JPH05347586A - 動作波長の分散を有するビーム導波体によるデジタル通信光学伝送システム - Google Patents

動作波長の分散を有するビーム導波体によるデジタル通信光学伝送システム

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JPH05347586A
JPH05347586A JP5014986A JP1498693A JPH05347586A JP H05347586 A JPH05347586 A JP H05347586A JP 5014986 A JP5014986 A JP 5014986A JP 1498693 A JP1498693 A JP 1498693A JP H05347586 A JPH05347586 A JP H05347586A
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signal
digital signal
intensity
frequency
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JP5014986A
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Berthold Wedding
ベルトルト・ベディング
Martin Mittrich
マルティン・ミットリッヒ
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
    • H04B10/25137—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using pulse shaping at the transmitter, e.g. pre-chirping or dispersion supported transmission [DST]

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、構成が簡単で、高いビツト率でデ
ジタル信号を伝送することのできるデジタル信号の光伝
送ステムを得ることを目的とする。 【構成】 システムの送信端部に配置され、光出力信号
がデジタル信号によって周波数変調される光送信機2
と、受信端部に配置され、光入力信号をその強度に対応
する電気信号に変換して電気信号からデジタル信号を回
復する光受信機4 とを具備し、動作波長の色分散特性を
有するビーム導波体3 によってデジタル信号の光伝送を
行うシステムにおいて、信号が周波数変調された光信号
として光送信機から送信され、動作波長の色分散特性を
利用して周波数変化による受信端部における伝送遅延の
相違による周波数境界位置における光入力信号の強度の
変化を決定回路6 で検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、システムの送信端部に
配置され、光出力信号がデジタル信号によって周波数変
調される光送信機と、受信端部に配置され、光入力信号
をその強度に対応する電気信号に変換して電気信号から
デジタル信号を回復する光受信機とを具備し、動作波長
の分散を有するビーム導波体によってデジタル信号の光
伝送を行うシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなシステムは、A.R.Chraplyvy
氏らによる1989年３月２日のエレクトロニクス・レタ
ー、第25巻、第５号の第319 乃至321 頁（8 Gbit/s FSK
Modulation of DFB Lasers with Optical Demodulatio
n ）に開示されている。デジタル信号が高いビット率
（ギガビット領域）で送信される時、高いビット率のデ
ジタル信号が送信される通路長を制限する範囲におい
て、光伝送システムの動作波長におけるビーム導波体の
色分散（または材料の分散として知られている）が１つ
の問題となる。一方では、適当な光ファイバ増幅器がこ
のような波長に利用できるので、１５５０ｎｍの領域に
おける光送信の動作波長を有することが望ましく、他方
では、すでに多く使用されているので標準的な単一モー
ドビーム導波体が使用されることが望ましい。このた
め、ビーム導波体の色分散の問題は、ビーム導波体の動
作波長あるいは形式を選択することによって異なった方
法で解決されなければならない。
【０００３】このシステムの送信端部の半導体レーザの
強度は、通常のように送信されるデジタルによっては変
調されるのではなく、光出力信号の周波数によって変調
される。この変調はＦＳＫ変調（ＦＳＫ＝Frequency Sh
ift Keying）と呼ばれ、従来の強度変調は“ＡＳＫ”変
調（ＡＳＫ＝Amplitude Shift Keying）と呼ばれる。Ｆ
ＳＫ変調は、明らかに弱い形態で半導体レーザの注入電
流を変調することによって、すなわち通常のＡＳＫ変調
が得られなかった場合よりも変調における明らかにわず
かな増加によって達成される。
【０００４】周波数変調は強度変調を有する場合よりも
小さいスペクトル範囲に送信された光信号を与えるの
で、ビーム導波体の色分散はこのような不利益な効果を
有さない。
【０００５】既知のシステムは、受信された光信号の周
波数変調を振幅変調に変換する受信端部に光干渉計、お
