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JP6767310B2 - Optical transmission / reception system - Google Patents

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JP6767310B2
JP6767310B2 JP2017104735A JP2017104735A JP6767310B2 JP 6767310 B2 JP6767310 B2 JP 6767310B2 JP 2017104735 A JP2017104735 A JP 2017104735A JP 2017104735 A JP2017104735 A JP 2017104735A JP 6767310 B2 JP6767310 B2 JP 6767310B2
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Description

本発明は、光送受信システムに関する。 The present invention relates to an optical transmission / reception system.

光加入者システムでは、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)やITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)で標準化されているPON(Passive Optical Network)方式のシステムが広く用いられている。PONシステムは、複数の加入者線終端装置(以下「ONU」(Optical Network Unit)という)の各々が、収容局外に設置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバに結合されて、収容局の加入者線端局装置(以下「OLT」(Optical Line Terminal)という)に接続されるネットワーク構成を有している。 In the optical subscriber system, a PON (Passive Optical Network) system standardized by IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) and ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) is widely used. There is. In a PON system, each of a plurality of subscriber line termination devices (hereinafter referred to as "ONU" (Optical Network Unit)) is coupled to a single optical fiber via an optical splitter installed outside the accommodation station. It has a network configuration connected to a subscriber line terminal device (hereinafter referred to as "OLT" (Optical Line Terminal)) of an accommodation station.

PONシステムでは、上り信号と下り信号とが異なる波長により、同一光ファイバ上で双方向に伝送される。下り信号は、複数の加入者宅の各々に設置されるONU宛ての信号が、時分割多重(以下「TDM」(Time Division Multiplexing)という)技術を用いて多重された連続信号である。ONUは、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自装置に割り当てられたタイムスロットの信号を取り出して受信する。上り信号は、ONUが間欠的に送信するバースト信号であり、光スプリッタで結合されてTDM信号となりOLTが受信する。このように、PONシステムでは、収容局のOLTから光スプリッタまでの光ファイバ及び収容局に配置されるOLTを、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを経済的に提供することができる。 In a PON system, an uplink signal and a downlink signal are transmitted in both directions on the same optical fiber with different wavelengths. The downlink signal is a continuous signal in which signals addressed to ONUs installed in each of a plurality of subscribers' homes are multiplexed using a time division multiplexing (hereinafter referred to as "TDM" (Time Division Multiplexing)) technology. The ONU extracts and receives the signal of the time slot assigned to the own device from the continuous signal branched by the optical splitter. The uplink signal is a burst signal intermittently transmitted by the ONU, and is combined by an optical splitter to become a TDM signal, which is received by the OLT. In this way, in the PON system, the optical fiber from the OLT of the accommodation station to the optical splitter and the OLT arranged in the accommodation station can be shared by a plurality of subscribers, so that a high-speed optical access service exceeding giga is economical. Can be provided to.

既に商用システムとして利用されているPONシステムにおいて、許容伝送路損失の拡大が大きな課題の1つと考えられている。許容伝送路損失の拡大が実現できれば、分岐数の大きな光スプリッタを活用した収容加入者数の増大、伝送距離の長延化による収容エリアの拡大等、単一システムでより効率的な加入者の収容が可能となる。 In a PON system that has already been used as a commercial system, expansion of allowable transmission line loss is considered to be one of the major issues. If the allowable transmission line loss can be increased, the number of accommodated subscribers can be increased by utilizing an optical splitter with a large number of branches, and the accommodated area can be expanded by extending the transmission distance. Is possible.

この課題を解決するために、光増幅器をOLTに配置し、この光増幅器をポストアンプとして用いて送信器の出力強度を増加する一方、この光増幅器をプリアンプとして用いて受信器の感度を改善して、許容伝送路損失を拡大する手法が広く検討されている。しかし、光増幅器のポストアンプとしての出力強度の増加に比べて、プリアンプとしての受信感度の改善の効果は小さい。そのため、下り信号と同等の許容伝送路損失を得るためには、上り信号の更なる受信感度の改善が必要となる。 To solve this problem, an optical amplifier is placed in the OLT, and this optical amplifier is used as a post-amplifier to increase the output intensity of the transmitter, while this optical amplifier is used as a preamplifier to improve the sensitivity of the receiver. Therefore, a method for increasing the allowable transmission line loss has been widely studied. However, the effect of improving the reception sensitivity as a preamplifier is small compared to the increase in the output intensity of the optical amplifier as a post amplifier. Therefore, in order to obtain an allowable transmission line loss equivalent to that of the downlink signal, it is necessary to further improve the reception sensitivity of the uplink signal.

上り信号の受信感度の改善を実現するために、デジタルコヒーレント伝送技術をPONシステムに適用することが検討されている(例えば、非特許文献1参照)。デジタルコヒーレント伝送技術における受信技術を適用することにより、これまでPONシステムで用いられてきた強度変調直接検波方式と比較して大幅に受信感度を改善させることができる。 In order to improve the reception sensitivity of uplink signals, it is considered to apply digital coherent transmission technology to a PON system (see, for example, Non-Patent Document 1). By applying the receiving technique in the digital coherent transmission technique, the receiving sensitivity can be significantly improved as compared with the intensity modulation direct detection method which has been used in the PON system so far.

また、強度変調信号の代わりに位相変調信号を用いることにより更に受信感度を3dB向上させることが可能である。近年、4値の位相変調信号、すなわち、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)信号が、大容量の中継伝送システムで用いられている。QPSKの信号生成は、ニオブ酸リチウム(LiNbO)マッハツェンダ変調器(以下「LN変調器」という)を用いて行われる。LN変調器は、変調帯域や光ファイバとの結合の面で優れた特性を有するため、長距離伝送システムに適したデバイスである。しかし、このデバイスは、数センチメートルオーダの長さを有するため、加入者ネットワークへの適用、特にONUに適用することは現実的でない。 Further, the reception sensitivity can be further improved by 3 dB by using the phase modulated signal instead of the intensity modulated signal. In recent years, a quadrature phase-shifted signal, that is, a QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) signal has been used in a large-capacity relay transmission system. The signal generation of QPSK is performed using a lithium niobate (LiNbO 3 ) Machzenda modulator (hereinafter referred to as “LN modulator”). The LN modulator is a device suitable for a long-distance transmission system because it has excellent characteristics in terms of modulation band and coupling with an optical fiber. However, since this device has a length of several centimeters, it is not practical to apply it to a subscriber network, especially to an ONU.

LN変調器に代わる小型の変調器として、インジウムリン(InP)半導体マッハツェンダ変調器(以下「InP変調器」という)の開発が進められており、商用化され始めている。InP変調器では、位相変調をもたらす材料の屈折率変化が、LiNbOよりも大きいため、ミリメートルオーダの長さでデバイスを作製することができる。また、InP変調器は、半導体デバイスであるため、半導体レーザや半導体光増幅器(SOA(Semiconductor Optical Amplifier))等の光部品とモノリシック集積し、送受信器をより小型化することも可能である。しかし、InP変調器は、現状、歩留り等の問題があり、アクセスシステムに適用するには更なる低コスト化技術の開発が必要である。 As a compact modulator to replace the LN modulator, an indium phosphide (InP) semiconductor Machzenda modulator (hereinafter referred to as "InP modulator") is being developed and is beginning to be commercialized. In the InP modulator, the change in the refractive index of the material that causes the phase modulation is larger than that of LiNbO 3 , so that the device can be manufactured in the length of millimeter order. Further, since the InP modulator is a semiconductor device, it can be monolithically integrated with optical components such as a semiconductor laser and a semiconductor optical amplifier (SOA), and the transmitter / receiver can be further miniaturized. However, the InP modulator currently has problems such as yield, and further cost reduction technology needs to be developed in order to apply it to an access system.

これらの高価なマッハツェンダ変調器を用いることなく位相変調信号を生成する手法として、半導体レーザの駆動電流を送信信号で駆動する直接変調方式がある。ただし、送信信号で直接的に変調することができるのは、半導体レーザから出力される光の位相ではなく周波数である。この周波数変調は、半導体レーザのバイアス電流を高く設定して断熱チャープが支配的な領域で半導体レーザを駆動することにより実現される。 As a method of generating a phase modulation signal without using these expensive Machzenda modulators, there is a direct modulation method in which the drive current of a semiconductor laser is driven by a transmission signal. However, it is the frequency, not the phase, of the light output from the semiconductor laser that can be directly modulated by the transmitted signal. This frequency modulation is realized by setting the bias current of the semiconductor laser to a high value and driving the semiconductor laser in a region where the adiabatic chirp is dominant.

例として、2値のデジタルベースバンド信号により半導体レーザを直接変調した際の光スペクトルを図14(a)に示す。図14(a)に示すように、駆動電流の大きい「1」信号(以下「マーク」という)は、中心周波数(f)に対してΔfだけ高周波側に偏移し、駆動電流の小さい「0」信号(以下「スペース」という)は、Δfだけ低周波側に偏移する。実際には、半導体レーザの駆動電流を変化させることによりその出力強度も同時に変化するため、光スペクトルは図14(b)に示されるように、マーク側に対してスペース側の光強度が若干低下する。 As an example, FIG. 14A shows an optical spectrum when a semiconductor laser is directly modulated by a binary digital baseband signal. As shown in FIG. 14A, the “1” signal (hereinafter referred to as “mark”) having a large drive current shifts to the high frequency side by Δf with respect to the center frequency (f 0 ), and the “1” signal having a small drive current “ The "0" signal (hereinafter referred to as "space") shifts to the low frequency side by Δf. In reality, the output intensity of the semiconductor laser changes at the same time as the drive current of the semiconductor laser is changed. Therefore, as shown in FIG. 14B, the light intensity on the space side is slightly lower than that on the mark side. To do.

後述する差動検波によって信号受信が可能となるように、周波数変化により生じる一定時間経過後の位相変化がπ、またはゼロとなるよう周波数変化量を調整してデータを送信する。その際、前のビットとの位相差がπ、またはゼロのときに、それぞれ、マーク、またはスペースを受信するように前もって送信信号を差動符号化する必要がある。このように、半導体レーザの駆動電流を送信信号で駆動する直接変調方式により生成される信号は、表面的には周波数変調信号であるが、位相変調信号として用いることができる信号である。 Data is transmitted by adjusting the amount of frequency change so that the phase change after a certain period of time caused by the frequency change becomes π or zero so that the signal can be received by the differential detection described later. At that time, when the phase difference from the previous bit is π or zero, it is necessary to differentially code the transmission signal in advance so as to receive a mark or a space, respectively. As described above, the signal generated by the direct modulation method in which the drive current of the semiconductor laser is driven by the transmission signal is a frequency modulation signal on the surface, but is a signal that can be used as a phase modulation signal.

この周波数変調を利用した位相変調信号の生成手法として、連続位相周波数偏移変調(以下「CPFSK」(Continuous Phase Frequency Shift Keying)という)という手法と、慣習的に位相変調、すなわちPSK(Phase Shift Keying)とよばれる手法がある。後者のPSKは、前述のマッハツェンダ変調器を用いて送信信号に対応した位相変調信号を直接的に生成する一般的な位相変調手法との混同を避けるため、以下においては、直接変調による位相変調、すなわちDM−PSK(Direct Modulation-PSK)という。 As a method for generating a phase modulation signal using this frequency modulation, a method called continuous phase frequency shift keying (hereinafter referred to as "CPFSK" (Continuous Phase Frequency Shift Keying)) and a customary phase modulation, that is, PSK (Phase Shift Keying) There is a method called). In order to avoid confusion with the general phase modulation method that directly generates the phase modulation signal corresponding to the transmission signal by using the Mach Zenda modulator described above, the latter PSK is referred to as phase modulation by direct modulation in the following. That is, it is called DM-PSK (Direct Modulation-PSK).

