(57)【要約】【課題】  並列型の４相位相変調回路において、直交位相制御部における位相差π／２を常に一定に保ち、位相ずれによる受信感度ペナルティの発生を回避する。【解決手段】  光結合部の出力光信号の一部を分岐し、分岐されたモニタ用光信号を受光して電気信号に変換し、変換された電気信号の交流成分の電力を検出し、この電力が最小になるように直交位相制御部の位相を制御する。【選択図】  図１
2007163941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度一定の連続光を出力するＣＷ(Continuous Wave)光源と、連続光を２経路に分離する光分離部と、一方の光信号の位相をπ／２だけシフトさせる直交位相制御部と、各々の光信号に位相変調を重畳する位相変調部と、２つの光信号を結合する光結合部とにより構成される４相位相変調回路において、
前記光結合部の出力光信号の一部を分岐する光分岐部と、
分岐されたモニタ用光信号を受光して電気信号に変換するＯＥ(Optical/Electric)変換部と、
ＯＥ変換された電気信号の交流成分の電力を検出するＲＦ(Radio Frequency)電力検出部と、
前記電力が最小になるように前記直交位相制御部の位相を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする４相位相変調回路。
【請求項２】
強度一定の連続光を出力するＣＷ光源と、連続光を２経路に分離する光分離部と、一方の光信号の位相をπ／２だけシフトさせる直交位相制御部と、各々の光信号に位相変調を重畳する位相変調部と、２つの光信号を結合する光結合部とにより構成される４相位相変調回路において、
前記光結合部の出力光信号の一部を分岐する光分岐部と、
分岐されたモニタ用光信号を受光して電気信号に変換するＯＥ変換部と、
ＯＥ変換された電気信号の交流成分の電力を検出するＲＦ電力検出部と、
前記直交位相制御部の位相差に低周波成分を重畳する低周波信号生成部と、
前記ＲＦ電力検出部から出力される前記直交位相制御部の位相差に重畳された低周波信号を前記低周波信号生成部から出力されるもう一つの低周波信号で同期検波することにより前記直交位相制御部の位相差を検出する同期検波回路と、
前記同期検波回路の出力信号の絶対値が最小になるように前記直交位相制御部の位相差を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする４相位相変調回路。
【請求項３】
前記光結合部は３ｄＢ光カプラで構成され、この３ｄＢ光カプラの一方の出力ポートから出力信号を取り出し、前記光分岐部に代えて、もう一方の出力ポートからモニタ用光信号を取り出す請求項１または２記載の４相位相変調回路。
【請求項４】
前記光結合部はＹ分岐光導波路で構成され、前記光分岐部に代えて、このＹ分岐光導波路から出力導波路以外に放射される放射光をモニタ用光信号として用いる請求項１または２記載の４相位相変調回路。
【請求項５】
前記ＯＥ変換部の出力電気信号をフィルタリングする電気フィルタ部を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載の４相位相変調回路。
【請求項６】
前記電気フィルタ部の通過周波数を、ＤＣ(Direct Current)成分およびシンボルレートの１／２以上の周波数帯を除去するように設定した請求項５記載の４相位相変調回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調符号として４相位相シフトキーイング符号を用いる光伝送システムに利用する。特に、同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）との間の位相の直交状態を安定に制御する直交位相制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離光伝送システムにおいては、１本の光ファイバ中に複数の波長を多重化して伝送するＷＤＭ伝送技術が適用されており、経済的かつ大容量の情報伝送が実現されている。
【０００３】