よび強度変調された光信号を受信し、それから送信され
たデジタル信号を回復する直接受信ための光受信機を有
する。直接受信のための光受信機は光検出器、前置増幅
器、増幅器および再生器（決定回路とも呼ばれる）を有
する構成であり、前置増幅器および増幅器と共に光検出
器は電気信号の対応する時間プロセスに受信された光信
号の強度の時間プロセスを変換し、再生器は電気信号か
らデジタル信号を回復する。例えば、このような光受信
器は文献（1986年、オックスフォード、ニューヨーク、
トロント、シドニー、フランクフルトのPergamon Press
社のJ.Geissler氏らによる文献“Optical Fibers”の第
439 頁、またはH.Hamano氏によるアムステルダムのpro
c.ECOC '90 の第45乃至48頁）に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】既知のシステムは光干
渉計を有するため、従来のシステムよりも高価であるの
で、高い出力を有する場合でさえ原価構造の点から不利
益である。
【０００７】本発明の目的は、動作波長の分散を有する
ビーム導波体により高いビット率でデジタル信号を伝送
することの問題に関する簡単でより費用に対して効率の
よい解決法を見付けることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解決するために、信号が周波数変調された光信号と
して光送信機によって送信され、受信端部にビーム導波
体によって送信された信号が、光入力信号の強度に反応
する光受信機に入力信号として供給されることを特徴と
する。
【０００９】本発明の１つの観点は、周波数変調された
光信号を受信するための新しい受信装置を形成すること
であり、その信号はその波長分散を有するビーム波長が
トラバースされる。これは、請求項２に記載されてい
る。
【００１０】本発明の別の観点は、光信号の最初の周波
数変調を強度変調に変換するための分散作用ビーム導波
体の使用である。これは、請求項３に記載されている。
【００１１】デジタル信号の伝送は、デジタル信号の不
所望な歪みを受け易く、伝送の品質を低下させる。
【００１２】このため、いわゆる可視ダイヤグラムが伝
送品質を評価するために使用される。この方法は文献
（1979年にSpringer社によって公表されたP.Bocker氏に
よる“Data Transmission,Volume I”の第102ff 頁）に
よって知られている。しかしながら、この文献には伝送
品質に関しては記載がない。
【００１３】本発明は、伝送品質に連続的に影響を及ぼ
す解決法を提供することをさらに目的とする。この解決
法は、請求項１０および１１に記載されている。
【００１４】本発明の構造は、関連する請求項において
認められる。
【００１５】伝送中の不所望な歪みに加えて、デジタル
信号が受信される時にエラーが生ずる。これは、例えば
一連の論理“１'s”のような等しい２進信号の長い列が
存在する時に起こり、妨害パルスは例えば受信機あるい
は電気前置増幅器における背景雑音により受信機におい
て起こる。デジタル信号は、等しい２進信号の長い列を
防ぐために通常（スクランブラによって）送信前にスク
ランブルされる。しかしながら、通信伝送システムが存
在し、それにおけるデジタル信号はスクランブルされな
い。これらは、受信されたデジタル信号においてエラー
を受けやすい。本発明の目的は、エラーの頻度を低下す
る解決法を提供することである。この解決法は請求項１
６に記載されている。
【００１６】図面によってさらに詳細に本発明を説明す
る前に、その基本的な考えが最初に説明される。本発明
によって、送信端部の装置は始めに記載された既知のシ
ステムに関しては変化されないので、周波数変調された
光信号はビーム導波体によって受信装置に伝送される。
しかしながら、受信装置は直接受信のための本質的に知
られている光受信機であり、それは典型的にその光入力
信号の強度変動を電気出力信号に変換し、それ故、周波
数変調に対しては感じないが、強度変調に対しては感じ
る特性を有する。
【００１７】このように、システムがなぜ動作するのか
という問題が生ずる。本発明にしたがって以下に説明す
る。送信端部においてビーム導波体中に放射される光信
号は異なる波長の部分から構成され、その異なる波長は
送信端部においてビーム導波体中に連続的に放射され
る。ビーム導波体の色分散のため、２つの信号部分はビ
ーム導波体によるそれらの伝送中に異なる遅延を受け
る。ビーム導波体の端部で異なる波長の信号部分は互い
に関して時間的に変位される。２つの信号部分の結果と
して生ずる干渉性はビーム導波体のビーム端部から出力
する光信号の強度における変化に導く。強度における変
化の時間プロセスは、送信されるデジタル信号がそれか
ら導出されるという特徴を有する。
【００１８】したがって、本発明は、ビーム導波体通路
自身が最初の周波数変調をデジタル信号を含むこのよう
な強度変調に変換する効果を（正確にはその色分散の基
本的に不所望な特徴による）有するという認識を利用す
る。
【００１９】換言すると、分散を受けたビーム導波体自
身が最初の周波数変調を強度変調に変換するために使用
される。送信された光信号は、強度に反応する光受信機
に対する入力信号として直ちに使用される。しかしなが
