JPWO2009104631A1 - 光通信システム、光通信方法、および光通信装置 - Google Patents

Abstract

ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信システムの送信側通信装置１００は、周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成する光搬送波生成部１０２と、前記光搬送波生成手段により生成された前記光搬送波を変調信号に従って前記シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調する変調部１０３と、を有する。周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波がＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信し、当該光信号１０４とその遅延光信号とを干渉させた出力光を出力する単一の遅延干渉部１２１と、前記遅延干渉手段により出力された前記出力光を電気信号に変換する光電変換部１２４と、を有する。

Description

本発明は光通信システムに係り、特に、変調／復調方式としてＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying：差動４値位相変調)を用いた光通信方法および装置ならびにそれを用いた光通信システムに関する。

ＤＱＰＳＫ方式は、R.A.Griffin 他著、Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key(oＤＱＰＳＫ) for High Capacity Optical Transmission、Optical Fiber Communication Conference and Exhibit、米国、2002年3月、WX6 、367-368頁に記載されているように波長の利用効率、波長分散耐力、偏波分散耐力に優れた変調方式であり、これらの利点が必要とされる様々な光通信システムへの適用が提案されている（たとえば特表２００４−５１６７４３など）。以下、特許文献１に開示されているＤＱＰＳＫ変調方式の光送信装置および光受信装置を一例として、一般的なＤＱＰＳＫ方式の光通信システムの構成および動作について図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は一般的な光送信装置の変調部および光受信装置の復調部の構成例を示すブロック図である。図２Ａは一般的なＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)の位相状態を示す信号点配置図である。図２Ｂは一般的なＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)の位相変化の一例を示すタイムチャートである。図３はＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)と復調された信号Ｒｘを示すタイムチャートである。

図１において、光送信装置９００は、ＤＱＰＳＫ符号化部９０１、光搬送波生成部９０２およびＤＱＰＳＫ変調部９０３を備えている。光搬送波生成部９０２において、通常、ＣＷ(Continuous Wave)光源としてレーザダイオードが用いられる。

光受信装置９２０は、光スプリッタ９２３、遅延干渉計９２１および９２２、およびバランス型光電変換器９２４および９２５を備えている。遅延干渉計９２１は、遅延時間τを作る光伝送路を有するアーム９２１ａと、π/4の位相シフトおよび必要に応じた微調整用位相φ₀を固定的に与えるアーム９２１ｂとを有する。遅延干渉計９２２は、遅延時間τを作る光伝送路を有するアーム９２２ａと、−π/4の位相シフトおよび必要に応じた位相の微調整用位相φ0を固定的に与えるアーム９２２ｂとを有する。

光送信装置９００では、光搬送波生成部９０２が周波数ν₀の光搬送波を生成してＤＱＰＳＫ変調部９０３へ出力する。ＤＱＰＳＫ変調部９０３は、信号ＥＴ１およびＥＴ２に従って、周波数ν₀の光搬送波を図２Ａに示すようなπ/4間隔の４値いずれかに位相変調し、ＤＱＰＳＫ信号Es(t)を生成する。ＤＱＰＳＫ符号化部９０１は送信データｄ1およびｄ2に対してＤＱＰＳＫ変調に応じた符号化を行い、符号化された信号ＥＴ１およびＥＴ２をＤＱＰＳＫ変調部９０３へ出力する。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、光信号の位相θはシンボル毎に[π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4]のいずれかとなる。元の信号は、ＤＱＰＳＫ符号化部９０１で符号化され、前の信号との位相差Δθにマッピングされている。Δθは[0, π/2, π, 3π/2]の４値のいずれかである。送信信号Es(t)は光搬送波周波数ν₀を位相情報θ(t)で変調した信号なので、次式（１）で表すことができる。

但し、θ(t)は[π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4] のいずれかの値をとる。シンボル毎に４値、つまり２ビットの情報を有するため、伝送容量Ｂ[bit/s]に対して、シンボル速度はＢ／２[Symbol/s]となり、シンボル間隔はτ＝２／Ｂ［秒］となる。

上記式（１）で表される光信号Es(t)が到達すると、光受信装置９２０の光スプリッタ９２３によって２つの光信号に分離され、一方は遅延干渉計９２１へ、他方は遅延干渉計９２２へ送られる。以下、遅延干渉計９２１の動作を一例として説明する。