DM−PSKとCPFSKとの関係を図15に示す。図15において、横軸は周波数変調の変調指数(図15では、FM変調指数と記載)を表し、縦軸はデューティ比を表す。以下、DM−PSKとCPFSKの違いを簡単に示すため、2値のデジタルデータを送信する場合を例として説明する。信号のビットレートをBとすると、変調指数mは、次式(1)で定義される。 The relationship between DM-PSK and CPFSK is shown in FIG. In FIG. 15, the horizontal axis represents the modulation index of frequency modulation (denoted as FM modulation index in FIG. 15), and the vertical axis represents the duty ratio. Hereinafter, in order to briefly show the difference between DM-PSK and CPFSK, a case of transmitting binary digital data will be described as an example. Assuming that the bit rate of the signal is B, the modulation index m is defined by the following equation (1).

Figure 0006767310
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図16及び図17に、DM−PSKの動作原理を示す。図16に示すように、マーク区間にデューティ比(D)にしたがった光パルスが出力され、光パルスの終了時に光位相が前のビットに対してπだけ変化するように周波数変調の変調指数、または光パルスの強度を調整する(例えば、非特許文献2参照)。光パルス終了後、光位相は変化しないため、1ビット時間経過時の光位相変化はπのままである。このとき、変調指数(m)とデューティ比(D)の間には、次式(2)の関係がある。 16 and 17 show the operating principle of DM-PSK. As shown in FIG. 16, an optical pulse according to the duty ratio (D) is output in the mark section, and the modulation index of frequency modulation is such that the optical phase changes by π with respect to the previous bit at the end of the optical pulse. Alternatively, the intensity of the optical pulse is adjusted (see, for example, Non-Patent Document 2). Since the optical phase does not change after the end of the optical pulse, the optical phase change after 1 bit time elapses remains π. At this time, there is a relationship of the following equation (2) between the modulation index (m) and the duty ratio (D).

Figure 0006767310
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図16に示す方式では、光位相は、時間経過とともに増加し続ける。これに対して、図17に示すように、マーク区間の光パルスの強度をスペース区間の強度に対して大きくなるビットと小さくなるビットを交互に出力するようにしてもよい(例えば、非特許文献3参照)。図17に示す方式では、光位相は、時間経過とともに増加せず、ゼロまたはπのいずれかの位相となる。ここで、ビットレートをBとすると、信号受信は、図16及び図17のいずれの方式においても、1ビット時間、すなわち1/Bだけ遅延させた信号列を用いた差動検波により行うことができる。 In the scheme shown in FIG. 16, the optical phase continues to increase over time. On the other hand, as shown in FIG. 17, the intensity of the optical pulse in the mark section may be output alternately with a bit increasing and a bit decreasing with respect to the intensity of the space section (for example, non-patent documents). 3). In the method shown in FIG. 17, the optical phase does not increase with the passage of time and becomes either zero or π. Here, assuming that the bit rate is B, the signal reception can be performed by differential detection using a signal sequence delayed by 1 bit time, that is, 1 / B in any of the methods shown in FIGS. 16 and 17. it can.

これに対して、図15に示すように、CPFSKでは、デューティ比(D)が、変調指数(m)によらず常に1となる。つまり、CPFSKでは、1ビット時間経過時の光位相変化は、変調指数(m)が0.5を超える場合、πを超えることになり、差動検波に要する遅延時間(T)が1ビット時間、すなわち1/Bではなく、次式(3)で示される(例えば、非特許文献4参照)。 On the other hand, as shown in FIG. 15, in CPFSK, the duty ratio (D) is always 1 regardless of the modulation index (m). That is, in CPFSK, the optical phase change after 1 bit time elapses exceeds π when the modulation index (m) exceeds 0.5, and the delay time (T) required for differential detection is 1 bit time. That is, it is represented by the following equation (3) instead of 1 / B (see, for example, Non-Patent Document 4).

Figure 0006767310
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変調指数(m)が0.5の場合、最小の周波数偏移量、すなわちB/4で復調可能な位相変調信号を生成することになり、1ビット時間、すなわち1/Bの差動検波により信号受信が行われる。この場合を、特に、最小シフトキーイング(以下「MSK」(Minimum Shift Keying)という)といい、図15に示すように、デューティ比が1のDM−PSKということもできる。 When the modulation index (m) is 0.5, a phase modulation signal that can be demodulated with the minimum frequency shift amount, that is, B / 4, is generated, and by 1 bit time, that is, 1 / B differential detection. Signal reception is performed. This case is particularly referred to as minimum shift keying (hereinafter referred to as "MSK" (Minimum Shift Keying)), and as shown in FIG. 15, it can also be referred to as DM-PSK having a duty ratio of 1.

上述したように、CPFSKやDM−PSKのように直接変調により生成した位相変調信号は、差動検波により信号を受信することができる。しかし、ホモダイン検波によりコヒーレント受信を行う場合、信号光と、局部発振光(以下「局発光」という)の周波数差が問題となる。以下、CPFSKの場合を例として、数式を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の数式により示す処理は、90度光ハイブリッド検波器を用いてホモダイン検波することにより生成されるI(In-phase)成分とQ(Quadrature)成分の信号の各々を、AD(Analog to Digital)変換器によりサンプリングしてデジタル化することによって得られる信号に対して行われる処理である。 As described above, the phase-modulated signal generated by direct modulation such as CPFSK and DM-PSK can receive the signal by differential detection. However, when coherent reception is performed by homodyne detection, the frequency difference between the signal light and the locally oscillated light (hereinafter referred to as "local emission") becomes a problem. Hereinafter, the case of CPFSK will be described in detail with reference to the mathematical formulas as an example. In the process shown by the following formula, each of the signals of the I (In-phase) component and the Q (Quadrature) component generated by homodyne detection using a 90-degree optical hybrid detector is AD (Analog to). Digital) This is a process performed on a signal obtained by sampling with a converter and digitizing it.

サンプリング周波数は、シャノンのサンプリング定理に基づき、信号のビットレートBの2倍以上の値に設定される。なお、多値信号の場合、Bはシンボルレートとなる。一般に、中心周波数が、fの局発光とfの信号光を、90度光ハイブリッド検波器に入射してホモダイン検波すると、90度光ハイブリッド検波器から出力される信号電流のI成分及びQ成分は、それぞれ次式(4)、(5)で表されることになる。 The sampling frequency is set to a value that is at least twice the bit rate B of the signal based on Shannon's sampling theorem. In the case of a multi-valued signal, B is the symbol rate. Generally, when a station emission with a center frequency of f 0 and a signal light of f 1 are incident on a 90-degree optical hybrid detector and homodyne detected, the I component and Q of the signal current output from the 90-degree optical hybrid detector are obtained. The components are represented by the following equations (4) and (5), respectively.

Figure 0006767310
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Figure 0006767310
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式(4)、(5)において、fは局発光と信号光の周波数差(f=f−f)であり、φは位相差である。また、tは時間であり、Aは余弦関数(cos)及び正弦関数(sin)を光電流量に関連付けるための係数である。式(4)及び式(5)を複素数によりオイラー表記すると次式(6)となる。 Equation (4), in (5), f m is the frequency difference between the local light and the signal light (f m = f 0 -f 1 ), φ is the phase difference. Further, t is time, and A is a coefficient for associating the cosine function (cos) and the sine function (sin) with the photoelectric flow rate. When equations (4) and (5) are expressed in Euler by complex numbers, the following equation (6) is obtained.

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CPFSKでは、マークとスペースの各々に対して、Δf及び−Δfの周波数偏移が与えられるため、マークの受信信号電流は式(7)で示され、スペースの受信信号電流は式(8)で示される。 In CPFSK, since the frequency shifts of Δf and −Δf are given to each of the mark and the space, the received signal current of the mark is represented by the equation (7), and the received signal current of the space is expressed by the equation (8). Shown.

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式(7)及び式(8)を用いると、マークからマークに遷移する場合、差動検波後の出力は、次式(9)で示される。 Using equations (7) and (8), when transitioning from mark to mark, the output after differential detection is represented by the following equation (9).

Figure 0006767310
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同様にして、マークからスペースに遷移する場合の差動検波後の出力は式(10)で示され、スペースからスペースに遷移する場合の差動検波後の出力は式(11)で示され、スペースからマークに遷移する場合の差動検波後の出力は式(12)で示される。 Similarly, the output after differential detection when transitioning from mark to space is expressed by Eq. (10), and the output after differential detection when transitioning from space to space is expressed by Eq. (11). The output after differential detection in the case of transition from space to mark is expressed by Eq. (12).

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式(7)及び式(8)は、t=0で位相がφとなり一致する。したがって、式(10)及び式(12)は、t=0で位相連続を保ちつつ符号が遷移する場合を示しており、信号の識別はt=Tで行われることになる。式(10)及び式(12)にt=Tを代入すると、式(13)及び式(14)が得られる。なお、Δfとして、式(1)を変形して得られる値を適用し、Tとして、式(3)の値を適用した。 Equations (7) and (8) match with each other having a phase of φ at t = 0. Therefore, the equations (10) and (12) show the case where the sign transitions while maintaining the phase continuity at t = 0, and the signal identification is performed at t = T. Substituting t = T into equations (10) and (12) gives equations (13) and (14). The value obtained by modifying the equation (1) was applied as Δf, and the value of the equation (3) was applied as T.

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まず、f=0の場合を考える。式(9)及び式(14)はマークを受信した場合であり、前のビットの符号に関係なく、I−Q平面上で(0,A)の位置に受信信号が収束する。また、式(11)及び式(13)はスペースを受信した場合であり、前のビットの符号に関係なく、I−Q平面上で(0,−A)の位置に受信信号が収束する。 First, consider the case where fm = 0. Equations (9) and (14) are cases where the mark is received, and the received signal converges at the position (0, A 2 ) on the IQ plane regardless of the sign of the previous bit. Further, Eqs. (11) and (13) are cases where a space is received, and the received signal converges at the position (0, −A 2 ) on the IQ plane regardless of the sign of the previous bit. ..

ただし、前のビットに対して符号が反転する場合は、式(10)及び式(12)から明らかなように、受信信号コンスタレーションの円周上を、それぞれ、4πΔf及び−4πΔfの角速度で移動する。図18(a)は、この様子を示す図である。 However, when the sign is inverted with respect to the previous bit, as is clear from equations (10) and (12), it moves on the circumference of the received signal constellation at angular velocities of 4πΔf and -4πΔf, respectively. To do. FIG. 18A is a diagram showing this situation.

次に、f≠0の場合、図18(b)に示すように、受信信号コンスタレーションは、図18(a)の場合に対して、I−Q平面上で2πftだけ位相回転する。 Next, when f m ≠ 0, as shown in FIG. 18 (b), the received signal constellation is phase-rotated by 2π f m t on the IQ plane with respect to the case of FIG. 18 (a). ..

実際のところ、使用する半導体レーザや90度光ハイブリッド検波器の帯域不足により、差動検波後の受信信号コンスタレーションは劣化しているため、図18(a)に示す所定の信号点である(0,A)、(0,−A)の位置に受信信号が収束することはない。受信信号コンスタレーションの劣化を補償するために、デジタルコヒーレント伝送では、デジタル信号処理技術を用いる。 As a matter of fact, the received signal constellation after the differential detection is deteriorated due to the insufficient band of the semiconductor laser and the 90-degree optical hybrid detector used, so that the signal point is a predetermined signal point shown in FIG. 18 (a). The received signal does not converge at the positions 0, A 2 ) and (0, -A 2 ). In order to compensate for the deterioration of the received signal constellation, digital signal processing technology is used in digital coherent transmission.