ＷＤＭ伝送装置では、変復調方式としては、従来、光強度のオン・オフによる２値の強度変調を行い、受信側ではフォトダイオードにより直接検波するＩＭ−ＤＤ(Intensity Modulation Direct Detection)方式を用いることが一般的であった。近年、限られた光伝送帯域を有効に利用して周波数利用効率を向上させるために、多値変調方式が検討されている。特に、４値の位相変調方式である４相位相変調方式を用い、受信側では遅延干渉計による復調を行う差動４相位相シフトキーイング(Differential
Quadrature Phase-Shift Keying,DQPSK)方式が有力な方式として考えられている。
【０００４】
４相位相変調回路では、連続発振しているＣＷ(Continuous Wave)光源からの強度一定の光を２経路（Ｉ成分、Ｑ成分）に分け、一方の信号光にπ／２の位相差を与えて、それぞれ０／πの位相変調を印加した後、再び合波することにより、４相位相変調信号を生成する並列型の変調器構成が一般的である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ．Ａ．Ｇｒｉｆｆｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＯＦＣ２００２，Ｐａｐｅｒ  ＷＸ６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の４相位相変調回路においては以下のような課題がある。
【０００７】
外部変調器としては、ＬｉＮｂＯ3光変調器が用いられる。この場合には、位相差π／２を与える直交位相変調部に、直流電圧を印加することにより位相差を調整するが、このπ／２の位相差を与えるのに必要な電圧が時間と共にドリフトしていくことが知られている。
【０００８】
直交位相変調部に与える位相差がπ／２からずれると、受信側で遅延干渉計により復調した際に、波長劣化が生じ、受信感度ペナルティが発生するという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような背景を考慮してなされたもので、並列型の４相位相変調回路において、直交位相制御部における位相差π／２を常に一定に保ち、位相ずれによる受信感度ペナルティの発生を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、強度一定の連続光を出力するＣＷ光源と、連続光を２経路に分離する光分離部と、一方の光信号の位相をπ／２だけシフトさせる直交位相制御部と、各々の光信号に位相変調を重畳する位相変調部と、２つの光信号を結合する光結合部とにより構成される４相位相変調回路である。
【００１１】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記光結合部の出力光信号の一部を分岐する光分岐部と、分岐されたモニタ用光信号を受光して電気信号に変換するＯＥ(Optical/Electric)変換部と、ＯＥ変換された電気信号の交流成分の電力を検出するＲＦ(Radio Frequency)電力検出部と、前記電力が最小になるように前記直交位相制御部の位相を制御するコントローラとを備えたところにある。
【００１２】
これにより、直交位相制御部における位相差π／２を常に一定に保ち、位相ずれによる受信感度ペナルティの発生を回避することができる。
【００１３】
あるいは、本発明の４相位相変調回路は、前記光結合部の出力光信号の一部を分岐する光分岐部と、分岐されたモニタ用光信号を受光して電気信号に変換するＯＥ変換部と、ＯＥ変換された電気信号の交流成分の電力を検出するＲＦ信号電力検出部と、前記直交位相制御部の位相差に低周波成分を重畳する低周波信号生成部と、前記ＲＦ信号電力検出部から出力される前記直交位相制御部の位相差に重畳された低周波信号を前記低周波信号生成部から出力されるもう一つの低周波信号で同期検波することにより前記直交位相制御部の位相差を検出する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力信号の絶対値が最小になるように前記直交位相制御部の位相差を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
これによれば、位相ずれが生じた場合に、ずれの方向を検出することができるため、ずれの方向を推定する必要がなく、位相差制御の手順を簡単化することができる。
【００１５】