遅延干渉計９２１は、入力した光信号をさらに２分岐し、アーム９２１ａでτだけ遅延させ、アーム９２１ｂでπ/4だけ位相シフトさせる。一方の光信号をτだけ遅延させることで、他方の光信号を１シンボル前の光信号と干渉させ、位相差Δθ(t)＝θ(t)−θ(t-τ) を抽出することができる。干渉前の２つの光信号E1(t)およびE2(t)は、次式（２）で表すことができる。

ここで、φ₀は、周波数ν₀の光搬送波をτ時間前の搬送波と干渉させる際、両者の位相をそろえるための微調整用の位相項である。π/4シフト用の位相変調器を用いて調整可能である。

２つの光信号E1(t)およびE2(t)を干渉させ、遅延干渉計９２１から出力される光信号の強度I1(t)およびI2(t)は次式（３）で表わすことができる。

従って、その差信号は次式（４）で表される。

φ₀を調整し、１シンボル前の搬送波と位相をそろえると、次式（５）が成り立つ。

よって、式（４）および（５）から次式（６）が得られる。

したがって、２つの光信号I1およびI2をバランス型光電変換器９２４によって２乗検波することで、次式（７）で表される電気信号x(t)が得られる。

同様に、遅延干渉計９２２では、短い方のアーム９２２ｂの信号を−π/4だけ位相シフトさせたものと干渉させるので、その差信号I3(t)-I4(t)は次式（８）で表される。

式（５）が成立するので、２つの光信号I3およびI4をバランス型光電変換器９２５によって２乗検波することで、次式（９）で表される電気信号y(t)が得られる。

上述したバランス型光電変換器９２４および９２５の出力の一例を図３に示す。なお、送信側の符号化部９０１では、受信側で得られる電気信号x(t)とy(t)が元の信号（送信側の符号化前の信号ｄ1、ｄ2）に対応するように符号化される。

しかしながら、上述したＤＱＰＳＫ方式の通信システムでは、図１に例示されているように、ＤＱＰＳＫ復調に遅延干渉計９２１、９２２やバランス型の光電変換器９２４、９２５といった光学モジュール(光学部品)がそれぞれ２セット必要になる。このために受信側の装置の部品点数が多くなると共に構成が複雑化し、消費電力が増加し小型化が困難になる。特に、上述した光復調回路は光学部品を組み立てて構成されるため、部品点数が多いと製造プロセスが複雑化し、半導体集積回路のような量産効果による低価格化が期待できない。

そこで、本発明は、受信側の装置構成の簡易化および小型化を達成できる光通信方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の光通信システムは、ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信システムであって、周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成し、該光搬送波を変調信号に従って該シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調する送信側通信装置と、前記送信側通信装置によりＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信し、受信した該光信号と、該光信号に対して所定時間だけ遅延させた遅延光信号とを干渉させ、干渉させた光信号を電気信号に変換する受信側通信装置と、を有する。

本発明によれば、光受信装置の構成を簡略化でき小型化が容易になる。その理由は、遅延干渉部と光電変換部とを１つずつ設けるだけで、ＤＱＰＳＫ変調信号を復調できるからである。

一般的な光送信装置の変調部および光受信装置の復調部の構成例を示すブロック図である。 一般的なＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)の位相状態を示す信号点配置図。 は一般的なＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)の位相変化の一例を示すタイムチャートである。 ＤＱＰＳＫ光送信信号Es(t)と復調された信号Ｒｘを示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による光通信システムの基本的構成を示すブロック図である。 送信側の変調動作を模式的に示すタイムチャートである。 受信側の復調結果を模式的に示すタイムチャートである。 比較例として、図１に示す方式で用いる２つの遅延干渉計のフィルタ特性曲線を示す図 本実施形態で用いる１つの遅延干渉計のフィルタ特性曲線を示す図である。 本発明の第１実施例による光通信システムの示すブロック図である。 図７における光送信装置の変調系の動作を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施例による光通信システムの示すブロック図である。 図９における光送信装置の変調系の動作を示すタイムチャートである。 本発明の第３実施例による光通信システムの示すブロック図である。

１．一実施形態
上述したように、本発明によれば、送信側で光搬送波の周波数を周期的に変化させることにより、受信側で１つの遅延干渉計を用いて信号抽出が可能となる。以下、一例として、送信側の通信装置が、シンボル間隔τの半分のτ/2毎に、１／４τの周波数差を有するν1とν2との間で光搬送波周波数νを切り替えながら、光搬送波をＤＱＰＳＫ変調する場合を取りあげる。