一般的によく用いられる信号処理アルゴリズムとして、CMA(Constant Modulus Algorithm)がある。CMAを用いれば、受信信号コンスタレーションの振幅が所定の値、例えば、図18(a)では、(0,A)、(0,−A)に収束するようにFIR(Finite Impulse Response)フィルタのタップ係数を適応的にフィードバック制御する。フィードバック制御により得られるタップ係数の最適値を代入したFIRフィルタで受信信号をフィルタリングすることにより、使用デバイスの帯域不足を補償、すなわち適応等化することができる。 CMA (Constant Modulus Algorithm) is a commonly used signal processing algorithm. When CMA is used, FIR (Finite Impulse Response) so that the amplitude of the received signal constellation converges to a predetermined value, for example, (0, A 2 ) and (0, −A 2 ) in FIG. 18 (a). The tap coefficient of the filter is adaptively feedback-controlled. By filtering the received signal with an FIR filter in which the optimum value of the tap coefficient obtained by the feedback control is substituted, it is possible to compensate, that is, adapt or equalize the band shortage of the device used.

しかしながら、CMAが効果を発揮するのは、受信信号の帯域不足の影響により、受信信号コンスタレーションの円周半径が縮小する場合である。例えば、マッハツェンダ変調器を用いて生成したQPSKを送信信号として用いる場合がこれに該当する。 However, the CMA is effective when the circumferential radius of the received signal constellation is reduced due to the influence of the band shortage of the received signal. For example, this corresponds to the case where a QPSK generated by using a Machzenda modulator is used as a transmission signal.

これに対して、CPFSKやDM−PSKでは、使用デバイスの帯域不足の影響が生じても、受信信号コンスタレーションの円周半径は縮小しない。最も高い周波数成分が生成される異符号が交互に現れる場合であっても、受信信号は、図18(a)に示される所定の信号点には辿り着かないものの同じ円周上に留まる。この場合、CMAを用いても使用デバイスの帯域不足を補償することはできない。 On the other hand, in CPFSK and DM-PSK, the circumferential radius of the received signal constellation does not decrease even if the band used of the device is insufficient. Even when the different codes that generate the highest frequency components appear alternately, the received signal does not reach the predetermined signal point shown in FIG. 18A, but remains on the same circumference. In this case, even if CMA is used, it is not possible to compensate for the lack of bandwidth of the device used.

そのため、CPFSKやDM−PSKの場合、LMS(Least Mean Square)アルゴリズムを適用する必要がある。LMSアルゴリズムを用いる場合、I−Q平面上の所定の信号点を目標値として最小二乗法によりFIRフィルタのタップ係数の最適値を求める。目標値として、送信信号列に周期的に埋め込まれた固定パターン信号であるトレーニング信号を用いるのが一般的である。 Therefore, in the case of CPFSK or DM-PSK, it is necessary to apply the LMS (Least Mean Square) algorithm. When the LMS algorithm is used, the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter is obtained by the least squares method with a predetermined signal point on the IQ plane as the target value. As a target value, it is common to use a training signal which is a fixed pattern signal periodically embedded in a transmission signal sequence.

Dayou Qian, Eduardo Mateo, Ming-Fang Huang, “A 105km Reach Fully Passive 10G-PON using a Novel Digital OLT”, Tu.1.B.2, ECOC(European Conference on Optical Communication) Technical Digest, 2012, OSA.Dayou Qian, Eduardo Mateo, Ming-Fang Huang, “A 105km Reach Fully Passive 10G-PON using a Novel Digital OLT”, Tu.1.B.2, ECOC (European Conference on Optical Communication) Technical Digest, 2012, OSA. “4 Gbitls, 233-km OPTICAL FIBRE TRANSMISSION EXPERIMENT USING NEWLY PROPOSED DIRECT-MODULATION PSK”“4 Gbitls, 233-km OPTICAL FIBRE TRANSMISSION EXPERIMENT USING NEWLY PROPOSED DIRECT-MODULATION PSK” R.S. VODHANEL, “5 Gbit/s Direct Optical DPSK Modulation of a 1530-nm DFB Laser”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 1, No. 8, AUGUST 1989, pp.218-220.R.S. VODHANEL, “5 Gbit / s Direct Optical DPSK Modulation of a 1530-nm DFB Laser”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 1, No. 8, AUGUST 1989, pp.218-220. Katsushi Iwashita, Takao Matsumoto, “Modulation and Detection Characteristics of Optical Continuous Phase FSK Transmission System”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. VOL. LT-5, NO. 4, APRIL 1987, pp.452-460.Katsushi Iwashita, Takao Matsumoto, “Modulation and Detection Characteristics of Optical Continuous Phase FSK Transmission System”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. VOL. LT-5, NO. 4, APRIL 1987, pp.452-460.

しかしながら、CPFSKやDM−PSKに対してLMSアルゴリズムを用いる場合、上述した信号光と局発光の周波数差により生じる受信信号コンスタレーションの位相回転が問題となる。この位相回転がなければ、図18(a)の例では、(0,A)、または(0,−A)を目標とする信号点としてLMSアルゴリズムを動作させればよい。これに対して、図18(b)のように受信信号コンスタレーションが位相回転していると、位相回転量に応じて目標とする信号点との距離が変化するため、LMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタのタップ係数の最適値計算が不安定になってしまうという問題があった。 However, when the LMS algorithm is used for CPFSK or DM-PSK, the phase rotation of the received signal constellation caused by the frequency difference between the signal light and the station emission described above becomes a problem. Without this phase rotation, in the example of FIG. 18A, the LMS algorithm may be operated as a signal point targeting (0, A 2 ) or (0, −A 2 ). On the other hand, when the received signal constellation is phase-rotated as shown in FIG. 18B, the distance from the target signal point changes according to the amount of phase rotation. Therefore, FIR using the LMS algorithm. There is a problem that the calculation of the optimum value of the tap coefficient of the filter becomes unstable.

上記事情に鑑み、本発明は、最適値計算を精度よく行うことができる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique capable of accurately calculating the optimum value.

本発明の一態様は、光信号を送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを備える光送受信システムであって、前記光送信器は、半導体レーザを有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として前記半導体レーザを駆動して周波数変調光信号を生成して送信する周波数変調部、を備え、前記光受信器は、局部発振光を出力する局部発振光源と、前記周波数変調光信号を受信し、前記局部発振光に基づいて、前記周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する90度光ハイブリッド検波器と、前記同相成分と前記直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの前記同相成分のサンプリング信号と前記直交成分のサンプリング信号に変換するAD変換器と、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を差動検波する差動検波部と、差動検波によって得られる信号に含まれる前記信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する位相平均算出部と、前記位相平均値に基づいて、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる位相回転部と、を備える光送受信システムである。 One aspect of the present invention is an optical transmission / reception system including an optical transmitter for transmitting an optical signal and an optical receiver for receiving the optical signal. The optical transmitter has a semiconductor laser and transmits data. On the other hand, the semiconductor laser uses a transmission signal generated by adding a fixed pattern of a plurality of predetermined signal points and having a uniform or almost uniform appearance frequency of each signal point as a drive signal. The optical receiver includes a locally oscillating light source that outputs a locally oscillating light and a locally oscillating light source that receives and transmits the locally oscillating light signal. Based on the light, the frequency-modulated optical signal is homodyne-detected, and a 90-degree optical hybrid detector that outputs an electric signal of an in-phase component and an orthogonal component, and each of the electric signals of the in-phase component and the orthogonal component are sampled. Obtained by differential detection, an AD converter that converts the digital sampling signal of the in-phase component and the sampling signal of the orthogonal component, a differential detection unit that differentially detects the sampling signal of the in-phase component and the orthogonal component, and differential detection. A phase average calculation unit that calculates a phase average value based on a fixed pattern of the signal points included in the signal, and a reverse rotation of the phases of the sampling signals of the in-phase component and the orthogonal component based on the phase average value. It is an optical transmission / reception system including a phase rotating unit for making the signal.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有する電界吸収型光変調器を備え、前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う。 One aspect of the present invention is the optical transmission / reception system, wherein the frequency modulator changes the transmission intensity in the opposite direction with respect to the change characteristic of the intensity of the optical signal output by the semiconductor laser with respect to the drive signal. The electric field absorption type light modulator having a characteristic is provided, and the electric field absorption type light modulator performs intensity modulation on the frequency modulation optical signal based on the transmission signal.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度特性を有する電界吸収型光変調器を備え、前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う。 One aspect of the present invention is the above-mentioned optical transmission / reception system, in which the frequency modulator has a transmission intensity characteristic in the same direction with respect to a change characteristic of the intensity of an optical signal output by the semiconductor laser with respect to the drive signal. The electric field absorption type light modulator is provided, and the electric field absorption type optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on a signal in which the polarity of the transmission signal is inverted.

本発明の一態様は、上記の光送受信システムであって、前記光受信器は、タップ係数に基づいてフィルタリングを行うFIRフィルタ部と、前記位相回転部が逆回転した前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を前記FIRフィルタ部に与えて復調信号を得て、前記復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置と、予め定められる収束の目標値となる複数の所定の信号点の前記I−Q平面上での位置とに基づいて距離を算出し、算出した距離に基づいて、前記サンプリング信号が、最も近い前記所定の信号点に収束するように前記FIRフィルタ部のタップ係数の最適値を算出するタップ係数算出部と、をさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-mentioned optical transmission / reception system, wherein the optical receiver has an FIR filter unit that performs filtering based on a tap coefficient, the in-phase component in which the phase rotation unit is rotated in the reverse direction, and the orthogonal component. Is applied to the FIR filter unit to obtain a demodulated signal, the position of the sampled signal included in the demodulated signal on the IQ plane, and a plurality of predetermined signals serving as predetermined convergence target values. The distance is calculated based on the position of the point on the IQ plane, and based on the calculated distance, the tap of the FIR filter unit is performed so that the sampling signal converges to the nearest predetermined signal point. It further includes a tap coefficient calculation unit for calculating the optimum value of the coefficient.

本発明により、最適値計算を精度よく行うことが可能となる。 According to the present invention, the optimum value calculation can be performed with high accuracy.

本発明の第1の実施形態における光送受信システム100の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical transmission / reception system 100 in 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の送信信号のフレーム構成を示す図である。It is a figure which shows the frame structure of the transmission signal of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その2)である。It is a figure (the 2) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 第1の実施形態における実験結果を示す図(その3)である。It is a figure (the 3) which shows the experimental result in 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態における光受信器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver in the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の光受信器の半導体レーザの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the semiconductor laser of the optical receiver of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光受信器のEA変調器の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the EA modulator of the optical receiver of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光受信器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the optical receiver of 2nd Embodiment. 半導体レーザを用いて直接変調した際の光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum at the time of direct modulation using a semiconductor laser. CPFSKとDM−PSKの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between CPFSK and DM-PSK. DM−PSKの動作原理を説明するための図(その1)である。It is a figure (the 1) for demonstrating the operation principle of DM-PSK. DM−PSKの動作原理を説明するための図(その2)である。It is a figure (the 2) for demonstrating the operation principle of DM-PSK. 受信信号コンスタレーションを示す図である。It is a figure which shows the received signal constellation.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態における光送受信システム100の構成を示す図である。以下の説明では、光送受信システム100を、PONシステムに適用した場合を例に説明する。PONシステムは、光伝送システムの一態様である。光送受信システム100は、ONU1及びOLT2を備える。なお、図1では、光送受信システム100がONU1を一台備える構成を示しているが、光送受信システム100はONU1を複数台備えていてもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical transmission / reception system 100 according to the first embodiment of the present invention. In the following description, a case where the optical transmission / reception system 100 is applied to a PON system will be described as an example. The PON system is an aspect of an optical transmission system. The optical transmission / reception system 100 includes ONU1 and OLT2. Although FIG. 1 shows a configuration in which the optical transmission / reception system 100 includes one ONU1, the optical transmission / reception system 100 may include a plurality of ONU1s.

