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明細書 :光位相同期回路

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2015-162863 (P2015-162863A)
公開日 平成27年9月7日(2015.9.7)
発明の名称または考案の名称 光位相同期回路
国際特許分類 H04L  27/227       (2006.01)
H04B  10/63        (2013.01)
FI H04L 27/22 B
H04B 9/00 630
請求項の数または発明の数 3
出願形態 OL
全頁数 9
出願番号 特願2014-038456 (P2014-038456)
出願日 平成26年2月28日(2014.2.28)
発明者または考案者 【氏名】古賀 正文
【氏名】水鳥 明
出願人 【識別番号】304028726
【氏名又は名称】国立大学法人 大分大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100072718、【弁理士】、【氏名又は名称】古谷 史旺
【識別番号】100116001、【弁理士】、【氏名又は名称】森 俊秀
審査請求 未請求
テーマコード 5K004
5K102
Fターム 5K004FJ15
5K102AA61
5K102AH13
5K102AH14
5K102AH27
5K102AH31
5K102MA01
5K102MB03
5K102MC26
5K102MD01
5K102MD03
5K102MH03
5K102MH12
5K102MH27
5K102RD11
5K102RD27
要約 【課題】QPSK用COSTAS回路を用いて、16値以上の多値位相変調信号光に対して局部発振光の光位相を同期させる。
【解決手段】16値以上の多値位相変調信号光と局部発振光を光90度ハイブリッド回路に入力し、光90度ハイブリッド回路から出力されるI成分とQ成分の信号光をそれぞれ信号I,Qに変換する受光器とQPSK用COSTAS回路との間に、信号I,Qから、位相が±π/4または±3π/4であるQPSKの符号に対応する信号を抽出してQPSK用COSTAS回路に入力するQPSK成分抽出回路を備え、QPSK用COSTAS回路は、多値位相変調信号光のうちQPSKの符号に対応する信号を用いて局部発振光の位相同期制御を行う構成である。
【選択図】 図1
特許請求の範囲 【請求項1】
局部発振光を出力する局部発振光源と、
QPSK信号光と前記局部発振光とを入力して合波し、I成分とQ成分の信号光を出力する光90度ハイブリッド回路と、
前記I成分とQ成分の信号光をそれぞれ電気信号に変換し、信号I,Qを出力する受光器と、
前記信号I,Qを入力し、その位相を4倍して送信情報に依存せずに前記QPSK信号光に対する前記局部発振光の位相誤差を検出し、この位相誤差に応じた制御信号を前記局部発振光源に入力して前記QPSK信号光に対する前記局部発振光の光位相を同期させるQPSK用COSTAS回路と
を備えた光位相同期回路において、
前記QPSK信号光に代えて16値以上の多値位相変調信号光を前記光90度ハイブリッド回路に入力し、
前記受光器と前記QPSK用COSTAS回路との間に、前記受光器から出力される前記信号I,Qから、位相が±π/4または±3π/4であるQPSKの符号に対応する信号を抽出して前記QPSK用COSTAS回路に入力するQPSK成分抽出回路を備え、
前記QPSK用COSTAS回路は、前記多値位相変調信号光のうち前記QPSKの符号に対応する信号を用いて前記局部発振光の位相同期制御を行う構成である
