位相が３π／４）には、−π／２に相当する電圧を電圧源１３で出力することにより、正しいデータ信号（Ｖｋ）が得られる。

このとき、１ビット遅延干渉計４の光位相は、１ビット遅延干渉計３の光位相に対して常に−π／２の光位相差に相当する制御電圧を電圧源１６から加算器１７を介して与えられていることから、識別器８においても正しいデータ信号（Ｕｋ）が識別再生されることとなる。

図１では、論理・トリビュタリ判定回路１２に与える信号を識別器７の出力より得たが、さらに後段に配される誤り訂正器等の出力信号を基に、論理・トリビュタリ判定を行っても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光受信器について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る光受信器の構成を示す図である。

図２において、この実施の形態２に係る光受信器は、伝送路１から入力される光ＤＱＰＳＫ信号を等分岐する光カプラ２と、２連続するビット間の相関をとる２つの１ビット遅延干渉計３、４と、信号を光電気変換する２つの差動受光器５、６と、元の２つのデータ信号が識別再生する識別器７、８と、誤差信号を検出する誤差信号検出手段１０と、誤差信号を増幅する増幅器１１と、識別再生されたデータの信号論理とトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路１２と、判定結果から固定電圧を発生する電圧源１３と、増幅された誤差信号と固定電圧を加算する加算器１４と、誤差信号を検出する誤差信号検出手段１９と、誤差信号を増幅する増幅器２０と、識別再生されたデータの信号論理とトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路２１と、判定結果から固定電圧を発生する電圧源２２と、増幅された誤差信号と固定電圧を加算する加算器２３とが設けられている。

位相制御部１８は、誤差信号検出手段１９と、増幅器２０と、電圧源２２と、加算器２３とから構成されている。

上記実施の形態１との差異は、１ビット遅延干渉計４に対しても位相制御部１８を備え、独立に位相の安定化制御を行う点である。これらは上記実施の形態１で説明した１ビット遅延干渉計３に対する位相安定化制御と同様の動作を行い、また、１ビット遅延干渉計４に対する位相安定化制御に関する内容は、上記実施の形態１の説明と同様である。本実施の形態２では、論理・トリビュタリ判定を個別に行うことから、２つの１ビット遅延干渉計３、４を全く独立に制御することが可能である。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光受信器について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示す図である。

図３において、この実施の形態３に係る光受信器は、伝送路１から入力される光ＤＱＰＳＫ信号を等分岐する光カプラ２と、２連続するビット間の相関をとる２つの１ビット遅延干渉計３、４と、信号を光電気変換する２つの差動受光器５、６と、元の２つのデータ信号が識別再生する識別器７、８と、誤差信号を検出する誤差信号検出手段１０と、誤差信号を増幅する増幅器１１と、識別再生されたデータの信号論理とトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路１２と、固定電圧を生成する電圧源１６と、増幅器１１からの分岐信号と固定電圧を加算する加算器１７と、２つの識別器７、８に接続されたスイッチ回路（ＳＷ回路）２５とが設けられている。

位相制御部２４は、誤差信号検出手段１０と、増幅器１１とから構成されている。

つぎに、この実施の形態３に係る光受信器の動作について図面を参照しながら説明する。

上記実施の形態１との差異は、機能を簡略化した位相制御部２４と、論理・トリビュタリ判定回路１２で判定した結果を２つの識別器７、８に接続したスイッチ回路２５に与えている点である。なお、図１と同一符号を与えたものに対しては、同様の動作を行うものとする。

位相制御部２４には差動受光器５の出力の分岐信号を与え、この分岐信号を基に誤差信号検出手段１０で検出した信号を増幅器１１で増幅することにより、１ビット遅延干渉計３の制御信号を出力する。スイッチ回路２５では、論理・トリビュタリ判定回路１２の情報から、識別器７、８の出力のデータ信号の論理をそれぞれ反転もしくはそれぞれのデータ信号の出力先を変更（入れ替える）する。