ら、これは変調の型式を変換するために使用され他の光
学的な装置を妨げることはなく、光受信機の上流に取付
けられるアイソレータあるいは光増幅器に別の目的を供
給する。
【００２０】送信路を橋絡するのに必要なビーム導波体
の長さが要求された変調変換をもたらすのに不十分であ
る場合、付加的なビーム導波体によって延長されること
ができる。その場合において、ビーム導波体の全長から
の光出力信号は光受信機への入力信号として使用され
る。この場合における別の観点は、ビーム導波体の全長
およびその部分的な長さは変調の型式を変換するために
使用される。
【００２１】ここで使用される“周波数変調”あるいは
“ＦＳＫ変調”の概念に関して以下のことが指摘され
る。その概念は純粋な周波数変調に限定されない。前述
された既知のシステムに関するように、それは変調にお
けるわずかな増加によって実現される本質的な半導体変
調である。大抵の場合、光出力信号の強度は一定に維持
されず、周波数と共に変化する。このような変調はＦＳ
Ｋあるいは周波数変調として説明されている。このよう
に生成された光出力信号を特別な装置によって受信端部
においてＡＳＫ変調に変換するのではなく、強度変調に
反応する受信機によって直接的に処理することが重要で
ある。
【００２２】
【実施例】図１に示されている本発明によるデジタル信
号の送信システムは、送信端部（図の左側）に電気光学
変換器２を含み、その本質的要素はＦＳＫ、すなわち周
波数シフトキーイングによって２進デジタル信号の形態
の電気入力信号を対応して変調された光出力に変換する
特性を有する半導体レーザである。それ故、光出力信号
は、送信されるデジタル信号の異なる２進状態に対する
異なる周波数を有する。図１において、波長λ0 は２進
状態０に対応し、波長λ1 は２進状態１に対応する。こ
の変調により、異なる波長であるが同じ振幅を有する波
列によって概略的に示されるように強度は通常一定に維
持される。
【００２３】送信端部の装置はビーム導波体３によって
接続され、それは受信端部でのシステムの装置のために
送信路を形成する。図１のシステムにおける新しい点
は、送信された光信号を振幅変調に変換するために受信
端部に装置が設けられておらず、送信された光信号が本
質的に既知の光受信機４への入力信号を直接形成するこ
とである。
【００２４】光受信機４は光電気変換器５を含み、その
変換器は光検出器、前置増幅器および増幅器を含み、電
気出力信号の振幅の時間プロセスに光入力信号の強度の
時間プロセスを変換する。光受信機４はさらに決定回路
６（再生器とも呼ばれる）を含み、その回路は光電気変
換器５の電気出力信号から送信されたデジタル信号を回
復する。デジタル信号は、出力に概略的に示されてい
る。
【００２５】光入力信号の周波数変動ではなく強度の変
動に典型的に応じる光受信機４がなぜそれに含まれたデ
ジタル信号に送信された周波数変調光信号を変換できる
のかという同じ疑問がここで生ずる。この説明は次の通
りである。ビーム導波体通路３がそれ自身で放射された
光信号の最初の周波数変調から振幅変調をし、結果とし
て生ずる振幅変調が送信されたデジタル信号のそれに含
まれる特徴を有するということである。
【００２６】それは図１に概略的に示されており、光受
信機４に関して、変換器５が電気出力信号に対応してい
るコースに変化する受信された信号の強度は、左から右
に見ると最初に正のインパルスを有し、次に負のインパ
ルスを有する。図２において明らかにされるように、正
のインパルスはデジタル信号が０の状態から１の状態に
変化することを示し、負のインパルスはデジタル信号が
１の状態から０の状態に変化することを示す。入力信号
が予め定められた上限しきい値を越える時にデジタル出
力信号を０から１に変化させ、および電気入力信号が予
め定められたしきい値に達しない値に低下する時にデジ
タル出力信号を１から０に変化させるような任意の回路
が決定回路６として適当である。本質的に、既知の光受
信機にあることだが、決定回路は光電気変換器５の電気
出力信号に含まれているデジタル信号を回復する役目を
有する。通常のように、個々の機能は電気入力信号の進
歩に依存する。この特定な例に関して、複数の構造の実
例は後に提供される。
【００２７】最初の周波数変調の強度変調への変換がビ
ーム導波体３による光信号の送信中にどのように行われ
るかを図２によって説明する。
【００２８】第１に、図１に示される実例における
λ0 ，λ1 の連続波列およびλ0 波長が０１０の送信さ
れたビット率でビーム導波体中に放射されることを念頭
に置かなければならない。図２において、ビーム導波体
３中に連続的に放射される波列（あるいは光信号の信号
部分）は１つのラインではなく、ａとｂの２つのライン
において示される。ラインａはλ0 波長の波列を示し、
ラインｂはλ1 波長の波列を示す。両者は左から右に走
る共通の時間軸に関連する。
【００２９】ビーム導波体３の色分散は、大きな波長を
有する光に対して小さい波長の光よりもビーム導波体通
路を通過するのに多くの時間を要求する。ビーム導波体
の端部において異なる波長を有する信号部分の受信と見
ると、λ0 波長の第１の波列の最後の部分と同時にλ1
の波長の波列の最初の部分が生じる時間Δτが認められ
る。換言すると、波長λ1 の波列は、λ0 波長のゆっく
りと拡がる波列が終了する前にビーム導波体の端部に到
達する。Δτは両波長の時間差であり、次のように計算