ONU1は、例えば通信サービスの提供を受ける加入者の宅内に設置される。ONU1は、光送信器10を備える。光送信器10は、光信号を送信する。
OLT2は、例えば収容局に設置される。OLT2は、光受信器20を備える。光受信器20は、光送信器10から送信された光信号を受信する。
The ONU1 is installed, for example, in the home of a subscriber who receives a communication service. The ONU 1 includes an optical transmitter 10. The optical transmitter 10 transmits an optical signal.
The OLT 2 is installed, for example, in a containment station. The OLT 2 includes an optical receiver 20. The optical receiver 20 receives the optical signal transmitted from the optical transmitter 10.

図2は、第1の実施形態における光送信器10の構成を示すブロック図である。光送信器10は、周波数変調部102を備える。
周波数変調部102は、ゲートスイッチ1021と、半導体レーザ1022とを備える。ゲートスイッチ1021は、送信信号とゲート信号とに基づいて、ゲート信号が供給される時間区間に対応する区間の送信信号をバースト信号として半導体レーザ1022に出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the optical transmitter 10 according to the first embodiment. The optical transmitter 10 includes a frequency modulation unit 102.
The frequency modulation unit 102 includes a gate switch 1021 and a semiconductor laser 1022. Based on the transmission signal and the gate signal, the gate switch 1021 outputs the transmission signal in the section corresponding to the time section in which the gate signal is supplied as a burst signal to the semiconductor laser 1022.

ここで、送信信号は、図3に示すフレーム構成の信号であり、外部から入力される。送信信号は、連続した信号であり、送信されるバースト信号の部分と、バースト信号の間に重畳され、送信されない固定アイドルパターンの部分とで構成される。バースト信号の部分は、送信データを含むペイロード部分にプリアンブル(以下「PA」(Preamble)という)部分が付加された構成となっている。 Here, the transmission signal is a signal having a frame configuration shown in FIG. 3, and is input from the outside. The transmission signal is a continuous signal and is composed of a portion of the burst signal to be transmitted and a portion of a fixed idle pattern superimposed between the burst signals and not transmitted. The burst signal portion has a configuration in which a preamble (hereinafter referred to as “PA” (Preamble)) portion is added to a payload portion including transmission data.

PAの部分は、位相回転量を算出する際に用いられる予め定められるL個の信号点のシンボルの固定パターンをM回繰り返したパターン(以下、このパターンをL×Mシンボルの固定パターンともいう)を含んでいる。また、PAのL×Mシンボルの固定パターン以外の部分は、例えば、後述するトレーニング信号等の固定パターンが含まれている。固定アイドルパターンの部分は、情報を含まない予め定められるパターンで全て埋められている。 The PA part is a pattern in which a predetermined fixed pattern of symbols of L signal points used when calculating the amount of phase rotation is repeated M times (hereinafter, this pattern is also referred to as a fixed pattern of L × M symbols). Includes. Further, the portion other than the fixed pattern of the L × M symbol of PA includes, for example, a fixed pattern such as a training signal described later. The part of the fixed idle pattern is completely filled with a predetermined pattern that does not include information.

L個の信号点のシンボルの固定パターンとしては、例えば、符号長2−1(nは、自然数)の擬似ランダム符号系列(PRBS(Pseudo Random Bit Sequence))等が適用される。また、Mは、固定パターンが充分な長さとなるように適宜定められる繰り返し回数であり、L個の信号点のシンボルの固定パターンが、充分な長さを有しているのであれば、M=1、すなわち繰り返しがなくてもよい。
また、ゲート信号は、外部から入力される。ゲート信号が供給される時間区間は、図3におけるバースト信号が存在する区間に対応している。ゲート信号は、間欠的に複数回供給される。そのため、ゲートスイッチ1021は、複数のバースト信号を間欠的に半導体レーザ1022に出力する。
As a fixed pattern of the symbols of the L signal points, for example, a pseudo-random code sequence (PRBS (Pseudo Random Bit Sequence)) having a code length of 2 n -1 (n is a natural number) is applied. Further, M is a number of repetitions appropriately determined so that the fixed pattern has a sufficient length, and if the fixed pattern of the symbols of the L signal points has a sufficient length, M = 1, i.e., no repetition is required.
Further, the gate signal is input from the outside. The time section in which the gate signal is supplied corresponds to the section in which the burst signal exists in FIG. The gate signal is intermittently supplied multiple times. Therefore, the gate switch 1021 intermittently outputs a plurality of burst signals to the semiconductor laser 1022.

半導体レーザ1022は、ゲートスイッチ1021が出力するバースト信号を駆動信号として、断熱チャープが支配的な領域で駆動して直接変調を行い、バースト信号を周波数変調した周波数変調光信号を生成して出力する。ここで、周波数変調光信号は、例えば、上述したCPFSK、またはDM−PSKの方式により変調された光信号である。 The semiconductor laser 1022 uses the burst signal output by the gate switch 1021 as a drive signal, drives it in a region dominated by the adiabatic chirp to perform direct modulation, and generates and outputs a frequency-modulated optical signal obtained by frequency-modulating the burst signal. .. Here, the frequency-modulated optical signal is, for example, an optical signal modulated by the above-mentioned CPFSK or DM-PSK method.

図4は、第1の実施形態における光受信器20の構成を示すブロック図である。光受信器20は、局部発振光源21、90度光ハイブリッド検波器22、AD変換器23−1〜23−2及びデジタル信号処理部24を備える。局部発振光源21は、受信信号光に干渉させる局発光を出力する。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the optical receiver 20 according to the first embodiment. The optical receiver 20 includes a local oscillation light source 21, a 90-degree optical hybrid detector 22, AD converters 23-1 to 23-2, and a digital signal processing unit 24. The local oscillation light source 21 outputs local light emission that interferes with the received signal light.

90度光ハイブリッド検波器22は、スプリッタ221−1〜221−2、π/2遅延器222、カプラ223−1〜223−2及びバランスド受信器224−1〜224−2を備える。スプリッタ221−1は、光送信器10が送信するバースト信号の周波数変調光信号を受信信号光として受光し、受光した受信信号光を分岐してカプラ223−1及び223−2に出力する。スプリッタ221−2は、局部発振光源21が出力する局発光を受光し、受光した局発光を分岐して、カプラ223−1と、π/2遅延器222に出力する。π/2遅延器222は、スプリッタ221−2が出力した局発光をπ/2分遅延させてカプラ223−2に出力する。 The 90 degree optical hybrid detector 22 includes a splitter 221-1 to 221-2, a π / 2 delayer 222, a coupler 223-1 to 223-2 and a balanced receiver 224-1 to 224-2. The splitter 221-1 receives the frequency-modulated optical signal of the burst signal transmitted by the optical transmitter 10 as the received signal light, branches the received received signal light, and outputs the received signal light to the couplers 223-1 and 223-2. The splitter 221-2 receives the local emission output from the local oscillation light source 21, branches the received local emission, and outputs the light to the coupler 223-1 and the π / 2 delay device 222. The π / 2 delayer 222 delays the local emission output by the splitter 221-2 by π / 2 and outputs it to the coupler 223-2.

カプラ223−1は、スプリッタ221−1が出力した受信信号光と、スプリッタ221−2が出力した局発光とを合波して干渉させることにより干渉光を生成し、生成した干渉光を2つの干渉光に分岐して出力する。カプラ223−2は、スプリッタ221−1が出力した受信信号光と、π/2遅延器222が出力したπ/2分遅延した局発光とを合波して干渉させることにより干渉光を生成し、生成した干渉光を2つの干渉光に分岐して出力する。 The coupler 223-1 generates interference light by merging and interfering with the received signal light output by the splitter 221-1 and the station emission output by the splitter 221-2, and produces two interference lights. It branches into interference light and outputs. The coupler 223-2 generates interference light by merging and interfering with the received signal light output by the splitter 221-1 and the station emission delayed by π / 2 minutes output by the π / 2 delayer 222. , The generated interference light is branched into two interference lights and output.

バランスド受信器224−1は、カプラ223−1が出力した2つの干渉光を電気信号に変換し、変換した電気信号の差分を同相成分、すなわちI成分として検出して出力する。バランスド受信器224−2は、カプラ223−2が出力した2つの干渉光を電気信号に変換し、変換した電気信号の差分を直交成分、すなわちQ成分として検出して出力する。AD変換器23−1は、I成分のアナログ電気信号をサンプリングしてデジタルのサンプリング信号としてデジタル信号処理部24に出力する。AD変換器23−2は、Q成分のアナログ電気信号をサンプリングしてデジタルのサンプリング信号としてデジタル信号処理部24に出力する。 The balanced receiver 224-1 converts the two interference lights output by the coupler 223-1 into an electric signal, and detects and outputs the difference between the converted electric signals as an in-phase component, that is, an I component. The balanced receiver 224-2 converts the two interference lights output by the coupler 223-2 into an electric signal, and detects and outputs the difference between the converted electric signals as an orthogonal component, that is, a Q component. The AD converter 23-1 samples the analog electric signal of the I component and outputs it to the digital signal processing unit 24 as a digital sampling signal. The AD converter 23-2 samples the analog electric signal of the Q component and outputs it to the digital signal processing unit 24 as a digital sampling signal.

デジタル信号処理部24は、AD変換器23−1及びAD変換器23−2から出力されたデジタルのサンプリング信号を入力とし、数値計算アルゴリズムを用いて受信信号を復調する。
光受信器20が行う処理は、デジタル信号処理部24が行う処理を除けば、デジタルコヒーレント伝送で用いられる一般的なホモダイン受信器と同様である。デジタル信号処理部24は、差動検波部241、位相平均算出部242、位相回転部243、トレーニング信号検出部244、タップ係数算出部245及びFIRフィルタ部246を備える。
The digital signal processing unit 24 takes the digital sampling signal output from the AD converter 23-1 and the AD converter 23-2 as an input, and demodulates the received signal using a numerical calculation algorithm.
The processing performed by the optical receiver 20 is the same as that of a general homodyne receiver used in digital coherent transmission, except for the processing performed by the digital signal processing unit 24. The digital signal processing unit 24 includes a differential detection unit 241, a phase average calculation unit 242, a phase rotation unit 243, a training signal detection unit 244, a tap coefficient calculation unit 245, and an FIR filter unit 246.

差動検波部241は、AD変換器23−1が出力したI成分のデジタルのサンプリング信号と、AD変換器23−2が出力したQ成分のデジタルのサンプリング信号とに基づいて差動検波を行ってバースト信号を復調し、復調したバースト信号のPAを位相平均算出部242に出力する。位相平均算出部242は、PAに含まれているL×Mシンボルの固定パターンのうち、R回分(ただし、R≦Mである)のL個の信号点のシンボルの固定パターンのサンプル点に対して位相平均値を算出する。 The differential detection unit 241 performs differential detection based on the digital sampling signal of the I component output by the AD converter 23-1 and the digital sampling signal of the Q component output by the AD converter 23-2. The burst signal is demodulated, and the PA of the demodulated burst signal is output to the phase average calculation unit 242. The phase average calculation unit 242 refers to the sample points of the fixed pattern of the symbols of L signal points of R times (however, R ≦ M) among the fixed patterns of the L × M symbols included in the PA. To calculate the phase average value.