ことを特徴とする光位相同期回路。
【請求項2】
請求項1に記載の光位相同期回路において、
前記QPSK成分抽出回路は、
前記受光器から出力される前記信号I,Qの強度を検出する強度検出回路と、
前記信号I,Qの強度と前記QPSKの符号を識別する所定の閾値とを比較し、前記信号I,Qから前記QPSKの符号に対応する信号が出現するタイミングを検出し、ラッチ信号を出力する比較回路と、
前記比較回路から前記ラッチ信号を入力したタイミングで、前記信号I,Qから前記QPSKの符号に対応する信号を抽出して前記QPSK用COSTAS回路に入力する保持回路と
を備えたことを特徴とする光位相同期回路。
【請求項3】
請求項2に記載の光位相同期回路において、
前記比較回路は、1つの閾値を用い、前記信号I,Qから前記QPSKの符号に対応する信号のうち最小の強度を有する信号を抽出する構成である
ことを特徴とする光位相同期回路。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、16値以上の多値位相変調信号光をホモダイン位相同期検波する多値位相変調信号受信装置において、多値位相変調信号光に対して局部発振光の光位相を同期させる光位相同期回路に関する。
【背景技術】
【0002】
図5は、QPSK信号光に対する従来の光位相同期回路の構成例を示す(非特許文献1)。
図5において、QPSK信号光と局部発振光源(LD)31から出力される局部発振光は、光90度ハイブリッド回路32に入力される。光90度ハイブリッド回路32は、QPSK信号光と局部発振光を合波し、I成分とQ成分の信号光を出力する。このI成分とQ成分の信号光は、受光器(またはバランスド受光器)33-1,33-2に入力してそれぞれ電気信号に変換されて信号I,Qとなり、差動出力増幅器34-1を介して差動信号I,-Iとして出力され、差動出力増幅器34-2を介して差動信号Q,-Qとして出力される。
【0003】
識別回路35-1は、信号I,-Iを入力してその差分信号を識別判定し、判定信号(2I)を出力する。識別回路35-2は、信号Q,-Qを入力してその差分信号を識別判定し、判定信号(2Q)を出力する。識別回路35-3は、信号I,Qを入力してその差分信号を識別判定し、判定信号(I-Q)を出力する。識別回路35-4は、信号I,-Qを入力してその差分信号を識別判定し、判定信号(I+Q)を出力する。
【0004】
排他的論理和回路(ExOR)36-1は、判定信号(2I,2Q)を入力して排他的論理和信号Aを出力する。排他的論理和回路36-2は、判定信号(I-Q,I+Q)を入力して排他的論理和信号Bを出力する。排他的論理和回路36-3は、排他的論理和信号A,Bを入力して排他的論理和信号Cを出力する。この排他的論理和信号A,B,Cは、QPSK信号光の送信情報に依存しない信号であり、排他的論理和信号Cは、QPSK信号光に対する局部発振光の位相誤差に相当する成分を有する。よって、この排他的論理和信号Cをループフィルタ37を介して局部発振光源31にフィードバックし、QPSK信号光に対する局部発振光の位相誤差が0になるように光周波数制御を行う。
【0005】
ここで、差動出力増幅器34-1,34-2、識別回路35-1~35-4、排他的論理和回路36-1~36-3は、QPSK信号光に対する局部発振光の位相誤差を検出するQPSK用COSTAS回路を構成する。
【0006】
なお、識別回路35-1~35-4と排他的論理和回路36-1~36-3は、S/N比を改善するために、それぞれ正極および負極の各信号成分を入出力処理する構成となっているが、いずれか一方の信号成分を入出力処理する構成であってもよい。
【先行技術文献】
【0007】