される。
【００３０】Δτ＝Δλ・Ｄ・Ｌ ここで、Δλはλ0 とλ1 の間の波長差であり、Ｄはビ
ーム導波体の色分散であり、Ｌはビーム導波体３の通路
の長さである。
【００３１】Δτは、デジタル信号の１ビットの持続時
間よりも短い。Δλを選択することによって、すなわち
実際には、変調およびあるいは長さＬ（Ｄは予め定めら
れている）における増加によって適当な値が得られる。
【００３２】波長λ1 の波列の始まりと同様に、その端
部は異なる走行時間に基づいた効果、すなわち、波列λ
1 がすでに終了し、λ0 の波長の第２の波列がまだ始ま
らない時の走行時間差Δτ中に存在する状態を有する。
【００３３】この方法において、異なる波長の走行時間
における差は、λ0 からλ1 に変化する時に２つの波が
同時に受信される持続時間Δτの状態を与え、λ1 から
λ0変化する時に２つの波長のどちらも受信されない同
じ時間長さの状態を与える。第１の状態は結果として生
ずる波が２つのそれぞれの波の一方よりも高い強度を有
するという結果により両方の波において干渉が増大し、
第２の状態では受信強度がゼロまで減少する。
【００３４】図２におけるラインｃはビーム導波体３の
端部から出る光信号の結果として生ずる強度を概略的に
示し、光電気変換器は電気出力信号の対応しているコー
スに変換する。分散の符号およびΔλに応じて、例えば
λ0 からλ1 に変化する時の正のインパルスおよびλ1
からλ0 変化する時の負のインパルスを有する。決定回
路６は、入力信号が予め定められた第１のしきい値Ｖ1
を越える時に出力信号の２進状態を０から１に変化さ
せ、入力信号が第２の予め定められたしきい値Ｖ0 より
低下する時にこの状態から２進状態０に変化させること
によって送信されたデジタル信号を回復できる。図２に
おけるラインｄは、回復された２進デジタル信号のプロ
セスを示す。第１のしきい値Ｖ1 は単一波が受信される
時に生成される信号値より上であるように選択され、第
２のしきい値Ｖ0 はこの“通常の”単一値より下である
ように選択される。
【００３５】それ故、光受信機の出力信号はバイポーラ
信号であり、決定回路６は通常のＮＲＺ形式（ＮＲＺ＝
ゼロに戻らない）の決定回路から２進デジタル信号を回
復する役割を有する。以下は、決定回路６の幾つかの適
当な構造を説明する。図３による特性曲線を有する“シ
ュミットトリガ”は適当な決定回路であり、入力電圧が
図２のｃに示されるような第１のしきい値Ｖ1 を越える
時に２進状態０から２進状態１にし、入力電圧がＶ1 よ
りも低い第２のしきい値Ｖ0 より低下する時に２進状態
１から２進状態０にする。
【００３６】図３は、このようなシュミットトリガの入
力電圧Ｖe と出力電圧Ｖa の特性曲線を示す。入力電圧
Ｖe が増加すると、出力電圧はしきい値Ｖ1 で２進状態
０を示す低い値から２進状態１を示す高い値に変化す
る。入力電圧がＶ1 以上の値から低下する場合、出力電
圧はの低いしきい値Ｖ0 で第２の状態から第１の状態に
変化する。
【００３７】このようなシュミットトリガ装置は、文献
（例えばSpringer Publications Berlin,Heidelberg,Ne
w YorkのU.Tietze氏およびC.Schenk,8th氏による文献
“Semiconductor circuit technology”の第168 乃至16
9 頁および第180 乃至181 頁）に記載されている。
【００３８】別の構造の実施例は、ＲＣローパスフィル
タの形をとった積分器である。その出力信号は正のイン
パルスによって上昇し、負のインパルスによって低下す
るので、簡単なフリップフロップが立上りあるいは立下
りから送信されたデジタル信号の立上りあるいは立下り
を容易に回復できる。異なる時定数を有する積分器は、
正および負のインパルスが異なるエネルギを含む場合に
使用される。これは、電圧依存容量、例えばバラクタダ
イオードの容量を有するＲＣローパスフィルタが使用さ
れる場合に可能である。
【００３９】適当な決定回路の別の実施例は図４に示さ
れている回路であり、２つのＤフリップフロップおよび
１つのＲＳフリップフロップから構成される。入力信号
は、２つのＤフリップフロップ10および11に並列に流れ
る。ＲＳフリップフロップ12は入力ＲおよびＳを有し、
その入力はフリップフロップ10のＱ出力あるいはフリッ
プフロップ11の（／Ｑ）出力（／ＱはＱの反転）に接続
される。フリップフロップ10は、決定回路の入力信号が
しきい値Ｖ1 を越える時にＱ＝１の状態に変化し、Ｄフ
リップフロップ11は入力信号がしきい値Ｖ0 より低下す
る時に（／Ｑ）＝１の状態に変化する。ＲＳフリップフ
ロップ12は、入力Ｓがこの状態に変化する時にＱ＝１の
状態に変化し、それ故Ｄフリップフロップ10の出力Ｑが
１となる時にＱ＝１の状態に変化し、入力Ｒが１となる
時すなわちＤフリップフロップ11の出力（／Ｑ）が１と
なる時にＱ＝０の状況に変化する。それ故、ＲＦフリッ
プフロップ12の出力Ｑは回復された２進デジタル信号を
出力する。
【００４０】図４に示されている２つのＤフリップフロ
ップ10および11の代りに、２つの反転された出力Ｑおよ
び（／Ｑ）を有する単一のＤフリップフロップが使用さ
れることができ、その回路設計における内部非対称性は
上限しきい値および下限しきい値を与え、その上限しき