位相回転部243は、位相平均算出部242が算出した位相平均値に相当する位相回転量だけ、AD変換器23−1が出力したI成分のデジタルのサンプリング信号と、AD変換器23−2が出力したQ成分のデジタルのサンプリング信号とをI−Q平面上で逆回転させる。 In the phase rotation unit 243, the digital sampling signal of the I component output by the AD converter 23-1 and the AD converter 23-2 are used for the phase rotation amount corresponding to the phase average value calculated by the phase average calculation unit 242. The output digital sampling signal of the Q component is rotated in the reverse direction on the IQ plane.

トレーニング信号検出部244は、位相回転部243が逆回転させたI成分とQ成分のサンプリング信号のPAに含まれているトレーニング信号を検出する。タップ係数算出部245は、トレーニング信号検出部244が検出したトレーニング信号をFIRフィルタ部246に与えることによりトレーニング信号の復調信号を得る。また、タップ係数算出部245は、得られた復調信号に含まれるトレーニング信号の位置が、当該トレーニング信号に対して予め定められているI−Q平面上の所定の目標値の位置に収束するように、適応的にフィードバック制御してFIRフィルタ部246の最適なタップ係数を算出する。また、タップ係数算出部245は、トレーニング信号をI−Q平面上の所定の目標値の位置に収束させて、タップ係数の最適値を求めていく過程で、LMSアルゴリズム、すなわち最小二乗法を用いる。 The training signal detection unit 244 detects the training signal included in the PA of the sampling signals of the I component and the Q component rotated in the reverse direction by the phase rotation unit 243. The tap coefficient calculation unit 245 obtains a demodulated signal of the training signal by giving the training signal detected by the training signal detection unit 244 to the FIR filter unit 246. Further, the tap coefficient calculation unit 245 makes the position of the training signal included in the obtained demodulation signal converge to the position of a predetermined target value on the IQ plane predetermined for the training signal. In addition, feedback control is adaptively performed to calculate the optimum tap coefficient of the FIR filter unit 246. Further, the tap coefficient calculation unit 245 uses the LMS algorithm, that is, the least squares method, in the process of converging the training signal to the position of a predetermined target value on the IQ plane and obtaining the optimum value of the tap coefficient. ..

FIRフィルタ部246は、タップ係数算出部245が算出した最適値のタップ係数に基づいて、I成分とQ成分のサンプリング信号をフィルタリングして復調し、復調したI成分信号とQ成分信号を出力する。 The FIR filter unit 246 filters and demodulates the sampling signals of the I component and the Q component based on the tap coefficient of the optimum value calculated by the tap coefficient calculation unit 245, and outputs the demodulated I component signal and the Q component signal. ..

ここで、位相平均算出部242による位相平均値の算出手法について説明する。上述したように、CPFSKやDM−PSK信号を差動検波した場合、局発光と受信信号光との周波数差によって受信信号コンスタレーションが位相回転する。この位相回転のために、LMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタのタップ係数の最適値計算が不安定になる。 Here, a method of calculating the phase average value by the phase average calculation unit 242 will be described. As described above, when the CPFSK or DM-PSK signal is differentially detected, the received signal constellation is phase-rotated due to the frequency difference between the station emission and the received signal light. Due to this phase rotation, the calculation of the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter using the LMS algorithm becomes unstable.

これに対して、位相平均算出部242は、差動検波部241が出力するPAに含まれているL×Mシンボルの固定パターンのうち、L×Rシンボルのサンプル点に対して、次式(15)または、次式(16)の演算を行う。なお、式(15)と式(16)のいずれを適用するかは、光受信器20ごとに予め定められている。 On the other hand, the phase average calculation unit 242 uses the following equation for the sample points of the L × R symbols among the fixed patterns of the L × M symbols included in the PA output by the differential detection unit 241. 15) Alternatively, the calculation of the following equation (16) is performed. It should be noted that which of the equation (15) and the equation (16) is applied is predetermined for each optical receiver 20.

Figure 0006767310
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式(15)及び式(16)において、iはL×Rシンボル内のi番目のサンプル点を示しており、Σは算出対象の総数Mのサンプル点の総和を算出することを示す。また、2πfTは局発光と受信信号光の周波数差によって生じるI−Q平面上での受信信号コンスタレーションの位相回転量を示している。ここで、fは、前述したように、局発光の中心周波数をf、受信信号光の中心周波数をfとした場合、f=f−fで表される。Tは、式(3)で表される差動検波に要する遅延時間である。φは、位相回転がない場合におけるi番目のサンプル点のI−Q平面上での位相を示す。 In equations (15) and (16), i indicates the i-th sample point in the L × R symbol, and Σ i indicates that the sum of the sample points of the total number M of the calculation targets is calculated. Further, 2 [pi] f m T represents the phase rotation amount of a received signal constellation on I-Q plane caused by the frequency difference local light and the reception signal light. Here, f m, as described above, the center frequency of the local light f 0, if the center frequency of the reception signal light and the f 1, is represented by f m = f 0 -f 1. T is the delay time required for the differential detection represented by the equation (3). φ i indicates the phase of the i-th sample point on the IQ plane when there is no phase rotation.

すなわち、式(15)は、オイラー標記されたサンプル点の角度部分の平均値を算出する式であり、式(16)は、オイラー標記されたサンプル点の指数関数部分の和についての偏角、すなわち角度部分を算出する式ということができる。 That is, equation (15) is an equation for calculating the average value of the angle portion of the sample points marked with Euler, and equation (16) is an argument for the sum of the exponential function portions of the sample points marked with Euler. That is, it can be said to be an equation for calculating the angle portion.

式(15)及び式(16)と、式(9)から式(12)とを比較すると、φは、π/2、π/2+4πΔft、−π/2、−π/2−4πΔftに対応することが分かる。これらのサンプル点の受信信号コンスタレーションは、上述した図18(a)に示した通りとなる。図18(a)は、I軸を境に対称となっており、また、I−Q平面上での位相は、I軸を境に正負の値をとるため、式(15)及び式(16)のφが関係する部分の平均値はゼロとなる。その結果、式(15)及び式(16)の値は、2πfTに近似し、式(15)及び式(16)のφaveを算出することにより位相回転量2πfTを求めることができる。 Comparing equations (15) and (16) with equations (9) to (12), φ i corresponds to π / 2, π / 2 + 4πΔft, −π / 2, −π / 2-4πΔft. You can see that The received signal constellation of these sample points is as shown in FIG. 18A described above. FIG. 18A is symmetrical with respect to the I-axis, and the phase on the IQ plane takes positive and negative values with the I-axis as the boundary. Therefore, the equations (15) and (16) The average value of the part related to φ i in ) is zero. As a result, the values of the equations (15) and (16) are approximated to 2πf m T, and the phase rotation amount of 2π f m T can be obtained by calculating the φ ave of the equations (15) and (16). it can.

位相回転部243が、位相平均算出部242が算出した位相回転量2πfTに基づいて、図18(b)の受信信号コンスタレーションを逆回転させることで、図18(a)の受信信号コンスタレーションが得られる。これにより、タップ係数算出部245によるLMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタ部246のタップ係数の最適値計算が不安定になるという問題を解決することができる。 Phase rotation section 243, based on the phase rotation amount 2 [pi] f m T phase average calculating unit 242 calculates, by reverse rotation of the received signal constellation in FIG. 18 (b), the received signal shown in FIG. 18 (a) Konsuta The ration is obtained. This can solve the problem that the optimum value calculation of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 using the LMS algorithm by the tap coefficient calculation unit 245 becomes unstable.

なお、L×Mシンボルの固定パターンに含まれる信号点の出現頻度のばらつきが大きくなると、図18(a)の受信信号コンスタレーションがI軸対象でなくなるため、φが関係する部分の平均値がゼロにならず、位相回転量の計算に誤差が生じる。そのため、固定パターン含まれる信号点の出現頻度は、均一か、または、ほぼ均一である必要がある。ほぼ均一の場合、φが関係する部分の平均値は、ゼロにはならないが、位相平均値の2πfTに比べて無視できる程度の誤差の均一性があればよい。また、送信信号が、2値のベースバンド信号の場合、マークの比率が1/2、または、1/2に近い信号点のパターンとしてもよい。また、位相平均算出部242は、L×Mシンボルの固定パターンのうち、R回分を用いて、位相平均値を算出するとしているが、Rの値は、R回に含まれる信号点の出現頻度が、均一か、または、ほぼ均一となるように定められる。 If the variation in the appearance frequency of the signal points included in the fixed pattern of the L × M symbol becomes large, the received signal constellation in FIG. 18A is not subject to the I-axis, so that the average value of the portion related to φ i is obtained. Does not become zero, and an error occurs in the calculation of the phase rotation amount. Therefore, the frequency of appearance of the signal points included in the fixed pattern needs to be uniform or almost uniform. In the case of substantially uniform, the average value of the portion related to φ i does not become zero, but it suffices if there is negligible error uniformity compared to the phase average value of 2 π f m T. Further, when the transmission signal is a binary baseband signal, the mark ratio may be 1/2 or a pattern of signal points close to 1/2. Further, the phase average calculation unit 242 calculates the phase average value by using the R times of the fixed patterns of the L × M symbols, but the R value is the appearance frequency of the signal points included in the R times. Is defined to be uniform or nearly uniform.

また、L個の信号点のシンボルの固定パターンとして、例えば、上述した符号長2−1の擬似ランダム符号系列を適用した場合、自然数であるnの値が小さいとマーク率が1/2に近づかない場合がある。この場合、ゼロを1つ追加して符号長を2とする等の手法を適用してもよい。また、L個の信号点のシンボルの固定パターンとして、1と0が繰り返されるパターンを適用するようにしてもよい。 Further, for example, when the above-mentioned pseudo-random code sequence having a code length of 2 n -1 is applied as a fixed pattern of symbols of L signal points, the mark rate is halved if the value of n, which is a natural number, is small. You may not get close. In this case, a method such as adding one zero to set the code length to 2 n may be applied. Further, as a fixed pattern of the symbols of L signal points, a pattern in which 1 and 0 are repeated may be applied.

また、トレーニング信号検出部244がPAから検出するトレーニング信号は、L×Mシンボルの固定パターンをトレーニング信号として適用してもよいし、L×Mシンボルの固定パターン以外の固定パターンをトレーニング信号として適用してもよい。L×Mシンボルの固定パターンをトレーニング信号とする場合、PAの部分を全てL×Mシンボルの固定パターンとしてもよい。また、L×Mシンボルの固定パターン以外の固定パターンをトレーニング信号として適用する場合、上述したように、PAの残りの区間にトレーニング信号を含めることになる。 Further, as the training signal detected from the PA by the training signal detection unit 244, a fixed pattern of the L × M symbol may be applied as a training signal, or a fixed pattern other than the fixed pattern of the L × M symbol may be applied as a training signal. You may. When the fixed pattern of the L × M symbol is used as the training signal, the entire PA portion may be used as the fixed pattern of the L × M symbol. Further, when a fixed pattern other than the fixed pattern of the L × M symbol is applied as the training signal, the training signal is included in the remaining section of the PA as described above.

(実験結果)
図7及び図8に、デジタルデータをオフラインにより信号処理した結果を示す。このデジタルデータは、信号ビットレート10.0Gbit/s、変調指数0.6の2値のCPFSK信号を実験により生成し、ホモダイン検波して得られたI成分とQ成分の各々を50GS(GigaSample)/sでサンプリングして得られたデジタルデータである。
(Experimental result)
7 and 8 show the results of signal processing of digital data offline. For this digital data, a binary CPFSK signal with a signal bit rate of 10.0 Gbit / s and a modulation index of 0.6 is experimentally generated, and each of the I component and Q component obtained by homodyne detection is 50 GS (GigaSimple). It is digital data obtained by sampling at / s.