また、前記光結合部は３ｄＢ光カプラで構成され、この３ｄＢ光カプラの一方の出力ポートから出力信号を取り出し、前記光分岐部に代えて、もう一方の出力ポートからモニタ用光信号を取り出すことができる。あるいは、前記光結合部はＹ分岐光導波路で構成され、前記光分岐部に代えて、このＹ分岐光導波路から出力導波路以外に放射される放射光をモニタ用光信号として用いることができる。
【００１６】
これにより、光分岐部を省くことができるため、光分岐部による出力信号の光パワーの減衰を回避することができる。
【００１７】
また、前記ＯＥ変換部の出力電気信号をフィルタリングする電気フィルタ部を備えることができる。このときに、前記電気フィルタ部の通過周波数を、ＤＣ(Direct Current)成分およびシンボルレートの１／２以上の周波数帯を除去するように設定することができる。
【００１８】
これにより、直交位相制御部の位相差によって変化しないＤＣ成分および周波数（例えば、ビットレート／２またはビットレート／４）のクロック成分をフィルタリングして除去し、位相差によって変化するＲＦ信号成分のみの電力を検出することができ、直交位相制御部の位相差を精度良くモニタすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、並列型の４相位相変調回路において、同相成分と直交成分との間の位相差を常にπ／２に一定制御することが可能となり、位相差のずれによる受信感度ペナルティの発生を抑圧し、安定な４相位相変調信号の生成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第一実施例）
本発明の第一の実施例を図１から図４を参照して説明する。図１は、第一実施例の構成を示す図である。図１に示すように、本発明の４相位相変調回路は、強度一定のＣＷ光を出力するＣＷ光源１、シンボルレート（Ｂ／２、Ｂ：ビットレート）に等しい周波数で強度変調を印加するクロック変調部２、ＣＷ光源１からの光を２経路に分離する光分離部３、２経路に分離した光信号の一方にπ／２の位相差を与える直交位相制御部４、２系統の光信号の各々に対して位相変調を印加する位相変調部５−１、５−２、位相変調された２つの信号を合波する光結合部６、光結合部６からの出力信号の一部を分岐する光分岐部７、光分岐部７で分岐された光信号の一方を受光して電気信号に変換するＯＥ変換部８、ＯＥ変換部８の出力電気信号の交流電力を検出するＲＦ信号電力検出部９、ＲＦ信号電力検出部９からの出力に応じて直交位相制御部４に与える位相差を制御するコントローラ１０により構成される。
【００２１】
ここで、本発明の特徴とするところは、出力信号の一部を分岐し、ＯＥ変換後のＲＦ信号電力をモニタし、このＲＦ信号電力が最小になるように直交位相制御部４の出力パワーを制御するようにした点である。
【００２２】
次に、図２を参照しながら第一実施例の動作を説明する。直交位相制御部４で印加される位相差がπ／２である状態では、出力される光信号は、図２（ａ）に示すように周波数Ｂ／２で周期的に変化する光波形となる。従って、ＯＥ変換後のＲＦ信号スペクトルは、図２（ｃ）に示すように、シンボルレートＢ／２の成分のみである。
【００２３】
これに対し、直交位相制御部４における位相差がπ／２からずれると、図２（ｂ）に示したように、光波形に強度変調成分が発生する。この強度変調成分は、シンボルレートＢ／２で、Ｉ成分、Ｑ成分のデータに応じてランダムに変化する強度変調成分であり、そのＲＦ信号スペクトルは図２（ｄ）に示すような形状となる。従って、ＯＥ変換後の電気信号のＲＦ信号電力は、直交位相制御部４における位相差がπ／２の点において最小になることがわかる。
【００２４】
なお、ＲＦ信号電力の最小値から位相差π／２となる点を精度よくモニタするためには、直交位相制御部４の位相差によって変化しないＤＣ成分および周波数Ｂ／２のクロック成分をフィルタリングして除去し、位相差によって変化するＲＦ信号成分のみの電力を検出することが望ましい。
【００２５】
これは、図３に示すように、ＯＥ変換部８の後に電気バンドパスフィルタ１１を挿入し、位相差のπ／２からのずれによって発生する強度変調成分以外の信号成分を除去することにより実現できる。さらに、クロック変調部２においてＣＳ−ＲＺ変調によりＲＺパルス化を行うＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調の場合には、図２（ｅ）に示すように、ＣＳ−ＲＺ変調部のＤＣバイアス点のずれにより、Ｂ／４、すなわちシンボルレートの半分の周波数に強度変調成分が発生することが知られている。