い値が越えられる時にＱ＝１の状態になり、下限しきい
値Ｖ0 より低下する時に（／Ｑ）＝１の状態に戻す。こ
の場合、それは図３に示される種類の回路ヒステレシス
を有する。
【００４１】図１における決定回路６の特別な構造は、
システムの送信端部において生成された光信号が強度変
調を伴う周波数変調特性を有する場合に可能である。こ
れは、半導体レーザが注入電流によって変調される場合
に行われる。このような変調は半導体レーザの通常の強
度変調と識別されなければならず、それは変調における
ずっと大きな増加によって生成される。したがって、そ
れは第１に周波数変調である。
【００４２】このような周波数変調が考慮され、波長λ
0 よりもλ1 で光出力信号の高いレベルを生ずる。この
場合、光電気変換器５の出力で発生する信号は、図５に
示されるように生成される。それは、波長λ0 の波列が
受信され、図２のｃにおける信号のようなパルス形態で
上昇するレベルＰ0 で開始し、波長λ1 の波列が受信さ
れ、負のインパルスを有するパルスでそこからレベルＰ
0 まで低下するレベルＰ1 に戻る。この場合、それは、
単一のしきい値Ｖm が正のインパルスの開始において越
えられた時を検出し、負のインパルスの開始において低
下する時を検出のに十分である。ここで使用される正お
よび負のインパルスの存在は、周波数変調から生ずる。
決定回路は通常の決定回路、例えば既知の光受信機で使
用されるＶm のしきい値を有するＤフリップフロップで
よい。
【００４３】２つのしきい値Ｖ1 およびＶ0 を有する図
４に示される型の決定回路は当然使用できる。
【００４４】以下の構成は、決定回路の部品である積分
器の上記で説明された実行から逸脱することによって可
能であり、その場合積分器は光電気変換器の後方に位置
される。
【００４５】本発明は、光検出器が容量ＣD を有し、後
続する増幅器の付加的な抵抗Ｒあるいは入力抵抗Ｒ1 と
共にＲＣローパスフィルタとして機能することを使用す
る。光検出器の容量ＣD はバイアス電圧ＶD を調整する
ことによって変えられ、それによって光電気変換器の積
分に影響を及ぼす。
【００４６】図６は、光電気変換器５の構成例を示す。
この例においてバイアス電圧ＶD は光検出器13に供給さ
れる。光検出器13の容量ＣD は、図６のａに示されるよ
うな増幅器15の入力抵抗Ｒi あるいは図６のｂに示され
るような付加的な抵抗Ｒと共にＲＣローパスフィルタと
して機能する。図６のａは、増幅器15の部品である入力
抵抗Ｒi を分離して示す。
【００４７】積分器あるいはローパスフィルタ機能の説
明は、図６ｂの構成の例から始まって図７によって提供
される。図７のｂは、光検出器の簡単な等価回路図を示
す。電源は光電流を供給し、その量は放射された光出力
に依存する。図７のｃの隣接する交流回路図は、理想的
電源17、抵抗Ｒおよび容量ＣD の並列回路を示す。ＲＣ
ローパスフィルタは、そこに認められる。
【００４８】前述されたように、可視ダイヤグラムは送
信の質を評価するために形成される。可視ダイヤグラム
の形成は送信の品質を評価するための実験室測定を通常
表す。この例において、それは送信の品質に影響を及ぼ
すシステムの部品である。
【００４９】以下、送信の品質がどのようにして影響さ
れるかを詳細に説明する。
【００５０】システムは、本発明による付加部分を有し
て図８に示されている。それは付加的に制御可能な増幅
器20、可視ダイヤグラムを形成する装置60、コンピュー
タ105 およびデジタル信号のサイクルを導出する装置30
から構成される。サイクルを導出するこの装置30は各デ
ジタル伝送システムの部品であるが、図１には示されて
いない。それは、光電気変換器５の出力165 および決定
回路６の入力160 に接続され、サイクル用の出力150 を
有する。
【００５１】増幅器20はデジタル信号用の入力25および
補正変数ＶV 用の入力135 を有し、電気光変換器２に接
続されている。
【００５２】既に記載された入力160 に加えて、決定回
路６は補正変数ＶS 用の別の入力140 、補正変数ＶT 用
の入力145 およびデータ出力155 を有する。
【００５３】光対電気変換器５は補正変数ＶD 用の入力
130 を有し、それはフォトダイオード13に接続される。
【００５４】可視ダイヤグラムを形成する装置60は、入
力120 によって光対電気変換器５の出力165 に、および
入力125 によってサイクルを導出装置30の出力150 に接
続されている。それは走査ロック回路35、アナログ・デ
ジタル変換器40、周波数分割器55から構成され、入力12
5 に接続された周波数分割器55は位相シフタ50および走
査ロック部35に接続されるパルス発生器45によって後続
されている。パルス発生器45は補正変数ＶP 用の入力65
を有し、位相シフタ50は補正変数Ｖφ用の入力70を有す
る。
【００５５】コンピュータ105 は、可視ダイヤグラムを
形成する装置60の出力115 にその入力110 が接続されて
いる。それは次のような補正変数用の出力を有する。
【００５６】 ＶP 用の出力75 Ｖφ用の出力80 ＶV 用の出力85 ＶD 用の出力90 ＶS 用の出力95 ＶT 用の出力100 可視ダイヤグラムを形成する装置60の機能はサンプリン
グオスシロスコープに対応し、その機能は文献（例えば
1979年、ミュンヘンのFranzis Publishersのlein,P.E.
