JP2527768B2

JP2527768B2 - 光ｆｓｋ復調器

Info

Publication number: JP2527768B2
Application number: JP62268009A
Authority: JP
Inventors: エドワードキャロルジョン; ウオルカーニゲル
Original assignee: ジーピーティーリミテッド
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: AU602015B2; GB8625416D0; DE3783320D1; DE3783320T2; US4887314A; GB2198904A; JPS63164542A; AU8011487A; GB2198904B; EP0265278A3; EP0265278A2; GB8724860D0; EP0265278B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は周波数偏移キー（FSK）光伝送の復調の改良
またはそれに関連すること関する。

コヒーレント光通信システムは、直接検波ステムより
高い実用的な受信感度ならびにより高い波長選択度を提
供する。これらの利点は、局部発振器および信号レーザ
のきびしい安定性要求を犠牲にして得られる。見積りに
よれば、組み合わされた局部発振器および送信機レーザ
のライン幅はPSKシステム用のビツト・レートの0.5％未
満でなければならないが、これは非同期ASKおよびFSKヘ
テロダイン・システムでは10〜30％まで緩和される。周
波数偏移キー（FSK）はこの見地から魅力的であるとと
もに、それが駆動電流を介して送信機注入レーザの直接
変調を可能にするので魅力的である。FSKシステムの大
きな欠点によりこれまでは、ベースバンド・データの帯
域幅の４倍を有する受信器が必要とされた。

直接FSK復調では、光周波数変調された信号は光周波
数弁別器を用いて復調される。光FSKシステムでは直接
検波は基本かつ簡単な構造であるが、それは受信信号の
電力レベルにどんな改良をももたらさない。

在来のFSKヘテロダイン・システム（第１図）では、F
SK送信機からの光信号は光および電気復調の２段階で復
調される。送信ビームは局部発振器３からのビームと結
合されて、２乗検波器５によつてIF信号に変換される。
これは電気IF信号を作り、この信号は次に７で増幅され
かつフイルタされる。それはさらにRF周波数弁別器９に
よりベースバンド信号に復調され、またIF信号はベース
バンド・フイルタを介して送られる。したがつて局部発
振レーザ３の周波数を制御するために、弁別器９に続く
帰還ループ増幅器13を含むのが普通である。ベースバン
ド・データの４倍の受信増幅器用の帯域幅がこのシステ
ムでは普通である。

１つの別法は、上下信号音の間にカツトオフ中間道を
持つ単一フイルタ・エンベロープ検波器を使用すること
である。サイトーらの「半導体レーザを用いる光FSKヘ
テロダイン・システムのS/Nおよび誤差率評価」、IEEE
ジヤーナル・オブ・クオンタム・エレクトロン、1983QE
−19、第180頁〜第193頁参照。これはさらに帯域幅減少
の利点を有するが、信号感度の3dB損失という犠牲を払
つている。

本発明は１つの別法、すなわち帯域幅を減少させるが
対応する感度損失のないFSK復調器、を提供するように
されている。

かくて本発明により、下記を含む周波数偏移キー（FS
K）信号復調器が提供される：信号音間の周波数中間道のコヒーレント光基準信号を
供給する局部発振器；局部発振器に結合され、入力信号に応動して、その出
力端子に基準信号と入力信号との組合せを供給する光多
端子接続部と；多端子接続部の出力端子と共動し、そこに向けられた
組合せ光信号に応じてビート周波数で複数個の位相ダイ
バース電気信号をつくる検波装置と；そして、検波装置と共動し、前記電気信号の進み／遅れ位相関
係により定められる振幅を有する復調信号を作る位相弁
別装置。

上記の位相弁別装置は同期または非同期のいずれでも
よい。後者は周波数ロツク回路を必要とせず、したがつ
て安価に作られ、設計が簡単であるので好適である。こ
の後者の場合、弁別は混合またはエンベロープ検波のい
ずれかを意味することがある。