図7(a)及び(b)は、局発光と信号光の周波数がほぼ一致している場合であり、それぞれ、差動検波した出力及びLMSアルゴリズムを適用した出力を示す図である。図7(b)に示すように、LMSアルゴリズムは、安定して動作しており、2値の信号点が明確に分離され復調が正常に行われている。 7 (a) and 7 (b) are the cases where the frequencies of the station emission and the signal light are substantially the same, and are diagrams showing the output obtained by differential detection and the output to which the LMS algorithm is applied, respectively. As shown in FIG. 7B, the LMS algorithm operates stably, and the binary signal points are clearly separated and demodulation is normally performed.

これに対して、図8(a)及び(b)は、局発光と信号光の周波数が約4GHzずれている場合の差動検波した出力及びLMSアルゴリズムを適用した出力を示す図である。図8(b)に示すように、LMSアルゴリズムの動作は不安定となり、2値の信号点が分離できず復調に失敗している。 On the other hand, FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the differentially detected output and the output to which the LMS algorithm is applied when the frequencies of the station emission and the signal light are deviated by about 4 GHz. As shown in FIG. 8B, the operation of the LMS algorithm becomes unstable, the binary signal points cannot be separated, and demodulation fails.

一方、図9は、図8(a)と同じデジタルデータに対して、本実施形態における光送受信システム100の技術を適用した場合の結果である。図9(a)に示すように、差動検波後の受信コンスタレーションの位相回転は適切に補償されている。また、図9(b)に示すように、LMSアルゴリズムを適用した出力においても、2値の信号点が明確に分離され復調が正常に行われている。 On the other hand, FIG. 9 shows the result when the technique of the optical transmission / reception system 100 of the present embodiment is applied to the same digital data as in FIG. 8A. As shown in FIG. 9A, the phase rotation of the reception constellation after differential detection is appropriately compensated. Further, as shown in FIG. 9B, even in the output to which the LMS algorithm is applied, the binary signal points are clearly separated and demodulation is normally performed.

以上のように構成された第1の実施形態における光送受信システム100によれば、光送信器10において、周波数変調部102は、半導体レーザ1022を有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が、均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として半導体レーザ1022を駆動して周波数変調光信号を生成し、ゲート信号が示す時間区間に対応する周波数変調光信号を送信する。光受信器20において、局部発振光源21は、局発光を出力する。90度光ハイブリッド検波器22は、周波数変調光信号を受信し、局発光に基づいて、周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する。AD変換器23−1及び23−2の各々は、同相成分と直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの同相成分のサンプリング信号と直交成分のサンプリング信号に変換する。デジタル信号処理部24において、差動検波部241は、同相成分と直交成分のサンプリング信号を差動検波する。位相平均算出部242は、差動検波によって得られる信号に含まれる信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する。位相回転部243は、位相平均値に基づいて、同相成分と直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる。 According to the optical transmission / reception system 100 according to the first embodiment configured as described above, in the optical transmitter 10, the frequency modulation unit 102 has a semiconductor laser 1022, and a plurality of predetermined frequencies are set for the transmission data. The frequency-modulated light is driven by driving the semiconductor laser 1022 using a transmission signal generated by adding a fixed pattern in which the appearance frequency of each signal point is uniform or almost uniform. A signal is generated and a frequency modulated optical signal corresponding to the time interval indicated by the gate signal is transmitted. In the optical receiver 20, the local oscillation light source 21 outputs local light emission. The 90-degree optical hybrid detector 22 receives the frequency-modulated optical signal, homodyne detects the frequency-modulated optical signal based on the station emission, and outputs an electric signal having an in-phase component and an orthogonal component. Each of the AD converters 23-1 and 23-2 samples each of the electric signals of the in-phase component and the orthogonal component and converts them into a digital sampling signal of the in-phase component and a sampling signal of the orthogonal component. In the digital signal processing unit 24, the differential detection unit 241 differentially detects the sampling signals of the in-phase component and the orthogonal component. The phase average calculation unit 242 calculates the phase average value based on the fixed pattern of the signal points included in the signal obtained by the differential detection. The phase rotation unit 243 reversely rotates the phases of the sampling signals of the in-phase component and the orthogonal component based on the phase mean value.

上記の構成により、局発光と周波数変調光信号とに周波数差があり、位相回転が起こっている場合であっても、各信号点の出現頻度が、均一、または、ほぼ均一である固定パターンに基づいて位相平均値を算出することで、I−Q平面上での各信号点の位相成分がゼロとなり、位相平均値が位相回転量を表すことになる。そのため、算出した位相回転量に基づいて位相を逆回転させることで、受信信号コンスタレーションの位置を受信信号光と局発光の周波数に差がない場合の位置に戻すことができる。これにより、タップ係数算出部245によるLMSアルゴリズムを用いたFIRフィルタ部246のタップ係数の適切な最適値を算出することができる。したがって、半導体レーザ1022を直接変調して生成される周波数変調光信号を、90度光ハイブリッド検波器を用いてホモダイン検波する際、差動検波した際の受信信号コンスタレーションが、信号光と局発光の周波数差によりI−Q平面上で位相回転している場合であっても信号の受信を行うことが可能となる。 With the above configuration, even when there is a frequency difference between the station emission and the frequency-modulated optical signal and phase rotation occurs, the appearance frequency of each signal point is uniform or almost uniform in a fixed pattern. By calculating the phase average value based on this, the phase component of each signal point on the IQ plane becomes zero, and the phase average value represents the amount of phase rotation. Therefore, by rotating the phase in the reverse direction based on the calculated phase rotation amount, the position of the received signal constellation can be returned to the position when there is no difference between the frequencies of the received signal light and the station emission. Thereby, an appropriate optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 using the LMS algorithm by the tap coefficient calculation unit 245 can be calculated. Therefore, when the frequency-modulated optical signal generated by directly modulating the semiconductor laser 1022 is homodyne-detected using a 90-degree optical hybrid detector, the received signal constellation at the time of differential detection is the signal light and local emission. Due to the frequency difference of, it is possible to receive a signal even when the phase is rotated on the IQ plane.

<変形例>
第1の実施形態における光送信器10は、図5のように構成されてもよい。図5は、第1の実施形態における光送信器10に替えて適用される光送信器10aの構成を示すブロック図である。光送信器10aにおいて、光送信器10と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。
<Modification example>
The optical transmitter 10 in the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter 10a applied in place of the optical transmitter 10 in the first embodiment. In the optical transmitter 10a, the same configurations as those of the optical transmitter 10 are designated by the same reference numerals, and different configurations will be described below.

光送信器10aは、周波数変調部102aを備える。周波数変調部102aは、半導体レーザ1022及び半導体光増幅器1023を備える。半導体光増幅器1023は、ゲート信号を受け、ゲート信号により駆動電流を変化させて利得を増加減少させて、半導体レーザ1022が出力する連続した周波数変調光信号のうちゲート信号が示す時間区間に対応する周波数変調光信号を出力する。ゲート信号が供給される時間区間は、図3におけるバースト信号が存在する区間に対応している。ゲート信号は、間欠的に複数回供給されるため、半導体光増幅器は、複数のバースト信号を間欠的に出力する。 The optical transmitter 10a includes a frequency modulation unit 102a. The frequency modulation unit 102a includes a semiconductor laser 1022 and a semiconductor optical amplifier 1023. The semiconductor optical amplifier 1023 receives the gate signal, changes the drive current by the gate signal to increase or decrease the gain, and corresponds to the time interval indicated by the gate signal in the continuous frequency-modulated optical signal output by the semiconductor laser 1022. Outputs a frequency-modulated optical signal. The time section in which the gate signal is supplied corresponds to the section in which the burst signal exists in FIG. Since the gate signal is intermittently supplied a plurality of times, the semiconductor optical amplifier intermittently outputs a plurality of burst signals.

図2に示す光送信器10では、バースト信号を駆動信号として半導体レーザ1022を駆動して直接変調しているため、バースト信号の立ち上がりにおいて、半導体レーザ1022の出力波長が大きくドリフトする場合がある。これに対して、図5に示す光送信器10aでは、バースト信号によって半導体レーザ1022を駆動させず、連続した送信信号によって駆動させるため、半導体レーザ1022の出力波長が安定する。そのため、光送信器10aは、高密度の波長間隔で光信号を多重する場合等に好適である。 In the optical transmitter 10 shown in FIG. 2, since the semiconductor laser 1022 is driven and directly modulated by using the burst signal as a drive signal, the output wavelength of the semiconductor laser 1022 may drift significantly at the rising edge of the burst signal. On the other hand, in the optical transmitter 10a shown in FIG. 5, since the semiconductor laser 1022 is not driven by the burst signal but is driven by the continuous transmission signal, the output wavelength of the semiconductor laser 1022 is stable. Therefore, the optical transmitter 10a is suitable for multiplexing optical signals at high-density wavelength intervals.

また、第1の実施形態における光受信器20は、図6のように構成されてもよい。図6は、第1の実施形態における光受信器20に替えて適用される光受信器20aの構成を示すブロック図である。光受信器20aにおいて、光受信器20と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。光受信器20aは、局部発振光源21、90度光ハイブリッド検波器22、AD変換器23−1〜23−2及びデジタル信号処理部24aを備える。デジタル信号処理部24aは、差動検波部241、位相平均算出部242、位相回転部243、タップ係数算出部245a及びFIRフィルタ部246を備える。
タップ係数算出部245aは、I−Q平面上の予め定められる所定の信号点を目標値として収束させてタップ係数の最適値を算出する。
Further, the optical receiver 20 in the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an optical receiver 20a applied in place of the optical receiver 20 in the first embodiment. In the optical receiver 20a, the same configurations as those of the optical receiver 20 are designated by the same reference numerals, and different configurations will be described below. The optical receiver 20a includes a local oscillation light source 21, a 90-degree optical hybrid detector 22, AD converters 23-1 to 23-2, and a digital signal processing unit 24a. The digital signal processing unit 24a includes a differential detection unit 241, a phase average calculation unit 242, a phase rotation unit 243, a tap coefficient calculation unit 245a, and an FIR filter unit 246.
The tap coefficient calculation unit 245a calculates the optimum value of the tap coefficient by converging a predetermined signal point on the IQ plane as a target value.

タップ係数算出部245aは、位相回転部243が逆回転させたI成分とQ成分のサンプリング信号をFIRフィルタ部246に与えることによりサンプリング信号の復調信号を得る。タップ係数算出部245aは、復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置、すなわちサンプル点が、いずれの信号点を目標とするかを特定するため、I−Q平面上におけるサンプル点の位置と、予め定められる複数の所定の信号点の位置との間の距離を算出する。 The tap coefficient calculation unit 245a obtains a demodulated signal of the sampling signal by giving the sampling signals of the I component and the Q component rotated in the reverse direction by the phase rotation unit 243 to the FIR filter unit 246. The tap coefficient calculation unit 245a identifies the position of the sampling signal included in the demodulated signal on the IQ plane, that is, which signal point the sample point targets, so that the sample on the IQ plane is sampled. The distance between the position of the point and the position of a plurality of predetermined signal points is calculated.

タップ係数算出部245aは、算出した距離に基づいて、サンプル点の位置に、最も近距離の所定の信号点を、当該サンプル点の目標値の位置として選択する。タップ係数算出部245aは、サンプル点が、選択した目標値の位置に収束するように、LMSアルゴリズム、すなわち最小二乗法を適用して、適応的にフィードバック制御し、FIRフィルタ部246のタップ係数の最適値を算出する。 Based on the calculated distance, the tap coefficient calculation unit 245a selects a predetermined signal point at the shortest distance to the position of the sample point as the position of the target value of the sample point. The tap coefficient calculation unit 245a applies the LMS algorithm, that is, the least squares method, and adaptively feedback-controls the sample points so that the sample points converge to the position of the selected target value, and the tap coefficient of the FIR filter unit 246 is controlled. Calculate the optimum value.