１．１）構成
図４は本発明の一実施形態による光通信システムの基本的構成を示すブロック図である。本実施形態における光送信装置１００の変調系は、ＤＱＰＳＫ符号化部１０１、光搬送波送出部１０２およびＤＱＰＳＫ変調部１０３を備えている。光搬送波送出部１０２は、光搬送波周波数ν0に対して±1/8τだけシフトさせた周波数ν₁およびν₂をτ/2の周期で切り替えながら、光搬送波をＤＱＰＳＫ変調部１０３へ出力する。

光受信装置１２０の復調系は、１つの遅延干渉計１２１と１つのバランス型光電変換器１２４とを含む。遅延干渉計１２１は、一方のアーム１２１ａに遅延時間τを作る光伝送路を有する。他方のアーム１２１ｂには微調整用の位相変調器１２２が設けられている。遅延時間τは、アーム１２１ａの光路長をアーム１２１ｂよりも物理的に長くすることによって実現される。遅延時間τはデータのシンボル間隔に等しい。

ここでは、説明の都合上、送信側の光通信装置として光送信装置１００と、受信側の光通信装置として光受信装置１２０とをそれぞれ別個に記載したが、１つの光通信装置に、光送信装置１００の変調系と光受信装置１２０の復調系とが装備されていてもよい。すなわち、光送信装置１００の変調系と光受信装置１２０の復調系とを設けた光通信装置が、同様の変復調回路を設けた他の光通信装置との間で、ＤＱＰＳＫ方式の光送受信を行うことも可能である。

１．２）送信側の変調動作
図５Ａは送信側の変調動作を模式的に示すタイムチャートである。以下、図４および図５Ａを参照しながら光送信装置１００での変調動作について説明する。

光送信装置１００において、ＤＱＰＳＫ符号化部１０１は、送信データｄ1およびｄ2に対してＤＱＰＳＫ変調に応じた符号化を行い、符号化された信号ＥＴ１およびＥＴ２をＤＱＰＳＫ変調部１０３へ出力する。

ＤＱＰＳＫ変調部１０３は、光搬送波送出部１０２から、図５Ａに示すようにτ/2の周期で周波数がν₁＝ν₀＋1/8τとν2＝ν₀−1/8τとの間で切り替わる光搬送波を入力する。ＤＱＰＳＫ変調部９０３は、このような光搬送波を、シンボル間隔τで信号ＥＴ１およびＥＴ２に従って位相変調することでＤＱＰＳＫ信号E(t)を生成する。ＤＱＰＳＫ信号E(t)は次式（１０）で表される。

このように生成されたＤＱＰＳＫ信号E(t)の位相情報θ(t)はτ毎に変化するが、周波数は１シンボル周期τのうちにν₁＝ν₀＋1/8τとν₂＝ν₀−1/8τとの間で時系列に変化する。

１．３）受信側の復調動作
図５Ｂは受信側の復調結果を模式的に示すタイムチャートである。以下、図４および図５Ｂを参照しながら光受信装置１２０での復調動作について説明する。

まず、式（１０）で表されるＤＱＰＳＫ信号E(t)が光受信装置１２０に到達したものとする。上述したように、ＤＱＰＳＫ信号E(t)の搬送波の周波数は、周期τ/2でν₁＝ν₀＋1/8τとν₂＝ν₀−1/8τとの間で切り替わっている。まず、周波数ν1の搬送波が遅延干渉計１２１に到達した場合について説明する。

遅延干渉計１２１に入力した周波数ν₁の光搬送波の光信号は２分岐され、アーム１２１ａ側の光信号はτ遅延して遅延光信号E5(t)となり、アーム１２１ｂ側の光信号は微調整用の位相変調器１２２により位相が微調整されて光信号E6(t)となる。遅延光信号E5(t)と光信号E6(t)とは次式（１１）で表される。

遅延干渉計１２１が、これら遅延光信号E5(t)と光信号E6(t)とを干渉させることで、出力光信号強度I5(t)およびI6(t)の出力光が遅延干渉計１２１から出力される。出力光信号強度I5(t)およびI6(t)は次式（１２）のように表される。

ただし、Δθ＝θ（ｔ）−θ（ｔ−τ）である。式（１２）は、式（３）でν₀をν₁に置き換え、位相シフト量π/4を０に置き換えた形となる。ここで、ν₁をν₀で表した式（１０）を代入すると、次式（１３）が得られる。