前述の多端子検波では、信号および局部発器は多端子
接続部で組み合わされて、一般に２個より多い出力を作
る。それらが適当な位相ダイバーシチと組み合わされる
ならば、それらの相対位相および振幅を定めることがで
きる。強力な局部発振器の制限内で、出力端子に作られ
る光電流は局部発振電力による大きな定数の項とは別
に、多端子により導かれる位相ダイバーシチによつて定
められる方向の信号複合振幅の成分に比例するようにな
る。対称結合での３×３多端子実施例では、３つの光電
流は下記で示される３つの信号Ａ、ＢおよびＣを供給す
る。

Ａ＝a_scos（θ）；Ｂ＝a_scos（θ＋２π/3）；およびＣ＝a_scos（θ−２π/3）；ただしa_sは信号振幅、θは局部発振器および光基準面
の選択によるゼロ・セツトに関する信号の位相である。
平衡式４×４多端子実施例では、検出器は局部発振器に
関する信号の同相成分と直角位相成分を与えるように相
補対が組み合わされる４つの光電流を供給する。

これらの成分はＩおよびＱとして次のように書かれ
る：Ｉ＝a_scos（θ）；およびＱ＝a_ssin（θ）。

Ａ、ＢおよびＣまたはＩおよびＱの測定は、局部発振
器に関する信号の複合振幅、すなわちa_sおよびθの完全
な知識を与える。ここで局部発振器および信号が独立し
ている場合は、θはそれらの間のビート周波数で変化す
る。このヘテロダイン検波方式では、θはかくてこの中
間周波数（IF）で回転する。FSKによる多端子検波の利
点は、θのこの回転の方向を観測することによつて正負
中間周波数を区別し得ることである。光局部発振周波は
２つの信号音の中間にセツトされるので、この回転方向
は送信データの区別を与える。２つの信号音の間隔が最
小である場合は、各検波器の所要帯域幅はおのおの在来
のFSK検波で要した基本帯域幅の４倍ではなく、２倍で
ある。この帯域幅の減少が高ビツト・レート方式で重要
なのは、帯域幅が大きいと低雑音前置増幅器を得るのが
困難だからである。この多端子法は、前述の減少帯域幅
の単一フイルタ検出システムに固有な3dB感度損失を受
けない利点をも備えている。

本発明をより良く理解することがでるように、その実
施例を付図の第２図〜第６図についてこれから詳しく説
明する。下記の説明は例としてのみ与えられる。

４×４多端子接続法が第２図および第３図に示されて
いる。例えば第２図に示される通り、光フアイバ構造の
４×４平衡式多端子接続15を使用するのが好都合であ
る。この接続15は４個の２×２フアイバ結合器17,19,21
および23のネツトワークを含む。このネツトワークの２
個のアームに、可変位相遅延ユニツト25および27が挿入
されて、必要なバランスを得る位相の調節を可能にす
る。他の２個のアームにも、１対の成極制御器29および
31が挿入されている。局部発振器、すなわちレーザ３
は、基準信号源として作用するように多端子接続部15の
１つの入力端子に接続されている。FSK送信機からの入
力光信号I/Pは、もう１つの適当な入力端子に結合され
る。残りの２つの入力端子は使用されない。入力および
基準光信号の異なる位相の組合せは、接続部15の出力に
隣接するホトダイオード33,35,37および39に向けられ
る。

この実施例の電気処理部分は第３図に示されている。
この最も簡単な配列において、信号P₁とP₂、およびP₃と
P₄の相補対が差増幅器41,43によつて減算され、同相お
よび直角位相の信号ＩならびにＱが作られる。直角位相
信号Ｑは同相信号よりも進相であるか遅相である。これ
はFSK変調された光信号の周波数偏移、すなわち上下い
ずれかの周波数音状態に左右される。同相および直角位
相信号ＩならびにＱは次に位相弁別器、すなわち混合器
45によつて比較され、生じたデコード信号はベースバン
ド・フイルタ47を介して出力O/Pに送られる。