氏による“The Oscilloscope”）において説明されてい
る。
【００５７】この装置60は、受信されたデジタル信号か
ら生ずる可視ダイヤグラムのプロセスを決定する。この
可視ダイヤグラムは実際の可視ダイヤグラムと呼ばれ
る。コンピュータ105 はこの実際の可視ダイヤグラムを
予め定められた可視ダイヤグラム、特定の可視ダイヤグ
ラムと比較し、その偏差から補正変数を導き、例えば出
力でアナログ電圧値として利用でき、システムの制御可
能な部品に供給される。以下、システムの調整可能な部
品がどうのように制御されるかを詳細に説明する。
【００５８】送信端部で増幅器20を制御するため、補正
変数ＶV は受信端部から送信端部に送信されなければな
らない。
【００５９】この送信は、例えば電気対光変換器によっ
て光信号に補正変数ＶV を変換し、波長多重化処理によ
って送信端部にその補正変数ＶV を送ることによって２
方向性伝送システムにおいて実行される。そこで光信号
から電気信号への変換が行われ、補正変数ＶV が与えら
れる。
【００６０】この方法によって増幅器および電気対光変
換器が次のように制御される。
【００６１】補正変数ＶV は増幅器の出力電流における
変化ΔＩを生じ、それは補正変数ＶV に比例する。電気
対光変換器２の電流ΔＩにおける変化は光デジタル信号
の周波数における変化Δνを生じ、それは電流ΔＩにお
ける変化に比例する。周波数Δνにおける変化は、波長
Δλにおける変化と等価である。これは、制御可能な光
対電気変換器２の周波数を上昇させる。別の補正変数Ｖ
D は光対電気変換器５におけるフォトダイオードのバイ
アス電圧を制御し、それによって前に説明したようにフ
ォトダイオードの容量を制御する。この方法によって光
対電気変換器の周波数プロセスは制御可能であり、異な
る時定数を有する積分器が使用される時に有効である。
これは、積分器に関連して既に記載された。
【００６２】決定回路６のしきい値は、補正変数ＶS に
よって制御される。
【００６３】サイクルを導出する装置30は、一定の周波
数サイクルを生成する。補正変数ＶT による決定回路の
制御は、サイクルの位相が制御されることであり、すな
わち決定の時間における点が可視ダイヤグラムの開口部
は最も幅広いように決定される。
【００６４】可視ダイヤグラムを形成する装置60のパル
ス発生器45および位相シフタ50もまた制御可能である。
補正可変ＶP はパルス発生器を制御し、補正変数Ｖφ位
相フィルタを制御する。これは走査ロック回路35を制御
し、それによって走査時間の点を制御する。
【００６５】ここで説明された方法は、受信されたデジ
タル信号から生ずる可視ダイヤグラムに影響を及ぼし、
システムの伝送の質を最適化することを可能にする。
【００６６】これまで説明されたシステムとは無関係
に、可視ダイヤグラムの形成、特定な可視ダイヤグラム
との比較およびシステム部品の制御は、デジタル信号の
送信のための各光通信伝送システムによって行われる。
【００６７】ここに説明された色分散に影響されるビー
ム導波体による伝送は光受信機における強度変調された
信号を生成する。そこから、中間蓄電を有する決定回路
がデータ信号を回復する。
【００６８】前に記載されたように、この信号は妨害パ
ルスによって品質が劣化される。
【００６９】以下は、エラーの生成およびエラー周波数
を減少するための方法を説明する。図９のａは、負の妨
害パルスによる受信機における電気信号の劣化を示す。
負の妨害パルスが時間ｔ0 において光対電気変換器の受
信端部で電気出力信号において上記に説明されたプロセ
ス中に生ずる場合について考える。この例において、妨
害パルスの大きさは非常に大きく、決定回路のしきい値
Ｖ0 より下に低下し、決定回路によって回復されたデジ
タル信号は状態“１”から“０”に変化する。この場
合、時点ｔ0 の状態の転移は伝播する回復したデータ信
号におけるエラーを表す。
【００７０】このようなエラーの周波数を減少するた
め、周波数変調された信号である送信される光信号の強
度は、必要なときにデジタル信号の関数として光送信機
において変化される。
【００７１】この方法は、デジタル信号から生ずるイン
パルスに加えて、別の電圧変化を受けるように光対電気
変換器５（図１参照）の出力で生成される電気信号に導
く。この方法の詳細は後に説明される。
【００７２】図１０のａは、正および負の電圧変化を有
する電気信号（電圧プロセス）を示す。
【００７３】負の妨害パルスが時点ｔ0 で正の電圧変化
中に生じ、この例におけるその大きさが図９のａに示さ
れた妨害パルスに等しい場合、正の電圧変化が下限しき
い値Ｖ0 より下に低下することを防ぐ。それ故、エラー
が受信されたデジタル信号において生じることはない。
【００７４】同じことは正の妨害パルスが負の電圧変化
中に起こる場合にも適用される。妨害パルスの大きさは
正および負の両方向において強い変動を受けるので、エ
ラーは依然として生じる可能性がある。これは、例えば
大きさが下限しきい値より下に低下する場合である。こ
の例において、エラーは妨害パルスの長さ中にのみ生ず
る。出力信号は補正値にリセットされると、エラー伝播
は起こらない。
【００７５】以下、図11によって正あるいは負の電圧変
化が何時どのようにして生ずるかを説明し、電圧変化を
生ずる回路構成が説明される。