式（３）と式（１３）とを比較すれば、Ｉ５＝Ｉ１およびＩ６＝Ｉ２であることがわかる。すなわち、図１で述べた光受信装置の遅延干渉計９２１では、搬送波ν₀の受信信号に対して短い方のアーム９２１ｂによりπ/4位相シフトさせて得られた干渉結果は、式（１０）で表される搬送波ν₁の信号に対して短い方のアーム１２１ｂの位相シフトを０に合わせた干渉結果に等しい。

同様に、周波数ν₂の搬送波が遅延干渉計１２１に到達した場合も、式（１０）のν＝ν₂に対して出力光信号強度I5(t)およびI6(t)は次式（１４）のように表される。

式（３）と式（１４）とを比較すれば、Ｉ５＝Ｉ３およびＩ６＝Ｉ４であることがわかる。すなわち、図１で述べた光受信装置の遅延干渉計９２２では、搬送波周波数ν0の受信信号に対して短い方のアーム９２２ｂにより−π/4位相シフトさせて得られた干渉結果は、式（１０）で表される搬送波周波数ν2の信号に対して短い方のアーム１２２ｂの位相シフトを０に合わせた干渉結果に等しい。

式（５）を用いれば、搬送波周波数ν₁の式（１３）および搬送波周波数ν₂の式（１４）より、次式（１５）が得られる。

式（７）および式（９）より、これらに対し、バランス型光電変換器１２４が２乗検波を行い電気信号に変換すると、I5とI6との差分が電気信号z(t)に変換され、次式（１６）を得られる。

つまり、図１で述べた２つの遅延干渉計９２１および９２２からの出力光により得られた電気信号x(t)およびy(t)は、図４に示した１つの遅延干渉計１２１からの出力光により得られたz(t)において時分割された状態で交互に得られ、これら２つの信号から原信号ｄ1およびｄ2を復元することができる。

１．４）比較
本実施形態における復調系と図１に示した復調系とにおける、搬送波周波数と遅延干渉計の関係について、次のようにフィルタ特性の観点から比較することも可能である。

図６Ａは、比較例として、図１に示す方式で用いる２つの遅延干渉計のフィルタ特性曲線を示す図である。図６Ｂは本実施形態で用いる１つの遅延干渉計のフィルタ特性曲線を示す図である。

図１に示す復調系では、図６Ａに示すように、搬送波周波数ν₀の信号に対してピークがν₀±1/8τにあるフィルタ特性２４１および２４２をそれぞれ有する２つの遅延干渉計９２１および９２２で復調することとなる。

これに対して本実施形態では、図６Ｂに示すように、搬送波周波数ν₀±1/8τの信号に対してピークがν₀にあるフィルタ特性１４３を持つ１つの遅延干渉計１２１で復調し、図１に示す復調系と同様の復調結果をτ/2毎に交互に得ることができる。

１．５）効果
本実施形態によれば、光受信装置の構成を簡略化でき小型化が容易になる。その理由は、ＤＱＰＳＫ復調のための遅延干渉計とバランス型光電変換器とを１セット設けるだけで、ＤＱＰＳＫ変調信号を復調できるからである。遅延干渉計とバランス型光電変換器を１セットだけ用いればよいので、部品点数が少なくなり、製造が容易となり低価格化が難しい光学部品を半減することができる。

２．第１実施例
図７は、本発明の第１実施例による光通信システムの示すブロック図である。ここでは、光送信装置３００から光受信装置３２０へ、伝送容量Ｂ＝４０Ｇ[bit/s]、つまりシンボル間隔がτ＝２／Ｂ＝５０ｐｓ［ピコ秒］の信号が送信される場合について具体的に説明する。

２．１）構成
光送信装置３００は、符号化部３０１、光搬送波生成部３０２およびＤＱＰＳＫ変調部３０３を有する。符号化部３０１は、既に述べたＤＱＰＳＫ符号化部であり、送信データｄ1およびｄ2に対してＤＱＰＳＫ変調に応じた符号化を行い、符号化された信号ＥＴ１およびＥＴ２をＤＱＰＳＫ変調部３０３へ出力する。

光搬送波生成部３０２は、単一周波数ν0の搬送波Ein(t)３１５を生成するレーザ光源（レーザダイオード）３０５と、この搬送波に対して位相変調を行う位相変調器３０６とを有する。位相変調器３０６は変調電圧V(t)に比例して位相変化量Δφ(t)を制御することができる。位相変調器３０６から出力される搬送波Eout(t)３１６は、後述するように、周波数がν₁＝ν₀＋1/8τとν2＝ν₀−1/8τとの間で、時系列においてシフトしている。