【非特許文献1】A. Mizutori, et al. ,"Stable Costas Loop Homodyne Detection for 20-Gbit/s QPSK Signal Fiber Transmission", ECOC2013, Mo 4 C 1, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
図5に示す従来の光位相同期回路(QPSK用COSTAS回路)は、BPSK信号光やQPSK信号光に対する局部発振光の位相誤差を検出することができる。例えばQPSKでは、送信情報を±π/4,±3π/4の4値位相を使って送信するが、COSTAS回路ではIとQの2信号から位相を4倍することで、送信情報に依存しない形で位相誤差を検出している。
【0009】
しかし、16値以上の多値位相変調信号(例えば16QAM信号や64QAM信号)の場合は、位相を4倍したときに送信情報に依存した情報と、依存しない情報(真の位相誤差)になる信号がある。例えば16QAMでは、図6に示すIQ空間上に、位相が±π/4または±3π/4のQPSKの符号に対応する信号●と、その他の符号に対応する信号○がそれぞれ8個ある。このうち、QPSKの符号に対応する信号●はその位相を4倍するとπになり、πからのずれが位相誤差として検出できるが、信号○は位相を4倍または8倍しても位相誤差だけを検出することができない。
【0010】
このように、従来のCOSTAS回路は、BPSK信号光やQPSK信号光に対して位相誤差検出器として機能するが、16値以上の多値位相変調信号光に対する位相誤差検出器として機能させることができない。一方、インターネットが普及した現在、通信容量拡大のために変調方式の多値化が進んでいる。
【0011】
本発明は、16値以上の多値位相変調信号光に対して局部発振光の光位相を同期させることができる光位相同期回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、局部発振光を出力する局部発振光源と、QPSK信号光と局部発振光とを入力して合波し、I成分とQ成分の信号光を出力する光90度ハイブリッド回路と、I成分とQ成分の信号光をそれぞれ電気信号に変換し、信号I,Qを出力する受光器と、信号I,Qを入力し、その位相を4倍して送信情報に依存せずにQPSK信号光に対する局部発振光の位相誤差を検出し、この位相誤差に応じた制御信号を局部発振光源に入力してQPSK信号光に対する局部発振光の光位相を同期させるQPSK用COSTAS回路とを備えた光位相同期回路において、QPSK信号光に代えて16値以上の多値位相変調信号光を光90度ハイブリッド回路に入力し、受光器とQPSK用COSTAS回路との間に、受光器から出力される信号I,Qから、位相が±π/4または±3π/4であるQPSKの符号に対応する信号を抽出してQPSK用COSTAS回路に入力するQPSK成分抽出回路を備え、QPSK用COSTAS回路は、多値位相変調信号光のうちQPSKの符号に対応する信号を用いて局部発振光の位相同期制御を行う構成である。
【0013】
本発明の光位相同期回路において、QPSK成分抽出回路は、受光器から出力される信号I,Qの強度を検出する強度検出回路と、信号I,Qの強度とQPSKの符号を識別する所定の閾値とを比較し、信号I,QからQPSKの符号に対応する信号が出現するタイミングを検出し、ラッチ信号を出力する比較回路と、比較回路からラッチ信号を入力したタイミングで、信号I,QからQPSKの符号に対応する信号を抽出してQPSK用COSTAS回路に入力する保持回路とを備える。
【0014】
本発明の光位相同期回路において、QPSK成分抽出回路の比較回路は、1つの閾値を用い、信号I,QからQPSKの符号に対応する信号のうち最小の強度を有する信号を抽出する構成としてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明の光位相同期回路は、QPSK成分抽出回路を用いて16値以上の多値位相変調信号光からQPSKの符号に対応する信号を抽出することにより、QPSK用COSTAS回路において多値位相変調信号光のうちQPSKの符号に対応する信号を用いて局部発振光の位相同期制御を行うことができる。
【0016】
これにより、16値以上の多値位相変調信号光をホモダイン位相同期検波する多値位相変調信号受信装置を簡単な構成で実現することができ、変調信号光の多値化による通信容量の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の光位相同期回路の実施例構成を示す図である。
【図2】16QAM信号からQPSKの符号に対応する信号を抽出する動作を説明する図である。
【図3】32QAM信号からQPSKの符号に対応する信号を抽出する動作を説明する図である。
【図4】64QAM信号からQPSKの符号に対応する信号を抽出する動作を説明する図である。
【図5】QPSK信号光に対する従来の光位相同期回路の構成例を示す図である。
【図6】16QAM信号の信号空間ダイヤグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図1は、本発明の光位相同期回路の実施例構成を示す。
図1において、局部発振光源(LD)31、光90度ハイブリッド回路32、受光器(PD)33-1,33-2、QPSK用COSTAS回路(差動出力増幅器34-1,34-2、識別回路35-1~35-4、排他的論理和回路36-1~36-3)、ループフィルタ37は、図5に示す従来の光位相同期回路と同様の構成である。受光器33-1,33-2については、バランスド受光器であってもよい(非特許文献1)。