【００７６】図１１は光信号の強度変動を与えるための
回路装置200 および光強度変調器によって補足される図
１におけるシステムの送信端部を示す。
【００７７】光強度変調器は、光送信が存在する電圧に
依存する部品である。その１例は、マッハ・ツェンダ干
渉計である。さらに別の例は、文献（1991年３月のRobe
rt G.Waller 氏によるIEEE Journal of Quantum Electr
onics の第27巻、第３号、第654 乃至667 頁の“High-S
peed III-V Semiconductor Intensity Modulators ”）
に記載されている。
【００７８】回路装置200 はＮ段のシフトレジスタ220
、２つのアンドゲート210,215 および１つの差動増幅
器205 から構成される。シフトレジスタ220 はデジタル
信号の入力240 およびサイクルの入力245 を有する。出
力225 は、電気対光変換器２の入力25に接続される。Ｑ
i および（／Ｑi ）（ｉ＝１，２，…，Ｎ）はシフトレ
ジスタの出力であり、アンドゲート210,215 、に接続さ
れる。例えば、アンドゲート215 にＱi を、アンドゲー
ト210 に（／Ｑi ）を接続する。アンドゲート210,215
の出力は差動増幅器205 の入力に接続され、その出力は
光振幅変調器230の入力235 に接続される。
【００７９】送信されたデジタル信号は、シフトレジス
タに連続的に入力される。アンドゲートは論理回路を形
成し、全てのシフトレジスタのＮの出力Ｑi あるいは
（／Ｑi ）は同じ２進論理状態を有する。全ての出力が
Ｑi ＝“１”である場合、正の電圧は光強度変調器に差
動増幅器205 の出力によって供給され、負の電圧は全て
の出力が（／Ｑi ）＝“１”である場合に供給される。
【００８０】光強度変調器の正の電圧は高い送信におい
て生じ、負の電圧は低い送信において生ずる。これは送
信において変化し、それによって光信号の光出力は強度
における変化を生ずる。互いに後続する等しい２進信号
の予め定められた数のみが正あるいは負の強度変化を生
じ、送信する。
【００８１】強度変化は、第１の出力Ｑi が残存出力と
異なるまで持続する。それ故、強度変化は複数のサイク
ルの間持続できる。
【００８２】光信号の強度における変化は、受信機によ
って電圧変化に変換される。これは等しい２進信号の長
いシーケンス中の妨害パルスの危険を減少し、それによ
って受信された２進信号の劣化を減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシステムのブロック図。
【図２】機能を明らかにするために送信システムの異な
る点の信号の波形図。
【図３】決定回路として使用されるシュミットトリガの
典型的な特性曲線図。
【図４】図１における決定回路の構成例を示すブロック
図。
【図５】同時性振幅変調を有する周波数変調が送信端部
で行われる時の光受信機の入力信号波形図。
【図６】光対電気変換器の２つの構成図。
【図７】光対電気変換器のローパスフィルタ効果を説明
する等価回路図。
【図８】可視ダイヤグラムを得る装置およびコンピュー
タを有するシステムのブロック図。
【図９】妨害パルスを有する光信号に対応する受信電圧
図。
【図１０】正および負の電圧変化および妨害パルスを有
する受信電圧図。
【図１１】干渉に対する保護を改善する回路の構成の概
略図。
【符号の説明】
３…ビーム導波体，４…受信機。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 システムの送信端部に配置され、光出力
    信号がデジタル信号によって周波数変調される光送信機
    と、受信端部に配置され、光入力信号をその強度に対応
    する電気信号に変換して電気信号からデジタル信号を回
    復する光受信機とを具備し、動作波長の分散を有するビ
    ーム導波体によってデジタル信号の光伝送を行うシステ
    ムにおいて、 周波数変調された光信号として光送信機によって送信さ
    れ、受信端部にビーム導波体によって送信された信号
    が、光入力信号の強度に反応する光受信機に入力信号と
    して供給されることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 デジタル信号が半導体レーザの周波数を
    変調することによってビーム導波体によって光学的に送
    信され、受信端部の装置が光受信機を含み、その光受信
    機が光入力信号を強度に対応している電気信号に変換し
    て電気信号からデジタル信号を回復し、分散作用を有す
    るビーム導波体によるデジタル信号の光伝送システムの
    受信端部における装置において、 光入力信号の強度に反応する光受信機の入力信号がビー
    ム導波体によって最初に送信された周波数変調された信
    号であることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 デジタル信号によって周波数変調された
    同じ波長の光信号を強度においてそのデジタル信号を含
    んでいる光信号に変換する予め定められた波長の分散を
    有するビーム導波体の使用方法。
  4. 【請求項４】 光受信機が決定回路を含み、その回路は