ＤＱＰＳＫ変調部３０３は、一般的なＤＱＰＳＫ変調器であり、光スプリッタ３０７、一方のアームのマッハ・ツェンダ変調器３０８、他方のアームのマッハ・ツェンダ変調器３０９、固定位相調整器３１０および光結合部３１１を備えている。

マッハ・ツェンダ変調器３０８および３０９は光スプリッタ３０７で分岐された光信号をそれぞれ自身に入力し、符号化部３０１からの信号ＥＴ１およびＥＴ２にそれぞれ従った駆動電圧により±πラジアンだけ選択的に位相を変調する。

固定位相変調器３１０は一方のアームに設けられ光信号に対してπ/2の位相シフトを与える。光結合部３１１は上記両方のアームを通過した光信号を結合させ、２０Ｇシンボル／ｓのＤＱＰＳＫ信号E(t)３０４を生成する。

光受信装置３２０は、受信された光信号E (t)３０４を自身に入力する。光受信装置３２０は、復調器として機能する遅延干渉計３２１とバランス型光検出器３２４とを備えている。

遅延干渉計３２１は、マイケルソン干渉計やマッハ・ツェンダ干渉計(MZI)を用いることができるが、ここでは空間光学系を用いてマイケルソン干渉計を用いた例を示す。バランス型光検出器３２４は、遅延干渉計３２１の２つの光出力信号Ｉ５およびＩ６をそれぞれ自身に入力し、２つの光出力信号の強度の差に比例した電圧の電気信号z(t)を出力する。

既に述べたように、遅延干渉計３２１において、アーム３２１ａをアーム３２１ｂよりも遅延時間τ＝５０ｐｓに対応する距離だけ長くすることにより、受信した光信号と、その１シンボル前の光信号との干渉が可能となる。またアーム３２１ｂには微調整用の位相変調器３２２を設けられている。

２．２）動作
図８は図７における光送信装置の変調系の動作を示すタイムチャートである。位相変調器３０６は、レーザ光源３０５からの単一周波数ν0＝194.00THzの光搬送波Ein(t)３１５を自身に入力し、変調電圧V(t)に応じて変調された搬送波Eout(t)３１６を出力する。

位相変調器３０６の変調電圧Vπが１０Ｖである場合、図８に示すように、変調電圧V(t)は、ｔ＝０ｐｓから２５ｐｓまでの間は０Ｖから１．２５Ｖまで線形に増加し、ｔ＝２５ｐｓから５０ｐｓまでの間は１．２５Ｖから０Ｖに線形に減少するという電圧変化を５０ｐｓ周期で繰り返す。これによって、位相変調器３０６から出力される搬送波Eout(t)３１６において、変調電圧V(t)に比例した位相変化量Δφ(t)が与えられる。この線形な位相変化を与えることにより周波数シフトが発生する。すなわち、光の瞬時周波数は位相の微分で与えられる。図８に示すように、２５ｐｓの時間間隔で位相が０とπ/8の間で線形に増加または減少すると、周波数のシフト量は次式（１７）で与えられる。

この式（１７）は、式(１０)に示した1/8τの周波数シフト量に相当する。

ＤＱＰＳＫ変調器３０３は、上述したように一般的なＤＱＰＳＫ変調器であり、ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)、ET2(t)に従って搬送波Eout(t)３１６をＤＱＰＳＫ変調する。ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)およびET2(t)と位相変調器３０６の変調信号V(t)とは同期しており、生成された光信号E(t)３０４において、シンボルが切り替わるタイミングと、搬送波の周波数が切り替わるタイミングが一致するように変調される。

光受信装置３２０の遅延干渉計３２１およびバランス型光検出器３２４は、光信号E(t)３０４を自身に入力して、式（１５）で表される出力信号ｚ（ｔ）を出力する。このように、１つの遅延干渉計３２１が用いられることにより、復調された信号列z(t)がτ／２（２５ｐｓ）毎に順に出力される。

３．第２実施例
図９は、本発明の第２実施例による光通信システムの示すブロック図である。ここでは、光送信装置３３０から光受信装置３６０へ、伝送容量Ｂ＝４０Ｇ[bit/s]、つまりシンボル間隔がτ＝２／Ｂ＝５０ｐｓの信号が送信される場合について具体的に説明する。