【００２６】
このような場合には、Ｂ／４の強度変調成分により、直交位相制御部４の位相ずれの検出精度が低下してしまう。従って、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調に対しては、図２（ｆ）に示すように、電気バンドパスフィルタ１１の通過帯域をＤＣおよびＢ／４以上のクロック成分を除去するように設定することにより、クロック変調部２の位相ずれによる直交位相制御部４の精度低下を回避することができる。
【００２７】
図４（ａ）にＯＥ変換後のＲＦ信号電力の直交位相制御部４に印加する電圧に対する依存性の測定結果の一例を示す。ここで、本測定例は、伝送速度をＢ＝４３Ｇｂｉｔ／ｓとし、ＯＥ変換後に通過帯域１００ｋ〜２．８ＧＨｚの電気バンドパスフィルタ１１を用いてＲＦ信号成分をフィルタリングした後のＲＦ信号電力を測定した結果である。図４（ｂ）および（ｃ）に示すように、受信側において、１タイムスロット遅延干渉計により復調した波長からわかるように、ＲＦ信号電力が最小になる点において、位相差がπ／２になっており、最良の復調波形が得られていることが確認できる。
【００２８】
図４の測定結果は光強度がＢ／２で強度変調されているＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号の場合の測定例であったが、本発明はＢ／２の強度変調が重畳されていないＮＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号にも適用可能である。ＮＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号の場合の測定結果を図５に示す。この場合には、直交位相制御部４の位相差がπ／２にあっている状態でも、ＯＥ変換後のＲＦ信号スペクトルにＢ／２以外の周波数成分が存在するため、図５（ａ）に示すように最小値においてもわずかに出力が残っているが、位相差がπ／２の状態においてＲＦ信号電力成分が最小になっていることが確認できる。
【００２９】
（第二実施例）
第一実施例の構成では、出力側で光分岐部７により信号光の一部を分岐してモニタ用信号光を取り出す構成をとっていたため、出力信号の光パワーが光分岐部７において減衰してしまうという課題がある。本実施例では、光分岐部７における信号光の減衰を回避する構成について説明する。
【００３０】
図６に示すように、４相位相変調回路において、２つに分けた信号光をそれぞれ変調した後に再び合波する光結合部６には、通常はＹ分岐光導波路１２が用いられる。ＤＱＰＳＫ変調では、２つの信号光にπ／２の位相差を与えて合波するが、この場合には信号光の約半分の光は出力側の光導波路以外のクラッド領域に放射光として放射される。従って、出力光導波路の側部において、この放射光を受光し、モニタ用光信号として利用することが可能である。
【００３１】
この場合には、出力信号光の位相差がπ／２の場合には、放射光は光結合部６において位相差が−π／２となっているが、図４（ａ）に示すように位相差−π／２の点（Ｖｂ＝１５Ｖ）においてもＯＥ変換後のＲＦ信号電力は極小になるため、放射光の位相差が極小値になるように直交位相制御部４の位相差を調整することにより、出力信号光の直交状態を最適に保つことができる。
【００３２】
さらに、図７に示すように、光結合部６においてＹ分岐光導波路１２に代えて３ｄＢ光結合器１３を用いることも可能である。この場合には、３ｄＢ光結合器１３の一方の出力ポートを光出力として、もう一方の出力ポートをモニタ用光信号として用いればよい。出力信号光の位相差がπ／２のときに、モニタ用光信号の位相差は−π／２となり、Ｙ分岐光導波路１２の場合と同様に、モニタ用光信号のＯＥ変換後のＲＦ信号電力を極小にするように直交位相制御部４の位相差を調整することにより、出力信号光の直交状態を最適に保つことができる。なお、光結合部６において３ｄＢ光結合器１３を用いる場合には、Ｙ分岐光導波路１２に比べて、出力信号光とほぼ同じ強度のモニタ光を得ることが可能であり、モニタ用光信号の効率の面で優れているといえる。
【００３３】