【0019】
本実施例の特徴は、受光器33-1,33-2と、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2との間に、16値以上の多値位相変調信号からQPSKの符号に対応する信号のみを抽出するQPSK成分抽出回路を挿入した構成にある。ここで、QPSKの符号に対応する信号とは、位相が±π/4または±3π/4の符号である。

【0020】
QPSK成分抽出回路は、強度検出回路11、比較回路12、保持回路13-1,13-2により構成される。強度検出回路11は、受光器33-1,33-2から出力される信号I,Qを入力してその強度Rを検出する。例えば、信号I,Qをそれぞれ2乗する2乗回路と、2乗回路の各出力を加算する加算回路により構成される。

【0021】
比較回路12は、強度検出回路11で検出された強度Rと1つ以上の閾値とを比較し、QPSKの符号に対応する信号の出現タイミングを検出してラッチ信号を出力する。例えば、後述するように16QAM信号に対して2つの閾値R1 ,R2 (R1 <R2 )を用いるとき、強度検出回路11で検出された強度Rと閾値R1 を比較し、R<R1 のときに論理「1」の信号を出力する比較器と、強度検出回路11で検出された強度Rと閾値R2 を比較し、R>R2 のときに論理「1」の信号を出力する比較器と、各比較器の出力の論理和をとり、R<R1 またはR>R2 のときにラッチ信号として論理「1」の信号を出力する論理和回路により構成される。

【0022】
保持回路13-1,13-2は、比較回路12がラッチ信号を出力するタイミング、すなわちQPSKの符号に対応する信号の出現タイミングで、受光器33-1,33-2が出力する信号I,QからQPSKの符号に対応する信号を抽出してQPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。

【0023】
ここで、QPSK成分抽出回路の動作について、図2に示す16QAM信号の場合、図3に示す32QAM信号の場合、図4に示す64QAM信号の場合を例に説明する。

【0024】
図2に示す16QAM信号の場合、各符号はIQ空間の●と○で表される。●は、16QAM信号のうち位相が±π/4または±3π/4のQPSKの符号に対応する信号であり、○はその他の符号に対応する信号を示す。比較回路12に与える閾値R1 ,R2 (R1 <R2 )は、信号●と信号○との境界を示す。したがって、信号I,Qの強度RがR<R1 またはR>R2 であればQPSKの符号に対応する信号●を示し、信号I,Qの強度RがR1 <R<R2 であれば、QPSKの符号に対応しない信号○を示す。

【0025】
比較回路12は、1つの閾値R1 またはR2 を用い、R<R1 またはR>R2 となるタイミングでラッチ信号を出力すると、保持回路13-1,13-2は16QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号●を4個抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。あるいは、2つの閾値R1 ,R2 を用い、R<R1 またはR>R2 となるタイミングでラッチ信号を出力すると、保持回路13-1,13-2は16QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号●を8個抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。

【0026】
QPSK用COSTAS回路では、16QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号から、図5を参照して説明したように位相誤差を検出し、ループフィルタ37を介して局部発振光源(LD)31にフィードバックし、QPSK信号光と同様に16QAM信号光に対する局部発振光の位相誤差が0になるように光周波数制御を行い、16QAM信号光のホモダイン位相同期検波が可能となる。

【0027】
図3に示す32QAM信号の場合、各符号はIQ空間の●と○で表される。●は、32QAM信号のうち位相が±π/4または±3π/4のQPSKの符号に対応する信号であり、○はその他の符号に対応する信号を示す。比較回路12に与える閾値R1 ,R2 ,R3(R1 <R2 <R3 )は、信号●と信号○との境界を示す。したがって、信号I,Qの強度RがR<R1 またはR2 <R<R3 であればQPSKの符号に対応する信号●を示し、信号I,Qの強度RがR>R3 またはR1 <R<R2 であれば、QPSKの符号に対応しない信号○を示す。