２．１）構成
図９に示す光送信装置３３０は、符号化部３３１、光搬送波生成部３３２およびＤＱＰＳＫ変調部３３３を有する。符号化部３３１は、既に述べたＤＱＰＳＫ符号化部であり、送信データｄ1およびｄ2に対してＤＱＰＳＫ変調に応じた符号化を行い、符号化された信号ET1(t)およびET2(t)をＤＱＰＳＫ変調部３３３へ出力する。

光搬送波生成部３３２は、２つのＤＦＢ(distributed feedback)レーザ３３６、３３７と、２つのＥＡ(Electro-Absorption)変調器３３８、３３９と、光カプラ３４０とを有する。ＥＡ変調器３３８および３３９は、駆動電圧V1(t)およびV2(t)によってそれぞれ駆動され、駆動電圧値に応じて入射光を高速で透過あるいは遮断させることができる。

ＤＦＢレーザ３３６から出力された周波数ν₁のＣＷ光はＥＡ変調器３３８によって透過／遮断され、透過したＣＷ光はカプラ３４０へ出力される。また、ＤＦＢレーザ３３７から出力された周波数ν₂のＣＷ光はＥＡ変調器３３９によって透過／遮断され、透過したＣＷ光はカプラ３４０へ出力される。したがって、駆動電圧V1(t)およびV2(t)によってＥＡ変調器３３８および３３９をτ／２の周期で交互に透過あるいは遮断することで、搬送波ET0(t)の周波数をν₁とν₂との間で切り替えることができる。

ＤＱＰＳＫ変調部３３３は、一般的なＤＱＰＳＫ変調構成を有するものであるが、第１実施例とは異なる例であり、マッハ・ツェンダ変調器３４１と位相変調器３４２とを備えている。マッハチェンダ変調器３４１は、駆動電圧に応じて±πラジアンだけ選択的に位相を変調するよう構成されている。位相変調器３４２は、マッハ・ツェンダ変調器３４１により位相が０またはπに変調された光信号を入力とし、駆動電圧に応じてさらに±π/2ラジアンだけ選択的に位相を変調する。このようなＤＱＰＳＫ変調部３３３により、ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)およびET2(t)に従ったＤＱＰＳＫ信号E(t)３３４が生成される。

光受信装置３６０は、受信された光信号E(t)３３４を自身に入力する。光受信装置３６０は、復調器として機能する遅延干渉計３６１とバランス型光検出器３６４とを備えている。遅延干渉計３６１において、マッハ・ツェンダ干渉計(MZI)が使用される例を示した。遅延干渉計３６１は、例えばシングルモードファイバを用いて製造することができる。また、シリコン基板やガラス基板、ガリウム砒素やニオブ酸リチウムを用いても製造することができ、この場合は導波路型となる。既に述べたように、遅延干渉計３６１では、アーム３６１ａをアーム３６１ｂよりも遅延時間τ＝５０ｐｓに対応する距離だけ長くすることにより、受信した光信号と、その１シンボル前の光信号との干渉が可能となる。またアーム３６１ｂには微調整用の位相変調器３６２を設けられている。遅延干渉計３６１およびバランス型光検出器３６４の基本的な構成および動作は第１実施例と同様であるから詳細は省略する。

２．２）動作
図１０は図９における光送信装置の変調系の動作を示すタイムチャートである。ＤＦＢレーザ３３６および３３７はそれぞれ、ν₁=194.0025THzとν₂=193.9975THzの光搬送波周波数を持つ２つのＣＷ光を出力する。

駆動電圧V1(t)およびV2(t)は、ＥＡ変調器３３８が透過状態の時はＥＡ変調器３３９が遮断状態となり、逆にＥＡ変調器３３８が遮断状態の時はＥＡ変調器３３９が透過状態となるように制御される。すなわち、ＥＡ変調器の駆動電圧V1(t)およびV2(t)は逆相で同期して動作し、それによって、ＥＡ変調器３３８からの出力光IT1(t)もＥＡ変調器３３９からの出力光IT2(t)も逆相でON/OFFを繰り返す。したがって、出力光IT1(t)およびIT2(t)は時間的に交互にカプラ３４０で合波され、搬送波IT0(t)としてＤＱＰＳＫ変調部３３３へ出力される。図１０に示すように、搬送波の光強度IT0(t)は一定で搬送波周波数がτ/2=25ps毎に切り替わる。

ＤＱＰＳＫ変調器３３３は、上述したように一般的なＤＱＰＳＫ変調器であり、ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)、ET2(t)に従って搬送波ITO(t)をＤＱＰＳＫ変調する。ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)およびET2(t)とＥＡ変調器の駆動電圧V1(t)およびV2(t)とは同期しており、生成された光信号E(t)３３４において、シンボルが切り替わるタイミングと、搬送波の周波数が切り替わるタイミングが一致するよう変調される。