図4に示す光受信器20では、タップ係数算出部245が、トレーニング信号検出部244が検出したトレーニング信号に基づいてFIRフィルタ部246のタップ係数の最適値を算出している。トレーニング信号は、I−Q平面上のいずれの位置に収束するのかが既知であるため、比較的短時間で最適値の算出を行うことができる。その反面、トレーニング信号検出部244によるトレーニング検出に要求される時間位置精度が非常に高いため、この精度を実現するためのデジタル信号処理部24における信号処理回路に多大なリソースが要求される。これに対して、光受信器20aのタップ係数算出部245aは、トレーニング信号を用いずにタップ係数の最適値の算出を行っている。当該手法では、距離計算を行う分だけ最適値の算出に要する時間が増加するが、トレーニング信号を用いないため、デジタル信号処理部24aにおける信号処理回路の規模を光受信器20のデジタル信号処理部24よりも小さくすることができる。 In the optical receiver 20 shown in FIG. 4, the tap coefficient calculation unit 245 calculates the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit 246 based on the training signal detected by the training signal detection unit 244. Since it is known at which position on the IQ plane the training signal converges, the optimum value can be calculated in a relatively short time. On the other hand, since the time position accuracy required for training detection by the training signal detection unit 244 is very high, a large amount of resources are required for the signal processing circuit in the digital signal processing unit 24 to realize this accuracy. On the other hand, the tap coefficient calculation unit 245a of the optical receiver 20a calculates the optimum value of the tap coefficient without using the training signal. In this method, the time required to calculate the optimum value increases by the amount of distance calculation, but since the training signal is not used, the scale of the signal processing circuit in the digital signal processing unit 24a is adjusted to the scale of the digital signal processing unit of the optical receiver 20. It can be smaller than 24.

ONU1が備える光送信器10,10aと、OLT2が備える光受信器20,20aとの組み合わせは例えば、光送信器10と光受信器20、光送信器10と光受信器20a、光送信器10aと光受信器20、光送信器10aと光受信器20aのいずれの組み合わせで光送受信システム100が構成されてもよい。 The combination of the optical transmitters 10 and 10a included in the ONU1 and the optical receivers 20 and 20a included in the OLT 2 is, for example, an optical transmitter 10 and an optical receiver 20, an optical transmitter 10 and an optical receiver 20a, and an optical transmitter 10a. The optical transmitter / receiver system 100 may be configured by any combination of the optical receiver 20, the optical transmitter 10a, and the optical receiver 20a.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、光送受信システムの構成のうち光送信器の構成が第1の実施形態における光送受信システム100と異なる。
図10は、本発明の第2の実施形態における光送信器10bの構成を示すブロック図である。光送信器10bは、周波数変調部102bを備える。周波数変調部102bは、半導体レーザ1022、半導体光増幅器1023及び電界吸収型変調器1024を備える。光送信器10bは、図5に示した第1の実施形態の光送信器10aの構成に対して、電界吸収型変調器1024を新たに備えた構成である。光送信器10aと同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。なお、以下の説明では、電界吸収型変調器1024をEA(Electro Absorption)変調器1024と記載する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the configuration of the optical transmitter among the configurations of the optical transmission / reception system is different from that of the optical transmission / reception system 100 in the first embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the optical transmitter 10b according to the second embodiment of the present invention. The optical transmitter 10b includes a frequency modulation unit 102b. The frequency modulation unit 102b includes a semiconductor laser 1022, a semiconductor optical amplifier 1023, and an electric field absorption type modulator 1024. The optical transmitter 10b is a configuration in which an electric field absorption type modulator 1024 is newly provided in addition to the configuration of the optical transmitter 10a of the first embodiment shown in FIG. The same configurations as those of the optical transmitter 10a are designated by the same reference numerals, and different configurations will be described below. In the following description, the electric field absorption type modulator 1024 will be referred to as an EA (Electro Absorption) modulator 1024.

光送信器10及び光送信器10aにおいて、半導体レーザ1022が、駆動電流にしたがって直接変調を行うと、出力光キャリア周波数だけでなく、強度も同時に変調される。そのため、図14(a)のような理想的な周波数変調は行われず、図14(b)に示すような高周波側に偏移するマークと、低周波側に偏移するスペースの間に強度差が生じることになる。 In the optical transmitter 10 and the optical transmitter 10a, when the semiconductor laser 1022 directly modulates according to the drive current, not only the output optical carrier frequency but also the intensity is modulated at the same time. Therefore, the ideal frequency modulation as shown in FIG. 14A is not performed, and the intensity difference between the mark that shifts to the high frequency side as shown in FIG. 14B and the space that shifts to the low frequency side. Will occur.

上記の式(15)及び式(16)により、受信コンスタレーションの位相回転量を正確に求めるためには、サンプル点がI−Q平面上で同一半径の円周上に存在している必要がある。そのため、図14(b)に示すマークとスペースの強度差が、大きくなっている場合、位相回転量の計算に誤差が生じることになる。 In order to accurately determine the phase rotation amount of the received constellation according to the above equations (15) and (16), the sample points must exist on the circumference of the same radius on the IQ plane. is there. Therefore, if the difference in strength between the mark and the space shown in FIG. 14B is large, an error will occur in the calculation of the phase rotation amount.

図10に示す光送信器10bでは、EA変調器1024を用いることにより光強度差の均一化を行う。光送信器10bにおいて、同一の送信信号、すなわち2値のデジタルベースバンド信号が半導体レーザ1022とEA変調器1024とに外部から入力される。EA変調器1024は、入力した送信信号を制御信号として半導体レーザ1022が出力する周波数変調光信号に対して強度変調を行う。 In the optical transmitter 10b shown in FIG. 10, the difference in light intensity is made uniform by using the EA modulator 1024. In the optical transmitter 10b, the same transmission signal, that is, a binary digital baseband signal is input to the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024 from the outside. The EA modulator 1024 performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal output by the semiconductor laser 1022 using the input transmission signal as a control signal.

図11は、半導体レーザ1022に与える駆動信号の電流値(以下「駆動電流」という)と出力光強度との関係を示すグラフである。駆動電流の印加部に電気抵抗を設ければ、電流の代わりに電圧で駆動すること可能であるため、横軸が駆動電圧の場合も併記している。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the current value of the drive signal given to the semiconductor laser 1022 (hereinafter referred to as “drive current”) and the output light intensity. If an electric resistance is provided in the part where the drive current is applied, it is possible to drive with a voltage instead of the current. Therefore, the case where the horizontal axis is the drive voltage is also described.

図11(a)に示すように、駆動電流が正の方向に増加する場合、半導体レーザ1022の出力光強度が増加する。また、図11(b)に示すように、駆動電流が負の方向に増加する場合、半導体レーザ1022の出力光強度が増加する。したがって、いずれの場合においても、2値のデジタルベースバンド信号で直接変調すれば、周波数変調とともに不要な強度変調成分が生じることが分かる。これを換言すると、図11(a)に示す駆動電流が正の方向に増加する場合、送信信号の特性に対して同一方向の特性の強度変調成分が生じることになる。図11(b)に示す駆動電流が負の方向に増加する場合、特性は反転し、送信信号の特性に対して逆方向の特性の強度変調成分が生じることになる。 As shown in FIG. 11A, when the drive current increases in the positive direction, the output light intensity of the semiconductor laser 1022 increases. Further, as shown in FIG. 11B, when the drive current increases in the negative direction, the output light intensity of the semiconductor laser 1022 increases. Therefore, in any case, it can be seen that if the binary digital baseband signal is directly modulated, an unnecessary intensity modulation component is generated together with the frequency modulation. In other words, when the drive current shown in FIG. 11A increases in the positive direction, an intensity modulation component having characteristics in the same direction as the characteristics of the transmitted signal is generated. When the drive current shown in FIG. 11B increases in the negative direction, the characteristics are inverted and an intensity modulation component having characteristics in the opposite direction to the characteristics of the transmitted signal is generated.

図12は、EA変調器1024における制御信号の電圧と透過強度特性の関係を示すグラフである。図12(a)に示すように、制御信号の電圧が正の方向に増加する場合、EA変調器1024の透過強度特性は減少する。これに対して、図12(b)に示すように、制御信号の電圧が負の方向に増加する場合、EA変調器1024の透過強度特性は減少する。これを換言すると、図12(a)に示す制御信号の電圧が正の方向に増加する場合、印加信号電圧と符号が反転した強度変調が行われる。図12(b)に示す制御信号の電圧が負の方向に増加する場合、印加信号電圧と同一符号の強度変調が行われる。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the voltage of the control signal and the transmission intensity characteristic in the EA modulator 1024. As shown in FIG. 12A, when the voltage of the control signal increases in the positive direction, the transmission intensity characteristic of the EA modulator 1024 decreases. On the other hand, as shown in FIG. 12B, when the voltage of the control signal increases in the negative direction, the transmission intensity characteristic of the EA modulator 1024 decreases. In other words, when the voltage of the control signal shown in FIG. 12A increases in the positive direction, intensity modulation in which the applied signal voltage and the sign are inverted is performed. When the voltage of the control signal shown in FIG. 12B increases in the negative direction, intensity modulation having the same sign as the applied signal voltage is performed.

したがって、図11(a)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(a)の特性を有するEA変調器1024を組み合わせることにより、半導体レーザ1022において生じる不要な強度変調成分をEA変調器1024において除去することができる。また、図11(b)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(b)の特性を有するEA変調器1024を組み合わせても同様の効果が得られることになる。 Therefore, by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics of FIG. 11 (a) and the EA modulator 1024 having the characteristics of FIG. 12 (a), unnecessary intensity modulation components generated in the semiconductor laser 1022 are transferred to the EA modulator 1024. Can be removed. Further, the same effect can be obtained by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11B and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG. 12B.

以上のように構成された第2の実施形態における光送受信器によれば、光送信器10bは、駆動信号に対する半導体レーザ1022が出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有するEA変調器1024を備えており、EA変調器1024は、入力された送信信号に基づいて、周波数変調光信号に対して強度変調を行う。 According to the optical transmitter / receiver in the second embodiment configured as described above, the optical transmitter 10b transmits in the opposite direction to the change characteristic of the intensity of the optical signal output by the semiconductor laser 1022 with respect to the drive signal. The EA modulator 1024 having an intensity change characteristic is provided, and the EA modulator 1024 performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on the input transmission signal.

誘電体多層膜等の光フィルタを用いて、マークとスペースの強度を均一化する手法も存在するが、半導体とは異なる部材を用いるため、この手法では、光部品をモノリシック集積により小型化することができない。これに対して第2の実施形態の光送信器10b,10cでは、EA変調器1024というモノリシック集積可能な光部品を用いてマークとスペースの光強度を均一化することで、小型かつ経済的な構成により変調信号の受信感度を向上させることができる。また、第2の実施形態の光送信器10b,10cの構成は、上記InP変調器を用いた場合と比べると、必要となる光デバイスの数は同じであるが、EA変調器1024は、汎用光デバイスであり、現時点では、InP変調器よりもはるかに安価である。 There is also a method of making the intensity of marks and spaces uniform by using an optical filter such as a dielectric multilayer film, but since a member different from a semiconductor is used, this method requires miniaturization of optical components by monolithic integration. I can't. On the other hand, in the optical transmitters 10b and 10c of the second embodiment, the light intensity of the mark and the space is made uniform by using the EA modulator 1024, which is an optical component capable of monolithic integration, so that the light intensity is compact and economical. Depending on the configuration, the reception sensitivity of the modulated signal can be improved. Further, the configuration of the optical transmitters 10b and 10c of the second embodiment requires the same number of optical devices as compared with the case where the InP modulator is used, but the EA modulator 1024 is a general-purpose EA modulator. It is an optical device and is currently much cheaper than an InP modulator.