第４図に示される別の配列では、位相弁別は図示のエ
ンベロープ検波器によつて得られる。各信号、すなわち
同相信号Ｉおよび直角位相信号Ｑはπ/2位相遅延（中間
周波数）構成部品49,51を介して、対応する加算接続点5
3,55に送られ、ここでそれはこれらの２個の信号Q,Iの
他方に加算される。各接続点53,55の和信号は次にそれ
ぞれのエンベロープ検波器、例えば整流器57,59を介し
て減算接続点61に送られる。この接続点61で作られた復
調信号は次にベースバンド・フイルタ47を介して出力O/
Pに送られる。

以下に説明する３×３接続部方式と比較して、上記の
電気処理回路は一段と率直でありかくて所要部品が少な
くて済む。しかし、光部分すなわち４×４多端子接続点
は、必要な平衡条件を保証する慎重な調節等を要求すの
で率直さが少ない。３×３多端子接続点は作るのがより
容易であり、在来の市販製品として容易に入手し得る。
この接続点と共に使用する適当な電気非同期弁別回路の
詳細も検討される。

下記の３×３多端子実施例では、３個の光電流Ａ、Ｂ
およびＣは中間周波数（IF）で３相交流信号の形をと
る。位相順序ABCまたはACBは周波数の状態、すなわち加
えられるFSK変調された光信号の上下いずれかの周波数
音に左右される。

第５図に示される簡単な配列、すなわち混合器配列で
は、３×３光多端子接続点（図示されていない）の出力
における光信号はホトダイオードまたは他の二乗光検波
器63,65および67によつて検波され、発生した光電流
Ａ、ＢおよびＣは位相弁別ネツトワークに向けられる。
このネツトワークには、図示の通り３重対称状に配列さ
れている３個の同様な弁別混合器69,71および73が含ま
れている。ここでＲおよびＬはそれぞれ各混合器のrf信
号入力ならびに局部発振器入力端子を表わす。これらの
混合器のそれぞれの対、69と71、71と73、73と69はそれ
ぞれ検波器63,65ならびに67に向けられる。混合した信
号出力は平均組合せネツトワーク75に向けられ、復調さ
れた信号出力はベースバンド・フイルタ47を介して出さ
れる。

第６図に示される別の配列、すなわちエンベロープ検
波配列では、光電流Ａ、ＢおよびＣは１対の位相弁別ネ
ツトワーク77ならびに79に向けられる。これらの各ネツ
トワーク77および79の出力に作られる信号は次に差増幅
器81によつて減算され、作られた復調信号はベースバン
ド・フイルタ47を通される。同様な各ネツトワーク77お
よび79は、おのおのが２つの入力の内の１つに接続され
る対応する遅延構成部品93,95および97を持つ３つの対
称配置された加算接続点83,85および87を含む。各遅延
構成部品は、中間周波数でπ/3の位相遅延を与える。加
算結節点83,85および87はそれぞれ入力接続点X,Y,Zに直
接接続されているが、結節点87,83および85はまた遅延
構成部品97、93および95を介してこれらの接続点に接続
されている。各加算結節点83,85および87は整流ダイオ
ード・ネツトワーク99に接続されて、差増幅器81用の入
力信号を作る。これら２つの回路77および79に対する位
相接続は逆であるのが注目される。かくて１つの回路77
では、光電流ＢおよびＣは入力接続点ＹおよびＺに向け
られるが、他の回路79では、これらの光電流ＢおよびＣ
は逆でありしたがつて入力接続点ＺおよびＹに向けられ
る。１つの回路は位相順序がABCの順であるときに最大
出力を作る一方、他の回路は位相順序が逆、すなわちAC
Bの順であるときに最大出力を作る。

