JP2024119566A - Local light generating device, receiving device, and local light generating method - Google Patents
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Abstract
【課題】光変調器を用いることなく、データ信号に位相同期した局発光を生成し、コヒーレントホモダイン検波を実現することができる。【解決手段】局発レーザから出力される出力光をパイロットトーン信号へ注入同期し、前記出力光を変調することで、前記パイロットトーン信号の周波数と所定量離れた周波数を有するサイドバンドを発生させる直接変調光源部と、前記サイドバンドの周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、を備える局発光生成装置。【選択図】図4[Problem] It is possible to generate local light phase-locked to a data signal and realize coherent homodyne detection without using an optical modulator. [Solution] A local light generating device comprising: a direct modulation light source unit that generates a sideband having a frequency that is a predetermined distance away from the frequency of the pilot tone signal by injection locking output light output from a local laser to a pilot tone signal and modulating the output light; and a second filter that removes optical signals other than the frequency of the sideband. [Selected Figure] Figure 4
Description
本発明は、超多値デジタルコヒーレント光伝送に用いる光注入同期方式、局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法に関する。 The present invention relates to an optical injection locking method, a local light generating device, a receiving device, and a local light generating method for use in ultra-multilevel digital coherent optical transmission.
最近の光通信では、光の振幅と位相に同時に情報を乗せるデジタルコヒーレント多値伝送に関する研究が進められている。様々な多値変調方式の中でも特に直交振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)は最も多値度高い変調が可能であり、周波数利用効率を極限まで高めることできる。このような高効率QAM伝送においては、光の位相情報を正確に抽出するめにデータ信号と局発レーザ間の高精度な位相同期が不可欠となる。 In recent optical communications, research is being conducted into digital coherent multilevel transmission, which simultaneously encodes information in the amplitude and phase of light. Among the various multilevel modulation methods, quadrature amplitude modulation (QAM) in particular allows for the highest degree of modulation, and can maximize frequency utilization efficiency. In this type of highly efficient QAM transmission, highly accurate phase synchronization between the data signal and the local laser is essential to accurately extract the optical phase information.
デジタルコヒーレント多値伝送に用いる光位相同期方式として、これまでデジタル信号処理回路(DSP: Digital Signal Processor)を用いたキャリヤ位相推定法(非特許文献1)、光PLL (OPLL: optical phase-locked loop) 法(非特許文献2)及び光注入同期法(非特許文献3)が研究開発されてきている。 As optical phase synchronization methods used in digital coherent multilevel transmission, the carrier phase estimation method using a digital signal processor (DSP) (Non-Patent Document 1), the optical phase-locked loop (OPLL) method (Non-Patent Document 2), and the optical injection locking method (Non-Patent Document 3) have been researched and developed so far.
デジタルキャリヤ位相推定法は、ハードウェアのフィードバック制御回路が不要となる利点はあるが、データ信号の変調速度や多値度が増大するとキャリヤ位相推定等に伴うDSPでの計算量が増大する。さらには位相推定の精度も十分でなくなり、復調特性が劣化してしまう欠点がある。 The digital carrier phase estimation method has the advantage that it does not require a hardware feedback control circuit, but as the modulation speed and multi-value level of the data signal increase, the amount of calculations required by the DSP for carrier phase estimation increases. Furthermore, the accuracy of the phase estimation becomes insufficient, which causes degradation of the demodulation characteristics.
一方、ハードウェアのフィードバック制御回路を用いるアナログ光PLL法は、変調信号の多値度や変調フォーマットに依らない高精度な光位相同期が可能であるという利点がある。光注入同期法はフィードバック回路を用いることなく非常に高精度な光位相同期を実現することができる。また、局発レーザに高価な狭線幅半導体レーザを用いる必要がないため、伝送システムの低コスト化を図ることが可能であり、近年デジタルコヒーレント光伝送の分野で注目されている技術である。 On the other hand, the analog optical PLL method, which uses a hardware feedback control circuit, has the advantage of enabling highly accurate optical phase synchronization that is independent of the multilevel level of the modulation signal or the modulation format. The optical injection locking method can achieve extremely accurate optical phase synchronization without using a feedback circuit. In addition, since there is no need to use an expensive narrow-linewidth semiconductor laser as the local laser, it is possible to reduce the cost of the transmission system, and this technology has attracted attention in the field of digital coherent optical transmission in recent years.