<変形例>
第2の実施形態における光送信器10bは、図13のように構成されてもよい。図13は、第2の実施形態における光送信器10bに替えて適用される光送信器10cの構成を示すブロック図である。光送信器10cは、周波数変調部102cを備える。周波数変調部102cは、半導体レーザ1022、半導体光増幅器1023及びEA変調器1024(図13では、電界吸収型変調器1024)を備える。光送信器10cは、図10に示した光送信器10bの構成に対して、EA変調器1024に入力される制御信号が送信信号の極性を逆にした制御信号である点が異なる。光送信器10bと同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。送信信号、すなわち2値のデジタルベースバンド信号が半導体レーザ1022に外部から入力され、当該送信信号の極性を逆にした制御信号がEA変調器1024に外部から入力される。
<Modification example>
The optical transmitter 10b in the second embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an optical transmitter 10c applied in place of the optical transmitter 10b in the second embodiment. The optical transmitter 10c includes a frequency modulation unit 102c. The frequency modulation unit 102c includes a semiconductor laser 1022, a semiconductor optical amplifier 1023, and an EA modulator 1024 (in FIG. 13, the electric field absorption type modulator 1024). The optical transmitter 10c is different from the configuration of the optical transmitter 10b shown in FIG. 10 in that the control signal input to the EA modulator 1024 is a control signal in which the polarity of the transmission signal is reversed. The same configurations as those of the optical transmitter 10b are designated by the same reference numerals, and different configurations will be described below. A transmission signal, that is, a binary digital baseband signal is input to the semiconductor laser 1022 from the outside, and a control signal in which the polarity of the transmission signal is reversed is input to the EA modulator 1024 from the outside.

光送信器10cは、駆動信号に対する半導体レーザ1022が出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度の変化特性を有するEA変調器1024を備えており、EA変調器1024は、入力された送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、周波数変調光信号に対して強度変調を行う。これにより、半導体レーザ1022を直接変調した際に生じる強度変調成分をEA変調器1024により除去することができる。 The optical transmitter 10c includes an EA modulator 1024 having a characteristic of changing the transmission intensity in the same direction with respect to a characteristic of changing the intensity of the optical signal output by the semiconductor laser 1022 with respect to the drive signal, and the EA modulator 1024 is , Intensity modulation is performed on the frequency-modulated optical signal based on the signal in which the polarity of the input transmission signal is inverted. As a result, the intensity modulation component generated when the semiconductor laser 1022 is directly modulated can be removed by the EA modulator 1024.

光送信器10cにおいて、適用する半導体レーザ1022とEA変調器1024の特性の組み合わせは、図11(a)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(b)の特性を有するEA変調器1024とを組み合わせることになる。また、別の組み合わせとして、図11(b)の特性を有する半導体レーザ1022と、図12(a)の特性を有するEA変調器1024とを組み合わせても同様の効果が得られることになる。 The combination of the characteristics of the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024 applied in the optical transmitter 10c is the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11 (a) and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG. 12 (b). Will be combined. Further, as another combination, the same effect can be obtained by combining the semiconductor laser 1022 having the characteristics shown in FIG. 11B and the EA modulator 1024 having the characteristics shown in FIG. 12A.

また、一般に、高速信号を扱うシステムでは互いに極性の異なるデジタルベースバンド信号、すなわち差動信号が用いられることが多く、このような場合に、光送信器10cを適用することが好適である。 Further, in general, in a system that handles high-speed signals, digital baseband signals having different polarities, that is, differential signals are often used, and in such a case, it is preferable to apply the optical transmitter 10c.

また、光送信器10b及び10cにおいて、半導体光増幅器1023をEA変調器1024の後に接続しているが、半導体レーザ1022とEA変調器1024との間に接続するようにしてもよい。 Further, in the optical transmitters 10b and 10c, although the semiconductor optical amplifier 1023 is connected after the EA modulator 1024, it may be connected between the semiconductor laser 1022 and the EA modulator 1024.

<第1の実施形態及び第2の実施形態に共通する変形例>
上記の第1及び第2の実施形態では、送信信号として、主に、2値のデジタルベースバンド信号を適用する例について説明しているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限ら得ない。N値(Nは、3以上の整数)のデジタルベースバンド信号を用いて、N値のCPFSK信号またはDM−PSK信号を生成する構成としてもよい。
上記の第1及び第2の実施形態では、光送受信システム100をPONシステムに適用する構成を示したが、光送受信システム100はその他の光伝送システムに適用されてもよい。
<Modification example common to the first embodiment and the second embodiment>
In the first and second embodiments described above, an example in which a binary digital baseband signal is mainly applied as a transmission signal is described, but the configuration of the present invention may be limited to the embodiment. Absent. A digital baseband signal having an N value (N is an integer of 3 or more) may be used to generate an N value CPFSK signal or a DM-PSK signal.
In the first and second embodiments described above, the configuration in which the optical transmission / reception system 100 is applied to the PON system is shown, but the optical transmission / reception system 100 may be applied to other optical transmission systems.

10、10a、10b、10c…光送信器,102、102a、102b、102c…周波数変調部,1021…ゲートスイッチ,1022…半導体レーザ,1023…半導体光増幅器,1024…電界吸収型変調器,20、20a…光受信器,21…局部発振光源,22…90度光ハイブリッド検波器,221−1、221−2…スプリッタ,222…π/2遅延器,223−1、223−2…カプラ,224−1、224−2…バランスド受信器,23−1、23−2…AD変換器,24…デジタル信号処理部,241…差動検波部,242…位相平均算出部,243…位相回転部,244…トレーニング信号検出部,245、245a…タップ係数算出部,246…FIRフィルタ部 10, 10a, 10b, 10c ... Optical transmitter, 102, 102a, 102b, 102c ... Frequency modulator, 1021 ... Gate switch, 1022 ... Semiconductor laser, 1023 ... Semiconductor optical amplifier, 1024 ... Electric field absorption type modulator, 20, 20a ... Optical receiver, 21 ... Local oscillation light source, 22 ... 90 degree optical hybrid detector, 221-1, 221-2 ... Splitter, 222 ... π / 2 delayer, 223-1, 223-2 ... Coupler, 224 -1, 224-2 ... Balanced receiver, 23-1, 23-2 ... AD converter, 24 ... Digital signal processing unit, 241 ... Differential detector, 242 ... Phase average calculation unit, 243 ... Phase rotation unit , 244 ... Training signal detection unit, 245, 245a ... Tap coefficient calculation unit, 246 ... FIR filter unit

Claims (4)

光信号を送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを備える光送受信システムであって、
前記光送信器は、
半導体レーザを有し、送信データに対して、予め定められる複数の信号点の固定パターンであって各信号点の出現頻度が均一、または、ほぼ均一である固定パターンを付加して生成された送信信号を駆動信号として前記半導体レーザを駆動して周波数変調光信号を生成して送信する周波数変調部、
を備え、
前記光受信器は、
局部発振光を出力する局部発振光源と、
前記周波数変調光信号を受信し、前記局部発振光に基づいて、前記周波数変調光信号をホモダイン検波して、同相成分と直交成分の電気信号を出力する90度光ハイブリッド検波器と、
前記同相成分と前記直交成分の電気信号の各々をサンプリングしてデジタルの前記同相成分のサンプリング信号と前記直交成分のサンプリング信号に変換するAD変換器と、
前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を差動検波する差動検波部と、
差動検波によって得られる信号に含まれる前記信号点の固定パターンに基づいて、位相平均値を算出する位相平均算出部と、
前記位相平均値に基づいて、前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号の位相を逆回転させる位相回転部と、
を備える光送受信システム。
An optical transmission / reception system including an optical transmitter for transmitting an optical signal and an optical receiver for receiving the optical signal.
The optical transmitter
Transmission generated by having a semiconductor laser and adding a fixed pattern of a plurality of predetermined signal points to the transmission data in which the appearance frequency of each signal point is uniform or almost uniform. A frequency modulation unit that drives the semiconductor laser using a signal as a drive signal to generate and transmit a frequency-modulated optical signal.
With
The optical receiver
A locally oscillating light source that outputs locally oscillating light,
A 90-degree optical hybrid detector that receives the frequency-modulated optical signal, homodyne-detects the frequency-modulated optical signal based on the locally oscillated light, and outputs an electric signal having an in-phase component and an orthogonal component.
An AD converter that samples each of the electrical signals of the in-phase component and the orthogonal component and converts them into a digital sampling signal of the in-phase component and a sampling signal of the orthogonal component.
A differential detection unit that differentially detects sampling signals of the in-phase component and the orthogonal component,
A phase average calculation unit that calculates a phase average value based on a fixed pattern of the signal points included in the signal obtained by differential detection, and a phase average calculation unit.
A phase rotating unit that reversely rotates the phases of the sampling signals of the in-phase component and the orthogonal component based on the phase mean value.
Optical transmission / reception system.
前記周波数変調部は、
前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、逆方向の透過強度の変化特性を有する電界吸収型光変調器を備え、
前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う、請求項1に記載の光送受信システム。
The frequency modulator
An electric field absorption type optical modulator having a change characteristic of transmission intensity in the opposite direction with respect to a change characteristic of the intensity of an optical signal output by the semiconductor laser with respect to the drive signal is provided.
The optical transmission / reception system according to claim 1, wherein the electric field absorption type optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on the transmission signal.
前記周波数変調部は、前記駆動信号に対する前記半導体レーザが出力する光信号の強度の変化特性に対して、同一方向の透過強度特性を有する電界吸収型光変調器を備え、
前記電界吸収型光変調器は、前記送信信号の極性を反転させた信号に基づいて、前記周波数変調光信号に対して強度変調を行う、請求項1に記載の光送受信システム。
The frequency modulator includes an electric field absorption type optical modulator having a transmission intensity characteristic in the same direction with respect to a change characteristic of the intensity of an optical signal output by the semiconductor laser with respect to the drive signal.
The optical transmission / reception system according to claim 1, wherein the electric field absorption type optical modulator performs intensity modulation on the frequency-modulated optical signal based on a signal in which the polarity of the transmission signal is inverted.
前記光受信器は、
タップ係数に基づいてフィルタリングを行うFIRフィルタ部と、
前記位相回転部が逆回転した前記同相成分と前記直交成分のサンプリング信号を前記FIRフィルタ部に与えて復調信号を得て、前記復調信号に含まれるサンプリング信号のI−Q平面上での位置と、予め定められる収束の目標値となる複数の所定の信号点の前記I−Q平面上での位置とに基づいて距離を算出し、算出した距離に基づいて、前記サンプリング信号が、最も近い前記所定の信号点に収束するように前記FIRフィルタ部のタップ係数の最適値を算出するタップ係数算出部と、
をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の光送受信システム。
The optical receiver
FIR filter unit that performs filtering based on tap coefficient,
A sampling signal of the in-phase component and the orthogonal component in which the phase rotating section is rotated in the reverse direction is given to the FIR filter section to obtain a demodulating signal, and the position of the sampling signal included in the demodulating signal on the IQ plane , The distance is calculated based on the positions of a plurality of predetermined signal points serving as predetermined convergence target values on the IQ plane, and the sampling signal is the closest based on the calculated distance. A tap coefficient calculation unit that calculates the optimum value of the tap coefficient of the FIR filter unit so as to converge to a predetermined signal point, and a tap coefficient calculation unit.
The optical transmission / reception system according to any one of claims 1 to 3, further comprising.
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