（第三実施例）
第一実施例では、出力信号のＯＥ変換後のＲＦ信号電力をモニタし、このＲＦ信号電力が最小となるように直交位相制御部４の位相差を制御する構成を示した。この方式は、構成が簡易であるという点が大きな特徴であるが、位相ずれが生じた場合にずれの方向を検出することができないため、制御方法が複雑になるという課題がある。そこで、第三実施例では、位相ずれの方向が検出可能な４相位相変調回路構成を示す。
【００３４】
図８に第三実施例の構成例を示す。本実施例では、直交位相制御部４に与える制御信号に、低周波信号生成部１４から出力される低周波信号を重畳する。そして、ＲＦ信号電力検出部９から出力される直交位相制御部４の位相差に重畳された低周波信号を、低周波信号生成部１４から出力されるもう一つの低周波信号で位相検波することによって、直交位相制御部４における位相ずれの方向を検出する構成をとっている。
【００３５】
次に、図９を参照しながら本実施例の動作を説明する。ＲＦ信号電力の位相ずれに対する依存性は、図９に示すように、コサイン型の出力特性となり、位相差がπ／２においてＲＦ信号電力が最小となる。ここで、直交位相制御部４に印加する制御信号に伝送速度Ｂに比べて十分低速である周波数ｆ0の成分が重畳されている場合には、ＲＦ信号電力の時間変化は、図９に示すようになる。
【００３６】
すなわち、位相差がπ／２にあっている場合には、ＲＦ信号電力は図９のＡに示すように２ｆ0の周波数で変化する。従って、周波数ｆ0で検波した場合には出力信号は零である。次に位相差がπ／２から下がった場合には、図９のＢに示すようにｆ0の成分が現れる。また、位相差がπ／２を上回ると、図９Ｃに示すようにｆ0の成分が現れるが、ＲＦ信号の位相はＢの場合と比べて反転することがわかる。従って、位相検波した後の出力はＢとＣでは符号が反転しており、ずれの方向を検出可能であることがわかる。
【００３７】
以上より、位相検波後の出力を零にするように直交位相制御部４に与える信号に直流成分を重畳することにより、位相差を常にπ／２に一定制御することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、並列型の４相位相変調回路において、同相成分と直交成分との間の位相差を常にπ／２に一定制御することが可能となり、位相差のずれによる受信感度ペナルティの発生を抑圧し、安定な４相位相変調信号の生成が可能となるため、品質の良い４相位相変調信号を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第一実施例の４相位相変調回路の構成図。
【図２】４相位相変調回路の出力光波形およびＲＦ信号スペクトルを示す図。
【図３】第一実施例の４相位相変調回路の構成図（電気バンドパスフィルタを用いた例）。
【図４】ＲＦ信号電力の位相ずれ依存性および復調光波長（ＲＺ−ＤＱＰＳＫの例）を示す図。
【図５】ＲＦ信号電力の位相ずれ依存性および復調光波長（ＮＲＺ−ＤＱＰＳＫの例）を示す図。
【図６】第二実施例の４相位相変調回路の構成図（光結合部にＹ分岐光導波路を用いた例）。
【図７】第二実施例の４相位相変調回路の構成図（光結合部に３ｄＢ光結合器を用いた例）。
【図８】第三実施例の４相位相変調回路の構成図。
【図９】ＲＦ信号電力の直交位相制御部位相差に対する依存性を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＣＷ光源
２  クロック変調部
３  光分離部
４  直交位相制御部
５−１、５−２  位相変調部
６  光結合部
７  光分岐部
８  ＯＥ変換部
９  ＲＦ信号電力検出部
１０  コントローラ
１１  電気バンドパスフィルタ
１２  Ｙ分岐光導波路
１３  ３ｄＢ光結合器
１４  低周波信号生成部
１５  同期検波回路
【図１】
2007163941.tif 000003
【図２】
2007163941.tif 000004
【図３】
2007163941.tif 000005
【図４】
2007163941.tif 000006
【図５】
2007163941.tif 000007
【図６】
2007163941.tif 000008
【図７】
2007163941.tif 000009
【図８】
2007163941.tif 000010
【図９】
2007163941.tif 000011