非特許文献4によれば、QAMデータ信号と同時に光ファイバ伝送される無変調パイロットトーンを用いて局発レーザをデータ信号に位相同期し、1024値と極めて多値度の高いコヒーレントQAM伝送が報告されている。しかしながら、本方式においては、QAMデータのホモダイン検波を実現するため、パイロットトーンに注入同期した局発レーザの発振周波数を光周波数シフタを用いて周波数変換する必要がある。光周波数シフタとしては光変調器と光フィルタが用いられており、光位相同期システムの構成が必ずしも簡便であるとは言い難い。 According to Non-Patent Document 4, coherent QAM transmission with an extremely high degree of multi-level (1024 values) is reported, in which a local laser is phase-locked to the data signal using an unmodulated pilot tone transmitted through an optical fiber simultaneously with the QAM data signal. However, in this method, in order to achieve homodyne detection of the QAM data, it is necessary to frequency-convert the oscillation frequency of the local laser, which is injection-locked to the pilot tone, using an optical frequency shifter. An optical modulator and an optical filter are used as the optical frequency shifter, and it is difficult to say that the configuration of the optical phase-locked system is necessarily simple.
従来の光注入同期回路においては、比較的高価な光変調が用いられており、システムのコストの増大が問題となる。
本発明の目的は、光変調器を用いることなくコヒーレントホモダイン検波を実現する光注入同期方式、局発光生成装置、受信装置及び局発光生成方法を提供することにある。
Conventional optical injection locking circuits use relatively expensive optical modulation, which increases the cost of the system.
An object of the present invention is to provide an optical injection locking system, a local light generating device, a receiving device, and a local light generating method that realize coherent homodyne detection without using an optical modulator.
本発明の一態様は、局発レーザから出力される出力光をパイロットトーン信号へ注入同期し、前記出力光を変調することで、前記パイロットトーン信号の周波数と所定量離れた周波数を有するサイドバンドを発生させる直接変調光源部と、前記サイドバンドの周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、を備える局発光生成装置である。 One aspect of the present invention is a local light generating device that includes a direct modulation light source unit that generates a sideband having a frequency that is a predetermined amount away from the frequency of the pilot tone signal by injection locking the output light output from a local laser to a pilot tone signal and modulating the output light, and a second filter that removes optical signals other than the frequency of the sideband.
本発明によれば、光変調器を用いることなく、データ信号に位相同期した局発光を生成し、コヒーレントホモダイン検波を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to generate local light that is phase-locked to a data signal and realize coherent homodyne detection without using an optical modulator.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本実施形態に係るコヒーレント多値光伝送システム1の構成の一例を示す図である。
コヒーレント多値光伝送システム1は、光伝送路11、送信装置12及び受信装置13を備える。コヒーレント多値光伝送システム1において、送信装置12が送信した光信号は光伝送路11を介して受信装置13に伝送される。光伝送路11は、例えば光ファイバである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a coherent multi-level optical transmission system 1 according to the present embodiment.