１ビット遅延干渉計３に対する位相制御信号に対して−π／２だけ位相シフトさせる制御信号を１ビット遅延干渉計４に与えていることから、識別器７、８の出力の２つのデータ信号は互いに異なるデータ信号、かつ同一論理である。よって、識別器７の出力のデータ信号を基に論理・トリビュタリ判定回路１２で判定した結果から識別器８の出力のデータ信号の論理も反転させることにより、正しいデータ信号を得ることができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１から上記実施の形態３までに示した光受信器において、送信側で主信号に対して論理とトリビュタリ情報を重畳させておくことにより、運用中においても２つの復号されるデータ信号の論理とトリビュタリをモニタすることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る光受信器の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示す図である。従来の光受信器の構成を示す図である。

符号の説明

１伝送路、２光カプラ、３１ビット遅延干渉計、４１ビット遅延干渉計、５、６差動受光器、７、８識別器、９位相制御部、１０誤差信号検出手段、１１増幅器、１２論理・トリビュタリ判定回路、１３電圧源、１４加算器、１５位相制御部、１６電圧源、１７加算器、１８位相制御部、１９誤差信号検出手段、２０増幅器、２１論理・トリビュタリ判定回路、２２電圧源、２３加算器、２４位相制御部、２５スイッチ回路。

Claims

入力された光差動４値位相シフトキーイング信号を等分岐する光カプラと、
前記光差動４値位相シフトキーイング信号を復号する第１及び第２の１ビット遅延干渉計と、
前記第１及び第２の１ビット遅延干渉計からの光信号をそれぞれ光電気変換する第１及び第２の差動受光器と、
前記第１及び第２の差動受光器により光電気変換された信号をそれぞれ識別する第１及び第２の識別器とを備えた光受信器であって、
前記第１の識別器により識別再生されたデータの信号論理及びトリビュタリを判定する論理・トリビュタリ判定回路と、
前記第１の差動受光器の出力を分岐して誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
前記誤差信号を増幅する増幅器と、
前記論理・トリビュタリ判定回路の判定結果に基づき光位相差に対応する第１の固定電圧を発生する第１の電圧源と、
前記増幅器により増幅された誤差信号及び前記第１の固定電圧を加算して第１の制御信号を生成し、この第１の制御信号に基づき前記第１の１ビット遅延干渉計を位相制御する第１の加算器と、
光位相差に対して−π／２を与える第２の固定電圧を発生する第２の電圧源と、
前記第１の制御信号及び前記第２の固定電圧を加算して第２の制御信号を生成し、この第２の制御信号に基づき前記第２の１ビット遅延干渉計を位相制御する第２の加算器と
を備えたことを特徴とする光受信器。
入力された光差動４値位相シフトキーイング信号を等分岐する光カプラと、
前記光差動４値位相シフトキーイング信号を復号する第１及び第２の１ビット遅延干渉計と、
前記第１及び第２の１ビット遅延干渉計からの光信号をそれぞれ光電気変換する第１及び第２の差動受光器と、
前記第１及び第２の差動受光器により光電気変換された信号をそれぞれ識別する第１及び第２の識別器とを備えた光受信器であって、
前記第１の識別器により識別再生されたデータの信号論理及びトリビュタリを判定する第１の論理・トリビュタリ判定回路と、
前記第１の差動受光器の出力を分岐して第１の誤差信号を検出する第１の誤差信号検出手段と、
前記第１の誤差信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の論理・トリビュタリ判定回路の判定結果に基づき光位相差に対応する第１の固定電圧を発生する第１の電圧源と、
前記第１の増幅器により増幅された第１の誤差信号及び前記第１の固定電圧を加算して第１の制御信号を生成し、この第１の制御信号に基づき前記第１の１ビット遅延干渉計を位相制御する第１の加算器と、
前記第２の識別器により識別再生されたデータの信号論理及びトリビュタリを判定する第２の論理・トリビュタリ判定回路と、
前記第２の差動受光器の出力を分岐して第２の誤差信号を検出する第２の誤差信号検出手段と、
前記第２の誤差信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第２の論理・トリビュタリ判定回路の判定結果に基づき光位相差に対応する第２の固定電圧を発生する第２の電圧源と、
前記第２の増幅器により増幅された第２の誤差信号及び前記第２の固定電圧を加算して第２の制御信号を生成し、この第２の制御信号に基づき前記第２の１ビット遅延干渉計を位相制御する第２の加算器と
を備えたことを特徴とする光受信器。