光受信装置３６０の遅延干渉計３６１およびバランス型光検出器３６４は、光信号E(t)３３４を入力して、式（１５）で表される出力信号ｚ（ｔ）を出力する。このように、１つの遅延干渉計３６１により、復調された信号列z(t)がτ／２（２５ｐｓ）毎に順に出力される。

４．第３実施例
図１１は、本発明の第３実施例による光通信システムの示すブロック図である。ここでは、光送信装置３７０から光受信装置３６０へ、伝送容量Ｂ＝４０Ｇ[bit/s]、つまりシンボル間隔がτ＝２／Ｂ＝５０ｐｓの信号が送信される場合について具体的に説明する。ただし、図９で説明した第２実施例と同じ機能を有するブロックには同一参照番号を付している。

図１１に示す光送信装置３７０は、符号化部３７１、光搬送波生成部３７２およびＤＱＰＳＫ変調部３７３を有する。符号化部３７１は、既に述べたＤＱＰＳＫ符号化部であり、送信データｄ1およびｄ2に対してＤＱＰＳＫ変調に応じた符号化を行い、符号化された信号ET1(t)およびET2(t)をＤＱＰＳＫ変調部３７３へ出力する。

光搬送波生成部３７２は、２つのＤＦＢ(distributed feedback)レーザ３３６、３３７と光スイッチ３７７とを有する。ＤＦＢレーザ３３６および３３７からそれぞれ出力された周波数ν₁（e.g.194.0025GHz）のＣＷ光および周波数ν₂（e.g.193.9975GHz）のＣＷ光は、光スイッチ３７７の２つの入力ポートにそれぞれ入射する。光スイッチ３７７は、制御信号V3(t)によって２つの入力ポートを交互に出力ポートに光学的に接続することができる。したがって、光搬送波生成部３７２は、制御信号V3(t)を制御することでτ/2＝25ps毎で交互に搬送波の周波数をν₁とν₂との間で切り替えることができる。

ＤＱＰＳＫ変調部３７３は、２つの位相変調器３７８および３７９を従属接続した構成する例である。位相変調器３７８は、駆動電圧に応じて±πラジアンだけ選択的に位相を変調するよう構成されている。位相変調器３７９は、位相変調器３７８により位相が０またはπに変調された光信号を入力とし、駆動電圧に応じて±π/2ラジアンだけ選択的に位相を変調し、４値の位相状態を持つＤＱＰＳＫ信号を生成する。このようなＤＱＰＳＫ変調部３７３により、ＤＱＰＳＫ変調する信号ET1(t)およびET2(t)に従ったＤＱＰＳＫ信号E(t)３７４が生成される。その他の動作は第２実施例と同じである。

また、光受信装置３６０は、図９に示す第２実施例と同じ構成を有し動作も同じであるから、同一参照番号を付して説明は省略する。

本発明はＤＱＰＳＫ変復調方法を用いた光通信装置およびそれを含む光通信システムに適用可能であり、特に受信装置の小型化が重要となるＰＯＮ(Passive Optical Network)などの非対称な光通信システムにおいて好適に適用される。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。クレームに定義された本発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２００８年２月２２日に出願された日本出願特願２００８−０４０８６７を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

Claims (25)

1. ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信システムであって、
   周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成し、該光搬送波を変調信号に従って該シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調する送信側通信装置と、
   前記送信側通信装置によりＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信し、受信した該光信号と、該光信号に対して所定時間だけ遅延させた遅延光信号とを干渉させ、干渉させた光信号を電気信号に変換する受信側通信装置と、
   を有する光通信システム。
2. 前記送信側通信装置は、前記シンボル周期をτとして、１／４τだけ異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記受信側通信装置は、前記光信号と、該光信号に対して前記１シンボル周期だけ遅延させた前記遅延信号を干渉させる、請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記送信側通信装置は、周波数が１／４τだけ異なる２つの連続波を生成し、それぞれの連続波の透過及び遮断を、逆相で周期的に行い、透過された連続光を合波することにより、前記光搬送波を生成する、請求項３に記載の光通信システム。
5. 前記送信側通信装置は、２つのＥＡ(Electro-Absorption)変調器を使用して、それぞれの前記連続波の透過及び遮断を行う、請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記送信側通信装置は、所定の周波数の連続波を生成する光源を更に有し、該生成された連続波の位相変化量を線形に増加又は減少させることで、前記異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項２又は３に記載の光通信システム。
7. 前記送信側通信装置は、前記前記異なる周波数の連続波をそれぞれ生成する２つの連続波光源を更に有し、該２つの連続波光源により生成される連続波を選択的に透過させ、透過された該連続波を出力することにより、前記異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項２又は２に記載の光通信システム。
8. 前記送信側通信装置は、前記光搬送波の周波数をτ／２間隔で切り替える、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光通信システム。
9. ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信システムにおける光通信方法であって、
   送信側通信装置は、周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成し、該光搬送波を変調信号に従って該シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調し、
   受信側通信装置は、前記送信側通信装置によりＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信し、受信した該光信号と、該光信号に対して所定時間だけ遅延させた遅延光信号とを干渉させ、干渉させた光信号を電気信号に変換する、光通信方法。
10. 前記送信側通信装置は、前記シンボル周期をτとして、１／４τだけ異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項９に記載の光通信方法。
11. 前記受信側通信装置は、前記光信号と、該光信号に対して前記１シンボル周期だけ遅延させた前記遅延信号を干渉させる、請求項１０に記載の光通信方法。
12. 前記送信側通信装置は、周波数がτ／２間隔で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項１０又は１１に記載の光通信方法。
13. ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信装置であって、
    周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成する光搬送波生成手段と、
    前記光搬送波生成手段により生成された前記光搬送波を変調信号に従って前記シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調する変調手段と、
    を有する光通信装置。
14. 前記光搬送波生成手段は、前記シンボル周期をτとして、１／４τだけ異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、ことを特徴とする請求項１３に記載の光通信装置。
15. 前記光搬送波生成手段は、
    前記２つの周波数の連続波をそれぞれ生成する２つ連続波光源と、
    前記２つの連続波光源により生成された、それぞれの前記連続波の透過および遮断を逆相で周期的に行う透過／遮断制御手段と、
    前記透過／遮断制御手段からの出力光を合波して前記光搬送波を出力する合波手段と、
    を有する請求項１３又は１４に記載の光通信装置。
16. 前記透過／遮断制御手段は、前記２つの連続波光源にそれぞれ接続された２つのＥＡ(Electro-Absorption)変調器を有する、請求項１５記載の光通信装置。
17. 前記光搬送波生成手段は、
    所定周波数の連続波を生成する連続波光源と、
    前記連続波光源により生成された前記連続波の位相変化量を線形に増加あるいは減少させることで前記２つの周波数の連続波を出力する位相変調手段と、
    を有する請求項１３又は１５に記載の光通信装置。
18. 前記光搬送波生成手段は、
    前記２つの周波数の連続波をそれぞれ生成する２つ連続波光源と、
    前記２つの連続波光源により生成された前記２つの連続波を選択的に透過させ、透過させた該連続波を前記光搬送波として出力する光スイッチ手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項１３または１５に記載の光通信装置。
19. 前記光搬送波生成手段は、周波数がτ／２間隔で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の光通信装置。
20. ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた光通信装置であって、
    周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波がＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信し、当該光信号とその遅延光信号とを干渉させた出力光を出力する単一の遅延干渉手段と、
    前記遅延干渉手段により出力された前記出力光を電気信号に変換する光電変換手段と、
    を有することを特徴とする光通信装置。
21. 前記遅延干渉手段は、前記遅延光信号を、干渉する前記光信号に対して前記１シンボル周期だけ遅延させる遅延手段を有する、請求項２０に記載の光通信装置。
22. 前記光搬送波の周波数は、前記シンボル周期をτとして、τ／２間隔で切り替えられることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の光通信装置。
23. ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)方式を用いた送信系回路および受信系回路を有する光通信装置であって、
    前記送信系回路は、周波数が１シンボル周期内で複数の異なる周波数に切り替わる光搬送波を生成し、該前記光搬送波を変調信号に従って前記シンボル周期でＤＱＰＳＫ変調し、
    前記受信系回路は、受信したＤＱＰＳＫ変調された光信号とその遅延光信号とを干渉させた出力光を出力し、該出力光を電気信号に変換する光電変換手段と、
    を有する、
    ことを特徴とする光通信装置。
24. 前記受信計回路は、１／４τだけ異なる２つの周波数の間で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項２３に記載の光通信装置。
25. 前記受信計回路は、周波数がτ／２間隔で切り替わる前記光搬送波を生成する、請求項２４に記載の光通信装置。
    
    

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