The coherent multi-level optical transmission system 1 includes an
送信装置12は、DSP(Digital Signal Processor)21、D/A変換器22、レーザ23及び偏波多重IQ変調器24を備える。
DSP21は、デジタルIQデータ信号及び無変調パイロットトーン信号をD/A変換器22へ出力する。D/A変換器22は、前記デジタルIQデータ信号及び無変調パイロットトーン信号をアナログ信号に変換する。D/A変換器22は、同相成分(I)と直交成分(Q)のアナログベースバンド信号とパイロットトーン信号を出力する。
レーザ23の出力光は偏波多重IQ変調器24へ入力され、D/A変換器22より出力されるアナログベースバンド信号及びパイロットトーン信号によってIQ変調される。
The
The
The output light of the
送信装置12は、以上の構成によりQAM信号及びパイロットトーン信号を光伝送路11を介して受信装置13に送信する。図2は、送信装置12により送信される光信号の周波数特性の一例を示す図である。送信装置12により送信される光信号は単一周波数fToneのパイロットトーン信号と周波数fc周りに広がりを持つQAMデータ信号を含む。
With the above configuration, the
受信装置13は、分配部31、局発光生成装置32、検波部33、A/D変換器34、DSP35を備える。
分配部31は、送信装置12から受信した信号を分配し、局発光生成装置32と検波部33とに分配した信号を出力する。局発光生成装置32は分配部31から入力される光信号に基づいて、QAMデータ信号の中心周波数(図2に示す例においてはfc)を単一周波数として有する局発光を生成する。局発光生成装置32の詳細な構成については後述する。
The
The
検波部33は、分配部31から入力されるQAMデータ信号を局発光生成装置32により生成される局発光に基づいてホモダイン検波を行う。図3は、QAMデータ信号とホモダイン検波用の局発光の周波数特性の一例を示す図である。検波部33は、局発光の周波数によっては、ヘテロダイン検波を行ってもよいし、イントラダイン検波を行ってもよい。
検波部33は、QAMにおいてIとQに相当するアナログ信号をA/D変換器34に出力する。検波部33は、例えば偏波タイバーシティ90度光ハイブリッド回路331と平衡光検出器332を備える。検波部33は、例えば偏波タイバーシティ90度光ハイブリッド回路331により局発光とQAMデータ信号とを干渉させ、QAMデータ信号の同相成分と直交成分を抽出する。
The
The
A/D変換器34は、検波部33から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。A/D変換器34は、デジタル信号をDSP35に出力する。DSP35は、A/D変換器34から入力されるデジタル信号を処理する。
The A/
図4は、局発光生成装置32の構成の一例を示す図である。局発光生成装置32は、第一フィルタ321、サーキュレータ322、直接変調光源部323及び第二フィルタ324を備える。
Figure 4 is a diagram showing an example of the configuration of the local
第一フィルタ321は、分配部31から入力される光信号をフィルタリングし、QAMデータ信号の周波数の光を除去する。第一フィルタ321は、フィルタリングした光信号をサーキュレータ322に出力する。第一フィルタ321がサーキュレータ322に出力する光信号にはQAMデータ信号は含まれず、パイロットトーン信号のみ含まれる。
The
サーキュレータ322は、第一フィルタ321から入力された光信号を直接変調光源部323に出力する。サーキュレータ322は、直接変調光源部323から入力された光信号を第二フィルタ324に出力する。
The
直接変調光源部323は、例えば利得スイッチング型半導体レーザや電界吸収型変調器集積半導体レーザを備える。直接変調光源部323は、自励発振系にサーキュレータ322から入力されるパイロットトーン信号を強制注入することで注入同期を行う。直接変調光源部323は、例えば局発レーザから出力される出力光をパイロットトーン信号へ注入同期する。これにより、自励発振系がパイロットトーン信号に同期する。これにより、パイロットトーン信号の周波数で局発光が生じ、直接変調光源部323で出力光を変調することでパイロットトーン信号の周波数から所定の大きさ離れた周波数においても単一周波数の光(サイドバンド)が生じる。直接変調光源部323は、サイドバンドの周波数がQAMデータ信号の中心周波数fcとなるように設定される。直接変調光源部323によるサイドバンドの周波数の設定により、検波部33がヘテロダイン検波を行ってもよいし、イントラダイン検波を行ってもよい。
直接変調光源部323は、直接変調を行った信号をサーキュレータ322に出力する。
The direct modulation
The direct modulation
第二フィルタ324には、サーキュレータ322を経由して直接変調光源部323により直接変調された光信号が入力される。第二フィルタ324は、サーキュレータ322から入力される光信号をフィルタリングし、QAMデータ信号の周波数の光以外の光を除去する。第二フィルタ324は、フィルタリングした光信号を検波部33に出力する。
第二フィルタ324が除去する光の周波数は、直接変調光源部323が生成するサイドバンドの周波数により変更されてもよい。
The optical signal directly modulated by the direct modulation
The frequency of light removed by the
以上により局発光生成装置32は、QAMデータ信号の中心周波数などの特定の周波数を単一周波数として有する局発光を生成する。
As a result, the local
図5は、局発光生成装置32の動作を示すフローチャートである。第一フィルタ321は、分配部31から入力される光信号をフィルタリングし、QAMデータ信号の周波数の光を除去する(ステップS101)。その後、直接変調光源部323は、直接変調光源部323から出力される出力光をパイロットトーン信号へ注入同期する(ステップS102)。その後、直接変調光源部323は、注入同期された出力光を変調しサイドバンドを生成する(ステップS103)。直接変調光源部323が利得スイッチング型半導体レーザを備える場合には、バイアス電流を変調し、サイドバンドを生成する。直接変調光源部323が電界吸収型変調器集積半導体レーザを備える場合には、電界吸収型変調器集積半導体レーザに付随する変調器部に電界を印加することで出力光を変調し、サイドバンドを生成する。その後、第二フィルタ324は、直接変調された光信号から、QAMデータ信号の周波数の光以外の光を除去する(ステップS104)。