【0028】
比較回路12は、1つの閾値R1 を用い、R<R1 となるタイミングでラッチ信号を出力すると、保持回路13-1,13-2は32QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号●を4個抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。あるいは、2つの閾値R2 ,R3 を用い、R2 <R<R3 となるタイミングでラッチ信号を出力すると、保持回路13-1,13-2は32QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号●を4個抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。あるいは、3つの閾値R1 ,R2 ,R3 を用い、R<R1 またはR2 <R<R3 となるタイミングでラッチ信号を出力すると、保持回路13-1,13-2は32QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号●を8個抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力する。

【0029】
QPSK用COSTAS回路では、32QAM信号のうちQPSKの符号に対応する信号から、図5を参照して説明したように位相誤差を検出し、ループフィルタ37を介して局部発振光源(LD)31にフィードバックし、QPSK信号光と同様に32QAM信号光に対する局部発振光の位相誤差が0になるように光周波数制御を行い、32QAM信号光のホモダイン位相同期検波が可能となる。

【0030】
図4に示す64QAM信号の場合も同様であり、強度検出回路11が検出する信号I,Qの強度Rと閾値R1~R4を比較することにより、64QAM信号のうちQPSKの符号に対応する各信号●を抽出し、QPSK用COSTAS回路の差動出力増幅器34-1,34-2に入力し、局部発振光の位相同期が可能である。 128値以上の多値位相変調信号についても同様である。

【0031】
なお、図1に示す光位相同期回路を用いて、16値以上の多値位相変調信号光に対して局部発振光の位相同期を行うには、局部発振光源31のスペクトル線幅とPLLループ帯域幅に応じて、多値位相変調信号光のうちQPSKの符号に対応する信号の出現率が所定値以上である必要がある。例えば、スペクトル線幅が3kHz 、位相誤差を2度程度に抑えるには、ループ帯域は2MHz となり、 500nsec に1回の割合で局部発振光源31の位相を補正すればよいことになる。多値位相変調信号光のビットレートが12.5Gbit/s とすると、QPSKの符号に対応する信号の出現率は1/16程度で十分である。

【0032】
例えば、1つの閾値を用いて、信号I,QからQPSKの符号に対応する信号のうち最小の強度を有する4個の信号を抽出できれば、16QAM信号の場合の符号出現率は4/16となり、32QAM信号の場合の符号出現率は4/32となり、64QAM信号の場合の符号出現率は4/64となり、それぞれ十分に位相同期が可能である。また、 128QAM信号の場合でも、複数の閾値を用いてQPSKの符号に対応する信号を8個抽出できれば、符号出現率は8/128 =1/16となり、十分に位相同期が可能である。局部発振光源31のスペクトル線幅とPLLループ帯域幅を変えれば、例えば1024QAM信号と局部発振光の位相同期も可能である。また、局部発振光源31の狭線幅化により、位相同期に必要なQPSKの符号に対応する信号の出現率を小さくできるので、閾値の数を減らして比較回路12の構成を簡単にすることができる。

【0033】
また、図1に示すQPSK成分抽出回路、QPSK用COSTAS回路およびループフィルタ37のすべてをデジタル回路で実現することができる。この場合、QPSK成分抽出回路の前段にアナログ/デジタル変換器(A/D)を配置し、デジタルループフィルタの後段にデジタル/アナログ変換(D/A)を配置すればよい。
【符号の説明】
【0034】
11 強度検出回路
12 比較回路
13-1,13-2 保持回路
31 局部発振光源(LD)
32 光90度ハイブリッド回路
33-1,33-2 受光器(PD)
34-1,34-2 差動出力増幅器
35-1~35-4 識別回路
36-1~36-3 排他的論理和回路(ExOR)
37 ループフィルタ
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5