    入力信号がパルスの立ち上がりの時に第１の２進状態か
    ら第２の２進状態に変化し、入力信号がパルスの形形態
    で減少する時に第２の状態から第１の２進状態に変化す
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム、あるいは
    請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】 半導体レーザの周波数変調が強度変調を
    伴うことを特徴とする請求項１記載のシステムあるいは
    請求項２記載の装置。
  6. 【請求項６】 光受信機が電気信号からデジタル信号を
    回復するための決定回路を含み、その回路は電気信号が
    予め定められたしきい値を越える時に第１の２進状態か
    ら第２の２進状態に変化し、電気信号が予め定められた
    しきい値より下に低下する時に第２の２進状態から第１
    の２進状態に変化することを特徴とする請求項１記載の
    システム、あるいは請求項２記載の装置。
  7. 【請求項７】 積分器を有する光受信機がデジタル信号
    を回復するために使用されることを特徴とする請求項１
    記載のシステム、あるいは請求項２記載の装置。
  8. 【請求項８】 積分器が光受信機に含まれる積分ローパ
    スフィルタであり、光対電気変換器の後段に位置されて
    いることを特徴とする請求項７記載のシステムあるいは
    装置。
  9. 【請求項９】 積分器が光受信機の光対電気変換器であ
    り、バイアス電圧、したがって光対電気変換器内に位置
    される光検出器の容量が積分効果を制御するために調整
    されることを特徴とする請求項７記載のシステムあるい
    は装置。
  10. 【請求項１０】 受信されたデジタル信号の可視ダイヤ
    グラムを得る装置が受信端部に位置され、コンピュータ
    が受信された可視ダイヤグラムを予め定められた可視ダ
    イヤグラムと比較し、その偏差から１つ以上の可調整シ
    ステム部品に対する１つ以上の補正変数を導出し、それ
    によってこれらのシステムの部品を調整することを特徴
    とする請求項１記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 光送信機および送信端部における上流
    増幅器によってビーム導波体上をデジタル信号を光学的
    に伝送し、受信端部の光受信機は、フォトダイオードを
    有する光対電気変換器および決定回路を具備しているシ
    ステムにおいて、 受信端部が受信されたデジタル信号の可視ダイヤグラム
    を得る装置およびコンピュータを備え、そのコンピュー
    タは受信されたデジタル信号を予め定められた可視ダイ
    ヤグラムと比較し、その偏差から１つ以上の可調整シス
    テム部品に対する１つ以上の補正変数を導出し、それに
    よってこれらのシステム部品を調整することを特徴とす
    るシステム。
  12. 【請求項１２】 補正変数の１つを送信するための手段
    が設けられ、送信端部および増幅器への光送信機の上流
    で増幅器を制御し、コンピュータが増幅器を制御するこ
    とを特徴とする請求項１０あるいは１１記載のシステ
    ム。
  13. 【請求項１３】 コンピュータが補正変数の１つによっ
    てフォトダイオードのバイアス電圧を制御することを特
    徴とする請求項１０あるいは１１記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 コンピュータが補正変数の１つによっ
    て決定回路のしきい値を制御することを特徴とする請求
    項１０あるいは１１記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 コンピュータが補正変数の１つによっ
    て決定回路の周期の位相を制御することを特徴とする請
    求項１０あるいは１１記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 入力信号の連続した等しい２進信号の
    予め定められた数が存在する時に正あるいは負の出力電
    圧を供給する回路装置、および連続した等しい２進信号
    が第１の２進状態に達する時に前記回路装置の開始電圧
    にしたがって光信号の光出力を増加し、連続した等しい
    ２進信号が第２の２進状態に達する時に光信号の光出力
    を低下させる光強度変調装置が送信端部に設けられてい
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
JP5014986A 1992-02-01 1993-02-01 動作波長の分散を有するビーム導波体によるデジタル通信光学伝送システム Pending JPH05347586A (ja)

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DE4230601:9 1992-09-12
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