Figure 5 is a flowchart showing the operation of the local
以上により、局発光生成装置32は、直接変調光源部323がパイロットトーン信号を用いて注入同期を行うことで、直接変調光源部323の設定による周波数を有するサイドバンドを発生させることができる。これにより、コヒーレント多値光伝送システム1の構成をより簡易にすることができる。
As described above, the local
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
Other Embodiments
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes, etc. are possible within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
1 コヒーレント多値光伝送システム、11 光伝送路、12 送信装置、13 受信装置、21 DSP(Digital Signal Processor)、22 D/A変換器、23 レーザ、24 偏波多重IQ変調器、31 分配部、32 局発光生成装置、321 第一フィルタ、322 サーキュレータ、323 直接変調光源部、324 第二フィルタ、33 検波部、331 偏波タイバーシティ90度光ハイブリッド回路、332 平衡光検出器、34 A/D変換器、35 DSP(Digital Signal Processor) 1 Coherent multilevel optical transmission system, 11 Optical transmission path, 12 Transmitter, 13 Receiver, 21 DSP (Digital Signal Processor), 22 D/A converter, 23 Laser, 24 Polarization multiplexing IQ modulator, 31 Distribution section, 32 Local light generating device, 321 First filter, 322 Circulator, 323 Direct modulation light source section, 324 Second filter, 33 Detector, 331 Polarization diversity 90 degree optical hybrid circuit, 332 Balanced photodetector, 34 A/D converter, 35 DSP (Digital Signal Processor)
Claims (5)
前記サイドバンドの周波数以外の光信号を除去する第二フィルタと、を備える局発光生成装置。 a direct modulation light source unit that generates a sideband having a frequency that is separated by a predetermined amount from the frequency of the pilot tone signal by injection locking output light output from a local laser to a pilot tone signal and modulating the output light;
and a second filter for removing optical signals other than the sideband frequency.
前記サイドバンドと前記QAMデータ信号はホモダイン検波に使用される、
請求項2に記載の局発光生成装置。 the sideband frequency is the center frequency of the QAM data signal;
the sideband and the QAM data signal are subjected to homodyne detection;
The local light generating device according to claim 2 .
前記局発光生成装置により生成される局発光に基づいてQAMデータ信号を検波する検波部と、
前記パイロットトーン信号と前記QAMデータ信号とを含む信号を分配し、前記局発光生成装置と前記検波部に出力する分配部と、
を備える受信装置。 The local light generating device according to claim 1 ,
A detection unit that detects a QAM data signal based on a local light generated by the local light generating device;
a distributor that distributes a signal including the pilot tone signal and the QAM data signal and outputs the signal to the local light generating device and the detector;
A receiving device comprising:
前記出力光を前記直接変調光源で変調することで、前記パイロットトーン信号の周波数と所定量離れた周波数を有するサイドバンドを発生させ、
前記サイドバンドの周波数以外の光信号を除去する、
局発光生成方法。 The output light from a local laser, which is a directly modulated light source, is injection locked to a pilot tone signal,
modulating the output light with the direct modulation light source to generate a sideband having a frequency that is a predetermined amount different from the frequency of the pilot tone signal;
removing optical signals other than the sideband frequency;
A method for generating local light.
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