上記の配列では、局部発振器の周波数（ｆ）は２つの
FSK音（f₀＋δｆ）のちようど中間である周波数（f₀）
に保たれている。この目的で、光伝送信号はデータの各
バツチに先行する周波数ロツク情報のバーストを与える
ように符号化される。この情報は、一様に隔てられた１
列の高音および低温パルスの形をとることができる。周
波数ロツクはそのとき、一様に隔てられた（f₀＋δｆ）
および（f₀−δｆ）パルスの列が通過帯域の翼上に十分
出るδｆと共に通されるとき帯域フイルタを通る電力を
最大にすることによつて達成される。かくてｆ＝f₀なら
ば、出力は次のようになる：− ｛2/［１＋（δｆ）²/f₀ ²］｝だがロツクはずれ（すなわちｆ≠f₀）のときは、誤差
信号出力の変化は下記に比例する：− ｛1/［１＋（f₀＋δｆ−ｆ）^２］｝＋｛1/［１＋f₀−（δｆ−ｆ）²/f₀ ²］｝ −｛2/［１＋（δｆ）²/f₀ ²］｝すなわち∝−２（ｆ−f₀）^２。

したがつて、ｆ＝f₀のとき出力は実際に最大である。
局部発振器をトラツクにロツクする他の制御回路は、本
発明の一般範囲から発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はFSKヘテロダイン復調システムの在来形の配列
を示すブロツク図、第２図はフアイバ構造の４×４多端
子接続部の配列を示すブロツク図、第３図および第４図
は第２図の多端子接続部と組み合わせかつ本発明にした
がつて使用する、混合およびエンベロープ検波をそれぞ
れ用いる電気処理回路のブロツク図、第５図および第６
図は３×３多端子接続部と組み合わせかつ本発明にした
がつて使用する、混合およびエンベロープ検波をそれぞ
れ同じく用いる別の電気処理回路のブロツク図である。主な符号の説明：３……局部発振器;I/P……入力信号;O/P……復調信号;1
0……基準信号;15……多端子接続部;33,35,37,39;63,6
5,67……検波器；

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの信号音FSKに変調された光入力信号
を復調する周波数偏移キー（FSK）光信号復調器であっ
て、該復調器は、前記入力信号の２つの信号音の中間の
周波数を有するコーヒレントな光基準信号を供給するよ
う調整された局部発振器（３）と、１つの入力ポートに
より局部発振器（３）と結合され、他の入力ポートに与
えられた前記入力信号（I/P）に応答し、その出力ポー
トに光基準信号と前記入力信号（I/P）の調整された組
み合わせを供給する光多端子接続部（15）と、該光多端
子接続部（15）の出力ポートと共動してそこに向けられ
た結合された光信号に応答して共通のビート周波数で複
数の位相の異なる電気信号を生成する検出手段（33,35,
37,39;63,65,67）と、該検出手段（33,35,37,39;63,65,
67）と共動して前記電気信号の進み／遅れ位相関係に依
存して決定される振幅を有する復調信号（O/P）を生成
する位相弁別手段とを備えた光FSK復調器。
【請求項２】４×４多端子接続部（15）と、第1,第２差
動増幅器（41,43）と、該第1,第２差動増幅器のそれぞ
れにペア（33と35,37と39）で接続された対応した１組
４個の光検出器（33,35,37,39）とを備え、前記増幅器
のそれぞれの出力に同相及び直角位相の電気信号（I,
Q）を生成し、前記増幅器の出力に接続され、前記同相
及び直角位相の電気信号の進み／遅れ位相関係に依存し
た復調信号を生成する位相弁別手段（49−61）とを有す
ることを特徴とした請求項１の光FSK復調器。
【請求項３】位相弁別手段が、同相及び直角位相の電気
信号の直角位相偏移の組み合わせを生成する遅延・加算
ネットワーク（49,51,53,55）と、各ネットワークの出
力に応答するエンベロープ検出器（57,59）と、各エン
ベロープ検出器（57,59）の出力に接続された減算接続
点（61）を有することを特徴とした請求項２の光FSK復
調器。
【請求項４】３×３多端子接続部と、該多端子接続部の
各出力端子に１つ配置された対応した１組３個の光検出
器（63,65,67）と、該光検出器（63,65,67）の電流出力
の位相順序に依存した復調信号を生成する位相弁別手段
とを有することを特徴とした請求項１の光FSK復調器。
【請求項５】位相弁別手段が、一対の類似遅延・加算・
整流ネットワーク（77,79）と両ネットワーク（77,79）
に接続された差動増幅器（81）とを有することを特徴と
した請求項４の光FSK復調器。